基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（改）.doc

目 錄第1章 概述1第2章 組合機(jī)床的簡(jiǎn)介22.1 組合機(jī)床概述22.2 組合機(jī)床的特點(diǎn)52.3 組合機(jī)床裝配模型52.4 組合機(jī)床及其體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀62.5 組合機(jī)床結(jié)構(gòu)62.6 組合機(jī)床的基本配置72.7本設(shè)計(jì)組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式8第3章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.1 PLC簡(jiǎn)介153.2PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理163.3 PLC程序的表達(dá)方式173.4PLC模塊選型及介紹183.5 元件功能及 I/O地址分配20第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)204.1 PLC設(shè)計(jì)的基本原則214.2 選擇輸入輸出設(shè)備234.3 選擇PLC的型號(hào)254.3 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述254.4 控制要求264.6PLC的I/O分配表264.7PLC控制的程序設(shè)計(jì)264.8PLC 控制梯形圖27第5章 安裝維護(hù)285.1 擴(kuò)展設(shè)備組成285.2現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境295.3安裝工程29致謝30參考文獻(xiàn)31第1章 概述為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，越來(lái)越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)老式組合機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、操控監(jiān)控設(shè)備等組成電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)編程輸入、人機(jī)交互、自動(dòng)化加工的控制方式，擴(kuò)大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造的有效途徑。論文概述了組合機(jī)床數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)方案與應(yīng)用技術(shù)，并對(duì)PLC的發(fā)展與應(yīng)用作了簡(jiǎn)要介紹。論文介紹了PLC編程特點(diǎn)和方式，重點(diǎn)以西門子S7-200CPU 224型PLC為例，介紹了PLC編程環(huán)境，并對(duì)兩工位鉆孔、攻螺紋組合機(jī)床應(yīng)用編程作了闡述。論文還進(jìn)一步闡述了PLC接口與通信技術(shù)，介紹了西門子S7-200系列PLC的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。關(guān)鍵詞：PLC；編程技術(shù)；組合機(jī)床基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2章 組合機(jī)床的簡(jiǎn)介2.1 組合機(jī)床概述 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，加工柴油機(jī)機(jī)體的數(shù)控組合機(jī)床組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。 組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。2.2 組合機(jī)床的特點(diǎn) 組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床。組合機(jī)車是由萬(wàn)能機(jī)床和專用機(jī)床發(fā)展來(lái)的，它既有專用機(jī)床、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又有萬(wàn)能機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)新工件加工的特點(diǎn)。組成組合機(jī)床的通用部件有如下幾類：動(dòng)力部件動(dòng)力頭，動(dòng)力滑臺(tái)和動(dòng)力箱；工件運(yùn)送部件回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，移動(dòng)工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)鼓輪；支承部件立柱，床身，底座和滑座等?？刂葡到y(tǒng)有通用的液壓傳動(dòng)裝置，電氣柜，操縱臺(tái)等。與萬(wàn)能機(jī)床和專用機(jī)床相比，有如下特點(diǎn)：（1） 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床零、部件總量的7080%，因此設(shè)計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。（2） 由于組合機(jī)床采用多刀加工，并且自動(dòng)化程度高，因此比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。（3） 組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過(guò)周密設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。（4） 在組合機(jī)床上加工零件時(shí)，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對(duì)操作工人水平要求不高。（5）當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時(shí)，采用其他類型的專用機(jī)床時(shí)，其大部分件要報(bào)廢。用組合機(jī)床時(shí)，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。（6）組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。機(jī)身、立柱、中間底座等是組合機(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。2.3 組合機(jī)床裝配模型2.3.1 組合機(jī)床功能需求分析和描述所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床功能主要反映在它所完成的加工工藝上，因而，組合機(jī)床的功能需求可通過(guò)加工工藝信息進(jìn)行描述。組合機(jī)床的加工工藝信息包括加工工藝面、工藝類型、精度要求，以及各加工工藝面中各個(gè)加工元素的幾何形狀和位置信息等。這里所說(shuō)的加工工藝面不是通常所指的幾何表面，而是指幾何表面上所完成的工藝內(nèi)容，這樣一個(gè)幾何表面可能會(huì)有銑削、鉆削、攻螺紋等多個(gè)加工工藝面。這種加工工藝面能與機(jī)床結(jié)構(gòu)中的加工單元建立起一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如銑削加工工藝面、孔加工工藝面、攻螺紋工藝面等。組合機(jī)床功能除了需完成的工藝內(nèi)容之外，還包括工件的裝夾、照明、冷卻等輔助功能，它們也將與組合機(jī)床的夾具和其它的輔助裝置建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。2.3.2 裝配關(guān)系描述機(jī)械產(chǎn)品是由具有層次關(guān)系的零部件所組成的系統(tǒng)。一個(gè)部件可以分解成若干零件或子部件，子部件還可再分解成若干更下層的零件和子部件。表現(xiàn)在裝配次序上，就是先由零件組裝成部件，然后參與整機(jī)的裝配。這種層次性的裝配關(guān)系可用如圖1所示的裝配樹進(jìn)行表示。由圖1-1可見，一臺(tái)組合機(jī)床可由若干個(gè)加工單元和電氣、液壓、夾具等主輔部件組成，各個(gè)加工單元又可分為側(cè)底座、滑臺(tái)、動(dòng)力箱等部件。裝配關(guān)系樹中的連線表示父結(jié)點(diǎn)與子結(jié)點(diǎn)之間的隸屬關(guān)系，而結(jié)點(diǎn)表示各個(gè)加工單元或零部件的具體描述。產(chǎn)品裝配模型是一種描述整個(gè)產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能反映產(chǎn)品的功能需求、結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系以及參數(shù)約束等各方面的信息，不僅能支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還能支持產(chǎn)品的制造、裝配等后續(xù)的各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)。2.3.3 零部件間參數(shù)約束關(guān)系的描述零部件間參數(shù)約束關(guān)系可以反映在兩個(gè)方面：其一為零部件相互位置約束關(guān)系，其二為零部件間的可配套約束關(guān)系。 對(duì)于零部件間位置約束關(guān)系的描述首先需要確定一個(gè)基準(zhǔn)件，該基準(zhǔn)件應(yīng)是與其它零件部件發(fā)生關(guān)系最多的一個(gè)零件或部件。以該基準(zhǔn)件為核心，分別描述其它零部件的位置關(guān)系，便可建立該產(chǎn)品各個(gè)零部件之間位置約束關(guān)系模型。對(duì)于組合機(jī)床整機(jī)而言，各個(gè)加工單元都是相對(duì)于中間底座或工作臺(tái)布置的，因而可將中間底座作為基準(zhǔn)件來(lái)處理；而對(duì)于各個(gè)加工單元來(lái)說(shuō)，則可以側(cè)底座或立柱底座作為基準(zhǔn)件來(lái)描述該加工單元內(nèi)各零部件之間位置約束關(guān)系。組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較高，在組合機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，提供了各通用部件間可供選擇的配套關(guān)系表。利用該配套關(guān)系表作為組合機(jī)床的配套性約束，以它作為正確選擇所需零部件的導(dǎo)航準(zhǔn)則。2.3.4 面向?qū)ο蟮慕M合機(jī)床裝配模型的定義面向?qū)ο蟮募夹g(shù)是用計(jì)算機(jī)分析和解決問(wèn)題的一種新方法，它具有封裝、繼承和重載等特性，為產(chǎn)品裝配模型的描述和定義提供了一個(gè)新的思路。面向?qū)ο蟮募夹g(shù)將具有相同的結(jié)構(gòu)、相同的操作，并遵循相同約束規(guī)則的對(duì)象構(gòu)成一個(gè)類，在同一類中的各個(gè)對(duì)象都具有相同的屬性。因而，可將組合機(jī)床定義為一個(gè)類，而所設(shè)計(jì)的每一臺(tái)具體機(jī)床則是該類的一個(gè)對(duì)象。這種組合機(jī)床類是一個(gè)復(fù)雜的類，它由各種不同的屬性所構(gòu)成。每種屬性又包含不同的子類，形成幾種類的層次關(guān)系。下面是以類定義的組合機(jī)床裝配模型，在該裝配模型中包含如下的屬性： (1)管理屬性：包括機(jī)床名稱、圖號(hào)、設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)說(shuō)明等；(2)工件屬件：工件是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是產(chǎn)生工序圖的依據(jù)，除了工件名稱、材料等特性之外，還應(yīng)包括工件造型的CSG文件指針、定位基準(zhǔn)等信息；(3)功能屬性：如第3.1節(jié)所述，這里主要以加工工藝面類描述所設(shè)計(jì)機(jī)床的功能需求；(4)工藝屬性：工藝屬性包括切削用量、切削刀具以及刀具的支承導(dǎo)向等工藝內(nèi)容。工藝屬性和功能屬性具有某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如：工藝面中每一加工元素(譬如加工孔)，都應(yīng)有相應(yīng)的刀具、切削用量，以及支承導(dǎo)向與之對(duì)應(yīng)。(5)結(jié)構(gòu)屬性：該屬性應(yīng)能反映出整個(gè)機(jī)床的配置、布局和裝配約束關(guān)系。對(duì)于機(jī)床整體而言，包含有各加工單元、工作臺(tái)或中間底座、夾具、電氣液壓系統(tǒng)和其它輔助裝置，以及它們之間的裝配關(guān)系和約束關(guān)系；而對(duì)于每一加工單元，則又有各個(gè)通用和專用部件組成，這些部件又有自身的裝配和約束關(guān)系，每個(gè)部件又有多種零件組成，從而構(gòu)成了一個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的裝配樹。樹中的連線表示父結(jié)點(diǎn)與子結(jié)點(diǎn)之間的隸屬關(guān)系，而結(jié)點(diǎn)表示各個(gè)加工單元或零部件的具體描述。2.4 組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至2002年9月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)800余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3個(gè)億以上，較2001年同比增長(zhǎng)了10%以上, 另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家要相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。現(xiàn)僅就近幾年大連組合機(jī)床研究所研制的組合機(jī)床及其自動(dòng)線對(duì)目前我國(guó)組合機(jī)床及其自動(dòng)線裝備技術(shù)的基本情況進(jìn)行說(shuō)明。（1）為某冰箱壓縮機(jī)廠提供的ZHS-1283冰箱壓縮機(jī)外支撐八工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床，鏜孔精度9.097mm0.004mm, 表面粗糙度Ra0.8m，節(jié)拍時(shí)間26s（2件），采用交流伺服滑臺(tái)，HSK接桿，主軸帶中孔冷卻液通道，全封閉防護(hù)。（2）ZHS-XU86凸輪軸軸承蓋加工自動(dòng)線是為某汽車公司研制的用于30萬(wàn)輛轎車生產(chǎn)的高精度、高生產(chǎn)率、多品種數(shù)控自動(dòng)線。該線采用多種先進(jìn)技術(shù)：可控扭矩夾緊扳手、氣浮輸送、電液比例閥、高精度空心錐柄接桿、高密度材料鏜桿、數(shù)控精密十字滑臺(tái)、分布式控制系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、故障診斷及顯示系統(tǒng)、大流量冷卻排屑和全封閉防護(hù)系統(tǒng)，節(jié)拍38s。（3）UD80型換刀換箱柔性加工單元。該單元是一種高效、高精度與高柔性的數(shù)控機(jī)床，機(jī)床有5個(gè)坐標(biāo)，交換托板尺寸為800mm800mm，刀庫(kù)容量60，120，180任選，箱庫(kù)容量12個(gè)，能在一次裝夾下完成銑、鉆、鉸、攻絲、鏜孔、鏜車等工序的單軸加工和多軸加工，適合中大批量生產(chǎn)規(guī)模的箱體零件和成組雜件的加工，也適用于中小批量多品種零件的生產(chǎn)。（4）為某航空動(dòng)力機(jī)械公司生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線的物流輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了鏈?zhǔn)侥Σ凛啙L道、電動(dòng)滾筒、托盤自動(dòng)識(shí)別、計(jì)算機(jī)生產(chǎn)調(diào)度等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)被輸送零部件的定向、定位、升降、回轉(zhuǎn)，通過(guò)編碼識(shí)別及計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)無(wú)序混流輸送等。上述組合機(jī)床代表了目前我國(guó)組合機(jī)床裝備較高的技術(shù)水平，但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和對(duì)產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機(jī)床及其自動(dòng)線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)，因此組合機(jī)床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機(jī)床加工精度、組合機(jī)床柔性、組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面，加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進(jìn)一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標(biāo)部件，使其模塊化、柔性化，適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場(chǎng)需求。從2002年年底第21屆日本國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來(lái)自世界10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1000020000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)2060m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對(duì)機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國(guó)組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國(guó)組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。2.5 組合機(jī)床結(jié)構(gòu)組合機(jī)床常用的通用部件有：機(jī)身、底座、立柱、動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)，各種工藝切削頭等。對(duì)于一些按循序加工的多工位組合機(jī)床，還具有移動(dòng)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。動(dòng)力箱、各種工藝切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床完成切削主運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其中還有能同時(shí)完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力頭。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等?？刂撇考怯靡钥刂茩C(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。2.6 本設(shè)計(jì)組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式 組合機(jī)床中的液壓系統(tǒng)的油泵也由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。液壓系統(tǒng)的第一個(gè)功能是給兩個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、后運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，液壓系統(tǒng)兩個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)給、后退運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)三位五通換向電磁閥分別控制，動(dòng)力頭從快進(jìn)轉(zhuǎn)換到工進(jìn)由液壓行程調(diào)速閥控制，與電氣控制無(wú)關(guān)。液壓系統(tǒng)的第二個(gè)功能是：用于加工件機(jī)殼的夾緊和松開。其中機(jī)殼的裝夾過(guò)程是：將機(jī)殼（工件）放于工作臺(tái)上，先由液壓驅(qū)動(dòng)后插銷滑臺(tái)上升，再進(jìn)行人工插銷定位，接著由液壓驅(qū)動(dòng)針孔桿插銷定位，最后是液壓驅(qū)動(dòng)下夾具壓夾緊工件。夾緊過(guò)程的動(dòng)作由液壓系統(tǒng)中的三個(gè)二位五通換向電磁閥控制，這三個(gè)換向閥帶有機(jī)械自鎖。加工好的機(jī)殼（工件）的下卸過(guò)程正好與裝夾過(guò)程相反。同樣，松開過(guò)程的動(dòng)作也由液壓系統(tǒng)中的另三個(gè)二位五通換向電磁閥控制。所以加上兩個(gè)動(dòng)力頭的進(jìn)、退動(dòng)作，共有11個(gè)電磁閥線圈的通斷電進(jìn)行控制。組合機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)和手動(dòng)循環(huán)兩種工作狀態(tài)的選擇由組合開關(guān)SA的兩個(gè)位置選擇； SB為起動(dòng)按鈕、SB1 SB10為手動(dòng)控制運(yùn)行按鈕。第3章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC簡(jiǎn)介 可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.2PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理3.2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾組成。PLC硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)3.2.2 中央控制處理單元(CPU)可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機(jī)。3.2.3 存儲(chǔ)器可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。1、系統(tǒng)存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)管理程序。2、用戶存儲(chǔ)器：存放用戶編制的控制程序。3.2.4 輸入接口電路PLC通過(guò)輸入單元可實(shí)現(xiàn)將不同輸入電路的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC進(jìn)行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。各種PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。PLC輸入電路通常有三種類型：直流(1224)V輸入、交流(100120)V輸入與交流(200240)V輸入和交直流(1224)V輸入。圖3-2 直流輸入模塊圖3-3 交、直流輸入模塊圖3-4 交流輸入模塊3.2.5 輸出接口電路PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。如圖3-5、圖3-6、圖3-7所示：圖3-5 可控硅輸出方式（交流輸出）圖3-6 場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出方式（直流輸出）圖3-7 繼電器輸出方式（交直流輸出）輸出端子有兩種接法：一種是輸出各自獨(dú)立，無(wú)公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。一種為每48個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，共有一個(gè)公共點(diǎn)：在輸出共用一個(gè)公共端子時(shí)，必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，但不同的公共點(diǎn)可使用不同電壓類型和等級(jí)的負(fù)載，且各輸出公共點(diǎn)之間是相互隔離的。3.2.6 電源PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。3.2.7 編程器利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡(jiǎn)易型 和智能型。3.2.8 PLC的軟件結(jié)構(gòu)在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分：1. 系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。2. 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運(yùn)行。3.2.9 PLC的工作原理1、PLC的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過(guò)程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過(guò)程如下：運(yùn)行）內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止2、 工作過(guò)程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。1） 內(nèi)部處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。2） 通信服務(wù)階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于暫停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。3） 輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序的執(zhí)行階段。4） 程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。5） 輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，即元件映像寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。3、 PLC的運(yùn)行方式：1） 運(yùn)行工作模式當(dāng)處于運(yùn)行工作模式時(shí)，PLC要進(jìn)行從內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過(guò)程循環(huán)掃描工作。在運(yùn)行模式下，PLC通過(guò)反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。注：PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。2） 停止模式當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。3.3 PLC程序的表達(dá)方式 由PLC的工作原理可知：PLC是以程序的形式進(jìn)行工作的，為此，需要把控制任務(wù)變換為程序表達(dá)。PLC的程序表達(dá)方法非常靈活，目前常用的表達(dá)方法有四種：梯形圖、指令、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。下面對(duì)這些表達(dá)方法作簡(jiǎn)要說(shuō)明。3.3.1 梯形圖 梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，它與傳統(tǒng)的繼電器電路非常相似，它仍沿用繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)，所不同的是，梯形圖中每個(gè)元件的名稱和編號(hào)有PLC的特別規(guī)定；同一編號(hào)繼電器的觸點(diǎn)（既有常開又有常閉）可以根據(jù)需要無(wú)限引用；所有觸點(diǎn)及其構(gòu)成的控制回路都是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)其功能的，并無(wú)實(shí)際連線；此外梯形圖中所有的輸出元素都是安排在右側(cè)與母線相連，圖中每包含一個(gè)被控元素的邏輯段稱為一個(gè)梯級(jí)。梯形圖中繼電器的線圈、常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)符號(hào)常用下圖中的符號(hào)表示。梯形圖比較形象、直觀，對(duì)于熟悉繼電器控制表達(dá)方式的人來(lái)說(shuō)，很容易接受。在PLC中，它是用得最多的一種程序表達(dá)方式。3.3.2 指令（語(yǔ)句表） 指令就是用助記符來(lái)表達(dá)PLC的各種功能，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但又較之簡(jiǎn)單得多。這種程序表達(dá)方式，編程設(shè)備簡(jiǎn)單，邏輯緊湊，目前各種PLC均有指令的編程功能。3.3.3 邏輯功能圖 這種方式基本上是采用半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖來(lái)表達(dá)的。對(duì)每一種邏輯功能都使用一個(gè)運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號(hào)確定。常用“與”、“或”、“非”三種邏輯功能表達(dá)控制邏輯。有關(guān)的輸入均畫在方塊的左邊，輸出畫在方塊的右邊。對(duì)于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的人來(lái)說(shuō)，用這種方式編程感到較方便。3.3.4 高級(jí)語(yǔ)言 大型PLC中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、完成PID調(diào)節(jié)等較為復(fù)雜的控制。也采用BASIC、PASCAL等高級(jí)語(yǔ)言編程。目前，各類型PLC都具有兩種或兩種以上編程語(yǔ)言，其中以梯形圖和指令較為常用。3.4 PLC模塊選型及介紹3.4.1 數(shù)字量擴(kuò)展模塊當(dāng)需要本機(jī)集成的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)外更多的數(shù)字量的輸入/輸出時(shí)，可選用數(shù)字量擴(kuò)展模塊。用戶選擇具有不同的I/O點(diǎn)數(shù)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊，可以滿足應(yīng)用的實(shí)際要求，同時(shí)節(jié)約不必要的投資費(fèi)用，可選擇8、16、和32點(diǎn)輸入/輸出模塊。S7-200PLC系列目前總共可以提供3大類共9種數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。3.4.2 模擬量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能。在工業(yè)控制中，被控對(duì)象常常是模擬量，如溫度、壓力、流量等。PLC內(nèi)部執(zhí)行的是數(shù)字量，模擬量擴(kuò)展模塊可以將PLC外部的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入PLC內(nèi)，經(jīng)PLC處理后，再由模擬量擴(kuò)展模塊將PLC輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量送給控制對(duì)象。模擬量擴(kuò)展模塊優(yōu)點(diǎn)如下：（1） 最佳適應(yīng)性?？蛇m用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合，直接與傳感器和執(zhí)行器連接，例如EM235模塊可直接與PT100熱電阻相連。（2） 靈活性。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用變化時(shí)，PLC可以相應(yīng)地進(jìn)行擴(kuò)展，并可非常容易地調(diào)整用戶程序。3.4.3 熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊EM231熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊是為S7-200 CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM設(shè)計(jì)的模擬量擴(kuò)展模塊，EM231熱電偶模塊具有特殊的冷端補(bǔ)償電路，該電路測(cè)量模塊連接器上的溫度，并適當(dāng)改變測(cè)量值，以補(bǔ)償參考溫度與模塊溫度之間的溫度差，要想達(dá)到最大的精度和重復(fù)性，熱電阻和熱電偶模塊應(yīng)安裝在穩(wěn)定的環(huán)境溫度中。EM231熱電偶模塊用于J、K、E、N、S、T和R 7種熱電偶類型。3.4.4 PROFIBUS-DP通信模塊通過(guò)EM277 PROFIBUS-DP擴(kuò)展從站模塊，可將S7-200CPU連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。EM277經(jīng)過(guò)串行I/O總線連接到S7-200CPU，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到EM277 PROFIBUS-DP模塊。EM277 PROFIBUS-DP模塊的DP端口可以連接到網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)DP主站上，但仍能作為一個(gè)MPI從站，與同一網(wǎng)絡(luò)上如SIMATIC編程器或S7-300/S7-400CPU等其他主站進(jìn)行通信。3.5 元件功能及 I/O地址分配 3.5.1 輸入映像寄存器（輸入繼電器）（ 1 ）輸入映像寄存器的工作原理輸入繼電器是 PLC 用來(lái)接收用戶設(shè)備輸入信號(hào)的接口。 PLC 中的“繼電器”與繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器有本質(zhì)性的差別，是“軟繼電器”，它實(shí)質(zhì)是存儲(chǔ)單元（ 2 ）輸入映像寄存器的地址分配 S7-200 輸入映像寄存器區(qū)域有 IB0 IB15 共 16 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元。系統(tǒng)對(duì)輸入映像寄存器是以字節(jié)（ 8 位）為單位進(jìn)行地址分配的3.5.2 輸出映像寄存器（輸出繼電器）（ 1 ）輸出映像寄存器的工作原理 , “輸出繼電器”是用來(lái)將輸出信號(hào)傳送到負(fù)載的接口，每一個(gè)“輸出繼電器”線圈都與相應(yīng)的 PLC 輸出相連，并有無(wú)數(shù)對(duì)常開和常閉觸點(diǎn)供編程時(shí)使用（ 2 ）輸出映像寄存器的地址分配 , S7-200 輸出映像寄存器區(qū)域有 QB0 QB15 共 16 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元。系統(tǒng)對(duì)輸出映像寄存器也是以字節(jié)（ 8 位）為單位進(jìn)行地址分配的3.5.3 變量存儲(chǔ)器 V變量存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)變量?？梢源娣艛?shù)據(jù)運(yùn)算的中間運(yùn)算結(jié)果或設(shè)置參數(shù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，變量存儲(chǔ)器會(huì)被經(jīng)常使用。變量存儲(chǔ)器可以是位尋址，也可按字節(jié)、字、雙字為單位尋址，其位存取的編號(hào)范圍根據(jù) CPU 的型號(hào)有所不同， CPU221/222 為 V0.0V2047.7 共 2KB 存儲(chǔ)容量， CPU224/226 為 V0.0V5119.7 共 5KB 存儲(chǔ)容量。3.5.4 內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器（中間繼電器）M內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器，用來(lái)保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)，其作用相當(dāng)于繼電器控制中的中間繼電器，內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器在 PLC 中沒有輸入/輸出端與之對(duì)應(yīng)，其線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動(dòng)，其觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只能在程序內(nèi)部驅(qū)動(dòng)輸出繼電器的線圈，再用輸出繼電器的觸點(diǎn)去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。3.5.5 特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器 SMPLC 中還有若干特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器 , 特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器位提供大量的狀態(tài)和控制功能，用來(lái)在 CPU 和用戶程序之間交換信息，特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器能以位、字節(jié)、字或雙字來(lái)存取， CPU224 的 SM 的位地址編號(hào)范圍為 SM0.0SM179.7 共 180 個(gè)字節(jié)。其中 SM0.0 SM29.7 的 30 個(gè)字節(jié)為只讀型區(qū)域。3.5.6 局部變量存儲(chǔ)器 L局部變量存儲(chǔ)器 L 用來(lái)存放局部變量，局部變量存儲(chǔ)器 L 和變量存儲(chǔ)器 V 十分相似，主要區(qū)別在于全局變量是全局有效，即同一個(gè)變量可以被任何程序（主程序、子程序和中斷程序）訪問(wèn)。而局部變量只是局部有效，即變量只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。3.5.7 定時(shí)器 TPLC 所提供的定時(shí)器作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。每個(gè)定時(shí)器可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開和常閉觸點(diǎn)供編程使用。其設(shè)定時(shí)間由程序設(shè)置。3.5.8 計(jì)數(shù)器 C計(jì)數(shù)器用于累計(jì)計(jì)數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開和常閉觸點(diǎn)供編程使用，其設(shè)定值由程序賦予。3.5.9 高速計(jì)數(shù)器 HC一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率受掃描周期的影響，不能太高。而高速計(jì)數(shù)器可用來(lái)累計(jì)比 CPU 的掃描速度更快的事件。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值是一個(gè)雙字長(zhǎng)（ 32 位）的整數(shù)，且為只讀值。3.5.10 累加器 AC累加器是用來(lái)暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來(lái)存放運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。 CPU 提供了 4 個(gè) 32 位的累加器，其地址編號(hào)為 AC0AC3 。累加器的可用長(zhǎng)度為 32 位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低 8 位或低 16 位，雙字可以存取累加器全部的 32 位。3.5.11 順序控制繼電器 S （狀態(tài)元件）順序控制繼電器是使用步進(jìn)順序控制指令編程時(shí)的重要狀態(tài)元件，通常與步進(jìn)指令一起使用以實(shí)現(xiàn)順序功能流程圖的編程。3.5.12 模擬量輸入 / 輸出映像寄存器（ AI/AQ ）S7-200 的模擬量輸入電路是將外部輸入的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 1 個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)字量存入模擬量輸入映像寄存器區(qū)域，區(qū)域標(biāo)志符為 AI 。第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC設(shè)計(jì)的基本原則在了解了 PLC 的基本工作原理和指令系統(tǒng)之后，可以結(jié)合實(shí)際進(jìn)行 PLC 的設(shè)計(jì)， PLC 的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分， PLC 設(shè)計(jì)的基本原則是：1. 充分發(fā)揮 PLC 的控制功能，最大限度地滿足被控制的生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的控制要求。2. 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，維修方便。3. 保證控制系統(tǒng)安全可靠。4. 考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選用 PLC 時(shí)，在 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量上適當(dāng)留有余地。5. 軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫程序，要求程序結(jié)構(gòu)清楚，可讀性強(qiáng)，程序簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，掃描周期短。4.2 選擇輸入輸出設(shè)備12個(gè)手動(dòng)按鈕，2個(gè)開關(guān)，9個(gè)接觸器，2個(gè)間繼電器，7個(gè)指示燈。4.3 選擇PLC的型號(hào)輸入I/O接口數(shù)有10個(gè)，輸出I/O接口有16個(gè)。故選擇的PLC的型號(hào)時(shí)應(yīng)選至少有12個(gè)入I/O接口，18個(gè)輸出接口。4.4 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述兩工位鉆孔、攻螺紋組合機(jī)床，能自動(dòng)完成工件的鉆孔和攻螺紋加工，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高。兩工位鉆孔、攻螺紋組合機(jī)床如圖4-1所示。機(jī)床主要由床身、移動(dòng)工作臺(tái)、夾具、鉆孔滑臺(tái)、鉆孔動(dòng)力頭、攻螺紋滑臺(tái)、攻螺紋動(dòng)力頭、滑臺(tái)移動(dòng)控制凸輪和液壓系統(tǒng)等組成。移動(dòng)工作臺(tái)和夾具用以完成工件的移動(dòng)和夾緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。鉆孔滑臺(tái)和鉆孔動(dòng)力頭，用以實(shí)現(xiàn)鉆孔加工量的調(diào)整和鉆孔加工。攻螺紋滑臺(tái)和攻螺紋動(dòng)力頭，用以實(shí)現(xiàn)攻螺紋加工量的調(diào)整和攻螺紋加工。工作臺(tái)的移動(dòng)（左移。右移），夾具的夾緊、放松，鉆孔滑臺(tái)和攻螺紋滑臺(tái)的移動(dòng)（前移、后移），均由液壓系統(tǒng)控制。其中兩個(gè)滑臺(tái)移動(dòng)的液壓系統(tǒng)由滑臺(tái)移動(dòng)控制凸輪來(lái)控制，工作臺(tái)的移動(dòng)和夾緊與放松由電磁閥控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，工作臺(tái)的移動(dòng)和滑臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的時(shí)序同時(shí)進(jìn)行，兩種運(yùn)動(dòng)密切配合，以提高生產(chǎn)效率。4.5 控制要求系統(tǒng)通電，自動(dòng)起動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1。若機(jī)床各部分在原位（工作臺(tái)在鉆孔工位SQ1動(dòng)作，鉆孔滑臺(tái)在原位SQ2動(dòng)作，攻絲滑臺(tái)在原位SQ3動(dòng)作），并且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動(dòng)作，原位指示燈HL1亮。將工件放在工作臺(tái)上，按下起動(dòng)按鈕SB，夾緊電磁閥YV1得電，液壓系統(tǒng)控制夾具將工件夾緊，與此同時(shí)控制凸輪電動(dòng)機(jī)M2得電運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊限位SQ4動(dòng)作后，表明工件已被夾緊。起動(dòng)鉆孔動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M3，且由于凸輪電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，控制凸輪控制相應(yīng)的液壓閥使鉆孔滑臺(tái)前移，進(jìn)行鉆孔加工。當(dāng)鉆孔滑臺(tái)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，鉆孔滑臺(tái)自動(dòng)后退，到原位時(shí)停，M3同時(shí)停止。等到鉆孔滑臺(tái)回到原位后，工作臺(tái)右移電磁閥YV2得電，液壓系統(tǒng)使工作臺(tái)右移，當(dāng)工作臺(tái)到攻絲工位時(shí)，限位開關(guān)SQ6動(dòng)作，工作臺(tái)停止。起動(dòng)攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn)，攻絲滑臺(tái)開始前移，進(jìn)行攻絲加工，當(dāng)攻絲滑臺(tái)到終點(diǎn)時(shí)（終點(diǎn)限位SQ7動(dòng)作），制動(dòng)電磁鐵DL得電，攻絲動(dòng)力頭制動(dòng)，0.3s后攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn)，同時(shí)攻絲滑臺(tái)由控制凸輪控制使其自動(dòng)后退。當(dāng)攻絲滑臺(tái)后退到原位時(shí)，攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4停，凸輪正好運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期，凸輪電機(jī)M2停，延時(shí)3s后左移電磁閥YV3得電，工作臺(tái)左移，到鉆孔工位時(shí)停。放松電磁閥YV4得電，放松工件，放松限位SQ8動(dòng)作后，停止放松。原位指示燈亮，取下工件，加工過(guò)程完成。兩個(gè)滑臺(tái)的移動(dòng)，是通過(guò)控制凸輪來(lái)控制滑臺(tái)移動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓閥實(shí)現(xiàn)的，電氣系統(tǒng)不參與，只需起動(dòng)控制凸輪電機(jī)M2即可。在加工過(guò)程中，應(yīng)起動(dòng)冷卻泵電機(jī)M5，供給冷卻液。4.6 PLC的I/O分配表表4-1 PLC控制的I/O分配表序號(hào)輸入序號(hào)輸出01壓力檢測(cè)PVI0.021攻螺紋動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn)（KM5）Q0.002鉆孔工位限位SQ1I0.122液壓泵電機(jī)MI(KM1)Q0.103鉆孔滑臺(tái)原位SQ2I0.223凸輪電機(jī)M2(KM2)Q0.204攻螺紋滑臺(tái)原位SQ3I0.324鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)M3（KM3）Q0.305夾緊限位SQ4I0.425冷卻泵電機(jī)M5(KM6)Q0.406攻螺紋工位SQ6I0.626攻螺紋動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn)（KM4）Q0.507攻螺紋滑臺(tái)終點(diǎn)SQ7I0.727制動(dòng)DLQ0.608放松限位SQ8I1.028報(bào)警信號(hào)Q0.709起動(dòng)按鈕SBI1.129夾緊電磁閥YV1Q1.010自動(dòng)、手動(dòng)選擇SAI1.230工作臺(tái)右移電磁閥YV2Q1.111液壓泵手動(dòng)SB131工作臺(tái)左移電磁閥YV3Q1.212凸輪電機(jī)手動(dòng)SB232放松電磁閥YV4Q1.313鉆孔手動(dòng)SB333原位指示燈HL1Q1.414手動(dòng)攻螺紋正轉(zhuǎn)SB434自動(dòng)指示燈HL2Q1.515手動(dòng)攻螺紋反轉(zhuǎn)SB535手動(dòng)指示燈HL3Q1.616冷卻泵手動(dòng)SB636手動(dòng)電源Q1.717手動(dòng)夾緊SB718手動(dòng)右移SB819手動(dòng)左移SB920手動(dòng)放松SB104.7 PLC控制的程序設(shè)計(jì)由加工工藝要求可知，其為順序控制過(guò)程，其功能流程圖如圖4-3所示。考慮具體情況，在設(shè)置自動(dòng)順序循環(huán)可知的同時(shí)，也設(shè)置了手動(dòng)控制，在驅(qū)動(dòng)回路中接入轉(zhuǎn)換開關(guān)。自動(dòng)順序循環(huán)控制和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換程序如圖4-2所示。外部接線如圖4-4所示。在程序設(shè)計(jì)時(shí)需注意：攻螺紋動(dòng)力頭M4正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間的互鎖。圖 4-2 自動(dòng)順序循環(huán)控制和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換程序4.8 PLC 控制梯形圖圖4-5 自動(dòng)循環(huán)控制梯形圖(i)圖4-5 自動(dòng)循環(huán)控制梯形圖（續(xù)）(ii)第5章 安裝維護(hù)5.1 擴(kuò)展設(shè)備組成5.1.1 EM241調(diào)制解調(diào)器模塊使用EM241調(diào)制解調(diào)器模塊可以將S7-200直接連接到一個(gè)模擬電話上，此時(shí)S7-200就具有了電話機(jī)所具有的部分功能。該模塊的主要特點(diǎn)和功能有：（1） 提供標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際電話線接口，與電話線連接；（2） 提供與支持STEP7-Mirco/WIN32，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器接口，連接到具有EM241擴(kuò)展模塊的S7-200上，實(shí)現(xiàn)對(duì)S7-200的編程和遠(yuǎn)程診斷；（3） 支持Modbus RTU協(xié)議； （4） 提供向預(yù)先設(shè)定的尋呼機(jī)發(fā)送數(shù)字或文本信息的功能；（5） 提供向預(yù)先設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信的功能；（6） 允許CPU到CPU或CPU到Modbus的數(shù)據(jù)發(fā)送；（7） 密碼保護(hù)功能；（8） 提供安全回?fù)芄δ?；?） 調(diào)制解調(diào)器的組態(tài)存儲(chǔ)在CPU.5.1.2 CP243-1 工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器模塊 CP243-1是一種通信處理器，它可以將S7-200系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)（IE）中。CP243-1還可以用于實(shí)現(xiàn)S7-200低端性能的產(chǎn)品的以太網(wǎng)通信。因此，一臺(tái)S7-200還可以通過(guò)以太網(wǎng)與其他S7-200 S7-300或S7-400控制進(jìn)行通信，并可與基于OPC的服務(wù)開心通信。在開放的SIMATIC NET通信系統(tǒng)中，工業(yè)以太網(wǎng)可以用作協(xié)調(diào)級(jí)和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在技術(shù)上，工業(yè)以太網(wǎng)是一種屏蔽同軸電纜、雙絞線而建立的電氣網(wǎng)絡(luò)，或一種基于光纖電纜的光網(wǎng)絡(luò)。5.2現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 PLC適用于工