基于PLC的多工步機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄目錄 摘 要.I ABSTRACT.II 1 概述.1 2 機(jī)床和 PLC .2 2.1 機(jī)床.2 2.2 PLC.5 3 設(shè)計(jì)要求.8 3.1 PLC 設(shè)計(jì)要求.8 3.2 機(jī)床工作設(shè)計(jì)要求.9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).10 3.1 PLC 選擇說(shuō)明.10 3.2 FX2N-48MR 性能和參數(shù) .11 3.3 機(jī)床控制說(shuō)明及外部接線.12 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .13 4.1 系統(tǒng)控制程序總體結(jié)構(gòu).13 4.2 PLC 控制及梯形圖.14 5 設(shè)計(jì)現(xiàn)況和展望.18 5.1 PLC 的國(guó)內(nèi)外狀況.18 5.2 PLC 未來(lái)展望.19 參考文獻(xiàn).20 結(jié)束語(yǔ).21 致謝.22 摘 要 工業(yè)機(jī)床的控制

2、在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制中占有重要的位置。在機(jī)床行業(yè)中，多工 步機(jī)床由于其工步及動(dòng)作多，控制較為復(fù)雜。采用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)，需要的繼電 器多，接線復(fù)雜，因此故障多，維修困難、費(fèi)工費(fèi)時(shí)。采用 PLC 控制，可是接線大為 簡(jiǎn)化，不但安裝十分方便，而且保證了可靠性，減少了維修量，提高了功效。 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地區(qū) 的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于制造 裝備機(jī)床的先進(jìn)程度。 本文對(duì)缸體端面加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，采用裝在動(dòng)力滑臺(tái)上的左右兩個(gè)動(dòng) 力頭對(duì)兩端面同時(shí)進(jìn)行切削，動(dòng)力頭的快進(jìn)、工進(jìn)及快退由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，采用調(diào)

3、整 死檔鐵方法實(shí)現(xiàn)位置控制的思路。 根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)了四步電機(jī)控制。左、右動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)，液壓泵電機(jī)，冷 卻泵電機(jī)組成。本文對(duì)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和論證，并提出了優(yōu)化工藝結(jié) 構(gòu)的方法。采用的 PLC 控制穩(wěn)定可靠。它的研制成功具有重要的意義。機(jī)床設(shè)計(jì)分析 后，提高工效 35 倍，大大提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平。系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、工作可靠 性高、工藝參數(shù)修改方便的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備的可維護(hù)性和靈活性大為提高。 關(guān)鍵詞：制造業(yè)；多工步機(jī)床；PLC 控制；梯形圖 ABSTRACT The control of industrial automation control in industrial pr

4、oduction occupies an important position. The machine tool industry, multi-stage machine and work because of its action, control is more complicated. Using traditional relay control, need more complex, the relay, fault than wiring, maintenance difficulties, FeiGong time-consuming. PLC control, but no

5、t only greatly simplified wiring, installation is very convenient, and ensure the reliability, reduce the maintenance and increase the efficiency. Manufacturing is one country or region economic development of the important pillars, its development level marks the country or regions economic strengt

6、h and technology level, the living standards and national defense capabilities. While manufacturing production capacity depends on the advanced manufacturing equipment, machine tool. Based on cylinder surface processing technology, using a detailed analysis on the slide in the power of two power hea

7、d around two end while cutting head, the fast, and retreat quickly by using hydraulic cylinder driving, adjust die gear position control method of iron. According to this design thought has four step motor control. Left, right, hydraulic head spindle motor cooling pump motor, electrical components.

8、This part of the design makes a detailed calculation and argument, and puts forward the method of optimization process structures. Adopts PLC control is stable and reliable. The successful development of its important significance. After the analysis of machine design and improve efficiency in 3 5 t

9、imes, can greatly improve the level of automation equipment. System has higher reliability, simple operation, easy modify the advantages of process parameters. The maintainability of the equipment and greatly improve flexibility. Keywords: manufacturing：Multi-stage machine；PLC control；ladder-diagram

10、 1 概述 在機(jī)床行業(yè)中，多工步機(jī)床由于其工步及動(dòng)作多，控制較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的繼電 器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此，故障多，維修困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不僅 加大了維修成本，而且影響了設(shè)備的工效。 在可編程序控制器問(wèn)世之前，繼電器接觸 器在工業(yè)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。繼電器接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)控制 邏輯。如果生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造 成時(shí)間和資金的浪費(fèi)。另外，大型控制系統(tǒng)用繼電器和接觸器控制，使用的繼電器數(shù) 目越多，控制的體積越大，耗電多，且繼電器觸電為機(jī)械觸點(diǎn)，工作頻率較低，在頻 繁動(dòng)作的情況下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系統(tǒng)可靠性差。為了解

11、決這一問(wèn)題，早在 1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司，為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新，以求在 激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要用一種新型控制裝置來(lái)取代繼電器接觸器控 制裝置，并且對(duì)未來(lái)的新型控制裝置做了具體的設(shè)想，藥把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈 活性、通用性號(hào)等優(yōu)點(diǎn)溶于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡(jiǎn)單，使得步 熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。 PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便、的有點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和 發(fā)展的，這就使得 PLC 具有許多其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能 力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便；編程語(yǔ)言

12、簡(jiǎn)單、 易學(xué)，便于掌握；系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短；對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)；安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便、 維護(hù)工作量小。 2 機(jī)床和 PLC 2.1 機(jī)床 2.1.1 機(jī)床發(fā)展史 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)， “七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)” ，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成 績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004 年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消 費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為 39.3%和 34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁， 從 2002 年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004 年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)

13、 94.6 億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī) 床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件 均依賴進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí) 與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分 認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮 短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。 2.1.2 多工步機(jī)床介紹 多工步組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專 用部件和夾具，組成的半自

14、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非凡外形的零件。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

15、等)的外圓和端面加工 二十世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自 動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá) 0.05 毫 米1000 毫米，表面粗糙度可低達(dá) 2.5 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。0.63 微米；鏜孔精度可達(dá) IT76 級(jí)，孔距精度可達(dá) O.03O.02 微米。 專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使 用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。 最早的組合機(jī)床是 1911 年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。初期，各機(jī)床制造 廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。

16、為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使 用和維修，1953 年美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了 組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未 作規(guī)定。 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

17、和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。 控制部件是用以控制機(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(jiàn) 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。 組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、 縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性； 以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 2.1.3 機(jī)床維修 在機(jī)床出現(xiàn)故障的時(shí)候方便維修，因?yàn)榧夹g(shù)資料是維修的指南，它在維修

18、工作中 起著至關(guān)重要的作用借助于技術(shù)資料可以大大提高維修工作的效率與維修的準(zhǔn)確勝。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于重大的數(shù)控機(jī)床故障維修在理想狀態(tài)下，應(yīng)具備以下技術(shù)資料： (1)數(shù)控機(jī)床使用說(shuō)明書 它是由機(jī)床生產(chǎn)廠家編制井隨機(jī)床提供的隨機(jī)資料。機(jī)床 使用說(shuō)明書通常包括參數(shù)與維修有關(guān)的內(nèi)容1）機(jī)床的操作過(guò)程和步驟 2）機(jī)床主要 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及主要部件的結(jié)構(gòu)原理示意圖 3）機(jī)床的液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)圖 4） 機(jī)床安裝和調(diào)整的方法與步驟 5）數(shù)控系統(tǒng)的面板說(shuō)明 6）數(shù)控系統(tǒng)的具體操作步驟 （包括手動(dòng)，自動(dòng)、試運(yùn)行等方式的操作步驟以及程序、參數(shù)等的輸入、編輯、設(shè) 置和顯示方法） 7）加工程序以及輸入格式，程序的編制方

19、法，各指令的基本格式以 及所代表的意義等 在部分系統(tǒng)中它還可能包括系統(tǒng)調(diào)試、維修用的大量信息，如： 機(jī)床參數(shù)的說(shuō)明、報(bào)警的顯不及處理方法、以及系統(tǒng)的連接圖等。它是維修數(shù)控系統(tǒng) 與操作機(jī)床中必須參考的技術(shù)資料之一。 (2)PLC 程序清單 它是機(jī)床廠根據(jù)機(jī)床的具體控制要求設(shè)計(jì)、編制的機(jī)床控制軟 件，PLC 程序中包含了機(jī)床動(dòng)作的執(zhí)行過(guò)程，以及執(zhí)行動(dòng)作所需的條件，它表明了指 令信號(hào)、檢測(cè)元件與執(zhí)行元件之間的全部邏輯關(guān)系。借助 PLC 程序，維修人員可以 迅速找到故障原因，它是數(shù)控機(jī)床維修過(guò)程中使用最多、最重要的資料 在某些系統(tǒng) （如 FANUC 系統(tǒng)、SIEMENS802D 等）中，利用數(shù)控系統(tǒng)的

20、顯示器可以直接對(duì) PLC 程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和觀察，它為維修提供了極大的便利，因此，在維修中定要熟練掌 握這方面的操作和使用技能 (3)機(jī)床參數(shù)清單 它是由機(jī)床生產(chǎn)廠根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)置 與調(diào)整。機(jī)床參數(shù)是系統(tǒng)與機(jī)床之間的橋梁，它不僅直接決定了系統(tǒng)的配置和功能， 而且也關(guān)系到機(jī)床的動(dòng)、靜態(tài)性能和精度因此也是維修機(jī)床的重要依據(jù)與參考。在維 修時(shí)，應(yīng)隨時(shí)參考系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)的設(shè)置清況來(lái)調(diào)整、維修機(jī)床；特別是在更換數(shù)控系 統(tǒng)模塊時(shí)一定要記錄機(jī)床的原始設(shè)置參數(shù)，以便機(jī)床功能的恢復(fù)。 (4)數(shù)控系統(tǒng)的連接說(shuō)明、功能說(shuō)明 該資料由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家編制通常只提供給 機(jī)床生產(chǎn)廠家作為設(shè)針資料。維

21、修人員可以從機(jī)床生產(chǎn)廠家或系統(tǒng)生產(chǎn)、銷售部門獲 得。 系統(tǒng)的連接說(shuō)明、功能說(shuō)明書不僅包含了比電氣原理圖更為詳細(xì)的系統(tǒng)各部分之 間連接要求與說(shuō)明，而且還包括了原理圈中未反映的信號(hào)功能描述，是維修數(shù)控系統(tǒng)， 尤其是檢查電氣接線的重要參考資料。 (5)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用說(shuō)明書 它是伺服系統(tǒng)及主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原 理與連接說(shuō)明書，主要包括伺服、主軸的狀態(tài)顯示與報(bào)警顯示、驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試、設(shè)定 要點(diǎn)，信號(hào)、電壓、電流的測(cè)試點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)器設(shè)置的參數(shù)及意義等方面的內(nèi)容，可供伺 服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)維修參考。 (6)PLC 使用與編程說(shuō)明它是機(jī)床中所使用的外置或內(nèi)置式 PLC 的使用、編程說(shuō) 明書。通過(guò)

22、 PLC 的說(shuō)明書，維修人員可以通過(guò) PLC 的功能與指令說(shuō)明分析、理解 PLC 程序并由此詳細(xì)了解、分析機(jī)床的動(dòng)作過(guò)程、動(dòng)作條件、動(dòng)作順岸以及各信號(hào) 之間的邏輯關(guān)系，必要時(shí)還可以對(duì) PLC 程序進(jìn)行部分修改。 (7)機(jī)床主要配套功能部件的說(shuō)明書與資料 在數(shù)控機(jī)床上往往會(huì)使用較多功能部件 如數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、自動(dòng)換刀裝置、潤(rùn)滑與冷卻系紐排屑器等。這些功能部件，其生產(chǎn)廠家 一般都提供了較完整的使用說(shuō)明書，機(jī)床生產(chǎn)廠家應(yīng)將其提供給用戶，以應(yīng)功能部件 發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行參考。 以上都是在理想情況下應(yīng)其備的技術(shù)資料，但是實(shí)際維修時(shí)往 往難以做到這一點(diǎn)。因此在必要時(shí)，維修人員應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、平時(shí)積累等方法完普、 整

23、理有關(guān)技術(shù)資料。 (8)這是維修人員對(duì)機(jī)床維修過(guò)程的記錄與維修的總結(jié) 最理想的清況是：維修人員 應(yīng)對(duì)自己所進(jìn)行的每一步維修都進(jìn)行詳細(xì)的記錄，不管當(dāng)時(shí)判斷是否正確。這樣不僅 有助于今后進(jìn)一步維修，而且也有助于維修人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與水平的提高。 2.2 PLC 2.2.1 PLC 概念介紹 PLC 即可編程控制器（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)

24、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)。 ” (1)PLC 的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用 現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾 技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余

25、 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電 路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi) 關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障 自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入 外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保 護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種 規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn) 代 P

26、LC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功 能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。 加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得 非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦 企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖 形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就 可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言 的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打

27、開(kāi)了方便之門。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏 輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí) 維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。 這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī) 電一體化的理想控制設(shè)備。 (2)PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、 汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化

28、娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾 類。 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制： 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、 順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、 印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 模擬量控制： 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度 等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字 量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模 塊，使可編程控制器用于模擬量控

29、制。 運(yùn)動(dòng)控制： PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如 可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn) 品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 過(guò)程控制： 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng) 中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功 能模塊。PI

30、D 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、 鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理： 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可 以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送 到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制 的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控 制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng)： PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著

31、計(jì)算機(jī)控制的 發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛 推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)： 一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用 PLC 控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺 服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。 2.2.2 PLC 的構(gòu)成 (1)PLC 的組成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊 式 P

32、LC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照 一定規(guī)則組合配置。 (2)CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝 置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工 作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令， 經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)

33、總 線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及 數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng) 有足夠的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 (3)常用的 I/O 分類 開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電 器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型

34、（4-20mA,0-20mA） 、電壓型（0-10V,0-5V,-10- 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本 配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 (4)電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路 提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或 110VAC） ，直流電源 （常用的為 24VDC） 。 (5)底板或機(jī)

35、架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系， 使 CPU 能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè) 整體。 (6)PLC 系統(tǒng)的其他設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于 編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參 與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程 軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一 體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)

36、算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 (7)PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng) 絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的 觀點(diǎn)說(shuō)法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能 設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS- 232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC 的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多 點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 3 設(shè)計(jì)要求 3.1 PLC 設(shè)計(jì)

37、要求 (1)最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。 (2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、 濟(jì)、使用和維護(hù)方便。 (3)保證控制系統(tǒng)安全可靠。 (4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇 PLC 容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。 (5)PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯 程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。 系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是 用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用 PLC 的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來(lái) 實(shí)現(xiàn)各種控制

38、。 (6)PLC 控制系統(tǒng)的接地方法 由于 PLC 機(jī)柜和操作臺(tái)、配電柜等用電設(shè)備的金屬外殼及控制設(shè)備正常不帶電 的金屬部分，由于各種原因（如腐蝕、絕緣破損等）而有可能帶危險(xiǎn)電壓，所以應(yīng)該 進(jìn)行保護(hù)接地，低于 36V 供電的設(shè)備，無(wú)特殊要求可不做接地保護(hù)。 PLC 控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位是各回路工作的參考電位，基準(zhǔn)電位的連接線稱為 系統(tǒng)地，通常是控制回路直流電源的零伏導(dǎo)線，系統(tǒng)接地的方式有浮地方式、直接接 地方式和電容接地方式。 為防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)置的屏蔽接地端子應(yīng)做屏蔽接地。其中信號(hào)回 路接地和屏蔽接地又通稱為工作接地。 一般以上接地方法的控制原則是：保護(hù)地和工作地不能混用，這是由于

39、在每一段電源 保護(hù)地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏的電位差，這對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)是一個(gè) 非常嚴(yán)重的干擾。屏蔽地，當(dāng)信號(hào)電路是單點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)單點(diǎn)接 地，如果電纜的屏蔽層接地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。 本系統(tǒng)采用的接地電阻都需要在規(guī)定的范圍內(nèi)，對(duì)于 PLC 組成的控制系統(tǒng)一般應(yīng)小于 4，而且要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，事前都需要進(jìn)行防腐處理。PLC 組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行 單獨(dú)設(shè)置接地系統(tǒng)，也可以利用現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行“等電位聯(lián)結(jié)”進(jìn)行接地設(shè)計(jì)。 3.2 機(jī)床工作設(shè)計(jì)要求 本機(jī)床為某設(shè)備缸體端面加工專用機(jī)床，采用裝在動(dòng)力滑臺(tái)上的左右兩個(gè)動(dòng)力頭 對(duì)兩端面同時(shí)進(jìn)行切削，動(dòng)力頭的

40、快進(jìn)、工進(jìn)及快退由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，采用調(diào)整死檔 鐵方法實(shí)現(xiàn)位置控制。整體流程圖如圖 2.2(a)所示；動(dòng)力頭加工動(dòng)作流程如圖 2.2(b)所 示。 載 負(fù) 卸 荷 夾 緊 松 開(kāi) 橫 快 左頭 回原位 橫滑臺(tái) 快進(jìn) 橫 工 進(jìn) 左頭 快進(jìn) 左頭 工進(jìn) 左頭 工進(jìn) 右頭 工進(jìn) 右頭 快退 右頭 回原位 圖 3.2（a）整體流程圖 SP2快進(jìn)（入位） 夾緊 原位 SQ2SQ3 工進(jìn)SQ4（延時(shí)停留） SQ5 快退 圖 3.2(b) 動(dòng)力頭加工動(dòng)作流程圖 機(jī)床的加工動(dòng)作順序如下 (1)工件定位。機(jī)械乎將工件裝入夾具后，定位油缸動(dòng)作定位以保證工件的加工尺 寸； (2)工件夾緊。工件定位后，延時(shí) 10 秒

41、，夾緊油缸動(dòng)作將工件固定在夾具內(nèi)； (3)滑臺(tái)入位?；_(tái)帶動(dòng)夾具一起快速進(jìn)入加工位置； (4)加工工件。左右動(dòng)力頭進(jìn)行兩端面切削加工，當(dāng)動(dòng)力頭到達(dá)加工終點(diǎn)時(shí)，停止 工進(jìn)，延時(shí) 25 秒后，動(dòng)力頭停轉(zhuǎn)，快速退回原位； (5)滑臺(tái)復(fù)位，夾具松壓。左右動(dòng)力頭退回原位后，滑臺(tái)復(fù)位，夾具松開(kāi)，取出工 件，等待下一個(gè)循環(huán)。機(jī)床的動(dòng)作由電氣液壓聯(lián)合控制，各電磁閥的動(dòng)作如表 2.2 所示。 表 2.2 電磁動(dòng)作要求 YV1YV2YV3YV4YV5 定 位 + 夾 緊 + + 快進(jìn)(入位) + + 工 進(jìn) + + + + 快 退 + + 復(fù)位放松 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC 選擇說(shuō)明 可編程控制器(PLC

42、)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī) 等智能設(shè)備之間的通信。因此，采用 PLC 控制完全能滿足本機(jī)床的技術(shù)要求，目具有 操作簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。系統(tǒng)的控制核心為 M IT-SUBISHI 的 FX2N-48M R 小型 PLC，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。 上位監(jiān)控計(jì)算 PLC MITSUBISHI FX2N-48MR 動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī), 油泵電動(dòng)機(jī),機(jī)床加 工動(dòng)作流程控制,機(jī) 床工作狀況指示等 輸出控制 啟動(dòng)/停止,復(fù)位,自 動(dòng)/步進(jìn);手動(dòng),快進(jìn), 工進(jìn),快退,點(diǎn)動(dòng),油壓 ,夾緊等開(kāi)關(guān)量輸入 信號(hào) SR-422 圖 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.

43、2 FX2N-48MR 性能和參數(shù) 3.2.1 FX2N-38MR 性能介紹 FX2N-48MR-4AD-2DA 可編程控制器(簡(jiǎn)稱 FX2N)是 48 路 I/O 板式小型可編程 控制器(SL2N)是帶有 48 路 I/O、4 路 AD、2 路 DA、RS232C 通信接口、擴(kuò)展接口 的一體化小型可編程控制器，可靈活運(yùn)用在各種工業(yè)自動(dòng)控制場(chǎng)合。SL2N 是完全自 主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)精品，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 功能介紹： 編程軟件兼容日本三菱 FXGP_WIN-C 梯形圖軟件 工作電源 AC220V 48 路 I/0 輸入輸出，其中輸入 24 路，輸出 24 路（晶體管型）

44、本機(jī)采用高性能進(jìn)口工業(yè)級(jí)芯片設(shè)計(jì)，可適應(yīng)高電磁干擾的工業(yè)環(huán)境 高速運(yùn)算，基本指令每步 0.5uS 另有 4 路 AD 模擬量輸入，每路為 0v/10v 輸入，分辨率為 12 位 另有 2 路 DA 模擬量輸出，每路為 0v/10v 輸出，分辨率為 12 位 通信接口有 RS232 有擴(kuò)展接口，可以方便地連接模擬量輸入輸出、I/O 等擴(kuò)展模塊 程序寄存器達(dá) 8000 步。 內(nèi)部繼電器 1536 點(diǎn) 定時(shí)器 256 點(diǎn) 計(jì)數(shù)器 256 點(diǎn) 數(shù)據(jù)寄存器 6000 點(diǎn) 變址寄存器 16 點(diǎn) 編程語(yǔ)言采用梯形圖 程序位置指針 128 個(gè) 采用循環(huán)掃描工作方式 一體化緊湊型設(shè)計(jì)，長(zhǎng)寬高為 27017221

45、 容易安裝使用便利的固定孔安裝 3.3 機(jī)床控制說(shuō)明及外部接線 機(jī)床有四臺(tái)電機(jī)，其中 M1 ,M2 分別為左、右動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器 KM1 控制;M3 為液壓泵電機(jī)，由接觸器 KM2 控制;M4 為冷卻泵電機(jī)，由接觸器 KM3 控制。 為了使加工、調(diào)整、維修方便，設(shè)置了工作方式選擇開(kāi)關(guān) SA1 當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位 時(shí)，工件從裝入夾具定位夾緊到加工完畢，動(dòng)力頭返回原位夾具松開(kāi)，全部自動(dòng)進(jìn)行; 置于“步進(jìn)”位時(shí)，每按一次工作起動(dòng)按鈕 SB3，機(jī)構(gòu)按動(dòng)作的固定順序向前動(dòng)作一 步;置于“手動(dòng)”位時(shí)，通過(guò)按鈕 SB6SB11 對(duì)左右動(dòng)力頭電機(jī)和機(jī)床的各動(dòng)作流程進(jìn) 行點(diǎn)動(dòng)控制。當(dāng)動(dòng)力頭工作到中途

46、因停電或自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可點(diǎn)動(dòng)復(fù)位。 為了使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，設(shè)置壓力繼電器 SP1 檢測(cè)油泵油壓，只有在油壓達(dá)到一定值時(shí)， 系統(tǒng)才能工作。設(shè)置壓力繼電器 SP2 檢測(cè)工件在夾具內(nèi)是否可靠夾緊。設(shè)置限位開(kāi)關(guān) SQ1 檢測(cè)工件是否準(zhǔn)確定位。SQ2 SQ3 作為左右動(dòng)力頭由快進(jìn)到工進(jìn)的轉(zhuǎn)換主令開(kāi)關(guān)， 為了使兩個(gè)動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)同步，只有在它們同時(shí)受壓時(shí)，才發(fā)出轉(zhuǎn)步信號(hào)，開(kāi)始加工。 SQ4 是工進(jìn)終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)，SQ5 是動(dòng)力頭原位限位開(kāi)關(guān)。PLC 輸入/輸出端了的接線如 圖 3.3 所示 x000 x001 x002 x003 x004 x005 x006 x007 x010 x011 x012 x

47、013 x014 x015 x016 x017 x020 x021 x022 x023 x024 FX2n-48mr y000 y001 y002 y003 y004 y005 y006 y007 y010 y011 y012 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SP1 SP2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SA1 KM1 KM2 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL1 HL2 HL3 HL4 油泵起動(dòng) 油泵停止 工作啟動(dòng) 工作停止 復(fù) 位 油 壓 夾 緊 步 進(jìn) 自 動(dòng) 手 動(dòng) 定 位 左 右 工 進(jìn) 后 退 M1，M

48、2 定 位 夾 緊 快 進(jìn) 工 退 快 退 油泵電機(jī) 原位 自動(dòng) 步進(jìn) 手動(dòng) 動(dòng)力頭主 軸電機(jī) 機(jī)床 加工 動(dòng)作 流程 控制 圖 3.3 PLC 輸入/輸出端了的接線圖 說(shuō)明：冷卻泵電機(jī)由組合開(kāi)關(guān) SA2、接觸器 KM3 直接控制，未通過(guò) PLC。設(shè)置了原 位指示燈 HL1，工作方式指示燈 HL2 HL4，指示設(shè)備的工作狀態(tài) PLC I/O 器件分配表如表 3.3 所示 器件代號(hào)設(shè)備 名稱 器件代號(hào)設(shè)備名稱 X000SB1 啟動(dòng) 按鈕 Y000KM1 動(dòng)力電機(jī)接觸器 X001SB2 停止 按鈕 Y001KM2 油泵電機(jī)接觸器 X002SB3 停止 按鈕 Y002YV1 工件夾緊電磁閥 X003

49、SB4 復(fù)位 按鈕 Y003YV2 滑臺(tái)快進(jìn)電磁閥 X004-X006SP1-SP2 壓力 開(kāi)關(guān) Y004YV3 滑臺(tái)工進(jìn)電磁閥 X007-X010SA1 轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān) Y005YV4 右頭工進(jìn)電磁閥 X012-X016SQ1-SQ5 行程 開(kāi)關(guān) Y006YV5 左頭工進(jìn)電磁閥 X020-X024SB6-SB11 動(dòng)作 按鈕 Y007-Y012HL1-HL4 動(dòng)作指示燈 說(shuō)明：0503 OFF, 0009 ,1003 ,0504 ON, YV3 斷電，YV4 通電，橫向滑臺(tái)工進(jìn)。當(dāng)?shù)轿?后，壓下行程開(kāi)關(guān) SA 2,壓力繼電器 SP2 動(dòng)作，工進(jìn)結(jié)束，這樣依次完成其它各工序。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4

50、.1 系統(tǒng)控制程序總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)有三種控制方式。采用模塊組合結(jié)構(gòu)，將不同控制方式的程序分開(kāi)編寫，分 開(kāi)執(zhí)行，這樣的程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編寫方便。實(shí)現(xiàn)的方法是采用條件跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)工 作方式輸入繼電器的狀態(tài)，決定運(yùn)行什么程序。系統(tǒng)控制程序的總體結(jié)構(gòu)如圖 4.1 所示 X011X007 X010 P1 X011 PO FNC00 CJ PO 手動(dòng)程序 公用程序 自動(dòng)程序 FNC00 CJ P1 FNC06 FEND 圖 4.1 程序控制總體結(jié)構(gòu)圖 4.2 PLC 控制及梯形圖 4.2.1 梯形圖 梯形圖是通過(guò)連線把 PLC 指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使 用的 PLC 指令及其前后順序

51、，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線， 另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令 組一般總是從裝載（LD）指令開(kāi)始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含 LD 指令） ，以 建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊 處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來(lái)連接指令組的 梯形圖與助記符的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序 予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎耄筝敵觯ê渌幚恚?；先上，后下；先左， 后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。反之根據(jù)助記符，也可畫出

52、與其對(duì)應(yīng) 的梯形圖。 4.2.2 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系 如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如梯形 圖的輸出（OUT）指令，對(duì)應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入指令（如 LD，AND，OR）對(duì) 應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開(kāi)關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯， 經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語(yǔ)句表程序。 有了這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系， 用 PLC 程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是 PLC 技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。 4.2.3 數(shù)控滑臺(tái)的 PLC 控制方法 數(shù)控滑臺(tái)的控制因素主要有三個(gè)： (1)行程控制 一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓

53、力傳感器（行程開(kāi)關(guān)/死擋鐵） 來(lái)實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的 行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的 工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù) 伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定 PLC 輸出的脈沖個(gè)數(shù)： n= DL/d 式中 DL伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm） d 伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖） (2)進(jìn)給速度控制 伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈 沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其 PLC 輸出的脈沖頻率: f=Vf/60d (Hz) 式中 V

54、f伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min) (3)進(jìn)給方向控制 進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)各 繞組的通電順序來(lái)改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)?A-AB-B-BC-C-CA-A時(shí)步 進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按 A-AC-C-CB-B-BA-A順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過(guò) PLC 輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出 脈沖的順序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。 4.2.4 自動(dòng)(步進(jìn))控制程序的梯形圖 公共程序是系統(tǒng)共用程序。手動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的點(diǎn)動(dòng)控制。自動(dòng)程序采用移 位寄存器移位步進(jìn)控制方式，它包含了“自動(dòng)”和“

55、步進(jìn)”操作功能，程序執(zhí)行“自 動(dòng)”或“步進(jìn)”取決于工作方式選擇開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。在程序中，二者的區(qū)別在移位寄存 器的移位控制端。當(dāng)選擇自動(dòng)”方式時(shí)，X010 常閉閉合，移位寄存器正常移位步進(jìn);當(dāng) 選擇“步進(jìn)”方式時(shí)，X010 常開(kāi)閉合， 常閉分?jǐn)?，步進(jìn)命令是否有效取決于上一步 是否完成和工作啟動(dòng)按鈕 SB3 是否按下。每按一次 SB3，移位寄存器按動(dòng)作順序向前 步進(jìn)一步。自動(dòng)(步進(jìn))控制程序的梯形圖如圖 4.2.4 所示 X006M101 M102 M103 M104 M105M106 M107 M108 M100X002 X005X002 X010 M100 M102 M103 M101 M105

56、 M106 M107 M108 X004 X003 X002 M101 M102 M103 M101 M105 M106 X003 M108 X003 X012X010 T100 X006 X103 X014 X015 T101 X016 X006 M100 FSC35 SFTL FSC40 ZRST M101 K15M100K1 M113 Y002 T100 Y002 Y005 SETY003 SETY000 SETY004 Y006 T101 RSTY000 RSTY003 RSTY004 K100 K250 圖 4.2.4 自動(dòng)（步進(jìn)）程序 5 設(shè)計(jì)現(xiàn)況和展望 5.1 PLC 的國(guó)內(nèi)外狀

57、況 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC 是 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng) 時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路 組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理 器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能， 完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工 程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言， 并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼 電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)

58、物。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面 引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠 的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的 地位。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí) 期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另 一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編 程控制器已步入成熟階段。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī) 模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)

59、展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣 的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配 套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制 設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、 輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是 在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷 擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣 有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生

60、產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究 所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模 并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也 是我國(guó)比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC 在我 國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 5.2 PLC 未來(lái)展望 21 世紀(jì)，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用 于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品 種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上 看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、