加工中心刀具庫選擇PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)械制造與自動化序號（學(xué)號）：201030110233湖北理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱可編程控制器課程設(shè)計(jì)教學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械制造與自動化班 級10機(jī)電二班姓 名許子超指導(dǎo)教師 鄢圣華 修云2012年12月12日20122013學(xué)年第1學(xué)期課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)名稱：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級：10機(jī)電專2地點(diǎn)： K1-303一、課程設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的目的是通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，使學(xué)生鞏固和深化對PLC理論知識的理解；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)PLC知識和技能，配合相關(guān)技術(shù)資料的查詢，獨(dú)立分析和解決生產(chǎn)實(shí)際中有關(guān)工業(yè)控制實(shí)際問題的能力；進(jìn)一步提高學(xué)生對PLC控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的能

2、力。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）（三）課題三 加工中心刀具庫選擇PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、控制要求：1系統(tǒng)工作受開關(guān)控制：啟動開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；啟動開關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止工作。2系統(tǒng)應(yīng)具備下列幾項(xiàng)控制功能:1）按下刀具選擇按鈕，控制開始，PLC記錄當(dāng)前刀號A，等待請求。2）按請求信號，PLC記錄請求刀號B。3）刀具盤按照離請求刀具號最近的方向轉(zhuǎn)動，到位符合后，顯示符合指示。4）機(jī)械手刀開始換刀，顯示換刀指示閃爍。5S后結(jié)束。5）記錄并顯示當(dāng)前刀具號等待請求。6）換刀過程中，其它請求信號均視為無效。3系統(tǒng)提供的輸入控制信號:SIN1 一號刀位SIN2 二號刀位SIN3 三號刀位SIN4 四

3、號刀位SIN5 五號刀位SIN6 六號刀位P01 一號刀具選擇按鈕P02 二號刀具選擇按鈕P03 三號刀具選擇按鈕P04 四號刀具選擇按鈕P05 五號刀具選擇按鈕P06 六號刀具選擇按鈕4系統(tǒng)需要輸出的開關(guān)控制信號：A LED 七段顯示器 a 段發(fā)光二極管B LED 七段顯示器 b 段發(fā)光二極管C LED 七段顯示器 c 段發(fā)光二極管D LED 七段顯示器 d 段發(fā)光二極管E LED 七段顯示器 e 段發(fā)光二極管F LED 七段顯示器 f 段發(fā)光二極管G LED 七段顯示器 g 段發(fā)光二極管L0 刀具刀位指示燈L1 刀具轉(zhuǎn)換指示燈啟/停控制信號順/逆轉(zhuǎn)動信號B、課題要求：1按題意要求，畫出 P

4、LC 端子接線圖及控制梯形圖。2完成 PLC 端子接線工作, 并利用編程器輸入梯形圖控制程序，完成調(diào)試。3. 完成課程設(shè)計(jì)說明書。C、思考問題：1講述程序設(shè)計(jì)思路、順序功能圖及工作流程。2如何實(shí)現(xiàn)刀具按照最近方向轉(zhuǎn)動換刀?3如何實(shí)現(xiàn)換刀過程中其他請求信號無效?4多個(gè)換刀信號如何實(shí)現(xiàn)互鎖?5數(shù)碼管顯示如何實(shí)現(xiàn)?6系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程有什么問題，是如何解決的？三、進(jìn)度安排1明確設(shè)計(jì)任務(wù)和控制要求 1天2查閱資料，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 1天3系統(tǒng)硬件選型及外部連線設(shè)計(jì) 1天4控制系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)調(diào)試 2天5設(shè)計(jì)資料軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試 2天6. 設(shè)計(jì)資料匯總、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 2天7. 答辯 1天四、基本要求通過本課程設(shè)

5、計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有計(jì)劃的培養(yǎng)和訓(xùn)練，應(yīng)達(dá)到以下諸方面的要求。1.了解可編程控制器的原理、硬件結(jié)構(gòu)； 2.掌握基本的PLC編程語言；3.掌握系統(tǒng)硬件配置的方法與步驟；4.掌握PLC軟件編程與調(diào)試的操作方法與步驟。 機(jī)械電子系 2012年12月摘 要 加工中心（Machining Center）簡稱MC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于復(fù)雜零件的高效率自動化機(jī)床。它能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，而對作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對加工中心的各種組成部分提出了更高

6、的性能指標(biāo)。由于加工中心備有刀具庫，大大增加了刀具的儲存容量。有利于提高主軸的剛度，獨(dú)立的刀庫，大大增加了刀具的儲存數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素。關(guān)鍵詞：刀庫；存儲；功能；自動控制前 言可編程控制器（Programmable logic controller），簡稱PLC，它是20世紀(jì)70年代以來，在繼承集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國外已廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)子偶的呢規(guī)劃的支柱產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)

7、展很快，除有許多從國外引進(jìn)的設(shè)備、自動化生產(chǎn)線外，國內(nèi)的機(jī)床設(shè)備已越來越多采用PLC控制系統(tǒng)。采用控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，體積小，價(jià)格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭，易于在現(xiàn)場變更程序，便于使用、維護(hù)、維修，能直接推動電磁閥接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)、中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳播數(shù)據(jù)等。本設(shè)計(jì)采用PLC對刀具庫系統(tǒng)的自動控制，自動換刀裝置在隨機(jī)換刀時(shí)只識別刀具不識別刀套，因此可以把刀具編號，并且按順序?qū)⒌毒卟迦氲稁熘袑?yīng)號和刀套上。由數(shù)控系統(tǒng)的PLC設(shè)定刀號，使刀具號和刀庫中的刀套地址對應(yīng)的記在PLC上，一經(jīng)設(shè)定，機(jī)床在以后的使用中，不論刀具在哪個(gè)刀套上PLC始終記憶著

8、它的蹤跡。簡化了控制系統(tǒng)的硬件和界限，減小了控制器的體積，提高了控制系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)，PLC有較完善的自診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。應(yīng)用表明，PLC的簡潔、快捷在自動換刀裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書摘要前言第一章 PLC基本介紹.11.1 PLC介紹.71.2 PLC的組成.7第二章 PLC的工作原理.92.1 PLC的工作原理.92.2 PLC的優(yōu)點(diǎn).92.3 PLC的選型依據(jù).102.4 FX系列型號命名方法與輸入輸出技術(shù)指標(biāo).112.5 FX系列PLC的特點(diǎn).12第三章 總體設(shè)計(jì)思路及方案的確定.14第四章 加工中心刀具庫選擇PLC控制系

9、統(tǒng)設(shè)計(jì).164.1 機(jī)械手與調(diào)取刀具的工作原理分析.164.2 本系統(tǒng)的詳細(xì)工作原理164.3 I/O配置.174.4 軟件流程圖.194.5 梯形圖.204.6 指令表.214.7 接線圖.224.8 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果及分析.23設(shè)計(jì)總結(jié).24參考文獻(xiàn).25.第一章 PLC基本介紹1.1 PLC介紹PLC即可編程控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller;中文全稱為可編程邏輯控制器。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年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下

10、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器，用來在其內(nèi)部存儲執(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)?！?.2 PLC的組成1、CPU模塊CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。起“心臟”作用。當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯

11、程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動器。2、I/O模塊輸入/輸出（I/O）單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接受現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供的開關(guān)量信號，經(jīng)過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備。輸入接口示意圖：輸出接口示意圖： 3、編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，攜帶方便。但缺點(diǎn)是只能編輯指令表。另一種是通過PLC的RS232

12、接口與計(jì)算機(jī)RS232接口相連。通過專用軟件先在電腦上編輯梯形圖或指令表程序，再編譯成機(jī)器碼傳輸?shù)絇LC中。4、系統(tǒng)電源PLC一般合用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V、±12V、24V等直流電源。不同型號的PLC有不同的供電方式，所以PLC電源的輸入電壓既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC內(nèi)部使用的電源是整體的供給中心，它的優(yōu)劣直接影響到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。5、存儲器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 它分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及

13、對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機(jī)存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為35年。第二章 PLC的工作原理2.1 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，

14、還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期有輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描的方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸

15、出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。2.2 PLC的優(yōu)點(diǎn)1、靈活性：不同類型的硬件設(shè)備采用相同的可編程序控制器，編寫不同應(yīng)用軟件就可以了，并且可以用一臺可編程控制器控制幾臺操作方式完全不同的設(shè)備。2、便于改進(jìn)與修正：可編程序控制器為改進(jìn)和修訂原設(shè)計(jì)提供了極其方便的手段，以前也許要花費(fèi)幾周的時(shí)間才能完成的工作使用可編程序控制器只要幾分鐘就可以了。3、節(jié)點(diǎn)利用率高：在可編程序控制器中，一個(gè)輸入中的開關(guān)量或程序中的一個(gè)“線圈”可提供用戶所需用的連鎖節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)在程序中可不受限制的使用。4、成本低：可編程序控制器提供的繼電器節(jié)點(diǎn)、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、順控器的數(shù)量比采用繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、順控器等實(shí)際元器件要便宜

16、的多5、模擬調(diào)試：可編程序控制能對所空功能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場的調(diào)試，而古典電器線路是無法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試的，只能花費(fèi)現(xiàn)場大量時(shí)間。6、能對現(xiàn)場進(jìn)行微觀調(diào)試：在可編程序控制器系統(tǒng)中，操作人員能通過顯示器觀測到所控每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，隨時(shí)監(jiān)測事故發(fā)生點(diǎn)。7、快速動作：傳統(tǒng)繼電器節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間一般要幾百毫秒，而可編程序控制器里的節(jié)點(diǎn)反應(yīng)很快，內(nèi)部是微秒級的。8、可靠性：可編程序控制器由集成電路元件構(gòu)成，因此可靠性大大高于機(jī)械和電器繼電器。9、系統(tǒng)購置的簡單化：可編程序控制器是一個(gè)完整的系統(tǒng)，購置了一臺可編程序控制器，就相當(dāng)于購買了系統(tǒng)所需要的所有繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器等器件。10、圖

17、紙簡化：傳統(tǒng)控制電路要靠畫藍(lán)圖，而藍(lán)圖不能隨哦設(shè)計(jì)的不同階段不斷更新的，采用可編程序控制器很容易做到隨時(shí)打印出更新后的電路圖。11、易于系統(tǒng)的變化：可編程序控制器可以重新編程序，所以可以滿足所控生產(chǎn)流程頻繁變化的要求。2.3 選型、選型依據(jù)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大形機(jī)器）。并且結(jié)合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定性價(jià)比較好的PLC機(jī)型。 1、輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般按一定比例設(shè)置,

18、但不同廠家的PLC其設(shè)置會不同,如OMRON公司生產(chǎn)CPM1A型I/O比為3:2,而三菱的FX2N系列I/O比為1:1。用戶可根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)所需輸入輸出信號數(shù)量和信號類型來決定PLC的型號或相應(yīng)的輸入輸出模塊。2、存儲容量存儲容量一般指存放用戶程序的存儲器的容量，通常用“字”或“步”來表示?！安健本褪荘LC中存放程序的地址單位，每一步占用兩個(gè)字，一條基本指令一般為一步，而復(fù)雜的功能指令往往有若干步，如OMRON的CPM1A型PLC的存儲容量為2048字，三菱的FX2N系列PLC存儲容量為8K步。3、編程語言不同廠家生產(chǎn)的PLC所用的編程語言不同，而且互不兼容。一般梯形圖和指令表是PLC最常用

19、 的編程語言。目前 ，PLC編程基本上都在計(jì)算機(jī)上完成，梯形圖以其直觀、編程容易而成為主要編程語言，編制完成的梯形圖程序可直接輸入PLC進(jìn)行調(diào)試，用戶無需寫出指令表。但若用手持編程器編程時(shí)，要輸入指令表語句。三菱系列常用可選型號表1型號I/O點(diǎn)數(shù)用戶程序步數(shù)功能指令通信功能FX0S10-30800步EEPROM50無FX0N24-1282K步EEPROM55較強(qiáng)FX2N16-256內(nèi)附8K步RAM298強(qiáng)2.4 FX系列型號命名方法與輸入輸出技術(shù)指標(biāo)FX系列PLC型號名稱的含義如下：FX 子系列名稱，例如1S、1N、2N等輸入、輸出的總點(diǎn)數(shù)單元類型：M為基本單元，E為輸入、輸出混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)

20、展模塊，為輸入專用擴(kuò)展模塊，為輸出專用模塊。輸出形式：為繼電器輸出，為晶體管輸出，為雙向晶閘管輸出。電源和輸入、輸出類型等特性。為DC直流電源; A為AC交流電源。FX系列PLC的輸入技術(shù)指標(biāo)見下表 ：表2輸入電壓DC 24V(1±10%)元件號X0X7其余輸入點(diǎn)輸入信號電壓DC 24V(1±10%)輸入信號電流DC 24V,7mADC 24V,5mAOFFON的輸入電流/mA>4.5>3.5ONOFF的輸入電流/mA<1.5輸入響應(yīng)時(shí)間/ms10可調(diào)節(jié)輸入響應(yīng)時(shí)間/msX0X17為060(FX2N)，其余系列為015輸入信號形式無電壓觸點(diǎn)，或NPN集電極

21、開路輸出晶體管輸入狀態(tài)顯示輸入ON時(shí) LED燈亮FX系列PLC的輸出技術(shù)指標(biāo)見下表 。表3項(xiàng)目繼電器輸出晶閘管輸出（僅FX2N）晶體管輸出外部電源最大為AC 240V或DC30VAC 85242VDC 530V最大負(fù)載電阻負(fù)載5A/1點(diǎn)，8A/COM0.3A/1點(diǎn)，0.8A/COM0.5A/1點(diǎn)，0.8A/COM感性負(fù)載AC80VA,120/240VAC36VA/240VDC12W/24V白熾燈負(fù)載100W30WDC 0.9W/24V(FX1S),其他系列DC 1.5W/24V最小負(fù)載DC電壓<5V時(shí)2mAAC2.3VA/240V響應(yīng)時(shí)間OFFON10ms1ms<0.2ms;<

22、;5s(僅Y0、Y1)ONOFF10ms10ms<0.2ms;<5s(僅Y0、Y1)開路漏電流AC2.4mA/240VDC0.1mA/30V電路隔離繼電器隔離光電晶閘管隔離光耦合器隔離2.5 FX系列PLC的特點(diǎn)1、 體積極小的微型PLCFX系列PLC的底部尺寸僅相當(dāng)于一張卡片大小，很適合在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。內(nèi)置的DC 24V電源可作輸入電路的電源和傳感器的電源。2、 美觀的外部結(jié)構(gòu) 三菱公司的FX系列PLC的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，寬度不同。它們之間用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長方體。3、 提供多個(gè)子系列供用戶選用 FX1S、FX1N、FX2

23、N的外觀、高度、深度差不多，但是性能和價(jià)格有很大的差別。不同的系統(tǒng)可以選用不同的子系列，避免了功能的浪費(fèi)，使用戶能用最小的投資來滿足系統(tǒng)的要求。4、 靈活多變的系統(tǒng)配置 FX系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可以選用不同的子系列外，還可以選用多種基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同的I/O點(diǎn)和不同功能的控制系統(tǒng)，各種配置都可以得到很高的性價(jià)比。5、 功能強(qiáng)，使用方便 FX系列的體積雖小，卻具有很強(qiáng)的功能，它內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，有輸入輸出刷新、中斷、輸入濾波時(shí)間調(diào)整、恒定掃描時(shí)間等功能，有高速計(jì)數(shù)器的專用比較指令。FX系列的基本單元和擴(kuò)展單元一般采用插接式的接線端子排，更換單元方便快捷。第三章 總

24、體設(shè)計(jì)思路及方案的確定在利用PLC構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先要明確對控制對象的要求，然后根據(jù)實(shí)際需要確定控制系統(tǒng)類型、系統(tǒng)的運(yùn)行方式和被控對象的控制要求，確定必須完成的動作及完成的順序，歸納出工作循環(huán)和狀態(tài)流程圖。1、被控對象的控制要求該設(shè)計(jì)在圓盤旋轉(zhuǎn)控制區(qū)完成，圓盤模擬數(shù)控加工中心刀具庫，刀具庫上有6個(gè)位置，表示能存放6把刀具，編號為1-6。圓盤能正、反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)數(shù)碼盤撥出所需刀具數(shù)字編號時(shí)，按下啟動按扭，即可將碼盤數(shù)據(jù)輸入，同時(shí)圓盤按就近方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到所需的刀具當(dāng)前存放位置正下方出口處停下。要求動作執(zhí)行是以就近旋轉(zhuǎn)取出刀具為目的。2、PLC控制系統(tǒng)類型 PLC控制系統(tǒng)選擇的基本原則如下：（1）最

25、大限度的滿足被控對象的控制要求。（2）保證人身與設(shè)備安全的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)都是第一位，在保證控制系統(tǒng)安全、可靠的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便，滿足控制要求，同時(shí)要注意硬件的安全保護(hù)。（3）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，工藝的改進(jìn)及系統(tǒng)的擴(kuò)充，在選擇可編程控制器的CPU模板及I/O模板時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。（4）設(shè)計(jì)調(diào)試點(diǎn)以便于調(diào)試，采用模塊化設(shè)計(jì)，盡量減少程序量，并全面的注釋，便于維修。根據(jù)工藝生產(chǎn)要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大型機(jī)器）。并結(jié)合市場情況，考察P

26、LC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價(jià)格性能比較好的PLC機(jī)型。 由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有四種：由PLC構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)、由PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)、由PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)、用PLC構(gòu)成遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。3、系統(tǒng)的運(yùn)行方式 PLC控制系統(tǒng)有三種運(yùn)行方式，即手動、半自動和自動。4、分配PLC的I/O點(diǎn)（端子），設(shè)計(jì)PLC的實(shí)際接線圖。5、根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，用相應(yīng)的編程語言和程序設(shè)計(jì)法進(jìn)行PLC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 確定要完成的動作及完成的順序假設(shè)機(jī)械手一直在1號位。(1)調(diào)取當(dāng)前當(dāng)?shù)短枴C(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)前刀位的（X10閉合），D

27、1=K1，兩個(gè)值相比較，D0=D1，此時(shí)，到位指示燈直接亮起，接著換刀成 功指示閃爍，表示換刀完成。(2)調(diào)取2-4號刀，機(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)2號位的刀（X11閉合），D1=K2，兩個(gè)值相比較，D0D1，此時(shí)，D0要先加K6再減D1，（較小數(shù)減較大數(shù)計(jì)算較復(fù)雜，所以采用先加上最大數(shù)再減）D10再和K3比較，D10K3，M10/M11動作，刀盤逆轉(zhuǎn)。(3)調(diào)取5、6號刀，機(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)5號位的刀（X14閉合），D1=K5，兩個(gè)值相比較，D0D1，此時(shí)，D0要先加K6再減D1，（較小數(shù)減較大數(shù)計(jì)算較復(fù)雜，所以采用先加上最大數(shù)再減）D

28、10再和K3比較， D10K3， M12動作，刀盤順轉(zhuǎn)。根據(jù)要完成的動作及順序設(shè)計(jì)工作循環(huán)及狀態(tài)流程圖。設(shè)計(jì)順序功能圖和梯形圖。6、利用軟件進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。第四章 加工中心刀具庫選擇PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 機(jī)械手與調(diào)取刀具的工作原理分析調(diào)取當(dāng)前刀時(shí)（圖中為1號刀）刀盤不動作。假設(shè)機(jī)械手在1號位，調(diào)取5號和6號刀時(shí)，刀盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。假設(shè)機(jī)械手在1號位，調(diào)取2、3、4號刀時(shí)，刀盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。4.2 本系統(tǒng)的詳細(xì)工作原理分三種情況考慮：假設(shè)機(jī)械手一直在1號位。1、調(diào)取當(dāng)前當(dāng)?shù)短枴C(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)前刀位的（X10閉合），D1=K1，兩個(gè)值相比較，D0=D1，此時(shí)，到位

29、指示燈直接亮起，接著換刀成 功指示閃爍，表示換刀完成。2、調(diào)取2-4號刀，機(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)2號位的刀（X11閉合），D1=K2，兩個(gè)值相比較，D0D1，此時(shí)，D0要先加K6再減D1，（較小數(shù)減較大數(shù)計(jì)算較復(fù)雜，所以采用先加上最大數(shù)再減）D10再和K3比較，D10K3，M10/M11動作，刀盤逆轉(zhuǎn)。3、調(diào)取5、6號刀，機(jī)械手在1號刀位（X1閉合），D0K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)5號位的刀（X14閉合），D1=K5，兩個(gè)值相比較，D0D1，此時(shí)，D0要先加K6再減D1，（較小數(shù)減較大數(shù)計(jì)算較復(fù)雜，所以采用先加上最大數(shù)再減）D10再和K3比較， D10K3，M12動作，刀盤順

30、轉(zhuǎn)。4.3 I/O配置1、I/O口配置表根據(jù)被控對象的I/O信號及所選定的PLC型號，分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點(diǎn)進(jìn)行編號，列出I/O點(diǎn)分配表。一般來說，輸入點(diǎn)與輸入設(shè)備一一對應(yīng)，輸出點(diǎn)與輸出設(shè)備也一一對應(yīng)，按系統(tǒng)配置的通道和繼電器號，對每一個(gè)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備進(jìn)行編號，并以表格的形式全部列出來。下表為本課程設(shè)計(jì)的I/O口分配表：表4節(jié)點(diǎn)類型節(jié)點(diǎn)名稱對應(yīng)按鈕節(jié)點(diǎn)作用輸 入X001SIN1機(jī)械手位置檢測X002SIN2機(jī)械手位置檢測X003SIN3機(jī)械手位置檢測X004SIN4機(jī)械手位置檢測X005SIN5機(jī)械手位置檢測X006SIN6機(jī)械手位置檢測X010PO1刀具號選擇X

31、011PO2刀具號選擇X012PO3刀具號選擇X013PO4刀具號選擇X014PO5刀具號選擇X015PO6刀具號選擇輸 出Y000刀具到位指示Y001換刀閃爍Y002啟動Y003刀盤順/逆轉(zhuǎn)2、I/O地址分配清單：輸入地址：SIN1X1 SIN2X2SIN3X3 SIN4X4SIN5 X5 SIN6 X6PO1X10 PO2X11PO3X12 PO4X13PO5X14 PO6X15輸出地址：符合Y0 換刀Y1啟動Y2 順/逆Y34.4 軟件流程圖檢測機(jī)械手位置 D0檢測請求刀號 D1比較D0和D1 D0<D1D0=D1D0>D1D0+K6-D1=D10D0-D1=D10符合比較D

32、10和K3D10<K3M12動作D10=K3M11動作D10>K3M10動作逆轉(zhuǎn)順轉(zhuǎn)顯示屏顯示刀號4.5 梯形圖27 X10 | |MOV K1 D0 X26 | |MOV K2 D0 X312 | |MOV K3 D0 X418 | |MOV K4 D0 X524 | |MOV K5 D0 X630 | |MOV K6 D0 X10 M536 | |/|MOV K1 D1 SET M5 X11 M544 | |/|MOV K2 D1 SET M5 X12 M552 | |/|MOV K3 D1 SET M5 X13 M560 | |/|MOV K4 D1 SET M5 X14 M

33、568 | |/|MOV K5 D1 SET M5 X15 M576 | |/|MOV K6 D1 SET M5 M584 | |CMP D0 D1 M0 M0 | |SUB D0 D1 D10 M1 | |（Y0） M2 | |ADD D0 K6 D2 M2 | |SUB D2 D1 D10 M5122 | |CMP D10 K3 M10 M10 Y0 S2 | |/|/|（S1） M11 Y0 S2 | |/|/|（S3） M12 Y0 S1 S3 | |/|/|/|（S2） S1149 | |（Y2） S2 | | S3 | | S1153 | |（Y3） S3 | | Y0156 |

34、|（T1 K50） Y0 M8013160 | | |（Y1 ） T1163 | |RST M5165 END4.6 指令表0 LD X11 MOV K1 D06 LD X27 MOV K2 D012 LD X3 13 MOV K3 D018 LD X419 MOV K4 D024 LD X525 MOV K5 D030 LD X631 MOV K6 D0 36 LD X1037 ANI M538 MOV K1 D143 SET M544 LD X1145 ANI M546 MOV K2 D151 SET M552 LD X1253 ANI M554 MOV K3 D159 SET M560

35、LD X1361 ANI M562 MOV K4 D167 SET M568 LD X1469 ANI M570 MOV K5 D175 SET M576 LD X1577 ANI M578 MOV K6 D183 SET M584 LD M585 CMP D0 D1 M092 MPS93 AND M094 SUB D0 D1 D10101 MRD102 AND M1103 OUT Y0104 MRD105 AND M2106 ADD D0 K6 D2113 MPP114 AND M2115 SUB D2 D1D10122 LD M5123 CMP D10 K3 M10130 MPS131 A

36、ND M10132 ANI Y0133 ANI S2134 OUT S1136 MRD137 AND M11138 ANI Y0139 ANI S2140 OUT S3142 MPP143 AND M12144 ANI Y0145 ANI S1146 ANI S3147 OUT S2149 LD S1150 OR S2151 OR S3152 OUT Y2153 LD S1154 OR S3155 OUT Y3156 LD Y0157 OUT T1K50 160 LD Y0161 AND M8013162 OUT Y1163 LD T1164 RST M5165 END4.7 接線圖表524V

37、5VX0PLC-2可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺Y0符合SIN1X1Y1換刀SIN2X2Y2啟動SIN3X3Y3順/逆SIN4X4SIN5X5SIN6X6PO1X10PO2X11PO3X12:COMPO4X13PO5X14PO6X15:COMCOM+5VFX系列主機(jī)的輸出繼電器的公共端：FX1S-30MR為COM0COM3；FX2N-32MR為COM1COM4；FX2N-48MR為COM1COMS；FX1N-60MR為COM1COM7。電機(jī)控制：表6Y2（啟動）Y3（順/逆）刀具盤10順11逆00停止01停止4.8 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果及分析1、調(diào)試步驟：錯(cuò)誤！未找到引用源。 打開PLC-2型實(shí)驗(yàn)臺電源，編程器與PLC連接。錯(cuò)誤！未找到引用源。 根據(jù)所設(shè)計(jì)的梯形圖編制輸入程序，并檢查是否正確。錯(cuò)誤！未找到引用源。 按表5接線圖接線，實(shí)驗(yàn)臺與PLC-DOME005連接，檢查連線是否正確。錯(cuò)誤！未找到引用源。 按下刀具選擇按鈕，觀察運(yùn)行結(jié)果。2、調(diào)試結(jié)果（1）加工中心刀具庫選擇控制演示板結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中SIN1SIN6是六個(gè)刀具到位信號開關(guān)，PO1P