畢業(yè)論文PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用專業(yè)電氣自動(dòng)化班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師日期摘要目前,可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分,數(shù)字控制部分包括對各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制,而順序控制包括對主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動(dòng)作的控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制,使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊,功能更豐富,響應(yīng)速度和可靠性大大提高!可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。關(guān)鍵詞：可編程控制器數(shù)字控制順序控制操作指令組合機(jī)床自動(dòng)循環(huán)目錄第1章緒論 11.1組合機(jī)床概述 11.2控制流程 21.3電控系統(tǒng)輸入輸出信號 21.4組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 4第2章PLC概述與方案論證 72.1PLC概述 72.2方案論證 7第3章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 103.1選擇PLC機(jī)型 103.2設(shè)計(jì)輸入輸出信號地址表 103.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖 123.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板 14第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 154.1設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖 154.2設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序 164.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)與顯示梯形圖程序 164.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序 164.5實(shí)驗(yàn)室電氣原理圖仿真與程序調(diào)試 21結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 23第1章緒論1.1組合機(jī)床概述組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床是隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，由通用機(jī)床、專用機(jī)床發(fā)展起來的。通用機(jī)床一般用一把刀具進(jìn)行加工，自動(dòng)化程度低、輔助時(shí)間長、生產(chǎn)效率低，但通用機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)加工對象的變化。專用機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)的多刀切削，自動(dòng)化程度較高，結(jié)構(gòu)較簡單，生產(chǎn)效率也較高。但是，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造周期長，造價(jià)高，工作可靠性也較差。專用機(jī)床是針對某工件的一定工序設(shè)計(jì)的，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，工件的結(jié)構(gòu)，尺寸稍有變化時(shí)，它就不能繼續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī)床。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。常見的組合機(jī)床，標(biāo)準(zhǔn)通用部件有動(dòng)力滑臺各種加工動(dòng)力頭以與回轉(zhuǎn)工作臺等，可用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓驅(qū)動(dòng)。各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件組合構(gòu)成一臺組合機(jī)床時(shí)，該機(jī)床的控制電路可由各動(dòng)力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構(gòu)成。多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)和復(fù)位控制。第二方面是動(dòng)力部件的半自動(dòng)循環(huán)控制。第三方面是整批全自動(dòng)工作循環(huán)控制。組合機(jī)床具有生產(chǎn)率高、加工精度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因而，在汽車、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)床等一些具有一定生產(chǎn)批量的企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，組合機(jī)床的研制正向高效、高精度、高自動(dòng)化和柔和性化方向發(fā)展。本文所用組合機(jī)床為四工位組合機(jī)床，該機(jī)床由四個(gè)滑臺，各載一個(gè)加工動(dòng)力頭，組成四個(gè)加工工位，除了四個(gè)加工工位外，還有夾具，上下料機(jī)械手和進(jìn)料器，四個(gè)輔助裝置以與冷卻和液壓系統(tǒng)共14個(gè)部分。機(jī)床的四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)對一個(gè)零件的四個(gè)端面以與中心孔進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件，由上料機(jī)械手自動(dòng)上料，下料機(jī)械手自動(dòng)取走加工完成的零件，零件每小時(shí)可加工80件。該機(jī)床的俯視示意圖如下：1.2控制流程當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，上料機(jī)械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊零件，進(jìn)料裝置進(jìn)料，然后四個(gè)工作滑臺向前，四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)加工，加工完成后，各工作滑臺退回原位，接下來下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)械手帶料退回原位并松開，完成一個(gè)工作循環(huán)。要求組合機(jī)床能以手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種工作方式工作。全自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；半自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī)床將停車于初始狀態(tài)；手動(dòng)方式是用于手動(dòng)調(diào)整的。1.3電控系統(tǒng)輸入輸出信號1、輸入信號（共42個(gè)）。其中：SQ、YJ為位置檢測傳感器開關(guān)；SA為選擇開關(guān)；SB為按鈕。功能器件功能器件功能器件功能器件滑臺1原位1SQ下料器終點(diǎn)12SQ滑臺1進(jìn)5SB主軸4點(diǎn)動(dòng)16SB滑臺1終點(diǎn)2SQ夾緊1YJ滑臺1退6SB夾緊17SB滑臺2原位3SQ進(jìn)料2YJ主軸1點(diǎn)動(dòng)7SB松開18SB滑臺2終點(diǎn)4SQ放料3YJ滑臺2進(jìn)8SB上料器進(jìn)19SB滑臺3原位5SQ潤滑壓力4YJ滑臺2退9SB上料器退20SB滑臺3終點(diǎn)6SQ潤滑液面開關(guān)5YJ主軸2點(diǎn)動(dòng)10SB進(jìn)料21SB滑臺4原位7SQ總停1SB滑臺3進(jìn)11SB放料22SB滑臺4終點(diǎn)8SQ啟動(dòng)2SB滑臺3退12SB冷卻開23SB上料器原位9SQ預(yù)停3SB主軸3點(diǎn)動(dòng)13SB冷卻停24SB上料器終點(diǎn)10SQ潤滑故障撤除4SB滑能4進(jìn)14SB下料器原位11SQ選擇開關(guān)1SA滑臺4退15SB2輸出信號（共27個(gè)）。其中：YV為電磁閥；KM為接觸器；HL為指示燈功能器件功能器件功能器件功能器件夾緊1YV上料退8YV放料15YV潤滑電動(dòng)機(jī)6KM松開2YV下料進(jìn)9YV進(jìn)料16YV潤滑顯示燈1HL滑臺1進(jìn)3YV下料退10YV1主軸1KM1、3工位原位指示2HL滑臺1退4YV滑臺2進(jìn)11YV2主軸2KM2、4工位原位指示3HL滑臺3進(jìn)5YV滑臺2退12YV3主軸3KM上料原位指示4HL滑臺3退6YV滑臺4進(jìn)13YV4主軸4KM下料原料指示5HL上料進(jìn)7YV滑臺4退14YV冷卻電動(dòng)機(jī)5KM隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機(jī)床電氣控制裝置也不斷更新。在控制方法上主要從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制；在控制功能上，是從簡單到復(fù)雜；在操作上由笨重到輕松，從控制原理上，由單一的有觸點(diǎn)硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以微處理器為中心的軟件控制系統(tǒng)。在上世紀(jì)的20年代到30年代，借助繼電器、接觸器、按鈕和行程開關(guān)等組成繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的啟動(dòng)、停車、有級調(diào)速等控制。繼電器-接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、抗干擾性能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械設(shè)備。目前，在我國繼電器接觸器控制仍然是機(jī)床和其它機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于固定接線形成，故在進(jìn)行程序控制時(shí)，改變控制程序不方便，靈活性差。故在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些開關(guān)量控制的簡單程序控制過程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程，又是經(jīng)常變化的。因而傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)常常不能滿足這種需求。電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)提高了電氣控制的靈活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在著系統(tǒng)復(fù)雜、使用不方便、抗干擾能力差、成本較高等缺陷，尤其對上述簡單的過程控制有“大材小用”和不經(jīng)濟(jì)等問題。因而60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)需要，方便的改變控制系統(tǒng)，而又要比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置——順序控制器。它能通過組合邏輯元件插接或變成來實(shí)現(xiàn)繼電器-接觸器控制線路功能的裝置，它能滿足成組經(jīng)常改變的控制要求，使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性，但它還是使用硬件手段，裝置體積大，功能也受到了一定的限制。隨著大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本變化。在70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，以微處理器為核心的新興工業(yè)控制器——可編程程序控制器（PLC）。這種期間完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器-接觸器控制兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前世界各國將其作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。1.4組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)組合機(jī)床的電氣控制理論上講可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC、單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1．PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1)控制邏輯：繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差。可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2)控制速度：繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3)定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值。PLC根據(jù)給定的定時(shí)值，由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制制定時(shí)間，定時(shí)精度高、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，并且一旦調(diào)好，不會(huì)變化。并且PLC可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸系統(tǒng)通常沒有計(jì)數(shù)功能。(4)設(shè)計(jì)與施工。使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程，設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難而使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程。設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，而且調(diào)試和修改均很方便。(5)可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2．PLC與單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1)單片機(jī)不如PLC容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員遇有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)與操作方法，就可以使用和編程。(2)單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)入PLC。(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。第2章PLC概述與方案論證2.1PLC概述可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破髋c其有關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易與工業(yè)控制聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)充功能。PLC產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快，可靠性高，又具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。PLC還有一個(gè)重要特性是它具有在線修改功能。它借助于軟件來實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制，軟件本身具有修改性，所以PLC具有靈活性。從而使PLC具有廣泛的工業(yè)通用性，同時(shí)簡化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系列PLC平均故障間隔大于20000~50000h，而平均修復(fù)時(shí)間則小于10min；PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電信號，如交流220V、直流24V，并可直接驅(qū)動(dòng)功率部件，可長期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號語言，便于工程技術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號作用下進(jìn)行工作。根據(jù)信號，控制器就會(huì)作出反映，通過用戶編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號，而且這些輸出信號可直接控制外部的控制系統(tǒng)負(fù)載，如電機(jī)，接觸器，指示燈，電磁閥等。PLC的控制系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的繼電器控制接線和拆線的麻煩。用PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“間接網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意去改變，這種性能使PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。2.2方案論證組合機(jī)床的電氣控制,理論上講,可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC與單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1．PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1)控制邏輯繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯?chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2)控制速度繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3)定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。(4)可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2．PLC與單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1)單片機(jī)不如PLC容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員要有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)與操作方法，就可以使用和編程。(2)單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)入PLC。(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。第3章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1選擇PLC機(jī)型合理選擇PLC的型號，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以與最佳功能價(jià)格比。（1）結(jié)構(gòu)選擇PLC主要有整體式和模塊式。整體式PLC：整體式PLC的每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC：模塊式PLC功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對于組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。（2）I/O點(diǎn)選取原則PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對象的輸入輸出信號的實(shí)際需要，再加上10%-20%的余量來確定。由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測元件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。電控制系統(tǒng)有輸出信號27個(gè)，其中電磁閥16個(gè)，六臺電動(dòng)機(jī)的接觸器和5個(gè)指示燈。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取46-50個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)可選取29-33個(gè)。（3）確定PLC機(jī)型與擴(kuò)展模塊。根據(jù)（1）（2）與實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用FX2N-64MR主機(jī)和一個(gè)16點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模塊（FX-16EX）這樣共有輸入點(diǎn)（32+16）。輸出點(diǎn)就是主機(jī)的32。足夠可以滿足42個(gè)輸入，27個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量。3.2設(shè)計(jì)輸入輸出信號地址表輸入輸出信號地址表是將輸入輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用的一種表。由本設(shè)計(jì)可知控制電路中的按鈕，行程開關(guān)，檢測元件等觸點(diǎn)都屬于PLC的輸入設(shè)備，PLC的輸出控制對象主要是控制電路中的執(zhí)行元件，本設(shè)計(jì)主要是接觸器，電磁閥，指示燈。根據(jù)電控系統(tǒng)的輸入輸出信號表知：1輸入元件數(shù)量行程開關(guān)12個(gè)按鈕24個(gè)選擇開關(guān)1個(gè)檢測元件5個(gè)2輸出元件數(shù)量電磁閥16個(gè)接觸器6個(gè)指示燈5個(gè)根據(jù)本設(shè)計(jì)選用的PLC機(jī)型，將輸入輸出元件分配到PLC的輸入輸出接口。根據(jù)本文所給的輸入輸出元件可列下表2-1表2-1輸入輸出信號地址表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號1SQ滑臺Ⅰ原位X01YV夾緊Y02SQ滑臺Ⅰ終點(diǎn)X12YV松開Y13SQ滑臺Ⅱ原位X23YV滑臺Ⅰ進(jìn)Y24SQ滑臺Ⅱ終點(diǎn)X34YV滑臺Ⅰ退Y35SQ滑臺Ⅲ原位X45YV滑臺Ⅲ進(jìn)Y46SQ滑臺Ⅲ終點(diǎn)X56YV滑臺Ⅲ退Y57SQ滑臺Ⅳ原位X67YV上料進(jìn)Y68SQ滑臺Ⅳ終點(diǎn)X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料進(jìn)Y1010SQ上料器終點(diǎn)X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑臺Ⅱ進(jìn)Y1312SQ下料器終點(diǎn)X1312YV滑臺Ⅱ退Y141YJ夾緊X1413YV滑臺Ⅳ進(jìn)Y152YJ進(jìn)料X1514YV滑臺Ⅳ退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ潤滑壓力X1716YV進(jìn)料Y205YJ潤滑液面開關(guān)X201KMⅠ主軸Y211SB總停X212KMⅡ主軸Y222SB啟動(dòng)X223KMⅢ主軸Y233SB預(yù)停X234KMⅣ主軸Y244SB潤滑故障撤除X245KM冷卻電動(dòng)機(jī)Y251SA選擇開關(guān)X256KM潤滑電動(dòng)機(jī)Y265SB滑臺Ⅰ進(jìn)X261HL潤滑顯示Y276SB滑臺Ⅰ退X272HLⅠ、Ⅲ工位滑臺原位Y307SB主軸Ⅰ點(diǎn)動(dòng)X303HLⅡ、Ⅵ工位滑臺原位Y318SB滑臺Ⅱ進(jìn)X314HL上料原位Y329SB滑臺Ⅱ退X325HL下料原料Y3310SB主軸Ⅱ點(diǎn)動(dòng)X3311SB滑臺Ⅲ進(jìn)X3412SB滑臺Ⅲ退X3513SB主軸Ⅲ點(diǎn)動(dòng)X3614SB滑能Ⅳ進(jìn)X3715SB滑臺Ⅳ退X4016SB主軸Ⅳ點(diǎn)動(dòng)X4117SB夾緊X4218SB松開X4319SB上料器進(jìn)X4420SB上料器退X4521SB進(jìn)料X4622SB放料X4723SB冷卻開X5024SB冷卻停X513.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式，即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端COM。I/O電氣接口圖如下圖2-1圖2-1I/O電氣接口圖3.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板控制系統(tǒng)的操作面板是向PLC控制系統(tǒng)發(fā)布控制命令的主令元件組合而成的。本設(shè)計(jì)中，輸入元件共42個(gè)其中按鈕SB24個(gè)、檢測元件YJ5個(gè)、行程開關(guān)SQ12個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)，基于對機(jī)床工作方式的控制要求，面板上應(yīng)設(shè)有選擇開關(guān)1SA、預(yù)停按鈕；鑒于手動(dòng)調(diào)整方式下，相應(yīng)按鈕發(fā)出控制命令，驅(qū)動(dòng)組合機(jī)床相應(yīng)部件運(yùn)動(dòng)，因此面板上應(yīng)設(shè)相應(yīng)按鈕5SB-24SB，鑒于對組合機(jī)床的啟動(dòng)，停止與潤滑故障的處理控制，應(yīng)在操作制面板上設(shè)有啟動(dòng)按鈕2SB、總停按鈕1SB、潤滑故障切除按鈕4SB、其他輸入元件均為檢測元件，不在操作面板中設(shè)置，由上面綜述，可得控制系統(tǒng)操作面板如下圖2-2所示圖2-2控制系統(tǒng)的操作面板圖2-2控制系統(tǒng)操作面板圖第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制與工藝要求，按機(jī)床的動(dòng)作順序與每步所完成的任務(wù)，可得工作循環(huán)流程圖如圖2-3圖2-3PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖4.2設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序初始化程序主要用來處理組合機(jī)床的各種號，如啟動(dòng)，預(yù)停，總停以與各種的原始信號，機(jī)床啟動(dòng)前應(yīng)具備的各種初始信號，工作方式選擇信號，各種復(fù)位信號，并將處理結(jié)果作為機(jī)床啟動(dòng)，停止，程序轉(zhuǎn)換的依據(jù)，初始化程序一般用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，采用STL指令，來定義相應(yīng)的工作方式，手動(dòng)，自動(dòng)，利用預(yù)停按鈕來控制全自動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)的切換，并利用定時(shí)器設(shè)定了潤滑電動(dòng)機(jī)間歇時(shí)間，初始化程序見下圖2-4。4.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)與顯示梯形圖程序本設(shè)計(jì)的手動(dòng)程序與顯示程序均為用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的梯形圖。手動(dòng)程序：主要在調(diào)整和檢修時(shí)使用。為了對滑臺的進(jìn)退、上料器的進(jìn)退、夾具的加緊松開等進(jìn)行調(diào)整與控制，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的手動(dòng)程序，設(shè)計(jì)手動(dòng)程序時(shí)應(yīng)注意互鎖的設(shè)計(jì)。