PLC加工中心控制設(shè)計(jì)

鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 摘 要 ： 加工中心（ Machining Center）簡稱 NC，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。 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，不論刀具在哪個刀套上 PLC始終記憶著它的蹤跡。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， 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。 關(guān)鍵詞 ： 刀庫；存儲；功能；自動控制 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) The Design of PLC Control Machining Center Abstract: Machining Center (Machining Center) referred to as NC, by the machinery and equipment with numerical control system composed of complex parts for high-efficiency machine tool automation. It can achieve more than three-axis or three-axis control of the linkage to ensure that the surface of cutting tools for complex processing. Development of science and technology as the worlds most advanced manufacturing technologies and the emergence of maturing, and as a very important modern manufacturing processing center a higher demand, super high-speed cutting, ultra-precision processing technology, on the machining center various components of a higher performance. Machining center equipped with cutting tools as a result of the Treasury, has greatly increased the storage capacity of the tool. Conducive to improving the stiffness of the spindle, independent of the knife library, has greatly increased the number of tool storage, and expand the functions of machine tool, and can better isolate the effects of interfering factors machining accuracy. The design of the Tool Library System PLC automatic control, automatic tool changing device in a random identification tool changer not only to identify knife, it can be the tool number, and in order to insert the knife tool and the corresponding database on knife. By the numerical control system PLC No. knife set, knives and knife making library knife corresponding address recorded in the PLC, the one set by the machine in use in the future, regardless of the tool in which the PLC has knife memory traces of it. Simplifies the control system hardware and boundaries, to reduce the size of the controller to improve the flexibility of the control system at the same time, PLC have better self-diagnosis and self-protection capability, the system can enhance the anti-interference ability to improve the system reliability. Application shows that, PLCs simple, fast and automatic tool changing device is widely used. Key Words: Tool Storage； memory； function； automatic control鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 目 錄 1前 言 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 課題來源及基本技術(shù)要求 . 2 1.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路 . 2 1.4 預(yù)期成果及其意義 . 2 2 PLC基本介紹 . 3 2.1 PLC介紹 . 3 2.2 PLC的組成 . 3 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 . 4 2.4 PLC的生產(chǎn)廠家 . 4 3 PLC工作原理 . 5 3.1 PLC工作原理及優(yōu)點(diǎn) . 5 3.2 FX 系列 PLC的性能簡介 . 6 3.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 . 9 4 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) . 10 4.1 加工中心的組成部分 . 10 4.2 刀庫的自動換刀裝置 . 12 4.3 加工中心 PLC輸入輸出 接線圖 . 13 4.4 加工中心 PLC控制的軟件流程圖 . 15 4.5 梯形圖及工作原理 . 17 4.6 運(yùn)行結(jié)果 . 20 結(jié)束語 . 21 參考文獻(xiàn) . 22 致 謝 . 24 附 錄 . 24 附錄 1：加工中心刀庫自動轉(zhuǎn)位 接線圖 . 24 附錄 2：加工中心刀庫自動轉(zhuǎn)位 控制梯形圖 . 26 附錄 3：梯形圖指令程序 . 30 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 1 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 1 前 言 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信的飛速發(fā)展，計(jì)算 機(jī)控制已擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破髡媸菓?yīng)這一要求出現(xiàn)的，他是一位處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)裝置。 可編程控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱為 PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要控制設(shè)備之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域（如民用核家庭自動化）的 應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。 可編程序控制器在數(shù)控領(lǐng)域也得到了廣泛的使用，以下課題為數(shù)控刀具庫的轉(zhuǎn)換就是利用可編程序控制器的強(qiáng)大功能所設(shè)計(jì)的，在數(shù)控及其普通機(jī)床上（無極變速）都運(yùn)用了可編程序控制器，數(shù)控機(jī)床由電器部分和機(jī)械部分兩大部分組成，現(xiàn)在都是用可編程序控制器來控制使其達(dá)到更準(zhǔn)確的目的。 可編程序控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心。它將來自 CNC 的各種運(yùn)動及功能指令進(jìn)行邏輯排列，使它們能夠在準(zhǔn)確的、協(xié)調(diào)有序的安全運(yùn)行；同時將來自機(jī)床的信息及工作狀態(tài)傳輸給 CNC,使 CNC能夠及時正確的發(fā)出進(jìn)一步的控制指令如此 實(shí)現(xiàn)機(jī)床的控制。 當(dāng)代 PLC 多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而 PLC 硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式機(jī)構(gòu)。 PLC 與 CNC 的集成是采取軟件接口實(shí)現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將兩者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對所有地址的信息狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)各接口的現(xiàn)時信息狀態(tài)進(jìn)行分析和判別，據(jù)此作出進(jìn)一步的控制指令，完成對運(yùn)動或功能的控制。 PLC的推廣在我國得到了迅猛的發(fā)展，他已經(jīng)廣泛運(yùn)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣裝置中。了解 PLC 的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù) PLC 控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng) 成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。 1.1 概述 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是用可編程控制器（ PLC）對數(shù)控加工中心進(jìn)行自動換刀控制，要求在加工過程中，根據(jù)工藝要求，在需要換刀的時候給出某刀具編號， PLC根據(jù)所給刀具號進(jìn)行判別，驅(qū)動刀庫盤旋轉(zhuǎn)到取刀口停止，再由機(jī)械手進(jìn)行取刀換刀。刀庫采用隨機(jī)換刀方式，即機(jī)械手在取刀后，刀庫不再轉(zhuǎn)動，換刀、存刀一次完成，直到下一次換刀， PLC根據(jù)某刀具號轉(zhuǎn)動刀庫盤。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 2 刀具號的檢測要求只有一個， PLC的輸出（ X0）采用給定的刀具號與取刀口的當(dāng)前刀具號比較的方法判別刀庫盤的旋轉(zhuǎn)方 向。 1.2 課題來源及基本技術(shù)要求 控制要求： a.加工要求，自動將指定刀具轉(zhuǎn)至換刀位置（取刀口） b.刀具盤上共有 30把刀具供選擇 c.為提高換刀效率，要求換刀時按最小旋轉(zhuǎn)角（ 180）轉(zhuǎn)動 d.為提高定位精度，當(dāng)指定刀具號轉(zhuǎn)到距刀口上兩個刀具位時減速到取刀口處停止 e.在取刀口處，機(jī)械手上行抓緊刀具，下行、左行放松刀具（停留 5 秒，由加工中心安裝刀具），右行到機(jī)械手原位停止 所設(shè)計(jì)的控制電路圖需通過實(shí)驗(yàn)室等設(shè)備進(jìn)行實(shí)際接線調(diào)試和操作，達(dá)到控制要求，設(shè)計(jì)的控制電路要求簡單、可靠性高，便于操作。 對每個 行程控制電路應(yīng)有詳細(xì)的控制過程說明和控制電路動作原理說明。 1.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路 1.3.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 利用 PLC的知識設(shè)計(jì)出加工中心自動換刀控制的輸入輸出接線圖和主電路，并根據(jù)控制要求和輸入輸出接線圖繪制梯形圖。 1.3.2 設(shè)計(jì)思路 a.對加工中心自動換刀控制進(jìn)行詳細(xì)了解。 b.設(shè)計(jì)自動換刀系統(tǒng)初步方案。 c.根據(jù)控制要求確定輸入輸出元件，繪制 PLC輸入輸出接線圖和主電路圖。 d.根據(jù)控制要求和輸入輸出接線圖繪制梯形圖。 e.完善上述設(shè)計(jì) 。 f.安裝調(diào)試。 1.4 預(yù)期成果及其意義 作 為加工中心，刀庫的選刀是其核心部分之一，直接影響刀庫、機(jī)械手和主軸間的自動換刀，對機(jī)床的加工效率和加工精度具有十分重要的意義。經(jīng)過長時期的發(fā)展， PLC已具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，良好的通訊功能，極高的處理速度，已獲得廣泛的應(yīng)用。對于高精尖的大型數(shù)控機(jī)床主要部件目前大部分都用的進(jìn)口元件，費(fèi)用高。 PLC及其定位控制器用于刀庫、機(jī)械手和主軸間的自動換刀控制，取代某些昂貴的進(jìn)口元件，降低了設(shè)備費(fèi)用，本設(shè)計(jì)對于小型加工中心的自動選刀控制，是一種理想的控制設(shè)備。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 3 2 PLC基本介紹 2.1 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、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)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 2.2 PLC的組成 PLC主要由 CPU模塊， I/O模塊，編程器，系統(tǒng)電源和存儲器等部分組成。 A.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 映像 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 映像 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。 B.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。 C.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 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)?PLC中。 D.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。 E.存儲器 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 4 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。 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 在我國， PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域主要有： A.開關(guān)量邏輯控制 PLC 具有 “與 ”、 “非 ”等邏輯指令，可以實(shí)現(xiàn)電路的串并、聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯、定時控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及各個行業(yè)，甚至深入到家庭。 B.運(yùn)動控制 PLC 指令使用專用的指令或運(yùn)動控制模塊，對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置速度、加速度進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、 3 軸和多軸位置控制，使運(yùn)動控制和順序控制有機(jī)的結(jié)合起來。 PLC的運(yùn)動控制功能廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)械場合，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。 C.閉環(huán)過程控制 過程控制是 指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過模擬量 I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D轉(zhuǎn)換與 D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量進(jìn)行閉環(huán) PID（比例 -積分 -微分）控制。 PID閉環(huán)控制可以用 PID指令或?qū)Ｓ玫?PID模塊來實(shí)現(xiàn)， PID閉環(huán)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、 冶金 、電力、建材等方面。 D.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括整體運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、求反、循環(huán)、移位和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等）、 數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳輸送到別的智能裝置上，或者將它們打印制表。 E.通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、 PLC 與其他智能控制設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以組成 “集中管理、分散控制 ”的分不是控制系統(tǒng)。 2.4 PLC的 生產(chǎn)廠家 自從第一臺 PLC 出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制 PLC，并得鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 5 到了迅速的發(fā)展。 目前，世界上有 200 多家 PLC 廠商， 400 多品種的 PLC 產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派 PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場上占用重要地位 。 著名的 PLC 生產(chǎn)廠家主要有美國的 A-B（ Allen-Bradly） 公司 、 GE（ General Electric） 公司 ，日本的三菱電機(jī)（ Mitsubishi Electric） 公司 、歐姆龍（ OMRON）公司 ，德國的 AEG 公司 、西門子（ Siemens） 公司 ，法國的 TE（ Telemecanique）公司 等。 我國的 PLC 研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在 20世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進(jìn)了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中， PLC的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益， PLC在我國的應(yīng)用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。 目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn) PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子 公司 、上海香島電機(jī)制造 公司 、廈門 A-B公司 等。 3. PLC工作原理 3.1 PLC工作原理及優(yōu)點(diǎn) 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， 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，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的一個掃描周期必須輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 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）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 PLC的優(yōu)點(diǎn)有： A.靈活性 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 6 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。 B.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。 C.節(jié)點(diǎn)利用率高 在可編程序控制器中，一個輸入中的開關(guān)量或程序中的一個 “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。 D.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)時器、順控器的數(shù)量比采用繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時器、順控器等實(shí)際元器件要便宜的多。 E.模擬調(diào)試 可編程序控制能對所有功能在實(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)場大量時間。 F.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節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，隨時監(jiān)測事故發(fā)生點(diǎn)。 G.快速動作 傳統(tǒng)繼電器節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)時間一般要幾百毫秒，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。 H.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。 I.系統(tǒng)購置的簡單化 可編程序控制器是一個完整的系統(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)時器等器件。 J.圖紙簡化 傳統(tǒng)控制電路要靠畫藍(lán)圖，而藍(lán)圖不能隨意設(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打印出更新后的電路圖。 K.易于系統(tǒng)的變化 3.2 FX 系列 PLC的性能簡介 3.2.1 FX系列 PLC的特點(diǎn)： A.體積極小的微型 PLC FX1S、 FX1N、 FX2N系列 PLC的高度為 90mm，深度為 75 mm（ FX1S和 FX1N、系列）和 87 mm（ FX2N和 FX2NC 系列），和 FX1S-14M(14個 I/O點(diǎn)的基本單元 )的底部尺寸僅為 90 mm*60 mm，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 DC24V電源可作輸入電路的電源和傳感器的電源。 B.美觀的外部結(jié)構(gòu) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 7 三菱的 FX 系列 PLC 吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，寬度不同。他們之間用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體。 C.提供多個子系列供用戶選擇 FX1S、 FX1N、 FX2N 外觀、高度、深度差不多，但是性能和價(jià)格有很大的差別，見表 3-1。 表 3-1 FX1S、 FX1N、 FX2N和 FX2NC 型號 I/O點(diǎn)數(shù) 用戶程序步數(shù) 應(yīng)用指令 /條 通信功能 基本指令執(zhí)行時間 /us FX1S 10-30 2K步 EEPROM 85 較強(qiáng) 0.55-0.7 FX1N 14-128 8K步 EEPROM 89 強(qiáng) 0.55-0.7 FX2N和FX2NC 16-256 內(nèi)置 8K步 ROM,最大 16K步 128 最強(qiáng) 0.08 FX1S 的功能實(shí)用，價(jià)格便宜，可以用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，最多 30 個 I/O點(diǎn)，有通信功能，可以用于一般的緊湊型 PLC不能使用的地方； FX1N最多可以配置 128 個 I/O 點(diǎn)，可以用于要求較高的中小型系統(tǒng)； FX2N 的功能最強(qiáng)，可以用于要求很高的系統(tǒng)。 FX2NC 的結(jié)構(gòu)緊湊，基本單元有 16 點(diǎn)、 32 點(diǎn)、 64 點(diǎn)和 96 點(diǎn) 4種，可以擴(kuò)展到 256點(diǎn)，有很強(qiáng)的通信功能。由于不同的系統(tǒng)可以選擇不同的字系列，避免了資源的浪費(fèi)，使用戶能用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。 D.靈活多變的系統(tǒng)配置 FX 系列 PLC 的系統(tǒng)裝配靈活，用戶不僅能 夠可以選不同的子系統(tǒng)外，還可以選用多種基本單元，擴(kuò)展單元和單元模塊，組成不同 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能價(jià)格比。 FX 系列的硬件配置就像模塊式 PLC 那樣靈活，因?yàn)樗幕締卧捎玫氖钦w式結(jié)構(gòu)，又具有比模塊式 PLC 更高的性能價(jià)格比。 FX系列 PLC還有多種規(guī)格的顯示模塊和數(shù)據(jù)操作終端，可以用來修改定時器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)，也可以用來做監(jiān)視裝置，有的只能顯示符號，有的可以顯示畫面。 E.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、輸入濾波時間調(diào)整、恒定掃描時間等功能，有高速計(jì)數(shù)器的專用比較指令。使用脈沖列輸出功能，可以直接控制步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)。脈沖寬度調(diào)整功能可以用于溫度控制或照明燈的調(diào)光控制?？梢栽O(shè)置 8位數(shù)字密碼，以防別人對用戶程序的吳改寫或盜用，保護(hù)設(shè)計(jì)者的知識產(chǎn)權(quán)。 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。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 8 3.2.2 FX1N系列 FX2N系列 PLC FX1N 有 13 種基本單元，可組成 14-128 個 I/O 點(diǎn)的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和功能模塊。用戶存儲容量為 8000步，有內(nèi)置的實(shí)時鐘。 FX1N系列的基本單元 見表 3-2。 表 3-2 FX1N系列的基本單元 AC電源， 24V直流輸入 DC電源， 24V直流輸入 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 晶體管輸出 繼電器輸出 晶體管輸出 FX1N-14MR-001 - - - 8 6 FX1N-24MR-001 FX1N-24MT FX1N-14MR-D FX1N-24MT-D 14 10 FX1N-40MR-001 FX1N-40MT FX1N-24MR-D FX1N-40MT-D 24 16 FX1N-60MR-001 FX1N-60MT FX1N-40MR-D FX1N-60MT-D 36 24 FX2N 系列的功能強(qiáng)大、速度高。它的基本指令執(zhí)行時間達(dá)每條指令 0.08us，內(nèi)置的用戶存儲器為 8K步，可以擴(kuò)展到 16K 步，最大可以擴(kuò)展到 256個 I/O點(diǎn)，有多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。機(jī)內(nèi)有實(shí)時鐘， PID指令用于模擬量閉環(huán)系統(tǒng)。有功能很強(qiáng)的數(shù)字指令集，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、開平方和三角函數(shù)等。每個 FX2N基本單元可以擴(kuò)展 8個特殊單元。 FX2N通信同能與的 FX1N相同。 FX2N系列的基本單元見表 3-3。 表 3-3 FX2N系列的基本單元 AC電源， 24V直流輸入 DC電源， 24V直流輸入 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 晶體管輸出 繼電器輸出 晶體管輸出 FX2N-16MR-001 FX2N-16MT - - 8 8 FX2N-32MR-001 FX2N-32MT FX2N-32MR-D FX2N-32MR-D 16 16 FX2N-48MR-001 FX2N-48MT FX2N-48MR-D FX2N-48MR-D 24 24 FX2N-64MR-001 FX2N-64MT FX2N-64MR-D FX2N-64MR-D 32 32 FX2N-80MR-001 FX2N-80MT FX2N-80MR-D FX2N-80MR-D 40 40 FX2N-128MR-001 FX2N-128MT - - 64 64 FX1N和 FX2N系列帶電源的 I/O擴(kuò)展 單元見表 3-4。 表 3-4 FX1N和 FX2N系列帶電源的 I/O擴(kuò)展單元 AC電源， 24V直流輸入 DC電源， 24V直流 輸入 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 可連接的PLC 繼電器輸出 晶體管輸出 繼電器輸出 晶體管輸出 FX2N-32ER FX2N-32ET - - 16 16 FX1N, FX2N FX0N-40ER FX0N-40ET FX0N-40ER-D - 24 24 FX1N FX2N-48ER FX2N-48ET - - 24 24 FX1N, FX2N - - FX0N-48ER-D FX2N-48ER-D 24 24 FX2N 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 9 FX1N和 FX2N系列擴(kuò)展 I/O模塊 見表 3-5。 表 3-5 FX1N和 FX2N系列擴(kuò)展 I/O模塊 輸入模塊 繼電器輸出模塊 晶體管輸出模塊 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) FX0N-8EX - 4 4 FX0N-8EX - - 8 - FX0N-16EX - - 16 - FX2N-16EX - - 16 - - FX0N-8EYR FX0N-8EYT - 8 - FX0N-16EYR FX0N-16EYT - 16 - FX2N-16EYR FX2N-16EYT - 16 3.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 PLC 電氣控制系統(tǒng)是控制電氣設(shè)備的核心部件，因此 PLC 的控制性能是關(guān)系到整個控制系統(tǒng)能否能正常、安全、可靠、高效的關(guān)鍵所在。在設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： a.最大限度地滿足被控對象的控制要求。 b.力求控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，維修方便。 c.保證控制系統(tǒng)的安全、可靠性。 d.操作簡單、方便，并考慮有防止誤操作的安全措施。 e.滿足 PLC的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境要求。 PLC控制設(shè)計(jì)的基本步驟： A.對控制系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)要進(jìn)行詳細(xì)了解 在進(jìn)行 PLC控制設(shè)計(jì)之前，首先要詳細(xì)了解其工藝過程和控制要求，應(yīng)采取什么控制方式，需要哪些輸入信號，選用什么輸入元件，哪些信號需輸出到 PLC外部，通過什么元件執(zhí)行驅(qū)動負(fù)載 ；弄清楚整個工藝過程各個環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系；了解機(jī)械運(yùn)動部件的驅(qū)動方式；了解系統(tǒng)的控制方式是全自動還是半自動的，控制過程是連續(xù)運(yùn)行還是單周期運(yùn)行，是否有手動調(diào)整要求等。另外，還要注意哪些量需要監(jiān)控、報(bào)警、顯示，是否需要故障診斷，需要哪些保護(hù)措施等。 B.控制系統(tǒng)初步方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)往往是一個漸進(jìn)式、不斷完善的過程。在這一過程中，先 大致確定一個初步控制方案，首先解決主要控制部分，對于不太重要的監(jiān)控、報(bào)警、顯示、故障診斷以及保護(hù)措施等可暫不考慮。 C.根據(jù)控制要求確定輸入輸出元件，繪制 PLC輸入輸出接線圖和主電路圖 根據(jù) PLC輸入輸出量選擇合適的輸入和輸出控制元件。計(jì)算所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并參照其他要求選擇合適的 PLC 機(jī)型。根據(jù) PLC 機(jī)型特點(diǎn)和輸入輸出控制元件繪制 PLC 輸入輸出接線圖，確定輸入和輸出控制元件和 PLC 的輸入和輸出端的對應(yīng)關(guān)系 。輸入輸出元件的布置應(yīng)盡量考慮接線、布線的方 便，同一類的電器元件應(yīng)盡量排一起，這樣利于梯形圖的編程。一般主電路比較簡單，可一并繪制。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 10 D.根據(jù)控制要求和輸入輸出接線圖繪制梯形圖 這一部是整個設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵，梯形圖的設(shè)計(jì)需要掌握 PLC的各種指令的應(yīng)用技能和編程技巧，同時還要了解 PLC的基本工作原理和硬件結(jié)構(gòu)。梯形圖的正確設(shè)計(jì)是確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。 E.完善上述設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)繪制的梯形圖，如有必要還可反過來修改和完善輸入輸出接線圖和主電路圖及初步方案設(shè)計(jì)，加入監(jiān)控、報(bào)警、顯示、故障診斷和保護(hù)措施等，進(jìn)行最后統(tǒng)一完善 。 F.安裝調(diào)試 根據(jù)上述設(shè) 計(jì)的內(nèi)容，進(jìn)行電氣控制元件的安裝和接線，將梯形圖輸入到 PLC中，最好現(xiàn)在 PLC上進(jìn)行模擬調(diào)試，或在模擬仿真軟件上進(jìn)行調(diào)試，確?？刂铺菪螆D沒有問題后進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。 4. 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 4.1 加工中心的組成部分 加工中心分兩大部分：數(shù)控機(jī)床和刀具自動交換裝置。刀具自動交換裝置應(yīng)能滿足以下幾個方面的要求： 換刀時間短； 刀具重復(fù)定位精度高； 識刀、選刀可靠，換刀動作簡單； 刀庫容量合理，占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀完整； 刀具裝卸、調(diào)整、維護(hù)方便。刀具自動交換系統(tǒng)由刀庫、刀具交換裝 置、刀具傳送裝置、刀具編碼裝置、識刀器等五個部分組成。 A.刀庫 刀庫存儲加工所需各種類型刀具的倉庫。它是刀具自動交換系統(tǒng)中的重要組成部分，具有接受刀具傳送裝置送來的刀具和將刀具給予刀具傳送裝置的功能。它的容量、布局和具體結(jié)構(gòu)對整個加工中心的總體布局和性能有很大的影響，按其結(jié)構(gòu)、形狀可分為以下六種： 圓盤式刀庫，又分為軸向式 (刀具中心線與圓盤中心線平行 )、徑向式 (刀具中心線與圓盤中心線垂直 )和多盤式 (在一根旋轉(zhuǎn)軸上分設(shè)幾層圓盤刀庫 )。 轉(zhuǎn)塔式刀庫，又分傾斜式和水平式。 鼓輪式刀庫。 鏈?zhǔn)降?庫。 格子式刀庫。 直線式刀庫。 應(yīng)當(dāng)根據(jù)被加工零件的工藝要求合理的確定刀庫的存儲量。根據(jù)對車床、銑床和鉆床的所需刀具的數(shù)的統(tǒng)計(jì)表明，在加工過程中經(jīng)常使用的刀具數(shù)目并不很多，對于鉆削加工，用 14 把不同的規(guī)格的刀具就可以完成約 80%的加工，即使要求完成 90%的工件加工，用 20 把刀具也就足夠了。對于銑削加工，需要的刀具更少，用 4把不同規(guī)格的銑刀就能完成約 90%加工，用 5把不同規(guī)格的銑刀可以加工 95%的工件。因此從使用角度來看，刀庫的存儲量一般為2040 把較為合適，多的可達(dá) 60 把刀，超過 60 把刀的很少。采用 鏈?zhǔn)降稁?。本次設(shè)計(jì)的刀庫容量為 32把刀，為中型加工中心刀庫 。 B.刀具交換裝置 (機(jī)械手 ) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 11 它的職能是將機(jī)床主軸上的刀具與刀庫或刀具傳送裝置上的刀具進(jìn)行交換，其動作循環(huán)為：拔刀 新舊刀具交換 裝刀。換刀機(jī)械手種類繁多，可以說每個廠家都推出自己的機(jī)械手，基本上換刀裝置按交換方式又分為兩類。 無機(jī)械手換刀，由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)換刀。在這類裝置中，刀庫一般為格子式，裝在工作臺上。換刀時，先使工作臺與主軸相對運(yùn)動，將使用過的舊刀送回刀庫，然后再使工作臺與主軸相對運(yùn)動一次，從刀庫中取出新刀。這種換刀 方式的換刀時間長，另外刀庫設(shè)置在工作臺上，減少了工作臺的有效使用面積。 采用機(jī)械手換刀，機(jī)械手刀具交換裝置，有單臂單手式機(jī)械手、回轉(zhuǎn)式單臂雙機(jī)械手、雙臂機(jī)械手、多手式機(jī)械手。特別是雙臂機(jī)械手刀具交換裝置具有換刀時間短、動作靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。雙臂機(jī)械手中最常用的幾種結(jié)構(gòu)有：鉤手；抱手；伸縮手；叉手。雙臂機(jī)械手進(jìn)行一次換刀循環(huán)的基本動作為：抓刀 (手臂旋轉(zhuǎn)或伸出，同時抓住主軸和刀庫里的刀具 )；拔刀 (主軸松開，機(jī)械手同時將主軸和刀庫中的刀具拔出 )；換刀 (手臂轉(zhuǎn) 180，新、舊刀交換 )；插刀 (同時將新刀插 入主軸，舊刀插入刀庫，然后主軸夾緊刀具 )縮回 (手臂縮回到原始位置 )。機(jī)械手的手爪，大都采用機(jī)械鎖刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用機(jī)械加液壓的鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀中不被甩出。對于本次設(shè)計(jì)采用雙機(jī)械手換刀裝置。 C.運(yùn)刀裝置 當(dāng)?shù)稁烊萘枯^大、布置得離機(jī)床較遠(yuǎn)時，就需要安排兩只機(jī)械手來完成新舊刀的交換動作，一只靠近刀庫，稱為后機(jī)械手，完成拔新刀、插舊刀的動作；一只靠近主軸，稱為前機(jī)械手，完成拔舊刀、插新刀的動作。在前后機(jī)械手之間則設(shè)有運(yùn)刀裝置。它一方面將前機(jī)械手從主軸上拔出的舊刀運(yùn)回刀庫旁， 以便后機(jī)械手將該舊刀拔出并插回刀庫；另一方面則將后機(jī)械手從刀庫中拔出的新刀運(yùn)到主軸旁，以便前機(jī)械手將該新刀拔出并插入主軸。運(yùn)刀器的職能就是在前后機(jī)械手之間來回運(yùn)送新、舊刀具。此設(shè)計(jì)無此動作。 D.刀具編碼裝置 將加工所需的刀具自動地從刀庫中選擇出來稱為自動選刀，有順序選擇和編碼選擇兩種方式。 順序選擇方式： 將在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀庫中。加工時按加工順序一一取用。采用這種選刀方式不需要識刀器，刀庫結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動裝置都非常簡單，每次換刀時控制刀庫轉(zhuǎn)位一次即可。采用順序選刀方 式時，為某一個工件準(zhǔn)備的刀具，不能在其他工件中重復(fù)使用，這在一定程度上限制了機(jī)床的加工能力。 固定地址選擇方式：這是一種對號入座的方式，又稱為刀座編碼方式。這種方式是對刀庫的刀座進(jìn)行編碼，并將與刀座編碼相對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中。然后根據(jù)刀座的編碼選取刀具。該方式使刀柄的結(jié)構(gòu)簡化，刀具可以做得較短，但刀具不能任意安放，一定要插入配對的刀座中。與順序選擇方式相比較，刀座編碼方式最突出的優(yōu)點(diǎn)是刀具可以在加工過程中多次使用。 編碼選擇方式： 將加工某一項(xiàng)零件所需的全部刀具 (或刀座 )都預(yù)先編上代碼，存放在 刀庫中。加工時根據(jù)程序?qū)ふ宜枰牡毒?。由于每把刀具都有自己的代碼，它們在刀庫中的位置和存放順序可以與加工順序無關(guān)。每把刀具都加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 12 可被多次重復(fù)使用。刀具編碼有多種方式，常用的有三種。刀具編碼：在每一把刀具的尾部都用編碼環(huán)編上自己的號碼。選刀時根據(jù)穿孔帶所發(fā)出的刀號指令任意選擇所需的刀具。由于每把刀具都有自己確定的代碼，無論將刀具放入刀庫的哪個刀座中都不會影響正確選刀。采用這種編碼方式可簡化換刀動作和控制線路，縮短換刀時間。這種編碼現(xiàn)已獲廣泛應(yīng)用。刀座編碼：在刀庫的每一個刀座上用編碼板編碼。這種編碼方式的優(yōu)點(diǎn)是刀 柄不會因尾部有編碼環(huán)而增加長度缺點(diǎn)是刀具必須對號入座，換刀時間長。 編碼鑰匙：預(yù)先給每把 刀具都系上一把表示該刀具代碼的編碼鑰匙。 4.2 刀庫的自動換刀裝置 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀具換刀機(jī)構(gòu)組成，目前這種換刀方法在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用最為廣泛。帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個主軸，所以主軸部件有足夠的剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很多的刀具，可以進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，可明顯的提高數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。 由于本次設(shè)計(jì)有 30 把 刀具，比較復(fù)雜，我們以 6 把刀具為例，畫出其機(jī)械手與調(diào)取刀具示意圖。 調(diào)取當(dāng)前刀時（圖中為 1號刀）刀盤不動作。 調(diào)取刀具時分兩種方法即順時針取刀和 逆時針取刀，順時針取刀時調(diào)取的是 5號和 6號刀，逆時針取刀時調(diào)取的是 2、 3、 4號刀。 機(jī)械手在 1 號位，調(diào)取 5 號和 6 號刀時，刀盤順時針旋轉(zhuǎn) 調(diào)取刀具示意圖如圖4-1所示。 圖 4-1刀盤順轉(zhuǎn)調(diào)取 5-6號刀 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 13 機(jī)械手在 1號位，調(diào)取 2、 3、 4號刀時，刀盤逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)取刀具如圖 4-2所示。 圖 4-2 刀盤逆轉(zhuǎn)調(diào)取 2-4刀 30把刀具的裝配圖的原理與 6把刀具的原理幾乎相同，只是多了刀具的而已。 4.3 加工中心 PLC輸入輸出 接線圖 本次設(shè)計(jì)采用隨機(jī)換刀控制方式，在隨機(jī)換刀控制中，換刀的位置是隨機(jī)的，刀具選擇指令與刀套編號無關(guān)，是隨機(jī)變動的，指令僅以刀具自身的直接編號為目標(biāo)。這種換刀方式在新刀取出后，刀具不需轉(zhuǎn)動，可立即隨機(jī)存入原先使用的道具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時間。 圖 4-3是以刀套編號的 T功能處理示意。 數(shù)控裝置刀庫回轉(zhuǎn)指令譯T指令代碼刀號符合判定刀具檢索刀庫回 轉(zhuǎn) 控制位 置 信 號反 饋圖 4-3 T功能處理示意 一個完整的 PLC設(shè)計(jì)由 I/O配置表、 軟件流程圖、梯形圖和指令表組成。本次設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了本課題的各個環(huán)節(jié)。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 14 表 4-1是 30把刀具的 I/O及內(nèi)部繼電器元件分配表 表 4-1 I/O及內(nèi)部繼電器元件分配表 X0 刀位檢測 X1 指定當(dāng)前值刀號 X2 指定設(shè)定值刀號 X3 復(fù)位按鈕 X4 軟件換刀命令 X10 X17 用于設(shè)定 D200和 D201的值 Y0 刀庫正向回轉(zhuǎn) Y1 刀庫反向回轉(zhuǎn) Y2 刀庫減速回轉(zhuǎn) Y3 刀庫停轉(zhuǎn) M100 停轉(zhuǎn)標(biāo)志 M101 正轉(zhuǎn)標(biāo)志 M102 反轉(zhuǎn)標(biāo)志 M103 減速標(biāo)志 M120 起動脈沖 M130 復(fù)位脈沖 M140 刀具檢測脈沖 D0 差值內(nèi)存 D200 當(dāng)前值內(nèi)存 D201 設(shè)定值內(nèi)存 根據(jù)輸入輸出分配表畫出 PLC接線圖： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 15 C O M+ 2 4 VX0X1X2X3X4X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4Y1Y0C O M 1220V位十S B4S B3S B2S B1QSX 1 6X 1 7Y3Y2數(shù)個位數(shù)X 1 5K M 3K M 4K M 4K M 3K M 2K M 1刀位檢測指定當(dāng)前值刀號指定設(shè)定值刀號復(fù)位按鈕軟件換刀命令刀庫停轉(zhuǎn)刀庫減速回轉(zhuǎn)刀庫反向回轉(zhuǎn)刀庫正向回轉(zhuǎn) 圖 4-3 PLC接線圖 4.4 加工中心 PLC控制的軟件流程圖 為了更為簡單的分析 30 把刀具的工作過程，我們通過軟件流程圖慢慢的進(jìn)行分析和說明 ， 圖 4-4即為刀庫轉(zhuǎn)位控制流程圖 。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 16 啟 動 換 刀換 刀 號 設(shè) 定值 內(nèi) 存設(shè) 定 值 減 當(dāng) 前值 差 值 內(nèi) 存差 值 為 負(fù) 值 ？負(fù) 值 去 補(bǔ) 差 值 內(nèi) 存差 值 半 數(shù) ？置 正 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志置 反 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志差 值 小 于 半 數(shù) 處 理差 值 3 0 ？3 0 當(dāng) 前 值 內(nèi) 存 1 當(dāng) 前 值 內(nèi) 存差 值 減 1 差 值 內(nèi) 存當(dāng) 前 值 = 設(shè) 定 值 ？置 停 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志停 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志 有 效 ？正 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志 有 效輸 出 正 轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志 有 效輸 出 反 轉(zhuǎn)減 速 標(biāo) 志 有 效輸 出 減 速停 轉(zhuǎn) 結(jié) 束NYYNYNYYYNY NNYYN 圖 4-4 刀庫轉(zhuǎn)位控制流程圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 17 設(shè)： a.當(dāng)前值用 X1 按鈕賦值，模擬 D200 中的數(shù)據(jù)（例如，預(yù) 將 1 存于 D200中，先使 X10 X17 中的 X10 置 1，再按動 X1 按鈕即可） ；PLC 接受 CNC 的 T 指令，經(jīng)譯碼后將設(shè)定值送至 D201中，用 X2模擬賦值（方法同上）；換刀時， CNC發(fā)出換刀命令，用 X4模擬，則 PLC產(chǎn)生刀庫回轉(zhuǎn)控制命令 起動脈沖 M120。 b.復(fù)位按鈕 X3按下， PLC產(chǎn)生復(fù)位脈沖 M130,將 1#刀回轉(zhuǎn)至刀庫的取刀位。 特殊繼電器說明： M8000PLC 運(yùn)行常 ON； M8002PLC 運(yùn)行第一個掃描中期為 ON。 4.5 梯形圖及工作原理 通過上述的 I/O 及內(nèi)部繼電器元件分配表和 刀庫轉(zhuǎn)位控制流程 圖，我們可以很容易的得到這次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 梯形圖。 在這里我們順便提及一下畫梯形圖是應(yīng)注意的的幾點(diǎn)： a.梯形圖中的連接線（相當(dāng)于導(dǎo)線）不能相互交叉，并且只能水平或垂直繪制。 b.梯形圖中的接點(diǎn)一般只能水平繪制，不能垂直繪制。 c.各種繼電器線圈只能與右母線連接，不能與左母線連接。 d.接點(diǎn)不能與右母線連接。 e.接點(diǎn)中的 “電流 ”只能從左向右單方向流動，不能出現(xiàn)反向流動的現(xiàn)象。 以上的幾點(diǎn)在常規(guī)電器控制電路中是允許的，當(dāng)將常規(guī)電器控制電路轉(zhuǎn)化成梯形圖是， 往往會遇到上述不能用梯形圖表達(dá)的電路。 下面是這次設(shè)計(jì) 的最關(guān)鍵的梯形圖： 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 18 X1M O V K 2 X 1 0 D 2 0 0 當(dāng)前值X2M O V K 2 X 1 0 D 2 0 1 設(shè)定值X3 復(fù)位按鈕X4 軟件換刀命令P L S M 1 2 0 產(chǎn)生啟動脈沖Z R S T (P ) M0 M 1 0 3 區(qū)間復(fù)位X3P L S M 1 3 0 產(chǎn)生復(fù)位脈沖M 1 3 0M O V K1 D 2 0 1 設(shè) 1# 刀位為復(fù)位位置M 1 2 0M 1 5S U B D 2 0 1 D 2 0 0B O N D0 M 1 5 K 1 5A D D K 3 0 D0 D0D0 為負(fù)值？負(fù)值 D0 的補(bǔ)D0 （ D 2 0 1 - D 2 0 0 ）存M 1 2 0C M P D0 K 1 5 M0 D O 1 5 ?M0M1S U BR S TR S T M1M0K 3 0 D0 D0 小于半數(shù)D 0 = 1 5 時置正轉(zhuǎn)標(biāo)志M 1 0 1M2M 1 0 2R S T M2M 8 0 0 0C M P D0 K2 M3D 0 1 5 時置反轉(zhuǎn)標(biāo)志D 0 = 2 ?M4M5M 1 0 3D 0 3 0 ?M6D 2 0 0 3 0 時， 1 = D 2 0 0M 8 0 0 0D 2 0 0 = 0 ?M 1 0M 1 4 0M 8 0 0 0M 1 3D 2 0 0 = 0 時， 3 0 = D 2 0 0每檢測一刀套，D 2 0 0 = D 2 0 1 ?D 2 0 0 = D 2 0 1 時置停轉(zhuǎn)標(biāo)志M 1 0 1 M 1 0 0Y0刀庫正轉(zhuǎn)M 1 0 2 M 1 0 0Y1刀庫反轉(zhuǎn)M 1 0 3Y2M 1 0 0 Y3刀庫減速M(fèi) 1 0 0M 8 0 0 2Y3M 1 0 1 M 1 0 2刀庫停轉(zhuǎn)92101110118125133140148156159163167172178E N DY3Y2Y1Y0R S T M 1 3M 1 0 0C M P D 2 0 0 D 2 0 1 M 1 2S U B D0 K1 D0R S T M 1 0M O V K 3 0 D 2 0 0C M P D 2 0 0 K0 M9R S T M6M O V K1 D 2 0 0A D D D 2 0 0 K1 D 2 0 0C M P D 2 0 0 K 3 0 M6D 0 - 1 = D 0 圖 4-6 刀庫自動轉(zhuǎn)位控制梯形圖（ b） 工作原理： 當(dāng) X1動作時，將當(dāng)前值存于數(shù)據(jù)寄存器 D200中 ； X2動作時，將設(shè)定值存于數(shù)據(jù)寄存器 D201， X3 或 X4 動作時，產(chǎn)生啟動脈沖，并使 M0-M13 這個區(qū)間的輔助繼電器都復(fù)位，這就使 M130 閉合，從而設(shè) 1#刀位為復(fù)位位置。 M120 閉合時，加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 20 首先將 D201-D200 存于 D0 中，再判斷 D0 是否為負(fù)值，如果是負(fù)值，就將其補(bǔ)碼存于 D0中，與此同時，判斷 D0的值是否大于 15，其目的就是為了 提高換刀效率，使 換刀的最小旋轉(zhuǎn)角小于 180度，當(dāng) M0小于 2時要減速，這是為了提高定位精度。 4.6 運(yùn)行結(jié)果 表 4-2 是刀庫自動轉(zhuǎn)位控制的一組運(yùn)行結(jié)果。由于刀具較多，大量的運(yùn)行結(jié)果不能一一列舉。在實(shí)際控制中，只需將控制程序中的 I/O觸點(diǎn)與相應(yīng)設(shè)備連接即可。 表 4-2 將 9#刀轉(zhuǎn)至取刀位的運(yùn)行結(jié)果（刀庫反轉(zhuǎn)） 步驟 操作內(nèi)容 X17 X10狀態(tài)（二進(jìn)制） 操作說 明 運(yùn)行結(jié) 果 1 PLC“RUN” 00000001 Y3亮 2 按動 X1 00001001 1=D200 Y3亮 3 按動 X2 9=D201 Y3亮 4 按動 X4 換刀命令 Y1亮 5 5次按動 X0 Y1亮 6 第 6次按動 X0 Y1Y2亮 7 第 8次按動 X0 9=D200 Y3亮 說明：按動 X1，將當(dāng)前取刀位上的刀號 1 賦值給寄存器 D200，按動 X2，將指定的新刀號 9賦值給寄存器 D201；按動 X4，發(fā)出換刀命令，刀庫反轉(zhuǎn)（ Y1亮）。刀庫旋轉(zhuǎn)時，每檢測到一把刀具（ X0模擬）， D200中的值加 1，當(dāng)?shù)?6次檢測到刀具時，刀庫減速（ Y2 亮），直至第 8 次檢測到刀具時，刀庫減速（ Y2 亮），此時D200中的刀具號為 9。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 21 結(jié)束語 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來崗位重要的一步。從最初的選題，開題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題為刀具庫換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，刀盤由 PLC（可編程序控制器）控制來實(shí)現(xiàn)其功能。我們在設(shè)計(jì)中得出了一些理論上數(shù)據(jù)可能與實(shí)際數(shù)據(jù)有所出入。設(shè)計(jì)之前原有刀盤只能單向轉(zhuǎn)動，效率較低并且指示燈設(shè)計(jì)不合理，對刀成功后沒有正確與否的提示。改進(jìn)后對位成功的進(jìn)行指示燈閃爍提示，調(diào)取不是當(dāng)前工位的刀時，系統(tǒng) 能根據(jù)調(diào)取刀號的大小自動選擇最佳刀盤轉(zhuǎn)動方向，以提高取刀效率，但這在現(xiàn)實(shí)生活中還不可用?，F(xiàn)實(shí)中當(dāng)調(diào)試成功后還應(yīng)當(dāng)編寫使用說明書做到質(zhì)量可靠、穩(wěn)定有保障。不足之處應(yīng)在使用中改進(jìn)升級，最終達(dá)到設(shè)備安全穩(wěn)定。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。 但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對自己大學(xué)四年所學(xué)的一次 大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人，為中國電氣行業(yè)添上自己的微薄之力。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的精心指導(dǎo)下，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。同時，在老師身上我學(xué)到了很多實(shí)用的知識，在此我表示感謝！ 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 22 參考文獻(xiàn) 1 王阿根編著電氣可編程控制原理與應(yīng)用 M 北京：清華大學(xué)出版社， 2007 2 郁漢琪主編 電氣控制及可編程控制器的應(yīng)用技術(shù) M.南京：東南大 學(xué)出版社， 2003 3 方承遠(yuǎn)主編工廠電氣控制技術(shù) M北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 4 鐘肇新 范建東編著可編程控制器原理（第 3版） M廣州：華南理工大學(xué)出版社 2004 5 宮淑貞等編著可編程控制器原理及應(yīng)用 M北京：人民郵電出版社， 2002 6 陳立定等編著電氣控制與可編程序控制器的原理及應(yīng)用 M北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005 7 張鳳珊 . 電氣控制及可編程控制器 M.北京：中國輕工業(yè)出版社， 1999. 8 國家標(biāo)準(zhǔn)局編電氣制圖及圖形符號國 家標(biāo)準(zhǔn)匯編北京 M：中國標(biāo)準(zhǔn)出版杜， 1989 9 王仁祥編著 常用低壓電器原理及其控制技術(shù) 北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2001 10何淓山著 可編程程序設(shè)計(jì)范例大全 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 1997 11史國生著 電氣控制與可編程技術(shù)程序控制器 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 23 致 謝 本次設(shè)計(jì)是在王阿根老師精心指導(dǎo)下完成的。整個設(shè)計(jì)過程中，王老師對我們題目的引導(dǎo)和無微不至的關(guān)心貫徹 始終。設(shè)計(jì)中，我不僅學(xué)到了與這個題目相關(guān)的一些解決方案，更重要 的還是從導(dǎo)師身上學(xué)到 了一種嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，一些實(shí)際問題的處理方法。這將是一筆使我受益終生的財(cái)富。值此設(shè)計(jì)完成之際，我要像導(dǎo)師表示我衷心的感謝和誠摯的敬意。 感謝我的室友，四年以來，是他們給了我許多的支持和鼓勵，帶給我難忘的大學(xué)生活，在我情緒低落時不斷給我加油。 感謝我大學(xué)四年的同窗，是你們讓我感受了大學(xué)的美好。和你們共同走過的這大學(xué)四年，我感到無比的塊樂。 感謝大學(xué)四年幫助過、關(guān)心過我的每位老師，是他們教會了我許多知識與技能，為我完成這次設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 加工中心 PLC控制設(shè)計(jì) 24 附 錄 附錄 1：加工中心刀庫自動轉(zhuǎn)位 接線圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2009) 25 鹽 城 工 學(xué) 院學(xué) 號專 業(yè) 電 氣 工 程 及 其 自 動 化0 5 2 0 6 1 0 2 3 8班 級姓 名B D 電 氣 0 5 2許 向 東設(shè)計(jì)審核日期許 向 東0 9 . 5 . 2 6課 題名 稱圖 名加 工 中 心 P L C 控 制 設(shè) 計(jì)刀 庫 自 動 轉(zhuǎn) 位 控 制 接 線 圖比 例圖 號頁 數(shù)C O M+ 2 4 VX0X1X2X3X4X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4Y1Y0C O M 1220V位十S B4S B3S B2S B1QSX 1 6X 1 7Y3Y2數(shù)個位數(shù)X 1 5K M 3K M