PLC在氣動雙面鉆孔機床控制系統(tǒng)的應用.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡，如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄摘要1關鍵詞1Abstract1Key words1引言21 認識PLC和雙面鉆孔組合機床31.1 可編程控制器概述31.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)31.1.2 PLC的軟件系統(tǒng)41.1.3 電氣控制中繼電器控制與PLC控制的比較 61.2 雙面鉆孔組合機床61.2.1 工作原理及電氣控制要求 61.2.2 傳統(tǒng)組合機床機存在的缺點 82 PLC機型選擇92.1 PLC及繼電器機型的選擇92.2 S7-200CN CPU 222CN機型特性92.2.1 S7-200概述92.2.2 S7-200CN CPU 222CN硬件系統(tǒng)基本構成92.2.3 S7-200CN CPU 222CN 主機結構及性能特點10 3 電氣控制系統(tǒng)的設計123.1 電氣控制系統(tǒng)硬件設計123.2 電氣控制系統(tǒng)軟件設計 133.2.1 PLC I/O口資源分配 133.2.2 PLC對氣動雙面鉆孔機床電氣控制133.2.3 控制程序設計 143.2.4 PLC與PC的通信153.2.5 注意事項 164 調試175 結束語18參考文獻19致謝20PLC在氣動雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)中的設計 自動化專業(yè)學生 徐啟山 指導老師 田俊英摘要: 為提高機床在實際生產中的自動化程度和工作效率，迅速提升工件加工技術與精度，設計了一種全自動氣動鉆床，該機床能對工件完成快速定位、夾緊以及鉆削加工等工作。本文設計的全自動氣動鉆床通過PLC來控制機床動作，通過氣壓傳動來傳遞動力。實現(xiàn)了PLC與PC的高效結合，簡化了機床的電氣控制系統(tǒng)，提高了機床的生產效率，達到了理想的效果。關鍵詞：PLC（可編程控制器）；氣動系統(tǒng) ；雙面鉆孔組合機床 Design in Two-sided Pneumatic Drilling Machine Control System of PLCStudent Majoring in Automation Engineering Xu Qi-ShanTutor Tian Jun-YingAbstract：In order to enhance engine beds in actual production automaticity and the working efficiency, promotes the work piece process technology and the precision rapidly, has designed one kind of completely automatic air operated drilling machine, this engine bed can complete the fast localization, the clamp to the work piece as well as drills truncates work and so on processing. This article designs the completely automatic air operated drilling machine controls the engine bed movement through PLC, transmits the power through the pneumatic actuator. Has realized PLC and the PC highly effective union, simplified engine beds electric control system, raised engine beds production efficiency. Has achieved the very good effect. Key words: PLC (programmable controller) ；Pneumatic System；Drilling Modular Machine Tools 引言 機床是人類在長期生產實踐中，不斷改進生產工具的基礎上生產的，并隨著社會生產的發(fā)展和科學技術的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，所有運動都是由人力或畜力驅動，它們實際上并不是一種完整的機器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在18世紀中葉才開始發(fā)展起來的。為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機汽缸內孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起了一個飛躍，初步形成了現(xiàn)代機床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。綜觀機床的發(fā)展史，它總是隨著機械工業(yè)的擴大和科學技術的進步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產效率、加工精度、自動化程度和擴大產品品種而進行的，現(xiàn)代機床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。我國的機床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農業(yè)生產非常落后，既沒有獨立的機械制造業(yè)，更談不上機床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機床產量僅1000多臺，品種不到10個。在我國機床工業(yè)中，為了充分發(fā)揮設備效能，迅速提升加工技術與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術對傳統(tǒng)老式組合機床進行技術改造，取得了良好的效果。隨著PLC的廣泛應用和機床電控技術的不斷發(fā)展，利用PLC實現(xiàn)對組合機床的自動控制，無疑是今后的發(fā)展方向。而氣壓傳動作為一種易于推廣普及的實現(xiàn)工業(yè)自動化的應用技術，其氣源容易獲得，環(huán)境污染小，工作速度快，動作頻率高，工程實現(xiàn)容易。兩者在工業(yè)生產上都得到了廣泛的應用。用氣動自動化控制技術實現(xiàn)生產過程自動化，是工業(yè)自動化的一種重要技術手段，也是一種低成本自動化技術?；谝陨峡紤]，為提高生產效率，提高自動化程度，現(xiàn)設計一全自動氣動鉆床，該機床能對工件進行快速定位、夾緊以及鉆削加工。本文設計的全自動氣動鉆床通過氣壓傳動來傳遞動力，通過PLC來控制機床動作，用PLC模塊、變頻驅動技術、操控監(jiān)控設備等組成電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)編程輸入、人機交換、自動化加工的控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進行技術改造的有效途徑。1認識PLC和雙面鉆孔組合機床1 .1可編程控制器概述可編程序控制器（PLC）從廣義上來說也是一種計算機控制系統(tǒng)，只不過它比計算機具有更強的與工業(yè)現(xiàn)場相連的接口，具有更直接的適用于控制要求的編程語言。所以，它與一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，具有CPU、存儲器、I/0接口等部分?？删幊炭刂破鳎≒LC）是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)的產品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。可編程控制器的結構種類繁多，但其組成的一般原理基本相同，都是按控制功能要求，通過程序按一定算法進行輸入/輸出變換，并將變換給以物理實現(xiàn)，并應用于工業(yè)現(xiàn)場。實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機1。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入/輸出接口電路等組成。PLC的結構框圖如圖1-1所示：輸 輸入 出單 單元 元 CPU存儲器電源部分按鈕接觸器電磁閥繼電器觸點指示燈行程開關圖1-1 PLC的結構框圖 PLC是一種可靠性高、安裝、使用、維護方便的新一代工業(yè)控制裝置，它具有多種控制功能。利用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器對機床進行控制，可靠性高，維護量小，是機床控制技術的必然發(fā)展趨勢。1.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖，如圖1-2所示：被 控 對 象 開關輸入模塊采樣設 備 模擬量輸入塊 開關量輸出快 模擬量輸出塊 其他模塊執(zhí)行裝 置檢測裝 置 系 統(tǒng) 總 線主控模塊（CPU，內存，用戶內存，通信接口等）電源模 塊編 程 器計算機可接終端或外圍設 備PLC圖1-2 PLC控制系統(tǒng)硬件組成框圖PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC、輸入/輸出(I/O)電路及外圍設備組成的。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實際應用的需要而定，可大可小。(1)主控模塊 包括CPU、內存、通訊接口等部分。(2)輸入/輸出模塊 對于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊、開關量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流量輸入/輸出模塊、220V交流量輸入/輸出模塊，還有智能模塊。(3)電源模塊 該模塊將交流電源轉換成供CPU內存等所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心。(4)I/O電路 PLC的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是對被控對象進行監(jiān)測、采集、轉換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕、開關等也可以向PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PLC輸出的控制信號，對被控對象執(zhí)行控制任務。(5)PLC外圍設備 常用的有編程器、可編程終端、打印機、條形碼讀入機等等2。1.1.2 PLC的軟件系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是有系統(tǒng)軟件、應用軟件、編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必需的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序進行逐條解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結束，然后返回到程序的起始又開始新一輪的掃描。PLC的這種工作方式就成為循環(huán)掃描。但在PLC中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所以只有掃描到“線圈”的觸點時，才會有動，沒有掃描到時，觸點就不會動作。并且PLC掃描一次用戶程序的時間周期長短與用戶的長短和掃描速度有關。圖1-3就是PLC內部工作示意圖：合上電源I/O和內部繼電器清零所有計時器重定 檢查I/O單元連接 復位時間監(jiān)視器檢查硬件和用戶程序內存合電源起始操作 檢查合格？采樣輸入信號刷新I/O資料更新輸出信號 監(jiān)控計時器重定T1 執(zhí)行用戶程序指令 程序結束？ 監(jiān)控計時器重定T1 服務于外設命令 錯誤標志位，出錯燈亮故障性質？公共操作 資料I/O執(zhí)行用戶程序執(zhí)行外設命令否報警是否 圖1-3 PLC內部工作示意圖1.1.3 電氣控制中繼電器控制與PLC控制的比較（1）控制中采用的邏輯部件不同繼電器-接觸器控制全部用硬觸點和“硬”線連接；PLC內部大部分采用“軟”觸點和“軟”線連接。（2）控制系統(tǒng)的結構和體積不同繼電器-接觸器控制系統(tǒng)使用的電氣元件多，體積大且故障率大；PLC控制系統(tǒng)結構緊湊，使用的電氣元件少，體積小。（3）控制中電器的觸點不同繼電器-接觸器控制中全部為機械式的硬觸點，動作慢，弧光放電嚴重，壽命短，而且使用次數(shù)有限；PLC內部全部為“軟”觸點，動作快、壽命長，而且使用次數(shù)無限。（4）靈活性不同繼電器-接觸器控制方案的改變，需拆線，重新再接線，乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制方案的改變，一般不需要修改硬件，只需修改程序即可，極其方便3。此外，由于PLC技術是在計算機控制的基礎上發(fā)展起來的，它是以微處理器為核心，結合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。具有結構簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點。因此，PLC控制必將替代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制4。1.2 雙面鉆孔組合機床1.2.1工作原理及電氣控制要求雙面鉆孔組合機床是在工件兩相對表面上進行鉆孔的一種高效自動化專用加工設備，機床上有四臺電動機：液壓泵電動機M1、左刀具電動機M2、右刀具電動機M3、冷卻泵電動機M4。其基本結構如圖1-4所示： 1-側底座； 2-刀具電動機； 3-工件定位夾緊裝置； 4-主軸箱及鉆頭； 5-動力滑臺 圖1-4 雙面鉆孔組合機床結構簡圖 2個動力滑臺對面布置并安裝在標準側底座上，刀具電動機M2，M3分別固定在左右動力滑臺上，中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。 左、右動力滑臺的進給運動和工件的定位、夾緊、放松，均由電氣- 液壓聯(lián)合控制。其中左滑臺由電磁閥線圈YA3YA5 控制，右滑臺由電磁閥線圈YA6YA8 控制，工件定位由電磁閥線圈YA9、YA10控制，工件夾緊、放松由電磁閥線圈YA1、YA2 控制5。各電磁閥線圈的通電狀態(tài)如表1-1 所示： 表1-1 各電磁閥線圈通電狀態(tài)工 步電磁換向閥線圈通電狀態(tài)轉換主令 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10工件定位+SB6工件夾緊+SQ2滑臺快進+KP滑臺工進+SQ3 、SQ6滑臺快退+SQ4 、SQ7松開工件+SQ5 、SQ8拔定位銷+ SQ9停 止 SQ1備 注夾 緊左滑臺右滑臺定 位該雙面鉆孔組合機床采用電動機驅動和液壓系統(tǒng)驅動相結合的驅動方式，其控制過程是典型的順序控制，若采用可編程控制器(PLC)來構成其電氣控制系統(tǒng)，則電氣系統(tǒng)具有體積小、維修量少、工作可靠、操作簡單并能適應控制要求等優(yōu)點。該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)（未畫出）相結合的驅動方式，其中電機M2，M3左、右主軸箱的道具主軸提供切削主運動，而左、右動力滑臺和工件定位夾緊裝置則有液壓系統(tǒng)驅動，M1為液壓泵的驅動電動機，M4為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1先啟動，只有系統(tǒng)正常供油后，其他控制電路才能通電工作；M2、M3在滑臺進給循環(huán)開始時啟動，滑臺退回原位后停機；M4可手動控制啟停，也可在滑臺控制進給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制，當把工件送入夾具后，按下啟動按鈕SB3，工件開始定位和夾緊，然后左、右兩面的動力滑臺同時進行快速進給、工進和快退的加工循環(huán)，在這同時，刀具電動機也啟動工作，切削液泵在工進過程中提供切削液。加工結束后，動力滑臺，動力滑臺退回到原位，夾緊裝置松開并拔出定位銷，一次加工的工作循環(huán)結束6。 機床的工作循環(huán)圖如圖1-5所示： SB3 工件定位SQ2工件夾緊 SP滑臺快進滑臺快進SQ3 SQ6 工進工進左SQ5 SQ8 右機機 SQ9松開工件拔定位銷SQ1圖1-5 雙面鉆孔組合機床工作循環(huán)圖1.2.2傳統(tǒng)組合機床存在的缺點 組合機床是由一些通用部件組成的高效率自動化或半自動化專用加工設備。這類機床都具有工作循環(huán)，并同時用十幾把至幾十把刀具進行加工。組合機床適用大批量產品的生產。 組合機床的控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓、電氣或氣動相結合的控制方式。其中，電氣控制往往起著中樞聯(lián)接作用。但傳統(tǒng)的電氣控制通常采用繼電器邏輯控制方式，使用了大量的中間繼電器、時間繼電器、行程開關等。存在主要問題如下： (1)由于控制觸點多、工作頻繁、電路系統(tǒng)故障率高、檢查周期長。 (2)加上使用年月日久后，線路老化，電氣常出現(xiàn)故障，影響機械、液壓工作不正常，直接影響了機械加工的質量和加工時間，降低了工作可靠性。(3)如果工藝要求發(fā)生變化，就得重新設計線路連線，而因為繼電器邏輯控制線路的觸點數(shù)量有限，線路邊線很多，不利于設備產品的更新加工工藝路線，影響了設備的利用率及自動化的程度7。所以，針對傳統(tǒng)組合機床存在的缺點，很有必要對其進行改進，以增加其工作可靠性，提高機械加工的生產效率。2 PLC機型選擇2.1 PLC及繼電器機型的選擇 采用以PLC為核心的控制裝置在系統(tǒng)設計中，其選型與應用程序是其中的兩個關鍵所在。正確、合理的選用PLC尤為重要，它涉及整個PLC控制系統(tǒng)的配置、程序設計和控制要求的實現(xiàn)。由PLC組成的雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)共有輸入信號7 個，都是開關量，其中按鈕1 個，檢測元件6 個；共有輸出信號3 個，其中電磁閥3 個，控制四臺電動機的接觸4 個，指示燈1 個。選擇西門子 S7-200CN CPU 222CN型主機，主機共有8個輸入點和6個輸出點，除能滿足要求外，還有一定余量。選擇OMRON LY2NJ DC24V型繼電器，其觸點結構：1c 2c 3c 4c；最大開關電流：15A 10A；接觸電阻：50m以下；絕緣電阻：100M以上（在500VDC）。2.2 S7-200CN CPU 222CN機型特性2.2.1 S7-200概述西門子公司的PLC是最早進入中國市場的產品。S7-200 PLC是德國西門子公司生產的一種小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，但價格卻和小型PLC的一樣，因此，它一經推出，即受到廣泛的關注。其特點是價格低廉，體積小巧，可靠性高，運行速度快，PLC的基本部件緊湊地安裝在一個標準機殼內，構成一個整體，適合于控制單臺設備和開發(fā)機電一體化產品。小型機S7-200CN是近幾年推出的高功能整體式小型機。由于它具有多種功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務。小型機S7-200CN繼承和發(fā)揮了它在大、中型PLC領域的技術優(yōu)勢，有極豐富的指令集，具有強大的多重集成功能和實時特性，其性能價格比非常高，所以它在各行各業(yè)中的應用得到迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領域是較為理想的控制設備。2.2.2 S7-200CN CPU 222CN硬件系統(tǒng)基本構成S7-200 PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊。一個完整的系統(tǒng)組成如圖2-1所示： 編程工具 CPU主機 人機界面 擴展模塊 功能模塊 通信設備 圖2-1 S7-200CN CPU 222CN系統(tǒng)組成 （1） 基本單元 基本單元（Basic Unit）有時候又稱作CPU模塊，也有的稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC的主要部分。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的控制任務。（2）擴展單元 主機I/O點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的I/O點數(shù)是有多種因素共同決定的。（3）特殊功能模塊 當需要完成某些特殊功能的控制任務時，需要擴展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務的一些裝置。（4）相關設備 相關設備是為充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設備，主要有編程設備、人機操作界面和網(wǎng)絡設備等。（5）工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口軟件等幾大類構成8。2.2.3 S7-200CN CPU 222CN 主機結構及性能特點 S7-200 CN CPU 222CN PLC的電源電壓有（20.428.8）VDC和（85264）VAC兩種，主機上還集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行結構。它的輸出類型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，實現(xiàn)高速計數(shù)。2路最大可達20k HZ的高頻脈沖輸出，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現(xiàn)準確定位任務?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實時更改程序運行中的一些參數(shù)，如定時器/計數(shù)器的設定值、過程量的控制參數(shù)等。實時時鐘可用于對信息加注時間標記，記錄機器運行時間或對過程進行時間控制。S7-200CN CPU 222CN機型集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點，可以進行一定模擬量的控制和2個模塊的擴展，無I/O擴展能力，6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出, 1個RS-485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。CPU 222 PLC主機（CPU模塊）的外形圖如圖2-2所示，其CPU模塊包括一個中央處理器單元、電源以及數(shù)字I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅動外部負載。4152361-狀態(tài)LED； 2-存儲器卡； 3-通信口； 4-頂部端子蓋、電源及輸出端子； 5-前蓋、RUN/STOP開關及電位器、擴展I/O接口； 6-底部端子蓋、輸入端子及傳感器電源 圖2-2 CPU 222 PLC主機的外形圖3 電氣控制系統(tǒng)的設計3.1電氣控制系統(tǒng)硬件設計 PLC是整個控制系統(tǒng)構成的核心，動作傳輸信號采用按鈕、限位開關直接和PLC輸入端相連，簡單易于實現(xiàn)。PLC輸出端直接和主要控制信號、指示信號、報警信號及控制器件相連。各種控制邏輯以及時間控制完全在PLC內部通過編程實現(xiàn)。由于雙面鉆孔組合機床中轉換開關、按鈕以及行程開關較多，為了降低費用，建議對輸入信號做適當處理，以減少PLC的輸入點數(shù)。如交、直流停止按鈕SB1、SB5分別采用帶自鎖的停止按鈕，四臺電動機的過載保護不作為輸入信號，而直接輸入輸出線圈的回路中9。氣動雙面鉆孔組合機床的電氣控制系統(tǒng)屬單機控制，輸入輸出均為開關量。根據(jù)實際控制要求，并考慮系統(tǒng)改造成本，在準確計算I/O總點數(shù)的基礎上，采用抗于擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的西門子公司生產的S7-200CN CPU 222CN可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法，所需的24 V直流電源與輸出負載中的所有直流電磁換向閥均由PLC內部提供；輸出負載中的4個交流接觸器線圈則外接220 V交流電源。其工藝流程圖如圖3-1所示： 送料進給左快進左快退送料后退定位夾緊右快進右工進右快退左工進松開工件 圖3-1 工藝流程圖 其電氣控制系統(tǒng)組成結構圖如圖3-2所示：輸入控件 S7-200CN CPU 222CN左電機左氣缸夾緊氣缸電磁閥夾緊電機繼電器右電機右氣缸 圖3-2 系統(tǒng)組成結構圖3.2 電氣控制系統(tǒng)軟件設計3.2.1 PLC I/O口資源分配輸入點和輸出點分配表如表3-1所示： 表3-1 （I/O）分配表名稱輸入點名稱輸出點工件定位I0.0左氣缸繼電器Q0.0工件夾緊I0.1右氣缸繼電器Q0.1左氣缸后退I0.2夾緊缸繼電器Q0.2左氣缸進給I0.3右氣缸進給I0.4右氣缸后退I0.5工件傳感器I0.63.2.2 PLC對氣動雙面鉆孔機床電氣控制該機床采用電機系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)相結合的驅動方式，其中電動機M2、M3分別帶動左、右主軸箱的刀具主軸提供切削主運動，而左、右動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由氣壓系統(tǒng)驅動，M1為氣壓泵的驅動電動機，M4為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1先啟動，只有系統(tǒng)正常供電后，其它控制電路才能通電工作；M2，M3在滑臺進給循環(huán)開始時啟動，滑臺退回原位后停機；M4可手動控制啟停，也可在滑臺工作進給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制，當把工件裝入夾具后，按下啟動按鈕，機床便開始自動循環(huán)的工作過程。 該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)三方面的要求：（1）動力部件的點動、復位控制；（2）動力部件的單機自動循環(huán)；（3）整批零件全自動工作循環(huán)控制10。為保證控制系統(tǒng)工作的可靠性，PLC應良好接地，要安裝在控制柜中，以防止灰塵、油污、水濺，防止太陽直接照射，同時輸入、輸出線不能用同一根電纜，應分開接線。中間繼電器 器器 系統(tǒng)硬件接線如圖3-3所示：圖3-3 系統(tǒng)硬件接線圖3.2.3 控制程序設計雙面鉆孔組合機床控制中要求液壓泵電動機 M1 應先啟動，在系統(tǒng)正常供油后，其他電動機和液壓系統(tǒng)控制電動機才能啟動，控制程序應滿足這一要求。 組合機床有手動工作方式和自動工作方式?？梢酝ㄟ^開關 SA 選擇不同的工作方式。假設 SA 斷開時，機床工作在自動工作方式；SA 閉合時，工作于手動工作方式。對機床加工工藝流程進行分析，在“自動”工作方式下，其工作流程為順序循環(huán)工作，可采用順序循環(huán)控制，應用步進順控指令對其編程，可使程序簡化，提高編程效率，為程序的調試、試運行帶來許多方便，故采用順序設計法?？刂瞥绦蚍譃槭謩涌刂坪妥詣涌刂?，其中手動控制主要用于設備的調試和檢修，正常生產是運行在自動控制狀態(tài)。施工人員能夠根據(jù)現(xiàn)場實際情況機動靈活地進行操作，既降低了勞動強度，又保證了系統(tǒng)的安全運行。為避免誤操作，在編程時尤其要注意聯(lián)鎖保護。順序控制設計法是一種對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng)，適宜使用順序設計法編程，而且在順序控制設計法編程時，梯形圖程序能很清楚地表示各個工作點的功能，點與點之間的轉換順序及其轉換條件。 當一個工件完成鉆孔加工時，左、右動力滑臺均返回原位，夾具松開、定位銷拔下，完成工件裝卸，即為下一個工件的加工循環(huán)作好了準備?？刂葡到y(tǒng)由啟動按鈕發(fā)出加工啟動指令，進入下一輪循環(huán)。根據(jù)加工工藝要求，在工件夾緊后，左、右動力滑臺可同時進行加工，也可單獨加工，由“左機接通”和“右機接通”進行控制11。根據(jù)工藝流程圖，很容易得到梯形圖程序。其控制程序梯形圖如圖3-4所示：圖3-4 程序梯形圖交流電路控制程序 雙面鉆孔組合機床交流電路控制部分主要是四臺電動機的起?？刂疲鶕?jù)它們的控制條件，采用邏輯設計法設計。 工件定位、夾緊控制程序 工件定位、夾緊控制采用經驗設計法設計。氣壓滑臺控制程序 雙面鉆孔組合機床左、右機液壓滑臺控制要求完全相同，都是完成“快進工進快退停止”循環(huán)過程，可采用順序程序設計法設計。3.2.4 PLC與PC的通信 由于小型PLC的數(shù)據(jù)計算、管理和存儲功能較弱，顯示功能較差，不能給用戶提供良好的界面等。而計算機恰好能彌補PLC的不足，它不但能給用戶提供非常美觀而又易于操作的界面，而且有很強的數(shù)據(jù)處理、管理和存儲能力，將PLC與PC結合，可使系統(tǒng)達到既能及時地采集、存儲數(shù)據(jù)，又可處理和使用好數(shù)據(jù)。 根據(jù)雙面鉆孔組合機床的工作特點，采用可編程控制器( PLC) 作下位機、計算機( PC) 作上位機的分布式控制系統(tǒng)。不僅能實現(xiàn)對開關量信號的邏輯控制，還能實現(xiàn)上、下位機之間的通信。系統(tǒng)具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、擴充性強、自動化程度高等特點，完全能夠滿足機床的控制要求。S7-200與PC機通信方式有多種形式，而用RS-485進行點到點通訊是一種簡單低成本的解決方案。RS-485的傳輸線路為正負兩根信號線，與RS-232相比，RS-485為半雙工工作模式，其信號由正負兩條線路信號準位相減而得，為差分輸入方式，抗共模干擾能力強，抗噪聲干擾能力好，數(shù)據(jù)傳輸速度高，實際傳輸距離可達1200m，可實現(xiàn)一對多的主從通信。所以選取RS-485接口來完成與PC機的串口通信。PLC的數(shù)據(jù)傳輸端口為RS-485串行通信端口，而PC上的COM口為RS-232串行通訊端口。在具體連接中，需用到RS-232/RS-485轉換器。系統(tǒng)工作時，PC與生產現(xiàn)場的PLC之間處于實時的交互通信狀態(tài)。上位計算機與PLC之間有一個RS-232C/RS-485轉換器，用于鏈接計算機的RS-232 C串行口和PLC的RS-485通信適配器，可增大通信距離13。如果生產規(guī)模大，可采用1:n上位鏈接通信方式，用一臺計算機管理多臺機床，最多可以連接32臺S7-200系列PLC。每個PLC被賦予各自的站號用以識別身份，這樣上位機便能通過RS-485通信總線對各個PLC進行控制操作。系統(tǒng)采用主從式總線結構，多臺PLC共同連接在同一條串行總線上，以PC為主站，PLC為從站，通過周期輪詢進行通信管理。操作人員根據(jù)生產現(xiàn)場的需要，在不中斷生產的情況下，可在上位機上實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行調整，使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機上編程、監(jiān)測設備運行情況、顯示故障等，對系統(tǒng)進行管理和調度，使設備潛力得到充分發(fā)揮。3.2.5 注意事項 (1)為了提供足夠的通風空間，保證PLC正常的工作溫度，基本單元與擴展單元之間要留30MM以上間隙，各PLC單元與其他電器元件之間要留100MM以上間隙，以避免電磁干擾。 (2)安裝時遠離高壓電源線和高壓設備，它們之間留200MM以上間隙，高壓線、動力線等應避免與輸入輸出線平行布置。 (3)安裝時遠離加熱器、變壓器、大功率電阻等發(fā)熱源，必要時安裝風扇。 (4)遠離產生電弧的開關等設備。(5)控制柜內部的布線，主要是指PLC的電源、接地、輸入、輸出、通信等接線端子到各輸出端子板或柜內其他電器元件之間的連接。布線時應該注意：各種類型的電源線、控制線、信號線、輸入線、輸出線都應各自分開，最好采用線槽走線；信號線與電源線應盡量不要平行鋪設；所有導線要分類編號，排列整齊；可編程控制器的所有接線諯子最好采用標準接插件統(tǒng)一連接到端子板上，以便于檢修；其接線還應遵循各自的接線特點14。4 調試 采用PLC設計系統(tǒng)，可以縮短設計周期，安裝調試十分方便。特別是程序部分，可事先在實驗室調試好，現(xiàn)場只要把事先調試好的程序輸入PLC，在工藝條件滿足的情況下，設備即可投入運行。 設計調試機床一般步驟：（1） 上電前檢查。通常分為：a、短路檢查；b、斷路檢查（回路不通）；c、對絕緣檢查。推薦方法：a、可以用萬用表一根根檢查，這樣花費時間最長，檢查是最完整；b、回路檢查，即檢查各回路之間是否有短路或斷路，對之間是否有短路（注意變壓器阻抗值）。（2）上電前電源電壓檢查。一定要通電前進行輸入電源電壓檢查確認，是否與原理圖所要求電壓相同。推薦方法：打開電源總開關之前，先進行一次側電壓測量，并記錄。（3）回路電壓檢查。上電前將回路中各級開關置OFF，對各級回路電壓進行測量，是否與設計值相同，并記錄。推薦回路：a、變壓器輸入、輸出電壓；b、開關電源輸入、輸出電壓（注：測量開關電源輸出電壓時，先將開關電源輸出線拆掉）。（4）I/O檢查。I/O檢查包括：PLC輸入輸出檢查，電磁閥回路檢查，傳感器檢測，按鈕回路檢查。I/O檢查時，先將其回路控制電源接通，一般為24V電源。推薦方法：a、I/O回路特性，可用一根導線短接0V或24V看相應I/O點、傳感器、電磁閥指示燈 是否亮，“亮”表示此回路OK，“不亮”則NG。b、調試檢查，即調試過程中用PLC監(jiān)控來判斷故障點。此方法雖可節(jié)約時間，但存一定危險。并記錄。以上檢查中可查出短路、斷路、對短接、及傳感器開關安裝位置不正確等故障，確保進一步調試順利進行。（5）下載程序。下載程序包括：PLC程序、GOT程序（包括OS）、定位模塊參數(shù)、組態(tài)參數(shù)、CNC系統(tǒng)軟件等。將寫好程序下載到相應系統(tǒng)內，并檢查系統(tǒng)報警。世上沒有一帆風順事，總會出現(xiàn)些系統(tǒng)報警，一般都是參數(shù)設置不正常引起，報警內容設置正常參數(shù)。若有模塊不能正常檢測到，請更換或與供應商聯(lián)系（確保配線正確無誤情況下）。（6）參數(shù)設置。參數(shù)設置包括：通訊設置（如：GOT/OP、CC-LINK）、變頻器參數(shù)設置及智能模塊參數(shù)和檢測裝置參數(shù)。（7）軸啟動。接通主回路，按鈕或鍵啟動軸，并判斷其旋轉方向，測量轉速是否與設定值相近15。結束語 PLC控制技術是現(xiàn)代工業(yè)控制的熱門話題，其應用已在工業(yè)控制領域中占主導地位，尤其值得一提的是，PLC的應用在機械行業(yè)十分重要，可以說PLC是實現(xiàn)機電氣一體化的重要工具，也是機械工業(yè)進步的強大支柱。采用本設計方案后，省去了原系統(tǒng)中的中間繼電器，整個系統(tǒng)接線簡單，縮小了占地體積，同時提高了控制的可靠性和控制精度，減少了日常維護量。將PLC和PC應用于機床控制，簡化了機床的電氣控制系統(tǒng)，縮小了設備體積，提高了設備的自動化水平和生產效率，減輕了現(xiàn)場操作人員的勞動強度。另外，在設備工藝程序變更時，更突出表現(xiàn)其靈活方便的