畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）攻絲組合機(jī)床機(jī)構(gòu)分析與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、攻絲組合機(jī)床機(jī)構(gòu)分析與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名： 王 威專業(yè)名稱：機(jī)電一體化指導(dǎo)教師：趙春雨 講師成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文誠(chéng)信承諾書本人慎重承諾和聲明：1.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)學(xué)位論文作假行為處理辦法（中華人民共和國(guó)教育部第34號(hào)令）、成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文作假行為處理實(shí)施細(xì)則（試行）（成理工教發(fā)201330號(hào)）文件并已知曉教育部、學(xué)院對(duì)論文作假行為處理的有關(guān)規(guī)定，知曉論文作假可能導(dǎo)致作假者被取消學(xué)位申請(qǐng)資格、注銷學(xué)位證書、開(kāi)除學(xué)籍甚至被追究法律責(zé)任等后果。2.本人已認(rèn)真學(xué)習(xí)成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)，已知曉學(xué)院對(duì)論文撰寫的內(nèi)容和格式要求。3.本人所提交的學(xué)位論文（題目：

2、 ），是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，本人對(duì)該論文的真實(shí)性、原創(chuàng)性負(fù)責(zé)。若論文按有關(guān)程序調(diào)查后被認(rèn)定存在作假行為，本人自行承擔(dān)相應(yīng)的后果。承諾人（學(xué)生簽名）： 20 年 月 日 注：學(xué)位論文指向我校申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所提交的本科學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告、畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)床的低性能已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的需求，新興的機(jī)床升級(jí)改造已經(jīng)成為了當(dāng)代工業(yè)革命中一種必不可擋的潮流，而以plc控制技術(shù)為核心的機(jī)床便是其中最有代表性的。本課題會(huì)對(duì)攻絲組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并對(duì)其控制系統(tǒng)選定和設(shè)計(jì)。過(guò)去老式機(jī)床采用的系統(tǒng)一般是用繼電器進(jìn)行控制，這種機(jī)床存在性能差、穩(wěn)定性差，機(jī)械精度低等缺點(diǎn)

3、?，F(xiàn)在將plc控制技術(shù)運(yùn)用到機(jī)床中，這些缺點(diǎn)會(huì)被改善，機(jī)床的性能得到大幅度提升。在論文的開(kāi)篇階段會(huì)對(duì)機(jī)床進(jìn)行介紹，介紹會(huì)從組合機(jī)床的發(fā)展史、結(jié)構(gòu)以及機(jī)床的工藝流程等幾個(gè)方面進(jìn)行解析，緊接對(duì)plc技術(shù)的方方面面作一番概述。然后，論文會(huì)根據(jù)相關(guān)內(nèi)容繪制出控制系統(tǒng)的電路圖及梯形圖，并編寫plc控制的程序來(lái)達(dá)到加工需求。論文的末尾還會(huì)對(duì)以plc控制系統(tǒng)的機(jī)床的安裝調(diào)試作一些簡(jiǎn)單的論述。關(guān)鍵詞：組合機(jī)床 plc控制 電路圖 梯形圖abstractwith the development of science and technology, the traditional tools of low per

4、formance has been unable to meet the needs of practical industrial production, new machine upgraded has become the contemporary industrial revolution in a will not stop the trend, and the plc control technology is the core of the machine tool and is the most representative.this thesis will make a de

5、tailed study on tapping combination machine control system based on plc. compared with the traditional machine tool relay system and lead to machine the stable performance of the poor and low accuracy, the use of plc control technology, these shortcomings will be improved, the performance of the mac

6、hine get greatly ascend.in the opening stage of the paper will be on the machine tool are introduced, will be introduced from the development history of modular machine tool, structure and machine process analysis, immediately to the plc technology made some summaries. then, the paper will draw the

7、control system according to the relevant content of the circuit diagram and ladder diagram, and the preparation of plc control program to meet the processing needs. the end of the paper will be plc control system for the installation and commissioning of the machine tool to do some simple exposition

8、.keywords: combined machine tools, plc control, circuit diagram, ladder diagram目錄摘要iabstractii目錄iii前言11 組合機(jī)床介紹21.1 組合機(jī)床概述21.2 組合機(jī)床部件分類21.3 組合機(jī)床的發(fā)展21.4 組合機(jī)床的裝配32 組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程42.1 組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)42.2 組合機(jī)床的控制方式42.3 組合機(jī)床的工藝流程53 plc的簡(jiǎn)介73.1 plc及其特點(diǎn)73.2 plc的組成83.3 plc的工作原理94 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)114.1 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟114.2 plc

9、的選型114.3 i/o端口分配124.4 接線圖的繪制135 plc的軟件設(shè)計(jì)155.1 plc的編程語(yǔ)言155.2 plc控制程序設(shè)計(jì)流程圖165.3 plc程序的設(shè)計(jì)方法175.3.1 plc設(shè)計(jì)方法概述175.3.2 順序功能圖175.4 順序功能圖的繪制185.5 梯形圖的繪制196 安裝與調(diào)試226.1 安裝注意事項(xiàng)226.2仿真調(diào)試226.2.1程序調(diào)試226.2.2硬件調(diào)試23總結(jié)25參考文獻(xiàn)26致謝27前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)入一個(gè)跨時(shí)代的嶄新時(shí)期，對(duì)于組合機(jī)床的研究已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)主流方向。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)機(jī)械零件的生產(chǎn)都需要依靠機(jī)床批量生產(chǎn)，因此，組

10、合機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)用中發(fā)揮著巨大的作用。傳統(tǒng)的機(jī)床采用落后的繼電器系統(tǒng)，生產(chǎn)效率低，已然不適應(yīng)急劇增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，正逐漸被淘汰。隨著當(dāng)今工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，plc技術(shù)得到運(yùn)用的范圍更廣泛，以plc控制系統(tǒng)的組合機(jī)床逐漸發(fā)展推廣使用并有取代傳統(tǒng)機(jī)床的趨勢(shì)。組合機(jī)床是一種高效率的專用機(jī)床，根據(jù)加工工藝的要求進(jìn)行加工，通常以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件7。因?yàn)榻M合機(jī)床可以根據(jù)要求任意配置，所以生產(chǎn)周期較短，效率高，一般適用于大批量生產(chǎn)。plc的高可靠等性能運(yùn)用到組合機(jī)床中，使組合機(jī)床性能進(jìn)一步得到提高，功能更加完善，在現(xiàn)代工藝業(yè)的制造與設(shè)計(jì)中地步越加重要。實(shí)踐證明，以plc控制系統(tǒng)為核心的組合

11、機(jī)床是可行的，并且在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的作用。我國(guó)目前的工業(yè)水平還未達(dá)到世界一流的水平，如果認(rèn)真研究plc技術(shù)并運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，這對(duì)促進(jìn)工業(yè)水平發(fā)展有著顯著的作用。本課題將利用plc控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)攻絲組合機(jī)床對(duì)零件加工制造。課題中會(huì)對(duì)組合機(jī)床和其工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)如何選擇plc以及plc控制的編寫程序進(jìn)行詳細(xì)描述，控制梯形圖的繪制也會(huì)在課題中呈現(xiàn)，在論文的最后還會(huì)簡(jiǎn)述plc的安裝調(diào)試。1 組合機(jī)床介紹1.1 組合機(jī)床概述組合機(jī)床是一種采用多軸多刀同時(shí)加工的，以通用部件作為基礎(chǔ)，配以專用部件，按照原先制定好的工序?qū)ぜM(jìn)行切削加工的一種專用機(jī)床。這些專用部件是根據(jù)加工對(duì)象特有的外形和加

12、工工藝設(shè)置。其中大量通用部件包括：動(dòng)力部件如傳動(dòng)裝置、動(dòng)力源、單軸加工的切削頭等，以及如側(cè)底座、中間底座等支承部件用來(lái)安裝動(dòng)力部件。1.2 組合機(jī)床部件分類組合機(jī)床的通用部件以功能可分為動(dòng)力、支承、輸送、控制和輔助部件五類。其中動(dòng)力部件是給組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，包括動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)7。支承部件在機(jī)床中支撐其他部件，比如夾具需要底座和支架的支撐安裝。輸送部件是將加工工件或主軸箱輸送至加工工位，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等7。控制部件用來(lái)操控機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)，如電器控制柜，操作臺(tái)、液壓站等。輔助部件通常用來(lái)冷卻、潤(rùn)滑和排除廢屑7。1.3

13、組合機(jī)床的發(fā)展近年來(lái)，在中國(guó)，隨著科技水平的提高，組合機(jī)床逐漸從農(nóng)用機(jī)械發(fā)展到航天、汽車、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，在眾多領(lǐng)域里都奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。組合機(jī)床具有高可靠性、生產(chǎn)效率高、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)制造業(yè)具有深遠(yuǎn)的影響。因此，組合機(jī)床的發(fā)展是具有深遠(yuǎn)意義的。但是，我國(guó)的機(jī)床設(shè)備和其他先進(jìn)制造大國(guó)相比較，還是有一定的差距。因此我國(guó)很多先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備只能從國(guó)外購(gòu)買引進(jìn)，而不能自主研究生產(chǎn)。當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)組合機(jī)床采用的是落后的繼電器控制，已經(jīng)無(wú)法滿足工藝的精度要求，性能較差。由于科技的進(jìn)步，柔性組合機(jī)床越來(lái)越受歡迎，組合機(jī)床運(yùn)用plc控制系統(tǒng)，plc的靈活性可以適應(yīng)不同品種不同加工要求的零

14、件產(chǎn)品。我國(guó)機(jī)床水平正向這方面發(fā)展，不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，生產(chǎn)出符合我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際需求，具有中國(guó)特色的組合機(jī)床。1.4 組合機(jī)床的裝配圖1.1 組合機(jī)床的裝配模型2組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程2.1 組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)組合機(jī)床是我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工時(shí)候最常見(jiàn)的機(jī)器設(shè)備。關(guān)于機(jī)床的結(jié)構(gòu)，我們?cè)诩庸r(shí)候經(jīng)常使用，對(duì)其有一定的認(rèn)知。圖2.1 攻絲組合機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖2.2 組合機(jī)床的控制方式組合機(jī)床的控制方式有兩種，一種是繼電器控制系統(tǒng)，一種是plc控制系統(tǒng)。老式的組合機(jī)床都是用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)有很多不足之處：由于使用繼電器等元件控制電路的輸出電壓，電路中電線繁多雜亂，出現(xiàn)故障難以維修，維修

15、工作量較大；繼電器會(huì)隨著工作臺(tái)來(lái)回移動(dòng)容易造成接觸不良；功能性單一，可靠性也較差。然而，隨著機(jī)電技術(shù)水平的大幅度提高，將plc控制系統(tǒng)投入運(yùn)用到組合機(jī)床，對(duì)機(jī)床進(jìn)行創(chuàng)新改造，使機(jī)械加工步入一個(gè)嶄新的時(shí)代。與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比較而言，plc控制系統(tǒng)功能性強(qiáng)，可以根據(jù)加工要求不同靈活組合，可靠性能也比較高，最主要是適合用戶方便上手，操作簡(jiǎn)便，調(diào)試和維修工作也沒(méi)有傳統(tǒng)機(jī)床那么復(fù)雜。所以plc控制系統(tǒng)將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的以繼電器為控制系統(tǒng)的組合機(jī)床投入到機(jī)械加工生產(chǎn)制造中，也是今后組合機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)。2.3 組合機(jī)床的工藝流程如圖所示，首先給機(jī)床系統(tǒng)通上電源，啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)，即圖中m1；接著將工

16、件放置到工作臺(tái)上，按下起動(dòng)按鈕sb，由于夾緊裝置得電后，工作臺(tái)上的夾具會(huì)將工件夾緊，此時(shí)電動(dòng)機(jī)m2通電轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)工件被夾緊后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)m3。因?yàn)閙2轉(zhuǎn)動(dòng)，控制凸輪會(huì)控制液壓閥推著鉆孔滑臺(tái)往前移動(dòng)，推動(dòng)鉆孔動(dòng)力頭進(jìn)行鉆孔。等到鉆孔動(dòng)力頭達(dá)到要求的鉆孔深度，鉆孔滑臺(tái)會(huì)從最終位置歸位，同時(shí)鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)也會(huì)隨之停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)鉆孔滑臺(tái)歸位，工作臺(tái)會(huì)將夾緊的工件往右輸送，電磁閥yv2接通得電，在液壓系統(tǒng)下工作臺(tái)向右移，工作臺(tái)與攻絲工位接通時(shí)便停下移動(dòng)。當(dāng)電機(jī)m4正轉(zhuǎn)時(shí)，攻絲滑臺(tái)便開(kāi)始向前移動(dòng)，攻絲加工動(dòng)作開(kāi)始。等到終點(diǎn)時(shí)即終點(diǎn)限位sq7動(dòng)作， dl電磁鐵被通上得電， 0.3s后電機(jī)m4反向旋轉(zhuǎn)，控制凸輪控

17、制攻絲的滑臺(tái)往后退。等到攻絲動(dòng)力頭裝置完成攻絲動(dòng)作后，攻絲動(dòng)力頭電機(jī)m4沒(méi)有電，控制凸輪旋轉(zhuǎn)一圈，電機(jī) m2停止轉(zhuǎn)動(dòng) 。工作臺(tái)停止3秒后往左移動(dòng)到sq1位置，yv3接通得電。接著給放松電磁閥yv4通電，夾具上的工件開(kāi)始松動(dòng)，當(dāng)接通放松限位 sq8后，被夾具夾著的工件停止放松。當(dāng)原來(lái)位置上的指示燈亮了，手動(dòng)取出從夾具上放松的工件，整個(gè)的加工過(guò)程就可以完成。圖2.2攻絲組合機(jī)床示意圖3 plc的簡(jiǎn)介3.1 plc及其特點(diǎn)plc也稱為可編程控制器，在制造工業(yè)領(lǐng)域里運(yùn)用廣泛，可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子產(chǎn)品。由于它的存儲(chǔ)器可以編程，存儲(chǔ)在內(nèi)部的邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)等指令都可以執(zhí)行并通過(guò)數(shù)字式或則模擬

18、式的輸出和輸入控制機(jī)械的加工生產(chǎn)。plc的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：1. 編程簡(jiǎn)單易學(xué)梯形圖是plc最常用的編程語(yǔ)言。繪圖時(shí)使用的符號(hào)以及表達(dá)形式與傳統(tǒng)的電路原理圖幾乎相同，對(duì)于剛剛學(xué)習(xí)plc的人員來(lái)說(shuō)，只要對(duì)電工電子學(xué)有一定的基礎(chǔ)，梯形圖完全可以勝任掌握。梯形圖一目了然，直觀形象的表達(dá)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是最大的便利。2. 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高可編程控制器（plc）雖然體積不大，但內(nèi)部有很多的編程元件，可以滿足用戶的許多要求，用戶的需求不同，系統(tǒng)便可自行組合所需的模塊，很是便利。對(duì)比傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)，性價(jià)比高了許多。 3. 可靠性高，抗干擾強(qiáng)plc系統(tǒng)一般使用的是軟件，系統(tǒng)中不會(huì)有任何繼電器，因此不存在由于接觸點(diǎn)

19、之間接觸不良導(dǎo)致的故障。此外，plc系統(tǒng)使用一些硬件和軟件來(lái)提高抗干擾能力。plc自身還可以自我審查，診斷是否有故障。所以plc是目前可靠性最高的設(shè)備之一。4. 安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便因?yàn)閜lc是使用編程軟件編寫程序，代替?zhèn)鹘y(tǒng)器件的安裝，沒(méi)有繁雜的接線，在安裝方面工作量小，對(duì)于用戶而言十分便利。我們可以將plc編寫好的程序在實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器上進(jìn)行模擬調(diào)試，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)關(guān)可以模擬輸入信號(hào)，若二極管發(fā)光就表示輸出信號(hào)沒(méi)問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)中便可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，與繼電器系統(tǒng)相比調(diào)試的時(shí)間少，還方便容易。5. 維修方便一般來(lái)說(shuō)，plc發(fā)生故障的幾率很小，因?yàn)楸旧碜约壕涂梢宰晕覚z查，而且軟件的錯(cuò)誤率相當(dāng)?shù)?。如果?/p>

20、故障，可以在實(shí)驗(yàn)室用二極管的照亮與否模擬排除找出問(wèn)題根源，然后對(duì)癥下藥。本身的故障可以更換模塊來(lái)排除。所以plc一旦發(fā)生故障，維修還是相當(dāng)便利。6. 硬件齊全，通俗易懂plc控制器很多都是標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化，用戶可以根據(jù)不同的需求，選擇不同的硬件，靈活組裝成工藝要求所需的系統(tǒng)。在硬件確定以后，用戶可以修改程序，靈活適應(yīng)不同的工藝條件。7. 體積小，能源消耗少 plc的體積不多大，所以復(fù)雜的控制系統(tǒng)可以采用plc系統(tǒng)代替中間繼電器和時(shí)間繼電器減少外形體積，一般外形變?yōu)樵瓉?lái)的二分之一到十分之一左右，減少占用空間，同時(shí)也節(jié)約制作成本。3.2 plc的組成plc實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，只不過(guò)比一般

21、計(jì)算機(jī)更符合工業(yè)生產(chǎn)需求。主要由中央處理器（cpu）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口、編程設(shè)備等部分組成。1. 中央處理器（cpu） 與一般計(jì)算機(jī)相同，cpu是plc的核心，相當(dāng)于人的大腦。在plc中，系統(tǒng)程序賦予cpu的功能，使plc整齊地運(yùn)作，有以下這些：（1）通過(guò)掃描接受輸入的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入到映象寄存器或則數(shù)據(jù)寄存器；（2）用戶程序和數(shù)據(jù)通過(guò)編程器輸入將會(huì)被接收讀??；（3）診斷電路故障和編程過(guò)程中語(yǔ)法錯(cuò)誤等；（4）一條條讀取存儲(chǔ)器中的用戶程序，進(jìn)行命令解釋后執(zhí)行；（5）數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算處理后，相關(guān)標(biāo)志狀態(tài)和輸出映象寄存器中的內(nèi)容會(huì)依據(jù)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行更新，并通過(guò)輸出設(shè)置來(lái)實(shí)施控制。

22、2. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器有ram和rom兩種，其中隨機(jī)存儲(chǔ)器ram可讀/寫操作，rom只能讀。存儲(chǔ)器在plc中主要存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序是制造廠家先前已經(jīng)編寫完成并困化在只讀存儲(chǔ)器中，用戶無(wú)權(quán)進(jìn)行修改。用戶程序是用戶自己根據(jù)加工對(duì)象生產(chǎn)工藝的要求而編寫的程序，可以進(jìn)行檢查修改的，一般存放在eprom中。工作數(shù)據(jù)是由于plc運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)變化而存取的，這些數(shù)據(jù)一般會(huì)存放在ram里。3. 輸入/輸出單元 輸入/輸出單元（i/o模塊）是plc與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。plc要實(shí)現(xiàn)控制，就要將被控對(duì)象的所有數(shù)據(jù)通過(guò)輸入接口輸入，然后進(jìn)行處理再將處理結(jié)果通過(guò)輸出接口傳送給被控對(duì)象。pl

23、c為用戶提供許多功能不一的i/o接口，如數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入輸出、模擬量輸入輸出等。4. 通信接口 plc會(huì)配備許多帶有通信處理器的通信接口。plc要想與打印機(jī)、計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信就要依靠通信接口。5. 編程裝置用戶想將程序編輯輸入到plc中就必須要用到編程裝置，編程裝置是plc必備的工具。編程裝置分為專用編程器，和配有專用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。我們個(gè)人用戶一般選擇后者，其成本花費(fèi)較少，功能也相對(duì)差不多，性價(jià)比比較高一些。6. 電源plc電源一般是用來(lái)控制內(nèi)部電路的開(kāi)關(guān)，穩(wěn)定性比較好，抗干擾強(qiáng)。很多plc也可以向外部提供一個(gè)直流24v穩(wěn)壓電源，給外部電器提供電能。3.3 plc的工

24、作原理 plc的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是對(duì)用戶編寫的程序進(jìn)行循環(huán)掃描。也就是說(shuō)，cpu從程序的最開(kāi)頭的頭條指令開(kāi)始，然后按照由上向下的次序逐步執(zhí)行，直到程序的最后一條為止，再轉(zhuǎn)回到程序的最開(kāi)始的地方，電腦重復(fù)上述動(dòng)作，再次進(jìn)行新一輪掃描工作。一個(gè)掃描周期分為以下三個(gè)過(guò)程：1. 輸入采樣首先，plc會(huì)逐條掃描式讀入程序的輸入數(shù)據(jù)，然后將它們存入映像寄存器中。等到樣本收集完成后，就會(huì)進(jìn)行接下去的兩個(gè)步驟。在此期間，映像寄存器中的數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生改變。2. 程序執(zhí)行程序執(zhí)行時(shí)，plc會(huì)對(duì)程序?qū)嵭许樞驋呙?。?dāng)用戶程序是梯形圖時(shí)候，掃描都是由上向下，由左到右這個(gè)順序進(jìn)行的。plc執(zhí)行時(shí)候，會(huì)根據(jù)程序進(jìn)行相關(guān)

25、計(jì)算機(jī)運(yùn)算，最后運(yùn)算的結(jié)果會(huì)刷新ram中與之對(duì)應(yīng)的狀態(tài)或是映像寄存器中的狀態(tài)。梯形圖中的特殊指令程序會(huì)根據(jù)是否滿足條件來(lái)執(zhí)行的。3. 輸出刷新掃描用戶的程序完成后，plc便會(huì)輸出刷新。plc的真正輸出是cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路輸出到電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的外設(shè)裝置。4 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 要對(duì)機(jī)床的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)就是考慮系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)指的是plc外設(shè)的裝置如何選擇安裝，而軟件設(shè)計(jì)就是考慮如何編寫plc內(nèi)部程序。系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)決定plc的穩(wěn)定性和設(shè)備的可靠性能，所以設(shè)計(jì)水平的高低對(duì)plc的影響十分重要。本章節(jié)會(huì)從系

26、統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)開(kāi)始入手，其硬件設(shè)計(jì)包括plc的選型、i/o設(shè)備選擇以及電路圖的繪制等幾個(gè)方面。4.2 plc的選型在選擇plc的型號(hào)時(shí)候，在考慮功能需求和安全可靠、維修方便前提下，我們還要考慮最佳的性價(jià)比。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床因?yàn)樘崆爸贫ê昧思庸ひ螅h(huán)境條件一般是在學(xué)校，不需要太多的維修量，所以我選用的plc是整體式結(jié)構(gòu)形式的。plc的生產(chǎn)國(guó)內(nèi)公司水平限制，一般很難有優(yōu)秀的產(chǎn)品。，因此一般plc都是選擇國(guó)外大公司制造，他們產(chǎn)品的可靠性和性價(jià)比都是很高的。生產(chǎn)整體式結(jié)構(gòu)的plc公司有很多，比較優(yōu)秀的有代表性的有西門子的s7系列、日本三菱的fx系列等。我這次設(shè)計(jì)采用的是fx2n機(jī)型。初步選定了fx系列的

27、機(jī)型，然后根據(jù)表4.1中的數(shù)據(jù)，可以確定plc的具體型號(hào)。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所用的輸出為13點(diǎn)，輸入為7點(diǎn)，從表中可以看出，fx2n-32mr-001的輸出和輸入點(diǎn)數(shù)都是16點(diǎn)，符合機(jī)床要求的條件。所以我選用的plc機(jī)型為fx2n-32mr-001。型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)模塊可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出晶閘管輸出晶體管輸出fx2n-16mr-001fx2n-16msfx2n-16mt882432fx2n-32mr-001fx2n-32msfx2n-32mt16162432fx2n-48mr-001fx2n-48msfx2n-48mt24244864fx2n-64mr-001fx2n-64msfx2n-64mt

28、32324864fx2n-80mr-001fx2n-80msfx2n-80mt40404864fx2n-128mr-00fx2n-128mt64644864表4.1fx系列的基本單元4.3 i/o端口分配i/o模塊是plc與被控對(duì)象連接的橋梁，是系統(tǒng)可靠性的保證之一。此次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用是順序控制，對(duì)于功能的要求條件比較平常，沒(méi)有什么特殊功能需求。由于對(duì)于不同的加工對(duì)象，機(jī)床需要相應(yīng)的加工工藝和控制要求，使用i/o地址分配表?xiàng)l目清晰表達(dá)簡(jiǎn)便，可以讓我們更加深刻理解機(jī)床的工作過(guò)程，也會(huì)對(duì)編程提供便利。表4.2 i/o分配表輸入設(shè)備輸入點(diǎn)編號(hào)輸出設(shè)備輸出點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)按鈕sbx0km1(m1快進(jìn))y

29、1行程開(kāi)關(guān)sq1x1km2(m1工進(jìn))y2行程開(kāi)關(guān)sq2x2km3(m1慢退)y4行程開(kāi)關(guān)sq3x3km4(m1快退)y6行程開(kāi)關(guān)sq4x4km5(m2正轉(zhuǎn))y3行程開(kāi)關(guān)sq5x5km6(m2反轉(zhuǎn))y5行程開(kāi)關(guān)sq6x6km7(m3快進(jìn))y7停止按鈕sb1x7km8(m3工進(jìn))y8km9(m3慢退)y10km10(m3快退)y12km11(m4正轉(zhuǎn))y9km12(m4反轉(zhuǎn))y11km13(夾具夾緊電磁閥)y134.4 接線圖的繪制根據(jù)表4.2可以繪制出上圖的plc接線圖，如圖4.1所示。圖4.1 plc的接線圖5 plc的軟件設(shè)計(jì)5.1 plc的編程語(yǔ)言用戶想要實(shí)現(xiàn)plc控制系統(tǒng)對(duì)加工工藝控制

30、要求就要通過(guò)存儲(chǔ)內(nèi)部的程序，而這些程序的編寫就要依賴編程語(yǔ)言。在國(guó)際上，已經(jīng)將這些編程語(yǔ)言標(biāo)注化。plc的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、指令表語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言、順序功能流程圖語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言五種。1. 梯形圖語(yǔ)言（ld）在plc程序的設(shè)計(jì)中，梯形圖語(yǔ)言是編程中使用最頻繁的。梯形圖語(yǔ)言與電工電子學(xué)中的電路差不多，所以該語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，容易上手，表達(dá)直觀，對(duì)應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)用比較廣泛。繼電器系統(tǒng)中存在的電流是我們生活中真實(shí)的，而梯形圖中的是假想的、沒(méi)有任何意義，內(nèi)部的繼電器在我們?nèi)粘Ｉ钪幸矝](méi)有實(shí)際存在的。2. 指令表語(yǔ)言（il）指令表由操作碼和操作數(shù)兩個(gè)部分組成，是一種類似匯編語(yǔ)言的助記符編程語(yǔ)言。通常是

31、用戶在沒(méi)有電腦的場(chǎng)合下，利用編程器來(lái)編制程序。指令表可以變成梯形圖，梯形圖也可以換成指令表，二者相對(duì)應(yīng)。我們只要利用plc編程軟件便可以把二者進(jìn)行對(duì)應(yīng)的互換。這種編程語(yǔ)言對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，容易學(xué)習(xí)，簡(jiǎn)便易于掌握。3. 功能模塊圖語(yǔ)言（fbd）功能模塊圖語(yǔ)言是采用模塊圖的方式表示模塊的功能，如果模塊不一樣，那么所表達(dá)的作用也就不同，跟電子電路有異曲同工之妙。由于其使用功能模塊的圖形方式表達(dá)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析理解更加直觀簡(jiǎn)便，這種語(yǔ)言能夠清晰表達(dá)大規(guī)?；蛘哧P(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)中各個(gè)功能關(guān)系，可以減少編程時(shí)間。4. 順序功能流程圖語(yǔ)言（sfc）為了適應(yīng)順序邏輯控制，人們專門研究出了一種編程語(yǔ)言順序功能流

32、程圖語(yǔ)言。編程時(shí)，用戶用方框表達(dá)控制功能，通常是梯形圖邏輯，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。編程過(guò)程中設(shè)計(jì)人員是以功能為主要線路，把加工過(guò)程分步按照順序從上向下表達(dá)。使用順序流程圖語(yǔ)言，程序的結(jié)構(gòu)條理清楚，方便用戶閱讀查閱，縮短了編程時(shí)間，減輕調(diào)試的工作量。5. 結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言（st）結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述時(shí)候使用結(jié)構(gòu)化的方式，該語(yǔ)言通常使用于程序用別的編程語(yǔ)言難以實(shí)現(xiàn)表達(dá)的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用來(lái)描述系統(tǒng)中變量間存在什么樣的關(guān)系，這種關(guān)系通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。這對(duì)于編程人員來(lái)說(shuō)，要想熟練使用這種編程語(yǔ)言就必須儲(chǔ)存一定量關(guān)于計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言方面的知識(shí)。要求高，操作難，直觀性差。5.2 plc控制程序設(shè)計(jì)流程

33、圖圖5.1 程序設(shè)計(jì)流程圖圖5.1 設(shè)計(jì)流程圖5.3 plc程序的設(shè)計(jì)方法5.3.1 plc設(shè)計(jì)方法概述plc程序方法有3種，分為：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制線路移植法、順序控制法6。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的前提是一些基礎(chǔ)有代表意義的電路，設(shè)計(jì)者要先了解加工工序以及加工要求，根據(jù)加工工件的不同工序要求，再進(jìn)行選擇組裝具體的系統(tǒng)，繪制出梯形圖。梯形圖要進(jìn)行在線調(diào)試，查找是否存在故障，直到無(wú)誤后才會(huì)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期要求。這種方法需要耗費(fèi)設(shè)計(jì)者很多時(shí)間和精力，找不到規(guī)律可以遵循，一般不提倡使用這種方法。繼電器控制線路移植法是利用系統(tǒng)不使用繼電器，而是選擇plc。這種方法是將電路圖用plc方式來(lái)表達(dá)，設(shè)計(jì)梯形圖來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

34、控制要求。該方法相對(duì)簡(jiǎn)便，因?yàn)槲覀兛梢栽谑煜さ碾娐穲D基礎(chǔ)上對(duì)梯形圖進(jìn)行編譯。這種方法類似于將漢語(yǔ)翻譯成英文，我們只要利用梯形圖軟件將電路圖轉(zhuǎn)換成梯形圖，實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的系統(tǒng)要求。順序控制法根據(jù)順序功能流程圖，從最開(kāi)始一步設(shè)計(jì)直至程序的結(jié)束部分停止。其中核心內(nèi)容就是功能流程圖。這種方法一般使用比較廣泛，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的程序內(nèi)容需要修改時(shí)候容易，花費(fèi)的時(shí)間和精力也相對(duì)較少。5.3.2 順序功能圖順序功能圖是用來(lái)描述系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能特性的一種圖形符號(hào)。這種表達(dá)方式簡(jiǎn)單，直觀形象。順序功能圖由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作組成。1. 步步是將系統(tǒng)的工作周期分為很多步并按順序相連接，通常在順序功能圖中用編

35、程元件代表步。2. 有向連線在順序功能圖中, 步在活動(dòng)發(fā)展時(shí)會(huì)按照有向連線標(biāo)示的路線和方向。用戶在繪制順序功能圖時(shí), 所繪制的方框（即功能圖中的步）要以先后次序排列, 各個(gè)方框之間通過(guò)有方向的連線連接。如果步的轉(zhuǎn)移方向是由上到下或者是從左至右, 那么可以省略有方向的連線上箭頭符號(hào)。反之，我們就要用箭頭注明有向連線往哪個(gè)方向移動(dòng)。3. 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是在有方向的連線上用垂直的短劃線來(lái)表示，轉(zhuǎn)換將相鄰的兩步分隔開(kāi)，活動(dòng)步的轉(zhuǎn)移通過(guò)轉(zhuǎn)換來(lái)完成的6。4. 轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件是一種讓系統(tǒng)可以從上一步轉(zhuǎn)到下一步的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)可能是來(lái)自系統(tǒng)外部的輸入信號(hào)，也可能是plc內(nèi)部所產(chǎn)生的，也可能是信號(hào)的與或非邏輯的組合

36、。5. 動(dòng)作是每一個(gè)功能步將要完成的操作，通常在順序功能圖里面用矩形框的內(nèi)容來(lái)表達(dá)，一般為文字或符號(hào)。5.4 順序功能圖的繪制 在繪制順序功能圖時(shí)候，我們可以將復(fù)雜的控制系統(tǒng)的工作過(guò)程分解下來(lái)，分成幾個(gè)步驟相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)然，我們要十分清楚這些步驟之間的具體要求是什么，以及從這個(gè)步驟到另外一個(gè)步驟的轉(zhuǎn)換條件。這樣，我們才能輕松并且正確的繪制出順序功能圖。圖5.2 組合機(jī)床的順序功能圖5.5 梯形圖的繪制已經(jīng)繪制完plc順序功能圖，根據(jù)上小節(jié)的順序功能圖，可以使用fxgp_win-c 軟件來(lái)完成繪制梯形圖。 圖5.3 plc系統(tǒng)的梯形圖6 安裝與調(diào)試6.1 安裝注意事項(xiàng) plc系統(tǒng)完成了硬件和軟件兩

37、方面的設(shè)計(jì)后即可進(jìn)行安裝。在進(jìn)行系統(tǒng)安裝之前，首先要考慮所處的環(huán)境是否對(duì)plc安裝有影響。plc不能安裝在有灰塵粉塵或者空氣中含有腐蝕性氣體的場(chǎng)所，也不能是被高溫強(qiáng)光照射或是風(fēng)雨侵蝕的場(chǎng)所，當(dāng)然振動(dòng)幅度大或是沖擊性大的場(chǎng)所也是禁止的。安裝時(shí)候要考慮到plc主機(jī)的擺放位置，應(yīng)該遠(yuǎn)離高壓設(shè)備保障機(jī)床的安全性能。安裝完成以后，要記得將通風(fēng)口處的防塵罩取下。6.2仿真調(diào)試6.2.1程序調(diào)試plc的程序調(diào)試過(guò)程如圖5.1所示，可以通過(guò)四個(gè)步驟完成。1. 輸入源程序。用戶使用編程軟件將源程序輸入到plc機(jī)上并保存，輸入過(guò)程中要嚴(yán)格按照規(guī)定的格式要求和語(yǔ)法。2. 在電腦上，使用匯編程序進(jìn)行匯編源程序，檢查有

38、無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修改，直至語(yǔ)法全部正確后才進(jìn)行下一個(gè)步驟。3. 在線調(diào)試。要對(duì)用戶的源程序進(jìn)行調(diào)試，必須與在線仿真機(jī)器相配合才可調(diào)試。用戶程序是否與用戶樣機(jī)硬件相關(guān)，程序的調(diào)試方法也不一樣。若程序與樣機(jī)硬件沒(méi)有關(guān)系，要利用在線仿真機(jī)器的在線調(diào)試功能來(lái)糾正程序中的錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤時(shí)，用戶要返回第一步進(jìn)行修改，修改完全無(wú)邏輯錯(cuò)誤才停止。若是與樣機(jī)硬件有關(guān)聯(lián)的程序，在調(diào)試之前，要把仿真機(jī)器的仿真插頭插入單片機(jī)的插座中，然后進(jìn)行仿真調(diào)試，仿真系統(tǒng)的調(diào)試功能可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。4. 用戶編寫的程序調(diào)試完成后，利用編程寫入器固化在程序存儲(chǔ)器中。圖6.1 plc程序調(diào)試過(guò)程6.2.2硬件調(diào)試1.

39、 靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試可以排除系統(tǒng)中硬件故障，一般有兩個(gè)步驟。第一步，在上電之前，利用萬(wàn)能表等工具，對(duì)照電路圖，檢查主回路和控制回路的線路連接是否有錯(cuò)誤，使用的元器件規(guī)格型號(hào)是否符合規(guī)定的要求。第二步，通電以后，使用萬(wàn)能表檢查pic芯片上引腳的電位，各點(diǎn)電平有沒(méi)有異常情況，以防仿真器在調(diào)試過(guò)程中因?yàn)楦邏罕粨p壞。2. 在線仿真與動(dòng)態(tài)調(diào)試進(jìn)行第一步只能找出系統(tǒng)中很顯著的錯(cuò)誤，系統(tǒng)中還有很多隱藏的故障，這些問(wèn)題需要依靠仿真機(jī)器，通過(guò)在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)故障后進(jìn)行掃除。斷開(kāi)電源，除了單片機(jī)以外的元器件都插上，將仿真器的仿真插頭插入單片機(jī)的插座中，打開(kāi)用戶樣機(jī)，給仿真器通電，然后就可以進(jìn)行在線仿真調(diào)試?？偨Y(jié)關(guān)于攻絲組合機(jī)床的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在此告一段落了，也算是圓滿的結(jié)束了此次的設(shè)計(jì)。對(duì)于這次plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我從中學(xué)習(xí)到很多知識(shí)，也掌握很多新技能，下面是對(duì)于本次設(shè)計(jì)的總結(jié)。在論文的開(kāi)篇階段，首先是對(duì)研究對(duì)象組合機(jī)床先進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，要想了解其控制系統(tǒng)，必須對(duì)組合機(jī)床方面的知識(shí)有些認(rèn)知。論文里涉及到機(jī)床的分類、組成構(gòu)造以及其裝配。在了解了組合機(jī)床的基礎(chǔ)上，就開(kāi)始研究設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容plc。plc作為新型控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器，論文里詳細(xì)