基于PLC的金屬切削機械控制系統(tǒng)的設計(20201111163847)

1、PLC控制技術課程設計說明書題目:基于PLC的動力頭控制系統(tǒng)設計系部：信息與控制工程學院專業(yè)：自動化班級：三學生姓名：夏陽學 號:09032130138指導教師：張海燕2012年6 月 2日PLC控制技術課程設計說明書目 錄1 緒論 11.1控制系統(tǒng)在動力頭機床中的作用與地位 11.2控制系統(tǒng)的類型、特點及應用場合 11.2.1 繼電器控制系統(tǒng) 11.2.2計算機控制系統(tǒng) 21.2.3可編程序控制器控制系統(tǒng) 22控制系統(tǒng)方案論證與選擇 42.1電動機拖動部分 52.2液壓拖動部分 53控制系統(tǒng)硬件設計 63.1電動機電器控制線路的設計 63.1.1 電動機和電器元件的配置 63.1.2電動機型

2、號的選擇 73.1.3電器元件型號的選擇 83.1.4主電路和控制電路電源的確定 103.1.5主電路設計 103.1.6控制電路設計 113.1.7其他電路的設計 123.2攻絲電機及液壓拖動部分的 PLC控制系統(tǒng)硬件設計 133.2.1系統(tǒng)輸入元件和輸出元件型號的確定。 133.2.2 PLC機型的選擇 133.2.3 PLCI/O元件的分配 143.2.4 PLC的 I/O 接線圖 174控制系統(tǒng)軟件設計與調試 174.1 PLC程序的總體結構 174.2各部分程序的作用及設計過程 174.2.1公用程序 18422全機半自動程序 20423單機單步程序 294.2.4 全機自動回原點程

3、序 335總結與展望 366參考文獻 1PLC控制技術課程設計說明書1 緒論可編程控制器(Programmable logic Control-ler,簡稱PLC)是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發(fā)展起來的一種 新型工業(yè)自動控制裝置，其具有邏輯控制、計時、計數、數據處理、聯網與通信等強大功能，用來替代傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)。同時，由于PLC具有很高的可靠性和極大的應用靈活性，在各行各業(yè)的控制領域都得到了廣泛的應用，并與 CAD/CAM和機器人技術一起被譽為現代工業(yè)自動化的三大支柱之一。大量采用傳統(tǒng)繼電一接觸控制系統(tǒng)的設備通過改造更新，成為PLC控制的自

4、動化系統(tǒng)，而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特點。本文介紹基于PLC的動力頭控制系統(tǒng)的設計與應用。1.1控制系統(tǒng)在動力頭機床中的作用與地位控制系統(tǒng)是動力頭機床的指揮控制中心。動力頭機床對產品所有零件的加工只有在控制系統(tǒng)的指揮下才能進行。因此，控制系統(tǒng)性能的好壞、自動化水平的高低直接影響到機床的整體性能及加工質量。此外，控制系統(tǒng)性能的好壞對于提高勞動產品的產量和質量也有著極大地影響。當然也會影響到該企業(yè)的市場競爭力。所以對動力頭機床控制系統(tǒng)的設計與 制作要引起足夠的重視。要提高機床的性能，除了要提高該機床機械部分的性能 外，還要提高該機床的控制系統(tǒng)的性能。1.2控制系統(tǒng)的類型、特點及應用場合

5、目前就控制系統(tǒng)來說，有三種可供選擇：繼電器控制系統(tǒng)；計算機控制系統(tǒng)； 可編程序控制器控制系統(tǒng)。PLC程序控制器以其可靠性高、適應性強、設計調試方便等優(yōu)點，在很多工業(yè)部門已經取代前兩種控制系統(tǒng)。1.2.1繼電器控制系統(tǒng)繼電器是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關3。繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器(或稱物理繼電器)實現的。多年來，人們用電磁繼電器控制順序型的設備和生產過程。就單臺繼電器控制系統(tǒng)而言， 其工作可靠性是比較高的。而且繼電器本身也不貴。所以對于小型的、要求不復雜的控制對象來說，采用繼電器控制系統(tǒng)是可行 的。但是對于復雜的控制系統(tǒng)來說，所需的繼電器很多。 任何一個繼電器的故障都會影

6、響到整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往是非常困難的；由于該控制 系統(tǒng)靠硬件接線，所以程序的更改比較困難，所以它的適應性比較差，不適應經 常要求變更程序的產品的設計。當要求生產小批量、多品種的產品時，繼電器控 制系統(tǒng)是不能夠滿足要求的。122計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的程序米用指令編程，程序可以替代一部分硬件，而且程序便于維修。與繼電器控制系統(tǒng)相比較，其控制電路的故障點相應減少；其適應性、 通用性與靈活性都有提高；而且因為它是由電子器件組成，所以比繼電器控制系 統(tǒng)體積小、重量輕而且耗能少。但是計算機控制系統(tǒng)對環(huán)境的要求比較高，其抗干擾能力不強；在制作中還需要印刷電路板，其外部I/O接線需要

7、用插座從一雙電路板上引出，既不方便也不可靠；在編程的時候用的是匯編語言或C語言，比較麻煩，不易被工廠的電氣人員掌握。因此計算機控制系統(tǒng)的應用范圍還是很受限制。1.2.3可編程序控制器控制系統(tǒng)可編程序控制器的特點：(1) 可靠性高，抗干擾能力強PLC是專為工業(yè)控制而設計的，在硬件方面采用了電磁屏蔽、光電隔離、模擬 量和數字量濾波、優(yōu)化電源電路等措施，并對元件進行了嚴格的篩選；在軟件方 面則采取了警戒時鐘、故障診斷、自動恢復等措施，利用后備電池對程序和動態(tài) 數據進行保護。因此，PLC是有其他工業(yè)控制設備無可比擬的高可靠性。(2) 編程方法簡單易學梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，梯形圖

8、語言形象直 觀，易學易懂。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器 在執(zhí)行梯形圖程序時，用結實程序將它“翻譯”成匯編語言再去執(zhí)行。由于可編 程序控制器運算速度的不斷提高，對于一般的控制設備來說，執(zhí)行速度完全滿足 要求。PLC使用簡單，一般情況下，不需要考慮接口問題，只需要用螺絲刀就可以完 成全部接線工作。PLC可以采用一種面向控制過程的梯形圖語言，它與繼電器原理 圖非常接近，電氣工人可以在短時間內學會。因此，世界上許多國家的可編程序 控制器生產公司都將梯形圖語言作為第一用戶語言。(3) 功能完善，應用靈活PLC的基本功能包括數字和模擬量輸入/輸出、算術和邏輯運算、定時、計數、移

9、位、比較、代碼轉換等，其擴展功能有批數據傳送、排序查表、中斷控制、函 數運算、通信聯網、PID閉環(huán)控制、監(jiān)控報警等，可以組成功能完善的控制系統(tǒng)。(4) 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器等器 件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖所花的時間比設計繼電器系 統(tǒng)電路花的時間要少得多。可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬實驗，調試好后再將可編程序控制器安裝在現場調試。調試過程中發(fā)現的問題一般通過修改程序就可以解決。(5

10、) 環(huán)境要求低，適應性強可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)現場。 可編程序控制器已被廣大用戶人為最可靠的工業(yè)控制設備之一。(6) 維修工作量小，維修方便可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。可編程序控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據可編程序控制器上的發(fā) 光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅 速地排除故障。正因為它的這些優(yōu)點，幾乎所有自動化領域內的控制系統(tǒng)的設計，可編程序控制器都能夠做到。繼電器控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)不能做到

11、的，它也可以做到?？删幊绦蚩刂破鞯膽妙I域：(1 )開關量邏輯控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非|等邏輯指令，可以實現觸點和電路的 串、并聯，代替繼電器進行組合邏輯、定時控制與順序邏輯控制。開關量邏輯控 制可以用于單臺設備，也可以自動生產線。（2 ）運動控制可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛用于各種機械。（3）閉環(huán)過程控制可編程序控制器通過模擬量I/O模塊，實現模擬量與數字量之間的AD轉換和DA轉換，并且對模擬量實行閉環(huán)PID控制?，F代的大中型可編程序控制器一

12、般都有PID閉環(huán)控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯哪M量PID控制功能已經廣泛應用于塑料擠壓成形機等設備，以及輕工、化工等行業(yè)。4）數據處理現代的可編程序控制器具有數學運算、數據傳誦、轉換、排序和查表、位操作 等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)， 也可以用于過程控制系統(tǒng)。（5 ）通信聯網可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備之間的通信?？删幊绦蚩刂破?與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2 控制系統(tǒng)方案論證與選擇伴隨著加工件的日益復雜化、精度等級以及加工效率

13、的提高，多軸向、高轉速成為工具機必備的條件，除了加工中心機走向機能復合化外，車床方面已由早期 的臥式車床開發(fā)出許多新的加工形態(tài)，例如雙刀塔、立式車床、倒立車床、以及 車銑復合機種，以順應新時代加工方式的需求。其中車銑新概念復合機無疑是一 項新技術結合的工具機杰作，最大的優(yōu)點在于可輕易地在同一機臺上做復雜零件 的加工，可同時進行車削、鉆孔、攻牙、端面切槽、側面切槽、側面銑削、角度 鉆孔、曲線銑削等等。藉由一臺工具機即可完成一個零件的所有加工流程， 大大降低上下料換機臺加工的時間，以及減少人為公差的機會，達到“ Do In On6的加工概念。在新世代車銑復合機中，不論是具分度的 C軸頭部、副主軸、

14、丫軸等，都必須搭配動力刀塔才能具備車銑復合的功能，因此一款功能性佳、精度高的C軸動力刀塔，將使新世代車銑復合機更臻完善。2.1電動機拖動部分液壓電機、冷卻電機、擴孔電機、鉆孔電機根據它們的設計要求，可以采用“起保?！彪娐吩O計。因為這種控制電路無須任何中間繼電器，接線方便，設計安裝 量也不大。因此宜采用繼電器控制方案來控制。其最大的優(yōu)點就是能節(jié)省開支。若用單片機控制方案，會增大接口電路的設計；若用PLC控制方案，會占用輸入點，引起投資的增大。因此不宜用這兩種控制方案。攻絲電機因為有“正轉”與“反轉”之分，需要根據機械設備的工作進程來決 定其“正、反轉” 15。若采用繼電器控制方案，則需一定數量的

15、中間繼電器， 這會使設計、安裝、接線工作量增大，程序更改不方便。而且容易出故障；若采 用單片機控制方案，對環(huán)境的要求高，抗擾能力差，也不適宜采用。所以采用PLC來控制。2.2液壓拖動部分在液壓拖動部分，各工位動力頭滑臺、轉位機構的向前與向后、夾緊與松開等 運動都是由液壓系統(tǒng)拖動。這些動作都是根據條件一步步進行的。因為液壓拖動部分的每一步都需要根據一定的條件來轉換，所以如果采用繼電器控制方案，則需要用到大量的中間繼電器，那樣安裝、接線工作量會很大，而 且更改程序也極不方便，當出現故障時也不易查找和排除。若采用單片機控制方案，則需要為其設計制作印刷電路板和接口電路等，還要焊接，設計安裝工作量大，而

16、且對工作環(huán)境要求比較高。就動力頭機床所在的工 業(yè)現場而言，采用該方案時，其可靠性不能得到保證。因此，對液壓拖動部分也 不宜采用單片機控制方案來控制。根據設計的實際要求，需要的是能適應經常變動、可靠性強、易于維修的控制 系統(tǒng)。因此選擇采用可編程序控制器方案來控制最合適。這是因為該控制方案的 可靠性高，抗干擾能力強，無需擔心工業(yè)現場的惡劣環(huán)境會對PLC設備產生影響；編程方法簡單易學，采用形象直觀，易學易懂的梯形圖語言；系統(tǒng)的設計、安裝、 調試工作量少，用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器，使控制 柜的設計、安裝、接線工作量大大減少；環(huán)境要求低，適應性強可編程序控制器 采取了一系列硬件和

17、軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障 時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)現場；維修工作量小， 維修方便可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。3控制系統(tǒng)硬件設計3.1電動機電器控制線路的設計動力頭機床電器控制線路包括液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔、攻絲 動力頭主軸電機的主電路、控制電路和輔助電路三個部分。主電路、控制電路和輔助電路的設計內容包括這些電路電器元件的配置、型 號的選擇以及線路中的主電路、控制電路、輔助電路原理圖的設計。3.1.1電動機和電器元件的配置在電器控制線路中，應配置以下元件：三相鼠籠式異步電動機、刀開關、萬能 轉換開關、

18、二位置旋鈕、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器、控制變壓器等。這 些元件的作用如下：1刀開關：在機床上，主要用作電源開關，起隔離電源、安全檢修的作用。2萬能轉換開關：(1) 工作方式選擇開關：用于各種工作方式的選擇?！盎卦c”、“手動”、“單機”、“自動”、“半自動”的相互轉換。(2) 單機選擇開關：用于各單機的選擇?！般@孔”、“擴孔”、“攻絲”電機的選擇。3. 二位置旋鈕：SA3、SA4、SA5、SA6分別對回轉工作臺鉆孔電機、擴孔電機、攻絲電機作在 /離線選擇；SA7、SA8分別控制 HL、EL ； SA9控制PLC電 源的通斷。4按鈕：用來接通或斷開電路中的電流。5.接觸器：用來接通或斷開電

19、動機或其他負載主回路的自動切換電器。KM1、KM2 KM3 KM4 KM5 KM6分別對液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔、攻絲動 力頭主軸電機起控制作用。&熱繼電器：根據對象的溫度變化來控制電流流通的繼電器，即是利用電流的熱效應而動作的電器，它主要用來保護電動機的過載。8、 熔斷器：主要用于短路保護。FU1對電源板、整個線路起短路保護作用；FU2用于控制電路的短路保護；FU3用于控制變壓器的短路保護；FU4用于照明回路的短路保護；FU5用于信號燈供電電路的短路保護。9、 控制變壓器：根據負載電壓的要求調節(jié)電壓。TC的副邊為電源指示燈 HL提供6.3V電壓，為機床照明指示燈EL提供36V電壓。

20、3.1.2電動機型號的選擇1. 電動機的選擇：電動機是機床電力拖動系統(tǒng)的拖動元件，在電動機的選擇 內容中，功率的選擇是首要的，同時，電機的轉速、型式、電壓等的選擇也是必 要的。液壓泵電機與冷卻泵電機都是按經驗選擇。液壓泵電機選擇額定容量為 3KW，冷卻泵電機選擇額定容量為90W。另三個電機的選擇如下：(n = 0.8)(1) 鉆孔動力頭主軸拖動電動機M3的選擇鉆孔動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式1 19 P=0.0646D9式中P主拖動電動機功率 ，KW ；D 最大鉆孔直徑，m。該機床鉆孔動力頭加工的孔的最大直徑為45mm，需要的拖動功率為 1.95KW,因此選擇額定功率為 3KW的電動機。

21、(2) 擴孔動力頭主軸拖動電動機M4的選擇擴孔動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式P=0.035D 1.225式中P主拖動電動機功率 ，KW ；D 最大擴孔直徑，m該機床擴孔動力頭最大擴孔的直徑是25mm需要的拖動功率為2.11KW，因此選擇額定功率為3KW勺電動機。(3) 攻絲動力頭主軸拖動電動機M5的選擇攻絲動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式1 7P=0.004D .式中P主拖動電動機功率 ，KW ；D 最大攻絲深度，m。該機床攻絲動力頭攻絲的最大深度為35mm ,需要的拖動功率為 1.98KW,因此選擇額定功率為3KW的電動機。3.1.3電器元件型號的選擇1刀開關QS:不帶融斷器式刀開關主

22、要有HD型及HS型，帶融斷器式刀開關有HR3系列10。2. 熔斷器：熔斷體額定電流是個主要的技術參數。熔斷體的額定電流IR 可按下列關系選擇IR=（ 1.5-2.5）IN。式中IN-異步電動機的額定電流。3. 接觸器：機床用的是交流接觸器。常用的有CJ10、CJ12、CJ20等系列交流接觸器。交流接觸器主觸點電流可根據下面經驗公式進行選擇：IN=PN X 1000/KUN4、熱繼電器：熱繼電器的額定電壓和額定電流應大于或等于被保護電動機的 額定電壓和額定電流。從一個產品系列中選擇熱繼電器的具體規(guī)格時，主要是依 據額定電流值。5、中間繼電器：選用中間繼電器的主要依據，一是繼電器觸點的額定電流應

23、滿足被控電路的要求；二是繼電器觸點的品種和數量必須滿足控制電路的要求。6控制變壓器：在選用控制變壓器時，首先應滿足副邊線圈的個數和電壓值 以及原邊電源電壓的數值。該機床所用到的電動機和電器元件型號的選擇見表3.111。表3.1 電器元件明細表序號電器元件名稱電器元件代號型號數量技術數據1刀開關QSHR3-100/341220V，100A2工作方式轉換開關SA1LAY3-X/21220V，10A3單機選擇開關SA2LAY3-X/21220V，10A4在/離線選擇開關SA3-SA6LAY3-X/24220V，10A5工作開關SA7、SA8、SA9KN3-2-13220V，5A6功能按鈕SB1-3;

24、LA19-1122220V， 5ASB5-237急停按鈕SB4LA19-01JZ1220V，10A8限位開關SQ1-SQ5SQ11-SQ13SQ21-SQ23SQ31-SQ34LX5-1115220V，15A9液壓電機M1Y132M-413KW，6A10冷卻電機M2AOB-25190W，0.5A11鉆孔電機M3Y100L-213KW，5A12擴孔電機M4Y100L-213KW，5A13攻絲電機M5Y100L-213KW，5A14液壓電機接觸器KM1CJ20-631f=1200,380V63A,電壽 命120萬次15冷卻電機接觸器KM2CZ0-40/021f=600,380V,40A,電壽命30

25、萬次16鉆孔電機接觸器KM3CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次17擴孔電機接觸器KM4CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次18攻絲電機接觸器KM5CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次19攻絲電機接觸器KM6CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次20熱繼電器FR1JR16B-1502380V，150A21熱繼電器FR2-FR5JR16-20/303380V，60A22熔斷器FU1、 FU2、FU3BZ0023熔體10A23熔斷器FU4、 FU5BZ0012熔體5A24變壓器TC

26、YH-60B1220V, 35W25信號燈HLA57-4367V, 1W26照明燈ELDH3132136V , 1W27蜂鳴器BU701-2 型124, 0.15A29電鈴BEVC41-75 型124V3.1.4主電路和控制電路電源的確定機床主電路采用 380/ 220V三相交流電源。是鑒于以下兩個原因：(1) 該機床選擇的電動機是額定電壓為380V的三相鼠籠式異步電動機(2) 380/220V三相交流電源易獲取。(3) 220V向控制電路和降壓變壓器供電。3.1.5主電路設計液壓泵電動機的作用是：拖動液壓泵；為液壓系統(tǒng)提供動力。冷卻泵電動機的作用是：對工具和加工面進行冷卻，起保護作用，同時確

27、保 了加工的精度。鉆孔、擴孔、攻絲電動機的作用是：為鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸的旋轉 提供動力。其原理圖如圖3.1所示KM6圖3.1主電路原理圖機床主電路為 380V三相交流電源， 接地類型是 TN-S型?？傠娫从傻堕_關 QS 引入。交流接觸器 KM1是液壓電動機 M1接通和斷開的接觸器，FU1對電源板、整個線路起短路保護作用，FR1、FR2、FR3、FR4、FR5是其對應的電機 M1、M2、M3、M4、M5過載保護用熱繼電器。攻絲要求電動機能正反轉，所以M5電動機要有兩個接觸器 KM5、KM6。3.1.6控制電路設計控制電路對主電路各電動機的啟動、停止進行控制，其原理圖見圖3.2?？刂圃砣?/p>

28、下：四個電機都采用“起、保、停”電路進行控制。液壓電動機的控制：按下按鈕SB14，接觸器 KM1得電，液壓電機轉動，同時其常開觸點閉合，在電路中“自鎖”。按下停止按鈕 SB15，接觸器KM1線圈斷電而釋放。當電機過載時，通過FR1使KM1失電，使電機停下來。冷卻電機、鉆孔電機、擴孔電機的控制與液壓機的控制相同。21這一電路有失壓保護功能，當電源電壓過低或消失時，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4因電磁力不足釋放，在電壓恢復正常時，啟動按鈕SB2沒有被按下,接觸器不會得電動作。若使電動機重新啟動，必須重新按啟動按鈕SB2。FU2SB15M 乂 31 SB14 32KM1K30-33 . FR1

29、M控制/KM134 SB16芝 36崗FR2KM2小/RM2或%7 SB18SB17SB214KM3/KM340 SB2041TTTM2控制39 卜 f FR342KM4FR4M3$制M4$制/KM4圖3.2控制電路原理圖3.1.7其他電路的設計1.照明電路變壓器副邊為機床照明指示燈EL提供36V電壓，EL由開關SA8控制。2 提供信號燈電源的電路變壓器副邊為電源指示燈HL提供6.3V電壓，HL由開關SA7控制。3. PLC及其負載的電源電路PLC供電線路的設計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，需要保證當其他系統(tǒng)供電中斷時，不會影響PLC的供電。該部分電路原理圖見圖3.3。圖3.3輔助電路原理圖3.2

30、攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設計攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設計的內容包括：PLC輸入、輸出元件型號的確定、PLC機型的選擇、PLCI/O元件的分配、PLC的I/O接線圖。3.2.1系統(tǒng)輸入元件和輸出元件型號的確定。在PLC控制系統(tǒng)中，所需要的輸入元件有：按鈕、指令開關、限位開關；輸出元件有：接觸器、電磁閥、指示燈、蜂鳴器。這些元件的選擇見表3.13.2.2 PLC機型的選擇8PLC機型選擇應考慮以下因素 :（1 ）物理結構根據物理結構，可編程序控制器分為整體式和模塊式兩種。對于該機床這種 小型控制系統(tǒng)而言，選擇整體式PLC有優(yōu)勢。采用整體式PLC，I/O點數夠用，

31、設計好后，功能不需要再擴充。其價格便宜，安裝也非常方便。（2）指令功能的選擇FX系列可編程序控制器提供了具有不同檔次功能的幾個子系列，可以根據系統(tǒng)的具體情況選用滿足要求的子系列。不需要聯網通信的小型開關量控制系統(tǒng)， 可以選用價格便宜的FXOS系列；I/O點數多、控制功能復雜、要求聯網通信的系統(tǒng)可以選擇FX2N系列。（3）I/O點數的確定確定I/O點數時，應準確地統(tǒng)計出被控設備對可編程序控制器輸入/輸出點數的總需求，在次基礎上，應留有10%-20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數和輸出點數的比 例是固定的。（4）存儲器容量的選擇在初步估算

32、時，對于僅需開關量控制的系統(tǒng)，將I/O點數乘以8，就是所需的存儲器的字數。鑒于以上幾個原因，本設計選用的PLC是FX2N-128MR-001 系列。3.2.3 PLCI/O元件的分配為了便于施工接線和閱讀的方便，根據以上PLC及其I/O元件選擇的結果,可將輸入/輸出元件分別列入 PLC輸入/輸出元件的分配表中。各輸入/輸出元件在PLC輸入/輸出點上的分配應該遵循以下原則：（1）按元件的操作順序來安放輸入/輸出點。先操作的元件放在編號小的輸入/輸出點上；后操作的元件放在編號大的輸入輸出點上。（2 ）同一類元件集中分配在連續(xù)編號的一組輸入/輸出點上。（3）盡可能以單機為單位進行分配。（4）不同電壓

33、等級的輸入 /輸出元件不能放在同一組。12PLC輸入元件分配表如表3.2所示,PLC輸出元件分配表如表3.3所示 。表3.2 PLC輸入元件分配表輸入元件輸入點編號輸入元件輸入點編號工作方式選擇開關SA1回原點X0單步按鈕SB12X30工作方式選擇開關單步SA1X1單步按鈕SB13X31工作方式選擇開關單機SA1X2單步按鈕SB14X32工作方式選擇開關半自動X3行程開關SQ1X33SA1工作方式選擇開關自動SA1X4行程開關SQ2X34單機選擇開關回轉臺SA2X5行程開關SQ3X35單機選擇開關鉆孔SA2X6行程開關SQ4X36單機選擇開關擴孔SA2X7行程開關SQ5X37單機選擇開關攻絲S

34、A2X10行程開關SQ11X40在/離線選擇開關回轉臺SA3X11行程開關SQ12X41在/離線選擇開關鉆孔SA4X12行程開關SQ13X42在/離線選擇開關擴孔SA5X13行程開關SQ21X43在/離線選擇開關攻絲SA6X14行程開關SQ22X44預開按鈕SB1X15行程開關SQ23X45啟動按鈕SB2X16行程開關SQ31X46預停按鈕SB3X17行程開關SQ32X47急停按鈕SB4X20行程開關SQ33X50緊急后退按鈕 SB5X21行程開關SQ34X51預留按鈕SB6X22行程開關SQ35X52單步/停止SB7X23熱繼電器FR1X53單步按鈕SB8X24熱繼電器FR2X54單步按鈕S

35、B9X25熱繼電器FR3X55單步按鈕SB10X26熱繼電器FR4X56單步按鈕SB11X27熱繼電器FR5X57單步按鈕SB12X30壓力繼電器KPX60表3.3 PLC 輸出元件分配表輸出元件輸出點編號輸出元件輸出點編號M5接觸線圈Y0M5滑臺原位顯示Y34M6接觸線圈Y1回轉臺微臺顯示Y35電磁閥YV01Y2回轉臺回轉顯示Y36電磁閥YV02Y3回轉臺低回顯示Y37電磁閥YV03Y4回轉臺反靠顯示Y40電磁閥YV04Y5回轉臺夾緊顯示Y41電磁閥YV05Y6回轉臺脫離顯示Y42電磁閥YV06Y7回轉臺活返顯示Y43電磁閥YV11Y10M3快講顯示Y44電磁閥YV12Y11M3工講顯示Y4

36、5電磁閥YV13Y12M3快退顯示Y46電磁閥YV21Y13M4快講顯示Y47電磁閥YV22Y14M4工講顯示Y50電磁閥YV23Y15M4快退顯示Y51電磁閥YV31Y16M5快講顯示Y52電磁閥YV32Y17M5工講顯示Y52電磁閥YV33Y20M5正轉攻絲顯示Y54預開預停提示 BEY21M5反轉退絲顯示Y55故障報警Y22M5快退顯示Y56全機全自動顯示Y23M1過載顯示Y57全機半自動顯示Y24M2過載顯示Y60單機半自動顯示Y25M3過載顯示Y61單機單步顯示Y26M4過載顯示Y62全機自動回原點顯示Y27M5過載顯示Y63全機原位顯示Y30超節(jié)拍預停顯示Y64回轉臺原位顯示Y31

37、夾緊力不足顯示Y65M3滑臺原位顯示Y32工作周期到顯示Y66M4滑臺原位顯示Y33324 PLC 的 I/O 接B根據PLC輸入/輸出元公用程序X3 X4_ J P P0X2CJ P14控制系統(tǒng)軟件設計與調試X1單機半自動程序P1 4.1 PLC程序的總體結構CJ P2單機單步程序I/ 半 動回原點程序、信號顯顯示和3故p草報警程本切削機床控制系統(tǒng)的軟件由公用程序、全機自動 序、單機半自動程序、全機自 分組成。圖4.1是本控制系統(tǒng)的|全機C自動回圖程序程序體結構圖。任務書要求本人 設計的程序部分是： 點程序。自動程序、單機手動程呈序等六個部機自動回原牛的分配表繪自動/半自LCC動程序Q|接線

38、圖,如附圖6所示。圖4.1 PLC程序的總體結構圖4.2各部分程序的作用及設計過程421公用程序421.1 公用程序的作用公用程序主要用來對各種信號進行處理，并將處理結果作為自動線啟動、止、程序轉換或故障報警等的一個依據。這些信號包括：自動線的預開、預停、緊急停止和緊急后退等操作信號、各單 機的原位信號、自動線啟動前應具備的各種初始信號、由全機半自動工作方式轉 換為單機單步或全機自動回原點工作方式時，使全機半自動程序復位的信號。421.2 公用程序的設計4.2公用程序采用經驗法設計，根據其所起的作用，公用程序的設計結果如圖 所示。m 加】圖4.2公用程序圖4.2中，第一邏輯行中M100的線圈控

39、制回路用來向動力頭機床發(fā)出“預開”信號。在機床處于初始狀態(tài)、且各主軸電動機未發(fā)生過載故障、未按預停按 鈕的情況下，在輔助繼電器M100的線圈回路中，除預開按鈕X15（SB1）和M100的觸點外，其余所有觸點均處于閉合狀態(tài)。此時，按下預開按鈕X15，可使繼電器M100和丫21通電動作，其中，M100動作可為自動線啟動做好準備，丫21動作可接通電鈴BE的電源，向機床周圍的人員發(fā)出機床將要開車的音響預告信號。在按下 啟動按鈕 X16（ SB2）以前，若想取消預開命令，只要按下預停按鈕X17（ SB3），即可使M100斷電。第三邏輯行 M8034是禁止輸出繼電器，在任何工作方式下，只要按下緊急停 止按

40、鈕X20 （ SB4），即可使M8034通電動作，通過系統(tǒng)程序使PLC的全部輸出繼電器復位，從而使機床緊急停車。此后，若按下啟動按鈕X16（ SB2）或急退/回原點按鈕X21（ SB15），可使機床繼續(xù)工作（在全機半自動工作方式下），或使機床繼續(xù)回原點（在全機自動回原點工作方式下）。第四邏輯行中 M102的線圈控制回路用來向機床發(fā)出“急退”命令。第五邏輯行中的定時器T0用來對機床進行超節(jié)拍監(jiān)視。第六邏輯行是機床半自動工作方式的控制程序的復位控制回路。在工作方式選擇開關置于“回原點（X0）”或“單步（X1）”工作方式的操作位置，或同時按下“急停按鈕（X20）”和按下“急退按鈕（X21）”后，除半

41、自動程序的初始步外，可使半自動工作方式的控制程序中的其余所有各步的編程元件全部復位。第七邏輯行是對初始步M0的置位控制回路14。在PLC由STOP狀態(tài)轉為RUNPLC控制技術課程設計說明書狀態(tài)，或者機床處于原點狀態(tài)時，初始化脈沖M8002或機床所有單機的原位信號都能將初始步 M0置位，為在半自動工作方式下轉換的實現作好準備。4.2.2全機半自動程序4.2.2.1全機半自動程序的作用全機半自動程序主要用于機床控制系統(tǒng)安裝接線或檢修完成后，以及工人交 接班時對產品進行單件檢查，以檢查整個機床能否正常地運行一個完整的循環(huán)。422.2 全機半自動程序的設計在全機半自動工作方式下，機床對控制系統(tǒng)的要求是

42、，在機床具備了所有初始條件后，按下預開按鈕X15（ SB1），電鈴 丫21（ BE）應響（見公用程序），以發(fā)出機床將要開車的預告信號。之后，按下啟動按鈕X16（ SB2）,機床即應按下述工藝過程運行：回轉工作臺自動微抬一回轉工作臺自動轉位一定位夾緊一各工位動力頭按自 己的程序進行加工，加工完成后自動回到各自的初始位置，為下次循環(huán)做準備。據此，再結合畢業(yè)設計任務書中所給的動力頭機床液壓拖動系統(tǒng)原理圖和圖3.3所示的PLC I/O接線圖，即可繪出機床的全機半自動程序的順序功能表圖，女口 圖4.3所示。PLC控制技術課程設計說明書圖4.3 動力頭機床全機半自動工作方式的順序功能圖根據圖4.3所示的順

43、序功能圖設計全機半自動工作方式的梯形圖時，對圖中代表步的編程元件的控制回路可采用多種編程方式編寫，本課題采用的是“起,保，?！彪娐返木幊谭绞? o采用這種編程方式編程時，代表步的編程元件的控制回路的編程規(guī)則是：1.起動環(huán)節(jié)：由該步的前級步的編程元件的常開觸點“M/ ”和代表轉換條件的常開觸點Xi串聯構成。2保持環(huán)節(jié)：由本步編程元件的的常開觸點“Mi”構成。3停止環(huán)節(jié)：由該步的后級步的編程元件的常閉觸點“Mi+i ”構成。根據這一編程規(guī)則，代表步的編程元件的控制回路與順序功能圖的關系如圖4.4所示。Mi-1Mi-1 Xi Mi+1-XiMiMi+1一-Xi+l22PLC控制技術課程設計說明書圖4

44、.4代表步的編程元件的控制回路與順序功能圖根據圖4.3和圖4.4可以繪出全機半自動程序的梯形圖，見圖 4.530rdrJr JrJ-4竽LMS 7 Y002U（Y砸）N7M8 Y005 Y910 Y112 Y11S Y016圖4.5全機半自動程序的梯形圖在全機半自動工作方式的PLC程序中，對機床的各單機編寫了具有“在線 /離線”選擇功能以及“緊急后退”的操作功能的程序段。這兩種功能的具體含義是：1.“在線/離線”選擇：當把鉆孔動力頭的“在線/離線”選擇開關 X12（ SA4）旋至“在線”位置時，X12為“ 1 ”態(tài)。這樣在機床工作過程中，可使鉆孔動力頭執(zhí)行“快進-工進-快退”程序，也即使鉆孔動

45、力頭在線工作；反之，當把選 擇開關X12（ SA4）旋至“離線”位置時，X12為“0”態(tài)，此時在機床工作過程中，可使鉆孔動力頭跳過“快進-工進-快退”步而直接進入等待步（即 M9步），從機械運動方面看，此時鉆孔動力頭并未隨機床一起工作，而是一直停在原位不 動。2.緊急后退：控制系統(tǒng)的這一功能可使機床各工位的單機在向前運行的任何 時刻，在按下緊急后退按鈕X21（ SB15）時立即后退，退回到原位后自動停止。例如，在擴孔動力頭快進或工進過程中，當按下X21（ SB15）時，可使其跳過工進步或立即中止工進步而進入快退步。由于按下X21（ SB15）時M102為“1”態(tài)，因此，當鉆孔動力頭、擴孔動力頭

46、、攻絲動力頭都進入等待步時，機床將進展到急 退完成后的等待步M27步。此后，若按下啟動按鈕X16（ SB2），又可使自動線從M27步進展到M6步（即對回轉工作臺夾緊的步），從而使機床繼續(xù)工作。4.2.3單機單步程序4.2.3.1單機單步程序的作用單機單步程序主要用來檢查或調整各單機每一單步的運行狀態(tài)（如行程的長 短、夾緊力的大小等）。423.2 單機單步程序的設計圖4.6是本控制系統(tǒng)的單機單步程序的總體結構圖。P0P1P2P3PLC控制技術課程設計說明書圖4.6單機單步程序的總體結構圖在單機單步工作方式下，為了使每一個單機都能按單步方式運行，應給每一個單機設計一個單機單步程序段。在對單機進行單

47、步檢查或調試時，因為人的注 意力有限，只能將注意力集中到一個單機上來，所以在技術上必須保證在同一時 間只允許一個單機運行。為達此目的，本機床的單機單步程序采用指導老師開發(fā) 的設計方法：跳步設計法。該程序的結構特點是：各單機的單步程序都由條件跳 步指令CJ隔開，并由單機選擇開關SA2所接的PLC輸入繼電器 X5X10的常閉觸點分別作為這些跳步指令的執(zhí)行條件，而每個單機的每一步程序則依次由接入PLC13輸入點X24X32的七個手動按鈕 SB8SB14來控制。當欲對機床回轉工作臺進行單步檢查或調整時，可先將工作方式選擇開關SA1旋至“手動”位置，使X1為“ 1 ”態(tài)，以使 PLC能夠執(zhí)行跳步區(qū) CJ P0內的單機單步程序。再將單機選擇開關SA2旋至“回轉臺”位置，此時，X5X10中，只有X5為“ 1”態(tài)，其余為“ 0”態(tài)。因此，PLC只執(zhí)行跳步區(qū) CJ P4內回轉臺的單步 程序，而不執(zhí)行其余跳步區(qū)內其它單機的單步程序。因而，按下單