PLC(可編程邏輯控制器)在組合機床控制系統(tǒng)中的應用 2

1、PLC在合機組床控制系統(tǒng)中的應用 摘 要組合機床是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床主要采用機、電、氣、液壓控制，其精度低，可靠性不高，已不適合社會發(fā)展需要。隨著PLC控制技術的迅速發(fā)展，以PLC為核心的組合機床控制系統(tǒng)已凸顯出其優(yōu)勢.本文以兩工位鉆孔攻鏍組合機床為研究對象,通過對主要結構和運動形式的探究以及對機床的工作過程和控制要求分析，給出了機床動作循環(huán)圖，并采用PLC控制系統(tǒng)的設計方法, 進行了軟硬件設計，列出了PLC的I/O地址分配表，繪制了PLC的I

2、/O分配圖和單循環(huán)自動工作流程圖，編寫PLC控制程序的梯形圖和指令表；由iFIX設計的人機界面（HMI），使整個控制系統(tǒng)的操作變得簡單方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實用性。關鍵詞 組合機床 可編程邏輯控制器 控制系統(tǒng) 程序設計 目 錄PLC在合機組床控制系統(tǒng)中的應用I1 引言I2 組合機床控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分析32.1 組合機床控制系統(tǒng)的特點32.2 組合機床常見的幾種控制方式32.3 組合機床控制系統(tǒng)的選擇43 組合機床PLC控制系統(tǒng)的硬件設計73.1 組合機床控制系統(tǒng)工作過程73.2 PLC的硬件選型83.3 I/O端子的地址分配93.4 控制系統(tǒng)PLC的外圍電氣接線104 組合機床PLC

3、控制系統(tǒng)的軟件設計124.1 PLC程序設計思想124.2 組合機床控制系統(tǒng)的功能流程圖124.3 組合機床控制系統(tǒng)的軟件整體設計134.3.1 原位指示程序144.3.2 鉆孔加工程序154.3.3 攻螺紋程序154.3.4 自動循環(huán)控制和手動控制的轉換程序165 監(jiān)控系統(tǒng)設計185.1 組態(tài)軟件iFIX的簡介185.2 系統(tǒng)環(huán)境的選取185.3 組態(tài)界面的設計195.4 仿真運行情況19參考文獻22附 錄231.1 引言組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。

4、因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床以系列化和標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或多種工件按預先確定的工序進行切削加工的機床。兼有萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常占整個機床零部件的70%90%,只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進行改裝，從而組成適應新的加工要求的設備。由于在組合機床上可以同時從幾上方向采用多把刀具對一個或數(shù)個工件進行加工，所以可減少物料的搬運和占地面積，實現(xiàn)工序集中，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本 高安邦. 新編機床電氣與PLC控制技術M.北京：機械

5、工業(yè)出版社，2008.。將多臺組合機床聯(lián)在一起，就成為自動生產(chǎn)線。組合機床廣泛應用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應用成組技術將結構和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機床上進行加工。1.2 國內外組合機床的研究現(xiàn)狀及其實際意義20世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低達2.50.63微米；鏜孔精度可達IT76級，孔距精度可達0.030.02微米。最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，

6、各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結構未作規(guī)定。在我國，組合機床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A，應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸

7、化控制設備等深受歡迎。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速1000020000r/min，最高進給速度可達2060m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。根據(jù)我國當前的情況，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)依然是機械設備最常用的電氣控制方式，許多企業(yè)和高校實習工廠的機床和設備仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng),由于采用物理電子器件和大量而又復雜的硬接線,使得系統(tǒng)的可靠性差,工作效率低,故障診斷和排除困難,嚴重影響了工廠的生產(chǎn)效率 阮友德.電器控制與PLC實訓教材M.北京：人民郵電出版社，2006.。隨著科學技術發(fā)展，可編程

8、控制器的出現(xiàn)，許多以繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的機床組合電路通過改進，采用可編程控制系統(tǒng)，無論在性能上或者效率上都能得到很大提升。可編程邏輯控制器(PLC)是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)與計算機控制技術緊密結合 ,集計算機、控制、通訊于一體,具有可靠性高、通用性強、應用靈活、易于使用 維修方便、價格便宜等優(yōu)點,為工業(yè)自動化提供了近乎完美的自動控制裝置。因此,采用PLC對機床電氣控制系統(tǒng)進行技術改造,很有益處 熊幸明基于PLC的雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)設計J機械設計與制造，2006(2)：77-78。1.3 本課題研究的主要內容組合機床是以通用部件為基礎，配以按

9、工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。組合機床的控制早期以電氣繼電控制為主，通過繼電器實現(xiàn)控制的邏輯關系。本課題是采用PLC取代傳統(tǒng)繼電控制回路來實現(xiàn)組合機床的控制完成常用的鉆孔、攻螺紋等操作，系統(tǒng)軟件設計應科學合理，運行穩(wěn)定。同時需利用觸摸屏組態(tài)軟件對組合機床進行實時監(jiān)控。2 組合機床控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分析2.1 組合機床控制系統(tǒng)的特點隨著科學技術的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機床電氣控制裝置也不斷更新。在控制方法上主要從手動控制到自動控制；在控制功能上，是從簡單到復雜；在操作上由笨重到輕松，從控制原理上，由單一的有觸點硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉為以微處理器為中

10、心的軟件控制系統(tǒng) 張筱琪.機電設備控制基礎M.北京：中國人大出版社,2000.。為了實現(xiàn)被控對象(生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。組合機床的控制系統(tǒng)必須具備以下4個原則 何曉燕，趙軻多工位組合機床PLC控制系統(tǒng)設計J機械程工與自動化2007(10)：162-164：(1)完整性原則最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機械設備的控制要求。(2)可靠性原則確保組合機床控制系統(tǒng)的可靠性。(3)經(jīng)濟型原則力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4)發(fā)展性原則適當考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的需要。2.2 組合機床常見的幾種控制方式組合機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)，單片機控

11、制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。1. 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀二十年代問世以來，一直是機電控制的主流。由于它的結構簡單、使用方便、價格低廉，所以使用廣泛。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)，利用時間繼電器的延時動作等組合或控制邏輯。繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動作來實現(xiàn)的，觸點的開閉動作一般是幾十毫秒數(shù)量級。其定時控制利用時間繼電器的延時動作來進行 王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.。在上世紀的20年代到30年代，借助繼電器、接觸器、按鈕和行程開關等組成繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，實

12、現(xiàn)對機床的啟動、停車、有級調速等控制。繼電器-接觸器控制的優(yōu)點是：結構簡單、價格低廉、維護方便、抗干擾性能力強。因此廣泛應用于各類機床和機械設備 周軍電氣控制及PLCM北京：機械工業(yè)出版社，2001.。目前，在我國繼電器接觸器控制仍然是機床和其它機械設備最基本的電氣控制形式之一。2. 單片機控制系統(tǒng)隨著材料科學、工藝技術、計算機技術的發(fā)展與進步，電路系統(tǒng)向著集成度極高的方向發(fā)展。CPU的生產(chǎn)制造技術，也朝著綜合性、技術性、實用性發(fā)展。單片機控制系統(tǒng)是以單片機（CPU）為核心部件，擴展一些外部接口和設備，組成單片機工業(yè)控制機，單片機具有結構簡單，使用方便，價格比較便宜等優(yōu)點，因此在數(shù)據(jù)采集和工業(yè)

13、控制中得到了廣泛的應用。3. PLC控制系統(tǒng)在70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實現(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）。這種器件完全能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它兼?zhèn)淞擞嬎銠C控制和繼電器-接觸器控制兩方面的優(yōu)點，故目前世界各國將其作為一種標準化通用設備普遍應用于工業(yè)控制 張桂香. 電氣控制與PLC應用M. 北京：化工工業(yè)出版社，2006.。PLC采用存儲邏輯。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在PLC的內存當中。若控制邏輯復雜時，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進行修改時，只要修改程序便可，而輸入輸出的連接線改

14、動不多，并且也容易改動 A. Rullan, Programmable logic controllers versus personal computers for process control J， Computers and industrial Engineering, 1997,33:421-424.。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制的，速度很快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，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，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)

15、場調試和維護了方便。2.3 組合機床控制系統(tǒng)的選擇在實際工程中往往選擇一種經(jīng)濟、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點，采用PLC控制系統(tǒng)較適合組合機床的電氣控制。PLC控制系統(tǒng)與單片機控制系統(tǒng)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點 鄧昌奇，張航基于PLC的組合機床控制技術J機械與電子,2008(6)：73-74.：1. PLC控制系統(tǒng)與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比較(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串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時間繼電器的延時動作等組合或控制邏輯，連線復雜、體積大、功耗也大。當一個電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動而改動

16、。特別是想要能夠增加一些邏輯時就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的靈活性和擴展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯壿?。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在PLC的內存當中。若控制邏輯復雜時，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進行修改時，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動不多，并且也容易改動，因此，PLC的靈活性和擴展性強。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-接觸器控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點的動作來實現(xiàn)的，工作頻率低。觸點的開閉動作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的

17、繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點抖動和觸點拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制的，速度相當快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。由于PLC內部有嚴格的同步，不會出現(xiàn)抖動問題，更不會出現(xiàn)觸點拉弧問題。(3) 定時控制和計數(shù)控制：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)利用時間繼電器的延時動作來進行定時控制。用時間繼電器實現(xiàn)定時控制會出現(xiàn)定時的精度不高，定時時間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時間繼電器結構復雜，維護不方便。而可編程程序控制器使用半導體集成電路作為定時器，時基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當高并且定時時間長，定時范圍廣。(4) 可靠性和維護性。繼電

18、器-接觸器控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點在開閉時會受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護性差。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，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，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便 Dougall. Applications and benefits of real-time I/O simulation for PLC and PC control systems J, ISA Transactions，2007, 36 (4):305-311.?？傊?，P

19、LC在性能上均優(yōu)越于繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設計施工周期短，調試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2PLC控制系統(tǒng)與單片機控制系統(tǒng)比較單片機具有結構簡單，使用方便，價格比較便宜等優(yōu)點，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設計的，所以它與PLC比較起來有以下缺點：(1) 單片機不如PLC容易掌握使用單片機來實現(xiàn)自動控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設計人員要有一定的計算機硬件和軟件知識。對于那些只熟悉機電控制的技術人員來說，需要進行相當長一段時間系統(tǒng)地學習單片機的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言

20、編程，如梯形圖、狀態(tài)轉移圖等，對于使用者來說，無需了解復雜的計算機知識，而只要用較短時間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2) 單片機不如PLC使用簡單使用單片機來實現(xiàn)自動控制，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)場與單片機的連接，輸出帶負載能力、接口的擴展，接口的工作方式等。除了要進行控制程序的設計，還要在單片機的外圍進行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調試也較繁瑣。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直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅動負載能力，能適應一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦

21、合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進入PLC C. P. Chuang, X. Lan, J. C. Chen. A systematic procedure for designing state combination circuits in PLCs J, Journal of Industrial Technology, 1999,15(3):2-5.。(3) 單片機不如PLC可靠使用單片機進行工業(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)境中的自動控制，在設計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，針對組合機床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的

22、價格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機床在加工零件時的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。3 組合機床PLC控制系統(tǒng)的硬件設計兩工位鉆孔、攻螺紋組合機床，能自動完成工件的鉆孔和攻螺紋加工，自動化程度高，生產(chǎn)效率高。兩工位鉆孔、攻螺紋組合機床如圖3-1所示。圖3-1 兩工位鉆孔、攻螺紋組合機床示意圖機床主要有床身、移動工作臺、夾具、鉆孔滑臺、鉆孔動力頭、攻螺紋滑臺、攻螺紋動力頭、滑臺移動控制凸輪和液壓系統(tǒng)等組成。移動工作臺和夾具用以完成工件的移動和夾緊，實現(xiàn)自動加工。鉆孔滑臺和鉆孔動力頭，用以實現(xiàn)鉆孔加工量的調整和鉆孔加工。攻螺紋滑臺和攻螺紋動力頭，用以實現(xiàn)攻螺紋加工量的調整和攻螺

23、紋加工。工作臺的移動（左移、右移），夾具的夾緊、放松，鉆孔滑臺和攻螺紋滑臺的移動（前移、后移），均有液壓控制系統(tǒng)控制。其中兩個滑臺移動的液壓系統(tǒng)由滑臺移動控制凸輪來控制，工作臺的移動和夾具的夾緊與放松由電磁閥控制。根據(jù)設計要求，工作臺的移動和滑臺的移動應嚴格按照規(guī)定的時序同步進行，兩種運動密切配合，以提高生產(chǎn)效率。3.1 組合機床控制系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)通電之后，自動起動液壓泵電動機M1。若機床各部分在原位（工作臺在鉆孔工位SQ1動作，鉆孔滑臺在原位SQ2動作，攻螺紋滑臺在SQ3動作），并且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動作，原位指示燈HL1亮。將工件放在工作臺上，按下啟動按鈕SB，夾緊電磁閥Y

24、V1得電，液壓系統(tǒng)控制夾具將工件夾緊，與此同時控制凸輪電動機M2得電運轉。當夾緊限位SQ4動作后，表明工件已被夾緊。起動鉆孔動力頭電動機M3，且由于凸輪電動機M2運轉，控制凸輪控制相應的液壓閥使鉆孔滑臺前移，進行鉆孔加工。當鉆孔滑臺到達終點時，鉆孔滑臺自動后退，到原位時停，M3同時停止。等到鉆孔滑臺回到原位后，工作臺右移電磁閥YV2得電，液壓系統(tǒng)使工作臺右移，當工作臺移到攻螺紋工位時，限位開關SQ6動作，工作臺停止。起動攻螺紋動力頭電動機M4正轉，攻螺紋滑臺開始前移，進行攻螺紋加工，當攻螺紋滑臺到達終點時（終點限位SQ7動作），制動電磁鐵DL得電，攻螺紋動力頭制動，0.3秒后攻螺紋動力頭電機M

25、4反轉，同時攻螺紋滑臺由控制凸輪控制使其自動后退。當攻螺紋滑臺后退到原位時，攻螺紋動力頭電機M4停，凸輪正好運轉一個周期，凸輪電機M2停，延時3秒后，左移電磁閥YV3得電，工作臺左移，到鉆孔工位時停。放松電磁閥YV4得電，放松工件，放松限位SQ8動作后，停止放松。原位指示燈亮，取下工件，加工過曾完成。兩個滑臺的移動，是通過控制凸輪來控制滑臺移動液壓系統(tǒng)的液壓閥實現(xiàn)的，電氣系統(tǒng)不參與，只需起動控制凸輪電機M2即可。加工過程中，應起動冷卻泵電機M5，供給冷卻液。3.2 PLC的硬件選型合理選擇PLC的型號，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標起著重要作用。選擇機型的基本原則是在功能滿足要求的前提下

26、，保證可靠，維護使用方便以及最佳功能價格比。（1） 結構選擇PLC主要有整體式和模塊式。整體式PLC：整體式PLC的每一個點的平均價格比模塊式的便宜，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功能擴展靈活方便。在點數(shù)上，輸入點數(shù)，輸出點數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復雜的控制系統(tǒng)。對于組合機床，選用整體式PLC較好。（2） I/O點選取原則PLC平均的I/O點價格比較高，因此應該合理選用PLC的I/O點數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點最少，但必須留有一定余量。通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控

27、制對象的輸入輸出信號的實際需要，再加上10%-20%的余量來確定 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術M.北京：北京航空航天大學出版社，2008.。 （3） 確定PLC機型及擴展模塊。根據(jù)（1）（2）及實際PLC機型點數(shù)，本系統(tǒng)采用西門子公司的S7200 系列的主控模塊CPU226 和數(shù)字量輸入擴展模塊EM221，8點DC 輸入( 8×24 V/DC) 。CPU226 集成24 輸入/16 輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248個數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊.2004.6.。26

28、K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。不但滿足本設計中的輸入輸出點數(shù)的基本要求，而且為日后本機床控制系統(tǒng)的升級改造保留有一定的系統(tǒng)擴展空間。3.3 I/O端子的地址分配該組合機床控制系統(tǒng)共用了10個輸入量，15個輸出量。其I/O具體分配如表3-1所列。表3-1 輸入/輸出地址分配表輸入點輸出點端子編號作 用端子編號作 用I0.0壓力檢測PVQ1.4原點指示HL1I0.1鉆孔工位限位SQ1Q0.1液壓泵電機M1（KM1）I0.2鉆孔滑臺原位SQ2Q0.2凸輪電機M2（KM2）I

29、0.3攻螺紋滑臺原位SQ3Q0.3鉆孔動力頭電機M3（KM3）I0.4夾緊限位SQ4Q0.4冷卻泵電機M5（KM6）I0.6攻螺紋工位SQ6Q0.5攻螺紋動力頭電機M4正轉（KM4）I0.7攻螺紋滑臺終點SQ7Q0.6制動DLI1.0放松限位Q1.0夾緊電磁閥YV1I1.1啟動按鈕SBQ1.1工作臺右移電磁閥YV2I1.2自動、手動選擇SAQ1.2工作臺左移電磁閥YV3液壓泵手動SB1Q1.3放松電磁閥YV4凸輪電機手動SB2Q1.4原位指示燈HL1鉆孔手動SB3Q1.5自動指示HL2手動攻鏍紋正轉SB4Q1.6手動指示HL3手動攻鏍紋反轉SB5Q1.7手動電源冷卻泵手動SB6手動夾緊SB7手

30、動右移SB8手動左移SB9手動放松SB103.4 控制系統(tǒng)PLC的外圍電氣接線由加工工藝要求可知，其為順序控制。所以可以運用狀態(tài)編程思想，采用步進順序控制指令對其進行控制。雖然該控制為自動循環(huán)控制，考慮到具體情況，在設置自動順序循環(huán)控制的同時，也設置了手動控制，手動工作方式下啟動后，只需要操作面板上相應動作的按鈕即可實現(xiàn)所需的機械手的動作過程。為減少輸入點，簡化程序，將按鈕或轉換開關接在驅動回路，從而實現(xiàn)上述各工步的手動操作。圖3-2 外部接線圖4 組合機床PLC控制系統(tǒng)的軟件設計4.1 PLC程序設計思想根據(jù)控制過程要求的復雜程度不同，可將程序按結構形式分為基本程序和模塊化程序?；境绦颍杭?/p>

31、可以作為獨立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合中的單元程序。依據(jù)計算機程序的設計思想，基本程序的機構方式只有三種，即順序結構、條件分支結構和循環(huán)機構。模塊化程序：把一個總的控制目標程序分成多個具有明確控制任務的程序模塊，分別對其編寫和調試，最后組合成一個完成總任務的完整程序。這種設計方法叫做模塊化程序設計。程序設計時常采用這種設計思想，因為各模塊具有相對獨立性，相互連接關系簡單，程序易于調試修改，特別是用于復雜控制要求的生產(chǎn)過程 王兆義.小型可編程控制器實用技術M.北京：機械工業(yè)出版社,1997.。根據(jù)以上對組合機床控制系統(tǒng)的分析可知系統(tǒng)通過相應的限位開關來判斷是否完成相應的動作，完全

32、是按照動作先后順序來控制電機的運行。因此，每種工作方式下電動機的動作選用順序機構控制。將各個工作方式下的控制動作模塊組合在一塊就能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制功能。由此可知，該控制系統(tǒng)的設計選用了基本程序中的順序結構和模塊化程序來編寫系統(tǒng)軟件。這樣設計系統(tǒng)能較簡便實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。4.2 組合機床控制系統(tǒng)的功能流程圖根據(jù)組合機床控制功能要求，可見該控制完全按步進進行，所以采用步進指令編程最適合。根據(jù)組合機床控制功能要求列出的I/O分配表3-1繪制順序功能圖。圖4-1 組合機床功能流程圖4.3 組合機床控制系統(tǒng)的軟件整體設計PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 7-MicroWIN-V40

33、編程軟件開發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表語言、梯形圖語言、功能塊圖語言。梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內部的結構原理和硬件邏輯。因此，它很容易被一般的電氣工程設計和運行維護人員所接受，是初學者理想的編程工具。功能塊圖的圖形結構與數(shù)字電路的結構極為相似，功能塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關系使用與、或、非、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。本設計采用梯形圖語言。4.3.1 原位指示程序系統(tǒng)通電之后，自動起動液壓泵電動機M1。若機床各部分在原位（工作臺在鉆孔工位SQ1動作，鉆孔滑臺在原位SQ2動作，攻螺紋滑臺在

34、SQ3動作），并且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動作，原位指示燈HL1亮，其梯形圖如圖4-2所示。圖4-2 原位指示程序4.3.2 鉆孔加工程序起動鉆孔動力頭電動機M3，且由于凸輪電動機M2運轉，控制凸輪控制相應的液壓閥使鉆孔滑臺前移，進行鉆孔加工。當鉆孔滑臺到達終點時，鉆孔滑臺自動后退，到原位時停，M3同時停止，如圖4-3所示。圖4-3 鉆孔加工程序4.3.3 攻螺紋程序起動攻螺紋動力頭電動機M4正轉，攻螺紋滑臺開始前移，進行攻螺紋加工，當攻螺紋滑臺到達終點時（終點限位SQ7動作），制動電磁鐵DL得電，攻螺紋動力頭制動，0.3秒后攻螺紋動力頭電機M4反轉，同時攻螺紋滑臺由控制凸輪控制使其自

35、動后退，其梯形圖程序如圖4-4所示。圖4-4 攻螺紋程序4.3.4 自動循環(huán)控制和手動控制的轉換程序考慮到具體情況，在設置自動循環(huán)控制的同時，也設置了手動控制，在驅動回路中接入轉換開關。自動循環(huán)控制和手動控制的轉換程序如圖4-5所示。圖4-5 自動/手動控制的轉換程序5 監(jiān)控系統(tǒng)設計5.1 組態(tài)軟件iFIX的簡介iFIX是Intellution Dynamics 自動化軟件產(chǎn)品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于WindowsNT/2000平臺上的功能強大的自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案。iFIX可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并優(yōu)化生產(chǎn)設備和企業(yè)資源管理。它能夠對生產(chǎn)事件快速反應，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對市場反應速度。生產(chǎn)的關鍵信息可以通過iFIX貫穿從生產(chǎn)現(xiàn)場到企業(yè)經(jīng)理的桌面的全廠管理體系，以方便管理者做出更快速更高效的決策，從而獲得更高的經(jīng)濟效益13。iFIX主要有以下幾個重要特性：(1) 它易于擴展和集成。由于運用了直觀的圖形工具，iFIX的用戶可以快速上手，簡單快捷地為他們的生產(chǎn)過程