《基于PLC電解機床控制系統(tǒng)設(shè)計》13000字（論文）

第頁共=numpages35-332頁基于PLC電解機床控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：本設(shè)計首先通過闡述機床結(jié)構(gòu)與控制要求，提出了基于PLC電解機床系統(tǒng)控制；其次，根據(jù)硬件配置及電路設(shè)計，完成了系統(tǒng)軟件程序的編寫；最后，對設(shè)計進行了仿真與調(diào)試，能夠達到手動及時控制與自動控制。本設(shè)計廣泛運用于航天，工業(yè)及其軍事設(shè)備當中。關(guān)鍵詞：電解機床；PLC；系統(tǒng)控制目錄第一章引言 11.1本課題的來源及意義 11.2國內(nèi)電解機床控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 11.3本設(shè)計的主要內(nèi)容 2第二章機床結(jié)構(gòu)及控制要求 32.1電解加工機床的結(jié)構(gòu)分析 32.2系統(tǒng)設(shè)計要求 62.3控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 6第三章機床控制系統(tǒng)硬件配置及方案設(shè)計 83.1西門子數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 83.2控制系統(tǒng)電氣圖設(shè)計 83.2.1電氣原理圖設(shè)計 83.2.2機床布局圖 93.2.3機床電氣安裝接線圖 103.3控制面板的設(shè)計 103.4對刀電路的設(shè)計 113.5輸入輸出地址分配 123.5.1控制面板上的按鍵輸入地址 123.5.2控制面板上的輸出指示地址 133.5.3系統(tǒng)負載輸出地址 143.6機床電氣設(shè)備總體配置設(shè)計 143.6.1802Dsl系統(tǒng)主要接口 143.6.2驅(qū)動部分的連接 153.7變送器與記錄儀的電路設(shè)計 15第四章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 174.1機床PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 174.2加工操作流程分析 174.3數(shù)控系統(tǒng)與PLC接口信號 184.4PLC程序的設(shè)計 194.4.1PLC程序編寫 20第五章仿真與調(diào)試 265.1電路檢查 265.2系統(tǒng)初始化 265.3PLC調(diào)試 275.3.1通訊連接 275.3.2PLC程序調(diào)試 275.3.3PLC用戶報警編輯 285.4驅(qū)動調(diào)試 28總結(jié) 30參考文獻 31第一章引言1.1本課題的來源及意義1950年代電解加工技術(shù)的興起，在后20年迅速發(fā)展，在理解的限度之間存在差距；隨著科技的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的方法難以滿足許多新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的處理要求，以至于新的處理技術(shù)得到發(fā)展。由于國內(nèi)外科學家和技術(shù)人員的共同努力，電解加工還可以通過使用先進的控制系統(tǒng)和適當?shù)募夹g(shù)措施，達到高處理精度和盡量減少污染。1.2國內(nèi)電解機床控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀國內(nèi)早期控制機床大部分主要是用繼電器控制，由于繼電器容易產(chǎn)生電弧，使得繼電器損壞，并且機構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性太差，因此被高穩(wěn)性能的控制系統(tǒng)所取代。直到上個世紀90年代，我國首創(chuàng)了一項數(shù)控展成電解加工技術(shù)，由簡單形狀的工具陰極，由計算機控制指令，進行展成運動，用電解“切削”方式加工型腔、型面。數(shù)控展成電解加工技術(shù)綜合了電解加工與數(shù)控加工各自的技術(shù)優(yōu)點，同時又克服了各自的不足。它具有數(shù)控加工的柔性控制，可用不同類型的控制軟件代替復(fù)雜的成型陰極設(shè)計制造，但其在CAD/CAM軟件、工藝過程的控制、生產(chǎn)率的提高等多方面還有待提高。本世紀初，我國研發(fā)出了第一代微細電解加工裝備，這個裝備的控制系統(tǒng)采用運動控制卡控制驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號，從而控制步進電機，最終實現(xiàn)對驅(qū)動機構(gòu)的控制。運動控制卡是一種安裝在PC機上專門用于電機控制的板卡，與PC機構(gòu)構(gòu)成主從控制結(jié)構(gòu)，PC機負責人機界面管理和其它管理工作，而控制卡負責運動控制方面的所有細節(jié)。該控制方式可以調(diào)用不同的函數(shù)﹐以及改變函數(shù)中的參數(shù),實現(xiàn)不同的加工軌跡，完成零件的加工。近年來，我國自主開發(fā)研制了電解加工機床的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動，可實現(xiàn)手動加工、自動分度等功能，控制穩(wěn)定性和可靠性明顯優(yōu)于普通電解加工機床。我國也開發(fā)了電解加工機床的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動，直線光柵反饋，具有高運動精度。1.3本設(shè)計的主要內(nèi)容首先給出了電解加工機床的結(jié)構(gòu)分析及系統(tǒng)設(shè)計要求。其次，完成了控制系統(tǒng)硬件配置及電路設(shè)計，主要包括機床控制系統(tǒng)硬件配置及方案設(shè)計、控制系統(tǒng)電氣圖設(shè)計、控制面板的設(shè)計、對刀電路的設(shè)計、輸入輸出地址分配、機床電氣設(shè)備總體配置設(shè)計胡機床電氣設(shè)備總體配置設(shè)計。再其次，完成了控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。主要包括機床PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、加工操作流程分析、數(shù)控系統(tǒng)與PLC接口信號及PLC程序的設(shè)計。最后，進行仿真調(diào)試，主要包括電路檢查，系統(tǒng)初始化，PLC的調(diào)試及驅(qū)動調(diào)試。

第二章機床結(jié)構(gòu)及控制要求2.1電解加工機床的結(jié)構(gòu)分析2.1.1電解加工機床的分類（1）按陰極運動形式分類電解機床可根據(jù)陰極在加工過程中的運動形式分為陰極移動機和陰極固定機。加工陰極移動電解機時，零件固定，陰極作直線進給運動，加工某些零件時，陰極作直線進給運動，陰極或零件必須能夠作旋轉(zhuǎn)運動。安裝零件并調(diào)整陰極位置后，可通過激活電解槽和電解槽電源直接處理陰極固定電解加工機。這臺機器主要用于加工少量零件加工，如毛刺、膨脹孔、拋光等。（2）按機床結(jié)構(gòu)布局分類圖2.1電解加工機床主要類型示意圖視機床布局形式而定，電解機床槽可分為車床和室，如圖2.1所示。立式電解機床也可分為c型車床和箱型車床。圖2-1(a)是一個垂直的c形結(jié)構(gòu)，陰極頭向下移動，工件可以是輔助運動，也可以是鎖定運動。此結(jié)構(gòu)最常用于中小型電解機床，加工對象包括模具型腔、孔等。圖(b)是一種框架塔式結(jié)構(gòu)，其強度和加工穩(wěn)定性要比c塔結(jié)構(gòu)強得多。在加工過程中，陰極提前運動，工件固定或輔助運動，適用于整體葉片加工、中型和大型模具型腔等。臥式電解加工機床可分為機床-單頭水平工具和雙頭水平工具。圖（c）是單頭水平結(jié)構(gòu)，陰極橫向輸入適用于空壓機蜂窩環(huán)等零件加工。圖（d）是一種雙頭水平結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)的兩端可以同時工作并得到有效處理，主要用于雙面處理的零件，如發(fā)動機葉片加工和屬于加工機的葉片背面加工根據(jù)機床結(jié)構(gòu)布置方式，電解機床DJL3163屬于箱型立式電解機床。2.1.2機床結(jié)構(gòu)本機床結(jié)構(gòu)采用四立柱式結(jié)構(gòu)，如圖2.2所示圖2.2機床結(jié)構(gòu)圖1.機床本體，2-工作臺，3-工作箱，4-陰極安裝板，5-X/Y平臺，6-蓋體，7-Z軸電機，8-減速箱，9-橫梁，10-Y軸電機，11-X軸電機，12-A軸電機，13-旋轉(zhuǎn)工作臺，14-立柱此機床是一般電動機械的一部分，它可以處理不同類型的形狀和孔曲面，例如模具、葉片、整體托盤、內(nèi)外齒輪、凹槽和其他成型零件。機床主體由床主體、主軸頭、工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和X/Y滑動臺五個主要部分組成，機床如圖2.3所示。(1)床身是機床的基本部件，用于安裝需要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、良好剛度和高定位精度的功能部件。刀具法蘭安裝在用于零件安裝和放置的工作表中，該工作表可由旋轉(zhuǎn)表驅(qū)動以進行旋轉(zhuǎn)運動。工作臺采用花崗巖材料，頂部表面配有不銹鋼t型導(dǎo)軌，剛度高，保溫效果好。床的一部分配有井口、進料系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)定期注入潤滑油，以減少滾珠絲杠之間的磨損。(2)滑動軸承的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.4所示。陰極板安裝在主軸頭滑動軸承的底部，隨滑動軸承上下移動。為了確?；瑒虞S承的靈活運動，滑動軸承由滾珠絲杠、右滑軌和滑動軸承驅(qū)動。軌道支撐安裝在橫梁上，其中八個固定，八個可在頂部和底部調(diào)整。因此，軌道對可以在不使用軌道集的情況下進行調(diào)整，并且稍微預(yù)先加載以確保運動的準確性。圖2.3機床圖圖2.4滑枕示意圖滾珠絲杠放在滑枕的中間，滾珠螺母去掉了間隙并有預(yù)載，如果操作后有磨損，機器重大檢修時必須調(diào)整除了陰極位移的數(shù)字顯示外，機器前面還會顯示一條規(guī)則。規(guī)則上方和下方有一個極限開關(guān)，用于確定滑動軸承的上限和下限位置，以防止操作錯誤損壞機床?？梢允褂谩翱焐稀薄ⅰ翱煜隆?、“點上”、“點下”按鈕操作，而不是手動調(diào)整導(dǎo)管位置。(3)工作箱為不銹鋼，前后左右兩側(cè)均設(shè)有門，電纜、電筒及進氣道均布置在四周；在工作臺頂部，臺灣銀希溫XY滑動平臺布置在主軸頭與陰極板之間，實現(xiàn)陰極的精確定位。工作臺是電解槽的處理位置，處理后的電解槽從溝渠或管道的排水孔中流出，返回電解槽。回油管的內(nèi)徑必須至少為150mm。此外，機床運行時，工作箱中充滿了飛濺電解槽和殘馀加工氣體，產(chǎn)生了火花，X/Y平臺的密封要求和流動枕頭的密封要求很高。(4)數(shù)控轉(zhuǎn)臺、XY滑塊和z進給軸共同構(gòu)成機床運動系統(tǒng)。z進給軸帶動枕通過滾珠絲杠結(jié)構(gòu)進行向下進給運動，同時帶動陰極進給；X/Y軸操作平臺通過安裝板安裝在滑動軸承上，并由伺服電動機驅(qū)動，使陰極沿X/Y方向運動。X/Y/Z進給軸和a旋轉(zhuǎn)軸可協(xié)調(diào)為四軸，以加工全局葉片或曲面進給系統(tǒng)對零件的加工精度影響很大，要求低速穩(wěn)定性，不能有分流。2.2系統(tǒng)設(shè)計要求(1)系統(tǒng)選型，取決于負載類型，例如輸出點的動作頻率、輸出電流大小、輸出電流類型等，確定PLC輸出終端是繼電器輸出還是晶體管輸出。(2)進入PLC的干擾主要來源為供電，可為PLC使用單獨供電，用強、弱電分開接線，避免其他設(shè)備停機，并通過自身的強電路干擾PLC；電解加工時，外部干擾信號強，不影響加工操作，控制箱應(yīng)遠離電解機床；此外，必須在系統(tǒng)主電源的交流輸入端安裝發(fā)射器，屏蔽接收器和步進濾波器，發(fā)射器-接收器可以有效減少進入電源的外部干擾，步進濾波器可以吸收。(3)系統(tǒng)PLC提供的24V電源容量小，使用時應(yīng)注意電源容量，以防短路，以避免與PLC發(fā)生干擾。(4)安裝布線時，信號線與電力線分開，不同線型布置在不同的卡插槽；在一定的狀況下，驅(qū)動、變換器和其他強大電氣設(shè)備應(yīng)與電氣部件等分開安裝；安裝位置的間距應(yīng)大于200mm；對于模擬信號，如溫度、壓力等，采用電流應(yīng)在4~20毫安。(5)編程時，應(yīng)先分析機床控制要求、特殊功能，和了解所選型號的編程軟件、編程方法和說明。2.3控制系統(tǒng)設(shè)計步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟包括以下幾部分，如圖2.5所示。圖2.5機床控制系統(tǒng)設(shè)計步驟(1)首先應(yīng)充分掌握電解機的控制要求，包括機床應(yīng)采取的動作、必要的動作順序、聯(lián)鎖和保護、操作方式選擇等。然后選擇相應(yīng)的輸入設(shè)備，輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象。(2)根據(jù)輸入輸出設(shè)備和機器的功能要求計算I/O信號點數(shù)——確定的工具，選擇適當?shù)臄?shù)字控制系統(tǒng)。(3)繪制PLC電氣原理圖、接線原理圖和配電柜元件示意圖，并執(zhí)行I/O點分布。根據(jù)受控對象的I/O信號和選定的數(shù)控系統(tǒng)型號，分配PLC硬件資源、繼電器。(4)建立梯形程序是保證機床正常、安全可靠運行的關(guān)鍵，因此機床的運行必須滿足控制程序。(5)連接和安裝控制箱電氣組件。系統(tǒng)控制方案設(shè)計完成后，進行機床電氣電路的安裝連接和調(diào)整。

第三章機床控制系統(tǒng)硬件配置及方案設(shè)計3.1數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計西門子802Dsl數(shù)字控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，外部輸入輸出信號通過端子夾層卡連接到PP72/48I/O模塊，I/O模塊通過總線連接到集成的PLC，并進行機床儀表邏輯控制。系統(tǒng)最多可配置三個I/O模塊。所有軸的伺服驅(qū)動控制均由NCK直接控制執(zhí)行，伺服電機配備位置編碼器，通過信號電纜反向電機的實際速度和位置來實現(xiàn)半閉環(huán)控制。380V的交流電流通過感應(yīng)干擾消除后通過低通濾波器傳遞給電源模塊，交流電流轉(zhuǎn)換為600V直流電，然后通過直流母線提供給電機模塊，電機模塊將直流電流轉(zhuǎn)換為可控交流電流。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1硬件結(jié)構(gòu)圖3.2控制系統(tǒng)電氣圖設(shè)計3.2.1電氣原理圖設(shè)計1.電氣原理圖設(shè)計根據(jù)電氣原理圖設(shè)計原則，結(jié)合電解機床的實際情況，繪制指揮系統(tǒng)電氣原理圖。主電路負荷主要是控制箱空調(diào)、六通道記錄儀、潤滑油泵、伺服電動機電源模塊、電解泵、電解槽電源?？刂齐娐吩O(shè)計為端子適配器板，信號輸入通過MCP面板(機床-操作面板)輸入，輸入端子適配器板輸入到PP72/48(系統(tǒng)配置的I/O面板)，然后對信號進行處理并傳輸?shù)捷敵龆俗舆m配器板，以控制電源、液泵、潤滑油泵等的開口。PP72/48是通過端子轉(zhuǎn)換板上的50芯扁平電纜和PLC系統(tǒng)上的電纜傳輸信號。電氣原理如圖3.2所示。機床停止運動控制電路、設(shè)備開關(guān)控制電路，如液泵、潤滑油泵和電解電源、極限傳感器電路等。接通開關(guān)SB1，24V直流電源，按啟動鍵SB2啟動系統(tǒng)，中間繼電器KA0供電，而常開觸點KA0關(guān)閉并鎖定，控制單元啟動并供電外部電源24VDC，電源24VDC用于控制同時，KM1線圈通電，常閉觸點閉合，六通道記錄儀、空調(diào)器和電機驅(qū)動模塊通電。電解電源、液泵、潤滑油泵等的開口由MCP(機器控制面板-工具)按鈕控制。圖3.2電氣原理圖3.2.2機床布局圖機床電氣零部件布局圖表示機床控制面板中所有電氣設(shè)備的實際安裝位置，電氣零部件根據(jù)它們在安裝板上的位置和區(qū)域繪制。電氣元件之間的位置關(guān)系由安裝板的面積大小、比率和連接線的順序決定，并且不應(yīng)違反安裝規(guī)則。在控制系統(tǒng)中，電氣零部件的作用不同，它們各自的安裝位置也不同。在制定電氣部件布局圖時，應(yīng)遵守以下原則:(1)電氣版本下安裝大、重元件，加熱元件安裝在上面；(2)區(qū)分強電和弱電，避免干擾；(3)需要頻繁維修或修訂的組件的安裝位置不應(yīng)過高或過低；(4)電氣零部件布局盡可能美觀，結(jié)構(gòu)和形狀相似的零部件組裝在一起。布局圖和控制柜圖分別如圖3.3，3.4所示。圖3.3控制柜布局圖圖3.4控制柜圖3.2.3機床電氣安裝接線圖電氣安裝布線方案是根據(jù)電氣零部件的實際位置和實際布線確定的。根據(jù)電氣零部件布局圖，按照強、弱電分離原則和接線最經(jīng)濟的原則進行組織。連接電氣設(shè)備安裝部件和修復(fù)電氣故障的重要基礎(chǔ)。3.3控制面板的設(shè)計由于所有MCP都是切換信號并通過I/O接口連接到PLC，因此可以選擇802Dsl兼容MCP或根據(jù)控制要求設(shè)計自己的機器控制面板。機床控制面板-刀具是由設(shè)計和制造的[4]4。首先，根據(jù)機床控制要求，參考西門子標準面板示意圖，規(guī)劃必要的功能鍵，合理安排功能鍵。以軸點鍵布局為例。根據(jù)數(shù)控機床的不同類型，可大致分為斜床布置、平床布置、立式銑床布置、升降工作臺銑刀布置和變點布置等五種軸點鍵交叉布置形式。本機床為立式電解機床，可參考立式銑床布局形式，按鍵#20定義為快速鍵，負極鍵預(yù)設(shè)為正極鍵的對稱位置(熱鍵為對稱點)，并根據(jù)加工機床的工作習慣推力按鈕的布置如圖3.5所示。圖3.5點動鍵布局圖3.4對刀電路的設(shè)計該工具的目的是確定程序原點在機床坐標系中的位置。這是在電解準備階段必須完成的任務(wù)。工具可以分為手動工具和自動工具。手工刀是工人手動控制陰極頭運動的一種方法，它以增量方式控制預(yù)付款。當陰極接觸到零件時，發(fā)報機會發(fā)出報警，將刀向上提起，留出約1mm的間隙值，并補償加工過程中的進給深度處的間隙。自動進刀工具由進刀電路完成，方法是:選擇手動模式，按進刀按鈕，選擇自動測量工具，按“+”z鍵降低刀具，當陰極接觸陽極時，陰極立即停止運動，返回到退刀平面，即刀路的設(shè)計采用印刷電路板的形式，設(shè)計見下圖3.6。圖3.6對刀電路原理圖PROBE測量信號連接到802DslX20接口的端子11，而端子9和12是探測器信號的公共端子。模擬進刀操作時，按進刀鍵進入陰極，此時按下模擬進刀鍵，卡12關(guān)閉，二極管連接，進刀檢測樣品傳輸?shù)絇CU接口端子x120完成對于刀具操作，按下工具鍵進入陰極，當陰極接觸到零件時，KA11關(guān)閉，發(fā)光二極管通過，探針將信號傳遞到PCU接口端子，陰極停止運動并返回，測量值自動記錄。3.5輸入輸出地址分配3.5.1控制面板上的按鍵輸入地址控制面板輸入信號，如軸運動控制、進給角選擇、增量選擇、操作模式選擇、緊急停止、重置等，均通過端子傳輸，通過50芯扁平電纜連接到PP72/48輸入/輸出模塊端子X11和X222，接著通過PROFIBUS總線連接到輸入控制系統(tǒng)PLC，在PLC分析處理后對機床進行電氣邏輯控制，并將輸入信號發(fā)送到NCK或HMI?？刂泼姘迳系男盘栞斎氲刂贩植既鐖D3.7所示。圖3.7控制面板的輸入接點3.5.2控制面板上的輸出指示地址機床顯示信號是機床工作狀態(tài)的實時響應(yīng)，可以清楚地顯示機床工作狀態(tài)。信號源為PLC反饋信號，變量地址字段為V11000000~V110000007，主要包括遞增指示、cn啟動指示等。機器狀態(tài)指示燈安裝在機器控制面板上，其聯(lián)系地址如圖3.8所示。圖3.8指示信號地址分配3.5.3系統(tǒng)負載輸出地址PLC負載輸出主要包括電解電源、液泵執(zhí)行部件以及驅(qū)動單元使能，采用繼電器輸出方式，斷電時二極管與線圈構(gòu)成續(xù)流，避免反電勢對PLC接點造成損害。系統(tǒng)負載地址如圖3.9所示。圖3.9負載地址分配3.6機床電氣設(shè)備總體配置設(shè)計3.6.1802Dsl系統(tǒng)主要接口（1）PCU主要接口表3.3PCU各接口功能CF卡的插口50芯CF卡插口和4個LED燈X4電源接口三芯端式插座，用于連接供電電源X5以太冋接口8芯RJ45插口，用于連接到以太冋X6PROFIBUS總線接口9芯孔式D型插座，用于連接PROFIBUSDPXSRS232接口9芯針式D型插座，用于連接PC和控制系統(tǒng)X9PS2鍵盤接口6芯PS/2插口，連接NC全鍵盤X10USB外設(shè)接口4芯USB接口，連接USB附件X20/X21數(shù)7-I/O螺旋連接的12芯端「插頭，連接數(shù)字輸入端和輸出端X30手輪接口螺旋連接的12芯端F插頭，最多可接兩個手輪802Dsl西門子PCU包括PLC、NC、HMI，是整個系統(tǒng)的核心，正確連接接口和針腳是系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。每個PCU聯(lián)絡(luò)點都有固定的輸入信號，接口采用插入和提取方法，以便于安裝。PCU接口及其功能見表3.3。X20和X21接口是高速數(shù)字I/O接口，可連接最多16個數(shù)字量輸入或8個數(shù)字量輸入和8個數(shù)字量輸出的各種SINAMICS驅(qū)動設(shè)備。3.6.2驅(qū)動部分的連接驅(qū)動部分的每個模塊需要24V電壓來供電，電壓首先提供給電源模塊，然后由電源模塊通過母線系統(tǒng)分配給每個引擎模塊，主要用于供電電路、編碼器等。在驅(qū)動模塊中。802Dsl發(fā)出的驅(qū)動控制信號通過電纜連接到第一個電機模塊的接口X200，通過電機模塊的X201連接到一個電機模塊的接口X200。大功率電機模塊應(yīng)連接在驅(qū)動電源模塊附近。電氣連接如圖3.10所示。圖3.10電氣連接圖3.7變送器與記錄儀的電路設(shè)計發(fā)射機是一種轉(zhuǎn)換器，可將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換為控制器識別的信號。傳感器和發(fā)射機共同構(gòu)成自動檢測信號源，不同的物理量需要不同的傳感器和發(fā)射機。這臺機器要監(jiān)測的物理量是電解槽的溫度、壓力和流量，所以選擇了溫度變送器、壓力變送器和電磁流量計。傳感器端發(fā)送的物理量首先轉(zhuǎn)化為電信號，例如溫度計(熱電聯(lián)產(chǎn))將溫度轉(zhuǎn)化為電勢，利用電流互感器將大電流轉(zhuǎn)化為小電流；接下來，電氣信號統(tǒng)一為4~20mA或0~5V[4]。例如，JWB-K-PT100-A溫度變送器電纜可以分為兩條導(dǎo)線和三條導(dǎo)線。使用雙線接線，溫度變換器和記錄儀之間的連接只使用兩根導(dǎo)線，即電源線和信號電纜，布線原理如圖3.11所示。記錄器端信號輸入可分為電流信號和電壓信號，電流信號正負兩極分別連接到端子a和c，電壓信號正負兩極分別連接到端子b和c。記錄器輸入信號為:溫度、流量和壓力電解電壓和電流輸入信號為電壓輸入，輸入信號為電流輸入。圖3.11變送器與記錄儀連接原理圖

第四章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1機床PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法（1）經(jīng)驗設(shè)計方法基于受控對象的控制要求和設(shè)計者的經(jīng)驗，結(jié)合和修改基于經(jīng)典控制程序部分的邏輯關(guān)系，直到滿足控制要求。經(jīng)驗設(shè)計方法在設(shè)計簡單的控制系統(tǒng)方面非常有效，是設(shè)計復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但需要設(shè)計者的大量設(shè)計知識和經(jīng)驗。（2）邏輯設(shè)計方法基于邏輯算法，具體取決于生產(chǎn)過程中要執(zhí)行的控制功能，列出所需的輸入和輸出組件以及這些組件的狀態(tài)變化，然后根據(jù)相應(yīng)的關(guān)系和輸入和輸出組件的狀態(tài)變化列出緩沖組件，并且一旦經(jīng)過限定，邏輯函數(shù)表達式就可以直接編寫相應(yīng)的語句標記程序。但是如果系統(tǒng)很復(fù)雜，則很難將元件狀態(tài)變更表示為清單，這無法展示此設(shè)計方法的優(yōu)點，而且可能會導(dǎo)致較長的設(shè)計周期。(3)波形設(shè)計方法適用于時序動作的指揮系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，繪制相應(yīng)信號的工作波形，分析每次信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號的時間、條件和邏輯關(guān)系，列出輸入輸出模塊，添加設(shè)計波形程序所需的中間模塊。這種方法在城市交通控制燈等控制系統(tǒng)的設(shè)計中更常用。（4）PLC的工作原理是由左至右由、上至下的直線圓形掃掠。如果控制系統(tǒng)程序過長，無法完成程序要求的掃描周期。調(diào)用子程序的方法僅在程序循環(huán)期間分析主程序，僅在輸入點的狀態(tài)更改時調(diào)用相應(yīng)的子程序段。這種方案編制方法得到廣泛使用，因為它節(jié)省了分析方案的時間，并建立了明確的邏輯結(jié)構(gòu)和關(guān)系。4.2加工操作流程分析本機床是四軸數(shù)控電解機床的一部分，可加工復(fù)雜的曲面、型腔和孔。各種零件的加工工藝均相同，包括刀、加工參數(shù)的設(shè)置(電解電壓、電流、進給速度等)。根據(jù)材料要求不同，參數(shù)報警值的設(shè)置也不同，開風機、電泵和電功率等。操作過程有嚴格的控制，必須在功能之間建立邏輯保護鏈，避免操作錯誤，實現(xiàn)聯(lián)鎖保護。如果電磁泵沒有接通，則不能在手動或自動加工模式下接通電源。操作流程如圖4.1所示。圖4.1操作流程圖根據(jù)操作程序，第2章分析了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需要履行的職能。該方案的結(jié)構(gòu)是以模塊方式設(shè)計的，將主要方案和子程序結(jié)合起來，將PLC分為主要方案單元和幾個子程序單元，從而便利方案的編制和方案的修改。4.3數(shù)控系統(tǒng)與PLC接口信號機床外的輸入/輸出信號主要包括機床控制面板(MCP)控制信號和機床電氣信號。MCP面板控制信號主要包括軸運動控制信號。運行模式選擇信號、緊急關(guān)機、重置等。該部分信號通過50芯扁平電纜連接到PP72/48輸入/輸出模塊端子X11和X222。機床電氣信號-工具主要包括伺服驅(qū)動信號、電解泵控制信號、軸限制信號等。信號的這一部分通過電纜連接到PP72/48上的端子X333。系統(tǒng)中嵌入的PLC是數(shù)字控制系統(tǒng)的重要組成部分，它通過NCK(數(shù)字控制內(nèi)核)、HMI(人機界面)和MCP(控制面板)作為接口變量和相應(yīng)的數(shù)據(jù)位傳輸狀態(tài)和控制信息，并根據(jù)狀態(tài)執(zhí)行機床的邏輯控制任務(wù)PLC、NCK、HMI和MCP之間傳輸?shù)慕涌谛盘?。例如，在“自動”加工模式下，開始零件加工過程以說明信號的傳輸和處理過程:(1)當MCP面板上的加工模式選擇設(shè)置為自動模式時，變量V10000000.0變?yōu)?，PLC接受MCP的按鍵信號，并根據(jù)位數(shù)據(jù)確定用戶是否選擇自動加工模式。(2)PLC接受按鍵信號并處于自動加工模式后，參數(shù)V11000000.0變?yōu)?，PLC返回系統(tǒng)已處于自動加工模式的MCP信息。(3)選取已編輯的加工程序并打開。(4)按MCP面板上的循環(huán)啟動鍵，參數(shù)v1000001.7變?yōu)?，MCP向PLC發(fā)送cn啟動指令。(5)PLC收到cn啟動命令后，參數(shù)V11000001.7變?yōu)?，PLC返回MCP的信號啟動。同時，參數(shù)v320000001.7變?yōu)?，PLC向NCK發(fā)送cn啟動命令。(6)NCK讀取加工程序，參數(shù)v330000003.0變?yōu)?，nckPLC反饋機處于自動加工狀態(tài)。(7)NCK運行NC程序并使用伺服模塊控制軸運動。(8)在處理過程中，如果機床電氣系統(tǒng)故障，故障信號進入PP72/48I/O模塊，然后通過PROFIBUS總線發(fā)送給PLC，PLC分析故障信號，發(fā)出用戶報警，控制機床的動作，同時PLC將報警編號作為變量傳遞給HMI。4.4PLC程序的設(shè)計4.4.1PLC編程軟件介紹編程在專用編程軟件802d3.1vPLC中進行，程序結(jié)構(gòu)由主程序和相關(guān)的子程序組成，使用lad(trapeze)作為編程語言。其編程接口如圖4.2所示。圖4.2編程界面在指令樹區(qū)域中單擊程序塊以直接進入階梯編輯窗口，單擊鼠標右鍵以插入子程序并創(chuàng)建新的子程序模塊。符號表允許將I/O點、t定時器、v變量和m標志位的絕對地址更改為符號名稱，以便于編程和閱讀。每個子程序模塊調(diào)用的局部變量在局部變量表中定義，其主要類型為in、OUT、IN-OUT、TEMP等。編輯程式時，請直接將指令拖曳至「編輯」視窗，然后輸入指令符號的名稱。在編寫西門子PLC程序時應(yīng)考慮以下幾點:(1)每個網(wǎng)絡(luò)必須以一個聯(lián)系人開始，不能以一個聯(lián)系人結(jié)束。(2)線圈不能作為陣列開始；線軸用于終止邏輯網(wǎng)絡(luò)。單個陣列可以包含多個線軸，但陣列中的一條水平線不能包含多個線軸，只能放置在陣列的平行分支上。(3)如果ENO選項存在于框架中，電流會延伸到框架之外，這意味著可以在框架之后放置其他指令?？梢詫⒍鄠€具有ENO屬性的框串聯(lián)到網(wǎng)絡(luò)中的對等行上。如果未選取此勾選方塊，則無法在之后放置指令。4.4.2PLC程序編寫PTP提供了刀具和車床編程示例。方案結(jié)構(gòu)包括一個空的主程序模塊和幾個次級程序模塊，其主要功能是緊急停止控制、軸運動控制、潤滑控制等。用戶可以根據(jù)樣例程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計自己的程序，也可以從原始程序添加或修改必要的控件。機床控制系統(tǒng)-電動工具的設(shè)計可參考銑床編程實例，同時在主程序中增加刀、電動供電泵等之間的保護程序，以及壓力過大、過流等保護程序。電解機床有三個進給軸和一個旋轉(zhuǎn)軸，沒有主軸，主軸控制程序設(shè)計可以刪除，程序結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。圖4.3PLC程序結(jié)構(gòu)1.主程序設(shè)計主程序是PLC在運行時自動循環(huán)運行的程序，包括子程序調(diào)用、退出條件和主邏輯關(guān)系設(shè)計。其職能如下:(1)使用特殊位元連接器SM0.1(PLC第一個PLC周期為1，下一個周期為0)在第一個PLC掃描期間呼叫PLC_iniPLC初始化程式子程式，以完成PLC初始化工作；(2)使用特殊標記位sm0.0(對于PLC周期通常為1)調(diào)用每個PLC掃描周期中的每個子程序；(3)檢查機床的電解加工參數(shù)和運行狀態(tài)——工具；(4)提供壓力、短路保護、電解電源處理、電解泵、刀等功能的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2.PLC初始化（PLC_INI）程序設(shè)計主程序是PLC在運行時自動循環(huán)運行的程序，包括子程序調(diào)用、退出條件和主邏輯關(guān)系設(shè)計。其職能如下:(1)使用特殊連接器SM0.1(PLC第一個PLC循環(huán)為1，下一個PLC循環(huán)為0)在第一個PLC掃描期間調(diào)用PLC_ini初始化子程序，以完成PLC初始化作業(yè)；(2)使用特殊標記位sm0.0(PLC循環(huán)通常為1)調(diào)用每個PLC掃描周期的每個子程序；(3)檢查機床的電解參數(shù)和運行狀態(tài)；(4)提供壓力、短路保護、電解電源處理、電泵、刀等功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖4.4急?？刂茣r序圖根據(jù)緊急停機程序的順序圖，建立緊急停機檢查程序是合理的。該過程如圖4.5所示。緊急停機激活、電源端子狀態(tài)復(fù)位控制X20.2(OFF3)、運動軸停機、D_OFF3_OFF1計時器開始計時、延時結(jié)束、驅(qū)動允許復(fù)位D_OFF1_EP_LM端子和d_計時器。圖4.5急停時序控制程序機床控制面板-子程序工具MCP_802D(機床控制面板-MCP工具和802Dsl之間的信號傳輸)是機床-數(shù)控工具的重要組成部分，是人機交互的主要工具[7]。電解機床控制面板由系統(tǒng)中的所有按鈕(因此可以稱為按鈕站)組成，主要包括報警復(fù)位按鈕、緊急停止按鈕、軸運動控制按鈕、操作模式選擇按鈕、電源開關(guān)用于監(jiān)視和控制子程序-程序傳輸輸入信號，如軸向運動控制、工作模式選擇、電源和液泵控制、復(fù)位、cn啟動等。從機床控制面板通過PP72/48I/O模塊將工具傳送到V1000XXXX接口數(shù)據(jù)區(qū)域，以便進一步處理子程序，并將NCK確認的信息(其狀態(tài)由led顯示)傳送到MCP，如cn啟動信號、單段信號、增量信號等。(1)制定模式選擇程序電解加工有四種操作模式:手動、自動、歸零和MDA，模式之間的切換選擇由綠色按鈕控制。在自動模式和MDA模式下，可以在單段模式下運行程序，并在每個步驟停止該程序。在以下程序時間控制面板中選擇模式將選擇要導(dǎo)入PLC的V1000XXXX注冊表區(qū)域，其中L0.7、L1.0、L1.1、L1.2和L1.3分別是手動模式、零返回模式、自動模式、單段模式和MDA模式的輸入變量。其程序見圖4.7。圖4.7工作模式選擇程序（2）進給倍率程序的編寫進給率遞增按鈕開關(guān)使用5位數(shù)的綠色代碼方法調(diào)整遞增系數(shù)，5位數(shù)的綠色代碼共有32位，從00010開始到10101開始之間有24對值，這些值必須位于保險存儲地址:vb14000101到VB14000124和開關(guān)因此，vb14000102有23個從00011開始的數(shù)值，用于調(diào)整進給率增量系數(shù)。每個綠色代碼按鈕對應(yīng)于I/O點的FA(I4.0)、FB(I4.1)、FC(I4.2)、FD(I4.3)和FE(I4.4)。綠色按鈕開關(guān)可以調(diào)節(jié)機床的空運行速度和進給速度，并且可以方便地進行維修和調(diào)整綠色代碼按鈕不生成值0，如果顯示值0，則會啟用用戶警報70019(前角開關(guān)處于禁用狀態(tài))，并檢查控制面板上的線路連接問題。5.MCP_NCK子程序調(diào)度本子程序的目的是向NCK發(fā)送人機界面HMI(V1700xxxx)和MCP(V1000xxxx)操作面板的接口信號，如操作方法、進給系數(shù)、軸運動控制信號等接口(Interface)。主要職能如下:(1)信號傳輸接口(1)HMI到NCK(如程序控制、手輪等)。)；(2)根據(jù)機床參數(shù)控制點運動PLC工具；(3)選擇操作方式；(4)選擇“增量”。6.手搖輪手搖程序的編制在802Dsl系統(tǒng)中最多可以安裝兩個電子手搖輪。在此系統(tǒng)中安裝了一個電子手搖輪。使用控制盤控制每個軸的進給速度時，必須在MCP面板上選擇增量方式，并使用手動控制盤選擇要控制的軸編號。該子程序的作用是在機床坐標系中初始化、判斷和激活手搖輪選擇的軸號，然后將其傳遞給NCK，nck將根據(jù)手動模式下選擇的等效脈沖對相應(yīng)軸執(zhí)行手搖輪進給檢查。手搖輪控制程序如圖4.8所示。圖48手搖輪控制程序7.軸控制（AXES_CTL）的編寫本子程序的目標是控制發(fā)送到軸的伺服和磁盤驅(qū)動信號，并監(jiān)測硬限制信號。本子程序提供了兩種控制硬件限制的方法:一種是PLC控制方案，另一種是邏輯硬件控制方案[6]。PLC控制器的情況:如果部件為每個電源軸設(shè)置硬限制開口或兩個硬限制開關(guān)，則該子程序?qū)⑼ㄟ^NCKV380X1000.0或V380X1000.1接口啟用NCK硬限制功能，具體取決于限制開關(guān)的配置子程式的OVlmt輸出訊號會連接至緊急停止處理程式的HWL_ON輸入訊號，當其中一個軸出現(xiàn)固定參數(shù)時，便會觸發(fā)緊急停止。在設(shè)計此系統(tǒng)時，硬限制控制計劃會選擇獨立于的邏輯控制計劃根據(jù)該圖，當顯示任意軸的緊急停止或硬限制信號時，邏輯激活設(shè)備將停止所有軸的前進，PCU端子X20.224V通過繼電器斷開，控制允許復(fù)位和緊急停止激活。卸載報警時，首先單擊MCP面板上的釋放限制按鈕，相反方向進入報警軸，然后重置為零，報警解除。使用邏輯控制方案要求:(1)軸的配置順序必須按順序設(shè)置，例如x、y和z軸，而不是x、z和y軸；(2)未使用軸的硬極限輸入信號為“1”。圖4.9硬件邏輯方案原理圖該方案報警信息表如表4.1所示，程序如圖4.10所示。表4.1硬限位報警信息表E_KEY_lLMTp_2LMTp_3LMTp運動方向0111急停生效0011V39000004.71超限0011V39000004.6超限0001V39010004.72超限0001V39010004.62超限0000V39020004.73超限0000V39020004.63寸-超限圖4.10硬限位報警程序設(shè)計8.聯(lián)鎖保護程序設(shè)計聯(lián)鎖保護旨在防止由于加工過程中的錯誤操作而對機器和機器造成的損壞，并調(diào)整操作程序。主要包括電泵與電液電源之間的聯(lián)鎖保護、刀與電液電源之間的聯(lián)鎖保護等各模塊聯(lián)鎖保護方案原理相似，以刀鎖保護方案設(shè)計為例，其保護功能如圖4.11所示。圖4.11對刀保護功能圖9.限位解除程序設(shè)計拆卸程序設(shè)計為使用MCP面板按鈕信號鎖定報警信號，使報警軸可以反向移動，以確保輸入軸達到硬極限后可以正常返回。潤滑控制程序的設(shè)計控制著潤滑油泵的開啟周期以及每次開啟時的潤滑時間。工作狀態(tài)指示為PLC將觸點信號狀態(tài)返回到MCP面板并由led顯示。

第五章仿真與調(diào)試5.1電路檢查1.開機前檢查通電之前，應(yīng)檢查輸入/輸出電路是否連接正確，是否有短路，兩個24V電源是否均為co，以及驅(qū)動器連接是否正確。2.電源控制檢查電路時，如果沒有錯誤，請開啟系統(tǒng)電源。檢查PP72/48輸入輸出模塊、驅(qū)動器電源模塊和電機模塊的狀態(tài)指示燈是否正常，使用萬用表檢查各電路的整體切斷情況是否符合設(shè)計要求。驗證后，啟動系統(tǒng)。5.2系統(tǒng)初始化此計算機是一臺無主軸的電解裝置，系統(tǒng)工具箱提供的provalueplus初始化文件首先通過RCS802或cfcard軟件傳輸?shù)?02Dsl，具體取決于計算機類型系統(tǒng)中的文件目錄如圖5.1所示，然后通過在NC調(diào)試期間更改參數(shù)來刪除主軸。RCS802軟件用于在傳輸過程中配置軟件，打開RCS802通信軟件，并根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)版本創(chuàng)建項目，單擊“設(shè)置-工具箱-selectionandProject”，選擇正確的版本V01040100，單擊“項目”，然后單擊“創(chuàng)建項目”，再在通信連接模式下選擇“通過以太網(wǎng))”。RCS802通信配置窗口如圖5.1所示。連接后，使用rcs802工具查找計算機上的刀具初始化文件，并將其復(fù)制到802D控制的Start-uparchive(NC/PLC/PLC)文件夾中。關(guān)閉并啟動NC序列后的初始化檔案會生效，且機器會設(shè)定為「銑床」。圖5.1RCS802通訊設(shè)置窗口5.3PLC調(diào)試5.3.1通訊連接在將PLC程序下載到802Dsl系統(tǒng)之前，必須建立通信連接，包括RS232通信電纜連接、以太網(wǎng)連接和24V調(diào)制解調(diào)器電纜連接。每種連接方法的參數(shù)相似，可以根據(jù)計算機界面的形狀進行選擇。本文以以太網(wǎng)連接為例建立通信連接。802Dsl系統(tǒng)側(cè)設(shè)置-釋放控制系統(tǒng)通信端口“102”。進入系統(tǒng)通信屏幕，選擇“網(wǎng)絡(luò)信息”→“防火墻信息”，選擇端口“102”，然后單擊“接受”保存。計算機側(cè)設(shè)置:打開802pour編程軟件進入通信站，選擇以太網(wǎng)接口，為遠程地址欄和數(shù)字控制系統(tǒng)建立相同的IP地址。啟用控制系統(tǒng)以太網(wǎng)連接并刷新計算機以建立連接。5.3.2PLC程序調(diào)試通過使用PLC編程工具將編譯的PLC應(yīng)用程序下載到802Dsl來啟動PLC應(yīng)用程序。通過MCP面板更改輸入狀態(tài)，同時觀察系統(tǒng)內(nèi)部地址的變化，檢查PLC邏輯控制程序是否符合設(shè)計要求，并通過交叉引用表檢查地址沖突。緊急停機控制程序調(diào)試時，設(shè)置MD14512[16]Bit0=1，這意味著系統(tǒng)處于調(diào)試模式，緊急停機警報可以通過復(fù)位來解除，調(diào)試后，MD14512[16]Bit0參數(shù)將被替換為“0”。PLC程序是從子程序庫創(chuàng)建的。您必須在制造商層級設(shè)定MD31060=2PLC機器參數(shù)，并設(shè)定機器類型“銑床”。5.3.3PLC用戶報警編輯PLC用戶的詳細警告可以及時將故障信號返回給操作員，以便于設(shè)備維護。802Dsl提供64個PLC用戶警報，每個計算機參數(shù)對應(yīng)一個字節(jié)-MD14516[0]~[63]工具用于設(shè)置警報屬性。每個字節(jié)位對應(yīng)的報警屬性如圖5.2所示