基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

《基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（43頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要以三面銑組合機(jī)床為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式的探究以及對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程和控制要求分析,給出了機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖、液壓元件動(dòng)作表;并采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),列出了PLC的I/O地址分配表,繪制了PLC的I/O分配圖和單循環(huán)自動(dòng)工作流程圖，編寫(xiě)PLC控制程序的梯形圖和指令表;由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面（HMI），使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單，方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。關(guān)鍵詞:可編程控制器(PLC)；三面銑組合機(jī)床；控制系統(tǒng)；組態(tài)王；人機(jī)界面（HMI）ABSTRACTTaking three surface milling combination ma

2、chine tools for research object, and through the main structure and form of movement of exploration and for machine tools work process and control requirements analysis is presented, the machine operating cycle diagram, hydraulic components action list, And PLC control system design method of softwa

3、re and hardware design, lists the PLC I/O address allocation worksheets, painted PLC I/O assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list, By kingview design human-machine interface (HMI), make the whole control system operation sim

4、ple, convenient, greatly improved the system automation degree and practicability. Keywords: programmable controller (PLC)； three surface milling combination machine tools；control system； kingview and human-computer interface (HMI) 目 錄第1章 三面銑組合機(jī)床概述1.1 組合機(jī)床概述1 1.1.1 組合機(jī)床發(fā)展史.11.1.2 組合機(jī)床部件分類(lèi).11.2 組合機(jī)床的

5、特點(diǎn)21.3 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)部件21.4 機(jī)床加工工件示意圖21.5 機(jī)床工作過(guò)程31.6 組合機(jī)床裝配模型31.7 三面銑組合機(jī)床的電氣控制要求3第2章 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC的簡(jiǎn)介42.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟62.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則62.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟72.3 PLC的選型82.4 PLC的I/O分配表92.5 PLC的I/O分配圖92.6 變頻調(diào)速器102.6.1 變頻器的概述102.6.2 變頻器原理112.6.3 變頻器的選型122.7 主電路設(shè)計(jì)圖16第3章 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC的編程語(yǔ)言與編程方法

6、173.1.1 PLC的編程語(yǔ)言173.1.2 PLC的編程方法183.2 PLC編程軟件概述193.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)223.4 程序設(shè)計(jì)23第4章 基于組態(tài)王的人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)4.1 人機(jī)界面的概述.274.2 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)284.3定義設(shè)備和連接變量.304.4 數(shù)據(jù)變量定義304.5 動(dòng)畫(huà)連接與命令語(yǔ)言31總結(jié)與展望35參考文獻(xiàn)36致謝37附錄38V第1章 三面銑組合機(jī)床概述三面銑組合機(jī)床是用來(lái)進(jìn)行銑銷(xiāo)加工的一種自動(dòng)加工設(shè)備，其作用對(duì)象是Z512W型臺(tái)式鉆床主軸箱的80、90孔端面及定位面。1.1 組合機(jī)床概述1.1.1 組合機(jī)床發(fā)展史 二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨

7、著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的快速發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有很大的提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.50.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT76級(jí)，孔距精度可達(dá)O.03O.02微米1。隨著汽車(chē)工業(yè)的興起，專(zhuān)用機(jī)床也逐漸發(fā)展起來(lái)。在專(zhuān)用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車(chē)零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了便于用戶使用和維修，提高不同制造廠的通用部件的互換性，美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠于1953年協(xié)商，嚴(yán)格規(guī)定各部件

8、間的聯(lián)系尺寸，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。1.1.2 組合機(jī)床部件分類(lèi)組合機(jī)床通用部件按功能可分為五類(lèi)。動(dòng)力部件主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)，是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。支承部件有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等，是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件。輸送部件主要有分度回轉(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，是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件。控制部件有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等，是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件。輔助部件主要就是有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。1.2 組合機(jī)床的特點(diǎn)組合

9、機(jī)床是用按一定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的通用部件以及按被加工零件的形狀和工藝要求設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件組成的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)車(chē)是由專(zhuān)用機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床發(fā)展來(lái)的，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又能夠重新調(diào)整，適應(yīng)新工件的加工。組合機(jī)床與萬(wàn)能機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、組合機(jī)床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 2、組合機(jī)床設(shè)計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。3、組合機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。4、組合機(jī)床其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。5、組合機(jī)床由于采用專(zhuān)用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，對(duì)操作工人水平要求不高，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證。6、組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的

10、生產(chǎn)需要。1.3 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)部件機(jī)床主要部件包括床身、工作臺(tái)、底座、銑削動(dòng)力頭、液壓動(dòng)力滑臺(tái)、工件松緊油缸、液壓站等組成。機(jī)床床身安放在底座上，床身上安裝有液壓動(dòng)力滑臺(tái)，工件及夾緊裝置放于滑臺(tái)上。床身的兩邊各安裝有一臺(tái)銑銷(xiāo)頭，上方有立銑頭，液壓站在機(jī)床附近。1.4 機(jī)床加工工件示意圖如圖1.1所示圖 1.1 80、90孔端面及定位面1.5 機(jī)床工作過(guò)程用工作臺(tái)上的夾具固定要加工的零件，其他工作準(zhǔn)備就緒后，發(fā)出加工指令。工件夾緊后壓力繼電器動(dòng)作，液壓動(dòng)力滑臺(tái)（即工作臺(tái)）開(kāi)始快進(jìn)，到位轉(zhuǎn)工進(jìn)，然后同時(shí)起動(dòng)左銑頭、右1號(hào)銑頭開(kāi)始加工，加工到某一位置，立銑頭開(kāi)始加工，加工又走一定位置后右1號(hào)銑頭停止

11、，右2號(hào)銑頭開(kāi)始加工，加工到終點(diǎn)三臺(tái)電機(jī)同時(shí)停止。待電機(jī)完全停止后，滑臺(tái)退回原位，工件松開(kāi)，一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)結(jié)束。1.6 組合機(jī)床裝配模型零部件間參數(shù)關(guān)系可以反映在零部件相互約束關(guān)系和零部件間可配套約束關(guān)系兩個(gè)方面2。這種描述首先需要確定一個(gè)與其它部件發(fā)生關(guān)系最多的一個(gè)零件或部件為基準(zhǔn)件。以此基準(zhǔn)件為核心，再分別描述其它基準(zhǔn)件的位置關(guān)系，就能構(gòu)建該產(chǎn)品各零部件的位置約束關(guān)系模型。對(duì)于組合機(jī)床整機(jī)而言，各個(gè)加工單元都是相對(duì)于中間底座或工作臺(tái)布置的，所以可以將中間底座或工作臺(tái)作為基準(zhǔn)件來(lái)描述；而對(duì)于各個(gè)加工單元來(lái)說(shuō)，則可以側(cè)底座為基準(zhǔn)件來(lái)描述該單元內(nèi)部各零部件之間的位置約束關(guān)系。1.7 三面銑組合

12、機(jī)床的電氣控制要求三面銑組合機(jī)床有左銑削頭、右銑1號(hào)削頭、右銑2號(hào)削頭、立銑削頭和液壓泵五臺(tái)三相交流籠型異步電機(jī),設(shè)計(jì)要求如下:(1)機(jī)床有單動(dòng)力頭自動(dòng)循環(huán)工作、點(diǎn)動(dòng)、單循環(huán)自動(dòng)工作三種工作方式。(2)五臺(tái)電機(jī)均為單向旋轉(zhuǎn)。(3)要求有電源、油泵工作、工件夾緊與放松和加工等信號(hào)指示。(4)油泵電機(jī)在自動(dòng)加工一個(gè)循環(huán)后不停機(jī)。(5)必要的聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)。第2章 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、系統(tǒng)的硬件配置、主電路設(shè)計(jì)等。2.1 PLC的簡(jiǎn)介 PLC實(shí)體圖PLC（Programmable logic Controller）可編程邏輯

13、控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)?？删幊炭刂破魇怯?jì)算機(jī)家族中的一員，它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC，并在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)自動(dòng)裝配在線首次應(yīng)用成功，之后得到迅速發(fā)展3。美國(guó)從1971年開(kāi)始輸出這種技術(shù)，1973年以后，西德、日本、英國(guó)、法國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了各自的PLC，并廣泛應(yīng)用。二十余年來(lái)，PLC的發(fā)展迅猛異常，它的應(yīng)用領(lǐng)域可謂是各行各業(yè)。需要特別指出的是，PLC在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用有十分重要的意義，已成為當(dāng)今世界的新潮流，據(jù)國(guó)外

14、有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，用于機(jī)械行業(yè)的PLC銷(xiāo)售額占60，PLC是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段，它既能改造傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化新一代的產(chǎn)品，又適應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程控制4。PLC的特點(diǎn)如下：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)電氣控制設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵性能就是高可靠性。PLC的I/O采用了隔離措施，并應(yīng)用大規(guī)模集成電路，故能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，能直接安裝在機(jī)器設(shè)備上運(yùn)行。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)5。（2）編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的一種，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相

15、當(dāng)接近，具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員可在短時(shí)間學(xué)會(huì)并應(yīng)用自如,只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（3）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。不同的控制對(duì)象，可以采用相同的硬件，只需編制不同的軟件，就可實(shí)現(xiàn)不同的控制。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域，具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建

16、造的周期大為縮短。PLC一般采用模塊結(jié)構(gòu)，又具有自診斷功能，判斷故障迅速方便，維修時(shí)只需更換插入式模塊，因而維修十分方便。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序來(lái)改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，容量大，重量輕，能耗低 ，成本低目前新出產(chǎn)的超小型PLC品種底部尺寸小于100MM，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。它可以完成相當(dāng)于200500個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，而其成本僅相當(dāng)于相同功能繼電器系統(tǒng)的（1030），由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、

17、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)6。 PLC的領(lǐng)域大致可歸納為如下幾類(lèi)。 （1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 （2）模擬量控制 （3）運(yùn)動(dòng)控制 （4）過(guò)程控制 （5）數(shù)據(jù)處理 （6）通信及聯(lián)網(wǎng)2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟無(wú)論是用PLC組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)，PLC控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考圖2.1所示的步驟。圖2.1 2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為以下4點(diǎn)。 (1)可靠性原則確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性。(2)完整性原則最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)要求或機(jī)械設(shè)備的控制要求。(3)經(jīng)濟(jì)型原則力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。(4

18、)發(fā)展性原則適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下6步進(jìn)行2。1、熟悉被控對(duì)象這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù);電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系;PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等7。2、評(píng)估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)象的

19、生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給以考慮。(1)可靠性要求：當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)在20甚至更少時(shí)，就趨向于選擇PLC控制了。(2)數(shù)據(jù)處理速度：若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過(guò)程控制為主時(shí)，采用PLC控制則非常適宜。(3)工藝復(fù)雜程度：若工藝要求比較復(fù)雜時(shí),PLC控制具有更大的優(yōu)越性.(4)控制規(guī)模：一個(gè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的I/O設(shè)備總數(shù)來(lái)衡量。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí),特別是開(kāi)關(guān)量控制的I/O設(shè)備較多時(shí)，最適合采用PLC控制。3、硬件選擇8(1) 系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等

20、。(2) 選擇PLC。PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、I/O模塊、容量、電源等的選擇。(3) 計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。(4) 繪制PLC外圍硬件線路圖。畫(huà)出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。4、編寫(xiě)應(yīng)用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常應(yīng)包括以下內(nèi)容9： (1)初始化程序。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等

21、進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。 (2)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。(3)保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 5、程序調(diào)試 程序調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試2個(gè)階段。 程序模擬調(diào)試是模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式5。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 (2)軟件模

22、擬法是在PLC中另外編寫(xiě)一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。2.3 PLC的選型本機(jī)床控制系統(tǒng)采用的是日本三菱公司的FX2N系編程控制器6，根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床控制系統(tǒng)對(duì)輸入輸出的要求，本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列可編程控制器中的FX2N80MR-001。該型號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)40個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)40個(gè)，輸出形式是R-繼電器輸出10（有接點(diǎn)，交流、直流負(fù)載兩用）。不但滿足本設(shè)計(jì)中的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的基本要求，而且為日后本機(jī)床控制系統(tǒng)的升級(jí)改造保留有一定的系統(tǒng)擴(kuò)展空間。 圖 2.2 FX2N系列可編程控制器中的FX2N-80MR-0012.4 PLC的I/O分配表

23、本控制系統(tǒng)的PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。（1）PLC的輸入端口包括自動(dòng)循環(huán)工作按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕、油泵啟動(dòng)、總停按鈕、SA1等，還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)。PLC的I/O分配表11如下所示：表2.1 I/O地址分配表（2）PLC的輸出端口包括運(yùn)行指示燈、交流接觸器、繼電器等。2.5 PLC的I/O分配圖圖2.3 PLCI/O分配圖122.6 變頻調(diào)速器2.6.1 變頻器的概述變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將

24、交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。變頻器的分類(lèi)按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器等8。2.6.2 變頻器原理1、變頻器的基本構(gòu)成變頻器有交-直-交和交-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流；交-直-交變頻器則是先把工頻交流通過(guò)

25、整流器轉(zhuǎn)換成直流，然后再把直流轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流。主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成13。整流器主要是將電網(wǎng)的交流整流成直流；逆變器是通過(guò)三相橋式逆變電路將直流逆變成任意頻率的三相交流；中間環(huán)節(jié)又叫中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)；由于變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，運(yùn)行中中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率交換，這種無(wú)功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖；控制電路主要是完成對(duì)整流器的電壓控制，對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制以及完成各種保護(hù)功能。2、變頻器的調(diào)速原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： （2.1） 式中同步轉(zhuǎn)速;電源頻率，單位為Hz;電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù);電動(dòng)機(jī)

26、轉(zhuǎn)差率。從公式可知，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速17。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，因?yàn)榇磐ㄌ?，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。如何實(shí)現(xiàn)磁通不變？根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為: (2.2) 式中電動(dòng)機(jī)定子頻率，單位為Hz;定子相繞組有效匝數(shù);每極磁通量，單位為Wb。從公式（2.2）可知，對(duì)和進(jìn)行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。因此，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。2.6.3 變頻器的選型根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的功率、性能等等

27、的要求，本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FR-F700系列通用變頻器中的FR-F740-22K-CHT1。變頻器的參數(shù)變頻器用于單純可變速運(yùn)行時(shí)，可按出廠設(shè)定的參數(shù)運(yùn)即可，若考慮負(fù)荷、運(yùn)行方式時(shí)，必須設(shè)定必要的參數(shù)。對(duì)于三菱FR-FR740-22K-CHT1變頻器的性能參數(shù)8，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)定，文中僅介紹一些常用的參數(shù)，有關(guān)其他參數(shù)，請(qǐng)參考附錄或有關(guān)設(shè)備使用手冊(cè)。簡(jiǎn)單參數(shù)一覽表如表2.2所示9：表2.2 變頻器性能參數(shù)表參考編號(hào)名稱單位初始值范圍用途參照0轉(zhuǎn)矩提升0.1%6/4/3/2/1.5/1%030%想進(jìn)一步提高啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，在負(fù)載后電機(jī)不轉(zhuǎn)，輸出警報(bào)（OL），在（OC1

28、）發(fā)生跳閘的情況下使用。*1 初始值因變頻器的容量不同而不同。521上限頻率0.01Hz120/60Hz0-120Hz想設(shè)置輸出頻率的上限與下限的情況下進(jìn)行設(shè)定。*2 初始值根據(jù)變頻器容量不同而不同。532下限頻率0.01Hz0Hz0-120Hz想設(shè)置輸出頻率的上限和下限的情況下進(jìn)行設(shè)定3基準(zhǔn)頻率0.01Hz50Hz0-400Hz請(qǐng)看電機(jī)的額定銘牌進(jìn)行確認(rèn)544多段速設(shè)定（高速）0.01Hz50Hz0-400Hz想用參數(shù)設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度，用端子切換速度的時(shí)候進(jìn)行設(shè)定。445多段速設(shè)定（中速）0.01Hz30Hz0-400Hz6多段速設(shè)定（低速）0.01Hz10Hz0-400Hz7加速時(shí)間0.1s5

29、/15s0-3600s可以設(shè)定加減速時(shí)間，*3 初始值根據(jù)變頻器的容量不同而不同。558減速時(shí)間0.1s10/30s0-3600s9電子過(guò)電流保護(hù)0.01/0.1A變頻器額定輸出電流0500/03600A用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行熱保護(hù)。設(shè)定為電機(jī)的額定電流。*4單位范圍根據(jù)變頻器容量不同而不同。3360節(jié)能控制選擇100,4,9作為風(fēng)扇，泵專(zhuān)用，使用時(shí)變頻器的輸出電力變?yōu)樽钚?679運(yùn)行模式選擇100,1,2，3,4,6,7選擇起動(dòng)指令與頻率指令的設(shè)定方式58125端子2頻率設(shè)定增益0.01Hz50Hz0-400Hz改變最大的（5V）對(duì)應(yīng)的頻率47126端子4頻率設(shè)定增益0.01Hz50Hz0-40

30、0Hz改變20mA輸入時(shí)的頻率49160用戶參數(shù)組讀取選擇100,1,9999使擴(kuò)展參數(shù)有效50變頻器的端子FR-F740-22K-CHT1型變頻器的主接線一般有6個(gè)端子，其中輸入端子R（L1）、S（L2）、T（L3）接三相電源；輸出端子U、V、W接三相電動(dòng)機(jī)，切記不能接反，否則，將損毀變頻器，其接線如變頻器端子接線圖所示。變頻器端子接線8如圖2.5所示：圖2.4 變頻器端子接線圖142.7 主電路設(shè)計(jì)圖圖2.5 主電路設(shè)計(jì)圖第3章 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文上一章介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，本章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將介紹本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，編程軟件GX-Develo

31、per的介紹以及本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)等。3.1 PLC的編程語(yǔ)言與編程方法3.1.1 PLC的編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既滿足易于編寫(xiě)，又滿足易于調(diào)試的要求。不管什么型號(hào)的PLC，其編程語(yǔ)言都具有以下特點(diǎn)：1.圖形式指令結(jié)構(gòu) 2.簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)3.簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過(guò)程4.明確的變量常數(shù)5.強(qiáng)化調(diào)試手段總之，PLC的編程語(yǔ)言是面向用戶的，對(duì)使用者不要求具備高深的知識(shí)、不需要長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練。IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）中的PLC編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)中有五種編程語(yǔ)言：梯形圖編程語(yǔ)言、順序功能圖編程語(yǔ)言、指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言、功能塊圖編程語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)文本編程語(yǔ)言15。 其中最常

32、用的就是梯形圖編程語(yǔ)言和指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言。 1、梯形圖編程語(yǔ)言：是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的一種圖形語(yǔ)言。它是目前用得最多的PLC編程語(yǔ)言。 注意：梯形圖表示的并不是一個(gè)實(shí)際電路而只是一個(gè)控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線”。它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器”。每個(gè)“軟繼電器”僅對(duì)應(yīng)PLC存儲(chǔ)單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈斷開(kāi)，其常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)保持原態(tài)。 梯形圖編程格式：（1）梯形圖按行從上至下編寫(xiě)，每一行從左往右順序編寫(xiě)。PLC程序執(zhí)行順序與梯形

33、圖的編寫(xiě)順序一致。（2）梯形圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開(kāi)始畫(huà)起，終止于繼電器線圈或終止母線（有些PLC終止母線可以省略）。（3）梯形圖的起始母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與終止母線之間則不能有任何觸點(diǎn)。2、指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言：助記符語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言，用一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá)PLC的各種指令。同一廠家的PLC產(chǎn)品，其助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。助記符語(yǔ)言常用于手持編程器中，梯形圖語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中 。3.1.2 PLC的編程方法在設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，采用下列不同的方法16。1、解析法可利用組

34、合邏輯或時(shí)序邏輯的理論，并運(yùn)用相應(yīng)的解析方法，對(duì)其進(jìn)行邏輯關(guān)系的求解，然后再根據(jù)求解的結(jié)果，畫(huà)成梯形圖或直接寫(xiě)出程序。解析法比較嚴(yán)密，可以運(yùn)用一定的標(biāo)準(zhǔn)，使程序優(yōu)化，可避免編程的盲目性，是較有效的方法。2、經(jīng)驗(yàn)法即是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)前選擇與設(shè)計(jì)要求相類(lèi)似的成功的例子，并進(jìn)行修改，增刪部分功能或運(yùn)用其中部分程序，直至適合自己的情況。在工作過(guò)程中，可收集與積累這樣成功的例子，從而可不斷豐富自己的經(jīng)驗(yàn)。3、技巧法技巧法是在經(jīng)驗(yàn)法和解析法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用技巧進(jìn)行編程，以提高編程質(zhì)量。還可以使用流程圖做工具，講巧妙的設(shè)計(jì)形式化，進(jìn)而編制所需要的程序。該方法是多種編程方法的綜合應(yīng)用。4、

35、圖解法圖解法是靠畫(huà)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。常用的方法有梯形圖法、流程圖法及時(shí)序圖（波形圖）法。梯形圖法是基本方法，無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)法還是解析法，若將PLC程序轉(zhuǎn)化成梯形圖后，就要用到梯形圖法。流程圖法是用框圖表示PLC程序執(zhí)行過(guò)程及輸入條件與輸出關(guān)系，在使用步進(jìn)指令的情況下，用它設(shè)計(jì)是很方便的16。時(shí)序圖（波形圖）法適合于時(shí)間控制電路，將對(duì)應(yīng)信號(hào)的波形畫(huà)出后，再依時(shí)間邏輯關(guān)系去組合，就可很容易把電路設(shè)計(jì)出。圖解法和解析法不是彼此獨(dú)立的。解析法要畫(huà)圖，圖解法也要列解析式，只是兩種方法的側(cè)重點(diǎn)不一樣。5、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用PLC通過(guò)上位鏈接單元與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鏈接，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。該方法需要有相應(yīng)的

36、編程軟件。3.2 PLC編程軟件概述三菱PLC編程軟件GX-Developer是三菱通用性較強(qiáng)的編程軟件，它能夠完成Q系列、QnA系列、A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制CPU）、FX系列PLC梯形圖、指令表、SFC等的編輯。該編程軟件能夠?qū)⒕庉嫷某绦蜣D(zhuǎn)換成GPPQ、GPPA格式的文檔，當(dāng)選擇FX系列時(shí)，還能將程序存儲(chǔ)為FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文檔，以實(shí)現(xiàn)與FX-GP/WIN-C軟件的文件互換5。該編程軟件能夠?qū)xcel、Word等軟件編輯的說(shuō)明性文字、數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)制、粘貼等簡(jiǎn)單操作導(dǎo)入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。此外，GX-Developer編程軟件還具有以下特點(diǎn)。 （

37、1）操作簡(jiǎn)便標(biāo)號(hào)編程。功能塊。使用宏定義。（2）豐富的調(diào)試功能由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。通過(guò)該軟件可進(jìn)行模擬在線調(diào)試，不需要與可編程控制器連接。程序編輯過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，軟件會(huì)提示錯(cuò)誤信息或錯(cuò)誤原因，所以能大幅度縮短程序編輯的時(shí)間。在幫助菜單中有CPU出錯(cuò)信息、特殊繼電器/特殊寄存器的說(shuō)明等內(nèi)容，所以對(duì)于在線調(diào)試過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序編輯中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下，通過(guò)幫助菜單可非常簡(jiǎn)便的查詢到相關(guān)信息。（3）能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接17經(jīng)由USB接口與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由串行通信口與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由CC-

38、Link與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由MELSEC NET（II）與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由MELSEC NET/10（H）與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由計(jì)算機(jī)接口與可編程控制器CPU連接；經(jīng)由Ethernet與可編程控制器CPU連接。GX-Developer編程軟件的操作界面為圖3.1所示，該操作界面大致由下拉菜單、編程區(qū)、工具條、狀態(tài)條、工程數(shù)據(jù)列表等部分組成。需要特別注意的是在FX-GP/WIN-C編程軟件里稱編輯的程序?yàn)槲募?，而在GX-Developer編程軟件中稱之為工程。圖3.1三菱PLC編程軟件操作界面與FX-GP/WIN-C編程軟件的操作界面相比，該軟件取消了功能圖、功能鍵

39、，并將這兩部分內(nèi)容合并，作為梯形圖標(biāo)記工具條；新增加了工程參數(shù)列表、數(shù)據(jù)切換工具條、注釋工具條等。這樣友好的直觀的操作界面使操作更加簡(jiǎn)便。圖3.1中引出線所示的名稱、內(nèi)容說(shuō)明如表3.1所示：表3.1序號(hào)名稱內(nèi)容1下拉菜單包含工程、編輯、查找/替換、交換、顯示、在線、診斷、工具、窗口、幫助，共10個(gè)菜單2標(biāo)準(zhǔn)工具條由工程菜單、編輯菜單、查找/替換菜單、在線菜單、工具菜單中常用的功能組成。3數(shù)據(jù)切換工具條可在程序菜單、參數(shù)、注釋、編程元件內(nèi)存這四個(gè)項(xiàng)目中切換4梯形圖標(biāo)記工具條包含梯形圖編輯所需要使用的常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、應(yīng)用指令等內(nèi)容5程序工具條可進(jìn)行梯形圖模式，指令表模式的轉(zhuǎn)換；進(jìn)行讀出模式，寫(xiě)

40、入模式，監(jiān)視模式，監(jiān)視寫(xiě)入模式的轉(zhuǎn)換6SFC工具條可對(duì)SFC程序進(jìn)行塊變換、塊信息設(shè)置、排序、塊監(jiān)視操作7工程參數(shù)列表顯示程序、編程元件注釋、參數(shù)、編程元件內(nèi)存等內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)這些項(xiàng)目的數(shù)據(jù)的設(shè)定8狀態(tài)欄提示當(dāng)前的操作：顯示PLC類(lèi)型以及當(dāng)前操作狀態(tài)等9操作編輯區(qū)完成程序的編輯、修改、監(jiān)控等的區(qū)域10SFC符號(hào)工具條包含SFC程序編輯所需要使用的步、塊啟動(dòng)步、選擇合并、平行等功能鍵11編程元件內(nèi)存工具條進(jìn)行編程元件的內(nèi)存的設(shè)置12注釋工具條可進(jìn)行注釋范圍設(shè)置或?qū)?各程序的注釋進(jìn)行設(shè)置3.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)思路三面銑組合機(jī)床有單循環(huán)自動(dòng)工作、單動(dòng)力頭自動(dòng)循環(huán)工作、點(diǎn)動(dòng)三種工作方

41、式,下面以一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)為例分析單循環(huán)自動(dòng)工作過(guò)程控制。首先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1扳至“單循環(huán)自動(dòng)工作SA1-1”位置,當(dāng)操作者將要加工的零件放在液壓滑臺(tái)的夾具中后(其他準(zhǔn)備工作就緒),按加工指令按鈕,工件開(kāi)始夾緊,夾緊后工件壓力繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作,滑臺(tái)開(kāi)始快進(jìn),原位開(kāi)關(guān)SQ1復(fù)位;當(dāng)滑臺(tái)壓下滑臺(tái)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)位置開(kāi)關(guān)SQ2后轉(zhuǎn)工進(jìn),同時(shí)起動(dòng)左銑頭和右1銑頭開(kāi)始加工;當(dāng)加工到指定位置SQ3,立銑頭開(kāi)始加工;又過(guò)一定SQ4位置時(shí),右1銑頭停止,右2銑頭開(kāi)始加工,直到終點(diǎn)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)停止。此時(shí),當(dāng)死擋鐵停留壓力繼電器BP1觸點(diǎn)動(dòng)作后滑臺(tái)自動(dòng)快速退回原位,SQ1受壓,工件松開(kāi),一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)結(jié)束11。2、程

42、序流程圖如圖3.2所示圖3.2 程序流程圖 3.4 程序設(shè)計(jì)利用主控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床的熱繼電器過(guò)載和總停的時(shí)候停止機(jī)床工作。 組合機(jī)床的三種工作方式：?jiǎn)窝h(huán)自動(dòng)工作、單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作，有相應(yīng)的指示燈來(lái)顯示工作狀態(tài)。除了在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，當(dāng)加工指令按鈕按下時(shí)，油泵電機(jī)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)指示燈也會(huì)亮。另外在前兩種工作方式下，油泵電機(jī)在自動(dòng)加工一個(gè)循環(huán)后不停機(jī)。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下完成加工就停機(jī)。 當(dāng)工件在滑臺(tái)原位位置且油泵電機(jī)正在運(yùn)行的時(shí)候，才能對(duì)工件進(jìn)行“夾緊”和“放松”的操作。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下“工件夾緊點(diǎn)動(dòng)工作按鈕”才能操作。在另外兩種工作方式下，按下“加工指令按鈕”就會(huì)自動(dòng)

43、完成相應(yīng)的操作。 當(dāng)工件完成“夾緊”的操作之后才能進(jìn)行滑臺(tái)的移動(dòng)。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下“滑臺(tái)快進(jìn)點(diǎn)動(dòng)工作按鈕”進(jìn)行滑臺(tái)快進(jìn)的點(diǎn)動(dòng)操作。在另外兩種工作方式下，工件緊壓力繼電器得電就會(huì)自動(dòng)進(jìn)快進(jìn)移動(dòng)。當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)指定位置，就會(huì)進(jìn)行“快進(jìn)”和“工進(jìn)”的轉(zhuǎn)換。當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)工件加工指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下左銑電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。 當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)工件加工指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下右銑1電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。另外在工件到達(dá)右銑1和右銑2切換開(kāi)關(guān)位置時(shí)，右銑1電機(jī)自動(dòng)停止

44、，此時(shí)右銑2自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行。 當(dāng)滑臺(tái)工件到達(dá)立銑頭加工區(qū)指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下立銑電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。 當(dāng)滑臺(tái)的 工件使“死檔鐵停留壓力繼電器”得電，左銑、右銑1、右銑2和立銑的電機(jī)停機(jī)。同時(shí)，滑臺(tái)快退電磁閥得電使滑臺(tái)快退。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，完成工件加工并取下工件后，使油泵電機(jī)停止運(yùn)行第4章 基于組態(tài)王的人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)4.1人機(jī)界面的概述人機(jī)界面（HMI）監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫(huà)面及相應(yīng)的功能子畫(huà)面組成，人機(jī)界面（HMI）畫(huà)面設(shè)計(jì)對(duì)于人機(jī)界面（HMI）來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。人機(jī)界面（HMI）畫(huà)面是用組態(tài)軟件來(lái)做的，常見(jiàn)的組態(tài)

45、軟件有西門(mén)子公司的Wincc、羅克韋爾公司的RsView及國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。在本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選擇了組態(tài)王來(lái)完成監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)。組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它把過(guò)程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理融于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理17。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。采用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)

46、運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)4。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成3。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫(huà)面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫(huà)鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具18。 運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。一、組態(tài)王的主要功能特性：1）可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進(jìn)色、豐

47、富的圖庫(kù)、動(dòng)畫(huà)連接。 2）可以對(duì)畫(huà)面中的一部分進(jìn)行保存，以便以后進(jìn)行分析或打印。 3）無(wú)與倫比的動(dòng)力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動(dòng)畫(huà)功能。4）強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理，能夠幫助你實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯操作和與決策處理。 5） 變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能，變量可以導(dǎo)出到Excel表格中，方便的對(duì)變量名稱等屬性進(jìn)行修改，然后再導(dǎo)入新工程中，實(shí)現(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。6）強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理，支持實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存。7）方便的配方處理功能。 8）全新的WebServer架構(gòu)，全面支持畫(huà)面發(fā)布、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的發(fā)布。 9）豐富的設(shè)備支持庫(kù)，支持常見(jiàn)的PLC設(shè)備、智能儀表、

48、智能模塊。二、組態(tài)王的功能：組態(tài)軟件具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，好處之一就是能大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量。能快速便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和圖形維護(hù)。組態(tài)王提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具。1、快速便捷的應(yīng)用設(shè)計(jì)；2、靈活簡(jiǎn)便的變量定義和管理；3、強(qiáng)大的控制語(yǔ)言；4、豐富的可擴(kuò)充的圖形庫(kù)；5、對(duì)多媒體的支持；6、采集和顯示歷史數(shù)據(jù)；7、全新的靈活多樣、操作簡(jiǎn)單的內(nèi)嵌式報(bào)表；8、配方管理；4.2 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)雙擊桌面圖標(biāo)，打開(kāi)工程管理器，如圖4.1所示。圖4.1 工程管理器在工程列表區(qū)中選擇任一工程雙擊后或者點(diǎn)擊工程管理器上的 “開(kāi)發(fā)” 此快捷鍵后，就進(jìn)入了工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖4.2所示。

49、圖4.2 工程瀏覽器圖4.3雙擊工程瀏覽器中的“主畫(huà)面”后，就進(jìn)入了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主畫(huà)面，本控制系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)如下圖4.3所示。4.3 定義設(shè)備和連接變量在組態(tài)王工程瀏覽器樹(shù)型目錄中，選擇“設(shè)備”，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo), 雙擊，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框。在“設(shè)備配置向?qū)А毕碌倪x項(xiàng)中進(jìn)行設(shè)置：設(shè)備安裝“設(shè)備驅(qū)動(dòng)PLC三菱FX2_485通訊口” 給設(shè)備指定唯一的邏輯名稱“三菱PLC00” 選擇串口號(hào)“COM1” 設(shè)備地址設(shè)置指南“0” 通信參數(shù)信息總結(jié)3。這樣就完成了設(shè)備定義和連接變量“三菱PLC00” 。4.4 數(shù)據(jù)變量定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)變

50、量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程也就是定義數(shù)據(jù)變量的過(guò)程19。在“數(shù)據(jù)庫(kù)”中的“數(shù)據(jù)詞典” 中定義數(shù)據(jù)變量，定義數(shù)據(jù)變量的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)變量的：變量類(lèi)型、變量名、變化靈敏度、數(shù)據(jù)類(lèi)型、初始值、最大值最小值的范圍、連接設(shè)備、寄存器和讀寫(xiě)屬性等相關(guān)的參數(shù)；數(shù)據(jù)變量定義如圖4.4所示圖4.4 數(shù)據(jù)變量定義4.5 動(dòng)畫(huà)連接及命令語(yǔ)言1、動(dòng)畫(huà)連接工程人員在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中制作的畫(huà)面都是靜態(tài)的，那么它們?nèi)绾尾拍芊从彻I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀況呢？這就需要通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫(kù)中的變量才是與現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的20。數(shù)據(jù)庫(kù)變量的變化又如何導(dǎo)致畫(huà)面的動(dòng)畫(huà)效果呢？通過(guò)“動(dòng)畫(huà)連接”所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是

51、建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，比如溫度、液面高度等，當(dāng)它們發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)I/O接口，將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化，如果設(shè)計(jì)者曾經(jīng)定義了一個(gè)畫(huà)面圖素,比如指針與這個(gè)變量相關(guān)，我們將會(huì)看到指針在同步偏轉(zhuǎn)。 動(dòng)畫(huà)連接的引入是設(shè)計(jì)人機(jī)接口的一次突破，它把工程人員從重復(fù)的圖形編程中解放出來(lái)，為工程人員提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程的命令語(yǔ)言連接來(lái)增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對(duì)象與變量之間有豐富的連接類(lèi)型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便?！敖M態(tài)王”系統(tǒng)還為部分動(dòng)畫(huà)連接的圖形對(duì)象設(shè)置了訪問(wèn)權(quán)限，這對(duì)于保障系統(tǒng)的安全具有重要的意義。圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫(huà)連接的要求改

52、變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。把這些動(dòng)畫(huà)連接組合起來(lái)，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人難以想象的圖形動(dòng)畫(huà)效果。以工件的“夾緊”和“放松”的動(dòng)畫(huà)設(shè)置為例說(shuō)明動(dòng)畫(huà)連接；首先在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中主畫(huà)面繪制所需的圖形，如圖4.5所示；圖4.5 工件繪制利用動(dòng)畫(huà)連接中的“特殊”選項(xiàng)中的“隱含” 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的“夾緊”和“放松”動(dòng)畫(huà)。特殊：所有的圖形對(duì)象都可以定義閃爍、隱含兩種連接，這是兩種規(guī)定圖形對(duì)象可見(jiàn)性的連接。按動(dòng)任一按鈕彈出相應(yīng)連接對(duì)話框。隱含：是使被連接對(duì)象根據(jù)條件表達(dá)式的值而顯示或隱含。條件表達(dá)式：輸入顯示或隱含的條件表達(dá)式，單擊“？”可以查看已定義的變量名和變量域。表

53、達(dá)式為真時(shí)：規(guī)定當(dāng)條件表達(dá)式值為1（TRUE）時(shí)，被連接對(duì)象是顯示還是隱含。當(dāng)表達(dá)式的值為假時(shí)，定義了“顯示”狀態(tài)的對(duì)象自動(dòng)隱含，定義了“隱含”狀態(tài)的對(duì)象自動(dòng)顯示。先進(jìn)行夾緊的動(dòng)畫(huà)設(shè)置，選擇圖形并雙擊，在彈出的“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框中對(duì)選項(xiàng)“特殊”中的子選項(xiàng)“隱含”進(jìn)行設(shè)置。如圖4.6所示；圖4.6 “夾緊”動(dòng)畫(huà)設(shè)置接著進(jìn)行放松的動(dòng)畫(huà)設(shè)置，選擇圖形并雙擊，彈出的“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框中對(duì)選項(xiàng)“特殊”中的子選項(xiàng)“隱含”進(jìn)行設(shè)置。圖4.7所示；工件“夾緊”和“放松”運(yùn)行動(dòng) 圖4.6圖4.7 “夾緊”動(dòng)畫(huà)設(shè)置畫(huà)效果如下所示：圖4.8工件放松的動(dòng)畫(huà)效果圖4.9工件夾緊的動(dòng)畫(huà)效果2、命令語(yǔ)言組態(tài)王除了在定義動(dòng)畫(huà)

54、連接時(shí)支持連接表達(dá)式，還允許用戶編寫(xiě)命令語(yǔ)言來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用程序的功能，極大地增強(qiáng)了應(yīng)用程序的可用性。命令語(yǔ)言的句法和語(yǔ)言非常類(lèi)似，可以說(shuō)是的一個(gè)簡(jiǎn)化子集，具有完備的詞法語(yǔ)法查錯(cuò)功能和豐富的運(yùn)算符、字符串函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)、系統(tǒng)函數(shù)、控件函數(shù)和SQL 函數(shù)。命令語(yǔ)言分類(lèi)：應(yīng)用程序命令語(yǔ)言：可以在程序啟動(dòng)時(shí)、關(guān)閉時(shí)或在程序運(yùn)行期間周期執(zhí)行。如果希望周期執(zhí)行，還需要指定時(shí)間間隔。事件命令語(yǔ)言：規(guī)定在事件發(fā)生、存在、消失時(shí)分別執(zhí)行的程序。 熱鍵命令語(yǔ)言：被鏈接到設(shè)計(jì)者指定的熱鍵上，軟件運(yùn)行期間，操作者隨時(shí)按下熱鍵都可以啟動(dòng)這段命令語(yǔ)言程序。 數(shù)據(jù)改變命令語(yǔ)言：只鏈接到變量或變量的域。在變量或變量的域值變化到超

55、出數(shù)據(jù)字典中所定義的變化靈敏度時(shí)，它們就被觸發(fā)執(zhí)行一次。 還有自定義函數(shù)命令語(yǔ)言，畫(huà)面、按鈕命令語(yǔ)言以退出組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境的命令語(yǔ)言設(shè)置為例簡(jiǎn)單介紹命令語(yǔ)言；首先在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中主畫(huà)面繪制所需的圖形，如右圖所示；使用命令語(yǔ)言函數(shù)： Exit()此函數(shù)使組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境退出。調(diào)用形式：Exit(Option);參數(shù)4：Option: 整型變量或數(shù)值.0- 退出當(dāng)前程序；1-關(guān)機(jī)；2-重新啟動(dòng)windows. 例如：/*退出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)：*/Exit(0); 在編輯完成以上的命令語(yǔ)言后，運(yùn)行系統(tǒng)的時(shí)候只要單擊“退出”按鈕就會(huì)退出組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境?？偨Y(jié)與展望PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、

56、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。在三菱FX系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出了組合機(jī)床控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。PLC技術(shù)應(yīng)用于三面銑組合機(jī)床不僅節(jié)省了大量的電氣元件、導(dǎo)線與原材料 ,而且可靠性高、使用靈活、調(diào)試方便,縮短了設(shè)計(jì)周期,減少了維修工作量,提高了加工零件合格率,具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面（HMI），使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單，方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。參考文獻(xiàn)1史宜巧，孫業(yè)明.PLC技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目教程M.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1.2周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)M.科學(xué)出版社.2003.3王宇,任思璟,李忠勤.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)J.電子工業(yè)出版社.2010.05.4周美蘭,周封,王岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)M.科學(xué)出版社.2009.5劉艷梅. 三菱PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.6俞國(guó)亮.PLC原理與應(yīng)用(三菱