基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】

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But, when the production environment is too bad, the electromagnetic interference is special intense, or installs uses improper, cannot guarantee PLC the normal operation, therefore should pay attention to the following question in the use. First, working conditions (1) Temperature The PLC requests ambient temperature when 0~55℃, installs cannot place under the calorific capacity big part, all around ventilates the radiation the space to be big enough, between the elemental area and the expansion unit must have above 30mm to be separated; On the switch cabinet, lower part should have the well ventilated louver, prevents the sunlight direct radiation; If the environment surpasses 55℃, must install the electric fan forced ventilation. (2)Humidity PLC in order to ensure insulation performance, air relative humidity should be less than 85% (no Gel). (3) Vibration PLC should be far away from the intense vibration source, prevents the vibration frequency is 10~55Hz frequent or the vibration. When use environment inevitable vibration, must take the absorption of shock measure, like uses the absorption of shock rubber and so on. (4)Air In order to avoid corrosion and flammable gases, such as hydrogen chloride, hydrogen sulfide and so on. The more the air of dust or corrosive gas environment can be installed in a closed PLC better control of the control room or cabinet, and install air cleaning devices. (5) Power Supply PLC power supply is 50Hz, 220 (1 ± 10%) V AC, for the power line interference, PLC itself has sufficient capacity to resist. Reliability requirements for high power occasion or a particularly serious environmental interference, you can install a shield with variable ratio of 1:1 isolating transformers, in order to reduce the interference between the equipment and the earth .Also can input in the power series of LC filter circuit. Second, installment and wiring (1) The power line, the pilot wire as well as the PLC power line and the I/O line should distinguish the wiring, between the insulating transformer and PLC and I/O should use the double rubberized wire connection. (2) PLC should be far away from the strong jamming source like electric welding machine, the high efficiency silicon rectifier unit and the large-scale power equipment, cannot install with the high-pressured electric appliance in the identical switch cabinet. (3) The input and output of PLC are best separate the line, the switch quantity and the simulation quantity must separate the placing. The simulation quantity signal's transmission should use the shielded wire, the shielding layer should an end or the both sides earth, and the earth resistance should be smaller than the shielding layer resistance 1/10. (4) The PLC elemental area and the expansion unit as well as functional module's ties cable should lie alone, prevents the outside signal the disturbance. (5) The exchange output line and the direct-current output line do not use the identical root electric cable, the output line to be far away from the high tension line and the power line as far as possible, avoids parallel. Third, I/O end wiring 1. Input wiring (1) inputs the wiring not to surpass 30 meters generally. But if the environment disturbance is small, when the loss of voltage is not big, the input wiring may suitable long. (2)Inputs/the output line not to be able to use the identical root electric cable, the input/output line to be separated. (3)Uses the normally opened contact form to connect the input end as far as possible, causes the establishment the trapezoidal chart to be consistent with the relay schematic diagram, is advantageous for reading. 2. Outgoing junction (1) The out-put wiring divides into the independent output and the public output. In not group, may use the different type and the voltage class output voltage. But can only use the identical type, the identical voltage class power source in the identical group's output. (2) Because the PLC output element is sealed on the print circuit wafer, and connects to the terminal strip, if will connect output element's load short circuit, will burn down the print circuit wafer, therefore, application fuse protection output element. (3)Uses when the relay outputs, withstands inductive load's size, will affect relay's service life, therefore, time use inductive load the selective relay working life must be long. (4) The PLC output load possibly has the disturbance, must therefore take the measure to control, if direct-current output's after flow guarantees protects, the exchange output anti- accommodates the absorbing circuit, the transistor and the bidirectional thruster output by-passed resistor protection. Fourth, outside security electric circuit to guarantee that the overall system can under the secure state the reliable work, avoids, because the external power supply breaks down, PLC to present the heavy economic loss which and the person casualty exceptionally, the disoperation as well as outputs by mistake creates, PLC the outside should install the essential protection circuit. (1) Stops the electric circuit anxiously. Regarding can cause the user to cause the damage the dangerous load, besides performs in the control procedure to consider, but also exterior should design the emergency stop electric circuit, causes when PLC breaks down, can cause the injury load power source reliably to shut off. (2)Fragment. The forward and reverse revolution and so on reversible operation's control system must establish the exterior electric appliance interlock protection; the reciprocation moves and rises and falls motion the control system, must establish the exterior spacing protection circuit. (3)The programmable controller has self-checking functions and so on surveillance timer, when inspects exceptionally, outputs completely the closure. But when programmable controller CPU breakdown cannot control the output, therefore, regarding can cause the user to cause the damage the dangerous load, to guarantee that the equipment moves under the secure state, must design the external circuit to protect. (4) Power source load protection. If the PLC power source breaks down, the interruption interval is short in 10 seconds, PLC works not affected, if the power source interrupt surpasses 10 second or the power source drops surpasses the permissible value, then the PLC stop work, all output also separates; when the power source restores, if RUN input connection, then operates carries on automatically. Therefore, to establish the essential current limiting protection circuit to some easy over-loading's input device. (5) Significant breakdown warning and protection. Regarding easy to have heavy accident's place, to guarantee the control system when the heavy accident occurs still the reliable warning and the protection, should have with the significant breakdown the contacting signal to output through the external circuit, caused the control system to move under the safe condition. Fifth, PLC earth the good earth is guaranteed that the PLC reliable work the important condition, may avoid the heterogametic the voltage surge harm. PLC meets the grounding and machine's ground terminal docking, meets the grounding the cross-sectional area should not to be smaller than 2mm2, the earth resistance is smaller than 100Ω; If must use the expansion unit, its ground point should accept after checking with the elemental area earth in the same place. In order to suppress adds in the power source and the input end, out-port's disturbance, should joins the special-purpose grounding to PLC, the ground point should with the power equipment (for example electrical machinery) the ground point separate; If cannot meet this kind of requirements, must achieve with the other equipment public earth, forbids to establish contacts the earth with other equipment. The ground point should approach PLC as far as possible. PLC 在應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題 PLC是專門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但是，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都不能保證PLC的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題。 一、工作環(huán)境 　　1． 溫度 　　PLC要求環(huán)境溫度在0~55℃，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足 夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開(kāi)關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽(yáng)光直接照射；如果周圍環(huán)境超過(guò)55℃，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。 　　2． 濕度 　　為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%（無(wú)凝露）。 　　3． 震動(dòng) 　　應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避 免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 　　4． 空氣 　　避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 5． 電源 PLC供電電源為50Hz、220（1±10%）V的交流電，對(duì)于電源線來(lái)的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。 二、安裝與布線 　　1． 動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙膠線連接。 　　2． PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。 　　3． PLC的輸入與輸出最好分開(kāi)走線，開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。 　　4． PLC基本單元與擴(kuò)展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，以防止外界信號(hào)的干擾。 　　5． 交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，避免并行。 三、I/O端的接線 　　1． 輸入接線 　?。?）輸入接線一般不要超過(guò)30米。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。（2）輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開(kāi)。（3）盡可能采用常開(kāi)觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。 　　2． 輸出連接 　?。?）輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級(jí)的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級(jí)的電源。（2）由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板，因此，應(yīng)用熔絲保護(hù)輸出元件。（3）采用繼電器輸出時(shí)，所承受的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負(fù)載時(shí)選擇繼電器工作壽命要長(zhǎng)。（4）PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護(hù)，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。 四、外部安全電路 　　為了確保整個(gè)系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障、PLC出現(xiàn)異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故，PLC外部應(yīng)安裝必要的保護(hù)電路。 　?。?）急停電路。對(duì)于能使用戶造成傷害的危險(xiǎn)負(fù)載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應(yīng)設(shè)計(jì)外部緊急停車電路，使得PLC發(fā)生故障時(shí)，能將引起傷害的負(fù)載電源可靠切斷。（2）保護(hù)電路。正反向運(yùn)轉(zhuǎn)等可逆操作的控制系統(tǒng)，要設(shè)置外部電器互鎖保護(hù)；往復(fù)運(yùn)行及升降移動(dòng)的控制系統(tǒng)，要設(shè)置外部限位保護(hù)電路。（3）可編程控制器有監(jiān)視定時(shí)器等自檢功能，檢查出異常時(shí)，輸出全部關(guān)閉。但當(dāng)可編程控制器CPU故障時(shí)就不能控制輸出，因此，對(duì)于能使用戶造成傷害的危險(xiǎn)負(fù)載，為確保設(shè)備在安全狀態(tài)下運(yùn)行，需設(shè)計(jì)外電路加以防護(hù)。（4）電源過(guò)負(fù)荷的防護(hù)。如果PLC電源發(fā)生故障，中斷時(shí)間少于10秒，PLC工作不受影響，若電源中斷超過(guò)10秒或電源下降超過(guò)允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點(diǎn)均同時(shí)斷開(kāi)；當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，若RUN輸入接通，則操作自動(dòng)進(jìn)行。因此，對(duì)一些易過(guò)負(fù)載的輸入設(shè)備應(yīng)設(shè)置必要的限流保護(hù)電路。（5）重大故障的報(bào)警及防護(hù)。對(duì)于易發(fā)生重大事故的場(chǎng)所，為了確?？刂葡到y(tǒng)在重大事故發(fā)生時(shí)仍可靠的報(bào)警及防護(hù)，應(yīng)將與重大故障有聯(lián)系的信號(hào)通過(guò)外電路輸出，以使控制系統(tǒng)在安全狀況下運(yùn)行。 五、PLC的接地 　　良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC的接地線與機(jī)器的接地端相接，接地線的截面積應(yīng)不小于2mm2 ，接地電阻小于100Ω；如果要用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接上專用地線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備（如電機(jī)）的接地點(diǎn)分開(kāi)；若達(dá)不到這種要求，也必須做到與其它設(shè)備公共接地，禁止與其它設(shè)備串連接地。接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 組合機(jī)床是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)重要標(biāo)志，是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備，尤其是在加工產(chǎn)品更換頻繁、零件形狀復(fù)雜、精度要求較高的工件時(shí)，不但可以節(jié)省大量的時(shí)間和資源，而且還能夠確保工件的質(zhì)量與產(chǎn)量，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 傳統(tǒng)的機(jī)床主要采用繼電器--接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問(wèn)題。本文在基于可編程控制器（PLC）的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，介紹了基于PLC的加工中心控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了加工中心控制系統(tǒng)中的硬件選擇方法、軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，并給出了系統(tǒng)組成框圖和程序流程圖，提出了西門(mén)子PLC的編程方法，列出了具體的主要硬件電路、加工中心的控制梯形圖及指令表，解決了繼電器——接觸器故障率高、可靠性差、安裝調(diào)試周期長(zhǎng)、維修工作量大、接線復(fù)雜等缺點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床，繼電器—接觸器，PLC，控制系統(tǒng) Based on a combination of the plc tools to monitor system design ABSTRACT Building-block machine is a highly integrated mechanical and electrical products, is an important indicator of the level of modern technology ,is an important symbol of modern machinery manufacturing industry ,is the basis of modern manufacturing equipment, especially in the frequent replacement of processed products, spare parts of complex shape, the accuracy requirements are more stringent than work piece high, not only can save a lot of time and resources, but also to ensure the quality and output of the work piece, thus improving production efficiency, has a good economy. The main use of the traditional machine tool relay - contactor control, the drawback is the high failure rate, poor reliability, heavy workload of maintenance, consisting of the use of PLC control system can solve these problems. In this paper, based on the programmable logic controller (PLC) of the structure and working principle, based on the introduction of the PLC-based control system for machining center's overall program design, focuses on the machining center control system hardware selection, software design process and gives the system flow chart diagram and procedures, put forward a Siemens PLC programming methods, a list of specific hardware circuit, the control processing center table ladder and instructions to solve the relay - contacts high failure rate, reliability, poor long-term installation, maintenance workload and the complexity of wiring and other shortcomings. KEY WORDS: Building-block machine, the relay - contactor, PLC, control system 2 目　錄 前　言 1 第1章 組合機(jī)床的概述 3 1.1組合機(jī)床的發(fā)展史 3 1.2 組合機(jī)床的加工方式 4 1.3 組合機(jī)床的特點(diǎn)與未來(lái)發(fā)展 4 1.3.1 組合機(jī)床的特點(diǎn) 4 1.3.2組合機(jī)床的未來(lái)發(fā)展 4 第2章 可編程序控制器 6 2.1 PLC的應(yīng)用與特點(diǎn) 6 2.1.1 PLC的應(yīng)用 6 2.2.2 PLC的特點(diǎn) 7 2.2 PLC的工作原理 8 第3章 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 10 3.1組合機(jī)床控制系統(tǒng)的工藝流程圖及設(shè)計(jì)要求 10 3.2根據(jù)工藝過(guò)程分析控制要求 11 3.2.1加工過(guò)程分析： 11 3.2.2操作方式 12 第4章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 4.1選擇PLC機(jī)型 13 4.2 S7-200 PLC的簡(jiǎn)要介紹 14 4.3控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出分配表 16 4.4PLC硬件連接圖 19 第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 5.1控制流程圖設(shè)計(jì) 20 5.2梯形圖的分解闡述 22 第6章 仿真模擬 28 結(jié)　論 29 謝 辭 30 參考文獻(xiàn) 31 附　錄 32 外文資料翻譯 39 前　言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)得到飛速的發(fā)展，一些機(jī)械設(shè)備制造廠商也在不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，修改工藝，生產(chǎn)新型的機(jī)械制造設(shè)備，組合機(jī)床就是其中之一。它將數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床和數(shù)控鏜床的功能組合在一起，零件在一次裝夾后，可以連續(xù)完成對(duì)工件表面進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋和銑削等多工序的加工，工序高度集中，從而使工件在一次裝夾后，自動(dòng)完成多個(gè)平面或多個(gè)角度位置的多工序加工。 由于組合機(jī)床具有上述機(jī)能，因而可以大大減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間利用率高于普通機(jī)床的3-4倍，大大提高了生產(chǎn)率，尤其是在加工形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、品種更換頻繁的工件時(shí)，更具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 組合機(jī)床是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，它以數(shù)字信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)等技術(shù)為一體的最新成果，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志，是體現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)工藝水平的重要標(biāo)志，在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來(lái)愈重要。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在加工中心控制中得到廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)前加工中心控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。 PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過(guò)程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，因此自PLC引入我國(guó)以來(lái)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。 應(yīng)用PLC控制加工中心實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制線路，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝自動(dòng)化等方面有著十分重要的意義。 目前，隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，加工中心正朝著高速度、高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能方向高速發(fā)展。 第1章 組合機(jī)床的概述 組合機(jī)床是由通用部件及專用部件組成的，加工一種(或幾種)零件的一道(或幾道)工序的高效率的專用機(jī)床。??? 組合機(jī)床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70-80%，這些部件是系列化的，可以進(jìn)行成批生產(chǎn)。其余20-30%的專用部件是由被加工零件的形狀、輪廓尺寸、工藝和工序來(lái)決定，如夾具、主軸箱、刀具和工具等。 組合機(jī)床是一種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的機(jī)床。無(wú)論是機(jī)械電氣或液壓電氣控制的都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。半自動(dòng)化的組合機(jī)床，工人只要將工件裝夾好，按一下按鈕，機(jī)床即可自動(dòng)進(jìn)行加工，加工一個(gè)循環(huán)停止。自動(dòng)化的組合機(jī)床，工人只要將工件放到料斗或上料架上，機(jī)床即可連續(xù)不斷的進(jìn)行工作。 組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時(shí)加工，一種工序集中的高效率機(jī)床。組合機(jī)床加工，刀具是借助鉆模板和鏜模架，精加工機(jī)床采用高精度的導(dǎo)向，所以穩(wěn)定的保證產(chǎn)品質(zhì)量。 1.1組合機(jī)床的發(fā)展史 二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨可轉(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)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米/1000毫米，表面糙度可低達(dá)2.5~0.02微米；鏜孔精度可達(dá)IT7~6級(jí)，孔距精度可達(dá)0.03~0.02微米。 專用機(jī)床史隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專用機(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，用于汽車零件。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(guó)福特汽車公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，到對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定 1.2 組合機(jī)床的加工方式 組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線 組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。 1.3 組合機(jī)床的特點(diǎn)與未來(lái)發(fā)展 1.3.1 組合機(jī)床的特點(diǎn) 組合機(jī)床通常采用多刀（多軸）、多面、多工位同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。加工時(shí)，裝在機(jī)床主軸上的刀具作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，或者刀具既作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)又做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以完成工件循環(huán)。 　　其特點(diǎn)有： 　?。?）制造周期短、經(jīng)濟(jì)效果好； 　?。?）自動(dòng)化程度高，提高生產(chǎn)率； 　　（3）通用程度高、投資少、成本低； 　?。?）能穩(wěn)定保證加工精度； 　?。?）易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線等。 1.3.2組合機(jī)床的未來(lái)發(fā)展 為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。 組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 第2章 可編程序控制器 可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。PLC是從20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)融為一體，以其顯著的優(yōu)點(diǎn)正被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。 2.1 PLC的應(yīng)用與特點(diǎn) 2.1.1 PLC的應(yīng)用 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并正在迅速擴(kuò)大。對(duì)早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對(duì)當(dāng)今的PLC，幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來(lái)，PLC的成本下降，功能有不斷增強(qiáng)，所以，目前PLC在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、輕工、電力、建筑、交通運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。一般來(lái)說(shuō)，小型PLC主要用于單機(jī)自動(dòng)化，而大、中型PLC則是自動(dòng)生產(chǎn)線上不可缺少的控制部件。 按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。 1.用于邏輯控制 這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯以及帶式運(yùn)輸機(jī)的電氣控制等。 2.用于模擬量控制 PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行控制。具有PID控制的PLC，可用于閉環(huán)系統(tǒng)的過(guò)程控制、位置控制和速度控制等。 3.用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制及計(jì)算機(jī)數(shù)控緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 4.用于工業(yè)機(jī)器人控制 PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，適用于工業(yè)機(jī)器人。 5.用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、PLC與遠(yuǎn)程I/O、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信，從而可形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。通常，采用多臺(tái)PLC分散控制，由上位計(jì)算機(jī)集中管理。 2.2.2 PLC的特點(diǎn) 1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，且其平均無(wú)故障間隔時(shí)間高。 2.控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng) 由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。 3.編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便 4.組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣 PLC既可用于開(kāi)關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC的應(yīng)用范圍廣。 5.體積小、重量輕、功耗低 PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2W。 2.2 PLC的工作原理 PLC采用周期性循環(huán)掃描的工作方式。如圖2-1所示。 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 1.輸入采樣階段 輸入采樣 輸入端 第一條指令 第二條指令 最后一條指令 …… 輸出刷新 輸出端 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 圖2-1 PLC循環(huán)掃描過(guò)程示意圖 2.用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 3.輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，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，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。 一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖2-2所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 圖2-2 PLC的工作流程圖 第3章 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 3.1組合機(jī)床控制系統(tǒng)的工藝流程圖及設(shè)計(jì)要求 組合機(jī)床控制系統(tǒng)的工藝流程圖如圖3-1所示 圖3-1十字軸示意圖 該組合機(jī)床的加工工藝要求為：加工零件有上料機(jī)械手自動(dòng)上料，上料后，機(jī)床的四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)對(duì)該零件進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件，零件加工完畢后，通過(guò)下料機(jī)械手卸下加工完成的零件。根據(jù)示意圖，對(duì)控制系統(tǒng)提出以下要求： 控制方式：手動(dòng)、全自動(dòng)工作方式。 1.上料：按下啟動(dòng)按鈕，上料機(jī)械手前進(jìn)，將加工零件送到加緊中心，到位后加緊中心加緊零件，同時(shí)進(jìn)料裝置進(jìn)料，之后上料機(jī)械手后退并回原位。 2．加工：四個(gè)工作滑臺(tái)前進(jìn)，其中1、3工位動(dòng)力頭先加工。2、4延時(shí)一段時(shí)間后開(kāi)始加工，包括銑端面，打中心孔等等。加工完成后，各工作滑臺(tái)均退回原位。 3.動(dòng)作過(guò)程：?jiǎn)?dòng)Q0.1，上料機(jī)械手前進(jìn)，前進(jìn)到位后Q0.3得電，加緊中心加緊送來(lái)的零件，同時(shí)Q0.4得電，送料裝置送料。Q0.6得電（M0.5為1），上料機(jī)械手后退到位，Q0.7得電（M0.7為1），1，3動(dòng)力滑臺(tái)開(kāi)始前進(jìn)加工，開(kāi)始記時(shí)，時(shí)間到后，Q1.0得電，2，4動(dòng)力滑臺(tái)前進(jìn)加工，當(dāng)1，2，3，4加工到位后，Q1.1、Q1.2得電，1、2、3、4動(dòng)力滑臺(tái)后退到位。到位后Q1.3得電，下料機(jī)械手前進(jìn)到位，Q1.4、Q1.5得電，下料機(jī)械手加緊已經(jīng)加工好的零件，同時(shí)加緊中心松開(kāi)，下料機(jī)械手開(kāi)始后退到位，到位后松開(kāi)已經(jīng)加工好的零件，結(jié)束。 Q0.0得電條件：I0.0為1。 Q0.1得電條件：I1.0為1。 Q0.3、Q0.4得電條件：M0.3為1。 Q0.5得電條件：M0.5為1。 Q0.6得電條件：M0.6為1。 Q0.7條件：M0.7為1。 Q1.3得電條件：M1.0為1。 Q1.4、Q1.5得電條件：M1.1為1。 Q1.6得電條件：M1.2為1。 Q1..7得電條件：M1.3為1。 3.2根據(jù)工藝過(guò)程分析控制要求 3.2.1加工過(guò)程分析： 1.按下自動(dòng)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行方式，Q0.為1，運(yùn)行燈亮。1、3動(dòng)力滑臺(tái)前進(jìn)加工。 2. 1、3加工一段時(shí)間后Q1.0為1，運(yùn)行燈亮，2、4動(dòng)力滑臺(tái)開(kāi)始前進(jìn)加工。 3.當(dāng)1、3動(dòng)力滑臺(tái)加工到位后限位開(kāi)關(guān)常閉點(diǎn)段開(kāi)，常開(kāi)點(diǎn)閉合。2、4同理。 3.2.2操作方式 控制要求分手動(dòng)操作、自動(dòng)操作方式。 手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)每一種動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)控制。例如，上料機(jī)械手夾具夾，按下SB1，Q0.O得電為1，夾具加緊零件。 自動(dòng)操作：正常工作用，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，按順序執(zhí)行各工步動(dòng)作。 由于本次的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是，組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，手動(dòng)操作方式暫不考慮，在此只作自動(dòng)操作方式的設(shè)計(jì)。 11 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第4章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC硬件設(shè)計(jì)包括：PLC及外圍線路的設(shè)計(jì)、電氣線路的設(shè)計(jì)和抗干擾措施的設(shè)計(jì)等。選定PLC的機(jī)型和分配I/O點(diǎn)后，硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是電氣控制系統(tǒng)的原理圖的設(shè)計(jì)，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設(shè)計(jì)。電氣控制系統(tǒng)的原理圖包括主電路和控制電路?？刂齐娐分邪≒LC的I/O接線和自動(dòng)、手動(dòng)部分的詳細(xì)連接等。電器元件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器、保護(hù)電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 4.1選擇PLC機(jī)型 目前，國(guó)內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種已達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)，價(jià)格也不盡相同。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，要選擇最適宜的PLC機(jī)型，一般應(yīng)考慮下列因素： 1.系統(tǒng)的控制目標(biāo)。設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，首要的控制目標(biāo)就是：確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量等。如果要求以極高的可靠性為控制目標(biāo)，則需要構(gòu)成PLC冗余控制系統(tǒng)，這時(shí)要從能夠完成冗余控制的PLC型號(hào)中進(jìn)行選擇。 2.PLC的硬件配置。根據(jù)系統(tǒng)的控制目標(biāo)和控制類型，從眾多的PLC生產(chǎn)廠中初步選擇幾個(gè)具有一定知名度的公司，如SIEMENS,OMRON,A-B等，另一方面，也要爭(zhēng)求和聽(tīng)取生產(chǎn)廠家的意見(jiàn)。再根據(jù)被控對(duì)象的工藝要求及I/O系統(tǒng)考慮具體配置問(wèn)題。 選擇PLC硬件配置時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾方面： （1）CPU能力。CPU的能力是PLC最重要的性能指標(biāo)，在選擇機(jī)型時(shí)，首先要考慮如何配置CPU，主要從處理器的個(gè)數(shù)及位數(shù)、存儲(chǔ)器的容量及可擴(kuò)展性以及編程元件的能力等方面考慮。 （2）I/O系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少，是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須知道的參數(shù)，由于各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)所表示的確切含義有一些差異，有的表示輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)之和，有的則分別表示最大輸入點(diǎn)數(shù)和最大輸出點(diǎn)數(shù)。因此要根據(jù)實(shí)際的控制系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)，在充分考慮余量的基礎(chǔ)上配置輸入/輸出點(diǎn)。 （3）指令系統(tǒng)。PLC的種類很多，因此它的指令系統(tǒng)是不完全相同的?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)指令系統(tǒng)提出的要求，選擇相應(yīng)的PLC。PLC的控制功能是通過(guò)執(zhí)行指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，指令的數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)，這一點(diǎn)是毫無(wú)疑問(wèn)的。另一方面應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)以及PLC廠家為方便用戶利用通用計(jì)算機(jī)(IBM-PC及其兼容機(jī))編程及模擬調(diào)試而開(kāi)發(fā)的專用軟件的能力也是要考慮的問(wèn)題。 （4）響應(yīng)速度。對(duì)于以數(shù)字量控制為主的PLC控制系統(tǒng)，PLC的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不必特殊考慮。而對(duì)于含有模擬量的PLC控制系統(tǒng)，特別是含有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)，必須考慮PLC的響應(yīng)速度。 其他還要考慮電源電壓、抗噪聲性能、直流輸出電壓、環(huán)境溫度、濕度、質(zhì)量、外型尺寸等性能指標(biāo)，以及相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)、設(shè)計(jì)指導(dǎo)、系統(tǒng)維修等技術(shù)支持。 4.2 S7-200 PLC的簡(jiǎn)要介紹 根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程及控制要求，系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)共有23點(diǎn)，其中10點(diǎn)輸入，13點(diǎn)輸出。 根據(jù)要求，系統(tǒng)選用的PLC硬件選擇西門(mén)子公司的S7-200系列PLC，其中主機(jī)為CPU226，模擬量模塊為EM235。為小型控制系統(tǒng)。SIMATIC S7系列的PLC是德國(guó)西門(mén)子公司1996年推出的產(chǎn)品，它包括小型PLC S7-200、中型PLC S7-300和大型PLC S7-400。S7系列PLC產(chǎn)品的性能和使用范圍雖然各不相同，但具有很多共同特點(diǎn)，如： 1、CPU芯片已升級(jí)到Itel80486，甚至采用Pentium處理器； 2、采用模塊化設(shè)計(jì)，能按搭積木方式進(jìn)行系統(tǒng)配置，功能擴(kuò)展靈活方便； 3、有極快的處理速度，如S7-200的掃描速度為0.37us/指令； 4、有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可用多個(gè)PLC連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的過(guò)程控制系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)，也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)通信； 5、允許使用相關(guān)的程序軟件包及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)軟件，編程工具更為開(kāi)放，人機(jī)界面十分友好。 S7-200系列PLC是西門(mén)子公司推出的整體式小型可編程控制器。由于其結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大，并具有很高的性能價(jià)格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用廣泛。一臺(tái)S7-200小型PLC的主要組成部分包括一個(gè)單獨(dú)的S7-200 CPU，還可帶有各種各樣可供選擇的擴(kuò)展模塊。下面介紹本系統(tǒng)選用的CPU。 CPU226模塊。CPU226選擇型號(hào)為CPU226AC/DC繼電器。其本機(jī)集成了24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出，共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O。它可以連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。增加了通信接口數(shù)量，可以分別進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)與兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信而互不干擾，通信功能大大加強(qiáng)。CPU226可用于較高要求的控制系統(tǒng)，跟多的I/O點(diǎn)，跟強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行。 速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能使其完全適應(yīng)于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 4.3控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出分配表 表4-1PLC輸出分配表 編號(hào) 地址 符號(hào) 說(shuō)明 功能 1 Q0.0 YV1 電磁閥 上料機(jī)械手夾具 夾緊 2 Q0.1 YV2 電磁閥 上料機(jī)械手 前進(jìn) 3 Q0.2 HL 報(bào)警燈 夾具檢測(cè) 4 Q0.3 YV3 電磁閥 夾具中心夾 5 Q0.4 KM 送料電機(jī) 備料 6 Q0.5 YV4 電磁閥 上料機(jī)械手夾具 松開(kāi) 7 Q0.6 YV5 電磁閥 上料機(jī)械手 后退 8 Q0.7 YV6 電磁閥 1,3滑臺(tái)前進(jìn) 加工 9 Q1.0 YV7 電磁閥 2,4滑臺(tái)前進(jìn) 加工 10 Q1.1 YV8 電磁閥 1,3滑臺(tái)后退 11 Q1.2 YV9 電磁閥 2,4滑臺(tái)后退 12 Q1.3 YV10 電磁閥 下料機(jī)械手 前進(jìn) 13 Q1.4 YV11 電磁閥 下料機(jī)械手夾具 夾緊 14 Q1.5 YV12 電磁閥 夾緊中心松開(kāi) 15 Q1.6 YV13 電磁閥 下料機(jī)械手 后退 16 Q1.7 YV14 電磁閥 下料機(jī)械手松開(kāi) 表4-2PLC輸入分配表 編號(hào) 地址 符號(hào) 說(shuō)明 功能 1 I0.0 SB1 按鈕 上料機(jī)械手夾具夾 2 I0.1 SB2 按鈕 夾緊中心夾緊并送料 3 I0.2 SB3 按鈕 上料機(jī)械手松 4 I0.3 SB4 按鈕 上料機(jī)械手后退 5 I0.4 SB5 按鈕 1,3滑臺(tái)前進(jìn)加工 6 I0.5 SB6 按鈕 下料機(jī)械手前進(jìn) 7 I0.6 SB7 按鈕 夾具夾，夾緊中心松 8 I0.7 SB8 按鈕 下料機(jī)械手后退 9 I1.0 感應(yīng)開(kāi)關(guān) 對(duì)上料機(jī)械手夾具 進(jìn)行檢測(cè) 10 I1.1 SQ1 限位開(kāi)關(guān) 上料機(jī)械手前進(jìn) 限位開(kāi)關(guān) 11 I1.2 SQ2 限位開(kāi)關(guān) 上料機(jī)械手后退 限位開(kāi)關(guān) 12 I1.3 SQ3 限位開(kāi)關(guān) 1,3滑臺(tái)前進(jìn) 限位開(kāi)關(guān) 13 I1.4 SQ4 限位開(kāi)關(guān) 2,4滑臺(tái)前進(jìn) 限位開(kāi)關(guān) 14 I1.5 SQ5 限位開(kāi)關(guān) 1,3滑臺(tái)后退 限位開(kāi)關(guān) 15 I1.6 SQ6 限位開(kāi)關(guān) 2,4滑臺(tái)后退 限位開(kāi)關(guān) 16 I1.7 SQ7 限位開(kāi)關(guān) 下料機(jī)械手前進(jìn) 限位開(kāi)關(guān) 17 I2.0 SQ8 限位開(kāi)關(guān) 下料機(jī)械手后退 限位開(kāi)關(guān) 18 I2.1 SB9 按鈕 下料機(jī)械手松開(kāi) 19 I2.5 SB10 按鈕 手動(dòng) 20 I2.6 SB11 按鈕 自動(dòng) 21 I2.7 SB12 按鈕 復(fù)位 4.4PLC硬件連接圖 圖4-1PLC接線圖 18 第5 章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 對(duì)于電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)就是用梯形圖編寫(xiě)控制程序，可采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或邏輯設(shè)計(jì)法。對(duì)于控制規(guī)模比較大的系統(tǒng)，可根據(jù)工藝流程圖，將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的轉(zhuǎn)換條件，配合分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能，以便很容易地轉(zhuǎn)換為梯形圖設(shè)計(jì)。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器控制線路的改造，可根據(jù)原系統(tǒng)的控制線路圖，將某些橋式電路按照梯形圖的編程規(guī)則進(jìn)行改造后。直接轉(zhuǎn)換為梯形圖。這種方法設(shè)計(jì)周期短，修改、調(diào)試程序簡(jiǎn)單方便。軟件設(shè)計(jì)可以與現(xiàn)場(chǎng)施工同步進(jìn)行，以縮短設(shè)計(jì)周期。 PLC提供的編程語(yǔ)言有梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖等。其中，梯形圖語(yǔ)言是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)： 　 （1）它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 　 （2）梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 　 （3）梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 　 （4）內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。 　 （5）PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)作條件使用。 5.1控制流程圖設(shè)計(jì) 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要先繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明各動(dòng)作間的順序關(guān)系和各動(dòng)作發(fā)生的條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)也可以省去這一步。根據(jù)流程圖，我們可以將整個(gè)控制系統(tǒng)分成若干個(gè)基本功能塊，然后逐個(gè)設(shè)計(jì)基本功能塊的梯形圖，最后，把各個(gè)梯形圖按順序組合起來(lái)，再根據(jù)梯形圖編制程序清單（語(yǔ)句表），既方便快捷，又清晰易懂。 下料機(jī)械手前進(jìn) 下料機(jī)械手后退 下料機(jī)械手松開(kāi) 結(jié) 束 夾具夾緊，夾緊中心松開(kāi) 1,2,3,4滑臺(tái)后退 上料機(jī)械手前進(jìn) 2,4滑臺(tái)前進(jìn)加工 1,3滑臺(tái)前進(jìn)加工 上料機(jī)械手后退 上料機(jī)械手松開(kāi) 夾緊中心夾緊并送料 自 動(dòng) 上料機(jī)械手夾具夾緊 圖5-1控制流程圖 5.2梯形圖的分解闡述 在充分理解工藝流程圖和控制要求后，依據(jù)系統(tǒng)的I/O配置，編制系統(tǒng)的程序。所有的PLC編程環(huán)境都支持助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，有些PLC編程軟件也支持功能塊語(yǔ)言和順序功能圖，而使用高級(jí)語(yǔ)言為PLC程序設(shè)計(jì)環(huán)境的較少。在所有的PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，使用最多的是梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其梯形圖及語(yǔ)句表見(jiàn)附錄。下面對(duì)梯形圖進(jìn)行分解闡述： 1、手、自動(dòng)切換程序設(shè)計(jì) 四面銑控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，在手動(dòng)控制時(shí)，各種動(dòng)作都是用按鈕來(lái)控制的。如果要用自動(dòng)工作方式， 我們必須設(shè)置復(fù)位按鈕。以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的轉(zhuǎn)換。其程序如圖5-2所示。 圖5-2手、自動(dòng)切換程序圖 當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)，輸入點(diǎn)I2.5接通，PLC內(nèi)部繼電器M0.0得電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)的互鎖。同理，若選擇自動(dòng)方式，則輸入點(diǎn)I2.6接通，常開(kāi)點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)與手動(dòng)的互鎖。在手動(dòng)和自動(dòng)選擇程序時(shí)候，我們必須設(shè)置一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)，即是I2.7，無(wú)論是手動(dòng)變自動(dòng)還是自動(dòng)變手動(dòng)我們都要使I2.7接通一下。 2、上料機(jī)械手夾具夾程序設(shè)計(jì)如圖5-3所示 圖5-3上料手夾具夾緊程序圖 當(dāng)M0.1為1時(shí)，線圈Q0.0得電為1，上料機(jī)械手夾具夾緊需加工的零件。 3、報(bào)警程序設(shè)計(jì)如圖5-4所示 圖5-4報(bào)警程序圖 我們?cè)谏狭蠙C(jī)械手夾具上安裝有一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)夾具在一定時(shí)間內(nèi)夾到零件，感應(yīng)開(kāi)關(guān)就閉合，I1.0閉合，線圈Q0.1得電為1，上料機(jī)械手開(kāi)始前進(jìn)。當(dāng)夾具在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有夾到需要加工的零件，I1.0斷開(kāi)，線圈Q0.2得電為1，報(bào)警燈開(kāi)始閃爍。 4、上料機(jī)械手前進(jìn)程序設(shè)計(jì)如圖5-5所示 圖5-5上料手前進(jìn)程序圖 當(dāng)I1.0為1時(shí)，線圈Q0.1得電為1，上料機(jī)械手前進(jìn)并到位。 5、夾緊中心夾緊及送料裝置程序設(shè)計(jì)如圖5-6所示 圖5-6夾緊中心夾緊程序圖 當(dāng)上料機(jī)械手前進(jìn)到位時(shí)，若M0.3為1時(shí)，線圈Q0.3和Q0.4得電為1，夾緊中心夾緊上料機(jī)械手送過(guò)來(lái)的零件，同時(shí)送料裝置開(kāi)始送料。 6、上料機(jī)械手夾具松開(kāi)零件程序設(shè)計(jì)如圖5-7所示 圖5-7上料手夾具松開(kāi)程序圖 當(dāng)M0.5為1時(shí)，線圈Q0.5得電為1，上料機(jī)械手夾具松開(kāi)零件。 7、上料機(jī)械手后退程序設(shè)計(jì)如圖5-8所示 圖5-8上料手后退程序圖 當(dāng)M0.6為1時(shí)，線圈Q0.6得電為1，上料機(jī)械手后退到位。 8、1,2,3,4滑臺(tái)的啟動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)如圖5-9所示 圖5-9滑臺(tái)啟動(dòng)程序圖 當(dāng)M0.7為1時(shí)，線圈Q0.7得電，1,3滑臺(tái)開(kāi)始啟動(dòng)加工，同時(shí)時(shí)間繼電器T38開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，時(shí)間繼電器的常開(kāi)點(diǎn)閉合，線圈Q1.0的電，2,4滑臺(tái)開(kāi)始啟動(dòng)加工。 9、1,2,3,4滑臺(tái)的后退程序設(shè)計(jì)如圖5-10所示 圖5-10滑臺(tái)后退程序圖 當(dāng)1,2,3,4電機(jī)加工到位時(shí)，I1.3,I1.4的常閉點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)點(diǎn)閉合，線圈Q1.1,Q1.2得電并自鎖，電機(jī)后退并到位。 10、下料機(jī)械手前進(jìn)程序設(shè)計(jì)如圖5-11所示 圖5-11下料手后退程序圖 當(dāng)M1.1為1時(shí)，線圈Q1.3得電為1，下料機(jī)械手開(kāi)始前進(jìn)并到位 11、下料機(jī)械手夾具夾緊及夾緊中心松程序設(shè)計(jì)如5-12所示 圖5-12下料手夾具夾緊及夾緊中心松開(kāi)程序圖 當(dāng)M1.1為1時(shí)，線圈Q1.4得電，常開(kāi)點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖，同時(shí)線圈Q1.5得電為1，使夾緊中心松開(kāi)一斤加工好的零件。 12、下料機(jī)械手后退程序設(shè)計(jì)如圖5-13所示 圖5-13下料手后退程序圖 當(dāng)M1.2為1時(shí)，線圈Q1.6得電為1，其常開(kāi)點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖。下料機(jī)械手開(kāi)始后退并到位。 13、下料機(jī)械手夾具松開(kāi)程序設(shè)計(jì)如圖5-14所示 圖5-14下料手夾具松開(kāi)程序圖 當(dāng)下料機(jī)械手后退到位后，II2.0的常閉點(diǎn)斷開(kāi)，敞開(kāi)點(diǎn)閉合，線圈Q1.7得電，下料機(jī)械手夾具松開(kāi)已經(jīng)加工好的零件。 第6章 仿真模擬 通個(gè)以上的設(shè)計(jì)流程，本次設(shè)計(jì)到此已算基本完成。但根據(jù)學(xué)校的設(shè)計(jì)要求，還必須對(duì)程序進(jìn)行仿真調(diào)試，看自己所設(shè)計(jì)編寫(xiě)的程序是否正確，及能否正常的運(yùn)行。 按要求，仿真調(diào)試應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室來(lái)完成，但由于條件有限，只能私下進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)中所采用的是西門(mén)子S7—2000系列，而此系列仿真軟件只有英文版，但因能力有限，未能運(yùn)用本軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，最后只好用組態(tài)王軟件進(jìn)行仿真?？捎捎诮M態(tài)王是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，只能通過(guò)其輸出的可視化監(jiān)控畫(huà)面的畫(huà)顯示，來(lái)判斷所設(shè)計(jì)的程序的合理性。 由于自己的能力有限，本設(shè)計(jì)還存在一些不足及缺陷，有些控制動(dòng)作未能按當(dāng)初所設(shè)想的那樣，理想的運(yùn)行！最后由于對(duì)軟件的掌握運(yùn)用能力、時(shí)間、及實(shí)驗(yàn)條件等因素限制，導(dǎo)致本次仿真模擬未能順利的進(jìn)行下去。 圖6-1組態(tài)模擬圖 27 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 結(jié)　論 本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了控制要求。 利用梯形圖程序可以很直觀的看出運(yùn)行過(guò)程，利用可編程控制器控制加工中心，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。當(dāng)控制工藝有所增加時(shí)，硬件接線上只需增加工藝的相應(yīng)輸入信號(hào)，軟件上只需要增加相應(yīng)工藝的功能，要改動(dòng)的地方很少。雖有所不足之處，但結(jié)果證明在適應(yīng)性、精確性和可靠性等方面，都基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，表明該設(shè)計(jì)方案還是可行的。 謝 辭 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我鞏固了三年來(lái)的所學(xué)，此次設(shè)計(jì)涉及到很多的知識(shí)，如機(jī)床、PLC、西門(mén)子程序編程等等。使我學(xué)到了更多實(shí)用的知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)進(jìn)行的一次最好的復(fù)習(xí)與總結(jié)。讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的重要性，深知學(xué)習(xí)更是伴隨其一生的事。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，指導(dǎo)老師黨保華老師多次給予我指導(dǎo)，給予我很大幫助和鼓勵(lì)。從老師身上學(xué)到了許多課本上所學(xué)不到的東西，這些對(duì)我今后不論是參加工作還是學(xué)習(xí)都是非常寶貴的。在此衷心的感謝他對(duì)我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所進(jìn)行的耐心輔導(dǎo)與幫助。 同時(shí)，在此次設(shè)計(jì)中一些同學(xué)給予了很多的幫助，正是在他們的幫助與鼓勵(lì)下，使我度過(guò)了一次次難關(guān)，在此也要向他們真誠(chéng)的說(shuō)聲謝謝！ 這次設(shè)計(jì)有些地方可能還不是很完善，還有些缺漏，但卻是根據(jù)自身的能力和實(shí)際條件來(lái)盡力完成的。通過(guò)這手設(shè)計(jì)使我對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和動(dòng)手的能力都有所提升。再次，對(duì)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師及幫助過(guò)的那些同學(xué)們，深表感謝！ 29 參考文獻(xiàn) [1] 廖常初. 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But, when the production environment is too bad, the electromagnetic interference is special intense, or installs uses improper, cannot guarantee PLC the normal operation, therefore should pay attention to the following question in the use. First, working conditions (1) Temperature The PLC requests ambient temperature when 0~55℃, installs cannot place under the calorific capacity big part, all around ventilates the radiation the space to be big enough, between the elemental area and the expansion unit must have above 30mm to be separated; On the switch cabinet, lower part should have the well ventilated louver, prevents the sunlight direct radiation; If the environment surpasses 55℃, must install the el