1332-基于PLC臥式雙面組合鉆床設計

1332-基于PLC臥式雙面組合鉆床設計,基于,plc,臥式,雙面,組合,鉆床,設計 畢業(yè)設計(論文) 說明書1摘 要組合機床及其自動線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)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。本文對可編程序控制器（PLC）應用于雙面鉆孔組合機床電氣控制系統(tǒng)的設計思想作了介紹。對系統(tǒng)的硬件組成和軟件設計作了較為詳細的闡述。通過上位計算機可對機床的現場狀態(tài)實施監(jiān)控和對工作參數進行調整，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。近幾年來的現場應用情況表明，該PLC 控制系統(tǒng)工作可靠，操作方便，提高了工效。關鍵詞：PLC；組合機床；步進梯形指令(STL)。畢業(yè)設計(論文) 說明書2AbstractCombination machine tools and automatic line is a comprehensive collection and integration of high degree of automation in the manufacturing technology and process equipment packages. It is characterized by highly efficient, high quality, economical and practical, they have been widely used for mechanical engineering, communications, energy, industry, light industry, and home electrical appliances industry. Our traditional combination machine tools and machine tool portfolio automatically routes primarily use machines, electricity, gas, hydraulic control, and its processing is targeted at the production lot larger-and medium-bold type and Zhou Lei parts and complete drilling, reaming, cut Kong, the processing of thread, boring, cars carry noodles and protrude Taiwan in Conedera smooth-bore various shapes shafts and horizontal Xianxiao and shape face. As technology advances, a new portfolio of machine tools -- soft combination machine tools increasingly been favored, it applied a line box, convertible main boxes, coding and cutlery accompanying jig automatic replacement, coupled with programmable controller (PLC), numerical control (NC), to arbitrarily change the work cycle control and drive systems, and the flexibility to adapt to the multi-species processing scale variable portfolio tools.This article mainly introduces the design thought of PLC applying for Modular Machine Tool electronic control 畢業(yè)設計(論文) 說明書3system. It gives a detailed statement on the components of the system hardware and design of software. detail. The machine tool state can be monitored and the parameter can be adjusted in the site by top-computer, and enabling the system to have optimal property. Recent application on spots shows: this PLC controlling system works reliably, operates conveniently and effectively.Keywords: PLC； Modular Machine Tool；STL畢業(yè)設計(論文) 說明書4目 錄1 緒 論 ..............................................................................................................51.1 課題背景 .............................................................................................51.1.1 組合機床的國內外現狀 ..........................................................61.1.2 PLC 控制技術的國內外現狀 ...................................................71.2 組合機床的概述 ..................................................................................91.2.1 組合機床的 概念 ......................................................................91.2.2 雙面組合鉆床的介紹 ..............................................................91.3 可編程序控制器及應用 ....................................................................101.3.1 可編程序控制器概述 ............................................................101.3.2 可編程控制器的結構和工作方式 ........................................111.3.3 三菱 F2 系列 PLC 及其指令系統(tǒng) .........................................151.4 PLC 控制系統(tǒng)設計存在的問題 ......................................................161.5 課題內容及其研究目標 ....................................................................172 系統(tǒng)設計的總體方案 ..................................................................................192.1 系統(tǒng)總體設計思想及優(yōu)選方案的確定 ............................................192.1.1 臥式雙面組合鉆床電氣控制系統(tǒng)的構成 ............................192.1.2 系統(tǒng)的功能要求 ....................................................................192.1.3 PLC 控制系統(tǒng)的特點 .............................................................202.1.4 PLC 控制技術的總體設計思想 .............................................222.2 關鍵技術及主要研究任務 ................................................................243 系統(tǒng)的控制方法及 PLC 控制程序的編寫 .................................................263.1 雙面組合鉆床的動作循環(huán) ................................................................263.2 組合鉆床電氣控制原理圖的繪制 ....................................................293.2.1 PLC 輸入/輸出端子分配整體圖 ............................................293.2.2 組合鉆床電氣控制原理圖的繪制 ........................................293.3 PLC 控制程序的編寫 .........................................................................303.3.1 可編程控制器的選取 ............................................................303.3.2 PC 的 I/O 地址分配 .............................................................333.3.3 PLC 狀態(tài)圖及梯形圖（程序）的設計 .................................364 提高可編程序控制器可靠性措施分析 .......................................................42結 論 ..............................................................................................................53謝 辭 ..............................................................................................................54參考文獻 ..........................................................................................................55畢業(yè)設計(論文) 說明書51 緒 論1.1 課題背景我國加入 WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。組合機床行業(yè)企業(yè)適時調整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現了產、銷兩旺的良好勢頭，截至 2002 年 9 月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產品一項，據不完全統(tǒng)計產量已達 800 余臺，產值達 3 個億以上，較 2001 年同比增長了 10%以上, 另外組合機床行業(yè)工業(yè)增加值、產品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經濟指標均有不同程度的增長，新產品、新技術較上年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。組合機床及其 PLC 電氣控制系統(tǒng)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)的組合機床及組合機床電氣控制系統(tǒng)主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額） ，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC） 、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。因此，為適應市場要求，適應組合機床由過去的“剛性”機床結構，畢業(yè)設計(論文) 說明書6向“柔性”化方向發(fā)展的趨勢，我設計了這套“雙面組合鉆床 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設計” ，希望能夠滿足用戶的需要，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。1.1.1 組合機床的國內外現狀近兩年雖然組合機床行業(yè)產銷呈現上升趨勢，但行業(yè)內一些企業(yè)同樣存在負債經營的情況，主要原因是傳統(tǒng)的組合機床產品不能滿足用戶柔性化、高精度、短周期的市場需求，同時組合機床行業(yè)一些企業(yè)存在現代化管理水平低、人才流失嚴重、科研成果不能迅速轉化為生產力等缺陷。為此出現如下幾點須待改進的現狀：（1）提高現代化管理水平。中國加入 WTO 后，迫切要求企業(yè)提高現代化管理水平，進一步深化企業(yè)內部改革，建立健全適應市場經濟的運行機制， “建立企業(yè)的科學的管理體制，做到集權有道、分權有序、授權有章、用權有度的責權利內在統(tǒng)一的有機結合，是提高企業(yè)控制力所必須的。 ”要徹底改變落后的體制，必須樹立全球化經營理念，提高國際市場競爭能力，建立市場快速反應機制，以適應日趨發(fā)展的市場需求。（2）亟待提高企業(yè)創(chuàng)新能力。企業(yè)的生存，關鍵在于產品的生命力。已步入電子時代的今天，傳統(tǒng)的組合機床已經不能適應高速發(fā)展的國內外市場需要，這就要求企業(yè)必須適應科學技術的飛速發(fā)展，建立技術創(chuàng)新體系，推進企業(yè)的技術進步，加速向柔性化、數控化、高精度、短周期方向發(fā)展，提高組合機床適用范圍和市場覆蓋面；同時實施名牌戰(zhàn)略，爭創(chuàng)世界品牌, 加速我國組合機床的發(fā)展進程，使我國組合機床行業(yè)企業(yè)在世界制造領域里立于不敗之地。（3）企業(yè)發(fā)展、技術創(chuàng)新和管理水平的提高都需要高技術人才。在全球化經濟格局不斷明朗的今天，人才爭奪戰(zhàn)已滲透到各個領域，組合機床行業(yè)應適時把握國際大環(huán)境，廣招高技術人才、高技能工人?，F在企業(yè)尤其缺少高技能工人，專家指出，目前我國企業(yè)產品平均合格率僅畢業(yè)設計(論文) 說明書7為 7 成，不良產品每年損失近 2000 億元，而其中 50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立強大的技術生力軍，不斷更新知識，更新觀念，依靠優(yōu)秀的高技術人才、高技能工人，加快企業(yè)信息化建設，是企業(yè)發(fā)展的必由之路。綜上所述，組合機床行業(yè)企業(yè)一要開展科技攻關，攻克當前行業(yè)企業(yè)技術發(fā)展上的難題；二要加強與國外的合資合作，利用和學習國外的先進技術，提高企業(yè)的現代化管理水平和技術水平；三要通過對引進技術的消化吸收進行再創(chuàng)新，發(fā)展自己的產品。通過我們的努力，使我國真正由制造大國變成制造強國。1.1.2 PLC 控制技術的國內外現狀世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數字設備公司（DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20 世紀 70 年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的 PLC 為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。 20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這畢業(yè)設計(論文) 說明書8標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了 PLC 的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的 CF 系列、杭州機床電器廠生產的 DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應用天地。21 世紀，PLC 會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng) DCS（Distributed Control System）畢業(yè)設計(論文) 說明書9中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。1.2 組合機床的概述1.2.1 組合機床的概念以獨立的通用部分為基本組成的專用機床，一般叫做組合機床。組合機床是由許多預制的通用部分及少量的專用部分組成的，它能從多面，多工位，多軸對一個或幾個工件同時進行加工，和一般的萬能機床相比，具有設計制造周期短，成本低，自動化程度高，加工效率高，加工質量穩(wěn)定，減輕工人勞動強度等優(yōu)點。在機械制造工業(yè)中，裝備新企業(yè)或對老企業(yè)進行技術改造，采用組合機床及其自動線，是發(fā)展生產，提高質量的有效途徑之一。 這種機床利用總的電氣系統(tǒng)將各個部分的工作聯合成一個統(tǒng)一的循環(huán)。由于機床的各個部件都設計成能獨立存在的，因此有可能按照一定的特點將類似用途的部件編成系列型譜，進一步完善和驗證其結構，并在此基礎上建立合理的規(guī)格尺寸系列，實現通用化。1.2.2 雙面組合鉆床的介紹臥式雙面組合鉆床由床身、夾具、液壓操縱箱、主軸箱、電氣柜、冷卻裝置等組成。其中主軸箱是用于按各主軸所相互要求的距離來布置主軸，并將所須的轉數傳給主軸。布置在一個主軸箱內的主軸數決定于被加工零件的結構，有時可達幾十根。裝到個主軸箱上的刀具可以在尺寸或用途上都相同，或者不同。電氣柜是我畢業(yè)設計的重點，它承擔了整個機床的控制系統(tǒng),當我們要用這臺機床加工工件的時候,只要把相應的程序輸入然后按照機床的工作順序啟動,機床就會按照我門所要求的工件類型進行加工了。雙面鉆孔組合機床是針對在工件兩相對表面進行鉆畢業(yè)設計(論文) 說明書10孔加工而設計的一種高效自動化專用加工設備，其基本結構是：兩個動力滑臺對面布置，安裝在標準側底座上，刀具電動機固定在滑臺上，中間底座上裝有工件定位、夾緊裝置。該雙面鉆孔組合機床采用電動機驅動和液壓系統(tǒng)驅動相結合的驅動方式，其控制過程是典型的順序控制，若采用可編程控制器(PLC)來構成其電氣控制系統(tǒng)，則電氣系統(tǒng)具有體積小、維修量少、工作可靠、操作簡單并能適應控制要求等優(yōu)點。機床上有四臺電動機：液壓泵電動機 M1，左刀具電動機 M2，右刀具電動機 M3，冷卻泵電動機 M4。電動機 M2，M3 分別拖動左，右動力滑臺上主軸箱的刀具主軸提供切削主運動。左，右動力滑臺的進給運動和工件的定位，加緊，放松，均由電氣-液壓聯合控制。1.3 可編程序控制器及應用1.3.1 可編程序控制器概述可編程序控制器（Programmable Controller）通常也簡稱可編程控制器，PC 或 PLC?？删幊绦蚩刂破鞯漠a生和其他的控制裝置類似，生產的實際需要是他產生的根本原因，計算機技術，電器制造技術，電力電子器件制造技術以及現代控制理論等相關技術和學科的快速發(fā)展是它產生的物質及理論基礎。早期的可編程序控制器功能單一，僅有邏輯運算，計時，計數等順序控制功能，主要完成開關量控制。所以但是將可編程序控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller） 。在我過的一些文獻上，可編程控制器有叫 PC 的 ，也有沿用它的老名稱 PLC 的?？紤]到 PC 又是個人計算機的簡稱，為避免混淆，也有人建議可編程控制器采用 PLC 為好。當然，當代的 PLC 已不再是強調邏輯控制的意思，而是泛指具有各種功能的可編程序控制器了。本文中采用 PLC 為可變成序控制器的縮寫名稱?？删幊绦蚩刂破骷夹g發(fā)展很快，因此給它下一個確切的定義顯得很困難。歷史上曾經有過幾個動議，比較權威的是國際電工委員會（IEC）畢業(yè)設計(論文) 說明書11在 1987 年 2 月頒布的第三稿中對可編程控制器的定義是：“可編程控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作指令，并通過數字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴展其功能的原則設計” 。由定義可以看出，可編程序控制器實質上是一臺專為工業(yè)環(huán)境下運行的工業(yè)計算機，由于其面向用戶的指令系統(tǒng)，使得它的應用非常方便。還由于它具有數字量或模擬量的輸入輸出能力，使得它特別使用于各種工業(yè)設備的控制。1.3.2 可編程控制器的結構和工作方式不同生產廠家的 PLC 盡管品種規(guī)格各異，各有個的特點，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的實時工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，都是硬件和軟件兩部分組成?？删幊炭刂破髦饕兄醒胩幚韱卧–PU） 、存儲器（RAM、ROM） 、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾部分組成，其結構框圖如下：畢業(yè)設計(論文) 說明書12圖 1-1 PLC 的基本結構中央處理單元（CPU）可編程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器（如8086、8080、80286、80386 等） 、單片機（如 8031、8096 等） 、位片式微處理器（如 AM2900、AM2901 等） ?？删幊炭刂破鞯臋n次越高，CPU 的位數越多，運算速度越快，功能指令越強。本提升系統(tǒng)中采用的三菱FX2 系列的可編程控制器，其微處理器是 16 位的 8096 單片機。存儲器可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。常用的存儲器有 CMOS RAM、EPROM。CMOSRAM 是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數據區(qū)，存放在 RAM 中的用戶程序可方便地修改。CMOS RAM 存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器。輸入輸出單元（I/O 單元）實際生產過程中的信號是多種多樣的，外部執(zhí)行機構所需的電平也是不同的，而 PLC 的中央處理單元所處理的信號只能是標準電平，正是通過輸入輸出單元來實現這些信號的轉換，I/O 單元實際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件，輸入輸出口有良好的電隔離和濾波作用。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開關、按鈕、傳感器等，其輸出器件往往是電磁閥，接觸器，繼電器等。而繼電器有交流型和直流型，高壓型和低壓型之分，電壓型和電流型。1.輸入接口電路各種 PLC 的輸入電路大都基本相同，通常有三種類型。直流（12-24）v 輸入，交流（100-120）v 輸入，交直流（12-24）v 輸出，外界輸入器件可以是無源觸點或者是有源傳感器的集電極開路的晶體管。這些畢業(yè)設計(論文) 說明書13外部輸入器件是通過 PLC 輸入端子與 PLC 相連的，PLC 輸入電路有光電耦合隔離，并沒有 RC 濾波器，用以消除觸點的抖動和外部噪聲干擾。當輸入開關閉合時一次電路中流過電流。輸入指示燈亮，光電耦合器被激勵，三極管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，這是一個數據輸入的過程。2.輸出接口電路PLC 的輸出有三種：繼電器輸出，晶體管輸出，晶閘管輸出。其中繼電器輸出最常用。當中央處理單元有輸出時，接通或者斷開輸出電路中繼電器的線圈，繼電器的接點閉合或者斷開，通過該接點控制外部負載電路的通斷。很顯然繼電器輸出是利用了繼電器的接點和線圈將 PLC內部電路與外部負載電路進行隔離。PLC 的工作方式有掃描工作方式，其中順序掃描的工作方式是 PLC的基本工作方式，現以循環(huán)掃描的工作方式加以說明，其掃描過程如下：畢業(yè)設計(論文) 說明書14圖 1-2 PLC 的內部掃描過程整個掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段 ，全過程掃描一次所需要的時間稱為掃描周期。內部處理階段，PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。在通信服務階段，PLC 與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等。當 PLC 處于停止（STOP）狀態(tài)時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在 PLC 處于運行（RUN）狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。①輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通電斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內存中所對應的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內容不會發(fā)生改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。②程序執(zhí)行：根據 PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左右后上下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉指令時則根據跳轉條件是否滿足決定程序的跳轉地址。用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC 輸出映像寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)。根據用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關器件寄存器中，對每個器件而言，器件映像寄存器中所存的內容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。③輸出處理：程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，既器件映像寄存器中的寄存器狀態(tài)。在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。掃描周期是 PLC 一個很重要的指標，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC 的掃描時間取決于掃描速度和用戶程序的長短，畢業(yè)設計(論文) 說明書15毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)常是可以接受的，PLC 的響應滯后是允許的。但是對某些 I/O 快速響應的設備，則應采取相應的處理措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速計數器模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響 I/O 滯后的主要原因有：輸入濾波器的慣性、輸出繼電器接點的慣性、程序執(zhí)行的時間、程序設計不當的附加影響等。對用戶來說選擇一個 PLC，合理的編制程序是縮短響應的關鍵。1.3.3 三菱 F2 系列 PLC 及其指令系統(tǒng)PLC 基本編程指令有 20 種,列表如下指令名稱 指令助記號 功 能取指令 LD 運算開始取反指令 LDI 運算開始與 AND 串聯接點與非 ANI 串聯接點或 OR 并聯接點或非 ORI 并聯接點電路塊與 ANB 電路塊串聯電路塊或 ORB 電路塊并聯輸出 OUT 線圈驅動指令名稱 指令助記號 功 能置位 SET 線圈接通保持畢業(yè)設計(論文) 說明書16空操作 NOP 無動作復位 RST 線圈接通清除上升脈沖 PLS 檢測上升沿下降脈沖 PLF 檢測下降沿主控 MC 公共串接用線圈主控復位 MCR 公共串接用清除進棧 MPS 運算記憶讀棧 MRD 記憶讀出出棧 MPP 記憶讀出及復位結束 END 程序結束1.4 PLC 控制系統(tǒng)設計存在的問題PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門?，F代PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算） 、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。畢業(yè)設計(論文) 說明書17雖然 PLC 擁有上述許多優(yōu)點，并且在很多領域 PLC 的控制技術也是世界上控制技術最高的電氣控制技術，但是在組合機床上的電氣控制系統(tǒng)還不是相當的完善，還有很多的發(fā)展前景。組合機床是許多工業(yè)生產中不可缺少的零件加工機器。擁有高技術，高效率，高精度的加工技術對一個機床的加工企業(yè)來說無疑是關系企業(yè)生死存亡的關鍵大事，而要真正改變機床的加工技術，電氣控制系統(tǒng)的設計就成為組合機床開發(fā)的主要目標，所以現在許多廠家都開始注重電氣控制系統(tǒng)的合理設計及優(yōu)化改造?，F代組合機床的發(fā)展與現代力學傳動及其控制書的發(fā)展密切相關。根據加工工件的加工要求不同，組合機床也有很大的不同，而組合機床在傳動方式上又分為液動和氣動。我所設計的組合機床采用液壓傳動的方式。在電氣控制系統(tǒng)中 PLC 的選取由為重要，我所設計的電氣控制系統(tǒng)采用日本三菱系列的可編程控制器。因為在所有教材資料中對三菱系列的可編程控制器介紹的相當稀少 ，所以現在對三菱系列的可編程控制器認識還不是特別全面，可能會影響設計的最終效果，但我的想法是把三菱系列的可編程控制器多應用到實際生產當中。但是理論上的設計總是與實際生產之間有一定的差異，要真正的做到理論與實踐精確的結合確實存在著很大的困難，本次設計因為對實際組合鉆床缺少實際的認識，在設計電氣控制系統(tǒng)時一定會存在精確度上的問題，希望老師再次批評指正。1.5 課題內容及其研究目標畢業(yè)設計題目是“雙面鉆孔組合機床 PLC 控制設計” ，從題目可以看出這個畢業(yè)設計的重點是用 PLC 設計電氣控制系統(tǒng)。而作者設計的是組合鉆床的控制系統(tǒng)，作者設計的電氣控制系統(tǒng)要能使鉆床完成當把工件放好之后自動加緊工件并按照可編程控制器中的程序來加工工件。在這里重要的是如何用 PLC 設計控制系統(tǒng)，在做這個設計之前我首先了解了畢業(yè)設計(論文) 說明書18組合機床的由來和組合機床的傳動分類。另外還了解了一些組合機床的電氣控制主回路圖，并認真學習了機床電氣控制線路圖的識圖技巧等。針對課題，首先，學習了臥式雙面組合鉆床的配置和結構，臥式雙面組合鉆床由床身、夾具、液壓操縱箱、主軸箱、電氣柜、冷卻裝置等組成。其中主軸箱是用于按各主軸所相互要求的距離來布置主軸，并將所須的轉數傳給主軸。布置在一個主軸箱內的主軸數決定于被加工零件的結構，有時可達幾十根。裝到個主軸箱上的刀具可以在尺寸或用途上都相同，或者不同。電氣柜是畢業(yè)設計的重點，它承擔了整個機床的控制系統(tǒng),當我們要用這臺機床加工工件的時候,只要把相應的程序輸入然后按照機床的工作順序啟動,機床就會按照我門所要求的工件類型進行加工了。我本文設計的是臥式雙面組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)，所以要研究一套適合這種類型的機床的電氣控制系統(tǒng)。一般來說機床的創(chuàng)新在結構上并沒有任何原則性的變化，主要的是控制系統(tǒng)的完善。所以，要研究一種最直接最有效的電氣控制方法，使機床能夠完成雙面鉆孔的動作。而這套電氣控制方法研究重點需要我首先解決用哪種語言來編寫組合鉆床的控制程序及如何編寫所需要的程序?？删幊炭刂茪庥?OMRON 和三菱及西門子等幾種可編程控制器。打算用三菱可編程控制器為主。在完成可編程控制器的選擇之后，要著手解決的是程序的編寫，當把程序編好之后并存儲到可編程控制器中，這樣所設計的電氣控制系統(tǒng)就完成了。這樣整個臥式雙面組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)就設計完成了，用這套控制系統(tǒng)就能夠滿足大部分生產廠家對工件鉆孔的要求。畢業(yè)設計(論文) 說明書192 系統(tǒng)設計的總體方案2.1 系統(tǒng)總體設計思想及優(yōu)選方案的確定本系統(tǒng)是根據許多前輩設計組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)的基礎上，依據許多先進的可編程控制器技術綜合完成本次雙面組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)的設計。本章主要介紹系統(tǒng)的總體設計思想及可編程控制器的設計原則。2.1.1 臥式雙面組合鉆床電氣控制系統(tǒng)的構成結合許多文獻資料本節(jié)主要介紹組合機床的電氣控制系統(tǒng)的一般構成及在設計電氣控制系統(tǒng)時的一般過程。雙面組合機床的電氣控制系統(tǒng)一般包括：PLC，接觸器，各種開關觸點等。在設計雙面組合鉆床電氣控制系統(tǒng)的時候，一般要通過如下過程：詳細了解機床工作循環(huán)及互鎖要求；熟悉雙面組合鉆床及 PLC 中各種通用及專用部件的動作過程及其對電氣控制系統(tǒng)的要求；對液壓控制系統(tǒng)也要有一定的了解，同時要掌握電磁鐵的工作特性，有關數據及其接通表；了解機床及其電氣控制控制系統(tǒng)中各輔助設備的工作情況（如冷卻，潤滑，排屑，滑臺，加工機構等） ；經過上述過程后，就可進行電路設計：先考慮各單元電路，然后將畢業(yè)設計(論文) 說明書20它們連成系統(tǒng)。開始設計一滿足循環(huán)要求為主，其次再考慮去掉多余的電器，最后書寫系統(tǒng)說明一檢查系統(tǒng)的正確性。2.1.2 系統(tǒng)的功能要求本次課題是要求我設計一套用 PLC 控制組合機床的電氣控制系統(tǒng)，鑒于當今社會的發(fā)展趨勢，我也很努力的去選材，最后定為設計用 PLC控制雙面組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)了。本系統(tǒng)是為了適應加工在工件兩相對表面上鉆孔的一種高效率自動化專用加工設備。機床的兩個液壓動力滑臺對面布置，左、右刀具電動機分別固定在兩邊的滑臺上，中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。該控制系統(tǒng)可實現三方面的要求：(1)動力部件的點動、復位控制。(2)動力部件安全性自動循環(huán)。(3)整批零件全自動工作循環(huán)控制。為保證控制系統(tǒng)工作的可靠性，PLC 應良好接地，要安裝在控制柜中，以防止灰塵、油污、水濺，防止太陽直接照射。同時輸入、輸出線不能用同一根電纜，應分開接線。雙面組合鉆床是一種鉆削較厚工件的加工鉆床，加工要求雙面同時鉆削，并同軸鉆孔。加工精度要求高，采用傳統(tǒng)的繼電— — 接觸器控制，要用大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器，存在線路復雜，故障率高，控制柜體積大、成本高等缺點，而采用可編程序控制器控制，不僅可以提高控制的可靠性，降低運行故障率。而且改變程序即可實現不同工件的加工鉆削工藝要求，充分發(fā)揮組合鉆床的多種加工功能2.1.3 PLC 控制系統(tǒng)的特點可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機。采用了可編程序的存儲器，用于其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時和計數和算術操作等面向用戶的指令,并通過數字式和模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌渫獠坑嘘P設備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體,易于擴充其功能原則設計的?？删幊炭刂破鞯男阅墚厴I(yè)設計(論文) 說明書21指標是有使用者先提出的,它具有以下幾個特點:（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。在 I/O 環(huán)節(jié)，PLC 采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用 EPROM 存儲，一般PLC 的平均無故障工作可達幾萬小時以上。（2）控制能力強PLC 所采用的 CPU 一般是具有較強位處理功能的位處理機，為了增強其復雜控制功能和聯網通信等管理能力，可以采用雙 CPU 的運行方式，使其功能得到極大的加強。（3）編程方便易學第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現場人員學習。（4）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境PLC 采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。（5）與外部設備連接方便PLC 采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。（6）體積小、重量輕、功耗低（7）性價比高（8）模塊化結構，擴展能力強根據現場需要進行不同功能擴展和組裝，一種型號的 PLC 可用于控制從幾個 I/O 點到幾百個 I/O 點的控制系統(tǒng)。（9）維修方便，功能更改靈活畢業(yè)設計(論文) 說明書22目前的可編程控制器具有數字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、記數、順序控制、通信、記錄和顯示等功能，使設備控制水平大大提高。程序的修改就意味著控制功能的修改，因此功能的改變非常靈活。由于上述特點,近幾十年來,隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術和數字通信技術的進步與發(fā)展，PLC 的發(fā)展也十分迅速,而且這種發(fā)展還在不斷的進行,使可編程控制器逐步與工業(yè)控制計算機之間的距離拉近,又由于采用了表面安裝技術,使其體積變小,易于使用, 在更多的工業(yè)控制的要求下,有了豐富的 I/O 模塊,并采用了普遍的編程語言-梯形圖,以其直觀、形象、簡單易于理解和掌握特點被廣大用戶熟悉和接受.在新推出的 PLC 系統(tǒng)中還具有網絡功能,這就很容易使工業(yè)生產過程自動化和信息管理自動化結合起來.2.1.4 PLC 控制技術的總體設計思想一般 PLC 控制系統(tǒng)的設計原則是:1.選用的 PLC 必須滿足被控制對象的要求.2.選用的 PLC 不僅要著眼于現在還要適當的考慮將來發(fā)展的需要.3.在滿足上述兩個前提的情況下,力求使系統(tǒng)具有較好的性能和低廉的價格.PLC 控制系統(tǒng)的設計步驟如下:1.根據被控對象的控制要求,確定這個系統(tǒng)的輸入輸出設備的數量,從而確定 PLC 的 I/O 的點數,包括開關量 I/O,模擬量 I/O 以及特殊功能模塊2.選用的 PLC 的 I/O 點數應有一點余量,在性能價格比變化不大的情況下,盡可能選用同類型中功能強的一代 PLC,對于三菱公司的小型 PLC 來說,一般選用 FX 系列的產品,而不選用 F 系列的產品確定選用的 PLC 的機型3.建立 I/O 分配表,繪制 PLC 控制系統(tǒng)的輸入輸出接線圖4.根據控制要求繪制程序的流程圖畢業(yè)設計(論文) 說明書235.編制用戶程序,并借助編程器將用戶程序裝入 PLC 的用戶程序儲存器6.在實驗室里模擬調試用戶程序7.完成第六步的工作后,進行現場聯機調試用戶程序8.整個系統(tǒng)的調試工作結束后,編制技術文件9.文件使用本次設計課題具體到“用 PLC 控制雙面組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)的設計”上，用繼電器得電失電的方法實現動力滑臺的運動以及電動機的進給運動。因而要求：一是用可編程控制器與繼電器相連特點實現一般的控制程序,二是根據可編程控制器數據口的數據檢測速度、位置。PLC 控制系統(tǒng)的構成及運行原理隨著 PLC 的廣泛應用和機床電控技術的不斷發(fā)展，利用 PLC 實現對組合機床的自動控制，無疑是今后的發(fā)展方向，而針對這種控制的 PLC程序設計也顯得尤為重要。這種控制屬于順序邏輯控制，有多種編程方法與語言可供選擇，編程中也有一些技巧與規(guī)律可循。下面給出了 PLC控制系統(tǒng)的流程圖：本次組合鉆床的電氣控制系統(tǒng)的設計主要是運用 PLC 良好的開關量控制及模擬量控制。PLC 的開關量控制是最基本，最廣泛的應用領域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制，順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用語多機群控及自動化流水線。如注塑機，印刷機，訂書機械，組合機床，磨床，包裝生產線，電鍍流水線等。而在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度，壓力，流量和速度等都是模擬量，這就需要用到了 PLC 對模擬量的控制來實現對組合機床的控制。畢業(yè)設計(論文) 說明書24被 控 對 象分析控制要求, 確定 I/O 點數確定 PLC 的機型建立 I/O 分配表,繪制 PLC 與外圍接線圖繪制流程圖繪制用戶程序程序裝入存儲器模擬調試滿足要求嗎現場接線設計控制框修改現場調試調試滿足要求？修改畢業(yè)設計(論文) 說明書25圖 1-3 PLC 控制系統(tǒng)的設計流程圖2.2 關鍵技術及主要研究任務PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC的功能單元大量涌現，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。此電氣控制的特點如下：(1)動力滑臺的動作由行程開關進行順序控制，保證準確定位；(2)采用指示燈來顯示動力滑臺的動作情況，直觀明顯；(3)工作臺的進退有連續(xù)控制和點動控制兩種形式，實現正常運行和調整對刀。(4)工作臺有行程、過載、過流、零壓、漏電等安全保護裝置。投入運行畢業(yè)設計(論文) 說明書263 系統(tǒng)的控制方法及 PLC 控制程序的編寫3.1 雙面組合鉆床的動作循環(huán)要了解組合機床的動作循環(huán)過程，對雙面組合鉆床的液壓控制系統(tǒng)的學習是至關重要的，下面就雙面組合鉆床的液壓控制系統(tǒng)做一個詳細的說明。國內目前應用的組合機床液壓系統(tǒng)使用的液壓元件較多，油路較復雜，導致壓力損失較大，效率較低，油溫較高。而且液壓電磁換向閥的電磁鐵數目較多，電氣控制系統(tǒng)較復雜。這對液壓系統(tǒng)的性能和電氣控制系統(tǒng)的工作可靠性造成一定的影響。針對上述缺點，在設計雙面組合機床液壓系統(tǒng)及其 PLC 控制系統(tǒng)時，進行整體優(yōu)化的目標是在保證液壓系統(tǒng)性能和電氣控制要求的前提下，使用的液壓元件最少；電磁換向閥的電磁鐵數目最少；油路壓力損失最低；控制電路最簡單。液壓進給回路選用中位機能為 K 型的三位五通電磁換向閥作主換向閥，實現滑臺原位停止時的中位卸荷，省去傳統(tǒng)的卸荷閥；采用主換向閥和二位二通電磁換向閥并聯后連接液壓缸的油路結構，構成局部液阻最小及管路最短的差動快進回路。定位、夾緊回路采用機械定位二位四通電磁換向閥控制定位缸和夾緊缸的換向。由于采用機械定位，提高了可靠性。定位完畢業(yè)設計(論文) 說明書27成后到夾緊的開始由單向順序閥控制，可節(jié)省一個二位二通電磁換向閥。液壓泵選用變量葉片泵，能夠在液壓系統(tǒng)工作循環(huán)過程中，按工況所需的流量自動改變泵的輸出流量，使液壓系統(tǒng)具有較高的效率。按照上述介紹設計液壓系統(tǒng)的規(guī)則及設計思路，可畫出雙面組合鉆床左半邊液壓控制原理圖及加緊液壓系統(tǒng)的原理圖（如下圖所示）：由上述液壓系統(tǒng)設計的概述結合組合鉆床的工藝要求可選取以下機床執(zhí)行電器和發(fā)信元件電動機：液壓泵電動機：Y90L—4B5，15KW，3.7A，1440r/min左主軸電動機：Y112M—6B5，2.2KW，5.6A，960r/min右主軸電動機：Y112M—6B5，2.2KW，5.6A，960r/min畢業(yè)設計(論文) 說明書28冷卻電動機：AB—100，250W，0.64A執(zhí)行電磁鐵：YA1—加緊 YA2—松開YA5—左滑臺向前 YA4—左滑臺向后 YA3—左滑臺進給YA8—右滑臺向前 YA7—右滑臺向后YA6—右滑臺進給YA9—工件定位 YA10—拔定位銷 限位開關： SQ1—手動定位 SQ2—工件加緊SQ3—左滑臺快進 SQ4—左機滑臺工進SQ5—左機快退 SQ6—右滑臺快進SQ7—左機滑臺工進 SQ8—左機快退SQ9—工件松開由上述介紹，機床的工藝過程（工作循環(huán)）如下所述：合上電源開關，按“啟動”鈕，液壓泵啟動，裝上工件，按“加緊”鈕。動作循環(huán)如圖所示。加緊 加緊 快進 快進 右左 工進 工進 滑滑 臺臺 臥式雙面組合畢業(yè)設計(論文) 說明書293.2 組合鉆床電氣控制原理圖的繪制3.2.1 PLC 輸入 /輸出端子分配整體圖3.2.2 組合鉆床電氣控制原理圖的繪制見本設計大圖畢業(yè)設計(論文) 說明書303.3 PLC 控制程序的編寫3.3.1 可編程控制器的選取PLC 是一種專用微機，其硬件結構與普通微機相同，但它主要是用于完成較復雜的繼電器接觸器控制系統(tǒng)的功能。在電氣控制系統(tǒng)中，要想成功的設計出完善，可靠的電氣控制系統(tǒng)首先要正確選擇所使用可編程控制器。在實際應用中，根據設計要求、輸入輸出點數以及所需繼電器數來選擇型號。因此，本設計經分析并考慮隨著技術發(fā)展需具備一定的兼容，選用 FX—48MR 機型。通過采用可編程控制