雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計

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雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………………1 Abstract………………………………………………………………………………………1 Key words……………………………………………………………………………………1 引言 ……………………………………………………………………………………2 1雙面鉆孔組合機床的總體分析………………………………………………………………3 1.1機床的主要結(jié)構(gòu)部件……………………………………………………………………3 1.2雙面鉆孔組合機床工作過程……………………………………………………………3 1.3 液壓元件的選擇………………………………………………………………………………4 1.3.1液壓閥及過濾器的選擇……………………………………………………………………4 1.3.2 油管的選擇…………………………………………………………………………………5 1.4雙面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)控制分析……………………………………………………5 2雙面鉆孔組合機床的控制系統(tǒng)的總體設(shè)計……………………………………………6 2.1雙面鉆孔組合機床主電路設(shè)計………………………………………………………………6 2.2雙面鉆孔組合機床總控制過程………………………………………………………………7 2.3 PLC控制系統(tǒng)的簡介…………………………………………………………………………8 2.3.1 PLC的定義及組成………………………………………………………………………8 2.3.2 PLC的工作方式與運行框圖……………………………………………………………9 3 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………………………………11 3.1 PLC的選型………………………………………………………………………………11 3.2 PLC I/O分配和接線……………………………………………………………………11 4 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計………………………………………………………………………13 4.1 PLC的編程方式……………………………………………………………………………13 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計思路……………………………………………………………………14 4.3 PLC控制程序設(shè)計及順序功能圖…………………………………………………………15 總結(jié)……………………………………………………………………………………………17 參考文獻…………………………………………………………………………………………18 致謝………………………………………………………………………………………………19 雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 摘要：新型組合鉆床，屬于機械加工用鉆床。它由工作臺、安裝在工作臺兩端及一側(cè)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與工作臺的邊緣平行，鉆架通過吊鐵和鎖緊螺釘安裝在導(dǎo)軌上；導(dǎo)軌上設(shè)有燕尾，鉆架可在導(dǎo)軌上水平移動；鉆架包括溜板、溜板上裝有傳動機構(gòu)，溜板底面上設(shè)有與導(dǎo)軌上的燕尾相配合的燕尾槽，機械滑臺上裝有主支撐架，主支撐架上裝有縱向機械滑臺及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接一控制活動按鈕站，縱向機械滑臺上裝有附屬支撐架，附屬支撐架上通過機械滑臺裝有水平方向的鉆削動力頭。它解決了現(xiàn)有的鉆床加工大型零部件特別是回轉(zhuǎn)體直徑較大時操作不方便、加工困難等技術(shù)問題。 關(guān)鍵詞：PLC；雙面鉆孔；組合機床；控制系統(tǒng) Analysis and Design of Double Hole Modular Machine Tool Control System Abstract：The new combination drilling machine, belongs to the mechanical processing with the drilling machine. It consists of the workbench, installed on both ends of the workbench, and one side of the guide rail, rail is parallel to the edge of the table, the drill stand by hanging and lock screw is installed on the guide rail; Equipped with dovetail guideway, drill stand can move on the guide rail level; Drill stand including actuator mounted on the slip board, slip board, sliding board on the bottom has to match the dovetail on the guide rail of the dovetail groove, mechanical sliding table is equipped with the support frame, the main supporting frame is equipped with longitudinal mechanical sliding table and control system, control system to connect a control activity button station, longitudinal mechanical sliding table is equipped with auxiliary support leg, auxiliary supporting frame through mechanical sliding table equipped with horizontal drilling power head. It solves the existing special drilling machine. Key words: PLC; Double-sided drilling; Combination machine tools; Control system 摘要：以雙面鉆孔組合控制機床為研究對象，通過對主要結(jié)構(gòu)和運動形式的探究以及對機床的工作過程和控制要求分析，給出了機床動作循環(huán)圖、液壓元件動作表。并采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法, 進行了軟硬件設(shè)計,根據(jù)雙面鉆孔組合機床的電氣控制要求，本文設(shè)計了以PLC為核心的主控制系統(tǒng)，系統(tǒng)闡述了控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計過程，并編寫出PLC控制程序的梯形圖和指令表,通過上位計算機可對機床的現(xiàn)場狀態(tài)實時監(jiān)控和對工作參數(shù)進行調(diào)整，從而使系統(tǒng)工作達到最佳狀態(tài)。有效解決了傳統(tǒng)組合機床生產(chǎn)過程中故障率高，操作復(fù)雜以及維護困難等問題。使整個控制系統(tǒng)的操作變得簡單、方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實用性。 引言 最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機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年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 在我國，組合機床的科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(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。 工業(yè)生產(chǎn)對電器控制設(shè)備的可靠行的要求非常高，需具有很強的抗干擾能力強，能在很惡劣的環(huán)境下（如溫度高、濕度大、金屬粉塵多、距離高壓設(shè)備近、有較強的高頻電磁干擾等）長期連續(xù)可靠地工作，平均無故障時間(MTBF)長，故障修復(fù)時間短。能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境?？梢哉f，沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達到可編程控制器的可靠性。在PLC的設(shè)計和制造過程中，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，使PLC的平均無故障時間MTBF通常在10萬小時以上，有些PLC的平均無故障時間可以達到幾十萬小時以上，如三菱公司的F1，F(xiàn)2系列的MTBF可達到30萬小時，有些高檔的MTBF還要高得多，絕這是其他電氣設(shè)備根本做不到的。 本課題介紹了一種全新的自動化控制理念，由雙面鉆孔機床自動控制的實際條件出發(fā)，利用PLC對雙面鉆孔組合機床的電氣控制系統(tǒng)經(jīng)行了改造設(shè)計。機床對面布置兩個液壓動力滑臺，兩邊的滑臺上分別固定著左、右刀具電動機，工件定位夾緊裝置裝在中間底座上。雙面鉆孔組合機床是一種高效自動化的裝用加工設(shè)備，它可以用來在工件兩相對表面上鉆孔，并取得了良好效果。 組合機床的控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓、氣動和電氣控制相結(jié)合的控制方式。組合機床的控制線路的總體設(shè)計是由通用部件的典型控制線路和一些基本的環(huán)節(jié)組成。 雙面鉆孔組合機床是針對在工件兩相對表面進行鉆孔加工而設(shè)計的一種高效自動化專用加工設(shè)備,其主要結(jié)構(gòu)為：左、右兩個動力滑臺對稱布置，安裝在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座上。左、右刀具電動機分別固定在左、右滑臺上，中間底座上裝有工件定位、工件夾緊裝置。該雙面鉆孔組合機床采用電動機驅(qū)動和液壓系統(tǒng)驅(qū)動相結(jié)合的驅(qū)動方式，其控制過程是典型的順序循環(huán)控制。 1 雙面鉆孔組合機床的總體分析 組合機床是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備。顯然，在大批量生產(chǎn)的機械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是組合機床和自動線。因此，組合機床及自動化的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了產(chǎn)品的競爭力和企業(yè)的發(fā)展前景[1]。 1.1 機床的主要結(jié)構(gòu)部件 機床主要由底座、床身、主軸箱及鉆頭、工件定位及夾緊裝置、動力滑臺、工作臺、油缸、多種液壓閥等組成。床身的兩邊各安裝左、右高速鋼椎柄麻花鉆頭，可以同時對定位于中間工件進行雙面加工。兩個動力滑臺對面布置并安裝在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座上，刀具電動機M2、M3分別固定在左、右動力滑臺上，中間底座上裝有工件定位夾緊裝置[2]。 機床主要結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1所示。 圖1-1 雙面鉆孔組合機床主結(jié)構(gòu)簡圖 1.側(cè)底刀；2.刀具電動機；3工件定位夾緊裝置；4.主軸箱及鉆頭； 5.動力滑臺； 1.2 雙面鉆孔組合機床工作過程 機床的電氣控制要求：液壓泵電動機先啟動，系統(tǒng)正常供油后，其它控制電路通電工作；左、右刀具電動機在滑臺進給循環(huán)開始時啟動，滑臺退回到原來位置后停機。冷卻泵電動機可手動控制啟停，也可在左、右滑臺工作時，進給自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制，所以當(dāng)把工件裝入夾緊裝置后，按下啟動按鈕SB3，機床便開始進行自動循環(huán)的過程，其循環(huán)過程如圖1-2所示。 圖1-2 機床動力頭工作循環(huán)示意圖 1.3 液壓元件的選擇 1.3.1 液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。本例所有閥的額定壓力都為56310Pa，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號列于表1-1中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。 表1-1液壓元件明細(xì)表 序號 元件名稱 最大通過流量 /L。min-1 型號 1 雙聯(lián)葉片泵 22.5 YB-A26B 2 單向閥 12 I-25B 3 三位五通電磁閥 32 35D-63BY 4 二位二通電磁閥 32 22D-63BH 5 調(diào)速閥 0.32 Q-10B 6 壓力繼電器 - DP-63B 7 單向閥 16 I-25B 8 液控順序閥 0.16 XY-25B 9 背壓閥 0.16 B-10B 10 液控順序閥（卸載用） 16 XY-25B 11 單向閥 12 I-25B 12 溢流閥 4 Y-10B 13 過濾器 45 XU-BU2*100 14 壓力表開關(guān) - K-6B 15 減壓閥 20 J-63B 16 單向閥 20 24D-40B 17 而維思通電磁閥 20 XI-63B 18 單向順序閥 - DP-63B 19 壓力繼電器 - DP-63B 20 壓力繼電器 - - 1.3.2 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進快退時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達45L/min，則液壓缸進、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為10mm，外徑為18mm的冷拔鋼管。 1.4 雙面鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)控制分析 機床動力滑臺和工件定位、夾緊裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。定位裝置和夾緊裝置用液壓系統(tǒng)控制，傳感器傳遞信號完成工件的定位和夾緊，實現(xiàn)自動加工。鉆孔滑臺的前進后退和鉆孔動力頭的動作用由PLC控制，行程開關(guān)傳出信號，實現(xiàn)鉆孔加工量的調(diào)整和鉆孔加工。電磁閥線圈YV9和YV10控制定位銷液壓缸活塞運動方向；YV1和YV2控制夾緊裝置液壓缸活塞運動方向；YV3、YV4和YV7為左機滑臺油路中電磁閥換向線圈；YV5、YV6和YV8為右機滑臺油路中電磁閥換向線圈，電磁閥動作狀態(tài)見表1-2。 表1-2 電磁閥動作狀態(tài)表 序號 動作名稱 定位 夾緊 左機 右機 卸荷 左電機 右電機 液壓泵 切削液電機 YV9 YV10 YV1 YV2 YV3 YV4 YV7 YV5 YV6 YV8 YV11 M1 M2 M3 M4 1 啟動 - - - - - - - - - - + - - + - 2 工件定位 + - - - - - - - - - - - - + - 3 工件夾緊 + - + - - - - - - - - - - + - 4 快進 + - + - + - + + - + - - - + - 5 工進 + - + - + - - + - - - + + + + 6 快退 + - + - - + + - + + - - - + - 7 松開夾緊 + - - + - - - - - - - - - + - 8 拔銷 - + - - - - - - - - - - - + - 9 緊急停止 - - - - - - - - - - - - - - - 從表1-2中可以看出，電磁閥YV9線圈通電時，機床工件定位裝置將工件定位；當(dāng)電磁閥YV1通電時，機床工件夾緊裝置將工件夾緊；當(dāng)電磁閥YV1、YV3通電時，左機滑臺快速移動；當(dāng)電磁閥YV1、YV5通電時，右機滑臺快速移動；當(dāng)電磁閥YV1、YV7或YV1、YV8通電時，左機滑臺或右機滑臺工進；當(dāng)電磁閥YV1、YV4或YV1、YV6通電時，左機滑臺或右機滑臺快速后退；當(dāng)電磁閥YV2通電時，松開定位銷；當(dāng)電磁閥YV10通電時，機床撥開定位銷；定位銷松開后，撞擊行程開關(guān)SQ1，機床停止運行[3]。液壓控制程序系統(tǒng)及各工步轉(zhuǎn)換主令、電磁閥線圈通電狀態(tài)如圖1-3所示。 圖1-3 液壓系統(tǒng)原理圖 1液壓泵；2溢流閥；3電磁閥；4減壓閥；5過濾器；6換向閥；7調(diào)速閥；8單向閥；9定位液壓缸；10溢流閥； 11壓力繼電器；12換向閥；13節(jié)流閥；14單向閥；15夾緊液壓缸；16節(jié)流閥；17換向閥；18換向閥；19液壓缸；20液壓缸； 21換向閥；22節(jié)流閥；23換向閥； 雙面鉆孔組合機床左、右機液壓滑臺控制要求完全相同，都是完成“快進→工進→快退→停止”循環(huán)過程，可采用順序程序設(shè)計法設(shè)計。 2 雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)總體設(shè)計 2.1 雙面鉆孔組合機床主電路設(shè)計 本機床采用四臺電動機和液壓系統(tǒng)相結(jié)合的驅(qū)動方式，其中電動機M2，M3分別帶動左、右主軸箱的刀具主軸提供切削運動，而左、右動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，M1為液壓泵的驅(qū)動電動機，M4為冷卻泵電動機。 生產(chǎn)實踐中很多機械（如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等）的工作臺需要往復(fù)運動，利用行程開關(guān)可實現(xiàn)往復(fù)運動控制。雙面鉆孔組合機床的左，右鉆頭的旋轉(zhuǎn)，分別由交流電機帶動，而左右滑臺的移動由液壓缸通過電磁閥實現(xiàn)驅(qū)動，控制主電路如圖2-1所示。 液壓泵電動機 左刀電機 右刀電機 切削液電機 M1 3~ M1 3~ M3 3~ M4 3~ L1 L2 L3 QS FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 FR3 FR4 圖2-1 雙面鉆孔組合機床主電路原理圖 2.2 雙面鉆孔組合機床總控制過程 （1）系統(tǒng)啟動：按下系統(tǒng)啟動按鈕SB3→接觸器KM1啟動并自鎖→液壓泵電動機M1啟動→系統(tǒng)啟動。 （2）液壓回路啟動：按下液壓回路啟動按鈕SB2→啟動液壓回路。 （3）工件定位：當(dāng)啟動液壓回路后由于KM1自鎖→電磁鐵YV9得電，液壓缸工作實現(xiàn)工件定位。 （4）工件的夾緊：當(dāng)工件定好位后遇到定位行程開關(guān)SQ2→接通電磁鐵YV1，液壓缸夾緊工件。 工件夾緊后壓力繼電器KP閉合→電磁鐵KM2、KM3通電→左機刀具電動機M2,右機刀具電動機M3接通，電機工作。 KM2、KM3通電后→自鎖使電磁鐵KM4得電→切削液電動機M4啟動。 （5）滑臺快進：工件定位后接通中間繼電器KA3→電磁鐵YV3得電→左機滑臺液壓缸快進或者KA6接通→電磁鐵YV5得電→右機滑臺液壓缸快進。 （6）滑臺工進：當(dāng)快進結(jié)束時碰到左機滑臺快進結(jié)束行程開關(guān)SQ3→YV3失電，電磁閥YV7得電→左機滑臺液壓缸工進或者遇到SQ6右機滑臺快進結(jié)束行程開關(guān)→YV5失電，電磁閥YV8得電→右機滑臺工進。 （7）滑臺快退：當(dāng)工進結(jié)束時遇到左機滑臺工進結(jié)束行程開關(guān)SQ4→電磁鐵YV7失電，電磁鐵YV4得電→左機滑臺液壓缸快退或者遇到右機滑臺工進結(jié)束行程開關(guān)SQ7→電磁鐵 YV8YV8失電結(jié)束工進，電磁鐵YV6得電→右機滑臺快退。 （8）松開工件：當(dāng)左機滑臺快退結(jié)束遇到行程開關(guān)SQ5和右機滑臺快退結(jié)束遇到行程開關(guān)SQ8時→電磁鐵YV4,YV6失電結(jié)束快退→電磁鐵YV2得電→液壓缸松開工件。 （9）拔定位銷：當(dāng)松開工件后，同時回到原位遇到工件壓緊原位行程開關(guān)SQ1→電磁鐵YV10得電→液壓缸拔出定位銷→完成一次加工過程。 （10）點動按鈕：在加工過程中可以實現(xiàn)點動控制： SB5→左刀具電動機M2點動按鈕； SB6→右刀具電動機M3點動按鈕； SB7→夾緊松開點動按鈕； SB8→左機快進點動按鈕； SB9→左機快退點動按鈕； SB10→右機快進點動按鈕； SB11→右機快退點動按鈕。 綜上，雙面鉆孔組合機床的工作過程為，啟動液壓泵電動機M1,按下啟動按鈕SB3，KM1自鎖接通KM1，液壓泵電動機工作→按下液壓回路啟動按鈕SB2→工件定位電磁閥YV9得電，工件定位→碰上工件定位結(jié)束行程開關(guān)SQ2→工件夾緊電磁閥YV1得電，同時斷開定位電磁閥YV10→接觸器KA3、KA6通電并自鎖同時接通左機快進電磁閥YV3和右機快進電磁閥YV5，實現(xiàn)快進→碰上左機快進結(jié)束行程開關(guān)SQ3，斷開YV3，工進電磁閥YV7工作；同時遇到右機結(jié)束行程開關(guān)SQ6，YV5失電，YV8工作，實現(xiàn)工進→碰到左機工進結(jié)束行程開關(guān)SQ4，右機工進結(jié)束行程開關(guān)SQ7，電磁閥YV7，YV8斷電，結(jié)束工進過程→KM7斷電，YV3失電，同時YV4、YV6通電，滑臺快退→遇到SQ5，SQ8快退結(jié)束行程開關(guān)，結(jié)束快退過程→YV4、YV6失電，同時YV2得電松開工件→工件壓緊原位行程開關(guān)SQ9，YV10得電并拔定位銷完成工作過程。 2.3 PLC控制系統(tǒng)簡介 2.3.1 PLC的定義及組成 PLC是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，即可編程控制器（Programmable Logic Controller）。在1987年國際電工委員會頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了這樣的定義：一種基于數(shù)字運算操作的、專為在工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的電子控制系統(tǒng)。PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，它采用了存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、計數(shù)、定時與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過模擬或數(shù)字式I/O控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[4]。 PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴散其功能的原則設(shè)計。 PLC的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段：初始階段、崛起階段、成熟階段、飛速發(fā)展階段、開放性，標(biāo)準(zhǔn)化階段。PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場總線技術(shù)機密結(jié)合等方向發(fā)展。 由于微處理器芯片及有關(guān)元件的價格大大降低使得PLC的成本下降；隨著計算機、芯片、軟件、控制等技術(shù)的飛速發(fā)展，也使得PLC的功能大大增強。它不僅能更好的完成原來得心應(yīng)手的順序邏輯控制任務(wù)，也能處理大量的模擬量，解決復(fù)雜的計算和通信連網(wǎng)問題。 在當(dāng)前最熱的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，主站何從站幾乎都有PLC的身影，PLC的通信技術(shù)又往前發(fā)展了一大步?，F(xiàn)在開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的PLC也已走向前臺，為適應(yīng)現(xiàn)在和未來自動化技術(shù)的發(fā)展要求做好了準(zhǔn)備[5]。 PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，與計算機的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU）、電源、儲存器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成，PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。 圖2-2 PLC結(jié)構(gòu)框圖 2.3.2 PLC的工作方式與運行框圖 PLC的工作原理類似于計算機工作原理，是一種工業(yè)控制計算機。即通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)，并且在執(zhí)行過程中反映控制要求[6]。CPU是按分時操作方式來完成各項任務(wù)的，計算機在同一時間只能做一件事，所以程序?qū)儆诖泄ぷ鞣绞剑前闯绦蝽樞蛞来瓮瓿上鄳?yīng)各電器的動作[7]。 PLC工作的整個過程可用圖2-3所示的運行框圖來表示。整個運行流程可大致分為三個部分： 第一，接通電源的過程。機器上電后對PLC系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括輸入/輸出模塊配置檢查，硬件初始化，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。 第二，掃描過程。PLC在上電完成以后進行。在完成輸入任務(wù)以后，再完成與其他外設(shè)的通信處理，依次進行時鐘、特殊寄存器等更新。當(dāng)CPU處于STOP方式時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng)CPU處于RUN方式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查[7]。 第三,錯誤處理。每個PLC掃描時執(zhí)行一個自我診斷檢查來確定行動的PLC是否正常,如果電池電壓、程序內(nèi)存、CPU、I / O、通訊不正?；驒z查異常,在CPU上面板的異常繼電器將被激發(fā)，并且將錯誤代碼存儲在專用的寄存器中。當(dāng)一個致命錯誤發(fā)生時,CPU是被迫停止模式,所有掃描隨即停止。 概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。每一次掃描所用的時間稱做掃描周期或工作周期。 圖2-3 PLC工作運行框圖 3 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)以PLC為控制核心，采用電氣控制與液壓控制相結(jié)合的方法，取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方法，完成系統(tǒng)雙面切削的要求。PLC輸出控制對象主要是控制電路中的執(zhí)行器件，如接觸器、電磁閥等，我們可以通過設(shè)計程序完成對硬件系統(tǒng)的操作，使它們按照我們的需求完成相應(yīng)的操作以達到設(shè)計目的。 3.1 PLC的選型 根據(jù)雙面鉆孔組合機床的工作特點,采用以可編程控制器(PLC) 作下位機、計算機(PC) 作上位機的分布式控制系統(tǒng)。不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制,還能實現(xiàn)上下位機之間的通信。系統(tǒng)具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、擴充性強、自動化程度高等特點,完全能夠滿足機床的控制要求。系統(tǒng)以三菱公司的FX2N - 48MR 型PLC 為控制核心[8]。 FX2N是三菱PLC是FX家族中最先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置，48代表有24個輸入與24個輸出，M代表基本單元（就是沒有特殊功能模塊的），R代表繼電器輸出。 3.2 PLC I/O分配和接線 本控制系統(tǒng)的PLC的輸入、輸出點數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。 （1）PLC的輸入端口包括自動循環(huán)工作按鈕、點動按鈕、油泵啟動、總停按鈕、SAI等，還包括電動機的熱保護繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。 （2）PLC的輸出端口包括運行指示燈、交流接觸器、繼電器等。 PLC輸入輸出點分配表如表3-1，分配圖如圖3-1所示。 表3-1PLCI/O地址分配 PLC端口地址 代號 功能 PLC端口地址 代號 功能 X000 SB1 總停 X027 - 工件夾緊檢測 X001 SB2 液壓系統(tǒng)啟動 Y000 KM1 液壓泵電機控制 X002 SB3 液壓泵啟動 Y001 KM2 左刀具電機控制 X003 SB4 液壓泵停止 Y002 KM3 右刀具電機控制 X004 SB5 左刀具點動 Y003 KM4 冷卻電機控制 X005 SB6 右刀具點動 Y004 KA1 工件夾緊 X006 SB7 夾具松開 Y005 KA2 工件松開 X007 SB8 左機點動快進 Y006 KA3 左滑臺快進 X010 SB9 左機點動快退 Y007 KA4 左滑臺工進 X011 SB10 右機點動快進 Y010 KA5 左滑臺快退 X012 SB11 右機點動快退 Y011 KA6 右滑臺快進 X013 SA1 左機接通 Y012 KA7 右滑臺工進 X014 SA2 右機接通 Y013 KA8 右滑臺快退 X015 SA3 工作方式選擇 Y014 KA9 工件定位 X016 SQ1 拔定位銷 Y015 KA10 拔定位銷 X017 SQ2 工件夾緊 Y016 HL1 左機工作指示 X020 SQ3 左機滑臺快進 Y017 HL2 右機工作指示 X021 SQ4 左機滑臺工進 Y020 HL3 手動指示 X022 SQ5 左機滑臺快退 Y021 HL4 自動指示 X023 SQ6 右機滑臺快進 Y022 HL5 原位指示 X024 SQ7 右機滑臺工進 X025 SQ8 右機滑臺快退 X026 SQ9 工件松開 圖3-1 PLC端子輸入/輸出端子分布圖 4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 根據(jù)機床各執(zhí)行部件的運動和操作特性，系統(tǒng)在以模塊化的程序設(shè)計思想上，雙面鉆孔組合機床的電氣化控制程序采用了PLC的編程軟件編寫，其核心部分包括狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖、語句表的設(shè)計，最后以此設(shè)計來編寫運行的程序指令，以達到程序化自動控制的目的。4.1 PLC的編程方式 編程語言是PLC的重要組成部分，PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序的各種要求[9]。PLC提供的編程語言通常有梯形圖和語句表等。不同PLC生產(chǎn)廠家的編程語言也存在或大或小的差異，這種差異限制了PLC的開放性、可復(fù)用性和互換性。編程語言基本上可歸納為字符表達方式（即用文字符號表達程序，如語句表程序表達方式）和圖形符號表達方式（即用圖形符號表達程序，如梯形圖程序表達方式）兩種，也可以將這兩種方式結(jié)合起來表示PLC程序。 （1）梯形圖：梯形圖是最早使用、并且也是現(xiàn)在最常使用的PLC編程語言，直觀、清晰是梯形圖的最大特點。它在繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變，繼承了繼電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表示方法，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別，所以得到了廣泛的使用。 （2）功能塊圖：功能塊圖是另外一種圖形式的PLC編程語言。使用功能塊圖的好處是用戶可以編制出自己的函數(shù)或功能塊。它使用像電子電路中的各種門電路，加上輸入、輸出模塊，通過一定的邏輯連接方式來完成控制邏輯，可以把函數(shù)和功能塊連接到電路中，完成各種復(fù)雜的功能和計算。較早的PLC沒有提供功能塊圖編程功能，另外由于使用習(xí)慣問題，在我們國家使用的功能塊圖人不多。 （3）順序功能圖：順序功能圖，亦稱功能圖，是一種真正的圖形化的編程方法。使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程，特別適合在復(fù)合的順序控制系統(tǒng)中使用。在順序功能圖中，最重要的三個元素是狀態(tài)、和狀態(tài)相關(guān)的動作、轉(zhuǎn)移。它的轉(zhuǎn)移條件可以使用多種語言實現(xiàn)，另外還提供了和步有關(guān)的多種元素供用戶使用。 （4）結(jié)構(gòu)化文本：對目前使用PLC的人來說，結(jié)構(gòu)化文本是一種較新的編程語言。使用結(jié)構(gòu)化文本可以編程出非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理或邏輯控制程序。原來學(xué)習(xí)過PASCAL或C語言的人都知道結(jié)構(gòu)化編程的好處，結(jié)構(gòu)化就是這樣的一種用于PLC的結(jié)構(gòu)化方式編程的語言。 （5）指令表：指令表也是一種比較早的PLC的編程語言，它使用一些邏輯和功能指令的縮略語來表示相應(yīng)的指令功能，類似于計算機中的助記符語言，是用一個或幾個容易記憶的字符來代表PLC的某種操作功能，按照一定的語法和句法編寫出一行一行的程序，來實現(xiàn)所要求的控制任務(wù)的邏輯關(guān)系或運算。 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計思路 根據(jù)控制要求，機床在啟動并且初始化之后，都要進行自動和手動控制工作方式的選擇。二者之間通過選擇開關(guān)SA實現(xiàn)切換，分別對應(yīng)不能同一時間接通的輸入端口X0和輸出端口Y0。系統(tǒng)會在進入自動控制方式后按順序執(zhí)行控制指令。首先柴油機缸蓋由機床夾具動作夾緊，然后液壓左滑臺、右滑臺同一時間快速向前行進，在轉(zhuǎn)為工進之前，按下行程開關(guān)SQ3和SQ6，并按預(yù)先設(shè)定的工件精度和工件的加工參數(shù)完成兩端的螺栓通孔、導(dǎo)管通孔和定位孔的加工工序。工序結(jié)束后，滑臺快退，工件沿著程序線進入下一道加工工序。加工過程中的精確點定位主要由手動程序來完成，以及機床維修時便于技術(shù)人員點動控制。狀態(tài)圖如圖4-1所示。 圖4-1 機床加工狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖 4.3 PLC順序功能圖 雙面鉆孔組合機床控制要求中M1應(yīng)先啟動，控制程序的啟動應(yīng)滿足一個條件，即滿足液壓系統(tǒng)控制電動機和其他電動機在系統(tǒng)正常供油后才能啟動[10]。 組合機床的運行方式包括有手動工作和自動工作方式?？梢酝ㄟ^開關(guān)SA選擇不一樣的工作方式，假設(shè)SA斷開時，機床以自動工作方式工作；SA閉合時，工作于手動工作方式。 根據(jù)以上雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)的總過程分析過程，可設(shè)計出鉆孔組合機床PLC控制系統(tǒng)的總順序功能圖，如圖4-2所示。 圖4-2 PLC控制系統(tǒng)總順序功能圖 總結(jié) 對于本次設(shè)計，成功采用PLC控制多個電機的工作，完成了本次設(shè)計任務(wù)的基本要求。PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優(yōu)點。 通過這次設(shè)計，使我對自動控制設(shè)計有了更深刻的認(rèn)識，也使自己的動手能力和方案設(shè)計的思路有了更進一步的提高，同時也更加熟悉了本專業(yè)的設(shè)計軟件。對PLC的功能也有了進一步的認(rèn)識，了解了三菱的FX2N - 48MR以及相關(guān)的編程軟件。在完成這個題目的過程中，我遇到了一些困難，也走了很多彎路。但通過不斷的努力和同學(xué)們的大力支持，以及指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)，我克服了困難完成了本次設(shè)計，同時我也獲得了很多寶貴的經(jīng)驗，學(xué)到了很多新的知識。 參考文獻： [1] 周慧玲.組合機床控制系統(tǒng)數(shù)控化改造的研究與應(yīng)用[J].機電工程，2005,22（9）:22. 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[10] 熊幸明，王新輝.基于PLC的二工位組合組合機床控制系統(tǒng)設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2004，（6）：24-25. 致謝 本課題在選題及研究過程中得到任老師的悉心指導(dǎo)。任老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不但教會我知識，更教會了我怎樣做人，雖然只有三年，卻對我產(chǎn)生巨大的影響。對任老師的感激之情是不能用言語表達的。 由于設(shè)計課題內(nèi)容覆蓋面相對較廣，涉及到機械、液壓、電氣控制等多門主干課程，也是因為自己專業(yè)課程學(xué)習(xí)的不夠扎實，設(shè)計過程中遇到了大量的問題，有的通過查閱資料得到了解決，但更多的是向任老師求助，是任老師的不辭辛苦讓我順利地完成了這次畢業(yè)設(shè)計。向老師求助的那些問題，既有任老師所教授的課程，也有他并不熟知的方面，盡管如此，任老師還是耐心的去幫我找方法解決，這包括問老師、查資料。在任國軍老師的幫助下，我也逐漸學(xué)會了怎樣通過查資料解決學(xué)習(xí)問題，更重要的還有對待知識的認(rèn)真，一絲不茍的態(tài)度。幾個月來，任老師在指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計的過程中那種兢兢業(yè)業(yè)、孜孜不倦、無怨無悔的精神給我留下了深刻的印象，使我們明白了很多書本上學(xué)不到的道理。在此謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 愿老師身體健康，工作順利！ 感謝在大學(xué)期間教授我各種知識的各位老師，是你們的教育才有我學(xué)業(yè)的進步和做人的成長，感謝你們！感謝在一起愉快的度過大學(xué)生涯的同學(xué)，感謝你們在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助。 19