數(shù)控控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

1、PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用專 業(yè)班 級 機(jī)電設(shè)備0902姓 名李光磊學(xué) 號3指導(dǎo)教師姜老師目前，可編程控制器(PLQ廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。 數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分，數(shù)字控制部 分包括對各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制，而順序控制包括對主軸正/反轉(zhuǎn) 和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動(dòng) 作的控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用 PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制， 使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度和可靠性大大提高！可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操 作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行 邏輯算、順序控制、定

2、時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字 式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率白動(dòng)化專用 加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有白動(dòng)循環(huán)的功能。 組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成， 動(dòng)力部件采 用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作白動(dòng)循環(huán)的 控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的白動(dòng)加工設(shè)備。關(guān)鍵詞：可編程控制器數(shù)字控制順序控制操作指令數(shù)控機(jī) 床白動(dòng)循環(huán)第1章緒論1.1數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床( Computer numerical control machine tools

3、)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般 為普通機(jī)床的35倍）；機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。2數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)及工作過程本例數(shù)

4、控機(jī)床由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測反饋裝置和機(jī)床主機(jī)等組成，如圖 1所示o控材面板蛾A蛾出設(shè)備圖5數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)圖圖2數(shù)控機(jī)床組成機(jī)構(gòu)圖輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的初期, 輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已趨于淘汰；目前，使用鍵盤、磁盤等，大 大方便了信息輸入工作。輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機(jī)床正常、理 想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機(jī)床剛工作狀 態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時(shí)間后，再將輸出與原始 資料作比較、對照，可幫助判斷機(jī)床工作是否維持正常。數(shù)控裝置是 數(shù)控機(jī)床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算工作，最終

5、實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床各功能的指揮工作。它包含微計(jì)算機(jī)的電路，各種接口 電路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件?？删幊炭刂破鲗χ鬏S單元 實(shí)現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速 ；管理刀庫, 進(jìn)行白動(dòng)刀具交換、選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命及 刀具刃磨次數(shù)等管理；控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止、準(zhǔn)停、切削液開關(guān)、 卡盤夾緊松開、機(jī)械手取送刀等動(dòng)作；還對機(jī)床外部開關(guān)（行程開關(guān)、 壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等）進(jìn)行控制；對輸出信號（刀庫、機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工 作臺等）進(jìn)行控制。檢測反饋裝置由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，主 要是檢測速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以保 證數(shù)控機(jī)床加工精度。數(shù)控機(jī)床的工

6、作過程如圖2所示。TI busru0:.comi-祐 果IIJJ31圖2數(shù)控機(jī)床的工作過程框圖數(shù)控加工的準(zhǔn)備過程較復(fù)雜，內(nèi)容多，含對零件的結(jié)構(gòu)認(rèn)識、工藝分 析、工藝方案的制訂、加工程序編制、選用工裝及使用方法等。機(jī)床 的調(diào)整主要包括刀具命名、調(diào)入刀庫、工件安裝、對刀、測量刀位、 機(jī)床各部位狀態(tài)等多項(xiàng)工作內(nèi)容。程序調(diào)試主要是對程序本身的邏輯 問題及其設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行檢查和調(diào)整。試切加工則是對零件加工設(shè)計(jì) 方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)下的考察，而整個(gè)過程均需在前一步實(shí)現(xiàn)后的結(jié)果評價(jià) 后再作后一步工作。試切成功后方可對零件進(jìn)行正式加工，并對加工 后的零件進(jìn)行結(jié)果檢測。前三步工作均為待機(jī)時(shí)間，為提高工作效率， 希望待機(jī)

7、時(shí)間越短越好，越有利于機(jī)床合理使用。該項(xiàng)指標(biāo)直接影響 對機(jī)床利用率的評價(jià)(即機(jī)床實(shí)動(dòng)率)。1.4何謂PLC,PLC有何組成、特點(diǎn)LC就是人們所說的可編程控制器PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與 微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：a電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系 統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十 分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不米取其它 措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去b.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予 的功能

8、接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。 當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀 態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀 取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié) 果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后， 最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用 三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU

9、出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍 能正常運(yùn)行。c、存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1.現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2.現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路 集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng) 的控制信號。e、功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊如以太網(wǎng)plc具有以下鮮明的特點(diǎn)。（1）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的 PID回路控制；并能與上 位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS

10、等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜 合白動(dòng)化。（2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短， 現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 （3）能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于 其他各種機(jī)型一、PLC的工作原理PLC的工作過程分為三個(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。（一）輸入采樣階段PLC首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新

11、。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時(shí)輸入影響寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化， 其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。（二）程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序“先左后右，先上后下”掃描原則進(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件 （“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。（三）輸出

12、刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 /斷開）在輸 出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。3章PLC編程技術(shù)PLC的編程語言與一般計(jì)算機(jī)語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言， 也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前， 還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語 言，OMRON公司的產(chǎn)品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC,其編程語言都具有一些共同的特點(diǎn)：3. 1 . 1語言特點(diǎn)1. 圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶

13、。系統(tǒng)的軟 件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需 要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠家都采 用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程 圖來表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號來表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的 算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給于表示，雖然象征性不如 邏輯運(yùn)算部分，也受用戶歡迎。2. 明確的變量常數(shù)：圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400 , T120等。PLC中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號決定，可查閱產(chǎn)品

14、目錄手冊。3. 簡化的程序結(jié)構(gòu)：PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使 程序的調(diào)試者對整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。4. 簡化應(yīng)用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過程，而使 用編程語言，只需要編輯一個(gè)過程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過程都在人機(jī)對話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。5 .強(qiáng)化調(diào)試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用 PLC和編程器上的按鍵、顯示和 內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操

15、作都很簡單。總之，PLC的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要 長時(shí)間的專T'qi）1練。3. 1 . 2編程語言的形式PLC最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程， 因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí) 驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來編程。雖 然一些高檔的PLC還具有與計(jì)算機(jī)兼容的 c語言、BASIC語言、專用的高級語言（如 西門子公司的 GRAPH5、三菱公司的 MELsAP）,還有用布爾邏輯語言、通用計(jì)算機(jī) 兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只

16、能適用于本廠的產(chǎn)品。1、 編程指令：指令是 PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本 質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn)PLC與普通的計(jì)算機(jī)是完全相同的。同時(shí) PLC也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機(jī)器碼，所以用戶看到的PLC指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文 文字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號即梯形圖，它 類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。2、 指令系統(tǒng)：個(gè) PLC所具有的指令的全體稱為該P(yáng)LC的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著PLC的功能和性能。一般講，功能強(qiáng)、

17、性能好的PLC,其指令系統(tǒng)必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清 PLC的指令系統(tǒng)3、 程序：PLC指令的有序集合，PLC運(yùn)行它，可進(jìn)行相應(yīng)的工作，當(dāng)然，這 里的程序是指PLC的用戶程序。用戶程序一般由用戶設(shè)計(jì)，PLC的廠家或代銷商不 提供。用語句表達(dá)的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復(fù)雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。4、 梯形圖：梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的 PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩 種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號指令連成一個(gè)指 令組，這個(gè)指令組一般總是從裝

18、載（LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控 制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指 令組的。梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系：助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎?，后輸出（含其他處理）；先上，后下：先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。反 之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖。梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建 立起一定的對應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出 (OUT)指令，對應(yīng)于繼電器

19、的線圈，而輸入 指令(如LD , AND , OR)對應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令(IL、ILC)可看成總開關(guān)，等等。 這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句 表程序。有了這個(gè)對應(yīng)關(guān)系，用 PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是 PLC技 術(shù)對傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。第2章PLC在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機(jī)床電氣控 制裝置也不斷更新。在控制方法上主要從手動(dòng)控制到白動(dòng)控制；在控制功能上，是從簡單到復(fù)雜；在操作上由笨重到輕松，從控制原理上， 由單一的有觸點(diǎn)硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以微處理器為中心的軟 件控制系統(tǒng)。在上世紀(jì)的20

20、年代到30年代，借助繼電器、接觸器、按鈕和行 程開關(guān)等組成繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的啟動(dòng)、停車、 有級調(diào)速等控制。繼電器-接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低 廉、維護(hù)方便、抗干擾性能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械設(shè) 備。目前，在我國繼電器接觸器控制仍然是機(jī)床和其它機(jī)械設(shè)備最基 本的電氣控制形式之一。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于固 定接線形成，故在進(jìn)行程序控制時(shí)，改變控制程序不方便，靈活性差。 故在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些開關(guān)量控制的簡單程序控制過 程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程，又是經(jīng)常變化的。因而傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)常常不能滿足這種需求。 電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出

21、現(xiàn) 提高了電氣控制的靈活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在著系統(tǒng)復(fù)雜、使用不方便、抗干擾能 力差、成本較高等缺陷，尤其對上述簡單的過程控制有“大材小用” 和不經(jīng)濟(jì)等問題。因而60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)需要，方便的改 變控制系統(tǒng)，而又要比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的白動(dòng)化裝置 順序控制器。它能通過組合邏輯元件插接或變成來實(shí)現(xiàn)繼電器-接觸器控制線路功能的裝置，它能滿足成組經(jīng)常改變的控制要求， 使 控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性， 但它還是使用硬件手段，裝置 體積大，功能也受到了一定的限制。隨著大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。上述控制技 術(shù)也發(fā)生了根本

22、變化。在70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制 功能，以微處理器為核心的新興工業(yè)控制器一一可編程程序控制器(PLQO這種期間完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它兼?zhèn)淞擞?jì)算 機(jī)控制和繼電器-接觸器控制兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前世界各國將其作 為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。3.1數(shù)控機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的電氣控制理論上講可以采用繼電器接觸器電氣控制 系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往 往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC 較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. PLS繼電器

23、-接觸器相比較:繼電器-接觸器控制系統(tǒng)白上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī) 電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用 廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程 順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1) 控制邏輯：繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串 聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯， 連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想 再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。 特別是想要能夠增加一些 邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，

24、繼電接觸式控制 系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯壿嫛Ｋ溯斎攵撕洼敵龆艘c現(xiàn)場連 線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲在 PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制 邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控 制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng) 不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且 PLC 是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2) 控制速度：繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的， 工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級。 而且使用的繼 電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸

25、點(diǎn)拉弧問題而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的， 速 度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級。由于 PLC 內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控 制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易 受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。用戶 可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值。PLC根據(jù)給定的定時(shí)值，由軟件 和

26、硬件計(jì)數(shù)器來控制制定時(shí)間，定時(shí)精度高、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影 響，并且一旦調(diào)好，不會變化。并且 PLC可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電 接觸系統(tǒng)通常沒有計(jì)數(shù)功能。(4) 設(shè)計(jì)與施工。使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程，設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難而使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程。 設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短， 而且調(diào)試和修改均很方便。(5) 可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來 完成，可靠性高。PLC還配

27、備了白檢和監(jiān)控功能，能白診斷出白身的 故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況， 為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便?？傊?，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制 速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便， 而且體積小，功耗低。2. PLS單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用 于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的白動(dòng) 化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與 PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1) 單片機(jī)不如PLC容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)白動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編 程。這就要求設(shè)計(jì)人員遇有一定的計(jì)算機(jī)硬件和

28、軟件知識。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué) 習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等， 對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識，而只要用較短時(shí)間去 熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2) 單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)白動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的 工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接 口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在 單片機(jī)單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接 起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口

29、已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源 的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能 適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器 件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)入 PLC(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的白動(dòng)控制， 在設(shè)計(jì)和制造過 程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià) 格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí) 的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。第3章PLC在數(shù)控控制系統(tǒng)中應(yīng)用的典型案例.永宏FB

30、s系列PLC的NC機(jī)床定位伺服控制系統(tǒng)分析數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的白動(dòng)化設(shè)備，提高數(shù)控機(jī)床的可靠 性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u價(jià)可靠性的主要定量指標(biāo)之一， 其定 義為:產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對 數(shù) 控機(jī)床來說，這里的功能主要指 數(shù)控機(jī)床的使用功能，例如數(shù)控機(jī)床 的各種機(jī)能，伺服性能等。數(shù)控機(jī)床的功能部件對機(jī)床的功能擴(kuò)展和 性能的提升起著極為重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件 的選用，不僅須與數(shù)控機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)諧和協(xié)調(diào)，融入整機(jī)系統(tǒng)具有 最佳的匹配性能，而且還能很好地彰顯出該 數(shù)控機(jī)床的個(gè)性化特征。用于高速化的數(shù)控系統(tǒng)不能僅是提高數(shù)據(jù)處理能力，而是應(yīng)具備

31、熱誤 差補(bǔ)償單元以及能實(shí)現(xiàn)速度前瞻控制、 位置環(huán)前饋控制和加減速平穩(wěn) 控制等先進(jìn)控制技術(shù)的功能。所以必須選擇穩(wěn)定可靠的控制單元才能 保證數(shù)控機(jī)床正常高效運(yùn)行。第2張鑒于以上各項(xiàng)要求，采用臺灣永宏電機(jī)股份有限公司的FBS-44MNPLC作為該機(jī)床控制主單元，該型機(jī)具有較高的性價(jià)比，體積小，使 用起來非常方便，接線簡捷。其編程軟件WinProladder有梯形圖大師 之稱，易學(xué)易用且功能強(qiáng)大，編輯、監(jiān)視、除錯(cuò)等操作非常順手，按 鍵、鼠標(biāo)并用及在線即時(shí)指令功能查詢與操作指引，使編輯、輸入效 率倍增。同時(shí)配以人機(jī)界面進(jìn)行程序參數(shù)修改、 設(shè)定以及運(yùn)行狀態(tài)顯 示監(jiān)控，可編程設(shè)置人機(jī)界面的內(nèi)容。該控制系統(tǒng)具

32、有可靠性高，價(jià) 格便宜，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，非常適合機(jī)床的控制要求，具體控制思路 如圖3所示。C FBs-44MN的NC機(jī)床圖3采用永宏P(guān)L定位電氣控制系統(tǒng)圖可編程邏輯控制器是該機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心， 集成于數(shù)控系 統(tǒng)中，主要是指控制軟件的集成化，而 PLC硬件則在規(guī)模較大的系 統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。由圖3可以看出，系統(tǒng)控制中心采用永宏 PLC FBS-44MN控制，并配以人機(jī)界面進(jìn)行程序參數(shù)修改、設(shè)定，以 及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)控，可編程設(shè)置人機(jī)界面的內(nèi)容。三軸均為全數(shù)字 交流伺服系統(tǒng)，各軸伺服電機(jī)通過連軸器帶動(dòng)滾珠絲杠， 以移動(dòng)配有 直線導(dǎo)軌的工作臺和主軸銃頭，其定位準(zhǔn)確，速度快。主軸銃頭由

33、變 頻器控制，根據(jù)刀具及工件和進(jìn)給量，來設(shè)置主軸合理的轉(zhuǎn)速，并在 程序中設(shè)定它的啟動(dòng)停止。各軸均設(shè)二端極限傳感器和原點(diǎn)傳感器， 冷卻和潤滑也都有異常檢測，在報(bào)警燈和人機(jī)界面處顯示報(bào)警信息由 光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定 的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的 差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本 也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲 得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指 標(biāo)。早期使用一般電機(jī)作為定位控制，由于速

34、度不快、或者精度要求 不高，所以足夠應(yīng)對所需場合；當(dāng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)為了獲取效率而將速度加 快時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量、精度要求越來越高時(shí)，電機(jī)停止位置的控制就不 是一般電機(jī)所能達(dá)到的了。解決這一問題的最佳方法是采用 NC定位 控制配合步進(jìn)或伺服電機(jī)作定位控制。但在過去，由于它的價(jià)格很高， 而限制了它使用的普遍性，近年來由于技術(shù)的發(fā)展及成本的降低， 其 價(jià)位已被用戶所接受，使用數(shù)量也越來越多。為配合這一趨勢，永宏P(guān)LC FBs系列將目前市面上專用的NC定位控制器功能整合在PLC 內(nèi)部SoC芯片內(nèi)，除了免掉PLC與專用NC定位控制器之間復(fù)雜的的數(shù)據(jù)交換與連結(jié)程序外，更大幅降低整體成本，為用戶提供一種價(jià) 廉物美、簡

35、單方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏P(guān)LC FBS-44MN內(nèi)部的SoC芯片含有多軸高速脈沖輸出以及高速硬件計(jì)數(shù) 器，并且提供簡易使用和設(shè)計(jì)的定位程序編輯，對于這方面的應(yīng)用， 更是如虎添翼、如魚得水、得心應(yīng)手了。PLC結(jié)合伺服驅(qū)動(dòng)器所構(gòu)成 的NC閉環(huán)回路控制系統(tǒng)中，PLC負(fù)責(zé)發(fā)送高速脈沖命令給伺服驅(qū)動(dòng) 器，除了裝在伺服電機(jī)的位移檢測信號直接反饋到伺服驅(qū)動(dòng)器外，外加位移檢測器裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之后，真正反映實(shí)際位移量，并將此信號 反饋到PLC內(nèi)部的高速硬件計(jì)數(shù)器，這樣就可作更精確的控制，并 且可避免上述半閉環(huán)回路的缺點(diǎn)。永宏 PLC FBs系列的定位功能將 市面上專用NC定位控制器整合在PLC內(nèi)

36、，使PLC與NC控制器能 共享相同的數(shù)據(jù)區(qū)，而不需要作兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換與同步控制 等復(fù)雜的工作，但仍可用一般常用的 NC定位控制指令（例如DRV、 SPD等）。PLC控制4軸的定位工作，并可作多軸同動(dòng)控制，除了 提供點(diǎn)對點(diǎn)的定位速度控制，還提供了各軸間直線插補(bǔ)功能。當(dāng)系統(tǒng) 應(yīng)用超過4軸時(shí)還可利用永宏P(guān)LC的CPU LINK功能達(dá)到更多的定 位運(yùn)動(dòng)控制。數(shù)控機(jī)床對位置系統(tǒng)要求的伺服性能包括：定位速度和 輪廓切削進(jìn)給速度；定位精度和輪廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干擾下的穩(wěn)定性。這些要求主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、 動(dòng)態(tài) 特性。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，總希望系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)精度，即當(dāng)系統(tǒng)有 一

37、個(gè)較小的位置誤差時(shí)，機(jī)床移動(dòng)部件會迅速反應(yīng)。在數(shù)控機(jī)床的加 工中，伺服系統(tǒng)為了同時(shí)滿足高速快移和單步點(diǎn)動(dòng)， 要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)具 有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。單步點(diǎn)動(dòng)作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調(diào)整中使用。伺服系統(tǒng)最高速度的選擇要考慮到機(jī)床的機(jī)械允許界限和實(shí)際加工要求，高速度固然能提高生產(chǎn)率，但對驅(qū)動(dòng)要求也就更高。此外，從系統(tǒng)控制 角度看也有一個(gè)檢測與反饋的問題，尤其是在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必 須考慮軟件處理的時(shí)間是否足夠。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)是將位置檢測元件 置于被測坐標(biāo)軸的終端移動(dòng)部件上，以檢測機(jī)械傳動(dòng)鏈中螺距誤差、 間隙及各種干擾所造成的傳動(dòng)誤差， 并進(jìn)行反饋補(bǔ)償控制，從而提高 機(jī)床的位置控制精度。在全

38、閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，對位置檢測元件和 反饋元件的選擇很關(guān)鍵。感應(yīng)同步器具有精度高、重復(fù)性好、抗干擾 能力強(qiáng)，耐油耐污及維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高精度全閉環(huán) 數(shù)控 機(jī)床的工作場合。數(shù)控機(jī)床要求具備穩(wěn)定性快速性和準(zhǔn)確性， 而大型 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，固有頻率低，要使其大大高 于系統(tǒng)截止頻率很困難，全閉環(huán)包括了該進(jìn)給系統(tǒng)軸幾乎所有不穩(wěn)定 的非線性因素，調(diào)整不當(dāng)很容易使機(jī)床產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。因此數(shù)控機(jī)床全閉環(huán)伺服系統(tǒng)在保證快速性的基礎(chǔ)上主要是解決機(jī) 床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性而獲得比半閉環(huán)伺服系統(tǒng)高的位置精度。伺服電機(jī)的編碼器將位移檢測信號反饋到伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將輸入信號的脈沖頻率和脈沖數(shù)與回

39、饋信號的頻率和脈沖數(shù)，經(jīng)內(nèi)部的偏差計(jì)數(shù)器與頻率轉(zhuǎn)電壓電路處理后，得到脈沖偏差值與轉(zhuǎn)速誤差值，這樣使控 制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速、精密的速度與位置閉環(huán)回路處理系統(tǒng)。 伺服電 機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入信號的脈沖頻率成正比，而電機(jī)的移動(dòng)量則由脈沖數(shù) 決定。圖4是PLC控制下的伺服電機(jī)工作示意圖?？豑busTic. com圖4數(shù)控機(jī)床伺服電機(jī)工作示意圖2相關(guān)程序設(shè)計(jì)與操作PLC通過編程器輸入程序，達(dá)到控制目的。由于PLC工作過程是循環(huán)，所以程序執(zhí)行速度很快。另外軟件故障檢測設(shè)計(jì)在采用硬件設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)上采用軟件檢測外部行程開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)行程開關(guān)失靈后，通過程序控制停止機(jī)床的運(yùn)行，有效地減少了機(jī)床因元件失靈造成的事 故。圖

40、5是使用編程軟件 WinProladder編輯定位程序參數(shù)設(shè)定指令圖，圖 6是具體操作加工程序參數(shù)設(shè)定指定位程序令圖PL涎數(shù)控加工中的示例6本文所用組合機(jī)床為四工位組合機(jī)床，該機(jī)床由四個(gè)滑臺， 各載一個(gè)加工動(dòng)力頭， 組成四個(gè)加工工位，除了四個(gè)加工工位外，還有夾具，上下料機(jī)械手和進(jìn)料器，四個(gè)輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共14個(gè)部分。機(jī)床的四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)對一個(gè)零件的四個(gè)端面以及中心 孔進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件，由上料機(jī)械手自動(dòng)上料， 下料機(jī)械手自動(dòng)取走加工完成的零件，零件每小時(shí)可加工 80件。該機(jī)床的俯視示意圖如下：1.2控制流程當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，上料機(jī)械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊

41、零件，進(jìn)料裝置進(jìn)料， 然后四個(gè)工作滑臺向前，四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)加工，加工完成后，各工作滑臺退回原位，接下來下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)械手帶料退回原位并松開，完成一個(gè)工作循環(huán)。要求組合機(jī)床能以手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種工作方式工作。全自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；半自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī)床將停車于初始狀態(tài)；手動(dòng)方式是用于手動(dòng)調(diào)整的。1.3電控系統(tǒng)輸入輸出信號1、輸入信號（共42個(gè)）。其中：SQ、YJ為位置檢測傳感器開關(guān)；SA為選擇開關(guān)；SB為按鈕。功能器件功能器件功能器件功能器件滑臺1原位1SQ下料器終點(diǎn)12SQ 滑臺1進(jìn)5SB主軸4點(diǎn)動(dòng) 1

42、6SB滑臺1終點(diǎn)2SQ夾緊1YJ滑臺1退6SB 夾緊17SB滑臺2原位3SQ進(jìn)料2YJ主軸1點(diǎn)動(dòng)7SB 松開18SB滑臺2終點(diǎn)4SQ放料3YJ滑臺2進(jìn)8SB上料器進(jìn)19SB滑臺3原位5SQ潤滑壓力4YJ滑臺2退9SB上料器退20SB滑臺3終點(diǎn)6SQ潤滑液面開關(guān)5YJ主軸2點(diǎn)動(dòng) 10SB進(jìn)料21SB滑臺4原位7SQ總停1SB滑臺3進(jìn)11SB 放料22SB滑臺4終點(diǎn)8SQ啟動(dòng)2SB滑臺3退12SB 冷卻開23SB上料器原位9SQ預(yù)停3SB主軸3點(diǎn)動(dòng)13SB 冷卻停24SB上料器終點(diǎn)10SQ潤滑故障撤除4SB滑能4進(jìn) 14SB下料器原位11SQ選擇開關(guān)1SA滑臺4退15SB2輸出信號（共27個(gè)）。其

43、中：YV為電磁閥；KM為接觸器；1HL為指示燈功能器件功能器件功能器件功能器件15YV潤滑電動(dòng)機(jī) 6KM16YV潤滑顯示燈 1HL夾緊1YV上料退 8YV放料松開2YV下料進(jìn) 9YV進(jìn)料滑臺1進(jìn)3YV下料退10YV 1 主軸 1KM1、3工位原位指示2HL滑臺1退4YV滑臺2進(jìn)11YV 2主軸2KM2、4工位原位指示3HL滑臺3進(jìn)5YV滑臺2退12YV 3主軸3KM上料原位指示4HL滑臺3退 上料進(jìn)6YV滑臺4進(jìn)7YV滑臺4退13YV 4主軸14YV 冷卻電動(dòng)機(jī)4KM5KM下料原料指示5HLSA為選擇開關(guān)；SB為按鈕功能器件功能器件功能器件功能器件滑臺1原位1SQ下料器終點(diǎn)12SQ滑臺1進(jìn)5S

44、B主軸4點(diǎn)動(dòng)16SB滑臺1終點(diǎn)2SQ夾緊1YJ滑臺1退6SB夾緊17SB滑臺2原位3SQ進(jìn)料2YJ主軸1點(diǎn)動(dòng)7SB松開18SB滑臺2終點(diǎn)4SQ放料3YJ滑臺2進(jìn)8SB上料器進(jìn)19SB滑臺3原位5SQ潤滑壓力4YJ滑臺2退9SB上料器退20SB滑臺3終點(diǎn)6SQ潤滑液面開關(guān)5YJ主軸2點(diǎn)動(dòng)10SB進(jìn)料21SB滑臺4原位7SQ總停1SB滑臺3進(jìn)11SB放料22SB滑臺4終點(diǎn)8SQ啟動(dòng)2SB滑臺3退12SB冷卻開23SB上料器原位9SQ預(yù)停3SB主軸3點(diǎn)動(dòng)13SB冷卻停24SB上料器終點(diǎn)10SQ潤滑故障撤除4SB滑能4進(jìn)14SB第3章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1選擇PLC機(jī)型合理選擇PLC的型號，對于提

45、高 PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的 基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳功能價(jià)格比。(1) 結(jié)構(gòu)選擇PLC主要有整體式和模塊式。整體式PLC:整體式PLC的每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對小，一般用 于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC :模塊式PLC功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模 塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對于組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。(2) I/O點(diǎn)選取原則PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC的I/O

46、點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的 前提下力爭使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常 I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對象的輸 入輸出信號的實(shí)際需要，再加上 10%-20%的余量來確定。由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測元件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。電控制系統(tǒng)有輸出信號 27個(gè)，其中電磁閥16個(gè)，六臺電動(dòng)機(jī)的接觸器和5個(gè)指示燈。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮 10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取 46-50個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)可選取 29-33 個(gè)。(3) 確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊。根據(jù)(1) (2)及實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用 FX2N-64MR主機(jī)和一個(gè)16

47、點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模塊 (FX-16EX )這樣共有輸入點(diǎn)(32+16)。輸出點(diǎn)就是主機(jī)的 32。足夠可以滿足42個(gè)輸入， 27個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量。3.2設(shè)計(jì)輸入輸出信號地址表輸入輸出信號地址表是將輸入輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用的一種表。由本設(shè)計(jì)可知控制電路中的按鈕，行程開關(guān)，檢測元件等觸點(diǎn)都屬于 PLC的輸入設(shè)備，PLC的輸出控制對象主要是控制電路中的執(zhí)行元件，本設(shè)計(jì)主要是接觸器，電磁閥，指示燈。根據(jù)電控系統(tǒng)的輸入輸出信號表知：1輸入元件數(shù)量行程開關(guān)12個(gè)按鈕24個(gè)選擇開關(guān)1個(gè)檢測元件5個(gè)2輸出元件數(shù)量電磁閥16個(gè)接觸器6個(gè)指示燈5個(gè)根據(jù)本文所給根據(jù)

48、本設(shè)計(jì)選用的 PLC機(jī)型，將輸入輸出元件分配到PLC的輸入輸出接口。的輸入輸出元件可列下表 2-1表2-1輸入輸出信號地址表輸入信號輸出信號名稱功 目匕 編虧名稱功目匕編虧1SQ滑臺I原位X01YV夾緊Y02SQ滑臺I終點(diǎn)X12YV松開Y13SQ滑臺U原位X23YV滑臺I進(jìn)Y24SQ滑臺U終點(diǎn)X34YV滑臺I退Y35SQ滑臺山原位X45YV滑臺山進(jìn)Y46SQ滑臺山終點(diǎn)X56YV滑臺山退Y57SQ滑臺W原位X67YV上料進(jìn)Y68SQ滑臺W終點(diǎn)X78YV上料退Y79SQ上料器原位X10 9YV下料進(jìn)Y1010SQ上料器終點(diǎn) X11 10YV下料退 Y1211SQ下料器原位 X12 11YV滑臺II

49、進(jìn)Y1312SQ下料器終點(diǎn) X13 12YV 滑臺II退Y141YJ夾緊X14 13YV滑臺W進(jìn)Y152YJ進(jìn)料X15 14YV滑臺W退Y163YJ 放料X1615YV放料Y174YJ潤滑壓力X17 16YV 進(jìn)料Y205YJ潤滑液面開關(guān)X20 1KMI主軸 Y211SB 總停X212KMU 主軸Y222SB啟動(dòng)X223KM山主軸Y233SB 預(yù)停X234KMW 主軸Y244SB潤滑故障撤除X24 5KM冷卻電動(dòng)機(jī)Y251SA選擇開關(guān)X25 6KM潤滑電動(dòng)機(jī) Y265SB滑臺I進(jìn)X26 1HL潤滑顯示Y276SB滑臺I退X27 2HL I、m工位滑臺原位Y307SB主軸I點(diǎn)動(dòng) X30 3HL

50、H、VI工位滑臺原位Y318SB滑臺U進(jìn)X31 4HL上料原位Y329SB滑臺U退X32 5HL下料原料Y3310SB主軸n點(diǎn)動(dòng)X3311SB滑臺m進(jìn)X3412SB滑臺m退X3513SB主軸m點(diǎn)動(dòng)X3614SB滑能W進(jìn)X3715SB滑臺W退X4016SB主軸W點(diǎn)動(dòng)X4117SB夾緊X4218SB松開X4319SB上料器進(jìn)X4420SB上料器退X4521SB進(jìn)料X4622SB放料X4723SB冷卻開 X5024SB冷卻停 X513.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖I/O接口圖它反映的是 PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。 PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式, 即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端COM。I/O電

51、氣接口圖如下圖 2-1輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號1SQ滑臺I原位X01YV夾緊Y02SQ滑臺I終點(diǎn)X12YV松開Y13SQ滑臺n原位X23YV滑臺I進(jìn)Y24SQ滑臺H終點(diǎn)X34YV滑臺I退Y35SQ滑臺山原位X45YV滑臺m進(jìn)Y46SQ滑臺山終點(diǎn)X56YV滑臺m退Y57SQ滑臺IV原位X67YV上料進(jìn)Y68SQ滑臺IV終點(diǎn)X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料進(jìn)Y1010SQ上料器終點(diǎn)X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑臺H進(jìn)Y1312SQ下料器終點(diǎn)X1312YV滑臺H退Y141YJ夾緊X1413YV滑臺IV進(jìn)Y152YJ進(jìn)料X1514YV滑

52、臺IV退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ潤滑壓力X1716YV進(jìn)料Y205YJ潤滑液面開關(guān)X201KMI主軸Y211SB總停X212KMII主軸Y222SB啟動(dòng)X223KM山主軸Y233SB預(yù)停X234KMIV主軸Y244SB潤滑故障撤除X245KM冷卻電動(dòng)機(jī)Y25ISA選擇開關(guān)X256KM潤滑電動(dòng)機(jī)Y265SB滑臺I進(jìn)X261HL潤滑顯示Y276SB滑臺I退X272HLI、 m工位滑臺原位Y307SB主軸I點(diǎn)動(dòng)X303HLH、VI工位滑臺原位Y318SB滑臺II進(jìn)X314HL上料原位Y329SB滑臺II退X325HL下料原料Y3310SB主軸II點(diǎn)動(dòng)X3311SB滑臺m進(jìn)X3412SB滑臺m退X3513SB主軸山點(diǎn)動(dòng)X3614SB滑能IV進(jìn)X3715SB滑臺IV退X4016SB主軸IV點(diǎn)動(dòng)X4117SB夾緊X4218SB松開X4319SB上料器進(jìn)X4420SB上料器退X4521SB進(jìn)料X4622SB放料X4723SB冷卻開X5024SB冷卻停X51FU圖2-1 I/O電氣接口圖 3.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板控制系統(tǒng)的操作面板是向PLC控制系統(tǒng)發(fā)布控制命