畢業(yè)論文】基于plc的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

《畢業(yè)論文】基于plc的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)論文】基于plc的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)（54頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于PLC的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 隨著機(jī)床行業(yè)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，機(jī)床的升級改造已成為一種新興的行業(yè)。通過對現(xiàn)有機(jī)床的全部或局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，來提高機(jī)床的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對于實(shí)現(xiàn)資源的合理利用和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長起到重要的作用。 本課題主要研究的是采用PLC控制兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的動(dòng)作。兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床通電后能自動(dòng)完成工件的鉆孔和攻絲加工。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)備中，通常采用的是繼電器控制，這種控制系統(tǒng)可靠性低，而采用PLC進(jìn)行控制改造后，系統(tǒng)可靠性明顯提高。 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)工

2、藝要求選擇了控制系統(tǒng)所需要的電氣元件，繪出電力拖動(dòng)系統(tǒng)的主回路電路圖、PLC的外部接線圖。論文根據(jù)機(jī)床的加工要求設(shè)計(jì)了PLC控制的程序，以及對機(jī)床的調(diào)試進(jìn)行了簡要的概括。 關(guān)鍵詞： PLC控制 程序設(shè)計(jì) 調(diào)試 組合機(jī)床 The Design Of The Control System Of two worktables drilling tapping combination machine Based On The PLC ABSTRACT Along with the development

3、of machine tool industry and technology continues to progress according to the actual needs of the production machine ,upgrading has become a new growth industry based on the existing machine tools in whole or in part the structure upgrades to improve machine tool technology index. To achieve ration

4、al use of resources and promote economic growth plays an important role in. This topic main research is to use PLC to control two worktables drilling tapping modular machine tool operation. Two worktables drilling tapping modular machine tool by the system can automatically complete the workpie

5、ce. In the control system of the traditional is commonly used in the relay control, and this control system reliability is low, but when it is controlled by a PLC transformation, system reliability is obviously improved. The focus of this design is that the control system hardware design, accor

6、ding to the process requirements of electrical components control system requires the choice, Drawing the external wiring diagram of main circuit diagram and the PLC electric drive system. This paper designs a PLC control program according to the machine processing requirements, and commissioning of

7、 the machine are summarized. KEY WORDS: PLC control The program design debug Combination machine tools 前言 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床主要用來給工件鉆孔和攻絲的，是人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要工具之一。目前，許多工廠的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床都還是用接觸器的邏輯關(guān)系控制的。由于繼電器系統(tǒng)接線比較復(fù)雜，故障的診斷與排除較難，造成這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，如果嘗試著將PLC應(yīng)用在機(jī)床上，這樣不僅提

8、高了系統(tǒng)的精度，而且還可以為國家節(jié)約大量的資源。 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)的，再配以按工件特定形狀和加工工藝來設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成半自動(dòng)和自動(dòng)的專用機(jī)床。一般多采用多軸、多工序、多刀、多工位或多面同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。而加入了PLC則使組合機(jī)床抗干擾能力增強(qiáng)，提高了可靠性，使得功能完善，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，通用性增強(qiáng)，應(yīng)用更加靈活，編程更加方便。 通過對原有資料的查閱和很多人不斷的實(shí)踐證實(shí)了用PLC進(jìn)行兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的控制系統(tǒng)改造是可行的。PLC是整個(gè)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的核心，也是重要途徑。結(jié)合我國現(xiàn)有機(jī)床建

9、設(shè)的實(shí)際，掌握PLC的關(guān)鍵支持技術(shù)，這對于提高制造業(yè)重要意義。為了能將該系統(tǒng)成功的改造，首先應(yīng)該明確PLC的特性?？删幊炭刂破魇且环N專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。當(dāng)前，我國正處在全面建設(shè)小康社會(huì)和大力提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要時(shí)期，如果將這一改造技術(shù)在機(jī)床改造上進(jìn)行推廣，這將對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。 本次課題設(shè)計(jì)的主要功能是實(shí)現(xiàn)兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床在加工過程中的控制。我采用的是PLC程序控

10、制方法。機(jī)床主要由鉆孔滑臺、攻絲滑臺、移動(dòng)工作臺、夾具、鉆孔動(dòng)力頭、攻絲動(dòng)力頭、床身、滑臺移動(dòng)控制凸輪和液壓系統(tǒng)組成。工作臺的移動(dòng)包括左移和右移以及夾具的動(dòng)作包括夾緊和放松，鉆孔滑臺和攻絲滑臺的移動(dòng)包括前移和后移，都由液壓系統(tǒng)控制與執(zhí)行的，其中鉆孔滑臺和攻絲滑臺的移動(dòng)是通過控制凸輪來控制滑臺移動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓閥實(shí)現(xiàn)的,電氣系統(tǒng)不參與，只需啟動(dòng)控制凸輪電機(jī)即可，控制過程不在本次設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。論文簡要介紹了PLC的發(fā)展、特點(diǎn)與應(yīng)用，重點(diǎn)介紹PLC的編程特點(diǎn)和方式。 第一章 緒論

11、 1.1 課題的提出和控制系統(tǒng)要求 課題的提出 當(dāng)前，許多工廠用的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床都是以接觸器的邏輯關(guān)系來控制的。隨著制造行業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，用這種老式機(jī)床進(jìn)行加工已經(jīng)達(dá)不到工藝精度要求。隨著科技的不斷創(chuàng)新，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越廣泛，而我對PLC控制有一定的了解，就想如果試著將PLC應(yīng)用在老式機(jī)床上，系統(tǒng)的可靠性應(yīng)該可以明顯提高，所以就確定了這個(gè)題目。 1. 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的概述 機(jī)床主要由鉆孔滑臺、攻絲滑臺、移動(dòng)工作臺、夾具、鉆孔動(dòng)力頭、攻絲動(dòng)力頭、床身、控制滑臺移動(dòng)的凸輪和液壓系統(tǒng)等組成。如下圖1-1所示。 圖1-1為兩

12、工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)床的左、右分別為鉆孔和攻絲的刀具，中間為工作臺，左側(cè)為I工位也就是鉆孔工位，右側(cè)為II工位即為攻絲工位，可以完成對工件鉆孔攻絲的工作。 2. 工藝流程 工件推入夾具按啟動(dòng)按鈕→夾緊工件→左側(cè)鉆孔→工作臺右移→右側(cè)攻絲→工作臺左移→放松工件，手動(dòng)拉出工件完成一個(gè)工作循環(huán)。 3. 刀架的控制 工作臺的動(dòng)作要與鉆孔滑臺和攻絲滑臺相互配合，只有鉆孔與攻絲滑臺在原位時(shí)，工作臺才可以運(yùn)動(dòng)。 4. 設(shè)置必要的連鎖 為了保證機(jī)床的各部位能夠安全可靠的工作，并且動(dòng)作互相協(xié)調(diào)，需要設(shè)置必要的保護(hù)裝置，來避免由于機(jī)床誤動(dòng)作而引起的損壞甚至人身事

13、故等。 圖1-1 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床 5. 電氣控制部分的要求 系統(tǒng)通電后，自動(dòng)啟動(dòng)液壓電機(jī)。若機(jī)床各部分在原位（工作臺在鉆孔工位，鉆孔滑臺在SQ2位置、攻絲滑臺在SQ3位置），液壓系統(tǒng)的壓力符合要求，壓力繼電器動(dòng)作，此時(shí)原位指示燈亮。 把要加工的零件放在工作臺上，按下啟動(dòng)按鈕，夾緊工件的電磁閥接通，夾具由液壓系統(tǒng)控制著將工件夾緊，當(dāng)SQ4動(dòng)作后，說明工件被夾具夾緊，與此同時(shí)控制凸輪的電動(dòng)機(jī)開始動(dòng)作。 鉆孔的動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，且由于控制凸輪的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，用凸輪控制使鉆

14、孔滑臺前移的液壓閥，來進(jìn)行工件的鉆孔加工。當(dāng)鉆孔滑臺運(yùn)動(dòng)到SQ5時(shí)， 鉆孔滑臺自動(dòng)退回原位，到SQ2時(shí)停止后退，同時(shí)鉆孔動(dòng)力頭的電機(jī)停止。 等到鉆孔滑臺到達(dá)SQ2位置后，控制工作臺向右移動(dòng)的電磁閥得電，液壓系統(tǒng)控制工作臺向右移動(dòng)，當(dāng)工作臺運(yùn)動(dòng)到攻絲工位SQ6的位置時(shí)，限位開關(guān)工作，停止工作臺向右運(yùn)動(dòng)。攻絲的動(dòng)力頭電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，與此同時(shí)凸輪與液壓系統(tǒng)控制攻絲滑臺向前移動(dòng)，開始給零件進(jìn)行攻絲，當(dāng)攻絲滑臺運(yùn)動(dòng)到SQ7的位置時(shí)，限位開關(guān)動(dòng)作，制動(dòng)電磁閥DL得電，攻絲的動(dòng)力頭開始制動(dòng)，0.3秒后控制攻絲動(dòng)力頭的電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，此時(shí)控制凸輪與液壓系統(tǒng)控制攻絲滑臺自動(dòng)后退。 攻絲滑臺退回到

15、原來的位置SQ3時(shí)，凸輪正好運(yùn)動(dòng)一個(gè)周，控制凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)用來攻絲的動(dòng)力頭電機(jī)停止，延時(shí)3秒后控制工作臺向左移動(dòng)的電磁閥得電，工作臺開始向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到鉆孔工位SQ1的位置停止左移。同時(shí)放松使工件放松的電磁閥通電，夾具開始放松工件，當(dāng)放松限位SQ8動(dòng)作后，停止放松，系統(tǒng)回到原位，此時(shí)原位指示燈亮，取下工件，完成了整個(gè)加工的過程。在加工過程中要啟動(dòng)冷卻泵電機(jī)，供給冷卻液。 （1） 對兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行總體方 案設(shè)計(jì); （2） 設(shè)計(jì) PLC 的外部硬件接線圖； （3） 研究順序控制設(shè)計(jì)法在 PLC 程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；

16、（4） 根據(jù)兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的工藝流程，設(shè)計(jì)工作臺、刀具、滑臺運(yùn)行和控制梯形圖； （5） 對該機(jī)床的調(diào)試進(jìn)行簡要的概述。 第二章 PLC及組合機(jī)床控制系統(tǒng)介紹 在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的總體方案時(shí)，要兼顧全局。既要使系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，又要提高系統(tǒng)的性價(jià)比。本章的重點(diǎn)為兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床選取控制系統(tǒng)的方案，這要結(jié)合其控制歷程及其加工工藝綜合考慮。 2.1 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床控制系統(tǒng)的發(fā)展 由于科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的控制系統(tǒng)也在不斷變化。如果對其系統(tǒng)進(jìn)行更新，就能提高它的制造性

17、能，否則，它的控制系統(tǒng)將會(huì)逐漸被淘汰。 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床是一種廣泛使用的給機(jī)械零件鉆孔和攻絲的機(jī)床，是許多大型企業(yè)不可缺少的設(shè)備之一。該機(jī)床的電氣系統(tǒng)部分主要由控制系統(tǒng)和主拖動(dòng)系統(tǒng)組成。主拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速方式有以下四種：最原始的是利用人工變換皮帶調(diào)速法，這種調(diào)速屬于有級調(diào)速；其次是利用變極調(diào)速電機(jī)調(diào)速，這種調(diào)速也是有級調(diào)速；再者是利用電磁調(diào)速電機(jī)調(diào)速，這種屬于無級調(diào)速，最后一種是交流變頻調(diào)速，這種也屬于無級調(diào)速。無級調(diào)速是可以連續(xù)的調(diào)速，有檔位的調(diào)速方式稱為有級調(diào)速?？刂葡到y(tǒng)有以下兩種方式：一種是利用接觸器的邏輯關(guān)系來控制的，另一種是讓可編程序控制器和繼電器相結(jié)合來控制。

18、當(dāng)前，許多工廠用的兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床都是以接觸器的邏輯關(guān)系來控制的，而大多數(shù)的電氣系統(tǒng)存在下列問題： (1) 較高的故障率，可靠性很差，然而維護(hù)檢修的工作量又較大。 (2) 電氣控制系統(tǒng)接線復(fù)雜，判斷出現(xiàn)故障原因和查找故障都很困難，即消耗了精力又浪費(fèi)了時(shí)間。 (3) 由于在不斷的加工，繼電器和接觸器的觸點(diǎn)頻繁的接通和斷開，容易造成觸點(diǎn)的損壞或著出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象。 (4) 用機(jī)械方式來控制觸點(diǎn)動(dòng)作反應(yīng)速度比較慢。 (5) 繼電器邏輯控制部分的功能是固定在線路中的，這樣不但功能單一，而且靈活性極差。 (6) 調(diào)節(jié)速度的部分不但噪音大

19、、效率低、體積還非常大、消耗電能也比較多。 (7) 慣性較大，調(diào)節(jié)速度的部分靜態(tài)性能及動(dòng)態(tài)性能都不理想。 2.2 PLC的介紹 特點(diǎn) PLC中文是可編程序控制器，它是一種具有微處理機(jī)的數(shù)字電子裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的操作而設(shè)計(jì)的。它的內(nèi)部有可編程序的存儲(chǔ)器，它是用來完成計(jì)數(shù)、定時(shí)、算術(shù)、順序和邏輯運(yùn)算等操作指令的存儲(chǔ)與執(zhí)行，而且能夠通過模擬式、數(shù)字式的輸入與輸出，來控制各種機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骶哂性S多優(yōu)點(diǎn)，大致可以概括為以下幾個(gè)： 1. 性價(jià)比高，功能較強(qiáng)大 一臺小型的PLC內(nèi)部就有幾百或幾千個(gè)用來編輯程序的元件供用戶使用，這樣可以

20、控制比較復(fù)雜的系統(tǒng)，與具有相同控制功能的繼電器相比，可編程序控制器具有較高的性價(jià)比。它還采用了模塊化結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)的規(guī)模和功能可以根據(jù)用戶的需求組合，即靈活又方便。 2. 設(shè)計(jì)編輯程序簡單，有利于理解和學(xué)習(xí) 編輯PLC的程序使用最多的語言是梯形圖，它的表達(dá)方式和元件符號與接觸器邏輯控制的原理圖基本一致。梯形圖的編輯語言非常直觀，有利于理解和學(xué)習(xí)。熟練掌握繼電接觸器控制圖的工程技術(shù)人員只要用幾天就可以完全掌握梯形圖的編程語言，并能夠編輯用戶所需要的程序，這也是能夠迅速普及以及推廣的重要原因。PLC一般情況下采用設(shè)計(jì)法來編輯梯形圖程序，這種方法很簡單,容易理解和學(xué)習(xí)。電氣控制較復(fù)雜的系

21、統(tǒng)，用可編程序控制器的順序控制設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間要比繼電接觸器邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)少得多。PLC在運(yùn)行編輯完成的梯形圖程序時(shí)，首先要用其它程序?qū)⑻菪螆D程序轉(zhuǎn)變成匯編語言后再去運(yùn)行。 3. 體積較小，消耗的能量也比較少 當(dāng)系統(tǒng)的控制部分較復(fù)雜時(shí)，使用PLC后，可以減少許多時(shí)間繼電器、接觸器和中間繼電器。小型PLC的體積差不多與幾個(gè)繼電器加在一起一樣大，這樣的話控制柜的體積就可以減少原來的一半以上。由于可編程序控制器的接線要比接觸器控制系統(tǒng)的接線少得多，一般情況下只需要用接線的端子連接外部接線即可，許多部件和配線都用不到，故可以縮短大量的安裝與接線時(shí)間，使效率提高。再加上控制柜的體積減少不少，使

22、總體的費(fèi)用也大量減少。目前，有較多可編程序控制器的生產(chǎn)廠家，但在實(shí)際的工業(yè)控制過程中使用較多的是德國的西門子、日本的三菱。 4. 具有較齊全的硬件，通用性很強(qiáng)，方便用戶的使用 現(xiàn)在的可編程序控制器產(chǎn)品己系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化了，并且還配有供用戶選用的各種硬件設(shè)施，方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)的配置，組成各種規(guī)模和功能的系統(tǒng)。可編程序控制器使用模塊化設(shè)計(jì)了每個(gè)部件，包括輸入/輸出接口、CPU、輸入/輸出通道、電源等。PLC的帶負(fù)載能力也比較強(qiáng)，它可以直接驅(qū)動(dòng)一般的接觸器與電磁閥的線圈。確定硬件部分后，可以通過修改程序，來適應(yīng)工藝條件的各種變化。 5. 工作可靠，有很強(qiáng)的抗干擾能力 傳

23、統(tǒng)的繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)中應(yīng)用了許多KT和KA，由于繼電接觸器控制系統(tǒng)部分的觸點(diǎn)動(dòng)作頻繁，容易出現(xiàn)接觸不良或燒壞。PLC利用軟件取代了大量的KA與KT，僅留下與I/O相關(guān)的少量硬件部分，使系統(tǒng)的接線可減少為原來繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，大大降低了由觸點(diǎn)的接觸不良和損壞造成的故障。PLC采取了大量的軟件和硬件措施來提高抗干擾的能力，如：輸入/輸出采用RC濾波器和光電藕合器進(jìn)行隔離，此外，PLC本身具有良好的自診斷功能，一般PLC的安全運(yùn)行時(shí)間平均可達(dá)幾萬小時(shí)以上，若工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場的干擾信號較強(qiáng)也可以直接使用可編程序控制器。目前，PLC是工業(yè)生產(chǎn)過程使用最多的設(shè)備之一。

24、 6. 維修簡單而且工作量不大 一般情況下PLC本身的故障率極低，它自身還具有非常強(qiáng)大的自診斷能力。當(dāng)PLC本身或與它相連的輸入部分和執(zhí)行部分發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管的顯示所提供的信息很快地查明故障發(fā)生的原因，若是可編程序控制器自身的原因，此時(shí)可更換模塊來一一排除所發(fā)生的故障，這樣極大地提高了維護(hù)的工作效率，使故障的影響降到最低。 7. 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試簡單，安裝方便 在各種工業(yè)控制過程中PLC都可以運(yùn)行。只需要在使用時(shí)將可編程序控制器得輸入/輸出端子與現(xiàn)場的各個(gè)設(shè)備相連，系統(tǒng)便可投入正常的運(yùn)行。 用PLC所編的程序可以先用仿真軟件進(jìn)行仿真，如果程序無誤再

25、在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，用開關(guān)的通斷來代替信號的輸入，通過PLC控制板上的發(fā)光二極管可以了解到輸出信號的狀態(tài)。如果控制系統(tǒng)的接線和安裝完成以后，在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)問題可以通過修改所編寫的程序來解決，用可編程序控制器控制的系統(tǒng)調(diào)試所用的時(shí)間要比繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)少得多，也簡單的多。 PLC采用“循環(huán)掃描”的工作方式： 1、每次掃描工作過程，輸入信號采樣，執(zhí)行程序，然后進(jìn)行刷新輸出的信號； 2、在執(zhí)行程序過程中，要關(guān)閉輸入端口，此時(shí)若有新狀態(tài)要輸入，新狀態(tài)則不能被可編程序控制器讀入，只有等到進(jìn)行下一次掃描程序時(shí)，新的狀態(tài)才允許被讀入PLC；

26、3、PLC內(nèi)部程序執(zhí)行的過程分為三步：輸入掃描（采樣），程序執(zhí)行，輸出刷新； 4、輸入映象寄存器的內(nèi)容不是隨著程序的執(zhí)行變化而變化，而元件映象寄存器是的； 5、 有以下三條原因來決定一次掃描所用的時(shí)間：第一，掃描指令自身所用的時(shí)間；第二，所編指令的長短；第三，中央微處理器執(zhí)行指令的快慢。 6、 由于PLC以不斷循環(huán)掃描方式進(jìn)行工作，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn) 象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。 2.3 PLC和變頻器在機(jī)床中的應(yīng)用 從1996年前后，我國開始將可編程序控制器和全數(shù)字直流調(diào)速應(yīng)用于兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的主拖動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)部分。此系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： (1)

27、 用可編程序控制器控制系統(tǒng)取代的原有的控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)的配線大大減少，也比較方便對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，可靠性也大大提高。 (2) 系統(tǒng)本身具有自適應(yīng)功能，保證了鉆孔和攻絲加工的要求。 (3) 用可靠性高、編程簡單且使用方便的可編程序控制器代替原來繼電器控制系統(tǒng)中大量的KA和KT，能完全無誤地操作全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，不但提高了加工質(zhì)量還加快了工作效率。但是，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)并不是沒有缺點(diǎn)的，它的低速性能不是很好，而且所有的電氣參數(shù)顯示的都是用英文，這樣對電氣維護(hù)人員的英語水平要求較高，使維護(hù)和檢修的難度大大增加。 在1996年左右，交流變頻器得到很大的發(fā)展，它性能也完善了許多，而且使用極為

28、方便、可通過其外圍的少數(shù)幾個(gè)端子進(jìn)行全范圍的控制，內(nèi)部還有完善的保護(hù)措施，不用在其外圍線路中設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路，所以開始嘗試著將變頻器運(yùn)用于拖動(dòng)系統(tǒng)。許多企業(yè)和大學(xué)研究院聯(lián)合試制，將PLC和變頻器成功地應(yīng)用兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床上，使該機(jī)床的電氣性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都得到了極大的改善。例如機(jī)床的調(diào)速范圍寬，一般的通用型變頻器都可實(shí)現(xiàn)0-400HZ范圍內(nèi)無級調(diào)速；機(jī)械特性好，節(jié)能效果顯著提高，能夠滿足各種工藝要求，該系統(tǒng)的另一大優(yōu)點(diǎn)是變頻器的故障代碼顯示為排除故障提供了大量的信息，大大縮短了故障排除時(shí)間。 目前，變頻器應(yīng)用在組合機(jī)床的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為：一是高性能：基本上所有的變頻器都要求矢量掌握方式

29、；二是易掌握性不斷提高：好多變頻器在結(jié)構(gòu)上考慮到現(xiàn)場安裝的要求，同時(shí)在軟件上加入起動(dòng)設(shè)置工具，通過用戶操作從而簡化調(diào)試進(jìn)程；三是功能模塊化以及智能化，方便了選型、安裝、調(diào)試等。 2.4 改造方案的選取 改造方案的選取直接影響整個(gè)機(jī)床的工作情況。在選擇時(shí)，要綜合分析機(jī)床的總體結(jié)構(gòu),多查閱相關(guān)資料，并和有關(guān)的工作人員進(jìn)行討論，最終確定方案。 根據(jù)前面的分析，改造兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的主拖動(dòng)部份一般采交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制部份采用PLC。由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀況和故障情況都可以通過顯示器顯示，因此得到電氣設(shè)計(jì)人員和維護(hù)人員的推崇和喜愛。所以在本設(shè)計(jì)中對電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制

30、用交流變頻調(diào)速技術(shù)。 第三章 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床電氣控制 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) 在該控制系統(tǒng)中，根據(jù)工藝的要求，共選擇電機(jī)五個(gè)，其中M1作為液壓電機(jī);M2為控制凸輪電機(jī)：M3為鉆孔動(dòng)立頭電機(jī)；M4為攻絲動(dòng)力頭電機(jī)；M5作為冷卻泵電機(jī)。QS空氣開關(guān)一個(gè)，KM交流接觸器六個(gè)，F(xiàn)U熔斷器二十一個(gè)，F(xiàn)R熱繼電器五個(gè)，變壓器一臺。根據(jù)控制要求繪制出主回路電路原理圖，如圖3-1所示。 在圖 3-1中，QS空氣開關(guān)一般處于閉合狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)合上空氣開關(guān) ，非

31、工作時(shí)斷開。在該控制電路中旋轉(zhuǎn)閉合手動(dòng)開關(guān)SA，HL3指示燈亮，之后可進(jìn)行手動(dòng)操作，KA1常閉觸點(diǎn)起保護(hù)作用；斷開手動(dòng)開關(guān)SA之后才能閉合SB，KA1線圈得電，完成自鎖同時(shí)自動(dòng)指示燈亮，系統(tǒng)自動(dòng)對工件進(jìn)行加工。 3.2 變頻器及PLC的選型 目前，變頻器在我國的使用已經(jīng)越來越多，通常所應(yīng)用的變頻器是指能適用于工業(yè)中通常所用得電機(jī)和一般的變頻電機(jī)、一般情況下供電的電壓是：單相220v、三相380v，頻率是50hz，用來作為調(diào)速控制的變頻器。由于這種變頻器廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域，所以成為變頻器的主流。調(diào)速的基本原理來源于以下公式: 式中:n1—同步轉(zhuǎn)速(r/

32、min); f1—定子供電電源頻率(HZ); ?p—磁極對數(shù)。 在選擇變頻器的時(shí)候，一定要注意變頻器輸出電流和功率一定要等于或大于被驅(qū)動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)的電流和功率。由于變頻器的超負(fù)荷能力趕不上異步電動(dòng)機(jī)的過載能力，如果異步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，首先變頻器就會(huì)被損壞。應(yīng)用變頻器前就要明白變頻器的調(diào)速原理和過程與機(jī)械調(diào)速之間存在很大的區(qū)別，絕對不可以將異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械調(diào)速部分變?yōu)榫哂邢嗟裙β实淖冾l器，主要是因?yàn)楣β适怯赊D(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積得到的。 采用機(jī)械變速時(shí)(如皮帶變速、齒轉(zhuǎn)變速)，若它們的變比為k，在不改變電動(dòng)機(jī)功率情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)降底k倍，同時(shí)轉(zhuǎn)矩就升高了k倍，這種屬于恒

33、定功率的負(fù)載。然而變頻器的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系是：當(dāng)頻率不高于它的額定頻率時(shí)，運(yùn)行過程轉(zhuǎn)矩不變，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也不能被提高；當(dāng)頻率高于它的額定頻率時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高轉(zhuǎn)矩就會(huì)下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中低于它的額定頻率時(shí)，沒有增加負(fù)載力矩，所以，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在額定頻率以下時(shí)，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率大小來配置變頻器的功率。一些功率不變的負(fù)載，轉(zhuǎn)速較低時(shí)力矩會(huì)有所增加，然而電動(dòng)機(jī)和變頻器在低于額定頻率時(shí)它們的電流都會(huì)被限制，也不能增加力矩，所以當(dāng)用變頻器將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)低時(shí)可能會(huì)造成電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載。選擇時(shí)一定要根據(jù)減速時(shí)增加力矩的比例，選擇的電機(jī)和變頻器要比原來的電機(jī)功率大。例如原來1.5kw電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩

34、1kgm,轉(zhuǎn)速1460r/min，機(jī)械變速后轉(zhuǎn)速降到720r/min，轉(zhuǎn)矩就可達(dá)2kgm，但原來的電機(jī)和變頻器不可能輸出2kgm的轉(zhuǎn)矩。因此，要改變電機(jī)和變頻器都是1.5×2=3kw，選用標(biāo)準(zhǔn)功率3.7或4kw的電機(jī)和變頻器才行。 變頻器的選用型號還應(yīng)根據(jù)使用要求而仔細(xì)考慮下列因素： ? (1) 考慮內(nèi)容是使用是電網(wǎng)電壓、所處環(huán)境條件、負(fù)載的大小以及性質(zhì)。 (2) 電網(wǎng)電壓處于不正常時(shí)，變頻器可能會(huì)受害。電壓過高，如對380v的線電壓如上升到450v就會(huì)造成損壞，因此電網(wǎng)電壓超過使用手冊規(guī)定范圍的場合，要使用變壓器調(diào)整，以確保變頻器的安全 (3) 為使變頻器正常的

35、工作，不但要配置標(biāo)準(zhǔn)的冷卻通風(fēng)系統(tǒng)，而且在選擇上要有所增大，這樣做是為了應(yīng)對在額定運(yùn)行時(shí)的溫升下降。同時(shí)也考慮了，使用時(shí)溫度一直較高，如果安裝在不能通風(fēng)冷卻良好的機(jī)柜內(nèi)時(shí)，那么變頻器壽命一定會(huì)縮短。更壞的情況是，那些電子精密器件、最典型是電容電解等器件、在大于一定的標(biāo)準(zhǔn)溫度后，壽命會(huì)隨著每升高10℃而下降一半。 (4) 使用于不同用途時(shí)，選擇變頻器的系列型號應(yīng)作分析，對于一般用途的變頻器而采用v/f常數(shù)得控制模式已可滿足，但是對那些數(shù)控機(jī)床等精密傳動(dòng)等所對應(yīng)的變頻器，顯然就不能滿足了，要采用閉環(huán)控制方式，當(dāng)然也要包含對應(yīng)的接口。總體來說這些變頻器變化范圍大，而且要求比較高運(yùn)轉(zhuǎn)精度的時(shí)

36、候，典型的是低速并且要求保持一定的速度和負(fù)載得能力，那就要選擇矢量控制的方式的變頻器?？傮w來說就要綜合考慮。 (5) 當(dāng)變頻器為降低電動(dòng)機(jī)噪聲而將調(diào)制頻率重新設(shè)置得較高并高過出廠時(shí)設(shè)置的頻率時(shí),那么會(huì)使變頻器的損耗加大。設(shè)置頻率越高，損耗越大，因此要 適當(dāng)減載，不同公司、不同系列會(huì)有差別，但趨勢是相似的。如果一味增加調(diào)制頻率，則會(huì)造成變頻器的過熱損壞，或者變頻器輸不出額定功率。。 (6)電動(dòng)機(jī)容量之和一定要小于變頻器的容量，所對應(yīng)的情況是一臺變頻器來驅(qū)動(dòng)好幾臺電動(dòng)機(jī)時(shí)候，并且只能選擇v/f控制模式，矢量控制模式不予采用。 (7) 能夠比較正確地運(yùn)用矢量控制的方式，那么驅(qū)動(dòng)前，對應(yīng)

37、的變頻器對這些電機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)輸入或者自動(dòng)識別還是有必要的。 矢量控制方式卻只能對應(yīng)一臺變頻器而驅(qū)動(dòng)一臺電機(jī)，電動(dòng)機(jī)的額定電流一定不能太大于在實(shí)際運(yùn)用的電流(不低于變頻器額定電流的1/8)。 通過對各主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的性能價(jià)格比分析，選用無錫富士電機(jī)公司的變頻器。富士的變頻器有以下4種控制方式： (1) 無PG（脈沖編碼器）矢量控制。 (2) 帶PG 矢量控制。 (3) 無PG V/f控制。 (4) 帶PG V/f控制。 V/f 是壓頻比的縮寫，變頻器一般用 PG 作為速度反饋裝置，來實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，其效果比測速發(fā)電機(jī)好得多，并且價(jià)格適中，

38、安裝方便，測量精度完全能滿足要求。矢量控制分別獨(dú)立控制磁場電流和力矩電流，可以像直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一樣，對電磁力矩進(jìn)行控制。對調(diào)速范圍要求不高的主拖動(dòng)系統(tǒng)，可以選擇無 PG 的開環(huán)控制。調(diào)速范圍要求寬的系統(tǒng)，應(yīng)選擇速度閉環(huán)控制。帶 PG 矢量控制方式的調(diào)速范圍寬廣，速度控制精度高，可以用于各種伺服驅(qū)動(dòng)、高精度速度控制和力矩控制。但是帶有 PG 矢量控制功能的變頻器的價(jià)格相當(dāng)高，其價(jià)格是沒有這一功能的系列的價(jià)格的1.5倍。為減少成本，并且鉆孔攻絲機(jī)床對于速度的要求不是太高，所以可以用開環(huán)控制方式?；谝簧细鞣N因素，本次設(shè)計(jì)決定選取變頻器的型號為FRENIC-MEGA系列無PG V/f控制方式。

39、 本次選取的變頻裝置是用于控制三相異步電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)轉(zhuǎn)裝置。變頻器在控制時(shí)只要對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可，鉆孔攻絲組合機(jī)床所用的參數(shù)設(shè)置如下： （1） F00設(shè)置為3。功能為有數(shù)據(jù)保護(hù)，有數(shù)字設(shè)定保護(hù)。 （2） F01頻率設(shè)定為1。功能為模擬電壓輸入（DC0－±10v）。 （3） F02設(shè)置為1。外部信號時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)，操作。 PLC的電源應(yīng)選擇220VAC電源，與國內(nèi)電源電壓一致。根據(jù)所需的 PLC 的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地。選擇PLC時(shí)，應(yīng)該考慮性能價(jià)格比，輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接的影響，每增加一塊輸入輸出卡件就需要增加一定的費(fèi)用，所以在估計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)充分考慮這一

40、點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所用的輸入為10點(diǎn)，輸出為13點(diǎn)，選擇 PLC 的基本單元的型號為 FX2N-32MR-001，輸入輸出點(diǎn)數(shù)總和為32，其中16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，M是基本單元，R表示繼電器輸出，001表示適用于中國，選用該型號的PLC已足夠。 3.3 控制柜及控制面板的設(shè)計(jì) 根據(jù)控制部分的電路原理圖和所需要的的電氣元件來組裝電氣控制柜。在組裝過程中元件的排列順序一定要合理，否則會(huì)使控制系統(tǒng)雜亂無序，操作和檢修都很困難。 由于可編程序控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，且在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，所以將可編程序控制器放在控制柜的左上角，裝在這個(gè)位置除了有利于程

41、序的讀寫之外，散熱效果還非常好，降低了PLC工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。在電氣控制原理圖中，電氣元件的連接是有一定順序的，通常是按照下列順序排列的：保險(xiǎn)、空氣開關(guān)、接觸器、中間繼電器、所以只需將上述原件按次序排列。 由于變壓器和變頻器的體積和重量都較大，所以在安裝時(shí)將其安放在控制柜的中間位置。與外界相連接的輸入輸出端子要放在柜子的下側(cè)，這樣有利于這些端子與外界的導(dǎo)線相連。另外輸入、輸出的端子的數(shù)量要多些，以便為公共端留下位置。 在選線時(shí)，為了易于區(qū)分，主電路的配線全部選用黑色。并且線的型號要根據(jù)所帶電動(dòng)機(jī)的功率選取，而且還要留有一定的余量，防止當(dāng)有較大電流流過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線承受不了而燒壞。在控

42、制回路中，火線采用紅色的；零線采用藍(lán)色的；可編程序控制器上的輸入、輸出為信號線，一般選用細(xì)藍(lán)線就可以；地線用黃色的。 在接主電路的線路時(shí)，一定要將線頭壓緊，因?yàn)橹麟娐樊a(chǎn)生的電流很大，如果線頭壓的不緊，當(dāng)通電時(shí)可能會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生的電火花而使該點(diǎn)燒壞。在接PLC的輸入/輸出線時(shí)一定要小心，因?yàn)檫@部分的線很多，如果因粗心而將線接錯(cuò)會(huì)給調(diào)試帶來很大的困難。在接PLC的輸出線時(shí)一定要注意下列因素： 輸如部分的+24V電源端子不能與外界電源相連，否則會(huì)造成PLC的燒壞。 (1) 輸出部分的黑點(diǎn)端子代表內(nèi)部公共端子，一定不能與外部相連，否則可能損壞PLC。 (2) 在配接

43、觸器和中間繼電器的線時(shí)一定要分清常開、常閉、線圈端子的位置，如果不清楚一定要查詢說明書，切不可憑感覺而接線。 根據(jù)電氣原理圖和以上的接線要求，將配電柜即可安裝好。 本控制面板是根據(jù)加工工藝的過程以及機(jī)械生產(chǎn)過程對機(jī)床性能的指標(biāo)要求，利用可編程序控制器設(shè)計(jì)開發(fā)的，整個(gè)控制過程的設(shè)計(jì)用的是梯形圖程序的順序控制設(shè)計(jì)法來完成的。控制面板設(shè)置了電源的啟動(dòng)和停止自動(dòng)手動(dòng)選擇開關(guān)及對應(yīng)的指示燈，各種控制按鈕等輸入輸出信號。這個(gè)控制面板有利于操作者靈活方便地控制機(jī)床的各種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的手動(dòng)操作，該控制面板還可以顯示機(jī)床的各個(gè)工作狀態(tài)。 在配置控制面板時(shí)，首先根據(jù)機(jī)床的功能確定所用按鈕

44、的型號及數(shù)量。其次，要根據(jù)PLC的地址表及控制柜上的接線，將相應(yīng)的線引到控制面板上的控制按鈕上。在接線時(shí)要嚴(yán)格按照地址表進(jìn)行，否則會(huì)造成控制按鈕所示功能與機(jī)床的實(shí)際功能不符。另外，在配線時(shí)，還要留出備用的線，因?yàn)椴僮髅姘迳系男盘柧€是最容易壞的，以便在更換導(dǎo)線時(shí)可以方便的進(jìn)行。為了屏蔽外界信號的干擾，在連接控制面板和控制柜的接線時(shí)，要選用電纜線，并且要給相應(yīng)的導(dǎo)線用導(dǎo)線管標(biāo)出線號，以方便檢修。 控制面板部分信號功能介紹: 總停：該按鈕控制著整個(gè)操作過程的電源的接通和斷開，當(dāng)控制柜上電后，往上拉下該按鈕，控制面板控制操作過程上電;當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，按下該按鈕，操作過程會(huì)立即停止運(yùn)動(dòng)。

45、 電源指示：當(dāng)打開操作面板上的總停開關(guān)時(shí)，電源指示燈亮。表示系統(tǒng)已經(jīng)上電，可以進(jìn)行加工操作。 手動(dòng)-自動(dòng)：該按鈕在手動(dòng)時(shí)，可以單獨(dú)的對機(jī)床的單個(gè)動(dòng)作進(jìn)行操作；在自動(dòng)時(shí)，按下SB系統(tǒng)啟動(dòng)，即可完成所有的機(jī)床動(dòng)作。 圖3-1 兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床主電路圖 3.3 I/O 分配 I/O的分配有助于我們更好的理解工作過程，使編程簡單易懂。 表3-1: I/O分配表 輸入元件 輸入點(diǎn)編號 輸出元件 輸出點(diǎn)編號 壓力檢測PV X000 原點(diǎn)指示HL1 Y000 系統(tǒng)啟動(dòng)鈕SB X001 液壓泵電機(jī)M1(KM1) Y00

46、1 夾緊限位SQ4 X002 凸輪電機(jī)M2(KM2) Y002 鉆孔滑臺終點(diǎn)SQ5 X003 夾緊電磁閥YV1 Y003 鉆孔滑臺原位SQ2 X004 鉆孔動(dòng)力頭M3(KM3) Y004 攻絲工位SQ6 X005 工作臺右移電磁閥YV2 Y005 攻絲滑臺終點(diǎn)SQ7 X006 攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn)(KM4) Y006 攻絲滑臺原位SQ3 X007 制動(dòng)DL Y007 鉆孔工位SQ1 X010 攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn)(KM5) Y010 放松限位SQ8 X011 工作臺左移電磁閥YV3 Y011 液壓泵啟動(dòng)SB1

47、手動(dòng)控制 放松電磁閥YV4 Y012 凸輪電機(jī)啟動(dòng)SB2 冷卻泵電機(jī)M5(KM6) Y013 鉆孔SB3 手動(dòng)控制電源 Y014 攻絲正轉(zhuǎn)SB4 攻絲反轉(zhuǎn)SB5 冷卻泵啟動(dòng)SB6 夾緊SB7 工作臺右移SB8 工作臺左移SB9 放松SB10 3.4硬件接線圖的設(shè)計(jì) 由兩工位鉆孔攻絲組合機(jī)床的加工工藝的要求可知，其加工過程為一順序控制過程，所以可運(yùn)用狀態(tài)編程的思想，采用步進(jìn)控制法對其進(jìn)行控制。雖然該控制為自動(dòng)循環(huán)順序控制，考慮到具體情況，還需要設(shè)置手動(dòng)控制環(huán)節(jié)，為了減少輸出點(diǎn)，簡化程

48、序，將按鈕或轉(zhuǎn)換開關(guān)接在驅(qū)動(dòng)回路上，可實(shí)現(xiàn)各工步的手動(dòng)操作。 在PLC外部輸出電路的電源供電線路上裝設(shè)電源接觸器，用按鈕SB21/SB20控制接通/斷開，當(dāng)外部負(fù)載需要緊急斷開時(shí)，只需按下按鈕SB20就可將電源斷開，與PLC無關(guān)。另外，電源在停電后回復(fù)，PLC不能馬上啟動(dòng)，只有在按下啟動(dòng)按鈕SB21才會(huì)啟動(dòng)。當(dāng)輸出端的負(fù)載短路時(shí)，PLC的輸出元件和印刷電路板將被燒壞，因此應(yīng)該在輸出線路中加裝熔斷器，熔絲電流應(yīng)該選擇適當(dāng)大于負(fù)載電流。當(dāng)輸出端接的是感性元件時(shí)，要加裝保護(hù)，直流輸出時(shí)，元件兩端并接續(xù)流二極管；交流輸出時(shí)，元件兩端并接阻容吸收電路，這樣可以抑制由于輸出觸點(diǎn)斷開時(shí)電感線圈感應(yīng)出的尖峰

49、電壓對輸出觸點(diǎn)的危害及對PLC的干擾，電路可選0.5W、100-120的電阻和0.1pF的電容。 圖3-1:PLC的外部接線圖 第四章 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 4.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖 圖4-1：PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 4.2 PLC 程序設(shè)計(jì)方法 當(dāng)今，PLC程序的設(shè)計(jì)有3種方法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是在已有的一些典型圖形圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，進(jìn)行不斷的修改和完善，還有反復(fù)調(diào)試梯形圖，最后得到一個(gè)比較滿意的結(jié)果。這種設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是

50、沒有規(guī)律可以遵循的，設(shè)計(jì)者的能力和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和所用的時(shí)間，因此這種方法一般只用于一些簡單的梯形圖設(shè)計(jì)。 根據(jù)繼電器的電路圖設(shè)計(jì)梯形圖的程序是用于將繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)改造為可編程序控制器控制系統(tǒng)。在編輯程序之前要了解被控對象的加工工藝過程以及電氣元件的動(dòng)作情況，然后再分析繼電接觸器控制系統(tǒng)的電路圖，熟練掌握這種控制系統(tǒng)的工作原理。將這種控制系統(tǒng)直接改寫成梯形圖，即用可編程序控制器的梯形圖程序和它的外部硬件接線圖實(shí)現(xiàn)繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)的功能. 順序控制設(shè)計(jì)法也稱為是步進(jìn)控制設(shè)計(jì)法，這種設(shè)計(jì)方法比較先進(jìn)，不僅設(shè)計(jì)速度快，有利于程序的修改與調(diào)試，而且簡單易學(xué)易

51、懂。對于那些被控對象的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的，使用這種設(shè)計(jì)方法可以節(jié)約大量的時(shí)間，設(shè)計(jì)效果相當(dāng)不錯(cuò)。 的介紹 SFC為順序功能圖簡稱，它是采用順序控制設(shè)計(jì)法的思想來描述控制系統(tǒng)的整個(gè)控制過程、特性和功能的一種圖形，也是一種經(jīng)常使用的技術(shù)語言，是設(shè)計(jì)可編程序控制器的順序控制程序的工具之一，可以供不同專業(yè)的人員之間進(jìn)行編程方面的技術(shù)交流之用。SFC主要由步、動(dòng)作、有向連線、轉(zhuǎn)換條件、轉(zhuǎn)換5個(gè)基本要素和組成。 1. 步 把控制系統(tǒng)的一個(gè)工作周期分成若干個(gè)按順序相連的部分，每一個(gè)部分稱為步。它是根據(jù)輸出量的狀態(tài)劃分的，一般表示某一個(gè)執(zhí)行元件的狀態(tài)變化，可以用編程元件(例如狀態(tài)寄存器S和

52、輔助繼電器M )代表各步。在任何一步工作時(shí)，步內(nèi)的輸出量ON/OFF狀態(tài)保持不變，但是工作步與相鄰兩步的輸出量狀態(tài)總是相反的。采用這種方式使編程元件運(yùn)行狀態(tài)與輸出量運(yùn)行狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系變得極為簡單。在SFC中用一個(gè)方框表示一步，一般情況下用表示該步的編程元件的元件號作為這一步的代號。 2. 初始步 初始步就是與控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步，是整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的起點(diǎn)。初始步用兩個(gè)方框表示，每一個(gè)控制系統(tǒng)至少要有一個(gè)初始步。 3. 工作步 根據(jù)系統(tǒng)是否正在執(zhí)行，每一個(gè)工作步都是有兩種狀態(tài)的：活動(dòng)步和靜止步?；顒?dòng)步就是系統(tǒng)正在運(yùn)行的階段，如果步處于活動(dòng)狀態(tài)下

53、，那么與步相應(yīng)的動(dòng)作都被執(zhí)行；靜止步就是指當(dāng)前沒有運(yùn)行的步，處于靜止步時(shí)，與步相對應(yīng)的不具有存儲(chǔ)功能的動(dòng)作會(huì)被停止執(zhí)行。 4. 有向連線 在繪制順序功能圖時(shí)，按控制順序把表示各步的方框排列起來，并用帶有方向的線段將它們連接起來?？刂葡到y(tǒng)的工作過程在順序功能圖中的進(jìn)展方向一般都是從上到下或從左至右，按照這兩個(gè)順序的有向連線上的箭頭可以不畫。 5. 轉(zhuǎn)換 用一個(gè)有向連線來表示轉(zhuǎn)換的方向，用有向連線中間的一段橫線表示轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換實(shí)際上是將相鄰的兩步分開的。控制系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換來完成的。 6. 轉(zhuǎn)換條件 在順序功能圖中，由當(dāng)前運(yùn)動(dòng)步進(jìn)入下

54、一步的條件稱為轉(zhuǎn)換條件，它可能是可編程序控制器內(nèi)部產(chǎn)生的信號，也可能是外部的輸入信號；如控制按鈕、定時(shí)器、限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)的接通等，另外轉(zhuǎn)換條件還有可能是許多個(gè)信號的邏輯控制組合。 利用轉(zhuǎn)換條件來控制表示每一步的編程元件，使它們的運(yùn)行狀態(tài)按設(shè)計(jì)好的順序變化，之后用表示各步的編程元件來控制可編程序控制器的各種輸出量，這是順序功能控制的重點(diǎn)之一。 1. 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的條件 在SFC中，控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)展是由實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換來完成的。完成轉(zhuǎn)換必須同時(shí)要滿足以下兩個(gè)條件：第一是此轉(zhuǎn)換所有的前級步是活動(dòng)步；第二是滿足活動(dòng)步與下一步之間的轉(zhuǎn)換條件。 2. 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換

55、完成的部分 有向連線上端或左端由活動(dòng)步變?yōu)殪o止步，有向連線下端或右端由靜止步變成活動(dòng)步。 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的基本規(guī)則是根據(jù)利用SFC設(shè)計(jì)梯形圖，在該梯形圖中，使用表示每一步的編程元件來代表每一步，當(dāng)某一步為活動(dòng)步時(shí)，與這一步相對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)置1。 用順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)出的程序很容易調(diào)試、修改和閱讀，而且設(shè)計(jì)簡單，對于控制要求很復(fù)雜的系統(tǒng)，使用該方法可以節(jié)約大量的時(shí)間，獲得滿意的設(shè)計(jì)效果。順序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)常用方法有四種：邏輯方程法、步進(jìn)控制法、位移控制閥和以轉(zhuǎn)換為中心法，本次設(shè)計(jì)采用的是步進(jìn)控制法。 步進(jìn)梯形指令簡稱為STL指令，在可編程序控制器中RET指令是使STL

56、指令復(fù)位的。利用STL與RET這兩條指令，可以很容易地編制出順序控制的梯形圖程序。SFC中的每一步都一段程序與之相對應(yīng)，每一步都是獨(dú)立的，與其他各步都不相連。在運(yùn)行過程中，活動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步，上一步就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。 4.3 機(jī)床加工工步順序表 在整個(gè)加工過程中，組合機(jī)床按照一定的順序進(jìn)行加工，組合機(jī)床的加工工步順序如表4-1所示： 表4-1：機(jī)床加工工步順序表 工步 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 通電啟動(dòng)液壓泵 各部分在原位 進(jìn)行夾緊后啟動(dòng)機(jī)床凸輪電機(jī) 鉆孔加工 鉆孔滑臺退原位工作臺右移 到攻絲工

57、位攻絲加工 攻絲滑臺到終端制動(dòng)延時(shí)0.3s 攻絲工作頭反轉(zhuǎn)后退 攻絲滑臺到原位延時(shí)3s工作臺左移 工作臺到鉆孔工位放松 放松完成原位指示燈亮 輸 入 及 檢 測 元 件 液壓壓力檢測PV 1 鉆孔工位SQ1 1 1 1 1 1 鉆孔滑臺原位SQ2 1 1 1 1 1 1 1 1 鉆孔滑臺終點(diǎn)SQ5 1 攻絲滑臺原位SQ3 1 1 1 1 1 1 1 啟動(dòng)按鈕SB 1

58、 夾緊限位SQ4 1 1 1 1 1 1 1 攻絲工位SQ6 1 1 1 1 攻絲滑臺終點(diǎn)SQ7 1 放松限位SQ8 1 1 驅(qū) 動(dòng) 元 件 液壓泵電機(jī)M1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 凸輪電機(jī)M2 1 1 1 1 1 1 1 夾緊電磁閥YV1 1 1 1 1 1 1 1 鉆孔動(dòng)力頭M3 1

59、 冷卻泵電機(jī)M5 1 1 1 1 1 工作臺右移電磁閥YV2 1 攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn) 1 攻絲動(dòng)力頭制動(dòng)DL 1 攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn) 1 工作臺左移電磁閥YV3 1 放松電磁閥YV4 1 原位指示HL1 1 1 4.

60、4順序功能圖的設(shè)計(jì) 順序功能圖是一種容易理解，易于構(gòu)思的設(shè)計(jì)程序的工具之一，它有著流程圖的直觀，又有利于比較復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)的分解與綜合，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1、可以將復(fù)雜的控制過程分解成若干個(gè)簡單的程序； 2、各工序的任務(wù)明確而具體； 3、各工序間的聯(lián)系清楚，工序間的轉(zhuǎn)換條件直觀； 4、容易理解，可讀性很強(qiáng)，能清晰的反映整個(gè)控制過程，能帶給編程人員清晰的編程思路。 以下便是該設(shè)計(jì)的順序功能圖，見圖4-2： 圖4-2 順序功能圖 4.5 梯形圖設(shè)計(jì) 梯形圖的設(shè)計(jì)整體反映了編者的思想，使我們更清楚的理解程序的

61、作用及用途，它是由狀態(tài)圖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而來，結(jié)合PLC控制將會(huì)使程序淺顯易懂，以下便是該設(shè)計(jì)的梯形圖： 原理：系統(tǒng)上電后，給M8002一個(gè)初始脈沖，使M8002變成ON狀態(tài)，激活初始步S0,輔助繼電器M01變?yōu)镺N狀態(tài)；S20變成活動(dòng)步，自動(dòng)啟動(dòng)液壓泵電機(jī)M1并保持，當(dāng)鉆孔滑臺在原位, 工作臺在鉆孔工位,攻絲滑臺在原位，夾具在放松限位(即SQ2、SQ1、SQ3、SQ8動(dòng)作)，并且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動(dòng)作時(shí)，S21變成活動(dòng)步，原點(diǎn)指示燈HL1亮，將要加工的工件放到工作臺上，之后按下系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB，S22變成活動(dòng)步，夾緊電磁閥得電并保持，夾具由液壓系統(tǒng)控

62、制著將待加工工件夾緊，當(dāng)夾緊限位SQ4動(dòng)作即表明工件已經(jīng)被夾緊，緊接著S23變成活動(dòng)步，控制凸輪的電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)并保持，鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)M3得電并保持，冷卻泵電機(jī)M5也啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)并保持，鉆孔滑臺是由控制凸輪的電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)前移進(jìn)行鉆孔加工的。當(dāng)SQ5動(dòng)作時(shí)表明鉆孔滑臺已達(dá)到終點(diǎn)，此時(shí)S24變成活動(dòng)步，鉆孔滑臺由凸輪控制著自動(dòng)后退，同時(shí)鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)M3復(fù)位停止。等到鉆孔滑臺回到原位SQ2后，S25變成活動(dòng)步，右移電磁閥YV2得電，工作臺由液壓系統(tǒng)控制著右移，當(dāng)SQ6動(dòng)作時(shí)表明工作臺已到達(dá)攻絲工位，此時(shí)工作臺停止右移。接著S26變成活動(dòng)步，啟動(dòng)攻絲動(dòng)力頭電機(jī)電機(jī)M4正轉(zhuǎn)，同時(shí)攻絲滑臺由凸輪控制前移，

63、進(jìn)行攻絲加工，當(dāng)攻絲終點(diǎn)限位SQ7動(dòng)作時(shí)，S27變成活動(dòng)步，制動(dòng)電磁閥DL得電，攻絲動(dòng)力頭開始制動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)，0.3S后S28變成活動(dòng)步，M4開始反轉(zhuǎn)，同時(shí)攻絲滑臺將自動(dòng)后退。退到原來的位置時(shí)，SQ3動(dòng)作，S29變成活動(dòng)步，凸輪電機(jī)M2復(fù)位停止，冷卻泵電機(jī)也復(fù)位停止，同時(shí)計(jì)時(shí)器T2開始計(jì)時(shí)，3S后進(jìn)入S30步，控制工作臺向左移的電磁閥YV3通電，工件臺開始左移，同時(shí)加緊電磁閥復(fù)位，鉆孔工位SQ1動(dòng)作時(shí)左移停止，放松工件的電磁閥得電后開始放松工件，當(dāng)放松限位SQ8動(dòng)作后，停止放松。原位指示燈亮?xí)r即可取下工件，整個(gè)加工過程到此完成。 4.6程序的仿真 本次對程序進(jìn)行仿真采用的是與

64、GX Developer編程軟件相對應(yīng)的GX Simulator 6-C仿真軟件。具體過程如下： 按下梯形圖的邏輯測試啟動(dòng)按鈕后，PLC開始寫入，當(dāng)完全寫入后， 開始進(jìn)行測試，內(nèi)部給M8002一個(gè)初始脈沖，滿足轉(zhuǎn)換條件，SO置1.步進(jìn)指令SO也置1. 當(dāng)M1滿足轉(zhuǎn)化條件時(shí)，S20步變成ON狀態(tài)，SO步變成OFF狀態(tài)，此時(shí)液壓泵得電并保持。 手動(dòng)閉合X000、X010、X004、X007、X011，使轉(zhuǎn)換條件滿足，S21步變成ON狀態(tài)，S20步變成OFF狀態(tài)，但是在S20步中表示液壓泵的輸出Y001由于有SET指令，一直保持ON狀態(tài)。在S21步中表示原點(diǎn)指示燈

65、的Y000得電。 按下啟動(dòng)按鈕X001，S22步變成ON狀態(tài)，S21步變成OFF狀態(tài)，這時(shí)候表示夾緊電磁閥的輸出Y003通電并保持。 當(dāng)表示夾緊限位SQ4的X2閉合時(shí)，S23步變成ON狀態(tài)，S22步變成OFF狀態(tài)。此時(shí)，冷卻泵電機(jī)、鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)、控制凸輪電機(jī)都得電并保持。 表示鉆孔滑臺終點(diǎn)SQ5的X4閉合后，S24步變成ON狀態(tài)，S23步變成OFF狀態(tài)，但冷卻泵電機(jī)、控制凸輪電機(jī)仍然運(yùn)動(dòng)，由于S24步中有一條讓Y4復(fù)位的指令RST Y004，所以Y004的狀態(tài)變成OFF。 鉆孔滑臺到達(dá)原位SQ2,也就是X4閉合，S

66、25步變成ON狀態(tài)，S24步變成OFF狀態(tài)。工作臺開始右移。 以下仿真部分不再一一解釋,在仿真過程中，輸入部分的信號都是有開關(guān)的通斷控制，若輸出狀態(tài)是ON時(shí)，程序中就會(huì)有藍(lán)色表示。這次仿真不僅是對程序的一種檢測，還使我對整個(gè)控制過程有了進(jìn)一步的了解。 第5章 機(jī)床調(diào)試 5.1 機(jī)床調(diào)試的工作過程 根據(jù)相關(guān)的資料和技術(shù)指標(biāo)完成實(shí)際操作的主電路與控制回路之間的接線,一定要保證接線沒有錯(cuò)誤;按照設(shè)計(jì)對電氣元件要求的通電順序，把所用到的電動(dòng)機(jī)還有輔助元件都安裝到組合機(jī)床，對所有需要的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。根據(jù)機(jī)床使用說明書中的技術(shù)要求來給機(jī)床各個(gè)需要潤滑的部分加入規(guī)定型號的潤滑油，另外還要將潤滑油油箱加滿。打開電源開關(guān)，給機(jī)床通電時(shí)，為了防止出現(xiàn)故障造成破壞,應(yīng)時(shí)刻準(zhǔn)備按下急停按鈕，隨時(shí)都可以關(guān)閉電源。 若檢查線路完全正確后，可以進(jìn)行通電試車，通電后首先看看各部分是否正常，然后再操作手動(dòng)控制的各個(gè)按鈕進(jìn)行一步一步的運(yùn)行，觀察每一步是否按照設(shè)計(jì)的過程來運(yùn)行，還有各個(gè)主軸是否能