機加工自動線PLC控制系統(tǒng)

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1、第9章 機加工自動線PLC控制系統(tǒng) 9.1 項目概況 在機械行業(yè)，機械加工自動線已成為一種常見的自動化生產(chǎn)形式。其控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、操作和故障分析與排除是自動化工程技術(shù)人員的崗位職責(zé)。 本系統(tǒng)旨在為學(xué)生進行機加工自動線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、操作和故障分析與排除提供一個實訓(xùn)環(huán)境。通過工程實訓(xùn)，使學(xué)生熟悉機加工自動線的操作步驟，掌握自動線PLC控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計、布線工藝、調(diào)試和故障分析與排除的思路和方法，增強PLC的工程應(yīng)用能力，為將來從事PLC應(yīng)用方面的技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。,9.2 理論知識 由于機加工自動線控制系統(tǒng)的控制裝置采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2系列PLC，因此，這里

2、有必要簡要地學(xué)習(xí)一下FX2系列PLC方面的有關(guān)知識。 9.2.1 FX2系列PLC的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 9.2.1.1 位元件 FX2系列PLC有4種基本位元件供用戶編程使用，并給它們分別指定了專用的字母符號： 輸入繼電器：X； 輸出繼電器：Y； 輔助繼電器：M； 狀態(tài)繼電器：S。 上述四種位元件都只有兩種不同的狀態(tài)，即ON和OFF，可以分別用二進制數(shù)1和0來表示這兩種狀態(tài)。,9.2.1.2 字元件 8個連續(xù)的位組成一個字節(jié)，2個連續(xù)的字節(jié)組成一個字，兩個連續(xù)的字組成一個雙字。一個字的最高位(第15位)為符號位，正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1。有符號的字可以表示的最大正整數(shù)

3、為32767。 在FX2系列PLC中，純粹的字元件只有只有一種，即數(shù)據(jù)寄存器，其專用的字母符號為D。但前面提到的四種位元件中的每一種的16個或32個連續(xù)的位都可以組成一個字或一個雙字。 9.2.1.3 位與字結(jié)合的元件 在FX2系列PLC中，位與字結(jié)合的元件只有兩種：定時器和計數(shù)器，它們的觸點為位元件，而用來存放它們的設(shè)定值和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)寄存器為字元件。定時器和計數(shù)器的專用的字母符號分別為T和C。,9.2.2 FX2系列PLC的編成元件 FX2系列PLC梯形圖中的編程元件的名稱由字母和數(shù)字組成，它們分別表示元件的類型和元件號，例如Y10、M129。輸入繼電器和輸出繼電器的元件號用八進制數(shù)表

4、示，八進制數(shù)只有07這8個數(shù)字符號，遵循“逢8進1”的運算規(guī)則。例如，八進制數(shù)17和20是兩個相鄰的整數(shù)。表9-1給出了FX2系列PLC的輸入輸出繼電器元件號。,9.2.2.1 輸入繼電器(X) 輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關(guān)量信號的窗口。PLC通過光耦合器，將外部信號的狀態(tài)讀入并儲存在輸入映像寄存器中。在梯形圖中，可以多次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。 圖9-1是一個PLC控制系統(tǒng)的示意圖，X0端子外接的輸入電路接通時，它對應(yīng)的輸入映像寄存器為1狀態(tài)，斷開時為0狀態(tài)。輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于外部輸入信號的狀態(tài)，不受用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈

5、。,圖9-1 輸入繼電器與輸出繼電器 9.2.2.2 輸出繼電器（Y） 輸出繼電器是PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負載。如果圖9-1梯形圖中Y4的線圈“通電”,繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點閉合，使外部負載工作。輸出模塊中的每一個硬件繼電器僅有一對常開觸點，但在梯形圖中，每一個輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點都可以多次使用。,9.2.2.3 輔助繼電器（M） 輔助繼電器是用軟件實現(xiàn)的，它們不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅(qū)動外部負載，是一種內(nèi)部的狀態(tài)標志，相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輔助繼電器的編號范圍如表

6、9-2所示。,9.2.2.3.1 通用輔助繼電器 FX2系列PLC的通用輔助繼電器沒有斷電保持功能。在FX2系列PLC中，除了輸入繼電器和輸出繼電器的元件號采用八進制外，其他編程元件的元件號均采用十進制。,如果在PLC運行時電源突然中斷，輸出繼電器和通用輔助繼電器將全部變?yōu)镺FF。若電源再次接通，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持為OFF狀態(tài)。 9.2.2.3.2 鎖存輔助繼電器 在PLC外部電源斷電后，PLC內(nèi)部的鋰電池會自動地將外部電源斷電前一瞬間鎖存輔助繼電器的狀態(tài)保存下來。并一直持續(xù)到外部電源重新通電后的第一個掃描周期結(jié)束時為止。由于這個原因，我們可以把鎖存輔助繼電器看

7、作是具有斷電記憶功能的編程元件。為了使鎖存輔助繼電器在外部電源重新通電后保持通電狀態(tài)的時間更長一些，可采用圖9-2所示的有記憶功能的電路來實現(xiàn)。,,,圖9-2 斷電保持功能,圖9-3 波形圖,9.2.2.3.3 特殊輔助繼電器 特殊輔助繼電器共256點，可分為兩類： (1) 觸點利用型特殊輔助繼電器 由PLC的系統(tǒng)程序來驅(qū)動它們的線圈，在用戶程序中直接使用其觸點，但是不能出現(xiàn)它們的線圈，常用的觸點利用型特殊輔助繼電器有：,M8000(運行監(jiān)視)：當(dāng)PLC執(zhí)行用戶程序時，M8000為ON；停止執(zhí)行時，M8000為0FF(見圖9-7)。 M8002(初始化脈沖)：M8002僅在M8000由OFF變

8、為ON狀態(tài)時的一個掃描周期內(nèi)為ON(見圖9-3) 。 M8011M8014分別是10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖。 M8005(鋰電池電壓降低)：電池電壓下降至規(guī)定值時變?yōu)镺N，可以用它的觸點驅(qū)動輸出繼電器和外部指示燈，提醒工作人員更換鋰電池。 (2)線圈驅(qū)動型特殊輔助繼電器 由用戶程序驅(qū)動其線圈，使PLC執(zhí)行特定的操作，用戶并不使用它們的觸點。例如： M8030的線圈“通電”后,“電池電壓降低”發(fā)光二極管熄滅； M8034的線圈“通電”時，禁止所有的輸出；但是程序仍然正常執(zhí)行。,9.2.2.4 狀態(tài)繼電器(S) 狀態(tài)繼電器是用于編制順序控制程序的一種編程元件(狀態(tài)標志)，它與ST

9、L指令(步進梯形指令)一起使用。 通用狀態(tài)繼電器沒有斷電保持功能，鎖存狀態(tài)繼電器在斷電時用帶鋰電池的RAM或EEPROM來保存其ON/OFF狀態(tài)。 9.2.2.5 定時器(T) PLC中的定時器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器。它有一個設(shè)定值寄存器字，一個當(dāng)前值寄存器字，和一個用來儲存其輸出觸點狀態(tài)的映像寄存器位，這三個存儲單元使用同一個元件號。FX2系列PLC的定時器分為通用定時器和積算定時器。 常數(shù)K可以作為定時器的設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器(D)的內(nèi)容來設(shè)置定時器。,9.2.2.5.1 通用定時器 各系列PLC的定時器個數(shù)和元件編號如表9-3所示。100ms定時器的定時范圍為0.1 327

10、6.7s，10ms定時器的定時范圍為O.01327.67s。通用定時器的工作原理如圖9-4所示。 如果需要在定時器的線圈“通電”時就動作的瞬動觸點，可,圖9-4 通用定時器,以在定時器線圈兩端并聯(lián)一個輔助繼電器的線圈，并使用它的觸點。,通用定時器沒有保持功能，在輸入電路斷開或停電時被復(fù)位。FX2系列的定時器只能提供其線圈“通電”后延遲動作的觸點，如果需要在輸入信號變?yōu)镺FF之后的延遲動作，可以使用圖9-5所示的電路。,圖9-5 在輸入信號OFF后延時的電路,9.2.2.5.2 積算定時器 100ms積算定時器T250T255的定時范圍為0.13276.7s。積算定時器的工作原理如圖9-6所示

11、，T250的當(dāng)前值計數(shù)器對100ms時鐘脈沖進行累加計數(shù)。X1的常開觸點斷開或停電時停止定時，當(dāng)前值保持不變。設(shè)圖9-6中D20的值為5678，X1的常開觸點再次接通或重新上電時繼續(xù)定時，累計時間(t1+t2)為,圖9-6 積算定時器,5678100ms=567.8s時，T250的觸點動作。因為積算定時器的線圈斷電時不會復(fù)位，需要用復(fù)位指令使T250強制復(fù)位。,9.2.2.6 內(nèi)部計數(shù)器(C) 內(nèi)部計數(shù)器用來對PLC的內(nèi)部映象寄存器(X、Y、M、S)提供的信號計數(shù)，計數(shù)脈沖為ON或OFF的持續(xù)時間，應(yīng)大于PLC的掃描周期，其響應(yīng)速度通常小于數(shù)十赫茲(Hz)，如表9-4所示。,9.2.2.6.1

12、 16位加計數(shù)器 16位加計數(shù)器的設(shè)定值為132767。圖9-7給出了加計數(shù)器的工作過程。,圖9-7 16位加計數(shù)器,9.2.2.6.2 32位雙向計數(shù)器 32位雙向計數(shù)器C200C234的設(shè)定值為-2147483648+2147483647，其加/減計數(shù)方式由特殊輔助繼電器M8200M8234設(shè)定，對應(yīng)的特殊輔助繼電器為ON時，為減計數(shù)，反之為加計數(shù)。 圖9-8中復(fù)位輸入X13的常開觸點接通時，C200被復(fù)位，其常開觸點斷開，常閉觸點接通，當(dāng)前值被,圖9-8 32位加/減計數(shù)器,置為0。 9.2.2.7 指針 指針(P/I)包括分支、子程序用的指針(P)和中斷用的指針(I)。在梯形圖中，指針

13、放在左側(cè)母線的左邊。,除上述編程元件外，F(xiàn)X2列PLC中還有高速繼電器和數(shù)據(jù)寄存器，這些編程元件在機加工自動線控制系統(tǒng)工程實訓(xùn)中沒有被用上，因此，關(guān)于這些編程元件的功能和編號范圍，就不敘述了。 9.2.3 FX2列PLC的基本邏輯指令 FX2列PLC共有20基本邏輯指令，此外還有2條步進順控指令和85條應(yīng)用指令。但在機加工自動線控制系統(tǒng)工程實訓(xùn)中，僅需用到基本邏輯指令和少數(shù)幾條應(yīng)用指令，因此，這里僅敘述基本邏輯指令和這少數(shù)幾條應(yīng)用指令的功能和用法。 9.2.3.1 LD、LDI、OUT指令 LD：電路開始的常開觸點對應(yīng)的指令。 LDI：電路開始的常閉觸點對應(yīng)的指令。 OUT：驅(qū)動線圈的輸出指令

14、。,LD和LDI指令可以用于X、Y、M、T、C和S。OUT指令可以用于Y、M、T、C和S。 LD與LDI指令對應(yīng)的觸點一般與左側(cè)母線相連，在使用ANB、ORB指令時，用來定義與其他電路串并聯(lián)的電路的起始觸點。,圖9-9 LD、LDI與OUT指令,OUT指令不能用于輸入繼電器的線圈，輸出類指令應(yīng)放在梯形圖的最右邊。 OUT指令可以連續(xù)使用若干次，相當(dāng)于線圈的并聯(lián)(見圖9-9)。,9.2.3.2 觸點的串并聯(lián)指令 AND：把1個常開觸點與左邊的觸點電路串聯(lián)連接。 ANI：把1個常閉觸點與左邊的觸點電路串聯(lián)連接。 OR：把1個常開觸點與上面的觸點電路并聯(lián)連接。 ORI：把1個常閉觸點與上面的觸點電路

15、并聯(lián)連接。 觸點的串、并聯(lián)指令可以用于X、Y、M、T、C和S。,圖9-10 AND與ANI指令,在1個回路中，串、并聯(lián)觸點的個數(shù)是沒有限制的。在圖9-10中,指令“OUT M101”之后經(jīng)T1的觸點去驅(qū)動Y4，稱為連續(xù)輸出。只要按正確的次序設(shè)計電路，可重復(fù)使用連續(xù)輸出。,圖9-11 不推薦的電路,圖9-10中M101和Y4線圈所在的并聯(lián)支路如果改為圖9-11中的電路，必須使用后面要講到的MPS(進棧)和MPP(出棧)指令。,使用OR和ORI指令時，并聯(lián)觸點的左端應(yīng)接到該指令所在電路塊的起始點(LD點)上，右端與前一條指令對應(yīng)的觸點的右端相連。如圖9-12中的指令“ORI M102”、“OR M

16、103”、“ORI M110”對觸點M102、M103和M110的并聯(lián)連接情況都是如此。,圖9-12 OR與ORI指令,9.2.3.3 微分輸出指令 PLS(Rulse)：上升沿微分輸出指令。 PLF：下降沿微分輸出指令。,PLS和PLF指令只能用于輸出繼電器和輔助繼電器(不包括特殊輔助繼電器)。圖9-13中的M0僅在X0的常開觸點由斷開變?yōu)榻油?即X0的上升沿)時的一個掃描周期內(nèi)為ON，M1僅在X0的常開觸點由接通變?yōu)閿嚅_(即X0的下降沿)時的一個掃描周期內(nèi)為ON。,圖9-13 微分輸出指令,9.2.3.4 電路塊串并聯(lián)指令 ORB(Or Block)：多觸點電路塊的并聯(lián)連接指令。 ANB(

17、And Block)：多觸點電路塊的串聯(lián)連接指令。,圖9-14 ORB指令,ORB指令(見圖9-14)將多觸點電路塊(一般是串聯(lián)電路塊)與上面的觸點電路塊并聯(lián)，它不帶元件號，相當(dāng)于電路塊間右側(cè)的一段垂直連線。要并聯(lián)的電路塊的起始觸點使用LD或LDI指令，完成了電路塊的內(nèi)部連接后，再用ORB指令將它上面的觸點電路塊并聯(lián)。,圖9-15 ANB指令,ANB指令(見圖9-15)將多觸點電路塊(一般是并聯(lián)電路塊)與左邊的電路塊串聯(lián)，它不帶元件號。要串聯(lián)的電路塊的起始觸點使用LD或LDI指令，完成了兩個電路塊的內(nèi)部連接后，用ANB指令將它左邊的觸點電路塊串聯(lián)。,9.2.3.5 棧存儲器與多重輸出指令 M

18、PS(Push)、MRD(Read)和MPP(Pop)指令分別是進棧、讀棧和出棧指令，它們用于多重輸出電路。,圖9-16 棧存儲器與多重輸出指令,FX2系列有11個存儲中間運算結(jié)果的堆棧存儲器(見圖9-16)，堆棧采用先進后出的數(shù)據(jù)存取方式。MPS指令用于儲存電路中有分支處的邏輯運算結(jié)果，以便以后處理有線圈的支路時可以調(diào)用該運算結(jié)果。使用一次MPS指令，當(dāng)時的邏輯運算結(jié)果壓入堆棧的第一層，堆棧中原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移。 MRD指令讀取存儲在堆棧最上層的電路中分支點處的運算結(jié)果，將下一個觸點強制性地連接在該點。讀數(shù)后堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不會上下移動。 MPP指令彈出(調(diào)用并去掉)存儲在堆棧最上層的電

19、路中分支點對應(yīng)的運算結(jié)果。將下一觸點連接在該點，并從堆棧中去掉該點的運算結(jié)果。使用MPP指令時，堆棧中各層的數(shù)據(jù)向上移動一層，最上層的數(shù)據(jù)在讀出后從棧內(nèi)消失。,圖9-17給出了使用二層棧的例子。每一條MPS指令必須有一條對應(yīng)的MPP指令，處理最后一條支路時必須使用MPP指令，而不是MRD指令。在一塊獨立電路中，用進棧指令同時保存在堆棧中的運算結(jié)果不能超過11個。,圖9-17 使用二層堆棧的分支電路,9.2.3.6 主控指令與主控復(fù)位指令 MC(Master Control)：主控指令，或公共觸點串聯(lián)連接指令，用于表示主控區(qū)的開始。MC指令只能用于輸出繼電器Y和輔助繼電器M(不包括特殊輔助繼電器

20、)。 MCR(Master Control Reset)：主控指令MC的復(fù)位指令，用來表示主控區(qū)的結(jié)束。 使用主控指令的觸點稱為主控觸點，它在梯形圖中與一般的觸點垂直。主控觸點是控制一組電路的總開關(guān)。 與主控觸點相連的觸點必須用LD或LDI指令。,圖9-18 主控指令與主控復(fù)位指令,圖9-18中X0的常開觸點接通時，執(zhí)行從MC到MCR之間的指令；MC指令的輸入電路斷開時，不執(zhí)行上述區(qū)間的指令，其中的積算定時器、計數(shù)器、用復(fù)位/置位指令驅(qū)動的元件保持其當(dāng)時的狀態(tài)；其余的元件被復(fù)位，非積算定時器和用OUT指令驅(qū)動的元件變?yōu)镺FF。,在MC指令區(qū)內(nèi)使用MC指令稱為嵌套(見圖9-19)。MC和MCR指

21、令中包含嵌套的層數(shù)NON7，N0為最高層，最低層為N7。在沒有嵌套結(jié)構(gòu)時，通常用N0編程，N0的使用次數(shù)沒有限制。,圖9-19 多重嵌套主控指令,9.2.3.7 置位復(fù)位指令 SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 RST：復(fù)位指令，使操作保持OFF的指令。 SET、指令用于Y、M和S，RST指令可以用于復(fù)位Y、M、S、T、C，或?qū)⒆衷﨑、V和Z清零。 如果圖9-20中X0的常開觸點接通，Y0變?yōu)镺N并保持該狀態(tài)，即使X0的常開觸點斷開，它也仍然保持ON狀態(tài)。當(dāng)X1的常開觸點閉合，Y0變?yōu)镺FF并保持該狀態(tài)，即使X1的常開觸點斷開，它也仍然保持OFF狀態(tài)(見圖9-20中的波形圖)。,圖9-

22、20 置位/復(fù)位指令,圖9-21 定時器與計數(shù)器的復(fù)位,圖9-21中X0的常開觸點接通時，積算定時器T246復(fù)位，X3的常開觸點接通時，計數(shù)器C200復(fù)位，它們的當(dāng)前值被清0，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。,9.2.3.8 空操作與程序結(jié)束指令 NOP(Non processing)為空操作指令，使該步序作空操作。執(zhí)行完清除用戶存儲器的操作后，用戶存儲器的內(nèi)容全部變?yōu)榭詹僮髦噶睢? END(End)為結(jié)束指令，將強制結(jié)束當(dāng)前的掃描執(zhí)行過程。若不寫END指令，將從用戶程序存儲器的第一步執(zhí)行到最后一步；將END指令放在程序結(jié)束處，只執(zhí)行第一步至END這一步之間的程序，使用END指令可以縮短掃描周期

23、。,,圖9-22 CJ指令,9.2.3.9 條件跳轉(zhuǎn)指令 指針P(Point)用于分支和跳步程序。在梯形圖中，指針放在左側(cè)母線的左邊。FX2有64點指針(P0P63)。 條件跳轉(zhuǎn)指令CJ(Conditional Jump，F(xiàn)NC 00)用于跳過順序程序中的某一部分，以控制程序的流程。當(dāng)圖9-22中的X0為ON時，程序跳到指針P8處，如果X0為OFF，不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，程序按原順序執(zhí)行。跳轉(zhuǎn)時，不執(zhí)行被跳過的那部分指令。用編程器輸入程序時，圖9-22中的指針P8應(yīng)放在指令“LD X14”之前。多條跳轉(zhuǎn)指令可以使用相同的指針，使用跳轉(zhuǎn)指令可以縮短掃描周期。,一個指針只能出現(xiàn)一次。如果用M8000的常開觸

24、點驅(qū)動CJ指令，相當(dāng)于無條件跳轉(zhuǎn)指令。 P63是END所在的步序，在程序中不需要設(shè)置P63。 如果從主令控制區(qū)的外部跳入其內(nèi)部，不管它的主控觸點是否接通，都把它當(dāng)成接通來執(zhí)行主令控制區(qū)內(nèi)的程序。如果跳步指令和標號都在同一主令控制區(qū)內(nèi)，則主控觸點沒有接通時不執(zhí)行跳步。,圖9-23 子程序的嵌套調(diào)用,子程序調(diào)用指令CALL(Sub Routine Call，F(xiàn)NC 01)的操作數(shù)為P0P62，子程序返回指令SRET(Sub。Routine Retmll，F(xiàn)NC 02)無操作數(shù)。 在圖9-23中的XO的上升沿調(diào)用子程序1，程序?qū)⑻街羔楶11處。 子程序應(yīng)放在FEND(主程序結(jié)束)指令之后，同一指針

25、只能出現(xiàn)一次，CJ指令中用過的指針不能再用，不同位置的CALL指令可以調(diào)用同一指針的子程序。,9.2.3.10 子程序調(diào)用與子程序返回指令,在子程序中調(diào)用子程序稱為嵌套調(diào)用，最多可以嵌套5級。在執(zhí)行圖9-23中的子程序1時，如果X1為ON，CALL P12指令被執(zhí)行，程序跳到P12處，嵌套執(zhí)行子程序2。執(zhí)行第二條SRET指令后，返回子程序1中CALL P12指令的下一條指令，執(zhí)行第一條SRET指令后返回主程序中CALLP P11指令的下一條指令。 因為子程序是間歇使用的，在子程序中使用的定時器應(yīng)在T192T199和T246T249之間選擇。,,圖9-24 雙線圈輸出,9.2.4 編程注意事項

26、9.2.4.1 雙線圈輸出 如果在同一個程序中，同一元件的線圈使用了兩次或多次，稱為雙線圈輸出。對于輸出繼電器來說，在掃描周期結(jié)束時，真正輸出的是最后一個Y0的線圈的狀態(tài)(見圖9-24a))。 為了消除圖9-24a)中的雙線圈輸出現(xiàn)象，可以將圖9-24a)改為圖9-24b)。,9.2.4.2 程序的優(yōu)化設(shè)計 在設(shè)計并聯(lián)電路時，應(yīng)將單個觸點的支路放在下面；設(shè)計串聯(lián)電路時，應(yīng)將單個觸點放在右邊，否則將多使用一條指令(見圖9-25)。 建議在有線圈的并聯(lián)電路中將單個線,圖9-25 梯形圖的優(yōu)化設(shè)計,a) 不好的梯形圖,b) 好的梯形圖,圈放在上面，將圖9-25a)的電路改為圖9-25b)的電路，可

27、以避免使用入棧指令MPS和出棧指令MPP。,9.2.4.3 編程元件的位置 輸出類元件(例如OUT、MC、SET、RST、PLS、PLF和大多數(shù)應(yīng)用指令)應(yīng)放在梯形圖的最右邊，它們不能直接與左側(cè)母線相連。有的指令(例如END和MCR指令)不能用觸點驅(qū)動，必須直接與左側(cè)母線或臨時母線相連。,9.3 裝置原理 本系統(tǒng)由計算機仿真子系統(tǒng)、接口子系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、操作臺及模擬顯示屏幾部分構(gòu)成。為了敘述方便，今后就稱PLC控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)。由于PLC控制是自動化專業(yè)學(xué)生訓(xùn)練的重點。因此，PLC控制系統(tǒng)、操作臺、模擬顯示屏與生產(chǎn)實際基本一致，自動線的機械和液壓部分則由計算機仿真，保證學(xué)生能達到

28、工程實訓(xùn)的目的。,9.3.1自動線的用途 機加工自動線可對工件進行銑端面、鉆孔、檢查、擴孔、鏜孔、攻絲、轉(zhuǎn)位、鉆深孔等工序進行加工?？刂葡到y(tǒng)對機加工自動線各動力頭具有“在線/離線”選擇功能，并具有全線單周/連續(xù)循環(huán)、單機手動/半自動和全線自動回原點五種工作方式，用戶可根據(jù)需要選擇其中工作方式運行機加工自動線。 9.3.2 自動線的組成 機加工自動線的機械部分主要由銑端面、鉆孔、檢查、擴孔、鏜孔、攻絲、轉(zhuǎn)位、鉆深孔和上、下料等十個工位和輸送帶、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)組成，單面加工，隨行夾具傳送工件，其平面布置圖如圖9-26所示。,圖9-26 機加工自動線平面布置示意圖,各工位動力頭主軸的旋轉(zhuǎn)運動由電

29、動機拖動，而輸送帶步進裝置、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、各工位動力頭滑臺、檢查機構(gòu)、轉(zhuǎn)位機構(gòu)等的運動則由液壓系統(tǒng)拖動。液壓系統(tǒng)的液壓泵由一臺電動機拖動。此外，機加工自動線還配有一臺冷卻泵，用來在加工時對各動力頭的刀具和工件的加工面進行冷卻。冷卻泵由一臺電動機拖動。,自動線各電動機的主電路、液壓泵電機和冷卻泵電機的控制電路和PLC負載的電源控制電路如圖9-27所示，自動線的液壓系統(tǒng)圖如圖9-28所示，自動線控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖分別如如圖9-29和圖9-30所示。 9.3.3 自動線各單機的工作循環(huán)圖 自動線各工位的工作循環(huán)如表9-5所示。表中的行程開關(guān)均按有規(guī)律的序號編寫。,圖9-27 機加工

30、自動線電動機和PLC負載電源的電器控制線路的原理圖,圖9-29 機加工自動線控制系統(tǒng)PLC輸入接線圖,圖9-30 機加工自動線控制系統(tǒng)PLC輸出接線圖,表9-5 機加工自動線各單機工作循環(huán)圖,9.3.4 計算機仿真子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)完成自動線的機械和液壓部分的仿真，自動產(chǎn)生自動線的狀態(tài)信號(行程開關(guān)和壓力繼電器信號)。它由機械動作仿真、狀態(tài)信號仿真、故障設(shè)置、故障檢查及與接口子系統(tǒng)通訊等五個部分組成。 9.3.4.1 機械動作仿真 用動畫對自動線各工藝設(shè)備的動作進行演示，形象地表示機械運動。 9.3.4.2 狀態(tài)信號仿真 當(dāng)接到控制系統(tǒng)發(fā)出的控制主令后。仿真子系統(tǒng)一方面用動畫表示相應(yīng)的機械運動，

31、另一方面，按表9-5的要求自動產(chǎn)生行程開關(guān)和壓力繼電器的動作信號(閉合/斷開)。,9.3.4.3 故障設(shè)置 每個行程開關(guān)和壓力繼電器可以設(shè)置成三種狀態(tài)：正常、斷開、閉合，后兩種為故障態(tài)?！皵嚅_”表示該元件恒為斷開狀態(tài)，不能正常閉合，“閉合”表示該元件恒為閉合狀態(tài)，不能正常斷開。 9.3.4.4 故障檢查 將仿真子系統(tǒng)切換為“故障檢查”狀態(tài),可以對行程開關(guān)和壓力繼電器進行檢查。此時用鼠標點擊某個按鈕，對應(yīng)的行程開關(guān)或壓力繼電器能改變狀態(tài)則為正常。 9.3.5 接口子系統(tǒng) 用于仿真計算機與電氣控制系統(tǒng)的接口它與仿真計算機采用RS-232串行口連接，與電氣控制系統(tǒng)采用全硬件連接，每個信號均有獨立的信

32、號線。從而使得電氣控制系統(tǒng)的輸入、輸出接線與真實自動線基本相同。,9.3.6 操作臺與模擬顯示屏,圖9-31 機加工自動線控制臺示意圖,圖9-31是機加工自動線控制臺示意圖，它包括操作面板、電器元件板和模擬顯示屏三個部分。 操作面板主要用來確定自動線的工作方式、確定自動線各單機的在線/離線狀態(tài)和發(fā)布各種操作命令。操作面板上的信號燈，用于指示自動線的工作狀態(tài)。 電器元件安裝板主要用來安裝自動線控制系統(tǒng)的電器元件。 模擬顯示屏用信號指示燈來模擬自動線的工作過程。 9.3.7 PLC控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用 機加工自動線PLC控制系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。硬件部分包括FX2-128MR型PLC基

33、本單元、FX2-48ER型PLC擴展單元、直流穩(wěn)壓電源、各種開關(guān)電器、操作電器、保護電器、報警電器和信號指示燈。,其中，PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，自動線在各種工作方式下的全部工作過程都是在PLC的監(jiān)控下進行的。直流穩(wěn)壓電源為PLC及PLC的輸出負載如接觸器線圈、電磁換向閥線圈(用仿真子系統(tǒng)模擬)、信號指示燈提供24VDC電源。接觸器用來控制油泵電機、冷卻泵電機及各動力頭主軸電機的起動運行與停止。電磁換向閥用來控制自動線輸送帶、各動力頭滑臺的前進與后退等。 在控制臺的上述各電器元件中，自動線的各電動機、行程開關(guān)、壓力繼電器和電磁換閥線圈是虛沒的，由仿真子系統(tǒng)模擬。其余均為真實電器元件。 PLC

34、控制系統(tǒng)的軟件部分包括自動線的公用程序、自動回原點程序、全線全自動和半自動程序、單機半自動程序、手動程序、信號指示程序、故障處理及報警程序等部分。,全線連續(xù)工作方式的程序是軟件中最重要的部分，它用來實現(xiàn)自動線在無人參與的情況下對成批工件的連續(xù)自動加工，在加工完所有工件后才自動停下來。 全線單周工作方式的程序可實現(xiàn)自動線一個工作周期的自動運行，并在完成了一個工作周期的運行后自動停車。 在自動線中，一個相對獨立的運動部分稱為單機，在本自動線中有下述單機： (1) 輸送帶、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)；(2) 各動力頭；(3) 檢查機構(gòu)、轉(zhuǎn)位機構(gòu)。 單機半自動程序是用來實現(xiàn)對自動線中各個單機的單周循環(huán)控制的。

35、具體說來，就是當(dāng)按下某單機起動按鈕后，該單機起動(此時其它單機均停在原位不動)，完成其自身一個循環(huán)的工作后，自動停在其原位。,手動程序用于實現(xiàn)對自動線中某一單機進行手動控制。所謂手動控制，就是當(dāng)按下某個單機的某一步的點動按鈕不松手時，該單機的該步就起動運行。但是，一松開該點動按鈕，該單機的該步就立即停止運行。 單步程序用于實現(xiàn)對自動線中某一單機進行單步控制。所謂單機控制，就是按下某個單機的某一步的起動按鈕時，該單機的該步就起動運行，松開該起動按鈕后，該單機的該步仍繼續(xù)運行，直至完成該步的工作時才自動停止。 自動回原點程序用來實現(xiàn)自動線各動力頭和和各運動機構(gòu)從當(dāng)前所處的任何位置自動地退回到各自的

36、原位，為自動線或某個單機的起動作好準備。,9.3.8 PLC控制系統(tǒng)的工作原理 9.3.8.1 全線單周/連續(xù)工作方式下的工作原理 自動線開始工作須具備以下六個初始條件： (1) 輸送帶在原位。 (2) 所有動力頭、檢查頭和轉(zhuǎn)位裝置都已加工、檢查、轉(zhuǎn)位完畢，并已退回原位。 (3) 所有工位上的隨行央具都已松開并拔出定位銷。 (4) 在裝料工位已裝上待加工工件，在卸料工位已卸去加工好的工件。 (5) 檢查工位沒有發(fā)出檢查不合格信號。 (6) 沒有發(fā)出自動線“預(yù)?！毙盘枴?圖9-32為機加工自動線PLC控制系統(tǒng)在全線連續(xù)循環(huán)及全線單周循環(huán)方式下的工作過程方框圖。,圖9-32 PLC控制系統(tǒng)在單周/

37、連續(xù)循環(huán)方式下的工作過程方框圖,9.3.8.2 自動回原點方式下的工作原理 圖9-33是自動線PLC控制系統(tǒng)在自動回原點方式下的工作過程方框圖。,圖9-33 PLC控制系統(tǒng)在自動回原點方式下的工作過程方框圖,9.4 訓(xùn)練內(nèi)容 本項目的訓(xùn)練內(nèi)容：設(shè)計訓(xùn)練、操作訓(xùn)練和故障排除訓(xùn)練。 9.4.1 設(shè)計訓(xùn)練內(nèi)容 設(shè)計訓(xùn)練內(nèi)容包括自動線控制臺電氣工藝圖紙的設(shè)計訓(xùn)練和自動線PLC控制程序的設(shè)計調(diào)試訓(xùn)練兩個方面。 9.4.1.1 控制臺電氣工藝圖紙的設(shè)計訓(xùn)練 9.4.1.1.1 訓(xùn)練內(nèi)容 要求每個學(xué)生完成以下10張自動線控制臺電氣工藝圖紙中的12張的設(shè)計工作，但每個學(xué)生所設(shè)計的工藝圖紙不得相同。 （1）控制

38、臺操作面板的元件布置圖、元件接線圖和安裝底板的加工圖。（2）控制臺信號顯示屏的元件布置圖、元件接線圖和安裝底板的加工圖。（3）控制臺電器板的元件布置圖、元件接線圖和安裝底板的加工圖。（4）控制臺總裝配圖和總接線圖。,9.4.1.2 PLC控制程序的設(shè)計調(diào)試訓(xùn)練 9.4.1.2.1 設(shè)計調(diào)試訓(xùn)練內(nèi)容 這方面的設(shè)計調(diào)試訓(xùn)練內(nèi)容包括： （1）PLC控制系統(tǒng)程序的總體結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計。 （2）PLC控制系統(tǒng)公用程序（只含一個工位）的設(shè)計調(diào)試。 （3）PLC控制系統(tǒng)手動程序（只含一個工位）的設(shè)計調(diào)試。 （4）PLC控制系統(tǒng)單機半自動程序（只含一個工位）的設(shè)計調(diào)試。 （5）PLC控制系統(tǒng)全線單周/連續(xù)循環(huán)（只

39、含一個工位）的設(shè)計調(diào)試。 （6）PLC控制系統(tǒng)信號顯示和故障報警程序（只含一個工位）的設(shè)計調(diào)試。,9.4.1.2.2 程序調(diào)試運行訓(xùn)練的任務(wù)、步驟和安全事項 9.4.1.2.2.1 明確調(diào)試運行訓(xùn)練的任務(wù) 一般來說，調(diào)試運行應(yīng)完成以下幾項任務(wù)： 通過調(diào)試運行，檢查和糾正PLC用戶程序中的錯誤，使之滿足生產(chǎn)機械提出的各項工藝要求。 通過調(diào)試運行，檢查和糾正PLC I/O接線及其它接線中的錯誤。 通過調(diào)試運行，調(diào)整定時器、計數(shù)器和壓力繼電器等的設(shè)定值，使之更加符合工藝要求。 通過調(diào)試運行，調(diào)整各行程開關(guān)的安裝位置，各行程開關(guān)究竟應(yīng)調(diào)整到什么位置合適，應(yīng)以保證各機械運動部件在工作過程中不發(fā)生

40、碰撞，刀具對工件的加工位置準確，對工件的加工精度符合設(shè)計要求為準。,9.4.1.2.2.2 擬定調(diào)試運行步驟 調(diào)試運行工作應(yīng)在有目的、有計劃、有步驟的前提下進行。在調(diào)試運行前，學(xué)生應(yīng)先擬定一個調(diào)試運行步驟，這個步驟可參照上述各項調(diào)試運行任務(wù)的排列順序擬定。調(diào)試運行時，待一項調(diào)試運行任務(wù)完成后，再完成下一項調(diào)試運行任務(wù)。在凋試用戶程序時最好按手動程序單機半自動程序全線單周循環(huán)動程序全線連續(xù)循環(huán)程序自動回原點程序的順序進行調(diào)試，這種從簡到繁的調(diào)試順序的步驟可以使調(diào)試工作少走彎路，易于一次凋試成功。,9.4.1.2.2.3 保障調(diào)試運行安全 由于用戶設(shè)計不當(dāng)，電器元件安裝接線不正確，定時數(shù)、計數(shù)器、

41、壓力繼電器的設(shè)定值設(shè)定得不合理，行程開關(guān)的安裝位置不準確，都有可能導(dǎo)致調(diào)試過程中發(fā)生一些電路短路、機械碰撞等安全事故，因此，調(diào)試前應(yīng)在電路中采取一些相應(yīng)的保護措施如在電路中設(shè)置短路保護、過載保護、失壓保護、過壓力保護、互鎖環(huán)節(jié)、聯(lián)鎖環(huán)節(jié)等，并熟悉控制臺操作面板上的自動線的緊急停止按鈕，各動力頭的緊急后退按鈕的顏色、形狀及具體的安裝位置，熟悉各故障指示燈的安裝位置。這樣，在調(diào)試過程中，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可迅速按下緊急停止按鈕或緊急后退按鈕，避免故障的進一步擴大。,9.5 操作訓(xùn)練 9.5.1 操作前的準備 (1) 接通計算機電源，啟動計算機。用鼠標器雙擊“MICS”快捷圖標。以運行自動線仿真軟件，此

42、時會打開自動線仿真窗口。單擊該窗口的復(fù)位按鈕，使窗口中自動線的各單機都回到各自的原位。 (2) 依次閉合實驗桌電源板上的刀開關(guān)QS、自動線控制臺內(nèi)的自動開關(guān)QF1和QF2，以接通機加工自動線控制系統(tǒng)的電源。 (3) 閉合接口裝置的電源開關(guān)，以接通接口子系統(tǒng)的電源。 (4) 在控制臺的操作面板上，按下PLC的電源啟動按鈕SB4和冷卻泵電機啟動按鈕SB6，以接通PLC電源、啟動油泵電機和啟動冷卻電機。,在完成上述準備工作后，即可根據(jù)自動化技術(shù)工程實踐訓(xùn)練教材第6-9節(jié)所述的操作步驟和方法對自動線進行以下操作： (1)全線連續(xù)循環(huán)方式下的操作； (2)全線單周循環(huán)方式下的操作；(3)單機半自動方式下

43、的操作；(4)單機手動方式下的操作；(5)自動回原點方式下的操作 ；(6)關(guān)機操作。 9.6 故障排除訓(xùn)練 9.6.1 故障排除訓(xùn)練內(nèi)容 本自動線仿真軟件可為學(xué)生提供自動線控制系統(tǒng)中的所有行程開關(guān)和壓力繼電器的故障設(shè)置、分析與排除方面的訓(xùn)練，但在訓(xùn)練中，只要求學(xué)生對自己設(shè)計的那一部分程序中涉及到的行程開關(guān)和壓力繼電器進行故障分析與排除即可。,思 考 題 1某用戶將一段程序?qū)懭隤LC內(nèi)存后，將編程器上的模式選擇開關(guān)由PROGRAM位置切換到MONITOR位置時，發(fā)現(xiàn)PLC基本單元上的PROG-E(發(fā)光二極管)閃亮，試分析引起PROG-E閃亮的原因，并確定排除故障(或糾正錯誤)的方法。 2某用戶為

44、自動線攻絲動力頭主軸電機設(shè)計了一個PLC I/O接線圖，如題圖1-34a)所示，并為其編寫了一段正、反轉(zhuǎn)控制程序，如題圖1-34b)所示。試分析圖1-34中有沒有錯誤？如有，請指出錯誤所在和錯誤原因，并更正之。圖中KM7、KM8和FR依次為攻絲動力頭主軸電機的正、反轉(zhuǎn)接觸器和過載保護用的熱繼電器；SQ3、SQ4和SQ5依次為安裝在攻絲動力頭的快進終點位置、攻絲終點位置和退絲終點位置處的行程開關(guān)。,,3當(dāng)自動線各動力頭正在對工件進行加工時，突然出現(xiàn)夾緊機構(gòu)對工件夾緊力嚴重下降的故障，對于這一故障，你認為采用下述哪一種處理方法是正確的？為什么? (1) 應(yīng)立即按下緊急快退按鈕，使各動力頭的滑臺緊急

45、快退，退回原位后使主軸自動停止。 (2) 應(yīng)立即按下緊急停止按鈕，使各動力頭的滑臺和主軸就地緊急停止。,圖1-34 題2的圖,(3) 應(yīng)立即按下預(yù)停按鈕，待各動力頭工作完一個循環(huán)后自動停在原位。 4當(dāng)自動線深孔鉆孔動力頭的鉆頭嚴重磨損時可能會出現(xiàn)哪些后果，因此應(yīng)在控制系統(tǒng)中采取哪些相應(yīng)的措施來對付之。 5在自動線工作過程中，操作人員從模擬屏上發(fā)現(xiàn)如下癥狀：當(dāng)各動力頭工作一個循環(huán)并返回原位后，攻絲動力頭的原位指示燈一直在亮，而其他動力頭、檢查機構(gòu)及轉(zhuǎn)位機構(gòu)的所有(包括原位)指示燈都已熄滅，且從輸送帶向前指示燈熄滅起至現(xiàn)在為止，定位、夾緊機構(gòu)的定位、夾緊指示燈也一直在亮，進一步的檢查發(fā)現(xiàn)，此時自動線不再運行，處于各加工工位的工件仍被定位、夾緊著，不能取下。試分析故障原因。,6操作人員從自動線液壓傳動系統(tǒng)的油溫指示計上觀察發(fā)現(xiàn)，液壓傳動系統(tǒng)的油溫過高，試分析可能的原因有哪些，應(yīng)采取哪些排除故障的方法。 7當(dāng)按下液壓泵電機M1的起動按鈕SB1時，M1起動，可是還沒起動完畢，M1就自動停下來了。停止后若立即按下SB1，則M1不會再起動。但是經(jīng)十分鐘后再按下SB1時，M1的起動情況又如同前述的情況一樣，試分析可能的故障原因，應(yīng)采用哪些排除故障的措施和方法。 8選擇PLC機型應(yīng)滿足哪些條件？選擇接觸器應(yīng)滿足哪些條件？ 9直流接觸器在使用一段時間后，應(yīng)定期進行哪些方面的維修？,