PLC在数控机床上的应用

PLC在数控机床上的应用（doc 27页）邢台职业技术学院毕业论文PLC在数控机床上的应用电气自动化摘要目前,可编程控制器（PLC）广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的 控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分，数字控制部分包括对各坐标轴位置 的连续控制，而顺序控制包括对主轴正/反转和启动/停止、换刀、卡盘夹紧和松开、 冷却、尾架、排屑等辅助动作的控制。现代数控机床采用PLC代替继电器控制来 完成逻辑控制,使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高！ 可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系 统，它采用一种可编程程序的存储器，在其内部存储执行逻辑算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种 类型的机械设备和生产过程。组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的 一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动 循环的功能。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件 采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是 典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。关键词：可编程控制器数字控制顺序控制操作指令组合机床自动循 环目录第1章绪论11.1组合机床概述 11.2控制流程21. 3电控系统输入输出信号 21.4组合机床采用PLC电气控制系统的优点4第2章PLC概述与方案论证 72.1 PLC 概述72.2方案论证 7第3章电气控制系统硬件设计 103.1选择PLC机型103. 2设计输入输出信号地址表 103. 3设计PLC控制系统电气原理图 123.4设计PLC 控制系统操作面板 14第4章控制系统软件设计 154.1设计PLC控制系统工作循环流程图 154. 2设计PLC控制系统初始化梯形图程序 164.3设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序 164.4设计PLC 控制系统状态转移图与梯形图程序 164. 5实验室电气原理图仿真及程序调试 21结论22参考文献23第1章绪论1.1组合机床概述组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加 工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。 通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低， 但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切 削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计， 制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设 计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在 综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动 机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机 电或机电液一体化的自动加工设备。常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台 等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合 机床时，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合 构成。多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面 是整批全自动工作循环控制。组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电 机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的 研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动 力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进 料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同 时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料 机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。 该机床的俯视示意图如下：1T沖滑台2H.轴：I具：4=上料机絨于；/进料装置： 机械于职1四工缸I-宝轴加I工组合机味示意图1.2控制流程当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件， 进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后, 各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手 带料退回原位并松开，完成一个工作循环。要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。全自动工作方 式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。1.3 电控系统输入输出信号1、输入信号（共42个）。其中：SQ、YJ为位置检测传感器开关；SA为选择 开关；SB为按钮。功能器件功能器件功能器件功能器件滑台1原位1SQ下料器终点12SQ滑台1讲5SB主轴4点动16SB滑台1终点2SQ夹紧1YJ滑台1退6SB夹紧17SB滑台2原位3SQ进料2YJ主轴1点动7SB松开18SB滑台2终点4SQ放料3YJ滑台2进8SB上料器进19SB滑台3原位5SQ润滑压力4YT滑台2垠9SB上料器退20SB滑台3终点6SQ润滑液面开关5YJ主轴2点动10SB进料21SB滑台4原位7SQ总停1SB滑台3进11SB放料22SB滑台4终点8SQ启动2SB滑台3退12SB冷却开23SB上料器原位9SQ预停3SB主轴3点动13SB冷却停24SB上料器终点10SQ润滑故障撤除4SB滑能4进14SB下料器原位11SQ选择开关1SA滑台4退15SB2输出信号（共27个）。其中：YV为电磁阀；KM为接触器；HL为指示灯功能器件功能器件功能器件功能器件夹紧1YV上料退8YV放料15YV润滑电动机6KM松开2YV下料进9YV进料16YV润滑显示灯1HL滑台1进3YV下料退10YV1主轴1KM1、3工位原位指示2HL滑台1退4YV滑台2进11YV2主轴2KM2、4工位原位指示3HL滑台3进5YV滑台2退12YV3主轴3KM上料原位指示4HL滑台3退6YV滑台4进13YV4主轴4KM下料原料指示5HL上料进7YV滑台4退14YV冷却电动机5KM随着科学技术的发展，生产工艺不断提出新的要求，机床电气控制装置也不断更新。在控制方法上主要从手动控制到自动控制；在控制功能上，是从简单到 复杂；在操作上由笨重到轻松，从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控 制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统。在上世纪的 20年代到30年代，借助继电器、接触器、按钮和行程开关等组 成继电器-接触器控制系统，实现对机床的启动、停车、有级调速等控制。继电器 -接触器控制的优点是：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰性能力强。因此 广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触器控制仍然是机床和 其它机械设备最基本的电气控制形式之一。继电器-接触器控制系统的缺点是：由 于固定接线形成，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便，灵活性差。故在 实际生产中，由于大量存在一些开关量控制的简单程序控制过程，而实际生产工 艺和流程，又是经常变化的。因而传统的继电器接触器控制系统常常不能满足这 种需求。电子计算机控制系统的出现提高了电气控制的灵活性和通用性，其控制 功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在着系统复杂、使用不方 便、抗干扰能力差、成本较高等缺陷，尤其对上述简单的过程控制有“大材小用” 和不经济等问题。因而60年代出现了一种能够根据需要，方便的改变控制系统， 而又要比计算机系统结构简单，价格低廉的自动化装置一顺序控制器。它能通 过组合逻辑元件插接或变成来实现继电器-接触器控制线路功能的装置，它能满足 成组经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性，但它还是使 用硬件手段，装置体积大，功能也受到了一定的限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展和应用。上述控制技术也发生了 根本变化。在70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心 的新兴工业控制器一一可编程程序控制器(PLC)。这种期间完全能够适应恶劣的 工业环境，由于它兼备了计算机控制和继电器-接触器控制两方面的优点，故目前 世界各国将其作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。1.4组合机床采用PLC电气控制系统的优点组合机床的电气控制理论上讲可以采用继电器接触器电气控制系统，单片机 控制系统和PLC控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、 性能优越的控制方案，考虑到上述几点，PLC较适合组合机床的电气控制。PLC、 单片机、继电器-接触器控制系统相比具有以下优点：1. PLC与继电器-接触器相比较：继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主 流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它的缺点是动作 速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，使得继电接触 式控制系统更加逊色。PLC 等取代继电接触式控制逻辑。具体如下：(1) 控制逻辑：继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触电串联、并联、 串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功 耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动 而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这都是硬接线的缘故。 所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。可编程控制器釆用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而 控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序会 长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序 就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容易改动，因此,PLC的灵活性和 扩展性强。而且 PLC是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。(2) 控制速度：继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触电的动作来实现的，工作频率低。 触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越 慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。 通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部有严格的同步，不 会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。(3) 定时控制和计数控制：继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继 电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化 而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震荡 器产生，精度相当高并且定时时间长，定时范围广。用户可以根据需要在程序中 设定定时值。PLC 根据给定的定时值，由软件和硬件计数器来控制制定时间，定时 精度高、定时时间不受环境的影响，并且一旦调好，不会变化。并且PLC可以完 成计数功能，而继电接触系统通常没有计数功能。(4) 设计与施工。使用继电接触式控制系统完成一项控制工程，设计施工，调试必须顺序进行, 周期长，而且修改困难而使用PLC来完成一项控制工程。设计完成以后，现场施 工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，而且调试和修改均很方便。(5) 可靠性和维护性。继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受 到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性 高。PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人 员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。总之，PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速度快，可靠 性高，设计施工周期短，调试方便，控制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。2. PLC与单片机比较单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等优点，一般用于数据釆集 和工业控制。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，所以 它与PLC比较起来有以下缺点： 单片机不如PLC容易掌握使用单片机来实现自动控制，一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要 求设计人员遇有一定的计算机硬件和软件知识。对于那些只熟悉机电控制的技术 人员来说，需要进行相当长一段时间系统地学习单片机的知识才能掌握。而PLC釆用了面向操作者的语言编程，如梯形图状态转移图等，对于使用者 来说，无需了解复杂的计算机知识，而只要用较短时间去熟悉PLC的简单指令系 统及操作方法，就可以使用和编程。(2) 单片机不如PLC使用简单使用单片机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作。例如, 要考虑工程现场与单片机的连接，输出带负载能力、接口的扩展，接口的工作方 式等。除了要进行控制程序的设计，还要在单片机单片机的外围进行很多硬件和 软件工作，才能与控制现场连接起来，调试也较繁琐。而PLC的输入/输出接口已经做好，输入接口可以与无外接电源的开关直接连 接，非常方便。输出接口具有一定的驱动负载能力，能适应一般的控制要求。而 且,在输入接口、输出接口，由光电耦合器件，使现场的干扰信号不容易进入PLC。(3) 单片机不如PLC 可靠使用单片机进行工业控制，突出的问题就是抗干扰性能较差。而PLC是专门用于工程现场环境中的自动控制，在设计和制造过程中采取了 抗干扰性措施，稳定性和可靠性较高。通过上面的比较，针对组合机床的电气控制系统，虽然PLC的价格高一些， 但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精度，所以决定采用 PLC控制系统来实现。第2章PLC概述与方案论证2.1 PLC概述可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系 统，它采用一种可编程程序的存储器，在其内部存储执行逻辑算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种 类型的机械设备和生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应该易 与工业控制联成一个整体且具有扩充功能。PLC产品能直接在工业环境中应用，对 环境的适应能力强。PLC体积小、功能强、速度快，可靠性高，又具有较大的灵活 性和扩展性。PLC还有一个重要特性是它具有在线修改功能。它借助于软件来实现 重复的控制，软件本身具有修改性，所以PLC具有灵活性。从而使PLC具有广泛 的工业通用性，同时简化了硬件电路，也提高了 PLC系统的可靠性。据不完全统 计，FX系列PLC平均故障间隔大于2000050000h,而平均修复时间则小于10min； PLC机能处理工业现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可直接驱动功率部 件，可长期工作在严酷的工业环境能够中。编程采用传统的继电器符号语言，便 于工程技术人员掌握，PLC是在按钮开关，限位开关和其它传感器等发出的监控输 入信号作用下进行工作。根据信号，控制器就会作出反映，通过用户编程的内部 逻辑便产生输出信号，而且这些输出信号可直接控制外部的控制系统负载，如电 机，接触器，指示灯，电磁阀等oPLC的控制系统省去了传统的继电器控制接线和 拆线的麻烦。用 PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的“间接网络”，这样生产 线的自动化过程就能随意去改变，这种性能使PLC具有较高的经济效益。2.2 方案论证组合机床的电气控制,理论上讲,可以采用继电器接触器电气控制系统，单片机控制系统和PLC控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、 性能优越的控制方案，考虑到上述几点，PLC较适合组合机床的电气控制。PLC与 单片机、继电器-接触器控制系统相比具有以下优点：1. PLC与继电器-接触器相比较： 继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主 流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它的缺点是动作 速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，使得继电接触 式控制系统更加逊色。PLC 等取代继电接触式控制逻辑。具体如下：控制逻辑继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、 串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功 耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动 而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这都是硬接线的缘故。 所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而 控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序会 长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序 就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容易改动，因此,PLC的灵活性和 扩展性强。而且 PLC是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。控制速度继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。 触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越 慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。 通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部有严格的同步，不 会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。(3)定时控制和计数控制： 继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继 电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化 而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。而可编程程序控制器使 用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度相当高并且定 时时间长，定时范围广。(4) 可靠性和维护性。继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受 到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性 高。PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人 员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。总之，PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速度快，可靠 性高，设计施工周期短，调试方便，控制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。2PLC与单片机比较单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等优点，一般用于数据采集 和工业控制。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，所以 它与PLC比较起来有以下缺点： 单片机不如PLC容易掌握使用单片机来实现自动控制，一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要 求设计人员要有一定的计算机硬件和软件知识。对于那些只熟悉机电控制的技术 人员来说，需要进行相当长一段时间系统地学习单片机的知识才能掌握。而PLC采用了面向操作者的语言编程，如梯形图、状态转移图等，对于使用 者来说，无需了解复杂的计算机知识，而只要用较短时间去熟悉PLC的简单指令 系统及操作方法，就可以使用和编程。(2) 单片机不如PLC使用简单使用单片机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作。例如, 要考虑工程现场与单片机的连接，输出带负载能力、接口的扩展，接口的工作方 式等。除了要进行控制程序的设计，还要在单片机的外围进行很多硬件和软件工 作，才能与控制现场连接起来，调试也较繁琐。而PLC的输入/输出接口已经做好，输入接口可以与无外接电源的开关直接连 接，非常方便。输出接口具有一定的驱动负载能力，能适应一般的控制要求。而 且,在输入接口、输出接口，由光电耦合器件，使现场的干扰信号不容易进入PLC。(3) 单片机不如PLC 可靠使用单片机进行工业控制，突出的问题就是抗干扰性能较差。而PLC是专门用于工程现场环境中的自动控制，在设计和制造过程中采取了 抗干扰性措施，稳定性和可靠性较高。通过上面的比较，针对组合机床的电气控制系统，虽然PLC的价格高一些， 但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精度，所以决定采用 PLC 控制系统来实现。第3章电气控制系统硬件设计3.1选择PLC机型合理选择PLC的型号，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。 选择机型的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠，维护使用方便以及 最佳功能价格比。结构选择PLC主要有整体式和模块式。整体式PLC：整体式PLC的每一个点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对 小，一般用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，维修量较小的小型控制系 统中。模块式PLC：模块式PLC功能扩展灵活方便。在点数上，输入点数，输出点数 的比例，模块的种类方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。对于组合机床，选用整体式PLC较好。（2） I/O点选取原则PLC平均的I/O点价格比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点数量，在满足 控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定余量。通常I/O点数 是根据被控制对象的输入输出信号的实际需要，再加上10%-20%的余量来确定。由PLC组成的四工位组合机床控制系统有输入信号42个，均为开关量。其中 检测元件17个，按钮开关24个，选择开关1个。电控制系统有输出信号27个，其中电磁阀16个，六台电动机的接触器和5 个指示灯。根据I/O点数的选取原则考虑10%-20%的I/O点数余量输入点数可选取 46-50个输出点数可选取29-33个。（3）确定PLC机型及扩展模块。根据（1） （2）及实际PLC机型点数，选用FX2N-64MR主机和一个16点的输 入扩展模块（FX-16EX）这样共有输入点（32+16）。输出点就是主机的32。足够可 以满足 42 个输入，27 个输出的要求，而且留有一定余量。3.2设计输入输出信号地址表输入输出信号地址表是将输入输出列成表，给出相应的地址和名称，以备软 件编程和系统调试时使用的一种表。由本设计可知控制电路中的按钮，行程开关, 检测元件等触点都属于PLC的输入设备,PLC的输出控制对象主要是控制电路中的 执行元件，本设计主要是接触器，电磁阀，指示灯。根据电控系统的输入输出信 号表知：1输入元件数量行程开关12个按钮24个选择开关1个检测元件5个2输出元件数量电磁阀16个接触器6个指示灯5个根据本设计选用的PLC机型，将输入输出元件分配到PLC的输入输出接口。 根据本文所给的输入输出元件可列下表2-1表2-1输入输出信号地址表输入信号 输出信号名称功能编号名称功能编号1SQ滑台T原位X01YV夹紧Y02SQ滑台I终点X12YV松开Y13SQ滑台II原位X23YV滑台I进Y24SQ滑台II终点X34YV滑台I退Y35SQ滑台币原位X45YV滑台币进Y46SQ滑台币终点X56YV滑台川退Y57SQ滑台W原位X67YV上料进Y69SQ10SQ11SQ12SQ1YJ2YT3YJ4YJ5YT1SB2SB3SB4SB1SA5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16SB17SB18SB19SB20SB21SB22SB23SB24SB上料器原位料器终点下料器原位下料器终点夹紧进料放料润滑压力润滑液面开关总停启动预停润滑故障撤除选择开关滑台I进滑台I退主轴I点动滑台II进滑台II退主轴I点动滑台币进滑台币退主轴皿点动主轴W点动夹紧松开上料器进上料器退进料放料冷却开冷却停X10XIIX12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26X27X30X31X32X33X34X35X36X37X40X41X42X43X44X45X46X47X50X519YV10YV11YV12YV13YV14YV15YV16YV1KM2KM3KM4KM5KM6KM1HL2HL3HL4HL5HL下料进下料退滑台II进滑台II退放料进料I主轴帀主轴冷却电动机润滑电动机润滑显示I、币工位滑台原位TI、W工位滑台原位上料原位下料原料Y10Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y26Y27Y31Y32Y333.3设计PLC控制系统电气原理图I/O接口图它反映的是PLC输入输出模块与现场设备的连接。PLC的输入点大 部分是共点式，即所有输入点具有一个公共端COM。I/O电气接口图如下图2-1图2-1 I/O电气接口图3.4设计PLC控制系统操作面板控制系统的操作面板是向PLC控制系统发布控制命令的主令元件组合而成的。 本设计中，输入元件共42个其中按钮SB 24个、检测元件YJ 5个、行程开关SQ 12 个，选择开关1个，基于对机床工作方式的控制要求，面板上应设有选择开关1SA、 预停按钮；鉴于手动调整方式下，相应按钮发出控制命令，驱动组合机床相应部 件运动，因此面板上应设相应按钮5SB-24SB，鉴于对组合机床的启动，停止及润 滑故障的处理控制，应在操作制面板上设有启动按钮2SB、总停按钮1SB、润滑故 障切除按钮4SB、其他输入元件均为检测元件，不在操作面板中设置，由上面综述, 可得控制系统操作面板如下图2-2所示洵胡歸 L猾台原位 2占曾台匱恒卑X30曲I .点动自龙PE X4滑台I退啓X32i詮匸退回X5D沦台I进?ES3揺II .隸巴X51 冷卸液亭 X45巴.沏澄台命刃泪台1】1进(PBJ X35滑台in退上矚鼬下滯系应X45上醐退（巳題1 总停】卫3预停（P?幼 潸台I滋輕）麵軽卩退PEX43X22.諷图2-2控制系统的操作面板图2-2控制系统操作面板图第 4章 控制系统软件设计4.1设计PLC控制系统工作循环流程图根据本设计的控制与工艺要求，按机床的动作顺序及每步所完成的任务，可 得工作循环流程图如图2-3ys -I- (VHt哄点图2-3 PLC控制系统工作循环流程图4.2设计PLC控制系统初始化梯形图程序初始化程序主要用来处理组合机床的各种号，如启动，预停，总停以及各种 的原始信号，机床启动前应具备的各种初始信号，工作方式选择信号，各种复位 信号，并将处理结果作为机床启动，停止，程序转换的依据，初始化程序一般用 经验法设计。根据控制要求，采用STL指令，来定义相应的工作方式，手动，自 动，利用预停按钮来控制全自动与半自动工作状态的切换，并利用定时器设定了 润滑电动机间歇时间，初始化程序见下图2-4。4.3设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序本设计的手动程序与显示程序均为用经验法设计的梯形图。手动程序：主要在调整和检修时使用。为了对滑台的进退、上料器的进退、夹具的加紧松开等进行调整与控制，设 计了相应的手动程序，设计手动程序时应注意互锁的设计。显示程序：根据机床的工作状态，驱动相应指示灯显示。如手动及显示梯形 图程序图2-5。4.4设计PLC控制系统状态转移图与梯形图程序状态转移图，它是完整地描述控制系统的工作过程，功能和特性的一种图形, 是分析和设计电路系统控制程序的重要工具。本设计的状态转移图按下列几步进 行的1按组合机床的控制要求与加工工艺画出状态转移图。2在画出的状态转移图上以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件。3按照电控系统提供的电气执行元件功能表，在状态流程图上对每个状态和动 作命令配画上实现该状态或动作命令的控制功能的电气执行元件，并以对应的PLC 输出点的编号定义这些电气执行元件。由状态转移图易的相应的梯形图程序，它们二者是一一对应关系，梯形图程 序请见图2-61214192529353543Ab书58 Mu j M1O0 MJO23 M30习T1EC50 JT2EC50 jRSTT2口RSTT1 Ml031ST M10.520363 mho?手动自动口动运行启动停止上下料掘原位原始状态糸件明滑电动桃图2-4设计PLC控制系统初始化梯形图程YDMHYD1S于动调整程序 rar；(007上料退vmr.G 001； vo:c Y017； ra?；(Y013； void：(V015 voisj Y021 ； VT22vm:s 02叮,D J-) 0咒 J Y0311 Y0 立 Y10 対松开放料粧台潸台4进帯台4退主轴丄点动主轴2点功主轴3点动主轴4点动海舒显乎1- 3 T作祈台原位2、4作潸台原位上料誥原位下料器原位图2-5 PLC控制系统手动及显示梯形图程序150S2 MS041 MS044 邛 T 1|H组合机床自动/半自动程序(SET S20S20Y007153(SET S21SET S31163S21Y001邛T 汗166531Y017邛T 丼一 02叮(set 克戈： S31S31. X014X015邛T 一ST | |1 P175S22 h-TT|YD20J f丁叶178Y006-41X01QISOMP-XQ16 V017J上料退(YTOCi? J190S23-|ET 牛193IPS2012053ETSETMiLTSETSETSETS23S22MV363Y021YD2JYDH：-i-H-X001IIS2d Y002时沪S3 3 |STI|-TO21D534| STL I-214T014卄1003卄5STO 13219；STL|T-J344j5TL|TO 16224100722B1-S45| STL |-T015Z34S53| STL |-Z3B238241554| STL |-沁ISTljrSET 34(YTOO巧TOK10SETsetSETSETS34YD22 YDL3S35TO YDL4YDSM YQL5SISTO YDL6023005IQCEM卜 YD04Sz.1yrr4 YD05,Y02S j3J4S35343354S63M101|ST ST ET TTST 1 |S25叫WET 荒：；R：-r021RJT 022Prut t/ti图2-6 PLC控制系统梯形图程序4.5 实验室电气原理图仿真及程序调试本次设计的电气原理仿真及程序调试是在工业技术中心 PLC 实验室完成的， 并按下列步骤依次进行1检验程序将编好的应用程序输入到微机内，利用软件进行程序检验，起初有几处编程 语法错误，经过几次认真修改后，程序无误。然后传入PLC内。2信号模拟用实验台上的模拟开关模拟输入信号，接入相对应的输入端点。输入程序后, 扳动开关，接通或断开模拟开关，用来模拟相应按钮动作及机械动作使检测元件 状态发生的变化，并通过输入输出指示灯来观查输入输出端点的状态变化，经观 察模拟开关与PLC连接正确。3按程序进行模拟运行先对照输入信号表，设置好原始状态下所有输入信号的状态，再使PLC运行, 按下相应按钮，按梯形图程序，观察输出情况，经观察符合程序设定的输出；按 工步状态在一个工作循环里逐步转换的顺序依次发出状态转移指令信号，系统将 结束一个工步状态转入下一个工步状态，将转换情况和已编的程序相比较，知转 换情况与程序设定的输出情况相同，电气原理图仿真及程序调试成功。结论PLC作为新一代的工业控制装置，具有开发柔性好，接线简单，安装方便，抗 干扰性强等特点，用它来控制四工位组合机床这样复杂的生产设备，是理想的选 择。PLC的采用，降低了机床的故障率，节省了大量的维修费用，提高了整机的可靠 性，保证了工件的精度要求。通过此次毕业设计使我加深了对PLC的理解，了解了其型号规格并能正确使 用。掌握了 PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统 设计和编制应用程序。熟悉了典型设备电气控制系统，具有了从事电气设备安装 调试、维修管理等方面的能力。提高了设计和改进一般机械设备电气控制的基本 能力。参考文献1郁汉琪、郭健 可编程控制器原理及应用北京：中国电力出版社2004段苏振提高PLC控制系统可靠性的设计因素电气传动20033 郭健 日本三菱FX0N系列PLC运行调试及故障诊断职台职业技术学院学报20024 张筱琪机电设备控制基础北京：中国人大出版社20005 王兆义小型可编程控制器实用技术北京：机械工业出版社19976 三菱公司编1FX系列可编程序控制器使用说明及编程手册1998