机加工自动线PLC控制系统

第9章 机加工自动线PLC控制系统 9.1 项目概况 在机械行业，机械加工自动线已成为一种常见的自动化生产形式。其控制系统的设计、调试、操作和故障分析与排除是自动化工程技术人员的岗位职责。 本系统旨在为学生进行机加工自动线电气控制系统的设计、调试、操作和故障分析与排除提供一个实训环境。通过工程实训，使学生熟悉机加工自动线的操作步骤，掌握自动线PLC控制系统的软硬件设计、布线工艺、调试和故障分析与排除的思路和方法，增强PLC的工程应用能力，为将来从事PLC应用方面的技术工作打下基础。,9.2 理论知识 由于机加工自动线控制系统的控制装置采用的是日本三菱公司生产的FX2系列PLC，因此，这里有必要简要地学习一下FX2系列PLC方面的有关知识。 9.2.1 FX2系列PLC的基本数据结构 9.2.1.1 位元件 FX2系列PLC有4种基本位元件供用户编程使用，并给它们分别指定了专用的字母符号： 输入继电器：X； 输出继电器：Y； 辅助继电器：M； 状态继电器：S。 上述四种位元件都只有两种不同的状态，即ON和OFF，可以分别用二进制数1和0来表示这两种状态。,9.2.1.2 字元件 8个连续的位组成一个字节，2个连续的字节组成一个字，两个连续的字组成一个双字。一个字的最高位(第15位)为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。有符号的字可以表示的最大正整数为32767。 在FX2系列PLC中，纯粹的字元件只有只有一种，即数据寄存器，其专用的字母符号为D。但前面提到的四种位元件中的每一种的16个或32个连续的位都可以组成一个字或一个双字。 9.2.1.3 位与字结合的元件 在FX2系列PLC中，位与字结合的元件只有两种：定时器和计数器，它们的触点为位元件，而用来存放它们的设定值和当前值的数据寄存器为字元件。定时器和计数器的专用的字母符号分别为T和C。,9.2.2 FX2系列PLC的编成元件 FX2系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如Y10、M129。输入继电器和输出继电器的元件号用八进制数表示，八进制数只有07这8个数字符号，遵循“逢8进1”的运算规则。例如，八进制数17和20是两个相邻的整数。表9-1给出了FX2系列PLC的输入输出继电器元件号。,9.2.2.1 输入继电器(X) 输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。PLC通过光耦合器，将外部信号的状态读入并储存在输入映像寄存器中。在梯形图中，可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。 图9-1是一个PLC控制系统的示意图，X0端子外接的输入电路接通时，它对应的输入映像寄存器为1状态，断开时为0状态。输入继电器的状态唯一地取决于外部输入信号的状态，不受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。,图9-1 输入继电器与输出继电器 9.2.2.2 输出继电器（Y） 输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。如果图9-1梯形图中Y4的线圈“通电”,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使外部负载工作。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。,9.2.2.3 辅助继电器（M） 辅助继电器是用软件实现的，它们不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，是一种内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器。辅助继电器的编号范围如表9-2所示。,9.2.2.3.1 通用辅助继电器 FX2系列PLC的通用辅助继电器没有断电保持功能。在FX2系列PLC中，除了输入继电器和输出继电器的元件号采用八进制外，其他编程元件的元件号均采用十进制。,如果在PLC运行时电源突然中断，输出继电器和通用辅助继电器将全部变为OFF。若电源再次接通，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持为OFF状态。 9.2.2.3.2 锁存辅助继电器 在PLC外部电源断电后，PLC内部的锂电池会自动地将外部电源断电前一瞬间锁存辅助继电器的状态保存下来。并一直持续到外部电源重新通电后的第一个扫描周期结束时为止。由于这个原因，我们可以把锁存辅助继电器看作是具有断电记忆功能的编程元件。为了使锁存辅助继电器在外部电源重新通电后保持通电状态的时间更长一些，可采用图9-2所示的有记忆功能的电路来实现。,图9-2 断电保持功能,图9-3 波形图,9.2.2.3.3 特殊辅助继电器 特殊辅助继电器共256点，可分为两类： (1) 触点利用型特殊辅助继电器 由PLC的系统程序来驱动它们的线圈，在用户程序中直接使用其触点，但是不能出现它们的线圈，常用的触点利用型特殊辅助继电器有：,M8000(运行监视)：当PLC执行用户程序时，M8000为ON；停止执行时，M8000为0FF(见图9-7)。 M8002(初始化脉冲)：M8002仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为ON(见图9-3) 。 M8011M8014分别是10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲。 M8005(锂电池电压降低)：电池电压下降至规定值时变为ON，可以用它的触点驱动输出继电器和外部指示灯，提醒工作人员更换锂电池。 (2)线圈驱动型特殊辅助继电器 由用户程序驱动其线圈，使PLC执行特定的操作，用户并不使用它们的触点。例如： M8030的线圈“通电”后,“电池电压降低”发光二极管熄灭； M8034的线圈“通电”时，禁止所有的输出；但是程序仍然正常执行。,9.2.2.4 状态继电器(S) 状态继电器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件(状态标志)，它与STL指令(步进梯形指令)一起使用。 通用状态继电器没有断电保持功能，锁存状态继电器在断电时用带锂电池的RAM或EEPROM来保存其ON/OFF状态。 9.2.2.5 定时器(T) PLC中的定时器相当于继电器系统中的时间继电器。它有一个设定值寄存器字，一个当前值寄存器字，和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器位，这三个存储单元使用同一个元件号。FX2系列PLC的定时器分为通用定时器和积算定时器。 常数K可以作为定时器的设定值，也可以用数据寄存器(D)的内容来设置定时器。,9.2.2.5.1 通用定时器 各系列PLC的定时器个数和元件编号如表9-3所示。100ms定时器的定时范围为0.1 3276.7s，10ms定时器的定时范围为O.01327.67s。通用定时器的工作原理如图9-4所示。 如果需要在定时器的线圈“通电”时就动作的瞬动触点，可,图9-4 通用定时器,以在定时器线圈两端并联一个辅助继电器的线圈，并使用它的触点。,通用定时器没有保持功能，在输入电路断开或停电时被复位。FX2系列的定时器只能提供其线圈“通电”后延迟动作的触点，如果需要在输入信号变为OFF之后的延迟动作，可以使用图9-5所示的电路。,图9-5 在输入信号OFF后延时的电路,9.2.2.5.2 积算定时器 100ms积算定时器T250T255的定时范围为0.13276.7s。积算定时器的工作原理如图9-6所示，T250的当前值计数器对100ms时钟脉冲进行累加计数。X1的常开触点断开或停电时停止定时，当前值保持不变。设图9-6中D20的值为5678，X1的常开触点再次接通或重新上电时继续定时，累计时间(t1+t2)为,图9-6 积算定时器,5678100ms=567.8s时，T250的触点动作。因为积算定时器的线圈断电时不会复位，需要用复位指令使T250强制复位。,9.2.2.6 内部计数器(C) 内部计数器用来对PLC的内部映象寄存器(X、Y、M、S)提供的信号计数，计数脉冲为ON或OFF的持续时间，应大于PLC的扫描周期，其响应速度通常小于数十赫兹(Hz)，如表9-4所示。,9.2.2.6.1 16位加计数器 16位加计数器的设定值为132767。图9-7给出了加计数器的工作过程。,图9-7 16位加计数器,9.2.2.6.2 32位双向计数器 32位双向计数器C200C234的设定值为-2147483648+2147483647，其加/减计数方式由特殊辅助继电器M8200M8234设定，对应的特殊辅助继电器为ON时，为减计数，反之为加计数。 图9-8中复位输入X13的常开触点接通时，C200被复位，其常开触点断开，常闭触点接通，当前值被,图9-8 32位加/减计数器,置为0。 9.2.2.7 指针 指针(P/I)包括分支、子程序用的指针(P)和中断用的指针(I)。在梯形图中，指针放在左侧母线的左边。,除上述编程元件外，FX2列PLC中还有高速继电器和数据寄存器，这些编程元件在机加工自动线控制系统工程实训中没有被用上，因此，关于这些编程元件的功能和编号范围，就不叙述了。 9.2.3 FX2列PLC的基本逻辑指令 FX2列PLC共有20基本逻辑指令，此外还有2条步进顺控指令和85条应用指令。但在机加工自动线控制系统工程实训中，仅需用到基本逻辑指令和少数几条应用指令，因此，这里仅叙述基本逻辑指令和这少数几条应用指令的功能和用法。 9.2.3.1 LD、LDI、OUT指令 LD：电路开始的常开触点对应的指令。 LDI：电路开始的常闭触点对应的指令。 OUT：驱动线圈的输出指令。,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与LDI指令对应的触点一般与左侧母线相连，在使用ANB、ORB指令时，用来定义与其他电路串并联的电路的起始触点。,图9-9 LD、LDI与OUT指令,OUT指令不能用于输入继电器的线圈，输出类指令应放在梯形图的最右边。 OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈的并联(见图9-9)。,9.2.3.2 触点的串并联指令 AND：把1个常开触点与左边的触点电路串联连接。 ANI：把1个常闭触点与左边的触点电路串联连接。 OR：把1个常开触点与上面的触点电路并联连接。 ORI：把1个常闭触点与上面的触点电路并联连接。 触点的串、并联指令可以用于X、Y、M、T、C和S。,图9-10 AND与ANI指令,在1个回路中，串、并联触点的个数是没有限制的。在图9-10中,指令“OUT M101”之后经T1的触点去驱动Y4，称为连续输出。只要按正确的次序设计电路，可重复使用连续输出。,图9-11 不推荐的电路,图9-10中M101和Y4线圈所在的并联支路如果改为图9-11中的电路，必须使用后面要讲到的MPS(进栈)和MPP(出栈)指令。,使用OR和ORI指令时，并联触点的左端应接到该指令所在电路块的起始点(LD点)上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。如图9-12中的指令“ORI M102”、“OR M103”、“ORI M110”对触点M102、M103和M110的并联连接情况都是如此。,图9-12 OR与ORI指令,9.2.3.3 微分输出指令 PLS(Rulse)：上升沿微分输出指令。 PLF：下降沿微分输出指令。,PLS和PLF指令只能用于输出继电器和辅助继电器(不包括特殊辅助继电器)。图9-13中的M0仅在X0的常开触点由断开变为接通(即X0的上升沿)时的一个扫描周期内为ON，M1仅在X0的常开触点由接通变为断开(即X0的下降沿)时的一个扫描周期内为ON。,图9-13 微分输出指令,9.2.3.4 电路块串并联指令 ORB(Or Block)：多触点电路块的并联连接指令。 ANB(And Block)：多触点电路块的串联连接指令。,图9-14 ORB指令,ORB指令(见图9-14)将多触点电路块(一般是串联电路块)与上面的触点电路块并联，它不带元件号，相当于电路块间右侧的一段垂直连线。要并联的电路块的起始触点使用LD或LDI指令，完成了电路块的内部连接后，再用ORB指令将它上面的触点电路块并联。,图9-15 ANB指令,ANB指令(见图9-15)将多触点电路块(一般是并联电路块)与左边的电路块串联，它不带元件号。要串联的电路块的起始触点使用LD或LDI指令，完成了两个电路块的内部连接后，用ANB指令将它左边的触点电路块串联。,9.2.3.5 栈存储器与多重输出指令 MPS(Push)、MRD(Read)和MPP(Pop)指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。,图9-16 栈存储器与多重输出指令,FX2系列有11个存储中间运算结果的堆栈存储器(见图9-16)，堆栈采用先进后出的数据存取方式。MPS指令用于储存电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果。使用一次MPS指令，当时的逻辑运算结果压入堆栈的第一层，堆栈中原来的数据依次向下一层推移。 MRD指令读取存储在堆栈最上层的电路中分支点处的运算结果，将下一个触点强制性地连接在该点。读数后堆栈内的数据不会上下移动。 MPP指令弹出(调用并去掉)存储在堆栈最上层的电路中分支点对应的运算结果。将下一触点连接在该点，并从堆栈中去掉该点的运算结果。使用MPP指令时，堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在读出后从栈内消失。,图9-17给出了使用二层栈的例子。每一条MPS指令必须有一条对应的MPP指令，处理最后一条支路时必须使用MPP指令，而不是MRD指令。在一块独立电路中，用进栈指令同时保存在堆栈中的运算结果不能超过11个。,图9-17 使用二层堆栈的分支电路,9.2.3.6 主控指令与主控复位指令 MC(Master Control)：主控指令，或公共触点串联连接指令，用于表示主控区的开始。MC指令只能用于输出继电器Y和辅助继电器M(不包括特殊辅助继电器)。 MCR(Master Control Reset)：主控指令MC的复位指令，用来表示主控区的结束。 使用主控指令的触点称为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直。主控触点是控制一组电路的总开关。 与主控触点相连的触点必须用LD或LDI指令。,图9-18 主控指令与主控复位指令,图9-18中X0的常开触点接通时，执行从MC到MCR之间的指令；MC指令的输入电路断开时，不执行上述区间的指令，其中的积算定时器、计数器、用复位/置位指令驱动的元件保持其当时的状态；其余的元件被复位，非积算定时器和用OUT指令驱动的元件变为OFF。,在MC指令区内使用MC指令称为嵌套(见图9-19)。MC和MCR指令中包含嵌套的层数NON7，N0为最高层，最低层为N7。在没有嵌套结构时，通常用N0编程，N0的使用次数没有限制。,图9-19 多重嵌套主控指令,9.2.3.7 置位复位指令 SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。 SET、指令用于Y、M和S，RST指令可以用于复位Y、M、S、T、C，或将字元件D、V和Z清零。 如果图9-20中X0的常开触点接通，Y0变为ON并保持该状态，即使X0的常开触点断开，它也仍然保持ON状态。当X1的常开触点闭合，Y0变为OFF并保持该状态，即使X1的常开触点断开，它也仍然保持OFF状态(见图9-20中的波形图)。,图9-20 置位/复位指令,图9-21 定时器与计数器的复位,图9-21中X0的常开触点接通时，积算定时器T246复位，X3的常开触点接通时，计数器C200复位，它们的当前值被清0，常开触点断开，常闭触点闭合。,9.2.3.8 空操作与程序结束指令 NOP(Non processing)为空操作指令，使该步序作空操作。执行完清除用户存储器的操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。 END(End)为结束指令，将强制结束当前的扫描执行过程。若不写END指令，将从用户程序存储器的第一步执行到最后一步；将END指令放在程序结束处，只执行第一步至END这一步之间的程序，使用END指令可以缩短扫描周期。,图9-22 CJ指令,9.2.3.9 条件跳转指令 指针P(Point)用于分支和跳步程序。在梯形图中，指针放在左侧母线的左边。FX2有64点指针(P0P63)。 条件跳转指令CJ(Conditional Jump，FNC 00)用于跳过顺序程序中的某一部分，以控制程序的流程。当图9-22中的X0为ON时，程序跳到指针P8处，如果X0为OFF，不执行跳转，程序按原顺序执行。跳转时，不执行被跳过的那部分指令。用编程器输入程序时，图9-22中的指针P8应放在指令“LD X14”之前。多条跳转指令可以使用相同的指针，使用跳转指令可以缩短扫描周期。,一个指针只能出现一次。如果用M8000的常开触点驱动CJ指令，相当于无条件跳转指令。 P63是END所在的步序，在程序中不需要设置P63。 如果从主令控制区的外部跳入其内部，不管它的主控触点是否接通，都把它当成接通来执行主令控制区内的程序。如果跳步指令和标号都在同一主令控制区内，则主控触点没有接通时不执行跳步。,图9-23 子程序的嵌套调用,子程序调用指令CALL(Sub Routine Call，FNC 01)的操作数为P0P62，子程序返回指令SRET(Sub。Routine Retmll，FNC 02)无操作数。 在图9-23中的XO的上升沿调用子程序1，程序将跳到指针P11处。 子程序应放在FEND(主程序结束)指令之后，同一指针只能出现一次，CJ指令中用过的指针不能再用，不同位置的CALL指令可以调用同一指针的子程序。,9.2.3.10 子程序调用与子程序返回指令,在子程序中调用子程序称为嵌套调用，最多可以嵌套5级。在执行图9-23中的子程序1时，如果X1为ON，CALL P12指令被执行，程序跳到P12处，嵌套执行子程序2。执行第二条SRET指令后，返回子程序1中CALL P12指令的下一条指令，执行第一条SRET指令后返回主程序中CALLP P11指令的下一条指令。 因为子程序是间歇使用的，在子程序中使用的定时器应在T192T199和T246T249之间选择。,图9-24 双线圈输出,9.2.4 编程注意事项 9.2.4.1 双线圈输出 如果在同一个程序中，同一元件的线圈使用了两次或多次，称为双线圈输出。对于输出继电器来说，在扫描周期结束时，真正输出的是最后一个Y0的线圈的状态(见图9-24a)。 为了消除图9-24a)中的双线圈输出现象，可以将图9-24a)改为图9-24b)。,9.2.4.2 程序的优化设计 在设计并联电路时，应将单个触点的支路放在下面；设计串联电路时，应将单个触点放在右边，否则将多使用一条指令(见图9-25)。 建议在有线圈的并联电路中将单个线,图9-25 梯形图的优化设计,a) 不好的梯形图,b) 好的梯形图,圈放在上面，将图9-25a)的电路改为图9-25b)的电路，可以避免使用入栈指令MPS和出栈指令MPP。,9.2.4.3 编程元件的位置 输出类元件(例如OUT、MC、SET、RST、PLS、PLF和大多数应用指令)应放在梯形图的最右边，它们不能直接与左侧母线相连。有的指令(例如END和MCR指令)不能用触点驱动，必须直接与左侧母线或临时母线相连。,9.3 装置原理 本系统由计算机仿真子系统、接口子系统、PLC控制系统、操作台及模拟显示屏几部分构成。为了叙述方便，今后就称PLC控制系统为PLC控制系统。由于PLC控制是自动化专业学生训练的重点。因此，PLC控制系统、操作台、模拟显示屏与生产实际基本一致，自动线的机械和液压部分则由计算机仿真，保证学生能达到工程实训的目的。,9.3.1自动线的用途 机加工自动线可对工件进行铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔等工序进行加工。控制系统对机加工自动线各动力头具有“在线/离线”选择功能，并具有全线单周/连续循环、单机手动/半自动和全线自动回原点五种工作方式，用户可根据需要选择其中工作方式运行机加工自动线。 9.3.2 自动线的组成 机加工自动线的机械部分主要由铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔和上、下料等十个工位和输送带、定位机构、夹紧机构组成，单面加工，随行夹具传送工件，其平面布置图如图9-26所示。,图9-26 机加工自动线平面布置示意图,各工位动力头主轴的旋转运动由电动机拖动，而输送带步进装置、定位机构、夹紧机构、各工位动力头滑台、检查机构、转位机构等的运动则由液压系统拖动。液压系统的液压泵由一台电动机拖动。此外，机加工自动线还配有一台冷却泵，用来在加工时对各动力头的刀具和工件的加工面进行冷却。冷却泵由一台电动机拖动。,自动线各电动机的主电路、液压泵电机和冷却泵电机的控制电路和PLC负载的电源控制电路如图9-27所示，自动线的液压系统图如图9-28所示，自动线控制系统的PLC I/O接线图分别如如图9-29和图9-30所示。 9.3.3 自动线各单机的工作循环图 自动线各工位的工作循环如表9-5所示。表中的行程开关均按有规律的序号编写。,图9-27 机加工自动线电动机和PLC负载电源的电器控制线路的原理图,图9-29 机加工自动线控制系统PLC输入接线图,图9-30 机加工自动线控制系统PLC输出接线图,表9-5 机加工自动线各单机工作循环图,9.3.4 计算机仿真子系统 该子系统完成自动线的机械和液压部分的仿真，自动产生自动线的状态信号(行程开关和压力继电器信号)。它由机械动作仿真、状态信号仿真、故障设置、故障检查及与接口子系统通讯等五个部分组成。 9.3.4.1 机械动作仿真 用动画对自动线各工艺设备的动作进行演示，形象地表示机械运动。 9.3.4.2 状态信号仿真 当接到控制系统发出的控制主令后。仿真子系统一方面用动画表示相应的机械运动，另一方面，按表9-5的要求自动产生行程开关和压力继电器的动作信号(闭合/断开)。,9.3.4.3 故障设置 每个行程开关和压力继电器可以设置成三种状态：正常、断开、闭合，后两种为故障态。“断开”表示该元件恒为断开状态，不能正常闭合，“闭合”表示该元件恒为闭合状态，不能正常断开。 9.3.4.4 故障检查 将仿真子系统切换为“故障检查”状态,可以对行程开关和压力继电器进行检查。此时用鼠标点击某个按钮，对应的行程开关或压力继电器能改变状态则为正常。 9.3.5 接口子系统 用于仿真计算机与电气控制系统的接口它与仿真计算机采用RS-232串行口连接，与电气控制系统采用全硬件连接，每个信号均有独立的信号线。从而使得电气控制系统的输入、输出接线与真实自动线基本相同。,9.3.6 操作台与模拟显示屏,图9-31 机加工自动线控制台示意图,图9-31是机加工自动线控制台示意图，它包括操作面板、电器元件板和模拟显示屏三个部分。 操作面板主要用来确定自动线的工作方式、确定自动线各单机的在线/离线状态和发布各种操作命令。操作面板上的信号灯，用于指示自动线的工作状态。 电器元件安装板主要用来安装自动线控制系统的电器元件。 模拟显示屏用信号指示灯来模拟自动线的工作过程。 9.3.7 PLC控制系统的组成及各部分的作用 机加工自动线PLC控制系统分为硬件和软件两部分。硬件部分包括FX2-128MR型PLC基本单元、FX2-48ER型PLC扩展单元、直流稳压电源、各种开关电器、操作电器、保护电器、报警电器和信号指示灯。,其中，PLC是控制系统的关键设备，自动线在各种工作方式下的全部工作过程都是在PLC的监控下进行的。直流稳压电源为PLC及PLC的输出负载如接触器线圈、电磁换向阀线圈(用仿真子系统模拟)、信号指示灯提供24VDC电源。接触器用来控制油泵电机、冷却泵电机及各动力头主轴电机的起动运行与停止。电磁换向阀用来控制自动线输送带、各动力头滑台的前进与后退等。 在控制台的上述各电器元件中，自动线的各电动机、行程开关、压力继电器和电磁换阀线圈是虚没的，由仿真子系统模拟。其余均为真实电器元件。 PLC控制系统的软件部分包括自动线的公用程序、自动回原点程序、全线全自动和半自动程序、单机半自动程序、手动程序、信号指示程序、故障处理及报警程序等部分。,全线连续工作方式的程序是软件中最重要的部分，它用来实现自动线在无人参与的情况下对成批工件的连续自动加工，在加工完所有工件后才自动停下来。 全线单周工作方式的程序可实现自动线一个工作周期的自动运行，并在完成了一个工作周期的运行后自动停车。 在自动线中，一个相对独立的运动部分称为单机，在本自动线中有下述单机： (1) 输送带、定位机构、夹紧机构；(2) 各动力头；(3) 检查机构、转位机构。 单机半自动程序是用来实现对自动线中各个单机的单周循环控制的。具体说来，就是当按下某单机起动按钮后，该单机起动(此时其它单机均停在原位不动)，完成其自身一个循环的工作后，自动停在其原位。,手动程序用于实现对自动线中某一单机进行手动控制。所谓手动控制，就是当按下某个单机的某一步的点动按钮不松手时，该单机的该步就起动运行。但是，一松开该点动按钮，该单机的该步就立即停止运行。 单步程序用于实现对自动线中某一单机进行单步控制。所谓单机控制，就是按下某个单机的某一步的起动按钮时，该单机的该步就起动运行，松开该起动按钮后，该单机的该步仍继续运行，直至完成该步的工作时才自动停止。 自动回原点程序用来实现自动线各动力头和和各运动机构从当前所处的任何位置自动地退回到各自的原位，为自动线或某个单机的起动作好准备。,9.3.8 PLC控制系统的工作原理 9.3.8.1 全线单周/连续工作方式下的工作原理 自动线开始工作须具备以下六个初始条件： (1) 输送带在原位。 (2) 所有动力头、检查头和转位装置都已加工、检查、转位完毕，并已退回原位。 (3) 所有工位上的随行央具都已松开并拔出定位销。 (4) 在装料工位已装上待加工工件，在卸料工位已卸去加工好的工件。 (5) 检查工位没有发出检查不合格信号。 (6) 没有发出自动线“预停”信号。 图9-32为机加工自动线PLC控制系统在全线连续循环及全线单周循环方式下的工作过程方框图。,图9-32 PLC控制系统在单周/连续循环方式下的工作过程方框图,9.3.8.2 自动回原点方式下的工作原理 图9-33是自动线PLC控制系统在自动回原点方式下的工作过程方框图。,图9-33 PLC控制系统在自动回原点方式下的工作过程方框图,9.4 训练内容 本项目的训练内容：设计训练、操作训练和故障排除训练。 9.4.1 设计训练内容 设计训练内容包括自动线控制台电气工艺图纸的设计训练和自动线PLC控制程序的设计调试训练两个方面。 9.4.1.1 控制台电气工艺图纸的设计训练 9.4.1.1.1 训练内容 要求每个学生完成以下10张自动线控制台电气工艺图纸中的12张的设计工作，但每个学生所设计的工艺图纸不得相同。 （1）控制台操作面板的元件布置图、元件接线图和安装底板的加工图。（2）控制台信号显示屏的元件布置图、元件接线图和安装底板的加工图。（3）控制台电器板的元件布置图、元件接线图和安装底板的加工图。（4）控制台总装配图和总接线图。,9.4.1.2 PLC控制程序的设计调试训练 9.4.1.2.1 设计调试训练内容 这方面的设计调试训练内容包括： （1）PLC控制系统程序的总体结构图的设计。 （2）PLC控制系统公用程序（只含一个工位）的设计调试。 （3）PLC控制系统手动程序（只含一个工位）的设计调试。 （4）PLC控制系统单机半自动程序（只含一个工位）的设计调试。 （5）PLC控制系统全线单周/连续循环（只含一个工位）的设计调试。 （6）PLC控制系统信号显示和故障报警程序（只含一个工位）的设计调试。,9.4.1.2.2 程序调试运行训练的任务、步骤和安全事项 9.4.1.2.2.1 明确调试运行训练的任务 一般来说，调试运行应完成以下几项任务： 通过调试运行，检查和纠正PLC用户程序中的错误，使之满足生产机械提出的各项工艺要求。 通过调试运行，检查和纠正PLC I/O接线及其它接线中的错误。 通过调试运行，调整定时器、计数器和压力继电器等的设定值，使之更加符合工艺要求。 通过调试运行，调整各行程开关的安装位置，各行程开关究竟应调整到什么位置合适，应以保证各机械运动部件在工作过程中不发生碰撞，刀具对工件的加工位置准确，对工件的加工精度符合设计要求为准。,9.4.1.2.2.2 拟定调试运行步骤 调试运行工作应在有目的、有计划、有步骤的前提下进行。在调试运行前，学生应先拟定一个调试运行步骤，这个步骤可参照上述各项调试运行任务的排列顺序拟定。调试运行时，待一项调试运行任务完成后，再完成下一项调试运行任务。在凋试用户程序时最好按手动程序单机半自动程序全线单周循环动程序全线连续循环程序自动回原点程序的顺序进行调试，这种从简到繁的调试顺序的步骤可以使调试工作少走弯路，易于一次凋试成功。,9.4.1.2.2.3 保障调试运行安全 由于用户设计不当，电器元件安装接线不正确，定时数、计数器、压力继电器的设定值设定得不合理，行程开关的安装位置不准确，都有可能导致调试过程中发生一些电路短路、机械碰撞等安全事故，因此，调试前应在电路中采取一些相应的保护措施如在电路中设置短路保护、过载保护、失压保护、过压力保护、互锁环节、联锁环节等，并熟悉控制台操作面板上的自动线的紧急停止按钮，各动力头的紧急后退按钮的颜色、形状及具体的安装位置，熟悉各故障指示灯的安装位置。这样，在调试过程中，一旦发现故障，可迅速按下紧急停止按钮或紧急后退按钮，避免故障的进一步扩大。,9.5 操作训练 9.5.1 操作前的准备 (1) 接通计算机电源，启动计算机。用鼠标器双击“MICS”快捷图标。以运行自动线仿真软件，此时会打开自动线仿真窗口。单击该窗口的复位按钮，使窗口中自动线的各单机都回到各自的原位。 (2) 依次闭合实验桌电源板上的刀开关QS、自动线控制台内的自动开关QF1和QF2，以接通机加工自动线控制系统的电源。 (3) 闭合接口装置的电源开关，以接通接口子系统的电源。 (4) 在控制台的操作面板上，按下PLC的电源启动按钮SB4和冷却泵电机启动按钮SB6，以接通PLC电源、启动油泵电机和启动冷却电机。,在完成上述准备工作后，即可根据自动化技术工程实践训练教材第6-9节所述的操作步骤和方法对自动线进行以下操作： (1)全线连续循环方式下的操作； (2)全线单周循环方式下的操作；(3)单机半自动方式下的操作；(4)单机手动方式下的操作；(5)自动回原点方式下的操作 ；(6)关机操作。 9.6 故障排除训练 9.6.1 故障排除训练内容 本自动线仿真软件可为学生提供自动线控制系统中的所有行程开关和压力继电器的故障设置、分析与排除方面的训练，但在训练中，只要求学生对自己设计的那一部分程序中涉及到的行程开关和压力继电器进行故障分析与排除即可。,思 考 题 1某用户将一段程序写入PLC内存后，将编程器上的模式选择开关由PROGRAM位置切换到MONITOR位置时，发现PLC基本单元上的PROG-E(发光二极管)闪亮，试分析引起PROG-E闪亮的原因，并确定排除故障(或纠正错误)的方法。 2某用户为自动线攻丝动力头主轴电机设计了一个PLC I/O接线图，如题图1-34a)所示，并为其编写了一段正、反转控制程序，如题图1-34b)所示。试分析图1-34中有没有错误？如有，请指出错误所在和错误原因，并更正之。图中KM7、KM8和FR依次为攻丝动力头主轴电机的正、反转接触器和过载保护用的热继电器；SQ3、SQ4和SQ5依次为安装在攻丝动力头的快进终点位置、攻丝终点位置和退丝终点位置处的行程开关。,3当自动线各动力头正在对工件进行加工时，突然出现夹紧机构对工件夹紧力严重下降的故障，对于这一故障，你认为采用下述哪一种处理方法是正确的？为什么? (1) 应立即按下紧急快退按钮，使各动力头的滑台紧急快退，退回原位后使主轴自动停止。 (2) 应立即按下紧急停止按钮，使各动力头的滑台和主轴就地紧急停止。,图1-34 题2的图,(3) 应立即按下预停按钮，待各动力头工作完一个循环后自动停在原位。 4当自动线深孔钻孔动力头的钻头严重磨损时可能会出现哪些后果，因此应在控制系统中采取哪些相应的措施来对付之。 5在自动线工作过程中，操作人员从模拟屏上发现如下症状：当各动力头工作一个循环并返回原位后，攻丝动力头的原位指示灯一直在亮，而其他动力头、检查机构及转位机构的所有(包括原位)指示灯都已熄灭，且从输送带向前指示灯熄灭起至现在为止，定位、夹紧机构的定位、夹紧指示灯也一直在亮，进一步的检查发现，此时自动线不再运行，处于各加工工位的工件仍被定位、夹紧着，不能取下。试分析故障原因。,6操作人员从自动线液压传动系统的油温指示计上观察发现，液压传动系统的油温过高，试分析可能的原因有哪些，应采取哪些排除故障的方法。 7当按下液压泵电机M1的起动按钮SB1时，M1起动，可是还没起动完毕，M1就自动停下来了。停止后若立即按下SB1，则M1不会再起动。但是经十分钟后再按下SB1时，M1的起动情况又如同前述的情况一样，试分析可能的故障原因，应采用哪些排除故障的措施和方法。 8选择PLC机型应满足哪些条件？选择接触器应满足哪些条件？ 9直流接触器在使用一段时间后，应定期进行哪些方面的维修？,