PLC在气动双面钻孔机床控制系统的应用

PLC在气动双面钻孔组合机床控制系统中的设计目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言21 认识PLC和双面钻孔组合机床31.1 可编程控制器概述31.1.1 PLC的硬件系统31.1.2 PLC的软件系统41.1.3 电气控制中继电器控制与PLC控制的比较 61.2 双面钻孔组合机床61.2.1 工作原理及电气控制要求 61.2.2 传统组合机床机存在的缺点 82 PLC机型选择92.1 PLC及继电器机型的选择92.2 S7-200CN CPU 222CN机型特性92.2.1 S7-200概述92.2.2 S7-200CN CPU 222CN硬件系统基本构成92.2.3 S7-200CN CPU 222CN 主机结构及性能特点10 3 电气控制系统的设计123.1 电气控制系统硬件设计123.2 电气控制系统软件设计 133.2.1 PLC I/O口资源分配 133.2.2 PLC对气动双面钻孔机床电气控制133.2.3 控制程序设计 143.2.4 PLC与PC的通信153.2.5 注意事项 164 调试175 结束语18参考文献19致谢20PLC在气动双面钻孔组合机床控制系统中的设计 自动化专业学生 徐启山 指导老师 田俊英摘要: 为提高机床在实际生产中的自动化程度和工作效率，迅速提升工件加工技术与精度，设计了一种全自动气动钻床，该机床能对工件完成快速定位、夹紧以及钻削加工等工作。本文设计的全自动气动钻床通过PLC来控制机床动作，通过气压传动来传递动力。实现了PLC与PC的高效结合，简化了机床的电气控制系统，提高了机床的生产效率，达到了理想的效果。关键词：PLC（可编程控制器）；气动系统 ；双面钻孔组合机床 Design in Two-sided Pneumatic Drilling Machine Control System of PLCStudent Majoring in Automation Engineering Xu Qi-ShanTutor Tian Jun-YingAbstract：In order to enhance engine beds in actual production automaticity and the working efficiency, promotes the work piece process technology and the precision rapidly, has designed one kind of completely automatic air operated drilling machine, this engine bed can complete the fast localization, the clamp to the work piece as well as drills truncates work and so on processing. This article designs the completely automatic air operated drilling machine controls the engine bed movement through PLC, transmits the power through the pneumatic actuator. Has realized PLC and the PC highly effective union, simplified engine beds electric control system, raised engine beds production efficiency. Has achieved the very good effect. Key words: PLC (programmable controller) ；Pneumatic System；Drilling Modular Machine Tools 引言 机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。在我国机床工业中，为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。随着PLC的广泛应用和机床电控技术的不断发展，利用PLC实现对组合机床的自动控制，无疑是今后的发展方向。而气压传动作为一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术，其气源容易获得，环境污染小，工作速度快，动作频率高，工程实现容易。两者在工业生产上都得到了广泛的应用。用气动自动化控制技术实现生产过程自动化，是工业自动化的一种重要技术手段，也是一种低成本自动化技术。基于以上考虑，为提高生产效率，提高自动化程度，现设计一全自动气动钻床，该机床能对工件进行快速定位、夹紧以及钻削加工。本文设计的全自动气动钻床通过气压传动来传递动力，通过PLC来控制机床动作，用PLC模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交换、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。1认识PLC和双面钻孔组合机床1 .1可编程控制器概述可编程序控制器（PLC）从广义上来说也是一种计算机控制系统，只不过它比计算机具有更强的与工业现场相连的接口，具有更直接的适用于控制要求的编程语言。所以，它与一般的计算机控制系统一样，具有CPU、存储器、I/0接口等部分。可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。可编程控制器的结构种类繁多，但其组成的一般原理基本相同，都是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将变换给以物理实现，并应用于工业现场。实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机1。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图1-1所示：输 输入 出单 单元 元 CPU存储器电源部分按钮接触器电磁阀继电器触点指示灯行程开关图1-1 PLC的结构框图 PLC是一种可靠性高、安装、使用、维护方便的新一代工业控制装置，它具有多种控制功能。利用PLC代替传统的继电器对机床进行控制，可靠性高，维护量小，是机床控制技术的必然发展趋势。1.1.1 PLC的硬件系统典型的PLC控制系统的硬件组成框图，如图1-2所示：被 控 对 象 开关输入模块采样设 备 模拟量输入块 开关量输出快 模拟量输出块 其他模块执行装 置检测装 置 系 统 总 线主控模块（CPU，内存，用户内存，通信接口等）电源模 块编 程 器计算机可接终端或外围设 备PLC图1-2 PLC控制系统硬件组成框图PLC控制系统的硬件是由PLC、输入/输出(I/O)电路及外围设备组成的。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。(1)主控模块 包括CPU、内存、通讯接口等部分。(2)输入/输出模块 对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流量输入/输出模块、220V交流量输入/输出模块，还有智能模块。(3)电源模块 该模块将交流电源转换成供CPU内存等所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。(4)I/O电路 PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是对被控对象进行监测、采集、转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮、开关等也可以向PLC送控制指令。输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。(5)PLC外围设备 常用的有编程器、可编程终端、打印机、条形码读入机等等2。1.1.2 PLC的软件系统PLC控制系统的软件主要是有系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC系统软件是PLC工作所必需的软件。在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐条解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新一轮的扫描。PLC的这种工作方式就成为循环扫描。但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所以只有扫描到“线圈”的触点时，才会有动，没有扫描到时，触点就不会动作。并且PLC扫描一次用户程序的时间周期长短与用户的长短和扫描速度有关。图1-3就是PLC内部工作示意图：合上电源I/O和内部继电器清零所有计时器重定 检查I/O单元连接 复位时间监视器检查硬件和用户程序内存合电源起始操作 检查合格？采样输入信号刷新I/O资料更新输出信号 监控计时器重定T1 执行用户程序指令 程序结束？ 监控计时器重定T1 服务于外设命令 错误标志位，出错灯亮故障性质？公共操作 资料I/O执行用户程序执行外设命令否报警是否 图1-3 PLC内部工作示意图1.1.3 电气控制中继电器控制与PLC控制的比较（1）控制中采用的逻辑部件不同继电器-接触器控制全部用硬触点和“硬”线连接；PLC内部大部分采用“软”触点和“软”线连接。（2）控制系统的结构和体积不同继电器-接触器控制系统使用的电气元件多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用的电气元件少，体积小。（3）控制中电器的触点不同继电器-接触器控制中全部为机械式的硬触点，动作慢，弧光放电严重，寿命短，而且使用次数有限；PLC内部全部为“软”触点，动作快、寿命长，而且使用次数无限。（4）灵活性不同继电器-接触器控制方案的改变，需拆线，重新再接线，乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制方案的改变，一般不需要修改硬件，只需修改程序即可，极其方便3。此外，由于PLC技术是在计算机控制的基础上发展起来的，它是以微处理器为核心，结合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。因此，PLC控制必将替代传统的继电器-接触器控制4。1.2 双面钻孔组合机床1.2.1工作原理及电气控制要求双面钻孔组合机床是在工件两相对表面上进行钻孔的一种高效自动化专用加工设备，机床上有四台电动机：液压泵电动机M1、左刀具电动机M2、右刀具电动机M3、冷却泵电动机M4。其基本结构如图1-4所示： 1-侧底座； 2-刀具电动机； 3-工件定位夹紧装置； 4-主轴箱及钻头； 5-动力滑台 图1-4 双面钻孔组合机床结构简图 2个动力滑台对面布置并安装在标准侧底座上，刀具电动机M2，M3分别固定在左右动力滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置。 左、右动力滑台的进给运动和工件的定位、夹紧、放松，均由电气- 液压联合控制。其中左滑台由电磁阀线圈YA3YA5 控制，右滑台由电磁阀线圈YA6YA8 控制，工件定位由电磁阀线圈YA9、YA10控制，工件夹紧、放松由电磁阀线圈YA1、YA2 控制5。各电磁阀线圈的通电状态如表1-1 所示： 表1-1 各电磁阀线圈通电状态工 步电磁换向阀线圈通电状态转换主令 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10工件定位+SB6工件夹紧+SQ2滑台快进+KP滑台工进+SQ3 、SQ6滑台快退+SQ4 、SQ7松开工件+SQ5 、SQ8拔定位销+ SQ9停 止 SQ1备 注夹 紧左滑台右滑台定 位该双面钻孔组合机床采用电动机驱动和液压系统驱动相结合的驱动方式，其控制过程是典型的顺序控制，若采用可编程控制器(PLC)来构成其电气控制系统，则电气系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。该机床采用电动机和液压系统（未画出）相结合的驱动方式，其中电机M2，M3左、右主轴箱的道具主轴提供切削主运动，而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置则有液压系统驱动，M1为液压泵的驱动电动机，M4为冷却泵电动机。机床的电气控制要求为M1先启动，只有系统正常供油后，其他控制电路才能通电工作；M2、M3在滑台进给循环开始时启动，滑台退回原位后停机；M4可手动控制启停，也可在滑台控制进给时自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制，当把工件送入夹具后，按下启动按钮SB3，工件开始定位和夹紧，然后左、右两面的动力滑台同时进行快速进给、工进和快退的加工循环，在这同时，刀具电动机也启动工作，切削液泵在工进过程中提供切削液。加工结束后，动力滑台，动力滑台退回到原位，夹紧装置松开并拔出定位销，一次加工的工作循环结束6。 机床的工作循环图如图1-5所示： SB3 工件定位SQ2工件夹紧 SP滑台快进滑台快进SQ3 SQ6 工进工进左SQ5 SQ8 右机机 SQ9松开工件拔定位销SQ1图1-5 双面钻孔组合机床工作循环图1.2.2传统组合机床存在的缺点 组合机床是由一些通用部件组成的高效率自动化或半自动化专用加工设备。这类机床都具有工作循环，并同时用十几把至几十把刀具进行加工。组合机床适用大批量产品的生产。 组合机床的控制系统大多采用机械、液压、电气或气动相结合的控制方式。其中，电气控制往往起着中枢联接作用。但传统的电气控制通常采用继电器逻辑控制方式，使用了大量的中间继电器、时间继电器、行程开关等。存在主要问题如下： (1)由于控制触点多、工作频繁、电路系统故障率高、检查周期长。 (2)加上使用年月日久后，线路老化，电气常出现故障，影响机械、液压工作不正常，直接影响了机械加工的质量和加工时间，降低了工作可靠性。(3)如果工艺要求发生变化，就得重新设计线路连线，而因为继电器逻辑控制线路的触点数量有限，线路边线很多，不利于设备产品的更新加工工艺路线，影响了设备的利用率及自动化的程度7。所以，针对传统组合机床存在的缺点，很有必要对其进行改进，以增加其工作可靠性，提高机械加工的生产效率。2 PLC机型选择2.1 PLC及继电器机型的选择 采用以PLC为核心的控制装置在系统设计中，其选型与应用程序是其中的两个关键所在。正确、合理的选用PLC尤为重要，它涉及整个PLC控制系统的配置、程序设计和控制要求的实现。由PLC组成的双面钻孔组合机床控制系统共有输入信号7 个，都是开关量，其中按钮1 个，检测元件6 个；共有输出信号3 个，其中电磁阀3 个，控制四台电动机的接触4 个，指示灯1 个。选择西门子 S7-200CN CPU 222CN型主机，主机共有8个输入点和6个输出点，除能满足要求外，还有一定余量。选择OMRON LY2NJ DC24V型继电器，其触点结构：1c 2c 3c 4c；最大开关电流：15A 10A；接触电阻：50m以下；绝缘电阻：100M以上（在500VDC）。2.2 S7-200CN CPU 222CN机型特性2.2.1 S7-200概述西门子公司的PLC是最早进入中国市场的产品。S7-200 PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，但价格却和小型PLC的一样，因此，它一经推出，即受到广泛的关注。其特点是价格低廉，体积小巧，可靠性高，运行速度快，PLC的基本部件紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。小型机S7-200CN是近几年推出的高功能整体式小型机。由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。小型机S7-200CN继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多重集成功能和实时特性，其性能价格比非常高，所以它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。2.2.2 S7-200CN CPU 222CN硬件系统基本构成S7-200 PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块。一个完整的系统组成如图2-1所示： 编程工具 CPU主机 人机界面 扩展模块 功能模块 通信设备 图2-1 S7-200CN CPU 222CN系统组成 （1） 基本单元 基本单元（Basic Unit）有时候又称作CPU模块，也有的称之为主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。（2）扩展单元 主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是有多种因素共同决定的。（3）特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是完成某种特殊控制任务的一些装置。（4）相关设备 相关设备是为充分和方便地利用系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。（5）工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口软件等几大类构成8。2.2.3 S7-200CN CPU 222CN 主机结构及性能特点 S7-200 CN CPU 222CN PLC的电源电压有（20.428.8）VDC和（85264）VAC两种，主机上还集成了24V直流电源，可以直接用于连接传感器和执行结构。它的输出类型有晶体管（DC）、继电器（DC/AC）两种输出方式。它可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，实现高速计数。2路最大可达20k HZ的高频脉冲输出，可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实时时钟可用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。S7-200CN CPU 222CN机型集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可以进行一定模拟量的控制和2个模块的扩展，无I/O扩展能力，6K字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出, 1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，非常适合于小点数控制的微型控制器。CPU 222 PLC主机（CPU模块）的外形图如图2-2所示，其CPU模块包括一个中央处理器单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。4152361-状态LED； 2-存储器卡； 3-通信口； 4-顶部端子盖、电源及输出端子； 5-前盖、RUN/STOP开关及电位器、扩展I/O接口； 6-底部端子盖、输入端子及传感器电源 图2-2 CPU 222 PLC主机的外形图3 电气控制系统的设计3.1电气控制系统硬件设计 PLC是整个控制系统构成的核心，动作传输信号采用按钮、限位开关直接和PLC输入端相连，简单易于实现。PLC输出端直接和主要控制信号、指示信号、报警信号及控制器件相连。各种控制逻辑以及时间控制完全在PLC内部通过编程实现。由于双面钻孔组合机床中转换开关、按钮以及行程开关较多，为了降低费用，建议对输入信号做适当处理，以减少PLC的输入点数。如交、直流停止按钮SB1、SB5分别采用带自锁的停止按钮，四台电动机的过载保护不作为输入信号，而直接输入输出线圈的回路中9。气动双面钻孔组合机床的电气控制系统属单机控制，输入输出均为开关量。根据实际控制要求，并考虑系统改造成本，在准确计算I/O总点数的基础上，采用抗于扰强、稳定性和可靠性较高的西门子公司生产的S7-200CN CPU 222CN可编程控制器。该控制系统中所有输入触发信号采用常开触点接法，所需的24 V直流电源与输出负载中的所有直流电磁换向阀均由PLC内部提供；输出负载中的4个交流接触器线圈则外接220 V交流电源。其工艺流程图如图3-1所示： 送料进给左快进左快退送料后退定位夹紧右快进右工进右快退左工进松开工件 图3-1 工艺流程图 其电气控制系统组成结构图如图3-2所示：输入控件 S7-200CN CPU 222CN左电机左气缸夹紧气缸电磁阀夹紧电机继电器右电机右气缸 图3-2 系统组成结构图3.2 电气控制系统软件设计3.2.1 PLC I/O口资源分配输入点和输出点分配表如表3-1所示： 表3-1 （I/O）分配表名称输入点名称输出点工件定位I0.0左气缸继电器Q0.0工件夹紧I0.1右气缸继电器Q0.1左气缸后退I0.2夹紧缸继电器Q0.2左气缸进给I0.3右气缸进给I0.4右气缸后退I0.5工件传感器I0.63.2.2 PLC对气动双面钻孔机床电气控制该机床采用电机系统和气压系统相结合的驱动方式，其中电动机M2、M3分别带动左、右主轴箱的刀具主轴提供切削主运动，而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置则由气压系统驱动，M1为气压泵的驱动电动机，M4为冷却泵电动机。机床的电气控制要求为M1先启动，只有系统正常供电后，其它控制电路才能通电工作；M2，M3在滑台进给循环开始时启动，滑台退回原位后停机；M4可手动控制启停，也可在滑台工作进给时自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制，当把工件装入夹具后，按下启动按钮，机床便开始自动循环的工作过程。 该控制系统可实现三方面的要求：（1）动力部件的点动、复位控制；（2）动力部件的单机自动循环；（3）整批零件全自动工作循环控制10。为保证控制系统工作的可靠性，PLC应良好接地，要安装在控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅，防止太阳直接照射，同时输入、输出线不能用同一根电缆，应分开接线。中间继电器 器器 系统硬件接线如图3-3所示：图3-3 系统硬件接线图3.2.3 控制程序设计双面钻孔组合机床控制中要求液压泵电动机 M1 应先启动，在系统正常供油后，其他电动机和液压系统控制电动机才能启动，控制程序应满足这一要求。 组合机床有手动工作方式和自动工作方式。可以通过开关 SA 选择不同的工作方式。假设 SA 断开时，机床工作在自动工作方式；SA 闭合时，工作于手动工作方式。对机床加工工艺流程进行分析，在“自动”工作方式下，其工作流程为顺序循环工作，可采用顺序循环控制，应用步进顺控指令对其编程，可使程序简化，提高编程效率，为程序的调试、试运行带来许多方便，故采用顺序设计法。控制程序分为手动控制和自动控制，其中手动控制主要用于设备的调试和检修，正常生产是运行在自动控制状态。施工人员能够根据现场实际情况机动灵活地进行操作，既降低了劳动强度，又保证了系统的安全运行。为避免误操作，在编程时尤其要注意联锁保护。顺序控制设计法是一种对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，适宜使用顺序设计法编程，而且在顺序控制设计法编程时，梯形图程序能很清楚地表示各个工作点的功能，点与点之间的转换顺序及其转换条件。 当一个工件完成钻孔加工时，左、右动力滑台均返回原位，夹具松开、定位销拔下，完成工件装卸，即为下一个工件的加工循环作好了准备。控制系统由启动按钮发出加工启动指令，进入下一轮循环。根据加工工艺要求，在工件夹紧后，左、右动力滑台可同时进行加工，也可单独加工，由“左机接通”和“右机接通”进行控制11。根据工艺流程图，很容易得到梯形图程序。其控制程序梯形图如图3-4所示：图3-4 程序梯形图交流电路控制程序 双面钻孔组合机床交流电路控制部分主要是四台电动机的起停控制，根据它们的控制条件，采用逻辑设计法设计。 工件定位、夹紧控制程序 工件定位、夹紧控制采用经验设计法设计。气压滑台控制程序 双面钻孔组合机床左、右机液压滑台控制要求完全相同，都是完成“快进工进快退停止”循环过程，可采用顺序程序设计法设计。3.2.4 PLC与PC的通信 由于小型PLC的数据计算、管理和存储功能较弱，显示功能较差，不能给用户提供良好的界面等。而计算机恰好能弥补PLC的不足，它不但能给用户提供非常美观而又易于操作的界面，而且有很强的数据处理、管理和存储能力，将PLC与PC结合，可使系统达到既能及时地采集、存储数据，又可处理和使用好数据。 根据双面钻孔组合机床的工作特点，采用可编程控制器( PLC) 作下位机、计算机( PC) 作上位机的分布式控制系统。不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现上、下位机之间的通信。系统具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、扩充性强、自动化程度高等特点，完全能够满足机床的控制要求。S7-200与PC机通信方式有多种形式，而用RS-485进行点到点通讯是一种简单低成本的解决方案。RS-485的传输线路为正负两根信号线，与RS-232相比，RS-485为半双工工作模式，其信号由正负两条线路信号准位相减而得，为差分输入方式，抗共模干扰能力强，抗噪声干扰能力好，数据传输速度高，实际传输距离可达1200m，可实现一对多的主从通信。所以选取RS-485接口来完成与PC机的串口通信。PLC的数据传输端口为RS-485串行通信端口，而PC上的COM口为RS-232串行通讯端口。在具体连接中，需用到RS-232/RS-485转换器。系统工作时，PC与生产现场的PLC之间处于实时的交互通信状态。上位计算机与PLC之间有一个RS-232C/RS-485转换器，用于链接计算机的RS-232 C串行口和PLC的RS-485通信适配器，可增大通信距离13。如果生产规模大，可采用1:n上位链接通信方式，用一台计算机管理多台机床，最多可以连接32台S7-200系列PLC。每个PLC被赋予各自的站号用以识别身份，这样上位机便能通过RS-485通信总线对各个PLC进行控制操作。系统采用主从式总线结构，多台PLC共同连接在同一条串行总线上，以PC为主站，PLC为从站，通过周期轮询进行通信管理。操作人员根据生产现场的需要，在不中断生产的情况下，可在上位机上实时地对现场参数进行调整，使控制系统工作于最佳状态。还可在上位机上编程、监测设备运行情况、显示故障等，对系统进行管理和调度，使设备潜力得到充分发挥。3.2.5 注意事项 (1)为了提供足够的通风空间，保证PLC正常的工作温度，基本单元与扩展单元之间要留30MM以上间隙，各PLC单元与其他电器元件之间要留100MM以上间隙，以避免电磁干扰。 (2)安装时远离高压电源线和高压设备，它们之间留200MM以上间隙，高压线、动力线等应避免与输入输出线平行布置。 (3)安装时远离加热器、变压器、大功率电阻等发热源，必要时安装风扇。 (4)远离产生电弧的开关等设备。(5)控制柜内部的布线，主要是指PLC的电源、接地、输入、输出、通信等接线端子到各输出端子板或柜内其他电器元件之间的连接。布线时应该注意：各种类型的电源线、控制线、信号线、输入线、输出线都应各自分开，最好采用线槽走线；信号线与电源线应尽量不要平行铺设；所有导线要分类编号，排列整齐；可编程控制器的所有接线諯子最好采用标准接插件统一连接到端子板上，以便于检修；其接线还应遵循各自的接线特点14。4 调试 采用PLC设计系统，可以缩短设计周期，安装调试十分方便。特别是程序部分，可事先在实验室调试好，现场只要把事先调试好的程序输入PLC，在工艺条件满足的情况下，设备即可投入运行。 设计调试机床一般步骤：（1） 上电前检查。通常分为：a、短路检查；b、断路检查（回路不通）；c、对绝缘检查。推荐方法：a、可以用万用表一根根检查，这样花费时间最长，检查是最完整；b、回路检查，即检查各回路之间是否有短路或断路，对之间是否有短路（注意变压器阻抗值）。（2）上电前电源电压检查。一定要通电前进行输入电源电压检查确认，是否与原理图所要求电压相同。推荐方法：打开电源总开关之前，先进行一次侧电压测量，并记录。（3）回路电压检查。上电前将回路中各级开关置OFF，对各级回路电压进行测量，是否与设计值相同，并记录。推荐回路：a、变压器输入、输出电压；b、开关电源输入、输出电压（注：测量开关电源输出电压时，先将开关电源输出线拆掉）。（4）I/O检查。I/O检查包括：PLC输入输出检查，电磁阀回路检查，传感器检测，按钮回路检查。I/O检查时，先将其回路控制电源接通，一般为24V电源。推荐方法：a、I/O回路特性，可用一根导线短接0V或24V看相应I/O点、传感器、电磁阀指示灯 是否亮，“亮”表示此回路OK，“不亮”则NG。b、调试检查，即调试过程中用PLC监控来判断故障点。此方法虽可节约时间，但存一定危险。并记录。以上检查中可查出短路、断路、对短接、及传感器开关安装位置不正确等故障，确保进一步调试顺利进行。（5）下载程序。下载程序包括：PLC程序、GOT程序（包括OS）、定位模块参数、组态参数、CNC系统软件等。将写好程序下载到相应系统内，并检查系统报警。世上没有一帆风顺事，总会出现些系统报警，一般都是参数设置不正常引起，报警内容设置正常参数。若有模块不能正常检测到，请更换或与供应商联系（确保配线正确无误情况下）。（6）参数设置。参数设置包括：通讯设置（如：GOT/OP、CC-LINK）、变频器参数设置及智能模块参数和检测装置参数。（7）轴启动。接通主回路，按钮或键启动轴，并判断其旋转方向，测量转速是否与设定值相近15。结束语 PLC控制技术是现代工业控制的热门话题，其应用已在工业控制领域中占主导地位，尤其值得一提的是，PLC的应用在机械行业十分重要，可以说PLC是实现机电气一体化的重要工具，也是机械工业进步的强大支柱。采用本设计方案后，省去了原系统中的中间继电器，整个系统接线简单，缩小了占地体积，同时提高了控制的可靠性和控制精度，减少了日常维护量。将PLC和PC应用于机床控制，简化了机床的电气控制系统，缩小了设备体积，提高了设备的自动化水平和生产效率，减轻了现场操作人员的劳动强度。另外，在设备工艺程序变更时，更突出表现其灵活方便的优越性。系统具有控制实时性好、可靠性高、扩充性强、操作方便的优点，受到用户的欢迎。本系统经过PLC改造后，运行良好，故障率大大降低，而且改装后的组合机床控制系统具有很好的柔性，能适应产品的变化，当工艺程序变更时，只需修改程序，就可满足新的加工要求。可见传统的机械设备经过PLC改造后，既能使之成为机电一体化的新产品，适用生产过程的自动控制，又能发挥原组合机床的效能，而且投资较小，可见，灵活应用PLC是实现组合机床电气自动化的有效途径。参考文献：1 张卫平，施晓芳. PLC在双面钻孔组合机床电气系统中的应用J. 机械工程师，2004.1:11-19.2 赵华. 用PLC改造双面钻孔组合机床控制系统J . 新技术新工艺，2006.8:6-7.3 曹春宜.双面钻孔组合机床的改造J.大众科技,2010.1:81-89.4 路甬祥. 液压气动技术手册M .北京：机械工业出版社，2002:23-25.5 许为民. 基于PLC的全自动气动钻床控制系统设计J. 液压与气动，2009.12:12-13.6 熊幸明. 基于PLC的双面钻孔组合机床控制系统设计J .机械设计与制造，2006.2,（2）:52-53.7 周斐. PLC在双面钻孔机床中的应用J.当代矿工，2006.10.:124-126,183.8 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术M.北京航空航天大学出版社，200.6,（2）:23-26.9 蔡卫东，王红岩，王文明. PLC在自动钻孔机床中的应用J .山东机械，2002.2:41-45.10 李莉娅. PLC对箱体钻孔攻丝加工组合机床控制系统的改造J .现代机械，2007.3:125.11 田艳芳. PLC在钻孔组合机床控制中的应用J .机床与液压，2003.4:38-41.12 吴春英. 气动钻床气压传动系统控制回路的设计J.机械工程师，2005.5:41-52.13 章宏甲. 液压与气压传动 M . 北京：机械工业出版社，2003.34-35.14 李慕杰. 液压传动与气压传动M . 北京：机械工业出版社，1989:72-75.15 王庭树， 余从唏.液压与气动技术M .北京：国防工业出版社，1988:87-90.致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而对于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，在自己的努力下，我收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。这篇论文编写的完成要感谢的人实在太多了。首先，我最想要感谢的是我的指导老师田俊英老师。从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助，田老师是个很负责的老师，她在百忙之中抽出宝贵的时间对我的论文提出了精辟的指导意见，从田老师身上我感受到了老师对学生的那种赤诚的关心，这让我不仅在学习上而且在生活上和以后的工作上都会受益匪浅，诚挚感谢田老师，祝愿老师工作顺利，万事如意，身体健康。另外，我也要感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。此外，我还要感谢我的父母，他们在学习和生活给我无微不至的关怀，我还要感谢我身边一直支持我的朋友们，在他们的关心和帮助中，我度过了快乐充实的大学四年。再次感谢所有关心、帮助我的老师、同学、朋友和亲人。19