PLC控制專用組合機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、大 連 民 族 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）PLC控制專用組合機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院（系）： 機(jī)電信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 2010022308 指 導(dǎo) 教 師： 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 大連民族學(xué)院摘 要組合機(jī)床及其自動(dòng)化在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中扮演著越來越重要的角色，其技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平在很大程度上決定著相關(guān)部門的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的以繼電器控制為基礎(chǔ)的組合機(jī)床愈加與先進(jìn)生產(chǎn)力不相適應(yīng)，在這種情況下，可編程序控制技術(shù)以其靈活性好，可靠性高，通用性強(qiáng)，逐漸取代了繼電器控制方式。作為新一代的工業(yè)控制裝置具有

2、開發(fā)柔性好接線簡(jiǎn)單安裝方便抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，用它來進(jìn)行多工位組合機(jī)床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為當(dāng)代工業(yè)控制的主要發(fā)展方向。 本論文詳細(xì)敘述了組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，確定了機(jī)床及控制系統(tǒng)的元件型號(hào)，作出了PLC的地址分配表、外部接線圖和程序T型圖。關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；PLC；控制面板；接口電路；程序設(shè)計(jì) PLC control special combination machine electrical system designAbstractCombination machine and automation plays an increasingly important

3、role in today's machinery manufacturing industry, its technical performance and integrated automation level largely determines the development of related sectors. With the continuous development of science and technology to the traditional relay control based on a combination of machine tool inc

4、reasingly incompatible with the advanced productive forces, in this case, programmable control technology for its flexibility, high reliability, versatility gradually replaced the relay control. As a new generation of industrial control devices have developed good flexibility and easy installation w

5、iring simple and strong anti-jamming features, use it for a combination of muti-station machine control system design has become the main development direction of modern industrial control.This paper details the design portfolio machine PLC control system, and the system is running in accordance wit

6、h the requirements of the machine tool and control system to determine the part number, made a PLC address allocation table, the external wiring diagram and procedures T-chart.Key Words：Combination machine；PLC；Control Panel；Interface Circuit ； Programming目 錄摘 要IAbstractII1緒論1課題背景11.2 可編程控制器（PLC）應(yīng)用現(xiàn)狀

7、與發(fā)展趨勢(shì)11.3 本課題研究?jī)?nèi)容與成果22 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理42.1 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介42.2 PLC控制系統(tǒng)組成52.3 PLC控制系統(tǒng)基本原理72.4 PLC的編程語言93 PLC控制組合機(jī)床電氣系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)93.1 DU組合機(jī)床概述93.2 控制系統(tǒng)的電氣原理113.3 控制系統(tǒng)的組成113.4 系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)114 PLC控制面板與接口電路設(shè)計(jì)124.1 選擇PLC機(jī)型124.2 設(shè)計(jì)輸入輸出信號(hào)地址表124.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)134.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板155 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)165.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖16 設(shè)計(jì)PLC控

8、制系統(tǒng)初始化梯形圖程序165.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序205.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序26結(jié) 束 語27參 考 文 獻(xiàn)28附錄A 程序圖29致 謝371緒論課題背景可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合 ,集計(jì)算機(jī)、控制、通訊于一體,具有可靠性高、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活、易于使用 維修方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),為工業(yè)自動(dòng)化提供了近乎完美的自動(dòng)控制裝置。普通車床是應(yīng)用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍然大量使用。由于繼電氣系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷與排除困難

9、，并存在一下缺點(diǎn)：觸點(diǎn)容易被電弧燒壞而導(dǎo)致接觸不良，機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的觸點(diǎn)控制反映速度慢，繼電器的控制功能被固定在線路中，功能單一、靈活性差等缺點(diǎn)。因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)效率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數(shù)控車床。相比之下，由于可編程控制器（PLC）具有一下優(yōu)點(diǎn)：通用性、適應(yīng)性強(qiáng)，完善的故障自診能力而且維修方便，可靠性高及柔韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且小型PLC的價(jià)格目前也很便宜，因此在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用。因此，當(dāng)務(wù)之急就是對(duì)這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的情況，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)依然是機(jī)械設(shè)備最常用的

10、電氣控制方式，許多企業(yè)和高校實(shí)習(xí)工廠的機(jī)床和設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng),由于采用物理電子器件和大量而又復(fù)雜的硬接線,使得系統(tǒng)的可靠性差,工作效率低,故障診斷和排除困難,嚴(yán)重影響了工廠的生產(chǎn)效率。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，可編程控制器的出現(xiàn)，許多以繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的機(jī)床組合電路通過改進(jìn)，采用可編程控制系統(tǒng)，無論在性能上或者效率上都能得到很大提升。因此,采用PLC對(duì)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,很有益處。1.2 可編程控制器（PLC）應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1、PLC的發(fā)展現(xiàn)狀目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC已由最初一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構(gòu)成的微

11、機(jī)化PC，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱?，F(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。其中，美國(guó)是PLC生產(chǎn)大國(guó)，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。歐洲PLC產(chǎn)品主要制造商有德國(guó)的西門子（SIEM

12、ENS）公司、AEG公司、法國(guó)的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國(guó)的三星（SAMSUNG）、LG等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品占有80%以上的PLC市場(chǎng)份額。經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，國(guó)內(nèi)PLC應(yīng)用市場(chǎng)仍然以國(guó)外產(chǎn)品為主。國(guó)內(nèi)公司在開展PLC業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如：需求優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品定制優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)、服務(wù)優(yōu)勢(shì)、響應(yīng)速度優(yōu)勢(shì)。2、PLC的發(fā)展趨勢(shì)隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。（1）、在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價(jià)比更高的小型和超小型PLC。以適應(yīng)單機(jī)及小型自

13、動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術(shù)完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來越大。（2）、向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分。（3）、向模塊化、智能化發(fā)展為滿足工業(yè)自動(dòng)

14、化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè)PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。（4）、編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。1.3 本課題研究?jī)?nèi)容與成果設(shè)計(jì)組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)主要有以下方面的內(nèi)容：1

15、、分析總體功能要求，確定系統(tǒng)硬件配置根據(jù)車床需要實(shí)現(xiàn)的控制功能、調(diào)速方式、安全方面等的綜合分析，對(duì)車床的硬件系統(tǒng)(如接觸器、繼電器、PLC型號(hào))進(jìn)行總體安排。2、計(jì)算PLC的Io點(diǎn)數(shù)經(jīng)過上述分析后，根據(jù)所確定的控制要求，計(jì)算控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的數(shù)量，同時(shí)對(duì)輸入、輸出信號(hào)是模擬量還是數(shù)字量要分開考慮，然后分類統(tǒng)計(jì)出各輸入、輸出量的電壓類型、等級(jí)、數(shù)量。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)I0總體點(diǎn)數(shù)要考慮留有一定的余量。3、選型根據(jù)IO數(shù)量及輸入、輸出類型，選擇PLC機(jī)型、擴(kuò)展單元等。IO接口電路設(shè)計(jì)通過控制系統(tǒng)所需要的控制要求分配I/O地址，畫出加接口線路圖，列寫I/O及內(nèi)部輔助繼電器等的地址分配表，以便進(jìn)行梯

16、形圖的設(shè)計(jì)?？刂齐娐穲D的設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)主線電路、信號(hào)控制電路、PLC的I/O接線電路的原理圖及配線圖，標(biāo)注線號(hào)。梯形圖設(shè)計(jì)充分利用PLC提供的指令，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，依次對(duì)各控制功能設(shè)計(jì)梯形圖。4、預(yù)期成果：利用現(xiàn)有的資料完成PLC的硬件、軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)試PLC系統(tǒng)，使組合機(jī)床正常運(yùn)行，并完成相關(guān)動(dòng)作的控制任務(wù)。改善控制面板，使其簡(jiǎn)單明了，方便工人控制。2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理2.1 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介可編程控制器，英文稱Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC。PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源于繼電控制裝置

17、，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。  PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 1、實(shí)現(xiàn)控制要點(diǎn)  輸入輸出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。 輸入輸出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)

18、，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。  可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)

19、都要有一個(gè)I或O電路。PLC有多I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。  輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。  輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的  這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計(jì)算機(jī)內(nèi)存交換信息通過計(jì)算機(jī)總線，并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（bi

20、t）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。  輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位（bit）與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個(gè)映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序。這是一個(gè)數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較

21、為容易的。2、可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的方式  用這種不斷地重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一種方式。此外，計(jì)算機(jī)用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請(qǐng)中斷，被響應(yīng)后正運(yùn)行的程序停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷，又返回運(yùn)行原來程序。哪個(gè)控制需要處理，哪個(gè)就去申請(qǐng)中斷。哪個(gè)不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。  在中斷方式下，計(jì)算機(jī)能得到充分利用，緊急的任務(wù)也能得到及時(shí)處理。但是，如果同時(shí)來了幾個(gè)都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？?jī)?yōu)先級(jí)高的還好辦，低的呢？可能會(huì)出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不

22、大適合于工作現(xiàn)場(chǎng)的日常使用。  但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個(gè)別急需的處理，允許中斷這個(gè)掃描運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個(gè)別應(yīng)急的也能進(jìn)行處理。 PLC的實(shí)際工作過程比這里講的還要復(fù)雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關(guān)人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實(shí)現(xiàn)-信息處理、I/O電路-空間、時(shí)間關(guān)系-掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實(shí)現(xiàn)控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點(diǎn)了。2.2 PLC控制系統(tǒng)組成1、PLC的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制

23、器主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾組成。PLC硬件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)2、中央控制處理單元(CPU)可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機(jī)。3、存儲(chǔ)器可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲(chǔ)器：存放用戶編制的控制程序。3、

24、輸入接口電路PLC通過輸入單元可實(shí)現(xiàn)將不同輸入電路的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC進(jìn)行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。各種PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。PLC輸入電路通常有三種類型：直流(1224)V輸入、交流(100120)V輸入與交流(200240)V輸入和交直流(1224)V輸入。如圖2.2，圖2.3，圖2.4所示： 圖2.2 直流輸入 圖2.3 交、直流輸入圖2.4 交流輸入4、輸出接口電路PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。輸

25、出端子有兩種接法：一種是輸出各自獨(dú)立，無公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。一種為每48個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，共有一個(gè)公共點(diǎn)：在輸出共用一個(gè)公共端子時(shí)，必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，但不同的公共點(diǎn)組可使用不同電壓類型和等級(jí)的負(fù)載，且各輸出公共點(diǎn)之間是相互隔離的。電源PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。編程器利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡(jiǎn)易型 和智能型。2.3 PLC控制系統(tǒng)基本原理1、 PLC的工作方式采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程

26、序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過程如圖2、 工作過程 主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。（1）內(nèi)部處理階段，在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。（2）通信服務(wù)階段，在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。（3）輸入處理，輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入

27、端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序的執(zhí)行階段。（4）程序執(zhí)行，根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。（5）輸出處理，程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)

28、功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。如圖2.5所示。運(yùn)行）內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止圖2.5 循環(huán)掃描過程3、PLC的運(yùn)行方式：（1）運(yùn)行工作模式，當(dāng)處于運(yùn)行工作模式時(shí)，PLC要進(jìn)行從內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過程循環(huán)掃描工作。在運(yùn)行模式下，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能，為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。注：PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。（2）停止模式，當(dāng)處于停止工作模式時(shí)

29、，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。2.4 PLC的編程語言1、梯形圖梯形圖編程語言習(xí)慣上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來的，具有形象、直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC編程語言。2、指令表這種編程語言是一種與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似的助記符編程方式，用一系列操作指令組成的語句表將控制流程熱核出來，并通過編程器送到PLC中去。3、順序功能圖采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的SFC(Sequential Function Chart)語言，用于編制復(fù)雜的順控程序。利用這種先進(jìn)的編程方

30、法，初學(xué)者也很容易編出復(fù)雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運(yùn)行帶來許多言傳的方便。4、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖類似于順序功能圖，可使復(fù)雜的順控系統(tǒng)編程得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化。5、邏輯功能圖它基本上沿用了數(shù)字電路中的邏輯門和邏輯框圖來表達(dá)。一般用一個(gè)運(yùn)算框圖表示一種功能。控制邏輯常用“與”、“或”、“非”三種功能來完成。目前國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)正在實(shí)施發(fā)展這種編程標(biāo)準(zhǔn)。6、高級(jí)語言近幾年推出的PLC，尤其是大型PLC，已開始使用高級(jí)語言進(jìn)行編程采用高級(jí)語言編程后，用戶可以象使用PC機(jī)一樣操作PLC。在功能上除可完成邏輯運(yùn)算功能外，還可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理、上位機(jī)通信等。3 PLC控制組合機(jī)床

31、電氣系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1 DU組合機(jī)床概述 組合機(jī)床是針對(duì)特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床是隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，由通用機(jī)床、專用機(jī)床發(fā)展起來的。通用機(jī)床一般用一把刀具進(jìn)行加工，自動(dòng)化程度低、輔助時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低，但通用機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)加工對(duì)象的變化。專用機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)的多刀切削，自動(dòng)化程度較高，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率也較高。但是，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造周期長(zhǎng)，造價(jià)高，工作可靠性也較差。專用機(jī)床是針對(duì)某工件的一定工序設(shè)計(jì)的，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，工件的結(jié)構(gòu)，尺寸稍有變化時(shí)，它就不能繼續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)

32、床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī)床。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。常見的組合機(jī)床，標(biāo)準(zhǔn)通用部件有動(dòng)力滑臺(tái)各種加工動(dòng)力頭以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，可用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓驅(qū)動(dòng)。各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件組合構(gòu)成一臺(tái)組合機(jī)床時(shí)，該機(jī)床的控制電路可由各動(dòng)力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構(gòu)成。多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)和復(fù)位控制。第二方面是動(dòng)力部件的半自動(dòng)循環(huán)控制。第三方面是整批全自動(dòng)工作循環(huán)控制。組合機(jī)床具有生產(chǎn)率

33、高、加工精度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因而，在汽車、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)床等一些具有一定生產(chǎn)批量的企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，組合機(jī)床的研制正向高效、高精度、高自動(dòng)化和柔和性化方向發(fā)展。本文所用組合機(jī)床為四工位組合機(jī)床，該機(jī)床由四個(gè)滑臺(tái)，各載一個(gè)加工動(dòng)力頭，組成四個(gè)加工工位，除了四個(gè)加工工位外，還有夾具，上下料機(jī)械手和進(jìn)料器，四個(gè)輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共14個(gè)部分。機(jī)床的四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的四個(gè)端面以及中心孔進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件，由上料機(jī)械手自動(dòng)上料，下料機(jī)械手自動(dòng)取走加工完成的零件，零件每小時(shí)可加工80件。該機(jī)床的俯視示意如圖3.1。 3.2 控制系統(tǒng)的電氣原理DU組合機(jī)床PLC控制的

34、主電路共有4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，M1，M2,M3和M4，帶動(dòng)4個(gè)工作臺(tái)的主軸旋轉(zhuǎn)和加工，三相交流電源通過斷路器QF1將電源引入，KM1、KM2、KM3、KM4分別控制他們的啟動(dòng)和停止。FR1、FR2、FR3、FR4起短路保護(hù)。3.3 控制系統(tǒng)的組成系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)、DU組合機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)控制柜、上下、左右4個(gè)工位工作電機(jī)，及位置檢測(cè)裝置組成。上位機(jī)計(jì)算機(jī)安裝在控制室，用以收發(fā)并顯示四工位組合機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，記錄、存儲(chǔ)、顯示和控制現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。四工位組合機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)控制柜安裝在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)，在控制柜上可以手動(dòng)操作也可以自動(dòng)操作，電機(jī)及位置傳感器等安裝在四工位組合機(jī)床生產(chǎn)線上，受現(xiàn)場(chǎng)控制柜的控制。3.4 系統(tǒng)的硬件、軟

35、件設(shè)計(jì)PLC的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工藝制造流水線生產(chǎn)；對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對(duì)電源的掉電保護(hù)、存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計(jì)等等。在PLC的軟件設(shè)計(jì)方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波，軟件自診斷、簡(jiǎn)化編程語言、信息保護(hù)和恢復(fù)、報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等等。4 PLC控制面板與接口電路設(shè)計(jì)4.1 選擇PLC機(jī)型合理選擇PLC的型號(hào)，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳功能價(jià)格比。PLC主

36、要有整體式和模塊式。整體式PLC：整體式PLC的每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC：模塊式PLC功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對(duì)于組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對(duì)象的輸入輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%-20%的余量來確定。 由PLC組成的四工位組合

37、機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測(cè)元件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。電控制系統(tǒng)有輸出信號(hào)27個(gè)，其中電磁閥16個(gè)，六臺(tái)電動(dòng)機(jī)的接觸器和5個(gè)指示燈。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取46-50個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)可選取29-33個(gè)。故選用西門子S7-200。4.2 設(shè)計(jì)輸入輸出信號(hào)地址表表4.1地址表輸入輸出符號(hào)地址符號(hào)地址滑臺(tái)原位夾緊輸出滑臺(tái)終點(diǎn)松開輸出滑臺(tái)原位滑臺(tái)進(jìn)輸出滑臺(tái)終點(diǎn)滑臺(tái)退輸出滑臺(tái)原位滑臺(tái)進(jìn)輸出滑臺(tái)終點(diǎn)滑臺(tái)退輸出滑臺(tái)原位上料進(jìn)滑臺(tái)終點(diǎn)上料退上料器原位下料進(jìn)表4.1地址表（續(xù)）輸入輸出符號(hào)地址符號(hào)地址上料器終點(diǎn)下料退下料器原位滑臺(tái)進(jìn)

38、輸出下料器終點(diǎn)滑臺(tái)退輸出夾緊1滑臺(tái)進(jìn)輸出進(jìn)料1滑臺(tái)退輸出放料1放料輸出潤(rùn)滑壓力進(jìn)料輸出潤(rùn)滑液面開關(guān)主軸總停主軸啟動(dòng)主軸預(yù)停主軸潤(rùn)滑故障撤除冷卻電動(dòng)機(jī)選擇開關(guān)潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)滑臺(tái)進(jìn)潤(rùn)滑顯示滑臺(tái)退、工位滑臺(tái)原位主軸點(diǎn)動(dòng)、工位滑臺(tái)原位滑臺(tái)進(jìn)上料原位滑臺(tái)退下料原料主軸點(diǎn)動(dòng)滑臺(tái)進(jìn)滑臺(tái)退主軸點(diǎn)動(dòng)滑能進(jìn)滑臺(tái)退主軸點(diǎn)動(dòng)夾緊松開上料器進(jìn)上料器退進(jìn)料放料冷卻開冷卻停4.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì) 圖4.1外部接線圖4.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板圖4.2 控制系統(tǒng)操作面板圖5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖圖5.1 PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖5.2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程

39、序 初始化程序主要用來處理組合機(jī)床的各種號(hào)，如啟動(dòng)，預(yù)停，總停以及各種的原始信號(hào)，機(jī)床啟動(dòng)前應(yīng)具備的各種初始信號(hào)，工作方式選擇信號(hào)，各種復(fù)位信號(hào)，并將處理結(jié)果作為機(jī)床啟動(dòng)，停止，程序轉(zhuǎn)換的依據(jù)，初始化程序一般用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，采用STL指令，來定義相應(yīng)的工作方式，手動(dòng)，自動(dòng)，利用預(yù)停按鈕來控制全自動(dòng)與半自動(dòng)工作狀態(tài)的切換，并利用定時(shí)器設(shè)定了潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)間歇時(shí)間，初始化程序見下圖5.2。 圖5.2 控制系統(tǒng)初始化梯形圖程5.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序本設(shè)計(jì)的手動(dòng)程序與顯示程序均為用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的梯形圖。手動(dòng)程序：主要在調(diào)整和檢修時(shí)使用。為了對(duì)滑臺(tái)的進(jìn)退、上料器的進(jìn)退、夾具的加緊松開等進(jìn)行調(diào)整與控制，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的手動(dòng)程序，設(shè)計(jì)手動(dòng)程序時(shí)應(yīng)注意互鎖的設(shè)計(jì)。顯示程序：根據(jù)機(jī)床的工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指示燈顯示。如手動(dòng)及顯示梯形圖程序圖5.3。 圖5.3 控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序5.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是完整地描述控制系統(tǒng)的工作過程，功能和特性的一種圖形，是分析和設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)控制程序的重要工具。本設(shè)計(jì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖按下列幾步進(jìn)行的1 按組合機(jī)床的控制要求與加工工藝畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。2在畫出的