PLC在数控机床上的应用Word下载.docx

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4.2设计PLC操纵系统初始化梯形图程序16

4.3设计PLC操纵系统手动及显示梯形图程序16

4.4设计PLC操纵系统状态转移图与梯形图程序16

4.5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

组合机床是随着机械工业的不断进展，由通用机床、专用机床进展起来的。

通用机床一样用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时刻长、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。

专用机床能够实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。

然而，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，它就不能连续使用。

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。

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，该机床的操纵电路可由各动力部件的操纵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，其操纵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操纵。

第二方面是动力部件的半自动循环操纵。

第三方面是整批全自动工作循环操纵。

组合机床具有生产率高、加工精度稳固的优点。

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进展。

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：

1.2操纵流程

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终止后，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终止后，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

滑台1原位

1SQ

下料器终点

12SQ

滑台1进

5SB

主轴4点动

16SB

滑台1终点

2SQ

夹紧

1YJ

滑台1退

6SB

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

4YJ

滑台2退

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

21SB

滑台4原位

7SQ

总停

1SB

滑台3进

11SB

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

15SB

2输出信号〔共27个〕。

YV为电磁阀；

KM为接触器；

HL为指示灯

1YV

上料退

8YV

15YV

润滑电动机

6KM

2YV

下料进

9YV

16YV

润滑显示灯

1HL

3YV

下料退

10YV

1主轴

1KM

1、3工位原位指示

2HL

4YV

11YV

2主轴

2KM

2、4工位原位指示

3HL

5YV

12YV

3主轴

3KM

上料原位指示

4HL

6YV

滑台4进

13YV

4主轴

4KM

下料原料指示

5HL

上料进

7YV

14YV

冷却电动机

5KM

随着科学技术的进展，生产工艺不断提出新的要求，机床电气操纵装置也不断更新。

在操纵方法上要紧从手动操纵到自动操纵；

在操纵功能上，是从简单到复杂；

在操作上由笨重到轻松，从操纵原理上，由单一的有触点硬接线继电器操纵系统转为以微处理器为中心的软件操纵系统。

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-接触器操纵系统，实现对机床的启动、停车、有级调速等操纵。

继电器-接触器操纵的优点是：

结构简单、价格低廉、爱护方便、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操纵仍旧是机床和其它机械设备最差不多的电气操纵形式之一。

继电器-接触器操纵系统的缺点是：

由于固定接线形成，故在进行程序操纵时，改变操纵程序不方便，灵活性差。

故在实际生产中，由于大量存在一些开关量操纵的简单程序操纵过程，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-接触器操纵系统常常不能满足这种需求。

电子运算机操纵系统的显现提高了电气操纵的灵活性和通用性，其操纵功能和操纵精度都得到专门大的提升。

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，专门对上述简单的过程操纵有〝大材小用〞和不经济等问题。

因而60年代显现了一种能够依照需要，方便的改变操纵系统，而又要比运算机系统结构简单，价格低廉的自动化装置——顺序操纵器。

它能通过组合逻辑元件插接或变成来实现继电器-接触器操纵线路功能的装置，它能满足成组经常改变的操纵要求，使操纵系统具有较大的灵活性和通用性，但它依旧使用硬件手段，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进展和应用。

上述操纵技术也发生了全然变化。

在70年代显现了用软件手段来实现各种操纵功能，以微处理器为核心的新兴工业操纵器——可编程程序操纵器〔PLC〕。

这种期间完全能够适应恶劣的工业环境，由于它兼备了运算机操纵和继电器-接触器操纵两方面的优点，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操纵。

1.4组合机床采纳PLC电气操纵系统的优点

组合机床的电气操纵理论上讲能够采纳继电器接触器电气操纵系统，单片机操纵系统和PLC操纵系统来实现。

然而在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的操纵方案，考虑到上述几点，PLC较适合组合机床的电气操纵。

PLC、单片机、继电器-接触器操纵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-接触器操纵系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电操纵的主流。

由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，因此使用广泛。

它的缺点是动作速度慢，可靠性差，采纳微电脑技术的可编程顺序操纵器的显现，使得继电接触式操纵系统更加逊色。

PLC等取代继电接触式操纵逻辑。

具体如下：

（1）操纵逻辑：

继电接触式操纵系统采纳硬接线逻辑，它利用继电器等的触电串联、并联、串并联，利用时刻继电器的延时动作等组合或操纵逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。

当一个电气操纵系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。

专门是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这差不多上硬接线的缘故。

因此，继电接触式操纵系统的灵活性和扩展性较差。

可编程操纵器采纳储备逻辑。

它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而操纵逻辑是以程序的方式储备在PLC的内存当中。

假设操纵逻辑复杂时，那么程序会长一些，输入输出的连线并不多。

假设需要对操纵逻辑进行修改时，只要修改程序就行了，而输入输出的连接线改动不多，同时也容易改动，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）操纵速度：

继电器接触式操纵系统的操纵逻辑是依靠触电的动作来实现的，工作频率低。

触点的开闭动作一样是几十毫秒数量级。

而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，依旧容易显现触点抖动和触点拉弧问题。

而可编程操纵器是由程序指令操纵半导体电路来实现操纵的，速度相当快。

通常，一条用户指令的执行时刻在微秒数量级。

由于PLC内部有严格的同步，可不能显现抖动问题，更可不能显现触点拉弧问题。

（3）定时操纵和计数操纵：

继电接触式操纵系统利用时刻继电器的延时动作来进行定时操纵。

用时刻继电器实现定时操纵会显现定时的精度不高，定时时刻易受环境的湿度和温度变化而阻碍。

有些专门的时刻继电器结构复杂，爱护不方便。

而可编程程序操纵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，精度相当高同时定时时刻长，定时范畴广。

用户能够依照需要在程序中设定定时值。

PLC依照给定的定时值，由软件和硬件计数器来操纵制定时刻，定时精度高、定时时刻不受环境的阻碍，同时一旦调好，可不能变化。

同时PLC能够完成计数功能，而继电接触系统通常没有计数功能。

（4）设计与施工。

使用继电接触式操纵系统完成一项操纵工程，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来完成一项操纵工程。

设计完成以后，现场施工和操纵逻辑的设计能够同时进行，周期短，而且调试和修改均专门方便。

（5）可靠性和爱护性。

继电接触式操纵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。

因而可靠性和爱护性差。

PLC采纳微电子技术，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，还能动态的监视操纵程序的执行情形，为现场调试和爱护提供了方便。

总之，PLC在性能上均优越于继电接触式操纵系统，专门是操纵速度快，可靠性高，设计施工周期短，调试方便，操纵逻辑修改方便，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，价格比较廉价等优点，一样用于数据采集和工业操纵。

然而，单片机不是专门针对工业现场的自动化操纵而设计的，因此它与PLC比较起来有以下缺点：

（1）单片机不如PLC容易把握

使用单片机来实现自动操纵，一样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运算机硬件和软件知识。

关于那些只熟悉机电操纵的技术人员来说，需要进行相当长一段时刻系统地学习单片机的知识才能把握。

而PLC采纳了面向操作者的语言编程，如梯形图状态转移图等，关于使用者来说，无需了解复杂的运算机知识，而只要用较短时刻去熟悉PLC的简单指令系统及操作方法，就能够使用和编程。

（2）单片机不如PLC使用简单

使用单片机来实现自动操纵，一样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。

除了要进行操纵程序的设计，还要在单片机单片机的外围进行专门多硬件和软件工作，才能与操纵现场连接起来，调试也较繁琐。

而PLC的输入/输出接口差不多做好，输入接口能够与无外接电源的开关直截了当连接，专门方便。

输出接口具有一定的驱动负载能力，能适应一样的操纵要求。

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操纵，突出的问题确实是抗干扰性能较差。

而PLC是专门用于工程现场环境中的自动操纵，在设计和制造过程中采取了抗干扰性措施，稳固性和可靠性较高。

通过上面的比较，针对组合机床的电气操纵系统，尽管PLC的价格高一些，但良好的稳固性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精度，因此决定采纳PLC操纵系统来实现。

第2章PLC概述与方案论证

2.1PLC概述

可编程操纵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，它采纳一种可编程程序的储备器，在其内部储备执行逻辑算、顺序操纵、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操纵各种类型的机械设备和生产过程。

可编程操纵器及其有关设备的设计原那么是它应该易与工业操纵联成一个整体且具有扩充功能。

PLC产品能直截了当在工业环境中应用，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操纵，软件本身具有修改性，因此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20000~50000h，而平均修复时刻那么小于10min；

PLC机能处理工业现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可直截了当驱动功率部件，可长期工作在严酷的工业环境能够中。

编程采纳传统的继电器符号语言，便于工程技术人员把握，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。

依照信号，操纵器就会作出反映，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截了当操纵外部的操纵系统负载，如电机，接触器，指示灯，电磁阀等。

PLC的操纵系统省去了传统的继电器操纵接线和拆线的苦恼。

用PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的〝间接网络〞，如此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

组合机床的电气操纵,理论上讲,能够采纳继电器接触器电气操纵系统，单片机操纵系统和PLC操纵系统来实现。

PLC与单片机、继电器-接触器操纵系统相比具有以下优点：

（1）操纵逻辑

继电接触式操纵系统采纳硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时刻继电器的延时动作等组合或操纵逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。

（2）操纵速度

继电器接触式操纵系统的操纵逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。

（4）可靠性和爱护性。

这就要求设计人员要有一定的运算机硬件和软件知识。

而PLC采纳了面向操作者的语言编程，如梯形图、状态转移图等，关于使用者来说，无需了解复杂的运算机知识，而只要用较短时刻去熟悉PLC的简单指令系统及操作方法，就能够使用和编程。

除了要进行操纵程序的设计，还要在单片机的外围进行专门多硬件和软件工作，才能与操纵现场连接起来，调试也较繁琐。

第3章电气操纵系统硬件设计

3.1选择PLC机型

合理选择PLC的型号，关于提高PLC操纵系统的技术经济指标起着重要作用。

选择机型的差不多原那么是在功能满足要求的前提下，保证可靠，爱护使用方便以及最正确功能价格比。

〔1〕结构选择

PLC要紧有整体式和模块式。

整体式PLC：

整体式PLC的每一个点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对小，一样用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，修理量较小的小型操纵系统中。

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，且修理方便，一样用于较复杂的操纵系统。

关于组合机床，选用整体式PLC较好。

〔2〕I/O点选取原那么

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，在满足操纵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点数是依照被操纵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操纵系统有输入信号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。

电操纵系统有输出信号27个，其中电磁阀16个，六台电动机的接触器和5个指示灯。

依照I/O点数的选取原那么考虑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。

依照〔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〕如此共有输入点〔32+16〕。

输出点确实是主机的32。

足够能够满足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。

由本设计可知操纵电路中的按钮，行程开关，检测元件等触点都属于PLC的输入设备，PLC的输出操纵对象要紧是操纵电路中的执行元件，本设计要紧是接触器，电磁阀，指示灯。

依照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

依照本设计选用的PLC机型，将输入输出元件分配到PLC的输入输出接口。

依照本文所给的输入输出元件可列下表2-1

表2-1输入