畢業(yè)論文--plc在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p>　　1.1 組合機(jī)床概述1</p><p>　　1.2 控制流程2</p>

2、<p>　　1.3電控系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)2</p><p>　　1.4 組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)4</p><p>　　第2章 PLC概述與方案論證7</p><p>　　2.1 PLC概述7</p><p>　　2.2 方案論證7</p><p>　　第3章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3、10</p><p>　　3.1 選擇PLC機(jī)型10</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)輸入輸出信號(hào)地址表10</p><p>　　3.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖12</p><p>　　3.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板14</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15</p><

4、;p>　　4.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖15</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序16</p><p>　　4.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序16</p><p>　　4.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序16</p><p><b>　　結(jié) 論21<

5、/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前,可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和

6、順序控制兩部分,數(shù)字控制部分包括對各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制,而順序控制包括對主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動(dòng)作的控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制,使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊,功能更豐富,響應(yīng)速度和可靠性大大提高! </p><p>　　可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、

7、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。組合機(jī)床是針對特定工件，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。</p><p&g

8、t;　　關(guān)鍵詞：可編程控制器、 數(shù)字控制、 順序控制、 操作指令、 組合機(jī)床、 自動(dòng)循環(huán)。</p><p><b>　　第1章緒論</b></p><p>　　1.1 組合機(jī)床概述</p><p>　　組合機(jī)床是針對特定工件，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。</p

9、><p>　　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、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，造價(jià)高，工作可靠性也較差。專用機(jī)床是針對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

10、續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī)床。</p><p>　　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。</p><p>　　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

11、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。</p><p>　　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。</p><p>　　組合機(jī)床具有生產(chǎn)率高、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)

12、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。</p><p>　　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)

13、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)床的俯視示意圖如下：</p><p><b>　　1.2 控制流程</b></p><p>　　當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，上料機(jī)械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊零件，進(jìn)料裝置進(jìn)料，然后四個(gè)工作滑臺(tái)向前，四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)加工，加工完成后，各工作滑臺(tái)退回原位，接下來下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)械手帶料退回原

14、位并松開，完成一個(gè)工作循環(huán)。</p><p>　　要求組合機(jī)床能以手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種工作方式工作。全自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；半自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī)床將停車于初始狀態(tài)；手動(dòng)方式是用于手動(dòng)調(diào)整的。</p><p>　　1.3電控系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)</p><p>　　1、 輸入信號(hào)（共42個(gè)）。其中：SQ、YJ為位置

15、檢測傳感器開關(guān)；SA為選擇開關(guān)；SB為按鈕。</p><p>　　表1-1輸入信號(hào)功能表</p><p>　　2 輸出信號(hào)（共27個(gè)）。其中：YV為電磁閥；KM為接觸器；HL為指示燈</p><p>　　表1-2輸出信號(hào)功能表</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機(jī)床電氣控制裝置也不斷更新。在控制方法上主要從手動(dòng)

16、控制到自動(dòng)控制；在控制功能上，是從簡單到復(fù)雜；在操作上由笨重到輕松，從控制原理上，由單一的有觸點(diǎn)硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以微處理器為中心的軟件控制系統(tǒng)。</p><p>　　在上世紀(jì)的20年代到30年代，借助繼電器、接觸器、按鈕和行程開關(guān)等組成繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的啟動(dòng)、停車、有級(jí)調(diào)速等控制。繼電器-接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、抗干擾性能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械設(shè)備。

17、目前，在我國繼電器接觸器控制仍然是機(jī)床和其它機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于固定接線形成，故在進(jìn)行程序控制時(shí)，改變控制程序不方便，靈活性差。故在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些開關(guān)量控制的簡單程序控制過程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程，又是經(jīng)常變化的。因而傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)常常不能滿足這種需求。電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)提高了電氣控制的靈活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，

18、存在著系統(tǒng)復(fù)雜、使用不方便、抗干擾能力差、成本較高等缺陷，尤其對上述簡單的過程控制有“大材小用”和不經(jīng)濟(jì)等問題。因而60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)需要，方便的改變控制系統(tǒng)，而又要比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置——順序控制器。它能通過組合邏輯元件插接或變成來實(shí)現(xiàn)繼電器-接觸器控制線路功能的裝置，它能滿足成組經(jīng)常</p><p>　　隨著大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本變化。

19、在70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，以微處理器為核心的新興工業(yè)控制器——可編程程序控制器（PLC）。</p><p>　　1.4 組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　組合機(jī)床的電氣控制理論上講可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床

20、的電氣控制。PLC、單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1．PLC與繼電器-接觸器相比較：</p><p>　　繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸

21、式控制邏輯。具體如下：</p><p><b>　　(1) 控制邏輯</b></p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣

22、故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差。</p><p>　　可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小

23、，體積小。</p><p><b>　　(2) 控制速度</b></p><p>　　繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級(jí)。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。</p><p>　　而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相

24、當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。</p><p>　　(3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制</p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。</p>

25、;<p>　　而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值。PLC根據(jù)給定的定時(shí)值，由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制制定時(shí)間，定時(shí)精度高、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，并且一旦調(diào)好，不會(huì)變化。并且PLC可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸系統(tǒng)通常沒有計(jì)數(shù)功能。</p><p><b>　　(4) 設(shè)計(jì)與施工&l

26、t;/b></p><p>　　使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程，設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難而使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程。設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，而且調(diào)試和修改均很方便。</p><p>　　(5) 可靠性和維護(hù)性</p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉

27、時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。</p><p>　　PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。</p><p>　　總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期

28、短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。</p><p>　　2．PLC與單片機(jī)比較</p><p>　　單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：</p><p>　　(1) 單片機(jī)不如PLC容易掌握</p><

29、;p>　　使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員遇有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。</p><p>　　而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。<

30、;/p><p>　　(2) 單片機(jī)不如PLC使用簡單</p><p>　　使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。</p><p>　　而PLC的輸入/輸出

31、接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號(hào)不容易進(jìn)入PLC。</p><p>　　(3) 單片機(jī)不如PLC可靠</p><p>　　使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗

32、干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。</p><p>　　通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第2章 PLC概述與方案論證</p><p>　　2.1 PLC概述

33、

34、

35、 </p><p>　　可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易與工業(yè)控制聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)充功能。PLC產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對環(huán)境的

36、適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快，可靠性高，又具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。PLC還有一個(gè)重要特性是它具有在線修改功能。它借助于軟件來實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制，軟件本身具有修改性，所以PLC具有靈活性。從而使PLC具有廣泛的工業(yè)通用性，同時(shí)簡化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系列PLC平均故障間隔大于20000~50000h，而平均修復(fù)時(shí)間則小于10min；PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電信號(hào)，如交流220V、直流24V

37、，并可直接驅(qū)動(dòng)功率部件，可長期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號(hào)語言，便于工程技術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號(hào)作用下進(jìn)行工作。根據(jù)信號(hào)，控制器就</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　組合機(jī)床的電氣控制,理論上講,可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制

38、系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC與單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1．PLC與繼電器-接觸器相比較</p><p>　　繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度

39、慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：</p><p><b>　　(1) 控制邏輯</b></p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制

40、完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差。</p><p>　　可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)

41、不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。</p><p><b>　　(2) 控制速度</b></p><p>　　繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級(jí)。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。

42、</p><p>　　而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。</p><p>　　(3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制</p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度

43、不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。</p><p>　　(4) 可靠性和維護(hù)性</p><p>　　繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。</p&g

44、t;<p>　　PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。</p><p>　　總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。</p&

45、gt;<p>　　2．PLC與單片機(jī)比較</p><p>　　單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：</p><p>　　(1) 單片機(jī)不如PLC容易掌握</p><p>　　使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編

46、語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員要有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。</p><p>　　而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。</p><p>　　(2) 單片機(jī)不如PLC

47、使用簡單</p><p>　　使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。</p><p>　　而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接

48、口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號(hào)不容易進(jìn)入PLC。</p><p>　　(3) 單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。</p><p>　　通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制

49、系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第3章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 選擇PLC機(jī)型</p><p>　　合理選擇PLC的型號(hào)，對于提高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)

50、使用方便以及最佳功能價(jià)格比。</p><p><b>　?。?） 結(jié)構(gòu)選擇</b></p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式。</p><p>　　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。</p><p>　

51、　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)。</p><p>　　對于組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。</p><p>　　（2） I/O點(diǎn)選取原則</p><p>　　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

52、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。 </p><p>　　由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測元件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。</p><p>　　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

53、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)。</p><p>　?。?） 確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊</p><p>　　根據(jù)（1）（2）及實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用FX2N-64MR主機(jī)和一個(gè)16點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模塊（FX-16EX）這樣共有輸入點(diǎn)（32+16）。輸出點(diǎn)就是主機(jī)的32。足夠可以滿足42個(gè)輸入，27個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量。<

54、;/p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)輸入輸出信號(hào)地址表</p><p>　　輸入輸出信號(hào)地址表是將輸入輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用的一種表。由本設(shè)計(jì)可知控制電路中的按鈕，行程開關(guān)，檢測元件等觸點(diǎn)都屬于PLC的輸入設(shè)備，PLC的輸出控制對象主要是控制電路中的執(zhí)行元件，本設(shè)計(jì)主要是接觸器，電磁閥，指示燈。根據(jù)電控系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)表知：</p><

55、p><b>　　1 輸入元件數(shù)量</b></p><p><b>　　行程開關(guān) 12個(gè)</b></p><p><b>　　按鈕24個(gè)</b></p><p><b>　　選擇開關(guān)1個(gè)</b></p><p><b>　　檢測元件5個(gè)<

56、;/b></p><p><b>　　2 輸出元件數(shù)量</b></p><p><b>　　電磁閥16個(gè)</b></p><p><b>　　接觸器6個(gè)</b></p><p><b>　　指示燈5個(gè)</b></p><p>

57、　　根據(jù)本設(shè)計(jì)選用的PLC機(jī)型，將輸入輸出元件分配到PLC的輸入輸出接口。根據(jù)本文所給的輸入輸出元件可列下表3-1</p><p>　　表3-1 輸入輸出信號(hào)地址表</p><p>　　3.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式，即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端COM

58、。</p><p>　　I/O電氣接口圖如下圖3-1</p><p>　　圖3-1 I/O電氣接口圖</p><p>　　3.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板</p><p>　　控制系統(tǒng)的操作面板是向PLC控制系統(tǒng)發(fā)布控制命令的主令元件組合而成的。本設(shè)計(jì)中，輸入元件共42個(gè)其中按鈕SB 24個(gè)、檢測元件YJ 5個(gè)、行程開關(guān)SQ 12個(gè)，選擇開

59、關(guān)1個(gè)，基于對機(jī)床工作方式的控制要求，面板上應(yīng)設(shè)有選擇開關(guān)1SA、預(yù)停按鈕；鑒于手動(dòng)調(diào)整方式下，相應(yīng)按鈕發(fā)出控制命令，驅(qū)動(dòng)組合機(jī)床相應(yīng)部件運(yùn)動(dòng)，因此面板上應(yīng)設(shè)相應(yīng)按鈕5SB-24SB，鑒于對組合機(jī)床的啟動(dòng)，停止及潤滑故障的處理控制，應(yīng)在操作制面板上設(shè)有啟動(dòng)按鈕2SB、總停按鈕1SB、潤滑故障切除按鈕4SB、其他輸入元件均為檢測元件，不在操作面板中設(shè)置，由上面綜述，可得控制系統(tǒng)操作面板如下圖2-2所示</p><p&g

60、t;　　圖2-2 控制系統(tǒng)的操作面板</p><p>　　圖3-2 控制系統(tǒng)操作面板圖</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制與工藝要求，按機(jī)床的動(dòng)作順序及每步所完成的任務(wù)，可得工作循環(huán)流程圖如圖4-1</p><p&

61、gt;　　圖4-1工作循環(huán)流程圖</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序</p><p>　　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)

62、，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)定了潤滑電動(dòng)機(jī)間歇時(shí)間，初始化程序見下圖4-2。</p><p>　　4.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序</p><p>　　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。</p><p>　　手動(dòng)程序：主要在調(diào)整和檢修時(shí)使用。</p><p>　　為了對

63、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)。</p><p>　　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4-3。</p><p>　　4.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序</p><p>　　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

64、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。</p><p>　　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。</p><p>　　2在畫出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖上以PLC輸入點(diǎn)或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。</p><p>　　3按照電控系統(tǒng)提供的電氣執(zhí)行元件功能表，在狀態(tài)流程圖上對每個(gè)狀態(tài)和動(dòng)作命令配畫上實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)或動(dòng)作命令的控制

65、功能的電氣執(zhí)行元件，并以對應(yīng)的PLC輸出點(diǎn)的編號(hào)定義這些電氣執(zhí)行元件。</p><p>　　由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖易的相應(yīng)的梯形圖程序，它們二者是一一對應(yīng)關(guān)系，梯形圖程序請見圖4-4。</p><p>　　圖4-2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序</p><p>　　圖4-3 PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序</p><p>　　圖4-4 PLC

66、控制系統(tǒng)梯形圖程</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　PLC作為新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性好，接線簡單，安裝方便，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，用它來控制四工位組合機(jī)床這樣復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，是理想的選擇。PLC 的采用,降低了機(jī)床的故障率,節(jié)省了大量的維修費(fèi)用,提高了整機(jī)的可靠性，保證了工件的精度要求。</p><p>

67、;　　通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我加深了對PLC的理解，了解了其型號(hào)規(guī)格并能正確使用。掌握了PLC的基本原理及編程方法，能夠根據(jù)工藝過程和控制要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編制應(yīng)用程序。熟悉了典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，具有了從事電氣設(shè)備安裝調(diào)試、維修管理等方面的能力。提高了設(shè)計(jì)和改進(jìn)一般機(jī)械設(shè)備電氣控制的基本能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 段

68、蘇 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)因素 電氣傳動(dòng) 2003</p><p>　　[2] 張?bào)沌?機(jī)電設(shè)備控制基礎(chǔ) 北京：中國人大出版社 2000</p><p>　　[3] 王兆義 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1997</p><p>　　[4] 三菱公司編1FX系列可編程序控制器使用說明及編程手冊 1998</p&g

69、t;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此論文完成之際，我要深深地感謝所有在學(xué)習(xí)和生活上給予過關(guān)心和幫助的人們!</p><p>　　首先，要衷心感謝我的指導(dǎo)教師xx老師。今天我能夠順利完成論文的寫作，無不凝聚著xx老師的心血與汗水。xx老師在論文的選題，研究方案的確定以及具體的實(shí)施過程都給予了周密的指導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度

70、和系統(tǒng)的科研思路讓我受益終生。同時(shí)，他平易近人、認(rèn)真的對待他的每一位學(xué)生也給我留下了深刻的印象!</p><p>　　感謝指導(dǎo)老師,在本文寫作過程中給予了我很多建設(shè)性的建議!</p><p>　　感謝周圍同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中給予我的建議和幫助，在論文寫作過程中給與我的鼓勵(lì)和幫助，同窗共讀的情誼我將永遠(yuǎn)銘記于心!</p><p>　　在論文工作的過程中,xx公司為我的課題