PLC對立式車床電氣控制系統(tǒng)

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第一章 緒論 摘 要 生產(chǎn)工藝的要求及市場的需求催生了我國機床加工設(shè)備的現(xiàn)代化.為了充分發(fā)揮設(shè)備效能,迅速提升加工技術(shù)與性能,越來越多的企業(yè)每年投入大量的資金與技術(shù)對傳統(tǒng)老式機床進行技術(shù)改造.PLC技術(shù)的不斷發(fā)展為機床設(shè)備的技術(shù)改造提供了強有力的技術(shù)支持. 利用PLC對立式車床電氣控制系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)編程輸入、人機交互、自動加工的控制方式，擴大了機床的加工能力，減少了機床故障，提高了機床使用效率，取得了良好的效果。利用PLC對立式車床電氣控制系統(tǒng)的改造已成為企業(yè)對機床進行技術(shù)改造的有效途徑。應(yīng)用PLC改造后，機床的可靠性得到提升，不但大大提高了立式車床的可靠性和抗干擾能力，而且大大簡化了和減少了機床維修維護的工作量。 論文在PLC對立式車床電氣控制系統(tǒng)的改造的背景中，概述了機床PLC改造的設(shè)計方案與應(yīng)用技術(shù)，并對PLC的產(chǎn)生與發(fā)展作了簡單介紹。 論文最后對課題研究進行了總結(jié)，結(jié)合作者的研究方向，討論了課題中所用到的PLC的編程思想，并對今后的研究方向提出了進一步的展望與構(gòu)想。 關(guān)鍵詞：PLC ,立式車床 ，電氣控制系統(tǒng)  Abstract Gave birth to the requirements of the production process and the market demand of the modernization of our country machine tool equipment. In order to give full play to the equipment efficiency, rapid increases in the processing technology and performance, more and more enterprises every year invested a lot of money and technical transformation. PLC technology, the continuous development of traditional old machine for technological transformation of the machine tool equipment provides a strong technical support. Using PLC transformation of vertical lathe electrical control system, the realization of the program input, human-computer interaction, automatic processing control mode, expanded the machine processing capacity, to reduce the machine fault, improve efficiency in the use of the machine tool, and achieved good results. The transformation of the electric control system of the vertical lathe with PLC has become an effective way for the enterprise to carry on the technical transformation to the machine tool. After the application of PLC, the reliability of the machine is improved, which not only greatly improves the reliability and anti-interference ability of the vertical lathe, but also greatly simplifies and reduces the workload of maintenance and maintenance of machine tools. In the background of the transformation of the electrical control system of the vertical lathe, the paper introduces the design scheme and application technology of the PLC transformation of the machine tool, and gives a brief introduction to the production and development of PLC. At the end of this paper, the research is summarized, combined with the authors research direction, discussed the PLC programming ideas used in the subject, and put forward the future research direction. Key words: PLC, vertical lathe, electric control system  目 錄 第一章 緒論…………………………………………………………………… ……5 1.1選題背景和研究意義…………………………………………………………5 1.2國內(nèi)外PLC研究應(yīng)用現(xiàn)狀……………………………………………………6 1.3研究內(nèi)容與方法………………………………………………………………7 第二章 控制系統(tǒng)改造總體方案 …………………………………………………..8 2.1項目背景………………………………………………………………………8 2.2控制系統(tǒng)改造總體方案………………………………………………………8 2.2.1改造方案……………………………………………………………………8 2.2.2可行性分析 ………………………………………………………………8 2.2.3電氣控制系統(tǒng)改造流程圖…………………………………………………8 2.3電氣改造的相關(guān)技術(shù)：PLC技術(shù) …………………………………………9 2.3.1基礎(chǔ)知識……………………………………………………………………9 2.3.2發(fā)展趨勢.………………………………………………….………………10 2.4小結(jié)……………………………………………………………………….….11 第三章 立式車床零件加工工藝及機床動作要求分析……………………..…….12 3.1零件加工工藝機床動作要求…………………………………………………12 3.2立式車床動作流程圖…………………………………………………………12 第四章 PLC硬件和軟件設(shè)計………………………………………………………..16 4.1 PLC選型……………………………………………………………………..16 4.1.1功能的選擇…………………………………………………………………17 4.1.2 I/O點的估算………………………………………………………………17 4.1.3容量的選擇…………………………………………………………………18 4.2 輸入輸出分配表………………………………………………………………18 4.2.2輸入分配表…………………………………………………………………18 4.2.3輸出分配表…………………………………………………………………19 4.3 編程技術(shù) …………………………………………………………………….20 4.3.1 PLC編程語言的共同特點…………………………………………………20 4.3.2 PLC編程語言的形式………………………………………………………20 4.4 設(shè)計梯形圖……………………………………………………………………21 4.4.1軟件設(shè)計原理圖……………………………………………………………21 4.4.2設(shè)計梯形圖步驟……………………………………………………………21 4.5 立車的完整PLC梯形圖 ……………………………………………………22 4.6 立車PLC指令改造 …………………………………………………………31 第五章 調(diào)試過程分析…………………………………………………………………38 5.1 油泵電動機起停控制調(diào)試……………………………………………………39 5.1.1油泵電動機的啟動…………………………………………………………39 5.1.2油泵電動機的停止…………………………………………………………39 5.1.3油泵電動機的急?！?9 5.2 主軸電動機的調(diào)試過程 ……………………………………………………39 5.2.1主軸電動機的啟動…………………………………………………………39 5.2.2主軸電動機的停止及制動…………………………………………………39 5.2.3主軸電動機的點動（短時調(diào)整……………………………………………39 5.3 刀架的調(diào)試過程………………………………………………………………40 5.3.1刀架的啟動…………………………………………………………………40 5.3.2刀架的循環(huán)工作……………………………………………………………40 5.4 調(diào)試結(jié)果分析…………………………………………………………………41 5.4.1調(diào)試運行的結(jié)果和性能分析………………………………………………41 5.4.2調(diào)試結(jié)論…………………………………………………………………….41 第六章 總結(jié)與展望……………………………………………………………………42 6.1 論文總結(jié) ………………………………………………………….…………42 6.2 未來展望 ………………………………………………………………… …42 6.2.1進一步研究的方向與內(nèi)容…………………………………………………43 致 謝……………………………………………………………………………… …44 參考文獻 ……………………………………………………………………………… 42 附錄一 附錄二第一章 緒論 1.1選題背景和研究意義 目前，我國是機械大國，享有“世界工廠”的美稱。這一背景給我國的機械制造業(yè)帶來極大的機遇，同時也使我國機械制造業(yè)面臨著極大的挑戰(zhàn)。縱觀我國機械制造業(yè)，大多數(shù)機械制造業(yè)的生產(chǎn)加工設(shè)備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且其中有半數(shù)以上是服役10年以上的老舊機床。這些老舊機床存在著顯著問題是：能耗高、效率低。用這些老舊機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在的問題是：質(zhì)量差、品種少、檔次低和成本高。這些問題的存在，直接影響著我國機械制造行業(yè)產(chǎn)品、市場、效益，影響著機械制造企業(yè)的生存和發(fā)展。不具有先進加工手段的企業(yè)是不可能在今后的激烈市場競爭中生存下來的，生產(chǎn)工藝的要求及市場的需求催生了我國機床加工設(shè)備的現(xiàn)代化。 存在上述問題，機械制造企業(yè)力圖找到適合我國國情的解決辦法，從企業(yè)角度分析:1.我國絕大多數(shù)企業(yè)現(xiàn)有的機床老化，不能達到產(chǎn)品的工藝要求，造成現(xiàn)有企業(yè)資產(chǎn)的浪費；2.企業(yè)急需先進的加工設(shè)備來充實自己。這些不能發(fā)揮效用或不能完全發(fā)揮效用的設(shè)備如何處理，如何使老機床煥發(fā)新的生命力，不僅僅是企業(yè)自身的問題，更是關(guān)系到我國國民經(jīng)濟科持續(xù)性發(fā)展的大事。而PLC技術(shù)給我們提供了科選方案：運用PLC技術(shù)對這些機床進行再設(shè)計和再改造，即可充分利用企業(yè)現(xiàn)有資源，又能滿足產(chǎn)品的工藝要求，做到節(jié)約資源，減少投資的同時，又可以提高企業(yè)的裝備水平。正是在當(dāng)代控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的發(fā)展方向的引領(lǐng)下，越來越多的企業(yè)主動參與機床系統(tǒng)的改造。為充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與性能，許多企業(yè)每年投入大量資金與技術(shù)多傳統(tǒng)老式機床進行技術(shù)改造。 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)仍大量使用。由于繼電器系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷與排除困難，并存在著固有缺點。由于它是利用布線組成各種邏輯來實現(xiàn)控制，需要大量的觸點，因此可靠性不高，當(dāng)改變生產(chǎn)流程時要改變大量的硬件接線，甚至重新設(shè)計系統(tǒng)。要費大量的人力物力，所以我們的當(dāng)務(wù)之急就是對這些普通車床進行改造，以提高企業(yè)產(chǎn)量和產(chǎn)品的質(zhì)量。由于PLC具有：1.通用性、適應(yīng)性強；2.完善的故障自診斷能力且維修方便；3.可靠性高及柔性強等優(yōu)點，且小型PLC的價格也不是很貴。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。對老師車床的改造勢在必行，選取合適的改造方法將是一勞永益的長久之計。 1.2國內(nèi)外PLC研究應(yīng)用現(xiàn)狀 1969年，可編程序控制器（Programmable logical controller）產(chǎn)生與美國，源于企業(yè)的需求，初期的可編程序控制器具有的功能有：邏輯、計數(shù)、定時等少量的簡單的邏輯運算功能。直到二十世紀八十年代初期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微 處理技術(shù)日益完善，大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破饕驳玫斤w速發(fā)展，并開始向多處理器發(fā)展，使可編程序控制器的功能增強：具有通信和遠程I/O能力，增加了多種特殊功能，自診斷和容錯技術(shù)也迅速發(fā)展，極大提升了PLC的處理速度。 當(dāng)下可編程序控制器是以微處理器為核心，綜合計算機、自動控制技術(shù)以及通信聯(lián)網(wǎng)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。因為它具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，使得應(yīng)用可編程序控制器（PLC）控制生產(chǎn)工藝過程的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域越來越多。在我國，可編程序控制器的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)有了40多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝配水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強大支柱。 目前，在我國隨著企業(yè)加速進行現(xiàn)代化技術(shù)改造，PLC及其自動化技術(shù)越來越多的應(yīng)用到企業(yè)設(shè)備改造和技術(shù)更新之中。近幾年在大型機床的電氣改造中PLC技術(shù)應(yīng)用得到長足的發(fā)展。在高度機械化、自動化的工業(yè)生產(chǎn)中，特別是大批量、流水作業(yè)生產(chǎn)線上，對設(shè)備的運行可靠性要求相當(dāng)高。因為，不管其中任何一臺設(shè)備出現(xiàn)故障，都將會影響整條生產(chǎn)線的工作。目前這些設(shè)備普遍采用繼電—接觸式控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)都是采用硬件邏輯控制電路，由繼電器、接觸器等元器件組成的硬件邏輯控制電路。由于繼電器、接觸器等硬件邏輯元件存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁、可靠性差、工作壽命短和維修保養(yǎng)不便的問題。這種傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)不但接線復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性較差。而采用了PLC改造后的機床控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有可靠性高、柔性好、開放周期短以及具有故障自診斷等優(yōu)點，特別適用于機床的電氣控制和故障診斷系統(tǒng)，可以大大減小繼電器等硬件邏輯元件的數(shù)量，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。 近年來，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和進步，具有完備功能的超大規(guī)模集成電路的價格也越來越便宜，這樣促使可編程控制器制造陳本顯著降低。采用可編程控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制的系統(tǒng)對普通機床電氣控制系統(tǒng)的改造，無論是從經(jīng)濟上，還是系統(tǒng)工作可靠性、維修性、工作壽命上來說，都是十分經(jīng)濟和劃算的，性價比比較高，是非?？尚械膬?yōu)選方案。目前我國的現(xiàn)役機床總量約為380萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有11萬臺，數(shù)控機床的占有率不足3%，而一些工業(yè)發(fā)達國家早已達到20%以上。我國是一個機床擁有量極大的國家，但大部分機床服役年齡較長，采取對舊機床進行改造來提高設(shè)備的先進性，是一個極其有效和實用的途徑，是企業(yè)必走之路。 1.3研究內(nèi)容與方法 1.審定（制定）設(shè)備改造方案，對項目改造結(jié)果的評估； 2.研究與收集相關(guān)技術(shù)資料； 3.PLC軟、硬件設(shè)計； 4.改造后機床調(diào)試。 論文組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章 緒論。簡述了課題背景、研究的理論價值、國內(nèi)外PLC研究應(yīng)用現(xiàn)狀和論文的研究內(nèi)容、方法，以及作者完成的主要工作。 第二章 控制系統(tǒng)改造方案。介紹了立式車床電氣控制系統(tǒng)PLC改造的項目背景、改造方案，可行性分析、電氣控制系統(tǒng)改造流程圖以及應(yīng)用的技術(shù)。 第三章 立式車床零件加工工藝及機床動作要求分析。介紹立式車床零件加工工藝的特點及機床動作的要求，分析電氣原理繪制出立式車床的動作流程圖。 第四章 PLC硬件、軟件設(shè)計。根據(jù)39型立式車床零件加工工藝及機床動作要求，合理選擇了PLC的機型，并進行輸入、輸出點的分配，繪制PLC外部接線圖，設(shè)計操作面板。并用基本指令編程，設(shè)計出梯形圖，并轉(zhuǎn)換為指令語句表。介紹了PLC編程特點和方式。 第五章 調(diào)試過程分析。闡述對改造后機床試運行的調(diào)試方案，分析數(shù)據(jù)，對項目改造結(jié)果進行綜合評估。 第六章 總結(jié)了作者在課題研究中所做的工作，對未來的研究方向提出了進一步的展望與構(gòu)想。 在整個研究過程中，作者擬采取文獻分析法、現(xiàn)場調(diào)研法、理論分析、行動研究法、類比等方法。 47 第二章 控制系統(tǒng)改造的總體方案 第二章 控制系統(tǒng)改造總體方案 2.1項目背景 一臺使用多年的39型立式車床，該車床的機械性能完好，但其繼電器—接觸器式控制系統(tǒng)中的元器件經(jīng)常損壞，加上控制線路復(fù)雜，尋找故障十分麻煩，給維護工作帶來極大困難。為此我們決定采用PLC對該車床源電氣系統(tǒng)進行改造。 我國80年代以前生產(chǎn)的機床是傳統(tǒng)意義的機床，這些機床的電氣控制基本上采用交流接觸器和繼電器控制，這些繼電器、接觸器件多，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁、可靠性差、工作壽命短和維修保養(yǎng)不便的問題。經(jīng)過長期使用，電器元件易老化，觸點容易燒毀，造成設(shè)備故障頻發(fā)。在維護過程中由于繼電—接觸器控制線路接點多，許多故障往往不能及時處理，給企業(yè)生產(chǎn)帶來了許多不方便。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，許多企業(yè)為了提高機床效率與精度，開始采用可編程控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)。對普通機床電氣控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，運用PLC技術(shù)提高機床的可靠性和精度，提高設(shè)備現(xiàn)代化技術(shù)水平，以適應(yīng)市場經(jīng)濟帶來的挑戰(zhàn)。這種改造方案無論是從經(jīng)濟上，還是從系統(tǒng)工作可靠性、維修性、工作壽命上來說，都是十分經(jīng)濟和劃算的，性價比比較高，是非?？尚械膬?yōu)選法案。 2.2控制系統(tǒng)改造總體方案 2.2.1改造方案 1.原有的機床維修操作方式不變。機床原有的按鈕、行程開關(guān)、控制變壓器、交流接觸器等繼續(xù)使用，其控制作用保持不變，將原有的接觸器—繼電器硬件控制線路改為由PLC控制來實現(xiàn)。 2.由于線路中的電磁鐵及電磁離合器較多，在選用PLC時，選用繼電器輸出型。 2.2.2可行性分析 選用PLC控制機床實現(xiàn)原機床所有動作的邏輯控制，可以很好地解決目前機床存在的問題：控制線路復(fù)雜，故障點多，維修困難。 PLC目前已經(jīng)大量應(yīng)用與各種場合，是專門應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域取代繼電器邏輯控制而設(shè)計制造的產(chǎn)品。具有抗干擾能力強、可靠性高、編程簡單、編程符合繼電器控制的原有習(xí)慣等優(yōu)點。 利用PLC控制代替原有的繼電器—接觸器硬件邏輯控制電路，去掉了硬件部分，有程序等軟件代替，簡化了控制線路，優(yōu)化了電路，柔性提高了，升級和改造方便了，可以根據(jù)現(xiàn)場情況更方便地進行修改。當(dāng)機床出現(xiàn)故障時，可方便地檢查故障原因。 2.2.3電氣控制系統(tǒng)改造流程圖 圖2-1電氣控制系統(tǒng)改造流程圖 2.3電氣改造的相關(guān)技術(shù)：PLC技術(shù) 可編程序控制器，英文稱Programmable Logic Controller,英文簡稱PLC。PLC是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)且適用與工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。PLC技術(shù)源于繼電控制裝置，但它又不像繼電裝置那樣，是通過電路的物理連接來實現(xiàn)邏輯控制，而是主要根據(jù)存儲于PLC內(nèi)存中的程序要求，進行輸入、輸出信息變換，運行PLC程序?qū)崿F(xiàn)程序控制。PLC技術(shù)源于電子計算機，但與普通計算機的工作過程又稍有不同。普通計算機進行輸入、輸出信息交換，多只考慮本身的信息；普通計算機進行信息的輸入、輸出，只要通過人機界面就可以了。而PLC要考慮的重點是輸入、輸出信息的可靠性、實時性，以及信息的使用問題。特別是要考慮如何適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，例如便于安裝，抗干擾等技術(shù)問題。PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點可以概括的說就是輸入、輸出信息變換及可靠物理實現(xiàn)。 2.3.1基礎(chǔ)知識 PLC的定義有許多種，國際電工委員會（IEC）在1987年2月對PLC定義是：可編程控制器是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲PLC程序，執(zhí)行各種邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC硬件系統(tǒng)主要包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存條、電源等模塊，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合成PLC裝置。中央處理器模塊CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。每套PLC至少有一個中央處理器模塊，它執(zhí)行PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源盒上PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，PLC從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)計算、分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU一般由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，這些電路一般都集成在一片芯片上。CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及其有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可或缺的組成單元。 輸入輸出模塊（I/O模塊）是PLC與電氣回路的接口，是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號的連接部分。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，反映輸入信號狀態(tài)是輸入暫存器，輸出鎖存器狀態(tài)反映輸出點的狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊則將信號轉(zhuǎn)換成電信號給輸出裝置。 根據(jù)輸入、輸出電路的結(jié)構(gòu)形式不同，I/O接口分為開關(guān)量輸入（DI）、開關(guān)量輸出（DO）、模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）等模塊。其中模擬量要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的處理，裝換成PLC能夠接受的數(shù)字信號。 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊；機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 2.3.2發(fā)展趨勢 進入21世紀，可編程序控制器仍保持旺盛的發(fā)展勢頭，并不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。未來PLC將在以下幾個方面發(fā)展： 1. 執(zhí)行多任務(wù)功能的實現(xiàn) 2. 網(wǎng)絡(luò)能力的強化 3. 高速化處理功能 4. 大力發(fā)展集成化軟件 5. 微型可編程控制器異軍突起 6. 信息技術(shù)滲入可編程序控制器 7. 加強安全技術(shù) 2.4小結(jié) 在傳統(tǒng)繼電器控制機床的改造中，利用PLC作為核心控制元件，是我國多數(shù)企業(yè)進行設(shè)備技術(shù)改造的有效途徑。采用PLC控制有許多優(yōu)點，模塊化結(jié)構(gòu)易于擴充，軟件編程輸入易于開發(fā)升級和維護，集成軟件環(huán)境為以后網(wǎng)絡(luò)控制奠定了基礎(chǔ)。本章對機床改造整個方案和應(yīng)用的技術(shù)做了闡述，并對PLC做了簡要介紹。 第三章 立式車床零件加工工藝及機床動作要求 第三章 立式車床零件加工工藝及機床動作要求分析 3.1零件加工工藝機床動作要求 1.該立式車床主要針對汽車和拖拉機上的半軸軸套及傳動箱箱體毛坯進行粗切、精切、鏜孔、倒角等工序。 2.車床的運動包括：主軸帶動工件的啟動、運轉(zhuǎn)、制動，左刀架的快進、工進、快退，右刀架的橫向快進、橫向快退，右刀架的縱向快進、工進、快退，上刀架的快進、工進、快退。 3.該車床配有油泵電機，刀架的進給由液壓驅(qū)動，在電磁閥和控制電器的聯(lián)合控制下，三刀架均能根據(jù)不同零件所對應(yīng)的工藝要求，合理地選用所需要的循環(huán)動作，并能單獨、順序地進行切削，每個刀架的動作由操作面板和行程開關(guān)控制，而刀架進給的速度由液壓系統(tǒng)中節(jié)流調(diào)速閥根據(jù)工藝要求無極調(diào)節(jié)。 4.自動循環(huán)加工：工件手動夾緊后，按照工藝要求通過操縱面板和行程開關(guān)等開關(guān)信號進行順序邏輯控制。 5.調(diào)整方式：為便于調(diào)整車床各部件位置，應(yīng)有手動控制環(huán)節(jié)，使各執(zhí)行元件單獨得電，以實現(xiàn)某些車床部件的單獨控制，這里主要是指三刀架位置的調(diào)整。 6.循環(huán)過程：先啟動油泵電機→調(diào)整各刀架位置→手動夾緊工件→左Ⅰ刀→右Ⅰ刀→左Ⅱ刀→右Ⅱ刀→上刀→返回原位。 3.2立式車床動作流程圖 有立式車床的工藝要求分析，畫出立式車床的動作流程圖如下，以方便根據(jù)立式車床功能要求，進行其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。 圖3-1立式車床動作流程圖 圖3-2第一種工藝流程圖 圖3-3第二種工藝流程圖 第四章 PLC硬件與軟件設(shè)計 第四章 PLC硬件和軟件設(shè)計 4.1PLC選型 4.1.1功能的選擇 由于本車床只有開關(guān)量控制，無模擬量控制，因此只需從功能上選用帶開關(guān)控制的PLC 4.1.2I/O點的估算 本車床有輸入點32點，輸出點21 點，即I/O總點數(shù)為53點?？紤]到系統(tǒng)功能的擴展性，增加的冗余量。同時，由于負載為交流負載，因此選用繼電器輸出的PLC即可。 4.1.3容量的選擇 用戶程序容量點數(shù)，其中，取，則對39型立車而言，用戶程序容量字左右即可。 綜上所述，我們選用三菱FXON—60M系列機。 4.2輸入輸出分配表 傳統(tǒng)的繼電—接觸器控制系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。由所有控制按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、光電開關(guān)、方式選擇開關(guān)等組成傳統(tǒng)繼電—控制器控制系統(tǒng)的輸入部分。由各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路室系統(tǒng)的邏輯部分。輸出部分包括電磁閥線圈、電源、照明等指示燈和控制電動機的接觸器線圈。改造后的控制系統(tǒng)中使用PLC來代替繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。原39型立式車床的電氣控制系統(tǒng)，所有行程開關(guān)（），選擇開關(guān)（）,控制按鈕（）等為系統(tǒng)的輸入信號；而交流接觸器線圈（）、電磁閥線圈（），指示燈為系統(tǒng)的輸出信號。 鑒于可編程序控制器始終處于連續(xù)工作狀態(tài)，對輸入、輸出設(shè)備主要有兩個要求：一是要有良好的抗干擾能力；二是能滿足立式車床工藝的實際工作要求，做到與現(xiàn)場的各類信號匹配。 4.2.1輸入分配表 輸入表 功能 外接元氣件 輸入點 功能 外接元氣件 X000 左刀原位 SQ1 X020 右Ⅱ工步 選擇開關(guān)SA5 X001 左刀工進 SQ2 X021 上刀工步 選擇開關(guān)SA6 X002 左刀終點 SQ3 X022 油泵啟動 SB1 X003 右橫原位 SQ4 X023 油泵停止 SB2 X004 右橫終點 SQ5 X024 主軸啟動 SB3 X005 右縱原位 SQ6 X025 左Ⅱ終點 SQ12 X006 右縱工進 SQ7 X026 主軸點動 SB5 X007 右縱終點 SQ8 X027 循環(huán)開始 SB6 X010 上刀原位 SQ9 X030 急 停 SB7 X011 上刀工進 SQ10 X031 左刀進 SB8 X012 上刀終點 SQ11 X032 左刀退 SB9 X013 調(diào)整方式 選擇開關(guān) SA1 X033 右刀進 SB10 X014 自動方式 X034 右刀退 SB11 X015 左Ⅰ工步 選擇開關(guān)SA2 X035 上刀進 SB12 X016 右Ⅰ工步 選擇開關(guān)SA3 X036 上刀退 SB13 X017 左Ⅱ工步 選擇開關(guān)SA4 X037 拾 刀 SB14 表4.1 輸入分配表 4.2.2輸出分配表 輸出點 功 能 外接元氣件 輸出點 功 能 外接元氣件 Y000 油泵電機控制 KM1 Y014 右縱快進控制 YA9 Y001 主軸電機控制 KM2 Y015 右縱工進控制 YA10 Y002 主軸制動控制 KM3 Y016 右縱快退控制 YA11 Y004 大泵卸荷（失電） YA1 Y017 上刀快進控制 YA12 Y005 左刀快進控制 YA2 Y020 上刀工進控制 YA13 Y006 左刀工進控制 YA3 Y021 上刀快退控制 YA14 Y007 左刀快退控制 YA4 Y022 小泵卸荷（得電） YA15 Y010 左刀抬刀 YA5 Y023 左工步指示 HL2 Y011 左刀落刀 YA6 Y024 右工步指示 HL3 Y012 右橫快進控制 YA7 Y025 上刀工步指示 HL4 Y013 右橫快退控制 YA8 表4.2 輸出分配表 圖4-1 PLC外圍接線圖 4.3編程技術(shù) PLC編程語言有自己的特點，它不同與一般計算機的編程語言。而PLC編程語言容易編寫，也容易調(diào)試。現(xiàn)在市場上，沒有兼容各廠家的編程語言。各廠家都有自己的編程語言，但不論什么廠家的PLC，也無論什么類型的PLC，他們的語言有一些相同的特點。 4.3.1PLC編程語言的共同特點 1.圖形式指令結(jié)構(gòu) PLC程序采用圖形式的表達方式，易于編程者、調(diào)試者和使用者理解和記憶。PLC指令由各種圖形式的符號組成，用戶根據(jù)自己的編程需要把所需的具有獨立運算功能圖形進行組合，并填入合適的參數(shù)。邏輯運算功能由PLC梯形圖完成，這些梯形圖與電子電工專業(yè)的繼電器控制電路原理圖相似，只有具備這方面基礎(chǔ)知識的人很容易識讀PLC梯形圖。對于較復(fù)雜的計時和計數(shù)等運算功能，PLC軟件開發(fā)者也設(shè)計了象征性的邏輯元件圖給予表示，很受使用者歡迎。 2.變量參數(shù)明確 圖形化的符號有操作數(shù)和操作碼，操作碼表示運算各功能，操作數(shù)表示被控制的參數(shù)變量的地址符，操作數(shù)由用戶預(yù)先設(shè)定。不同的產(chǎn)品型號規(guī)定變量和參數(shù)取值范圍不同，但在產(chǎn)品使用手冊中有明確規(guī)定。用戶可查閱產(chǎn)品使用手冊。 3.PLC程序結(jié)構(gòu)簡化 PLC的程序結(jié)構(gòu)是典型的塊狀結(jié)構(gòu)，編程和識讀簡單。不同的結(jié)構(gòu)塊實現(xiàn)的功能，用戶在編程和調(diào)試的時候方便，對整個PLC程序可以從功能上進行劃分，控制順序清晰，分段調(diào)試實現(xiàn)容易，調(diào)試過程優(yōu)化。 4.人機交互，調(diào)試功能強 PLC整個程序編輯過程都在人際交互的環(huán)境下進行，自動化程度高，對用戶的要求低，并有自動糾錯功能。在調(diào)試及監(jiān)控條件下，診斷和調(diào)試操作簡單、方便。 4.3.2PLC編程語言的形式 PLC的編程方式主要有梯形圖和指令語句表。梯形圖是圖形化的語言，采用梯形圖進行編程，圖形化的結(jié)構(gòu)直觀易識讀。指令語句表輸入方便，對設(shè)備沒有特殊要求，只要一臺PLC編程器就可以實現(xiàn)。而梯形圖編程需要輔助設(shè)備為一臺計算機和相應(yīng)的編程軟件，與一臺簡單的PLC手持式編程器相比較，價格有些昂貴。 1.PLC程序。PLC一系列指令的有序集合，用來告訴PLC要做什么，應(yīng)該怎樣去做的代碼和符號的集成。PLC運行程序，可以進行一系列的動作流程。PLC 程序的助記符一般采用英文縮寫和阿拉伯?dāng)?shù)字的組合。PLC程序由用戶設(shè)計，一般情況下用梯形圖編制。 2.PLC梯形圖。PLC梯形圖與傳統(tǒng)繼電器控制回路的電氣原理圖相似，電氣工作人員容易接受。梯形圖用連線把指令的梯形圖符號連接成一個功能圖。用來表達PLC運行指令的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)的功能。 4.4設(shè)計梯形圖 4.4.1軟件設(shè)計原理圖 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化的功能設(shè)計，不同的功能由不同的模塊完成。模塊化的編程方法使整個程序的控制功能清晰，控制順序體力清楚，便于識讀和調(diào)試。 圖4-2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計原理圖 4.4.2設(shè)計梯形圖步驟 步驟一：油泵電機啟動、停止控制。立車為液壓驅(qū)動，油泵啟動后主軸及刀架方可工作，油泵停止，整個程序停止運行。 步驟二：主軸電機啟動、短時調(diào)整、停止、制動控制。立車選擇自動方式工作（斷開， 閉合），按循環(huán)開始，同時主軸啟動運行，任何一刀加工完成后，如果工藝上無下一刀要求，則主軸必須停車制動。立車選擇調(diào)整方式工作時，即閉合，按下和主軸點動運行。 步驟三：循環(huán)開始時必須確保三刀架各自原位，即左刀原位，右刀點原位，上刀原位 均被壓合。 步驟四：左、右、上三刀架應(yīng)有調(diào)整、自動兩種控制方式。選擇調(diào)整方式（即閉合，斷開）時，控制左刀快進、控制左刀快退、控制右刀快進、控制右刀快退、控制上刀快進、控制上刀快退。選擇自動方式工作（斷開， 閉合）時，通過工件加工工藝要求，預(yù)先在操縱面板上設(shè)置、、、、的狀態(tài)（切除還是加工）。 步驟五：左刀架快進同時刀架應(yīng)落刀，以準(zhǔn)備加工工件端面，快進碰轉(zhuǎn)為工進，碰工進完，此時刀架應(yīng)抬刀，延時10秒后左刀架快退到原位停止。 步驟六：右刀架工作，首先刀架快速橫進→→ 刀架縱向快進→→縱向工進→→延時10秒后→縱向快退→→右橫快退至右橫原位停止。 步驟七：上刀架工作，首先刀架縱向快進→→縱向工進→→上刀完成→主軸停止→延時10 秒后→主軸能耗制動→延時30 秒后→主軸能耗制動結(jié)束，同時上刀架縱向快退至上刀原位停止。至本次工作循環(huán)結(jié)束。 步驟八：加工遇緊急情況時，按下，油泵電機同時停止同時主軸電機也停車制動。 4.5立車的完整PLC梯形圖 圖4-3流程圖 4.6立車PLC指令改造 0 LD X022 30 LDI X007 1 OR Y000 31 AND M7 2 ANI X023 32 ORB 3 ANI X030 33 AND Y000 4 OUT Y000 34 OUT M7 5 LD X027 35 LD Y005 6 AND X000 36 AND X002 7 AND X003 37 AND M2 8 AND X010 38 OR M8 9 OR M0 39 AND M0 10 ANI M1 40 AND Y000 11 AND X014 41 OUT M8 12 OUT M0 42 LD Y005 13 LD X031 43 AND X025 14 AND X013 44 AND M4 15 ANI X032 45 OR M9 16 ANI X002 46 AND M0 17 LD M2 47 AND Y000 18 ANI M8 48 OUT M9 19 LD M4 49 LD Y005 20 ANI M9 50 AND M7 21 ORB 51 OUT Y006 22 ANI X014 52 LDI X000 23 ORB 53 ORI M8 24 AND X003 54 ANI M4 25 AND X010 55 AND M0 26 AND Y000 56 AND X015 27 OUT Y005 57 OUT M2 28 LD X005 58 LD X000 29 AND X001 59 AND M8 60 OR M3 91 OR M5 61 ORI X015 92 LDI X003 62 LDI X003 93 ORI M12 63 ANI M5 94 ANB 64 OR M11 95 AND M0 65 ANB 96 AND X020 66 AND M0 97 OUT M5 67 AND X016 98 LD M12 68 OUT M3 99 AND X003 69 LD M8 100 OR M6 70 ORI X015 101 LD M9 71 AND X000 102 LD M11 72 ANI X016 103 LD M8 73 LD M11 104 ORI X015 74 LDI X000 105 AND X000 75 ORI M9 106 ANI X016 76 ANB 107 ORB 77 AND M0 108 AND X003 78 AND X017 109 AND X017 79 OUT M4 1110 ORB 80 LD M11 111 AND X000 81 LD M8 112 ANI X020 82 ORI X015 113 ORB 83 AND X000 114 LDI M13 84 ANI X016 115 ORI X010 85 ORB 116 ANB 86 AND X003 117 AND M0 87 ANI X017 118 AND X021 88 LD M9 119 OUT M6 89 AND X000 120 LD M8 90 ORB 121 OR M9 122 ANI Y005 153 LDI M12 123 ANI X000 154 ORI X005 124 OR X037 155 ANB 125 OUT Y010 156 ORB 126 LDI Y010 157 AND X014 127 AND Y005 158 ORB 128 AND Y000 159 AND X000 129 OUT Y011 160 AND X010 130 LD M2 161 AND Y000 131 AND X002 162 OUT Y012 132 LD M4 163 LD X033 133 AND X025 164 ANI X034 134 LD X032 165 AND X013 135 AND X013 166 ANI X007 136 ANI X031 167 LD M3 137 LD TO 168 AND M11 138 OR X007 169 LD M5 139 AND Y010 170 ANI M12 140 AND X014 171 ORB 141 ORB 172 AND X004 142 ANI X000 173 AND X000 143 ANI Y000 174 AND X010 144 OUT Y007 175 AND Y000 145 LD X033 176 OUT Y014 146 ANI X034 177 LD Y014 147 AND X013 178 AND X006 148 LD M1 179 LDI Y016 149 LDI M11 180 OR X006 150 ORI X005 181 AND M10 151 ANB 182 ORB 152 LD M5 183 AND Y000 184 OUT M10 215 AND Y000 185 LD Y014 216 OUT Y016 186 AND M10 217 LD X034 187 OUT Y015 218 AND X013 188 LD Y015 219 ANI X033 189 AND X007 220 LD M3 190 AND M3 221 AND M11 191 OR M11 222 LD M5 192 AND M0 223 AND M12 193 AND Y000 224 ORB 194 OUT M1 225 AND X014 195 LD Y014 226 ORB 196 AND X007 227 AND X005 197 AND M5 228 ANI X003 198 OR M12 229 AND Y000 199 AND M0 230 OUT Y013 200 AND Y000 231 LD X035 201 OUT M12 232 AND X013 202 LD M3 233 ANI X036 203 AND X007 234 LD M6 204 LD M5 235 ANI M13 205 AND X007 236 AND X014 206 ORB 237 ORB 207 LD X034 238 ANI X012 208 AND X013 239 AND X000 209 ANI X0331 240 AND X003 210 LD T1 241 AND Y000 211 OR X016 242 OUT Y017 212 AND X014 243 LD Y017 213 ORB 244 AND X011 214 ANI X005 245 LDI Y021 246 ORI X011 277 LD X026 247 AND M14 278 AND X013 248 ORB 279 OR M15 249 AND Y000 280 LD X027 250 OUT M14 281 LD Y001 251 LD X017 282 ANI M16 252 AND M14 283 ORB 253 OUT Y020 284 AND X014 254 LD Y017 285 ORB 255 AND X012 286 ANI X030 256 AND M6 287 ANI Y002 257 OR M13 288 OUT Y001 258 AND M0 289 LD M6 259 AND Y000 290 AND M13 260 OUT M13 291 LD M5 261 LD X036 292 AND M12 262 OR Y021 293 LD M4 263 AND X014 294 AND M9 264 AND M6 295 LD M3 265 AND M13 296 AND M11 266 ORB 297 LD M2 267 ANI X010 298 AND M3 268 AND Y000 299 ORI X015 269 OUT Y021 300 ANI X016 270 LD X024 301 ORB 271 LD M15 302 ANI X017 272 ANI X016 303 ORB 273 ORB 304 ANI X020 274 AND X013 305 ORB 275 ANI X030 306 ANI X021 276 OUT M15 307 ORB 308 OUT M16 339 AND M0 309 LD Y021 340 OUT M1 310 PLF M17 341 LD M2 311 LD M17 342 OR M4 312 OR M18 343 OUT Y023 313 ANI T4 344 LD M3 314 OUT M18 345 OR M5 315 OUT T3 346 OUT Y024 316 LD T3 347 LD M6 317 ANI Y001 348 OUT Y025 318 OUT Y002 349 LDI Y005 319 LD T3 350 ANI Y006 320 OUT T4 351 ANI Y007 321 LD M8 352 ANI Y010 322 ORI X015 353 ANI Y011 323 LD M11 354 ANI Y012 324 ORI X006 355 ANI Y013 325 ANB 356 ANI Y014 326 LD M9 357 ANI Y015 327 ORI X017 358 ANI Y016 328 ANB 359 ANI Y017 329 LD M12 360 ANI Y020 330 ORI X010 360 ANI Y021 331 ANB 362 ANI Y000 332 LD M13 363 OUT Y022 333 ORI X021 364 LD Y005 334 ANB 365