基于plc的機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)
2025-06-30 16:32 本頁(yè)面
【正文】 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘 要 1第1章 概 述 4 4 數(shù)控系統(tǒng)的組成 4 數(shù)控系統(tǒng)的工作原理 5 PLC的硬件與工作原理 6 PLC簡(jiǎn)介 6 PLC的基本結(jié)構(gòu) 6 PLC的工作原理 7第2章 數(shù)控車床PLC 8 數(shù)控車床PLC的信息傳遞 8 數(shù)控車床中PLC的功能 9 PLC對(duì)輔助功能的處理 9 PLC的控制對(duì)象 9 用PLC實(shí)現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的功能 10 利用PLC代替繼電器接觸器控制方式的優(yōu)越性 11第3章 CK9930數(shù)控車床電氣控制分析 12 車床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 12 車床對(duì)電氣控制的要求 12 車床的電氣控制電路分析 12 主電路分析 14 15第4章 PLC程序設(shè)計(jì)方法 16 PLC的編程語(yǔ)言 16 PLC程序設(shè)計(jì)步驟 16 PLC程序的模塊化設(shè)計(jì) 18 輸入輸出分配 18 梯形圖程序設(shè)計(jì) 20 公用程序 21 回原點(diǎn)程序 21 主軸控制程序 22 坐標(biāo)軸控制程序 24 報(bào)警處理程序 27 定時(shí)潤(rùn)滑控制程序 27 冷卻程序 29 自動(dòng)換刀控制程序 30 需要說(shuō)明的問(wèn)題 32 梯形圖程序的調(diào)試 32 本章小結(jié) 33第5章 調(diào)試程序 33結(jié) 論 36致 謝 38參考文獻(xiàn) 3第1章 概 述CK9930型數(shù)控車床配備的是華中I型數(shù)控系統(tǒng)，是一種比較老式的小型簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，這一數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足加工要求，本課題就是對(duì)現(xiàn)有的CK9930數(shù)控車床所進(jìn)行的改造項(xiàng)目的一個(gè)組成部分。主要是車床電氣控制部分進(jìn)行改造。車床電氣控制系統(tǒng)是控制車床各部分的工作、協(xié)調(diào)完成車床加工任務(wù)的核心部分，它由大量繼電器構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的邏輯控制電路。該車床復(fù)雜的繼電器邏輯控制線路構(gòu)成的電氣控制系統(tǒng)故障率高，難于維護(hù)，很有必要對(duì)其進(jìn)行改造，即用PLC代替繼電器接觸器控制方式。國(guó)際信息處理聯(lián)盟對(duì)數(shù)控機(jī)床做了如下定義定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。這里所說(shuō)的程序控制系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control,簡(jiǎn)稱NC）而現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)都是以計(jì)算機(jī)作為控制中心，所以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control, 簡(jiǎn)稱CNC)。 數(shù)控系統(tǒng)的組成，CNC系統(tǒng)主要是指圖中的CNC控制器，它是由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)控系統(tǒng)軟件及相應(yīng)的輸入/輸出接口構(gòu)成的專用計(jì)算機(jī)和可編程控制器所組成。前者處理機(jī)床軌跡運(yùn)動(dòng)的數(shù)字控制，后者則處理開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。40 圖11 CNC系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)控系統(tǒng)的工作原理雖然數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，但其的基本原理都是相通的。即都是通過(guò)運(yùn)算器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后對(duì)進(jìn)給軸進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控功能。（1）進(jìn)給系統(tǒng)控制進(jìn)給系統(tǒng)的控制大多是通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。步進(jìn)電機(jī)是一種在外加電脈沖信號(hào)的作用下一步一步地運(yùn)轉(zhuǎn),將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的機(jī)電元件。其角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比,在時(shí)間上與輸入同步, 控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電順序, 便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向；無(wú)脈沖輸入時(shí),在繞組電源的激勵(lì)下,氣隙磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子保持原來(lái)的位置狀態(tài)。利用這一原理,便可實(shí)現(xiàn)加工時(shí)縱、橫向的進(jìn)給,并可獲得較高精度。（2） 開(kāi)關(guān)量控制數(shù)控機(jī)床的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制是通過(guò)PLC來(lái)完成的。機(jī)床的各開(kāi)關(guān)量可通過(guò)I/O 口進(jìn)行信息交換。由于I/O 口可輸入信號(hào)和輸出信號(hào), 其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯譯碼電路轉(zhuǎn)換成多路的輸出信號(hào), 可實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)、冷卻泵及主軸變速等的控制； 輸入口可接受行程限位開(kāi)關(guān)暫停、主軸同步脈沖、選刀回答等信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)的檢測(cè), 最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各開(kāi)關(guān)量控制。（3）主軸控制數(shù)控系統(tǒng)只對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。數(shù)控裝置通過(guò)PLC對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行起?？刂啤?PLC的硬件與工作原理 PLC簡(jiǎn)介可編程序控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱PC，為了不與個(gè)人計(jì)算機(jī)（也簡(jiǎn)稱PC）混淆，通常將可編程序控制器稱為PLC。它是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置，并被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。與一般微機(jī)控制系統(tǒng)最大的區(qū)別是，PLC必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和廣闊的應(yīng)用范圍。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。圖12 PLC的基本結(jié)構(gòu)示意圖PLC的軟件系統(tǒng)則包括系統(tǒng)軟件和用戶應(yīng)用軟件。從廣義上講，可編程序控制器PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過(guò)比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相聯(lián)接的接口，以及具有更直接的適用于工業(yè)控制要求的編程語(yǔ)言。 PLC的工作原理（1）PLC的工作過(guò)程PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過(guò)程。執(zhí)行一個(gè)循環(huán)掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1～100ms。初始化CPU自診斷通信信息處理與外部設(shè)備交換信息執(zhí)行用戶程序輸入輸出信息處理圖13 PLC的工作過(guò)程（2）用戶程序的循環(huán)掃描過(guò)程PLC的工作過(guò)程與CPU的操作模式有關(guān)。CPU有兩個(gè)操作模式:STOP模式和RUN模式。在掃描周期內(nèi)，STOP模式和RUN模式的主要差別是：RUN模式下執(zhí)行用戶程序，而在STOP模式下不執(zhí)行用戶程序。PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。 第2章 數(shù)控車床PLC在數(shù)控車床中，位置控制是由位置控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而其它的大部分動(dòng)作即輔助機(jī)械動(dòng)作的控制如主軸啟停、換向,換刀控制、冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行以及報(bào)警監(jiān)測(cè)等功能則可由可編程控制器(PLC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)控車床PLC的信息傳遞通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，需要將各種控制和檢測(cè)信號(hào)通過(guò)按鈕和檢測(cè)元件輸入PLC，再通過(guò)PLC內(nèi)部程序的運(yùn)算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對(duì)于車床的控制。所以就涉及PLC與數(shù)控裝置、機(jī)床之間的信息交換?？删幊炭刂破髋cCNC機(jī)床的強(qiáng)電、CNC數(shù)控裝置I/0口的聯(lián)接可歸納為下列三部分：（1）PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信號(hào)聯(lián)接 CNC數(shù)控機(jī)床操作面板上有按鈕、旋鈕開(kāi)關(guān)和指示燈等，按鈕、旋鈕開(kāi)關(guān)直接與可編程控制器的輸入端接線柱相連，指示燈直接與PLC輸出端接線柱相連。（2）PLC輸出端與機(jī)床強(qiáng)電信號(hào)聯(lián)接 PLC在CNC機(jī)床中的主要作用是控制強(qiáng)電部分，如:主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)、潤(rùn)滑電機(jī)等。每
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