【正文】 換手冊 [M].福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社 :1989:75 [12] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字、模擬） [M].北京：高等教育出版社， :96101 [13] 李俊秀，趙黎明主編 .可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) .[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社，2020 [14] 趙晶 .PROTEL 高級應(yīng)用 [M]:人發(fā)郵電出版社 ,:224226 [15] 王福瑞 .單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 [M].北京：中國電力出版社， 2020:178179 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 41 致 謝 終于得到了導(dǎo)師的勉強(qiáng)認(rèn)可，我一下子感覺特輕松，但心情卻久久不能平靜。 路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助 。 本論文是應(yīng)用設(shè)計(jì)型課題，是本人結(jié)合所學(xué)知識，以可編程序控制器為基礎(chǔ)，對四工位組合機(jī)床自動(dòng)化流水線及其機(jī)械手控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。 PLC 是一種高可靠性的控制裝置，影響 PLC 控制系統(tǒng)可靠性的主要因素是與 PLC 接口的輸入信號元件和輸出執(zhí)行元件，在本論文的第五章中著重討論了一 些有針對性的措施。還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 1. 溫度 PLC 要求環(huán)境溫度在 0~55 度之間，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱最大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)該足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有 30mm 以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過 55 度，要安裝電風(fēng)基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 扇，強(qiáng)迫通風(fēng)。 3. 將系統(tǒng)的輸入信號設(shè)置在 PLC 之外 某些功能簡單、涉及面很窄的輸入信號，如某些手動(dòng)操作按鈕、電動(dòng)機(jī)熱繼電器 FR 的常閉觸點(diǎn)等，沒有必要作為 PLC 的輸入信號，可以將它們設(shè)置在 PLC 外部的硬件電路中。如電機(jī)則將停止、啟動(dòng)指示燈接至接觸器的常閉、常開輔助觸點(diǎn)上，而把推桿的工作狀態(tài)顯示燈接到控制電磁閥的中間繼電器常開、常閉觸點(diǎn)上，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序性，達(dá)到了故障診斷功能。 實(shí)際應(yīng)用中提高性價(jià)比的措施 以如下生產(chǎn)線概況為例：一條生產(chǎn)線有樓上、樓下兩部分組成。 3. 上、下料推桿部分：推桿的前進(jìn)、后退可通過實(shí)驗(yàn)器材旋轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)，前進(jìn)與后退是兩個(gè)反過程，旋轉(zhuǎn)盤的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)明顯地表示出了這個(gè)現(xiàn)象。 狀態(tài)初始化指令 狀態(tài)初始化指令是對初始化狀態(tài)進(jìn)行說明及定義，當(dāng) M8000 繼 電器接通時(shí)，有關(guān)內(nèi)部繼電器及特殊繼電器的狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置了有關(guān)定義狀態(tài)，其中 [S]指定輸入端運(yùn)行模式，即 X20~X27 自動(dòng)定義： X20：手動(dòng)操作； X21：回原點(diǎn)； X22：單步； X23：循環(huán)運(yùn)行一次；X24：連續(xù)運(yùn)行（自動(dòng)）； X25：回原點(diǎn)啟動(dòng)； X26：自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)； X27：停止。每個(gè)狀態(tài)器有三個(gè)功能，即驅(qū)動(dòng)有關(guān)負(fù)載、指定轉(zhuǎn)移目標(biāo)和指定轉(zhuǎn)移條件。一個(gè)控制過程可以分為若干個(gè)階段，這些階段稱為狀態(tài)。下料推桿后退到其原始位置時(shí)，下料推桿停止運(yùn)動(dòng)。 其電動(dòng)機(jī)接線電路圖如附錄 A 所示。其主要特點(diǎn)是： （ 1）豐富的指令； （ 2）豐富的內(nèi)置集成功能； （ 3）實(shí)時(shí)特性； （ 4）強(qiáng)勁的通訊能力； （ 5）豐富的擴(kuò)展模塊； （ 6）可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)； （ 7）性能價(jià)格比高。 PLC 控制 電源 工作滑臺 夾具 冷卻系統(tǒng) 上料推桿 上料輸送帶 下料推桿 加 工動(dòng)力頭 進(jìn)料裝置 下料輸送帶 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 圖 PLC 控制系統(tǒng)的信號傳輸圖 除此之外，還要求一些電機(jī)運(yùn)行，以及指示燈和按鈕等器件。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)分析 由第二章的控制系統(tǒng)原則可知，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)分析包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)信號傳輸圖的設(shè)計(jì)。在推桿的操作過程中，啟動(dòng)與后退由按鈕控制，而前進(jìn)、后退這些循環(huán)的工作則有行程開關(guān)控制。 3．在動(dòng)力頭對零件進(jìn)行加工時(shí)，為了確保零件達(dá)到工藝要求，不應(yīng)該四工位同時(shí)加工，那樣由于壓力過大并且會出現(xiàn)工位與工位之間加工動(dòng)力頭的碰面而造成破壞，但一個(gè)一個(gè)工位慢慢的加工則效率低下，所以在這當(dāng)零件固定后，四個(gè)工作滑臺同時(shí)運(yùn)動(dòng)，但四工位并不同時(shí)加工，而是 I、 III 工位先加工，延時(shí)一點(diǎn)時(shí)間后， II、 IV 工位再進(jìn)行加工。 （ 4）系統(tǒng)可維護(hù)性分析：系統(tǒng)采用先進(jìn)控制方式，大大降低了工程成本，并由于系統(tǒng)組態(tài)及結(jié)構(gòu)簡單，這使得可維護(hù)性增強(qiáng)。 總之，根據(jù)上述分析， PLC 是現(xiàn)階段四工位機(jī)床自動(dòng)化控制系統(tǒng)最理想的控制器。 光電開關(guān)廣泛用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測裝置。 光電開關(guān)可以分為透射型和反射型。 1. 壓力傳感器 由于壓力傳感器精度高低、性能好壞直接影響到 PLC 控制系統(tǒng)的品質(zhì)和運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，對于夾具夾緊壓力的測量，可選擇接觸式壓力 傳感器。 PLC 的輸入、輸出模塊與主模塊組裝在一起，不需要另外的接口，可以直接與行程開關(guān)、傳感器及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁線圈等連接在一起，使控制系統(tǒng)比較簡單。因此控制系統(tǒng)的可靠性低。 9. 冷卻裝置 在零件加工完畢后，零件的溫度是很高的，這時(shí)啟用冷卻裝置對零件進(jìn)行冷卻。加工完成后，各工作滑臺均退回原位。上料推桿就是在零件的運(yùn)輸與零件的加工之間不斷的往夾具上輸送零件反復(fù)循環(huán)動(dòng)作。 3. 系統(tǒng)動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)，依照對產(chǎn)品的工藝要求，按照一定的循序與規(guī)律啟動(dòng)與停止。工位 I 用來對零件進(jìn)行銑端面、工位 II 對零件進(jìn)行打中心孔、工位 III 對零件進(jìn)行切削操作、工位 IV 對零件進(jìn)行打磨操作。 四工位機(jī)床控制系統(tǒng)概述 多工位機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)和全自動(dòng)專用機(jī)床。主要任務(wù)是深入了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練地掌握 PLC 控制技術(shù)各方面的理論知識及其應(yīng)用，逐漸提高對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)際工作能力，懂得運(yùn)用所學(xué)的理論知識與實(shí)際情況相結(jié)合。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。 5． 通信聯(lián)網(wǎng) 可編程序控制器 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺 可編程序控制器 之間的通信、 可編程序控制器 和其它智能設(shè)備的通信。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。 課題 背景 本論文是對現(xiàn)在大量使用的四工位機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)改造。基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒 論 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對所用控制設(shè)備不斷地提出新的要求，要求設(shè)備更加通用、靈活、易變、經(jīng)濟(jì)、可靠?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)很大部分是采用老式的繼電器觸點(diǎn)控制，系統(tǒng)故障率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)設(shè)備升級困難。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特 別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。隨著其性能價(jià)格比地不斷提高，應(yīng)用范圍也不斷地?cái)U(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： 1． 數(shù)字量邏輯控制 這是 PLC 最廣泛的應(yīng)用。 可編程序控制器與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “集中管理、分散控制 ”的分布式系統(tǒng)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修， 1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的 聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 本論文在具體分析基于可編程序控制器的四工位組合機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上，對該控制系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行具體的研究和設(shè)計(jì)。多工位機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。此外，還要求有手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種工作方式。從而對零件進(jìn)行相應(yīng)的加工。但在整個(gè)過程中，上料推桿都要保持與工作滑臺、加工動(dòng)力頭、夾具、傳送帶的工作協(xié)調(diào)。 6. 進(jìn)料裝置部分 在零件到位、夾具夾緊零件時(shí)，同時(shí)進(jìn)料裝置進(jìn)料，完畢后，進(jìn)料裝置退回原位。 控制系統(tǒng)的具體控制過程框圖 如圖 所示。當(dāng)控制系統(tǒng)要求或控制參數(shù)變化時(shí)，往往要通過控制系統(tǒng)內(nèi)部接線或更改控制元件才能實(shí)現(xiàn)新的控制，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中很不方便。 PLC 根據(jù)類似于繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，簡單明了。 接觸式傳感器是使被測對象與壓力計(jì)元件良好接觸，通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱動(dòng)平衡，以受力元件感受被控物體的受力，這類傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的一類。反射型包含反射型（鏡反射）和散射型（被測物體反射）?？稍谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中用作物體檢測，產(chǎn)品計(jì)數(shù)，料位檢測，尺寸控制，安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等?；?PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 行程開關(guān)與光電開關(guān)是最理想、很先進(jìn)的檢測裝置。 2. 技術(shù)性能 （ 1） PLC 選型： PLC 的選擇是否讓功能與任務(wù)相適應(yīng)； PLC 的處理速度是否滿足實(shí)時(shí)控制的要求； （ 2）擴(kuò)展模塊的選擇：開關(guān)量輸入模塊工作電壓的選擇；開關(guān)量輸出模塊輸出方式的選擇；模擬量輸入模塊的模擬量值的輸入范圍考慮。在動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)上，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)加工頭，在以往的設(shè)計(jì)上，一般會設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)正反 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電力頭，在這則沒必要， 只 要電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)就可以那，因?yàn)樵谶@ 里 并不是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)向前加工，反轉(zhuǎn)向前加工。 6． 在這個(gè)系統(tǒng)中，為了減少成本，采用了大量的電磁閥取代電動(dòng)機(jī)，使的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔實(shí)用，例如，滑臺的正反運(yùn)動(dòng)、上料器正反運(yùn)動(dòng)均采用雙線圈兩位電磁閥來實(shí)現(xiàn)。 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求， PLC 控制器主要是對夾具、進(jìn)料裝置、工作滑臺、加工動(dòng)基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 力頭、傳送系統(tǒng)、上料推桿、下料推桿、 冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制。所需各元器件功能及所占 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)見表 、表 所示。 2. I/O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)上述對控制系統(tǒng)的分析、控制系統(tǒng)所要完成的功能以及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算，系統(tǒng)數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù)共 42 點(diǎn)，數(shù)字輸出點(diǎn)數(shù)共 23 點(diǎn)，可選擇 FX2N48MR，并對其 I/O口進(jìn)行一定的擴(kuò)展，其主要特點(diǎn)如下： （ 1） 24 輸入 /24 輸出共 48 個(gè)開關(guān)量 I/O 點(diǎn)；繼電器輸出 （ 2）擴(kuò)展模塊可使用點(diǎn)數(shù) 48~120 點(diǎn)； （ 3） 13KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲區(qū)空間； （ 4） 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 的高速脈沖輸出； （ 5） 2 個(gè) RS485 通信 /編程口； （ 6）具有多點(diǎn)接口 MPI 通信協(xié)議； （ 7）具有點(diǎn)對點(diǎn)接口 PPI 通信協(xié)議； （ 8）具有自由通信口； （ 9） I/O 端子排可以很容易地整體拆除。 PLC 的 I/O 電氣接線圖如附錄 B 所示。整個(gè)系統(tǒng)回復(fù)到系統(tǒng)啟動(dòng)前的狀態(tài)。狀態(tài)與狀態(tài)之間由轉(zhuǎn)換分隔。 （ 1） 傳送帶 2 的控制程序的編制 當(dāng)初始條件滿足時(shí)，傳送帶 2 開始運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)傳送帶 1 上的光電開關(guān)有信號時(shí)，傳送帶 2 停止，其程序如下所示。 PLC控制系統(tǒng)程序的調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)與工藝要求編制好程序后，在實(shí)驗(yàn)室對本系統(tǒng)的程序作了以下的調(diào)試 ： 1. 滑臺與加工動(dòng)力頭部分：滑臺的各個(gè)動(dòng)作是有順序性的，因此，在調(diào)試 過程中，就把滑臺各動(dòng)作的行程開關(guān)改成了定時(shí)器，各個(gè)動(dòng)作的輸出改用指示燈來顯示，并且對指示燈進(jìn)行循環(huán)控制。而其行程則由實(shí)驗(yàn)器材旋轉(zhuǎn)盤上傳感器來控制，選定旋轉(zhuǎn)盤上的兩個(gè)傳感器點(diǎn)作為限位開關(guān)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到選定的兩個(gè)位點(diǎn)時(shí)，傳感器感應(yīng)到信號，旋轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)。兩臺升降機(jī)將樓上、下線體聯(lián)成閉環(huán)系統(tǒng)，檢測的臺車線自成組成閉環(huán)以節(jié)拍運(yùn)行，兩臺推桿機(jī)構(gòu)將空調(diào)連同工裝板推進(jìn)，出臺車先。這樣，除必要的單獨(dú)顯示基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 如報(bào)警外，節(jié)省了大量輸出點(diǎn)。某些手動(dòng)按鈕需要串聯(lián)一些安全連鎖觸點(diǎn)，如果外部連鎖電路過于復(fù)雜，應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號送入 PLC，用梯形圖實(shí)現(xiàn)連鎖。 2. 濕度 為了保證 PLC 的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于 85%（無凝露）。如圖 所示。通過采用各種有實(shí)際意義的措施，來不斷地完善以先進(jìn)的、應(yīng)用勢頭最強(qiáng)的 PLC 作為控制器的控制系統(tǒng)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，在自我學(xué)習(xí)、向人學(xué)習(xí)的前提下，我深入地了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練地掌握了 PLC 控制技術(shù)各方面的理論知識及其應(yīng)用，逐漸提高了對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)際工作能力，懂得了運(yùn)用所學(xué)的理論知識與實(shí)際情況相結(jié)合。我愿借此機(jī)會向?qū)煴硎局孕牡母兄x！同時(shí)也