【文章內(nèi)容簡介】 型比較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC控制是很必要的。 根據(jù) I/O模塊選擇 目前，國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家提供了很多系列功能各異的 PLC產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面衡量利弊、合理地選擇機(jī)型殘能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目的貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資 源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個方面考慮。 盲目的選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定的浪費(fèi)。要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O點(diǎn)總數(shù)，在按實(shí)際所需要點(diǎn)數(shù)的 15%30%流出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC點(diǎn)數(shù)。 仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 8 頁 共 29 頁 另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對同事接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同事接通的駛?cè)朦c(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60%； PLC每個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力（ A/點(diǎn)）也是悠閑地，有的 PLC其每點(diǎn)輸出電流的大小隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選機(jī)型時要考慮這些問題。 PLC的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式集中幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級。單這種 PLC平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)該選擇前兩種輸出方式的 PLC。 根據(jù)存儲容量選擇 對用戶存儲容量只能做粗略的估計(jì)。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸出總點(diǎn)數(shù)乘 10字 /點(diǎn) +輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5字 /點(diǎn)開估計(jì)；計(jì)數(shù)器 /定時器 (35)字 /個估計(jì)；有運(yùn)算處理時按（ 510）字 /量估算；再有模擬量輸入 /輸出的提供中，可以按每個 /（或輸出）一路模擬量約（ 80100）字左右 的存儲容量估算；有通信處理時按每個接口 200字以上的數(shù)量粗略估算。隨后一般按估算容量的 50100%留有余量，對缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時要有較大的富余。 根據(jù) I/O響應(yīng)時間選擇 PLC的 I/O響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 23個掃描周期）等。對于開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC和 I/O響應(yīng)時間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，不必考慮 I/O響應(yīng)問題。單對于模擬量控制系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考兩次這個問題。 根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對 PLC的輸 出方式有響應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降下，有隔離作用，價(jià)格相對較便宜，承受瞬時過電電壓和過電電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交。直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型 PLC. 對在線和離線編程的選擇 離線編程是指主機(jī)和編程器共用一個 CPU，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC的編程、控制和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行 控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU，主機(jī)的 CPU完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程技能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購置基選集，并配置編程軟件。采用哪種編程方法贏根據(jù)需要決定。 經(jīng)過對仿形液壓銑床的電路機(jī)電控制系統(tǒng)的分析可知，系統(tǒng)共需要開關(guān)量實(shí)屬點(diǎn)數(shù)為18個，開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)為 12個，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的微型機(jī)FX2N48MR 機(jī) 型，該機(jī)基本單元有 24 個輸入點(diǎn)， 24 個輸出點(diǎn)，完全能夠滿足控制要求。如圖 31 仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 9 頁 共 29 頁 圖 31 FX2N48MR 液壓仿形銑床行程分析 仿形系統(tǒng)工作原理 基本原理是使用 Renishaw 差動變壓器的傳感放行頭及伺服驅(qū)動電機(jī)，與 X軸（工作臺左右）、 Y 軸（前后）和 Z 軸（上下）的坐標(biāo)系統(tǒng)響應(yīng)的進(jìn)行傳感和驅(qū)動。通過仿形頭傳感的各軸的偏轉(zhuǎn)，由差動變壓器變換成電壓量。然后經(jīng)過模擬 /數(shù)轉(zhuǎn)換編程位移量。 最后根據(jù)所算的仿形方式分配各軸的速度。按照仿形時仿形頭的退讓方向，仿形可分為三種方式：一維仿形、二維仿形、 三維仿形。下面加以介紹。 一維仿形 一維仿形是指用三個軸的綜合位移 D1（ X軸、 Y軸、 Z軸）對進(jìn)給軸和仿形軸進(jìn)行平面等速控制的仿形方式。一維仿形時，仿形頭只有一個退讓方向。即沿著所選定的仿形軸（正或負(fù)）的方向退讓。例如，制定 Z軸為仿形軸， X軸為進(jìn)給軸時的一維仿形的仿形動作是通過判定 Z 軸的進(jìn)給位移 DZ的方向，來決定 Z 軸的運(yùn)動方向（是上升還是下降），在根據(jù)綜合位移 D1的大小來決定 Z軸的速度。根據(jù)由無行進(jìn)給，一維仿形可分為下面的兩種 （無行進(jìn)給），這種情況一般用于二維圖 形的加工； 或 ZY 平面的一維仿形（帶 Y軸或 X軸方向上的行進(jìn)給），這種方式為鑄造模具仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 10 頁 共 29 頁 生產(chǎn)中實(shí)際使用的主要加工方式。 二維仿形 二維仿形是指仿形頭沿著仿形頭軌跡的法線方向進(jìn)給退讓的仿形形式。二維仿形根據(jù)仿形頭在 X軸或 Y軸方向的偏置來對頂?shù)谰咴谶@兩個方向上的速度分配。 根據(jù)有無層進(jìn)給，二維仿形可分為下面兩種形式： （無層進(jìn)給）。 Z軸方向上的層進(jìn)給。 三維仿形 所謂三維仿形是指二維仿形加上一維仿形。在 XY平面上進(jìn)行二 維仿形，而 Z軸單獨(dú) 通過判別 DZ的大小和方向來決定將要加到 Z軸上的速度，為此進(jìn)行 Z軸上的一維仿形。其特征是仿形頭與實(shí)體始終保持兩點(diǎn)（一為測點(diǎn)，另一個為底點(diǎn)）接觸，而不是通常的一點(diǎn)。 一般挺狂下，三維仿形用于被測實(shí)體的母線與測桿軸線平行時的清跟切削加工（一般用球型測頭進(jìn)行三維仿形）。 下面以一維仿形的動作過程為例，簡述仿形工作過程。 A． XY平面一維仿形 XY 平面的一維仿形一般用于對板類零件做二維圖形（輪廓），在四個方向上分別作仿形加工，如圖 32所示。 圖 32 XY 平面一維仿形示意圖 Y進(jìn)：圖 33b中，若選擇 X軸為仿形軸，則圖 33c所示的仿形進(jìn)給坐標(biāo)選擇開關(guān)無效，此時隱含著 Y軸為仿形進(jìn)給軸，進(jìn)給方向則由圖 33d的仿形進(jìn)給方向選擇開關(guān)確定。如果選擇“ +”，則以當(dāng)前點(diǎn)位基準(zhǔn)點(diǎn)，沿 Y 軸的“ +”方向仿形進(jìn)給；如選擇“ ”，則沿 Y軸“ ”方向仿形進(jìn)給。而接近軸默認(rèn)為仿形軸，接近方向由點(diǎn)動 JOG確定?！?+JOG”意味著仿形頭沿仿形軸的“ +”方向接近實(shí)體；“ +JOG”意味著仿形頭沿仿形軸的“ ”方向接近實(shí)體；此時 JOG起作用的前提條件是：機(jī)床工作狀態(tài)選擇為“仿形加工”。工作方式選擇為“自動 ”，且“循環(huán)啟動”按鈕已經(jīng)按下。 仿 X進(jìn) :圖 33b 中 ,若選擇 Y軸為仿形軸 ,則由圖 33c所示的仿形進(jìn)給坐標(biāo)選擇開關(guān)無效 ,此時隱含著 X 軸為仿形進(jìn)給軸 ,進(jìn)給方向由圖 33d 的仿形進(jìn)給方向選擇開關(guān)確定。其操作方法與“ X仿 Y進(jìn)”相同。 仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 11 頁 共 29 頁 圖 33 與仿形有關(guān)的幾個開關(guān) B． ZX平面或 ZY的一維仿形 圖 33b中 ,若選擇 Z軸為仿形軸 ,則圖 33c所示的選擇開關(guān)用于仿形進(jìn)給坐標(biāo)軸選擇(可分別選擇 X軸或 Y軸 )。 X軸為仿形進(jìn)給軸 (即 Z— X平面一維仿形 ),則隱含著 Y軸為仿形行進(jìn)給軸。仿形進(jìn)給 方向則由圖 33d 的仿形進(jìn)給方向選擇開關(guān)確定 。如選擇“ +” (見圖 34),則以當(dāng)前點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn) ,沿 X軸“ +”方向仿形進(jìn)給 。如選擇“ ” ,則沿 X軸“ ”方向仿形進(jìn)給 ,此時仿形行進(jìn)給方向由圖 33d的仿形行進(jìn)給方向選擇開關(guān)確定 。如選擇“ +” ,則沿 Y軸“ +”方向作仿形行進(jìn)給 。如選擇“ ” ,則沿 Y軸“ ”方向作仿形進(jìn)給。 (ZY平面一維仿形 ),則隱含著 X軸為仿形行進(jìn)給軸。仿形進(jìn)給方向則由圖 33d的仿形進(jìn)給方向選擇開關(guān)確定。其它功能與上述 Z— X平面一維仿形操作相同。注意 :接近軸默認(rèn)為仿形軸 (即 Z軸 ), 接近方向總是 Z軸的負(fù)方向。由點(diǎn)動開關(guān) JOG(無論正負(fù) )啟動測頭沿仿形軸 Z軸的“ ”方向接近實(shí)體。此時 JOG起作用的前提條件是 ,工作狀態(tài)選擇為“仿形加工” ,工作方式選擇為“自動” ,“循環(huán)啟動”按鈕已按下。在圖 34中 ,當(dāng)仿形測頭在 X軸方向前進(jìn)至仿形區(qū)域邊界時 ,按下?lián)Q向開關(guān)或壓下所設(shè)置的換向行程開關(guān) ,仿形測頭停止前進(jìn) ,向 Y 軸方向 (即行進(jìn)給方向 )移動規(guī)定的距離后 ,即作反向仿形動作。 仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 12 頁 共 29 頁 圖 34 ZX 平面一維仿形示意圖 主軸電動機(jī)的控制 主軸電動機(jī)的啟動 啟動前，先選擇好主軸轉(zhuǎn)速，并將 主軸換向的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到所需轉(zhuǎn)向上。然后，按下啟動按鈕，接觸器通電吸合并自鎖，主電動機(jī)啟動。接觸器的輔助常開觸點(diǎn)閉合，接通控制電路的進(jìn)給線路電源，保證了只有先啟動主軸電動機(jī)，才可啟動進(jìn)給電動機(jī)，避免損毀工件或刀具。 主軸電動機(jī)的制動 為了使主軸停車準(zhǔn)確，且減少電能損耗，主軸采用電磁離合器制動。該電磁離合器安裝在主軸傳動鏈中與電動機(jī)軸相連的第一根傳動軸上。當(dāng)按下停車按鈕時，接觸器斷電釋放，電動機(jī)失電。與此同時，停止按鈕的常開觸點(diǎn)接通電磁離合器，離合器吸合，將摩擦片壓緊，對主軸電動機(jī)進(jìn)行制動。直到主 軸停止轉(zhuǎn)動，才可松開停止按鈕。主軸制動時間不超過 。 主軸變速沖動 主軸變速是通過改變齒輪的傳動比進(jìn)行的。當(dāng)改變了傳動比的齒輪組重新嚙合時，因齒之間的位置不能剛好對上，若直接啟動，有可能使齒輪打牙。為此，本機(jī)床設(shè)置了主軸變速瞬時電動控制線路。變速時，先將變速手柄拉出，再轉(zhuǎn)動蘑菇形變速手輪，調(diào)到所需轉(zhuǎn)速上，然后，將變速手柄復(fù)位。就在手柄復(fù)位的過程中，壓動了行程開關(guān)，行程開關(guān)觸點(diǎn)先斷開，常開觸點(diǎn)后閉合，接觸器線圈瞬時通電，主軸電動機(jī)作瞬時點(diǎn)動，使齒輪系統(tǒng)抖動一下，達(dá)到良好嚙合。當(dāng)手柄復(fù)位后， 限位開關(guān)復(fù)位，斷開主軸瞬時點(diǎn)動線路。若瞬時點(diǎn)動一次沒有實(shí)現(xiàn)齒輪良好嚙合，可重復(fù)上述動作。 主軸換刀控制 在主軸上刀或換刀時，為避免人身事故，應(yīng)將主軸置于制動狀態(tài)。為此，控制線路中設(shè)置了換刀制動開關(guān)。只要將換刀開關(guān)撥到“接通”位置，其常開觸點(diǎn)斷開接通電磁離合器，將電動機(jī)軸抱住，主軸處于制動狀態(tài)。同時，常閉觸點(diǎn)斷開，切斷控制回路電源。保證了上刀或換刀時，機(jī)床沒有任何動作。當(dāng)上刀、換刀結(jié)束后，應(yīng)將換刀開關(guān)扳回“斷開”位置。 進(jìn)給運(yùn)動的控制 工作臺的進(jìn)給運(yùn)動分為工作進(jìn)給和快速進(jìn)給。工作進(jìn)給只 有在主軸啟動后才可進(jìn)行，快仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 13 頁 共 29 頁 速進(jìn)給是點(diǎn)動控制，即使不啟動主軸也可進(jìn)行。工作臺的左、右、前、后、上、下 6個方向的運(yùn)動都是通過操縱手柄和機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)帶動相應(yīng)的行程開關(guān)使進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。兩個行程開關(guān)控制工作臺的向右和向左運(yùn)動，兩個行程開關(guān)控制工作臺的向前、向下和向后、向上運(yùn)動。 進(jìn)給拖動系統(tǒng)用了兩個電磁離合器，都安裝在進(jìn)給傳動鏈中的第 4根軸上。當(dāng)左邊的離合器吸合時，連接上工作臺的進(jìn)給傳動鏈；當(dāng)右邊的離合器吸合時，連接上快速移動傳動鏈。 工作臺的縱向 (左、右 )進(jìn)給運(yùn)動 工作臺的縱向運(yùn)動由 縱向進(jìn)給手柄操縱。當(dāng)手柄扳向右邊時，聯(lián)動機(jī)構(gòu)將電動機(jī)的傳動鏈撥向工作臺下面的絲杠，使電動機(jī)的動力通過該絲杠作用于工作臺。同時，壓下行程開關(guān)，行程開關(guān)常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈得電吸合，進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動工作臺向右運(yùn)動。 當(dāng)縱向進(jìn)給手柄扳向左邊時，行程開關(guān)受壓常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器通電吸合，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動工作臺向左運(yùn)動。 工作臺的垂直 (上、下 )與橫向 (前、后 )進(jìn)給運(yùn)動 工作臺的垂直與橫向進(jìn)給手柄操縱。該手柄有 5個位置；即上、下、前、后、中間。當(dāng)手柄向上或向下時，機(jī) 械機(jī)構(gòu)將電動機(jī)傳動鏈和升降臺上下移動絲杠相連；向前或向后時，機(jī)械機(jī)構(gòu)將電動機(jī)傳動鏈與溜板下面的絲杠相連；手柄在中間位時，傳動鏈脫開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。 以工作臺向下 (或向前 )運(yùn)動為例，將垂直與橫向進(jìn)給手柄扳倒向下 (或向前 )位，手柄通過機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)壓下行程開關(guān)，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈得電吸合，進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動工作臺做向下 (或向前 )運(yùn)動。 若將手柄扳倒向上 (或向后 )位，行程開關(guān)被壓下，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器得電，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動工作臺做向上 (或向后 )運(yùn)動。 進(jìn)給快速 沖動 在改變工作臺進(jìn)給速度時，為使齒輪易于嚙合，也需要使進(jìn)給電動機(jī)瞬時點(diǎn)動一下。其操作順序是：先將進(jìn)給變速的蘑菇形手柄拉出，轉(zhuǎn)動變速盤，選擇好速度。然后，將手柄繼續(xù)向外拉到極限位置，隨即推回原位，變速結(jié)束。就在手柄拉到極限位置的瞬間，行程開關(guān)被壓動，常開觸點(diǎn)先斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，接觸器得電，進(jìn)給電動機(jī)瞬時正轉(zhuǎn)。在手柄推回原位時，限位開關(guān)復(fù)位，進(jìn)給電動機(jī)只瞬動一下。由接觸器的得電路徑可知，進(jìn)給變速只有各進(jìn)給手柄均在零位時才可進(jìn)行。 工作臺的快速移動 工作臺 6個方向的快速移動也是由進(jìn)給電動機(jī)拖動的 。當(dāng)工作臺工作進(jìn)給時，按下快移按鈕，接觸器得電吸合，其常閉觸點(diǎn)斷開電磁離合器，常開觸點(diǎn)接通電磁離合器。另一個接觸器的吸合，使進(jìn)給傳動系統(tǒng)跳過齒輪變速鏈，電動機(jī)直接拖動絲杠套，工作臺快速進(jìn)給，進(jìn)給方向仍由進(jìn)給操縱手柄決定。松開接觸器的按鈕，該接觸器斷電釋放，快速進(jìn)給過程結(jié)束，恢復(fù)原來的進(jìn)給傳動狀態(tài)。 由于在主軸啟動接觸器的常開觸點(diǎn)上并聯(lián)了快速進(jìn)給接觸器的一個常開觸點(diǎn)，故在主軸電動機(jī)不啟動的情況下，也可實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給。 圓工作臺的控制 當(dāng)需要加工螺旋槽、弧形槽和弧形面時，可在工作臺上加裝圓工作臺。圓工作 臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動也是由進(jìn)給電動機(jī)拖動的。 使用圓工作臺時，先將控制開關(guān)扳到“接通”位。再將工作臺的進(jìn)給操縱手柄全部扳到仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 14 頁 共 29 頁 中間位，按下主軸啟動按鈕，主軸電動機(jī)啟動，接觸器線圈經(jīng)得電吸合，進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動圓工作臺