【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)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(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)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，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。㈢ PLC的用途PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來說，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen112系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。㈣ PLC常用語言可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等，擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，它可需要去執(zhí)行更有效操作，例如，模擬量控制，數(shù)據(jù)操縱，報(bào)表報(bào)印和其他基本程序設(shè)計(jì)語言無法完成功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖形式，軟連接方式完成所要求控制功能，它可編程序控制器中到了廣泛應(yīng)用，集散控制系統(tǒng)編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用，它具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。 可編程器應(yīng)用范圍，程序設(shè)計(jì)語言可以組合使用，常用程序設(shè)計(jì)語言是： ⒈梯形圖程序設(shè)計(jì)語言； ⒉布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言（語句表）； ⒊功能表圖程序設(shè)計(jì)語言； ⒋功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言； ⒌結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言； ⒍梯形圖與結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言； ⒎布爾助記符與功能表圖程序設(shè)計(jì)語言； ⒏布爾助記符與結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言。 第二章 PLC系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案概述完成一個(gè)改造設(shè)計(jì)的前提是對(duì)需改造對(duì)象性能的全面掌握，了解改造前設(shè)備存在的問題從而確定改造中需要解決的問題，確定改造目標(biāo)后再進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)滾齒機(jī)的類型較多，控制電路各不相同，但都存在相同的問題，即利用齒輪掛箱實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速控制和聯(lián)動(dòng)。過長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈?zhǔn)菍?dǎo)致產(chǎn)品加工精度低的主要原因。這里先對(duì)先對(duì)Y3150E型滾齒機(jī)做簡(jiǎn)單電路分析，以明確滾齒機(jī)的基本工作原理。Y3150E型滾齒機(jī)電氣電路分析： Y3150E型滾齒機(jī)的電氣控制線路圖 1. 主電路 主電路共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中M2是主軸電動(dòng)機(jī)，利用KM2與KM3實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。KM2吸合電機(jī)M1正傳時(shí)實(shí)施進(jìn)給加工，KM3吸合M1反轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行退刀。軸向快速運(yùn)動(dòng)電機(jī)由接觸器KMKM6實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制。液壓泵電機(jī)由接觸器KM1控制。主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)利用齒輪掛箱可帶得刀具高速旋轉(zhuǎn)和刀具的橫向進(jìn)給，加工不同工件時(shí)應(yīng)按要求選擇不同的齒輪掛箱，利用齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)各主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速聯(lián)動(dòng)；M3是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，只要求單向旋轉(zhuǎn)；冷卻泵電機(jī)M3由KM4控制，即KM4吸合則M3工作。但要注意的是M2必須在M1電動(dòng)機(jī)工作后才能啟動(dòng)，為順序控制。M1/M2要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間工作，所以都裝有過載保護(hù)。整個(gè)線路由一組總?cè)蹟嗥髯龆搪繁Ｗo(hù)。⒉ 控制電路㈠ 液壓泵控制總開關(guān)SA1閉合，為控制電路接通做好準(zhǔn)備，同時(shí)接通接觸器KM1線圈電路，KM1得電；液壓泵電動(dòng)機(jī)M1主電路閉合工作，為液壓系統(tǒng)提供壓力油，為傳動(dòng)元件提供潤(rùn)滑油，保證旋轉(zhuǎn)元件在工作之前得到充分的潤(rùn)滑。㈡ 主電動(dòng)機(jī)控制 滾齒過程中的主要運(yùn)動(dòng)都是由電動(dòng)機(jī)M2提供，先將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3轉(zhuǎn)換到KM2線圈電路，此時(shí)按下按鈕SB1，接觸器KM2線圈電路接通，利用其常開觸點(diǎn)使KM2自鎖，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，主電路接通，電動(dòng)機(jī)M2通過外聯(lián)系傳動(dòng)鏈帶動(dòng)滾刀正轉(zhuǎn)（逆銑），由滾刀軸通過內(nèi)聯(lián)系或者外聯(lián)系傳動(dòng)鏈帶動(dòng)刀架、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)到上方或者下方的極限位置時(shí)，由行程開關(guān)SQ2和SQ4進(jìn)行極限位置保護(hù)，壓下行程開關(guān)，接觸器KM2線圈斷電，電動(dòng)機(jī)M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)SA3轉(zhuǎn)換到KM3線圈回路位置，按下按鈕SB1時(shí)，接觸器KM3將得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀具作順銑加工。當(dāng)按下按鈕SB3時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，接通接觸器KM2或KM3電路。但由于SB3的常閉觸點(diǎn)切斷了KM2或KM3線圈的自鎖回路，接觸器線圈回路不能自鎖，電動(dòng)機(jī)M2只能點(diǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，為機(jī)床點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制狀態(tài)，有利于調(diào)整各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)位置。㈢ 冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制在主電動(dòng)機(jī)的工作工作狀態(tài)，即KM2或KM3線圈得電的情況下，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5置于閉合狀態(tài)，接觸器KM4線圈電路閉合，線圈得電，主觸點(diǎn)接通電動(dòng)機(jī)M3主電路，冷卻泵工作，為切削過程提供切削液。㈣ 軸向快速移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制刀具在加工完畢，軸向返回初始位置或作刀架的軸向調(diào)整時(shí)，刀架需要作快速移動(dòng)。為了減少傳動(dòng)元件和縮短輔助時(shí)間，利用快速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架作軸向運(yùn)動(dòng)。在作快速移動(dòng)之前，將刀架軸向工作進(jìn)給的傳動(dòng)鏈切換到由快速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的傳動(dòng)鏈。扳動(dòng)手柄接通快速運(yùn)動(dòng)機(jī)械離合器，斷開工作進(jìn)給傳動(dòng)鏈，壓下行程開關(guān)SQ3，然后按下按鈕SB4，接觸器KM6線圈電路接通，其主觸點(diǎn)閉合，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架快速?gòu)牡锥讼蛏线\(yùn)動(dòng)，由于KM6線圈回路沒有自鎖，電動(dòng)機(jī)只能點(diǎn)動(dòng)工作，松開按鈕Sb4，則運(yùn)動(dòng)停止。當(dāng)按下按鈕SB5時(shí)，接觸器KM5得電，接通電動(dòng)機(jī)M4的反轉(zhuǎn)電路，軸向快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀架作由上向下的快速移動(dòng)。接觸器KM5的常開觸點(diǎn)閉合，接通電磁閥電磁鐵YA2電路，平衡液壓缸工作，使得快速向下移動(dòng)平穩(wěn)。㈤ 徑向運(yùn)動(dòng)控制為了能夠調(diào)整刀具與工件的徑向位置和加工蝸輪的需要，工作臺(tái)能夠作徑向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4閉合后，電磁鐵YA1得電，液壓缸推動(dòng)工作臺(tái)作徑向運(yùn)動(dòng)。㈥ 其他控制內(nèi)容照明電路采用24V電源，當(dāng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2閉合時(shí)，照明電路接通，燈HL亮。指示燈電路主要有電源指示燈HL潤(rùn)滑油指示燈HL主電動(dòng)機(jī)過載指示燈HL3，在合上電源總開關(guān)（低壓斷路器）QF1時(shí)，指示燈HL1亮，標(biāo)志電源接通；當(dāng)潤(rùn)滑油減少到一定程度時(shí)，安裝在液壓缸中的浮子繼電器KF觸點(diǎn)閉合，指示燈HL2亮，提醒操作者及時(shí)添加潤(rùn)滑油，以監(jiān)控潤(rùn)滑油；當(dāng)主電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，熱繼電器FR2常開觸點(diǎn)閉合，指示燈HL3亮，提示操作者系統(tǒng)有故障，主電動(dòng)機(jī)過載。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系為順序控制。通過對(duì)滾齒機(jī)進(jìn)行各種加工操作的運(yùn)動(dòng)分析，確定滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)要求如下： ： ① 主軸的高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速可調(diào)：5～495rpm ② 滾刀的高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速可調(diào)：500～4000rpm ③ 滾刀的橫向進(jìn)給且進(jìn)給速度可調(diào)：快速時(shí)5000mm/min ④ 上述三種速度可根據(jù)相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。滾齒機(jī)工作時(shí)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)這三個(gè)轉(zhuǎn)速在很大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并保證三速度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。在傳統(tǒng)滾齒機(jī)上是利用齒輪掛箱實(shí)現(xiàn)三者之間的聯(lián)動(dòng)和速度控制的。 ： ① 工作臺(tái)的垂直方向進(jìn)給； ② 滾刀的橫向進(jìn)給。 應(yīng)該注意的是滾刀的垂直進(jìn)給和滾刀的橫向進(jìn)給應(yīng)該實(shí)現(xiàn)雙速運(yùn)行，位置較遠(yuǎn)時(shí)可高速進(jìn)給，當(dāng)達(dá)到一定位置時(shí)，由傳感器發(fā)出信號(hào)改為低速進(jìn)給。另外，加工不同工件，應(yīng)選擇不同的轉(zhuǎn)速比，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)該可以按要求調(diào)節(jié)。 ： ① 垂直進(jìn)給行程開關(guān)（上下位置）； ② 橫向進(jìn)給行程開關(guān)（左右極限位置）。 在傳統(tǒng)機(jī)床電路中，行程開關(guān)是常見的位置限制元件，在電氣控制中是必不可少的。 ： Y3150E型滾齒機(jī)參數(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目參數(shù)數(shù)據(jù)最大加工直徑500mm最大加工模數(shù)8mm最大加工寬度250mm工件上最小齒數(shù)6刀架最大回轉(zhuǎn)角度240176。刀架最大垂直行程（Z軸）300mmZ軸分辨率工作臺(tái)直徑510mm工作臺(tái)到立柱最大距離835mm工作臺(tái)到立柱最小距離380mm工作臺(tái)水平移動(dòng)行程（X軸）310mmX軸分辨率允許安裝的最大滾刀直徑160mm滾刀的轉(zhuǎn)速500—4000rpm滾刀橫向進(jìn)給速度（快速）500mm/min滾刀最大的的軸向運(yùn)動(dòng)量55mm滾刀軸線到臺(tái)面的距離最大535mm最小253mm工件軸線到滾刀軸的距離最大330mm最小20mm主軸轉(zhuǎn)速范圍40—250mm主電動(dòng)機(jī)功率機(jī)床凈重500kg此次改造要求是將機(jī)械滾齒機(jī)改造為數(shù)控滾齒機(jī)，由于機(jī)床設(shè)備自身的一些特點(diǎn)，改造過程中將對(duì)上述參數(shù)有較大的調(diào)整，如各運(yùn)動(dòng)部件的行程距離、齒輪加工角度等，但改造最主要的任務(wù)是對(duì)加工精度的提高和操作效率的提高。 Y3150E型滾齒機(jī)數(shù)控改造后的傳動(dòng)原理圖 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在傳統(tǒng)滾齒機(jī)中，最大的問題是齒輪掛箱的使用。在傳統(tǒng)滾齒機(jī)進(jìn)行滾齒加工操作時(shí)，為了保證各運(yùn)動(dòng)部件的同步進(jìn)給，利用了齒輪掛箱的齒輪傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)速度匹配的，這使得傳動(dòng)鏈過長(zhǎng)，難以保證加工精度；同時(shí)加工不同工件時(shí)，因加工齒輪齒數(shù)、模數(shù)等重要參數(shù)的不同，需要進(jìn)行掛輪操作進(jìn)行換檔換速，此類操作使得勞動(dòng)量大，生產(chǎn)效率低。圖中齒輪的傳動(dòng)誤差為齒輪加工誤差的主要來源。為了克服傳統(tǒng)滾齒機(jī)中因機(jī)械傳動(dòng)復(fù)雜而導(dǎo)致加工精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，對(duì)滾齒機(jī)的硬件進(jìn)行了改造、減少傳動(dòng)鏈，并利用軟件進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)并進(jìn)行調(diào)速，以期達(dá)到提高加工精度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。 傳統(tǒng)滾齒機(jī)傳動(dòng)示意圖 1 設(shè)計(jì)思路 ㈠ 通過機(jī)械設(shè)備的硬件改造，用多臺(tái)伺服電機(jī)對(duì)各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行直接控制，利用PLC實(shí)現(xiàn)各軸聯(lián)動(dòng)，這樣去掉傳統(tǒng)滾齒機(jī)中的傳動(dòng)齒輪，實(shí)現(xiàn)零件傳動(dòng)從而減小齒輪的傳動(dòng)誤差，增強(qiáng)了設(shè)備的剛性，提高了齒輪加工精度。 ㈡ 利用PLC軟件的功能特點(diǎn)，根據(jù)加工工件參數(shù)的不同，輸入工件關(guān)鍵的參數(shù)后，系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)三軸之間的速度調(diào)節(jié)，無需操作人員進(jìn)行掛輪操作，降低勞動(dòng)量，提高加工效率。 ㈢ 利用傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的位置進(jìn)行跟蹤和檢測(cè)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳遞給PLC，由PLC做出更為及時(shí)、更為精確的控制調(diào)整，提高加工精度。同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制過程的自動(dòng)化。 ㈣ 為了提高改造后機(jī)床的可操作性，增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話功能，采用觸摸屏作為人際交換界面，有利于參數(shù)額輸入和加工過程的檢測(cè)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 在硬件改造上，為了解決齒輪掛箱的使用出現(xiàn)的問題，結(jié)合最新的數(shù)控滾齒機(jī)傳動(dòng)技術(shù)，在硬件改造上決定實(shí)現(xiàn)零傳動(dòng)技術(shù)，即利用伺服電機(jī)直接連接旋轉(zhuǎn)主軸，實(shí)現(xiàn)零傳動(dòng)。零傳動(dòng)的傳動(dòng)方式大大縮短傳動(dòng)鏈，降低傳動(dòng)誤差帶來的加工誤差。同時(shí)，由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于提高機(jī)床的剛性，完全機(jī)械傳動(dòng)鏈中存在的磨損問題，進(jìn)而保持了精度的穩(wěn)定性，提高機(jī)床加工精度。 同時(shí)，為了更好的對(duì)運(yùn)動(dòng)部件位置進(jìn)行定位和檢測(cè)反饋，提高自動(dòng)化控制的程度，在機(jī)床改造過程中，應(yīng)充分利用傳感器。在進(jìn)給的極限位置和原點(diǎn)位置均設(shè)置了傳感器對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給進(jìn)行位置跟蹤。從安全的角度出發(fā)，加設(shè)了行程開關(guān)，與傳感器組合使用，以更好的對(duì)機(jī)床進(jìn)行保護(hù)。 為了提高改造后機(jī)床的操作靈活性，并對(duì)機(jī)床性能全面提升，采用觸摸屏作為改造