【正文】 Y1 進給保持按鈕 X15 單 段 Y2 單段 按鈕 X16 機床鎖住 Y3 機床鎖住 按鈕 X17 快 進 Y4 主軸正轉(zhuǎn) 按鈕 X20 主軸正轉(zhuǎn) Y5 主軸反轉(zhuǎn) 按鈕 X21 主軸反轉(zhuǎn) Y6 主軸停 按鈕 X22 主軸停 Y7 X向退 按鈕 X23 X向退 Y10 X向進 按鈕 X24 X向進 Y11 Z向退 按鈕 X25 Z向退 Y12 Z向進 按鈕 X26 Z向進 Y13 快進 按鈕 X27 NC報 警 Y14 急停 按鈕 X30 超程報警 Y15 超程解除 按鈕 X33 X回參考點 Y16 Z正向行程開關(guān) X34 Z回參考點 Y17 Z反向行程開關(guān) X35 進行潤滑 Y20 X正向行程開關(guān) X36 潤滑故障報警 Y21 X反向行程開關(guān) X37 換刀完成 Y22 冷卻開按鈕 X40 刀架正轉(zhuǎn) Y23 冷卻關(guān)按鈕 X41 驅(qū)動指示 Y24 潤滑電機起 動按 鈕 X42 冷卻開 Y25 潤滑 油路壓力繼電器 X43 X 軸驅(qū)動使能 Y26 1～ 4號刀到位 X44— X47 Z 軸驅(qū)動使能 Y27 換刀 按鈕 X50 19 梯形圖程序設(shè)計 在本次程序開發(fā)過程中采 用的是 FXGP_WINC 編程軟件。 在編制 I/O分配表時，同類型的輸入點或輸出點盡量集中在一起 ,連續(xù)分配。 輸入輸出分配 接下來就是編制 I/O分配表。程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，還 可以根據(jù)需要靈活增加其他控制功能。 為此作者決定在 PLC 用戶程序程序設(shè)計中，采用 模塊化設(shè)計思想 ，即 對系統(tǒng)按照控制功能進行模塊劃分， 將不同功能的程序放在不同的模塊中設(shè)計， 依次對各控制功能的模塊設(shè)計梯形圖 。 PLC 程序設(shè)計步驟 圖 41 所示為 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的一般步驟。梯形圖也很適合于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖采用類似于繼電器觸點、線圈的圖形符號，容易理解和掌握。 該標準中有兩種圖形語言 —— 梯形圖（ LD）和功能塊圖（ FBD），還有兩種文字語言 —— 指令表（ IL）和結(jié)構(gòu)文本（ ST），順序功能圖（ SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。 補充：若為按下急停， X30 有效，單片機控制電路無法正常啟動；若為行程開關(guān)接通（ 206 為高電平）， X30 無效，單片機控制電路可以正常啟動，認知超程錯誤。 KM1 觸頭的斷開也會使控制電路斷電。KM2 線圈斷電使步進電機斷電。 （ 3） 停止過程 按下急停按鈕 SB1，則繼電器 RA2 斷電， RA2 的輔助觸點斷開，從而使得與之串聯(lián)在一起的繼電器 RA1 斷電， RA1 的輔助觸點斷開。 正如上面所指出的那樣，在該正反轉(zhuǎn)控制電路中，兩個接觸器的常閉觸頭KM3 和 KM4 互鎖。 繼電器 RA4 閉合， RA4 常閉觸點斷開。其具體的控制過程如下： 繼電器 RA3 閉合， RA3 常閉觸點斷開。在電路中，為了防止兩個接觸器同時動作而造成短路，將實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的 KM3和 KM4 進行互鎖。 在控制面板上采用的是旋鈕開關(guān)，撥到“開” 的位置后能一直保持接通狀態(tài)，從而使得 KM1 能夠持續(xù)閉合，為控制電路供電。 按下啟動按鈕 SB2，接觸器 KM1線圈通電吸合，則 KM1 的主觸頭閉合，電動機接通電源直接啟動運行。變壓器 T1 為 X 軸、 Z軸步進電機 驅(qū)動器提供 AC55V供電電源；變壓器 T2為強電控制電路提供 AC220V 電源；變壓器 T3和整流電路為弱電控制電路和主控電路板提供 DC24V供電電源。 車床的電氣控制電路分析 CK9930 數(shù)控車床的電氣原理圖如圖 31所示。 ③ 要求主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)。其對電氣控制的要求有： ①為適應各種工件加工工藝的要求，主軸應能在一定范圍內(nèi)調(diào)速，采用交流電動機驅(qū)動的齒輪變速系統(tǒng)。 ⑵ 進給運動：刀架的橫向或縱向的直線運動。刀架通過床鞍安置在床身的導軌上。 其結(jié)構(gòu)主要有床身、主軸變速箱、床鞍、卡 盤、刀架、絲杠和尾架等組成。 車床主要結(jié)構(gòu)和運動形式 CK9930 數(shù)控車床是為兩軸車床。 ⑸ 可聯(lián)網(wǎng)通信 由于 PLC 具有通信功能 ,采用可編程控制器進行機床改造后 ,可以與其它智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信 ,在今后的進一步技術(shù)改造升級中 ,可根據(jù)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)中，提高工廠自動化水平。 ⑶ 提高 機床柔性 當機床加工程序發(fā)生變化時 ,只需要修 改 PLC的程序就可以進行新的加工 ,更改較方便 ,機床的柔性很好。 ⑵ 可靠性高 PLC的平均無故障工作時間高達 300000 h（ 約 ）， 所以其可靠性高。 10 圖 21 PLC 車床控制系統(tǒng)分解圖 利用 PLC代替繼電器 接觸器控制方式的優(yōu)越性 ⑴ 可維護性好 采用 PLC 進行控制后 , 由于采用了專用芯片及集成電路，提高了集成度，減少了元器件數(shù)量， 機床控制電路的接線量大為減少 ， 故障率大大降低 。每個功能的輸入信號，都可以通過控制面板上的按鈕進行操作，輸出則可以通過接觸器、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)完成。車床電氣控制系統(tǒng)屬于廣泛的應用系統(tǒng)，不針對特殊的加工工 藝，因此 PLC 內(nèi)部的程序只需要相對每個控制按鈕發(fā)出的信號，做出相應的動作即可。 只是在控制手段上采用了先進的控制設(shè)備 。 ⑥ 潤滑控制 實現(xiàn)定時 潤滑的控制。 ④ 換刀控制 實現(xiàn)對程序換刀的控制。 9 ② 主軸控制 控制主 軸的啟動、停止及正反轉(zhuǎn)。 數(shù)控機床 PLC 主要完成 數(shù)控機床的順序控制，包括對 NC、機床及操作面板傳來的信號進行處理，實施急停及超程信號的監(jiān)控，并且完成對主軸、刀架、 冷卻、潤滑等功能的控制。代碼法是S后面跟二位數(shù)字 ,這些數(shù)字不直接表示主軸轉(zhuǎn)速的大小 ,而是機床主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的序 號；直接指定法是 S后面直接就是主軸轉(zhuǎn)速的大小 ,例如 S1500 表示主軸轉(zhuǎn)速是 1500 r/min。當遇到包含某個刀具編碼的換刀指令時 , 對應的數(shù)控裝置 I/O口變成高電平 ,數(shù)控系統(tǒng)將 T代碼指令送給 PLC， PLC經(jīng)過譯碼指令進行譯碼后，檢索刀號，然后控制換刀裝置進行換刀。其中一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件來實現(xiàn) ,還有一部分需要數(shù)控裝置與 PLC 相結(jié)合來實現(xiàn)。其中， G 功能主要與聯(lián)動坐標軸驅(qū)動有關(guān)，是通過 CPU控制數(shù)控裝置的 I/0 接口實現(xiàn)； M 功能主要控制機床強電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能； T 功能與刀具的選擇和補償有關(guān)。 數(shù)控車床中 PLC的功能 PLC對輔助功能的處理 8 目前，數(shù)控機床程序中，有關(guān)機床坐標系約定、準備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面己趨 于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標準，即所謂的 CNC 機床 ISO代碼。 （ 3） PLC輸入端與 CNC機床數(shù)控裝置 I/O口的聯(lián)接 可編程控制器輸出端的通斷是由其輸入端通斷 狀態(tài)及梯形圖程序決定的，CNC機床數(shù)控裝置與可編程控制器的聯(lián)接是通過軟開關(guān)直接控制 PLC輸入端的通斷，以決定 PLC輸出端的狀態(tài)。 （ 2） PLC輸出端與機床強電信號聯(lián)接 PLC在 CNC機床中的主要作用是控制強電部分，如 :主控電源、伺服電源、刀架電機正轉(zhuǎn)、潤滑電機等。所以就涉及 PLC與數(shù)控裝置、機床之間的信息交換。而其它的大部分動作 即輔助機械動作的控制如主軸啟停、換向 ,換刀控制、冷卻和潤滑 系統(tǒng)的運行 以及報警監(jiān)測 等功能則可由可編程控制器 (PLC)來實現(xiàn)。 PLC對 用戶程序進行 循環(huán)掃描 可分為三個階段進行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。 CPU有兩個操作模式 :STOP模式和 RUN模式。 PLC的工作過程如圖 。 PLC的工作原理 （ 1） PLC的工作過程 PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過程。 輸入接口及模塊輸出接口及模塊通信接口及模塊數(shù)據(jù)存儲器中央處理單元（ C PU ）繼電器接觸器手動開關(guān)限位開關(guān)光電傳感器電磁閥接近開關(guān)編碼器數(shù)字開關(guān)變頻器輸入端指示燈蜂鳴器數(shù)碼顯示器電源電源計算機 編碼器現(xiàn)場輸入開關(guān)元件 PL C 主控單元 現(xiàn)場被控執(zhí)行器系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器 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)軟件和用戶應用軟件。 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。 目前， PLC已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制裝置，并被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（ PLC、機器人、 CAD/CAM）之一。 5 PLC的硬件與工作原理 PLC簡介 可編程序控制器 （ Programmable Controller） 簡稱 PC， 為了不與個人計算機 （ 也簡稱 PC） 混淆 ， 通常將可編程序控制器稱為 PLC。 （ 3） 主軸控制 數(shù)控系統(tǒng)只對主軸系統(tǒng)進行開關(guān)控制。由于 I/O 口可輸入信號和輸出信號 , 其輸出信號經(jīng)過邏輯譯碼電路轉(zhuǎn)換成多路的輸出信號 , 可實現(xiàn)主軸電機、冷 卻泵及主軸變速等的控制 ； 輸入口可接受行程限位開關(guān)暫停、主軸同步脈沖、選刀回答等信號。 （ 2） 開關(guān)量控制 數(shù)控機床的 開關(guān)量信號控制是通過 PLC來完成的。其角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比 ,在時間上與輸入同步 , 控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電順序 , 便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度及轉(zhuǎn)動方向 ；無脈沖輸入時 ,在繞組電源的激勵下 ,氣隙磁場使轉(zhuǎn)子保持原來的位置狀態(tài)。 （ 1） 進給系統(tǒng)控制 進給系統(tǒng)的控制大多是通過控制步進電機來實現(xiàn)的。 4 計算機硬件與數(shù)控系統(tǒng)軟件可編程控制器P L C主軸控制單元電氣控制單元速度控制單元主軸電動機機床電器進給電動機位置檢測輸入設(shè)備輸出設(shè)備程序編程計算機操作面板打印機顯示設(shè)備C N C 控制器 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。 數(shù)控系統(tǒng)的組成 CNC 系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖 所示， CNC 系統(tǒng)主要是指圖中的 CNC 控制器，它是由計算機硬件、 數(shù)控系統(tǒng)軟件及相應的輸入 /輸出接口構(gòu)成的專用計算機和 可編程控制器所組成。 國際信息處理聯(lián)盟對數(shù)控機床做了如下定義 定義：數(shù)控機床是一種裝有 程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。 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)成一個復雜的邏輯控制電路。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，這一數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足加工要求，本課題就是對現(xiàn)有的 CK9930 數(shù)控車床所進行的改造項目的一個組成部分。 對我自己而言，通過對此項目的設(shè)計研究，也 為今后從事控制系統(tǒng)設(shè)計方面的工作奠定了基礎(chǔ)。以較少的投入得到了較高的回報，是一個巨大的收益。對于 調(diào)