【正文】 80MT 40 40 48～ 64 FX2N128MR001 FX2N128MT 64 64 48～ 64 PLC 擴(kuò)展模塊的選擇 模擬量輸入模塊主要用于連接傳感器或者變送器并接受其電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。例如西門子公司的 S7300 系列和 S7400 系列、三菱公司的 Q 系列、歐姆龍公司的 CVM1 系列等。 模塊型 PLC 提供多種 I/O 模塊可以在 PLC 基板上插接，方便用戶根據(jù)需要合南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 PLC 機(jī)型的選擇 PLC 的類型： PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類；整體型 PLC 的 I/0 點(diǎn)數(shù)較少且相對(duì)固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統(tǒng)。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： (1)PC 為主站，多臺(tái)同型號(hào) PLC 為從站，組成簡(jiǎn)易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； (2)1 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； (3)PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； (4)專用 PLC 網(wǎng)絡(luò) (各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) )。 如何估算程序容量呢 ?許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16 位為一個(gè)字 )，另外再按此數(shù)的 25％考慮余量。程序容量是存儲(chǔ)器中用戶程序所使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此存儲(chǔ)器容量應(yīng)大于程序容量。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在一般情況下， PLC 的 I/O 點(diǎn)應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔俊? 輸入輸出 (I/0)點(diǎn)數(shù)的估算 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 的基本參數(shù)之一。對(duì)于系統(tǒng)規(guī)模較大網(wǎng)絡(luò)通訊功能要求高、開放性的分布式控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)，歐美生產(chǎn)的 PLC 在網(wǎng)絡(luò)通訊功能上更有優(yōu)勢(shì)。從PLC 本身的可靠性考慮，原則上只要是國(guó)外大公司的產(chǎn)品，不應(yīng)該存在可靠性不好的問題。對(duì)于系統(tǒng)方案要求有分布式系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)化通訊的要求。在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首 先應(yīng)確定系統(tǒng)方案，下一步工作就是 PLC的設(shè)計(jì)選型。 PLC 類型選擇及模塊選擇 PLC 類型的選擇 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)的性能、設(shè)備的可靠性。 程序設(shè)計(jì)可用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或功能表設(shè)計(jì)法，或者是兩者的結(jié)合。 (3)繪制 PLC 及 I/O 設(shè)備的供電系統(tǒng)圖。 (2)繪制 PLC 的 I/O 接線圖。 分配 I/O 地址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)把所有按鈕、行程開關(guān)等集中配置，按順序分配 I/O 地址； (2)每個(gè) I/O 設(shè)備占用一個(gè) I/O 地址； (3)同一類別的 I/O 設(shè)備點(diǎn)應(yīng)盡量安排在同一區(qū)； (4)彼此有關(guān)的輸出器件，如電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，其輸出地址應(yīng)連續(xù)分配。 I/O 設(shè)備，列出 I/O 地址分配表 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等輸入設(shè)備和接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等 輸出設(shè)備的型號(hào)和數(shù)量。 PLC 機(jī)型 一般來說， PLC 在可靠性上是沒有問題的，機(jī)型的選擇主要是考慮在功能上滿足系統(tǒng)的要求。若控制簡(jiǎn)單，如電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，就可考慮用繼電器控制系統(tǒng)。 而對(duì)于大中型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能 I/O 接口等多種方式。這種方式稱為集中輸出。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 因此， PLC 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階 段進(jìn)行。 3．輸出刷新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的 順序進(jìn)行。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。對(duì)每個(gè)程序， CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一 條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直到遇到結(jié)束符后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。其工作過程分三個(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。目前，各類型 PLC 都具有兩種或兩種以上編程語言，其中以梯形圖和指令較為常用。 高級(jí)語言 大型 PLC 中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、完成 PID 調(diào)節(jié)等較為復(fù)雜的控制。有關(guān)的輸入均畫在方塊的左邊，輸南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 出畫在方塊的右邊。對(duì)每一種邏輯功能都使用一個(gè)運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號(hào)確定。這種程序表達(dá)方式，編程設(shè)備簡(jiǎn)單，邏輯緊湊，目前各種 PLC均有指令的編程功能。在 PLC 中，它是用得最多的一種程序表達(dá)方式。梯形圖中繼電器的線圈、常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)符號(hào)常用下圖中的符號(hào)表示。下面對(duì)這些表達(dá)方法作簡(jiǎn)要說明。 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 PLC 程序的表達(dá)方式 由 PLC 的工作原理可知： PLC 是以程序的形式進(jìn)行工作的，為此，需要把控制任務(wù)變換為程序表達(dá)。 ： 內(nèi)部 電源： 開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電。一臺(tái)編程器可開發(fā)、監(jiān)護(hù)許多臺(tái)PLC 的工作。例如 通過鍵盤和顯示器去檢測(cè) PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù) ，或者 通過通訊端口與 CPU 聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)與 PLC 的人機(jī)對(duì)話 。?？芍苯右噪娔X作為編程器，安裝相關(guān)的編程軟件編程 。可分為 簡(jiǎn)單型 ，即 只能聯(lián)機(jī)編程；只能用指令清單編程 。通常， I/O 模塊上還具有狀態(tài)顯示和 I/O 接線端子排。 PLC 提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊，以及各種用途的 I/O 組件供用戶選用：輸入 /輸出電平轉(zhuǎn)換 、 電氣隔離 、串 /并行轉(zhuǎn)換 、 數(shù)據(jù)傳送 、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 、 誤碼校驗(yàn) 、其他功能模塊 。 注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到 PC 的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常 PC 產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器形式或存儲(chǔ)方式及容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。其功能： （ 1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （ 2）接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； （ 3）診斷電源和 PC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯(cuò)誤； （ 4）在 PC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶程序 —— 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)（從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路） b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 —— 分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) c）更新輸出狀態(tài) —— 輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器 ： 存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 命令 、 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng) 參數(shù)， 不能由用戶直接存取 。 PLC 的組成 CPU 是 PLC 的核心部分。 完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 當(dāng) PLC 開始上電運(yùn)行時(shí)，首先清除 I/O 映像區(qū)的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，確認(rèn)正常后開始掃描。但是，在時(shí)間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的，其具體的運(yùn)行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有著一定的不同。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成 主要包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。 PLC 或外部的輸入 裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解 決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 2. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。本文主要介紹了基于殼體類攻絲組合機(jī)床的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由過去的 “ 剛性 ” 機(jī)床結(jié)構(gòu)，向 “ 柔性 ” 化方向發(fā)展，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。對(duì) 于機(jī)床整體而言，包含有各加工 單 元、工作臺(tái)或中 間 底座、 夾 具、 電氣 液 壓系統(tǒng) 和其它 輔 助 裝 置，以及它 們之間 的 裝配關(guān) 系 和約 束 關(guān) 系；而 對(duì) 于每一加工 單 元，則 又有各 個(gè) 通用和 專用部 件 組 成， 這 些部件又有自身的 裝配和約 束 關(guān) 系，每 個(gè) 部件又有多種零件 組 成， 從 而構(gòu)成了一 個(gè) 具有 層 次 結(jié) 構(gòu)的 裝配樹 。 工藝屬 性和功能 屬 性具有某種 對(duì)應(yīng)關(guān) 系，例如： 工藝 面中每一加工元素(譬如加工孔 )，都 應(yīng)有 相 應(yīng) 的刀具、切削用量，以及支承 導(dǎo) 向與之 對(duì)應(yīng) 。每種屬性又包含不同的子類，子類又有子類，形成一種類的層次關(guān)系。因而，可將組合機(jī)床定義為一個(gè)類，而所設(shè)計(jì)的每一臺(tái)具體機(jī)床則是該類的一個(gè)物件。 圖 1 組合機(jī)床的裝配模型 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 面向?qū)ο蟮慕M合機(jī)床裝配模型的定義 面 向?qū)?象的技 術(shù) 是 計(jì) 算機(jī)分析和 解 決問題的 一種新方法，它具有封 裝 、 繼承和重 載等特 性， 為產(chǎn) 品 裝配 模型的描述和定 義 提供了一 個(gè) 新思路。 組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較高，在組合機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，提供了各通用部件間可供選擇的配套關(guān)系表。以該基準(zhǔn)件為核心，分別描述其它基準(zhǔn)件的位置關(guān)系，便可建立該產(chǎn)品各個(gè)零部件之間的位置約束關(guān)系模型。 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 組合機(jī)床裝配模型 零部件間參數(shù)約束的描述 零部件間參數(shù)關(guān)系可以反映在兩個(gè)方面：其一為零部件相互約束關(guān)系，其二為零部件間可配套約束關(guān)系。 機(jī)身、立柱、中 間 底座等是 組 合機(jī)床的支承部件， 起著機(jī) 床的基 礎(chǔ) 骨架作用。 用 組 合機(jī) 床時(shí) ，其通用部件和 標(biāo) 準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行 設(shè)計(jì) 和制造。 （ 4） 在 組 合機(jī)床上加工零件 時(shí) ，由于采 用專用夾 具、刀具和 導(dǎo)