【正文】 and plete sets of technology. It is characterized by high efficiency, highquality, economical and practical, which is widely used in construction machinery, transportation, energy, military industry, light industry, household appliances and other industries. Our traditional modular machine tool is controlled by RelayContactor System which is low accuracy, and the reliability is not high. It cannot meets the needs of social development yet, with the rapid development of PLC Control System, it has highlights its advantages. Taking Twostation drilling and tapping bination machine tools for research object, and through the analysis of the work process, control requirements, main structure and the form of movement of exercise ,the machine operating cyclic graph is presented. According to the methods of PLC Control System design, we designed the software and hardware, listed the PLC I/O address allocation worksheets, painted PLC I/O assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list. By iFix design humanmachine interface (HMI), make the whole control system operation simple, convenient, greatly improved the system automation degree and practicability. KEYWORDS Modular machine tool PLC Control System Program Design PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 目 錄 中文摘 要 我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制， 其 精度低，可靠性不高，已不適合社會(huì)發(fā)展需要。PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 I PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘 要 組合機(jī)床是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。隨 著 PLC 控 制技術(shù)的迅速發(fā)展，以 PLC 為核心的組合機(jī)床控制系統(tǒng)已凸顯出其優(yōu)勢(shì) . 本文以 兩工位 鉆孔 攻鏍 組合機(jī)床為研究對(duì)象 ,通過(guò)對(duì)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式的探究以及對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程和控制要求分析 ， 給出了機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖 ， 并采用 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 , 進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì) ， 列出了 PLC 的 I/O 地址分配表 ， 繪制了 PLC的 I/O 分配圖和單循環(huán)自動(dòng)工作流程圖，編寫(xiě) PLC 控制程序的梯形圖和指令表 ； 由iFIX 設(shè)計(jì) 的人機(jī)界面（ HMI），使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單 方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng) 化程度和實(shí)用性。 1 2 組合機(jī)床控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分析 7 組合機(jī)床控制系統(tǒng)工作過(guò)程 7 PLC 的硬件選 型 9 控制系統(tǒng) PLC 的外圍電氣接線 12 PLC 程序設(shè)計(jì)思想 16 PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 組態(tài)軟件 iFIX 的簡(jiǎn)介 18 組態(tài)界面的設(shè)計(jì) 21 參考文獻(xiàn) 23 PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 1 緒論 引言 組合機(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。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。兼有萬(wàn)能機(jī)床和專用機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。由于在組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾上方向采用多把刀具對(duì)一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工，所以可減少物料的搬運(yùn)和占地面積，實(shí)現(xiàn)工序集中，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本 [1]。組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如 汽車 等行業(yè)中的箱體等。 國(guó)內(nèi)外組合機(jī)床的研究現(xiàn)狀及其實(shí)際意義 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具 自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。 最早的組合機(jī)床是 1911 年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。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(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)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(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心， 主軸轉(zhuǎn)速 10000～ 20210r/min，最高進(jìn) 給速度可達(dá) 20～ 60m/min；復(fù)合、多功能、多 軸化控制裝備的前景亦被看好。 根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的情況，繼電器 接觸器控制系統(tǒng)依然是機(jī)械設(shè)備最常用的電氣控制方式，許多企業(yè)和高校實(shí)習(xí)工廠的機(jī)床和設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制系統(tǒng) ,由于采用物理電子器件和大量而又復(fù)雜的硬接線 ,使得系統(tǒng)的可靠性差 ,工作效率低 ,故障診斷和排除困難 ,嚴(yán)重影響了工廠的生產(chǎn)效率 [2]。 可編程 邏輯 控制器 (PLC)是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置 ,它將傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合 ,集計(jì)算機(jī)、控制、通訊于一體 ,具有可靠性高、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活、易于使用 維修方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) ,為工業(yè)自動(dòng)化提供了近乎完美的自動(dòng)控制裝置。 本課題研究的主要內(nèi)容 組合機(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)或自動(dòng)專用機(jī)床。本課題是采用 PLC 取代傳統(tǒng)繼電控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床的控制 完成常用的鉆孔、攻螺紋等操作 ，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)合理，運(yùn)行穩(wěn)定。 PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 3 2 組合機(jī)床 控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分析 組合機(jī)床 控制系統(tǒng)的 特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機(jī)床電氣控制裝置也不斷更新。 為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 )的 工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 (2)可靠性原則 —— 確保組合機(jī)床控制系統(tǒng)的可靠性。 (4)發(fā)展性原則 —— 適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要。 1. 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 繼電器 接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問(wèn)世以來(lái)，一直是機(jī)電控制的主流。 繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯。其定時(shí)控制利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來(lái)進(jìn)行 [6]。繼電器 接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、抗干擾性能力強(qiáng)。目前，在我國(guó)繼電器接觸器控制仍然是機(jī)床和其它機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。 CPU 的生產(chǎn)制造技術(shù)，也朝著綜合性、技術(shù)性、實(shí)用性發(fā)展。 3. PLC 控制系統(tǒng) 在 70 年代出現(xiàn)了用軟件手段來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能，以微處理器為核心的新興工業(yè)控制器 —— 可編程程序控制器（ PLC）。 PLC 采用存儲(chǔ)邏輯。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長(zhǎng)一些，輸入輸出 的連線并不多。 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，速度很快。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，可靠性高。 組合機(jī)床控制系統(tǒng)的選擇 在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，采用 PLC 控制系統(tǒng) 較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC 在組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 5 當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場(chǎng)接線的改動(dòng)而改動(dòng)。所以， 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 的靈活性和擴(kuò)展性較差。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場(chǎng)連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在 PLC 的內(nèi)存當(dāng)中。若需要對(duì)控制邏輯 進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此， PLC 的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。 (2) 控制速度 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問(wèn)題。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。 (3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制： 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) 利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來(lái)進(jìn)行定時(shí)控制。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。 (4) 可靠性和維護(hù)性。觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，可靠性高。 總之， PLC 在性能上均優(yōu)越于 繼電器 接觸器控制系統(tǒng) ，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。但是，單片機(jī)不是專門(mén)針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與 PLC比較起來(lái)有以下缺點(diǎn)： (1) 單片機(jī)不如 PLC 容易掌握 使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語(yǔ)言編程。對(duì)于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。 (2) 單片機(jī)不如 PLC 使用簡(jiǎn)單 使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場(chǎng)連接起來(lái)，調(diào)試也較繁瑣。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。 (3) 單片機(jī)不如 PLC 可靠 使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問(wèn)題就是抗干擾性能較差。 通過(guò)上面的比較，針對(duì)組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然 PLC 的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用 PLC控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩工位鉆孔、攻螺紋組合機(jī)床如圖 31 所示。 移動(dòng)工作臺(tái)和夾具用以完成工件的移動(dòng)和夾緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。攻螺紋滑臺(tái)和攻螺紋動(dòng)力頭，用以實(shí)現(xiàn)攻螺紋加工量的調(diào)整和攻螺紋加工。其中兩個(gè)滑臺(tái)移動(dòng)的液壓系統(tǒng)由滑