【正文】 F/h500 6001000基于這一現(xiàn)實為了加速振興我國的機(jī)床制造業(yè)當(dāng)前宜加強(qiáng)如下五方面的研究和發(fā)展工作(1)以高速化為先導(dǎo)提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能(2)加快數(shù)控機(jī)床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐推進(jìn)mm 級精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實施(3)加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來提高單件和中小批量生產(chǎn)的加工精度和高效柔性化(4)對于中大批量生產(chǎn)發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構(gòu)機(jī)床將是一個合理的解決(5)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)制造單元以適應(yīng)數(shù)字化企業(yè)的構(gòu)建 銑床的主要結(jié)構(gòu)銑床主要由工作機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、和自動控制系統(tǒng)三部分組成。 傳動機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)構(gòu)成。 、1410r/min的進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動，它主要用于工作臺縱向、橫向和垂直三個方向的進(jìn)給運動和快速傳動。第2章 可編程序控制器（PLC）的概況 PLC的概念及發(fā)展可編程控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)，是1種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀(jì)60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計的。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上策1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。1971年日本從美國引進(jìn)了該項新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺PLC。中國從1974年開始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。1969—1973年是PLC的初創(chuàng)時期。其主要功能限于邏輯運算、計時、計數(shù)和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。在這個時期，由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現(xiàn)，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制。1978一1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點運算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有通訊功能和遠(yuǎn)程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。 PLC在中國的發(fā)展在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。在改革開放剛起步的1979年，在當(dāng)時的機(jī)械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進(jìn)584的PLC，并首先在電站的輔機(jī)如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。自1985年開始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國市場。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進(jìn)入中國市場，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。且至今沒有很大改變。應(yīng)指出的是：在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機(jī)械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械和其它應(yīng)用。有充足的理由說,PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。 PLC的現(xiàn)狀隨著PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC611313的正式頒布，推動了PLC在技術(shù)上發(fā)動新的突破：▼在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機(jī)向多CPU和分布式及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)展。▼從應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機(jī)械加工自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)FMS、安全聯(lián)鎖保護(hù)ESD系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)等，全方位地產(chǎn)提高PLC的應(yīng)用范圍和水平。隨著PLC性能價格比的不斷提高，一些過去使用專用計算機(jī)的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。1)開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。例如：機(jī)床電氣控制，汽車配裝線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制等。早期直接用開關(guān)量I／O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。3)閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力和建材等行業(yè)。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較，也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票怼?)機(jī)器人控制 機(jī)器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的3大支校之一。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。PLC和計算機(jī)具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。PLC與計算機(jī)之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏。PLC的發(fā)展有2個重要趨勢：①向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價格更低的微型化發(fā)展，以適應(yīng)復(fù)雜單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的控制要求，實現(xiàn)機(jī)電一體化；②向大型化、復(fù)雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。該系統(tǒng)配置了GE／BASIC語言，向上能與上位計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，向下不僅能直接控制CNC數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人，還可通過下級PLC去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2)開發(fā)各種智能模塊，增強(qiáng)過程控制功能 智能I/O模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機(jī)械運動控制等，高速計數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。某些PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。大型PLC采用功能很強(qiáng)的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。4)通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強(qiáng) PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC與PLC之間，PLC與計算機(jī)之間交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。如：雙機(jī)熱備、自動切換I/O、雙機(jī)表決(當(dāng)輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出)、I/O三重表決(對I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取2臺相同的)等，以滿足極高可靠性要求。 軟PLC技術(shù)進(jìn)入90年代后期，人們逐漸認(rèn)識到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點：由于傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)廠商之間的產(chǎn)品互相不兼容，缺少明確一致的標(biāo)準(zhǔn)，造成難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu)；各廠商產(chǎn)品的編程方法差別很大，技術(shù)專有性較強(qiáng)，工作人員必須經(jīng)過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這項技術(shù)就是軟PLC技術(shù)。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國際上出現(xiàn)的高新技術(shù)軟PLC技術(shù)。和繼電——接觸器控制相比較,繼電——接觸器控制是將各自獨立的器件及觸點以固定接線方式來實現(xiàn)控制要求,而PC將控制要求以程序的形式(軟件編程)存儲在其內(nèi)部。因而增加了控制的靈活性和通用性。存儲器是可編程序控制器的重要組成部分,有了它可編程序控制器才能有記憶功能,才能預(yù)先把待解決問題的一步步操作,用命令的形式——即一條條指令保存起來。系統(tǒng)程序存儲器主要存儲系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對用戶程序作編譯處理。用戶程序存儲器用來存儲由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。中央處理器簡稱CPU,是PC的大腦。另外CPU還對其內(nèi)部工作進(jìn)行自動檢測,并協(xié)調(diào)PC各部分工作,如有差錯,它立即停止運行。用戶設(shè)備需要輸入PC的各種控制信號,如位置開關(guān)、按鈕、傳感器等,通過輸入部件將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。編程器是開發(fā)、維護(hù)PC自動控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。2． 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器對用戶程序的執(zhí)行過程采用循環(huán)掃描的工作方式。為了提高運行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,PC(在每次掃描期間,還進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個階段。PC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲器、CPU等部分的故障判斷?！睜顟B(tài)后停機(jī),并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。（2）與編程器等通訊階段。（3）讀入現(xiàn)場信號階段。因此該階段也稱輸入采樣階段。一般是從用戶程序存儲器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。直到用戶程序結(jié)束或用戶程序的末地址為止。（5）輸出控制信號階段。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號,把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號變換成與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的電信號輸出,驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制任務(wù)。就這樣不斷反復(fù)循環(huán),完成生產(chǎn)的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。因此PC的程序可以與機(jī)器的動作一一對應(yīng),直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動化的領(lǐng)先技術(shù)。（2）閉環(huán)過程控制早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強(qiáng)大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。此外，還有1771QH力矩控制模塊、1771TCM溫度控制模塊等。（3）機(jī)械加工的數(shù)字控制 PLC和機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機(jī)數(shù)控（CNC）組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM112系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預(yù)言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。（5）構(gòu)成多級分布式控制系統(tǒng)隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國外正在興起工廠自動化（FA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級分布式控制系統(tǒng)，并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。 可編程序控制器與計算機(jī)之間的通信確定了PLC的型號，還要考慮到PLC為計算機(jī)通信的問題。在工程自動化中，計算機(jī)的通信功能作為各級之間接口是十分必要的。對于控制，可編程序控制器對現(xiàn)場，對設(shè)備都極為方便，對打印圖表，圖形顯示，中文輸出就遜色一些，而這些功能正是計算機(jī)的特長?？删幊绦蚩刂破髋c計算機(jī)之間的通信一般是通過RS－485口和RS－232C口進(jìn)行的，信息交換的方式為字符串方式，運用RS－485和RS－232C通信，容易配置一個與計算機(jī)進(jìn)行通信的系統(tǒng)。為了適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，幾乎所有地PLC都開發(fā)了與計算機(jī)通信的接口，例如S7－200系列PLC上都配備有專用于RS－485通信的標(biāo)準(zhǔn)插座。（2）多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種特殊情況。在S7－200系列PLC中，只有CPU215支持DP協(xié)議，且只能作從機(jī)使用。在本設(shè)計中的銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)考慮的因素有：（1）系統(tǒng)組成方案與網(wǎng)絡(luò)通信方式；（2）系統(tǒng)總的I/O點數(shù)。根據(jù)控制的復(fù)雜程度選定存儲器容量；（4）輸入/輸出設(shè)備規(guī)格。以此確定輸入/輸出模塊類型；（5）CPU選擇。其系統(tǒng)總體思路如圖（1）所示： 圖1控制系統(tǒng)設(shè)計步驟銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成 普通銑床由銑刀盤、液壓泵、潤滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。銑床工作流程見圖2，PLC控制系統(tǒng)框圖見圖3。PLC硬件應(yīng)用的要求：要應(yīng)用好PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求：（1） 物理環(huán)境 環(huán)境溫度：0～60℃，最好40℃，在PLC安裝處，要安裝一個通風(fēng)排氣扇散熱。止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進(jìn)行封閉。（2）電氣環(huán)境音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠(yuǎn)離帶噪音的電磁開關(guān)等。 可編程序控制器PLC的選型從以上PLC的出現(xiàn)到PLC的發(fā)展過程，以及其自身的特點和與繼電器控制邏輯的比較，都充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的必然。一般可以從以下幾個方面來考慮： 可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。模塊式的可編程序控制器的功能擴(kuò)展方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修時更換模塊等也很方便。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制等特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的可編程序控制器計數(shù)，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式可編程序控制器。 CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標(biāo)，也是機(jī)械選擇時首要考慮的問題?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應(yīng)包括處理器的個數(shù)，根據(jù)處理器的個數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲器的性能，存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。存儲器的容量選擇在下一點將單獨提出，存儲器擴(kuò)展性和種類多少則體現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成的方便和靈活；中間標(biāo)志，計時器和計數(shù)器的能力，這一性能實際上也體現(xiàn)了軟件功能。對于計時器和計數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計時和計數(shù)范圍?？傊珻PU的能力是一種綜合的性能指標(biāo)，而且要根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，以滿足工作應(yīng)用的要求。在機(jī)型選擇時必須注意一下問題：產(chǎn)品手冊上給出的最大I/O點數(shù)的確卻含義，由于各公司的習(xí)慣不同，所給出的最大I/O點數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時I/O總點數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊上給出的點數(shù)是輸入點數(shù)和輸出點數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點數(shù)和最大輸出點數(shù)。有的產(chǎn)品模擬量I/O點數(shù)要占數(shù)字量I/O點數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨立給出且互相并無