【正文】 F/h500 6001000基于這一現(xiàn)實(shí)為了加速振興我國(guó)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(jí)精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實(shí)施(3)加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來(lái)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(duì)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(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu)、和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。 、1410r/min的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它主要用于工作臺(tái)縱向、橫向和垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速傳動(dòng)。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(jiǎn)稱PLC)，是1種數(shù)字運(yùn)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(guó)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(jì)的。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無(wú)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(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上策1臺(tái)PLC，并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用，獲得成功。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺(tái)PLC。中國(guó)從1974年開(kāi)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(shí)期。其主要功能限于邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器。在這個(gè)時(shí)期，由于8位單片CPU和集成存儲(chǔ)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(shí)用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)運(yùn)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(yǔ)言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。 PLC在中國(guó)的發(fā)展在中國(guó)，大約從1974年、1975年在北京和上海開(kāi)始開(kāi)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(kāi)放剛起步的1979年，在當(dāng)時(shí)的機(jī)械部?jī)x表局的推動(dòng)下，開(kāi)始從美國(guó)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(dòng)了PLC在我國(guó)工業(yè)的大規(guī)模運(yùn)用。自1985年開(kāi)始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開(kāi)始大舉進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。且至今沒(méi)有很大改變。應(yīng)指出的是：在國(guó)內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的能力，可以說(shuō)與國(guó)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(shuō),PLC在中國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC611313的正式頒布，推動(dòng)了PLC在技術(shù)上發(fā)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jià)格比的不斷提高，一些過(guò)去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。1)開(kāi)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(kāi)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(yùn)動(dòng)控制模塊。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。3)閉環(huán)過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)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(chǔ)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(guò)程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)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(jì)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(shí)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(jì)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(gè)重要趨勢(shì)：①向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)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(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。該系統(tǒng)配置了GE／BASIC語(yǔ)言，向上能與上位計(jì)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(guò)下級(jí)PLC去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2)開(kāi)發(fā)各種智能模塊，增強(qiáng)過(guò)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(yùn)動(dòng)控制等，高速計(jì)數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語(yǔ)言組件等。某些PLC的過(guò)程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)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(yùn)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(jì)算機(jī)之間交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。如：雙機(jī)熱備、自動(dòng)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(cuò)時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)該輸出)、I/O三重表決(對(duì)I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取2臺(tái)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(shí)到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點(diǎn)：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(kāi)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)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(jià)比增長(zhǎng)很緩慢。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項(xiàng)打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來(lái)了，這項(xiàng)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(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開(kāi)放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國(guó)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(dú)立的器件及觸點(diǎn)以固定接線方式來(lái)實(shí)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(chǔ)在其內(nèi)部。因而增加了控制的靈活性和通用性。存儲(chǔ)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(wèn)題的一步步操作,用命令的形式——即一條條指令保存起來(lái)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對(duì)用戶程序作編譯處理。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。中央處理器簡(jiǎn)稱CPU,是PC的大腦。另外CPU還對(duì)其內(nèi)部工作進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),并協(xié)調(diào)PC各部分工作,如有差錯(cuò),它立即停止運(yùn)行。用戶設(shè)備需要輸入PC的各種控制信號(hào),如位置開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等,通過(guò)輸入部件將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。編程器是開(kāi)發(fā)、維護(hù)PC自動(dòng)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(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程采用循環(huán)掃描的工作方式。為了提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時(shí)接收外來(lái)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(gè)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(chǔ)器、CPU等部分的故障判斷?！睜顟B(tài)后停機(jī),并發(fā)出報(bào)警信號(hào)和顯示出錯(cuò)誤信號(hào)。（2）與編程器等通訊階段。（3）讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(chǔ)器的最低地址所存放的第一條程序指令開(kāi)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(hào)階段。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號(hào),把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過(guò)輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號(hào)變換成與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的電信號(hào)輸出,驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)作一一對(duì)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(dòng)化的領(lǐng)先技術(shù)。（2）閉環(huán)過(guò)程控制早期的PLC只具有簡(jiǎn)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(guò)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(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）組成一體，實(shí)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(jí)分布式控制系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外正在興起工廠自動(dòng)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(jí)分布式控制系統(tǒng)，并開(kāi)始逐步向制造自動(dòng)化通信協(xié)議MAP靠攏。 可編程序控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信確定了PLC的型號(hào)，還要考慮到PLC為計(jì)算機(jī)通信的問(wèn)題。在工程自動(dòng)化中，計(jì)算機(jī)的通信功能作為各級(jí)之間接口是十分必要的。對(duì)于控制，可編程序控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備都極為方便，對(duì)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(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)之間的通信一般是通過(guò)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(yùn)用RS－485和RS－232C通信，容易配置一個(gè)與計(jì)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(kāi)發(fā)了與計(jì)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(jì)中的銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)數(shù)。根據(jù)控制的復(fù)雜程度選定存儲(chǔ)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(jì)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(rùn)滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。銑床工作流程見(jiàn)圖2，PLC控制系統(tǒng)框圖見(jiàn)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(gè)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(yáng)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(kāi)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(guò)程，以及其自身的特點(diǎn)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(gè)方面來(lái)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(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)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(shí)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(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)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(jì)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(shí)首要考慮的問(wèn)題?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應(yīng)包括處理器的個(gè)數(shù)，根據(jù)處理器的個(gè)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(chǔ)器的性能，存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲(chǔ)器的性能主要是可供用戶使用的存儲(chǔ)器能力。存儲(chǔ)器的容量選擇在下一點(diǎn)將單獨(dú)提出，存儲(chǔ)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(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的能力，這一性能實(shí)際上也體現(xiàn)了軟件功能。對(duì)于計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)范圍?？傊?，CPU的能力是一種綜合的性能指標(biāo)，而且要根據(jù)實(shí)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(shí)必須注意一下問(wèn)題：產(chǎn)品手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)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(diǎn)數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時(shí)I/O總點(diǎn)數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊(cè)上給出的點(diǎn)數(shù)是輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點(diǎn)數(shù)和最大輸出點(diǎn)數(shù)。有的產(chǎn)品模擬量I/O點(diǎn)數(shù)要占數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨(dú)立給出且互相并無(wú)