〔大学论文〕自动化组合机床的PLC控制系统设计〔含word文档〕.pdf

1 设计项目名称设计项目名称自动化组合机床的 plc 控制系统设计自动化组合机床的 plc 控制系统设计 2 abstract this article introduced that the plc control system design of automatic combined machine tool, this system has a high degree of automation and precision, and also be widely used in industrial production and other fields. the traditional combined machine tool uses the relays generally, the precision is low, the reliability is not high, did not meet the social development need. along with the plc control technologys rapidly expand, as the core combined machine tool has highlighted its superiority take plc. this paper first introduced that plc and the history and development of the combined machine tools, and emphatically expounds the structure, movement and the control mode of combined machine tools, then the composition of plc is analyzed, besides these, the general arrangement of plc control system and the presentation of program are also given an overview, then we confirm plcs type, distribute i/o address and external wiring. according to the related content we draw sequential function chart and use fxgpwin software to draw plc ladder diagram. at the end of the article we also introduced fault diagnosis and exclusion of plc control system and further summary fo the article. 【key words】: plc 、mitsubishi fx series、combined machine tools 3 摘要 本文介绍自动化组合机床的 plc 控制系统设计，该系统具有自动化程度高，精度高 等特点，在工业生产等领域有广泛应用。传统的组合机床采用继电器，精度低，可靠性 不高，已不适合社会发展需要。随着 plc 控制技术的迅速发展，以 plc 为核心的组合机 床控制系统已凸显出其优势。 本文首先介绍 plc 和组合机床的历史与发展，并论述了组合机床的运动形式以及控 制方式，接着对 plc 控制系统的总体设计和程序的表达方式做了概述，然后确定 plc 型 号、分配 i/o 地址和外部配线，接着根据相关内容画出顺序功能图并利用 fxgpwin 软件 画出 plc 梯形图。在文章的最后还介绍了 plc 控制系统的故障诊断和排除以及对论文的 进一步总结。 【关键字】plc，三菱 fx 系列，组合机床 4 目录 abstract1 摘 要. 2 第 1 章概述. 4 1.1 机械自动化发展史 4 1.2 自动化组合机床的特点及应用 6. 第 2 章自动化组合机床的硬件 8 2.1 课题要求 8 2.2 确定输入设备与输出设备 10 2.3i/o 点分配. 11 2.4plc 类型选择 12 2.5plc外围硬件电路图 15 第 3 章自动化组合机床的 plc控制系统软件 16 3.1 根据系统的控制要求设计程序. 16 5 3.2模拟调试及优化. 21 3.3联机调试. 23 第 4 章plc控制系统故障诊断与排除 25 心得体会. 28 致谢. 29 参考文献. 30 附录 1操作说明书 31 附录 2plc 外围硬件电路图 32 附录 3plc 外部接线图. 34附录 4梯形 图 36 第 1 章概述 1.1机械自动化发展史 自动化技术是本世纪以来发展机迅速和影响极大的科学技术之一。现代自动化技术是 一种完全新型的生产力，是直接创造社会财富的主要手段之一，对人类的生产活动和物 质文明起着极大的推动作用。 机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生 产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动 化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的动速度。机械自动化技术的 应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的制造业的发展，而且对国民经济各部 6 门的技术进步有很大的直接影响。 1、机械自动化技术 机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当 机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动 化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全 盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。 机械自动化技术从本世纪 20 年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展 应用，60 年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能 力，开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系 统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析 判断自动地实现预期的操作或某种过程，并能够自动地从制造一种零件转换到制造另一 种不同的零件。 7080 年代国际上出现了开始采用计算机集成制造系统 cims(computer integrated manufacturing），柔性自动化生产模式也有这种情况。初期犆犐犕犛以信息集成为重点， 以较高的自动化程度为特征，但在实现过程中遇到了困难。鉴于实现计算机集成制造系 统的全盘自动化所需的巨额投入（一个全盘自动化工厂耗资数百亿美元，柔性制造系统 一般价格为 6002500 万美元），所承担的巨大风险，加之技术上的难度与可靠性等问 题，世界工业发达国家已开始“碰壁转产”，转而注重信息集成的效果，追求低成本自动化 lca(low cost automation）的企业组织结构和运行方式。目前，世界各国的机械自动化 水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也 不例外，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。 实现我 国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。应该发展工艺成熟的大批量生 产的自动化技术。大批量生产的产品品种单一，结构稳定，产量很大，具有连续流水作 业和综合机械化的良好条件。应发展生产效率高和技术经济效果良好的生产自动线，并 在自动线的基础上按先进的工艺方案建立综合自动化车间和全盘自动化工厂。组合机床 7 自动线和专用机床自动线成本低，应优先发展。我国现阶段，在产品数量较大的同类产 品连续流水作业的切削加工生产中，自动化设备仍然是半自动机床、自动机床、组合机 床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。 2、发展机械自动化技术 发展机械自动化技术，应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。 只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产，才能收到良好的技术经济效 益和社会经济效益。7080 年代初期，我国发展数控机床缺乏明确的战略思想，究竟解 决我国制造技术中哪些主要技术问题，似乎并不十分明确，带有浓厚的就技术论技术色 彩，偏重速度，忽视效益，造成了不少数控机床只出样品、展品，不能提供商品，用于 生产实际。70 年代中期研制成功的数控机床，除数控非圆插齿机、数控劈锥铣床等能提 供商品用于生产外，相当多的数控机床未能正常提供商品，甚至有的数控机床最终还是 报废。80 年代后期乃至“八五”计划期间，我国数控机床自动化技术发展是快速的，但却 是在曲折中前进。造成这种状况的原因是多方面的，但主要是在发展策略上有失误：主 机攻关有背当时国内的主要市场，没有适应生产需要发展数控机床自动化技术，结果是 数控机床品种虽不少，而结构性能重复的较多，影响了自动化数控机床的实际应用。在 已有的数控机床中，能正常使用、不能正常使用和不能使用的各占三分之一。而正常和 稳定运行的数控机床的利用率也很低。我国的铸造造型线品种不少，引进的多达一百几 十条，从紧实原理、pc 机控制到布线方式都是先进的，可以说当今世界上几乎所有的各 类先进造型线都引进了，但能在生产中长期服役的生产线很少，相当数量的引进造型线 长期闲置，没有发挥实效。 3、自动化技术 发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可 以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。90 年代美国麻省理工 学院提出的精节生产 lp(lean production)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具 体表现。 8 我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原 有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入 plc 技术，充分发挥计 算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先 导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投 资少、见效快、效益高、机械自动化技术发展应用新途径。 应用微电子技术改造已有通用设备，花钱少，见效快，是加速传统设备现代自动化 改造步伐，提高企业自动化技术水准的一条捷径。用数显、数控装置改造通用设备，提 高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及其自动设 备与半自动设备组成的生产线，把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电 器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，实现全生产线自动化作业。 1.2组合机床的发展特点及应用 组合机床是对某种特定工作进行特定加工的一种高效的自动化专用加工设备。这类 机床大都具有自动工作循环，并能同时用十几把，几十吧刀具进行加工。组合机床都由 通用部件和一些专用部件组成，它的控制系统大多采用机械，液压，电气相结合的控制 方式。 在我国，组合机床发展已有 28 年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也 已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和 高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度 较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用 于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床 自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型 箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻 孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣 9 削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、 双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等。 随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青 睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序 控制器（plc）、数字控制（nc）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活 适应多品种加工的可调可变的组合机床。由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发 展，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。 可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境应用而设计，有较强的抗干 扰能力。plc 即可编程逻辑控制器，是工业控制的核心部分。它采用了可变程序的存储 器，在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并通过 数字式或模拟的输入和输出，控制各类型的生产过程。可编程控制器及其相关外围设备 都按易于与工业系统联成一体，易于扩充其功能的原则设计。 随着可编程控制器在工控领域的广泛应用，plc 控制的组合机床渐渐取代了采用继 电器控制的组合机床。本文主要介绍了基于自动化组合机床的 plc 控制系统设计。 第 2 章自动化组合机床的硬件 2.1课题要求 2.1.1 主回路 这台组合机床是由主电动机、液压动力头、机床的主电路由三台三相交流异步电动机 及、及其附属电气元件组成，由于各电动机容量不大，可采用直接起动控制。主电路图如 图 2-1 所示。 10 图 2-1 1、 m1 主电动机用来控制工件的进退。只需单方向起动，要求有短路及过载保护。 2、m2 液压泵电动机用来提供液压。也只需单方向起动，要求有短路及过载保护。液 压动力头和液压回转台，是用来加工某轮轱工件上 12 孔的。立式动力到头上装有 36 把 刀具，共有四个工位，第一工位为装卸工件用，第二、三、四工位分别是钻孔、扩孔和 铰孔的工序位，工位布置如图 2-2 所示。 3、m3 冷却泵功率较小，单方向运转，要求有短路及过载保护。 4、m1 和 m2 可以同时起停，也可单独起停。 5、要求在动力头工作时，即 m2 起动后，m3 才接通，但也可以随时调整。 2.1.2工作循环 1、液动回转台原理图 2-3 及工作控制要求 11 图 2-2图 2-3 2、2、液压动力头原理图 2-4 及控制要求 12 回转台压紧后动力刀头快进动力刀头工进加工完成快退完成一次加工。 图 2-4 2.2确定输入设备与输出设备 根据系统的要求和性质，确定系统所需的输入设备如表 2-1 所示，输出设备如表 2-2 所示 输入设备器件名称启动/停止按钮限位开关压力继电器 数量881 输出设备器件名称交流接触器电磁铁隔离开关熔断器热继电器 数量310193 2.3i/o 点分配 13 根据系统的要求和性质，确定 plc 输入地址编号如表 2-4， plc 输出地址编号如表 2-5。 plc 输入地址编号 表 2-4 输入信号器件名称地址编号功能说明 sb1m1，m2启动按钮x0启动按钮 sb2m1，m2停止按钮x1停止按钮 sb3m1启动按钮x2启动按钮 sb4m1停止按钮x3停止按钮 sb5m2启动按钮x4启动按钮 sb6m2停止按钮x5停止按钮 sb7m3启动按钮x6启动按钮 sb8m3停止按钮x7停止按钮 st5限位开关 5x10抬起到位 st6限位开关 6x11快转限位 st7限位开关 7x12到达下一工位 kp压力继电器x13反靠到位 st8限位开关 8x14离合到位 st9限位开关 9x15复位到位 st3限位开关 3x16工进限位 st4限位开关 4x17快退限位 st1限位开关 1x20刀头停止限位 plc 输出地址编号 表 2-5 输出信号器件名称地址号功能说明 km1km1 接触器y0主轴电动机 14 km2km2 接触器y1液压泵电动机 km3km3 接触器y2冷却泵电动机 yv5电磁阀y3转台微抬 yv7电磁阀y4转台回转 yv9电磁阀y5转台低速回转 yv8电磁阀y6转台反靠 yv6电磁阀y7压紧转台 yv10电磁阀y10转台停转离合 yv8电磁阀y11转台复位 yv3电磁阀y12快进 yv1电磁阀y13工进 yv2电磁阀y14快退 2.4plc类型选择 系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中 plc 的选型至 关重要。选择 plc，主要是确定 plc 的生产厂家和 plc 的具体型号。对于系统方案要求 有分布式系统、远程 i/o 系统，还需要考虑网络化通讯的要求。具体的选择内容有以下几 个方面： 2.2.1plc控制系统工作环境要求 1、温度温度plc 要求环境温度在 055c。安装时不能放在发热量大的元件下面，四周 通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔，开关柜上、 下部应有通风百叶窗，防止太阳光直接照射；如果环境温度超过 55c，要安装电风扇强 迫通风。 2、 湿度湿度 为了保证 plc 的绝缘性能，空气相对湿度应小于 85%（无凝露）。 3 、震动震动应使 plc 远离剧烈的振动源，防止震动频率为 1055hz 的频率或连续震 15 动。当使用环境不可避免震动时，必须采用减震措施，如采用减震胶等。 4、 空气空气避免有腐蚀和易燃气体，例如氯化氢、硫化氢等。对空气中有较多粉尘或 腐蚀性气体的环境，可将 plc 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化 装置。 5 、电源电源fx 系列 plc 有 24v 直流输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电 开关、接近开关等）提供 24v 直流电源。当输入端使用外接电源时，应选用直流稳压电 源，因为普通的整流滤波电源，由于波纹的影响，容易使 plc 接受错误的信息。 2.2.2plc 生产厂家的选择 确定 plc 的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家plc 的 熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从 plc 本身的可 靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。 一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的 plc 产品， 相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式 控制系统、远程 i/o系统，欧美生产的 plc在网络通讯功能上更有优势。 由于本控制系统设计的内容相对较为简单，故选用三菱 plc。 2.2.3输入输出(i/0)点数的估算 plc 的输入/输出点数是 plc 的基本参数之一。i/o 点数的确定应以控制设备所需的 所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，plc 的 i/o 点应该有适当的余量。通 常根据统计的输入输出点数，再增加 1020的可扩展余量后，作为输入输出点数估 算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 plc 的产品特点，对输入输出点数进行调整。 2.2.4plc 存储器容量的估算 存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种 plc 的存储 器容量大小可以从该 plc 的基本参数表中找到，例如：西门子的 s7-314 plc 的用户程序 存储容量为 64kb，s7-315-2dp plc 的用户程序存储容量为 128kb。程序容量是存储器 16 中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段，由 于用户应用程序还未编制，因此，需要对程序容量进行估算。 估算程序容量，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 i/o 点数的 1015 倍，加上模拟 i/o 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字)，另外再 按此数的 25考虑余量。 2.2.5plc机型的选择 一般来说，plc 在可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑在功能上满足系 统的要求。要对控制对象进行估测：有多少输入量、电压分别是多少、有多少输出量、 输出功率有多大、现场对系统的响应速度有何要求、控制室与现场的距离有多远等。 plc 的类型：plc 按结构分为整体型和模块型两类；整体型 plc 的 i/0点数较少且相 对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。这一类 plc 的代表有：西 门子公司的 s7-200 系列、三菱公司的 fx系列、欧姆龙公司的 cpm1a 系列等。 模块型 plc 提供多种 i/o 模块可以在 plc 基板上插接，方便用户根据需要合理地选 择和配置控制系统的 i/o 点数。因此，模块型 plc 的配置比较灵活，一般用于大中型控 制系统。例如西门子公司的 s7-300 系列和 s7-400 系列、三菱公司的 q 系列、欧姆龙公司 的 cvm1系列等。 综合以上初步选定 fx2n机型，再根据下表和 i/o 输入输出点数，选定 fx2n-48mr- 001 型 plc fx2n系列的基本单元 表 2-3 17 型号输入 点数 输出 点数 扩展模块可用点数 继电器输出晶闸管输出晶体管输出 fx2n-16mr-001fx2n-16msfx2n-16mt882432 fx2n-32mr-001fx2n-32msfx2n-32mt16162432 fx2n-48mr-001fx2n-48msfx2n-48mt24244864 fx2n-64mr-001fx2n-64msfx2n-64mt32324864 fx2n-80mr-001fx2n-80msfx2n-80mt40404864 2.5plc 外围硬件电路图 2.4.1电路主回路图 根据自动化组合机床的工艺流程，控制要求及程序设计，即可设计出该自动化组合 机床的 plc 控制系统电路主回路图。 见附录 1 2.4.2plc外部接线图 根据输入/输出点分配，画出 plc 的外部接线图 见附录 2 第 3 章自动化组合机床的 plc控制系统软件 18 3.1根据系统的控制要求设计程序 3.1.1概述 梯形图和指令语言是 plc 的主要编程软件。 可编程控制器的内部编程等效元件是程序设计的重要基础概念。不同厂家、不同系 列的 plc，其内部软继电器（编程元件）的功能和编号也不同。fx2n列的 plc 的等效编 程元件包括输入继电器 x、输出继电器 y、定时器 t、计数器 c、辅助继电器 m、状态继 电器 s、数据寄存器 d、变址寄存器 v/z、指针、常数等。 3.1.2编程语言的形式 plc 的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过 plc 编程语言的编制 设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（iec1131-3）。plc 的编程 语言包括以下五种：梯形图语言（ld）、指令表语言（il）、功能模块图语言 （fbd）、顺序功能流程图语言（sfc）及结构化文本语言（st）。 1、梯形图语言（ld） 梯形图语言是 plc 程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程 语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的 欢迎和应用。 梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有 继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。 2、指令表语言（il） 指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码 和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用 plc 手持编程器对用户程序进行编制。 同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在 plc 编程软件下可以相互转 换。 指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌 19 握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程 设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。 3、 顺序功能流程图语言（sfc） 顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流 程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配， 一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有 用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及 维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系 较复杂的场合。 顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清 楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了 用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺 陷；用户程序扫描时间也大大缩短。 3.1.3plc 控制的程序设计 1、 plc 程序的设计方法 （1）梯形图的经验设计法 在 plc 发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计比较简单的plc 的梯形 图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和 完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点， 最后才能得到一个较为满意的结果。 梯形图的经验设计法师目前使用比较广泛的一种设计方法，该方法的核心时候输出 线圈，这是因为 plc 的动作就是从线圈输出的（可以称为面向输出线圈的梯形图设计方 法）。 （2）梯形图的时序设计法 对于输出的变化完全是按时间书序动作的系统，可以用多个计时器的“接力赛”来实现 20 其功能，此法称之为时序设计法。它有规律可循，基本步骤为，1.了解控制要求。2.设置 定时器。3.根据时序图设计输出继电器的表达式。4.设计梯形图。 （3）梯形图的状态编程法 状态编程法也叫功能表图法，是程序编制的重要方法及工具。fx2n系列可编程控制 器的步进顺控指令及大量的状态软元件就是为状态编程法安排的。 状态转移图(sfc)是状态编程的重要工具，包含了状态编程的全部要素。进行状态编 程时，一般先绘出状态转移图，再转换成状态梯形图（stl）或指令表。 2顺序功能图的组成 顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形, 也是设计 plc 的顺 序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术, 它是一种通 用的技术语言, 可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用 （1）步 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶 段, 这些阶段称为步, 并用编程元件(例如辅助继电器 m) 来代表各步。步是根据输出量的 状态变化来划分的, 在任何一步之内, 各输出量的 on/ off 状态不变, 但是相邻两步输出量 总的状态是不同的步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之 间有着极为简单的“与”逻辑关系。与系统的初始状态相对应的步称为初始步, 初始状态一 般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示, 每一个顺序功能图至 少应该有一个初始步。 （2）有向连线 在顺序功能图中, 随着时间的推移和转换条件的实现, 将会发生步的活动状态的进展, 这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时,将代表各步的方框按它 们成为活动步的先后次序顺序排列, 并用有向连线将它们连接起来。步活动状态习惯的进 展方向是从上到下或从左至右, 在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。 （3）转换条件 21 步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。使系统由当前步进入下一步的信号 称为转换条件, 转换条件可能是外部输入信号, 也可能是 plc 内部定时器、计数器产生的, 转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件一般用 x 来表示，普通 的梯形图设计方法实际上是试图用输入信号 x直接控制输出信号 y。 （4）驱动处理 驱动处理指每一步对应的工作内容，也用方框表示，它直接与相应步的矩形框相 连。有的步根据需要可以不驱动任何负载，称之为等待步。 顺序控制设计法是用输入量 x 控制代表各步的编程元件(如辅助继电器 m) , 再用它们 控制输出量 y。步是根据输出量 y 的状态划分的, m 与 y 之间具有很简单的“与”逻辑关系, 输出电路的设计极为简单。 根据自动化组合机床的 plc 控制系统的要求，程序设计分为两部分，主回路采用经 验设计法，工作循环采用状态编程法。 梯形图见附录 3 程序指令表如下表 3-1 表 3-1 22 23 3.2模拟调试及优化 在实际应用中，要求在 plc 控制系统的调试时能模拟各种运行情况，检验程序设计 的正确性及完备性。仿真应用软件可将编程软件编制好的 plc 程序读入，然后根据用户 的各种输入，逐条地解释运行，模拟实际 fx2n 系列 plc 的运行情况。 输入一些原始的程序和参数，在“编辑器”与“仿真器”之间是“译码器”，其作用是将输 入的梯形图程序按照 plc 语言的内涵，正确进行译码，并将结果输出给“仿真器”。另外 程序在仿真运行过程中，还可随时通过多种描述方式来模拟和仿真运算的结果，即可实 现了可编程控制器(plc)的离线仿真。 3.2.1准备工作 首先打开离线仿真界面，选择 plc 的类型和设置相应的参数。接下来在程序输入窗 口，编辑好梯形图，注意定时器，计数器等参数的设置，将梯形图转换，然后加载到仿 真程序中执行。梯形图编辑窗口如下图 3-1 24 图3-1 3.2.2程序仿真 1、启动仿真程序。 2、根据系统所选的 plc 类型，选择合适的 cpu 类型（仿真软件不同类型的 cpu 支 持的指令略有不同）。 3、程序加载。打开加载梯形图程序窗口，从文件夹中，选择已写好的梯形图程序。 4、点击启动仿真按钮，启动仿真。 5、仿真启动后，启动状态观察窗口，便可以看到程序运行状态。 3.2.3仿真故障说明 1、启动仿真按钮后，在 plc 输入端输入信号 led 灯亮，输出端无信号输出 led 灯 灭，程序的输出地址发生错误，修改程序。 2、程序运行中，输入端无信号输入 led 灯灭。程序中的输入端位置输入错误，修改 程序。 3、程序执行完后，不能返回。返回信号发生错误，修改完好程序。 25 3.3联机调试及优化 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐 进，从 plc 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不 符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交 付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到 eprom中，以防程序丢失。 plc 控制系统程序的调试一般包括 i/o 端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试 步骤有利于加速总装调试的过程。 3.3.1i/o端子测试 用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对 plc 输入端子进行检查、验 证，plc 输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是 i/o点坏。 先编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有 plc 输出端子指示灯是否 全亮。plc 输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是 i/o点坏。 3.3.2系统调试 系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序 于 plc 中，运行 plc 进行调试。将 plc 与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个 plc 控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、i/o 连线等。在保证整个硬件连接正确 无误的情况下即可送电。 plc 控制单元的工作方式设置为“run”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问 题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足 够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下 几步进行: 1、对每一个现场信号和控制量做单独测试; 2、检查硬件/修改程序; 26 3、对现场信号和控制量做综合测试; 4、带设备调试; 5、调试结束。 3.3.3程序优化 plc 程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时 间，plc 编程必须遵循的原则如下。 1、重要输出量，不仅在 plc 内部互锁，建议在 plc 外部也进行硬件上的互锁，以 加强 plc 系统运行的安全性、可靠性。 2、plc 各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。 3、同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引 起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。 4、对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入 plc 输入端，或者通过 plc 编程来减少 i/o 点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止， 就可以采用二分频来实现。 27 第 4 章plc控制系统的故障诊断与排除 plc 是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较 低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很 多种。 故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快 恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保 护措施力争使故障的停机时间最短，故障的产生的损失最小。 4.1.1故障查找 plc 有很强的自诊断能力，当 plc自身故障或外围设备故障，都可用 plc 上具有 的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。 1、总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障。 2、电源故障检查 电源灯不亮需对供电系统进行检查。 3、运行故障检查 电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。 4、输入输出故障检查 输入输出是 plc与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入 输出单元 有关外，还与联接配线，接线端子，保险管等元件状态有关。 5、外部环境的检查 影响 plc 工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。 4.1.2故障的处理 1、cpu装置、i/o 扩展装置故障处理 序号异常现象可能原因处理 28 1powerled 灯不亮1.电压切换端子设定不良正确设定切换装置 2.保险熔断更换保险管 2runled 灯不亮1.程序错误修改程序 2.电源线路不良更换 cpu单元 3.i/o单元号重复修改 i/o单元号 4.远程 i/o电源关，无终端接通电源 2、输入单元故障处理 序号异常现象可能原因处理 1也 输 入 全 部 不 接 通 （动作指示灯灭） 1.未加外部输入电源供电 2.外部输入电压低加额定电源电压 3.端子螺钉松动拧紧 4.端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。 更换端子板联接器 2输入全部断开（动作 指示灯也灭） 输入回路不良更换单元 3输入全部不关断输入回路不良更换单元 4特定继电器编号的输 入不接通 1.输入器件不良更换输入器件 2.输入配线断线检查输入配线 3.端子螺钉松弛拧紧 4.端子板联接器接触不良打把端子板充分插入、锁 紧。更换端子板联接器 5.外部输入接触时间短调整输入器件 6.输入回路不良更换单元 7.程序的 out 指令中用 了输入继电器编号 修改程序 5输 入 动 作 指 示 灯 亮 （动作正常） led 坏更换单元 29 3、输出单元故障处理 序号异常现象可能原因处理 1输出全部不接通1.未加负载电源加电源 2.负载电源电压低使电源电压为额定值 3.端子螺钉松动拧紧 4.端子板联接器接触不良端子板补充插入、锁紧。 更换端子板联接器 5.保险管熔断更换保险管 6.i/o总线接触不良更换单元 7.输出回路不良更换单元 2输出全部不关断输出回路不良更换单元 3特定继电器编号的输 出不接通（动作指示 灯灭） 1.输出接通时间短更换单元 2.程序中指令的继电器编 号重复 修改程序 3.输出回路不良更换单元 4特定继电器编号的输 出不接通（动作指示 灯亮） 1.输出器件不良更换输出器件 2.输出配线断线检查输出线 3.端子螺钉松动拧紧 4.端子联接接触不良端子充分插入、拧紧。 5.继电器输出不良更换继电器 6.输出回路不良更换单元 5输出正常指示灯不良led坏更换单元 30 心得体会 经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只 是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片 面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通 过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前 老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才 明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高 自己的知识和综合素质 从未做过课题设计的我，面对这个设计，不知道如何入手，经过向老师请教和查阅 资料，最后终于做完了有种成就感。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实 现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有 到真正会用的时候才是真的学会了。 而且边学