加工中心刀具库选择PLC控制系统设计.doc

序号（学号）：湖北理工学院课程设计说明书课程名称可编程控制器课程设计教学院机电工程学院专 业机械制造与自动化班 级姓 名指导教师 2015年6月11日前 言可编程控制器（Programmable logic controller）是一种数字式运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。本设计采用PLC对刀具库系统的自动控制，自动换刀装置在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的PLC设定刀号，使刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在PLC上，一经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上PLC始终记忆着它的踪迹。简化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善的自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。应用表明，PLC的简洁、快捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。目录前言课程设计任务书第一章 PLC基本介绍.11.1 PLC介绍.11.2 PLC的工作原理.11.3 PLC的选型及依据.11.4 FX系列型号命名方法与输入输出技术指标.11.5 FX系列PLC的特点.2第二章 课程设计任务 .32.1 课程设计的目的 .32.2 课程设计内容 .3第三章 总体设计思路、实现方案及设计内容.53.1 设计思路及方案 53.2 设计内容.63.3 I/0分置.63.4 设计流程图.73.5 连线图.73.6 梯形图.73.7 指令表.83.8 系统调试结果及分析.83.9 设计的优点与缺点 .8第四章 设计小结.9参考文献.10.第一章 PLC基本介绍1.1 PLC介绍可编程控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。1.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期有输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。1.3 PLC的选型及依据根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性价比较好的PLC机型。本次选择三菱PLC FX2N一般梯形图和指令表是PLC最常用的编程语言。目前 ，PLC编程基本上都在计算机上完成，梯形图以其直观、编程容易而成为主要编程语言，编制完成的梯形图程序可直接输入PLC进行调试，用户无需写出指令表。但若用手持编程器编程时，要输入指令表语句。三菱系列常用可选型号表1型号I/O点数用户程序步数功能指令通信功能FX0S10-30800步EEPROM50无FX0N24-1282K步EEPROM55较强FX2N16-256内附8K步RAM298强1.4 FX系列型号命名方法与输入输出技术指标FX系列PLC型号名称的含义如下：FX 子系列名称，例如1S、1N、2N等输入、输出的总点数单元类型：M为基本单元，E为输入、输出混合扩展单元与扩展模块，为输入专用扩展模块，为输出专用模块。输出形式：为继电器输出，为晶体管输出，为双向晶闸管输出。电源和输入、输出类型等特性。为DC直流电源; A为AC交流电源。1.5 FX系列PLC的特点1、 体积极小的微型PLCFX系列PLC的底部尺寸仅相当于一张卡片大小，很适合在机电一体化产品中使用。内置的DC 24V电源可作输入电路的电源和传感器的电源。2、 美观的外部结构 三菱公司的FX系列PLC的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。3、 提供多个子系列供用户选用 FX1S、FX1N、FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别。不同的系统可以选用不同的子系列，避免了功能的浪费，使用户能用最小的投资来满足系统的要求。4、 灵活多变的系统配置 FX系列PLC的系统配置灵活，用户除了可以选用不同的子系列外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同的I/O点和不同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性价比。5、 功能强，使用方便 FX系列的体积虽小，却具有很强的功能，它内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。FX系列的基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。第二章 课程设计任务2.1 课程设计目的本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对PLC理论知识的理解；培养学生运用所学PLC知识和技能，配合相关技术资料的查询，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。2.2 课程设计内容加工中心刀具库选择PLC控制系统设计A、控制要求：1系统工作受开关控制：启动开关 ON 则系统工作；启动开关 OFF 则系统停止工作。2系统应具备下列几项控制功能:1）按下刀具选择按钮，控制开始，PLC记录当前刀号A，等待请求。2）按请求信号，PLC记录请求刀号B。3）刀具盘按照离请求刀具号最近的方向转动，到位符合后，显示符合指示。4）机械手刀开始换刀，显示换刀指示闪烁。5S后结束。5）记录并显示当前刀具号等待请求。6）换刀过程中，其它请求信号均视为无效。3系统提供的输入控制信号:SIN1 一号刀位SIN2 二号刀位SIN3 三号刀位SIN4 四号刀位SIN5 五号刀位SIN6 六号刀位P01 一号刀具选择按钮P02 二号刀具选择按钮P03 三号刀具选择按钮P04 四号刀具选择按钮P05 五号刀具选择按钮P06 六号刀具选择按钮4系统需要输出的开关控制信号：A LED 七段显示器 a 段发光二极管B LED 七段显示器 b 段发光二极管C LED 七段显示器 c 段发光二极管D LED 七段显示器 d 段发光二极管E LED 七段显示器 e 段发光二极管F LED 七段显示器 f 段发光二极管G LED 七段显示器 g 段发光二极管L0 刀具刀位指示灯L1 刀具转换指示灯启/停控制信号顺/逆转动信号B、课题要求：1按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。2完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3. 完成课程设计说明书。第三章 总体设计思路、实现方案及设计内容3.1 设计思路、实现方案在利用PLC构成应用系统时，首先要明确对控制对象的要求，然后根据实际需要确定控制系统类型、系统的运行方式和被控对象的控制要求，确定必须完成的动作及完成的顺序，归纳出工作循环和状态流程图。1、被控对象的控制要求 该设计在圆盘旋转控制区完成，圆盘模拟数控加工中心刀具库，刀具库上有6个位置，表示能存放6把刀具，编号为1-6。圆盘能正、反向旋转，当数码盘拨出所需刀具数字编号时，按下启动按扭，即可将码盘数据输入，同时圆盘按就近方向旋转，转到所需的刀具当前存放位置正下方出口处停下。要求动作执行是以就近旋转取出刀具为目的。2、PLC控制系统类型 PLC控制系统选择的基本原则如下：（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。（2）保证人身与设备安全的设计永远都是第一位，在保证控制系统安全、可靠的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，满足控制要求，同时要注意硬件的安全保护。（3）考虑到生产的发展，工艺的改进及系统的扩充，在选择可编程控制器的CPU模板及I/O模板时，应适当留有余量。（4）设计调试点以便于调试，采用模块化设计，尽量减少程序量，并全面的注释，便于维修。根据工艺生产要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。并结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。 由PLC构成的控制系统有四种：由PLC构成的单机控制系统、由PLC构成的集中控制系统、由PLC构成的分布式控制系统、用PLC构成远程I/O控制系统。3、系统的运行方式 PLC控制系统有三种运行方式，即手动、半自动和自动。4、分配PLC的I/O点（端子），设计PLC的实际接线图。5、根据系统设计的要求，用相应的编程语言和程序设计法进行PLC应用程序设计。 确定要完成的动作及完成的顺序根据要完成的动作及顺序设计工作循环及状态流程图。设计顺序功能图和梯形图。6、利用软件进行调试运行。3.2 设计内容此次刀具库换刀分三种情况考虑：假设机械手一直在1号位。1）、调取当前当刀号。机械手在1号刀位（X1闭合），D0K1，系统调取当前刀位的（X10闭合），D1=K1，两个值相比较，D0=D1，此时，到位指示灯直接亮起，接着换刀成 功指示闪烁，表示换刀完成。2）、调取2-4号刀，机械手在1号刀位（X1闭合），D0K1，系统调取当2号位的刀（X11闭合），D1=K2，两个值相比较，D0D1，此时，D0要先加K6再减D1，（较小数减较大数计算较复杂，所以采用先加上最大数再减）D10再和K3比较，D10K3，M10/M11动作，刀盘逆转。3）、调取5、6号刀，机械手在1号刀位（X1闭合），D0K1，系统调取当5号位的刀（X14闭合），D1=K5，两个值相比较，D0D1，此时，D0要先加K6再减D1，（较小数减较大数计算较复杂，所以采用先加上最大数再减）D10再和K3比较， D10K3，M12动作，刀盘顺转。3.3 I/O分配 本实验加工中心刀具库选择PLC控制系统使用输入口12个，输出口11个，具体为：输入地址：SIN1X1SIN2X2SIN3X3SIN4X4SIN5 X5 SIN6 X6PO1X11PO2 X12PO3X13PO4 X14PO5X15 PO6 X16输出地址：符合Y0 换刀Y1启动Y2 顺/逆Y3 输出数码管地址： A段 Y10 B段 Y11 C段 Y12 D段 Y13 E段 Y14 F段 Y15 G段 Y163.4 设计流程图见图纸3.5 硬件接线图X1X2X3X4X5X6X11X12X13X14X15X16 COM0COM5三菱PLC FX2N-40 COMY0Y1Y2Y3Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16七段数码管图示 A B A-Y10 B-Y11 F C-Y12 D-Y13 G E-Y14 F-Y15 E C G-Y16 D3.6 梯形图见图纸3.7 指令表见图纸3.8 系统调试结果及分析1、调试步骤：错误！未找到引用源。 打开PLC-2型实验台电源，编程器与PLC连接。错误！未找到引用源。 根据所设计的梯形图编制输入程序，并检查是否正确。错误！未找到引用源。 按表5接线图接线，实验台与PLC-DOME005连接，检查连线是否正确。错误！未找到引用源。 按下刀具选择按钮，观察运行结果。2、调试结果加工中心刀具库选择控制演示板结构如下图所示。图中SIN1SIN6是六个刀具到位信号开关，PO1PO6是六个刀具请求信号按钮。L1、L2是“符合”“换刀”指示灯。演示板下面有一个步进电机极其控制电路。“启动”“顺/逆”是PLC给电机的两个控制信号。 加工中心刀具库选择控制演示板结构图3.9 设计优点与缺点 优点：用简单的PLC 程序完成了复杂的刀具库换刀的过程，并借助七段数码管显示出当前刀号和请求刀号，满足了设计要求，设计过程思路清晰，简单明了。 缺点：程序存在不完美的地方，调试过程中容易出现问题，仍需改进。第四章 设计小结 这是一次将理论与实际很好结合的实践活动，这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。课堂上即便老师认真负责费尽苦心让我们学习，在没有用到实际的时候我相信即便在想好好学的人也没有办法对其有实质性的认知。因而在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，当我们把自己设计出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能够解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。