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双面 钻孔 组合 机床 控制 设计

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双面钻孔组合机床目录自己添加摘要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，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，以及铣削平面和成形面等。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。 本文对可编程序控制器（PLC）应用于双面钻孔组合机床电气控制系统的设计思想作了介绍。对系统的硬件组成和软件设计作了较为详细的阐述。关键词：可编程控制器（PLC）,组合机床,步进梯形指令(STL)，动力滑台。Abstract Combination machine tools and automatic line is a comprehensive collection and integration of high degree of automation in the manufacturing technology and process equipment packages. It is characterized by highly efficient, high quality, economical and practical, they have been widely used for mechanical engineering, communications, energy, industry, light industry, and home electrical appliances industry. Our traditional combination machine tools and machine tool portfolio automatically routes primarily use machines, electricity, gas, hydraulic control, and its processing is targeted at the production lot larger-and medium-bold type and Zhou Lei parts and complete drilling, reaming, cut Kong, the processing of thread, boring, cars carry noodles and protrude Taiwan in Conedera smooth-bore various shapes shafts and horizontal Xianxiao and shape face. As technology advances, a new portfolio of machine tools - soft combination machine tools increasingly been favored, it applied a line box, convertible main boxes, coding and cutlery accompanying jig automatic replacement, coupled with programmable controller (PLC), numerical control (NC), to arbitrarily change the work cycle control and drive systems, and the flexibility to adapt to the multi-species processing scale variable portfolio tools. This article mainly introduces the design thought of PLC applying for Modular Machine Tool electronic control system. It gives a detailed statement on the components of the system hardware and design of software.Key words: PLC； Modular Machine Tool；STL。目 录第一章 引 言1.1 课题背景 我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较上年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。 组合机床及其PLC电气控制系统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电气控制系统主要采用机、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。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。1.1.1 组合机床的国内外现状从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，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。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。1.1.2 PLC控制技术的国内外现状 可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.2 组合机床的概述 1.2.1 组合机床的概念 组合机床是由一些通用部件及少量的专用部件组成的高效自动化或半自动化的专用机床，可完成钻孔，扩孔，铰孔，镗孔，攻丝，车削，铣削，磨削等工艺，一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工。1.2.2双面钻孔组合机床的介绍组合机床的控制系统大多采用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。组合机床的控制线路的总体设计是由通用部件的典型控制线路和一些基本的环节组成。组合机床构成：通用部件、动力部件（动力头和滑台），支撑部件、（滑坐、床身、立柱），输送部件（回转台、机械手等零件和产品的输送装置）。动力头：能同时完成切削和进给运动的动力装置（部件）。动力滑台：只完成进给运动的动力装置（部件），有液压和机械两种结构形式。1.3 可编程序控制器及应用 1.3.1 可编程序控制器概述 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.3.2 可编程控制器的结构和工作方式从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC源于用计算机控制来取代继电接触器，所以PLC具有同通用计算机的相同之处，如具有相同基本结构和相同的指令执行原理。但是，两者的工作方式上确有着重要的区别，不同之处体现在PLC的CPU上采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新，I/O映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中个结果的状态。1.3.3 S7-200系列PLC指令系统 S7-200PLC的指令由助记符和操作符两部分组成。常用指令：1.LD/LDN指令2.A/AN指令3.O/ON指令4.输出指令5.NOT指令6.置位/复位指令7.NOP指令8.END指令。比较指令：1.字节比较指令2.整数比较指令3.双字整数比较指令4.实数比较指令5.比较指令应用实例。程序控制指令：1.JMP/LBL跳转指令2.FOR/NEXT循环指令3.CALL/CRET子程序指令。定时器指令，计数器指令。数据处理指令：1.传送指令和块传送指令2.算术运算指令。 第二章 系统设计的总体方案2.1机械动力滑台2.1.1机械动力滑台原理分析 图2-1图2-2构成：滑台、滑座、双驱动电动机（工进电动机M1 、快进电动机M2 ）功能：自动加工循环、工步图见上图1-1。顺序：为快进工进反向工进反向快退（如图2-2）2.1.2机械动力滑台主电路原理分析图2-3主电路： KM1、KM2用于工进电动机M1正、反转控制以及快进电动机M2的转动方向控制（与M1转动方向一致）。KM3用于控制快进电动机M2转动。2.1.3机械动力滑台控制电路原理分析图2-4主轴与滑台的顺序控制： 控制主轴电动机的KM4辅助常开触点，提供动力滑台控制电源。动力滑台自动循环控制按动SB1KM1线圈通电自锁KM3线圈通电快进电动机M2的断电抱闸制动电磁铁YB线圈通电松闸电动机M1、M2正转，滑台快进；压下SQ2KM3线圈断电 YB断电，快进电机M2抱闸制动，滑台工进； 压动SQ3KM1线圈断电， KM2线圈通电滑台反向工进， SQ2复位 KM3线圈通电，YB通电，M2反转，滑台快退；压下SQ1KM2、KM3线圈断电，M1、M2、YB断电抱闸制动，滑台停在原位。其他：SQ4用于正向限位保护，压动SQ4后，工作台可自动返回原位。SB2用于手动返回控制。2.2 液压动力滑台2.2.1液压动力滑台原理分析液压动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的通用动力部件。滑台由液压缸拖动工件作进给运动，根据被加工工件的要求实现不同的工作循环。液压动力滑台通过液压传动系统可方便地进行无级调速，且正反向平衡，冲击力小，便于频繁地换向工作。液压动力滑台是一种他驱式动力部件，由滑台、滑座和液压缸3部分组成，由于其自身不带液压泵、油箱等装置，需设专门的液压站及其配套装置，由电动机带动液压泵送出压力油，经电气、液压元件的控制，推动油缸中的活塞来带动工作台的运动。根据加工工艺要求，液压动力滑台可组成一次工作进给、二次工作进给、死挡铁停留、跳跃式进给、反向进给和分级进给等多种工作循环。2.2.2 液压动力滑台的电液控制及其控制电路1液压动力滑台液压传动系统中各液压元件的作用液压泵 (17) 该泵为限压式变量泵，随负载的变化而输出不同流量的油液,以适应快速运动和工作进给(慢速)的要求。液压缸 (8) 该液压缸为活塞杆固定的差动液压缸。活塞杆较粗，无杆腔与有杆腔的有效工作面积之比为2:1，使快速进给和快速退回的速度相等。电液换向阀 由三位五通液动换向阀(15)和三位五通电磁换向阀组成,用以控制液压缸的运动方向。调速阀(5和4) 这两个阀串联在进油路上，实现节流调速。由调速阀（4）控制工进速度(慢速),由调速阀(5)控制工进速度(更慢速),由二位二通阀 (6)控制两种工进速度的换接。行程阀(7) 用于控制快进和工进的速度换接。背压阀(1) 由于采用进口节流调速，液压缸运动的平稳性差，因此在回油路上设置背压阀，用以提高液压缸运动的平稳性。顺序阀 (2) 液压缸快进时，系统压力低，顺序阀 (2)关闭，使液压缸形成差动连接；在工进时，由于系统压力升高，顺序阀(2)打开，回油经背压阀(1)流回油箱。单向阀(3) 液压缸工进时，单向阀(3)将进油路与回油路隔开。单向阀(16) 除防止油液倒流，保护液压泵外，在该回路中，主要是使控制油路具有一定的压力，用以控制三通五位换向阀(14、15)的启动。压力继电器 (KP) 控制电液换向阀(14、15)，使液压缸快速退回。2液压动力滑台液压传动系统可完成的工作循环 液压动力滑台液压传动系统可完成的工作循环:快进工进工进死挡铁停留快退原位停止，见液压动力滑台液压传动系统工作循环图(下)。3工作原理分析 (1) 快进 (2) 一次工作进给 (3) 二次工作进给 (4) 死挡铁停留 (5) 快速退回 (6) 原位停止1- 背压阀 2-顺序阀 3、9、11、13、16-单向阀 5-调速阀 6-二位二通电磁阀 7-二位二通行程阀 8-液压缸 10、12-节流阀 14、15-三位五通换向阀 17-变量泵 图2-5 液压动力滑台二次进给液压传动系统(液压动力滑台液压传动系统工作循环图) (二次工作进给电气控制电路)图2-6 液压动力滑台二次进给工作循环图与电气控制电路表2-1液压动力滑台二次进给元件动作表注：“+”为得电，“-”为失电。表2-2 工作台纵向行程开关工作状态表2-3 工作台升降、横向行程开关工作状态2.2.3 带定位夹紧的一次进给系统控制电路 在组合机床中，往往要求几个执行机构按一定的工艺要求和顺序工作。如加工开始时，先将工件定位夹紧，而后开始加工，当加工结束退回原位时，自动拨销松开工件，实现整个加工过程的自动循环。1. 带定位夹紧的一次进给油路系统带定位夹紧的一次工作进给的液电控制工作情况:液压泵电动机起动后，液压泵打出高压油，液压部件尚未开始工作，滑台停在原位，SQ1处于被压下状态，卸荷电磁阀YV5得电，使液压泵打出的高压油经卸荷阀流回油箱。系统开始工作时，按下工作开始按钮SB2 (SB2为复合按钮)，其常开触头SB2(3-5)闭合，见动作过程分析。 工件夹紧后，油路压力逐渐升高，压力继电器 (KP2)工作，其常开触头KP2(3-9)闭合，发出信号，使电磁铁(YV1)得电，电磁换向阀(7)工作在左位，压力油经换向阀(7)左位打入液压缸的左腔，滑台快速进给。当挡铁压下行程阀时，调速阀接入油路，进油量减少，滑台转入工作进给。此时，电路工作状态不变。 加工至终点，死挡铁停留，滑台停止前进，压力继电器 (KP1)动作，其常开触头KP1(9-11)闭合，使KA2得电吸合，见动作过程分析(附)。当滑台退回至原位时，压下行程开关SQ1，其常闭触头SQ1(21-23)断开，使YV2失电，使换向阀2工作在中位，进油路被切断，滑台停在原位。SQ1的常开触头SQ1(3-25)闭合，使YV4得电，压力油打入夹紧液压缸左腔，进行拨销、松开，油路压力降低，KP2的常开触头KP2(3-9)断开，使KA2失电释放，其常开触头KA2(25-33)复位断开，使YV4失电。工件被松开后，压下SQ2，其常开触头SQ2(27-29)闭合，使卸荷电磁铁YV5得电，油路系统卸荷，加工循环结束。 卸荷电磁阀是液压泵的保护环节。当液压系统采用变量泵时，在各液压部件尚未工作、液压泵电动机又不停机的情况下，使液压泵打出的高压油有一条回油通道，保护液压泵不因过负荷而损坏。当液压系统投入工作后，必须使其立即停止卸荷，使压力油进入油路工作。 电路中调整开关SA1、SA2作为定位夹紧和滑台进给单独调整用。按钮SB2、SB4、SB3同时也作为滑台夹紧、松开和退回的调整用。附:动作分析1附:动作分析2附1:带定位夹紧一次进给油路系统图附2:工作循环示意图附3: 带定位夹紧的一次进给电气控制电路图 第三章 系统的控制方法及PLC控制程序的编写3.1组合机床组成系统分析图3-1机床构成：两个带主轴旋转的液压滑台（动力头）+ 液压固定夹具1.双面钻孔组合机床控制要求：在工件夹紧状态下，同时启动左、右动力滑台快进、完成工作循环，返回各自其出发位置停止。图3-2双面钻孔组合机床结构图3-3 循环工步图3.2组合机床电气控制原理图的绘制3.2.1组合机床液压系统原理分析液压系统用三个液压油缸分别用于左、右滑台进退及工件夹紧的控制。电磁铁YA1、YA2用于左滑台进给和后退，YA3、YA4用于右滑台进给和后退，YA5、YA6用于工件的夹紧与放松，压力继电器SP检测夹紧状态。图3-4双面钻孔组合机床液压系统图表3-1液压元件动作表3.2.2组合机床电气系统控制1.双面钻孔组合机床组合机床控制电路分析左右主轴和液压泵电动机控制主电路：KM1控制左主轴电动机转动。KM2控制右主轴电动机转动。KM3控制液压泵电动机控制电路： SA1、SA2、SA3为三台电动机的调整开关。三台电动机同时工作，SA1SA3为常态。 按动起动按钮，KM1KM3线圈同时通电自锁，电动机M1M3同时起动工作。图3-5液压动力滑台自动循环过程装上工件，按SB5 YA5线圈通电，夹工件夹紧后SP继电器动作松SB5、YA5线圈断电；（加指示） 按SB3（常开）KA5线圈通电KA1、KA3线圈通电自锁电磁铁线圈YA1、YA3线圈通电，左、右滑台快进； 分别压下各自的液压行程阀转为工进； 正向终点分别压下SQ3、SQ4KA1、KA3、 YA2、YA4线圈断电 KA2、KA4线圈通电自锁电磁换向阀YA2、YA4线圈分别通电左、右滑台快退； 退到原位压下SQ1、SQ2KA2、KA4线圈分别断电 YA2、YA4线圈断电，循环结束。其它：SA为点动选择开关，系统在工件未夹紧时点动调整；SB4用于滑台向后调整；按钮SA4、SA5用于左、右滑台进给选择开关。SB6用于工件放松。(左列SB3为常开触点)图3-63.2.3组合机床电气控制原理图的绘制图3-7双面钻孔组合机床的电气控制线路图 图3-7为双面钻孔组合机床电气控制电路。机床有“半自动”和“调整”两种工作循环，由转换开关SA进行选择。 准备工作:装上工件，合上电源开关QS，将电动机单独调整开关SA1、SA2、SA3置于其常开触头断开、常闭触头闭合。按下起动按钮SB2，接触器KM1、KM2、KM3得电吸合并自锁，其主触头闭合，电动机M1、M2、M3起动运转。(1) 工件夹紧 液压泵电动机起动后，按下按钮SB5发出工件夹紧信号，使电磁阀YV5得电，二位四通阀5右位工作，压力油经阀3、单向阀4进入夹紧油缸7的大腔，而小腔回油至油箱，工件夹紧。当夹紧到位后压力继电器KP工作，表示工件已夹紧，其常开触头KP(17-19)闭合，为KA5得电作准备。注意，由于电磁阀具有机械保持功能，虽然按下SB5后放开，又使YV5失电，但电磁阀还是处于夹紧工作位置。(2) 快速趋近 工件夹紧后，再按向前按钮SB3，发出滑台快速移动信号，KA5得电吸合，其常开触头KA5(21-23)、KA5(35-37)闭合，使左、右滑台的向前继电器KA1、KA3分别得电吸合并自锁，同时分别接通向前电磁阀YV1、YV3，左、右滑台快进。 电磁阀YV1(YV3)得电，三位五通阀10左位工作，使液控阀13左位工作，接通工作油路，压力油经行程阀15进入进给液压缸18大腔，而小腔内回油经过阀13、阀14、阀15再进入液压缸18大腔，使滑台向前快速移动。(3) 工件进给 液压滑台快速移动到接近加工位置时，滑台上挡铁压下行程阀15，切断压力油通路，压力油只能通过调速阀17进入进给液压缸大腔，减少进油量，降低滑台移动速度，滑台转为工作进给。此时由于负载增加，工作油路油压升高，顺序阀8打开，液压缸小腔回油不再经过单向阀14流入液压缸大腔，而是经顺序阀8流回油箱。(4)快速退回 当滑台工作到终点，压终点限位行程开关SQ3、SQ4，其常闭触头SQ3(23-25)、SQ4(39-37)断开，KA1、KA3失电释放，使YV1、YV3失电，同时SQ3、SQ4的常开触头SQ3(21-33)、SQ4(35-45)闭合，又使左、右滑台的向后继电器KA2、KA4得电吸合并各自自锁，分别接通向后电磁阀YV2、YV4，使左、右滑台快退。电磁阀YV1(YV3)失电，而电磁阀YV2(YV4)得电，阀10右位工作，使液控阀13右位工作，压力油直接进入液压缸小腔，使滑台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀16、阀13直接流回油箱。当滑台快速退回原位时，压下行程开关，电磁阀YV2(YV4)失电，液压阀回中间位置，切断工作油路，滑台停止于原位。 当左、右滑台停止于原位后，压下各自的原位行程开关SQ1、SQ2，其常闭触头SQ1(33-33a)、SQ2(45-47)断开，KA2、KA4失电释放，使YV2、YV4失电，左、右滑台停止于原位；其常开触头SQ1(115-117)、SQ2(117-119)闭合，为YA6得电作准备。(5)工件松开 当滑台回到原位停止后，按动按钮SB6，使电磁阀YV6得电，二位四通阀5左位工作，改变油路的方向，压力油进入夹紧液压缸7小腔，大腔内的回油经阀5直接流回油箱，使工件松开，同时压力继电器KP复位，取下工件，一个工作循环结束。再装上工件，准备下次加工。(6)调整工作循环的控制将转换开关SA扳至“调整”位置，即SA(17-19)闭合，SA(21-31)断开，再操作开关SA1SA5，按相应按钮，进行各部件单独调整。例如，在电动机旋转且不装工件的情况下，左滑台单独调整的过程是，断开开关SA1、SA2和SA5，按SB2，液压泵电动机起动工作，再按下SB3，即进行左滑台的向前点动调整；按SB4，进行左滑台的向后点动调整。同理也可进行右滑台的单独调整。3.3 PLC控制程序的编写3.3.1 PLC梯形图（程序）的设计3.3.2 PLC的语句表LD I0.1 LD Q0.0 A Q0.1 A Q0.2 OLD LD I0.6 A I0.7 A I1.0 OLD AN I0.0 = M0.0 LD M0.0 LPS AN I0.6 = Q0.0 LRD AN I0.7 = Q0.1 LPP AN I1.0 = Q0.2 LD M0.0 AN I0.2 LD I1.7 O I2.0 ALD = Q1.5 LD M0.0 AN I1.1 LD Q1.5 O Q1.2 ALD AN I1.5 AN Q1.2 = Q1.1 LD M0.0 AN I1.7 LD Q1.2 O I1.5 O I0.3 ALD AN I1.3 = Q1.2 LD M0.0 AN I1.2 LD Q1.5 O Q1.3 ALD AN I1.6 AN Q1.4 = Q1.3 LD M0.0 LDN I1.7 A Q1.4 AN I1.4 O I1.6 ON I0.3 ALD = Q1.4 LD Q0.2 LPS A Q1.1 = Q0.3 LRD A Q1.2 = Q0.4 LRD A Q1.3 = Q0.5 LRD A Q1.4 = Q0.6 LRD A I0.4 = Q0.7 LPP A I0.5 A I1.3 A I1.4 = Q1.0 3.3.3 PLC的I/O地址分配序号 符号 功能描述 序号 符号 功能描述 1 I0.0 SB1 17 I2.0 KP 2 I0.1 SB2 18 Q0.0 KM1 3 I0.2 SB3 19 Q0.1 KM2 4 I0.3 SB4 20 Q0.2 KM3 5 I0.4 SB5 21 Q0.3 YA1 6 I0.5 SB6 22 Q0.4 YA2 7 I0.6 SA1 23 Q0.5 YA3 8 I0.7 SA2 24 Q0.6 YA4 9 I1.0 SA3 25 Q0.7 YA5 10 I1.1 SA4 26 Q1.0 YA6 11 I1.2 SA5 27 Q1.1 KA1 12 I1.3 SQ1 28 Q1.2 KA2 13 I1.4 SQ2 29 Q1.3 KA3 14 I1.5 SQ3 30 Q1.4 KA4 15 I1.6 SQ4 31 Q1.5 KA5 16 I1.7 SA 总 结 通过几个月的时间完成了双面钻孔组合机床电气控制系统设计的设计任务，设计中包含的部分参数和图片来自实际的生产过程中，将在以后的工作和学习中起到良好的作用。设计虽然已经完成，由于本人能力有限，难免有不足之出，请老师多多指导。但是，本系统中还是存在一些问题：首先，由于设计者没有相关行业的操作经验，对其中的实际需求不能很好的把握，这就造成了一些功能在设置上就可能不符合实际操作人员的要求。另外，机械设计经验的不足，使得我们在考虑很多问题时，并没有考虑去全局出发，形成周密的计划，而只是从一个方面去考虑。对软件，也没有时间和能力进行正式的测试，所以难免有逻辑上的错误出现。最重要的是，由于对机械本身的熟练程度不高，在实现一些比较复杂的功能时，有很大的难度。这就使得一些很好的设想不能实现，同时，人性化方面的考虑也不能得到解决。经过此次设计，能够更好的把学校学到的知识在生产中得到应用，同时对机械设备也有了更加深入的了解，高效，快捷，精确在此得到体现。在以后的工作和学习中，应更加努力做好本职工作并不断自我提高。虽然有的诸多的问题和困难，但通过这一次的开发任务，仍使我在机械的合作设计、前期的设计计划方面获益匪浅。致 谢 在整个毕业设计中，我得到了指导老师的热心指导和帮助，在此表示感谢！感谢指导老师在这次设计中给于我的指导和建议，这些帮助为我设计的顺利完成起到很好的作用，丰富的实践经验，良好的知识储备更为设计带来技术和理论知识.感谢西安航空职业技术学院提供了教研室和良好的上网环境。感谢我的合作伙伴兰晶同学在做毕业设计期间对我的帮助，她与我的良好合作，保证了毕业设计的按时完成。再一次感谢指导老师和各位在毕业设计期间帮助过我的人！参考文献1 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例M.北京：人民邮电出版社，2004.7：16145.2 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术M.南京：东南大学出版社，2003.6：5388.3 梁为.可编程序控制器原理及应用M.北京：煤炭工业出版社，2003.10：130154.4 钟肇新.可编程控制器原理及应用M. 广东：华南理工大学出版社，2003.5：16180.5 袁任光.可编程序控制器(PC)应用技术与实例M.广东：华南理工大学出版社，1997.6：149182.6 天津大学无线电材料与元件教研室编.电容器M.技术标准出版社，1981：74103.7 黄冰，蒋廷标等.单片机原理及应用(MCS-51)M.重庆:重庆大学出版社, 2003.8：160192.8 周德俭.数控技术M.重庆:重庆大学出版社,2001.11：7882.9 张进秋,陈永利,张中民.可编程控制器原理及应用实例M.北京:机械工业出版社,2003.11：189206.10 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2000.6：162224.11 MITSUBLSHI.三菱微型可编程控制器应用手册M.内部资料，1998：387912 伯生.可编程控制器配置编程联网M.北京：中国劳动出版社，1998.528113 皱金惠.可编程控制器（PLC）原理及应用M.昆明：云南科技出版社，2001：3665 42第二部分 MCGS新加内容2.1 MCGS的介绍MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。2.2 MCGS的主要特性和功能（1）简单灵活的可视化操作界面；（2）实时性强、良好的并行处理性能；（3）丰富、生动的多媒体画面；（4）开放式结构，广泛数据获取和强大的数据处理功能。MCGS系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构建的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工件。初次以外，MCGS还提供了一套开放的课扩充接口，用户可根据自己的需要用VB、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统功能。MCGS用数据库赖管理数据存储，系统可靠性高.MCGS设立对象元件库，组态工作简单方便，易于实现对工控系统的分布式控制和管理。2.3 MCGS的编程语言MCGS全中文组态软件，采用C+语言编制，核心为组态结构。构架合理、连接灵活，结构层次清晰，方便用户的定制开发。它是基于win95/98/nt视窗结构，能够快速构造和和生成数据管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等截面，轻松实现各种工程曲线、报表、数据浏览、远程通讯、远程采集、远程诊断等功能的先进软件。 2.4 MCGS的数据结构 MCGS数据管理功能强大，分为数据前处理（可以对设备采集进来的数据进行多种数值处理）、实时数据处理（提供数据浏览，各种曲线、报表等功能构件，对存盘数据库的数据进行查询、排序、运算等操作），同时可以挂外界外部数据库，实现ODBC接口和OLE实时调用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等数据库相连，提供多种数据转换方式，每种方法都可以独立使用或组合使用。数据浏览构件可同时以表格和曲线的形式显示存盘数据库中数据，实时曲线可以动态显示当前的数据，并可以设定上下限值和时间的长短，以便于用户查询，同时提供DXCEL报表和MCGS自由报表。2.5 MCGS的作用 MCGS全中文组态软件是真正的32为程序，支持多任务、多线程，提供近百种绘图工具和基本模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备，它支持Activex控件，包括温控曲线、实时曲线、计划曲线、历史曲线、XY曲线、实时报表、历史报表、单行报表、配方管理、数据库管理、数据库浏览统计、多媒体输出等众多构件。 MCGS全中文组态软件可以完整实现ODBC接口，可与SQLServer、Oracle、Access等主要数据库相连，可实现各种复杂的报表，并以不同方式增加、删除数据库中的记录，支持CAN、PROFIBUS、HART、LONWOTKS等多种数据传输方案，提供4级安全保密机制。工程组态软件MCGS的最大优点是组态方便，它融会了中外工控组态软件的众多长处，只要是稍微具外语常识，即可以方便组态。2.6 MCGS嵌入版由MCGS嵌入版生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。在MCGS嵌入版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。MCGS嵌入版用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。MCGS嵌入版使用自建文件系统中的实时数据库来管理所有实时数据。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理，同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分，以便触发相关事件，进行实时处理。因此，实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）及对该变量的操作方法（报警属性、报警处理和存盘处理等）。这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术，为其它部分提供服务，提供了系统各个功能部件的数据共享。主控窗口构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。用户窗口实现了数据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，搭制多个用户窗口，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。组态工程中的用户窗口，最多可定义512个。所有的用户窗口均位于主控窗口内，其打开时窗口可见；关闭时窗口不可见。运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动策略、循环策略和退出策略，同时允许用户创建或定义最多512个用户策略。启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户策略供系统中的其它部件调用。综上所述，一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成。组态工作开始时，系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架，提供了丰富的动画部件与功能部件。第三章 工程的建立与变量的定义3.1 工程的建立(1)单击文件菜单中“新建工程”选项，弹出“新建工程设置”窗口，点击确定按钮。(2)选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。(3)在文件名一栏内输入“双面钻孔组合机床”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。图3-1 新建工程图3-2 输入工程名3.2 变量的定义在开始定义之前，我们先对系统进行分析，确定需要的变量。本系统至少需要个变量，见表1表1 双面钻孔组合机床监控系统变量分配表变量名类型初值注释启动停止按钮开关0启动控制信号，输入1启动，输入0停止复位停止按钮开关0复位控制信号，输入1复位后停止；输入0无效上移信号开关0工件上移信号，输入1有效上移信号1开关0夹板上移信号，输入1有效下移信号开关0工件下移信号，输入1有效下移信号1开关0夹板下移信号，输入1有效左移信号开关0右侧快速退回信号，输入1有效左移信号1开关0左侧快进信号，输入1有效左移信号2开关0左侧工进左移信号，输入1有效右移信号开关0右侧快进信号，输入1有效右移信号1开关0右侧工进信号，输入1有效右移信号2开关0左侧快速退回信号，输入1有效夹紧信号开关0工件夹紧信号，输入1有效放松信号开关0工件放松信号，输入1有效插销信号开关0销插销完毕信号，输入1有效拔销信号开关0拔销完毕信号，输入1有效左可见度开关0左边加工可见度，输入1有效右可见度开关0右边加工可见度，输入1有效垂直移动量数值0工件垂直下移数值垂直移动量1数值0上板下移数值水平移动量数值0整个右滑台右移数值水平移动量左数值0整个左滑台左移数值3.3变量定义的步骤（1）单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页，如图3-3所示。窗口中列出了系统已有变量“数据对象”的名称。其中一部分为系统内部建立的数据步骤对象。现在要将表中定义的数据对象添加进去。图3-3 实时数据库（2）单击工作台右侧“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中增添了一个新的数据对象，如图3-4所示。图3-4 新添数据对象（3）选中该数据对象，按“对象属性|按钮，或双击选中对象，这则打开“数据对象属性设置”窗口。a将“对象名称”改为：启动停止按钮；“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：开关型；在“对象内容注释输入框|内输入：启动停止信号，输入1启动；输入0停止 b单击“确定”。 如图3-5所示。(4)按照步骤3-5，根据上面列表，设置其他数据对象。(5)单击“保存”按钮。 图3-5 数据对象属性设置第四章 工程画面的建立（1）在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图4-1所示。 如图4-1 新建用户窗口（2）选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。（3）将窗口名称改为：双面钻孔组合机床：窗口标题改为：双面钻孔组合机床；其他不变。4.1双面钻孔组合机床监控画面的制作（1）单击“用户窗口”。（2）双击“用户窗口”中的“双面钻孔组合机床”。进入编辑画面。如图4-2所示。 图4-2 编辑环境（2）单击“工具箱”内的“标签”按钮，打开绘图工具箱。（3）选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖曳鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。（4）在光标闪烁位置输入文字“双面钻孔组合机床监控系统”，按回车键在窗口的任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。（5）选中文字框，作如下设置。（6）点击“填充色”按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充。（7） 点击“线色”按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。（8）点击“字符字体”按钮，设置文字字体为：宋体；字型为：粗体；大小：二号（9）点击“字符颜色”按钮，将文字颜色设为：“黄色”。单击“保存”，“ 双面钻孔组合机床”文字编辑完毕。（10）选中“双面钻孔组合机床监控系统”的窗口标题，单击“动画组态”，进入动画组态窗口对“双面钻孔组合机床监控系统”进行相同的操作。单击绘图工具箱中的插入“元件”图标，弹出“对象元件管理”对话框，将相应的动画元件添加到组态中。“对象元件管理”如图4-5所示：图4-3 对象元件库最终的监控画面如图图4-4所示：图4-4 双面钻孔组合机床监控系统4.2 运行策略的建立及定时器的编写1 运行策略的建立进入“运行策略”窗口中，双击进入“循环策略”窗口，如图4-5所示。图4-5 循环策略左键点击工具条，选中“新增策略行”，增加一策略行。单击“策略工具箱”中的“脚本程序”将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件。如图4-6所示。图4-6 添加脚本程序2.定时器的添加 选中“新增策略行”，增加一策略行。单击“策略工具箱”中的“定时器”将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件。如图4-7所示。 图4-7 添加定时器定时器的设置如图4-8所