基于PLC的多轴钻攻机床控制系统设计方案.doc

基于PLC的多轴钻攻机床控制系统设计方案1概 述多轴钻攻机床是由多轴钻和多轴攻组合起来的组合机床。多轴钻攻机床是一种主要用多轴钻在零件上加工打孔以及用多轴攻在零件上加工攻丝的机床。多轴钻攻机床既能钻孔又能攻丝，是具有极广泛用途的实用性机床。多轴钻攻机床通常以钻头旋转为主运动，以钻头轴向移动为进给运动。在加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动。多轴钻攻机床的特点就是工件固定不动，刀具做旋转运动。多轴钻攻机床的加工内容主要是针对汽车发动机变速箱箱体的多轴钻攻加工。在汽车制造中，多轴钻攻机床大大提升了发动机变速箱箱体的加工速度。1.1多轴钻攻机床控制系统的设计背景随着工业的日益发展，为了满足提高生产效率的需要，国内有很多企业都陆续实施了改造自己企业和升级自己企业的部分结构，利用可编程控制器的改造是首选。采用可编程控制器和液压控制相结合的方法，可以大大的降低系统的接线，提高可性。同时在其生产的技术更新时，只需要纠正其编程，就能够满足新的生产要求，提升了生产效率。传统控制方案是使用继电器接触器控制和液压控制相结合的方法，因为有多种控制的动作，并且有快进、工进和快退等工作进给的变换，系统的控制方面繁杂度较为高，很多的系统接线使它的可性降低了，所以也使装置的生产效率下降了，大大影响到设备的加工质量。如今，国内的机械制造行业拥有充足的通用装置，在当代械自动化技术发的情况下，能够使用微电子技术来改进这些已经拥有的通用装置来改善机子装置的自动化程度。可以用PLC来控制专用机床、组合机床、通用机床及半自动设备和自动装置所构成的生产线，如此能够把继电器价格便宜、抗干扰能力强、控制容易等优点和计算机适应性强、编程灵巧、功效完备的长处糅合在一起。这是一条可以进一步发展的新道路。1.2多轴钻攻机床控制系统的现状及发展前景如今，中国的老机床旧机床还在使用中，其中不乏一些使用年数比较高的。这种情况对中国汽车产业来说非常严峻的。多轴钻攻机床主要是加工汽车发动机变速箱箱体。多轴钻攻机床比传统老机床的工作效率更高，加工质量更好。多轴钻攻机床在汽车产业中的发展前景是很好的。现在的机械设备中老式电气控制方式是继器-接器控制系统。由于接线的一些问题和电子零件的一些问题，致使系统在工作过程中产生一系列的问题，大大影响了制造行业的生产效率。除此之外，这样的条件下出厂的产品将达不到大众的期待值，致使产品不被大众看好，销售出现问题，企业将受到严重的影响，发展受到极大的限制。由于科学与技术的高速发展，可编程控制器随之出现了，许多机床原来是以继电器-接触器为主控制的，通过一系列的改进，应用液压控制与可编程控制器系统，不论在效率上还是在性能上都可以得到极大提高。所以，使用液压控制与可编程控制器相结合的措施对多轴钻攻机床的电气控制系统实施技术改造具有很大的好处。多轴钻攻机床的PLC改造周期短、成本低，电气控制系统的稳定性、可靠性以及多轴钻攻机床的功能都能够得到非常大地提升，并且拥有非常好的可扩展性，是提升国内多轴钻攻机床的自动化程度的一个很好的解决方案。所以，多轴钻攻机床控制系统能够使用液压控制与PLC相结合的方法来实现它的自动控制过程。除此之外，能够使用组态软件对其自动控制过程实施监控，从而实现远程控制。2 系统的理论分析及方案的确定多轴钻攻机床是对汽车发动机变速箱箱体进行多轴钻攻加工的机床，其自动化程度较高，示意图如图2-1 所示。图2-1多轴钻攻机床示意图2.1多轴钻攻机床的工作原理由图2-1多轴钻攻机床示意图可知，多轴钻攻机床控制系统的动作要求为：基于PLC的多轴钻攻机床全部运动部件原位停（电子信号）人工装料按循环启动按钮机床夹具的夹紧油缸夹紧工件(压力信号)多轴钻动力头及多轴攻动力头启动装夹具的进给液压滑台由原位快进至钻孔工位多轴钻的进给液压滑台由原位快进、快进转工进、工进至多轴钻孔加工终点多轴钻的进给液压滑台快退至原位停装夹具的进给液压滑台再快进至攻丝工位多轴攻的进给液压滑台由原位快进、快进转工进、工进至多轴攻丝加工终点多轴攻的进给液压滑台快退至原位停装夹具的进给液压滑台快退至原位机床夹具的夹紧油缸松开人工卸料重复上述相关循环。如果实现自动循环控制，按下循环按钮，所有动作循环进行。以上的个步骤过程将由PLC来实现。根据如图2-1所示示意图，多轴钻攻机床液压驱动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的，其加工控制按钮等可作为 PLC 的输入设备。通过PLC的输出量对电磁阀进行控制，从而控制液压系统中液压油的压力、流量，以满足液压系统对压力、流量的要求。2.2电气制要求分析 多轴钻攻机床加工范围广，运动部件多，根据工作原理对电气控制提出了如下要求： a.以PLC为控制中心，对多轴钻攻机床上述动作要求实现全自动控制,同时机床上述各动作应具有互锁功能,即机床的上一个动作未执行到位，则机床的下一个动作不执行,液压滑台的自动运行采用行程开关控制； b.多轴钻攻机床除上下工件外，其余各动作均可采用操作面板操作，操作面板上的按钮不仅要满足机床所有动作的单循环启动功能，而且还要能满足机床各动作的单动调整功能； c.多轴钻攻机床的主电路应具有短路、过载等保护，为了机床和人身的安全，机床应具有急停保护和故障报警等功能，为了保证机床使用的可靠性，机床还可设置冷却、排屑、集中润滑及电气柜散热等功能； d.采用组态软件进行机床控制系统监控设计，实现机床加工路径的监控，报警，数据输入/输出等控制功能。 在上述的电气控制后，多轴钻攻机床应基本能够完成全自动及单动控制。2.3自动控制系统方案的确定多轴钻攻机床控制框图如图2-2所示。根据控制框图及任务要求，用液压系统为多轴钻攻机床提供传动动力，由一台三相交流异步电动机为液压系统提供动力。同时用一台三相交流异步电动机来冷却。另外，用两台三相交流异步电动机分别为多轴钻动力头和多轴攻动力头提供动力。最终通过PLC来控制液压系统，实现对自动控制系统各种动作的控制，包括夹具压紧油缸的压紧与松开、装夹具的进给液压滑台的快进与快退、两侧液压滑台的快进、工进及快退等动作。此自动控制系统中各动作具有互锁功能，即机床的上一个动作未执行到位，则机床的下一个动作不执行。自动控制系统中还包括单动控制和自动循环控制，单动控制通过PLC输出量对电磁阀进行控制，从而控制液压系统。其中4台电动机分别用熔断器作短路保护，用热继电器作过负荷保护。图2-2多轴钻攻机床控制框图3 PLC控制系统硬件设计3.1 电源分配电源分配图如图3-1所示，采用变压器T降压，将380V电压降压为交流110V电压。采用整流器U将220V的交流电整流成24V的直流电。110V的交流电供液压泵电动机、冷却泵电动机、多轴钻电动机和多轴攻电动机的接触器使用，24V的直流电源提供给继电器和电磁阀使用，两种电压分别接在不同的COM口与对应的执行元件相连。电路中设置短路、过载保护，以保护电路正常安全地运行。如图3-1所示，点1和2为PLC提供交流220V电压；点3和4为接触器提供交流110V电压；点5和6为继电器、电磁阀和电源指示灯提供直流24V电压。电路中熔断器FU作为短路保护。图3-1电源分配图3.2 主电路设计图3-2主电路图如图3-2所示，主电路图中QF为断路器，闭合后为机床提供380V三相交流电压。图中M1为液压泵，M2为多轴钻电动机，M3为多轴攻电动机，M4为冷却泵。当接触器线圈KM得电，电路中接触器KM1，KM2，KM3，KM4主触点闭合，电动机直接接通电源，全压启动。电动机主电路中热继电器FR对电动机进行过负荷保护，熔断器FU对电动机进行短路保护。当电路中的电流超过一定值或过负荷时，熔断器或热继电器断开，对电动机进行保护。M5和M6为单相电动机，M5为润滑电动机，M6为散热电动机，为工作过程中机器零件的润滑与电气柜的散热起到重要作用。考虑到液压站电磁阀负载对PLC的影响，所有电磁阀的线圈不直接与PLC的输出端口相连，而是通过中间继电器进行控制，即中间继电器与PLC的输出端相连，当中间继电器线圈得电后，其常开触点闭合，控制对应的电磁阀工作，如图3-3所示。图3-3电磁阀控制图3.3 PLC简介及选型3.3.1 PLC的简介PLC是专门为工业机械控制所设计的一种专用型计算机，如今在国内被使用在自动化控制的多个领域。其优点如下：a. 可靠性高；b. 编程容易，能够在线更改程序；c. 体积小；d. 安装、维修容易；e. 适应工业高温、冲击、振动和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。3.3.2 PLC的选型根据PLC的选型原则，在满足多轴钻攻机床的控制要求下，选择三菱FX2N-64MR-001型PLC。它有32点输入和32点输出，M表示基本单元，R表示继电器输出，001表示专为中国推出的产品。3.4 PLC I/O接线图设计输入输出接口电路是PLC与外部控制电路间传递输出和输入信号的接口部件。输出部件有继电器、接触器等，输入部件有按钮、行程开关等。输出接口电路是把主机向外输出的信号转变成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制电机、电磁阀等电器通断电。输入接口电路是把行程开关、按钮等产生的信号，转变成数字信号送入主机。基于PLC的多轴钻攻机床控制系统I/O接线图如图3-4所示。PLC I/O控制接线的设计是整个设计中的重要环节之一，它和梯形图的设计密切相关，如果忽略，将可能造成使用大量不必要的输入输出点数。a PLC输入控制接线的设计：根据要求，滑台的运动受位置的控制，因此设立了行程开关SQ1-SQ9，根据不同的位置输入不同的信号。自动与手动切换按钮为SA，SB1-SB19为手动控制输入，SP1、SP2为感应输入。b PLC输出控制接线的设计：Y0-Y3用于对液压泵电动机、多轴钻电动机、多轴攻电动机、冷却泵电动机的控制，Y4-Y16用于对滑台快进至钻孔位、滑台快进至攻丝位、滑台快退、多轴钻快进、多轴钻工进、多轴钻快退、多轴攻快进、多轴攻工进、多轴攻快退、工件夹紧、工件松开电磁阀的控制，Y17为夹紧指示灯，Y20为故障指示灯。图3-4 PLC I/O接线图3.5 控制面板设计 控制面板设计如图3-5所示，用于对自动生产线的远距离控制操作。图3-5控制面板图断路器闭合后电源指示灯亮。按开启液压泵，停止液压泵按钮将开启和停止液压泵，使液压系统处于工作状态。若要停止使用机床，则按急停按钮。当把自动与手动切换开关按到“自动”位置时，按循环加工按钮后，机床将自动进行加工；当按到“手动”位置时，由工件夹紧、工件松开、多轴钻启动、多轴钻停止、多轴攻启动、多轴攻停止、工件滑台快进至钻孔位、工件滑台快进至攻丝位、工件滑台快退、多轴钻快进、多轴钻工进、多轴钻快退、多轴攻快进、多轴攻工进、多轴攻快退这15个按钮来完成一次完整的加工。在出现紧急情况时，按下急停按钮，使加工立即停止。3.6 其他元器件的选择熔断器FU：熔断器的熔体与被保护的电路串接，电路发生短路现象或者电路发生过载现象时，熔体就会因为温度太高而熔断。常见的熔断器有高压熔断器，低压熔断器，有圆柱形比如RT14、RT18、RT19、RM1、RM10，方管型RT 0、RT16、RT17，螺旋型RL1、RL6、RL93，快速熔断器RS0、RS3、NGT等，高压XRNT1、XRNM1、W10等。热继电器FR：防止电动机发生过负荷。额定电压一般为交流220V，380V，600V。接触器KM：接触器用来控制电机、电容器、电气设备、电焊机等，可以频繁地断开或接通直流主电路，从而可以进行远距离控制。它具有低电压释放保护功能，广泛应用于电气自动控制电路。该系统通过接触器控制电动机的启动和停止。国内常见的产品型号有：CJ20J、NSFC1、NSFC2、NSFC3、NSFC4、NSFC5、NSFC12、NSFC19、CJ40J、NSFMR，额定电流在5A-1000A范围。中间继电器KA：中间继电器可以存储于逻辑变换函数和状态控制电路中，以及对尺寸和数量的交往的扩大。绕组是通过系统中的中间继电器的作来得电，从而相应的动作要求得以实现。常见型号有RZ-D系列，一般为直流供电，额定电压DC:12V380V。电磁阀YV：电磁阀是使用电磁进行控制的一种工业装备，在工业控制系统中，可以调节介质的速度、方向、流量以及一些其他的参数。最常用的有单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电压优先选用DC24V，直流电源电压波动允许%10左右。信号灯HL：显示目前系统的状态情况。其发光体主要有白炽灯、氖灯和发光二极管等。按钮SB：按钮是一种经常被使用的主开关，其控制简单，结构方便。操作控制系统的运行状况可以使用按钮来控制。行程开关SQ：行程开关具有非常多的种类，按触点的性质能够被分为没有触点式和有触点式。这儿是使用机械运动生产部件的接触而使触点触动来发出控制命令的。它的输出形式有两线、三线和四线几种。选择时应注意工作频率、检测距离、触点形式及电源类型等要求。部分电气设备清单如表3-1所示：表3-1 部分电气设备清单代号名称和用途型号及规格数量/个T变压器SG SBK ZSG1U整流器HHP-S24-241M1液压泵电动机Y112M-61M2冷却泵电动机YSB71121M3、4多轴钻攻头电动机Y802-42M5润滑电动机173200901M6散热电动机BA12381KM1、2、3、4交流接触器LC1-D0910F5C3KA111中间继电器MY2NJ11HL电源指示灯AD16-22D/r-231SB2急停按钮LA39-01Z/r14 PLC控制系统软件设计4.1 I/O地址分配PLC的输入地址分配如表4-1所示：表4-1 PLC的输入地址分配输入元件名称符号地址手动与自动切换按钮SAX0急停按钮SB1X1液压泵启动按钮SB2X2液压泵停止按钮SB3X3多轴钻启动按钮SB4X4多轴钻停止按钮SB5X5多轴攻启动按钮SB6X6多轴攻停止按钮SB7X7工件夹紧按钮SB8X10工件松开按钮SB9X11多轴钻快进按钮SB10X12多轴钻工进按钮SB11X13多轴钻快退按钮SB12X14多轴攻快进按钮SB13X15多轴攻工进按钮SB14X16多轴攻快退按钮SB15X17工件滑台快进至钻孔位按钮SB16X20续表4-1输入元件名称按钮地址工件滑台快进至攻丝位按钮SB17X21工件滑台快退按钮SB18X22多轴钻回到原位SQ1X23多轴钻快进到位SQ2X24多轴钻工进到位SQ3X25多轴攻回到原位SQ4X26多轴攻快进到位SQ5X27多轴攻工进到位SQ6X30工件滑台快进至钻孔位SQ7X31工件滑台快进至攻丝位SQ8X32工件滑台快退至原位SQ9X33工件感应SP1X34夹紧感应SP2X35循环工作SB19X36PLC的地址分如表所示：表 PLC的输出地址分配输出元件名称符号地址液压泵启动接触器KM1Y0多轴钻动力头启动接触器KM2Y1多轴攻动力头启动接触器KM3Y2冷却泵启动接触器KM4Y3控制滑台快进到钻孔位电磁阀KA1Y4控制滑台快进到攻丝位电磁阀KA2Y5控制滑台快退电磁阀KA3Y6控制多轴钻快进电磁阀KA4Y7控制多轴钻工进电磁阀KA5Y10控制多轴钻快退电磁阀KA6Y11控制多轴攻快进电磁阀KA7Y12控制多轴攻工进电磁阀KA8Y13控制多轴攻快退电磁阀KA9Y14夹紧电磁阀KA10Y15松开电磁阀KA11Y16夹紧指示灯HL1Y17故障指示灯HL2Y204.2程序流程图根据任务书的要求，多轴钻攻机床控制系统既要实现全自动控制功能，又要实现单动控制功能。其流程图分别如图4-1和图4-2所示。图4-1全自动控制流程图图4-2单动控制流程图图4-1所示为全自动控制流程图。开始后，按下SB19按钮，即按下“循环加工”按钮，进入全自动加工状态。首先，夹具夹紧工件，工件感应SP1和夹紧感应SP2是否得电，如果得电，则进入下一步，否则继续判断SP1,SP2是否得电。然后多轴钻动力头和多轴攻动力头启动，接着，工件滑台快进，判断行程开关SQ7是否被触动，如果SQ7触动，则进入下一个动作，否则继续判断SQ7是否被触动。然后，工件滑台停在钻孔位，多轴钻动力头开始从原位快进，判断行程开关SQ2是否被触动，如果SQ2被触动，则进入下一个动作，否则继续判断行程开关SQ2是否被触动。接下来，多轴钻动力头快进转工进，判断行程开关SQ3是否被触动，如果SQ3被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ3是否被触动。再接下来，多轴钻动力头开始快退，判断行程开关SQ1是否被触动，如果SQ1被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ1是否被触动。然后，多轴钻动力头快退回原位，工件滑台开始快进至攻丝位，判断行程开关SQ8是否被触动，如果SQ8被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ8是否被触动。接下来，工件滑台停在攻丝位，多轴攻动力头开始从原位快进，判断行程开关SQ5是否被触动，如果SQ5被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ5是否被触动。然后，多轴攻动力头快进，判断行程开关SQ5是否被触动，如果SQ5被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ5是否被触动。接着，多轴攻动力头快进转工进，判断行程开关SQ6是否被触动，如果SQ6被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ6是否被触动。然后，多轴攻动力头快退，判断行程开关SQ4是否被触动，如果SQ4被触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ4是否被触动。最后，工件滑台快退，判断行程开关SQ9是否被触动，如果SQ9被触动，则结束停止一切动作，否则继续判断其行程开关SQ9是否被触动。如此就完成整个的自动控制过程。图4-2所示为单动控制流程图。开始后，按下SB8按钮，即按下“工件夹紧”按钮，判断SP1、SP2是否得电为1，如果SP1、SP2为1，则下一步动作，否则继续判断SP1、SP2是否为1。然后按下SB16按钮，即按下“工件滑台快进至钻孔位”按钮，判断行程开关SQ7是否被触动，如果SQ7被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ7是否被触动。接着按下SB10，即“多轴钻快进”按钮，判断行程开关SQ2是否被触动，如果SQ2被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ2是否被触动。然后按下SB11，即“多轴钻工进”按钮，判断行程开关SQ3是否被触动，如果SQ3被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ3是否被触动。然后按下SB12，即“多轴钻快退”按钮，判断行程开关SQ1是否被触动，如果SQ1被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ1是否被触动。接下来，按下SB17，即“工件滑台快进至攻丝位”按钮，判断行程开关SQ8是否被触动，如果SQ8被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ8是否被触动。按下SB13，即“多轴攻快进”按钮，判断行程开关SQ5是否被触动，如果SQ5被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ5是否被触动。按下SB14，即“多轴攻工进”按钮，判断行程开关SQ6是否被触动，如果SQ6被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ6是否被触动。按下SB15，即“多轴攻快退”按钮，判断行程开关SQ4是否被触动，如果SQ4被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ4是否被触动。按下SB18，即“工件滑台快退”按钮，判断行程开关SQ9是否被触动，如果SQ9被触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关SQ9是否被触动。直到工件滑台回到原位并停止，按下SB9，松开工件，单动控制过程才结束。4.3梯形程序图设计以下是该控制系统的部分梯形程序图设计，完整的梯形程序图请见附录5。如图4-3所示，当按下液压泵启动后，即常开接点X2闭合，线圈Y0得电，即液压泵电动机启动。当按下液压泵停止时，即常开接点X3闭合，线圈Y0失电，即液压泵停止。图4-3控制液压泵启停梯形程序图如图4-4所示，首先在线圈Y0得电后，即液压泵启动的情况下，再按下工件滑台快进至钻孔位按钮，即常开接点X20闭合，此时线圈Y4得电，滑台快进至钻孔位触动行程开关SQ7，即常闭接点X31断开，Y4失电。当按下多轴钻原位快进按钮，即常开接点X12闭合，此时线圈Y7得电，多轴钻电动机快进直到触动行程开关SQ2，即常闭开关X24断开，Y7失电。按下多轴钻快进转工进按钮，即常开接点X13闭合，此时线圈Y10得电，多轴钻电动机工进直到触碰行程开关S03，即常闭开关X25断开，Y10失电。按下多轴钻快退按钮，即常开接点X14闭合，此时线圈Y11得电，多轴钻快退直到触碰行程开关SQ1，即常闭接点X23断开，Y11失电。图4-4多轴钻工作控制梯形程序图图4-5所示为工件夹紧梯形程序图。当线圈Y0得电，即液压泵启动的情况下，按下工件夹紧按钮，即常开接点X10闭合，这时线圈Y15得电，工件夹紧，直到夹紧感应得电，即夹紧感应X35闭合，夹紧指示灯Y17亮，工件已经夹紧。图4-5工件夹紧梯形程序图图4-6所示为多轴攻工作梯形程序图。首先在线圈Y0得电后，即液压泵启动的情况下，再按下工件滑台快进至攻丝位按钮，即常开接点X21闭合，此时线圈Y5得电，滑台快进至攻丝位触动行程开关SQ8，即常闭接点X32断开，Y5失电。当按下多轴攻原位快进按钮，即常开接点X15闭合，此时线圈Y12得电，多轴攻电动机快进直到触动行程开关SQ5，即常闭开关X27断开，Y12失电。按下多轴攻快进转工进按钮，即常开接点X16闭合，此时线圈Y13得电，多轴攻电动机工进直到触碰行程开关SQ6，即常闭开关X30断开，Y13失电。按下多轴攻快退按钮，即常开接点X17闭合，此时线圈Y14得电，多轴攻快退直到触碰行程开关SQ4，即常闭接点X26断开，Y14失电。图4-6多轴攻工作梯形程序图5 仿真与调试5.1 GX Developer简介GX Developer是三菱PLC的编程软件，它支持梯形图、指令表、SFC等程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序的功能。GX Developer的特点如下：a. 软件的共通化；b. 在编写过程中可以直接粘贴和复制和中的内容；c. 软件比较正规；d. 能够简单设定和其他站点的链接；e. 能够用各种方法和可编程控制器CPU连接；f. 丰富的调试功能。5.2 仿真与调试本课题是通过GX Developer软件进行PLC编程与仿真的，同时使用实验室的三菱PLC设备进行连线调试。由于本课题设计选用的PLC是64点的，而实验室的PLC是48点的，因此，将部分接点替换一部分接点来进行仿真与调试。用X3代替X23，用X4代替X24，用X5代替X25，用X6代替X26，用X7代替X27，用X10代替X30，用X11代替X31，用X12代替X32，用X13代替X33，用X14代替X34，用X15代替X35，用X16代替X36。5.2.1 仿真过程首先运行GX Developer软件，然后打开本课题的工程。在仿真开始前应进行程序检查，确保无误后方可进行仿真。操作如下：单击菜单栏里的“工具”，在下拉菜单里点击“程序检查”，将弹出如图5-1所示的窗口，在弹出的窗口中单击“执行”，在窗口下部方框内若显示“没有错误”，即可关闭窗口，并准备进行仿真。为了更容易理解在仿真过程中的操作，需要编写软元件注释，并单击菜单栏里的“显示”，在下拉菜单中选择“注释显示”和“别名显示”，这样在梯形图中就会显示软元件的注释说明及别名，使仿真过程更清晰明了。单击工具栏里的“梯形图逻辑测试起动/结束”按钮，即可进入梯形程序图的仿真过程。图5-1程序检查窗口单击工具栏里的“软元件测试”按钮，在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X2，并单击“强制ON”，即按下液压泵启动按钮。同上，使X0、X36强制ON，即按下手动和自动切换按钮以及循环启动按钮，此时线圈Y0得电，即液压泵被开启。在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X34，并单击“强制ON”，即工件感应SP1为1。此时线圈Y15得电，开始夹紧工件。在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X35，并单击“强制ON”，即夹紧感应为1，S2得电。如图5-2所示。图5-2液压泵启动仿真图这时，S2闭合，Y15得电，即夹紧电磁阀得电，工件夹紧。Y1得电，即多轴钻电动机启动。Y2得电，即多轴攻电动机启动。Y4得电，即控制滑台的快进至钻孔位电磁阀得电。如图5-3所示。图5-3工件夹紧仿真图在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X31，并单击“强制ON”，即工件滑台快进到钻孔位。这时，S20闭合，则Y7得电，即控制多轴钻快进电磁阀得电，多轴钻开始快进。Y4失电，即控制滑台快进至钻孔位电磁阀失电，工件滑台停止在钻孔位。如图5-4所示。图5-4工件滑台快进到钻孔位仿真图在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X24，并单击“强制ON”，即多轴钻快进到位。此时，S21闭合，Y10得电，即控制多轴钻工进电磁阀得电，多轴钻开始工进。Y7失电，即控制多轴钻快进电磁阀失电，多轴钻快进到位，停止快进。Y3得电，即冷却泵电动机得电，开始工作。如图5-5所示。图5-5多轴钻快进到位仿真图在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X25，并单击“强制ON”，即多轴钻工进到位。此时，S22闭合，Y4失电，即控制滑台快进至钻孔位电磁阀失电，滑台停止在钻孔位。Y10失电，即控制多轴钻工进电磁阀失电，多轴钻工进到位，停止工进。Y3失电，即冷却泵电动机失电，停止冷却。Y11得电，即控制多轴钻快退电磁阀得电，多轴钻开始快退。如图5-6所示。图5-6多轴钻工进仿真图在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入X23，并单击“强制ON”，即多轴钻回到原位。此时，S23闭合，Y11失电，即控制多轴钻快退电磁阀失电，多轴钻停止后退。Y5得电，即控制滑台快进至攻丝位电磁阀得电，工件滑台开始快进。如图5-7所示。图5-7工件滑台快进到攻丝位仿真图工件滑台快进到攻丝位触动其行程开关，并停止快进。即把X32强制ON，这时S24闭合，Y5失电，即控制滑台快进至攻丝位电磁阀失电，滑台停止快进。Y12得电，即控制多轴攻快进电磁阀得电，多轴攻开始快进。如图5-8所示。图5-8多轴攻快进仿真图当多轴攻滑台快进到位时，触碰到行程开关，停止快进开始工进。即把X27强制ON，这时S25闭合。Y12失电，即控制多轴攻快进电磁阀失电，多轴攻停止快进。Y13得电，即控制多轴攻工进电磁阀得电，多轴攻开始工进。Y3得电，即冷却泵电动机开始工作。如图5-9所示。图5-9多轴攻工进仿真图 当多轴攻工进到位，触碰到行程开关，停止工进，即把X30强制ON。此时S26闭合，Y13失电，即多轴攻工进电磁阀失电，多轴攻停止工进。Y3失电，即冷却泵电动机失电，冷却泵停止工作。Y14得电，即控制多轴攻快退电磁阀得电，多轴攻开始快退。如图5-10所示。图5-10多轴攻快退仿真图当多轴攻快退回原位时时，触动其行程开关。即把X26强制ON，此时S27闭合，Y14失电，即控制多轴攻快退电磁阀失电，多轴攻退回原位，停止工作。Y6得电，即控制滑台快退电磁阀得电，工件滑台开始快退。如图5-11所示。图5-11工件滑台快退仿真图 当工件滑台回到原位是，触碰行程开关，即X33强制ON，此时S28闭合，Y6失电，即控制滑台快退电磁阀失电，工件滑台停止快退。Y16得电，即松开电磁阀得电，松开工件。如图5-12所示。图5-12松开工件仿真图到此为止，一个完整的加工过程就结束了。在此仿真过程中，实现了设计要求中的各种加工动作，满足了电气控制要求。5.2.2 调试过程首先将仿真过的梯形程序图写入PLC，然后进行设备连线。操作如下：运行GX Developer软件，单击菜单栏里的“在线”，在其下拉菜单中选择“PLC写入”项，将梯形程序图写入PLC。设备连线如图5-13所示：图5-13设备连线图按下按钮X0，即按下手动与自动切换，按下按钮X2，即液压泵启动，按下X16，即循环工作。此时输出点Y0亮，即液压泵被开启。如图5-14所示：图5-14开启液压泵调试图按下按钮X14，即工件感应，按下X15，即夹紧感应。此时Y1,Y2，Y4，Y15亮，即多轴钻电动机启动，多轴攻电动机启动，控制滑台快进到钻孔位电磁阀得电，夹紧电磁阀得电。如图5-15所示：图5-15夹紧工件调试图按下按钮X11，即按下工件滑台快进至钻孔位。Y7亮了，Y4灭了。即控制多轴钻快进电磁阀得电，控制工件滑台快进电磁阀失电。如图5-16所示：图5-16工件滑台快进至钻孔位调试图按下按钮X4，即按下多轴钻快进到位。Y3、Y10亮，Y7灭。即冷却泵电动机启动工作，控制多轴钻快进电磁阀失电，控制多轴钻工进电磁阀得电，快进转工进。如图5-17所示：图5-17多轴钻快进到位调试图按下按钮X5，即按下多轴钻工进到位。Y3、Y10灭，Y11亮，即冷却泵电动机停止工作，控制多轴钻工进控制阀失电，控制多轴钻快退控制阀得电，多轴钻快退会原位。如图5-18所示：图5-18多轴钻快退回原位调试图按下按钮X3，即按下多轴钻回到原位。Y5亮，Y11灭，即控制多轴钻快退电磁阀失电，控制工件滑台快进至攻丝位电磁阀得电，工件滑台快进到攻丝位。如图5-19所示：图5-19工件滑台快进到攻丝位调试图按下按钮X12，即按下工件滑台快进到攻丝位。Y5灭，Y12亮，即控制工件滑台快进电磁阀失电，控制多轴攻快进电磁阀得电，工件滑台停止，多轴攻快进。如图5-20所示：图5-20多轴攻快进调试图按下按钮X7，即按下多轴钻快进到位。Y12灭，Y13、Y3亮，即冷却泵电动机得电，冷却泵启动工作。控制多轴攻快进电磁阀失电，控制多轴攻工进电磁阀得电，多轴攻快进转工进。如图5-21所示：图5-21多轴攻快进转工进调试图按下按钮X10，即按下多轴攻工进到位。Y3、Y13灭，Y14亮，即冷却泵电动机失电，冷却泵停止工作，控制多轴攻工进电磁阀失电，控制多轴攻快退电磁阀得电，多轴攻由工进转为快退。如图5-22所示：图5-22多轴攻快退调试图按下按钮X6，即按下多轴攻快退回原位。Y14灭，Y6亮，即控制多轴攻快退电磁阀失电，多轴攻回原位停止，控制工件滑台快退电磁阀得电，工件滑台开始快退。如图5-23所示：图5-23工件滑台快退调试图 按下按钮X13，即工件滑台回到原位。Y6灭，Y16亮，即控制工件滑台快退电磁阀失电，工件滑台回到原位禁止，松开电磁阀得电，松开工件。如图5-24。图5-24松开工件调试图以上是一个完整加工过程的调试过程。通过调试，得到了与仿真一样的结论，那就是本梯形图程序实现了设计要求中的各种加工动作，满足了电气控制要求。6 组态监控6.1 组态王简介组态王是用于监控系统的开发的一种软件，是最新版的自动化控制系统，它取代了传统的封闭式系统，它具有标准的工业计算机硬件与软件平台组成的集成系统。它具有易于扩展、经济、开放性好、开发周期短、适应性强等优点。一般能够将此系统划分成三个层次结构，管理层、控制层、监控层。在这当中监控层最重要，它不仅上面连着管理层，而且下面连着控制层，它可以实现对工作现场的控制与实时监控，在自动化控制系统中承担着组态开发、上传下达的关键作用。6.2 图形界面的设计新建一个组态王的新工程，第一步是要定义一个画面。进入新建立的工程中，左击组态王工程浏览器左边窗口中的“文件/画面”，进入后在屏幕右边双击“新建”，此时将会跳出一个谈话方框，在其中键入新建画面的名字“加工现场”。用鼠标左击“确定”按钮，将会弹出内设的画面开发系统，选择“工具箱”里所对应的图标，画出如图6-1所示加工现场界面及如图6-2所示监控界面。图6-1加工现场界面图6-2监控界面6.3 定义I/O设备单击组态王工程左边菜单窗口中的设备/COM1，在组态王工程右边窗口中找到新建图标，并且用双击图标，使设备配置向导开始运行，在三菱FX2中找到编程口这个项，并且鼠标左击，接着鼠标左击下一步，在跳出来的对话框中替外部设备键入名字，写进PLC，鼠标左击下一步，为装置设置连接串口，是COM1端口，鼠标左击下一步，输入设备地址为0，鼠标左击下一步，跳出通信参数对话框，不需要做任何的修改，然后鼠标左击下一步，核实没有错误以后，鼠标左击完成，如图6-3所示。图6-3设备配置向导接着，在下拉菜单中找到配置选项下的设置串口选项并单击，在跳出来的对话框中配置PLC和组态王之间通讯参数，如图6-4所示。图6-4通讯参数设置向导6.4 构造数据库组态王软件中不可或缺的一个部分就是数据库，数据库是帮助下位机和上位机的联系的纽带。在组态王工程左边菜单中选择数据库/数据词典，在组态王工程右边双击新建图标，跳出定义变量的窗口，在这个窗口中能够定义所有数据变量并且进行修改等操作，还能管理数据库。定义变量如图6-5所示。图6-5参考变量定义6.5 建立动画连接建立动画连接就需要定义动画连接，就是建立绘制的图形和数据库当中的数据变量之间的一种关系，变量的数值变化的时候，在屏幕中的图形对象将会表达相应的动画效果。窗口中的动画连接应用了水平移动、垂直移动、填充属性与隐含连接动画等一系列连接方法。多轴钻和多轴攻的动画连接如图6-6所示。图6-6动画连接对话框鼠标左击填充属性，在表达式后面的框中关联I/O离散变量Y001，并且填入其工作时的填充属性，接着鼠标左击确定。如图6-7所示。图6-7填充属性连接对话框鼠标左击动画连接窗口里的隐含，在条件表达式后面的框中键入如图6-8所示的表达式，表达式为真时点击显示，接着选择确定。图6-8隐含连接对话框工件的动画连接方式选