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YM3150E型滚齿机的控制系统的PLC改造【4张CAD图纸+毕业答辩论文】

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关键词：: ym3150e 型滚齿机控制系统 plc 改造全套 cad 图纸毕业答辩论文

资源描述：

摘要1

关键词1

一.前言2

1.1 PLC的国内外的状况2

1.2 PLC的组成及特点4

1.3 PLC的用途5

1.4 PLC常用语言6

1.5本课题的主要任务6

二.整体方案的选择7

2.1整体功能介绍7

2.2控制要求7

2.3电器说明…………………………………………………………………… .. 8

2.4保护装置……………………………………………………………………... 8

2.5电气原理图、电器接线图……………………………………………………. .8

三.硬件系统设计9

3.1 PLC机型的选择步骤与原则9

3.2 F1系列PLC的指令系统简介10

3.3 YM3150E型滚齿机的硬件系统设计11

四软件系统的设计13

4.1 PLC程序设计的相关指令13

4.2根据控制要求绘制梯形图15

五结束语16

小结…………………………………………………………………….......................................17

致谢…………………………………………………………………………………………….. 18

参考文献……………………………………………………………………………………. 19

附录1程序………………………………………………………………………………….... 20

附录2外文文献翻译……………………………………………………………………… ..23

附录3外文文献原文……………………………………………………………….34

YM3150E型精密滚齿机的PLC改造

摘要

近年来，作为机电一体化重要技术的可编程序控制器(PLC)产品的集成度越来越高,工作速度越来越快,功能越来越强,使用越来越方便,特别是远程通信功能的实现,易于实现柔性加工和制造系统,使得PLC如虎添翼。本文简要的介绍了YM3150E型精密滚齿机的控制原理，并利用PLC对滚齿机进行改造，设计PLC控制系统，使滚齿机的控制更加方便。

关键词：滚齿机，控制系统，机电一体化，PLC

Reconstruction of YM3150E Precision Gear Hobbing Machine by PLC

Abstract

In recent years, as an important technology in Mechatronics, Programmable Logic Controller (PLC) products are more integrated, working faster and faster, more powerful in function, more and more convenient to use, especially in telecommunications function implementation, it is easy to implement flexible processing and manufacturing systems, makes the PLC even more powerful. This article briefly describes YM3150E Precision hobbing machine control principle, and to use PLC to reform of the hobbing machine, PLC control system designed to enable gear hobbing machine control more convenient.

Keyword：Hobbing Machine,Control System, Mechatronics, PLC

1.前言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。PLC作为机电一体化的一个重要的进程，在机械电气化的过程中起着很大的作用，现在还是这样，随着PLC本身的发展，它的应用范围越来越广，功能越来越强的。

可编程序控制器（programmable Logic Controller）是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

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内容简介：: 目录摘要 . 1 关键词 . 1 一 .前言 . 2 1.1 PLC 的国内外的状况 . 2 1.2 PLC 的组成及特点 . 4 1.3 PLC 的用途 . 5 1.4 PLC 常用语言 . 6 1.5 本课题的主要任务 . 6 二 .整体方案的选择 . 7 2.1 整体功能介绍 . 7 2.2 控制要求 . 7 2.3 电器说明 . 8 2.4 保护装置 . 8 2.5 电气原理图、电器接线图 . .8 三 .硬件系统设计 . 9 3.1 PLC 机型的选择步骤与原则 . 9 3.2 F1 系列 PLC 的指令系统简介 . 10 3.3 YM3150E 型滚齿机的硬件系统设计 . 11 四软件系统的设计 . 13 4.1 PLC 程序设计的相关指令 . 13 4.2 根据控制要求绘制梯形图 . 15 五结束语 . 16 小结 . .17 致谢 . 18 参考文献 . 19 附录 1 程序 . 20 附录 2 外文文献翻译 .23 附录 3 外文文献原文 .34nts 1 YM3150E 型精密滚齿机的 PLC 改造摘要近年来，作为机电一体化重要技术的可编程序控制器 (PLC)产品的集成度越来越高 ,工作速度越来越快 ,功能越来越强 ,使用越来越方便 ,特别是远程通信功能的实现 ,易于实现柔性加工和制造系统 ,使得 PLC 如虎添翼。本文简要的介绍了 YM3150E 型精密滚齿机的控制原理，并利用 PLC 对滚齿机进行改造，设计 PLC 控制系统，使滚齿机的控制更加方便。关键词：滚齿机，控制系统，机电一体化， PLC Reconstruction of YM3150E Precision Gear Hobbing Machine by PLC Abstract In recent years, as an important technology in Mechatronics, Programmable Logic Controller (PLC) products are more integrated, working faster and faster, more powerful in function, more and more convenient to use, especially in telecommunications function implementation, it is easy to implement flexible processing and manufacturing systems, makes the PLC even more powerful. This article briefly describes YM3150E Precision hobbing machine control principle, and to use PLC to reform of the hobbing machine, PLC control system designed to enable gear hobbing machine control more convenient. Keyword： Hobbing Machine,Control System, Mechatronics, PLC nts 2 1.前言现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由 “ 机械电气化 ” 迈入了 “ 机电一体化 ” 为特征的发展阶段。 PLC 作为机电一体化的一个重要的进程，在机械电气化的过程中起着很大的作用，现在还是这样，随着 PLC 本身的发展，它的应用范围越来越广，功能越来越强的。可编程序控制器（ programmable Logic Controller）是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 1.1 PLC 的国内外的状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（ DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是世界上公认的第一台 PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC）。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程nts 3 控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，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。 nts 4 1.2 PLC 的组成及特点从结构上分， 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。这里主要介绍一下它的 CPU， CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 nts 5 1.3 PLC 的用途 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置 ,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同时又由于 PLC的功能大大增强 ,使 PLC 的应用越来越广泛 ,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。 PLC 的应用通常可分为五种类型：（ 1）顺序控制这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC 可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（ 2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下， PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（ CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（ 3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（ Proportional Intergral Derivative）模块的提供使 PLC 具有闭环控制功能 ,即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时 ,PID 控制算法会计算出正确的输出 ,把变量保持在设定值上。（ 4）数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC 和计算机数值控制（ CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、 11、 12 系列，已将 CNC控制功能作为 PLC的一部分。为了实现 PLC和 CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由 PLC 送至 CNC 设备使用。美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使用了具有数据处理的 PLC。预计今后几年 CNC系统将变成以 PLC 为主体的控制和管理系统。（ 5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（ FA）系统、柔性制造系统（ FMS）及集散控制系统（ DCS）等发展的需要，必须发展 PLC 之间， PLC 和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。 nts 6 1.4 PLC 常用语言可编程控制器中有多种程序设计语言 ,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，扩展或增强指令集，它们也能执行其它基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级程序设计语言，它可需要去执行更有效操作，例如，模拟量控制，数据操纵，报表报印和其他基本程序设计语言无法完成功能。功能模块图语言采用功能模块图形式，软连接方式完成所要求控制功能，它可编程序控制器中到了广泛应用，集散控制系统编程和组态时也常常被采用，它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。可编程器应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用程序设计语言是：梯形图程序设计语言；布尔助记符程序设计语言（语句表）；功能表图程序设计语言；功能模块图程序设计语言；结构化语句描述程序设计语言；梯形图与结构化语句描述程序设计语言；布尔助记符与功能表图程序设计语言；布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言。 1.5 本课题的主要任务本文主要是对 YM3150E 滚齿机进行电气化改造，利用 PLC 进行控制设计，要求逻辑控制的正确性，机械能在新的控制系统下能够正常的平稳的运行，可靠性好，可操作性好，操作更加安全、方便。 nts 7 2.整体方案的选择 2.1 整体功能介绍重庆机床厂生产的 YM3150E 型精密滚齿机采用了传统的接触器继电器控制系统继电接触器控制系统是使用按钮、开关、行程开关、继电器、接触器等组成的控制系统。它通过电气触点的闭合和分断来控制电路的接通与断开，实现对电动机拖动系统的起动、停止、调速、自动循环与保护等自动控制。它具备控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握、工作可靠易维护等优点，但是体积较大、控制速度慢，改变控制功能必须通过改变接线来完成，比较麻烦和困难，在现在工厂的实际操作中，越来越不适应现场控制。本文就针对新的方案解决 YM3150E型精密滚齿机难控制的问题，使用 PLC 对它进行改造。该机床由液压泵电机、主电机、冷却电机和快速移动电机组成。液压泵电机主要是提供液压阀的压力来润滑机械等功能；冷却电机提供机械的冷却循环系统，使得机械的温度不至于过高，控制在一定的范围里；快速移动电机用于装置的快速移动，提高非工作时段的效率，以提高整体的效率。 2.2 控制要求在这些电机中有一定的启动顺序，只有满足一定的启动要求后才能确保机械的安全使用，保证它的稳定性，所以必须在液压泵电机起动并使水银继电器触点闭合以后主电机才能起动，在主电机起动以后冷却电机才能起动当液压泵电机停止以后整个机床处于停止工作状态。当电箱门打开时电箱门压动行程开关断开，整个机床处于断电状态，以防止触电。当传动箱门打开时传动箱门压动式行程开关处于断开状态，机床不能起动，必须把门关上以后主电机才能起动。一旦机床起动以后主电机控制系统自锁则可以打开传动箱门观察齿轮润滑情况，并且轴向运动有超行程保护开关为轴向超行程保护开关，切向运动有超行程保护开关为切向超行程保护开关对机床进行轴向和径向运动的保护。 nts 8 2.3 电气说明 1、首先启动液压电动机（ 1D），当供油润滑达到正常后， FJ 浮子继电器接通，润滑信号灯亮，才能启动其余电动机。 2、只有主电动机（ 2D）启动后，冷却电动机（ 3D）才能启动。主电动机停止工作，冷却电动机也停止工作。 3、在刀架快速向下时，电磁阀 2DT 接通。 4、只有当手柄 1（ 3XK）处于快速位置时，轴（切）向快速电动机才能起动。 5、电气操作站工作台快速按钮（ 4K）处于“退后”时，电磁阀 1DT 无电，工作台向后快速。处于“向前”时，电磁阀 1DT 有电，工作台向前快速。 2.4 保护装置 1、短路保护：本机床采用自动空气断路器，作为电源开关，并作为主电动机 2D 的保护电路。液压电动机 1D 和轴（切）向快速电动机 4D 用 1RD 做短路保护。冷却电动机 3D 用2RD 作短路保护。交流控制线路变压器用 3RD 作短路保护。照明线路用 4RD 做短路保护。指示灯线路用 5RD 作短路保护。 2、过载保护：液压电动机 1D，主电动机 2D 及冷却电动机 3D 分别采用热继电器 1RJ,2RJ及 3RJ 作过载保护。 3、行程保护： 1XK 为轴向行程开关， 7XK 为切向行程开关。 2XK、 4XK 是轴向超行程开关。 8XK、 9XK 是切向超行程开关。 4、其他保护：当传动箱打开时， 5XK、 6XK 断开。不能启动机床。所以必须把门关闭才行。一旦机床起动后则可打开齿轮箱门，以观察润滑情况。主轴冲动时例外。电箱门打开时不能启动机床，因为 10XK 已打开。以防触电。 2.5 电气原理图、电气接线图见附图纸 nts 9 3.硬件系统设计 3.1 PLC 机型的选择步骤与原则随着 PLC 技术的发展， PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： (1)合理的结构型式 PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式 PLC 的每一个 I/O 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小 ,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便 ,在 I/O点数、输入点数与输出点数的比例、 I/O 模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 (2)安装方式的选择 PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 I/O 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 I/O 硬件，系统反应快、成本低；远程 I/O 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 I/O 可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 I/O 电源；多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必须要附加通讯模块。 (3)相应的功能要求一般小型 (低档 )PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 A/D 和D/A 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 (4)响应速度要 PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 I/O 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。 (5)系统可靠性的要求 nts 10 对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 (6)机型尽量统一根据上面的选择原则和根据 YM3150E型滚齿机控制系统输人输出点数的需要这次对YM3150E 滚齿机的改造采用三菱公司生产 F1 40MR，日本三菱公司生产的 PLC 以其体积小、控制灵活、具有良好的性价比等特点而在我国机械设备和工业控制中应用广泛。 3.2 F1 系列 PLC 的指令系统简介（ 1） F1 系列 PLC 的指令可分为两大类：基本逻辑指令：又称为通用逻辑指令，是 PLC 中最基本的编程语言，用于开关量 I/O的控制系统的梯形图程序设计，共二十条。掌握了它们也就初步掌握了 PLC 的使用方法，基本上就满足开关量逻辑控制系统的编程了。特殊功能指令：共 87 条，可用于编程特殊程序，如高速 I/O 处理、数据传输、计数器的特殊用法、算术运算和模拟量控制等。（ 2） F1 系列 PLC 的基本逻辑指令又分为四大类：作用于触点的指令： LD/LDI、 AND/ANI、 OR/ORI 等。作用于线圈的指令： OUT。数据处理指令：如 S/R、 RST、 SFT、 MC/MCR、 PLS、 SFT、 CJP/EJP 等。独立使用的指令：如 ANB、 ORB、 END 等（ 3） F1 40MR 的编程元件： F1 40MR 的编程元件的名字有字母和数字表示，它们分别表示元件的类型和元件号。元件号用八进制表示，各种编程元件的编号的取值范围有严格的规定，不同的元件编号不相同，互不重叠，具体安排如下：输入继电器（ X）： 400 413.500 513 输出继电器（ Y）： 430 437， 530 537 定时器（ T）： 50 57， 450 457， 550 557， 650 657 计数器（ C）： 60 67， 460 467， 560 567， 660 667 辅助继电器（ M）： 100 377（其中 300 377 断电保持）状态寄存器（ S）： 600 647 特殊辅助继电器（ M）： 70， 71， 72， 73， 76， 77 等 16 个 nts 11 3.3 YM3150E 型滚齿机的硬件系统设计通过对 YM3150E 型滚齿机功能实现分析后，可以得到要它的外部需要的控制图，需要的开关和继电器，并对这些开关和继电器进行必要的编号，以有效的表示它们，增强可读性，下面是对相关的硬件的编号 J 及相关的硬件接线图如图 1： X0： SB1 主电机起动按钮； X1： SB2 主电机停止按钮； X2： SB3 轴向快速反转点动按钮； X3： SB4 轴向快速电机正转点动按钮； X4： SQ0 电箱门压动行程开关； X5： SQ1 轴向行程开关； X6， X 10： SQ2， SQ4 轴向超行程保护开关； X7： SQ3 轴向快速移动手柄压动式行程开关； X11， X12： SQ5， SQ6 传动箱门压动式行程开关； X13： SQ7 切向行程开关； X14， X15： SQ8， SQ9 切向超行程保护开关； X 16： SA1 液压泵电机起动操作开关； X17： SA6 主电机起动与点动切换开关； X20： SA3 主电机正反转切换开关； X21： SA5 冷却液电机起动开关； X22： SA4 径向快速移动刀开关； X23： SA2 照明电源开关； X24： K1 水银继电器触点； Y0： KM1 液压泵电机接触器线圈； Y1： KM2 主电机正转接触器线圈； Y2： KM3 主电机反转接触器线圈； Y3： KM4 冷却电机接触器线圈； Y4： KM5 轴向快速移动电机正转接触器线圈； Y5： KM6 轴向快速移动电机反转接触器线圈； Y6： YA1 径向移动油缸电磁换向阀电磁铁线圈； Y7： YA2 平衡油缸电磁换向阀电磁铁线圈； Y10：照明电源输出端。 nts 12 图 1 在这些开关 SB1 SB4 属于按钮开关， SQ0 SQ9 属于限位（行程）开关， SA1 SA6是表示控制开关。在这些开关当中限位开关是起保护作用的，如 SQ8， SQ9 切向超行程保护开关， SQ2， SQ4 轴向超行程保护开关。如由上图可以看出来 PLC 的外部接线图，当PLC 的控制逻辑程序写入后，就可以进行测试的，下面我们就开始进行软件系统的设计，它是实现外部硬件的逻辑，所以是非常重要的，只有设计的合理，才能保证机器的正常运行。 nts 13 4 软件系统的设计 4.1 PLC 程序设计的相关指令 1.微分指令（ PLS/PLF）（ 1） PLS（上升沿微分指令）在输入信号上升沿产生一个扫描周期的脉冲输出。（ 2） PLF（下降沿微分指令）在输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲输出。 PLS、 PLF 指令的使用说明： 1） PLS、 PLF 指令的目标元件为 Y 和 M； 2）使用 PLS 时，仅在驱动输入为 ON 后的一个扫描周期内目标元件 ON；使用 PLF 指令时只是利用输入信号的下降沿驱动，其它与 PLS 相同。 2.主控指令（ MC/MCR）（ 1） MC（主控指令）用于公共串联触点的连接。执行 MC 后，左母线 MC 触点的后面（ 2） MCR（主控复位指令）它是 MC 指令的复位指令，即利用 MCR 指令恢复原左母线的位置。在编程时常会出现这样的情况，多个线圈同时受一个或一组触点控制，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，使用主控指令就可以解决这一问题。利用 MC N0 M100 实现左母线右移，使 Y0、 Y1 都在 X0 的控制之下，其中 N0表示嵌套等级，在无嵌套结构中 N0 的使用次数无限制；利用 MCR N0 恢复到原左母线状态。如果 X0 断开则会跳过 MC、 MCR 之间的指令向下执行。 MC、 MCR 指令的使用说明：（ 1） MC、 MCR 指令的目标元件为 Y 和 M，但不能用特殊辅助继电器。 MC 占 3 个程序步， MCR 占 2 个程序步；（ 2）主控触点在梯形图中与一般触点垂直。主控触点是与左母线相连的常开触点，是控制一组电路的总开关。与主控触点相连的触点必须用 LD 或 LDI 指令。（ 3） MC 指令的输入触点断开时，在 MC 和 MCR 之内的积算定时器、计数器、用复位/置位指令驱动的元件保持其之前的状态不变。非积算定时器和计数器，用 OUT 指令驱动的元件将复位。（ 4）在一个 MC 指令区内若再使用 MC 指令称为嵌套。嵌套级数最多为 8 级，编号按 N0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 顺序增大，每级的返回用对应的 MCR 指令，从编号大的嵌套级开始复位。 nts 14 3.堆栈指令（ MPS/MRD/MPP）堆栈指令是 FX 系列中新增的基本指令，用于多重输出电路，为编程带来便利。在FX 系列 PLC 中有 11 个存储单元，它们专门用来存储程序运算的中间结果，被称为栈存储器。（ 1） MPS（进栈指令）将运算结果送入栈存储器的第一段，同时将先前送入的数据依次移到栈的下一段。（ 2） MRD（读栈指令）将栈存储器的第一段数据（最后进栈的数据）读出且该数据继续保存在栈存储器的第一段，栈内的数据不发生移动。（ 3） MPP（出栈指令）将栈存储器的第一段数据（最后进栈的数据）读出且该数据从栈中消失，同时将栈中其它数据依次上移。堆栈指令的使用说明： 1）堆栈指令没有目标元件； 2） MPS 和 MPP 必须配对使用； 3）由于栈存储单元只有 11 个，所以栈的层次最多 11 层。 4.逻辑反、空操作与结束指令（ INV/NOP/END）（ 1） INV（反指令）执行该指令后将原来的运算结果取反。使用时应注意 INV 不能象指令表的 LD、 LDI、 LDP、 LDF 那样与母线连接，也不能象指令表中的 OR、 ORI、 ORP、ORF 指令那样单独使用。（ 2） NOP（空操作指令）不执行操作，但占一个程序步。执行 NOP 时并不做任何事，有时可用 NOP 指令短接某些触点或用 NOP 指令将不要的指令覆盖。当 PLC 执行了清除用户存储器操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。（ 3） END（结束指令）表示程序结束。若程序的最后不写 END 指令，则 PLC 不管实际用户程序多长，都从用户程序存储器的第一步执行到最后一步；若有 END 指令，当扫描到 END 时，则结束执行程序，这样可以缩短扫描周期。在程序调试时，可在程序中插入若干 END 指令，将程序划分若干段，在确定前面程序段无误后，依次删除 END 指令，直至调试结束。 nts 15 4.2 根据控制要求绘制梯形图该控制系统分别控制着四台电机（主电机，冷却电机，液压泵电机，轴向快速移动电机）和两个油缸（径向移动油缸，平衡油缸）的动作过程，当电箱门关闭之后 SQ0 被压动即 X4 闭合，此时机床才能起动，以确保安全。合上操作开关 SA1 即 X16 闭合则液压泵电机起动，当达到一定油压之后水银继电器触点动作即 X24 闭合，机床充分润滑。当确定传动箱门闭合即 SQ5、 SQ6 闭合后，按动 SB1 即 X0 闭合主电机起动，这是才能顺利启动主电机，此时的主电机是正传的。主电机正反转由操作开关 SA3 即 X20 进行转换，当 SA3 断开时常闭触点闭合，常开触点打开，这时接通正转控制线路；当 SA3 闭合时即X20 常开触点闭合，常闭触点断开，接通反转控制线路。当操作开关 SA6 闭合时即 X17常闭触点断开，按动 SB1 可实现主电机的点动控制。在主电机起动以后，合上 SA5 即 X2l闭合使冷却电机起动。当机床操作手柄转到刀架快速移动位置时 SQ3 被压动即 X7 闭合为轴向快速电机起动做准备。按下 SB3 即 X2 闭合，使 KM6 得电，刀架快速向上移动；按下 SB4 即 X3 闭合，使 KM5 和 YA2 得电，刀架向下快速移动。当操作开关 SA4 即X22 合上时 YA1 得电，工作台径向快速进给。按下 SA2 照明灯开关就可以打开照明灯，这个必须是在机器启动后才行。根据上面的功能描述，可以画出如图 2 所示的梯形图来，这个图表示了电机启动顺序及工作的内在逻辑和条件。我主要讲讲延时继电器和 MCR 指令在这个梯形图的重要作用，启动主电机前，先要关闭电箱门，启动液压泵电机，当液压达到一定的压力值后，水银继电器触点动作即 X24 闭合，但闭合后不能立即可以启动主电机，延时一段时间后，等液压保持稳定后，才允许主电机启动，这就是延时继电器在这里起到的作用。而关于MCR 指令是在多个线圈同时受一个或一组触点控制，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，使用主控指令就可以解决这一问题。当 M1 中间继电器闭合以后，就可以启动 MC 和 MCR 中间的这块程序的， MC 指令是让主母线右移，而 MCR 是让主母线左移， M1 继电器作为快程序运行的先觉条件。 nts 16 图 2 5 结束语本文利用 PLC 对 YM3150E 精密型滚齿机进行改造，使得机器的的操作更简单，灵活，更是方便维修，发挥出了 PLC 控制系统的运行可靠，控制灵活的优点。在改进的过程中，需要对机器进行整体的了解，特别是它的工作原理和流程，考虑得到操作的安全性和可靠性，设计 PLC 控制系统就必须谨慎。 nts 17 小结在指导老师张高峰副教授的精心辅导下，经过近一个学期的努力，基本完成了此次毕业设计的任务。通过这个过程，对大学四年所学的专业知识和各项技能都有了一个重新的认识，是一个阶段性提高自我的过程，从中，也不断发现自己在专业知识和创新思维方面的不足，达到改进的目的。在整个毕业设计的过程中，经常性的查阅各种资料和文献，经常碰到一些以前未遇到的问题，都促使我反复思考探究，或者向人请教，学到了不少的知识。特别是对本课题的相关知识，有了更深层次的理解和消化，在电气控制技术方面有了显著的提升。在此感谢我的指导老师和帮助我的老师们！ nts 18 致谢经过几个月的努力，毕业设计接近了尾声，也意味着我大学四年的生活接近了尾声。回顾这几年的学习，感慨颇深，收获颇多。在此我首先要衷心的感谢我的指导老师张高峰副教授。正是他的谆谆教诲使我完成了我的毕业设计。从课题的选题、开展到论文的撰写、结稿，自始至终都得到了张高峰老师的悉心指导与热情帮助。他渊博的学识，严谨的学风，勤勉的工作态度，诲人不倦的高尚品格给我留下的深刻的印象，我相信这段经历必将对我日后的工作生活起到良好的促进作用。同时，感谢学校给予我的培养，使我在走入社会前有了一个立身的平台。再次，我要感谢我的父母，没有他们的支持，我便没有今天的成就，是他们辛勤的劳动使我有了在湘潭大学深造的机会。最后，我还要谢谢我的大学同窗们，大学能认识你们，是我人生的一笔宝贵的财富。你们平时和我一起讨论关于学习的点点滴滴，使我有了更大的进步。兴湘学院 06 级机械设计制造及其自动化一班李增 nts 19 参考文献 1 熊葵容 . 电器逻辑控制技术 M.科学技术出版社， 1999 2 廖常初 .可编程控制器应用技术 M.重启大学出版社， 1996 3 黄义源 .机械设备电器与数字控制 M.中央广播电视大学出版社， 1993 4 郑凤翼，郑丹丹，赵春江 . 梯形图和语句表 .人民邮电出版社， 2006.5 5 王阿根 .电气可编程控制原理与应用 .清华大学出版社， 2007.4 6 张高峰，陈资滨 .YM3150E 精密滚齿机的 PLC 的改造 .计算机 PLC 应用机床电器 2002 NO.3 7 王少江，侯力，匡红 . 滚齿机控制系统的数控化研究 . 机床与液压， 2009， 37（ 7） 8 张凤友 . 滚齿机微机控制系统设计学位论文 1998 9 赵晓运，郑胜利 . YM3150E 型滚齿机的控制系统的 PC 改造 . 河南机电高等专科学校学报 2006， 14（ 5） 10 任延明，侯力，赵学玲，舒畅 . 基于 PLC 的滚齿机控制系统设计的研究 . 机械 2008， 35（ 4） nts 20 附录一 PLC 的程序： LD X4 OUT M0 LD M0 AND X16 OUT Y0 LD X24 MC M0 M1 OUT M1 OUT T1 K50 LD M1 MPS LD X0 AND X11 AND X12 LD Y1 OR Y2 ANI X17 ORB ANB AND T1 ANI X1 ANI X5 ANI X6 ANI X10 ANI X13 ANI M3 OUT M2 MRD AND M2 ANI X20 ANI Y2 OUT Y1 nts 21 MRD AND M2 ANI Y1 OUT Y2 MRD AND M2 AND X21 OUT Y3 MRD LD X14 OR X15 ANB OUT M3 AND X7 ANI X15 ANI X6 ANI X2 ANI X3 ANI Y4 OUT Y5 MRD AND X7 ANI X14 ANI X10 ANI X2 ANI X3 ANI Y5 OUT Y4 MRD AND X22 OUT Y6 MRD AND Y4 OUT Y7 nts 22 MPP AND X23 OUT Y10 MCR M0 END nts 23 附录二外文文献翻译硬质合金刀加工合金 718 时刀具磨损建模 J. Lorentzon _, N. Jarvstra t 关键词：刀具磨损有限元铬镍铁合金 718 摩擦建模概述刀具磨损是在镍基高温合金车削时的问题，因此它是理解和定量预测刀具磨损和刀具寿命的重要的依据。本文的实验证明工具磨损模型并已用商业有限元（ FE）的代码来预测刀具磨损。该工具几何是逐步形成的有限元模拟芯片的更新，以捕捉到穿概况，压力，温度和相对速度的不断演进，以适应几何中的

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