C1312型自动车床的PLC改造设计

C1312型自动车床的PLC改造设计摘要：C1312型自动车床是一类依靠凸轮，定时轮等机械装置控制自身循环的自动机床。该机床适合加工直径在12mm以下的轴类零件，其运动包括：夹料送料，前后刀架的进给，回转刀架的转位进给，切断刀架的切断运动等。本设计在研究了C1312型自动车床的传动与控制系统以及它的工作循环后，根据课题要求，得出了需要的输入输出点，从PLC的小型机中选择S7-200CPU226对车床进行改造设计。通过对机床的改造，能够简化机床电气电路，降低故障率，使维修维护更加方便。关键词：C1312型自动车床，PLC，控制，传动,改造设计ITheDesignofPLCforC1312AutomaticLatheAbstract:C1312typeautomaticlatheisakindofautomaticmachinethatrelysonmechanicalequipmentlikecam,timingwheeltocontrolitscirculate.Themachineissuitableforproductingshaftpartsthatdiameteris12mmorless.Itsactivitiesinclude:thematerialfeedingandclamping,beforeandafterturretsfeeding,rotaryturretstranspositionandfeeding,cuttingoffturretscuttingoffmovement,andsoon.IacquireinputandoutputpointsaccordingtotherequirementsofthesubjectafterIstudyC1312typeautomaticlathestransmissionandcontrolsystemaswellasitsworkcycle.Then,thedesignchoosestheS7-200CPU226PLCfromitsminicomputerlathestoproceedreformationdesignonlathes.Afterthetransformationofmachinetools,whichcansimplifyelectricalcircuit,reducethefailurerate,makelathesrepairandmaintenancemoreconvenient.Keywords:C1312typeautomaticlathe,PLC,control,drive,retrofitdesign目录1前言.11.1设计目的及意义.11.2国内外研究进展.11.2.1PLC研究现状.11.2.2机床现状.12C1312型自动车床.32.1C1312型单轴六角自动车床简介.32.2机床的传动与控制系统.42.2.1主运动.62.2.3辅助运动.62.2.4分配轴.72.2.5回转刀架高速钻孔附件.73可编程控制器PLC.83.1PLC的简介.83.2PLC与继电器控制系统的区别.143.3PLC的编程语言.153.3.1梯形图(LAD).153.3.2语句表(STL).163.3.3顺序功能流程图(SFC).173.3.4功能块图（FBD）.174PLC的基本指令及程序设计.194.1PLC基本逻辑指令.194.2定时器.224.3PLC程序设计.234.3.1C1312型自动车床的PLC改造设计的工作描述.234.3.2任务分析.244.3.3编制程序进行改造.265结论.38参考文献.39致谢.4001前言1.1设计目的及意义在PLC没有产生之前，中国传统的机床控制系统是继电器控制系统，相对现在PLC控制系统来说它有很多的弊病主要包括：接线繁琐，维修麻烦，而且占地面积比较大，需要更多的人力，这样的系统在现代化的潮流下已经处于淘汰边缘。然而PLC却有许多满足现代化生产需要的特性：体积小，编程简单，维修方便，更重的是自动化水平高能节省很多的人力资源。因此用PLC改造机床已经是不可逆转的时代潮流，更加符合现代化建设的控制需求。目前已经用PLC控制改造的传统机床,稳定性很好、生产效率变高，而且设备故障率低,运行效果好。1.2国内外研究进展1.2.1PLC研究现状在中国，PLC技术尚未成熟，虽然也有几十家厂家致力于PLC的生产，但生产规模小，运行不如国外一些名牌稳定，或者只是一些进行仿造、组装的。尽管中国在PLC生产技术方面有些差距，但这并不妨碍PLC在中国市场的发展，每年中国都有十几万套的PLC产品购进，应用在我国的各行各业。世界各地著名的PLC基本上在中国都有自己发展好的领域，都以它们擅长的方面为中国PLC的应用作着巨大的贡献。例如小型机方面，中国采用日本的PLC较多，而大中型的PLC一般采用欧美的更多。日本的小型PLC机型价格比较便宜，灵活性好，而欧美的大中型机在计算机控制和网络技术方面明显更好。1.2.2机床现状在机器制造业的大多数工厂中，由于产品品种多，批量不大，变化频繁以及加工精度要求高等原因，如果仍旧使用原有的自动机床，则已不再适应。这是因为更换加工对象时所需要的调整时间太长，而且加工精度也已不能满足日益提高的要求。自五十年代初期数字控制机床问世以来，至今已取得很大进展，由于它从结构上保证了较高的加工精度，而且在更换加工对象时调整简便迅速，具有较大的灵活性和通用型，因此能够满足单件、小批量生产中切削加工自动化的需要。但是数字化程序控制的机床需要很大的成本，而且机构复杂，技术1含量比较高，维修不方便，因此在使用时必须充分考虑是否划算。现在的控制技术都已计算机技术和网路为核心，才更符合时代的需求，综合资源、技术等方面的因素，对机床进行PLC改造设计才是中国机床最好。22C1312型自动车床2.1C1312型单轴六角自动车床简介C1312型自动车床主要用于加工棒料直径在12mm以下的零件。机床的外形如图2.1所示。床身固定在底座1上。它的左上方固定着主轴箱2和辅助电动机4，其右侧装有前刀架5，后刀架7，切断刀架6，用于切断以及成型车削切槽等工作。床身的右上方是用于纵向进给的回转刀架8，在其圆柱面上有6个刀具的安装孔，每个孔可以装夹一组刀具，分别用于进行攻内螺纹、套外螺纹、铰孔、扩孔、钻孔、车外圆等工作。分配轴3装在床身的前面和后面，其上装有定时轮和凸轮。它们主要用来控制机床的各个部件的加料送料，定转离合器的接通，回转刀架的转位进给，前后刀架的进给，上刀架的切断运动等，使其工作能够完成自动循环。图2.1机床外形图3C1312型自动机床的主要技术规格如下：单件加工时间2180s，加工螺纹最大直径M8，钻孔最大直径8mm，高速钻孔最大直径4mm，车削最大长度50mm，最大送料长度60mm，最大加工棒料直径12mm。图2.2是C1312型自动车床各个刀架的主要技术参数。图2.2刀架主要技术参数2.2机床的传动与控制系统在每个自动循环的工作过程中机床会完成一个工件的加工。在这个过程中，机床的每一个运动部件将按照顺序依次进行以下工作：工件送料，并由回转刀架的挡料杆来控制送料长度、工件夹紧、主轴旋转、前后刀架径向进给进行加工、前后刀架快速退回、回转刀架转位、回转刀架进给、回转刀架快速退回、主轴停转，切断刀切断工件、工件松开、主轴箱后退、切断刀后退、工件送料夹紧回转刀架最多可以转位六次，当然，在工件比较简单的情况下，也可以通过调整机床使回转刀架只转位三次，每次转角120。在回转刀架工作工程中，其余三个刀架，也可以分别对工件加工；在加工完成后，上刀架上的切断刀切断工件，此时，机床上的托盘会抬起让切下的工件通过托盘掉入成品盒，这样工件和切屑就会分开。切断刀之后会快速退回，紧接着开始下一个自动工作循环。机床通过相应的机械传动与控制系统来完成自动工作循环，从图2.3（a）、（b）可以完整清晰的了解在工作过程中各运动部件相互之间的联系。4（a）（b）图2.3C1312型自动车床的传动控制系统52.2.1主运动主电动机和主轴是主运动传动链的两端。其传动线路表达式为：主电动机rpm14302主轴正转反转123547)(51624MDCBA电磁离合器M接通，主轴正转（顺时针旋转），高转速，主要进行钻孔及1车外圆等工作。但需要注意的是，普通车床主轴的正转方向与其正好相反。电磁离合器M接通，主轴反转（逆时针旋转），低转速。主要进行螺纹加工。2挂轮A/B用来调整主轴正转转速，挂轮C/D用来调整正转与反转的速比。机床一般会有四对挂轮：49/43,54/38,59/33,64/28,在A/B和C/D挂轮的齿数重复时，需要订购特殊的齿轮做准备。2.2.3辅助运动辅助轴1拥有恒定的旋转方向和转速，它是由功率为0.6kw转速为1420rpm的辅助电动机经蜗杆涡轮副（传动比为2/24）传动。其转速n=1420rpsm2024/可以得出辅助轴每转一转需要0.5秒。而且辅助轴只能向一个方向转动，不然会酿成机床事故。可以在辅助轴上装上保险销，这样在机床发生故障时，保险销会被剪断，避免事故的发生。一共有四个牙嵌式的离合器,从左至右依次装在辅助轴上。3M456离合器可以手动接通或脱开机床的自动控制系统。脱开后，辅助轴和分3M3配轴的运动将由手轮R控制，而辅助电动机将不再控制辅助轴和分配轴，。送料夹料机构的运动由定转离合器来接通，当接通时，辅助轴的运动通过55齿轮42/42使轴2回转一周，马上自动脱开。送料鼓轮和夹料鼓轮在轴上回转时，送料和夹料机构通过杠杆来操纵夹送料动作。回转刀架转位运动由定转离合器来接通，当接通时，辅助轴的运动通过齿轮副32/72、72/32及锥6M6齿轮副32/32使轴V完成一次回转，马上自动脱开。轴V回转一周，回转6M刀架转位一次。定时轮G及F上的挡块经过杠杆操纵及的接通。，56M5接通一次，辅助轴就会回转一周而停止，因此在0.5秒内送夹料，回转刀架6转位都会完成。62.2.4分配轴分配轴共有两部分：轴3和轴4。它们由锥齿轮38/38相互连接，动作同步进行。自动车床由分配轴发令，在自动循环过程中，分配轴上的凸轮和定时轮发出指令使机床各运动部件运动。机床完成一次工作循环，分配轴就回转一周。也就是说分配轴回转一周刚好是一个自动循环时间T(s)。分配轴通过辅助轴经蜗轮蜗杆副2/40、配换齿轮a/b,c/d、齿轮45/67来分配运动。转速为2rps的辅助轴在一个工作循环时间T内共转2T转。即分配轴转一周，辅助轴转2T转。则分配轴运动链的运动平衡方程式是：2T45/672/4038/38=1dcba化简后可得：=15/T已知机床的单件工时为2180s，因此在需要调整机床时，可以由分配轴配换齿轮的齿数来确定。分配轴3上一共装有3个定时轮N、G、F和3个平板凸轮M、L、H；主轴变速箱中有两个电磁离合器M、M，可以由定时轮N通过主轴变向开关来12接通，从而控制主轴的转向。定时轮G侧面装有两个挡块，分别用于操纵送夹料机构的运动和使工件落入成品盒。回转刀架的转位可以由定时轮F通过接通来控制。平板凸轮M、L、H通过1:1的杠杆来操纵前后刀架和上刀架的进6M给、快进快退运动。分配轴4上有一个平板凸轮E，经1:1的杠杆、齿条、扇形齿轮来传动回转刀架溜板的进给及快进快退运动。生产时需要根据工件的形状和加工要求通过计算来设计和制造凸轮以及定时轮上挡块的位置。2.2.5回转刀架高速钻孔附件机床对一般孔进行加工时，主轴正转（顺时针），要采用左旋的钻头。对小孔进行加工时，切削速度需要提高，因此可以在回转刀架内安装高速钻孔附件。它的动力由辅助电动机来驱动，然后经接通链轮18/9，齿轮47/26，锥齿轮4M35/16以及25/12俩带动钻头的旋转。73可编程控制器PLC3.1PLC的简介在以前机械设备的控制装置主要是继电器控制系统。这种系统主要是由导线将及继电器、接触器、电子元器件连接起来完成对设备的控制。由于它价格便宜、结构也相对简单又比较容易掌握，能够在特定要求下满足人们的控制要求。但是这些装置接线繁琐，占地面积较大，又容易出现故障，更重要的是当更换生产工艺时，又需要重新接线，变换元器件，线头容易老化，使用起来并不能达到人们眼中灵活简单的要求。20世纪中期，为了迎合市场小批量，多品种的生产方式，原先的生产方式已经不符合社会发展的需要，在这种背景下就更加凸显了继电器控制系统的不足。1968年美国通用汽车公司公开招标新的生产设备来应对未来的挑战，希望可以设计出新的控制装置中来取代继电器控制装置，并要求具有计算机灵活方便的特点，来适应改变生产工艺的需要。并提出10项指标:(1)占地面积小;(2)能够方便简单的扩展容量;(3)要有大于4KB用户存储器容量;(4)由计算机控制各种数据;(5)体积小；(6)成本相对继电器控制装置要便宜；(7)可靠性要高;(8)编程必须简单，修改程序方便;(9)维修方便，简单易懂;(10)输入输出电源要为市电，负载电流大于2A，可直接驱动接触器和电磁阀等;1969年美国数字设备公司(DEC)根据这一设想，研制出了一种新的控制装置，并很快在GM公司的一条汽车自动化生产线上运行成功。人们把这种可以通过编程改变控制以及可以逻辑控制的新型控制器称为可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller)，简称PLC。PLC由很多种定义。其中比较认可的一种定义是:可编程控制器是在适应工业发展需求而设计制造的一种数字控制系统，它内部的存储器可以用来定时、8计数、顺序控制、逻辑运算等，并依靠输入输出点来完成对生产动作的控制。这种可编程序控制器具有抗干扰能力强、适应性强，应用范围广泛等特点。PLC总的发展趋势是向小型化，智能化，集成化，灵敏度高，体积小，容量大的方面发展。由于PLC这么多的优点，很快在世界各地流行起来。近些年计算机技术发展迅速，在很多地方都会用到计算机技术，PLC也依靠计算机的发展，不断发展，现在已经更新换代了五次，而且大多数企业在选择工业控制装置时优先考虑的是用PLC控制装置。近些年来，PLC以其全面的功能和技术的成熟，已经成为自动化工业的支柱。由于PLC技术发展迅速全面，已经不是刚开始出现时单一的逻辑控制功能，因此仍然用可编程控制器来描述这种多功能全面的装置已经不再适合。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它一个新的名称“programmablecontroller，简称PC。然而PC在中国是个人计算机(personalcomputer)的缩写，为了防止术语出重复，按照时间优先原则，PC仍表示个人计算机，而PLC继续表示这种多功能的逻辑控制器控制器。本文也用PLC来表示这种全面的控制器。经过不断发展的PLC在航天、冶金、建材、化工、机械等行业发展的很好。在PLC刚出来前期，由于其价格相对较高，技术不够完善，所以其应用范围受到限制。但最近几年计算机技术发展较快，使得PLC在这段时间技术也相对成熟，成本也开始下降，应用面也越来越广。现在PLC已经广泛应用在机械，电力，通信，冶金，化工等行业。其应用范围主要表现在5个方面：（1）顺序控制目前PLC在顺序控制方面技术比较成熟，应用也最广泛，例如各种自动生产线或者需要顺序控制的机械加工工序等。（2）运动控制PLC目前已经有了单轴或多轴位置模块，在描述位置精度以及进给速度等方面更加精确。而且PLC体积价格以及灵敏度方面都有明显的优势。（3）过程控制PLC目前在过程控制中也设计了新型的PID模块，这种模块能够控制包括温度，流量，压力，速度等，而且PID模块能有更加精确的计算控制量。（4）数据处理在机械加工时，PLC在CNC系统中是主要的控制管理系统，可以对数据9进行准确的处理。（5）通信网络PLC的通信主要是指PLC与计算机、数控装置的通信，多台PLC之间的通信以及主机与远程I/O接口的通信。PLC与其他控制装置联系起来，可以实现集中管理，分散控制的生产模式。PLC一般是从三个角度对其分类，第一是从性能高低来分，第二是从结构来分，第三是从它所能控制的规模来分。按性能高低分类这样分类PLC可分为三类：低档机、中档机和高档机。低档机只有简单的控制功能和运算能力，而且运算效率低，输入输出模块数量和种类少，只适用于简单的逻辑控制。德国西门子的S7-200系列便属于这种。中档机具有较强的控制功能和运算能力，能够完成许多复杂的运算，运算效率高，并且输入输出模块的数量和种类也比较多。这种机型不仅能控制简单的系统，还能够还能完成大规模的控制。德国西门子的S7-300系列PLC是这种机型的代表。高档机具有更强大的控制能力和计算能力，除了能完成中档机所能完成的运算能力还能进行复杂的矩阵运算等，同样具有全面的输入输出模块，能够完成比中档机更大的规模的控制。德国西门子的S7-400系列PLC是这种机型的代表。按结构分类这样分类PLC可分为两类：整体式和组合式。整体式的PLC是把电源、CPU、I/O系统、存储器紧密的安装在一起的装置。这就相当于一个完整的PLC,在其内部控制量足够的情况下能对系统进行全面的控制。在控制量不够时，可以对其扩展，但扩展的部分是不带CPU的。这样由基本单元和扩展单元组成的系统便是整体式结构。整体式结构体积小，价格便宜，易安装，结构紧凑。整体式结构大部分属于小机型。德国西门子S7-200系列是整体式的代表。图3.1为整体式PLC组合示意图。组合式PLC是由许多单独的模块组合在一起，它包含了CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块，能够完成完整的控制功能。模块式PLC是由各种模块安装在框架上。模块插在插座上。一般大、中型PLC用模块式PLC的比较多，也有少量小型PLC采用这种结构的PLC来完成控制功能。图3.2为组合式PLC组成示意图。10图3.1整体式PLC组成示意图图3.2组合式PLC组成示意图（3）按I/O点数分类IO点数在256以下为微型PLC；IO点九在2561024为中型PLC；IO点数大于1024为大型PLC；IO点数在4000以上为超大型PLC。PLC属于工业控制的电子计算机，和普通计算机有相同之处，又有不同的地方。相同的地方是跟普通计算机一样属于串行工作方式，它的CPU在不同的时间分别处理不同的任务，在一个时间只能处理一项任务，所有动作都是按照顺序一次完成的。但在计算机高速的运行速度下，即使是顺序动作，时间差也几乎没有，感觉就是同时动作的，但是实际的输入输出不是同步的，有滞后。和普通计算机不同的是PLC要考虑的更多，比如信息的可靠实时性以及安装环11境等问题。PLC实现控制主要依靠输入输出信息的变换、物理实现的可靠。PLC通过改变其中的程序来改变输入输出信息。其中PLC的程序分为两部分一部分是厂家提供运行平台的程序，这属于不能更改的程序，一部分是用户按照自己的需求编制的程序，可以按照设计需求来更改。系统程序是PLC稳定运行的基础。PLC控制过程主要包括三部分：上电处理、扫描过程、出错处理。图3.3反映的是PLC实现控制的全过程。它也反映了信息的时间关系。上电处理是指系统开机后会对PLC进行初始化，过程包含一些装置系统的初始化，检查有无故障，所有指标是否在可运行范围内。扫描过程是指系统经过上电处理阶段后进行扫描的过程。第一步是输入传送、远程I/O，紧接着对外设、CPU、总线服务等通信服务以及时钟、特殊寄存器的扫描更新。如果CPU处于停止状态，就会进行自诊断。若处于运行状态，则还要继续执行用户程序和输出处理。出错处理是指PLC在自诊断的扫描过程中，会检查出PLC动作的正确与否，包括CPU、I/O、程序存储器等的状况。如果扫描过程中出现异常，CPU会通过特殊寄存器在显示屏幕上显示出错误代码，方便查询错误。当出现的异常状况属于致命错误时，CPU会强制停止，扫描也就中断。当PLC运行状况良好时，扫描过程将自动循环的进行下去。PLC控制过程的核心包括三个阶段：输入采样、程序执行以及输出刷新。图3.4为PLC扫描工作过程12图3.3PLC运行框图图3.4PLC扫描工作过程PLC实现控制的主要方式是通过不断循环扫描程序来实现控制的。另外，还可以通过中断方式来进行控制，如运行过程中出现中断，则程序会被响应，停止运行。转而去控制中断的工作，中断处理完后又返回到原程序运行。133.2PLC与继电器控制系统的区别PLC与继电器控制系统在一定程度是很相似的，但某些方面又有明显的不同，主要的不同表现在以下几个方面：继电器控制系统控制方法是通过硬件连接方式，用机械触点的串并联组成控制回路，这样的控制方式接线繁琐复杂，容易出现错误，维修也不方便，更重要的是它功耗比较大，而且系统完成构造后，因生产工艺变化需要变更控制时，不容易操作。PLC系统控制方法是以计算机技术为核心，通过在存储器中编写程序来达到控制的目的。这种控制方法，接线简单切少，维修方便，功耗也小，而且系统构成若由于生产工艺变更，需要变换控制时，可以通过改变程序来达到目的，简便易行。另外，它的扩展性比较好，可以通过扩展模块进行扩展。继电器控制系统属于并行工作方式，在其线圈通电后，继电器所有触点同时动作。PLC控制系统属于串行工作方式，上电处理后，系统会对程序进行自动循环扫描，动作是顺序执行。继电器控制系统是依靠机械触点的运动来实现控制的，这种方法运动比较慢，容易出现延误，效率较低。PLC控制系统是通过程序来控制半导体电路，运行速度快，动作迅速。继电器控制系统采用时间继电器机械触点动作的延时来实现控制的，而且容易受到环境的影响比如温度、湿度等。所以继电器控制系统控制精度低，容易出现误动作。而PLC是通过对程序设置预定值用半导体集成电路的定时器来进行控制，定时精度高，而且修改起来也更加方便。PLC还具有精确的计数器功能，这是一般继电器控制系统所没有的。继电器控制系统拥有很多的机械触点和导线连接，容易出现磨损，造成精确度不够或者安全隐患。而且由于接线复杂较多，修改维护不方便。PLC控制系统的技术核心是微电子集成电路，可靠性较高，而且还具有自诊断功能，能自己扫描出系统的故障，为系统的维护调试提供了很大的方便。图3.5为PLC与继电器控制系统比较图。14图3.5PLC控制系统与继电器控制系统比较3.3PLC的编程语言PLC为了让人们编程时更方便，提供了不同的编程语言供人们来选择。比较常用的有以下几种：梯形图（LAD）、语句表(STL)、顺序功能流程图（SFC）、功能块图（FBD）。3.3.1梯形图(LAD)PLC梯形图和继电器控制系统梯形图控制的思想在很大程度上是一致的。在继电器的电气图基础上可以编写PLC梯形图。所以它们在某些方面有些区别，但大体上的编写思想是一致的。图3.6是一个典型的梯形图举例。左右两边的竖线称为母线，中间的触点是是线圈输出和逻辑连接。梯形图是概念上的能流，如果能流从左边流向右边的线圈，线圈就被接通。如果没有流过去，则不会接通。这个能流是从左向右流，而且这个流动方向是不能改变的。梯形图以其简单方便，易懂的特点，在编程语言方面应用很广泛。15图3.6典型梯形图举例3.3.2语句表(STL)语句表是PLC最基本的编程语言，跟计算机语言有点类似，是把PLC的操作用字符给表达出来。语句表由两部分组成，分别是操作码和操作数。操作码指出要干什么，操作数是要被动作的元器件或数据。下面我们通过图3.7来了解下STL。例如，图中的LD、OR、AND、OUT是操作码，X400、Y430等是操作数。图3.7STL举例163.3.3顺序功能流程图(SFC)顺序功能流程图是依靠图形来编程的方法，这种编程方法对一些顺序控制或者有并发，选择的系统比较适用。SFC编程直观、易懂，因此动作是顺序控制或者并发结构时，比较受用户青睐。图3.8是顺序控制功能图的一个简单例子。1、2、3、4、5、6、7、8、9、10代表一种状态，横杠代表转移条件，当状态达到转移条件后会跳转到下一状态。图3.8SFC简单举例3.3.4功能块图（FBD）功能块图（FBD）是一种和电子线路的逻辑电路图相似的编程语言。图3.9是FBD编程语言的一个简单举例。17图3.9FBD简单举例184PLC的基本指令及程序设计4.1PLC基本逻辑指令目前最受欢迎的两种编程语言是梯形图和语句表，而且它们之间有一定的联系。下面我将以S7-200系列PLC为例介绍LAD和STL两种编程语言，来熟悉PLC的指令。梯形图主要的两部分是触点和线圈。图4.1为物理继电器和PLC继电器的的表示方法。图4.1物理继电器和PLC继电器的的表示方法（1）逻辑取反和线圈驱动指令LD:取指令。主要是在网络块逻辑运算开始时连接动合触点和母线。LDN：取反指令。主要是在网络块逻辑运算开始时连接动断触点和母线。=（OUT）：线圈驱动指令图4.2为LD、LDN、=电路。LD、LDN的操作数有：L、S、V、C、T、SM、M、QOUT的操作数有：L、S、V、C、T、SM、M、QLD、LDN不仅在网络块开始时能用而且在分支电路开始时也能用；=指令在一个电路中可以连续使用不止一次；同一个元器件在一个程序中不能使用双向圈即只能使用一次。19图4.2LD、LDN、=电路（2）触点串联指令（A、AN）A:与指令。主要是串联单个动合触点和其他程序段。AN:与反指令。主要是串联单个动断触点和其他程序段。A、AN的操作数包括:、L、S、V、C、T、SM、M、Q、I。这两个指令是可以连续使用的单个触点串联联结指令。图4.3为A、AN电路图4.3A、AN电路（3）触点并联指令（O、ON）O:或指令。主要是指并联动合触点和程序段。ON:或反指令。主要是指并联动断触点和程序段。O、ON的操作数：L、S、V、C、T、SM、M、Q、I可以连续使用单个触点的O、ON指令。图4.4为O、ON电路20图4.4O、ON电路（4）串联电路块的并联连接指令（OLD）串联电路块是指由多个（大于两个）触点串联组成的支路。OLD:或块指令。主要指并联连接的串联电路块。在块电路和网络块逻辑运算开始都要使用LD和LDN指令。OLD指令没有操作数。图4.5为OLD电路图4.5OLD电路（5）并联电路块的并联连接指令（ALD）并联电路块是指由多个（大于两个）触点并联组成的支路。ALD:与块指令。主要指串联连接的并联电路块。在块电路开始要使用LD和LDN指令；每完成一次块电路的串联连接后要写上ALD指令。ALD指令没有操作数。图4.6为ALD电路21图4.6ALD电路(6)复位/置位指令（R/S）复位/置位指令（R/S）指令的LAD和STL形式以及功能表见图4.7。（R/S）指令应用如图4.8。在对位元件不复位的情况下，它被置位后，就会一直保持通电状态：在其不置位的情况下，它被复位后，就会一直保持断电状态。由于PLC的工作方式是扫描方式，所以尽管（R/S）指令使用时没有次序的，但是后面的指令却享有了优先权。计时器和定时器使用复位指令后，它的值就会变为0。（R/S）指令的操作数有：L、S、V、SM、M、Q图4.7（R/S）指令的LAD和STL形式以及功能图图4.8（R/S）指令应用4.2定时器PLC中的定时器和继电器控制系统的时间继电器都具有控制时间的功能，22但是PLC的定时器是半导体集成电路构成的，精度很高。时间继电器是机械触点控制的，精度较低。S7-200有三种定时器，分别是：接通延时定时器(TON)、记忆接通延时定时器（TONR）、断开延时定时器（TOF）。定时器的定时时间由三个因素决定：实际定时时间T、预置值PT、分辨率S（1、10、100ms）。定时器定时时间T=PTS接通延时定时器(TON)在首次扫描前，定时器处于0FF状态，得电后，它的值从0开始计时直到达到设定值，定时器被接通，处于NO状态。在计数到32767后，输入端将会断开。记忆接通延时定时器（TONR）是对间隔的时间段计时的定时器，第一次扫描时，定时器的状态是之前断电时的值，得电后开始计时，当达到设定值后，定时器“打开”。记忆接通延时定时器（TONR）只能用复位指令复位后值才会被清为0。断开延时定时器（TOF）是在断电后开始发生动作计时，当达到设定值后，定时器位于OFF，停止计时。具有延时断电的功能。图4.9为定时器指令说明图4.9为定时器指令说明4.3PLC程序设计4.3.1C1312型自动车床的PLC改造设计的工作描述C1312型自动车床主要的加工对象是小型轴类零件。课题以下面的运动顺序为例说明PLC的顺序改造。加工顺序为：工件送料，工件夹紧，主轴旋转，前刀架径向进给，前刀架快退，后刀架径向进给，后刀架快退，回转刀架转位，23回转刀架进给，回转刀架快退，切断刀进给，切断刀后退，主轴停转，夹头松开，工件送料本课题要求对C1312车床进行PLC改造设计，改造后的车床可手动操作，用以对各运动部件进行位置调整。可编程序控制器型号可自定，编程语言也可自选。通过用PLC改造对C1312型自动车床进行顺序控制，使其完成自动循环过程：工件送料、夹紧，主轴旋转，前后刀架径向进给进行加工，加工完毕，前后刀架退回，回转刀架转位、进给，加工完毕，转塔刀架退回，主轴停转，切断刀横向进给切断工件，工件松开，主轴箱后退，切断刀快退，工件又送料夹紧，重复上述循环至棒料用完，将最后一个工件加工完毕后，机床自动停车。4.3.2任务分析（1）PLC选型根据大致分析得出大概需要19个输入和22个输出。S7-200CPU226有24个输入点和16个输出点，可以带7个扩展模块。因此这个型号的PLC完全符合设计的要求。S7-200CPU226的扩展模块中型号为EM222的有8点DC输出，这样经过扩展的PLC共有24个输入和24点输出即留下一定的可变空间又不浪费很多，因此选用S7-200CPU226的PLC以及EM222的扩展模块。图4.10为S7-200系列PLC的主要技术指标。图4.10S7-200PLC主要技术指标S7-200CPU226基本单元输入信号的编制:I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7、I2.0、I2.1、I2.2、I2.3、I2.4、I2.5、I2.6、I2.7。24S7-200CPU226基本单元输出信号的编制：Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1、Q1.2、Q1.3、Q1.4、Q1.5、Q1.6、Q1.7。EM222扩展单元输出信号的编制：Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4、Q2.5、Q2.6、Q2.7。表4.1S7-200CPU226I/O分配表I/O分配表输入端子功能输出端子功能I0.0切断刀后退停止限位开关Q0.0切断刀停止I0.1送料夹头打开开关Q0.1运送棒料I0.2棒料前段位置限位开关Q0.2停止送料I0.3夹料夹头夹紧开关Q0.3棒料夹紧I0.4主轴电动机开关Q0.4主轴旋转I0.5前刀架进给开关Q0.5前刀架进给I0.6前刀架进给位置限位开关Q0.6前刀架后退I0.7前刀架后退停止限位开关Q0.7前刀架停止运动I1.0后刀架进给开关Q1.0后刀架进给I1.1后刀架进给位置限位开关Q1.1后刀架后退I1.2后刀架后退停止限位开关Q1.2后刀架停止运动I1.3回转刀架转位开关Q1.3回转刀架转位I1.4回转刀架回转角度限位开关Q1.4回转刀架停止转位I1.5回转刀架进给开关Q1.5回转刀架进给I1.6回转刀架进给位置限位开关Q1.6回转刀架后退I1.7回转刀架后退停止限位开关Q1.7回转刀架停止运动I2.0切断刀进给开关Q2.0主轴停转I2.1切断刀进给位置限位开关Q2.1切断刀进给I2.2棒料末端位置限位开关Q2.2切断刀后退Q2.3工件松开Q2.4主轴箱后退Q2.5机床停车25（2）按控制要求分析车床的状态打开机床总开关后，按下送料夹头开关（I0.1）,夹料夹头打开，开始送料（Q0.1）,送料状态S0.1;送料过程中遇到棒料限位开关（I0.2），棒料停止送料（Q0.2）,停止送料状态S0.2；棒料停止送料后达到转移条件打开夹紧夹头(I0.3),棒料夹紧（Q0.3）,棒料夹紧状态S0.3；棒料夹紧后达到转移条件，打开主轴开关（I0.4）,主轴旋转（Q0.4）,主轴旋转状态S0.4;主轴旋转达到转移条件，打开前刀架开关（I0.5），前刀架进给(Q0.5),前刀架进给状态S0.5;前刀架进给后，遇到限位开关（I0.6）,停止进给，前刀架开始后退（Q0.6），前刀架后退状态S0.6;前刀架后退后遇到限位开关（I0.7），前刀架停止运动（Q0.7），前刀架停止运动状态S0.7；前刀架停止运动后达到转移条件，打开后刀架开关（I1.0），后刀架开始进给（Q1.0）,后刀架进给状态S0.8；后刀架进给遇到限位开关（I1.1），后刀架停止进给，开始后退（Q1.1），后刀架后退状态S0.9；后刀架后退遇到限位开关（I1.2）,后刀架停止运动（Q1.3）,后刀架停止状态S1.0;后刀架停止运动，达到转移条件打开回转刀架转位开关（I1.3），回转刀架开始转位（Q1.3），回转刀架转位状态S1.1；回转刀架转位遇到限位开关（I1.4）,回转刀架停止转位（Q1.4），回转刀架转位停止S1.2；回转刀架转位停止达到转移条件，打开进给开关（I1.5）,回转刀架开始进给（Q1.5），回转刀架进给状态S1.3;回转刀架进给遇到限位开关（I1.6），回转刀架进给停止，开始后退（Q1.6）,回转刀架后退状态S1.4；回转刀架后退遇到限位开关（I1.7），回转刀架停止运动（Q1.7）,回转刀架停止运动S1.5;回转刀架停止运动后达到转移条件关闭主轴开关（I0.4），主轴停转（Q2.0），主轴停转状态S1.6；主轴停转后达到转移条件，打开切断刀开关（I2.0），切断刀进给切断工件（Q2.1）,切断刀进给状态S1.7；切断刀进给遇到限位开关（I2.1），切断刀后退（Q2.2）,工件松开（Q2.3）,主轴箱后退（Q2.0）,切断刀后退状态S1.8；切断刀后退遇到限位开关（I0.0）,切断刀停止运动（Q0.0），切断刀停止运动状态S0.0;切断刀停止运动后，达到转移条件，如果棒料末端遇到限位开关(I2.2)则机床停车（Q2.5），机床处于停车状态（S1.9）;如果棒料末端未打开限位开关则达到转移条件打开送料夹头（I0.1），继续自动循环加工4.3.3编制程序进行改造选择梯形图编程。为了看程序清楚方便，下面的网络块梯形图统一定为图264.11。27282930313233343536图4.11梯形图375