PLC在两工位钻孔攻丝组合机床的应用毕业论文.doc

毕业论文（设计）PLC在两工位钻孔攻丝组合机床的应用目 录摘要I第一章 前言11.1 研究目的和意义11.2 国内外研究现状21.3 研究内容和方法3 第二章 PLC在组合机床中的应用42.1 组合机床的简介42.2 可编程控制器的简介52.3 PLC的简介第三章 两工位钻孔攻丝组合机床的设计3.1 两工位钻孔攻丝组合机床示意图3.2 两工位钻孔攻丝组合机床的控制要求3.3 I/O分配3.4 硬件接线图设计3.5 软件系统设计第四章 结论和建议总结致谢参考文献附录摘要正文：本课题主要研究的是用PLC控制两工位钻孔攻丝组合机床的运作。两工位钻孔攻丝组合机床经系统通电后能自动完成工件的钻孔和攻丝加工，该机床主要由床身、移动工作台、夹具、钻孔滑台、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、滑台移动控制凸轮和液压系统组成。工作台的移动包括左移和右移以及夹具的动作包括夹紧和放松，钻孔滑台的移动包括前移和后移，都由液压系统执行，其中钻孔滑台和攻丝滑台的移动是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的,电气系统不参与。只需启动控制凸轮电机即可。该系统通过PLC的控制，工作台和滑台的移动将严格的按规定的时序同步进行，使两种运动密切配合，生产效率大大提高。 关键词：组合机床 ，PLC控制，软件设计，调试 ABSTRACTContent：This topic research is to use PLC control two worktables drilling tapping combination machine tools of operation. Two worktables drilling tapping combination machine tools after the power supply by the system can automatically accomplish the drilling and tapping processing, this machine mainly by the lathe bed, mobile workstation, fixture, drilling machine, drilling power slide head, tapping slippery platform, tapping power head, slippery portable control CAM and hydraulic system composition. The stage of the mobile including moves left and move to the right and fixture action including clamping and relax, drilling platform of mobile including sliding forward and back, by the hydraulic system implementation, including drilling slippery stations and tapping machine movement is smooth by controlling the CAM to control the hydraulic system of sliding portable hydraulic valves implementation, electrical system not to participate. Simply start control CAM motor can. The system through the PLC control, workbench and slide the mobile platform will be strictly according to the provisions of the timing synchronization carry on, make two sports closely, the production efficiency is greatly increased. Key words：combination machine tools，PLC control，software design，debugging 第一章前言1.1研究目的和意义普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床，在中小型企业仍大量使用，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：（1）触点易被电弧烧坏而导致接触不良。(2)机械方式实现的触点控制反应速度慢（3）继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等特点。因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业有没有足够的资金购买新的数控机床。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。由于可编程控制器（PLC）具有：（1）通用性适应强（2）完善的故障自诊断能力且维修方便（3）可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前易很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了极其重要作用。1.2国内外研究现状二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达O.03O.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好的适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，生产多种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。1.3研究内容和方法 本次课题的设计的功能是实现两工位钻孔攻丝组合机床加工工程中的控制。我采用的是PLC程序实现方法。用某种编程语言的指令对流程图进行编程,以实现其中的功能和操作。目前已有提供直接功能流程图编程的PLC,但对于不具有该编程语言的PLC,可采用仿功能流程图编程的方法,这里所说的是采用梯形图、指令表等最常见的编程语言实现编程的方法。根据功能流程图的描述,可将该复杂的结构分解为单序列、选择序列、并行序列几种基本环节,找出这些基本环节各自的规律、编程规则,化整为零分块编程。这样程序为结构化模块形式,编程的思路更清楚,程序设计更为规范。各种基本环节的程序实现可采用通用逻辑指令、置位与复位指令或移位寄存器,这几种实现方法有一个共性就是要考虑如何激活一步、保持该步、又如何停止一步,如果用步进指令来实现,这些问题就无需考虑,程序也简洁的多。PLC是中和继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的，这就是PLC具有很多其他控制器所无法比的特点。编程方便，易于使用； 功能完善，扩展能力强；维修方便，维修工作量少；PLC 控制系统设计、安装、调试方便，能够更好的达到目的。第二章 PLC在组合机床中的应用2.1组合机床简介组合机床（transfer and unit machine）是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 2.1.1组合机床加工方式组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 2.1.2组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 2.1.3在中小批量生产中组合机床是如何应用的组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。2.2可编程控制器的概述可编程序控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程序控制器具有一定的共性。2.2.1可编程序控制器的由来20世纪60年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继接触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路布匹配、编程复杂等原因，而没能得到推广和应用。60年代末，美国通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断翻新的需要，提出需要有这样一种靠在设备，即它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便；系统通用性强。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上获得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑控制，故称为“可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)”，简称为PLC。2.2.2 可编程序控制器的特点 （1） 抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而 PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产控制经验，主要模块均采用了大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时。 （2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线的工作量是很小的。同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。 （3）编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。 （4） 功能完善，扩展能力强 PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。 （5） PLC 控制系统设计、安装、调试方便 PLC中相当于继电接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点数、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台PLC就可进行控制系统的设计并可在实验室进行模拟调试。而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁难。（6） 维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。 （7） 结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。由于PLC 具有上述特点，使得PLC获得极为广泛的应用。2.2.3 可编程序控制器的应用领域数字量逻辑控制，运动控制，闭环过程控制，数据处理，通信联网。2.2.4 可编程序控制器的发展趋势向高性能，高速度、大容量发展；大力发展微型可编程序控制器；大力开发智能型lO模块和分布式IO子系统；基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器；可编程序控制器编程语言的标准化；可编程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”；可编程序控制器的软件化与Pc化；组态软件引发的七位计算机编程革命 ；可编程序控制器与现场总线相结合。2.3 PLC的简介2.3.1 PLC的基本结构目前PLC生产厂家很多，产品结构也各不相同，但其基本组成部分如图1所示。可以看出来，PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和I/O接口电路等。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。如果把PLC看做一个系统，该系统由“输入变量PLC输出变量”组成。外部各自开关信号、模拟信号以及传感器检测的各种信号均可作为PLC的输入变量；它们经PLC外部输入端子输入到PLC内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算处理后送到到输出端子，它们是PLC的输出变量；由这些输出变量对外围设备进行各种控制。因此也可以把PLC看做一个中间处理器或变换器，它将工业现场的歌种输入变量转换为能控制工业现场设备的各种输出变量。 图1： PLC的典型结构（1） CPUCPU是计算机中央处理器的英文缩写。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。它作为整个PLC的核心，起着总指挥和总调度的作用。它主要完成以下功能：将输入信号送入PLC种存储起来按存放的先后顺序取出用户指令，进行编译完成用户指令规定的各种操作将结果送到输出端响应各种外围设备（如编程器、打印机等）的请求。目前PLC中所用的CPU多为单片机，在高档机中已采用16位甚至32位的CPU。(2) 存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。PLC内部存储器有两类：一类是RAM（即随机存取存储器）可以随时由CPU对它进行读出、写入；一类是ROM（即只读存储器），CPU只能从中读取而不能写入。RAM主要用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序。ROM主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据在出厂时已固化在ROM芯片中了。在PLC中，为了读写修改方便，其用户程序通常是放在RAM中。为了防止用户的程序在PLC断电时丢失，采用锂电池保持，一般可以保持5-10年时间。 (3)I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。数字量（或开关量）输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变送提供的连续变化的模拟量电流电压信号。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、批示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。CPU模块的工作电压一般是DC5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如DC5V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或影响PLC的正常工作。在I/O模块中，用光电耦合器、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。(4) 电源PLC电源一般指将外部交流电经整流、滤波、稳压转换成满足PLC中CPU、存储器、I/O接口等内部电路工作所需要的直流电源或电源模块。为避免电源干扰，接口电路的电源回路彼此相互独立。(5)编程工具编程工具用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用来现场调试和维修。使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同的编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以实现远程编程和传送。可以用编程软件设置PLC内部的各种参数。通过通信，可以显示梯形图中触点和线圈的通断情况，以及运行时PLC内部的各种参数，对于查找故障非常有用。(6) I/O扩展接口若主机单元（带有CPU）的I/O点数不够用，可以进行I/O扩展，即通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元（不带CPU）相接，以扩充I/O点数。A/D、D/A单元一般也通过接口与主机单元相接。 2.3.2 PLC的基本技术特性(1) 输入/输出点数（即I/O点数） 这是PLC最重要的一项技术指标。所谓I/O点数，即是PLC外部的输入、输出端子数。这些端子可以通过螺钉或电缆端口与外部设备相连，它直接决定了PLC能控制的输入与输出量的多少，即控制系统规模的大小。(2)程序容量 一般以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。在PLC中程序时按“步”存放的（一条指令少则1步多则十几步），一“步”占用了一个地址单元，一个地址单元占两个字节。如日本三菱公司F1系列PLC的程序容量为1000步，可以推知其程序容量为2k字节；FX2N系列PLC的程序容量为8000步，16k字节。(3) 扫描速度 PLC工作时时按照扫描周期进行循环扫描的，所用扫描周期的长短决定了PLC的运行速度的快慢。因扫描周期的长短取决于多种因素，故一般用执行1000步指令所需时间作为衡量PLC速度快慢的一项招标，称为扫描速度，单位为“ms/k”。扫描速度有时也用执行一步指令所需的时间来表示，单位为“s/步”。(4) 指令条数 这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。(5) 内部继电器和寄存器 PLC内部有许多继电器和寄存器，用以存放变量状态、中间结果、数据等，还有许多具有特殊功能的辅助继电器和寄存器，如定时器、计数器、系统寄存器、索引寄存器等。用户通过使用它们，可简化整个系统的设计。因此内部继电器、寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。(6) 编程语言及编程手段 编程语言一般分为梯形图、助记符语句表、状态转移图、控制流程图等几类，不同厂家的PLC编程语言类型有所不同，语句也各异。编程手段主要指用何种编程装置，编程装置一般分为手持式编程器和带有相关软件的计算机两种。(7)高级（功能）模块 PLC除了主控模块外，还可以配接各种高级模块。主控模块实现基本控制功能，高级模块则可以实现某种特殊功能。高级模块的种类及其功能的强弱常用来衡量PLC产品的技术水平高低。目前各厂家开发的高级模块种类繁多，主要有以下一些：A/D、D/A、高速计数、高速脉冲输出、PID控制、模糊控制、运动控制、网络通信以及各种物理量转换模块等这些高级模块使PLC不但能进行开关量顺序控制，而且能进行模拟量控制以及精确的速度和定位控制，特别是网络通信模块的迅速发展，使得PLC可以充分的利用计算机和互联网的资源，实现远程监控。 第三章 两工位钻孔攻丝组合机床的设计3.1 两工位钻孔攻丝组合机床示意图机床主要由床身、移动工作台、夹具、钻孔滑台、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、滑台移动控制凸轮和液压系统等组成。如图2.1所示： 图2：两工位钻孔攻丝组合机床结构示意图3.2 两工位钻孔攻丝组合机床的控制要求两工位钻孔攻丝组合机床主要加工工艺及控制要求如下：系统通电，自动启动液压泵电机M1。若机床各部分在原位（工作台在钻孔工位SQ1动作，钻孔滑台在原位SQ2动作，攻丝滑台在原位SQ3动作），并且液压泵系统压力正常，压力继电器PV动作，原位指示灯HL1亮。将工件放在工作台上，按下启动按钮SB，夹紧电磁阀YV1得电，液压系统控制夹具将工件夹紧，与此同时控制凸轮电机M2得电运转，当夹紧限位SQ4动作后，表明工件已经被夹紧。启动钻孔动力头电机M3，且由于凸轮电机M2运转，控制凸轮控制相应的液压阀使钻孔滑台前移，进行钻孔加工。当钻孔滑台达到终点时SQ5动作，钻孔滑台自动后退，到原位时停，M3同时停止。等到钻孔滑台回到原位后，工作台右移电磁阀YV2得电，液压系统使工作台右移，当工作台到攻丝工位时，限位开关SQ6动作，工作台停止。启动攻丝动力头电机M4正转，攻丝滑台开始前移，进行攻丝加工，当攻丝滑台到终点时（终点限位SQ7动作），制动电磁阀DL得电，攻丝动力头制动，0.3S后攻丝动力头电机M4反转，同时攻丝滑台由控制凸轮控制使其自动后退。当攻丝滑台后退到原位时，攻丝动力头电机M4停凸轮正好运转一个周期，凸轮电机M2停，延时3S后左移电磁阀YV3得电，工件台左移，到钻孔工位时停。放松电磁阀YV4得电，放松工件，放松限位SQ8动作后，停止放松。原位指示灯亮，取下工件，加工过程完成。两个滑台的移动，是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统不参与，只需启动控制凸轮电机M2即可。在加工过程中，应启动冷却泵电机M5，供给冷却液。3.3 I/O 分配I/O的分配有助于我们更好的理解题意，使编程过程不再复杂难懂。表1： I/O分配表输入元件输入点编号输出元件输出点编号压力检测PVX000原点指示HL1Y014钻孔工位SQ1X001液压泵电机M1(KM1)Y001钻孔滑台原位SQ2X002凸轮电机M2(KM2)Y002攻丝滑台原位SQ3X003夹紧电磁阀YV1Y010夹紧限位SQ4X004钻孔动力头电机M3(KM3)Y003钻孔滑台终点SQ5X005冷却泵电机M5(KM6)Y004攻丝工位SQ6X006工作台右移电磁阀YV2Y011攻丝滑台终点SQ7X007攻丝动力头电机M4正转(KM4)Y005放松限位SQ8X010制动DLY000系统启动按钮SBX011攻丝动力头电机M4反转(KM5)Y006自动、手动选择SAX012工作台左移电磁阀YV3Y012液压泵启动SB1手动控制放松电磁阀YV4Y013凸轮电机启动SB2自动指示HL2Y015钻孔SB3手动指示HL3Y016攻丝正转SB4故障代码输出HL7（高位）Y020攻丝反转SB5故障代码输出HL6Y021冷却泵启动SB6故障代码输出HL5Y022夹紧SB7故障代码输出HL4（低位）Y023工作台右移SB8报警Y007工作台左移SB9手动控制电源Y017放松SB10表1: I/O分配表3.4硬件接线图设计由组合机床加工工艺要求可知，其工艺过程为一顺序控制过程，所以可运用状态编程的思想，采用步进顺控指令对其进行控制。虽然该控制为自动循环顺序控制，考虑到具体情况，需设置手动控制环节。为减少输入点，简化程序，将按钮或转换开关接在驱动回路，可实现上述各工步的手动操作。系统配置及I/O接线如图3所示。图3：系统配置及I/O接线图3.5 软件系统设计3.5.1 机床加工工步顺序表在整个加工过程中，机床按照一定的顺序的进行加工，机床的加工工步顺序如表2所示:工步1234567891011通电启动液压泵各部分在原位启动机床凸轮电机并进行夹紧钻孔加工钻孔滑台退原位工作台右移到攻丝位攻丝加工攻丝滑台到终端制动延时0.3s攻丝工作头反转后退攻丝滑台到原位延时3s工作台左移到钻孔工位放松放松完成原位指示灯亮输入及检测元件液压压力检测PV1钻孔工位SQ1111钻孔滑台终点SQ211111111攻丝滑台终点SQ51攻丝滑台原位SQ31111启动按钮SB1夹紧限位SQ4111111攻丝工位SQ61111攻丝滑台终点SQ71放松限位SQ811驱动元件液压泵电机M11111111111凸轮电机M21111111夹紧电磁阀YV11111111钻孔动力头M31冷却泵电机M511111工作台右移电磁阀YV21攻丝动力头电机M4正转1攻丝动力头制动DL1攻丝动力头电机M4反转1工作台左移电磁阀YV31放松电磁阀YV41原位指示HL111表2： 机床加工工步顺序表3.5.2 状态图设计状态图是一种易于构思，易于理解的图形程序设计工具，它既有流程图的直观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合，它有着以下几个特点：1 可以将复杂的控制任务或工作过程分解成若干个程序；2 各工序的任务明确而具体；3 各工序间的联系清楚，工序间的转换条件直观；4 容易理解，可读性很强，能清晰的反映整个控制过程，能带给编程人员清晰的编程思路。以下便是该设计的状态转移图，见图4图4： 状态转移图3.5.3 梯形图设计梯形图的设计整体反映了编者的思想，使我们更清楚的理解程序的作用及用途，它是由状态图进一步转化而来，结合PLC控制将会使程序浅显易懂，以下便是该设计的梯形图：图5: 梯形图设计原理：系统通电后，初始步S0激活,当原位工作台在原位, 钻孔滑台在原位,攻丝滑台在原位(即SQ1 、SQ2 、SQ3动作)时，进入S20步，自动启动液压泵电机M1。将要加工的工件放到工作台上，同时按下启动按钮，进入S21步，夹紧电磁阀得电，液压系统控制夹具将待加工工具夹紧；紧接着进入S22步，凸轮电机M2得电运转，在夹紧限位X004开始动作时即表明工件已经被夹紧。工件被夹紧后进入S23步，钻孔动力头电机M3启动，且由于凸轮电机M2运转使钻孔滑台前移，进行钻孔加工。当SQ5动作时即表明钻孔滑台已达到终点，此时进入S24步，钻孔滑台将自动后退，到原位时停，M3同时停止。等到钻孔滑台回到原位后，进入S25步，电磁阀YV2得电，液压系统使工作台右移，当，限位开关SQ6动作时表明工作台到攻丝工位，此时工作台应停止运动。接着进入S26步，启动电机M4正转，攻丝滑台开始前移，进行攻丝加工，当攻终点限位SQ7动作时，制动电磁阀DL得电，攻丝动力头制动，进入S27步同时计时器开始工作，0.3S后进入S28步，攻丝动力头电机M4反转，同时攻丝滑台将自动后退。攻丝滑台后退到原位后，凸轮电机M2停，进入S29步，延时3S后即进入S30步，左移电磁阀YV3得电，工件台左移直至到钻孔工位时停。放松电磁阀得电后放松工件，放松限位动作后，停止放松。原位指示灯亮时即可取下工件，整个加工过程到此完成。3.5.4指令表0 ST M80021 SET S03 STL S04 AN M4005 SET S207 STL S208 SET Y0019 OT M010 AN X00011 AN X00112 AN X00213 AN X00314 AN X01015 SET S2117 STL S2118 OT Y01419 OT M120 AN X01121 SET S2223 STL S2224 SET Y00225 SET Y00226 OT M227 AN X00428 SET S2330 SEL S2331 SET Y00332 SET Y00433 OT M334 AN X00535 SET S2437 STL S2438 RST Y00339 OT M440 AN X00241 SET S2543 STL S2544 AN/ X00645 OT Y01146 AN S2547 OT M548 AN X00649 SET S2651 STL S2652 AN/ X00653 OT Y00554 AN S2655 OT M656 AN X00757 SET S2759 STL S2760 OT Y00061 T1 K362 OT M765 AN T166 SET S2868 STL S2869 AN/ Y00570 OT Y00671 AN S2872 OT M873 AN X00374 SET S2976 STL S2977 T2 K3080 RST Y00481 OT M982 AN T283 SET S3085 STL S3086 AN/ X00187 OT Y01288 AN S3089 RST Y00290 AN S3091 RST Y01092 AN S3093 OT M1094 AN X00195 SET S3197 STL S3198 AN/ X01099 OT Y013100 AN S31101 RST Y001102 AN S31103 OT M11104 AN X010105 OT S0107 RET108 ED 3.6系统调试3.6.1 FXGP/WIN软件应用目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：（1） 开关量逻辑控制利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。（2） 运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。（3） 过程控制大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。（4） 数据处理现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。（5） 通信联网PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。3.6.2 上机调试步骤PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。（1） 程序的模拟调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。（2） 程序的现场调试完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。第四章结论与建议4.1总结本课题所研究的是基于PLC的组合机床控制系统，它的设计实现了两工位组合机床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。通过研究，可得出以下结论：（1） 研究成果可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对两工位组合机床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事