基于PLC组合机床控制系统设计VIP

PLC基于的组合机床控制系统设计姓名:指导老师:摘要本文的研宂对象足三面铣组合机床，通过对上耍纟i构和运动形式的探艽以及对机床的工作过程和控制要求的分析，给出了机床动作循环图、液n（元件动作mnjPLc拧制系统的设计方法，进行/软硬件设计，列出/PLC的I/O地址分配托绘制/PLC的I/O分配图和单循环A动丄作流程罔，编写fPLC控制程汴的梯形图和指令表；再出组态王su'的人机界而砧示操作（HMI＞，使幣个控制系统的操怍变得简单、方便，提商丫系统的内动化程度和呔用性。关键词；PLC：编程技术：组合机床；组态王引言力了充分发栉设备效能，迅速提升加工技术与粘度，越來越多的企业每年投入大K资金和技术对传统老式组介机床进行技术改造，取得了良好的效果。用PLC模块、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以出现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加上能力，减少故障，提尚效率，己成力企业进行技术改造的相效途径、棍裾我ffl'pnR的怙况，W统的控制力'艽采川物理电和大K而又1Z杂的硬接线,使得系统的工作效率低靠性差，故障诊断和排除困难，严乘影响rr厂的生产效率、随若科7技术发展，N•编程抟制器的出现，«用门‘编程掠制系统，尤论在性能上或者效率上都得到很大提升。W此，采用PLC对机沐电气控制系统进行技术改造，很有必耍。本义的研究对象是三而铣组合机床，介绍了•种全新的自动化控制理念，以三菱电机公司的FX2N系列PLC作为组合机床的主控制器，冋时连接PC端通过工业组态技术实现远程监拧功能，史现一个全新的h动控制系统。三而铣组合机床是川來进h铣消加工的-种自动加E设备，其作用对象是Z512W型台式钻床主轴箱的080、090孔端面及定位面。第一章三面铣组合机床概述1.1组合机床概述1.1.1组合机床发展史二十世纪70年代以來，随着4转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸A动检测和刀具A动补偿技术的怏速发展，组合机床的加工R度也有很大的提萵。诜削平而的平而度町达0.05奄米/1000毫米，表面粗糙度可低达2.5-0.63微米;镜孔精度可达IT7〜6级，孔距精度可达0.03〜0.02微米。最早的组合机床是1911年在芙m制成的，用r加工汽车苓件。初期，各机床制造厂部有&S的通用部件标准。为丫便于用户使用和维修，提商不同制造厂的通用部件的互换性，羌a福特汽¥公司和通用汽V:公司4’关W机床制造厂于1953年协商.严格规定荇部件间的联系尺寸，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即但对部件结构未作规定。1.1.2组合机床部件分类组合机床通用部件按功能可分为五类。动力部件主要有动力箱、切削头和动力泔台，是为组合机床提供主运动和进给运动的部件，支承部件冇侧底座、中间底座、支架、可调支架、立忭和立柱底座等，足用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，输送部件+_要有分度W转I:作台、坏形分度卜I转I:作台、分度鼓轮和往移动工作台等，是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件。控制部件有液压站、电气柜和操纵台等，是用以控制机床的0动工作循环的部件。輔助部件七要就足有润泔装M、冷却装W.和排W装K等1.2组合机床的特点组合机床是用按一定规则和标准设计的通用部件以及按被加件的形状和I:艺嬰求设计的V用郃件组成的V用机床。组合机午玷由夺用机床和万能机床发展來的，它結构简单，又能够新调整，适应新工件的加工。组合机床~万能机床和专ffl机床相比，有以卜‘几个特点，1、组合机床结构稳定、工作川■靠，使用和维修方便。2、组合机床设计和制造的周期短,投资少，经济效果好。3、组合机床生产效率高，产品质稳定，劳动强度低，4、组合机床其通用部件和标准枣件4以屯利用，+必另行设计和制造。5、组合机沐山丁-采用专用央具、刀具和导向装K等.对操作工人水平要求不高，加工质量靠工艺装备保证。6、组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需®。1.3机床主要结构部件机床主要部件包括床身、I作台、底嶼、铣削动力头、液压.动力滑台、I:件松紧油缸、液压站等组成。机床床4安放&底座!:，床ah安装冇液压动力滑台，丄件及夹紧装H放丁滑台上。床身的两边各安装有-台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。1.4三面铣组合机床的电气控制要求三而铣组介机床有左铣削尖、右铣1号削尖、右洗24削失、立铣削尖和液压泵五台三相交流笼喂异步电机，设计费求如F:<1）机床有单动力头自动循环工作、点动、单循环自动工作三祌工作方式。<2）五&电机均为单向旋转。要求有电源、油泵工作、E件夹紧与放松和加工等信号指示。<4）油泵电机在自动加工一个循环后不停机。<5）必要的联锁与保扩环巧。第二章PLC控制系统硬件设计本章主耍从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项n的plc控制系统设ii步骤、系统的硬件配主电路设计等，2.1

PLC的简介PLC(ProgrammablelogicController)可编程逻辑控制器，-种数字运算操作的屯f系统。可编稈控制器是计算机家族中的一员，它使用厂吋编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能,并通过数字或模拟的输入和输出，以控制&种机械或生产过程。PLC的特点如下：(1)

可靠性髙，抗干扰能力强(2)编程闷单，W学秘用(3)配S齐全，功能完善，适用性强(4)系统的没计、建造工作景小，维护方便，容易改造(5)体积小，容ft大，喿ft轻，能耗低，成本低PLC的领域人致叫归纳为如卜几类。(1)开关量的逻辑控制(2)模拟M控制(3)运动控制(4)过程控制(5)数据处理(6)通信及联网2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤2.2+1PLC控制系统设计的基木原则在实际设计过程中，设计原则会涉及很多方而，其中最堪本的设计原则nJ■以妇纳为以下4点。(1＞可靠性原则一确保控制系统的町靠性。(2)^^性原则一最大限度的满足工业生产要求成机械没答的控制要求。(3)经济甩fe则一力求拽制系统简单、丈用、合理。(4J发展性原则一适当考虑牛.产发展和I:艺改进的耑要，/i:l/O接口、通信能力等方面留有余地。2.2.2PLC抟制系统设计的一般步骤PLC柠制系统设U•包括硬件设计和软件设计。所捫硬件是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计、幣个系统的设计分以下6步进行。1、熟悉被控对象2、评估控制任务3、硬件选择4、编写应用程序5、程序调试6、编写技术义件2.3

PLC的选型木机床控制系统采W的是日本三菱公司的FX2N系编程拕制器，根据役计的机床挖制系统对输入输出的要求，本机床控制系统设H•选择了口本三菱公司生产的FX2N系列可编程控制器中的FX2N^80MR-001o该fn｝的输入点数40个，输出点数40个，输出形式是R-继电器输出（有接点，交流、貞流负载两用）-不但满足本设计中的输入输出点数的驻木耍求，而且为口后本机沐控制系统的升级改造保留有-定的系统扩展空问。2.4

PLC的I/O分配表木拕制系统的PLC的输入、输出点数的确定是根据控制系统设H•崧求和所耑拧制的现场设裕数景加以确定。<1)PLC的输入端口包括动循环工作按钮、点动按钮、汕泵启动、总停按钮、SA1等，还包括电动机的热保护继电器输入，输入彤式是热继电器的常开触点，(2)PLC的输出端【I包括运行指示灯、交流接触器、继电器等，PLC的I/◦分配及如卜所示：灿:沢电气元坪gEB-A

人r,电气元件X0SB1■i惋牟二劫咱砰工曰U0m左铣电扒运行交钸接觔器XISB2右佚1竺匀力头白动愐砰工作桉t丑T1KI2右侁1纪治行交济接触X2SB3右铣］学幻力头自动循工作桉ffiY2w右耕2电机运行艾菰剃镜X3立铣单勐力头自劫懂坏工作按钿Y3X14柿.申技行7砝楠74ns棘巾万湖2充糊3X4SB5左铣点动工作檢fflX5ScLY10丑l方撕，咐TX6右If1工114托711HL2-LJH〒■」〒:■-X7SB8yi2HL3XI0SE9工作玢nY13KUXII3B10yi4HL5诚〒叶T'X12SB11二件紐站工’I■咜刊nsHL6不功松开电边式叾5相\-qXI3SB12工件neHL?手过央紫电迠貪基矸指示打T17HLfi清台阳？电边价1行指3了XI4SQ1璜台原倥竺霣幵＜T20HL9谓台快:E电K母3行指XI5SQ2丄进竺苗叶＜■:Y21ML1&陡迸转工迸电磁运行相示灯XUSIJ3立供头加工E间位B开关•:：33XI7刺右1桄头泠点.右浪头起始开关T22YVL工付松开电珀刊Y23lfV2工作夹萦电边对X20SDO总俘M724希台快进电-AX21即絃自与愈T25mX22SB14T26YV5长进转工进电溢4X23SA1-1工作方式选峰Y27HL11单悴贫白过工作运7X2马SA1-2軎讨十斗吉封喟矸丁-乍刁式污斤Y30HL1ZX25SA1-3.二寸，鏈Y31HL13td'

:T;1XS6BP1死档铁俜留圧力继巾,；X27BP2:汴友十女可器X30"\34?R1^R5电机热继电器俾护AiR勛ft罈T作体铋aw

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喳罚负只快访铐T进位重打饑立往JLfiflTKi’■鼎STF共么1似舫,.么嫩F关n-W«P飾UsMeiitr_i甩^袪迪_w_ihiiiftirm轉劫*坏I作a帝动丁作方式死门明赵_丁件喪拦泽2.5PLCIKJI/O分配图mRmm土AEgOH211记1J142ul7s2Laa3MS耗27cYYryYYrTYYYYYYYYIg-dHs-NcuxLL-7£心快1窀1彳7女洗_«石电机hbr交孟悻缺挂立掙交庐愐VH泊承矶交吻S_HLiMU坦行?^TJtrTIW抚ign撤予叮>iT*q打快tM中-进“rS--itj运行薄时了_蛘工10屯卿8奶fJ闹卞灯丄忤松.砰电«同工ftT建懲埯,『:忮占01明gf^iS^^rw_螇Iif1甲K喝曲_LM\rn作ialWptJ摯助^头自动_球1作运行播示灯S奶工*1SijWjWBV^4V2.6变频调速器2.6.1变频器的概述变频器是把I:频电源（50Hz或60Hz戌换成各种频率的交流电源，以呔现屯机的嗖述运行的设备，W屮拽制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成#流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。变频器的分类——按照主ill路I：作方式分类，可以分为电版甩变频器和电流揪变频器；按照工作原理分类，可以分为V/T控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，吋以分为通用变频器、性能七用变顿器、萵频变频器、单相变频器和三相变频器；按照卄关方式分类，讨以分为PAMS制变频器、PWM控制变频器和高载頻PWM控制变频器等。2.6.2变频器原理变频器有交-点•交和交•交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接转换成频率、屯以均4拧制的交流：交•直•交变频器则是先把工频交流通过整流器转换成汽流，然f再把直流转换成频率、电乐均可控制的交流，其坫本构成如阁6所示。主貶由主电路（包括整流器、屮间紅流环节、逆变器）和控制电路组成，整流器主要足将屯M的交流整流成以流：逆变器足通过二相桥式逆变电路将ft流逆变成仟怠频中.的、相交流：中间环节乂叫中间储能坏节：由于变频器的负载一般为电动机,属于感性负载，运行中中间直流环节和电动机之间总会有无功功率交换,这种无功功率将由中间环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲;控制电路主要是完成对整流器的电压拧刺，対逆变器的开关搾制以及完成各祌保护功能。2.7变频器的选型根据设计的机床控制系统对电机的功率、性能等等的耍求，木机床控制系统设ii选择fH本三菱公川生产的FR-F700系列通用变频器中的FR-F740-22K-CHT1变频器的参数——变频器川f呐纯叫变速运行时，町按出厂设定的参数运行即可，芯考虑负荷，运行方式时，必须设定必耍的参数。对于三菱FR-FR740-22K-CHT1变频器的性能参数，町以根据丈际需要来设定，文中汉介绍一些常用的参数，有关其他参数，请参考附彔或W关设备使用乎册。简单参数-览表如下;挲位初Mflmu用逾蘸0精昭担升10.nma/1.5/1、-i0-3US—步楛亮磨铽R的時報.在负鱅盾嘸机不转，珀土罾0L).在rOCNS生盼_的1蕾况下fl用。*1M始僅因变梵i不冋两不间，(0.?5H.1.5K'37K/5

5«,7

5K/I1K-37KASK.S5K7S75K以上)521上»城车◦01Hrl20，r5OHz_jO^IZOHi«没®Jfii货st上限与下項的__况=龙ft设定，*2初雄ffi根《变砣量不m而^ra-(55KUTS75MU上：532下》脚0,OtHlOHZO'llOHi，设置?nit瘅寒於上晰与下30.01Hf50HeO^-4CX>|£.資罾年anir定铲钿if行U5440.01HzSOHe0-400Hz1用•虹设定运BJJI.于的时悚进行设5多段这'及足中速：0.01Hz30Hz0^400Mz446多段这汝定:W0,0衡10He0-400HZ7加溧时百01・5/1St•!0^380018或速时B：0.IstO/3GsoO-SSCOs*3璀痗S两不同，(75K以下/HKiy上559电子过毛汲保护0.01/0.1A，袜出电SonO-SflOOA-*用托对电保乎.发定为电机电：m取位.范EW婼芏好《容里t耳T不;MK以下/S75I(以上■■3360100*4*S作为风®.S专用.便用时变K«K输土电变为鼉小se7&100.Tr

2h3-4.&*7选择起助唼伞与釔革相令的A足方式、se123M子2饉*设;£增益0.01Hz50Hz(W400MZ改变最大恒：5V01.对SET腚車.471托詗子4柘《谩芷埤空0.01Hz50Hf0-40QH£改变20nA埔入时的薙家，49100用P奉K迮100.1*»8S9潼扩，#e*K502.8主电路设计图n][][]e=1叫叫LQ第三章PLC控制系统软件设计3.1

PLC的编程i_A言与编程方法3J.1PLC的编程语言PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既满足易于编巧，又满足W于调试的耍求。不管什么嘈号的PLC,«编程语n都具宥以H特点：1、图形式指令结构2、简化的程序结构3、简化应软件生成过程4、明确的变虽常数5、强化调试手段总之,PLC的编程语言是而向用户的，对使用者不要求具备髙深的知识、不需要长时间的专门洲练。1EC（国际电工委员会＞中的PLC编程语言标准中有五种编程语言I梯形图编程语肖、顺印功能阍编程语ft、指令语句表编程inw.功能块阁编程语肖、结构文木编程语言。其屮最常用的就是梯形图编程语言和指令语句表编程语吉。3J.2PLC的编程方法在设计PLC程序时，可以根据自己的实际情况,采用下列不同的方法。1、解析法2、

经验法3、

技巧法4、_牟法_解法是^画ffl进行设ik。常用的方法农梯形阁法、流程阁法及时序阁（波形阍）法。3.2

PLC编程软件概述-:菱PLC编程软件GX-Developertt三菱逋用性较强的编程软件，它能够完成Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令我、SFC等的编辑。该编程软件能够将编W的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文把，3选择FX系列吋，述能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP<WIN）格式的文捫，以女现与FX-GP/WIN-C软件的文件4换。该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性i字、数据，通过S制、粘贴等简单操作异入程序中，使软件的使用、程印的编辑更加便捷。此外，GX-Developer编程软件还具有以下特点。（1）

悚作简便（2）丰富的调试功能（3）能够用&种方法和可编程控制器CPU连接3.3

PLC控制系统程序设计三面铣组合机床有笮循坏自动工作、単动力头h动循坏工作、点动三种工作方忒，下面以-个A动工作循环力例分析单循环自动工作过柷控制。首先将转换开关SA1扳至“单循环冇动工作SA1-1”位H/5操作者将要加工的岑件放在液压滑台的夹具中后（其他准备C作就绪＞,按加I:指令按钮,L件开始夹紧,夹紧后I：

件压力继电器触点动作，滑台开始快进,原位开XSQ1W位;当滑台压卜'泔台快进转工进位H开关SQ2后转工进，冋时起动左洗尖和右1铣尖开始加工;乂1加工到指定位置SQ3,立铣头幵始加I:;又过一定SQ4位H时，右1铣头停出，冇2铣头幵始加E,肖到终点三台电动机同时停止。此时，丐死挡铁停留压力继电器BP1触点动作后滑台自动快速退回原位,SQ1受压，工件松开，一个自动工作循环结束。程序流程图设计[:加右Il^v右］传点h右？起始并关动峥醫压力tS电M叻fF?N3.4程序设计XDMX03L:R1-RS电M12X033X0S4-41~~H-X030利用上控指令來i现组合机床的热继电器过故和总停的时候停ih机床工作。组合机床的三种I:作方式：单循环A动［:作、中.动力自动循环I:作和点动工作。有相应的指示灯來显示丄作状态。琴da潭明fU量行罨电MM4X0220004)--<W14)除丫在点动工作方式卜，、加1:指令按钮按下时，汕泵电机就会自动运行，同时指示灯也会亮。另外在前两种工作方式卜\油泵电机在自动加工一个循环后不停机。在点2工件在滑台原位位sn油泵电机正在运行的吋候，才能对£件进行“夹紧”和“放松”的操作。在点动工作方式下，需按F“工件夹紧点动工作按钮”才能操作。在另外两种工作方式下，按下“加工指令按钮”就会自动完成相应的操作。M4X0!7¥026X015X0115力®甲g电a司电庄呐st工进位峰幼工a量幵关电例«?动卫作甩5乓运^JStJj：当工件完成“夾紧”的操作之后才能进行滑台的移动。在点动工作方式下，耑按5“泔台快进点动工作按钮”进行滑台快进的点动操作。在另外两种工作方式卜\工件夹紧版力继电器得电就会h动进行快进移动。60XQ15¥024T025TO2-*30托电糾电触«赴键¥026<¥026)忮脚I3滑台到达指定位K，就会进行“快进”和“工进”的转换。67w工进位芦反埔关%aXOOOM3zjI\1SK»rf)•if工坩X004Ml卜I作朗*左扶s行摘示JJ---010¥000X0G4iffcsaa当滑台到达工件加工桁定位H，在单循环动工作方式下左铣电机13动启动运行。在嗔动力自动網环工作和点动工作方式下，需按卜相应的AH动按钮进行操作。BlxaiTXDOlM3•w工作fftEXDOSMii作赚YOGIKOOSirese铉i鼴vug行虫堆屬-i-<a^isfrJB^iT3滑台到达工件加工指定位S，&中.循环自动工作方式下右铣1电机肖动C动运行。在帶.动力自动循环工作和点动工作方式下，需按下相应的启动按钮进行操作。另外在工件到达右铣1和右铣2切换开关位置时，右铣1电机自动停止，此时右啦自动开始运行。■＜立性电机孟6绝电aXOieM2W26力绝隆幵*saXW3M3杉头e动曲只工作X007M4YQOJX007工ftffilfl<¥»5-013>4滑台工件到达立铣头加工区指定位茛，在单循环自动工作方式下立铣电机自动启动运行，在中动力白动循环工作和点动工作方式卜\芯按F相应的启动按钮进行操作。123X006_11_85力至毛9YOWVQO1普rwjvw)3xow7豊爷矢XGllhM■UM25XO11—\\-鬌湖1，电s或卓ai作申糾-(YO2O)滑邮a电Su?i3行听U当滑台的工件使“死档铁停®伍力继电器”得电，左铣、右诜1、右诜2和立铣的电机停右U同时，滑台快退电磁阀得电使滑台快退。137M4XO27側4_________________________~iSrf-fd.fca孖关a<wi»j在点动工作方式下，完成1:件加工并取卜_工件后,使油泵电机停ik运行。第四章基于组态王的人机界面（HMI）设计人机界面（HMD监控系统由监控主画面及相应的功能子画面组成，人机界面画面没汁对于人机界面（HMD来说是非常关键的。人机界而（HMD_面是用组态软件來做的，常见的组态软什有眄门f公。］的Wince、罗克韦尔公司的RsView及W产的组态王、力拉等。迮本控制系统设汁中，我们选抒丫纟n态王來完成监控画面的设计。组态王软件结构由工程宵珲器、丄程浏览器及运行系统三部分构成。［程管理器:工程管理器用于新I：程的创建和己有工程的管理，对己有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：t程浏览器是-个工程开发设计［具，用于创建监控画面、监控的设备及til关变s、动画链接、命令语#以及设定运行系统配s等的系统组态i:ne运行系统：_E程运行界而，从采染没&屮获得迎讯数裾，并依据工程浏览器的动踊设计显T动态Wifih丈现人与控制设备的交互操作。4.1组态王的主要功能特性一、组态王的主要功能特性：d'«t视it操作“而，示w形、支持渐进色、的阁库、动画选接。2）可以对M面中的•部分进行保存，以便以后进行分析或打印，3）无与伦比的动力和灵活性，拥全面的脚木与阁形动_功能，4）强大的脚本仍A处理，能够帮助你劣现H杂的逻辑操作和与决策处