基于PLC的数控加工中心控制系统的设计

摘要随着社会科技的发展，机电一体化这一理念已经得到了大家的普遍认可，并在诸多领域都开始使用。现在很多行业都从人工生产逐渐慢慢转化成自动化设备生产，零件加工也不例外。现在很多零件加工企业，大部分都是利用数控加工在对自己所需要的零件进行加工。对于企业来说，一台数控加工中心的质量直接影响了加工零件的质量以及企业生产加工的效率。如今企业对于数控加工中心提出了更严格的要求，均期望数控加工中心能够精确、快速、智能地生产出需要的零件。根据本课题参观了一些关于数控加工的自动化设备，学习到一些控制思路。然后根据企业的基本需求，大致确立了控制系统的方向和思路，主要关注数控加工中心的制造流程和整体程序的制定。依据数控加工中心的技术规格以及人们的实际需求，选定PLC作为主控单元，利用PLC控制器可以执行一些逻辑控制、顺序等的操作指令，通过PLC自带的数字式或模拟式的输入输出来对系统中所用到的电气元件经行监控以及数控加工中心所用到设备进行控制。关键词：PLC；机电一体化；自动化设备；零件加工

AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyinsociety,theconceptofmechatronicshasbeengenerallyrecognized,andinmanyareasarebeginningtouse.Nowmanyindustriesaregraduallytransformedfrommanualproductionintoautomatedequipmentproduction,partsprocessingisnoexception.Nowalotofpartsprocessingenterprises,mostofthemaretheuseofCNCmachininginthepartstheyneedtoprocess.Forenterprises,thequalityofaCNCmachiningcenterdirectlyaffectsthequalityofprocessedpartsaswellastheefficiencyofenterpriseproductionandprocessing.Nowadays,enterprisesforCNCmachiningcentersputforwardmorestringentrequirements,areexpectedtoCNCmachiningcenterscanbeaccurate,fast,intelligentproductionofpartsneeded.AccordingtothistopicvisitedsomeoftheautomationequipmentonCNCmachining,learningtosomecontrolideas.Thenaccordingtothebasicneedsoftheenterprise,roughlyestablishedthedirectionofthecontrolsystemandideas,mainlyfocusingonthemanufacturingprocessofCNCmachiningcentersandthedevelopmentoftheoverallprogram.AccordingtothetechnicalspecificationsofCNCmachiningcentersandpeople'sactualneeds,selectedPLCasthemaincontrolunit,theuseofPLCcontrollerscanperformsomelogiccontrol,sequenceandotheroperatinginstructions,throughthePLCcomeswithdigitaloranaloginputsandoutputstothesystemusedinthemonitoringofelectricalcomponentsandCNCmachiningcentersusedinthecontroloftheequipment.Keywords:PLC;Mechatronicsintegration;Automationequipment;Partprocessing;

目录TOC\o"1-3"\h\u30626摘要 15710Abstract 23341一、引言 527750（一）研究背景 519506（二）研究内容 626997（三）PLC的定义及简述 631010（五）PLC的基本组成结构 731594二、数控加工中心控制系统的硬件结构设计 1027034（一）数控加工中心的组成结构 1025890（二）数控加工中心控制系统的硬件选择 1028847（三）数控加工中心硬件型号的选择 1187791.步进电机及驱动器的选择 11257552.伺服电机及驱动器的选择 12236673.光电开关的选择 13112724.PLC的选择 13321585.人机交互设备的选择 15222166.定位气缸的选择 16298807.指示灯的选择 169485三、数控加工中心控制系统软件设计 178788（一）编程软件的介绍 1714750（二）控制系统程序的设计 1722674（三）数控加工中心控制系统程序的组态与编写 1928464四、数控加工中心控制、监视、报警界面的设计 2716928（一）触摸屏的选择和所用软件的介绍 2713574（二）数控加工中心的控制、监视、报警界面所要实现内容的设计 274735（三）数控加工中心的控制、监视、报警界面的设计 278126四、结论 293281致谢 3126261参考文献 326147附录 33

一、引言（一）研究背景数控加工中心是一种可以自带有刀具库并且可以根据工艺要求的需要自动更换刀具的零件加工装置，这台数控机床能够在规定的操作范围内，对所需的工件进行各种不同类型的数控加工操作。而且在数控加工中心设备上可以加工零件都有很多特点，比如：被已经加工过的零件通过第一次安装加紧之后，数控加工中心设备的控制系统可以利用数控机床按照不同类型的加工序，先根据系统判断进行自动选择和更换合适的刀具；然后由控制系统根据工艺要求来改变数控机床的主轴进给电机的转速、X轴进给电机的进给量、数控加工机床能够根据工件表面上刀具的移动路径和其他辅助加工功能，自动地对工件的各个加工平面进行钻孔、锪孔等一系列的加工步骤。因为数控加工中心设备可以自动地，快速地完成加工零件地多种加工工序，很好的避免了由于人为产生的操作误差等，减少了零件地装夹、测量、数控机床地调整时间、数控加工中心机床的工作效率和加工精度得到了极大的提升，这得益于所需工件的加工周转、搬运以及加工工件的存储时间等方面的优化。随着现在社会和经济的发展，使国内的制造业不断地追求高、尖、精等方面，对数控加工中心的要求也越来越高。数控加工中心系统的功能受到零件加工质量高低的直接影响。这意味着数控加工中心系统需要具备更准确、高效、稳定的工作能力，但是数控加工中心的机床设备费用昂贵。这次主要使用价格相对便宜的PLC，为一种专为自动化控制的数字运算控制器。它的功能使非常强大的，比如它的强大灵活的的运算功能，可以对数据进行计算；它的精准的控制功能，可以对各种的电气设备准确控制；多种方式的通讯功能，是他的能力范围又扩大了；多种形式的编程方式，可以进行多种方式的编程；最主要就是它的诊断功能和处理速度；让PLC成为了数控加工中心系统的主要控制器最佳之选。（二）研究内容本文主要设计一种将零件加工成所需要的三角形的数控控制系统，利用可编程序命令实现步进电动机与伺服电机的精密控制，实现CNC加工中心的控制，实现零件加工成所需要的三角形的过程。在零件加工的过程中，系统控制流程要求如下：一开始将任意三边长度输入触摸屏，系统以a>b>c的顺序分配三边边长，然后对输入的三边的长度能否构成三角形来进行判定，如果可以构成，则符合指示灯亮，才可以按下循环启动按钮并开始对三角形进行加工。加工时，主轴电机下降到位时，才开始进行加工，先将刀具运行至加工点（10,10）处，然后按a、b、c边的顺序进行加工，如图1.1所示，所需要的三角形加工完成后回到坐标原点（0,0）。至此一个所需三角形加工的流程完成。图1.1所需加工三角形示意图（三）PLC的定义及简述PLC的全称Programmable

Logic

Controller，可编程序控制器本来就是人类对待在现代工业控制下，而特意研发设计的。它有着可以数字运算操作的能力，因为它采用可编程序存储器，所有的PLC都依赖其内置的存储设备来执行工业控制任务，例如：能够执行逻辑计算、能够处理数据和信息、对设备实施有序的管理等等。除了算术运算，PLC还采用了数字和模拟的输入/输出模块，这使得它能够控制生产过程中的各种机器和电气设备。正是因为PLC可以控制电气和机器设备，所有它可以轻易地跟一些工业控制系统结合，并组成一个型整体控制系统，而且还要坚持原来的有剩余空间来扩充别的辅助功能地原则设计。（四）PLC的基本组成结构如今，随着社会的发展，尽管可编程逻辑控制器的种类在不断增加，PLC的种类也在不断增多，但它们的基础结构和工作机制基本上是一致的。可编程逻辑控制器的主要功能结构主要有CPU（即中央处理器）、存储器（即只读和可读写的存储器）、输入模块/输出模块，具体如图1.2所示。图1.2可编程序控制器结构框图（1）CPU（中央处理器）：CPU（中央处理器）可以被视为人类的心脏，同时也是PLC的核心部分。它的主要功能是对PLC中的所有程序进行精确的控制、监视和其他相关操作。CPU也是有结构的，一般它都是由控制器、运算器和寄存器组成。该系统能够通过数据总线、地址总线以及控制总线等多种手段，实现对PLC的存储设备、输入/输出接口等的电路连接。（2）存储器：一般在可编程序控制器中，大体上，我们可以将其划分为以下两类存储器：PLC的存储器可以被划分为5个不同的部分，正如图1.3展示的那样。第一种类型是只读类型的存储器，它只能读取存储器中的数据类型的存储器，在常见的PLC中，程序存储器只能用于存储系统程序。当PLC在运行中断电之后，PLC的程序存储器中的内容不会发生变化，即使上电也不能重新执行。除了存储程序外，只读存储器还可以用于固化用户程序和重要参数，以防止人为操作失误导致程序和数据受到破坏或丢失。只读存储器的具体类型包括EPROM和EEPROM。第二种类型就是PLC内部包含可以读写的RAM随机存储器，包括系统存储器、I/O存储器等几种类型的设备。随机存储器的作用虽然也是可以用来存放使用用户的程序和系统参数，但是这些只能是暂时存放。如果PLC正进行编程工作时,中央处理器即CPU便从随机可读/写存储器RAM中提取编程相关指令并执行。而且在所有程序的执行过程中可能产生的结果可以暂时存放在RAM存储器中。一般的可读/写存储器RAM是由CMOS型的集成电路构成，而且CMOS型的集成电路的功耗小，但是一般PLC突然断电，可读/写存储器的暂存的内容也会突然消失,所以一般都会使用大电容或者后备的电池来保证断电后PLC还可以正常运行一段时间，为了保证内容和数据可以在一定时间内不消失。图1.3存储器的区域划分图（3）输入模块/输出模块：输入和输出模块都是PLC与现在的工业设备或工业生产过程中连接的重要接口。而且是PLC最重要组成部分，是必不可少的，PLC一般的输入信号或者输出信号都要么是开关量要么就是模拟量。PLC的输入模块主要作用就是用来接收外部电气设备的输入信号的，一般输入信号要么开关量，要么模拟量。当PLC的输入端接收到电气设备发出的开关量信号时，通常会接收到以下电气组件的信号，例如限位开关和按钮开关等。当PLC的输入端接收的电气元件的信号是模拟量时，一般PLC的输入端的信号可以是从以下设备传输的：空气湿度传感器、水压压力传感器、震动传感器、加速度传感器，形变传感器等等。PLC的输出模块是根据其输入模块采集的外部的带你电气信号，以及内部存储器进行的逻辑运算编程的逻辑处理，处理后的结果。而且PLC的输出模块主要有以下的三种类型。第一种类型就是：继电器型输出，这种类型输出模块的PLC的输出端子一般都是采用类似继电器触点开关，一般继电器线圈得电，常开触点闭合时则是输出为NO，常闭触点断开时则是输出OFF，最主要的是继电器的触点一般都没有极性，则输出端的负载一般既可以使用交流电(AC100~240)，也可以使用直流电(DC30V以下)。第二种就是晶体管型输出，PLC内置输出模块就是使用的晶体管，在晶体管导通的情况下，输出是一个高电平（即1），而当晶体管被关闭时，输出则是一个低电平（即0），因为晶体管本身就有极性，所以一般输出端的负载电源只使用是直接电(DC5~30V)。最后一种类型就是晶闸管型输出，PLC内置使用的是双向晶闸管(即是可控硅)，当晶闸管被导通时则输出为一个高电平（即1），晶闸管被截止时，则输出一个低电平（即0），最主要晶闸管它没有极性，所以输出端的负载电源只能为交流电(AC100~240V)。二、数控加工中心控制系统的硬件结构设计（一）数控加工中心的组成结构数控加工中心电气控制系统主要有六个电机和相关配件组成，六个电机分别是主轴旋转电机、刀具冷却电机、刀库换刀电机、加工X轴进给电机、加工Y轴进给电机和主轴Z轴进给电机。数控加工中心控制系统主要由可编程控制器PLC精准控制刀具，将木板材料加工成所需要的三角形，本系统对提高一些零件加工企业生产，管理自动化的水平不仅提供了巨大的支持，还显著提升了数控机床部件的生产效率，以及机床的使用寿命和整体质量,从而减少了企业零件的质量的波动。本系统设计效果图如图2.1所示。图2.1数控加工中心系统结构架构示意图（二）数控加工中心控制系统的硬件选择数控加工中心的控制系统需要更加精准、快速、高效的工艺要求，以及更加精准的、稳定的控制方式，而为工业领域设计的PLC的能力非常符合本次系统，所以专门选它作为整个数控加工中心系统的主要控制单元。由于PLC在运动控制方面有着很高的天赋，所以用来完成整个数控加工中心系统的所有设备的控制与运行。由于伺服电机和步进电机在速度和位置控制方面具有高精度和稳定性，我决定在数控加工中心装置的Y轴和X轴上使用步进电机；为了可以良好的固定加工的零件，我选择专门设计的零件放在气缸上面。为了防止零件加工时产生的木屑乱飞，我还特意设计了一个安全门装置，当数控加工中心准备对工件加工时，安全门装置自动关闭。定位气缸开始对所需加工的零件进行加工。当工作台检测到加工工件之后，木材的定位气缸立即动作，加工工件将木材精确定位和固定。随后数控加工中心系统开始对工件进行加工。安全门防止切削飞出。数控加工中心系统准备开始对工件进行加工时，系统运用它的监视的功能，来对整个系统的加工的状态进行实时的监控。而且为了保护设备的安全，我们采用限位开关作为数控加工中心的伺服电机和步进电机的防止极限位保护装置，用信号指示灯展示数控加工中心的运行到什么阶段。（三）数控加工中心硬件型号的选择1.步进电机及驱动器的选择步进电机本来就是因为普通电机不能精确控制，而被人发明并为在工业领域服务的一种精度高的开环控制的电机。如今，在现代工业环境下，它的地位是不能被人忽略的。步进电机在现场中的工业控制环境中，其应用还是较为广泛的。本系统选择塞雷电气技术有限公司的86CM45型三项六线步进电机。一般86CM45的步进电机的接线端随有6根不同颜色的电线，一边都是将红线和蓝线为同一绕阻；白线和黄线用来作为同一绕阻；银白线和绿线也是为同一绕阻。在步进电机接线时，一定要将白线和蓝线短成一相并接入步进驱动器的U端；其中也要将黄线和绿线短接并成一相并接在驱动器的V端；最后银白线和红线短接成一相并接到W端，如果接线相序搞错了，电机不会运动。一旦成功连接步进电机的三相接线，就能将24V电源接到步进驱动器的供电端子上。还能短接步进驱动器的DIR-和PLS-端子，并接到0V。要把两个2kΩ的电阻分别将DIR+端与PLS+端子，并接到200smart的高数输出点。驱动器的DIR+与PLS+端接受的电流比较小，而且一般很多的步进驱动器中都没有内置电阻，所以我们为了保护步进驱动器的内部线路要在外部接线上给步进驱动器安排电阻，减少输入驱动器所需的电流。这样可以确保驱动器的稳定运行。至今为止，步进电机与步进驱动器之间的接线工作已经成功地完成了。图2.2展示了86CM45型步进电机的实体图像。采用塞雷电气技术有限公司生产的DMA860H作为步进驱动设备。具体的实物图片可以参见图2.3。图2.286CM45型步进电机图2.3DMA860H型步进电机驱动器2.伺服电机及驱动器的选择因为本系统的任务就是完成对工件所需的三角形的绘制，但是这种要求对电机的的选择也是尤为重要，对此这样的加工要求和工艺要求都很高很高，对伺服电机跟随系统的工艺要求很高，所以伺服电机既可以快速的运动，又可以精确的完成三角形根据坐标的同步定位和运行，而且为了接下来的零件加工不因此造不成影响。综合所有要求考虑，我们选择了伺服电机作为数控加工中心系统的负责Y轴电机。而且伺服电机是闭环的，有反馈的功能，所以我们可以根据伺服驱动器反馈的信号和理论上的信号进行对比，从而对我们设计的路径校正。所以这次我们决定所使用的是台达ASDA-B2系列套装的伺服电机和伺服驱动器，具体的实物图可以参见图2.4。图2.4台达伺服ASDA-B2系列3.光电开关的选择最主要我们对本系统200smart由于接线采用了漏型接法，因此在选择光电开关的型号时也显得尤为关键。对于数控加工中心来说，要实现其功能要求必须有一个可靠而实用的接口电路。决定采用NPN的光电开关作为数控加工中心系统的输入信号检测开关。主要使用在手动调试设备时，来确定系统的伺服电机和步进电机在调试时的是否可以稳定精确的到达所需点的位置。此外，由于该系统的设计全部采用了金属型材进行组装，并且考虑到加工对象均为材料，因此选择了电感型的光电开关。4.PLC的选择在选择PLC时，我们首先需要明确PLC在整个系统中的位置，它就像军队的指挥官，对所有的资源调配都负有责任。最主要PLC的运行能力很重要，它的大小直接决定了系统的运行能力的大小。我们要坚持绿色生产的原则，首先要多根据工业要求慎重考虑，其次就是工艺要求和能力，才可以确定PLC的型号。根据控制系统工艺要求，进行最合理的选择，根据实际的成本，争取做到成本便宜，完成系统的所需的功能。这样才是最有利的选择。我们在选择过程中，往往根据现有的成本和工艺要求下决定的。对于PLC的选型都要根据下面几个方面来考虑。第一方面：一定要确认PLC的输入和输出点的个数能否满足我们这次制作系统所需要的数量。第二方面：根据这次设计的工艺需求对PLC的高数输出点有多少需求。第三方面：完整的数控加工中心系统需要具备一定程度的实用性和经济性，以确保其能够满足需求真个系统的工艺要求下，尽量节约成本开支，使数控加工中心系统更具有实用经济的特点。综上所诉，根据这次我们设计的工艺要求进行一系列的方案设计，首先在系统的输入信号上，通过计算，系统预计使用14个输入点，来完成PLC与相应的电气元件的信号连接，PLC接受电气元件传递过来的信号来完成这次任务；其次就是在输出上，这次系统主要用到了一台伺服电机与一台步进电机，至少需4要个高速输出点。在电机所能接受脉冲的输出前提上，因为伺服电机驱动器和PLC的输出点只能接收直流电输出，是因为步进电机驱动器的脉冲接收点为直流电。经过计算和统计，这次系统预计使用的输出点一共需要12个输出端。因为本次主轴进给电机是用变频器来控制，根据工艺要求方便对主轴进给电机速度的控制，我们选择利用模拟量控制变频器，这就要求PLC有2个模拟量输出端。最终，根据数控加工中心系统的工艺要求，选择西门子公司设计的S7-200-Smart-ST30、S7-200-Smart-SR40和CPU314C-29N/DP来为数控加工中心系统的控制单元。S7-200-Smart-ST30、S7-200-Smart-SR40和CPU314C-2PN/DP实物图如图2.4、2.5、2.6所示。图2.4S7-200smartPLCCPUST30图2.5S7-200smartPLCCPUSR40图2.6CPU314C-2PN/DP5.人机交互设备的选择本次设计选择使用昆仑通态触摸屏作为本次人机交互设备的原因非常简单。它的功能能够实现数控加工中心系统触摸屏功能，并监控系统工作时所有电机的状态，和所需加工工件参数的显示，以及实时显示，还能完成就是启动、停止、急停的作用，最主要因为便宜。根据本次控制系统的工艺要求，决定采用TPC7062Ti作为本次系统的用户交互工具，以实现前述的各项功能。TPC7062Ti的实体图片如图2.7展示。图2.7TPC7062Ti触摸屏6.定位气缸的选择本系统使用的定位气缸主要是将加工的零件在工作平台上进行固定。这次主要根据工件的大小，定位气缸一定注意它的行程，一定情况下对定位气缸的行程其实要求不高，一个行程为2000mm的气缸就足够用了，又因为工作平台的大小，所以需要气缸尽量越小，这次系统需要使用轻型缸。所以选择亚德客三轴气缸TCMX25S的气缸作为定位气缸气缸。实物图如图2.8所示。图2.8亚德客三轴气缸TCMX25S7.指示灯的选择一般指示灯在一些控制系统中的作用，主要是显示电气设备的运行状态，或者是阶段，在现有的市场上，有DC24V和AC220V两种电压的指示灯对客户进行提供，而在我们系统中的电路设计方案上，PLC输出的电压通常需要通过中间继电器进行处理。这种做法的核心目的是确保PLC的电压保持稳定并延长其使用寿命。在这次的系统中，选择了AC220V的指示灯。实际上，物图是如图2.9展示的那样。图2.9指示灯三、数控加工中心控制系统软件设计（一）编程软件的介绍STEP7-MicroWINSMART是由德国西门子股份公司独立研发的，专为S7-200smart系列的PLC程序设计的一款功能丰富的+编程软件。这款软件可以帮助用户为S7-200smart进行编程。公司的软件开发团队开发了三种不同的编程语言，从而使编程的应用范围得到了进一步的拓展。STEP7-MicroWINSMART是对于学习S7-200smart系列的程序编写是不可缺失。在社会上仍还有经济实用性。软件界面如图3.1所示。图3.1STEP7-MicroWINSMART编程软件（二）控制系统程序的设计按照具体的工作流程和控制要求对程序进行编写和设计。具体的工作流程如下：首先触摸屏设置工件加工数量（加工数量设置范围1～99），加工零件三角形三边边长（设置范围20~120）单位（毫米），要求系统任意输入三边边长并自动分配三角形三边长（按照a>b>c的顺序），如果输入的三边边长可以构成三角形，那么触摸屏的符合指示灯亮。如果输入的三角形的三边长不能构成三角形，那么不符合指示灯亮，并提示重新输入三角形边长。当符合指示灯常亮时，才可以按下循环启动按钮。按下循环启动按钮，则加工指示灯亮，数控加工中心机床准备开始进行对工件进行加工，加工成所触摸屏所输入的三角形。每次完成对零件的加工之后，触摸屏剩余加工工件的数量自动减一。当按下循环停止按钮之后，数控加工中心会加工完当前零件之后才止，只到再次循环启动按钮。系统才会继续的加工剩余所需要加工的零件。整个所有加工的过程：当工作平台检测到正方形加工木板材料被系统夹紧之后，由SA2按钮给出加紧信号（即横向档位为夹紧）后，主轴进给电机（Z轴进给电机M6）以30Hz的速度运行到换刀位置并停下。系统准备换刀，随后换刀电机M3开始动作，对应的指示灯HL1亮，当换到到对应刀具之后，换刀结束，HL1灭；0.5S后，主轴电机（即Z轴进给电机M6）开始以40HZ速度运行下降L1的位置，再以10HZ低速慢慢下降L2位置到加工件表面，等待1秒之后，X轴与Y轴的进给电机都以4mm/s的速率从起始点（00）移动到加工位置（1010）（单位是mm）。此刻，我们开始为加工所需的三角形做准备。经过1秒的时间，开始对三角形的a边进行加工。X轴的进给电机以8mm/s的速率向右行进，与此同时，M2冷却电机也被启动。一旦达到预定的切割长度，冷却电机将停止工作，并在接下来的两秒内开始对边长b进行加工。在这种情况下，X轴进给电机以8mm/s的速率向左侧移动，而Y轴进给电机则是按照顺时针方向进行旋转（Y轴的速度是基于X轴速度和Y方向的运动长度来计算的），与此同时，M2冷却电机也被启动。一旦达到预定的切割长度，X轴和Y轴将同时停止工作，M2冷却电机也将停止运行，然后在2秒后开始加工边长c。X轴的进给电机以8mm/s的速率向左侧移动，而Y轴的进给电机则是逆时针方向旋转，并与冷却电机同步启动。当坐标（1010）达到（单位是mm）时，c的边长加工已经完成。当XY轴进给电机停止工作时，M2冷却电机也随之停止，而主轴箱的Z轴进给电机以30HZ的速率升至换刀位置，随后M6进给电机也随之停止。当XY轴进给电机返回到起始点C（00）时，一个三角形的制造过程已经完成。当下一个正方形木板装夹完毕，再次由SA2给出夹紧信号，换刀+机构顺时针旋转一个刀位（信号由SB1按钮给出），开始对第二个三角形进行处理。一旦所有的三角形都被处理完毕，主轴箱的Z轴进给电机M6将会停止工作，XY进给电机回到坐标原点，加工指示灯熄灭。当数控加工中心系统突然发生急停事件，紧急按下急停按钮时(SA3被切断)，则系统会立即停止。待急停事件结束之后，急停恢复后，再按下循环启动按钮，则电机回复到之前状态继续运行。当系统遇到一些其他不正常的情况的处理方式，如果当数控加工中心的X轴的伺服进给电机出现超越行程的行为（即左右的行程位置开关分别为两次微动开关SQ1、SQ2）,伺服电机会自动锁住，并且报警，触摸屏自动弹出的紧急报警弹窗“报警画面，设备越程”，紧急情况处理完毕之后自动解除报警后，则伺服电机重新回到原点C位置的初始状态。如果工作时间久了，在制造流程中，主轴上的温度感应器会对工件的温度进行实时监测，当工件表面温度超过23°C则触摸屏会报警提示，报警指示灯会以1HZ闪亮；当工件表面温度超过28°C，触摸屏则自动弹出画面“报警画面，温度过高”，此时所有电机全部停止。当工件的温度低于23摄氏度时，再按下循环启动按钮，所有电机恢复原来的状态并继续运行。（三）数控加工中心控制系统程序的组态与编写表3.1ST30I/O分配表输入输出I0.0编码器A相Q0.0伺服脉冲I0.1编码器B相Q0.1步进方向I0.2启动按钮Q0.2伺服方向I0.3停止按钮Q0.3变频器DI0I0.4复位按钮Q0.4变频器DI1I0.5手/自Q0.7步进脉冲I0.6急停按钮Q1.3启动指示灯HL1I1.0温控传感器AM060变频器AIO+I1.0温控传感器AM060M变频器AIO-表3.1SR40I/O分配表输入输出I0.0X轴进给电机上限Q0.0换刀电机M3正转I0.1X轴进给电机下限Q0.1换刀电机M3反转I0.2A点Q0.2主轴电机M1低速I0.3B点Q0.3主轴电机M1高速I0.4C点Q0.4冷却电机M2运行I0.5Y轴进给电机上限Q0.5指示灯HL1I0.6Y轴进给电机下限Q0.6指示灯HL2I0.7Y轴进给电机原点Q0.7指示灯HL3Q1.0指示灯HL4Q1.5ST40通讯指示灯该系统需对伺服电机和步进电机两个电机执行控制操作，并在STEP7-MicroWINSMART软件环境中配置运动轴的配置。在工具的运动控制导向中，勾选了系统组态所需的轴0和轴1这两个运动轴。我们选择了“工程单位”作为测量系统，并规定步进电机的轴的脉冲数为2000来驱动电机轴的运动。当步进电机旋转一圈时，其直线距离为4.0mm；而当伺服电机的轴的脉冲数设置为4000来测量电机轴的运动时，伺服电机旋转一圈时，其直线距离为4.0mm。图3.2展示了组态轴的流动特性。（a）(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)图3.2运动轴的组态流程在步进电机和伺服电机的运动轴配置完成之后，为了实现轴的运动，你需要在STEP7-MicroWINSMART软件环境中调用预先设置好的轴的配置，并进一步生成子例程。只有这样，轴的动作才能得以实现。以下是本系统所需构建的子例程的详细描述：AXISx_CTRL子例程就像是进入轴控制的大门，它是程序中必须使用的部分，用于控制轴并使电机运动。为了确保轴正确运动，需要确保系统每个扫描周期都能调用到该子例程。在编写程序时，通常需要在该子例程前面添加SM0.0指令，以实现PLC在每个扫描周期都可以调用子例程。AXISx_GOTO子例程的作用就像是指示某人前往特定的地点，其核心目的是让运动轴移动到预定的位置。只需对子例程传送位置信息，并在需要移动时发出执行脉冲信号，这样就能达到我们所期望的位置。请确保在程序执行时，子例程始终保持在被调用的模式中。AXISx_RSEEK子例程的工作原理类似于回家，首先预先设定好原点，在顺序中设置相应的搜索方式来寻找原点。一旦启动了这个子例程，轴会自动在运动过程中找到预设的原点，并即时命令轴停止运动。停下来的位置会作为RP_OFFSET参数的值。与AXISx_GOTO子例程相同，主要子例程必须确保处于调用的状态。AXISx_LDPOS子例程将轴的当前位置值进行更改并且设定的新_pos的参数值，当系统给出一个信号之后，子例程的功能是记录并更新当前位置，使其成为一个新的中心轴。图3.3展示了运动轴向导子例程的调用方式。（a）(b)(c)图3.3运动轴子例程的调用数控加工中心系统的控制程序要求数控加工刀具装置能够快速、精准的完成零件的加工。当系统启动按钮被按下时，需要在触摸屏上输入相应的三角形边长和加工数量，随后工作平台检测有无加工工件，如果系统检测到有加工工件，那么定位气缸动作，换刀电机M3开始动作，换到相应的刀具，对工件进行加工，X轴和Y轴同时动作，工件先加工a边，到达C点，随后在加工b边，随后到达A点，最后在加工c边，到达B点（坐标原点）之后，主轴z电机停止运行并会到换刀位，当这个零件加工完之后，触摸屏剩余加工零件数减一。然后进行下一个零件上料，至此一个周期结束。装置开始循环运动。四、数控加工中心控制、监视、报警界面的设计（一）触摸屏的选择和所用软件的介绍这次根据此系统的工艺要求考虑，这次系统我们选择昆仑通态的TPC7062Ti来作为这次人机交互界面。一般昆仑通态的触摸屏都是由MCGS进行编程和控制的，它由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司自主开发的一种可以快速构造相应屏幕和对上位机监控的组态软件，它的主要作用就是现场数据的采集和监控，以及系统部分数据的处理与控制，可以在MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统上运行。（二）数控加工中心的控制、监视、报警界面所要实现内容的设计1.触摸屏的监控画面具有各个电机运行状态指示灯可以实时显示2.触摸屏画面显示三个加工轴的实时坐标；3.触摸屏也具有启动、停止、急停按钮，并能够实现系统设置的功能；4.触摸屏能够实时监控并显示报警信息。（三）数控加工中心的控制、监视、报警界面的设计首先，在本次系统设置触摸屏，是用以太网对PLC进行通信的连接，从而实现两个设备的双向的数据传输，实现了监视系统对设备实时监控的目的。如图4.1所示为设备组态。图4.1设备组态数控加工中心的监视、控制界面设计包含有所有电机运行状态指示灯显示区、轴实时坐标显示区、工件数量显示区，三角形边长输入区等。电机指示灯显示区主要的作用就是现实各个电机运行状态。绿色表示停止状态，红色表示运行状态。工件数量显示区主要用来显示需要加工的零件数量和剩余加工的数量。三角形边长输入区来控制零件加工的样子。数控加工中心监视、控制界面设计如图4.2所示。图4.2数控加工中心的监视、控制界面要想让触摸屏与PLC之间互通数据，达成控制与监控电气设备的作用。必须在软件中设置关联的变量，这样才能达到控制与监控的操作。如图4.3所示为数控加工中心系统需要关联的连接变量。图4.3连接变量

五、结论随着时间的流逝，我们迎来了毕业季，也终于迎来了最头痛的时候。在收到设计毕业论文的通知的时候，我懵了很久，感觉大学三年的时间一闪而过，感觉还没怎么将知识学完结束了，就要收拾好东西，准备向人生下一站出发了。在准备论文的选题的时候，这让我琢磨了一段时间，不晓得选什么题目。经过了很多很多天的考虑，我终于确认了我的题目——基于PLC的数控加工中心系统，毕竟有了目的就有了动力。有了题目之后，我准备琢磨如何设计好一篇优秀的论文，一开始我也很迷茫，毕竟万事开头难，一开始我真的不知道从来那各方面开始写。直到看到我们的指导老师发了一张的模板，我觉得一时突然有了希望，有了方向，慢慢的脑