PLC可编程逻辑控制器在组合机床控制系统中的应用 2Word格式文档下载.docx
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1引言I
2组合机床控制系统的系统分析3
2.1组合机床控制系统的特点3
2.2组合机床常见的几种控制方式3
2.3组合机床控制系统的选择4
3组合机床PLC控制系统的硬件设计7
3.1组合机床控制系统工作过程7
3.2PLC的硬件选型8
3.3I/O端子的地址分配9
3.4控制系统PLC的外围电气接线10
4组合机床PLC控制系统的软件设计12
4.1PLC程序设计思想12
4.2组合机床控制系统的功能流程图12
4.3组合机床控制系统的软件整体设计13
4.3.1原位指示程序14
4.3.2钻孔加工程序15
4.3.3攻螺纹程序15
4.3.4自动循环控制和手动控制的转换程序16
5监控系统设计18
5.1组态软件iFIX的简介18
5.2系统环境的选取18
5.3组态界面的设计19
5.4仿真运行情况19
参考文献22
附录23
1.1引言
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。
组合机床以系列化和标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。
兼有万能机床和专用机床的优点。
通用零部件通常占整个机床零部件的70%~90%,只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装,从而组成适应新的加工要求的设备。
由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工,所以可减少物料的搬运和占地面积,实现工序集中,改善劳动条件,提高生产效率和降低成本[]。
将多台组合机床联在一起,就成为自动生产线。
组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件,如汽车等行业中的箱体等。
另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起,以便集中在组合机床上进行加工。
1.2国内外组合机床的研究现状及其实际意义
20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2.5~0.63微米;
镗孔精度可达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。
在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业。
是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。
从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。
该届博览会上展出的加工中心,主轴转速10000~20000r/min,最高进给速度可达20~60m/min;
复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。
在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。
根据我国当前的情况,继电器-接触器控制系统依然是机械设备最常用的电气控制方式,许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器-接触器控制系统,由于采用物理电子器件和大量而又复杂的硬接线,使得系统的可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,严重影响了工厂的生产效率[]。
随着科学技术发展,可编程控制器的出现,许多以继电器-接触器控制系统的机床组合电路通过改进,采用可编程控制系统,无论在性能上或者效率上都能得到很大提升。
可编程逻辑控制器(PLC)是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用维修方便、价格便宜等优点,为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置。
因此,采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造,很有益处[]。
1.3本课题研究的主要内容
组合机床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。
组合机床的控制早期以电气继电控制为主,通过继电器实现控制的逻辑关系。
本课题是采用PLC取代传统继电控制回路来实现组合机床的控制完成常用的钻孔、攻螺纹等操作,系统软件设计应科学合理,运行稳定。
同时需利用触摸屏组态软件对组合机床进行实时监控。
2组合机床控制系统的系统分析
2.1组合机床控制系统的特点
随着科学技术的发展,生产工艺不断提出新的要求,机床电气控制装置也不断更新。
在控制方法上主要从手动控制到自动控制;
在控制功能上,是从简单到复杂;
在操作上由笨重到轻松,从控制原理上,由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统[]。
为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。
组合机床的控制系统必须具备以下4个原则[]:
(1)完整性原则——最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。
(2)可靠性原则——确保组合机床控制系统的可靠性。
(3)经济型原则——力求控制系统简单、实用、合理。
(4)发展性原则——适当考虑生产发展和工艺改进的需要。
2.2组合机床常见的几种控制方式
组合机床的电气控制理论上讲可以采用继电器接触器电气控制系统,单片机控制系统和PLC控制系统来实现。
1.继电器-接触器控制系统
继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来,一直是机电控制的主流。
由于它的结构简单、使用方便、价格低廉,所以使用广泛。
继电接触式控制系统采用硬接线逻辑,它利用继电器等的触电串联、并联、串并联,利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑。
继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触电的动作来实现的,触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。
其定时控制利用时间继电器的延时动作来进行[]。
在上世纪的20年代到30年代,借助继电器、接触器、按钮和行程开关等组成继电器-接触器控制系统,实现对机床的启动、停车、有级调速等控制。
继电器-接触器控制的优点是:
结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰性能力强。
因此广泛应用于各类机床和机械设备[]。
目前,在我国继电器接触器控制仍然是机床和其它机械设备最基本的电气控制形式之一。
2.单片机控制系统
随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步,电路系统向着集成度极高的方向发展。
CPU的生产制造技术,也朝着综合性、技术性、实用性发展。
单片机控制系统是以单片机(CPU)为核心部件,扩展一些外部接口和设备,组成单片机工业控制机,单片机具有结构简单,使用方便,价格比较便宜等优点,因此在数据采集和工业控制中得到了广泛的应用。
3.PLC控制系统
在70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能,以微处理器为核心的新兴工业控制器——可编程程序控制器(PLC)。
这种器件完全能够适应恶劣的工业环境,由于它兼备了计算机控制和继电器-接触器控制两方面的优点,故目前世界各国将其作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制[]。
PLC采用存储逻辑。
它除了输入端和输出端要与现场连线以外,而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。
若控制逻辑复杂时,则程序会长一些,输入输出的连线并不多。
若需要对控制逻辑进行修改时,只要修改程序便可,而输入输出的连接线改动不多,并且也容易改动[]。
PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度很快。
通常,一条用户指令的执行时间在微秒数量级。
PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,可靠性高。
PLC还配备了自检和监控功能,能自诊断出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态的监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护了方便。
2.3组合机床控制系统的选择
在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案,考虑到上述几点,采用PLC控制系统较适合组合机床的电气控制。
PLC控制系统与单片机控制系统、继电器-接触器控制系统相比具有以下优点[]:
1.PLC控制系统与继电器-接触器控制系统相比较
(1)控制逻辑
继电接触式控制系统采用硬接线逻辑,它利用继电器等的触点串联、并联、串并联,利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑,连线复杂、体积大、功耗也大。
当一个电气控制系统研制完后,要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。
特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了,这都是硬接线的缘故。
所以,继电器-接触器控制系统的灵活性和扩展性较差。
可编程控制器采用存储逻辑。
若需要对控制逻辑进行修改时,只要修改程序就行了,而输入输出的连接线改动不多,并且也容易改动,因此,PLC的灵活性和扩展性强。
而且PLC是由中大规模集成电路组装成的,因此,功耗小,体积小。
(2)控制速度
继电器-接触器控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的,工作频率低。
触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。
而且使用的继电器越多,反映的速度越慢,还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。
而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度相当快。
由于PLC内部有严格的同步,不会出现抖动问题,更不会出现触点拉弧问题。
(3)定时控制和计数控制:
继电器-接触器控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。
用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高,定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。
有些特殊的时间继电器结构复杂,维护不方便。
而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器,时基脉冲由晶体震荡器产生,精度相当高并且定时时间长,定时范围广。
(4)可靠性和维护性。
继电器-接触器控制系统使用了大量的机械触点,连线也多。
触点在开闭时会受到电弧的损坏,寿命短。
因而可靠性和维护性差。
PLC还配备了自检和监控功能,能自诊断出自身的故障,并
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