基于PLC的机床控制系统设计样本.doc
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1、毕业论文(设计)题目: 基于PLC数控机床控制设计 班 级 专 业 电气自动化 学生姓名 指引教师 摘 要数控机床是一种机电一体化数字控制自动化机床。初期数控机床是依托继电器逻辑来实现相应功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统,布线复杂,体积庞大,更改困难,一旦浮现问题,很难维修。这样系统,其可靠性往往也不高,影响正常生产。本文正是针对这一问题展开工作。本文简介了西门子可编程控制器对CK9930机床电气控制某些改造设计,重点阐述了数控机床PLC功能、机床电气控制原理及相应PLC程序编制与调试三方面问题。并且详尽地展示了PLC控制程序开发过程。依照数控车床所承担加工任务特点,可知其操作过程比较复杂
2、。要用PLC控制车床动作,必要将PLC及其控制模块和相应执行元件加以组合。因此在该控制程序开发过程中,采用了模块化构造设计办法。本文重要完毕了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定期润滑控制以及报警解决等功能PLC控制程序开发。并且运用FXGP_WIN-C软件编写了该机床PLC控制程序,并借助其运营、监控功能,通过有关设备,观测了程序运营状况。核心词:PLC控制,数控车床,梯形图目录摘 要1第1章 概 述41.1数控系统工作原理41.1.1 数控系统构成41.1.2 数控系统工作原理51.2 PLC硬件与工作原理61.2.1 PLC简介61.2.2 PLC基本构造61.2.3 PLC工作原理7
3、第2章 数控车床PLC82.1 数控车床PLC信息传递82.2 数控车床中PLC功能92.2.1 PLC对辅助功能解决92.2.2 PLC控制对象92.3 用PLC实现车床电气控制系统功能102.4 运用PLC代替继电器-接触器控制方式优越性11第3章 CK9930数控车床电气控制分析123.1 车床重要构造和运动形式123.2 车床对电气控制规定123.3 车床电气控制电路分析123.3.1 主电路分析143.3.2控制电路分析15第4章 PLC程序设计办法164.1 PLC编程语言164.2 PLC程序设计环节164.3 PLC程序模块化设计184.4 输入输出分派184.5 梯形图程序设
4、计204.5.2 公用程序214.5.3 回原点程序214.5.4 主轴控制程序224.5.5 坐标轴控制程序244.5.6 报警解决程序274.5.7 定期润滑控制程序274.5.8 冷却程序294.5.9 自动换刀控制程序304.5.10 需要阐明问题324.6 梯形图程序调试324.7 本章小结33第5章 调试程序33结 论36致 谢38参照文献39、第1章 概 述CK9930型数控车床配备是华中I型数控系统,是一种比较老式小型简易经济型数控系统。随着数控技术不断进步与发展,这一数控系统已不能满足加工规定,本课题就是对既有CK9930数控车床所进行改造项目一种构成某些。重要是车床电气控制
5、某些进行改造。车床电气控制系统是控制车床各某些工作、协调完毕车床加工任务核心某些,它由大量继电器构成一种复杂逻辑控制电路。该车床复杂继电器逻辑控制线路构成电气控制系统故障率高,难于维护,很有必要对其进行改造,即用PLC代替继电器-接触器控制方式。1.1数控系统工作原理国际信息解决联盟对数控机床做了如下定义定义:数控机床是一种装有程序控制系统机床,该系统可以逻辑地解决具备使用号码或其她符号编码指令规定程序。这里所说程序控制系统就是数控系统(Numerical Control,简称NC)而当前数控系统都是以计算机作为控制中心,因此称为计算机数控(Computerized Numerical Con
6、trol,简称CNC)。1.1.1 数控系统构成CNC系统普通构造如图1.1所示,CNC系统重要是指图中CNC控制器,它是由计算机硬件、数控系统软件及相应输入/输出接口构成专用计算机和可编程控制器所构成。前者解决机床轨迹运动数字控制,后者则解决开关量逻辑控制。 图1-1 CNC系统普通构造框图1.1.2 数控系统工作原理虽然数控系统种类繁多,但其基本原理都是相通。即都是通过运算器进行插补运算,然后对进给轴进行闭环控制,实现机床数控功能。(1)进给系统控制进给系统控制大多是通过控制步进电机来实现。步进电机是一种在外加电脉冲信号作用下一步一步地运转,将电脉冲信号转换成相应角位移机电元件。其角位移量
7、和输入脉冲个数严格成正比,在时间上与输入同步,控制输入脉冲数量、频率及电机绕组通电顺序,便可获得所需转角、速度及转动方向;无脉冲输入时,在绕组电源勉励下,气隙磁场使转子保持本来位置状态。运用这一原理,便可实现加工时纵、横向进给,并可获得较高精度。(2) 开关量控制数控机床开关量信号控制是通过PLC来完毕。机床各开关量可通过I/O 口进行信息互换。由于I/O 口可输入信号和输出信号,其输出信号通过逻辑译码电路转换成多路输出信号,可实现主轴电机、冷却泵及主轴变速等控制; 输入口可接受行程限位开关暂停、主轴同步脉冲、选刀回答等信号。从而实现各种状态检测,最后实现机床各开关量控制。(3)主轴控制数控系
8、统只对主轴系统进行开关控制。数控装置通过PLC对主轴系统进行起停控制。1.2 PLC硬件与工作原理1.2.1 PLC简介可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC,为了不与个人计算机(也简称PC)混淆,普通将可编程序控制器称为PLC。它是在电器控制技术和计算机技术基本上开发出来,并逐渐发展成为以微解决器为核心,把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体新型工业控制装置。当前,PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程自动控制中,成为一种最重要、最普及、应用场合最多工业控制装置,并被公以为当代工业自动化三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。与普通微机控制系
9、统最大区别是,PLC必要具备很强抗干扰能力、广泛适应能力和辽阔应用范畴。1.2.2 PLC基本构造PLC也是由硬件系统和软件系统两大某些构成。PLC硬件系统基本构造如图1.2所示。图1-2 PLC基本构造示意图PLC软件系统则涉及系统软件和顾客应用软件。从广义上讲,可编程序控制器PLC实质上是一种专用工业控制计算机,只但是比普通计算机具备更强与工业过程相联接接口,以及具备更直接合用于工业控制规定编程语言。1.2.3 PLC工作原理(1)PLC工作过程PLC上电后,就在系统程序监控下,周而复始地按一定顺序对系统内部各种任务进行查询、判断和执行,这个过程实质上是按顺序循环扫描过程。执行一种循环扫描
10、过程所需时间称为扫描周期,其典型值为1100ms。PLC工作过程如图1.3所示。初始化CPU自诊断通信信息处理与外部设备互换信息执行顾客程序输入输出信息解决图1-3 PLC工作过程(2)顾客程序循环扫描过程PLC工作过程与CPU操作模式关于。CPU有两个操作模式:STOP模式和RUN模式。在扫描周期内,STOP模式和RUN模式重要差别是:RUN模式下执行顾客程序,而在STOP模式下不执行顾客程序。PLC对顾客程序进行循环扫描可分为三个阶段进行,即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。 第2章 数控车床PLC在数控车床中,位置控制是由位置控制器来实现。而其他大某些动作即辅助机械动作控制如主轴
11、启停、换向,换刀控制、冷却和润滑系统运营以及报警监测等功能则可由可编程控制器(PLC)来实现。2.1 数控车床PLC信息传递通过PLC来实现车床电气控制系统各项功能,需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC,再通过PLC内部程序运算将成果输出到各种执行设备,完毕电气控制系统对于车床控制。因此就涉及PLC与数控装置、机床之间信息互换。可编程控制器与CNC机床强电、CNC数控装置I/0口联接可归纳为下列三某些:(1)PLC输入输出端与机床面板信号联接 CNC数控机床操作面板上有按钮、旋钮开关和批示灯等,按钮、旋钮开关直接与可编程控制器输入端接线柱相连,批示灯直接与PLC输出端接线柱相连
12、。(2)PLC输出端与机床强电信号联接 PLC在CNC机床中重要作用是控制强电某些,如:主控电源、伺服电源、刀架电机正转、润滑电机等。每个电机运营程序控制逻辑都固化在PLC中,受机床操作面板开关和数控系统软件控制。(3) PLC输入端与CNC机床数控装置I/O口联接可编程控制器输出端通断是由其输入端通断状态及梯形图程序决定,CNC机床数控装置与可编程控制器联接是通过软开关直接控制PLC输入端通断,以决定PLC输出端状态。从数控装置I/O口信息流向分析,可以分为两种状况:一是数控装置从I/O口输出指令,控制PLC完毕相应动作;另一种是检测PLC输入口开关状态,数控装置I/O口是输入信号,数控装置
13、依照输入信号性质做出相应控制。2.2 数控车床中PLC功能2.2.1 PLC对辅助功能解决 当前,数控机床程序中,关于机床坐标系商定、准备功能、辅助功能、刀具功能及程序格式等方面己趋于统一,形成了统一原则,即所谓CNC机床ISO代码。归纳起来有4种功能:一种是准备功能,即所谓G代码;第二种是辅助功能,即所谓M代码;第三种是刀具功能,即所谓T代码;第四种是转速功能即所谓S代码。其中,G功能重要与联动坐标轴驱动关于,是通过CPU控制数控装置I/0接口实现;M功能重要控制机床强电某些,涉及主轴换向、冷却液开关等功能;T功能与刀具选取和补偿关于。 M功能解决M指令重要有M02 (程序停止) 、M03
14、(主轴顺时针旋转) 、M04 (主轴逆时针旋转)、M05 ( 主轴停止) 、M06 ( 准备换刀) 等。其中一某些是由数控系统自身硬件和软件来实现,尚有一某些需要数控装置与PLC 相结合来实现。 T功能解决在PLC上实现重要是刀具选取。当遇到包括某个刀具编码换刀指令时,相应数控装置I/O口变成高电平,数控系统将T代码指令送给PLC,PLC通过译码指令进行译码后,检索刀号,然后控制换刀装置进行换刀。 S功能解决S功能重要完毕对主轴转速控制,惯用有代码法和直接指定法。代码法是S背面跟二位数字,这些数字不直接表达主轴转速大小,而是机床主轴转速数列序号;直接指定法是S背面直接就是主轴转速大小,例如S1
15、500 表达主轴转速是1500 r/min。2.2.2 PLC控制对象数控系统可以分为两某些:控制伺服电动机和主轴电机动作系统某些NC 和控制辅助电气某些PLC。数控机床PLC重要完毕数控机床顺序控制,涉及对NC、机床及操作面板传来信号进行解决,实行急停及超程信号监控,并且完毕对主轴、刀架、冷却、润滑等功能控制。 操作信号解决接受操作面板上信号和NC某些传来数控信号以控制数控系统运营。 主轴控制控制主轴启动、停止及正反转。 坐标轴控制控制坐标轴伺服驱动及限位开关等。 换刀控制实现对程序换刀控制。 冷却控制实现程序控制冷却启动、停止。 润滑控制 实现定期润滑控制。2.3 用PLC实现车床电气控制
16、系统功能从本质来讲,基于PLC 机床电气控制系统对机床控制思路依然与继电器-接触器控制系统是一致。只是在控制手段上采用了先进控制设备。PLC 控制系统其长处在于依照加工工艺规定不同相应修改程序就可以实现。车床电气控制系统属于广泛应用系统,不针对特殊加工工艺,因而PLC 内部程序只需要相对每个控制按钮发出信号,做出相应动作即可。通过PLC 来实现车床电气控制系统各项功能,需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC,再通过PLC 内部程序运算将成果输出到各种执行设备,完毕电气控制系统对于车床控制。每个功能输入信号,都可以通过控制面板上按钮进行操作,输出则可以通过接触器、电磁阀等执行机构完
17、毕。基于PLC 车床电气控制系统功能分解如图2-1。X轴Z轴起停PLC接触器 电动刀架接触器主轴起停调速冷却液起停夹具松开夹紧换刀按钮批示灯变频器 图2-1 PLC 车床控制系统分解图2.4 运用PLC代替继电器-接触器控制方式优越性 可维护性好 采用PLC进行控制后,由于采用了专用芯片及集成电路,提高了集成度,减少了元器件数量,机床控制电路接线量大为减少,故障率大大减少。可维护性好,基本上无需维护。 可靠性高 PLC平均无端障工作时间高达300000 h(约34.2年),因此其可靠性高。而采用继电器-接触器控制机床控制则由于存在大量机械触点,工作电压和工作电流较大,可靠性较差。 提高机床柔性
18、 当机床加工程序发生变化时,只需要修改PLC程序就可以进行新加工,更改较以便,机床柔性较好。 效价比高 交流接触器额定寿命约为8001600h,远低于PLC,再考虑到因更换坏掉接触器所耽误工时,从经济性角度来看,用PLC也是很合算(PLC价格与I/O点数成正比,而机床所要用I/O点数并不多)。 可联网通信 由于PLC具备通信功能,采用可编程控制器进行机床改造后,可以与其他智能设备联网通信,在此后进一步技术改造升级中,可依照需要联入工厂自动化网络中,提高工厂自动化水平。第3章 CK9930数控车床电气控制分析数控车床重要用于轴类、盘类零件加工,能自动完毕外围柱面、内孔、锥面、圆弧面、螺纹等工序粗
19、细加工,并能在圆柱面或端面上进行铣槽、钻孔、铰孔等工作,可以实现回转体零件在预先加工好定位基面后,一次装夹下完毕从毛坯到成品所有工序. 因而,可以极大地提高生产率。3.1 车床重要构造和运动形式CK9930数控车床是为两轴车床。床身最大工件回转直径300mm,最大工件长度500mm,刀架上最大工件回转直径140mm,外型尺寸1100 mm580 mm580 mm。其构造重要有床身、主轴变速箱、床鞍、卡盘、刀架、丝杠和尾架等构成。其中,床身是一种整体铸件。刀架通过床鞍安顿在床身导轨上。CK9930数控车床运动形式有: 主运动:工件旋转运动,是主轴通过卡盘带动工件旋转运动形式。 进给运动:刀架横向
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