数控加工中心刀具库换刀系统

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1、郑州电力职业技术学院课程设计说明书题 目 机电一体化技术 与系统 课程设计-数控加工中心刀具换刀系统的设计系 别 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 09 级机电四班 姓 名 设计时间 指导教师 二一一年 二月一日郑州电力职业技术学院课 程 设 计 说 明 书- 1 -目录一、课程设计任务一、课程设计任务 2二、课程设计要求二、课程设计要求 2三、课程设计的参数设置三、课程设计的参数设置2四、课程设计过程四、课程设计过程2第一节第一节 PLC 基本介绍基本介绍2第二节第二节 阐述阐述 PLC 的工作原理的工作原理6第三节第三节 列出列出 I/O 配置表配置表10第四节第四节 刀盘取刀示意图

2、刀盘取刀示意图11第五节第五节 本系统梯形图及指令表本系统梯形图及指令表 13第六节第六节 本系统的开发环境本系统的开发环境17第七节第七节 本系统的改进本系统的改进 19第八节第八节 总结总结21参考文献参考文献22五、指导教师评五、指导教师评课 程 设 计 说 明 书- 2 -价价23课课程程设设计计任任务务书书一、课程设计任务一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。二、课程设计要求二、课程设计要求刀具由 PLC 控制来实现其功能。斗笠式刀库装 6 把刀，从上向下看顺时针编号，如图 4-1 所示。以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3 把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续 2 把刀采

3、用顺时针旋转换刀。例如：假设 1 号刀为停留在机械手位置处时，调去 1 号刀时刀盘不动作；调取5、6 号刀时刀盘顺时针旋转，调去 2、3、4 号刀时，刀盘逆时针旋转。三、课程设计的参数设置三、课程设计的参数设置1、寄存器 D0;机械手当前位置寄存器。2、寄存器 D1：程序刀号寄存器。3、寄存器 D3：偏差寄存器。4、参数 K：参数 K1、K2、K3、K4、K5、K6 分别为 1、2、3、4、5、6。四、课程设计过程四、课程设计过程课 程 设 计 说 明 书- 3 -第一节第一节 PLC 基本介绍基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称 PC,为了避免和通用

4、计算机的简称PC 同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用 PLC 的简称。1968 年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969 年美国数字设备公司制造出了世界上第一台 PLC，这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程控制器，简称 PLC。PLC 最早用于取代汽车生产线上的继电器控制系统，随即扩大到食品加工、制造冶金等工业部门。1971 年日本引进了这项生产技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年欧洲的一些国家也研制生产了自己的 PLC。进入 20 世纪 70 年代后，随着半导体技术及微机技术的发展，PLC 采用了微处理器作为中央处理器，输入

5、与输出单元和外围电路也到采用了中、大规模集成电路，使 PLC 具有多项优点，并形成了各种规格的系列产品，成为了一种新型的工业自动化控制标准设备。这时的 PLC 已经有逻辑判断、数据处理、PID 控制和数据通信功能，因此被改称为可编程控制器简称 PC。1987 年 2 月，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器的标准中做可如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计，他采用用可编程序的存储器逻辑运算、顺序控制、定时、技数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出接口。控制各种类型的机械或生产过程，可编程控制器及其有关外围设备易于工业控制系统连成一个整

6、体， 并已于扩充其功能。 ”可编程控制器在其内部结构和功能上都类似于通用计算机，所不同的是可编程控制器还课 程 设 计 说 明 书- 4 -具有很多通用计算机所不具有的功能和结构。PLC 还有很多适应于各种工业控制系统的模块；PLC 采用以传统电气图为基础的梯形图语言编程，方法简单且易于学习和掌握。所以在控制系统应用方面 PLC 优于计算机 ，它易于和控制系统相连接，可以方便灵活的构成不同要求，不同规模的控制系统，其环境适应性和抗干扰能力强，所以可将可编程控制器称工业控制计算机，由于这些特点，目前可编程控制器已成为工业自动控制系统的重要支柱。可编程控制器的功能及特点：1、 可靠性高，抗干扰能力

7、强；2、 适应性强，应用灵活；3、 变成方便，易于使用 ；4、 具有各种接口，与外部设备连接方便，适应范围广；5、 功能完善；可编程控制器的应用：1、 顺序控制和时序控制；2、 过程控制 ；3、 数据控制；4、 联网和显示打印；可编程控制器的发展：1、 向体积更小，速度更快的方向发展；2、 向大型化，高可靠性，好的兼容性，多功能方向发展；课 程 设 计 说 明 书- 5 -3、 与其他工业控制产品的结合 ；可编程控制器的基本组成：1、中央处理单元 (CPU)中央处理器单元是 PLC 的核心，PLC 的档次越高 CPU 的位数越多，系统处理信息量越大，运算速度就越快，指令功能也越强。2、存储器

8、存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 3、输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 4、电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去 课

9、 程 设 计 说 明 书- 6 -5、编程器编程器用于将用户程序送入 PLC 的存储器，是 PLC 最重要德外部设备。编程器可用于编程，也可以用来进行程序修改和检查，还可以对PLC 工作状态进行监控。第二节第二节 阐述阐述 PLC 的工作原理的工作原理可编控制器的工作原理：循环扫描工作方式， PLC 在通电以后， PLC 实际上是按照分时操作进行工作的，此工作过程的循环扫描工作方式，如图：课 程 设 计 说 明 书- 7 -当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一

10、定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先

11、左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 课 程 设 计 说 明 书- 8 -在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期

12、才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。(三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。 PLC 内部运作方式：虽然 PLC 所使用之阶梯图程式中往往使课 程 设 计 说 明 书- 9 -用到许多继电器、计时器与计数 器等名称，但

13、PLC 内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与 程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装 置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上 PLC 执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤， “输入状态检查 ”、“程式执行”、“输出状态更新 ”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC 首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或 0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入 CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态， CPU

14、 直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC 输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为PLC 之扫描周期，而完成所需的时间称为 PLC 之反应时间， PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端 “程式结束再生”。 PLC 执行用户程序的工作过程图 2-2 所示。课 程 设 计 说 明 书- 10 -图 2-2 执行用户程序的工作流程图课 程 设 计 说 明 书- 11 -第三节第三节 列出列出 I/O 配置表配置表节点类型节点类型节点名称节点名称节点作用节点作用X001机械手位置检测X002机械手位置检测X003机械手位置检测X004机械手位置检测X005机械手位置检测X006机械手位置检测X0011刀具号选择X0012刀具号选择X0013刀具号选择X0014刀具号选择X0015刀具号选择输输 入入X0016刀具号选择Y000刀具到位指示Y001刀盘旋转指示输输 出出Y002刀盘