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1、建东职业技术学院毕业设计1 前 言1.1 可编程序控制器的概况可编程序控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通讯技术等高新技术，而在近年来发展迅速、应用极广的一类工业装置。早期的可编程序控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Comput
2、er)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。国际电工委员会(IEC)1987年颁布的可编程序控制器标准草案中对PLC作了定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出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部设备都按要求与控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它是有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，但可编程控制器产品并不针对某
3、一具体工业应用，在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 可编程序控制器的特点和功能可编程序控制器适应工业环境，简单易懂、操作方便，是可靠性较高的新一代通用控制装置，其特点为：（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）适应性强，应用灵活。（3）编程方便，易于接受。（4）控制系统设计、安装、调试方便。（5）维修方便，维修工作量小。（6）功能完善。主要功能为：（1）开关量控制功能现代可编程序控制器可以取代传统的继电器，完成开关量的控制。可编程序控制器中所有软继电器及其触点数量很多，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。（2）模拟量控制可编程序控制器中的微处理器
4、（CPU）只处理数字量，可编程序控制器中配置了A/D和D/A转换模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送微处理器处理。而微处理器处理结果的数字量，经D/A转换后，变换成模拟量控制被控设备，以完成对连续量（温度、压力、流量、液位和速度等）的控制。（3）定时控制可编程序控制器可以提供相当数量的定时器，定时时间可在较大范围内任意设定，使用非常灵活、方便。（4）计数控制可编程序控制器可以提供众多计数器，完全能满足生产过程的计数要求。（5）步进控制可编程序控制器设置了一定数量长度可变的移位寄存器，很容易满足各种步进控制要求。（6）数据处理一般可编程序控制器都设置有四则混合运算指令，可以方便地对生产过程中
5、的数据进行处理。（7）自诊断功能可编程序控制器对电源、程序语法、动作状态等作自诊断，并用代码显示诊断结果，在发生异常时能自动终止运作。（8）定位控制可编程序控制器中的轴定位模块可以组成开环或闭环定位控制系统，以控制加工时定位运动、可变速定位运动、强制定位运动和自动找原点等。（9）通信联网功能某些控制系统需要多台可编程序控制器连接起来使用或由一台计算机与多台可编程序控制器组成分布式控制系统，可编程序控制器配置的通信模块可以满足这些通信联网要求。1.3 可编程序控制器国内外的研究现状PLC生产厂约30多家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。虽然
6、我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型： 32 I/O；小型： 256 I/O；中型：1024 I/O；大型：4096 I/O；巨型：8192 I/O；在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点至256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美P
7、LC，居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。典型的PLC产品有：施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、Control Logix等；西门子公司，SIMATIC S7-400/300/200系列；GE公司；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。1.4 可编程序控制器技术的
8、发展趋势 可编程序控制器最新发展动态主要在以下四个方面： （1）可编程序控制器向大型化、网络化发展 多层次分布式控制系统与集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。可编程序控制器网络化技术的发展，其中有两个趋势，一方面，可编程序控制器网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌可编程序控制器除了形成自己各具特色的可编程序控制器网络系统，完成设备控制任务以外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息、管理系统的一部分。另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，可编程序控制器与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构
9、等，通过一根传输介质（比如双胶线、同轴电缆、光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的可编程序控制器远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。（2）可编程序控制器向高性能小型化发展可编程序控制器的功能正越来越丰富，而体积却越来越小。比如三菱的FX-ON系列可编程序控制器最小的机种，体积仅为609070mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。可编程序控制器已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其它
10、过去只有计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID调节，精确定位，步进驱动，报表统计等，从这种意义上说，可编程序控制器系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小。用可编程序控制器同样可以构成一个过程控制系统。（3）可编程序控制器系统将与智能控制系统更进一步地相互渗透和结合。可编程序控制器与计算机已成功结合并广泛应用，可编程序控制器不再说是单独的一个控制装置，它已成为控制系统中的一个重要的组成部分和环节。随着集成电路和计算机技术的进一步发展，可编程序控制器与工业控制计算机、集散控制系统、嵌入式计算机等系统进一步渗透和结合，这将更进一步拓宽可编程序控制器的应用领域和空间。（4）实现软
11、、硬件的标准化长期以来，可编程序控制器走的是专门化的道路，因此制定可编程序控制器的国际标准有如下5种：11311:General Information（一般信息）；11312:Equipment Characteristics and Test Requirement（设备特性与测试要求）；11313:Programming Language（编程语言）；11314:User Guidelines（用户向导）；11315:MMS Companion Standard（制造信息规范伴随标准）。第 1 页 共 30 页2 设计项目的目的和意义2.1 设计项目的目的随着工业技术的不断完善，各种新型
12、技术在工业生产中广泛应用，使劳动人员从劳动条件差、任务繁重、单一、重复、高温、危险等工作中得以解脱，并且提高工作效率。传统的镗床控制系统采用继电接触器控制系统,不但接触触点多而且接线复杂 ,而且经常出现故障 ,可靠性较差，因此许多工厂应用PLC可编程控制器对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造。2.2 镗床改造的意义本设计利用三菱公司FX系列PLC对T68型卧式镗床的改造, 其改造过程包括可编程控制器的机型选择、输入输出地址分配、输入输出端接线图及可编程控制器梯形图程序设计，分析了用可编程序控制器控制镗床的工作过程。运用其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质
13、量轻、功能强和价格低廉等特点，将机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平 ,改善产品的加工质量 ,降低设备故障率 ,提高生产效率 ,其经济效率显著。2.3 镗床的分类及选用镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密的孔和各孔间相互位置要求较高的零件。镗床按结构和被加工对象一般可分为： （1）卧式镗床：这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于箱体(或支架)类零件的孔加工及其与孔有关的其它加工面加工。 （2）坐标镗床：具有精密坐标定位装置的镗床，它主要用于位置精度要求较高的孔系，也可用于精密坐标测量、样板划线、刻度等工作。 （3）精镗床：用金刚石或硬质合金等刀具，进行精密镗孔的镗床。（4）深孔
14、镗床：用于镗削深孔的镗床。（5）落地镗床：工件安置在落地工作台上，立柱沿床身纵向或横向运动。根据本设计任务要求所知，本设计采用T68型卧式镗床。在现代化生产中，要求自动化程度较高，因此大量使用到了卧式镗床。3 T68型卧式镗床电气控制电路3.1 镗床的主要结构，运动形式和控制要求3.1.1 卧式镗床的主要结构T68卧式镗床的结构如图1,主要由床身、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等部分组成。图1 T68型卧式镗床的结构床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切
15、削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿走轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动，因此独自旋转，也可以不同转速同时旋转。在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗主向方向调整位置。在后立柱导轨上安装有尾座，用来支持镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，保证二者的轴心在同一水平线上。安装工件的做工台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的做工台组成。下溜板可沿床身导轨做纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨做横向运动，工作台相对于下溜板可做回转运动。3.1.2 卧式镗床的运动形式（1）主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动。（2）进给运动为镗轴的轴向进给、平旋盘刀具溜板的径向进给、镗头架的垂直进给、工作台的纵向进给和横向进给。（3）辅助运动为工作的回转、后立柱的轴向移动、尾座的垂直移动及各部分的快速移动等。3.1.3 卧式镗床的控制要求（1）主轴旋转与进给量都有较宽的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传动机构采用双速笼型异步电动机。（2）由于各种进给运动都有正反不同方向的运转，故主电动机要求正、反转。（3）为满足调整工作需要，主电动机应能实现正、反转的点动控制。（4）保证主轴停车迅速、准确，主电动机应有制
