加工中心刀具库选择PLC控制系统设计

序号（学号）：201030110233湖北理工学院课程设计说明书课程名称可编程控制器课程设计教学院机电工程学院专业机械制造与自动化班级10机电二班姓名许子超指导教师鄢圣华修云2012年12月12日湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化12012～2013学年第1学期课程设计任务书设计名称：PLC控制系统设计班级：10机电专2地点：K1-303一、课程设计目的本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对PLC理论知识的理解；培养学生运用所学PLC知识和技能，配合相关技术资料的查询，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。二、课程设计内容（含技术指标）（三）课题三加工中心刀具库选择PLC控制系统设计A、控制要求：1．系统工作受开关控制：启动开关ON则系统工作；启动开关OFF则系统停止工作。2．系统应具备下列几项控制功能:1）按下刀具选择按钮，控制开始，PLC记录当前刀号A，等待请求。2）按请求信号，PLC记录请求刀号B。3）刀具盘按照离请求刀具号最近的方向转动，到位符合后，显示符合指示。4）机械手刀开始换刀，显示换刀指示闪烁。5S后结束。5）记录并显示当前刀具号等待请求。6）换刀过程中，其它请求信号均视为无效。3．系统提供的输入控制信号:SIN1一号刀位SIN2二号刀位SIN3三号刀位SIN4四号刀位SIN5五号刀位SIN6六号刀位P01一号刀具选择按钮P02二号刀具选择按钮湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化2P03三号刀具选择按钮P04四号刀具选择按钮P05五号刀具选择按钮P06六号刀具选择按钮4．系统需要输出的开关控制信号：ALED七段显示器a段发光二极管BLED七段显示器b段发光二极管CLED七段显示器c段发光二极管DLED七段显示器d段发光二极管ELED七段显示器e段发光二极管FLED七段显示器f段发光二极管GLED七段显示器g段发光二极管L0刀具刀位指示灯L1刀具转换指示灯启/停控制信号顺/逆转动信号B、课题要求：1．按题意要求，画出PLC端子接线图及控制梯形图。2．完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书。C、思考问题：1．讲述程序设计思路、顺序功能图及工作流程。2．如何实现刀具按照最近方向转动换刀?3．如何实现换刀过程中其他请求信号无效?4．多个换刀信号如何实现互锁?5．数码管显示如何实现?6．系统设计过程有什么问题，是如何解决的？三、进度安排1．明确设计任务和控制要求1天2．查阅资料，系统设计方案论证1天3．系统硬件选型及外部连线设计1天湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化34．控制系统控制程序设计调试2天5．设计资料软硬件联机调试2天6.设计资料汇总、撰写设计报告2天7.答辩1天四、基本要求通过本课程设计的实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求。1.了解可编程控制器的原理、硬件结构；2.掌握基本的PLC编程语言；3.掌握系统硬件配置的方法与步骤；4.掌握PLC软件编程与调试的操作方法与步骤。机械电子系2012年12月湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化4摘要加工中心（MachiningCenter）简称MC，是由机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件的高效率自动化机床。它能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。随着科学技术的发展世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。关键词：刀库；存储；功能；自动控制湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化5前言可编程控制器（Programmablelogiccontroller），简称PLC，它是20世纪70年代以来，在继承集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产子偶的呢规划的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统。采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统，体积小，价格上能与继电—接触器控制系统竞争，易于在现场变更程序，便于使用、维护、维修，能直接推动电磁阀接触器与之相当的执行机构，能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传播数据等。本设计采用PLC对刀具库系统的自动控制，自动换刀装置在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的PLC设定刀号，使刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在PLC上，一经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上PLC始终记忆着它的踪迹。简化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善的自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。应用表明，PLC的简洁、快捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化6目录课程设计任务书摘要前言第一章PLC基本介绍…………………………………………………………………….......11.1PLC介绍……………………………………………………………………………………...71.2PLC的组成………………………………………………………………………………...…7第二章PLC的工作原理……………………………………………………………………...92.1PLC的工作原理……………………………………………………………………..….…....92.2PLC的优点……………………………………………………………………………..…….92.3PLC的选型依据…………………………………………………………………………….102.4FX系列型号命名方法与输入输出技术指标……………………………………………...112.5FX系列PLC的特点………………………………………………………………………...12第三章总体设计思路及方案的确定..…………………………………………………..14第四章加工中心刀具库选择PLC控制系统设计……………………………………..164.1机械手与调取刀具的工作原理分析……………………………………………………....164.2本系统的详细工作原理……………………………………………………………………164.3I/O配置…………………………………………………………………………………….174.4软件流程图………………………………………………………………………………....194.5梯形图………………………………………………………………………………...…….204.6指令表……………………………………………………………………………………....214.7接线图……………………………………………………………………………………....224.8系统调试结果及分析…………………………………………………………....................23设计总结……………………………………………………………….......................................24参考文献…………………………………………………………………………………..….....25.湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化7第一章PLC基本介绍1.1PLC介绍PLC即可编程控制器：PLC英文全称ProgrammableLogicController;中文全称为可编程逻辑控制器。是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.2PLC的组成1、CPU模块CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。2、I/O模块输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接受现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备。输入接口示意图：湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化8输出接口示意图：3、编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，携带方便。但缺点是只能编辑指令表。另一种是通过PLC的RS232接口与计算机RS232接口相连。通过专用软件先在电脑上编辑梯形图或指令表程序，再编译成机器码传输到PLC中。4、系统电源PLC一般合用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V、±12V、24V等直流电源。不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源。5、存储器具有记忆功能的半导体电路。它分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。湖北理工学院机电工程学院机械制造与自动化9第二章PLC的工作原理2.1PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期有输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描的方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.2PLC的优点1、灵活性：不同类型的硬件设备采用相同的可编程序控制器，编写不同应