1、 目 录 摘要1 关键词1 Abstract1 Key words1 引言 2 1 双面钻孔组合机床的总体分析3 1.1 机床的主要结构部件3 1.2 双面钻孔组合机床工作过程3 1.3 液压元件的选择4 1.3.1 液压阀及过滤器的选择4 1.3.2 油管的选择5 1.4 双面钻孔组合机床液压系统控制分析5 2 双面钻孔组合机床的控制系统的总体设计6 2.1 双面钻孔组合机床主电路设计6 2.2 双面钻孔组合机床总控制过程7 2.3 PLC 控制系统的简介8 2.3.1 PLC 的定义及组成8 2.3.2 PLC 的工作方式与运行框图9 3 PLC 控制系统硬件设计11 3.1 PLC 的选
2、型11 3.2 PLC I/O 分配和接线11 4 PLC 控制系统软件设计13 4.1 PLC 的编程方式13 4.2 PLC 控制系统设计思路14 4.3 PLC 控制程序设计及顺序功能图15 总结17 参考文献18 致谢19 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 1 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 摘要：新型组合钻床，属于机械加工用钻床。它由工作台、安装在工作台两端及一侧的导轨，导轨与工 作台的边缘平行，钻架通过吊铁和锁紧螺钉安装在导轨上；导轨上设有燕尾，钻架可在导轨上水平移动； 钻架包括溜板、溜板上装有传动机构，溜板底面上设有与导轨上的燕尾相配合的燕尾槽，机械滑台上装 有主支撑架，主
3、支撑架上装有纵向机械滑台及控制系统，控制系统连接一控制活动按钮站，纵向机械滑 台上装有附属支撑架，附属支撑架上通过机械滑台装有水平方向的钻削动力头。它解决了现有的钻床加 工大型零部件特别是回转体直径较大时操作不方便、加工困难等技术问题。 关键词：PLC；双面钻孔；组合机床；控制系统 Analysis and Design of Double Hole Modular Machine Tool Control System Abstract：The new combination drilling machine, belongs to the mechanical processing wit
4、h the drilling machine. It consists of the workbench, installed on both ends of the workbench, and one side of the guide rail, rail is parallel to the edge of the table, the drill stand by hanging and lock screw is installed on the guide rail; Equipped with dovetail guideway, drill stand can move on
5、 the guide rail level; Drill stand including actuator mounted on the slip board, slip board, sliding board on the bottom has to match the dovetail on the guide rail of the dovetail groove, mechanical sliding table is equipped with the support frame, the main supporting frame is equipped with longitu
6、dinal mechanical sliding table and control system, control system to connect a control activity button station, longitudinal mechanical sliding table is equipped with auxiliary support leg, auxiliary supporting frame through mechanical sliding table equipped with horizontal drilling power head. It s
7、olves the existing special drilling machine. Key words: PLC; Double-sided drilling; Combination machine tools; Control system 引言 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，组合机床的
8、科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。 2 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。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、 缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性； 以及纳入柔性制造系统等。 工业生产对电器控制设备的可靠行的要求非常高，需具有很强的抗干扰能力强， 能在很恶劣的环境下（如温度高、湿度大、金属粉尘多、距离高压设备近、有较强的 高频电磁干扰等）长期连续可靠地工作，平均无故障时间(MTBF) 长，故障修复时间短。 能适应工业现场的恶劣环境。可以说，没有任何
9、一种工业控制设备能够达到可编程控 制器的可靠性。在 PLC 的设计和制造过程中，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措 施，使 PLC 的平均无故障时间 MTBF 通常在 10 万小时以上，有些 PLC 的平均无故障 时间可以达到几十万小时以上，如三菱公司的 F1， F2 系列的 MTBF 可达到 30 万小时， 有些高档的 MTBF 还要高得多，绝这是其他电气设备根本做不到的。 本课题介绍了一种全新的自动化控制理念，由双面钻孔机床自动控制的实际条件 出发，利用 PLC 对双面钻孔组合机床的电气控制系统经行了改造设计。机床对面布置 两个液压动力滑台，两边的滑台上分别固定着左、右刀具电动机，工件定位
10、夹紧装置 装在中间底座上。双面钻孔组合机床是一种高效自动化的装用加工设备，它可以用来 在工件两相对表面上钻孔，并取得了良好效果。 组合机床的控制系统大多采用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。 组合机床的控制线路的总体设计是由通用部件的典型控制线路和一些基本的环节组成。 双面钻孔组合机床是针对在工件两相对表面进行钻孔加工而设计的一种高效自动 化专用加工设备,其主要结构为：左、右两个动力滑台对称布置，安装在标准侧底座上。 左、右刀具电动机分别固定在左、右滑台上，中间底座上装有工件定位、工件夹紧装 置。该双面钻孔组合机床采用电动机驱动和液压系统驱动相结合的驱动方式，其控制 过程是典型的顺序
11、循环控制。 1 双面钻孔组合机床的总体分析 组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前它仍是大批量机械产品实现高效、高 质量和经济生产的关键装备。显然，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组 合机床和自动线。因此，组合机床及自动化的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上 决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 3 决定了产品的竞争力和企业的发展前景 1。 1.1 机床的主要结构部件 机床主要由底座、床身、主轴箱及钻头、工件定位及夹紧装置、动力滑台、工作台、 油缸、多种液压阀等组成。床身的两边各安装左、右高速钢椎
12、柄麻花钻头，可以同时对定 位于中间工件进行双面加工。两个动力滑台对面布置并安装在标准侧底座上，刀具电动机 M2、M3 分别固定在左、右动力滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置 2。 机床主要结构及结构简图如图 1-1 所示。 左机 右机 5 4 3 2 1 图 1-1 双面钻孔组合机床主结构简图 1.侧底刀；2.刀具电动机；3 工件定位夹紧装置；4.主轴箱及钻头； 5.动力滑台； 1.2 双面钻孔组合机床工作过程 机床的电气控制要求：液压泵电动机先启动，系统正常供油后，其它控制电路通电工 作；左、右刀具电动机在滑台进给循环开始时启动，滑台退回到原来位置后停机。冷却泵 电动机可手动控制启停，也
13、可在左、右滑台工作时，进给自动提供油液。其控制过程是典 型的顺序控制，所以当把工件装入夹紧装置后，按下启动按钮 SB3，机床便开始进行自动 循环的过程，其循环过程如图 1-2 所示。 4 S B 3 工件定位 S Q 2 工件夹紧 K P 滑台快进 滑台快进 S Q 3 S Q 6 工进 工进 S Q 4 S Q 7 快退 快退 S Q 5 S Q 8 松开工件 拔定位销 S Q 9 S Q 1 图 1-2 机床动力头工作循环示意图 1.3 液压元件的选择 1.3.1 液压阀及过滤器的选择 根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最 大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例所有阀的额定压力
14、都为 56310Pa，额定 流量根据各阀通过的流量，确定为 10L/min，25L/min 和 63L/min 三种规格，所有元件 的规格型号列于表 1-1 中，过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。 表 1-1 液压元件明细表 序号 元件名称 最大通过流量 /L。min -1 型号 1 双联叶片泵 22.5 YB-A26B 2 单向阀 12 I-25B 3 三位五通电磁阀 32 35D-63BY 4 二位二通电磁阀 32 22D-63BH 5 调速阀 0.32 Q-10B 6 压力继电器 - DP-63B 7 单向阀 16 I-25B 8 液控顺序阀 0.16 XY-25B 9
15、 背压阀 0.16 B-10B 10 液控顺序阀（卸载用） 16 XY-25B 11 单向阀 12 I-25B 12 溢流阀 4 Y-10B 13 过滤器 45 XU-BU2*100 14 压力表开关 - K-6B 15 减压阀 20 J-63B 16 单向阀 20 24D-40B 17 而维思通电磁阀 20 XI-63B 18 单向顺序阀 - DP-63B 19 压力继电器 - DP-63B 20 压力继电器 - - 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 5 1.3.2 油管的选择 根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出 油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差
16、动连接快进快退时，油管内通 油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达 45L/min，则液压缸进、出油管直径 d 按 产品样本，选用内径为 10mm，外径为 18mm 的冷拔钢管。 1.4 双面钻孔组合机床液压系统控制分析 机床动力滑台和工件定位、夹紧装置由液压系统驱动。定位装置和夹紧装置用液压系 统控制，传感器传递信号完成工件的定位和夹紧，实现自动加工。钻孔滑台的前进后退和 钻孔动力头的动作用由 PLC 控制，行程开关传出信号，实现钻孔加工量的调整和钻孔加工。 电磁阀线圈 YV9 和 YV10 控制定位销液压缸活塞运动方向；YV1 和 YV2 控制夹紧装置液 压缸活塞运动方向；YV3、YV
17、4 和 YV7 为左机滑台油路中电磁阀换向线圈；YV5、YV6 和 YV8 为右机滑台油路中电磁阀换向线圈，电磁阀动作状态见表 1-2。 表 1-2 电磁阀动作状态表 序 号 动作 名称 定位 夹紧 左机 右机 卸荷 左 电 机 右 电 机 液 压 泵 切削液电机 YV9 YV10 YV1 YV2 YV3 YV4 YV7 YV5 YV6 YV8 YV11 M1 M2 M3 M4 1 启动 - - - - - - - - - - + - - + - 2 工件定位 + - - - - - - - - - - - - + - 3 工件夹紧 + - + - - - - - - - - - - + -
18、4 快进 + - + - + - + + - + - - - + - 5 工进 + - + - + - - + - - - + + + + 6 快退 + - + - - + + - + + - - - + - 7 松开夹紧 + - - + - - - - - - - - - + - 8 拔销 - + - - - - - - - - - - - + - 9 紧急停止 - - - - - - - - - - - - - - - 从表 1-2 中可以看出，电磁阀 YV9 线圈通电时，机床工件定位装置将工件定位；当电 磁阀 YV1 通电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀 YV1、YV3 通电时，
19、左机滑 台快速移动；当电磁阀 YV1、YV5 通电时，右机滑台快速移动；当电磁阀 YV1、YV7 或 YV1、YV8 通电时，左机滑台或右机滑台工进；当电磁阀 YV1、YV4 或 YV1、YV6 通电 时，左机滑台或右机滑台快速后退；当电磁阀 YV2 通电时，松开定位销；当电磁阀 YV10 通电时，机床拨开定位销；定位销松开后，撞击行程开关 SQ1，机床停止运行 3。液压控 制程序系统及各工步转换主令、电磁阀线圈通电状态如图 1-3 所示。 6 1 Y V 1 1 3 2 4 Y V 9 Y V 8 Y V 7 Y V 3 Y V 5Y V 4 Y V 6 Y V 1 Y V 2 Y V 1
20、0 1 7 1 9 2 0 2 11 8 1 6 1 5 1 3 1 2 1 0 1 1 9 7 6 2 3 2 2 5 8 1 4 图 1-3 液压系统原理图 1 液压泵；2 溢流阀；3 电磁阀；4 减压阀；5 过滤器；6 换向阀；7 调速阀；8 单向阀；9 定位液压缸；10 溢流阀； 11 压力继电器；12 换向阀；13 节流阀；14 单向阀；15 夹紧液压缸；16 节流阀；17 换向阀；18 换向阀；19 液压缸；20 液压缸； 21 换向阀；22 节流阀；23 换向阀； 双面钻孔组合机床左、右机液压滑台控制要求完全相同，都是完成“快进工进 快退停止”循环过程，可采用顺序程序设计法设计。
21、 2 双面钻孔组合机床控制系统总体设计 2.1 双面钻孔组合机床主电路设计 本机床采用四台电动机和液压系统相结合的驱动方式，其中电动机 M2，M3 分别 带动左、右主轴箱的刀具主轴提供切削运动，而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置 则由液压系统驱动，M1 为液压泵的驱动电动机， M4 为冷却泵电动机。 生产实践中很多机械（如龙门刨床、导轨磨床等）的工作台需要往复运动，利用 行程开关可实现往复运动控制。双面钻孔组合机床的左，右钻头的旋转，分别由交流 电机带动，而左右滑台的移动由液压缸通过电磁阀实现驱动，控制主电路如图 2-1 所 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 7 示。 液压泵电动机 左刀电机
22、 右刀电机 切削液电机 M1 3 M1 3 M3 3 M4 3 L1 L2 L3 QS FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 FR3 FR4 图 2-1 双面钻孔组合机床主电路原理图 2.2 双面钻孔组合机床总控制过程 （1）系统启动：按下系统启动按钮 SB3接触器 KM1 启动并自锁液压泵电动机 M1 启动 系统启动。 （2）液压回路启动：按下液压回路启动按钮 SB2启动液压回路。 （3）工件定位：当启动液压回路后由于 KM1 自锁电磁铁 YV9 得电，液压缸工作实 现工件定位。 （4）工件的夹紧：当工件定好位后遇到定位行程开关 SQ2接通电磁铁 Y
23、V1，液压 缸夹紧工件。 工件夹紧后压力继电器 KP 闭合电磁铁 KM2、KM3 通电左机刀具电动机 M2,右机 刀具电动机 M3 接通，电机工作。 KM2、KM3 通电后自锁使电磁铁 KM4 得电切削液电动机 M4 启动。 （5）滑台快进：工件定位后接通中间继电器 KA3电磁铁 YV3 得电左机滑台液压 缸快进或者 KA6 接通电磁铁 YV5 得电右机滑台液压缸快进。 （6）滑台工进：当快进结束时碰到左机滑台快进结束行程开关 SQ3YV3 失电，电磁 阀 YV7 得电左机滑台液压缸工进或者遇到 SQ6 右机滑台快进结束行程开关YV5 失电， 电磁阀 YV8 得电右机滑台工进。 （7）滑台快退
24、：当工进结束时遇到左机滑台工进结束行程开关 SQ4电磁铁 YV7 失 8 电，电磁铁 YV4 得电左机滑台液压缸快退或者遇到右机滑台工进结束行程开关 SQ7电 磁铁 YV8YV8 失电结束工进，电磁铁 YV6 得电右机滑台快退。 （8）松开工件：当左机滑台快退结束遇到行程开关 SQ5 和右机滑台快退结束遇到 行程开关 SQ8 时电磁铁 YV4,YV6 失电结束快退电磁铁 YV2 得电液压缸松开工 件。 （9）拔定位销：当松开工件后，同时回到原位遇到工件压紧原位行程开关 SQ1 电磁铁 YV10 得电液压缸拔出定位销完成一次加工过程。 （10）点动按钮：在加工过程中可以实现点动控制： SB5左刀
25、具电动机 M2 点动按钮； SB6右刀具电动机 M3 点动按钮； SB7夹紧松开点动按钮； SB8左机快进点动按钮； SB9左机快退点动按钮； SB10右机快进点动按钮； SB11右机快退点动按钮。 综上，双面钻孔组合机床的工作过程为，启动液压泵电动机 M1,按下启动按钮 SB3， KM1 自锁接通 KM1，液压泵电动机工作按下液压回路启动按钮 SB2工件定 位电磁阀 YV9 得电，工件定位碰上工件定位结束行程开关 SQ2工件夹紧电磁阀 YV1 得电，同时断开定位电磁阀 YV10接触器 KA3、KA6 通电并自锁同时接通左机 快进电磁阀 YV3 和右机快进电磁阀 YV5，实现快进碰上左机快进结
26、束行程开关 SQ3，断开 YV3，工进电磁阀 YV7 工作；同时遇到右机结束行程开关 SQ6，YV5 失电， YV8 工作，实现工进碰到左机工进结束行程开关 SQ4，右机工进结束行程开关 SQ7，电磁阀 YV7，YV8 断电，结束工进过程KM7 断电，YV3 失电，同时 YV4、YV6 通电，滑台快退遇到 SQ5，SQ8 快退结束行程开关，结束快退过程 YV4、YV6 失电，同时 YV2 得电松开工件工件压紧原位行程开关 SQ9，YV10 得 电并拔定位销完成工作过程。 2.3 PLC 控制系统简介 2.3.1 PLC 的定义及组成 PLC 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，即 可编程
27、控制器（Programmable Logic Controller）。在 1987 年国际电工委员会颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了这样的定义：一种基于数字运算操作的、专为在工业环境 而设计的电子控制系统。PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可 编程逻辑控制器，它采用了存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、计数、 定时与算术操作等面向用户的指令，并通过模拟或数字式 I/O 控制各种类型的机械或 生产过程 4。 PLC 是一种数字运算操作的电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 9 部
28、存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字式和模拟 式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与 工业系统连成一个整体，易于扩散其功能的原则设计。 PLC 的发展经历了五个阶段：初始阶段、崛起阶段、成熟阶段、飞速发展阶段、开放 性，标准化阶段。PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、 高性能、信息化、软 PLC、标准化、与现场总线技术机密结合等方向发展。 由于微处理器芯片及有关元件的价格大大降低使得 PLC 的成本下降；随着计算机、芯 片、软件、控制等技术的飞速发展，也使得 PLC 的功能大大增强。它不仅能更好的完成
29、原 来得心应手的顺序逻辑控制任务，也能处理大量的模拟量，解决复杂的计算和通信连网问 题。 在当前最热的现场总线控制系统中，主站何从站几乎都有 PLC 的身影，PLC 的通信技 术又往前发展了一大步。现在开放式、标准化的 PLC 也已走向前台，为适应现在和未来自 动化技术的发展要求做好了准备 5。 PLC 专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，与计算机的组成十分相似。 从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、电源、储存器和专门设计的输入/输出接口电 路等组成，PLC 的结构框图如图 2-2 所示。 被 控 对 象 采样 设备 采样 设备 采样 设备 开关输入模块 模拟量输入块 开关量
30、输出块 模拟量输出块 其他 电源 模块 计算 外围 机可 接终 端或 设备 系 统 总 线 主控模块 （ C P U 内 存 ， 用户 内存 ， 通 信接口 等 ） 编 程 器 图 2-2 PLC 结构框图 2.3.2 PLC 的工作方式与运行框图 PLC 的工作原理类似于计算机工作原理，是一种工 业控制计算机。即通过执行用户程序来实现，并且在执行过程中反映控制要求 6。CPU 是 按分时操作方式来完成各项任务的，计算机在同一时间只能做一件事，所以程序属于串行 工作方式，它是按程序顺序依次完成相应各电器的动作 7。 PLC 工作的整个过程可用图 2-3 所示的运行框图来表示。整个运行流程可大致
31、分为三 10 个部分： 第一，接通电源的过程。机器上电后对 PLC 系统进行一次初始化工作，包括输入/输 出模块配置检查，硬件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。 第二，扫描过程。PLC 在上电完成以后进行。在完成输入任务以后，再完成与其他外 设的通信处理，依次进行时钟、特殊寄存器等更新。当 CPU 处于 STOP 方式时，转入 执行自诊断检查。当 CPU 处于 RUN 方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理， 再转入执行自诊断检查 7。 第三,错误处理。每个 PLC 扫描时执行一个自我诊断检查来确定行动的 PLC 是否 正常,如果电池电压、程序内存、CPU、I / O、通讯不正常或
32、检查异常,在 CPU 上面板的 异常继电器将被激发，并且将错误代码存储在专用的寄存器中。当一个致命错误发生 时,CPU 是被迫停止模式, 所有扫描随即停止。 概括而言，PLC 是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。 每一次扫描所用的时间称做扫描周期或工作周期。 电源 O N 内部处理 输入处理 （ 输入传送 、 运程 I / O ) 通信服务 （ 外设 、 C P U 、 总线服务 ） 更新时钟 、 特殊寄存器 C P U 运行方式 执行程序 输出处理 执行自诊断 P L C 正常否 存放自诊断错误结果 致命错误 C P U 强制为 S T O P Y N N Y S T O
33、 P R U N 图 2-3 PLC 工作运行框图 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 11 3 PLC 控制系统硬件设计 本系统以 PLC 为控制核心，采用电气控制与液压控制相结合的方法，取代传统的继电 器-接触器控制方法，完成系统双面切削的要求。PLC 输出控制对象主要是控制电路中的执 行器件，如接触器、电磁阀等，我们可以通过设计程序完成对硬件系统的操作，使它们按 照我们的需求完成相应的操作以达到设计目的。 3.1 PLC 的选型 根据双面钻孔组合机床的工作特点,采用以可编程控制器(PLC) 作下位机、计算机(PC) 作上位机的分布式控制系统。不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现上下
34、位机之间 的通信。系统具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、扩充性强、自动化程度高等 特点,完全能够满足机床的控制要求。系统以三菱公司的FX2N - 48MR 型PLC 为控制核心 8。 FX2N 是三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个 需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于 FX 系列中最高档次的超 小形程序装置，48 代表有 24 个输入与 24 个输出，M 代表基本单元（就是没有特殊功能模 块的） ，R 代表继电器输出。 3.2 PLC I/O 分配和接
35、线 本控制系统的 PLC 的输入、输出点数的确定是根据控制系统设计要求和所需控制的现 场设备数量加以确定。 （1）PLC 的输入端口包括自动循环工作按钮、点动按钮、油泵启动、总停按钮、SAI 等，还包括电动机的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点。 （2）PLC 的输出端口包括运行指示灯、交流接触器、继电器等。 PLC 输入输出点分配表如表 3-1，分配图如图 3-1 所示。 12 表 3-1PLCI/O 地址分配 PLC 端口地址 代号 功能 PLC 端口地址 代号 功能 X000 SB1 总停 X027 - 工件夹紧检测 X001 SB2 液压系统启动 Y000 KM1 液压泵电
36、机控制 X002 SB3 液压泵启动 Y001 KM2 左刀具电机控制 X003 SB4 液压泵停止 Y002 KM3 右刀具电机控制 X004 SB5 左刀具点动 Y003 KM4 冷却电机控制 X005 SB6 右刀具点动 Y004 KA1 工件夹紧 X006 SB7 夹具松开 Y005 KA2 工件松开 X007 SB8 左机点动快进 Y006 KA3 左滑台快进 X010 SB9 左机点动快退 Y007 KA4 左滑台工进 X011 SB10 右机点动快进 Y010 KA5 左滑台快退 X012 SB11 右机点动快退 Y011 KA6 右滑台快进 X013 SA1 左机接通 Y012
37、 KA7 右滑台工进 X014 SA2 右机接通 Y013 KA8 右滑台快退 X015 SA3 工作方式选择 Y014 KA9 工件定位 X016 SQ1 拔定位销 Y015 KA10 拔定位销 X017 SQ2 工件夹紧 Y016 HL1 左机工作指示 X020 SQ3 左机滑台快进 Y017 HL2 右机工作指示 X021 SQ4 左机滑台工进 Y020 HL3 手动指示 X022 SQ5 左机滑台快退 Y021 HL4 自动指示 X023 SQ6 右机滑台快进 Y022 HL5 原位指示 X024 SQ7 右机滑台工进 X025 SQ8 右机滑台快退 X026 SQ9 工件松开 双面钻
38、孔组合机床控制系统分析与设计 13 S B 1 S B 2 S B 3 S B 4 S B 5 S B 6 S B 7 S B 8 S B 9 S B 1 0 S B 1 1 S A 1 S A 2 自动 、 手动 S Q 1 S A S Q 2 S Q 3 S Q 4 S Q 5 S Q 6 S Q 7 S Q 8 S Q 9 K M 1 K M 2 K M 3 K M 4 K A 1 K A 2 K A 3 K A 4 K A 5 K A 6 K A 7 K A 8 K A 9 K A 1 0 H L 1 H L 2 H L 3 H L 4 H L 5 X 0 0 0 X 0 0 1 X
39、0 0 2 X 0 0 3 X 0 0 4 X 0 0 5 X 0 0 6 X 0 0 7 X 0 1 0 X 0 1 1 X 0 1 2 X 0 1 3 X 0 1 4 X 0 1 5 X 0 1 6 X 0 1 7 X 0 2 0 X 0 2 1 X 0 2 2 X 0 2 3 X 0 2 4 X 0 2 5 X 0 2 6 Y 0 0 0 Y 0 0 1 Y 0 0 2 Y 0 0 3 Y 0 0 4 Y 0 0 5 Y 0 0 6 Y 0 0 7 Y 0 1 0 Y 0 1 1 Y 0 1 2 Y 0 1 3 Y 0 1 4 Y 0 1 5 Y 0 1 6 Y 0 1 7 Y 0 2
40、0 Y 0 2 1 Y 0 2 2 总停 液压系统启动 液压泵启动 液压泵停止 左刀具点动 右刀具点动 夹具松开 左机点动快进 左机点动快退 右机点动快进 右机点动快退 左机接通 右机接通 工作方式选择 拔定位销 工件夹紧 左机滑台快进 左机滑台工进 左机滑台快退 右机滑台快进 右机滑台工进 右机滑台快退 工件松开 液压泵电机控制 左刀具电机控制 右刀具电机控制 冷却电机控制 工件夹紧 工件放松 左滑台快进 左滑台工进 左滑台快退 右滑台快进 右滑台工进 右滑台快退 工件定位 拔定位销 左机工作指示 右机工作指示 手动指示 自动指示 原位指示 P X 0 2 7 F X 2 N 4 8 M R
41、 工件夹紧检测 图 3-1 PLC 端子输入/输出端子分布图 4 PLC 控制系统的软件设计 根据机床各执行部件的运动和操作特性，系统在以模块化的程序设计思想上，双面钻 孔组合机床的电气化控制程序采用了 PLC 的编程软件编写，其核心部分包括状态转移图、 梯形图、语句表的设计，最后以此设计来编写运行的程序指令，以达到程序化自动控制的 目的。4.1 PLC 的编程方式 编程语言是 PLC 的重要组成部分，PLC 为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用 户程序的各种要求 9。PLC 提供的编程语言通常有梯形图和语句表等。不同 PLC 生产厂家 的编程语言也存在或大或小的差异，这种差异限制了 PL
42、C 的开放性、可复用性和互换性。 编程语言基本上可归纳为字符表达方式（即用文字符号表达程序，如语句表程序表达方式） 和图形符号表达方式（即用图形符号表达程序，如梯形图程序表达方式）两种，也可以将 这两种方式结合起来表示 PLC 程序。 （1）梯形图：梯形图是最早使用、并且也是现在最常使用的 PLC 编程语言，直观、清 晰是梯形图的最大特点。它在继电器控制系统原理图的基础上演变，继承了继电器控制系 统中的基本工作原理和电气逻辑关系的表示方法，梯形图与继电器控制系统梯形图的基本 思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以得到了广泛的使用。 14 （2）功能块图：功能块图是另外一种图形
43、式的 PLC 编程语言。使用功能块图的好 处是用户可以编制出自己的函数或功能块。它使用像电子电路中的各种门电路，加上 输入、输出模块，通过一定的逻辑连接方式来完成控制逻辑，可以把函数和功能块连 接到电路中，完成各种复杂的功能和计算。较早的 PLC 没有提供功能块图编程功能， 另外由于使用习惯问题，在我们国家使用的功能块图人不多。 （3）顺序功能图：顺序功能图，亦称功能图，是一种真正的图形化的编程方法。 使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程，特别适合在复合的顺序控 制系统中使用。在顺序功能图中，最重要的三个元素是状态、和状态相关的动作、转 移。它的转移条件可以使用多种语言实现，另外
44、还提供了和步有关的多种元素供用户 使用。 （4）结构化文本：对目前使用 PLC 的人来说，结构化文本是一种较新的编程语言。 使用结构化文本可以编程出非常复杂的数据处理或逻辑控制程序。原来学习过 PASCAL 或 C 语言的人都知道结构化编程的好处，结构化就是这样的一种用于 PLC 的 结构化方式编程的语言。 （5）指令表：指令表也是一种比较早的 PLC 的编程语言，它使用一些逻辑和功能 指令的缩略语来表示相应的指令功能，类似于计算机中的助记符语言，是用一个或几 个容易记忆的字符来代表 PLC 的某种操作功能，按照一定的语法和句法编写出一行一 行的程序，来实现所要求的控制任务的逻辑关系或运算。
45、4.2 PLC 控制系统设计思路 根据控制要求，机床在启动并且初始化之后，都要进行自动和手动控制工作方式 的选择。二者之间通过选择开关 SA 实现切换，分别对应不能同一时间接通的输入端口 X0 和输出端口 Y0。系统会在进入自动控制方式后按顺序执行控制指令。首先柴油机 缸盖由机床夹具动作夹紧，然后液压左滑台、右滑台同一时间快速向前行进，在转为 工进之前，按下行程开关 SQ3 和 SQ6，并按预先设定的工件精度和工件的加工参数完 成两端的螺栓通孔、导管通孔和定位孔的加工工序。工序结束后，滑台快退，工件沿 着程序线进入下一道加工工序。加工过程中的精确点定位主要由手动程序来完成，以 及机床维修时便于
46、技术人员点动控制。状态图如图 4-1 所示。 双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 15 启动 初始化 方式选择 工件夹紧 滑台快进 - 工进 工件松开 工件夹紧 滑台快退 滑台快退 滑台快进 - 工进 工件夹紧 滑台快 进 - 工进 滑台快退 图 4-1 机床加工状态转换流程图 4.3 PLC 顺序功能图 双面钻孔组合机床控制要求中 M1 应先启动，控制程序的启动应满足一个条件，即满足 液压系统控制电动机和其他电动机在系统正常供油后才能启动 10。 组合机床的运行方式包括有手动工作和自动工作方式。可以通过开关 SA 选择不一样 的工作方式，假设 SA 断开时，机床以自动工作方式工作；SA 闭合
47、时，工作于手动工作方 式。 根据以上双面钻孔组合机床控制系统的总过程分析过程，可设计出钻孔组合机床 PLC 控制系统的总顺序功能图，如图 4-2 所示。 16 M 8 0 0 2 初始脉冲 S 0 X 0 1 5 Y 0 0 0 Y 0 2 2 X 0 0 5 X 0 1 5 自动 液压泵 原位 起动 手动 公共程序 手动程序 S 2 0 Y 0 1 4 定位 工件夹紧 X 0 1 7 X 0 2 7 夹紧检测 夹紧 S 2 1 S E T Y 0 0 4 S 2 2 X 0 1 3 X 0 1 3 S E T Y 0 0 1 Y 0 0 6 Y 0 1 0 X 0 1 4 X 0 2 0 X
