1、 . . . 殼體類零件攻絲組合機床的PLC控制系統設計41 / 46中文摘要本文介紹殼體類零件攻絲組合機床的PLC控制系統設計，該系統具有自動化程度高，精度高等特點，在工業生產等領域有廣泛應用。傳統的組合機床采用繼電器，精度低，可靠性不高，已不適合社會發展需要。隨著PLC控制技術的迅速發展，以PLC為核心的組合機床控制系統已凸顯出其優勢。本文首先介紹PLC和組合機床的歷史與發展，并著重論述了組合機床的結構和運動形式以與控制方式，接著對PLC的組成和結構進行了分析，并對PLC控制系統的總體設計和程序的表達方式做了概述，然后確定PLC型號、分配I/O地址和外部配線，接著根據相關容畫出順序功能圖并

2、利用FXGP-WIN-C軟件畫出PLC梯形圖。在文章的最后還介紹了PLC控制系統的安裝和維護以與對論文的進一步總結。關鍵字PLC，三菱FX系列，組合機床，殼體類零件，攻絲AbstractThis article introduced that the PLC control system design of the shell kind parts tapping combined machine tool, this system has a high degree of automation and precision,and also be widely used in industri

3、al production and other fields. The traditional combined machine tool uses the relays generally,the precision is low,the reliability is not high, did not meet the social development need. Along with the PLC control technology'srapidly expand, as the core combined machine tool has highlighted its

4、 superiority take PLC. This paper first introduced that PLC and the history and development of the combined machine tools, and emphatically expounds the structure, movement and the control mode of combined machine tools, then the composition and structure of PLC is analyzed,besides these, the genera

5、l arrangement of PLC control system and the presentation of program are also given an overview, then we confirm PLC's type, distribute I/O address and external wiring. According to the related content we draw sequential function chart and use FXGP-WIN-C software to draw PLC ladder diagram. At th

6、e end of the article we also introduced installation and maintenance of PLC control system and further summary fo the article.Key words: PLC 、Mitsubishi FX series、combined machine tools, shell kind parts、tapping目 錄中文摘要Abstract第一章概述11.1 組合機床概述11.2 組合機床的發展11.3 組合機床裝配模型11.4 組合機床與其體系結構的發展現狀21.5 本章小結2第二章

7、攻絲組合機床的結構和控制過程32.1 組合機床結構32.2 組合機床的基本配置42.3 攻絲組合機床的控制方式52.4 攻絲組合機床運動形式5第三章 PLC控制系統設計83.1 PLC簡介83.2PLC的結構和工作原理93.2.1PLC的組成103.2.2PLC程序的表達方式113.2.3PLC的工作方式133.3PLC控制系統的設計步驟143.4PLC類型選擇與模塊選擇153.4.1 PLC類型的選擇153.4.2 PLC擴展模塊的選擇183.5I/O地址分配與外部配線18第四章 PLC的編程204.1 概述204.2 編程語言的形式204.3 PLC控制的程序設計224.3.1 PLC程序

8、的設計方法224.3.2順序功能圖的繪制254.4 PLC 控制梯形圖264.5 本章小結31第五章安裝維護325.1 擴展設備組成325.2現場環境325.3安裝工程335.3.1 安裝注意事項335.3.2 配線方面的注意事項33第六章結論376.1 論文總結376.2 進一步研究的方向與容37致38參考文獻39第一章 概述1.1 組合機床概述組合機床是以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。其量通用部件包括：單軸工藝切削頭（攻螺紋頭）、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等動力部件，以與用以安裝動力部件的支承部件如側底座、立柱、立柱底座等。1.2 組合機床的發展在我國，組合機

9、床發展已有28年的歷史，其科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業。是當前機械制造業實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發展必不可少的設備之一。組合機床與其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。我國傳統的組合機床與組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔鏜各種形狀槽，以與銑削平面和成形

10、面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等。1.3 組合機床裝配模型圖1-1 組合機床的裝配模型1.4 組合機床與其體系結構的發展現狀隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發展，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎

11、。1.5 本章小結隨著可編程控制器在工控領域的廣泛應用，PLC控制的組合機床漸漸取代了采用繼電器控制的組合機床。本文主要介紹了基于殼體類攻絲組合機床的PLC控制系統設計。第二章 攻絲組合機床的結構和控制過程2.1 組合機床結構組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。下圖所示為典型的雙面復合式單工位組合機床。其組成是：側底座1、滑臺2、鏜削頭3、夾具4、多軸箱5、動力箱6、立柱7、墊鐵8、立柱底座9、中間底座10、液壓裝置11、電氣控制設備12、刀工具13等。通過控制系統，在兩次裝卸工件間隔時間完成一個自動工作循環。圖中各個部件都是具有一定獨立功

12、能的部件，并且大都已經系列化、標準化和通用化的通用部件。通常夾具4、中間底座10和多軸向5是根據工件的尺寸形狀和工藝要求設計的專用部件，但其中的絕大多數零部件如定位夾壓元件、傳動件等也都是標準件和通用件。圖2-1 雙面復合式組合機床通用部件是組成組合機床的基礎。用來實現機床切削和進給運動的通用部件，如單軸工藝切削頭（即鏜削頭、鉆削頭、洗削頭等）、傳動裝置（驅動切削頭）、動力箱（驅動多軸向）、進給滑臺（機械或液壓滑臺）等為動力部件。用以安裝動力部件的通用部件如側底座、立柱、立柱底座等稱為支承部件。其量通用部件包括：單軸工藝切削頭（攻螺紋頭）、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等動力部件，以與用以安裝動力

13、部件的支承部件如側底座、立柱、立柱底座等。2.2 組合機床的基本配置組合機床的通用部件分為大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。大型組合機床和小型組合機床在結構和配置形式等方面有較大的差別。本設計主要是采用的是小型組合機床，小型組合機床也是由大量通用零部件組成，其配置特點是：常用兩個以上具有主運動和進給運動的小型動力頭分散布置、組合加工。動力頭有套筒式、滑臺式，橫向尺寸小，配置靈活性大，操作使用方便，易于調整和改裝。小型組合機床分單工位和多工位兩類。目前在生產中使用較多的是各種多工位小型機床，其中最常用的是回轉工作臺式小型組合機床

14、。組合機床的配置形式是多種多樣的，同一個零件的加工可采用幾種不同的配置方案。在確定組合機床配置形式時，應對幾個可行的方案進行綜合分析，從機床負荷率、能達到的加工精度、使用和拍學的方便性、機床的可調性、機床部件的通用化程度、占地面積等方面作比較，選擇合理的機床總體布局方案。通用部件按其尺寸大小、驅動和控制方式、單機和自動線的不同，可分為大型和小型通用部件；機械驅動、液壓驅動、風動或數控通用部件；組合機床的組合機床自動線通用部件。還出現整機的通用模塊，如轉能機床（缸蓋導管孔加工機床等）、柔性加工單元（UD系列組合式柔性單元等）。但這些通用部件都有其共性功能，按功能劃分的類別覆蓋面較大。通用部件按其

15、功能通常分為五大類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件，它為刀具提供主運動和進給運動。動力部件包括動力滑臺與其配到使用的動力和各種單軸頭，如銑削頭、鉆削頭、鏜孔車端面頭等，其它部件均以選定的動力部件為依據來配套選用。支承部件是組合機床的基礎部件，它包括側底座、立柱、立柱底座和中間底座等，用于支承和安裝各種部件。組合機床各部件之間的相對位置精度、機床的剛度主要由支承部件保證。 輸送部件用于帶動夾具和工件的移動和轉動，以實現工位的變換，因此，要求有較高的定位精度。輸送部件主要有移動工作臺和回轉工作臺?？刂撇考怯靡钥刂茩C床的自動工作循環的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑

16、裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。輔助部件包括用于實現自動夾緊工件的液壓或氣動裝置，機械扳手，冷卻和潤滑裝置，排屑裝置以與上下料的機械手等。上述通用部件中，有一部分通用部件與大量通用零件（特別是控制和輔助部件），通用圍更廣，既可用于通用部件，也可用于專用部件，通常稱為“廣泛通用部件”（T字頭編號）。2.3 攻絲組合機床的控制方式組合機床的控制方式包括繼電器控制和PLC控制，隨著機電一體化技術的發展, 可編程序控制器( PLC) 日益廣泛應用于機械加工設備等的電氣控制系統中。應用PLC 對現有的機械加工設備的電氣控制系統進行改造, 可以把機械加工設備的功能、效率、柔性提高到一個新的水平, 大改善產品的

17、加工質量, 降低設備故障率, 提高生產效率, 其經濟效益是十分的可觀。傳統的機床控制系統都是采用繼電器、接觸器等元器件組構成硬件邏輯控制電路, 不但接線復雜, 而且經常出現故障, 可靠性較差。與傳統的繼電器、接觸器電氣控制系統相比,PLC 控制具有可靠性高、柔性好、開發周期短以與故障自診斷等優點, 特別適合應用于機床的控制和故障自診斷系統, 可以大為減少繼電器等硬件邏輯元件的數量, 提高電氣控制系統的穩定性和可靠性, 從而提高產品的品質和生產效率。用PLC 控制系統替代體積大、投資大、耗能大的繼電器、接觸器控制系統是今后機床電氣控制系統發展的趨勢。2.4 攻絲組合機床運動形式一 攻絲裝置：本課

18、題采用的是雙面臥式攻絲組合機床，采用攻絲靠模裝置。其原理仍然是“自引法”攻絲。這種攻絲裝置的進給運動，直接由靠模螺桿、螺母得到。常用的靠模裝置有：TO281型攻絲靠模裝置和TO282型靠模裝置。本設計中采用了通用的TO281型攻絲靠模裝置圖2-2 TO281型攻絲靠模這種靠模裝置有攻絲靠模和攻絲卡頭配合組成，并由攻絲裝置配置成攻絲組合機床。動力由攻絲主軸通過雙鍵傳到攻絲靠模桿，再經平鍵傳遞給攻絲卡頭上的絲錐。靠模螺母通過結合子和彈簧裝在套筒，套筒由壓板壓在靠模板誰上。攻絲時，靠模桿邊轉動邊向前移動，其進給量與絲錐引進量一樣。壓板的壓力要適當，以保證絲錐遇到故障不能前進，扭力增大，靠模桿與靠模螺

19、母同時轉動，停止進給，避免破壞傳動件或扭轉絲錐。這種裝置易于調整，只要松開壓板，則可方便的將攻絲靠模取出，且在變動加工螺孔規格時，易裝卸調換。圖2-3 攻絲組合機床工作示意圖二. 加工工藝流程：原位（動力頭壓合SQ3，SQ6）啟動夾具夾緊（延時1秒） 滑臺M1快進動力頭壓合SQ1M1工進，動力頭M2正轉SQ2M1慢退，動力頭M2反轉SQ1M1快退，M2停止SQ3M1停止 滑臺M3快進動力頭壓合SQ4M3工進，動力頭M4正轉SQ5M3慢退，動力頭M4反轉SQ4M3快退，M4停止SQ6M3停止夾具放松（延時1秒）第三章 PLC控制系統設計3.1 PLC簡介PLC即可編程邏輯控制器，一種數字運算操作

20、的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，是工業控制的核心部分。與傳統繼電器控制比較PLC控制系統有以下優勢：    1. 功能強，性能價格比高     一臺小型PLC有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與一樣功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯網，實現分散控制，集中管理。   &#

21、160; 2. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強     可編程序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同的功能、不規模的系統。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。     3. 可靠性高，抗干擾能力強     傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間

22、繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。     PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。     4. 系統的設計、安裝、調試工作量少     PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。  &

23、#160;  PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。     PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。     5. 編程方法簡單     梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達

24、方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。     梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執行。     6. 維修工作量少，維修方便     PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅

25、速地排除故障。     7. 體積小，能耗低     對于復雜的控制系統，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。 3.2PLC的結構和工作原理PLC硬件結構基本上與微型計算機一樣，基本構成主要包括電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。PLC的工作原理可以簡單地表述為：在系統程序的管理下，通過運行應用程序，對控制要求進行處理判斷，并通過執行用戶程序來實現控制任務。但是，在時間上，PLC執行的任務是按串行方式

26、進行的，其具體的運行方式與繼電器-接觸器控制系統與計算機控制系統都有著一定的不同。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。當PLC開始上電運行時，首先清除I/O映像區的容，然后進行自診斷，確認正常后開始掃描。對每個程序，CPU從第一條指令開始逐條執行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環，因此，PLC的工作方式是一種串行循環工作方式。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。3.2.1PLC的組成1.CPUCPU是PLC的核心部分。與通用微機CPU一樣，CP

27、U在PC系統中的作用類似于人體的神經中樞。其功能： （1）用掃描方式（后面介紹）接收現場輸入裝置的狀態或數據，并存入輸入映象寄存器或數據寄存器； （2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據；（3）診斷電源和PC部電路的工作狀態與編程過程中的語法錯誤； （4）在PC進入運行狀態后： a）執行用戶程序產生相應的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經命令解釋后，按指令規定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路） b）進行數據處理分時、分渠道地執行數據存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規定的邏輯或算術運算任務 c）更新輸出狀態輸出實施控制（根據運算結果，更新有關標志位的

28、狀態和輸出映象寄存器的容，再由輸入映象寄存器或數據寄存器的容，實現輸出控制、制表、打印、數據通訊等）2.存儲器 系統程序存儲器：存放系統工作程序（監控程序）、模塊化應用功能子程序、命令、解釋、功能子程序的調用管理程序和系統參數，不能由用戶直接存取。 用戶程序存儲器：存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。 功能存儲器（數據區）：存放用戶數據 PC的用戶存儲器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲容量。 注意：系統程序直接關系到PC的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常PC產品資料中所指的存儲器形式或存儲方式與容量，是指用戶程序存儲器而言。3.I/O（輸入/輸出部件）I/O：CPU與現場I

29、/O裝置或其他外部設備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅動能力的I/O模塊，以與各種用途的I/O組件供用戶選用：輸入/輸出電平轉換、電氣隔離、串/并行轉換、數據傳送、A/D、D/A轉換、誤碼校驗、其他功能模塊。I/O模塊可與CPU放在一起，也可遠程放置。通常，I/O模塊上還具有狀態顯示和I/O接線端子排。4.編程器等外部設備 編程器：PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的工具?？煞譃楹唵涡?，即只能聯機編程；只能用指令清單編程。智能型，即既可聯機（Online），也可脫機（Offline）編程；可以采用指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。常可直接以電腦作為編程器，安裝相關的編程

30、軟件編程。 作用：用于用戶程序的編制、編輯、調試、檢查和監視。例如通過鍵盤和顯示器去檢測PLC部狀態和參數，或者通過通訊端口與CPU聯系，實現與PLC的人機對話。 注意：編程器不直接加入現場控制運行。一臺編程器可開發、監護許多臺PLC的工作。 其他外設：磁盤、光盤、EPROM寫入器（用于固化用戶程序）、打印機、圖形監視系統或上位計算機等等。5.電源：部電源：開關穩壓電源，供部電路使用；大多數機型還可以向外提供DC24V穩壓電源，為現場的開關信號、外部傳感器供電。 外部電源：可用一般工業電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時部重要數據不致丟失。3.2.2PLC程序的表達方式由PLC的工

31、作原理可知：PLC是以程序的形式進行工作的，為此，需要把控制任務變換為程序表達。PLC的程序表達方法非常靈活，目前常用的表達方法有四種：梯形圖、指令、邏輯功能圖和高級語言。下面對這些表達方法作簡要說明。1、梯形圖 梯形圖是一種圖形語言，它與傳統的繼電器電路非常相似，它仍沿用繼電器的觸點、線圈、串并聯等術語，所不同的是，梯形圖中每個元件的名稱和編號有PLC的特別規定；同一編號繼電器的觸點（既有常開又有常閉）可以根據需要無限引用；所有觸點與其構成的控制回路都是通過軟件編程實現其功能的，并無實際連線；此外梯形圖中所有的輸出元素都是安排在右側與母線相連，圖中每包含一個被控元素的邏輯段稱為一個梯級。梯形

32、圖中繼電器的線圈、常開觸點與常閉觸點符號常用下圖中的符號表示。梯形圖比較形象、直觀，對于熟悉繼電器控制表達方式的人來說，很容易接受。在PLC中，它是用得最多的一種程序表達方式。 圖3-1 梯形圖符號2、指令（語句表） 指令就是用助記符來表達PLC的各種功能，它類似于計算機的匯編語言，但又較之簡單得多。這種程序表達方式，編程設備簡單，邏輯緊湊，目前各種PLC均有指令的編程功能。3、邏輯功能圖 這種方式基本上是采用半導體邏輯電路的邏輯方塊圖來表達的。對每一種邏輯功能都使用一個運算方塊，其運算功能由方塊的符號確定。常用“與”、“或”、“非”三種邏輯功能表達控制邏輯。有關的輸入均畫在方塊的左邊，輸出畫

33、在方塊的右邊。對于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數基礎的人來說，用這種方式編程感到較方便。4、高級語言 大型PLC中，為了進行數據處理、完成PID調節等較為復雜的控制。也采用BASIC、PASCAL等高級語言編程。目前，各類型PLC都具有兩種或兩種以上編程語言，其中以梯形圖和指令較為常用。3.2.3PLC的工作方式PLC的工作方式是一種串行循環工作方式。其工作過程分三個階段進行，即輸入采樣階段、程序執行階段和輸出刷新階段。當PLC開始上電運行時，首先清除I/O映像區的容，然后進行自診斷，確認正常后開始掃描。對每個程序，CPU從第一條指令開始執行，按指令步序號做周期性的程序循環掃描，如果無跳轉指令，則

34、從第一條指令開始逐條執行用戶程序，直到遇到結束符后返回第一條指令，如此周而復始不斷循環。1輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序對所有輸入端的輸入狀態進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執行階段或其它階段，即使輸入狀態發生變化，輸入映象寄存器的容也不會改變，輸入狀態的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。2程序執行階段 在程序執行階段，PLC對程序按順序進行掃描執行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉指令時，則根據跳轉條件是否滿足來決定程序是否跳轉。當指令中涉與到輸入、輸

35、出狀態時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據用戶程序進行運算，運算的結果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其容會隨程序執行的過程而變化。3輸出刷新階段 當所有程序執行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態（輸出繼電器狀態）轉存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅動外部負載。 因此，PLC在一個掃描周期，對輸入狀態的采樣只在輸入采樣階段進行。當PLC進入程序執行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期，集中一段時間對輸入狀態進行采樣。 在用戶程序中

36、如果對輸出結果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期，只在輸出刷新階段才將輸出狀態從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。 對于小型PLC，其I/O點數較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統的響應速度，但使PLC工作時大多數時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統的抗干擾能力，增強了系統的可靠性。 而對于大中型PLC，其I/O點數較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統響應速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以與采用智能I/O接口等多種方式。

37、3.3PLC控制系統的設計步驟1.確定方案 如果被控制對象環境較差，系統工藝復雜，且輸入/輸出量以開光亮為主，則考慮用PLC控制系統。若控制簡單，如電動機正、反轉，就可考慮用繼電器控制系統。 用PLC控制，首先要了解體統的工作過程以與所有功能要求，從而分析被控對象的控制過程，輸入/輸出量是開光量還是模擬量，明確控制要求，繪制出控制系統的流程圖2.選擇PLC機型一般來說，PLC在可靠性上是沒有問題的，機型的選擇主要是考慮在功能上滿足系統的要求。要對控制對象進行估測：有多少輸入量、電壓分別是多少、有多少輸出量、輸出功率有多大、現場對系統的響應速度有何要求、控制室與現場的距離有多遠等。3.選擇I/O

38、設備，列出I/O地址分配表根據生產設備現場需要，確定控制按鈕、行程開關、接近開關等輸入設備和接觸器、電磁閥、信號燈等輸出設備的型號和數量。根據PLC型號，列出輸入/輸出設備與PLC的I/O地址對照表，以便繪制接線圖與編程。 分配I/O地址時應注意以下幾點：(1)把所有按鈕、行程開關等集中配置，按順序分配I/O地址；(2)每個I/O設備占用一個I/O地址；(3)同一類別的I/O設備點應盡量安排在同一區；(4)彼此有關的輸出器件，如電動機正反轉，其輸出地址應連續分配4.設計電器線路圖(1)繪制電動機的主電路與PLC外部的其他控制電路圖。(2)繪制PLC的I/O接線圖。注意：接在PLC輸入端的電器元

39、件一律為常開觸點，如停止按鈕等。(3)繪制PLC與I/O設備的供電系統圖。輸入電路一半由PLC部提供電源，輸出電路根據負載的額定電壓外接電源。5.程序設計與調試程序設計可用經驗設計法或功能表設計法，或者是兩者的結合。6.總裝調試接好硬件線路，把程序輸入PLC中，聯機調試3.4PLC類型選擇與模塊選擇3.4.1 PLC類型的選擇系統設計的水平將直接影響控制系統的性能、設備的可靠性。這其中PLC的選型至關重要。在PLC系統設計時，首先應確定系統方案，下一步工作就是PLC的設計選型。選擇PLC，主要是確定PLC的生產廠家和PLC的具體型號。對于系統方案要求有分布式系統、遠程I/O系統，還需要考慮網絡

40、化通訊的要求。具體的選擇容有以下幾個方面：1、PLC生產廠家的選擇確定PLC的生產廠家，主要應該考慮設備用戶的要求、設計者對于不同廠家PLC的熟悉程度和設計習慣、配套產品的一致性以與技術服務等方面的因素。從PLC本身的可靠性考慮，原則上只要是國外大公司的產品，不應該存在可靠性不好的問題。一般來說，對于控制獨立設備或較簡單的控制系統的場合，配套日本的PLC產品，相對來說性價比有一定優勢。對于系統規模較大網絡通訊功能要求高、開放性的分布式控制系統、遠程I/O系統，歐美生產的PLC在網絡通訊功能上更有優勢。由于本控制系統設計的容相對較為簡單，故選用三菱PLC。2、輸入輸出(I/0)點數的估算 PLC

41、的輸入/輸出點數是PLC的基本參數之一。I/O點數的確定應以控制設備所需的所有輸入/輸出點數的總和為依據。在一般情況下，PLC的I/O點應該有適當的余量。通常根據統計的輸入輸出點數，再增加1020的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行調整。3、PLC存儲器容量的估算存儲器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，各種PLC的存儲器容量大小可以從該PLC的基本參數表中找到，例如：西門子的S7-314 PLC的用戶程序存儲容量為64KB，S7-315-2DP PLC的用戶程序存儲容量為128KB。程序容量是存儲器中用戶程

42、序所使用的存儲單元的大小，因此存儲器容量應大于程序容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，需要對程序容量進行估算。如何估算程序容量呢?許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的1015倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為存的總字數(16位為一個字)，另外再按此數的25考慮余量。4、PLC通訊功能的選擇現在PLC的通訊功能越來越強大，很多PLC都支持多種通訊協議(有些需要配備相應的通訊模塊)，選擇時要根據實際需要選擇合適的通訊方式。PLC系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式：(1)PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網絡； (2)1臺PLC為主站，其

43、他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網絡；(3)PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網；(4)專用PLC網絡(各廠商的專用PLC通信網絡)。為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場總線、工業以太網等)通信處理器。5、PLC機型的選擇PLC的類型：PLC按結構分為整體型和模塊型兩類；整體型PLC的I/0點數較少且相對固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統。這一類PLC的代表有：西門子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、歐姆龍公司的CPM1A系列等。模塊型PLC提供多種I/O模塊可以在PLC基板上插接，方便用

44、戶根據需要合理地選擇和配置控制系統的I/O點數。因此，模塊型PLC的配置比較靈活，一般用于大中型控制系統。例如西門子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、歐姆龍公司的CVM1系列等。綜合以上初步選定FX2N機型，再根據下表和I/O輸入輸出點數，選定FX2N-32MR-001型PLC表3-1 FX2N系列的基本單元型號輸入點數輸出點數擴展模塊可用點數繼電器輸出晶閘管輸出晶體管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT882432FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT16162432FX2N-48MR-001FX2N-48MSF

45、X2N-48MT24244864FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT40404864FX2N-128MR-001FX2N-128MT646448643.4.2 PLC擴展模塊的選擇模擬量輸入模塊主要用于連接傳感器或者變送器并接受其電壓信號或者電流信號。在控制系統中，傳感器和變送器用于測量位移、角位移、力、壓力、應變、速度、加速度、溫度、濕度、流量等物理量。模擬量輸出模塊，用于控制被控設備，例如，電動調節閥、比例電磁鐵、比例壓力閥、比例流量閥、液壓伺服馬達、伺服電動機等，這些設備的輸出與模擬量

46、輸出模塊給定的電壓或電流成比例，以實現模擬量控制。模擬量信號的標準圍為電流是420mA，020mA，電壓是05V，010V，-55V，-1010V等。選擇模擬量輸入、模擬量輸出模塊的主要指標為模擬量的圍、分辨率、轉換精度、轉換速度、數字位數與數字量存儲格式。其他特殊功能模塊還有高速計數模塊、PID過程控制模塊、運動控制模塊、可編程凸輪開關模塊、通信模塊和網絡通信模塊等，用于實現特殊的控制功能。I/O模塊是PLC與被控對象之間的接口，模塊選擇是否合適直接影響控制系統的可靠性。對于超小型與小型PLC，I/O模塊與主機單元連在一起，選用時同樣要考慮上述幾個方面。本控制系統主要是順序控制，功能較為普通

47、，對特殊功能擴展模塊沒有太大需求。3.5I/O地址分配與外部配線1.根據攻絲組合機床的加工工藝流程和控制功能要求，需要輸入點7個，輸出點13個，列出其I/O分配表，如表3-2所示表3-2 組合機床PLC控制系統的I/O分配表輸入設備輸入點編號輸出設備輸出點編號啟動按鈕SBX0KM1(M1快進)Y1行程開關SQ1X1KM2(M1工進)Y2行程開關SQ2X2KM3(M1慢退)Y4行程開關SQ3X3KM4(M1快退)Y6行程開關SQ4X4KM5(M2正轉)Y3行程開關SQ5X5KM6(M2反轉)Y5行程開關SQ6X6KM7(M3快進)Y7停止按鈕SB1X7KM8(M3工進)Y8KM9(M3慢退)Y1

48、0KM10(M3快退)Y12KM11(M4正轉)Y9KM12(M4反轉)Y11KM13(夾具夾緊電磁閥)Y132.根據輸入/輸出點分配，畫出PLC的外部接線如圖3-2所示圖3-2 組合機床PLC控制系統的外部接線第四章 PLC的編程4.1 概述梯形圖和指令語言是PLC的主要編程軟件?？删幊炭刂破鞯牟烤幊痰刃г浅绦蛟O計的重要基礎概念。不同廠家、不同系列的PLC，其部軟繼電器（編程元件）的功能和編號也不同。FX2N列的PLC的等效編程元件包括輸入繼電器X、輸出繼電器Y、定時器T、計數器C、輔助繼電器M、狀態繼電器S、數據寄存器D、變址寄存器V/Z、指針、常數等。4.2 編程語言的形式 

49、;    PLC的用戶程序是設計人員根據控制系統的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制設計的。根據國際電工委員會制定的工業控制編程語言標準（IEC1131-3）。PLC的編程語言包括以下五種：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊圖語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）與結構化文本語言（ST）。 1、梯形圖語言（LD）  梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應用。   梯形圖編程語言的特

50、點是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握。 梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區別對待。2、指令表語言（IL） 指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應，在PLC編程軟件下可以相互轉換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應的指令表。指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能

51、，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設計；與梯形圖有一一對應關系。其特點與梯形圖語言基本一致。3、功能模塊圖語言（FBD） 功能模塊圖語言是與數字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。 功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數字邏輯電路基礎的設計人員很容易掌握的編程；對規模大、控制邏輯關系復雜的控制系統，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編

52、程調試時間大大減少。4、順序功能流程圖語言（SFC）  順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務，用方框表示。在方框含有用于完成相應控制功能任務的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結構清晰，易于閱讀與維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調試時間。用于系統的規模校大，程序關系較復雜的場合。圖5是一個簡單的功能流程編程語言的示意圖。 順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序

53、理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶程序結構復雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。5、結構化文本語言（ST）結構化文本語言是用結構化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統中，常采用結構化文本來描述控制系統中各個變量的關系。主要用于其他編程語言較難實現的用戶程序編制。 結構化文本編程語言采用計算機的描述方式來描述系統中各種變量之間的各種運算關系，完成所需的功能或操作。大多數PLC制造商采用的結構化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相

54、類似，但為了應用方便，在語句的表達方法與語句的種類等方面都進行了簡化。 結構化文本編程語言的特點：采用高級語言進行編程，可以完成較復雜的控制運算；需要有一定的計算機高級語言的知識和編程技巧，對工程設計人員要求較高。直觀性和操作性較差。 不同型號的PLC編程軟件對以上五種編程語言的支持種類是不同的，早期的PLC僅僅支持梯形圖編程語言和指令表編程語言。目前的PLC對梯形圖（LD）、指令表（STL）、功能模塊圖（FBD）編程語言都以支持。比如，SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。 在PLC控制系統設計中，要求設計人員不但對PLC的硬件性能了解外，也要

55、了解PLC對編程語言支持的種類。4.3 PLC控制的程序設計4.3.1 PLC程序的設計方法1.梯形圖的經驗設計法在PLC發展的初期，沿用了設計繼電器電路圖的方法來設計比較簡單的PLC的梯形圖，即在一些典型電路的基礎上，根據被控對象對控制系統的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點，最后才能得到一個較為滿意的結果。梯形圖的經驗設計法師目前使用比較廣泛的一種設計方法，該方法的核心時候輸出線圈，這是因為PLC的動作就是從線圈輸出的（可以稱為面向輸出線圈的梯形圖設計方法）。2.梯形圖的“翻譯”設計法PLC的梯形圖是在繼電器控制系統的基礎上發展

56、起來的，如果用PLC改造繼電器控制系統，根據繼電器電路圖來設計梯形圖是一條捷徑。這是因為原有的繼電器控制系統經過長期使用和考驗，已經被證明能完成系統要求的控制系統，而繼電器電路圖又與梯形圖有很多相似之處，因此可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現繼電器系統的功能，這種方法習慣上也稱為翻譯法。將繼電器控制系統電路圖轉換為功能一樣的PLC的外部接線圖和梯形圖的步驟如下：（1）了解和熟悉被控設備的工藝過程和機械的動作情況，根據繼電器電路圖分析和掌握控制系統的工作原理，這樣才能做到在設計和調試控制系統時心中有數。（2）確定PLC的輸入信號和輸出負載，以與與它們對

57、應的梯形圖中的輸入位和輸出位的地址，畫出PLC的外部接線圖。（3）確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應的梯形圖中的存儲器位（M）和定時器（T）的地址。這兩步建立了繼電器電路圖中的元件和梯形圖中的位地址之間的對應關系。（4）根據上述對應關系畫出梯形圖。3.梯形圖的時序設計法對于輸出的變化完全是按時間書序動作的系統，可以用多個計時器的“接力賽”來實現其功能，此法稱之為時序設計法。它有規律可循，基本步驟為，1.了解控制要求。2.設置定時器。3.根據時序圖設計輸出繼電器的表達式。4.設計梯形圖。4.梯形圖的狀態編程法狀態編程法也叫功能表圖法，是程序編制的重要方法與工具。FX2N系列可編程控制器的步進順控指令與大量的狀態軟元件就是為狀態編程法安排的。狀態轉移圖(SFC)是狀態編程的重要工具，包含了狀態編程的全部要素。進行狀態編程時，一般先繪出狀態轉移圖，再轉換成狀態梯形圖（STL）或指令表。（1）順序功能圖的組成順序功能圖是描述控制系統的控制過程、功能和特性的