PLC控制系统设计

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目 录

第一章 概述 ??????????????????????????? 1

1.1 数控系统的工作原理 ??????????????????? 1 1.1.1 数控系统的组成 ??????????????????? 1 1.1.2 数控系统的工作原理 ????????????????? 2 1.2 PLC的硬件与工作原理 ?????????????????? 3 1.2.1 PLC的简介 ????????????????????? 3 1.2.2 PLC的基本结构 ??????????????????? 3 1.2.3 PLC的工作原理 ??????????????????? 4

第二章 数控车床的PLC ?????????????????????? 5

2.1 数控车床PLC的信息传递 ?????????????????? 5 2.2 数控车床中PLC的功能 ??????????????????? 6 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 ???????????????? 6 2.2.2 PLC的控制对象 ??????????????????? 6 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 ????????????? 7 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 ??????? 8 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 ??????????????? 9

3.1 车床主要结构和运动方式 ????????????????? 9 3.2 车床对电气控制的要求 ?????????????????? 9 3.3 车床的电气控制电路分析 ????????????????? 10 3.3.1 主电路分析 ???????????????????? 11 3.3.2 控制电路分析 ??????????????????? 11

第四章 PLC控制程序的设计 ???????????????????? 12

4.1 PLC程序设计方法 ???????????????????? 12 4.1.1 PLC的程序设计步骤 ????????????????? 12 4.2 PLC程序的模块化设计 ???????????????? 12

4.3 输入输出分配 ????????????????????? 12

4.4 梯形图程序设计 ????????????????????? 15

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4.4.1 梯形图总体框图 ?????????????????? 15 4.4.2 公用程序 ????????????????????? 16 4.4.3 回原点程序 ???????????????????? 16 4.4.4 主轴控制程序 ??????????????????? 17 4.4.5 坐标轴控制程序 ?????????????????? 17 4.4.6 报警处理程序 ??????????????????? 18 4.4.7 定时润滑控制程序 ????????????????? 18 4.4.8 冷却程序 ????????????????????? 19 4.4.9 自动换刀控制程序 ????????????????? 19 4.4.10 需要说明的问题 ????????????????? 21 4.5 梯形图程序的调试 ????????????????? 21 4.6 本章小结 ???????????????????? 21 结 论 ?????????????????????????????22 参考文献 ?????????????????????????????23

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第1章 概 述

CK9930型数控车床配备的是华中I型数控系统，是一种比较老式的小型简易经济型数控系统。随着数控技术的不断进步与发展，这一数控系统已不能满足加工要求，本课题就是对现有的CK9930数控车床所进行的改造项目的一个组成部分。主要是车床电气控制部分进行改造。

车床电气控制系统是控制车床各部分的工作、协调完成车床加工任务的核心部分，它由大量继电器构成一个复杂的逻辑控制电路。该车床复杂的继电器逻辑控制线路构成的电气控制系统故障率高，难于维护，很有必要对其进行改造，即用PLC代替继电器--接触器控制方式。

1.1数控系统的工作原理

国际信息处理联盟对数控机床做了如下定义定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。

这里所说的程序控制系统就是数控系统（Numerical Control,简称NC）而现在的数控系统都是以计算机作为控制中心，所以称为计算机数控(Computerized Numerical Control, 简称CNC)。

1.1.1 数控系统的组成

CNC系统的一般结构如图1.1所示，CNC系统主要是指图中的CNC控制器，它是由计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口构成的专用计算机和 可编程控制器所组成。前者处理机床轨迹运动的数字控制，后者则处理开关量的逻辑控制。

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CNC控制器编程计算机操作面板程序输入设备计算机硬件与数控系统软件可编程控制器PLC主轴控制单元主轴电动机机床电器电气控制单元输出设备打印机显示设备速度控制单元进给电动机位置检测

图1-1 CNC系统的一般结构框图

1.1.2 数控系统的工作原理

虽然数控系统种类繁多，但其的基本原理都是相通的。即都是通过运算器进行插补运算，然后对进给轴进行闭环控制，实现机床的数控功能。

（1）进给系统控制

进给系统的控制大多是通过控制步进电机来实现的。步进电机是一种在外加电脉冲信号的作用下一步一步地运转,将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件。其角位移量和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入同步, 控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组通电顺序, 便可获得所需的转角、速度及转动方向；无脉冲输入时,在绕组电源的激励下,气隙磁场使转子保持原来的位置状态。利用这一原理,便可实现加工时纵、横向的进给,并可获得较高精度。

（2） 开关量控制

数控机床的开关量信号控制是通过PLC来完成的。

机床的各开关量可通过I/O 口进行信息交换。由于I/O 口可输入信号和输出信号, 其输出信号经过逻辑译码电路转换成多路的输出信号, 可实现主轴电机、冷却泵及主轴变速等的控制； 输入口可接受行程限位开关暂停、主轴同步脉冲、选刀回答等信号。从而实现各种状态的检测, 最终实现机床的各开关量控制。

（3）主轴控制

数控系统只对主轴系统进行开关控制。数控装置通过PLC对主轴系统进行起停控制。

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1.2 PLC的硬件与工作原理 1.2.1 PLC简介

可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，为了不与个人计算机（也简称PC）混淆，通常将可编程序控制器称为PLC。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，并被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

与一般微机控制系统最大的区别是，PLC必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围。

1.2.2 PLC的基本结构

PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 PLC硬件系统的基本结构如图1.2所示。

现场输入开关元件手动开关限位开关光电传感器PLC主控单元数据存储器现场被控执行器继电器接触器接近开关编码器数字开关电源输入接口及模块中央处理单元（CPU）系统程序存储器用户程序存储器输出接口及模块电磁阀变频器输入端数码显示器指示灯蜂鸣器电源通信接口及模块计算机编码器

图1-2 PLC的基本结构示意图

PLC的软件系统则包括系统软件和用户应用软件。

从广义上讲，可编程序控制器PLC实质上是一种专用工业控制计算机，只不

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