机电一体化PLC毕业设计
毕 业 论 文
自动化组合机床的PLC控制系统设计
姓 名： 董 瑞 峰
班 级： 机电工程系
学 号： 2012810237
专 业： 机电工程系机电一体化
指导教师： 王 玲 玲
自动化组合机床的PLC控制系统设计
摘 要：
本文介绍自动化组合机床的PLC控制系统设计，该系统具有自动化程度高，精度高等特点，在工业生产等领域有广泛应用。传统的组合机床采用继电器，精度低，可靠性不高，已不适合社会发展需要。随着PLC控制技术的迅速发展，以PLC为核心的组合机床控制系统已凸显出其优势。
本文首先介绍PLC和组合机床的历史与发展，并论述了组合机床的运动形式以及控制方式，接着对PLC控制系统的总体设计和程序的表达方式做了概述，然后确定PLC型号、分配I/O地址和外部配线，接着根据相关内容画出顺序功能图并利用FXGPWIN软件画出PLC梯形图。在文章的最后还介绍了PLC控制系统的故障诊断和排除以及对论文的进一步总结。
关键词：PLC、组合机床
目 录
第1章 概 述
-----------------------------------------------------------------
1.1 机械自动化发展史 -------------------------------------------- 1
1.2组合机床的发展特点及应用 ------------------------------------- 3
第2章 自动化组合机床的硬件 ------------------------------------- 5
2.1 课题要求 ------------------------------------------------- 5
2.1.1 主回路 --------------------------------------------------- 5
2.1.2 工作循环 ------------------------------------------------- 6
2.2 确定输入设备与输出设备 ----------------------------------- 8
2.3 I/O点分配 ------------------------------------------------- 8
2.4 PLC类型选择 ---------------------------------------------- 10
2.4.1 PLC控制系统工作环境要求 --------------------------------- 10
2.4.2 PLC生产厂家的选择 -------------------------------------- 11
2.4.3 输入输出(I/0)点数的估算 ------------------------------- 11
2.4.4 PLC存储器容量的估算 ---------------------------------- 11
2.4.5 PLC机型的选择 ----------------------------------------- 11
2.5 PLC外围硬件电路图 ---------------------------------------- 12
2.5.1 电路主回路图 ------------------------------------------- 12
2.5.2 PLC外部接线图 ---------------------------------------- 12
第3章 自动化组合机床的PLC控制系统软件 ------------------------- 13
3.1 根据系统的控制要求设计程序 -------------------------------- 13
3.1.1 概述 ----------------------------------------------------- 13
3.1.2 编程语言的形式 ------------------------------------------- 13
3.1.3 PLC控制的程序设计 -------------------------------------- 15
3.2 模拟调试及优化 ----------------------------------------- 18
3.2.1 准备工作 ----------------------------------------------- 19
3.2.2 程序仿真 ---------------------------------------------- 19
3.2.3 仿真故障说明 ----------------------------------------- 19
3.3 联机调试及优化 ------------------------------------------- 19
3.3.1 I/O端子测试 ---------------------------------------- 20
3.3.2 系统调试 --------------------------------------------- 20
3.3.3 程序优化 ---------------------------------------------- 20
第4章 PLC控制系统的故障诊断与排除 --------------------------- 21
4.1 故障查找 ----------------------------------------------- 22
4.2 故障的处理
---------------------------------------------------- 22 心得体会 -----------------------------------------------------24 致 谢 -----------------------------------------------------25 参考文献 ------------------------------------------- 26 附录1 操作说明书 --------------------------------------27 附录2 PLC外围硬件电路图 ------------------------------------- 28 附录3 PLC外部接线图 ------------------------------------- 29 附录4 梯形图
--------------------------------------------------------------- 30
第1章 概 述
1.1 机械自动化发展史
自动化技术是本世纪以来发展机迅速和影响极大的科学技术之一。现代自动化技术是一种完全新型的生产力，是直接创造社会财富的主要手段之一，对人类的生产活动和物质文明起着极大的推动作用。 机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。
1、机械自动化技术
机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。
机械自动化技术从本世纪20年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用，60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力，开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程，并能够自动地从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。
70～80年代国际上出现了开始采用计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing），柔性自动化生产模式也有这种情况。初期犆犐犕犛以信息集成为重点，以较高的自动化程度为特征，但在实现过程中遇到了困难。鉴于实现计算机集成制造系统的全盘自动化所需的巨额投入（一个全盘自动化工厂耗资数百亿美元，柔性制造系统一般价格为600～2500万美元），所承担的巨大风险，加之技术上的难度与可靠性等问题，世界工业发达国家已开始“碰壁转产”，转而注重信息集成的效果，追求低成本自动化LCA(Low Cost Automation）的企业组织结构和运行方式。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。 实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。应该发展工艺成熟的大批量生产的自动化技术。大批量生产的产品品种单一，结构稳定，产量很大，具有连续流水作业和综合机械化的良好条件。应发展生产效率高和技术经济效果良好的生产自动线，并在自动线的基础上按先进的工艺方案建立综合自动化车间和全盘自动化工厂。组合机床自动线和专用机床自动线成本低，应优先发展。我国现阶段，在产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中，自动化设备仍然是半自动机床、自动机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。
2、发展机械自动化技术
发展机械自动化技术，应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产，才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。70～80年代初期，我国发展数控机床缺乏明确的战略思想，究竟解决我国制造技术中哪些主要技术问题，似乎并不十分明确，带有浓厚的就技术论技术色彩，偏重速度，忽视效益，造成了不少数控机床只出样品、展品，不能提供商品，用于生产实际。70年代中期研制成功的数控机床，除数控非圆插齿机、数控劈锥铣床等能提供商品用于生产外，相当多的数控机床未能正常提供商品，甚至有的数控机床最终还是报废。80年代后期乃至“八五”计划期间，我国数控机床自动化技术发展是快速的，但却是在曲折中前进。造成这种状况的原因是多方面的，但主要是在发展策略上有失误：主机攻关有背当时国内的主要市场，没有适应生产需要发展数控机床自动化技术，结果是数控机床品种虽不少，而结构性能重复的较多，影响了自动化数控机床的实际应用。在已有的数控机床中，能正常使用、不能正常使用和不能使用的各占三分之一。而正常和稳定运行的数控机床的利用率也很低。我国的铸造造型线品种不少，引进的多达一百几十条，从紧实原理、PC机控制到布线方式都是先进的，可以说当今世界上几乎所有的各类先进造型线都引进了，但能在生产中长期服役的生产线很少，相当数量的引进造型线长期闲置，没有发挥实效。
3、自动化技术
发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。90年代美国麻省理工学院提出的精节生产LP(Lean Production)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。
我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入PLC技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、机械自动化技术发展应用新途径。
应用微电子技术改造已有通用设备，花钱少，见效快，是加速传统设备现代自动化改造步伐，提高企业自动化技术水准的一条捷径。用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及其自动设备与半自动设备组成的生产线，把计算机功能完备编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，实现全生产线自动化作业。
1.2 组合机床的发展特点及应用
组合机床是对某种特定工作进行特定加工的一种高效的自动化专用加工设备。这类机床大都具有自动工作循环，并能同时用十几把，几十吧刀具进行加工。组合机床都由通用部件和一些专用部件组成，它的控制系统大多采用机械，液压，电气相结合的控制方式。
在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。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。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等。
随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，超高速和超高精度加工
技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。
可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境应用而设计，有较强的抗干扰能力。PLC即可编程逻辑控制器，是工业控制的核心部分。它采用了可变程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并通过数字式或模拟的输入和输出，控制各类型的生产过程。可编程控制器及其相关外围设备都按易于与工业系统联成一体，易于扩充其功能的原则设计。
随着可编程控制器在工控领域的广泛应用，PLC控制的组合机床渐渐取代了采用继电器控制的组合机床。本文主要介绍了基于自动化组合机床的PLC控制系统设计。
第2章 自动化组合机床的硬件
2.1 课题要求
2.1.1 主回路
这台组合机床是由主电动机、液压动力头、机床的主电路由三台三相交流异步电动机及、及其附属电气元件组成，由于各电动机容量不大，可采用直接起动控制。主电路图如图2-1所示。
图2-1
1、 M1主电动机用来控制工件的进退。只需单方向起动，要求有短路及过载保护。
2、M2液压泵电动机用来提供液压。也只需单方向起动，要求有短路及过载保护。液压动力头和液压回转台，是用来加工某轮轱工件上12孔的。立式动力到头上装有36把刀具，共有四个工位，第一工位为装卸工件用，第二、
三、四工位分别是钻孔、扩孔和铰孔的工序位，工位布置如图2-2所示。
3、M3冷却泵功率较小，单方向运转，要求有短路及过载保护。
4、M1和M2可以同时起停，也可单独起停。
5、要求在动力头工作时，即M2起动后，M
3才接通，但也可以随时调整。
图2-2
2.1.2 工作循环
1、液动回转台原理图
2-3及工作控制要求
图2-3
液动回转台工作控制要求如图2-4
图2-4
2、液压动力头原理图2-5及控制要求
回转台压紧后
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html→动力刀头快进→动力刀头工进→加工完成→快退→完成一次加工。
图2-5
2.2 确定输入设备与输出设备
根据系统的要求和性质，确定系统所需的输入设备如表2-1所示，输出设备如表2-2所示
表2-1
表2-2
2.3 I/O点分配
根据系统的要求和性质，确定PLC输入地址编号如表2-3， PLC输出地址编号如表2-4。
PLC输入地址编号
表2-3
PLC输出地址编号
表2-4
2.4 PLC类型选择
系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中PLC的选型至关重要。选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通讯的要求。具体的选择内容有以下几个方面：
2.4.1 PLC控制系统工作环境要求
1、温度 PLC要求环境温度在0~55°C。安装时不能放在发热量大的元件
下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔，开关柜上、下部应有通风百叶窗，防止
2、 湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气相对湿度应小于85%（无凝露）。
3 、震动 应使PLC远离剧烈的振动源，防止震动频率为10~55Hz的频率或连续震动。当使用环境不可避免震动时，必须采用减震措施，如采用减震胶等。
4、 空气 避免有腐蚀和易燃气体，例如氯化氢、硫化氢等。对空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html5 、电源 FX系列PLC有24V直流输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关、接近开关等）提供24V直流电源。当输入端使用外接电源时，应选用直流稳压电源，因为普通的整流滤波电源，由于波纹的影响，容易使PLC接受错误的信息。
2.4.2 PLC生产厂家的选择
确定PLC的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。
一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的PLC产品，相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程I/O系统，欧美生产的PLC在网络通讯功能上更有优势。
由于本控制系统设计的内容相对较为简单，故选用三菱PLC。
2.4.3 输入输出(I/0)点数的估算
PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC的I/O点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加10％～20％的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。
2.4.4 PLC存储器容量的估算
存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC的基本参数表中找到，例如：西门子的
S7-314 PLC的用户程序存储容量为64KB，S7-315-2DP PLC的用户程序存储容量为128KB。程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，需要对程序容量进行估算。
估算程序容量，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html字数(16位为一个字)，另外再按此数的25％考虑余量。
2.4.5 PLC机型的选择
一般来说，PLC在可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑在功能上满足系统的要求。要对控制对象进行估测：有多少输入量、电压分别是多少、有多少输出量、输出功率有多大、现场对系
PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类；整体型PLC的I/0点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。这一类PLC的代表有：西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。
模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接，方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。因此，模块型PLC的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、欧姆龙公司的CVM1系列等。
综合以上初步选定FX2N机型，再根据下表和I/O输入输出点数，选定FX2N-48MR-001型PLC FX2N系列的基本单元
表2-5
2.5 PLC外围硬件电路图
2.5.1 电路主回路图
根据自动化组合机床的工艺流程，控制要求及程序设计，即可设计出该自动化组合机床的PLC控制系统电路主回路图。
控制要求说明见附录1
2.5.2 PLC外部接线图
根据输入/输出点分配，画出PLC的外部接线图
见附录2
第3章 自动化组合机床的PLC控制系统软件
3.1 根据系统的控制要求设计程序
3.1.1 概述
梯形图和指令语言是PLC的主要编程软件。
可编程控制器的内部编程等效元件是程序设计的重要基础概念
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html。不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器（编程元件）的功能和编号也不同。FX2N列的PLC的等效编程元件包括输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态继电器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z、指针、常数等。
3.1.2 编程语言的形式
PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准
（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。
1、梯形图语言（LD）
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。
梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。
2、指令表语言（IL）
组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。
指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。
3、 顺序功能流程图语言（SFC）
顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场
合。://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html
顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。
3.1.3 PLC控制的程序设计
1、 PLC程序的设计方法
（1）梯形图的经验设计法
在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计比较简单的PLC的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。
梯形图的经验设计法师目前使用比较广泛的一种设计方法，该方法的核心时候输出线圈，这是因为PLC的动作就是从线圈输出的（可以称为面向输出线圈的梯形图设计方法）。
（2）梯形图的时序设计法
对于输出的变化完全是按时间书序动作的系统，可以用多个计时器的“接力赛”来实现其功能，此法称之为时序设计法。它有规律可循，基本步骤为，
1.了解控制要求。2.设置定时器。3.根据时序图设计输出继电器的表达式。
4.设计梯形图。
（3）梯形图的状态编程法
状态编程法也叫功能表图法，是程序编制的重要方法及工具。FX2N系列可编程控制器的步进顺控指令及大量的状态软元件就是为状态编程法安排的。
状态转移图(SFC)是状态编程的重要工具，包含了状态编程的全部要素。进行状态编程时，一般先绘出状态转移图，再转换成状态梯形图（STL）或指令表。
2．顺序功能图的组成
顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形, 也是设计PLC 的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术, 它是一种通用的技术语言, 可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用
（1）步://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.htmlpar 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段, 这些阶段
称为步, 并用编程元件(例如辅助继电器M) 来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的, 在任何一步之内, 各输出量的ON/ OFF 状态不变, 但是相邻两步输出量总的状态是不同的步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的“与”逻辑关系。与系统的初始状态相对应的步称为初始步, 初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示, 每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。
（2）有向连线
在顺序功能图中, 随着时间的推移和转换条件的实现, 将会发生步的活动状态的进展, 这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时,将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列, 并用有向连
线将它们连接起来。步活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右, 在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。
（3）转换条件
步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件, 转换条件可能是外部输入信号, 也可能是PLC内部定时器、计数器产生的, 转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件一般用X来表示，普通的梯形图设计方法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y。
（4）驱动处理
驱动处理指每一步对应的工作内容，也用方框表示，它直接与相应步的矩形框相连。有的步根据需要可以不驱动任何负载，称之为等待步。
顺序控制设计法是用输入量X 控制代表各步的编程元件(如辅助继电器M) , 再用它们控制输出量Y。步是根据输出量Y的状态划分的, M 与Y之间具有很简单的“与”逻辑关系, 输出电路的设计极为简单。
根据自动化组合机床的PLC控制系统的要求，程序设计分为两部分，主回路采用经验设计法，工作循环采用状态编程法。
梯形图见附录3
程序http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html指令表如下表3-1
表 3
-1
3.2 模拟调试及优化
在实际应用中，要求在PLC控制系统的调试时能
模拟各种运行情况，检验程序设计的正确性及完备性。仿真应用软件可将编程软件编制好的PLC程序读入，然后根据用户的各种输入，逐条地解释运行，模拟实际FX2N系列PLC的运行情况。
输入一些原始的程序和参数，在“编辑器”与“仿真器”之间是“译码器”，其作用是将输入的梯形图程序按照PLC语言的内涵，正确进行译码，并将结果输出给“仿真器”。另外程序在仿真运
行过程中，还可随时通过多种描述方式来模拟和仿真运算的结果，即可实现了可编程控制器(PLC)的离线仿真。
3.2.1 准备工作
首先打开离线仿真界面，选择PLC的类型和设置相应的参数。接下来在程序输入窗口，编辑好梯形图，注意定时器，计数器等参数的设置，将梯形图转换，然后加载到仿真程序中执行。梯形图编辑窗口如下图3
-1
图3-1
3.2.2 程序仿真
1、启动仿真程序。
2、根据系统所选的PLC类型，选择合适的CPU类型（仿真软件不同类型的CPU支持的指令略有不同）。
3、程序加载。打开加载梯形图程序窗口，从文件夹中，选择已写好的梯形图程序。
4、点击启动仿真按钮，启动仿真。
5、仿真启动后，启动状态观察窗口，便可以看到程序运行状态。
3.2.3 仿真故障说明
1、启动仿真按钮后，在PLC输入端输入信号LED灯亮，输出端无信号输出LED灯灭，程序的输出地址发生错误，修改程序。
2、程序运行中，输入端无信号输入LED灯灭。程序中的输入端位置输入错误，修改程序。
3、程序执行完后，不能返回。返回信号发生错误，修改完好程序。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html3.3 联机调试及优化
接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
3.3.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
先编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
3.3.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
1、对每一个现场信号和控制量做单独测试;
2、检查硬件/修改程序;
3、对现场信号和控制量做综合测试;
4、带设备调试;
5、调试结束。
3.3.3 程序优化
PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，PLC 编程必须遵循的原则如下。
1、重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html互锁，以加强PLC系统
运行的安全性、可靠性。
2、PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。
3、同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。
4、对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
第4章 PLC控制系统的故障诊断与排除
PLC 是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很多种。
故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机
时间最短，故障的产生的损失最小。
4.1 故障查找
PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。
1、总体检查
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障。
2、电源故障检查
电源灯不亮需对供电系统进行检查。
3、运行故障检查
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。
4、输入输出故障检查
输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元 有关外，还与联接配线，接线端子，保险管等元件状态有关。
5、外部环境的检查
影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.htmlar4.2 故障的处理
1、 CPU装置、I/O扩展装置故障处理
表4-1
2、 输入单元故障处理
表4-2
3、 输出单元故障处理
表4-3
心得体会
经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼
断的学习，努力提高自己的知识和综合素质
从未做过课题设计的我，面对这个设计，不知道如何入手，经过向老师请教和查阅资料，最后终于做完了有种成就感。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 而且边学边用更能发现自己的不足，需要各方面的知识的补充，才能提高自己的知识运用水平。总之这次设计不仅是作为自己的学识的检验，而且是这方面知识的提高。
在此要感谢我的指导老师李燕老师对我悉心的指导，感谢李燕老师给我的帮助。设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益 。
致 谢
在本课题研发的过程中，我得到了我的
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html指导老师李燕老师非常大的帮助，借此机会向他表示诚挚的感谢。
在整个毕业设计的过程中，她为了帮助我顺利完成课题的研究与开发工作，在系统总体设计与技
术方案上，给予我宝贵的建议，并帮助我建立了正确的设计思想，保证了课
题的研究和开发工作的顺利完成。在此过程中，不仅她对我的热心指导使我感动，而且在她身上我还看到了她严谨的工作态度，和对学生一丝不苟的指导和教诲以及一位老师所具有的高尚品质。
本课题虽然比较简单，但是也有一定的价值，它涉及到了PLC的各种知识，有理论的，也有操作的，边学边做对于PLC的初学者来说，可能起到引导入门的良好作用。经过这几周的学习和研究还只是管中窥豹，今后仍然要不断地深入。希望这篇论文能给其他学者带来一定的参考价值。
参考文献
1、《自动生产线安装与调试》，吕景泉 中国铁道出版社 2008.12
2、吴明亮.《电气控制与PLC》 黄河水利出版社 2008.8
3、吴明亮.《可编程控制器实训教程》 化学工业出版社 2005.6
5、任振辉《电气控制技术》中国水利水电出版社 2003.1
6、组合机床设计（第三册）电气部分、机床设计手册（5）上、下册、低压电器手册
7、机械设计手册
8、常用机械电气控制手册
9、机电一体化系统设计手册 http://www.gzhgzh.net
http://www.gongkong.com/Common/ProductType/PLC/?m=1
http://jpkc.yrcti.edu.cn/
http://www.chuandong.com/
附录1 操作说明书
1、将编辑好的程序转换后，输入到PLC中。
2、把PLC切换到RUN状态，按下X0→M1，M2电动机启动，按下X1→
Mhttp://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html1，M2停止运转，按下X2→M2启动，按下X4→M2启动，按下X3，X5→M1，M2停止运转，M2启动后，M3才能运行，当需要调整时，按下X6→M3启动运行，按下X7→M3停止运行
3、（1）液压回转台部分
当按下X4后，M0线圈得电→液压回转台开始启动→Y3转台微抬，X10抬起到位→置位Y4转台回转，X11得电快转限位→置位Y5转台低速回转，X11失电快转限位→复位Y4转台回转，置位Y6转台反靠，X12到达下一工位→Y7压紧转台，X13反靠到位→复位Y5转台低速回转，复位Y6转台反靠，置位Y11转台停转定位离合，X14离合到位→Y12转台复位，X15复位到位→复位Y11转台停转定位离合，T0定时。
（2）液压动力头部分
T0定时3秒钟→Y13，Y14得电快进，X16工进限位→Y14得电工进，X17快退限位→Y15得电快退，X20动力刀头停止限位→Y3转台微抬，完成一个工位的加工，如此工作循环，直到按下X5或X1停止按钮，液动回转台和液压动力刀头停止运行。
附录2 PLC外围硬件电路图
附录3 PLC外部接线图
附录4 梯形图
机电一体化PLC毕业设计
毕 业 论 文
自动化组合机床的PLC控制系统设计
姓 名： 董 瑞 峰
班 级： 机电工程系
学 号： 2012810237
专 业： 机电工程系机电一体化
指导教师： 王 玲 玲
自动化组合机床的PLC控制系统设计
摘 要：
本文介绍自动化组合机床的PLC控制系统设计，该系统具有自动化程度高，精度高等特点，在工业生产等领域有广泛应用。传统的组合机床采用继电器，精度低，可靠性不高，已不适合社会发展需要。随着PLC控制技术的迅速发展，以PLC为核心的组合机床控制系统已凸显出其优势。
本文首先介绍PLC和组合机床的历史与发展，并论述了组合机床的运动形式以及控制方式，接着对PLC控制系统的总体设计和程序的表达方式做了概述，然后确定PLC型号、分配I/O地址和外部配线，接着根据相关内容画出顺序功能图并利用FXGPWIN软件画出PLC梯形图。在文章的最后还介绍了PLC控制系统的故障诊断和排除以及对论文的进一步总结。
关键词：PLC、组合机床
目 录
第1章 概 述
-----------------------------------------------------------------
1.1 机械自动化发展史 -------------------------------------------- 1
1.2组合机床的发展特点及应用 ------------------------------------- 3
第2章 自动化组合机床的硬件 ------------------------------------- 5
2.1 课题要求 ------------------------------------------------- 5
2.1.1 主回路 --------------------------------------------------- 5
2.1.2 工作循环 ------------------------------------------------- 6
2.2 确定输入设备与输出设备 ----------------------------------- 8
2.3 I/O点分配 ------------------------------------------------- 8
2.4 PLC类型选择 ---------------------------------------------- 10
2.4.1 PLC控制系统工作环境要求 --------------------------------- 10
2.4.2 PLC生产厂家的选择 -------------------------------------- 11
2.4.3 输入输出(I/0)点数的估算 ------------------------------- 11
2.4.4 PLC存储器容量的估算 ---------------------------------- 11
2.4.5 PLC机型的选择 ----------------------------------------- 11
2.5 PLC外围硬件电路图 ---------------------------------------- 12
2.5.1 电路主回路图 ------------------------------------------- 12
2.5.2 PLC外部接线图 ---------------------------------------- 12
第3章 自动化组合机床的PLC控制系统软件 ------------------------- 13
3.1 根据系统的控制要求设计程序 -------------------------------- 13
3.1.1 概述 ----------------------------------------------------- 13
3.1.2 编程语言的形式 ------------------------------------------- 13
3.1.3 PLC控制的程序设计 -------------------------------------- 15
3.2 模拟调试及优化 ----------------------------------------- 18
3.2.1 准备工作 ----------------------------------------------- 19
3.2.2 程序仿真 ---------------------------------------------- 19
3.2.3 仿真故障说明 ----------------------------------------- 19
3.3 联机调试及优化 ------------------------------------------- 19
3.3.1 I/O端子测试 ---------------------------------------- 20
3.3.2 系统调试 --------------------------------------------- 20
3.3.3 程序优化 ---------------------------------------------- 20
第4章 PLC控制系统的故障诊断与排除 --------------------------- 21
4.1 故障查找 ----------------------------------------------- 22
4.2 故障的处理
---------------------------------------------------- 22 心得体会 -----------------------------------------------------24 致 谢 -----------------------------------------------------25 参考文献 ------------------------------------------- 26 附录1 操作说明书 --------------------------------------27 附录2 PLC外围硬件电路图 ------------------------------------- 28 附录3 PLC外部接线图 ------------------------------------- 29 附录4 梯形图
--------------------------------------------------------------- 30
第1章 概 述
1.1 机械自动化发展史
自动化技术是本世纪以来发展机迅速和影响极大的科学技术之一。现代自动化技术是一种完全新型的生产力，是直接创造社会财富的主要手段之一，对人类的生产活动和物质文明起着极大的推动作用。 机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。
1、机械自动化技术
机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。
机械自动化技术从本世纪20年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用，60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力，开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程，并能够自动地从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。
70～80年代国际上出现了开始采用计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing），柔性自动化生产模式也有这种情况。初期犆犐犕犛以信息集成为重点，以较高的自动化程度为特征，但在实现过程中遇到了困难。鉴于实现计算机集成制造系统的全盘自动化所需的巨额投入（一个全盘自动化工厂耗资数百亿美元，柔性制造系统一般价格为600～2500万美元），所承担的巨大风险，加之技术上的难度与可靠性等问题，世界工业发达国家已开始“碰壁转产”，转而注重信息集成的效果，追求低成本自动化LCA(Low Cost Automation）的企业组织结构和运行方式。目前，世界各国的机械自动化水准除少数工业发达国家的某些生产部门外，大多数还处于操作阶段的自动化。我国也不例外，需要循序渐进，不断努力，创造条件，向自动化的高级理想阶段迈进。 实现我国机械自动化技术是一个长期的过程，不可能一蹴而就。应该发展工艺成熟的大批量生产的自动化技术。大批量生产的产品品种单一，结构稳定，产量很大，具有连续流水作业和综合机械化的良好条件。应发展生产效率高和技术经济效果良好的生产自动线，并在自动线的基础上按先进的工艺方案建立综合自动化车间和全盘自动化工厂。组合机床自动线和专用机床自动线成本低，应优先发展。我国现阶段，在产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中，自动化设备仍然是半自动机床、自动机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。
2、发展机械自动化技术
发展机械自动化技术，应以企业的生产和技术发展的实际需要及具体条件为导向。只有对合适的产品采用与之相适应的自动化方式进行生产，才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。70～80年代初期，我国发展数控机床缺乏明确的战略思想，究竟解决我国制造技术中哪些主要技术问题，似乎并不十分明确，带有浓厚的就技术论技术色彩，偏重速度，忽视效益，造成了不少数控机床只出样品、展品，不能提供商品，用于生产实际。70年代中期研制成功的数控机床，除数控非圆插齿机、数控劈锥铣床等能提供商品用于生产外，相当多的数控机床未能正常提供商品，甚至有的数控机床最终还是报废。80年代后期乃至“八五”计划期间，我国数控机床自动化技术发展是快速的，但却是在曲折中前进。造成这种状况的原因是多方面的，但主要是在发展策略上有失误：主机攻关有背当时国内的主要市场，没有适应生产需要发展数控机床自动化技术，结果是数控机床品种虽不少，而结构性能重复的较多，影响了自动化数控机床的实际应用。在已有的数控机床中，能正常使用、不能正常使用和不能使用的各占三分之一。而正常和稳定运行的数控机床的利用率也很低。我国的铸造造型线品种不少，引进的多达一百几十条，从紧实原理、PC机控制到布线方式都是先进的，可以说当今世界上几乎所有的各类先进造型线都引进了，但能在生产中长期服役的生产线很少，相当数量的引进造型线长期闲置，没有发挥实效。
3、自动化技术
发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。90年代美国麻省理工学院提出的精节生产LP(Lean Production)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。
我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入PLC技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、机械自动化技术发展应用新途径。
应用微电子技术改造已有通用设备，花钱少，见效快，是加速传统设备现代自动化改造步伐，提高企业自动化技术水准的一条捷径。用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及其自动设备与半自动设备组成的生产线，把计算机功能完备编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，实现全生产线自动化作业。
1.2 组合机床的发展特点及应用
组合机床是对某种特定工作进行特定加工的一种高效的自动化专用加工设备。这类机床大都具有自动工作循环，并能同时用十几把，几十吧刀具进行加工。组合机床都由通用部件和一些专用部件组成，它的控制系统大多采用机械，液压，电气相结合的控制方式。
在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。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。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等。
随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，超高速和超高精度加工
技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。
可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境应用而设计，有较强的抗干扰能力。PLC即可编程逻辑控制器，是工业控制的核心部分。它采用了可变程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并通过数字式或模拟的输入和输出，控制各类型的生产过程。可编程控制器及其相关外围设备都按易于与工业系统联成一体，易于扩充其功能的原则设计。
随着可编程控制器在工控领域的广泛应用，PLC控制的组合机床渐渐取代了采用继电器控制的组合机床。本文主要介绍了基于自动化组合机床的PLC控制系统设计。
第2章 自动化组合机床的硬件
2.1 课题要求
2.1.1 主回路
这台组合机床是由主电动机、液压动力头、机床的主电路由三台三相交流异步电动机及、及其附属电气元件组成，由于各电动机容量不大，可采用直接起动控制。主电路图如图2-1所示。
图2-1
1、 M1主电动机用来控制工件的进退。只需单方向起动，要求有短路及过载保护。
2、M2液压泵电动机用来提供液压。也只需单方向起动，要求有短路及过载保护。液压动力头和液压回转台，是用来加工某轮轱工件上12孔的。立式动力到头上装有36把刀具，共有四个工位，第一工位为装卸工件用，第二、
三、四工位分别是钻孔、扩孔和铰孔的工序位，工位布置如图2-2所示。
3、M3冷却泵功率较小，单方向运转，要求有短路及过载保护。
4、M1和M2可以同时起停，也可单独起停。
5、要求在动力头工作时，即M2起动后，M
3才接通，但也可以随时调整。
图2-2
2.1.2 工作循环
1、液动回转台原理图
2-3及工作控制要求
图2-3
液动回转台工作控制要求如图2-4
图2-4
2、液压动力头原理图2-5及控制要求
回转台压紧后
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html→动力刀头快进→动力刀头工进→加工完成→快退→完成一次加工。
图2-5
2.2 确定输入设备与输出设备
根据系统的要求和性质，确定系统所需的输入设备如表2-1所示，输出设备如表2-2所示
表2-1
表2-2
2.3 I/O点分配
根据系统的要求和性质，确定PLC输入地址编号如表2-3， PLC输出地址编号如表2-4。
PLC输入地址编号
表2-3
PLC输出地址编号
表2-4
2.4 PLC类型选择
系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中PLC的选型至关重要。选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通讯的要求。具体的选择内容有以下几个方面：
2.4.1 PLC控制系统工作环境要求
1、温度 PLC要求环境温度在0~55°C。安装时不能放在发热量大的元件
下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔，开关柜上、下部应有通风百叶窗，防止
2、 湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气相对湿度应小于85%（无凝露）。
3 、震动 应使PLC远离剧烈的振动源，防止震动频率为10~55Hz的频率或连续震动。当使用环境不可避免震动时，必须采用减震措施，如采用减震胶等。
4、 空气 避免有腐蚀和易燃气体，例如氯化氢、硫化氢等。对空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html5 、电源 FX系列PLC有24V直流输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关、接近开关等）提供24V直流电源。当输入端使用外接电源时，应选用直流稳压电源，因为普通的整流滤波电源，由于波纹的影响，容易使PLC接受错误的信息。
2.4.2 PLC生产厂家的选择
确定PLC的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。
一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的PLC产品，相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程I/O系统，欧美生产的PLC在网络通讯功能上更有优势。
由于本控制系统设计的内容相对较为简单，故选用三菱PLC。
2.4.3 输入输出(I/0)点数的估算
PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC的I/O点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加10％～20％的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。
2.4.4 PLC存储器容量的估算
存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC的基本参数表中找到，例如：西门子的
S7-314 PLC的用户程序存储容量为64KB，S7-315-2DP PLC的用户程序存储容量为128KB。程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，需要对程序容量进行估算。
估算程序容量，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html字数(16位为一个字)，另外再按此数的25％考虑余量。
2.4.5 PLC机型的选择
一般来说，PLC在可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑在功能上满足系统的要求。要对控制对象进行估测：有多少输入量、电压分别是多少、有多少输出量、输出功率有多大、现场对系
PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类；整体型PLC的I/0点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。这一类PLC的代表有：西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。
模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接，方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。因此，模块型PLC的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、欧姆龙公司的CVM1系列等。
综合以上初步选定FX2N机型，再根据下表和I/O输入输出点数，选定FX2N-48MR-001型PLC FX2N系列的基本单元
表2-5
2.5 PLC外围硬件电路图
2.5.1 电路主回路图
根据自动化组合机床的工艺流程，控制要求及程序设计，即可设计出该自动化组合机床的PLC控制系统电路主回路图。
控制要求说明见附录1
2.5.2 PLC外部接线图
根据输入/输出点分配，画出PLC的外部接线图
见附录2
第3章 自动化组合机床的PLC控制系统软件
3.1 根据系统的控制要求设计程序
3.1.1 概述
梯形图和指令语言是PLC的主要编程软件。
可编程控制器的内部编程等效元件是程序设计的重要基础概念
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html。不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器（编程元件）的功能和编号也不同。FX2N列的PLC的等效编程元件包括输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态继电器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z、指针、常数等。
3.1.2 编程语言的形式
PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准
（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。
1、梯形图语言（LD）
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。
梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。
2、指令表语言（IL）
组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。
指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。
3、 顺序功能流程图语言（SFC）
顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场
合。://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html
顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。
3.1.3 PLC控制的程序设计
1、 PLC程序的设计方法
（1）梯形图的经验设计法
在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计比较简单的PLC的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。
梯形图的经验设计法师目前使用比较广泛的一种设计方法，该方法的核心时候输出线圈，这是因为PLC的动作就是从线圈输出的（可以称为面向输出线圈的梯形图设计方法）。
（2）梯形图的时序设计法
对于输出的变化完全是按时间书序动作的系统，可以用多个计时器的“接力赛”来实现其功能，此法称之为时序设计法。它有规律可循，基本步骤为，
1.了解控制要求。2.设置定时器。3.根据时序图设计输出继电器的表达式。
4.设计梯形图。
（3）梯形图的状态编程法
状态编程法也叫功能表图法，是程序编制的重要方法及工具。FX2N系列可编程控制器的步进顺控指令及大量的状态软元件就是为状态编程法安排的。
状态转移图(SFC)是状态编程的重要工具，包含了状态编程的全部要素。进行状态编程时，一般先绘出状态转移图，再转换成状态梯形图（STL）或指令表。
2．顺序功能图的组成
顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形, 也是设计PLC 的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术, 它是一种通用的技术语言, 可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用
（1）步://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.htmlpar 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段, 这些阶段
称为步, 并用编程元件(例如辅助继电器M) 来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的, 在任何一步之内, 各输出量的ON/ OFF 状态不变, 但是相邻两步输出量总的状态是不同的步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的“与”逻辑关系。与系统的初始状态相对应的步称为初始步, 初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示, 每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。
（2）有向连线
在顺序功能图中, 随着时间的推移和转换条件的实现, 将会发生步的活动状态的进展, 这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时,将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列, 并用有向连
线将它们连接起来。步活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右, 在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。
（3）转换条件
步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件, 转换条件可能是外部输入信号, 也可能是PLC内部定时器、计数器产生的, 转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件一般用X来表示，普通的梯形图设计方法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y。
（4）驱动处理
驱动处理指每一步对应的工作内容，也用方框表示，它直接与相应步的矩形框相连。有的步根据需要可以不驱动任何负载，称之为等待步。
顺序控制设计法是用输入量X 控制代表各步的编程元件(如辅助继电器M) , 再用它们控制输出量Y。步是根据输出量Y的状态划分的, M 与Y之间具有很简单的“与”逻辑关系, 输出电路的设计极为简单。
根据自动化组合机床的PLC控制系统的要求，程序设计分为两部分，主回路采用经验设计法，工作循环采用状态编程法。
梯形图见附录3
程序http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html指令表如下表3-1
表 3
-1
3.2 模拟调试及优化
在实际应用中，要求在PLC控制系统的调试时能
模拟各种运行情况，检验程序设计的正确性及完备性。仿真应用软件可将编程软件编制好的PLC程序读入，然后根据用户的各种输入，逐条地解释运行，模拟实际FX2N系列PLC的运行情况。
输入一些原始的程序和参数，在“编辑器”与“仿真器”之间是“译码器”，其作用是将输入的梯形图程序按照PLC语言的内涵，正确进行译码，并将结果输出给“仿真器”。另外程序在仿真运
行过程中，还可随时通过多种描述方式来模拟和仿真运算的结果，即可实现了可编程控制器(PLC)的离线仿真。
3.2.1 准备工作
首先打开离线仿真界面，选择PLC的类型和设置相应的参数。接下来在程序输入窗口，编辑好梯形图，注意定时器，计数器等参数的设置，将梯形图转换，然后加载到仿真程序中执行。梯形图编辑窗口如下图3
-1
图3-1
3.2.2 程序仿真
1、启动仿真程序。
2、根据系统所选的PLC类型，选择合适的CPU类型（仿真软件不同类型的CPU支持的指令略有不同）。
3、程序加载。打开加载梯形图程序窗口，从文件夹中，选择已写好的梯形图程序。
4、点击启动仿真按钮，启动仿真。
5、仿真启动后，启动状态观察窗口，便可以看到程序运行状态。
3.2.3 仿真故障说明
1、启动仿真按钮后，在PLC输入端输入信号LED灯亮，输出端无信号输出LED灯灭，程序的输出地址发生错误，修改程序。
2、程序运行中，输入端无信号输入LED灯灭。程序中的输入端位置输入错误，修改程序。
3、程序执行完后，不能返回。返回信号发生错误，修改完好程序。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html3.3 联机调试及优化
接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
3.3.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
先编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
3.3.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
1、对每一个现场信号和控制量做单独测试;
2、检查硬件/修改程序;
3、对现场信号和控制量做综合测试;
4、带设备调试;
5、调试结束。
3.3.3 程序优化
PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，PLC 编程必须遵循的原则如下。
1、重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html互锁，以加强PLC系统
运行的安全性、可靠性。
2、PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。
3、同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。
4、对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
第4章 PLC控制系统的故障诊断与排除
PLC 是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很多种。
故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机
时间最短，故障的产生的损失最小。
4.1 故障查找
PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。
1、总体检查
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障。
2、电源故障检查
电源灯不亮需对供电系统进行检查。
3、运行故障检查
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。
4、输入输出故障检查
输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元 有关外，还与联接配线，接线端子，保险管等元件状态有关。
5、外部环境的检查
影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。
://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.htmlar4.2 故障的处理
1、 CPU装置、I/O扩展装置故障处理
表4-1
2、 输入单元故障处理
表4-2
3、 输出单元故障处理
表4-3
心得体会
经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼
断的学习，努力提高自己的知识和综合素质
从未做过课题设计的我，面对这个设计，不知道如何入手，经过向老师请教和查阅资料，最后终于做完了有种成就感。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 而且边学边用更能发现自己的不足，需要各方面的知识的补充，才能提高自己的知识运用水平。总之这次设计不仅是作为自己的学识的检验，而且是这方面知识的提高。
在此要感谢我的指导老师李燕老师对我悉心的指导，感谢李燕老师给我的帮助。设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益 。
致 谢
在本课题研发的过程中，我得到了我的
http://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html指导老师李燕老师非常大的帮助，借此机会向他表示诚挚的感谢。
在整个毕业设计的过程中，她为了帮助我顺利完成课题的研究与开发工作，在系统总体设计与技
术方案上，给予我宝贵的建议，并帮助我建立了正确的设计思想，保证了课
题的研究和开发工作的顺利完成。在此过程中，不仅她对我的热心指导使我感动，而且在她身上我还看到了她严谨的工作态度，和对学生一丝不苟的指导和教诲以及一位老师所具有的高尚品质。
本课题虽然比较简单，但是也有一定的价值，它涉及到了PLC的各种知识，有理论的，也有操作的，边学边做对于PLC的初学者来说，可能起到引导入门的良好作用。经过这几周的学习和研究还只是管中窥豹，今后仍然要不断地深入。希望这篇论文能给其他学者带来一定的参考价值。
参考文献
1、《自动生产线安装与调试》，吕景泉 中国铁道出版社 2008.12
2、吴明亮.《电气控制与PLC》 黄河水利出版社 2008.8
3、吴明亮.《可编程控制器实训教程》 化学工业出版社 2005.6
5、任振辉《电气控制技术》中国水利水电出版社 2003.1
6、组合机床设计（第三册）电气部分、机床设计手册（5）上、下册、低压电器手册
7、机械设计手册
8、常用机械电气控制手册
9、机电一体化系统设计手册 http://www.gzhgzh.net
http://www.gongkong.com/Common/ProductType/PLC/?m=1
http://jpkc.yrcti.edu.cn/
http://www.chuandong.com/
附录1 操作说明书
1、将编辑好的程序转换后，输入到PLC中。
2、把PLC切换到RUN状态，按下X0→M1，M2电动机启动，按下X1→
Mhttp://www.wenkuxiazai.com/doc/e31f3477482fb4daa58d4b9c.html1，M2停止运转，按下X2→M2启动，按下X4→M2启动，按下X3，X5→M1，M2停止运转，M2启动后，M3才能运行，当需要调整时，按下X6→M3启动运行，按下X7→M3停止运行
3、（1）液压回转台部分
当按下X4后，M0线圈得电→液压回转台开始启动→Y3转台微抬，X10抬起到位→置位Y4转台回转，X11得电快转限位→置位Y5转台低速回转，X11失电快转限位→复位Y4转台回转，置位Y6转台反靠，X12到达下一工位→Y7压紧转台，X13反靠到位→复位Y5转台低速回转，复位Y6转台反靠，置位Y11转台停转定位离合，X14离合到位→Y12转台复位，X15复位到位→复位Y11转台停转定位离合，T0定时。
（2）液压动力头部分
T0定时3秒钟→Y13，Y14得电快进，X16工进限位→Y14得电工进，X17快退限位→Y15得电快退，X20动力刀头停止限位→Y3转台微抬，完成一个工位的加工，如此工作循环，直到按下X5或X1停止按钮，液动回转台和液压动力刀头停止运行。
附录2 PLC外围硬件电路图
附录3 PLC外部接线图
附录4 梯形图