数控加工中心刀具换刀系统的设计.doc

1、课程设计说明书课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。二、课程设计要求刀盘由PLC控制来实现其功能。斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，以机械手位置为基准，刀号变大的方向连续3把刀采用刀盘逆时针旋转转换刀。刀号变小方向连续2把刀采用刀盘顺时针旋转换刀。例如：假设1号刀位停留在机械手位置处时，调取1号刀时刀盘不动作，调取5，6号刀时，刀盘顺时针旋转；调取2 3 4号刀时，刀盘逆时针旋转三、课程设计的参数设置（1）寄存器D0：机械手当前位置寄存器。（2）寄存器D1：程序刀号寄存器。（3）寄存器D3：偏差寄存器。（4）参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别

2、为1、2、3、4、5、6。四、课程设计过程第一节 PLC基本介绍一.可编程控制器（PLC）概述一、PLC 的产生及其特点 实物展示： 三菱 PLC 外形图： Q 系列 PLC ， FX2N 系列 ： FX1N 系列 PLC， FX1SN 系列 PLC外形图： C200H 系列 PLC： 1、可编程控制器的名称演变1969 年时被称为可编程逻辑控制器，简称 PLC (Programmable Logic Controller)。70 年代后期，随着微电 子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称 PC (Programmable Controller)。但由于 PC 容 易和个人计算

3、机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程控制器的缩写。 2、可编程控制器定义 （1987 年 国际电工委员会）可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用 而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 3、可编程控制器的产生 1968 年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM 公司）提出设想。 1969 年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台 PC，型号为 PDP-14。 第一代：从第一台可编程控

4、制器诞生到 70 年代初期。其特点是：CPU 由中小规模集成电路组成，存储 器为磁芯存储器； 第二代：70 年代初期到 70 年代末期。其特点是：CPU 采用微处理器，存储器采用 EPROM ； 第三代：70 年代末期到 80 年代中期。其特点是：CPU 采用 8 位和 16 位微处理器，有些还采用多微 处理器结构，存储器采用 EPROM、EAROM、CMOSRAM 等 ； 第四代：80 年代中期到 90 年代中期。PC 全面使用 8 位、16 位微处理芯片的位片式芯片，处理速度 也达到 1us/步 ； 第五代：90 年代中期至今。PC 使用 16 位和 32 位的微处理器芯片，有的已使用 R

5、ISC 芯片。二、可编程控制器的基本特点 1、灵活、实用 2、可靠性高、抗干扰能力强 3、编程简单、使用方便 4、接线简单 5、功能强 6、体积小、重量轻、易于实现自动化三、可编程控制器的发展趋势1向高速度、大存储容量方向发展 CPU 处理速度进一步加快，存储容量进一步扩大 2控制系统将分散化 分散控制、集中管理的原则。 3可靠性进一步提高 随着 PC 进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进 一步应用。 4控制与管理功能一体化 PC 将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使 PC 系统 的生产控制功能和信息管理功能融为一体。 四、PC 的应用领域

6、 1、开关量逻辑控制 2、模拟量闭环控制 3、数据量的职能控制 4、数据采集与监控 5、通讯联网与集算散控制二.可编程控制器基本组成一、可编程控制器的硬件构成1、中央处理单元（CPU） (1)诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 (2)采集现场的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。 (3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。 (4)将处理结果送至输出端。 (5)响应各种外部设备的工作请求。 2、存储器 （ROM/RAM） （1）系统程序存储器（ROM） 用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC 出厂前已将其 固化在只读存储器 ROM 或 PROM 中，用

7、户不能更改。 （2）用户存储器（RAM） 包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的 CMOS-RAM 构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。 注意： PLC 产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。3、电源 PLC 的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足 PLC 的 CPU、存储器、输人输出接口等内部电路 工作需要的直流电源电路或电源模块。许多 PLC 的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的 电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源（如图1）。 4、可编程控制器输入

8、端口电路 开关量输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号 转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。 PLC 的输入接口电路（直流输入型）。5、可编程控制器输出接口电路 开关量输出接口电路： 采用光电耦合电路，将 CPU 处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外 部设备的通断电。 有三种类型： 第一：继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路（如图2）。第二：晶闸管输出型： 为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。第三：晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开

9、开关频率较高的直流电源负载。6、模拟量接口电路 （1）模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合 PLC 内部处理的有若干位二进制 数字表示的信号标准 的模拟量信号：电流信号：420mA 电压信号：110V （2）模拟量输出接口：将 PLC 运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生 产过程现场连续控制的要求信号 （3）智能输入输出接口：自带 CPU，由专门的处理能力，与主 CPU 配合共同完成控制任务，可减轻主 CPU 工作负担，又可提高系统的工作效率 7、编程器 编程器：专用的手持式、台式；电脑+编程软件。 作用：编程，调试，监控 二、可编程控制器的分类按

10、硬件的结构类型分类：整体式、模块式、叠装式。按 I/O 点数的多少分类：小型 PLC、中型 PLC、大型 PLC三、可编程控制器的系统配置 1、FX2N 系列可编程控制器型号格式如下：M：基本单元 E：输入输出混合扩展单元与扩展模块 EX：输入专用扩展模块 EY：输出专用扩展模块 R：继电器输出 S：晶体管输出 T：晶闸管输出2、FX2N 系列可编程控制器系统配置 FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达 0.08s，远远超过 了很多大型可编程控制器。用户存储器容量可扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256 个 I/O 点，有 5 种模 拟量输

11、入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4 种位置控制模块、多种 RS-232C/RS-422/RS-485 串 行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量 控制、位置控制和联网通信等功能 。 3、可编程控制器的技术性能指标 1.输入/输出点数 2.存储容量 3.扫描速4.指令系统 5.可扩展性 6.通信功能第二节 阐述PLC的工作原理1、可编程控制器是如何工作的？ 继电器控制系统： 硬逻辑并行运行的方式 计算机控制系统： 采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式或 I/O 扫描方式 可编程控制器控制系统： 循环扫描工作方式，即系统工作任务

12、管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的 。2、可编程控制器工作原理可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 1、信号传递过程(从输入到输出)，最终输出刷新：将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。 2、扫描周期和 I/O 滞后时间 可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为 1100ms。 I/O 滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输

13、入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部 输出信号发生变化的时刻之间的间隔。 I/O 滞后现象的原因 （1）输入滤波器有时间常数 （2）输出继电器有机械滞后 （3）PC 循环操作时，进行公共处理、I/O 刷新和执行用户程序等产生扫描周期 （4）程序语句的安排，也影响响应时间第三节 列出I/O配置表节点类型节点名称节点作用节点类型节点名称节点作用输 入X001机械手位置检测输 入X014刀具号选择X002机械手位置检测X015刀具号选择X003机械手位置检测X016刀具号选择X004机械手位置检测输 出Y000刀具到位指示X005机械手位置检测Y001刀具到位指示X006机械手位置检测Y002刀

14、盘顺转X011刀具号选择Y003刀盘逆转X012刀具号选择Y004换刀闪烁X013刀具号选择I/O口配置表第四节 刀盘取刀示意图如图所示，以1号刀位在机械手位置处为例：（1） 调取当前刀号。机械手在1号刀位D0=K1，系统调取当前刀号，D0=K1，两值比较D0=D1，此时，到位指示灯直接亮起，接着换刀成功指示灯闪烁，表示换刀完成 。（2） 调取2（或3、4）号刀。机械手在1号位D0=K1，系统调取2号刀，D1=K2，两值比较D0K3,M10动作，刀盘逆转。（3） 调取5（或6）号刀，机械手在1号位置D0=K1，系统调取5号刀，D1=K5，两值比较D0D1，此时，D0要先加K6再减D1得D3，D

15、3再和k3比较，D3K3，M11、M12动作，刀盘顺转。第五节 本系统梯形图及指令表指令表- 3 -0LD X0112MOV K1 D04LD X0126MOV K2 D08LD X01310MOV K3 D012LD X01414MOV K4 D016LD X01518MOV K5 D020LD X01621MOV K6 D026LD X00127ANI M528MOV K1 D129SET M534LD X00235ANI M536MOV K2 D141SET M542LD X00343ANI M544MOV K3 D149SET M550LD X00451ANI M552MOV K4 D

16、157SET M558LD X00559ANI M560MOV K5 D165SET M566LD X00667ANI M568MOV K6 D173SET M574LD M575CMP D0 D1 M082MPS83AND M084SUB D0 D1 D385MRD 87AND M188OUT Y00090MRD91AND M292ADD D0 K6 D293MPP94AND M295SUB D2 D1 D3102LD M5103CMP D3 D3 D10104MPS106AND M10108 ANI Y000110ANI M20113OUT M18114MRD 116AND M11117A

17、NI Y000118ANI M20119OUT M19120MPP121AND M12122ANI Y000123ANI M20124OUT M20125LD M19126OR M20127OUT Y002128LD M18129OUT Y003130LD Y000131OUT T1 K50134LD Y002135OR Y003136OUT Y001137LD Y000138AND M8013139OUT Y004140LD T1143RST M5146END第六节 本系统的开发环境一、基本概况 SW3D5-GPPW-E 是三菱电气公司开发的用于可编程控制器的编程软件,可在 Windows3

18、.1 及 Windows 95 下 运行，适用于 IBM PC/AT (兼容)其 CPU 为 i486SX 或更高，内存需 8 兆或更高(推荐 16 兆以上)。该程序可 在串行系统中可与可编程控制器进行通讯,文件传送,操作监控以及各种测试功能。 在 GPP 软件中,你可通过线路符号,助记符来创建顺控指令程序,建立注释数据及设置寄存器数据，并可将其存 储为文件,用打印机打印。在 PLC与PC之间必须有接口单元及缆线。 接口单元： FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 转换器 ( 便 携 式 ) FX-232AW 型 RS-232C/RS-422 转换器 ( 内 置 式 ) 缆 线

19、 ： FX-422CAB 型 RS-422 缆线 用于 FX1, FX2, FX2C 型可编程控制器, 0.3 米；FX-422CAB-150 型 RS-422 缆线 用于 FX1, FX2,FX2C 型可编程控制器, 1.5 米。 二、用 GPP 编写梯形图 GPP 软件使用起来灵活、 简单、 方便， 我们把它安装在程序中， 使用时只要进入程序， 选中 MELSEC Applications 在 WINDOWS 下运行的 GPP ,打开工程，选中新建，出现如下图 19-1 画面，先在 PLC 系列中选出你所使用的程控器的 CPU 系列，如在我们的实验中，选用的是 FX 系列，所以选 FXCP

20、U，PLC 类型是指选机器的型号，我们实验用 FX2N 系列，所以选中 FX2N（C） ，确定后出现如图 19-2 画面，在画面上我们清楚地看 到，最左边是根母线，兰色框表示现在可写入区域，上方有菜单，你只要任意点击其中的组件，就可得到你 所要的线圈、触点等。图 19-1图 19-2 如你要在某处输入 X000，只要把兰色光标移动到你所需要写的地方，然后在菜单上选中 触点，出现如 下图 19-3 画面图 19-3 再输入 X000，即可完成写入 X000。 如要输入一个定时器,先选中线圈，再输入一些数据，数据的输入标准在第三章中已提过，图 19-4 显示了其 操作过程。图 19-4 对于计数器

21、，因为它有时要用到两个输入端，所以在操作上既要输入线圈部分，又要输入复位部分，其操作 过程如图 19-5、19-6 所示。图 19-5 注意，在图 19-5 中的箭头所示部分，它选中的是应用指令，而不是线圈。图 19-6 计数器的使用方法及计数范围在第三章中已讲过，同学们可自己查阅。图 19-7 是一个简单的计数器显示形 式。图 19-7 通过上面的举例，同学们就明白了，如果你需要画梯形图中的其它一些线、输出触点、定时器、定时器、辅助继电器等，在菜单上都能方便地找到，再输入组件编号即可。在图 5-6 的上方还有其它的一些功能菜单, 如果你把光标指向菜单上的某处，在屏幕的左下角就会显示其功能，或

22、者打开菜单上的“帮助”，你可找到一些快捷键列表、特殊继电器/寄存器等信息，同学们可自己边学习边练习。 三、传输、调试 当你写完梯形图，最后写上END 语句后，必须进行程序转换，转换功能键有两种。在程序的转换过程中，如果程序有错，它会显示，也可通过菜单“工具”，查询程序的正确性。只有当梯形图 转换完毕后，才能进行程序的传送,传送前，必须将 FX2N 面板上的开关拨向 STOP 状态， 再打开“在线”菜单， 进行传送设置，如下图 19-9 所示：图 19-9 根据图标，你必须确定你的 PLC 与计算机的连接是通过 COM1 口还是 COM2 口连接，在实验中我们已统一 将 RS-232 线连在了计算机的 COM1 口，你在操作上只要进行设置选择。写完梯形图后，在菜单上还是选择 “在线”，选中“写入 PLC（W）”，就行了。从图上可看出，在执行读取及写入前必须先选中 MAIN、PLC 参数，否则，不能执行对程序的读取、写入， 然后点击“开始执行”即可。第七节 本系统的改进第八节 总结参考文献1、 机电一体化技术与系统吴晓苏、范超毅编 机械工业出版社2、 可编程控制器原理及应用（三菱机型）高勤主编电子工业出版社3、 PLC原理及应用技术汤自春主编 高等教育出版社4、 部分资料来源网络。五、指导教师评价1.指导教师评语： 指导教师签名：2.成绩评定：签 名： 年 月 日