基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 基于PLC的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第1章 三面銑組合機(jī)床概述 三面銑組合機(jī)床是用來(lái)進(jìn)行銑銷加工的一種自動(dòng)加工設(shè)備，其作用對(duì)象是Z512W型臺(tái)式鉆床主軸箱的Ф80、Ф90孔端面及定位面。 1.1 組合機(jī)床概述 1.1.1 組合機(jī)床發(fā)展史 二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的快速發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有很大的提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)O.03～O.02微米[1]。 　　隨著汽車(chē)工業(yè)的興起，專用機(jī)床也逐漸發(fā)展起來(lái)。在專用

2、機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。 　　最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車(chē)零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了便于用戶使用和維修，提高不同制造廠的通用部件的互換性，美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠于1953年協(xié)商，嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 1.1.2 組合機(jī)床部件分類 組合機(jī)床通用部件按功能可分為五類。 動(dòng)力部件主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)，是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。 　　支承部件有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立

3、柱底座等，是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件。 　　輸送部件主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等，是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件。 　　控制部件有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等，是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件。輔助部件主要就是有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 1.2 組合機(jī)床的特點(diǎn) 組合機(jī)床是用按一定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的通用部件以及按被加工零件的形狀和工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床。組合機(jī)車(chē)是由專用機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床發(fā)展來(lái)的，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又能夠重新調(diào)整，適應(yīng)新工件的加工。 組合機(jī)床與萬(wàn)能機(jī)床和專用機(jī)床相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

4、1、組合機(jī)床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 2、組合機(jī)床設(shè)計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。 3、組合機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。 4、組合機(jī)床其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。 5、組合機(jī)床由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，對(duì)操作工人水平要求不高，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證。 6、組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。 1.3 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)部件 機(jī)床主要部件包括床身、工作臺(tái)、底座、銑削動(dòng)力頭、液壓動(dòng)力滑臺(tái)、工件松緊油缸、液壓站等組成。機(jī)床床身安放在底座上，床身上安裝有液壓動(dòng)力滑臺(tái)，工件及夾緊裝置放于滑臺(tái)上。床身的兩邊

5、各安裝有一臺(tái)銑銷頭，上方有立銑頭，液壓站在機(jī)床附近。 1.4 機(jī)床加工工件示意圖 如圖1.1所示 圖 1.1 Ф80、Ф90孔端面及定位面 1.5 機(jī)床工作過(guò)程 用工作臺(tái)上的夾具固定要加工的零件，其他工作準(zhǔn)備就緒后，發(fā)出加工指令。工件夾緊后壓力繼電器動(dòng)作，液壓動(dòng)力滑臺(tái)（即工作臺(tái)）開(kāi)始快進(jìn)，到位轉(zhuǎn)工進(jìn)，然后同時(shí)起動(dòng)左銑頭、右1號(hào)銑頭開(kāi)始加工，加工到某一位置，立銑頭開(kāi)始加工，加工又走一定位置后右1號(hào)銑頭停止，右2號(hào)銑頭開(kāi)始加工，加工到終點(diǎn)三臺(tái)電機(jī)同時(shí)停止。待電機(jī)完全停止后，滑臺(tái)退回原位，工件松開(kāi)，一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)結(jié)束。 1.6 組合機(jī)

6、床裝配模型 零部件間參數(shù)關(guān)系可以反映在零部件相互約束關(guān)系和零部件間可配套約束關(guān)系兩個(gè)方面[2]。 這種描述首先需要確定一個(gè)與其它部件發(fā)生關(guān)系最多的一個(gè)零件或部件為基準(zhǔn)件。以此基準(zhǔn)件為核心，再分別描述其它基準(zhǔn)件的位置關(guān)系，就能構(gòu)建該產(chǎn)品各零部件的位置約束關(guān)系模型。對(duì)于組合機(jī)床整機(jī)而言，各個(gè)加工單元都是相對(duì)于中間底座或工作臺(tái)布置的，所以可以將中間底座或工作臺(tái)作為基準(zhǔn)件來(lái)描述；而對(duì)于各個(gè)加工單元來(lái)說(shuō)，則可以側(cè)底座為基準(zhǔn)件來(lái)描述該單元內(nèi)部各零部件之間的位置約束關(guān)系。 1.7 三面銑組合機(jī)床的電氣控制要求 三面銑組合機(jī)床有左銑削頭、右銑1號(hào)削頭、右銑2號(hào)削頭、立銑削頭和液壓泵五臺(tái)三相交流籠型異步

7、電機(jī),設(shè)計(jì)要求如下: (1)機(jī)床有單動(dòng)力頭自動(dòng)循環(huán)工作、點(diǎn)動(dòng)、單循環(huán)自動(dòng)工作三種工作方式。 (2)五臺(tái)電機(jī)均為單向旋轉(zhuǎn)。 (3)要求有電源、油泵工作、工件夾緊與放松和加工等信號(hào)指示。 (4)油泵電機(jī)在自動(dòng)加工一個(gè)循環(huán)后不停機(jī)。 (5)必要的聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)。 第2章 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、系統(tǒng)的硬件配置、主電路設(shè)計(jì)等。 2.1 PLC的簡(jiǎn)介 PLC實(shí)體圖 PLC（Programmable logic Controll

8、er）可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)?？删幊炭刂破魇怯?jì)算機(jī)家族中的一員，它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC，并在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)自動(dòng)裝配在線首次應(yīng)用成功，之后得到迅速發(fā)展[3]。 美國(guó)從1971年開(kāi)始輸出這種技術(shù)，1973年以后，西德、日本、英國(guó)、法國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了各自的PLC，并廣泛應(yīng)用。二十余年來(lái)，PLC的發(fā)展迅猛異常，它的應(yīng)用領(lǐng)域可謂是各行各業(yè)。需要特別指出的是，PLC在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用有十分重要的意義，已成為

9、當(dāng)今世界的新潮流，據(jù)國(guó)外有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，用于機(jī)械行業(yè)的PLC銷售額占60％，PLC是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段，它既能改造傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化新一代的產(chǎn)品，又適應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程控制[4]。 PLC的特點(diǎn)如下： （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 電氣控制設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵性能就是高可靠性。PLC的I/O采用了隔離措施，并應(yīng)用大規(guī)模集成電路，故能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，能直接安裝在機(jī)器設(shè)備上運(yùn)行。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)[5]。 （2）編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的一種，是面向工礦企業(yè)的工

10、控設(shè)備。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員可在短時(shí)間學(xué)會(huì)并應(yīng)用自如,只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。 （3）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。不同的控制對(duì)象，可以采用相同的硬件，只需編制不同的軟件，就可實(shí)現(xiàn)不同的控制。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域，具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用

11、存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短。PLC一般采用模塊結(jié)構(gòu)，又具有自診斷功能，判斷故障迅速方便，維修時(shí)只需更換插入式模塊，因而維修十分方便。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序來(lái)改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，容量大，重量輕，能耗低 ，成本低 目前新出產(chǎn)的超小型PLC品種底部尺寸小于100MM，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。它可以完成相當(dāng)于200～500個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，而其成本僅相當(dāng)于相同功能繼電器系統(tǒng)的（10～30）％，由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。PL

12、C在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)[6]。 PLC的領(lǐng)域大致可歸納為如下幾類。 （1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 （2）模擬量控制 （3）運(yùn)動(dòng)控制 （4）過(guò)程控制 （5）數(shù)據(jù)處理 （6）通信及聯(lián)網(wǎng) 2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 無(wú)論是用PLC組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)，PLC控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考圖2.1所示的步驟。 2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則會(huì)涉及很多方面，其中最基

13、本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為以下4點(diǎn)。 (1)可靠性原則—確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性。 (2)完整性原則—最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)要求或機(jī)械設(shè)備的控制要求。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則—力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。 (4)發(fā)展性原則—適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。 2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下6步進(jìn)行[2]。 1、

14、熟悉被控對(duì)象 這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù);電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系;PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等[7]。 2、評(píng)估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給以考慮。 (1)可靠性要求：當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)在20甚至更少時(shí)，就趨向于選擇PLC控制了。 (2)數(shù)據(jù)處理速度：若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過(guò)程控制為主時(shí)，采用PLC控制則非常適宜。 (3)工藝復(fù)雜程度：若

15、工藝要求比較復(fù)雜時(shí),PLC控制具有更大的優(yōu)越性. (4)控制規(guī)模：一個(gè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的I/O設(shè)備總數(shù)來(lái)衡量。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí),特別是開(kāi)關(guān)量控制的I/O設(shè)備較多時(shí)，最適合采用PLC控制。 3、硬件選擇[8] (1) 系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。 (2) 選擇PLC。PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、I/O模塊、容量、電源等的選擇。 (3) 計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。 (4) 繪制PLC外圍硬件線路圖。畫(huà)出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PL

16、C的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 4、編寫(xiě)應(yīng)用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常應(yīng)包括以下內(nèi)容[9]： (1)初始化程序。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。 (2)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。 (3)保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，

17、它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 5、程序調(diào)試 程序調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試2個(gè)階段。 程序模擬調(diào)試是模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。 根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式[5]。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 (2)軟件模擬法是在PLC中另外編寫(xiě)一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。 2.3 PLC的選型 本機(jī)床控制系統(tǒng)采用的是日本

18、三菱公司的FX2N系編程控制器[6]，根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床控制系統(tǒng)對(duì)輸入輸出的要求，本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列可編程控制器中的FX2N–80MR-001。該型號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)40個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)40個(gè)，輸出形式是R-繼電器輸出[10]（有接點(diǎn)，交流、直流負(fù)載兩用）。不但滿足本設(shè)計(jì)中的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的基本要求，而且為日后本機(jī)床控制系統(tǒng)的升級(jí)改造保留有一定的系統(tǒng)擴(kuò)展空間。 2.4 PLC的I/O分配表 本控制系統(tǒng)的PLC的輸入、輸出點(diǎn)

19、數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。 （1）PLC的輸入端口包括自動(dòng)循環(huán)工作按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕、油泵啟動(dòng)、總停按鈕、SA1等，還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)。 PLC的I/O分配表[11]如下所示： 表2.1 I/O地址分配表 （2）PLC的輸出端口包括運(yùn)行指示燈、交流接觸器、繼電器等。 2.5 PLC的I/O分配圖 圖2.3 PLCI/O分配圖[12] 2.6 變頻調(diào)速器 2.6.1 變頻器的概述 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電

20、路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。 變頻器的分類——按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器等[8]。 2.6.2 變頻器原理 1、變頻器的基本構(gòu)成 變頻器有交-直-交和交-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接轉(zhuǎn)換成頻率、

21、電壓均可控制的交流；交-直-交變頻器則是先把工頻交流通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流，然后再把直流轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流。主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成[13]。 整流器主要是將電網(wǎng)的交流整流成直流；逆變器是通過(guò)三相橋式逆變電路將直流逆變成任意頻率的三相交流；中間環(huán)節(jié)又叫中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)；由于變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，運(yùn)行中中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率交換，這種無(wú)功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖；控制電路主要是完成對(duì)整流器的電壓控制，對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制以及完成各種保護(hù)功能。 2、變頻器的調(diào)速原理 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

22、： （2.1） 式中—同步轉(zhuǎn)速;—電源頻率，單位為Hz;—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù);—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。 從公式可知，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速[17]。 對(duì)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，因?yàn)榇磐ㄌ酰F芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。 如何實(shí)現(xiàn)磁通不變？根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為: (2.2) 式中—電動(dòng)機(jī)

23、定子頻率，單位為Hz;—定子相繞組有效匝數(shù);—每極磁通量，單位為Wb。 從公式（2.2）可知，對(duì)和進(jìn)行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。 因此，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。 2.6.3 變頻器的選型 根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的功率、性能等等的要求，本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FR-F700系列通用變頻器中的FR-F740-22K-CHT1。 變頻器的參數(shù)——變頻器用于單純可變速運(yùn)行時(shí)，可按出廠設(shè)定的參數(shù)運(yùn)即可，若考慮負(fù)荷、運(yùn)行方式時(shí)，必須設(shè)定必要的參數(shù)。對(duì)于三菱FR-FR740-22K-

24、CHT1變頻器的性能參數(shù)[8]，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)定，文中僅介紹一些常用的參數(shù)， 有關(guān)其他參數(shù)，請(qǐng)參考附錄或有關(guān)設(shè)備使用手冊(cè)。簡(jiǎn)單參數(shù)一覽表如表2.2所示[9]： 表2.2 變頻器性能參數(shù)表 參考編號(hào) 名稱 單位 初始值 范圍 用途 參照 0 轉(zhuǎn)矩提升 0.1% 6/4/3/2/1.5/1% 0～30% 想進(jìn)一步提高啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，在負(fù)載后電機(jī)不轉(zhuǎn)，輸出警報(bào)（OL），在（OC1）發(fā)生跳閘的情況下使用。 *1 初始值因變頻器的容量不同而不同。 52 1 上限頻率 0.01Hz 120/60Hz 0-120Hz 想設(shè)置輸

25、出頻率的上限與下限的情況下進(jìn)行設(shè)定。*2 初始值根據(jù)變頻器容量不同而不同。 53 2 下限頻率 0.01Hz 0Hz 0-120Hz 想設(shè)置輸出頻率的上限和下限的情況下進(jìn)行設(shè)定 3 基準(zhǔn)頻率 0.01Hz 50Hz 0-400Hz 請(qǐng)看電機(jī)的額定銘牌進(jìn)行確認(rèn) 54 4 多段速設(shè)定（高速） 0.01Hz 50Hz 0-400Hz 想用參數(shù)設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度，用端子切換速度的時(shí)候進(jìn)行設(shè)定。 44 5 多段速設(shè)定（中速） 0.01Hz 30Hz 0-400Hz 6 多段速

26、設(shè)定（低速） 0.01Hz 10Hz 0-400Hz 7 加速時(shí)間 0.1s 5/15s 0-3600s 可以設(shè)定加減速時(shí)間，*3 初始值根據(jù)變頻器的容量不同而不同。 55 8 減速時(shí)間 0.1s 10/30s 0-3600s 9 電子過(guò)電流保護(hù) 0.01/0.1A 變頻器額定輸出電流 0～500/0～3600A 用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行熱保護(hù)。設(shè)定為電機(jī)的額定電流。*4單位范圍根據(jù)變頻器容量不同而不同。 33 60 節(jié)能控制選擇 1 0 0,4,9 作為風(fēng)扇，泵專用，使用時(shí)變頻器的輸出電力變?yōu)樽钚?

27、 56 79 運(yùn)行模式選擇 1 0 0,1,2，3,4,6,7 選擇起動(dòng)指令與頻率指令的設(shè)定方式 58 125 端子2頻率設(shè)定增益 0.01Hz 50Hz 0-400Hz 改變最大的（5V）對(duì)應(yīng)的頻率 47 126 端子4頻率設(shè)定增益 0.01Hz 50Hz 0-400Hz 改變20mA輸入時(shí)的頻率 49 160 用戶參數(shù)組讀取選擇 1 0 0,1,9999 使擴(kuò)展參數(shù)有效 50 變頻器的端子——FR-F740-22K-CHT1型變頻器的主接線一般有6個(gè)端子，其

28、中輸入端子R（L1）、S（L2）、T（L3）接三相電源；輸出端子U、V、W接三相電動(dòng)機(jī)，切記不能接反，否則，將損毀變頻器，其接線如變頻器端子接線圖所示。 變頻器端子接線[8]如圖2.5所示： 圖2.4 變頻器端子接線圖[14] 2.7 主電路設(shè)計(jì)圖 第3章 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本文上一章介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，本章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將介紹本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，編程軟件GX-Deve

29、loper的介紹以及本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)等。 3.1 PLC的編程語(yǔ)言與編程方法 3.1.1 PLC的編程語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既滿足易于編寫(xiě)，又滿足易于調(diào)試的要求。不管什么型號(hào)的PLC，其編程語(yǔ)言都具有以下特點(diǎn)： 1.圖形式指令結(jié)構(gòu) 2.簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu) 3.簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成

30、過(guò)程 4.明確的變量常數(shù) 5.強(qiáng)化調(diào)試手段 總之，PLC的編程語(yǔ)言是面向用戶的，對(duì)使用者不要求具備高深的知識(shí)、不需要長(zhǎng)時(shí)間的專門(mén)訓(xùn)練。 IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）中的PLC編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)中有五種編程語(yǔ)言：梯形圖編程語(yǔ)言、順序功能圖編程語(yǔ)言、指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言、功能塊圖編程語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)文本編程語(yǔ)言[15]。 其中最常用的就是梯形圖編程語(yǔ)言和指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言。 1、梯形圖編程語(yǔ)言：是在原繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的一種圖形語(yǔ)言。它是目前用得最多的PLC編程語(yǔ)言。 注意：梯形圖表示的并不是一個(gè)實(shí)際電路而只是一個(gè)控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即

31、所謂“軟接線”。它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器”。每個(gè)“軟繼電器”僅對(duì)應(yīng)PLC存儲(chǔ)單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈斷開(kāi)，其常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)保持原態(tài)。 梯形圖編程格式： （1）梯形圖按行從上至下編寫(xiě)，每一行從左往右順序編寫(xiě)。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫(xiě)順序一致。 （2）梯形圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開(kāi)始畫(huà)起，終止于繼電器線圈或終止母線（有些PLC終止母線可以省略）。 （3）梯形圖的起始母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與終止母線之間則不能有任何觸點(diǎn)。

32、2、指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言：助記符語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言，用一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá)PLC的各種指令。同一廠家的PLC產(chǎn)品，其助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。 助記符語(yǔ)言常用于手持編程器中，梯形圖語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中 。 3.1.2 PLC的編程方法 在設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，采用下列不同的方法[16]。 1、解析法 可利用組合邏輯或時(shí)序邏輯的理論，并運(yùn)用相應(yīng)的解析方法，對(duì)其進(jìn)行邏輯關(guān)系的求解，然后再根據(jù)求解的結(jié)果，畫(huà)成梯形圖或直接寫(xiě)出程序。解析法比較嚴(yán)密，可以運(yùn)用一定的標(biāo)準(zhǔn)，使程序優(yōu)化，可避免編程的盲目性，是較有效的方法。 2、經(jīng)驗(yàn)法

33、即是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)前選擇與設(shè)計(jì)要求相類似的成功的例子，并進(jìn)行修改，增刪部分功能或運(yùn)用其中部分程序，直至適合自己的情況。在工作過(guò)程中，可收集與積累這樣成功的例子，從而可不斷豐富自己的經(jīng)驗(yàn)。 3、技巧法 技巧法是在經(jīng)驗(yàn)法和解析法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用技巧進(jìn)行編程，以提高編程質(zhì)量。還可以使用流程圖做工具，講巧妙的設(shè)計(jì)形式化，進(jìn)而編制所需要的程序。該方法是多種編程方法的綜合應(yīng)用。 4、圖解法 圖解法是靠畫(huà)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。常用的方法有梯形圖法、流程圖法及時(shí)序圖（波形圖）法。 梯形圖法是基本方法，無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)法還是解析法，若將PLC程序轉(zhuǎn)化成梯形圖后，就要用到梯形圖法。 流程圖法是用框

34、圖表示PLC程序執(zhí)行過(guò)程及輸入條件與輸出關(guān)系，在使用步進(jìn)指令的情況下，用它設(shè)計(jì)是很方便的[16]。 時(shí)序圖（波形圖）法適合于時(shí)間控制電路，將對(duì)應(yīng)信號(hào)的波形畫(huà)出后，再依時(shí)間邏輯關(guān)系去組合，就可很容易把電路設(shè)計(jì)出。 圖解法和解析法不是彼此獨(dú)立的。解析法要畫(huà)圖，圖解法也要列解析式，只是兩種方法的側(cè)重點(diǎn)不一樣。 5、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用PLC通過(guò)上位鏈接單元與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鏈接，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。該方法需要有相應(yīng)的編程軟件。 3.2 PLC編程軟件概述 三菱PLC編程軟件GX-Developer是三菱通用性較強(qiáng)的編程軟件，它能夠完成Q系列、QnA系列、A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制CP

35、U）、FX系列PLC梯形圖、指令表、SFC等的編輯。該編程軟件能夠?qū)⒕庉嫷某绦蜣D(zhuǎn)換成GPPQ、GPPA格式的文檔，當(dāng)選擇FX系列時(shí)，還能將程序存儲(chǔ)為FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文檔，以實(shí)現(xiàn)與FX-GP/WIN-C軟件的文件互換[5]。該編程軟件能夠?qū)xcel、Word等軟件編輯的說(shuō)明性文字、數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)制、粘貼等簡(jiǎn)單操作導(dǎo)入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。 此外，GX-Developer編程軟件還具有以下特點(diǎn)。 （1）操作簡(jiǎn)便 ①標(biāo)號(hào)編程。 ②功能塊。 ③使用宏定義。 （2）豐富的調(diào)試功能 ①由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作

36、業(yè)。通過(guò)該軟件可進(jìn)行模擬在線調(diào)試，不需要與可編程控制器連接。 ②程序編輯過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，軟件會(huì)提示錯(cuò)誤信息或錯(cuò)誤原因，所以能大幅度縮短程序編輯的時(shí)間。 ③在幫助菜單中有CPU出錯(cuò)信息、特殊繼電器/特殊寄存器的說(shuō)明等內(nèi)容，所以對(duì)于在線調(diào)試過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序編輯中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下，通過(guò)幫助菜單可非常簡(jiǎn)便的查詢到相關(guān)信息。 （3）能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接[17] ①經(jīng)由USB接口與可編程控制器CPU連接； ②經(jīng)由串行通信口與可編程控制器CPU連接； ③經(jīng)由CC-Link與可編程控制器CPU連接； ④經(jīng)由MELSEC NET（II）與可編

37、程控制器CPU連接； ⑤經(jīng)由MELSEC NET/10（H）與可編程控制器CPU連接； ⑥經(jīng)由計(jì)算機(jī)接口與可編程控制器CPU連接； ⑦經(jīng)由Ethernet與可編程控制器CPU連接。 GX-Developer編程軟件的操作界面為圖3.1所示，該操作界面大致由下拉菜單、編程區(qū)、工具條、狀態(tài)條、工程數(shù)據(jù)列表等部分組成。需要特別注意的是在FX-GP/WIN-C編程軟件里稱編輯的程序?yàn)槲募?，而在GX-Developer編程軟件中稱之為工程。 圖3.1三菱PLC編程軟件操作界面 與FX-GP/WIN-C編程軟件的操作界面相比，該軟件取消了功能圖、

38、功能鍵，并將這兩部分內(nèi)容合并，作為梯形圖標(biāo)記工具條；新增加了工程參數(shù)列表、數(shù)據(jù)切換工具條、注釋工具條等。這樣友好的直觀的操作界面使操作更加簡(jiǎn)便。圖3.1中引出線所示的名稱、內(nèi)容說(shuō)明如表3.1所示： 表3.1 序號(hào) 名稱 內(nèi)容 1 下拉菜單 包含工程、編輯、查找/替換、交換、顯示、在線、診斷、工具、窗口、幫助，共10個(gè)菜單 2 標(biāo)準(zhǔn)工具條 由工程菜單、編輯菜單、查找/替換菜單、在線菜單、工具菜單中常用的功能組成。 3 數(shù)據(jù)切換工具條 可在程序菜單、參數(shù)、注釋、編程元件內(nèi)存這四個(gè)項(xiàng)目中切換 4 梯形圖標(biāo)記工具條 包含梯形圖編輯所需要使用的常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、應(yīng)用指令

39、等內(nèi)容 5 程序工具條 可進(jìn)行梯形圖模式，指令表模式的轉(zhuǎn)換；進(jìn)行讀出模式，寫(xiě)入模式，監(jiān)視模式，監(jiān)視寫(xiě)入模式的轉(zhuǎn)換 6 SFC工具條 可對(duì)SFC程序進(jìn)行塊變換、塊信息設(shè)置、排序、塊監(jiān)視操作 7 工程參數(shù)列表 顯示程序、編程元件注釋、參數(shù)、編程元件內(nèi)存等內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)這些項(xiàng)目的數(shù)據(jù)的設(shè)定 8 狀態(tài)欄 提示當(dāng)前的操作：顯示PLC類型以及當(dāng)前操作狀態(tài)等 9 操作編輯區(qū) 完成程序的編輯、修改、監(jiān)控等的區(qū)域 10 SFC符號(hào)工具條 包含SFC程序編輯所需要使用的步、塊啟動(dòng)步、選擇合并、平行等功能鍵 11 編程元件內(nèi)存工具條 進(jìn)行編程元件的內(nèi)存的設(shè)置 12 注釋工

40、具條 可進(jìn)行注釋范圍設(shè)置或?qū)?各程序的注釋進(jìn)行設(shè)置 3.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)思路 三面銑組合機(jī)床有單循環(huán)自動(dòng)工作、單動(dòng)力頭自動(dòng)循環(huán)工作、點(diǎn)動(dòng)三種工作方式,下面以一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)為例分析單循環(huán)自動(dòng)工作過(guò)程控制。 首先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1扳至“單循環(huán)自動(dòng)工作SA1-1”位置,當(dāng)操作者將要加工的零件放在液壓滑臺(tái)的夾具中后(其他準(zhǔn)備工作就緒),按加工指令按鈕,工件開(kāi)始夾緊,夾緊后工件壓力繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作,滑臺(tái)開(kāi)始快進(jìn),原位開(kāi)關(guān)SQ1復(fù)位;當(dāng)滑臺(tái)壓下滑臺(tái)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)位置開(kāi)關(guān)SQ2后轉(zhuǎn)工進(jìn),同時(shí)起動(dòng)左銑頭和右1銑頭開(kāi)始加工;當(dāng)加工到指定位置SQ3,立銑頭開(kāi)始加工;又過(guò)一定SQ4位置時(shí)

41、,右1銑頭停止,右2銑頭開(kāi)始加工,直到終點(diǎn)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)停止。此時(shí),當(dāng)死擋鐵停留壓力繼電器BP1觸點(diǎn)動(dòng)作后滑臺(tái)自動(dòng)快速退回原位,SQ1受壓,工件松開(kāi),一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)結(jié)束[11]。 2、程序流程圖如圖3.2所示 3.4 程序設(shè)計(jì) 利用主控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床的熱繼電器過(guò)載和總停的時(shí)候停止機(jī)床工作。 組合機(jī)床的三種工作方式：?jiǎn)窝h(huán)自動(dòng)工作、單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工 作，有相應(yīng)的指示燈來(lái)顯示工作狀態(tài)。

42、 除了在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，當(dāng)加工指令按鈕按下時(shí)，油泵電機(jī)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)指示燈也會(huì)亮。另外在前兩種工作方式下，油泵電機(jī)在自動(dòng)加工一個(gè)循環(huán)后不停機(jī)。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下完成加工就停機(jī)。 當(dāng)工件在滑臺(tái)原位位置且油泵電機(jī)正在運(yùn)行的時(shí)候，才能對(duì)工件進(jìn)行“夾緊”和“放松”的操作。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下“工件夾緊點(diǎn)動(dòng)工作按鈕”才能操作。在另外兩種工作方式下，按下“加工指令按鈕”就會(huì)自動(dòng)完成相應(yīng)的操作。

43、 當(dāng)工件完成“夾緊”的操作之后才能進(jìn)行滑臺(tái)的移動(dòng)。在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下“滑臺(tái)快進(jìn)點(diǎn)動(dòng)工作按鈕”進(jìn)行滑臺(tái)快進(jìn)的點(diǎn)動(dòng)操作。在另外兩種工作方式下，工件緊壓力繼電器得電就會(huì)自動(dòng)進(jìn)快進(jìn)移動(dòng)。 當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)指定位置，就會(huì)進(jìn)行“快進(jìn)”和“工進(jìn)”的轉(zhuǎn)換。 當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)工件加工指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下左銑電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。 當(dāng)滑臺(tái)到達(dá)工件加工指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下

44、右銑1電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按下相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。另外在工件到達(dá)右銑1和右銑2切換開(kāi)關(guān)位置時(shí)，右銑1電機(jī)自動(dòng)停止，此時(shí)右銑2自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行。 當(dāng)滑臺(tái)工件到達(dá)立銑頭加工區(qū)指定位置，在單循環(huán)自動(dòng)工作方式下立銑電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。在單動(dòng)力自動(dòng)循環(huán)工作和點(diǎn)動(dòng)工作方式下，需按相應(yīng)的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作。

45、 當(dāng)滑臺(tái)的 工件使“死檔鐵停留壓力繼電器”得電，左銑、右銑1、右銑2和立銑的電機(jī)停機(jī)。同時(shí)，滑臺(tái)快退電磁閥得電使滑臺(tái)快退。 在點(diǎn)動(dòng)工作方式下，完成工件加工并取下工件后，使油泵電機(jī)停止運(yùn)行 第4章 基于組態(tài)王的人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì) 4.1人機(jī)界面的概述 人機(jī)界面（HMI）監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫(huà)面及相應(yīng)的功能子畫(huà)面組成，人機(jī)界面（HMI）畫(huà)面設(shè)計(jì)對(duì)于人機(jī)界面（HMI）來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。人機(jī)界面（HMI）畫(huà)面是用組態(tài)軟件來(lái)做的，常見(jiàn)的組態(tài)軟件有西門(mén)子公司的Wincc、羅克韋爾公司的RsView及國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。在本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選

46、擇了組態(tài)王來(lái)完成監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)。 組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它把過(guò)程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理融于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理[17]。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。采用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[4]。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理

47、器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成[3]。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫(huà)面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫(huà)鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具[18]。 運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。 一、組態(tài)王的主要功能特性： 1）可視化操作界面，真彩顯示圖形、支持漸進(jìn)色、豐富的圖庫(kù)、動(dòng)畫(huà)連接。 2）可以對(duì)畫(huà)面中的一部分進(jìn)行保存，以

48、便以后進(jìn)行分析或打印。 3）無(wú)與倫比的動(dòng)力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動(dòng)畫(huà)功能。 4）強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理，能夠幫助你實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯操作和與決策處理。 5） 變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能，變量可以導(dǎo)出到Excel表格中，方便的對(duì)變量名稱等屬性進(jìn)行修改，然后再導(dǎo)入新工程中，實(shí)現(xiàn)了變量的二次利用，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。 6）強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理，支持實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存。 7）方便的配方處理功能。 8）全新的WebServer架構(gòu)，全面支持畫(huà)面發(fā)布、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的發(fā)布。 9）豐富的設(shè)備支持庫(kù)，支持常見(jiàn)的PLC設(shè)備、智能儀表、智能模塊。 二、組態(tài)王的功能

49、：組態(tài)軟件具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，好處之一就是能大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量。能快速便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和圖形維護(hù)。組態(tài)王提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具。 1、快速便捷的應(yīng)用設(shè)計(jì)；2、靈活簡(jiǎn)便的變量定義和管理；3、強(qiáng)大的控制語(yǔ)言；4、豐富的可擴(kuò)充的圖形庫(kù)；5、對(duì)多媒體的支持；6、采集和顯示歷史數(shù)據(jù)；7、全新的靈活多樣、操作簡(jiǎn)單的內(nèi)嵌式報(bào)表；8、配方管理； 4.2 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì) 雙擊桌面圖標(biāo)，打開(kāi)工程管理器，如圖4.1所示。 在工程列表區(qū)中選擇任一工程雙擊后或者點(diǎn)擊工程管理器上的 “開(kāi)發(fā)” 此快捷鍵后，就進(jìn)入了工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖4.2所

50、示。 圖4.3 雙擊工程瀏覽器中的“主畫(huà)面”后，就進(jìn)入了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主畫(huà)面，本控制系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)如下圖4.3所示。 4.3 定義設(shè)備和連接變量 在組態(tài)王工程瀏覽器樹(shù)型目錄中，選擇“設(shè)備”，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo), 雙擊，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框。在“設(shè)備配置向?qū)А毕碌倪x項(xiàng)中進(jìn)行設(shè)置：設(shè)備安裝“設(shè)備驅(qū)動(dòng)—PLC—三菱—FX2_485—通訊口”—— 給設(shè)備指定唯一的邏輯名稱“三菱PLC00”—— 選擇串口號(hào)“COM1”—— 設(shè)備地址設(shè)置指南“0”—— 通信參數(shù)——信息總結(jié)[3]。這樣就完成了設(shè)備定義和連接變量“三菱PL

51、C00” 。 4.4 數(shù)據(jù)變量定義 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程也就是定義數(shù)據(jù)變量的過(guò)程[19]。在“數(shù)據(jù)庫(kù)”中的“數(shù)據(jù)詞典” 中定義數(shù)據(jù)變量，定義數(shù)據(jù)變量的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)變量的：變量類型、變量名、變化靈敏度、數(shù)據(jù)類型、初始值、最大值最小值的范圍、連接設(shè)備、寄存器和讀寫(xiě)屬性等相關(guān)的參數(shù)； 4.5 動(dòng)畫(huà)連接及命令語(yǔ)言 1、動(dòng)畫(huà)連接 工程人員在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中制作的畫(huà)面都是靜態(tài)的，那么它們?nèi)绾尾拍芊从彻I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀況呢？這就需要通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫(kù)中的變量才是與現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的[20]。數(shù)

52、據(jù)庫(kù)變量的變化又如何導(dǎo)致畫(huà)面的動(dòng)畫(huà)效果呢？通過(guò)“動(dòng)畫(huà)連接”——所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，比如溫度、液面高度等，當(dāng)它們發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)I/O接口，將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化，如果設(shè)計(jì)者曾經(jīng)定義了一個(gè)畫(huà)面圖素,比如指針與這個(gè)變量相關(guān)，我們將會(huì)看到指針在同步偏轉(zhuǎn)。 動(dòng)畫(huà)連接的引入是設(shè)計(jì)人機(jī)接口的一次突破，它把工程人員從重復(fù)的圖形編程中解放出來(lái)，為工程人員提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程的命令語(yǔ)言連接來(lái)增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對(duì)象與變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便。“組態(tài)王”系統(tǒng)還為部分動(dòng)畫(huà)連接的圖形

53、對(duì)象設(shè)置了訪問(wèn)權(quán)限，這對(duì)于保障系統(tǒng)的安全具有重要的意義。 圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫(huà)連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。把這些動(dòng)畫(huà)連接組合起來(lái)，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人難以想象的圖形動(dòng)畫(huà)效果。 以工件的“夾緊”和“放松”的動(dòng)畫(huà)設(shè)置為例說(shuō)明動(dòng)畫(huà)連接； 首先在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中主畫(huà)面繪制所需的圖形，如圖4.5所示； 圖4.5 工件繪制 利用動(dòng)畫(huà)連接中的“特殊”選項(xiàng)中的“隱含” 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的“夾緊”和“放松”動(dòng)畫(huà)。 特殊：所有的圖形對(duì)象都可以定義閃爍、隱含兩種連接，這是兩種規(guī)定圖形對(duì)象可見(jiàn)性的連接。按動(dòng)任一按鈕彈出相應(yīng)連接對(duì)話框

54、。 隱含：是使被連接對(duì)象根據(jù)條件表達(dá)式的值而顯示或隱含。條件表達(dá)式：輸入顯示或隱含的條件表達(dá)式，單擊“？”可以查看已定義的變量名和變量域。 表達(dá)式為真時(shí)：規(guī)定當(dāng)條件表達(dá)式值為1（TRUE）時(shí)，被連接對(duì)象是顯示還是隱含。當(dāng)表達(dá)式的值為假時(shí)，定義了“顯示”狀態(tài)的對(duì)象自動(dòng)隱含，定義了“隱含”狀態(tài)的對(duì)象自動(dòng)顯示。 先進(jìn)行夾緊的動(dòng)畫(huà)設(shè)置，選擇圖形并雙擊，在彈出的“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框中對(duì)選項(xiàng)“特殊”中的子選項(xiàng)“隱含”進(jìn)行設(shè)置。如圖4.6所示； 圖4.6 “夾緊”動(dòng)畫(huà)設(shè)置接著進(jìn)行放松的動(dòng)畫(huà)設(shè)置，選擇圖形并雙擊， 彈出的“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框中對(duì)選項(xiàng)“特殊”中的子選項(xiàng)“隱含”進(jìn)行設(shè)置。 圖4.7所示；工

55、件“夾緊”和“放松”運(yùn)行動(dòng) 圖4.6 圖4.7 “夾緊”動(dòng)畫(huà)設(shè)置 畫(huà)效果如下所示： 圖4.8工件放松的動(dòng)畫(huà)效果 圖4.9工件夾緊的動(dòng)畫(huà)效果 2、命令語(yǔ)言 組態(tài)王除了在定義動(dòng)畫(huà)連接時(shí)支持連接表達(dá)式，還允許用戶編寫(xiě)命令語(yǔ)言來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用程序的功能，極大地增強(qiáng)了應(yīng)用程序的可用性。 命令語(yǔ)言的句法和Ｃ語(yǔ)言非常類似，可以說(shuō)是Ｃ的一個(gè)簡(jiǎn)化子集，具有完備的詞法語(yǔ)法查

56、錯(cuò)功能和豐富的運(yùn)算符、字符串函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)、系統(tǒng)函數(shù)、控件函數(shù)和SQL 函數(shù)。 命令語(yǔ)言分類： 應(yīng)用程序命令語(yǔ)言：可以在程序啟動(dòng)時(shí)、關(guān)閉時(shí)或在程序運(yùn)行期間周期執(zhí)行。如果希望周期執(zhí)行，還需要指定時(shí)間間隔。 事件命令語(yǔ)言：規(guī)定在事件發(fā)生、存在、消失時(shí)分別執(zhí)行的程序。 熱鍵命令語(yǔ)言：被鏈接到設(shè)計(jì)者指定的熱鍵上，軟件運(yùn)行期間，操作者隨時(shí)按下熱鍵都可以啟動(dòng)這段命令語(yǔ)言程序。 數(shù)據(jù)改變命令語(yǔ)言：只鏈接到變量或變量的域。在變量或變量的域值變化到超出數(shù)據(jù)字典中所定義的變化靈敏度時(shí)，它們就被觸發(fā)執(zhí)行一次。 還有自定義函數(shù)命令語(yǔ)言，畫(huà)面、按鈕命令語(yǔ)言 以退出組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境的命令語(yǔ)言設(shè)置為例簡(jiǎn)單介紹命

57、令語(yǔ)言； 首先在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中主畫(huà)面繪制所需的圖形，如右圖所示； 使用命令語(yǔ)言函數(shù)： Exit() 此函數(shù)使組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境退出。 調(diào)用形式：Exit(Option); 參數(shù)[4]： Option: 整型變量或數(shù)值. 退出當(dāng)前程序；1-關(guān)機(jī)；2-重新啟動(dòng)windows. 例如：/*退出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)：*/ ??????Exit(0); 在編輯完成以上的命令語(yǔ)言后，運(yùn)行系統(tǒng)的時(shí)候只要單擊“退出”按鈕就會(huì)退出組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境。 第五章 總結(jié)與展望 PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。 組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。 在三菱FX系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出了組合機(jī)床控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。PLC技術(shù)應(yīng)用于三面銑組合機(jī)床不僅節(jié)省了大量的電氣元件、導(dǎo)線與原材料 ,而且可靠性高、使用靈活、調(diào)試方便,縮短了設(shè)計(jì)周期,減少了維修工作量,提高了加工零件合格率,具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面（HMI），使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單，方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。 40