第第頁(yè)共30頁(yè)基于PLC的數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u5474基于PLC的數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例分析 1191441.1編程軟件的介紹 138311.2控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 1315431.3數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)程序的組態(tài)與編寫(xiě) 31.1編程軟件的介紹STEP7-MicroWINSMART

是德國(guó)的西門(mén)子股份公司自主的研發(fā)的一款專(zhuān)為S7-200smart系列的PLC程序的開(kāi)發(fā)的功能非常全面編程軟件，這款軟件可用于用戶對(duì)S7-200smart進(jìn)行程序編寫(xiě)，他是對(duì)于學(xué)習(xí)S7-200smart系列的程序編寫(xiě)是不可缺失。在社會(huì)上有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。軟件界面如圖1.1所示。圖1.1STEP7-MicroWINSMART編程軟件1.2控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)按照具體的工作流程和控制要求對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)和設(shè)計(jì)。具體的工作流程如下：首先觸摸屏設(shè)置工件加工數(shù)量（加工數(shù)量設(shè)置范圍1～99），加工零件三角形三邊邊長(zhǎng)（設(shè)置范圍20~120）單位（毫米），要求系統(tǒng)任意輸入三邊邊長(zhǎng)并自動(dòng)分配三角形三邊長(zhǎng)（按照a>b>c的順序），如果輸入的三邊邊長(zhǎng)可以構(gòu)成三角形，那么觸摸屏的符合指示燈亮。如果輸入的三角形的三邊長(zhǎng)不能構(gòu)成三角形，那么不符合指示燈亮，并提示重新輸入三角形邊長(zhǎng)。當(dāng)符合指示燈常亮?xí)r，才可以按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕。按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，則加工指示燈亮，數(shù)控加工中心機(jī)床準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行對(duì)工件進(jìn)行加工，加工成所觸摸屏所輸入的三角形。每次完成對(duì)零件的加工之后，觸摸屏剩余加工工件的數(shù)量自動(dòng)減一。當(dāng)按下循環(huán)停止按鈕之后，數(shù)控加工中心會(huì)加工完當(dāng)前零件之后才止，只到再次循環(huán)啟動(dòng)按鈕。系統(tǒng)才會(huì)繼續(xù)的加工剩余所需要加工的零件。整個(gè)所有加工的過(guò)程：當(dāng)工作平臺(tái)檢測(cè)到正方形加工木板材料被系統(tǒng)夾緊之后，由SA2按鈕給出加緊信號(hào)（即橫向檔位為夾緊）后，主軸進(jìn)給電機(jī)（Z軸進(jìn)給電機(jī)M6）以30Hz的速度運(yùn)行到換刀位置并停下。系統(tǒng)準(zhǔn)備換刀，隨后換刀電機(jī)M3開(kāi)始動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的指示燈HL1亮，當(dāng)換到到對(duì)應(yīng)刀具之后，換刀結(jié)束，HL1滅；0.5S后，主軸電機(jī)（即Z軸進(jìn)給電機(jī)M6）開(kāi)始以40HZ速度運(yùn)行下降L1的位置，再以10HZ低速慢慢下降L2位置到加工件表面，等待1秒之后，X軸的進(jìn)給電機(jī)和Y軸的進(jìn)給電機(jī)同時(shí)按照4mm/s的速度，從原點(diǎn)位置（0，0）運(yùn)行至加工點(diǎn)（10,10）單位為mm，此時(shí)開(kāi)始準(zhǔn)備加工所需三角形，1S后開(kāi)始加工三角形的a邊，X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向右運(yùn)行，M2冷卻電機(jī)運(yùn)行，達(dá)到所切長(zhǎng)度后，冷卻電機(jī)停止，等待兩秒后，開(kāi)始進(jìn)行加工邊長(zhǎng)b，此時(shí)X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向左運(yùn)行，Y軸進(jìn)給電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（Y軸速度根據(jù)X軸速度以及Y方向所走長(zhǎng)度求出），M2冷卻電機(jī)運(yùn)行，達(dá)到所切長(zhǎng)度后，X軸Y軸同時(shí)停止，M2冷卻電機(jī)停止，等待2S后開(kāi)始加工邊長(zhǎng)c，X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向左運(yùn)行，Y軸進(jìn)給電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，冷卻電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)坐標(biāo)（10,10）單位（mm），此時(shí)c邊長(zhǎng)加工完畢，XY軸進(jìn)給電機(jī)同時(shí)停止，M2冷卻電機(jī)停止，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)以30HZ速度上升，上升到換刀位，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)M6停止，XY軸進(jìn)給電機(jī)回到原點(diǎn)C（0,0）此時(shí)，一個(gè)三角形加工完成。當(dāng)下一個(gè)正方形木板裝夾完畢，再次由SA2給出夾緊信號(hào)，換刀+機(jī)構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)刀位（信號(hào)由SB1按鈕給出），開(kāi)始第二個(gè)三角形的加工。當(dāng)所有三角形加工完畢，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)M6停止，XY進(jìn)給電機(jī)回到坐標(biāo)原點(diǎn)，加工指示燈熄滅。當(dāng)數(shù)控加工中心系統(tǒng)突然發(fā)生急停事件，緊急按下急停按鈕時(shí)(SA3被切斷)，則系統(tǒng)會(huì)立即停止。待急停事件結(jié)束之后，急停恢復(fù)后，再按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，則電機(jī)回復(fù)到之前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)遇到一些其他不正常的情況的處理方式，如果當(dāng)數(shù)控加工中心的X軸的伺服進(jìn)給電機(jī)出現(xiàn)超越行程的行為（即左右的行程位置開(kāi)關(guān)分別為兩次微動(dòng)開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2）,伺服電機(jī)會(huì)自動(dòng)鎖住，并且報(bào)警，觸摸屏自動(dòng)彈出的緊急報(bào)警彈窗“報(bào)警畫(huà)面，設(shè)備越程”，緊急情況處理完畢之后自動(dòng)解除報(bào)警后，則伺服電機(jī)重新回到原點(diǎn)C位置的初始狀態(tài)。如果工作時(shí)間久了，在加工過(guò)程中，主軸上的溫度傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)工件溫度，當(dāng)工件表面溫度超過(guò)23°C則觸摸屏?xí)?bào)警提示，報(bào)警指示燈會(huì)以1HZ閃亮；當(dāng)工件表面溫度超過(guò)28°C，觸摸屏則自動(dòng)彈出畫(huà)面“報(bào)警畫(huà)面，溫度過(guò)高”，此時(shí)所有電機(jī)全部停止。當(dāng)工件的溫度低于23攝氏度時(shí)，再按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，所有電機(jī)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)并繼續(xù)運(yùn)行。1.3數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)程序的組態(tài)與編寫(xiě)表1.1ST30I/O分配表輸入輸出I0.0編碼器的A相Q0.0伺服脈沖I0.1編碼器的B相Q0.1步進(jìn)方向I0.2啟動(dòng)按鈕Q0.2伺服方向I0.3停止按鈕Q0.3變頻器DI0I0.4復(fù)位按鈕Q0.4變頻器DI1I0.5手/自Q0.7步進(jìn)脈沖I0.6急停按鈕Q1.3啟動(dòng)指示燈HL1I1.0溫控傳感器AM060變頻器AIO+I1.0溫控傳感器AM060M變頻器AIO-表1.1SR40I/O分配表輸入輸出I0.0X軸進(jìn)給電機(jī)上限Q0.0換刀電機(jī)M3正轉(zhuǎn)I0.1X軸進(jìn)給電機(jī)下限Q0.1換刀電機(jī)M3反轉(zhuǎn)I0.2A點(diǎn)Q0.2主軸電機(jī)M1低速I(mǎi)0.3B點(diǎn)Q0.3主軸電機(jī)M1高速I(mǎi)0.4C點(diǎn)Q0.4冷卻電機(jī)M2運(yùn)行I0.5Y軸進(jìn)給電機(jī)上限Q0.5指示燈HL1I0.6Y軸進(jìn)給電機(jī)下限Q0.6指示燈HL2I0.7Y軸進(jìn)給電機(jī)原點(diǎn)Q0.7指示燈HL3Q1.0指示燈HL4Q1.5ST40通訊指示燈本系統(tǒng)需要對(duì)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制運(yùn)行，需要在STEP7-MicroWINSMART軟件工具里設(shè)運(yùn)動(dòng)軸的組態(tài)。運(yùn)動(dòng)控制向?qū)Ч催x電機(jī)組態(tài)的軸0、軸1兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。并且選擇為“工程單位”作為測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)置相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為2000進(jìn)行電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)一圈的直線距離為4.0mm，設(shè)置相應(yīng)伺服電機(jī)脈沖數(shù)為4000進(jìn)行電機(jī)軸設(shè)置，旋轉(zhuǎn)一圈的距離為4.0mm。組態(tài)軸流程如圖1.2所示。（a）(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)圖1.2運(yùn)動(dòng)軸的組態(tài)流程當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸組態(tài)完成后，要使軸運(yùn)動(dòng)，就需要在軟件設(shè)好的軸的組態(tài)，然后調(diào)用，創(chuàng)建子例程。必須這樣才可以實(shí)現(xiàn)軸的運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)所需要?jiǎng)?chuàng)建的子例程如以下所示：AXISx_CTRL子例程像進(jìn)入一個(gè)大屋子的大門(mén)，就是進(jìn)入軸控制的門(mén)，程序里必須要使用這個(gè)程序，才能控制軸并且是使電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為了確認(rèn)運(yùn)動(dòng)軸正確的運(yùn)動(dòng)，就要保證在PLC的每個(gè)掃描周期里子例程都能夠被系統(tǒng)調(diào)用到。我們一般再程序的編寫(xiě)的時(shí)候，需要在此子列程的前面添加SM0.0指令，這樣的話，實(shí)現(xiàn)了PLC每個(gè)掃描周期都可以對(duì)子例程的進(jìn)行調(diào)用。AXISx_GOTO子例程像叫人去指定一個(gè)地方，實(shí)質(zhì)就是命令運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)到用戶的想要位置。我們只設(shè)置對(duì)子例程傳輸位置數(shù)據(jù)，并且在需要運(yùn)動(dòng)的時(shí)候給出執(zhí)行脈沖信號(hào)，就可以到想要的位置。注意子例程在程序的執(zhí)行過(guò)程中確保它一直處于調(diào)用的狀態(tài)。AXISx_RSEEK子例程像回家一樣，預(yù)先設(shè)置好原點(diǎn)，然后在順序里設(shè)定好相應(yīng)的搜索方式進(jìn)行搜索原點(diǎn)，當(dāng)啟動(dòng)此子例程之后，軸會(huì)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中自動(dòng)找到一開(kāi)始用戶設(shè)的原點(diǎn)，找到用戶設(shè)置的位置及時(shí)命令軸停止運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軸利用之前停下來(lái)位置作為RP_OFFSET參數(shù)值。主要子例程跟AXISx_GOTO子例程一樣要確保處于調(diào)用的狀態(tài)。AXISx_LDPOS子例程將軸的當(dāng)前位置值進(jìn)行更改并且設(shè)定的新_pos的參數(shù)值，當(dāng)系統(tǒng)給出一個(gè)信號(hào)之后，子例程就會(huì)將當(dāng)前的位置記錄并更新為軸的新位置。運(yùn)動(dòng)軸向?qū)ё永痰恼{(diào)用如圖1.3所示。（a）(b)(c)圖1.3運(yùn)動(dòng)軸子例程的調(diào)用數(shù)控加工中心系統(tǒng)的控制程序要求數(shù)控加工刀具裝置能夠快速、精準(zhǔn)的完成零件的加工。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕被按下時(shí)，需要在觸摸屏上輸入相應(yīng)的三角形邊長(zhǎng)和加工數(shù)量，隨后工作平臺(tái)檢測(cè)有無(wú)加工工件，如果系統(tǒng)檢測(cè)