1、一體化孔加工自動控制系統(tǒng)一體化孔加工自動控制系統(tǒng)董凱凱、曹榮、華秋實、蔡興君、林志勁目錄自動控制系統(tǒng)簡介1系統(tǒng)設(shè)計2PLC簡介3555定時器，74ls160簡介4機械、電氣及液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計5控制工藝流程6PLC接線圖，i/o分配表7STL狀態(tài)圖8PLC指令表9計數(shù)電路設(shè)計10柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)的簡介的簡介柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化，其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備，工件儲運系統(tǒng)，刀具儲運系統(tǒng)，多層計算機控制系統(tǒng)等。 1、自動化加工設(shè)備 組成FM

2、S的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。這些加工設(shè)備都是計算機控制的，加工零件的改變一般只需要改變數(shù)控程序，因而具有很高的柔性。自動化加工設(shè)備是自動化制造系統(tǒng)最基本，也是最重要的設(shè)備。 2、工件儲運系統(tǒng) FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等。工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。 3、刀具儲運系統(tǒng) FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構(gòu)等組成。刀具庫有中央刀庫和機床刀庫。刀具輸送裝置有不同形式的運輸小車、機器人或

3、機械手。刀具交換裝置通常是指機床上的換刀機構(gòu)，如換刀機械手。 4、輔助設(shè)備 FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括：自動清洗工作站；自動去毛刺設(shè)備；自動測量設(shè)備；集中切屑運輸系統(tǒng)；集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。 5、多層計算機控制系統(tǒng) FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級。圖1就是一個FMS控制系統(tǒng)實例，系統(tǒng)包括自動導(dǎo)向小車（AGV）、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉儲設(shè)備等。（2）工作站控制級 FMS工作站一般分成加工工作站和物流工作站。加工工作站完成各工位的加工工藝流程、刀具更換、檢驗等管理；物流工作站完成原料、成品及半成品的儲

4、存、運輸、工位變換等管理。這一級控制系統(tǒng)是指揮和協(xié)調(diào)單元中一個設(shè)備小組的活動，處理由物料貯運系統(tǒng)交來的零件托盤，并通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過程中檢驗、卸下工件以及清洗工件等功能對設(shè)備級各子系統(tǒng)進行調(diào)度。設(shè)備控制級和工作站控制級等控制系統(tǒng)一般采用具有較強控制功能的有實時控制功能的微型計算機、總線控制機或可編程控制器等工控機。 （3）單元控制級 單元控制級作為FMS的最高一級控制，是全部生產(chǎn)活動的總體控制系統(tǒng)，同時它還是承上啟下、溝通與上級（車間）控制器信息聯(lián)系的橋梁。因此，單元控制器對實現(xiàn)底三層有效的集成控制，提高FMS的經(jīng)濟效益，特別是生產(chǎn)能力，具有十分重要的意義。

5、單元控制級一般采用具有較強實時處理能力的小型計算機或工作站。圖1為FMS控制系統(tǒng)實例 （1）設(shè)備控制級 是針對各 種設(shè)備，如機器人、機床、坐標測量機、小車、傳送裝置以及儲存/檢索等的單機控制。這一級的控制系統(tǒng)向上與工作站控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡單任務(wù)，并通過各種傳感 器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。圖1圖2是一種較典型的FMS，4臺加工中心直線布置，工件儲運系統(tǒng)由托盤站2、托盤運輸無軌小車4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤交換裝置12等組成。刀具儲運系統(tǒng)由中央刀庫8、刀具進出站6、刀具輸送機器人移動車7和刀具預(yù)調(diào)儀5等組

6、成。單元控制器9、工作站控制器（圖中未標出）和設(shè)備控制裝置組成三級計算機控制。切屑運輸系統(tǒng)沒有采用集中運輸方式，每臺加工中心均配有切屑運輸裝置。圖3 具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng) 1控制柜 2手工工位 3緊固機器人 4裝配機器人 5雙臂機器人 6清洗站 7倉庫 8車削加工中心 9多坐標測量儀 10鏜銑加工中心 11刀具預(yù)調(diào)站 12裝配機器人 13小件裝配站 14裝夾站 15AGV（自動導(dǎo)引小車） 16控制區(qū) 圖3所示是一個具有柔性裝配功能的柔性制造系統(tǒng)。圖的右部是加工系統(tǒng)，有一臺鏜銑加工中心10和一臺車削中心8。9是多坐標測量儀，7是立體倉庫、14是裝夾具區(qū)。圖的左部是一個柔性裝配系統(tǒng)，其中有一

7、個裝載機器人12、三個裝夾具機器人3、4、13；一個雙臂機器人5、一個手工工位2和傳送帶。柔性加工和柔性裝配兩個系統(tǒng)由一個自動導(dǎo)向小車作為運輸系統(tǒng)15連接。測量設(shè)備也集成在總控系統(tǒng)范圍內(nèi)。 柔性制造系統(tǒng)的主要特點有：柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)；系統(tǒng)內(nèi)的機床工藝能力上是相互補充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作；多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng)；可進行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。圖3一：自動控制系統(tǒng)簡介 自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使整個生產(chǎn)過程或工作機械自動地按預(yù)選規(guī)定的規(guī)律運行，達到要求的指標；或使它的某些物理量按預(yù)定的要求變化。

8、系統(tǒng)就是通過執(zhí)行規(guī)定功能、實現(xiàn)預(yù)定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合體。 自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)某一控制目標所需要的所有裝置的有機組合體。 例如，家用電冰箱能保持恒溫；高樓水箱能保持恒壓供水；電網(wǎng)電壓和頻率自動保持不變；火炮根據(jù)雷達指揮儀傳來的信息，能夠自動地改變方位角和俯仰角，隨時跟蹤目標；人造衛(wèi)星能夠按預(yù)定的軌道運行并返回地面；程序控制機床能夠按預(yù)先排定的工藝程序自動地進刀切削，加工出預(yù)期幾何形狀的零件；焊接機器人能自動地跟蹤預(yù)期軌跡移動，焊出高質(zhì)量的產(chǎn)品。所有這些自動控制系統(tǒng)的例子，盡管它們的結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但它們有共同的規(guī)律，即它們被控 制的物理量保持恒定，或者按照一定的規(guī)律變化。 自動控制系

9、統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語： 輸入信號作用于系統(tǒng)的激勵信號定義為系統(tǒng)的控制量或參考輸入量。通常是指給定值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號 輸出信號被控對象中需要控制的物理量定義為系統(tǒng)的被控量或輸出量。它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。 反饋信號由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（或元件）輸入端的信號稱為反饋信號。反饋有主反饋和局部反饋之分。 偏差信號指參考輸入與主反饋信號之差。偏差信號簡稱偏差，其實質(zhì)是從輸入端定義的誤差信號。 誤差信號指系統(tǒng)輸出量的實際值與期望值之差，簡稱誤差，其實質(zhì)是從輸出端定義的誤差信號。 擾動信號在自動控制系統(tǒng)中，妨礙控制量對被控量進行正常控制的所有因素稱為擾動量。簡

10、稱擾動或干擾，它與控制作用相反，是一種不希望的、能破壞系統(tǒng)輸出規(guī)律的不利因素。二：系統(tǒng)設(shè)計本團隊用三菱PLC設(shè)計一個孔加工自動控制系統(tǒng)，其大體控制過程為：傳送帶1將待加工件送來，一個機械臂將工件夾起來放到工作臺上，液壓裝置將其夾緊工作臺轉(zhuǎn)動。分別到三個工位（包括鉆孔，擴孔，鉸孔三個工序），每個工位加工完后轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到特定位置，液壓裝置放松，然后機械臂將已加工工件夾起來送到傳送帶2送走，至此一個循環(huán)完成。在每一次循環(huán)過程中，由硬件電路進行計數(shù)。1、定義 可編程控制器，簡稱PLC。是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序

11、運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 三：PLC簡介2、基本結(jié)構(gòu) 中央處理器：中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。 儲存器：PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PLC的用戶程序。現(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 輸入輸出接口單元：PLC的輸入接口電

12、路的作用是將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入CPU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護內(nèi)部電路 擴展接口和通信接口：PLC的擴展接口的作用是將擴展單元和功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機、其他的PLC或是計算機相連，從而實現(xiàn)“人-機”或“機-機”之間的對話。3、工作原理PLC的工作方式為循環(huán)掃描方式，當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸

13、入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。其工作過程大致分為3個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。4、PLC的分類（1）小型PLC小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在2561024點之間。I/O的處理方式除了采用

14、一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。(3)大型PLC一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。四：74ls160簡介 引出端符號： TC進位輸出端CEP計數(shù)控制端Q0Q3輸出端CET計數(shù)控制端CP時鐘輸入端（上升沿有效）/MR異步清除輸入端（

15、低電平有效）/PE同步并行置入控制端（低電平有效） 十進制同步計數(shù)器（異步清除）簡要說明： 74ls160為可預(yù)置的十進制同步計數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式，160的清除端是異步的。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 160的清除端是異步的。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 160的預(yù)置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的