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前 言

工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的位置。多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。采用PLC控制，可使线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修费，提高了工效。

该多工步机床是采用采用PLC控制，液压机械传动的机床设备。PLC系统设计任务分为硬件和软件设计两部分。一般的PLC控制系统有信号输入组件，输出执行器件，显示器件和PLC构成。因此，此PLC控制系统的硬件设计就是PLC和上述器件的选取和连可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、继数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。接着，再通过软件的编制，最终实现除装卸工件以外的其余自动循环过程。

采用PLC技术改造的多工步机床和自动控制系统完全符合多工步机床自动的生产特点，能够满足多工步机床自动控制的各种要求，从而提高了面纺锭子锭脚的加工水平。

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第1章 多工步组合机床与PLC

1.1 课题研究的背景

本文设计的多工步机床是用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床,其锭脚加工工艺比较复杂,零件加工前为实心坯件,整个机械加工过程由七个工步要求依次进行切削七个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔、粗绞双节孔及倒角、精绞双节孔、绞锥孔，各个工频的动作分解如图1-1所示。

图1-1 各个工步的动作分解图

1.1.1 我国工业电气控制技术的发展状况

工业电气控制技术是一种运用控制理论，食品仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、高度、管理和决策，达到增加产量，提高质量，降低消耗，确保安全等目的综合性技术，主要包

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括工业电气化软件，硬件和系统三大部分。

我国工业电气控制的发展道路，大多是引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制电气化技术，产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业电气控制技术正在向智能化，网络化和集成化方向发展。

从20世纪60年代开始，西方国家就依照技术（及新设备，新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业的得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快及完善服务体系体系、就是企业T.Q.C.S，是企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便做出正确的决策”。即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效率同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。

1.2可编程控制器的简介

作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

1.2.1可编程控制的定义

可编程控制器( 简称PLC），是指为计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会办法的PLC做了如下定义：

“PLC是一种专业为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令、并能通过数字式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程”。

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1.2.2 PLC的特点

1. 可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代规模继承电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司身材的F系统PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气线接及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息，在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2. 配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大，中，小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于和种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制，温度控制，CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增加及人机罗布技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

4. 系统的设计，建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用破储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建行的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变生产程序改变生产过程成为可能。

5. 体积小，重量轻，能耗低

以越小型PLC为倒，新近出道的品种底部尺寸小于100mm，重量小

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