计算机控制系统12.12.16.27(1)

1、一体化孔加工自动控制系统一体化孔加工自动控制系统董凯凯、曹荣、华秋实、蔡兴君、林志劲目录自动控制系统简介1系统设计2PLC简介3555定时器，74ls160简介4机械、电气及液压结构设计5控制工艺流程6PLC接线图，i/o分配表7STL状态图8PLC指令表9计数电路设计10柔性制造系统柔性制造系统(FMS)的简介的简介柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。 1、自动化加工设备 组成FM

2、S的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。这些加工设备都是计算机控制的，加工零件的改变一般只需要改变数控程序，因而具有很高的柔性。自动化加工设备是自动化制造系统最基本，也是最重要的设备。 2、工件储运系统 FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等。工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。 3、刀具储运系统 FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。刀具库有中央刀库和机床刀库。刀具输送装置有不同形式的运输小车、机器人或

3、机械手。刀具交换装置通常是指机床上的换刀机构，如换刀机械手。 4、辅助设备 FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括：自动清洗工作站；自动去毛刺设备；自动测量设备；集中切屑运输系统；集中冷却润滑系统等。 5、多层计算机控制系统 FMS的控制系统采用三级控制，分别是单元控制级、工作站控制级、设备控制级。图1就是一个FMS控制系统实例，系统包括自动导向小车（AGV）、TH6350卧式加工中心、XH714A立式加工中心和仓储设备等。（2）工作站控制级 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艺流程、刀具更换、检验等管理；物流工作站完成原料、成品及半成品的储

4、存、运输、工位变换等管理。这一级控制系统是指挥和协调单元中一个设备小组的活动，处理由物料贮运系统交来的零件托盘，并通过控制工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工过程中检验、卸下工件以及清洗工件等功能对设备级各子系统进行调度。设备控制级和工作站控制级等控制系统一般采用具有较强控制功能的有实时控制功能的微型计算机、总线控制机或可编程控制器等工控机。 （3）单元控制级 单元控制级作为FMS的最高一级控制，是全部生产活动的总体控制系统，同时它还是承上启下、沟通与上级（车间）控制器信息联系的桥梁。因此，单元控制器对实现底三层有效的集成控制，提高FMS的经济效益，特别是生产能力，具有十分重要的意义。

5、单元控制级一般采用具有较强实时处理能力的小型计算机或工作站。图1为FMS控制系统实例 （1）设备控制级 是针对各 种设备，如机器人、机床、坐标测量机、小车、传送装置以及储存/检索等的单机控制。这一级的控制系统向上与工作站控制系统用接口连接，向下与设备连接。设备控制器的功能是把工作站控制器命令转换成可操作的、有次序的简单任务，并通过各种传感 器监控这些任务的执行。图1图2是一种较典型的FMS，4台加工中心直线布置，工件储运系统由托盘站2、托盘运输无轨小车4、工件装卸工位3和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成。刀具储运系统由中央刀库8、刀具进出站6、刀具输送机器人移动车7和刀具预调仪5等组

6、成。单元控制器9、工作站控制器（图中未标出）和设备控制装置组成三级计算机控制。切屑运输系统没有采用集中运输方式，每台加工中心均配有切屑运输装置。图3 具有装配功能的柔性制造系统 1控制柜 2手工工位 3紧固机器人 4装配机器人 5双臂机器人 6清洗站 7仓库 8车削加工中心 9多坐标测量仪 10镗铣加工中心 11刀具预调站 12装配机器人 13小件装配站 14装夹站 15AGV（自动导引小车） 16控制区 图3所示是一个具有柔性装配功能的柔性制造系统。图的右部是加工系统，有一台镗铣加工中心10和一台车削中心8。9是多坐标测量仪，7是立体仓库、14是装夹具区。图的左部是一个柔性装配系统，其中有一

7、个装载机器人12、三个装夹具机器人3、4、13；一个双臂机器人5、一个手工工位2和传送带。柔性加工和柔性装配两个系统由一个自动导向小车作为运输系统15连接。测量设备也集成在总控系统范围内。 柔性制造系统的主要特点有：柔性高，适应多品种中小批量生产；系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可以和上层计算机联网；可进行三班无人干预生产。图3一：自动控制系统简介 自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使整个生产过程或工作机械自动地按预选规定的规律运行，达到要求的指标；或使它的某些物理量按预定的要求变化。

8、系统就是通过执行规定功能、实现预定目标的一些相互关联单元的组合体。 自动控制系统实现某一控制目标所需要的所有装置的有机组合体。 例如，家用电冰箱能保持恒温；高楼水箱能保持恒压供水；电网电压和频率自动保持不变；火炮根据雷达指挥仪传来的信息，能够自动地改变方位角和俯仰角，随时跟踪目标；人造卫星能够按预定的轨道运行并返回地面；程序控制机床能够按预先排定的工艺程序自动地进刀切削，加工出预期几何形状的零件；焊接机器人能自动地跟踪预期轨迹移动，焊出高质量的产品。所有这些自动控制系统的例子，尽管它们的结构和功能各不相同，但它们有共同的规律，即它们被控 制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。 自动控制系

9、统中常用的名词术语： 输入信号作用于系统的激励信号定义为系统的控制量或参考输入量。通常是指给定值，它是控制着输出量变化规律的指令信号 输出信号被控对象中需要控制的物理量定义为系统的被控量或输出量。它与输入量之间保持一定的函数关系。 反馈信号由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号称为反馈信号。反馈有主反馈和局部反馈之分。 偏差信号指参考输入与主反馈信号之差。偏差信号简称偏差，其实质是从输入端定义的误差信号。 误差信号指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差，其实质是从输出端定义的误差信号。 扰动信号在自动控制系统中，妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。简

10、称扰动或干扰，它与控制作用相反，是一种不希望的、能破坏系统输出规律的不利因素。二：系统设计本团队用三菱PLC设计一个孔加工自动控制系统，其大体控制过程为：传送带1将待加工件送来，一个机械臂将工件夹起来放到工作台上，液压装置将其夹紧工作台转动。分别到三个工位（包括钻孔，扩孔，铰孔三个工序），每个工位加工完后转台转到特定位置，液压装置放松，然后机械臂将已加工工件夹起来送到传送带2送走，至此一个循环完成。在每一次循环过程中，由硬件电路进行计数。1、定义 可编程控制器，简称PLC。是一种专门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

11、运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 三：PLC简介2、基本结构 中央处理器：中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。 储存器：PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。 输入输出接口单元：PLC的输入接口电

12、路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路 扩展接口和通信接口：PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。3、工作原理PLC的工作方式为循环扫描方式，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输

13、入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。其工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新。4、PLC的分类（1）小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用

14、一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。(3)大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。四：74ls160简介 引出端符号： TC进位输出端CEP计数控制端Q0Q3输出端CET计数控制端CP时钟输入端（上升沿有效）/MR异步清除输入端（

15、低电平有效）/PE同步并行置入控制端（低电平有效） 十进制同步计数器（异步清除）简要说明： 74ls160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结构型式，160的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。 160的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。 160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0Q3与数据输入端P0P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的