毕业设计(论文)-基于MCGS的深孔钻组合机床PLC控制实训

摘要深孔钻是加工深孔的专用设备。

钻深孔时为保证加工质量、提高工效，加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主要问题。

传统的控制方案是采用继电器－接触器控制与液压控制相结合的方法，由于进给次数多，且有快进、快退、工进等多种进给速度的变换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。

采用可编程控制器与液压相结合可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。

而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。

关键词：PLC，深孔钻，分级进给 ,MCGS目录摘要 (1)1 深孔钻加工技术 (3)1.1深孔与深孔加工技术 (3)1.2深孔加工的特点及应用 (3)2 MCGS组态软件简介 (4)2.1 MCGS组态软件的功能和特点 (4)2.2 MCGS组态软件的系统构成 (6)2.2.1 MCGS组态软件的整体结构 (6)2.2.2 MCGS工程的五大部分 (6)2.2.3 MCGS组态软件的工作方式 (7)3 控制方案设计 (9)3.1控制系统工作原理 (9)3.2机械结构 (10)3.3工艺过程及控制要求 (10)4 硬件设计 (12)4.1主电路设计 (12)4.2 控制电路设计 (12)4.3工程效果图 (15)5 PLC控制程序设计 (19)6 程序的运行、监视、调试 (26)致谢 (27)参考文献 (28)1 深孔钻加工技术1.1深孔与深孔加工技术深孔在机械制造业中，一般将孔深超过孔径5倍的圆柱孔（内圆柱面）称为深孔。

而孔深与孔径的比值，称之为“长径比”或“深径比”。

相对而言，长径比不大于5倍的圆柱孔可称为“浅孔”。

深孔直径的大小直接关系到加工的难度和采用的加工手段，所以生产实践中常常按照深孔直径的大小分别称呼为特大深孔（Φ200mm以上），大深孔（Φ65~Φ200mm），普通深孔（中等直径Φ20~65mm），小深孔（Φ4~Φ20mm），微小深孔（Φ4mm以下）。

一般而言特大深孔与微小深孔比中，小深孔的加工难度更大，但是由于科学技术是不断进步的，所以，划分仅用于行业内的沟通，并非严格的科学定义。

深孔加工技术泛指用于深孔加工的工具设备（硬件）和加工原理，操作规程，操作技巧（软件）。

在一般情况下，深孔加工技术主要指用切削加工方法和磨料工具加工深孔的技术。

随着科学技术的发展，20世纪涌现出了一批可用于深孔加工的特种加工技术，从而扩大了深孔加工技术的领域。

1.2深孔加工的特点及应用从表象上看，深孔不过是浅孔的延长，深孔加工里当是浅孔加工方法的扩展应用，但实际上二者相差甚大。

在各种零件中，长径比不超过5的孔随处可见，人所知的浅孔（孔）是构成大多数零件的不可缺少的要素。

进一步考察深孔，其主要功能有：1 在较长距离之间传输介质，并具有密封功能。

2 在较长距离之间传输力或进行热交换。

3 在较长距离两区域之间传输信息。

4 精确导向。

2 MCGS组态软件简介2.1 MCGS组态软件的功能和特点MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为Monitor and Control Generated System。

MCG S是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。

MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：1.概念简单，易于理解和使用。

普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。

用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。

2.功能齐全，便于方案设计。

MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。

3.实时性与并行处理。

MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。

工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。

另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。

而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。

MCGS是真正的32位系统，可同时运行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平台，以线程为单位进行分时并行处理。

4.建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。

MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。

其中的“实时数据库”是整个系统的核心。

在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。

实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区。

各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。

5.设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。

不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。

6.“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。

以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。

用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。

7.利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。

以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。

用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。

图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。

同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。

每个动画构件都对应一个特定的动画功能。

如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。

8.引入“运行策略”的概念。

复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。

用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。

MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换。

同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。

2.2 MCGS组态软件的系统构成2.2.1 MCGS组态软件的整体结构MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。

两部分互相独立，又紧密相关。

MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。

用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。

在运行环境中完成对工程的控制工作。

2.2.2 MCGS工程的五大部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

主控窗口：是工程的主窗口或主框架。

在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。

主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。

在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS 工程的各个部分连接成有机的整体。

在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。

包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。

2.2.3 MCGS组态软件的工作方式MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。

包括数据采集和发送设备指令。

设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。

MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。

每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。

MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。

所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。

然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。

当工业现场中测控对象的状态（如：储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。