基于PLC的多工位組合機床的控制系統(tǒng)設計-西門子PLC【3張CAD高清圖紙、文檔所見所得】【YC系列】

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本科畢業(yè)設計說明書 摘 要 組合機床及其自動線在當今機械制造業(yè)中扮演著越來越重要的角色，其技術(shù)性能和綜合自動化水平在很大程度上決定著相關部門的發(fā)展。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的以繼電器控制為基礎的組合機床愈加與先進生產(chǎn)力不相適應，在這種情況下，可編程序控制技術(shù)以其靈活性好，可靠性高，通用性強，逐漸取代了繼電器控制方式，成為當代工業(yè)控制的主要發(fā)展方向。 本論文詳細敘述了組合機床的PLC控制系統(tǒng)的設計,分析了系統(tǒng)的主電路及控制電路圖，并根據(jù)系統(tǒng)運行要求，確定了機床及控制系統(tǒng)的元件型號，作出了PLC的外部接線圖。 文本利用西門子S7-200PLC分別從全線自動，單機半自動，單機手動三種工作方式對裝卸、打中心孔、鉆孔、倒角、擴孔以及鉸孔加工六工位組合機床的程序的設計。 關鍵詞： 組合機床 PLC 程序設計 ABSTRACT Combination machine tools and automatic line plays a more and more important role in today's machinery manufacturing industry, the technical performance and the comprehensive automation level decides the development of relevant departments in the very great degree. With the development of science and technology, the traditional based on relay control combined machine tool cannot adapt to the advanced productivity, in this case, the programmable control technology for its good flexibility, high reliability, strong universality, gradually replaced the relay control, has become the main direction of development of modern industrial control. This paper describes the design of the PLC modular machine tool control system, analyzes the main circuit and control circuit diagram, and according to the system operation requirements, the machine and the control system component model, make the external wiring diagram of PLC. The Siemens S7-200PLC respectively from the automatic, semi-automatic machine, design program of stand-alone manual three kinds of work for loading and unloading, the center hole drilling, drilling, chamfering, reaming and reaming six station combination machine. Keywords: combination of machine tool of PLC program design 目　錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 課題研究的意義 1 1.2 國內(nèi)組合機床控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2 1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展及趨勢 3 1.4 本文的設計任務 4 第2章 組合機床工作原理及方案論證 5 2.1 組合機床的工藝流程 5 2.2 控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析 6 2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 6 2.3 控制方案論證 6 2.4 西門子STEP 7簡介 9 2.5 本章小結(jié) 12 第3章 組合機床系統(tǒng)硬件設計 13 3.1 組合機床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 13 3.2 PLC和I/O擴展模塊的選型 13 3.4 I/O點及數(shù)據(jù)儲存地址分配 13 3.4 系統(tǒng)電氣原理圖的設計 15 3.5 本章小結(jié) 17 第4章 組合機床系統(tǒng)軟件設計 18 4.1 系統(tǒng)程序設計方法 18 4.2 PLC程序的設計 19 4.3 PLC程序的說明 24 第5章 總結(jié)與展望 28 5.1 總結(jié) 28 5.2 展望 28 參考文獻 29 致 謝 30 IV 第1章 緒論 1.1 課題研究的意義 機床是制造產(chǎn)品的機械，也稱作為工作的母體，是裝備制造業(yè)的核心設備。最初的機床是由蒸汽機集中提供的能源，此時可以進行車削、鉆削、銑削齒輪加工等工藝但是精度和效率都很低，交流電動機的問世，機床開始有電力拖動，通過齒輪變速，因此，大大地改善了機床的效率和精度，此時出現(xiàn)了組合機床，但機床都采用傳統(tǒng)的繼電器控制，繼電器控制方式雖有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜的優(yōu)點，但存在著觸頭易磨損，壽命短的缺點。特別是在更換產(chǎn)品時更加容易磨損。隨著人們對生產(chǎn)要求的進一步的提高，已繼電器控制的組合機床已不適應社會的需要。這時出現(xiàn)了以計算機技術(shù)和電子機械技術(shù)的不斷發(fā)展，從而緩解了這一現(xiàn)象，此時出現(xiàn)了以PLC控制的組合機床。它是充分利用計算機技術(shù)和電子技術(shù)與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從而提高了機床的性能。 目前一般企業(yè)都擁有一定數(shù)量的用繼電器控制的組合機床。繼電器控制方式雖然有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的優(yōu)點，但存在著接觸器觸點磨損快、壽命短、可靠性差等缺點。特別是在更換產(chǎn)品而改變動作循環(huán)時，需重新設計、安裝、調(diào)試，不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)要求。造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數(shù)控車床。因此，當務之急就是對這些普通車床進行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。 而采用PLC改造機床，可去掉了機床的中間繼電器、時間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡化。同時，由于PLC的高可靠性，輸入／輸出部分還具有信號指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。控制系統(tǒng)可靠性好、故障率低、工藝參數(shù)調(diào)整方便等特點。因為可編程控制器的抗干擾能力強，可靠性高，且配置靈活，已在工控領域廣泛應用。這不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，還可以構(gòu)成適合工業(yè)環(huán)境的實時網(wǎng)絡。 使用PLC控制機床電氣系統(tǒng)后為了充分發(fā)揮設備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對傳統(tǒng)老式組合機床進行技術(shù)改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅(qū)動技術(shù)、操控監(jiān)控設備等組成電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)編程輸入、人機交互、自動化加工的控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進行技術(shù)改造的有效途徑。 1.2 國內(nèi)組合機床控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 在我國，組合機床的科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A，應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等；隨著技術(shù)的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床及組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。 近年來，PLC在工業(yè)中異軍突起，特別是在組合機床的運用上，它是充分利用計算機技術(shù)和電子技術(shù)與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從而提高了機床的性能。以其獨特的控制優(yōu)勢，廣泛地應用在機械制造業(yè)中。特別是在組合機床的控制中，以其編程簡單、可靠性高、功能齊全、適應性強、輸出形式多樣等優(yōu)點，很快取代了傳統(tǒng)的繼電器控制中的主導地位。 21 世紀，PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。 1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展及趨勢 世界范圍內(nèi)PLC應用領域很廣，并逐年擴大，它的技術(shù)不斷升級，結(jié)構(gòu)也在改進和作相應的調(diào)整，通過這些變化，現(xiàn)在的控制產(chǎn)品功能越來越強，性價比也慢慢得到人們肯定。 （1）、產(chǎn)品規(guī)模呈現(xiàn)出朝著兩極發(fā)展的趨勢。一方面小型和超小型PLC得到了重要發(fā)展，追求速度更快、性價比更高的產(chǎn)品。另一方面，另一方面，朝著高速，大容量，大型PLC的方向邁進。隨著復雜系統(tǒng)的開發(fā)，控制微處理器和計算機技術(shù)改進，所要求的信息處理速度越來越快，同時也需要較大的存儲容量。 （2）、向通信網(wǎng)絡化發(fā)展 PLC該領域發(fā)展的一個趨勢——網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。多臺PLC之間、與上位計算機的聯(lián)網(wǎng)通信的應用變得很普遍。PLC生產(chǎn)商現(xiàn)在都在研究自家特有的通信模塊和通信軟件，目得是加強PLC的聯(lián)網(wǎng)的能力。當然相關廠家之間也在商定某些互通的通信標準，這對網(wǎng)絡系統(tǒng)的構(gòu)建變得更大成為了可能。 （3）、向模塊化、智能化發(fā)展 適應各種工業(yè)自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的種種需求，最近幾年，PLC生產(chǎn)企業(yè)先后開發(fā)了很多新的器件和模塊，例如智能I/O模塊、溫度控制模塊和用于檢測本體外部故障的專用模塊等，它們的開發(fā)和應用不但增強了基本功能，同時還增強了系統(tǒng)的可靠性。 （4）、編程所需工具和語言多樣化與標準化 生產(chǎn)商制造的硬件和編程工具更換頻繁，豐富多彩，同時改善功能，這使得它的基本部件，如I/O模塊、編程語言和編程工具、通信協(xié)議等的技術(shù)更為規(guī)范化和標準化。 1.4 本文的設計任務 （1）闡述組合機床的PLC控制系統(tǒng)設計目前研究的意義，同時簡單介紹可編程控制器的發(fā)展，確定其在組合機床控制系統(tǒng)中的可行性。 （2）多種動作控制的研究。熟悉它的工作過程和條件。最后確定其控制方案。 （3）PLC程序的設計，其中包含幾種模塊的選擇、I/0接口的確定、模塊的選取，功能程序的編寫與設計。 3 本科畢業(yè)設計說明書 第2章 組合機床工作原理及方案論證 2.1 組合機床的工藝流程 六工位組合機床可完成工件裝卸、打中心孔、鉆孔、倒角、擴孔以及鉸孔加工。 具體加工過程為: 回轉(zhuǎn)工作臺上升 →在工位Ⅰ拆卸和裝夾零件 →回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)到工位Ⅱ下降 →工位Ⅱ?qū)α慵M行打中心孔 →回轉(zhuǎn)工作臺上升回轉(zhuǎn)到工位Ⅲ下降 →工位Ⅲ鉆孔加工 →回轉(zhuǎn)工作臺上升回轉(zhuǎn)到工位Ⅳ下降 →工位Ⅳ倒角加工 →回轉(zhuǎn)工作臺上升回轉(zhuǎn)到工位Ⅴ下降 →工位Ⅴ擴孔加工 →回轉(zhuǎn)工作臺上升回轉(zhuǎn)到工位Ⅵ下降 →工位Ⅵ鉸孔加工,如此循環(huán)實現(xiàn)對不同零件、不同工位的同步加工。 控制系統(tǒng)共有連續(xù)全自動工作循環(huán)、單機半自動循環(huán)和手動循環(huán)三種工作方式。手動控制方式主要用于檢查和維修。半自動方式也可以用于維修和單個零件的修復加工。每按一次啟動按鈕,回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)一個工位。 控制對象為:油泵電動機、冷卻泵電動機和五個刀具電動機。五個工作滑臺采用帶終點停留一次工進加工方式。因為各控制對象所處位置比較集中,各個工位之間相隔60°,且相互之間的動作存在一定的順序關系,所以采用集中式控制系統(tǒng),用一臺PLC控制多臺設備。其加工工藝圖如下圖2-1所示： 圖2-1 加工工位布置示意圖 2.2 控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析 2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 該六工位組合機床主要控制包括回轉(zhuǎn)工作臺的自動回轉(zhuǎn)控制和各個工位上液壓滑臺、動力頭的控制。 由于工件在各個工位上刀具的快進、工進、快退的距離可能各不相同，進給速度也可能各不相同，所以每個動力頭需要采用不同的液壓控制系統(tǒng)，協(xié)同控制來完成?；剞D(zhuǎn)工作臺及5個液壓滑臺的液壓系統(tǒng)驅(qū)動完成。 2.3 控制方案論證 2.3.1 PLC與繼電器控制器的比較 如今，繼電器控制已逐步被PLC所代替，它已無法滿足與適應工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比，存在著質(zhì)的差別。PLC與繼電器控制器的比較見表2-1。 表2-1 PLC與繼電器控制器的比較 比較名稱 PLC 繼電器控制器 控制功能的實現(xiàn) 通過編程實現(xiàn)所需的控制要求 通過對繼電器進行硬接線完成相應的控制功能 對生產(chǎn)工藝變化的適應性 只需對程序修改，適應性強 需進行重新設計與接線，適應性差 可靠性 采用大規(guī)模集成電路，采用抗干擾措施，可靠性高 元器件多、觸點多，易出現(xiàn)故障 靈活性和柔韌性 有種類齊全的擴展單元，擴展靈活，靈活性好 差 控制的實時性 微處理器控制，實時性好 機械動作時間常熟大，實時性差 占有空間與安裝 體積小，重量輕，安裝工作量小 體積大，笨重。安裝工作量大 復雜控制能力 很強 極差 使用壽命 長 短 價格 較高 低 維護 簡單 復雜 從以上幾個方面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)異，特別是可靠性高。 2.3.2 PLC與計算機控制的比較 20世紀60年代，計算機技術(shù)開始應用與工控領域，但其在很多方面遠遠不如PLC的功能強大，兩者之間比較見表2-2。 表2-2 PLC與計算機控制的比較 比較名稱 PLC 計算機控制 編程語言 助記符語句表、梯形圖等 匯編語言、高級語言 工作方式 掃描方式 中斷方式 工作環(huán)境 可在較差的環(huán)境下工作 要求很高 對使用者的要求 語言易學 需進行專門的培訓才可掌握 系統(tǒng)軟件 功能專用，占用存儲空間小 功能強大，占用存儲空間很大 可靠性 工業(yè)級，有很多種特殊設計，包括監(jiān)視計時器功能 商業(yè)級要求 價格 較低 高 應用領域 工業(yè)控制 辦公、管理、科學計算等 2.3.3 PLC與集散控制裝置的比較 集散控制裝置是專門為工業(yè)過程控制設計的過程控制裝置，其與PLC比較見表2-3。 比較名稱 PLC 集散控制裝置 工作方式 掃描方式 按用戶的程序指令工作包含中斷方式 采樣速度 每個采樣點的采樣速度相同 根據(jù)被檢測對象的特征決定 存儲器容量 大多采用邏輯運算，所需的存儲器容量小 大多采用大量的數(shù)學運算，所需的存儲器容量較大 應用場合 開關量的邏輯控制 連續(xù)量的模擬控制 運算速度 開關量的速度較高 模擬量的速度較低 設計方法 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境并按照安裝在控制室而設計 根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境要求設計 表2-3 PLC與集散控制系統(tǒng)的比較 PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用工業(yè)自動控制裝置。它是一種具有很強的抗干擾能力、高可靠性、高性價比且編程簡單的控制設備。因此，我們在設計組合機床的時候選用PLC作為控制元件。 由于市面上的PLC種類繁多，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)S7-200的PLC是一款經(jīng)濟型的設備，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于擴展，不僅價格低廉，而且功能強大，可靠性高，運行速度快，具有很高的性價比。 2.4 西門子STEP 7簡介 2.4.1 STEP 7基本功能 STEP 7-Micro/Win（簡稱STEP 7）是作為S7-200系列PLC的專用編程軟件，功能強大，且可以實現(xiàn)全中文程序編輯操作。 STEP 7是在Window平臺上編輯用戶應用程序，它主要完成下列任務。 （1）在離線方式下（計算機不直接與PLC聯(lián)系）可以實現(xiàn)對程序的創(chuàng)建、編輯、編譯和系統(tǒng)組態(tài)。由于沒有聯(lián)機，所有的程序都存儲在計算機的存儲器中。 （2）用在線（聯(lián)機）方式下通過聯(lián)機通信的方式上傳和下載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)，編輯和修改用戶程序?？梢灾苯訉LC進行各種操作。 （3）在編輯程序過程中進行語法檢查。為避免用戶在編輯過程中出現(xiàn)的一些語法錯誤以及數(shù)據(jù)類型錯誤，軟件會進行語法檢查。使用梯形圖編輯時，在出現(xiàn)錯誤的地方會自動加紅色波浪線。使用語句表編程時，在出現(xiàn)錯誤的語句行錢自動畫上紅色叉，且在錯誤處加上紅色波浪線。 （4） 提供對用戶程序進行文檔管理、加密處理等工具功能。 （5）設置PLC的工作方式和運行參數(shù)，進行監(jiān)控和強制操作等。 2.4.2 軟件界面及其功能介紹 1. 軟件界面 啟動STEP 7編程軟件中文界面如圖2-2所示 圖2-2 STEP 7中文界面 2. 界面功能 STEP 7編程軟件的中文界面一般分為菜單條、工具條、瀏覽條、輸出窗口、狀態(tài)欄、編輯窗口、局部變量表和指令樹等幾個區(qū)域，這里分別對這幾塊區(qū)域進行介紹。 （1）菜單條 文件：如新建、打開、關閉、保存文件、上傳或下載用戶程序，打印預覽，頁面設置等操作。 編輯：程序編輯工具?？蛇M行復制、剪切、粘貼程序塊和數(shù)據(jù)塊以及查找、替換、插入、刪除等操作。 PLC：用于選擇PLC的類型，改變PLC的工作方式，查看PLC的信息，進行PLC通信設置等功能。 窗口：可以打開一個或者多個窗口，并進行窗口之間的切換，設置窗口的排放方式等。 （2）工具條 工具條的功能是提供簡單的鼠標操作，將最常用的操作以按鈕的形式安放在工具條中。 （3）瀏覽條 通過選擇【查看】/【瀏覽條】命令打開瀏覽條。瀏覽條的功能是在編輯過程中進行窗口的快速切換。各種窗口的快速切換是由瀏覽器中的按鈕控制的，單擊任何一個按鈕，即可將主窗口切換到該按鈕對應的編程窗口。 （4）輸出窗口 該窗口用來顯示程序編譯的結(jié)果信息，如個程序塊（主程序、中斷程序或子程序）的大小、編譯結(jié)果有無錯誤、錯誤編碼和位置等。 （5）狀態(tài)欄 狀態(tài)欄也稱任務欄，與一般的任務欄功能相同。 （6）編輯窗口 編輯窗口分為3部分：編輯器、網(wǎng)絡注釋和程序注釋。編輯器主要用于梯形圖、語句表或功能圖編寫用戶程序，或在聯(lián)機的狀態(tài)下從PLC下載用戶程序進行讀程序或修改程序。網(wǎng)絡注釋是對本網(wǎng)絡的用戶程序進行說明。程序注釋用于對整個程序說明解釋，多用于說明程序的控制要求。 （7）局部變量表 每個程序塊都對應一個局部變量表。在帶參數(shù)的子程序調(diào)用中，局部變量表用來進行參數(shù)傳遞。 （8）指令樹 可通過選擇【查看】/【指令樹】命令打開，用于提示編程時所用到的全部PLC指令和快捷操作命令。 2.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了組合機床系統(tǒng)所要達到的功能控制效果、原理、控制核心的選取和三種方案的論證與對比。? 第3章 組合機床系統(tǒng)硬件設計 3.1 組合機床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 本次設計中的組合機床控制系統(tǒng)硬件是主要由S7-200 PLC、數(shù)字量輸入輸出模塊、繼電器、接觸器、電機，指示燈，傳感器等組成。 3.2 PLC和I/O擴展模塊的選型 選擇合適的PLC是本次設計能達到所需控制目的的關鍵。選用的原則從下面幾個因素考慮：機型類別、容量大小、輸入/輸出模塊數(shù)量。 本組合機床輸入分配：38個點，輸出分配：29個點。本次設計所選用的是由西門子公司制造的小型整體式PLC，具體型號為S7-200 CPU226，此型號輸入點24點，輸16點，不能滿足了本次設計的控制需求。因此需要添加擴展模塊。本次設計選用EM223數(shù)字量I/0模塊，其輸入點為16點，輸出點為16點，正好能夠滿足本次設計的要求。 3.4 I/O點及數(shù)據(jù)儲存地址分配 對于開關量來說，I/O分配實際是把PLC的I/O分配給實際的元件給實際的元件賦予一定的PLC地址，其輸入輸出點與與控制對象的輸入輸出信號之間一一對應I/O點分配見表3-1。 表3-1 I/O點分配表 電氣元件 邏輯元件 作用 電氣元件 邏輯元件 作用 SB1 I0.0 起動按鈕 KM1 Q0.0 打中心孔動力頭控制 SB2 I0.1 復位按鈕 KM2 Q0.1 鉆孔動力頭控制 SB3 I0.2 液壓泵起動按鈕 KM3 Q0.2 倒角動力頭控制 SB4 I0.3 液壓泵、冷卻泵停止按鈕 KM4 Q0.3 擴孔動力頭控制 SB5 I0.4 動力頭電機停止按鈕 KM5 Q0.4 鉸孔動力頭控制 SB6 I0.5 動力頭電機起動按鈕 KM6 Q0.5 液壓泵控制接觸器 SB7 I0.6 回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動控制按鈕 KM7 Q0.6 冷卻泵控制接觸器 SB8 I0.7 冷卻泵起動按鈕 YA1 Q0.7 打中心孔前進電磁鐵 SA3 I1.0 全自動工作循環(huán)、 單機半自動循環(huán)模式切換開關 YA2 Q1.0 打中心孔工進電磁鐵 SB9 I1.1 液壓滑臺手動控制 YA3 Q1.1 打中心孔后退電磁鐵 SA1 I1.2 液壓滑臺自動手動轉(zhuǎn)換開關 Q1.2 SA2 I1.3 液壓滑臺總控開關 YA5 Q1.3 回轉(zhuǎn)臺微抬 SA4 I1.4 打中心孔單循環(huán)開關 YA6 Q1.4 回轉(zhuǎn)臺夾緊 SQ1 I1.5 打中心孔滑臺原位 YA7 Q1.5 回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn) SQ2 I1.6 打中心孔滑臺快進到位 YA8 Q1.6 回轉(zhuǎn)臺返回 SQ3 I1.7 打中心孔滑臺工進到位 YA9 Q1.7 低速回轉(zhuǎn) SQ5 I2.0 微抬到位 YA10 Q2.0 離合器脫開 SQ6 I2.1 回轉(zhuǎn)到位 YA11 Q2.1 鉆孔前進電磁鐵 SQ7 I2.2 回轉(zhuǎn)臺反靠到位 YA12 Q2.2 鉆孔工進電磁鐵 SQ8 I2.3 離合器脫開 YA13 Q2.3 鉆孔后退電磁鐵 I2.4 回轉(zhuǎn)缸原位行程開關 YA14 Q2.4 倒角前進電磁鐵 SA5 I2.5 鉆孔單循環(huán)開關 YA15 Q2.5 倒角工進電磁鐵 SQ10 I2.6 鉆孔滑臺原位 YA16 Q2.6 倒角后退電磁鐵 SQ11 I2.7 鉆孔滑臺快進到位 YA17 Q2.7 擴孔前進電磁鐵 SQ12 I3.0 鉆孔打中心孔滑臺工進到位 YA18 Q3.0 擴孔工進電磁鐵 SA6 I3.1 倒角單循環(huán)開關 YA19 Q3.1 擴孔后退電磁鐵 SQ13 I3.2 倒角滑臺原位 YA20 Q3.2 鉸孔前進電磁鐵 SQ14 I3.3 倒角滑臺快進到位 YA21 Q3.3 鉸孔工進電磁鐵 SQ15 I3.4 倒角打中心孔滑臺工進到位 YA22 Q3.4 鉸孔后退電磁鐵 SA7 I3.5 擴孔單循環(huán)開關 SQ16 I3.6 擴孔滑臺原位 SQ17 I3.7 擴孔滑臺快進到位 SQ18 I4.0 擴孔打中心孔滑臺工進到位 SA8 I4.1 鉸孔單循環(huán)開關 SQ19 I4.2 鉸孔滑臺原位 SQ20 I4.3 鉸孔滑臺快進到位 SQ21 I4.4 鉸孔打中心孔滑臺工進到位 KP I4.5 回轉(zhuǎn)臺壓力繼電器 3.4 系統(tǒng)電氣原理圖的設計 三相線制是本系統(tǒng)所采用的供電方式。它的電源等級為AC380V±5％，50Hz，系統(tǒng)PLC輸入接線圖、輸出接線圖和主電路圖如圖3-2到3-4所示。 圖3-2 PLC接線圖 圖3-3 輸出接線圖 如圖3-2，3-3所示，PLC的供電為220V交流電，輸入端開關量信號一端接PLC的M端和開關電源+24V端，一段接輸入端口，輸出段L接開關電源+24V端，輔助繼電器一端接開關電源0V端，一端接PLC輸出端。 圖3-4 變頻接線圖 變頻電路采用三相供電，通過QS斷路器控制電機是否通電，利用接觸器控制電機的啟動和停止，利用熱繼電器FR保護電機。。 3.5 本章小結(jié) 本章主要介紹組合機床系統(tǒng)硬件的選型和I/O點分配，同時設計出本次控制系統(tǒng)的電氣原理圖。 第4章 組合機床系統(tǒng)軟件設計 4.1 系統(tǒng)程序設計方法 工程設計中，可編程控制器的應用設計的一般方法，有三種方法，也是最常用的方法。這些方法的應用，設計者可以隨不同層次的技術(shù)差異和習慣。這里是一些常見的設計方法，為設計以下幾個應用一個清晰的認識，也使讀者更加了解設計方法及可編程控制器技術(shù)。 4.1.1 經(jīng)驗設計 經(jīng)驗設計又稱為嘗試法。在一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設計，基于被控對象，根據(jù)經(jīng)驗法則的控制系統(tǒng)選擇的具體要求。這種方法設計一些簡單的控制系統(tǒng)是更有效的湊，可以得到快速，簡單的影響。但它沒有遵循的一般規(guī)則，一些試探性和隨機性，最終的結(jié)果是不是唯一的設計時間，多少的設計質(zhì)量和設計的經(jīng)驗。 經(jīng)驗設計法的具體步驟如下： （1）確定輸入/輸出電器； （2）確定輸入和輸出點的個數(shù)、選擇PLC機型、進行I/O分配； （3）做出系統(tǒng)動作工程流程圖； （4）選擇PLC指令并編寫程序； （5）編寫其它控制控制要求的程序； （6）適當?shù)匕衙總€環(huán)節(jié)編寫的程序聯(lián)系在一起，就可以獲得一個符合控制要求的程序。 4.1.2邏輯設計法 工業(yè)電氣控制電路，許多繼電器等電氣元件來實現(xiàn)。繼電器，交流接觸器觸點只有兩個狀態(tài)，即：開放式和封閉式的，因此邏輯代數(shù)設計電氣控制線路的“0”和“1”是兩個值是完全可能的。該方法是一種在數(shù)字電子設計方法的邏輯依據(jù)設計PLC程序的方法，它使用描述邏輯表達式的問題。獲取邏輯表達式后，根據(jù)繪制出梯形邏輯表達式。因此，邏輯設計方法也可以應用于PLC應用程序的設計。 4.1.3 順序控制法 這些系統(tǒng)來控制順序動作，理想的使用順序編程控制設計方法。順序控制的行為規(guī)律性強，雖然程序是相當長的，但是程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強。當采用順序控制設計方法，功能圖是非常重要的工具。順序功能圖清楚地轉(zhuǎn)換和功能的基本步驟示范工作條件的轉(zhuǎn)換，及步驟間的步驟。功能圖由流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動作組成，它的使用規(guī)則具體如下： （1）步與步之間必須用轉(zhuǎn)移隔開； （2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間必須用步隔開； （3）采用有向線段將轉(zhuǎn)移與步之間連接，從上至下或從左至右是正常順序功能圖的繪圖方向。按照正常順序畫圖時，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。 （4）一個順序功能圖中至少有一個初始步。 可編程控制器的設計語言也有很多形式，從繼電器對其發(fā)展的基礎，所以他們中的大多數(shù)是基于開關控制。許多表現(xiàn)形式也在使用電氣符號，或直接使用。因此PLC有不同的形式。梯形圖語言是設計中最常用的，以及作為一個流程圖，語句表，它提供了一種閱讀電氣方面的工程人員閱讀程序的不同形式的方法，同時也為電子工程人員參考使用。 本控制系統(tǒng)采用邏輯控制法實現(xiàn)其功能。 4.2 PLC程序的設計 本控制系統(tǒng)采用邏輯控制法編寫的主程序如下圖4-1所示，子程序如圖4-2和4-3所示： 圖4-1 主程序 圖4-2 SBR-0子程序 圖4-3 SBR-1子程序 4.3 PLC程序的說明 本控制系統(tǒng)采用邏輯控制法編寫的主程序如下圖4-1所示，子程序如圖4-2和4-3所示： 4.3.1主電動機起停控制 液壓泵的起?？刂疲喊聪掳粹oSB3→輸入繼電器I0.2為ON→輸出繼電器Q0.5線圈邏輯回路接通→接觸器KM6線圈得電并自鎖→液壓泵電動機M6主電路接通工作為液壓系統(tǒng)提供液壓油→按下按鈕SB4→輸入繼電器I0.3為ON→I0.3的常閉觸點斷開→Q0.5線圈邏輯回路斷開→接觸器KM6線圈斷電→液壓泵電動機停止轉(zhuǎn)動。 動力頭電動機的起?？刂?按鈕SA3未按下→輸入繼電器I4.4為OFF→動力頭為全自動循環(huán)控制模式→按下按鈕SB6→輸入繼電器I0.5為ON→輸出繼電器Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4線圈邏輯回路接通→接觸器KM1、KM、KM3、KM4、KM5線圈得電并自鎖→5個動力頭電動機M1、M2、M3、M4、M5轉(zhuǎn)動。 按下按鈕SA3→輸入繼電器I4.4為ON→動力頭為單機半自動循環(huán)控制模式→按下按鈕SB6→輸入繼電器I0.5為ON→分別按下按鈕SA4/SA5/SA6/SA7/SA8→輸入繼電器I1.2/I2.3/I2.7/I3.3/I3.7分別為ON→輸出繼電器Q0.0/Q0.1/Q0.2/Q0.3/Q0.4線圈邏輯回路分別接通→接觸器KM1/KM/KM3/KM4/KM5線圈分別得電并自鎖→動力頭電動機M1/M2/M3/M4/M5轉(zhuǎn)動。 按下按鈕SB4或SB5→輸入繼電器I0.3、I0.4為ON→I0.3、I0.4的常閉觸點斷開→輸出繼電器Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4線圈斷開→接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5線圈斷電→動力頭停止轉(zhuǎn)動。 冷卻泵電動機的控制：系統(tǒng)啟動冷卻泵電動機就啟動。 4.3.2液壓滑臺的控制 為了能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺和液壓滑臺的分開調(diào)整和循環(huán)過程的自動銜接控制，設置有一個子程序SBR-0，當轉(zhuǎn)換開關SA2斷開，輸入繼電器I1.1為ON，接通子程序SBR-0，液壓滑臺才能工作。當轉(zhuǎn)換開關SA2斷開，輸入繼電器I1.1為OFF，則液壓滑臺相關的電磁換向閥的電磁鐵所對應的輸出繼電器線圈邏輯回路無法導通，滑臺不能工作。這時，可以單獨控制回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動。 按鈕SA3未按下，輸入繼電器I4.4為OFF,按下按鈕SA1→輸入繼電器I1.0為ON→液壓滑臺為全自動循環(huán)工作模式→按下SA2→輸入繼電器I1.1為ON→由于各個滑臺均位于循環(huán)的起點→輸入繼電器I1.3、I2.4、I3.0、I3.4、I4.0為ON→輸出繼電器Q0.7、Q2.1、Q2.4、Q2.7、Q3.2的邏輯回路導通→驅(qū)動電磁鐵YA1、YA11、YA14、YA17、YA20負載回路接通→五個液壓滑臺的液壓缸做快進運動。當液壓滑臺運動到觸動滑臺快進到位的行程開關，輸入繼電器I1.4、I2.5、I3.1、I3.5、I4.1接通，則滑臺轉(zhuǎn)換到工進階段。若按下SA1，則手動控制液壓滑臺前進。不考慮液壓滑臺的初始位置。 按鈕SA3被按下，輸入繼電器I4.4為ON,按下按鈕SA1→輸入繼電器I1.0為ON→液壓滑臺為單機半自動循環(huán)工作模式→按下SA2→輸入繼電器I1.1為ON→滑臺位于循環(huán)的起點→輸入繼電器I1.3、I2.4、I3.0、I3.4、I4.0其中某個或若干個為ON→分別按下按鈕SA4/SA5/SA6/SA7/SA8→輸入繼電器I1.2/I2.3/I2.7/I3.3/I3.7分別為ON→輸出繼電器Q0.7/Q2.1/Q2.4/Q2.7/Q3.2的邏輯回路導通→驅(qū)動電磁鐵YA1/YA11/YA14/YA17/YA20負載回路接通→對應液壓滑臺的液壓缸做快進運動。當液壓滑臺運動到觸動滑臺快進到位的行程開關，輸入繼電器I1.4/I2.5/I3.1/I3.5/I4.1接通，則對應滑臺轉(zhuǎn)換到工進階段。若按下SA1，則手動控制液壓滑臺前進。不考慮液壓滑臺的初始位置。 液壓滑臺快進到位觸動對應行程開關SQ2、SQ11、SQ14、SQ17、SQ20→輸入繼電器I1.4、I2.5、I3.1、I3.5、I4.1為ON→電磁鐵Q1.0、Q2.2、Q2.5、Q3.0、Q3.3接通→液壓滑臺做工進運動。 當液壓滑臺工進到達終點，分別壓下行程開SQ3、SQ12、SQ15、SQ18、SQ21→輸入繼電器I1.4、I2.5、I3.1、I3.5、I4.1分別為ON→輸出繼電器Q1.1、Q2.3、Q2.6、Q3.1、Q3.4得電→接通快退液壓回路→滑臺后退→當液壓滑臺退回起點位置，行程開關SQ1、SQ10、SQ13、SQ16、SQ19被壓下→輸入繼電器I1.3、I2.4、I3.0、I3.4、I4.0為ON→其常閉觸點為OFF→輸出繼電器Q1.1、Q2.3、Q2.6、Q3.1、Q3.4斷電→快退結(jié)束。 當I4.4為ON，且I1.0為ON，可以通過I0.0 45手動控制液壓滑臺的動作。 4.3.3回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)控制 當動力頭循環(huán)結(jié)束都停留在起點位置，行程開關SQ1、SQ10、SQ13、SQ16、SQ19都被壓下，輸入繼電器I1.4、I2.5、I3.1、I3.5、I4.1為ON，為回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)做好了準備。按下按鈕SB7→輸入繼電器I0.6為ON→輸出繼電器Q1.3線圈邏輯回路得電（若按鈕SA3未按下，輸入繼電器I4.4為ON，則不需要按下SB7，輸入繼電器Q1.3線圈邏輯回路得電）→電磁鐵YA5線圈電路接通→液壓系統(tǒng)驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺抬起→壓下行程開關SQ5→輸入繼電器I1.6為ON→輸出繼電器Q1.5線圈得電→電磁鐵YA7得電→液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓缸3G移動→工作臺回轉(zhuǎn)→回轉(zhuǎn)以后的控制受到主控元件I2.2的常閉出點控制，如果SQ9斷開，則I2.2的常閉觸動為ON，后面的程序可以執(zhí)行，反之，則不能執(zhí)行。其作用是當行程開關SQ9被壓下，表示回轉(zhuǎn)結(jié)束。 在正?；剞D(zhuǎn)后，SQ9還沒有被壓下，回轉(zhuǎn)到下一個分度位置前后，壓下行程開關SQ6→輸入繼電器I1.7為ON→輔助繼電器M0.0得電并自鎖→輸出繼電器Q1.7線圈得電→電磁鐵YA9得電→液壓系統(tǒng)驅(qū)動3G減速移動→回轉(zhuǎn)工作臺低速轉(zhuǎn)動→繼續(xù)回轉(zhuǎn)→行程開關SQ6松開→輸入繼電器I1.7斷電為OFF→I1.7觸點取反后為ON，驅(qū)動輔助繼電器M1.0回路導通→輸出繼電器Q1.6回路導通→電磁鐵YA8得電→液壓缸3G左移返回→帶動回轉(zhuǎn)工作臺反靠→反靠到位，壓下行程開關SQ7→輸入繼電器I2.0得電為ON→輔助繼電器M0.2線圈得電→M0.2的常開觸點使輸出繼電器Q1.4線圈電路導通得電→負載電磁鐵YA6得電→液壓缸1G動作，鎖緊工作臺→鎖緊壓力逐步增加，超過一定值→壓力繼電器KP常開觸點閉合→輸入繼電器I3.7為ON→輔助繼電器M0.1線圈得電→M0.1的常開觸點驅(qū)動輸出繼電器Q2.0線圈回路閉合→電磁鐵YA10得電→液壓系統(tǒng)使液壓缸4G動作→帶動離合器脫離。 為了下一次能夠繼續(xù)自動回轉(zhuǎn)，液壓缸3G必須回到左端，所以離合器脫開以后，壓下行程開關SQ8→輸出繼電器I2.1為ON→I2.1的常閉觸點使得Q1.7斷開，電磁鐵YA9斷電→I2.1的常開觸點使Q1.6邏輯回路接通→液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓缸3G左移→當壓下行程開關SQ9后→輸入繼電器I2.2得電→I2.2的常閉觸動為OFF，主控條件不在滿足，所以邏輯元件已經(jīng)電磁鐵YA6、YA8、YA9、YA10都斷電。一次自動轉(zhuǎn)位控制結(jié)束。 第5章 總結(jié)與展望 5.1 總結(jié) 本文主要是針對“組合機床控制系統(tǒng)的設計”的研究。 本文所做的主要工作： （1）通過查閱設計資料，了解多工位組合機床的控制原理及控制流程。 （2）PLC的選型及硬件系統(tǒng)的設計。 （3）學習PLC過程控制知識方法實現(xiàn)多工位組合機床的控制系統(tǒng)。 （4）電氣原理圖的繪制。 由于本人所學相關知識較少，實踐能力不足，客觀上時間和實驗條件上的制約，使得本次多工位組合機床系統(tǒng)的部分功能設計存在著某些缺陷，我會在今后的學習和工作中不斷加強理論與實踐。 5.2 展望 PLC有著許多優(yōu)點，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在實際工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的運用。不可否認，開發(fā)方法還存在不足，系統(tǒng)化、集成化有待加強。相應技術(shù)進一步的穩(wěn)步提升。 開發(fā)工具功能的進一步更新補充，控制系統(tǒng)前景也越來越明晰，對整個社會的經(jīng)濟和工業(yè)現(xiàn)代化程度提升都有著積極的意義。 通訊技術(shù)網(wǎng)絡化和軟硬件的高速發(fā)展，這對自動化領域技術(shù)產(chǎn)生深遠影響和進步。PLC是自動化控制的最基礎設備，其技術(shù)的不斷成熟，它的優(yōu)勢越來明顯。 參考文獻 [1] 汪曉平等. 可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實例導航. 北京：人民郵電出版社，2004 [2] 鐘肇新.可編程控制器原理及應用.廣州：華南理工大學出版社，2003 [3] 郭宗仁，吳亦峰，郭永.可編程控制器應用系統(tǒng)設計及通信網(wǎng)絡技術(shù).北京：人民郵電出版社，2000 [4] 付家才.工業(yè)控制工程實踐技術(shù). 北京：化學工業(yè)出版社，2003 [5] 張桂香.電氣控制與PLC應用.北京：化學工業(yè)出版社，2003 [6] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計.北京：清華大學出版社，2004 [7] 范永勝，王岷·電氣控制與PLC應用·2版·北京市：中國電力出版社，2007 [8] 白林峰，李國厚·單片機原理與應用設計·1版·北京市：化學工業(yè)出版社，2009.2 [9] 秦春斌，張繼偉·PLC基礎及應用教程：三菱FX-2N系列·1版·北京市：機械工業(yè)出版社，2010.10 [10] 劉艷梅，張震等·西門子PLC基礎與系統(tǒng)設計·1版·北京市：機械工業(yè)出版社，2009.7 [11] 王益全·電動機原理與實用技術(shù)·北京市：科學出版社，2005 [12] 王文義·可編程控制器·北京市：科學出版社，2009 [13] 鄧海龍·傳感器與檢測技術(shù)·北京市：中國紡織出版社，2008.10 [14] 韓雪濤，韓廣興，吳瑛·PLC技術(shù)速成全國解·北京：化學工業(yè)出版社，2011.12 [15] 趙嵬,湯嘉立,郎文林.西門子S7-200/300系列入門[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011. 致 謝 本設計能順利完成與指導老師的關心與幫助是離不開的。XXX老師的著過硬的專業(yè)知識、嚴謹?shù)膶W術(shù)精神以及豐富的實踐經(jīng)驗深刻的影響了我，激發(fā)了我，讓我一輩子受用。他讓我學會了以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度去把理論知識運用到實踐中，探索和論證理論的真實性。讓我在今后的人生受益匪淺，在此我對XXX老師表示深深的感謝！ 感謝XXXX學院的老師以及朝夕相處的同學們，正因為得到你們的幫助，我才能更好好的生活、學習以及順利的完成畢業(yè)設計，再次表示深深的感謝。 其次，感謝在此次畢業(yè)設計中給我提出寶貴改進意見的老師們，是你們的意見讓我的方案更加成熟合理。 再次，感謝在這次畢業(yè)設計中給我?guī)椭耐瑢W，是你們的默默支持讓我能順利完成畢業(yè)設計。謝謝你們的支持和鼓勵。 29