毕业设计（论文）-多工步组合机床的PLC控制系统设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文） 多工步组合机床的plc控制系统设计摘 要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。在机床行业中，多工步动作多机床由于其工步及，控制较为复杂。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、费时费力。采用plc控制，可是接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了功效。制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力蛀牙取决于执照设备机床的先进程度。多工步机床用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床，某锭脚加工工艺比较复杂，零件加工前为实心毛坯件，整个机械加工由7个刀具分分别按照7个工步要求依次进行切削。7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、绞锥孔的工步要求。关键词：制造业，多工步机床，plc控制，梯形图design of combination machine tools control system of plc abstractthe control of industrial automation control in industrial production occupies an important position. the machine tool industry , multi-stage machine and work because of its action,control is more complicated. using traditional relay control, need complex, the relay, fault than wiring, maintenance difficulties, feigong time-consuming. plc control, but not only greatly simplified wiring, installation is very convenient, and ensure the reliability, reduce the maintenance and increase the efficiency.manufacturing is one country or region development of the important pillars, its development level mark the country or regions economic strength and technology level, the living standards and national defence capabilities. while manufacturing production capacity depends on the advanced manufacturing equipment, machine tool. many workers step for processing cotton spinning ingots machine a processing machine a feet, a spindle feet processing technology is more complex, parts processing for solid blank piece before, the whole mechanical processing by seven tool points respectively according to seven workers were cutting step requirements. seven work step is as follows: the drilling, car plane, drill deep holes, outside, round and drilling, coarse twisted double festival hole and chamfering and fine twisted double festival, twisted tapered bore holes work step requirements. key words: manufacturing,multi-stage machine, plc control,iadder-iagram 7目录 前 言1第1章 多工步组合机床与plc21.1 课题研究的背景21.1.1 我国工业电气控制技术的发展状况21.2可编程控制器的简介31.2.1可编程控制的定义31.2.2 plc的特点41.3 课题的提出51.4 课题研究的意义，价值和技术可行性51.4.1 plc控制与继电器控制的比较51.4.2 plc控制与单片机控制的比较71.5 小结7第2章 硬件设计82.1 plc选型设计82.2 plc的i/o编址92.2.1 plc的i/o具体分配表92.3 plc的i/o电路设计102.4 元件明细表112.5 小结14第3章 软件设计163.1软件开发平台和编程语言的选择163.1.1软件开发平台163.1.2编程语言的选择163.2多工步机床电气控制系统的流程图设计183.3 多工步机床电气控制系统梯形图设计193.4 小结24第4章 组态设计264.1 人机界面（hmi）设计274.2 定义设备和连接变量294.3 数据变量定义294.4 动画连接与命令语言304.5 组态图33结论35谢 辞36参考文献37外文资料翻译38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。第1章 多工步组合机床与plc1.1 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”。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，重量小于150g, 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 课题的提出在机床行业中，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。plc是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活，方便的优点而设计制造和发展的，这就使得plc具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，搞干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单，易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便，维护工作量小。1.4 课题研究的意义，价值和技术可行性原来用于加工棉纺锭脚的机床用于大量的继电器控制，可靠性低容易产生误动作，故障不易检查，维修频繁，噪声大且耗能，越来越满足不了生产需要。同时可编程控制器作为一种新型的工业自动化装置已在工业控制名个领域广泛应用，具有体积小，功耗低，寿命长，可靠性高，灵活通用，易于编程，纪念版及使用方便等特点。多工步机床是一种进行物定加工的高效率，自动化专用设备。它通常采用继电器逻辑控制方式，存在着控制柜体积大，改变控制方式困难，柔性差，设备的电控系统故障率高，检修周期长等缺点。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。1.4.1 plc控制与继电器控制的比较1. 功能强，性价比高一台小型plc内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性价比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。2. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装备供用户选用。3. 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器，时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，plc用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。4. 系统的设计，安装，调试工作量少plc用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计算机等器件，使控制柜的设计，安装，接线工作量大大减少。plc的梯形图程序一般采用顺序设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。5. 编程方法简单梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电器符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂。熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。6. 维修工作量少，维修方便plc的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据plc上的发光二极管或编程器提供的故障，迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。7. 体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用plc后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型plc的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。plc的配线比继电器控制系统的配线要小得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得轻松，做得舒服。1.4.2 plc控制与单片机控制的比较plc是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电器，两者不具有可比性。单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型，小型到中型，大型都可，plc是单片机应用系统的一个特例。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低，效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定，可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入plc的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。1.5 小结棉纺行业的现代化，要求机械产业不断的提供各种先进的设备为制造和维修这些设备，就必须具备制造各种金属零件的设备。机械零件的形状精度，尺寸精度和表面粗糙要求高的零件，主要靠机床切削加工来达到，特别是形状复杂和精度要求高的零件，往往需要几道切削加工工步才能完成。开发研制的此项多工步机床的电气控制系统的方案采用千里技术，工作可靠性高，简单易懂，容易掌握，维护方便，性能优良，反应灵活，自动化程度高，适合我国现在的国情，对我国经济的发展，以及机床利用自动控制系统的进步有着重要的现实意义和实用价值。洛阳理工学院毕业设计（论文） 第2章 硬件设计2.1 plc选型设计plc技术是工业自动化的重要手段，它可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算数运算、数据运算、数据通信等功能，并且具有处分支、中断、自诊断能力。plc技术的逻辑控制功能通过软件编程来实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。plc的输入输出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施。程序运行为周期性顺序扫描和集中批处理的工作方式，具有故障检测及诊断程序，可靠性极高。plc控制系统为模块结构，维护更换方便，并可显示故障类型。因此本文决定采用plc进行，并且保持原有的操作方式、按钮、开关的作用不变，以方便用户，缩短适应期。根据plc的技术特点又可增加一些新的功能。s7-200系列西门子plc家族中的成员之一，在西门子工控领域中占有重要的地位。s7-200系列plc体积小，价格低廉，软硬件功能强大，系统配置方便，它一推向市场就在各行各业得到了广泛的应用。而s7-200系列的产品可以满足设计要求，因此设计以西门子公司的s7-200系列入手。s7-200主机单元发展至今，经历了两代产品。第一代产品为cpu21x型，包括cpu212、cpu214、cpu215和cpu216，其中每种主机单元可以进行扩展。第二代产品为cpu22x型，包括cpu221、cpu222、cpu224、cpu224x、cpu226和cpu226xm，他们已经得到广泛的应用。1. cpu221型主机单元 具有6输入/4输出共计10数字i/o点，无i/o扩展能力。2. cpu222型主机单元 具有8输入/6输出共计14个数字i/o点，可以连接2个i/o扩展单元，最大扩展至78个数字量i/o点或10路模拟量i/o。3. cpu224型主机单元 具有14输入/10输出共计24个数字量i/o点，可以连接7个扩展单元，最大扩展至168个数字量i/o点或35路模拟量i/o。4. cpu224xp型主机单元 具有与cpu224相比增加了2路输入/1路输出功3路模拟量i/o。 5. cpu226型主机单元 具有24个输入/16个输出共计40个熟悉i/o点，可以连接的i/o扩展单元，最大扩展至248个数字量i/o点或35路模拟量i/o。cpu226系列具有多种功能模块和人机界面可供选择，具有功能齐全的编程软胶囊，控制系统硬件电路需要6输入/5输出共计10个数字量i/o点，所以选择cpu226作为主机单元，它具有24点开关量输入16点开关量输出。因此采用1个基板即可。plc的具体硬件配置如表2-1所示。表2-1 plc的具体配置序号名称类型数量1主机单元模板cpu22612基板din12.2 plc的i/o编址2.2.1 plc的i/o具体分配表plc的输入/输出具体分配如表2-2所示。表2-2 plc的输入/输出编址2.3 plc的i/o电路设计plc的主电路图如图2-1所示。 主电动机 慢速电动机 快速电动机图2-1主电路plc电路主机单元i/o接线图如图2-2所示。 图2-2 plc电路主机单元i/o接线图2.4 元件明细表由于工步机床电气控制系统i/o点及元件的数量和类型可知，该系统有一个电磁阀，四个接触式接触器km1、km2、km3和km4，两个按钮开关sb1、sb2，四个限位开关sq1、sq2、sq3和sq4，两个熔断器fu1和fu2，还有三台三相异步交流电动机m1、m2和m3。统计得出需要接触器四个，按钮开关两个，限位开关四个，电磁阀一个，熔断器两个，三相异步交流电动机三台。按照通常是用来短时接通或断开小电流的控制电路的开关。目前按钮在结构上是多种形式的：旋钮式用手安东旋转进行操作；指示灯式按钮内可装入信号显示信号；紧急式装有蘑菇形按帽，以表示紧急操作。机床常用的按钮开关有la10、la18、la19、la20和la25等系列产品，其中la18系列采用积木式结构。按钮开关选择额定电压是dc4，额定电流5a，电气寿命为通断次数大于20万次。主要根据使用场合所需要的触电数、触电式及颜色选用。限位开关，用于控制机械设备的行程及保护。在实际生产中，将限位开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动不见的模块撞击限位开关时，限位开关的触点动作，实现电路的切换。因此，限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。限位开关有lx19、lxw5、lxk3、lx32和lx33等系列。lxw5系列微动开关是适用于交流50hz或60hz，电压至600v，额定控制电流至15a和直流220v，额定控制电流20a的控制电路中，限位开关广泛用于各种机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关的限位，轿厢的上下限位保护。lx19系列行程开关适用于交流50hz，交流电压至380v或直流电压值220v的控制电路中，将机械信号转换为电信号，作控制运动机构的行程和变换其运动方向或速度之用。接触器的选择，选择接触器主要考虑一下技术资料：1. 电源种类：交流或直流。2. 主触点额定电压、额定电流。3. 辅助触点种类、数量级触点额定电流。4. 电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。5. 额定操作频率，即允许的每小时接通的最多次数。额定电压：铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为交流接触器：220v，380v，500v。如某负载是380v的三相感应电动机，则应选用380v的交流接触器。额定电流：铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级为：直流接触器：25，40，60，100，150，250，400，600a交流接触器：5 ，10，20，40，60，100，150，250，400，600a上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，接触工作不超过额定温升，负载为间断长期工作制时的电流值。若超过8小时，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜。如果上诉条件改变，就要做相应修正起电流值，具体如下：当接触器安装在想规内，由于冷却条件差，电流要降低1020%使用当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率步超过40%；敞开安装，电流允许提高1025%；箱柜安装，允许提高510%。线圈的额定电压：通常的电压等级为直流线圈：24，48，220，440v交流线圈：36，127，220，380v（选择时一般交流对交流，直流对直流，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器；直流接触器断开时产生的过电压高达1020倍，故不宜采用高电压等级，电压太低，接通线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠。）操作频率：至每小时接通的次数，交流接触器最高为600次/h，直流接触器可达1200次/h。接触器用于带有负载主电路的自动接通或断开。分直流、交流两类，适用于交流电动机的频繁启动、制动、正转、反转控制。交流接触器的结构原理与直流接触器相似，主要由点此系统、触点系统、灭弧装置、复位弹簧和支架底座等部分组成。本设计使用mzj型交流接触器供远距离接通和断开。额定电压至480v，额定电流至600a的交流电力线路之用，适宜于控制交流电动机的频繁启动、停止、换向及反接制动。电磁阀用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，该设计的机械装置有气压钢控制，所以就会用到电磁阀。are系列的电磁阀主要用于气压流控制，根据介质流向要求及管道连接方式克制are-050可满足设计全部要求，因此选择are-050作为控制纵向运动的开关。电磁阀选择额定电压是ac220v，额定电流5a，电气寿命为通断次数大于15万次。熔断器选择，主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器额定电压等级和熔体的额定电流。额定电压是根据所保护电路的电压来选择的。熔体电流的选择是熔断器选择的核心，熔断器种类很多有插入式、填料封闭管式及快速熔断器等，有rc1a系列、rl1系列、rt0系列、rs0系列等。本设计使用rl1系列。电动机的额定功率选择的原则是：所迁额定功率要满足生产机械在拖动的各个环节（启动、调速、制动等）对功率和转矩的要求并在此基础上使电动机得到充分的利用。电动机的额定功率选择的方法是：根据生产机械工作时负载（转矩、功率、电流）大、小变化特点，预选电动机的额定功率，再根据所选择额定功率效验过载能力和启动能力。拖动闸门的电动机常采用短时工作制电动机。主电动机 m1 y100l2-4 5kw 380v快速电动机m2 y90l-4 2kw 380v慢速电动机m3 x802-4 2kw 380v具体元件明细表如表2-3所示。表2-3 元件明细表 2.5 小结 多工步机床自动控制系统使用继电接触器控制实现逻辑控制，控制系统体积大、运行噪声大、功耗高、接线复杂、故障率高、工作稳定性和高可靠性差、控制速度慢、控制精度差、功能变化难度大、使用寿命短，缺乏故障诊断功能，排查故障困难。plc技术可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算术运算、数据处理、数据通信等功能，并且具有处理分支、中断、自诊断能力。plc技术的逻辑控制功能通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。plc的输入/输出回路均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施。程序运行为周期性顺序扫描和集中批处理的工作方式，具有故障检测及诊断程序，可靠性极高。plc控制系统为模块结构，维护更换方便，并可显示故障类型。因此可以采用plc控制来代替特反应炉控制系统中使用继电接触器控制实现的所有逻辑控制，可以保持原有的操作方式、按钮、开关、主令控制器的作用不变，以方便用户使用，缩短适应期。可以采用plc技术设计信号通信电路。操作更简便、可靠、指示更清晰。 第3章 软件设计3.1软件开发平台和编程语言的选择plc软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断计器故障。系统软件由plc厂家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用plc的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用于实现各种控制。3.1.1软件开发平台在硬件设计中已经确定选择德国西门子公司生产的s7-200plc。其软件开发平台为step7 micro/win32编程软件。这是一种基于windows平台的应用软件，是西门子公司专为simatic系统s7-200 plc研制开发的编程软件，它可以使用通用的个人计算机作为图片编辑器，用于在线或离线开发用户程序，用于在线对plc进行各种操作，并且可以在线监控用户程序的执行状态。step7 micro/win32编程软件要求个人计算机操作系统为windows95 以上版本，硬件配置：ibm486以上兼容机，内存8mb以上，vga显示器，至少50mb以上硬盘空间，光驱，鼠标，pc/ppi电缆。3.1.2编程语言的选择plc最常用的三种编程语言，一是梯形图，二是语句表stl，三是功能块图fbd。采用梯形图编程，因此他直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件：采用语言表stl形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。step7 micro/win32 编程软件提供了三种编程语言，即梯形图lad，语言表stl及功能块图fbd，每种语言都有自己的特点。梯形图：梯形图是通过连接吧plc指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的plc指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连接有两种：以为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般是从装载指令开始，必要时再续以若干个输入指令（含ld指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。编程人员几乎不必具有计算机的基础知识，不需考虑plc内部的结构原理，只要有继电接触器控制的基础，就能在很短时间内掌握梯形图lad的使用和编程方法，因此这种编程语言应用最广。梯形图(lad)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。plc梯形图与继电器控制系统的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。梯形图的一个关键概念是“能流”(power flow)。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如没有，则线圈未被激励。“能流”以通过被激励(on)的常开接点和未被激励(off)的常闭接点自左向右流。“能流”在任何时候都不会通过接点自右向左流。语言表stl类似于计算机的汇编语言，是plc最基础的编程语言。他特别适合于熟悉计算机原理和熟悉plc的结构原理和工作过程的程序员，用它可以编写储梯形图lad或功能块图fbd无法实现的编程，程序执行速度最快。功能块图fbd类似于数字电子电路，它是将具有各种与、或、非、异或等逻辑关系的功能块图按照一定的控制逻辑组合起来。这种编程语言适合于那些熟悉数字电子电路的人员。顺序功能流程图(sfc)编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有选择等复杂结构的系统进行编程，许多plc都提供了用于sfc编程的指令。plc的编程语言与一般计算机语言相似，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。本文编程确定选用梯形图lad编程语言，以便形象、直观地反映所实现的逻辑关系。plc的这些及其它特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样，plc的潜在优点还取决于应用时的创造性。 3.2多工步机床电气控制系统的流程图设计程序控制流程图如3-1所示。图3-1 主程序控制流程图3.3 多工步机床电气控制系统梯形图设计工步一：钻孔梯形图如图3-2所示。图3-2 钻孔梯形图 工步二：车平面梯形图如图3-3所示。图3-3 车平面梯形图工步三：钻深孔梯形图如图3-4所示。图3-4 钻深孔梯形图工步四：车外圆及钻孔梯形图如图3-5所示。 图3-5 车外圆及钻孔梯形图工步五：粗绞双节孔及倒角梯形图如图3-6所示。图3-6 粗绞双节孔及倒角梯形图工步六：精绞双绞孔梯形图如图3-7所示。图3-7 精绞双绞孔梯形图工步七：绞锥孔梯形图如图3-8所示。 图3-8 绞锥孔梯形图电气控制梯形图如图3-9所示。 图3-9 电气控制梯形图3.4 小结plc技术可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算术运算、数据运算、数据通信功能，并且具有处理分支、中断、自诊断能力。plc技术的逻辑控制功能通过软件编程实现，柔性强，控制能力多，控制线路大大简化。s7-200plc的编程软件为siep7 micro/win32，是一种基于windows平台的应用软件，它可以使用通用的个人计算机作为图形编程器，用于在线或离线开发用户程序，用于在线对plc进行各种操作，并且可以在线监控用户程序的执行状态。step7 micro/win32编程软件三种编程语言，即梯形图lad，语言表stl及功能块图fbd，每种语言都有自己的特点。梯形图lad是在继电接触器控制接触上演变而来的，是一种图形化的编程语言。编程人员几乎不必具备计算机的基础知识不需考虑plc内部的结构原理，只要有继电接触器控制的基础，就能在很短时间内掌握梯形图lad的使用和编程方法，因此这种编程语言应用最广。语言表stl类似于计算机的汇编语言，是plc最基础的编程语言。它特别适合于熟悉计算机原理和熟悉plc的结构原理和工作过程的程序员，用它可以编写出梯形图lad或功能块图fbd无法实现的程序，程序执行速度最快。功能块图fbd类似于数字电子思路，它是将具有各种与、或、非、异或等逻辑关系的功能块图按照一定的控制逻辑组合起来。这种编程语言适合于那些熟悉数字电子电路的人员。本设计控制程序采用梯形图ad语言编制，逻辑关系反映的形象、直观。第4章 组态设计组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于microsoft windows xp/nt/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。 工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。一、组态王的主要功能特性：1. 可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。 2. 无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。 3. 可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。 4. 变量导入导出功能，变量可以导出到excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。 5. 强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。6. 强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。7. 方便的配方处理功能。8. 全新的webserver架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。 9. 丰富的设备支持库，支持常见的plc设备、智能仪表、智能模块。二、组态王的功能：组态软件具有监控和数据采集系统，好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集。组态王提供了丰富的快速应用设计的工具。1. 快速便捷的应用设计；2. 丰富的可扩充的图形库；3. 对多媒体的支持；4. 灵活简便的变量定义和管理；5. 强大的控制语言；6. 采集和显示历史数据；7. 全新的灵活多样、操作简单的内嵌式报表；8. 配方管理。4.1 人机界面（hmi）设计双击桌面图标，打开工程管理器，如图4-1所示。图4-1 工程管理器图4-2 工程浏览器在工程列表区中选择任一工程双击后或者点击工程管理器上的 “开发” 此快捷键后，就进入了工程的开发环境，如图4-2所示。双击工程浏览器中的“主画面”后，就进入了开发系统的主画面，本控制系统的组态监控画面设计如下图4-3所示。图4-3 组态王系统开发4.2 定义设备和连接变量在组态王工程浏览器树型目录中，选择“设备”，在右边的工作区中出现了“新建”图标, 双击，弹出“设备配置向导”对话框。在“设备配置向导”下的选项中进行设置：设备 安装“设备驱动plcfx2-485通讯口” 给设备指定唯一的逻辑名称“plc00” 选择串口号“com1” 设备地址设置指南“0” 通信参数信息总结。这样就完成了设备定义和连接变量“plc00”。4.3 数据变量定义实时数据库是组态工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据变量的过程。在“数据库”中的“数据词典” 中定义数据变量，定义数据变量的内容主要包括数据变量的：变量名、变量类型、初始值、变化灵敏度、最大值最小值的范围、连接设备、寄存器、数据类型和读写属性等相关的参数；数据变量定义如图4-4所示。图4-4 数据变量定义4.4 动画连接与命令语言一、动画连接工程人员在组态王开发系统中制作的画面都是静态的，那么它们如何才能反映工业现场的状况呢？这就需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。数据库变量的变化又如何导致画面的动画效果呢？通过“动画连接”所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过i/o接口，将引起实时数据库中变量的变化，如果设计者曾经定义了一个画面图素比如指针与这个变量相关，我们将会看到指针在同步偏转。动画连接的引入是设计人机接口的一次突破，它把工程人员从重复的图形编程中解放出来，为工程人员提供了标准的工业控制图形界面，并且由可编程的命令语言连接来增强图形界面的功能。图形对象与变量之间有丰富的连接类型，给工程人员设计图形界面提供了极大的方便。“组态王”系统还为部分动画连接的图形对象设置了访问权限，这对于保障系统的安全具有重要的意义。图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。图4-5 工件绘制 以工件的“夹紧”和“放松”的动画设置为例说明动画连接；首先在开发系统中主画面绘制所需的图形，如图4-5所示。利用动画连接中的“特殊”选项中的“隐含” 就可以实现对工件的“夹紧”和“放松”动画。特殊：所有的图形对象都可以定义闪烁、隐含两种连接，这是两种规定图形对象可见性的连接。按动任一按钮弹出相应连接对话框。隐含：是使被连接对象根据条件表达式的值而显示或隐含。条件表达式：输入显示或隐含的条件表达式，单击“？”可以查看已定义的变量名和变量域。图4-6 “夹紧”动画设置表达式为真时：规定当条件表达式值为1（true）时，被连接对象是显示还是隐含。当表达式的值为假时，定义了“显示”状态的对象自动隐含，定义了“隐含”状态的对象自动显示。先进行夹紧的动画设置，选择图形并双击，在弹出的“动画连接”对话框中对选项“特殊”中的子选项“隐含”进行设置。图4-7 “夹紧”动画设置接着进行放松的动画设置，选择图形并双击，在弹出的“动画连接”对话框中对选项“特殊”中的子选项“隐含”进行设置。如图4-7所示；工件“夹紧”和“放松”运行如图所示。图4-8 工件放松的动画效果图4-9 工件夹紧的动画效果二、命令语言组态王除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许用户编写命令语言来扩展应用程序的功能，极大地增强了应用程序的可用性。命令语言的句法和语言非常类似，可以说是的一个简化子集，具有完备的词法语法查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、sql 函数和系统函数。应用程序命令语言：可以在程序启动时、关闭时或在程序运行期间周期执行。如果希望周期执行，还需要指定时间间隔。热键命令语言：被链接到设计者指定的热键上，软件运行期间，操作者随时按下热键都可以启动这段命令语言程序。事件命令语言：规定在事件发生、存在、消失时分别执行的程序。数据改变命令语言：只链接到变量或变量的域。在变量或变量的域值变化到超出数据字典中所定义的变化灵敏度时，它们就被触发执行一次。在编辑完成以上的命令语言后，运行系统的时候只要单击“退出”按钮就会退出组态王运行环境。4.5 组态图组态图如图4-10 所示。图4-10 组态图36 结论plc技术经过几十年的发展，已经相当熟悉。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制控制的各个领域。用plc来实现多工步机床电气控制系统自动化的功能，能够很好地满足特有的要求。针对这个多工步机床的控制系统，本文采用s7-200可编程控制器设计多工步机床的电气控制系统，实现了棉纺钉子钉脚的加工、七个工步的工装、电气控制的设计、多工步机床的设计等功能，使逻辑功能通过软件编程实现。柔性强，控制功能多，控制线路大大