PLC_课程设计-T68镗床控制系统设计.doc

课 程 设 计设计题目： t68镗床控制系统设计 系 别 自动控制工程系 班级 自 学生姓名 学号 指导教师 职称 起止日期： 年月日起至年月日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： T68镗床控制系统设计系 别 自动控制工程系 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点 任 务 下 达 时 间： 年 月 日起止日期： 年月日起至 年月日止 教研室主任 年 月 日批准以下内容根据各专业特点自行确定（如条件、资料、内容、任务、进度安排及要求等）：1.设计主要内容及要求；1）熟悉工艺要求2）实现PLC程序设计3）书写说明书2.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求；（1）.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。（2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。（3）.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。（4）. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。3.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注1月日查资料2月日熟悉工艺流程3月日程序设计4月日程序设计5月日书写说明书沈 阳 工 程 学 院现代电气控制及PLC应用技术课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分目录1.T68镗床PLC改造系统的选题意义-12.T68镗床PLC改造系统设计任务 -23.T68镗床PLC改造系统的工艺分析-33.1 概述-33.2 PLC的工作原理-43.3 PLC的结构-44.T68镗床PLC改造系统的功能及控制方案-54.1 镗床控制系统-64.2 PLC系统程序设计-64.2.1 PLC硬件系统设计方法-74.2.2 PLC软件系统设计方法-75.镗床控制系统的硬件设计和软件设计-85.1T68镗床PLC控制硬件接线图-145.2T68镗床电气原理图-155.3 T68镗床PLC的输入/输出点的分配-165.4 梯形图-166.设计总结-207.参考文献-201 T68镗床PLC改造系统的选题意义电子与信息技术的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式机床进行技术改造，取得了良好的效果。镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件(如一些箱体零件)，属于精密机床。镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。论文对T68型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相关规定和输入输出的总点数，选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器。分配了PLC的IO地址，设计出PLC的外接线图。介绍了PLC常见的编程方法，设计了T68镗床PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高，设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。通过STEP7-Micro/WIN32软件进行程序仿真，在此基础上，进行了现场安装、调试。针对系统调试、安装以及运行过程中出现的问题，进行了分析，提出了解决办法和注意的事项。从硬件和软件两个方面采取措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。论文最后总结了课题研究的成果,讨论了课题中所用到的编程与接口技术 。关键词：可编程控制器；梯形图；镗床；改造；调试2.T68镗床PLC改造系统设计任务1)改造方案的研究。介绍了可编程控制器的由来、定义和发展情况；通过对我国机床行业的现状分析，指出机床改造的必要性，提出用PLC对普通机床进行改造的设想。(2)设计方法的研究。详细讨论了PLC控制系统设计内容和步骤，提出了PLC控制系统设计的原则，针对机床改造的特殊情况，总结并进一步完善了继电器控制电路移植成PLC梯形图的规则。(3)工程化应用。以T68型镗床的改造为例，介绍了PLC控制系统的设计和实现过程：分析了T68镗床电气控制系统的控制要求，根据控制要求进行总体方案的设计；统计了系统的输入点和输出点，共有输入点16个，输出点8个；根据PLC的选型原则，选用了德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器，并对该型号的PLC的技术参数作了介绍；在介绍了PLC的编程方法的基础上，选用了经验设计法编程，并设计了梯形图；提高了控制系统的稳定性。(4)程序仿真、现场安装与调试。利用STEP7-Micro/WIN32仿真软件进行了仿真；在此基础上对PLC改造进行了现场安装和调试，提出了解决方案，并解决了在调试中出现的问题。调试的结果表明了设计程序的正确，达到预想的结果。3 PLC系统的工艺分析3.1 概述 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。3.2 PLC的工作原理PLC(Power Line Communication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。 3.3 PLC的结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。4. PLC 的分类及应用领域可编程控制器类型很多，可从不同的角度进行分类： （一） 按控制规模分 PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。 微型机控制点仅几十点，如德维森公司的V80系列PLC本体从16点到40点，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西门子的Logo仅10点。 小型机控制点可达100多点。如如德维森公司的V80系列PLC可扩展到256点，OMRON公司的C60P可达148点，CQM1达256点。德国西门子公司的S7-200机可达64点。 中型机控制点数可达近500点，以至于千点。如德维森公司的PPC11系列可扩展到1024点，OMRON公司C200H机普通配置最多可达700多点，C200Ha机则可达1000多点。德国西门子公司的S7300机最多可达512点。 大型机：控制点数一般在1000点以上。如如德维森公司的PPC22系列可扩展到2048点，OMRON公司的C1000H、CV1000，当地配置可达1024点。C2000H、CV2000当地配置可达2048点。 超大型机：控制点数可达万点，以至于几万点。如美国GE公司的9070机，其点数可达24000点，另外还可有8000路的模拟量。再如美国莫迪康公司的PCE984-785机，其开关量具总数为32k（32768），模拟量有2048路。西门子的SS115UCPU945，其开关量总点数可达8k，另外还可有512路模拟量。等等。 （二）按结构划分 PLC可分为箱体式及模块式两大类。箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展箱体，由主箱体及若干扩展箱体组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。 模块式的PLC是按功能分成若干模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。大型机的模块功能更单一一些，因而模块的种类也相对多些。这也可说是趋势。目前一些中型机，其模块的功能也趋于单一，种类也在增乡。如同样OMRON公司C20系列PLC，H机的CPU单元就含有电源，而Ha机则把电源分出，有单独的电源模块。 模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。 （三）按生产厂家分 目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有： 德国西门子公司：它有S5系列的产品。有S595U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。最近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。 日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。 日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机F1前期在国内用得很多，后又推出FX2机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。 日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。美国GE公司、日本FANAC合资的GEFANAC的9070机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781782、771772、731732等多种型号。另外，还有中型机9030系列，其型号有344、331、323、321多种；还有9020系列小型机，型号为211。 美国施奈德公司(莫迪康)的984机也是很有名的。其中E984785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。最近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40点几种规格。 美国AB（AlienBradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC5系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC500系列。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。 国内PLC厂家近年来发展较快，比较有影响的有：深圳德维森、深圳艾默生、无锡光洋、无锡信捷、北京和利时、北京凯迪恩、北京安控、黄石科威、洛阳易达、浙大中控、浙大中自、南京冠德、兰州全志等。此外，韩国和台湾地区的一些公司目前在国内也占据不可忽视的市场份额，比如韩国LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，台湾永宏的FBS系列PLC，台达的DVP系列，盟立的SC500系列，丰炜的VB和VH系列和台安的TP02系列PLC等。4.T68镗床PLC改造系统的功能及控制方案4.1 镗床控制系统镗床是一种精密加工车床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心线往往要求严格地平行或垂直，相互间的距离也要求很准确。这些要求都是钻床难以达到的。而镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上的活动间隙很小，而有附加支撑，所以，能满足上述加工要求。镗床能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、绞、车及铣等工序，因此，镗床的加工范围很广。卧式镗床用于加工各种复杂的大型工件，如箱体、机体等，是一种功能很全的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、绞孔以及车削内外螺纹用丝锥攻丝、车外圆柱面和端面。安装了端面铣刀与圆柱铣刀后，还可以完成铣削平面等多种工作。因此，在卧式镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部加工，这在加工大型及笨重的工件时，具有特别重要的意义。23 T68镗床的结构及控制要求卧式镗床的外型结构如图23所示。卧式镗床的床身是由整体的铸件制成，床身的一端装有固定不动的前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，可以上下移动。镗头架上集中了主轴部件、变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里，或安装在平旋盘的刀具溜板上。在工作过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在上面的刀具溜板可在垂直于主轴轴线方向的径向做进给运动。平旋盘主轴是空心轴，镗轴穿过其中空部分，通过各自的传动链传动，因此可独立运动。在大部分工作情况下，使用镗轴加工，只有在用车刀切削端面时才使用平旋盘。卧式镗床后立柱上安装有尾架，用来夹持装在镗轴上的镗杆的末端。尾架可随镗头架同时升降，并且其轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上。后立柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做调整移动。加工时，工件安放在床身中部的工作台上，工作台在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安装在床身导轨上，并可沿床身导轨移动。上溜板又可沿下溜板上的导轨运动，工作台相对于上溜板可做回转运动。这样，工作台就可在床身上做前、后、左、右任一个方向的直线运动，并可做回旋运动。再配合镗头架的垂直移动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。图23 T68型卧式镗床结构示意图由以上分析，可将卧式镗床的运动归纳如下：(1)主运动：镗轴的旋转运动与平旋盘的旋转运动。(2)进给运动：镗轴的轴向进给，平旋盘刀具溜板的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的横向进给与纵向进给。(3)辅助运动：工作台的回旋，后立柱的轴向移动及垂直移动。2.镗床控制要求镗床加工范围广，运动部件多，调速范围广，对电力拖动及控制提出了要求如下(1)主轴应有较大的调速范围，且要求恒功率调速，往往采用机电联合调速。(2)变速时，为使滑移齿轮能顺利进入正常齿合位置，应有低速或断续变速运动。(3)主轴能做正反转低速点动调整，要求对主轴电动机实现正反转及点动控制。(4)为使主轴迅速、准确停车，主轴电动机应具有电气控制。(5)由于进给运动直接影响切削量，而切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等因素有关，所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台电动机拖动，由各自传动链传动。主轴与工作台除工作进给外，为缩短辅助时间，还应有快速移动，由另一台快速移动电动机拖动。(6)由于镗床运动部件较多，应设置必要的连锁和保护，并使操作尽量集中4.2 PLC系统程序设计4.2.1 PLC硬件系统设计方法（一） 应用系统总体方案设计1 PLC控制系统类型（1）由PLC构成的单机控制系统。（2）由PLC构成的集中控制系统。（3）由PLC构成的分布式控制系统。（4）用PLC构成远程I0控制系统。2系统的运行方式(1)手动运行方式。(2)半自动运行方式。(3)自动运行方式。(二) 系统硬件设计根据1工艺要求2设备状况3控制功能4I0点数和种类5系统的先进性(三) 可编程序控制器的机型选择1. CPU的功能2. I/0点数3. 响应速度4. 指令系统5. 机型选择的其他考虑(四)输入/输出模板的选择1数字量输入模块的选择2数字量输出模块的选择3模拟量模块的选择4智能I0模块的应用选择(五)系统硬件设计文件1系统硬件配置图2模块统计表3I0硬件接口图及I0地址表 (六)系统供电设计1供电系统的保护措施2电源模块的选择4 I0模块供电电源设计5. 系统接地设计6. 可编程序控制器供电系统设计7. 电缆设计和敷设4.2.2 PLC软件系统设计方法（一）系统设计的基本步骤：1. 系统设计与设备选型 2. I/O赋值（分配输入输出）（二）执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。1输入采样阶段 2程序执行阶段3输出刷新阶段5.镗床控制系统的硬件设计和软件设计5.1T68镗床PLC控制硬件接线图、5.1T68 镗床PLC控制硬件接线