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西门子S7-200 Q145 基于 plc c616 车床 控制系统 设计 仿真 西门子 S7 200

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江西科技学院本科生毕业设计（论文）任务书（工科及部分理科专业使用）题 目： 机械式双柱汽车举升机设计学 院： 机械工程学院 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 指导教师： 职称： 学院院长： 周青 审核日期： 说 明1. 毕业论文任务书由指导教师填写，并经学院或专业学科组审定，下达到学生。2. 进度表由学生填写，每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业论文工作检查的主要依据。3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，1个月内提交给指导教师批阅。4. 本任务书在毕业设计（论文）完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计（论文）答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。一、毕业设计（论文）的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求） 查阅文献、熟悉课题、撰写开题报告；总体设计计算；结构方案分析与设计；装配图设计；主要零（部）件设计；毕业论文撰写二、毕业设计（论文）图纸内容及张数设计说明书一份，不少于6000字图纸总量：装配图1张（A0），零件图不得少于2张。三、毕业设计（论文）实物内容及要求设计要求：1 .升举重量5000。2 .升举高度距地面2.5m。3 .升举速度4-5m/min。4 .轿车尺寸:200025001600 （mm） 四、毕业设计（论文）进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备 注12345675、 主要参考资料1 金国淼等.干燥设备设计手册. 上海： 上海科技出版社. 1989 2 于才渊等.干燥装置设计手册.北京： 化学工业出版社. 2005 3 潘永康等.现代干燥技术.北京：化学工业出版社. 1998 4 潘永康等.现代干燥技术. 北京：化学工业出版社.1998 5 张振伟等.微粉干燥系统的参数选择J. 中国有色金属学报. 1998 6 梁燕飞等.机械基础. 北京：清华大学出版社. 2005 7 王文斌等机械设计手册北京：机械工业出版社.2004 8 蔡光起等机械制造技术基础沈阳：东北大学出版社. 2002 9 王启义等中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版社.2002 10 蒋军华等.重质碳酸钙超细磨剥与干燥新技术的研究J. 中国非金属矿工业导刊.1998 六、毕业设计（论文）进度表（本表每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：熟悉毕业设计任务内容及要求，借阅参考书和有关资料，完成开题报告及任务书，拟写毕业设计初稿指导教师审核：年 月 日第三、四周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日第五、六周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日第七、八周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日第九、十周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日第十一、十二周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日第十三、十四周时间: （ 月 日 至 月 日）学生主要工作：指导教师审核：年 月 日七、其他（学生提交）1开题报告1份 2论文1份（6000字以上） 指 导 教 师： 魏伟 学 院 院 长： 学生开始执行任务书日期： 学 生 姓 名： 送交毕业设计（论文）日期： 毕业设计（论文）题目： 基于PLC的C616车床的控制系统设计毕业设计工作内容：1、查阅资料，撰写开题报告 （第1-3周）2、制定、比较并确定解决方案 （第4周）3、绘制C616车床的控制系统原理图 （第5周）4、控制元器件选型 （第6周）5、绘制控制系统的接线图、控制程序流程图 （第7、8周）6、撰写期中报告 （第9周）7、编写控制程序并仿真调试 （第10-12周）8、整理并撰写毕业论文 （第1315周） 9、准备答辩 （第16周）毕业设计（论文）题目： 塑料挤出机的多路温度控制系统设计毕业设计工作内容：1、查阅资料，撰写开题报告 （第1-3周）2、制定、比较并确定解决方案 （第4周）3、绘制塑料挤出机的多路温度控制系统的原理图 （第5周）4、控制元器件选型 （第6周）5、绘制控制系统的接线图、控制程序流程图 （第7、8周）6、撰写其中报告 （第9周）7、编写控制程序并仿真调试 （第10-12周）8、整理并撰写毕业论文 （第1315周） 9、准备答辩 （第16周） 哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目：C9220液压车床的控制系统设计 院 系： 姓 名： 指导教师： 系 主 任：年 月 日摘 要 液压工业是一个国家的重要产业，液压工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开液压工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对DG型液压缸进行改良和优化是当务之急。有大型压管设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内管套压装专机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。管套压装专机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 液压缸是液压系统的最重要的动力元件，它由油压驱动，主要应用在重载荷的场合。整个液压系统的源动力由液压系统中的液压泵提供，齿轮泵、叶片泵和柱塞泵是液压泵的结构形式。液压系统中控制和调节液压、流量和方向的控制元件(即各种液压阀)。控制功能各有不同，压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀是液压阀的组成部分；溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、调整阀、分流集流阀等是流量控制阀的组成部分；控制方式的不同，开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀是液压阀的组成部分；液压系统的能量来源来自液压油，各种矿物油、乳化液和合成型液压油等均属于液压系统中传递能量的工作介质 本次设计的C9220液压车床的控制系统设计是综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的液压系统专业知识，完成对C9220液压车床的控制系统的设计，并绘制必要的回转刀架自动卡刀液压系统原理图、卡盘夹紧与松开液压系统图等。 本文通过设计C9220液压车床的控制系统，分析液压车床的工作原理和动作过程，确定液压系统工作原理图，根据系统参数要求设计液压车床的控制系统，并且能够使大家对液压车床的控制系统的具体结构构造和工作与原理有很好的认识和了解。关键词： C9220液压车床的控制系统 液压系统 结构 原理Abstract Hydraulic industry is an important industry of a country, the development of hydraulic industry has been affecting the development of national economy, humans progress can not be separated from the development of hydraulic industry. In the global economic development environment, Chinas various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. Under the impetus of new market demand, it is urgent to improve and optimize the DG type hydraulic cylinder. There are large pressure pipe equipment enterprises have a certain production safety indicators of the strict requirements. Enterprises in the production equipment, fully taking into account the problems that may arise in the operation of the equipment, thereby reducing the vibration caused by noise pollution or improper operation of equipment, etc. Domestic R & D and manufacturing equipment to pipe pressing and global economical, safe and stable call consistent theme. Closely related with the development of pipe pressing plane the progress of human society and the level of science and technology. Hydraulic cylinder is the most important power component of the hydraulic system, which is driven by hydraulic pressure, which is mainly used in the occasion of heavy load. The source power of the whole hydraulic system is provided by the hydraulic pump, gear pump, vane pump and piston pump are the structural forms of the hydraulic pump. Hydraulic system for controlling and regulating the hydraulic, flow and direction of the control element (that is, a variety of hydraulic valves). Control different functions, the pressure control valve, flow control valves and directional control valve is an integral part of the hydraulic valve; relief valve (safety valve), valve, sequence valve, adjusting valve, shunt collector valve is a flow control valve components; control mode, switch type control valve, set the value of the control valve and a proportional control valve is part of the hydraulic valve; hydraulic system of energy source from the hydraulic oil, mineral oil, emulsion and synthetic type hydraulic oil, belong to the working medium of energy transfer in the hydraulic system本次设计的C9220液压车床的控制系统设计是综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的液压系统专业知识，完成对C9220液压车床的控制系统的设计，并绘制必要的回转刀架自动卡刀液压系统原理图、卡盘夹紧与松开液压系统图等。 The control system design of the design of C9220 hydraulic lathe is integrated use of the basic theory, basic knowledge and related to the hydraulic system of professional knowledge, completed the design of the control system of C9220 hydraulic lathe, and draw the necessary rotating turret automatic cutter hydraulic system schematic, chuck clamping and loosening of the diagram of hydraulic system and so on.本文通过设计C9220液压车床的控制系统，分析液压车床的工作原理和动作过程，确定液压系统工作原理图，根据系统参数要求设计液压车床的控制系统，并且能够使大家对液压车床的控制系统的具体结构构造和工作与原理有很好的认识和了解。 This paper through the control system design C9220 hydraulic lathe, analysis of lathe hydraulic working principle and action process, determine the working principle diagram of hydraulic system, design of hydraulic lathe control system according to the requirements of the system parameters, and the ability to make everyone on the lathe hydraulic control system of the specific structure and work principle has very good knowledge and understanding.关键词： C9220液压车床的控制系统 液压系统 结构 原理Key words: C9220 hydraulic control system, hydraulic system, hydraulic system, structural principle目 录1 绪论 1.1液压传动基础知识 1.2液压系统的基本组成 1.3 液压传动的优缺点 1.4液压传动技术的发展及应用2 CK6152数控机床液压系统图的设计 2.1 卡盘系统 2.2 回转刀架（自动卡刀）分系统 2.3 尾座套筒伸缩动作3 液压缸的设计3.1缸体壁厚的计算 3.2 缸底厚度的计算 3.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算 3.4缸筒径向变形计算 3.5活塞杆强度的计算4 数控机床液压系统的负载分析与计算 4.1负载图和速度图的确定 4.2 液压卡盘的负载分析5 液压缸在实际中的应用情况分析结 论参考文献致 谢1.1液压传动的基础知识 广泛的液压工程和多方位的服务领域都需要液压系统的支持，在各行各业，特别是工程机械领域，液压缸的使用非常广泛，几乎无处不在。传统的液压传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切需要液压系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会液压工业发展的需要。总之，现代液压工程有五个业务领域：能源液压的开发和交付，用于生产各种产品的液压开发和交付，在各种液压服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种液压的发展，液压臂的开发和交付。水利工程的理论基础的建立和发展。例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；热生成热力学，传导和开关；各种液压部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和液压原理和液压零件的科学设计计算；研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。研究，并开发新的液压产品，不断改进现有产品和生产新一代液压产品来满足当前和未来的需求设计。液压产品包括：规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备；制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工，装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。液压机制造企业的经营管理。液压系统的液压部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。销售目标在所有行业和个人，家庭。还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在液压行业。液压产品的应用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套液压设备的液压改造，液压产品保证长期使用的可靠性和经济。液压产品的应用。这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用液压及成套液压设备，液压产品，保证长期使用的可靠性和经济性。1.2液压系统的基本组成 液压系统分别由一下几个部分组成：1，动力元件（油泵），它的作用是将原动机的液压能转换成液压能的流体动力部分液压传动。2，执行机构（油缸，液压马达）是液压能转换成液压能的能量。其中，气缸的直线运动，将电机的旋转运动。3，压力阀的作用是必需的流体动力速度无级调节，压力的工作流体的液压系统，流量和流量调节控制。4，除了辅助组件以外的其他组件，三部分包括压力表，过滤器，存储设备，冷却器，管件和坦克，等，他们都是同等重要的。1.3液压传动优缺点优点：1液压系统可以与电气控制系统相结合，这样更便于操作和维护。2液压传动的周期很短，方应迅速，灵敏。3能够在不同的工况适应不同的要求。4各种液压元件能够实现通用转化。 缺点：1液压传动容易存在油污，不适合干净的场合。2液压元件的工作都会产生噪音，这样不能够做到环保。3液压传动不适合远距离传动，并且所能够承受的负载有限。4液压元件的维修很不方便。1.4液压传动技术的发展与应用 液压工业是一个国家的重要产业，液压工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开液压工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对管套压装专机进行改良和优化是当务之急。有大型压管设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内管套压装专机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。管套压装专机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 液压和液压系统技术之间的关系类似于脑和手之间的关系，只有在液压系统中也不需要使用液压制造。在过去，各种液压系统的操作和控制都离不开的人，他们的反应速度和精度是有限的操作是人类大脑和神经系统非常缓慢的进化，液压系统将取消这一限制。促进计算机科学和液压系统之间彼此平行，液压系统将允许在一个更高的水平开始新一轮的发展。在第十九世纪，总还是液压系统的非常有限的知识，在大学在欧洲，它通常也被集成到一个土木工程学科，被称为土木工程，下半年的第十九世纪逐渐成为一门独立的学科。在第二十世纪，与总的液压系统相关知识和技术的发展，液压系统开始瓦解，一直在专门的分支。这种分解在20世纪中期，这是趋势，在第二次世界大战结束前达到高峰。由于液压系统的知识总量已扩大到远远超出了个人的控制，一定的专业化是必不可少的。然而，过度的专业化造成过度分割的知识，视野，不是全部，和全球协调系统的概念和一些大型项目，以及技术交流范围窄、阻碍新技术的整体进步的出现，在外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家有窄，太专业要考虑的问题，与工作协调困难，不利于继续自我完善。因此，自上世纪第二十年代，起步较晚，有一个综合的趋势。人们更加重视基础理论，拓宽专业领域，细致的专业合并分化。综合-专业分化和集成在反复循环，它是合理的和必要的知识发展过程。不同专业的专家都有精湛的专业知识，又具有足够的一般知识的认识，理解问题和其他工程学科的整体外观，彼此形成一个强大的集体一起工作。综合多层次、专业。在内部液压系统有一个全面而专业的冲突；在综合性工程技术还具有综合性和专业性的问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程，而且在一个更高的水平，更广泛的集成和专业问题。 目前，液压缸已经成为露天矿和地下矿的联合运输系统中重要的组成部分。为了更好的研究液压系统的工作组成原理，发现及改进其不足之处。2 CK6152数控机床液压系统图的设计2.1 卡盘系统 拟定系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环，它的好坏根本上影响整个液压系统。拟定液压系统原理图所需要的知识面较广，一般的方法是先根据具体的动作性能要求选择液压基本回路，然后将基本回路加上必要的连接措施有机地组合成一个完整的液压系统。将各个回路图进行分析，再进行整合，整个设计的液压系统图就初步绘制了，再检查并加以补充完善，便可以绘制出正式的液压系统原理图。该数控机床负载变化小，要求低速运动平稳性好速度负载性好，因此采用调速阀的进油节流调速回路，选用差动液压缸实现“快慢快”的回路。对普通CK6152数控车床机床卡盘卡紧动作的观察和分析可知，液压卡盘执行元件，即液压缸运动过程可分解为：向前卡紧，保持不动，向后松开。其运动循环如图2-1。 卡盘向前夹紧原理图如图2-2，卡盘松开原理图如图2-3。卡盘分系统由一个二位四通换向阀3（带两个电磁阀），一个二位四通电磁换向阀4，两个减压阀8和9及一个液压缸组成。高压加紧1YA得电，3YA失电，换向阀3和4均位于左位，加紧力的大小可通过减压阀8调节，这时液压缸活塞左移使卡盘加紧，减压阀8的调定值高于减压阀9，卡盘处于高压加紧状态。液压卡盘可以实现自动加紧与松开运动，松夹时，使1YA失电，2YA得电，阀3切换至右位。活塞右移，卡盘松开低压加紧。这时3YA得电而使换向阀4切换至右位，压力油经减压阀9进入，通过调节减压阀9便能实现低压加紧状态下的夹紧力。2.2 回转刀架（自动卡刀）分系统 根据对普通CK6152数控车床机床中心架压紧动作的观察和分析可知，液压中心架执行元件，即中心架油缸的运动过程可分解为：向前压紧，保持不动，向后松开，其运动循环如图2-5。 9哈尔滨理工大学学士学位论文大 学毕 业 设 计 题 目： 基于PLC的C616车床控制系统设计 院、 系： 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 年 月 日摘 要车床是机械加工中使用最广泛的机床，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动相结合的控制技术。电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，所以本次设计以普通车床为对象，设计了一套综合、高效的PLC控制系统，提高普通车床的生产效率、控制精度和产品质量。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。本次设计就是以PLC控制系统取代传统的继电器-接触器控制系统。文章首先介绍了普通车床的结构以及电气控制系统，然后介绍了PLC控制系统的硬件结构、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，根据任务要求设计了PLC控制系统，其中包括PLC的选型、硬件设计以及软件设计等。最后连接西门子触摸屏KTP1000装置，实现监控和控制操作。本设计的关键就是要在原继电器控制电路的基础上，经过合理的转换，从而设计出具有相同功能的PLC控制程序。AbstractMachining lathe is the most widely used tool, it can be used to cut various parts of the cylindrical, bore, thread end, and so on. The modern production machinery uses the control technology which the machinery, the electricity, the hydraulic pressure, air operated unify. The electric control technology plays the joint main center role, the application is most widespread. Out of the ordinary machining prevalence of poor quality products, variety of small, low grade, high cost, delivery and long, so this design object is an ordinary lathe, designed a comprehensive and efficient PLC control system, improved lathe productivity, control accuracy and product quality. PLC (programmable controller) as an industrial control micro-computer, with its easy programming, simple operation, especially its high controllability, etc., in the industrial production process has been widely used. The PLC control system design is to replace traditional Relay - contact device control system.The article first introduces the lathe, and electrical control systems, PLC control system and then introduces the hardware structure, operation principle and design of the basic principles of PLC control systems and procedures, according to the task to design a PLC control system, including the PLC elections type, hardware design and software design. Finally, Siemens touch screen TP177B connected devices, monitoring and control operations to achieve.The key originally designed is that should be on the basis of control circuit of original relay, through rational conversion , thus design PLC control procedure with same function.目 录摘 要2Abstract3目 录4引言61 C616型普通车床概述71.1 C616型车床的主要结构71.1.1 C616车床的主要运动71.2 C616型普通车床技术参数表72 车床电气控制系统分析及总体设计82.1 车床的电气控制电路原理图82.2 车床电路分析和电气控制要求92.2.1 主电路分析92.2.2 控制电路分析92.2.3 信号及照明电路102.3 电器元件明细表102.4 电气控制系统总体设计思路113 系统硬件设计及PLC概况和应用113.1 PLC的概况123.2 PLC的特点123.3 PLC的应用134 PLC系统构成134.1 PLC的工作原理134.2 PLC的选用165 C616普通车床电气控制系统PLC软件设计175.1 PLC软件设计175.2 STEP-Micro/WIN32175.3 S7-200编程软件及编程系统175.4 STEP7的特点175.5 STEP-Micro/WIN32编程软件的主要功能175.6 STEP7的硬件接口185.7 I/O地址分布185.8 C616电路PLC外部接线图195.9 程序设计196 触摸屏编程216.1 触控屏装置的介绍与功能216.2 触摸屏程序的建立236.2.1 创建设备236.2.2 变量的建立246.2.3 组态界面的建立24结论26参 考 文 献27引言在机床工业的发展过程中，加工速度和加工精度作为提高机床效率的问题，是工程师们一直要解决的相互制约的两个问题，关于这两个问题的研究是机床电气控制系统发展的方向。在应用学科里，电力电子学，电机拖动控制学，计算机控制，可编程控制器的控制研究都为机床电气提供了必要的手段，可以通过这些学科来解决或改进上面两大问题，使机床的加工速度和加工精度同时提高。在上个世纪，对机床的控制研究主要是使用接触器-继电器的控制系统。由于交流电动机调速问题未得到解决，在实际应用中只能通过皮带传动和齿轮传动等机械结构来实现机床的有级调速，这样使机床的机械结构过于繁琐复杂，也严重限制了加工工件的加工精度。接触器-继电器控制系统可以实现机床所需的动作要求控制，比如启动停止，正转和反转等，包括各种逻辑控制，连锁控制，异地控制等，但无法做到电动机调速。这样的接触器-继电器控制系统技术很简单，不难掌握，到现在仍然使用在实际中。接触器-继电器系统有各种各样的低压电器元件组成，由于触点是机械动作，所以这些低压电器元件的寿命有限，容易损坏，所以要经常更换。根据机床加工的工艺要求，需要改变逻辑控制关系，就必须重新修改线路，这对机床控制工艺要求很不适应。随着社会科技的发展，在机床的控制方面，可编程控制器越来越多的应用在低压电器控制系统中，可编程控制器可以根据具体的工艺流程和逻辑控制条件进行编程，其编程方便，体积小，可靠性高等特点，越来越受到欢迎，所以可编程控制器也将越来越应用广泛，有取代接触器-继电器控制系统的趋势。本文就是以普通车床为对象，基于PLC进行电气控制系统设计。一共分为几个部分： 第一章为概述，对普通车床的结构、主要运动以及技术参数做了简要介绍。 第二章为普通车床的电气控制系统分析，对于车床的主电路、控制电路和照明电路进行分析，说明了电气控制要求和总体设计。第三章介绍了系统的硬件和PLC的概况、特点以及应用，并且针对本次设计介绍了PLC在车床方面的实际应用。 第四章详细的分析了PLC的工作原理、工作过程、组成部分通信联网以及编程语言。并且对于各个部分进行了详细的分析。第五章则是PLC的软件设计，Step7分析，并且做出了I/O端口、PLC外部接线图、梯形图以及设计分析。第六章为触摸屏装置的链接与调试，来实现机器操作和监控。最后为结论部分。通过学习大量参考文献和在现场对各种实际情况的研究和分析,得出结论。1 C616型普通车床概述1.1 C616型车床的主要结构C616 型车床的主要结构见图1.1，主要有主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、床身等。主轴变速箱的功能是支承主轴和传动其旋转，包含主轴及其轴承、传动机构、起停及换向装置、制动装置、操纵机构及滑润装置。进给箱的作用是变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量。它通常由变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠转换机构以及操纵机构等组成。 溜板箱的作用是将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等。刀架则用来安装车刀并带动其作纵向、横向和斜向进给运动。图1.1 C616 型普通车床的主要结构1.1.1 C616车床的主要运动车床的主运动是工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。电动机的动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。车床的另一个运动则是进给运动，进给运动由溜板带动刀架的直线移动。车床还有辅助运动，如溜板和刀架的快速移动、尾架的移动以及工件的夹紧与放松等。1.2 C616型普通车床技术参数表表1.1技术参数表类型参数及单位主电机功率4（kw）外形尺寸2340 900 1190（mm）净重1.6(t)床身上最大回转直径 320(mm）刀架上最大回转直径175(mm)最大车削长度700/1000/1500(mm)螺纹车削范围公制0.5-9（mm）英制2-38(tpi)主轴转速级数12转速范围45-1980（r/min）主轴通孔直径30（mm）小刀架175（mm）横滑板180（mm）孔径52(mm)内锥孔M T 5 #2 车床电气控制系统分析及总体设计2.1 车床的电气控制电路原理图C616型普通车床电气控制电路原理图如下图所示。图2.1 C616车床电气原理图2.2 车床电路分析和电气控制要求2.2.1 主电路分析C616型普通车床共由两台电动机拖动。图2为该车床的电气主电路图。在主电路中M1为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。M2为冷却泵电动机。KM1KM3为交流接触器，FR1为热继电器的热元件，做M1的过载保护。FUFU4为熔断器。按钮SB1为急停按钮，SA1为主轴电动机的旋钮，可以控制主轴电动机正转、反转和停止，手动开关SA2为冷却泵电动机M2的启动按钮。QS为电源总开关。2.2.2 控制电路分析控制变压器TC 二次分别输出6V、24V 和220V， 其中6V作为电源指示灯的电源，24V 作为照明灯的电源，而220V 为控制回路的工作电源。控制变压器的一次侧由FU1做短路保护。（1）主轴电动机 M1 通常选用笼型异步电动机， 完成主轴主运动和刀具给进运动的驱动。 电动机采用直接起动的方式起动。主轴电动机M1的控制要求：将SA1打向正转方向，接触器KM1闭合，主轴电动机M1正向运转；将SA1打向反转方向，接触器KM2闭合，主轴电动机M1反响运转，当SA1打向停止方向，电机停转。( 2) 车削加工中， 为防止刀具和工件的温度过高、 延长刀具使用寿命、 提高加工质量， 车床附有一台单方向旋转的冷泵电动机 M2 ， 提供冷却液。冷却泵电动机M2的控制要求：主轴电动机M1启动后（M1电动机未启动之前，M2电动机是不能启动的），将手动开关SA2扳置闭合位置，接触器KM2闭合，冷却泵M2启动运转；将SA2扳置断开的位置，接触器KM2断开，冷却泵电动机M2停转。 ( 3) 当热继电器FR1常闭触点断开时，接触器KM1、KM2、KM3断电，电动机M1、M2停止运转。熔断器FU1FU4分别对主电路、控制电路和辅助电路实行短路保护。因此，电路具有短路及过载保护。2.2.3 信号及照明电路控制变压器TC的二次侧分别输出24V和6V电压，作为机床照明灯和信号灯的电源。EL为机床的低压照明灯，由开关SA3控制；HL为电源的信号灯。合上电源开关QS，指示灯HL亮，表示控制电路有电。2.3 电器元件明细表表2.1 电器元件明细表符号元件名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132M-4-B34KW1450r/min1工件的旋转和刀具的进给M2冷却泵电动机AOB-2590W3000r/min1供给冷却液KM1交流接触器CJO-10A127V10A1控制主轴电动机M1KM2交流接触器CJO-10A127V10A1控制主轴电动机M1KM3交流接触器CJO-10A127V10A1冷却泵电动机M2QS低压断路器DZ5-20380V20A1电源总开关SB1按钮LA2型500V5A1急停SA1转换开关HZ2-10/310A,三极1控制主轴电动机SA2转换开关HZ2-10/310A,三极1控制冷却泵电动机SA3转换开关HZ2-10/310A，三极1照明灯开关钥匙式电源开关1开关FR1热继电器JR16-20/3D15.4A1M1过载保护TC变压器BK-200380/127、36、6.31控制与照明用变压器FU熔断器RL140A1全电路的短路保护FU1熔断器RL14A1TC一次侧的短路保护FU2熔断器RL12A1控制电路的短路保护FU3熔断器RL11A1信号灯的短路保护FU4熔断器RL11A1照明灯的短路保护EL照明灯K-1,螺口40W36V1机床局部照明HL指示灯DX1-0白色，配6V0.15灯1电源指示灯2.4 电气控制系统总体设计思路本设计主要是采用西门子S7-200PLC及KTP1000触摸屏装置对普通车床电气控制系统进行控制的，采用西门子的可编程控制器对车床运动进行控制和调节。具体实际操作有：（1）对原有车床的工艺和控制流程不变；（2）维持原有操作习惯，只保留主电路部分，控制部分将由可编程控制器取代。（3）低压主令元件包括按钮，行程开关，热继电器，接触器等作用不便，保持原有功能。（4）主轴的启动，正转反转，停止等操作方法不变；（5）改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现；（6）在普通车床电气控制系统中加入触控屏监控系统设计。3 系统硬件设计及PLC概况和应用本控制系统硬件设计由PLC控制系统硬件、触摸屏系统硬件以及其他辅助硬件设计组成。在设计中应考虑以下原则:1.可靠性。在系统的设计中，要选择尽可靠的电气元件，虽然初期投资较多，但是考虑到可编程控制器的优越性能，后期维护较低，投资值得。2.功能完善。在满足机床控制工艺要求的基础上，对系统尽量完善，提高安全性能。3.经济性。在可靠性和功能方面保证的情况下，考虑经济性。4.在保证前三条的基础上，考虑系统的先进性和可扩展性。3.1 PLC的概况1969世界第一台PLC在美国数据设备公司诞生。1975-1976年,德国、日本、美国等将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到PLC中，并且去掉磁心存储器改用了集成电路的存储器，结合了微型计算机的技术与电控制器技术，从而实现了可编程控制器的规模集成化，使得处理器更能适用工业环境，更加的可靠，功能也更加强大，更加的灵活，成本却大大下降，从而使得PLC进入了实用阶段。随着科技的不断进步，PLC的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现:1.控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。2.组成模块的增多，现在PLC己经新增了很多模块，如PDI控制、温度以及运动模块等等。3.开放性和互操作性大大发展，在PLC的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点，并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。5.联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。3.2 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由于采用现代大规模集成电路技术，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。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，可用于各种数字控制领域。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通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产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。3.3 PLC的应用1)PLC开关量的逻辑控制这是PLC开关量的逻辑控制是基本的控制方法。它可以实现各种逻辑控制工艺，顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。PLC的开关量逻辑控制基本取代了接触器-继电器电路，广泛应用于各行各业，如注塑机、订书机械、机床、仓库生产线、灌装流水线等。2)PLC模拟量控制由于自然界存在许多连续变化的物理量，比如压力、温度、流量、液位等都是模拟量。要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换为模拟量。3)PLC数据处理可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完成实际数据处理，数据传送和转换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。4)PLC过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是模拟量闭环控制系统中，使用很频繁的调节方法。可编程控制器具有专用的PID子程序。5)PLC通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4 PLC系统构成4.1 PLC的工作原理 PLC由三个基本部分组成：外部输入采样单元、内部逻辑计算处理单元、处理结果输出执行单元。可编程控制器的结构框图如图4-1可知。逻辑处理输出接口输入接口M 图4-1 PLC基本组成框图SBQAKA1ARtHLKA2A可编程控制器的I/O输入单元包含主令按钮、限位开关、检测器等外部输入主令接口，可编程控制器在对外部I/O输入单元收集的各种逻辑信号和模拟量采样数据，以及主令台的各种命令等信息进行储存和处理。可编程控制器根据所设计的程序对这些输入信号进行处理计算，并将结果通过输出单元进行输出。通常下都是输出给继电器，继电器通过动作来控制外面的执行单元。可编程控制器可根据外部工程需要建立通讯控制，通过通讯可以将某执行机构的具体数据进行采样和监控，并计算和输出。如图2-2所示，可编程控制器的原理框图。由图可知，外部输入变量都有开关量，模拟量，通讯接口传送的变量数据，以及编程执行器等。CPU开关量I/O接口RAM 、 ROM模拟量I/O接口EPROM/E2ROM通迅接口编程器电源图4-2 可编程控制器原理框图编程工具一般就是电脑设计的编程软件，我门可以根据编程软件对可编程控制器进行硬件组态设计，输入输出点的分配设计，程序编写设计，可以通过在线连接进行监控，通过监控可以调试程序，并修改程序。当可编程控制器启动运行后，我们可以根据外部动作情况来判断程序的错误和需要完善的地方。这也是现场调试工程师必须具备的技能。可编程控制器编程软件都是各自厂家自主研发的，对这些软件必须学习，了解指令含义和编程原则，技巧等。我们在编程时，一般要对系统进行总体设计，总体设计可以保证编程的思路清晰，明朗。总体设计完后进行分布设计，对各种功能实现进行单独编程，有必要的时候对程序进行模块化设计，节省编程空间和时间。分布设计完毕后，就进行系统的调试阶段，在调试时，首先必须对系统调试步骤进行了解，对系统工艺进行了解，以免调试时出现差错。1简易编程器简易编程器就是很简单的编程工具，在编程工具上我们可以看到功能输入键，各种指令输入键，各种指令地址数字输入键，还有显示屏显示当前编程的具体情况。在编程时首先简易编程器就可以直接接在可编程控制器的端口上，用专用的通讯电缆与可编程控制器进行连接，通过设置可以对可编程控制器进行程序设计调试工作。在编程时，首先对各种按键进行熟悉，在编程过程中必须进行记录，以便后面的调试修改。在编程的时候必须对输入输出点的地址分配进行详细说明，以免编写程序过程中，思路混乱。在编写程序结束后，就要对系统进行调试，调试的时候，必须判断系统功能实现是否准确，如果不准确，对相应部分进行修改。使其准确。如果修改完毕，程序运行正常，就可以将简易编程器拔下，保存。2图形编程器常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。3用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能随着PC的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的PC上实现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是：充分利用PC机的软、硬件资源(如：硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序，存贮、打印程序文件(清单)，与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后，PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。输入输出数字输入624 数字输出416模拟输入1632 模拟输出828输入输出映像（可扩展）128输入 128输出硬件扩展最多7台扩展模块中断输入4脉冲数出2（20k100k）CPU特性8个PID控制器 最多2个串行端口实时时钟 运行中编辑浮点运算 状态LED指示CPU处理时间位处理：0.22us程序存储器425k数据存储器210k定时器256温度模块16位分辨率网络扩展串行通讯 AS-interfaceMPI Profibus-DP从站Modbus主站/从站通讯速率PPI/MPI：187.5kbps自由口：115.2kbps编程软件Step7-MicroWIN安装方式IEC导轨工作电压DC24V/AC220V根据本系统控制要求，选用S7-200CPU226CN可编程控制器。24个DC输入点，16个DC晶体管输出点。订货号：6ES7 216-2AD23-0XB0。使用Step7Micro/WINV4.0软件进行编程。4.2 PLC的选用我国市场上流行的有如下几家PLC产品： 施耐德公司，目前有Quantum、Momentum、Premium等产品； 罗克韦尔公司PLC产品，目前有SLC、ControlLogix、 MicroLogix等产品； 西门子公司的产品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列产品； GE公司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。本次设计选用西门子S7-200型PLC。车床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能，西门子S7-200系列PLC非常适用于单机自动化控制系统。现选择西门子S7-200 CPU226型PLC控制，AC220V供电，DC24V 6点输入，继电器型交流3点输出。图4.3 西门子S7-200型PLCS7-200可编程控制器是小型化的PLC，对于社会各种行业，各种场合的逻辑控制，自动检测和运算功能都适用。S7-200可编程控制器具有强大的运算功能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。S7-200可编程控制器提供了4个不同的型号，8中CPU类型可以选择使用。本次设计选择的是采用CPU226类型可编程控制器。CPU226类型的可编程控制器可以集成24输入和16输出共计40个I/O点。可以扩展7个模块，最大扩展至248路数字量I/O或者35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，具有PID控制器，具有2路独立的20KHz高速计数器输出。RS485通讯编程口共有两个，具有PPI和MPI通讯协议，I/O端子很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统。共有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能的更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。5 C616普通车床电气控制系统PLC软件设计5.1 PLC软件设计PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户根据实际应用自行研发的应用程序。可编程控制器的系统程序为研发者提供了开发用户程序的平台，对实际应用中的信号和信息转换进行了可靠运行的处理，以满足现场工艺要求。用户程序需要研发者根据现场具体逻辑控制要求和运算要求进行设计和研发，所以我们经常讲的可编程控制器软件设计就是研发者根据现场情况进行研发的可供实际应用的程序。PLC的软件为Siemens公司的Step7-MicroWIN软件进行编程。5.2 STEP-Micro/WIN32在可编程控制器的使用过程中，编程软件是非常重要的工具，用户只能利用这个工具来进行PLC软件编程。西门子S7-200系列可编程控制器使用的STEP-Micro/WIN32编程软件，具有编程及程序调试等多种功能，是PLC用户不可缺少的开发工具。 5.3 S7-200编程软件及编程系统STEP-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专门为S7-200系列可编程逻辑控制器设计开发。现在加上汉化程序后，可在全汉化的界面下进行操作，是中国的用户使用起来更加方便与实用。STEP-Micro/WIN32PLC的编程系统包括以下几个部分。1) 装有编程软件STEP-Micro/WIN32的计算机。2) S7-200CPU。3) 一根连接电缆。5.4 STEP7的特点STEP 7编程软件较为强大，功能齐全，可供研发者使用，STEP7软件的硬件设计功能和通讯组态、测试、参数设置、编程、文件建档、启动和维护、运行和诊断功能等。STEP 7的在线帮助，可以提供所有功能的查询和学习，可以选定软件中某一功能，按F1可以得到功能的相关帮助。在STEP 7中，可以用项目来管理整个用户程序的硬件和软件。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。5.5 STEP-Micro/WIN32编程软件的主要功能1）基本功能STEP7-Micro/WIN32编程软件就是提供给程序研发者一个平台，协助研发者完成实际应用中的程序研发，它具有如下功能。a) 在离线情况下可以创建研发者需要的程序，在此情况下可以对用户程序进行修改。离线方式情况下，可编程控制器和编程电脑断开通讯，可以在变成电脑上完成许多基本控制的功能，也可以对系统进行组态和修改，所有的程序都存在编程电脑上。b) 在联机（在线）方式下编程电脑和可编程控制器进行在线通讯，此情况下就可以下载程序，上传程序，在线监控程序等。可以通过监控程序查看程序中存在的错误和问题，可以进行在线修改。 c) 当研发者对一段程序进行编译，可以通过软件进行语法检查，如果程序中存在错误，经过语法检查就能标识出来，研发者可根据标识出来的错误进行修改，这样大大提高了研发效率，节省了研发时间。对用户程序进行文档管理，加密处理等。d) 设置PLC的工作方式、运行参数和监控程序等。2）主界面各部分功能界面一般可以分成以下几个区：菜单条（包含8个主菜单项）、标题栏、工具条（快捷按钮）、指令树（快捷操作窗口）、引导条（快捷操作窗口）、状态条和用户窗口（可同时或分别打开5个用户窗口）输出窗口、。除菜单条外，用户可以根据需要决定其他窗口的取舍和样式。5.6 STEP7的硬件接口PC/MPI适配器用于连接安装了STEP 7的计算机的RS-232C接口和PLC的MPI接口。计算机一侧的通信速率为19.2kbit/s或38.4kbit/s，PLC一侧的通信速率为19.2kbit/s1.5Mbit/s。除了PC适配器，还需要一根标准的RS-232C通信电缆。5.7 I/O地址分布输入 输出主轴电动机M1正转按钮SB1： I0.0 主轴电动机启停输出： Q0.0主轴电动机M1反转按钮SB2： I0.1 冷却泵电动机启停输出： Q0.1主轴电机M1停止按钮SB3： I0.2冷却泵电动机M2手动开关SA1： I0.3热继电器常开触点FR1 ： I0.4 5.8 C616电路PLC外部接线图图5.8 PLC外部接线图5.9 程序设计图5.9 主轴电机正转梯形图图5.10 主轴电机反转梯形图图5.11 冷却泵电机控制梯形图图5.11 程序符号图根据C616 型车床的控制要求和I O 接线情况， 设计了PLC 控制梯形图，如图 所示，该程序反映了原来继电接触器控制电路中的逻辑要求。（1）当主轴电机正转按钮I0.0（SB1）闭合时，Q0.0闭合并自锁，主轴电动机M1正转启动运转；当停止按钮I0.2（SB2）断开时，Q0.0释放，主轴电动机M1停转。（2）当主轴电机反转按钮I0.1（SB3）闭合时，Q0.1闭合并自锁，主轴电动机M1反转启动运转；当停止按钮I0.2（SB2）断开时，Q0.1释放，主轴电动机M1停转。（3）当Q0.0或Q0.1闭合后，若冷却泵旋钮I0.3（SA1）闭合，则Q0.2闭合，冷却泵电动机M2启动运转；当I0.3（SA1）断开时，Q0.2释放，冷却泵电动机M2停止运转。以上程序及PLC 外部接线不尽保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，同时电气改造的投资少，工作量较小，切实可行。6 触摸屏编程6.1 触控屏装置的介绍与功能触摸屏的基本原理是：用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触控屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测，并通过接口送到CPU，从而确定输入的信息。触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。其中，触控屏控制器(卡)的主要作用是：从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU 发来的命令并加以执行。触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是：检测用户的触摸位置，并传送给触控屏控制卡。本次设计选用西门子触摸屏TP177B装置。触摸面板TP177B代表了低端操作单元的新系列中的产品，可以满足所有复杂的功能要求。本装置允许将自己创建的图形、数字照片和扫描的画面集成到项目中。图6.1 西门子TP177B本装置重要的是易于机器操作和监控，其使用范围包括机器和设备结构，以及包装和电子工业。本装置还易于操作和观察，由于以图形形式显示操作状态、当前过程值以及连接的PLC的故障，所以更方便的操作和监控相关的机器或系统。通过使用组态软件Pro Tool CS，可根据不同的过程要求对本单元的显示和操作进行最优修改。使用Pro Tool/Pro CS进行组态，需要在操作单元上表示的图形、文本以及操作和显示元素，必须首先使用组态软件SIMATIC Pro Tool/Pro CS在组态计算机（PC/PU）上创建。组态计算机必须连接至操作单元，以便将项目下载给操作单元如图。项目成功下载以后就可以将操作单元连接到PLC。随后，操作单元可以与PLC进行通讯，并根