毕业设计（论文）-M7120平面磨床的PLC改造.doc

焦作大学毕业设计 目录 M7120M7120 平面磨床的平面磨床的 PLCPLC 改造改造 李正强李正强 焦焦 作作 大大 学学 毕业设计 中图分类号 TD528 M7120M7120 平面磨床的平面磨床的 PLCPLC 改造改造 专专业业名名 称 称 计算机辅助设计与制造 学生姓名 学生姓名 导师姓名 导师姓名 焦作大学机焦作大学机电电工程系工程系 2008 年 5 月 毕业论文 焦作大学毕业设计 目录 中图分类号 中图分类号 TD528 密级 公开密级 公开 UDC 单位代码 单位代码 11522 M7120M7120 平面磨床的平面磨床的 PLCPLC 改造改造 M7120M7120 SurfaceSurface GrindingGrinding Machine sMachine s PLCPLC TransformationTransformation 姓姓 名名李正强李正强学学 制制三年三年 专专 业业计算机辅助设计计算机辅助设计研究方向研究方向 电气控制电气控制 导导 师师范彩霞范彩霞职职 称称讲师讲师 论文提交日期论文提交日期2008 05 25论文答辩日期论文答辩日期2008 06 02 焦作大学机电工程系焦作大学机电工程系 焦作大学毕业设计 目录 目 录 目目 录录 3 3 摘摘 要要 2 2 前前 言言 4 4 第一章第一章 M7120M7120 平面磨床简介平面磨床简介 7 7 1 1M7120 平面磨床控制原理图 6 1 2 M7120 平面磨床的结构及功能 7 1 3 M7120 平面磨床的电气控制系统分析 9 1 4 M7120 平面磨床电气控制特点与故障分析 11 第二章第二章 PLCPLC 介绍介绍 1111 2 12 1 PLCPLC 的发展的发展 12 2 22 2 德国西门子 德国西门子 SIEMENSSIEMENS PLCPLC 介绍介绍 14 第三章第三章 硬件设计硬件设计 1414 3 1 PLC 的物理结构 14 3 2 PLC 型号的选择 16 3 3 PLC 电气控制系统 I O 设备的选择 17 3 4 PLC 的外部接线图 19 第四章第四章 软件设计软件设计 2020 4 1 功能介绍 20 4 2 PLC 控制程序分析 23 4 3 程序梯形图 25 4 4 程序语句表 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 5 程序调试及遇到的问题分析 错误 未定义书签 错误 未定义书签 焦作大学毕业设计 目录 致致 谢谢 3939 参考文献参考文献 2727 焦作大学毕业设计 摘要 摘摘 要要 本次设计的内容主要是利用 PLC Programmable Logic Controller 对 M7120 平面磨床的控制部分进行改造 我先对本次的设计进行了总体的思考和 分析 使自己对 M7120 平面磨床的基本结构 运动情况 加工工艺要求等有一 定的了解 M7120 平面磨床主要有车身 主轴变速箱 尾座进给箱 丝杠 光 杠 刀架和溜板箱等组成 对 M7120 平面磨床电气控制部分进行分析得出它需 要完成开门断电功能 主轴电动机的正反转控制功能 刀架的快速移动功能 冷却泵电动机的控制 然后根据电气控制电路的线路图 编译 PLC 的梯形图 编译通过后 利用 PLC 实验台进行实验仿真 由于 PLC 极高的可靠性 极丰富 的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 因此 使 M7120 平面磨床在完成原有的功能特点外 还具有安装简便 稳定性好 易 于维修 扩展能力强等特点 关键词 PLCPLC 改造改造 电气控制电气控制 M7120M7120 磨床磨床 焦作大学毕业设计 摘要 Abstract ThisThis design sdesign s contentcontent isis mainlymainly Programmable Programmable LogicLogic Controller Controller makesmakes thethe transformationtransformation usingusing PLCPLC toto thethe M7120M7120 surfacesurface grindinggrinding machine smachine s controlcontrol section section I I havehave carriedcarried onon thethe overalloverall ponderponder andand thethe analysisanalysis firstfirst toto thisthis timetime design design enablesenables itselfitself toto thethe M7120M7120 surfacesurface grindinggrinding machine smachine s basicbasic structure structure thethe movementmovement situation situation thethe processingprocessing technologicaltechnological requirementrequirement andand soso onon toto havehave certaincertain understanding understanding TheThe M7120M7120 surfacesurface grindinggrinding machinemachine mainlymainly hashas compositionscompositions andand soso onon automobileautomobile body body mainmain axleaxle geargear box box tailstocktailstock geargear box box guideguide screw screw feedfeed rod rod tooltool restrest andand apron apron CarriesCarries onon thethe analysisanalysis toto thethe M7120M7120 surfacesurface grindinggrinding machinemachine electricelectric controlcontrol partpart toto obtainobtain itit toto needneed toto completecomplete opensopens thethe doordoor thethe powerpower failurefailure function function thethe mainmain axleaxle electricelectric motormotor toto reversereverse thethe controlcontrol function function tooltool rest srest s rapidrapid traversetraverse function function thethe coolingcooling pumppump electricelectric motor smotor s control control ThenThen accordingaccording toto thethe electricelectric controlcontrol electricelectric circuit scircuit s circuitcircuit diagram diagram translatestranslates PLCPLC thethe trapezoidaltrapezoidal chart chart translates translates carriescarries onon thethe experimentexperiment simulationsimulation usingusing thethe PLCPLC laboratorylaboratory bench bench AsAs a a resultresult ofof thethe PLCPLC extremelyextremely highhigh reliability reliability thethe extremelyextremely richrich setset ofof instructions instructions easyeasy toto grasp grasp convenientconvenient operation operation richrich built inbuilt in integratedintegrated function function real timereal time characteristic characteristic ThereforeTherefore causescauses thethe M7120M7120 surfacesurface grindinggrinding machinemachine toto completecomplete outsideoutside thethe originaloriginal functionfunction characteristic characteristic butbut alsoalso hashas thethe installmentinstallment toto bebe simple simple thethe stabilitystability good good easyeasy toto service service thethe expansionexpansion abilityability stronglystrongly andand soso onon characteristics characteristics 英文关键词 PLC transformation Electric control M7120 grinder 焦作大学毕业设计 前言 前前 言言 在制造工业 以改变几何形状和机械性能为特征 和过程工业 以物理变 化和化学变化将原料转化成产品为特征 中 大量的开关量顺序控制 它按照 逻辑条件进行顺序动作 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离 散量的数据采集 传统上 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的 随 着产品机型的更新换代 生产线承担的加工对象也随之改变 这就需要改变控 制程序 使生产线的机械设备按新的工艺过程运行 而继电接触器控制系统是 采用固定接线的 很难适应这个要求 大型自动生产线的控制系统使用的继电 器数量很多 这种有触点的电器工作频率较低 在频繁动作的情况下寿命较短 从而造成系统故障 使生产的运行可靠性降低 现在 PLC 的出现解决了这一问题 PLC 在处理模拟量能力 数字运算能力 人机接口能力和网络能力比之大幅度提高 PLC 逐渐进入过程控制领域 在某 些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 在我国应用的 PLC 系 统中 I O 64 点以下 PLC 销售额占整个 PLC 的 47 64 点 256 点的占 31 合 计占整个 PLC 销售额的 78 在我国应用的 PLC 几乎涵盖了世界所有的品牌 呈现八国联军的态势 但从行业上分 有各自的势力范围 大中型集控系统采 用欧美 PLC 居多 小型控制系统 机床 设备单体自动化及 OEM 产品采用日本 的 PLC 居多 欧美 PLC 在网络和软件方面具有优势 而日本 PLC 在灵活性和价 位方面占优势 我国的 PLC 供应渠道 主要有制造商 分销商 代理商 系统集成商 OEM 用户 最终用户 其中 大部分 PLC 是通过分销商和系统集成商达到最终 用户的 1 人机界面更加友好 PLC 制造商纷纷通过收购或联合软件企业 或发展软件产业 大大提高了 其软件水平 多数 PLC 品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件 软件和硬件 的结合 提高了系统的性能 同时 为用户的开发和维护降低了成本 使更易 焦作大学毕业设计 前言 形成人机友好的控制系统 目前 PLC 网络 IPC CRT 的模式被广泛应用 2 网络通讯能力大大加强 PLC 厂家在原来 CPU 模板上提供物理层 RS232 422 485 接口的基础上 逐 渐增加了各种通讯接口 而且提供完整的通讯网络 由于近来数据通讯技术发 展很快 用户对开放性要求很强烈 现场总线技术及以太网技术也同步发展 如罗克韦尔 A B 公司主推的三层网络结构体系 即 EtherNet ControlNet DeviceNet 西门子公司在 Profibus DP 及 Profibus FMS 网络等 3 开放性和互操作性大大发展 PLC 在发展过程中 各 PLC 制造商为了垄断和扩大各自市场 处于群雄割 据的局面 各自发展自己的标准 兼容性很差 这给用户使用带来不便 并增 加了维护成本 开放是发展的趋势 这已被各厂商所认识 形成了长时期妥协 与竞争的过程 并且这一过程还在继续 开放的进程 可以从以下方面反映 1 IEC 形成了现场总线标准 这一标准包含 8 种标准 虽然有人说 多 种标准就是没有标准 但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果 标准推出 后 各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准 或者开发与之相应的新产品 2 IEC 制订了基于 Windows 的编程语言标准 IEC61131 3 它规定了指令 表 IL 梯形图 LD 顺序功能图 SFC 功能块图 FBD 结构化文本 ST 五种编程语言 这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层 次上走向开放性的标准化文件 虽然 PLC 开发上各工具仍不兼容 但基于这些 标准的开发系统 使用户在应用过程中 可以较方便地适不同品牌的产品 3 OPC 基金会推出了 OPC OLE for Process Control 标准 这进一步 增强了软硬件的互操作性 通过 OPC 一致性测试的产品 可以实现方便的和无 缝隙数据交换 目前 多数 PLC 软件产品和相当一部分仪表 执行机构及其它 设备具有了 OPC 功能 OPC 与现场总线技术的结合 是未来控制系统向 FCS 技 术发展的趋势 4 PLC 的功能进一步增强 应用范围越来越广泛 PLC 的网络能力 模拟 量处理能力 运算速度 内存 复杂运算能力均大大增强 不再局限于逻辑控 制的应用 而越来越应用于过程控制方面 有人统计 除石化过程等个别领域 焦作大学毕业设计 前言 PLC 均有成功能应用 PLC 在相当多的应用取代了昂贵的 DCS 从而使原来 PLC 顺序控制 DCS 过程控制 的模式变成 PLC IPC 模式 5 工业以太网的发展对 PLC 有重要影响 以太网应用非常广泛 与工业 网络相比 其成本非常低 为此 人们致力于将以太网引进控制领域 目前的 挑战在于硬件上如合适应工业恶劣环境 通讯机制如何提高其可靠 以太网能 否顺利进入工控领域 还存在争论 但以太网在工控系统的应用却日益增多 适应这一过程 各 PLC 厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品 M7120 型平面磨床是一种中型磨床 能够完成外圆 孔 平面以及齿轮 螺纹等 成形表面的精加工 也可刃磨各种切削刀具 目前采用传统的继电器控制的普 通车床在中小型企业仍量使用 由于继电器系统接线复杂 故障诊断与排除困 难 并存在 触点易被电弧烧坏而导致接触不良 机械方式实现的触点控 制反映速度慢 继电器的控制功能被固定在线路中 功能单一 灵活性差等 缺点 从而影响正常生产 因此 选用一种较为合理 经济耐用的器件来开发 改造 才能使我们的这次 设计有意义 PLC 的性能比较稳定些 它的搞干扰能力比较突出 可以用在环 境比较恶劣的工作环境中 但 PLC 与单片机比起来价格要高一点 PLC 不像单 片机那样 可以根据工程的需要 灵活的开发 PLC 是一个成品 只能使用 而单片机可以灵活改动 但单片机的程序设计没有 PLC 那么简单易学 因此我 们选用 PLC 作为本次设计的控制器 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的结构及功能 1 11 1 M7120M7120 型平面磨床的结构及功能型平面磨床的结构及功能 M7120 型平面磨床主要由它由床身 工作台 电磁吸盘 砂轮箱 滑座 立柱等部分组成 平面磨床是用砂轮磨削加工各种零件平面的机床 M7120 型平面磨床是平 面磨床中使用较为普遍的一种 它的磨削精度高和表面较光洁 操作方便 适 于磨削精密零件和各种工具 M7120 型平面磨床共有四台电动机 即砂轮电动机 砂轮升降电动机 液 压泵电动机和冷却泵电动机 砂轮电动机直接带动砂轮旋转 对工件进行磨削 加工 在 M7120 型平面磨床中 砂轮并不要求调速 所以通常采用笼型异步电 动机来拖动 这是平面磨床的主运动 砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作 垂直运动 用以调整砂轮与工件位置 工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电 动机进行液压传动的 液压传动较平稳 能实现无级调速 换向时惯性小 换 向平稳 M7120 型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动 能保证加工精度 由液压电动机拖动液压泵 经液压传动装置实现工作台的往复运动 冷却泵电 动机带动冷却泵供给砂轮和工件冷却液 同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑 M7120M7120 型平面磨床型平面磨床电器配置电器配置 代号元件名称件数用途 M1 液压泵电动机1液压泵传动 M2 砂轮电动机 1 砂轮传动 M3 冷却泵电动机1供给浍液 M4 砂轮升降电动 机 1 砂轮升降传动 QS1 开关 1 总开关 FU1 熔断器 1 FU2 熔断器 1 FU3 熔断器 1 FU4 熔断器 1 FU5 熔断器 1 FU6 熔断器 1 电源保险 FR 热继电器 1 M1 过载保护 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的结构及功能 T 变压器 1 整流 降压 照明电源 KM1 接触器 1 控制液压泵电动机 M1 KM2 接触器 1 控制砂轮电动机 M2 KM3 接触器 1 点动控制砂轮升降电动机 上升 KM4 接触器 1 点动控制砂轮升降电动机 下降 KM5 接触器 1 控制电磁吸盘充磁 KM6 接触器 1 点动控制电磁阀去磁 VC 硅整流器 1 整流 KA 欠电压继电器1欠电压保护 FR1 热继电器 1 M1 过载保护 FR2 热继电器 1 M2 过载保护 FR3 热继电器 1 M3 过载保护 SB1 按钮 1 总停 主要技术参数 主要技术参数 1 输入电源 AC380V 三相四线 50HZ 2 故障考核 13 项 3 工作环境 温度 100C 400C 4 功 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的结构及功能 1 31 3 M7120M7120 平面磨床的电气控制系统分析的电气控制系统分析 图 1 1 M7120 型平面磨床控制电路原理图 二 电气控制线路分析二 电气控制线路分析 M7120 型平面磨床的电气控制线路分为主电路 控制电路 电磁工作台控 制电路及照明与指示灯电路四部分 如图 1 1 主电路分析 主电路中共有四台电动机 其中 M1 是液压泵电动机 实现工作台的往复运动 M2 是砂轮电动机 带动砂轮旋转磨削加工工件 M3 是 冷却泵电动机 为砂轮磨削工件时输送冷却液 M4 是砂轮升降电动机 用以调 整砂轮与工件的位置 其中砂轮 M4 可正反转 四台电动机的工作要求是 M1 M2 和 M3 只需正转控制 M4 需要正反转控 制 冷却泵电动机 M3 却需要在 M2 运转后才能运转 四台电动机具有短路 欠电压和失电压保护 分别由熔断器 和接触 器 KM1 KM KM3 和 KM4 来执行 除 M4 之外 其余三台电动机分别由热继电器 FR1 FR2 和 FR3 进行过载保护 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的结构及功能 控制电路分析 液压泵电动机 M1 的控制 合上电源总开关 QS 电压继电器线圈 KV 通电闭合 接通控制电路的电源 当按下液压泵电动机 M1 的启动按钮 SB3 时 接触器 KM1 通电闭合并自锁 液压泵电动机 M1 启动运转 当按下液压泵电 动机 M1 的停止按钮 SB2 时 液压泵电动机 M1 停止运转 砂轮电动机 M2 及冷却泵电动机 M3 的控制 按下砂轮电动机 M2 起动按扭 SB5 接触器 KM2 线圈获电吸合并自锁 砂轮电动机 M2 起动运转 由 于冷却泵电动机 M3 通过接插器 XP 和 M2 联动控制 所以 M3 与 M2 同时起动运转 当按下停止按钮 SB4 时 接触器 KM2 线圈断电释放 M2 与 M3 同时断电停转 热继电器 FR2 和 FR3 分别为电动机 M2 和 M3 的过载保护 3 砂轮升降电动机 M4 的控制 因为砂轮升降是短时运转 所以采用点 动控制 当按下点动按钮 SB4 接触器 KM3 线圈获电吸合 电动机 M4 起动正转 砂轮上升 上升到所需的位置 松开 SB6 KM3 线圈断电释放 电动机 M4 停转 砂轮停止上升 按下点动按钮 SB7 接触器 KM4 线圈获电吸合 电动机 M4 起动 反转 砂轮下降 当砂轮下降到所需位置 松开 SB7 KM4 线圈断电释放 电动 机 M4 停转 砂轮下降 为了防止电动机 M4 的正反转线路同时接通 故在控制 电路中采用接触器联锁 4 其他部件控制 砂轮升降电动机 M4 由 图 1 4 冷却泵电动机的控制流程 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的电气控制特点 1 41 4 M7120型平面磨床电气控制特点 1 电气控制电路特点 1 采用三台电动机拖动 尤其是车床溜板箱的快速移动单由一台快速移动 电动机 M3 拖动 2 主电动机 MI 不但有正 反向运转 还有单向低速点动的调整控制 MI 正反向停车时均具有反接制动停车控制 3 设有检测主电动机工作电流的环节 4 具有完善的保护和联锁功能 主电动机 MI 正反转之间有互锁 熔断器 FU1 FU6 可实现各电路的短路保护 热继电器 FR1 FR2 实现 M1 M2 的过载保 护 接触器 KM1 KM2 KM4 采用按钮与自锁环节 对 M1 M2 实现欠电压与零电 压保护 M7120 型平面磨床的控制系统由于采用早期的继电器 接触器控制和二极管 组成的距阵控制 电气元件多 且可靠性差 电气故障频繁 故采用 PLC 进行 控制改造 用可编程控制器改造旧机床电气系统 现有企业里是非常现实技 术改造方案 具有投资省 见效快特点 使用 PLC 改造该系统后 使线路大 大简化 由于 PLC 的高可靠性 输入输出部分还有信号指示 不仅使电气故障 大大减少 而且还给判断电气故障和发生部位带来方便 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的电气控制特点 第二章 PLC 介绍 2 0 际电工委员会 IEC PLC 定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行内部逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字式和模拟式的输入和输出控制 各类型的机械和生产活动 2 12 1 PLCPLC 的特点的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 编程直观 简单 3 环境要求低 适应性好 4 功能完善 接口功能强 5 元件少 结构较简单 2 22 2 PLCPLC 的分类及原理的分类及原理 PLC 分类按 INPUT 和 OUTPUT 点数多少 分为超小型 小型 中型 大型和超大 型 按结构形式分 整体型和模块型 2 32 3 PLCPLC 工作原理工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式 包括内部处理 通讯操作 输入处理 程序 执行 输出处理几个阶段 全过程扫描所须的时间称为扫描周期 当处于 RUN 状 态时 上述扫描周期为不断循环过程 2 42 4 PLCPLC 的发展的发展 在制造工业 以改变几何形状和机械性能为特征 和过程工业 以物理变 化和化学变化将原料转化成产品为特征 中 大量的开关量顺序控制 它按照 逻辑条件进行顺序动作 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离 散量的数据采集 传统上 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的 20 世纪 60 年代末期 在技术改造的浪潮的冲击下 为使汽车结构及外型不断改进 品种不断增加 需要经常变更生产工艺 1969 年 美国数字设备公司 DEC 首先研 制出第一台符合要求的控制器 即可编程控制器 并在美国 GE 公司的汽车上试用 成功 我国从 1976 年开始研制 1977 年应用于工业控制 上世纪 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 发展最快的时期 年增长率一直保持为 30 40 目前 世界 焦作大学毕业设计 M7120 型平面磨床的电气控制特点 上有 200 多厂家生产 300 多品种 PLC 产品 主要应用在汽车 23 粮食加工 16 4 化学 制药 14 6 金属 矿山 11 5 纸浆 造纸 11 3 等 行业 2 52 5 德国西门子 德国西门子 SIEMENSSIEMENS PLCPLC 选择选择 德国西门子 SIEMENS 公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广 泛 在工控 冶金 化工 印刷生产线等领域都有应用 在众多的 PLC 生产厂 家中 西门子公司的 PLC 系列产品以其较高的性价比成为众多客户的首选 因 此我们选择西门子公司的 PLC 作为本次设计的可编程序控制器 焦作大学毕业设计 德国西门子 PLC 介绍 第三章 硬件设计 3 13 1 PLCPLC 的物理结构的物理结构 PLC 采用典型的计算机结构 它的硬件电路由中央处理单元 CPU 存储器 RAM ROM EEPROM EPROM 等 基本 I O 接口 外设接口 电源等五大部分 组成 1 中央处理器 CPU CPU 是可编程控制器的控制中枢 在系统监控下工作 承担着将外部输入信 号的状态写入映像寄存器区域 然后将结果送到输出映像寄存器区域 CPU 常用 的微处理器有通用型微处理器 单片机和位片式计算机等 小型 PLC 的 CPU 多 采用单片机或 CPU 大型 PLC 的 CPU 多用位片式结构 具有高速数据处理能力 2 存储器 Memory 可编程控制器的存储器由只读储存器 ROM 和随机存储器 RAM 两大部分构成 只读存储器 ROM 用以存放系统程序 中间运算数据存放在随机存储器 RAM 中 用户程序也放在 RAM 中 掉电时 保存在只读存储器 EEPROM 或由高能电池支 持的 RAM 中 3 基本 I O 接口电路 1 输入接口单元 PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路 如行程开 关 按钮 传感器等 提供的 符合 PLC 输入电路要求的电压信号 通过光耦 电路送至 PLC 内部电路 输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干 扰能力 输入响应时间一般在 0 1 15ms 之间 多数 PLC 的输入接口单元都相同 通常有两种类型 一种是直流输入 另一种是交流输入 2 输出接口单元 PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换成一定的形式的 功率输出 驱动被控负载 电磁铁 继电器 接触器线圈等 PLC 输出电路结 构形式分为继电器式 晶闸管式和晶体管输出型等三种 晶闸管输出型 CPU 通 过光耦电路的驱动 使双向晶闸管通断 可以驱动交流负载 晶体管输出型 CPU 通过光耦电路的驱动 使晶体管通断 驱动直流负载 在继电器式输出中 CPU 可以根据程序执行的结果 使 PLC 内设继电器线圈通电 带动触点闭合 焦作大学毕业设计 德国西门子 PLC 介绍 通过继电器闭合的触点 由外部电源驱动交 直流负载 本设计选用继电器式 输 出 它的优点是过载能力强 交 直流负载皆宜 4 接口电路 PLC 接口电路分为 I O 扩展接口电路和外设通信接口电路两大类 1 I O 扩展接口电路 I O 扩展接口电路用于连接 I O 扩展单元 可以用来扩充开关量 I O 点数 和增加模拟量的 I O 端子 I O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电 路形式 2 外设通信接口电路 通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器 文本显示器 并能 组成 PLC 的控制网络 PLC 通过 PC PPI 电缆线或使用 MPI 卡通过 RS 485 接口 和电缆与计算机连接 可以实现编程 监控 联网等功能 5 电源 PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源 将交流 直流供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源 5V 直流 当输入端子为非干接点结构时 为 外部输入元件提供 24V 直流电源 仅供输入端点使用 焦作大学毕业设计 PLC 型号的选择 3 23 2 PLCPLC 型号的选择型号的选择 S7 200 系列 PLC 有 CPU21X 和 CPU22X 两代产品 其中 CPU22X 型 PLC 有 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 四种基本型号 选用 PLC 上 考虑到只是对 M7120 磨床做电器气部分的改造 输出端口需 要 16 个 输入端口需要 7 个 而且并不通过网络或其他方式做远程控制 因此 考虑到经济 实用 稳定等方面因素 我们决定选用 SIMATIC S7 200 系列的 S7 226 作为本次设计的 PLC 型号 焦作大学毕业设计 PLC 电气控制系统的选择 3 33 3 PLCPLC 电气控制系统电气控制系统 I OI O 设备的选择设备的选择 1 开关的选择 目前一般有自动空气断路器 到开关和熔断器的组合 组合开关三种 根 据电动机的容量 主轴电动机 20KW 快速移动电动机 0 75KW 冷却泵电动机 0 125KW 选用三极单投闸刀开关 100 3 型 100 毫安用作机床电源的引入开关 2 控制变压器的选择 在机床的控制电路中需要用到不同的电压 例如 PLC 的外电路及电器元 件 机床上的照明电路所需电压 接触器的电压 等 它们需要不同的电压等 级 提高系统的安全性 选用控制变压器的型号为 BK 50 型 500 伏安 3 交流接触器的选择 主轴电动机的额定功率为 20KW 满载电流 40A 选用交流接触器 CJ2O 63 来控制主轴电动机启动 交流接触器 CJ2O 63 额定电流 63A 额定电压 380V 可控电动机的最大功率 30KW 交流接触器 B9 型线圈电压为 380 伏用来操作快速移动电动机启动 冷却 泵电动机的启动和停止 接触器 B9 型的额定工作电压 380V 额定工作电流 8 5A 4 熔断器的选择 熔断器是一种用于过载与短路保护的电器 当超出限定值的电流通过熔断 器的熔体时将其熔化而分开电路 主轴电动机的满载电流是 40A 所选的熔断 器 FU1 型号是 RT14 63 额定电压 380V 熔断体额定工作电流 50A 快速移 动电动机满载时的电流是 2 3A 冷却泵电动机满载时的电流是 0 48A 所选的 熔断器 FU2 型号是 RT14 32 额定电压是 380V 熔断体额定工作电流是 4A 5 热继电器的选择 热继电器的作用是过载保护 根据主轴电动机的工作情况和技术参数 所 选热机电器 KR1 的型号为 TSA45 额定整定电流 45A 根据快速移动电动机 的工作情况及技术参数 所选热机电器 KR2 的型号为 T45 焦作大学毕业设计 PLC 电气控制系统的选择 6 速度继电器的选择 速度继电器常用于电动机的反接制动电路中 常用的速度继电器有 JY1 型 和 JFZ0 型两种 其中 JY1 型可在 700 3600r min 范围内可靠地工作 JFZ0 1 型适用于 300 1000r min JFZ0 2 型适用于 1000 3000r min 主轴电动机满 载时的转数 1470 转 分 因此选用 JY1 型的速度继电器 一般速度继电器转轴 在 130r min 左右即能动作 100r min 时触头即能恢复正常位置 7 导线的选择 主回路中导线截面积较大 不用考虑机械强度而只按允许载流量选择 机 床上电源和住主电动机使用 BVR10 软线 快速移动电动机使用 BVR2 5 软线 其 它的控制线路均采用 BVR2 5 软线 表 3 2 输出 输入端口对照表 输入信号输出信号 名称代号输入点编 号 名称代号输出点 编号 电压继电器 KVI0 0 液压泵电动机 M1 接触 器 KM1Q0 0 总停止按钮 SB1I0 1 砂轮电动机 M2 接触器 KM2Q0 1 液压泵电动机 M1 停止按钮 SB2I0 2 砂轮上升接触器 KM3Q0 2 液压泵电动机 M1 启动按钮 SB3I0 3 砂轮下降接触器 KM4Q0 3 砂轮电动机 M2 停止按钮 SB4I0 4 电磁吸盘充磁接触器 KM5Q0 4 砂轮电动机 M2 启动按钮 SB5I0 5 电磁吸盘退磁接触器 KM6Q0 5 砂轮升降机 M4 上升按钮 SB6I0 6 冷却泵电动机接触器 KM7Q0 6 砂轮升降机 M4 下降按钮 SB7I0 7 电磁吸盘 YH 充磁按钮 SB8I1 0 电磁吸盘 YH 充磁停止按钮 SB9I1 1 电磁吸盘 YH 退磁按钮 SB10I1 2 冷却泵电动机 M3 启动按钮 SB11I1 3 冷却泵电动机 M3 停止按钮 SB12I1 4 焦作大学毕业设计 PLC 电气控制系统的选择 液压泵电动机 M1 热继电器 KR1I1 5 砂轮电动机 M2 热继电器 KR2I1 6 冷却泵电动机 M3 热继电器 KR3I1 7 焦作大学毕业设计 PLC 外部接线图 3 43 4 PLCPLC 的外部接线图的外部接线图 图 3 2 PLC 的外部接线图 焦作大学毕业设计 软件设计 第四章 软件设计 4 14 1 功能介绍功能介绍 S7 200 可编程控制器使用 STEP7 Micro WIN32 编程软件进行编程 STEP7 Micro WIN32 编程软件是基于 Windows 的应用软件 功能强大 主要用于开发 程序 也可用于适时监控用户程序的执行状态 加上汉化后的程序 可在全汉 化的界面下进行操作 STEP 7 Micro WIN 编程软件为用户开发 编辑和监控自己的应用程序提供 了良好的编程环境 1 基本功能 STEP 7 Micro WIN 是在 Windows 平台上运行的 SIMATIC S7 200 PLC 编程 软件 简单 易学 能够解决复杂的自动化任务 适用于所有 SIMATIC S7 200 PLC 机型软件编程 支持 IL LAD FBD 三种编程语言 可以在三者之间随时切 换 具有密码保护功能 STEP 7 Micro WIN 提供软件工具帮助您调试和测试您 的程序 这些特征包括 监视 S7 200 正在执行的用户程序状态 为 S7 200 指 定运行程序的扫描次数 强制变量值等 指令向导功能 PID 自整定界面 PLC 内置脉冲串输出 PTO 和脉宽调制 PWM 指令向导 数据记录向导 配方向 导 支持 TD 200 和 TD 200C 文本显示界面 TD 200 向导 2 其他功能 1 运动控制 S7 200 提供有开环运动控制的三种方式 脉宽调制 PWM 内置于 S7 200 用于速度 位置或占空比控制 脉冲串输出 PTO 内置于 S7 200 用于速度和位置控制 EM253 位控模块 用于速度和位置控制的附加模块 为了简化您应用程序中位控功能的使用 STEP7 Micro WIN 提供的位控向导 可以帮助您在几分钟内全部完成 PWM PTO 或位控模块的组态 该向导可以生成 位控指令 您可以用这些指令在您的应用程序中对速度和位置进行动态控制 对于位控模块 STEP 7 Micro WIN 还提供了一个控制面板 可以控制 监视和 测试您的运动操作 焦作大学毕业设计 软件设计 2 创建调制解调模块程序 使用 EM241 调制解调模块可以将 S7 200 直接连到一个模拟电话线上 并 且支持 S7 200 与 STEP 7 Micro WIN 的通讯 该调制解调模块还支持 Modbus 从 站 RTU 协议 该模块与 S7 200 之间的通讯通过扩展 I O 总线实现 STEP 7 Micro WIN 提供一个调制解调扩展向导 它可以帮助您设置一个远端的调制解 调器 或者设置将 S7 200 连向远端设备的调制解调模块 3 USS 协议库 STEP 7 Micro WIN 指令库 该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序 这些子程序和中断程序都是专门为通过 USS 协议与驱动通讯而设计的 通过 USS 指令 您可以控制这个物理驱动 并读 写驱动参数 可以在 STEP 7 Micro WIN 指令树的库文件夹中找到这些指令 当您选择 一个 USS 指令时 系统会自动增加一个或多个相关的子程序 USS1 到 USS7 西门子库在一张单独的 CD 上出售 STEP 7 Micro WIN 附加件 指令库 订货号是 6ES7 830 2BC00 0YX0 在定购和安装了 1 1 版本的西门子库后 任 何后续 STEP 7 Micro WIN V3 2x 和 V4 0 升级都会在不需要附加费用的情况下 自动升级您的库 当增加或修改库时 odbus 从站协议指令 STEP 7 Micro WIN 指令库包含有专门为 Modbus 通讯设计的预先定义的子 程序和中断服务程序 使得与 Modbus 主站的通讯简单易行 使用 Modbus 从站 协议指令 您可以将 S7 200 组态作为 Modbus RTU 从站 与 Modbus 主站通讯 可以在 STEP 7 Micro WIN 指令树的库文件夹中找到这些指令 通过这些新 指令 可以将 S7 200 作为 Modbus 从站 当选择一个 Modbus 从站指令时 会有 一个或多个相关的子程序自动添加到您的项目中 西门子库在一张单独的光盘上出售 STEP 7 Micro WIN 附加件 指令库 订货号为 6ES7830 2BC00 0YX0 在定购和安装了 1 1 版本的西门子库后 任何 后续的 STEP 7 Micro WINV3 2x 和 V4 0 升级都会在不需要附加费用的情况下自 动升级您的库 当增加或修改库时 5 使用配方 焦作大学毕业设计 软件设计 STEP 7 Micro Win 软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配 方 配方存在存储卡中 而不是 PLC 中 STEP 7 Micro WIN 软件和 S7 200 PLC 已经支持配方功能 STEP 7 Micro Win 软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方 所有配 方存在存储卡中 因此 为了使用配方功能 必须要在 PLC 中插入一块 64K 或 者 256K 的存储卡 要查阅关于存储卡的更多信息 6 使用数据归档 STEP 7 Micro Win 提供数据归档向导 将过程测量数据存入存储卡中 将 过程数据移入存储卡可以节省 V 存储区的地址空间 否则这些数据将储存在 V 存储