毕业设计（论文）-切管机控制系统的研发.doc

摘 要半自动下管机属于切管机的一种，主要用于加工汽车减震器钢管部件下料工序。在此之前，汽车减震器部件加工切断钢管是利用普通车床切割，自动化水平低，体力劳动消耗大，切割精度与切口质量低，切割效率低，已经满足不了生产要求。本文开发了一种高效，节能的半自动下管机。它是由旧式仪表车床改造而成。半自动下管机包含长度定位装置，装夹装置，切削装置，利用PLC作为控制器，来够实现自动定位钢管切削长度，自动夹紧，切削，停机。从而实现机电一体化，打破传统人工切屑工艺，实现工业自动化。可编程逻辑控制器（PLC）是一种数字操作运算的控制系统，它专门为工业生产中的应用而设计。它主要能够为工业控制系统提供一个便捷可靠安全的方案。利用PLC来改造车床的例子在我国已经是很常见，国外许多旧机床通过PLC改造，不仅提高机床使用年限，而且可以根据客户要求改造机床，提高生产效率。关键词：下管机；机电一体化；PLC控制器；高效 AbstractSemi-automatic pipe cutting machine is a kind of pipe cutting machine. It is mainly used for processing pipe in the shock absorbers for automobiles. Before that, it is used general machine tool to process pipe in the shock absorbers for automobiles. Lower level of automation, labor cost a lot, lower machine accuracy, lower cutting quality, lower cutting efficiency. It cant satisfy requires of production. In this paper, the author developed a highly efficient, energy-saving semi-automatic pipe cutting machine. It from the old instrumentation lathe reformation. The semi-automatic pipe cutting machine include the length positioning mechanism, clamping mechanism, cutting mechanism, It use the PLC as the controller, to realize the automatic positioning of the pipe cutting length, automatic clamping, cutting and stop. Finally it will realize the mechanical-electrical integration, break the traditional of manual operation, realization of industrial automation.Programmablelogiccontroller,adigitalcomputingoperationofelectronic system, designedforapplicationsin theindustrialenvironment.It can provide safe reliable and the quite perfect solution for the automated control application suit in the industrial. It is very common that reform the lathe by the PLC in our country. In the abroad, many old machine tool reform by PLC. It is not only improving the machine tool using lifetime, but also it can upon request to reform the machine tool, improve production efficiency.Keywords: pipe cutting machine；mechanical-electrical integration ；PLC controller ；efficient 目 录摘 要IAbstractII第1章概 述11.1选题的背景11.2选题的意义11.3设计的框架2第2章国内外研究现状32.1国外研究进展32.2国内研究进展3第3章半自动下管机电气系统设计53.1半自动下管机的基本要求53.2半自动下管机的工作原理63.3半自动下管机的控制要求73.4半自动下管机的控制流程图83.5半自动下管机的电气控制系统电路图83.5.1主电路分析83.5.2控制电路分析93.6电机选型113.7冷却液，冷却泵选型13第4章PLC硬件系统设计144.1PLC介绍144.2PLC特点144.3PLC选型154.4I/O地址分配154.5PLC外部电路图设计16第5章PLC软件系统设计及仿真175.1编程软件step7简介175.2顺序功能图175.3控制系统梯形图程序195.4S7-PLCSIM仿真22第6章总结与展望256.1总结256.2展望25参考文献26致 谢27 第1章 概 述1.1 选题的背景在当今的工业中，小型，小批量的零件加工生产越来与多，其占产品数量的比例也越来越高，而且对生产的零件复杂性与精确性的要求也越来越高。制造业的相互竞争已经从当初降低产品的成本，提高生产效率和工人熟练度的竞争，发展到创新开发各种满足客户要求的，有竞争力的新产品。产学研的模式也得到越来越重视。对产品批量需求也越来越小，但是客户对产品的质量、性能的要求越来越高了。本课题为企业委托课题，主要是汽车减震器部件加工切断钢管工序研发的半自动下管机。在此之前，汽车减震器部件加工切断钢管都是利用普通车床切割，自动化水平低，体力劳动消耗大，切割精度与切口质量低，切割效率低，已经满足不了生产要求。为此本文开发了一种高效，节能的半自动下管机。下管机包含长度定位装置，装夹装置，切削装置，能够实现自动定位钢管切削长度，自动夹紧，切削，停机。实现机电一体化，打破传统人工切屑工艺，实现工业自动化。半自动下管机由仪表车床改造而成，通过利用PLC对仪表车床进行电气改造，使其成为专门切割汽车减震器连杆钢管的机床。1.2 选题的意义自动化控制系统在工业生产、农业生产、军事力量和社会主义现代化建设领域中起着关键性的作用。自动化水平的高低也是当今国际社会国家与国家之间综合国力竞争的一个重要标准。随着我国经济快速的发展,自动化技术在工业，农业，军事力量等领域的应用也越来越广泛。特别是在工业生产中，自动控制技术的应用尤为广泛3。建国以来，我国的下管机产业随着改革开放的到来，取得了较好的成绩，实现了从无到有。但是与欧洲，美国等工业先进发达的国家相比较，工业实力的差距还是挺大的。目前，我国拥有大量的下管机，但是它们的技术水平落后，主要是以继电器，接触器为控制单元，自动化水准低，生产效率低，需要花费大量人工劳动。现在我国众多的数控下管机均为进口产品，与国产下管机相比较，它们的技术先进，自动化水平高，生产效率高。基础零件的加工与制造是实现工业现代化的根本基础，它们都需要技术水平较高的下管机，因此实现我国下管机技术的快速发展是十分重要的任务。因此，本文设计的半自动下管机，对我国切管机产业的技术创新具有促进作用。1.3 设计的框架 本设计主要章节安排如下：第一章，主要介绍半自动下管机的背景意义，介绍半自动下管机的作用；第二章，主要介绍半自动下管机在国内外过去现在的研究进展；第三章，主要介绍半自动下管机的设计要求，工作原理，根据控制要求设计半自动下管机的电气控制系统电路图，电机，冷却液等主要部件选型介绍；第四章，主要介绍以PLC为控制核心的半自动下管机控制系统的设计；第五章，PLC程序编程与仿真，验证程序逻辑上的正确性；第六章，对半自动下管机未来的总结与展；27第2章 国内外研究现状2.1 国外研究进展半自动下管机也属于下管机的一种，其是在传统仪表车床基础上改造而成。目前，各个国家的大型普通机床基本上是向着提高机床生产效率，加工精度以及功能多样化的方向发展。仪表机床发展趋势:（1）在稳定现有精度基础上提高自动化水平，a、装设自动送料装置，达到全自动循环；b、实现自动检侧；c、在一次装夹过程中,自动完成预定的加工程序。（2）扩大工艺性，对于小型零件的加工，更希望一次装夹后尽量完成更多的工序，使其成为联合机床。（3）积极发展高效小型组合机床和组合机床自动线。（4）逐步走向高速化，提高切削速度是主要途径，它随着刀具材料的改进(如硬质合金刀具，陶瓷刀具及金刚石砂轮等)和新的传动元件的出现使单轴纵切自动车床达到16000转/分。国外各类机床发展趋势归纳起来是三高三化，即从机械运动而言是高效率，高精度，高度自动化，从结构而言是标准化，通用化，系列化。自动化机床发展趋势：包括车、铣、键、钻、磨等各类自动机床和半自动机床，如单轴自动车床，多轴自动车床，自动磨末，自动齿轮加工机床等。国外程控机床发展趋势是（1）研究发展程控机床时重视对用户加工零件及批量的分析，根据不同的加工零件供应不同的程序控制系统。如西德罗特一米勒公司的BVMAG系列铣床它有三种不同工作台现格。四种不同自动化程度电气柜供不同加工零件批量选用。（2）它已成为自动化机床发展的一个方面，故均有完整的系列；（3）发展程控机床同时对不同复杂程度的零件所需程序步数进行较多的工艺试验与经济分析供用户选用；（4）国外对程序控制系统在技术上不断进行研究和发展。如日本在4N型六角车床上研究如何使程序控制和数字控制结合起来使用。2.2 国内研究进展目前，我国下管机行业面临着严峻的考验，主要是自主创新研究能力低，依靠传统下管机发展，无法打破思想束缚，创新发展新型下管机，在产品的自动化控制系统水平之后，无法满足高效生产，高精度需求。建国以来，我国的机床行业得到了高速发展，模仿到自行研究设计。60年初在哈尔滨机联厂，哈工大师生就设计制造了一套积木式机床，它是由九个部件积木成车、铣、刨等10种类型的机床。建国以来，我国的下管机产业随着改革开放的到来，取得了较好的成绩，实现了从无到有。但是与欧洲，美国等工业先进发达的国家相比较，工业实力的差距还是挺大的。目前，我国拥有大量的下管机，但是它们的技术水平落后，主要是以继电器，接触器为控制单元，自动化水准低，生产效率低，需要花费大量人工劳动。现在我国众多的数控下管机均为进口产品，与国产下管机相比较，它们的技术先进，自动化水平高，生产效率高。我国下管机行业急需寻找机遇，实现从根本上升级，实现从中国制造到中国创造的跨越。在国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)中，就提到了“高档切管机与基础制造装备”作为发展任务。在2006年发布的国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见提到大力振兴制造业是我们党的重要任务，其中把发展切管机和基础制造装备作为重要任务之一。因此，在我国政策的影响下，下管机的技术将会得到高速发展，同时也是任重道远的4。第3章 半自动下管机电气系统设计3.1 半自动下管机的基本要求在工业中钢管的切割主要是利用人力切割、车床切割、激光切割等。这些切割方法都需要大量的人力劳动，效率低下，精度低等缺点。本课题为企业委托课题，主要是汽车减震器部件加工切断钢管工序研发的半自动下管机。半自动下管机包含长度定位装置，装夹装置，切削装置，能够实现自动定位钢管切削长度，自动夹紧，切削，停机。实现机电一体化，打破传统人工切屑工艺，实现工业自动化。其技术目标为：（1）开发汽车活塞杆半自动下料机，生产效率每分钟下料20-30根，长度误差为0.5mm。 （2）按照双方技术合作内容，乙方帮助甲方培训技术人员及操作人员。 其主要技术内容为：（1）切屑呈卷装，不易玷污在管道表面。（2）工件夹紧通过气缸控制，采用仪表车床夹头，装夹稳固。（3）采用脚踏开关控制电机从而控制夹头转动，进刀量可以通过拖板调整，操作简便。（3）设计切管长度定位装置、自动夹紧装置、切割装置，下料长度误差为0.5mm。（4）设计气动清洁装置。（5）研发专用电气控制系统，每分钟下料20-30根。有过载和安全保护装置。3.2 半自动下管机的工作原理图3-1 半自动下管机结构主视图图3-2 半自动下管机结构俯视图序号名称序号名称1夹头7机架2钢管8螺纹孔3挡板9螺栓4螺纹杆10割刀5立柱11滑轨6脚踏开关12气缸表3-1 半自动下管机部件名称表半自动下管机结构原理图如图3-1，图3-2所示。半自动下管机包括装夹装置，长度定位装置，切割装置和脚踏开关。长度定位装置包括立柱和螺纹杆，立柱中含有一螺纹孔，螺纹杆安装在螺纹孔上，在螺纹杆上有位于立柱两侧的螺栓，用于拧紧螺纹杆，在螺纹杆的另一端设置挡板。装夹装置包括仪表车床的夹头，驱动夹头转动的主轴电机，气缸用于夹头夹紧与松开管料。切割装置包括割刀和滑轨，滑轨垂直于管料，割刀由电机驱动并沿滑轨运动。在机架下设有一脚踏开关用于点动控制电机启停，气缸夹紧与松开动作。本文主要研究实现上述所有装置一体化自动运作，使得长度定位，切割，停机，退刀工艺流程一体化运作。3.3 半自动下管机的控制要求工作时，先调节长度定位装置来设定合适的切断长度，先拧松螺纹杆上的螺栓，接着旋转螺纹杆到合适的位置，再拧紧螺纹杆。将管料置于装夹装置中，点动脚踏开关，气缸工作，夹紧管料，延时2S后控制电机A运行，电机A转动从而带动夹头转动，3S后管料旋转速度到达一定值后，启动电机B，带动割刀沿着滑轨朝向管料移动进行切割，切割完成后，到达限位开关B，电机A停止，电机B反转退刀，割刀退至起始位置，撞到限位开关A，电机B停止工作，气缸停止工作，松开管料，取料，钢管给进，气缸自动工作，夹头重新夹紧钢管，以此形成一个循环过程。全过程都采用电控线路自动完成整个周期。其中钢管给进过程中，本文采用了两个U型槽轮上下夹住钢管，上面的轮子逆时针旋转，下面的轮子顺时针旋转，利用一个电机控制该两个U型槽轮，使其转速相同。该电机运行时间T是根据切割钢管的长度L与U型槽轮转速V相关，即T=L/V；3.4 半自动下管机的控制流程图半自动下管机的控制流程图如图3所示。图3-3 半自动下管机控制流程图3.5 半自动下管机的电气控制系统电路图3.5.1 主电路分析半自动下管机主电路图如图4所示。图3-4 半自动下管机主电路图半自动下管机的电源采用三相380V交流电源，并且由隔离开关QS引入，主电路包括四台电机的驱动电路，分为主轴电机驱动部分，进刀退刀电机驱动部分，冷却泵电机驱动部分，进料电机驱动部分，照明电路。主轴转动电机M1由交流接触器KM1，KM2控制正转和反转。进刀退刀电机M2由交流接触器KM3，KM4控制正转和反转，实现刀具进刀运动和退刀运动。冷却泵电机M3由交流接触器KM5控制其运行。进料电机M4由交流接触器KM6控制其运行。照明电路则直接通过开关按钮来控制照明灯的运行。速度继电器KS中的速度检测功能部分与主轴转动电机的输出轴相连，从而实现正转时的反接制动，以及判断是否能让气缸松开被切割的钢管。为保证电机正常运行，分别由FU1，FU2，FU3，FU4，FU5对电机M1，M2，M3，M4和照明灯进行短路保护。FR1，FR2，FR3，FR4均为热继电器，防止电机过载运行。3.5.2 控制电路分析半自动下管机控制电路如图3-5所示。图3-5 半自动下管机控制电路图3-5所示为传统下管机电气控制电路部分，表3-1为下管机电气元件表。主要分为控制气缸部分，控制主轴电机正转与反接制动部分，控制刀具给进与后退部分，冷却泵控制部分，进料电机控制部分。首先是控制气缸部分，由接触器KM0控制气缸，当按下常开按钮SB2时，接触器KM0通电并自锁，当按下常闭按钮SB3时，接触器KM0断电，气缸停止工作，松开钢管。主轴电机转动控制部分中，按下常开按钮SB4，接触器KM7，KA，KM1通电，主轴电机正转运行。当按下常闭开关SB1时，接触器KM1，KM7，KA断电，由于此时电机由于惯性作用仍然在正转，故速度继电器KS闭合，接触器KM2通电，主轴电机进入反接制动状态，当电机转速下降到0时，速度继电器KS断开，此时接触器KM2断电，停止反接制动状态。从而实现主轴转动电机快速停止转动，加快工作效率。进刀退刀运动控制，按下常开按钮SB5，接触器KM3通电并自锁，启动电机正转驱动刀具进刀运动，进行切割钢管，当刀具运动至行程开关SQ2处时，接触器KM3断电，接触器KM4通电并自锁，实现电机反转退刀运动，当刀具退至起点时撞到行程开关SQ1，接触器KM4断电，电机停止转动。为保证电机安全运行，在正转反转电路中加入电气互锁，提高系统安全性。在冷却泵控制电路中，当电机M2处于进刀运动时，冷却泵自动启动，当电机M2处于退刀运动时，冷却泵停止工作。在进料电机运动控制中，当按下常开按钮SB6时，接触器KM6通电，时间继电器KT2通电，进料电机进行输送管料运动，当过了时间T后，延时动断触点KT2断开，进料电机停止运动。表3-1 下管机电气元件表符号名称或用途SB1所有电机总停按钮SB2气缸夹紧启动按钮SB3气缸松开按钮SB4主轴电机启动按钮SB5进刀退刀电机启动按钮SB6进料电机启动按钮FR1主轴转动电机过载保护热继电器FR2进刀退刀电机过载保护热继电器FR3冷却泵过载保护热继电器FR4进料电机过载保护热继电器QS隔离开关FU，FU1，FU2，FU3，FU4，FU5，FU6熔断器M1主轴转动电机M2进刀退刀电机M3冷却泵电机M4进料电机KM0气缸夹紧接触器KM1主轴电机正转接触器KM2主轴电机反接制动接触器KM3进刀退刀电机正转接触器KM4进刀退刀电机反转接触器KM5冷却泵电机接触器KM6进料电机接触器KM7中间继电器KA中间继电器KT2通电延时时间继电器SQ1反转限位开关SQ2正转限位开关SA照明电路转换开关T变压器EL照明灯3.6 电机选型M1为主轴转动电机，用于驱动钢管高速转动，主轴转动电动机通常是用三相异步电动机，而且使用的十分广泛。三相异步电动机的原理是利用三相交流电，在定子上产生旋转的磁场，该旋转磁场的转速n1，转子与磁场之间产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势和感应电流，在磁场的作用下产生力矩发生旋转。转子的转速n是低于旋转磁场的转速n1，故称之为三相异步电机12。实现由电能转换为动能。三相异步电机与单相异步电机相比，三相异步电机运行更加稳定，运行性能更好，无需外接交流电容。单相异步电机需要外接交流电容才能有启动力矩，故三相异步电机可以节约材料。根据转子结构的不同，三相异步电动机可分为鼠笼式电机和绕线式电机。其中鼠笼式三相异步电机转子的结构更加简单、转速稳定、价格低廉，得到广大客户的大量使用和青睐。但是三相异步电机在调速方面比较困难，不适合使用在调速频率较高的系统中。在切割钢管的时候，切削力平稳，并且是单向转动，故选择使用Y系列三相异步电动机。选择电机型号为Y112M-4,其中Y表示三相异步电机，112表示机座中心高度（单位毫米），M表示中机座，4表示其为4极电机。其额定功率为4KW，转速1440r/min，电压380V，额定转矩2N.M，质量470N图3-6 Y112M-4电机M2，M4分别为进刀退刀电机，进料电机，故所需功率无需太大，否则浪费电量，增加成本。故本文选择型号为Y801-4三相异步电机，其额定功率为0.55KW，额定转速为1400，性能完全符合本文需求。3.7 冷却液，冷却泵选型在机床切割金属器件时，刀具与被切割金属器件之间剧烈摩擦产生了大量的热量，使得刀具与被切割的金属器件表面温度升高，长期处于高温状态的刀具，使得刀具的耐用度降低，故需要在切割的时候浇注冷却液。冷却液起的主要作用如下。（1）冷却作用冷却液能够降低切削钢管时切削面和刀具的温度，从而提高刀具使用耐久度，切削表面的平整度，切削面的化学稳定性。（2）润滑作用在切削过程中，刀具的前刀面与被切钢管相互接触摩擦，产生大量的热，使得接触面的温度超过500度，这时冷却液得不到完全的流体运动润滑，而且还会导致金属之间直接相互接触，故金属冷却液的润滑作用为边界润滑。（3）清洗作用当刀具切割钢管时会产生部分碎屑，需要利用冷却液来进行清洗，冷却液的渗透性好坏，流动性好坏与最终的清洗效果息息相关。通常会在冷却液中加入大量的活性剂和矿物油来增强冷却液的渗透性和流动性，使用时需要进行稀释比制成乳化液或者水溶液，才能更大幅度的提高清洁效果。使用时还需要冷却泵来为冷却液提供足够的压力和流量来冲刷碎屑。（4）防锈作用为了减少刀具和钢管切割面被空气腐蚀，需要在冷却液中加入一定量的防锈剂，提高刀具和切削面的防锈能力。在我们气候潮湿的南方地区，对防锈作用的要求显得更为重要。本文选择英飞特水溶性切削油B801，稀释比为1：20，具有极佳的冷却，润滑，防锈，清洁功能，适合金属器件切割，具有环保功能。此外在冷却泵选择上，本文选择AB-25-90W的三相电泵，其额定功率为90W，额定电压为380V。第4章 PLC硬件系统设计4.1 PLC介绍可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它是一种以微处理器为核心的工控设备，同时它也是一种在工业环境中孕育而生的数字电子系统。它可以利用可编程的存储器完成各种控制功能，如定时，计数，模拟量控制，数字逻辑量控制，通信等各种功能。通过数字量模拟量进行输入输出到各种设备中去，使得设备能够按照程序指令来运行。它是当今工业领域非常重要的一种控制装置。当今社会随着计算机的飞速发展，在工业中的应用也越来越广泛，其中PLC就是计算机与工业领域之间的枢纽，它使得计算机能够在工业中应用，从而孕育出工控机，专门用于工业环境中的计算机。PLC通过不断地创新开发，使得控制系统的开放性实用性越来越强。它将自动化，计算机，通信合成三位一体模式，使得整个控制系统更加灵活，安全可靠，便于维护，便于开发等。4.2 PLC特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。在传统的控制系统中主要是以各种中间继电器，时间继电器，交流接触器为控制单元，容易发生接触不良，故障发生时难以寻到故障点，因此传统控制系统的可靠性非常低的。当使用PLC来代替传统控制系统中的接触器，继电器时，就只剩下与输入输出有关的硬件。而且PLC还使用了许多硬件和软件措施来提高抗干扰性，具有很强的抗干扰能力。如今，PLC已经是被广大客户成为最可靠的工控设备。（2）硬件配套齐全，系统功逐渐能完善，适用性更强。1995年，我国推出GB/T15969.4-1995国家标准，从此PLC在我国进入了标准化时代，在2007年，我国又推出GB/T15969.4-2007，PLC产品又一次得到了标准化。在使用PLC时，还配置了各种硬件设备供客户使用，使客户能够根据自己的需求来配置系统。PLC输出具有较强的负载能力，能够直接驱动各种接触器和电磁阀。此外，PLC还能适用于各种规模的工业控制环境。（3）容易学习和使用PLC。通常许多开发人员均是使用梯形图为PLC的编程语言，程序直观易懂，而且程序与电气图可以进行对应编程，两者相似度高。开发人员只需稍微学习几天梯形图程序，就能进行设计，使用PLC程序中的逻辑控制指令就可以容易地实现电气图中的功能。（4）易于系统的设计、安装、调试，维护。PLC的软件功能代替接触器、继电器，使得电控柜的体积与线路大大减少。在梯形图编程时，可以利用顺序功能图的方法进行有条理的编程。最终还能使用PLCSIM进行仿真调试程序，检查程序是否符合要求。（5）PLC体积小，重量轻，携带方便，能耗低。当一个复杂的自动控制系统进行PLC改造以后，可以大量的减少继电器，接触器的数量。一个小型的PLC只有将近手掌的大小，相当于几个接触器的大小，而且它的功耗非常低。4.3 PLC选型本文由于是利用PLC对半自动下管机的工艺控制，需要有7个DI口，7个DO口，无需AI/AO口，根据需求采用西门子紧凑型CPU313C-2DP，集成工作存储器RAM为64K，最大装载存储器为8MB，位操作指令执行时间为0.1us，浮点数运算指令执行时间为3us，集成数字量DI/DO为16/16,无集成模拟量AI/AO。该型号CPU刚好符合半自动下管机的需求。电源模块选择PS307，它是西门子公司为S7-300系列专配的DC24V电源。它可以输出额定电流2A,5A,10A。4.4 I/O地址分配表4-1 PLC端口分配表符号名称及用途PLC端口地址SB1所有电机总停按钮I0.0SB2脚踏开关启动切割I0.1SB3检测是否有管件I0.2KS速度继电器I0.5SB4启动系统，使系统处于待命状态I0.6SQ1反转限位开关I0.3SQ2正转限位开关I0.4KM0气缸夹紧接触器Q0.0KM1主轴电机正转接触器Q0.1KM2主轴电机反接制动接触器Q0.6KM3进刀退刀电机正转接触器Q0.2KM4进刀退刀电机反转接触器Q0.3KM5冷却泵电机接触器Q0.4KM6进料电机接触器Q0.54.5 PLC外部电路图设计PLC外部电路图如图4-1所示。图4-1 PLC连接电路图4-1为西门子PLC的CUP 313C-2DP外部电路图，该型号的CPU为紧凑型CPU，其自带16个DI口，16个DO口。供电电压为24VDC，图中左边为DI输入，右边为DO输出，输入包括SB1所有电机总停常闭按钮，SB2启动常开按钮，SB3为光电开关，用于检测是否有需要切割的钢管，SQ1，SQ2均为常开行程开关，用于检测驱动刀具电机的位置，KS为速度继电器常开按钮，当电机转动时是处于闭合状态，SB4为常开按钮，用于启动系统处于待命状态。输出有7个接触器，用于控制主电路中的电机运行状况。第5章 PLC软件系统设计及仿真5.1 编程软件step7简介Step7编程软件是由西门子公司开发一种编程软件，它适用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的编程。而且Step7的功能不仅仅局限于编程这方面，它还能够设计自动控制系统，例如PLC,远程I/O,HMI,驱动装置和通信网络等，可以对它们进行组态，编程和监控。S7的主要功能如下所示：（1）可以为机架各个模块进行分配地址和参数设定。（2）组态通信连接，自定义通信伙伴和连接特性。（3）可以使用编程语言编写用户程序，它有三种编程方式，分别是梯形图，语句表，功能块语言。（4）下载和调试客户程序，系统维护，故障维修等。5.2 顺序功能图半自动下管机PLC控制顺序功能图如图5-1所示。该顺序功能图一共分为7步，当按下常开按钮I0.6时，系统进入步M0.0。当按下脚踏开关I0.1，并且所有电机总停按钮I0.0未按下时，系统进入步M0.1，执行Q0.0夹紧钢管，定时器T1开始定时。当T1定时器到达设定时间时，系统进入步M0.2，将Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.4置1。主轴电机开始正转，刀具电机正转，冷却泵启动冷却，继续夹紧钢管。当刀具到达设定位置，限位开关I0.4置1时，系统进入步M0.3，将Q0.0，Q0.3置1，刀具反转退刀，继续夹紧钢管。当到达限位开关I0.3时，系统进入步M0.4，继续保持夹紧。当速度继电器I0.5置0时，系统进入步M0.5，将Q.5置1，定时器T2启动，送料电机开始送料。当T2时间到时，送料完毕，系统进入步M0.6，此时检测是否存在钢管，若有钢管系统进入步M0.1，若无钢管，系统进入步M0.0，处于待命状态。图5-1 半自动下管机的顺序功能图5.3 控制系统梯形图程序半自动下管机梯形图程序图如图5-2所示，整个程序是根据图5-1所示的顺序功能图所编写，一共包括15个程序段，每个程序段均已进行相应功能的介绍，完成控制目标。a)b)c)d)e)f)g)h)图5-2 半自动下管机梯形图程序5.4 S7-PLCSIM仿真S7-PLCSIM是由西门子公司开发的一种PLC仿真软件，它可以在没有PLC状况下进行程序模拟，检验程序的正确性。它也可以和WinCC一起模拟上位机监控状况。本文利用S7-PLCSIM软件来检验程序逻辑程序是否符合工艺要求。首先将运行模式调到RUN-P模式，如图5-3所示。图5-3 S7-PLCSIM模拟仿真界面（1）然后按下I0.6,使系统处于待命状态，M0.0置1，系统进入状态0。如图5-4所示。图5-4 S7-PLCSIM模拟仿真界面（2）当按下启动按钮I0.1，Q0.0置1，气缸开始夹紧钢管，M0.1置1，定时器1进入倒计时，系统进入状态1，如图5-5所示。图5-5 S7-PLCSIM模拟仿真界面（3）当T1时间到时，I0.1置1，主轴电机开始正转，I0.2置1，刀具电机正转，刀具进刀运动，I0.4置1，冷却泵启动冷却。M0.2置1，系统进入状态2，如图5-6所示。图5-6 S7-PLCSIM模拟仿真界面（4）此时主轴电机有转速，I0.5需置1，当刀具运动到限位开关I0.4置1，I0.6置1，主轴电机开始反接制动，I0.3置1，刀具处于退刀运动，M0.3置1，系统进入状态3，当I0.5为0时，即主轴电机转速为0，I0.6将清零，去除反接制动。如图5-7所示。图5-7 S7-PLCSIM模拟仿真界面（5）当退刀运动到限位开关I0.3置1，检测到存在钢管，I0.2置1，气缸松开，进料电机I0.5置1，继续输送钢管，定时器T2进入倒计时，M0.5置1，系统进入状态5，如图5-8所示。 图5-8 S7-PLCSIM模拟仿真界面（6）当定时器T2时间到时，钢管输送完毕，气缸自动夹紧钢管，Q0.0置1，定时器T1自动进入倒计时状态，此时系统处于状态1，如图5-9所示。并按照上文所述如此循环下去，直到系统中无钢管，或者按下I0.0，系统才会停止运动。图5-9 S7-PLCSIM模拟仿真界面（7）第6章 总结与展望6.1 总结本文所介绍的半自动下管机控制系统是以PLC为控制核心而设计，使用时安全可靠，故障率低，即使系统故障，寻找故障点也比较方便，工作效率高，由于PLC的IO口充足，故易于扩展系统功能，在线路布置上整齐简洁。传统机床主要是使用接触器，继电器为控制单位，系统可靠性低，容易出故障，出故障后难以查找故障点，而且由于接触器过多，导致控制柜中电线过多，复杂。该半自动下管机能够切割直径在250mm以内的钢管，切割长度