《X62W万能铣床的PLC控制系统设计》任务书.doc

台州职业技术学院电子电气工程系毕业设计（论文）任务书专业 班级 学号 学生姓名 一、 课题名称 X62W万能铣床电气控制系统的PLC改造 二、 原始资料在改造老设备或设计新控制系统时，设计一个以可编程控制器为核心的控制系统，必须要考虑三个问题：一是保证设备的正常运行；二是合理、有效的资金投入；三是在满足可靠性和经济性的前提下，应具有一定的先进性，能根据生产工艺的变化扩展部分功能。 （一）控制系统的设计步骤 控制系统的设计，一般按下述几个步骤进行。 （1）分析被控对象，明确控制要求 首先详细了解被控设备的工作原理、工艺流程、机械结构和操作方法；要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对控制系统的要求；了解设备的运动要求、运动方式和步骤，在此基础上画出被控对象的工作流程图，归纳出电气执行元件的动作节拍表。该步骤所得到的图、表，概括地反映了被控对象的全部功能和对控制系统的基本要求，是设计控制系统的依据，也是设计的目标和任务，必须仔细地分析和掌握。 （2）制定电气控制方案 根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联合运行等。还要确定系统应有的其它功能，例如故障检测、诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。 （3）确定输入/输出设备及信号特点 根据系统的控制要求，确定系统的输入设备的数量及种类，明确各输入信号的特点，如是开关量还是模拟量，直流还是交流，电压等级，信号幅度等；确定系统的输出设备的数量及种类，明确这些设备对控制信号的要求，如：电压电流的大小、直流还是交流、电压等级、开关量还是模拟量等。据此确定PLC的I/O设备的类型及数量，分类统计出各输入输出量的性质及数量。 （4）选择可编程控制器 选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置，具体见后面说明。 （5）分配输入/输出点地址 根据已确定的输入/输出设备和选定的可编程控制器，列出输入/输出设备与PLC的I/O点的地址对照表，以便于编制控制程序、设计接线图及硬件安装。所有的输入点和输出点分配时要有规律，并考虑信号特点及PLC公共端（COM端）的电流容量。 （6）设计电气线路 电气线路包括：被控设备的主电路及PLC外部的其它控制电路图，PLC输入/输出接线图，PLC主机、扩展单元及输入/输出设备供电系统图，电气控制柜结构及电器设备安装图等。 （7）设计控制程序 控制程序的设计包括状态表、顺序功能图、梯形图、指令表等，控制程序设计是PLC系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计的核心。 （8）调试 调试包括模拟调试和联机调试。模拟调试是根据输入/输出模块的指示灯的显示，不带输出设备进行调试。联机调试分两步进行，首先连接电气柜，不带负载（如：电动机、电磁阀等），检查各输出设备的工作情况。待各部分调试正常后，再带上负载运行调试，直到完全满足设计要求为止。全部调试完成后，还要经过一段时间的试运行，以检验系统的可靠性。 （9）技术文件整理 技术文件包括设计说明书、电器元件明细表、电气原理图和安装图、状态表、梯形图及软件资料、使用说明书等。 PLC控制系统设计的流程可概括成如图所示。PLC控制系统设计流程（二）可编程控制器的选择 P LC的选择一般从基本性能、特殊功能和通信连网三个方面考虑。选择的基本原则是在满足控制要求的前提下力争最好的性能价格比，并有一定的先进性和良好的售后服务。 P LC的选用首先要进行功能选择，根据控制设备所需要的控制功能，主要解决是单机控制，还是要通信连网；是一般开关量控制、模拟量控制，还是要增加特殊单元；PLC的CPU单元是否应具有特殊功能；是否需要远程控制；采用小型机、中型机，还是大型机等问题。然后，根据控制设备的多少选择I/O的点数和通道数；根据I/O信号选择I/O模块，根据控制程序的大小选择程序存储器容量。 具体选择时，以下几点可供参考。 （1）基本单元的选择 基本单元又称为CPU单元，是机型选择时首先应考虑的问题，其主要有： 1）响应速度 响应速度主要是从两个方面来考虑：一是可编程控制器程序的语句处理时间；二是可编程控制器的扫描周期。对于以开关量控制为主的系统，可编程控制器的响应速度一般都可满足实际需要，不必给予特殊的考虑；对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环控制的系统，则必须考虑可编程控制器的响应速度。 2）存储容量 存储器是存放程序和数据的地方，它应包括存储器的最大容量、可扩展性、存储器的种类（RAM、EPROM、EEPROM）。PLC的用户程序存贮器容量以步为单位，每步可贮存一条指令。对于仅有开关量控制功能的小型PLC，可把PLC的总点数乘以10，作为估算用户存贮器容量的依据。当然存贮器容量的大小要根据具体产品型号而定，同时，用户程序的长短与编程方法和技巧有很大的关系。 3）扩展能力 即带扩展单元的能力，包括所能带扩展单元的数量、种类、扩展单元所占的通道数、扩展口的形式等。 4）结构形式 小型PLC中，整体式比模块式价格便宜，体积也较小，只是硬件配置不如模块式灵活。如：整体式输入/输出点数之比一般为3:2，实际应用中可能与此比值相差甚远，模块式就能很方便地变换此比值。 5）特殊功能 新型的PLC有不少非常有用的特殊功能，了解这些功能，可以解决一些较特殊的控制要求。若用没有这些功能的基本单元来处理，则要添加特殊功能模块，处理起来既复杂，又增加成本。 6）通信功能 如果要求将该台PLC挂入工业控制网络，或连接其它智能化设备，则应考虑选择有相应的通信接口的PLC，同时要注意通信协议。 （2）指令系统的选择 由于可编程控制器应用的广泛性，各种机型所具备的指令系统也不完全相同。从应用角度看，有些场合仅需要逻辑运算，有些场合需要复杂的算术运算，而有一些特殊场合还需要专用指令功能。从可编程控制器本身来看，各个厂家的指令差异较大，其差异主要表现在指令的表达方式和指令的完整性上。在选择机型时，从指令系统方面注意下述内容： l）总指令数 指令系统的总语句数反映了指令系统所包括的全部功能。 2）指令种类 指令种类主要应包括基本指令、运算指令和应用指令，具体的需求应与实际要完成的控制功能相适应。 3）表达方式 指令系统表达方式有多种，包括梯形图、语句表、控制系统流程图、高级语言等多种表达方式。表达方式的多样性给程序的编写带来了方便，并且也表示了该PLC的成熟性。 4）编程工具 PLC的简易编程器价格最低，但功能有限；手持式液晶显示图形编程器价格较高，可直接显示梯形图。与简易编程器相比，采用计算机配以编程软件，能适用于不同的PLC，可明显提高程序的调试速度。 （3）I/O模块的选择 I/O模块的选择主要是根据输入信号的类型（开关量、数字量、模拟量、电压类型、等级和变化频率），选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求（例如负载电压、电流的类型，是NPN输出型还是PNP输出型等）、数量等级以及对响应速度的要求等选用合适的输出模块。根据系统要求安排合理的I/O点数，并有一定的余量，考虑到增加点数的成本，在选型前应将输入、输出点作合理的安排，从而实现用较少的点数来保证设备的正常操作。 （4）其它选择 1）性价比 根据不同的控制要求，选择不同的PLC，不要片面追求高性能、多功能。对控制要求低的系统，提出过高的技术指标，只会增加开发成本。 2）系列产品 考察该PLC厂家的其它系列产品，从长远和整体观点出发，一个企业最好优选一个PLC厂家的系列化产品，这样可以减少PLC的备件，以后建立自动化网络也较方便，而且只需购置一台编程器或一套编程软件，并可实现资源共享。 3）售后服务 选择机型时还要考虑有可靠的技术支持。这些支持包括必要的技术培训，帮助安装、调试，提供备件、备品，保证维修等，以减少后顾之忧。 （三）实验室可以提供的设备及场地 1目前我系实验室有以下几种PLC设备，可以从中选取一种PLC的型号主机电源输入输出欧姆龙CPM2A-60CDR-A60点主机 AC220V36点入24点继电器输出 自带RS232C口欧姆龙CPM2A-40CDR-A40点主机 AC100-220V24点入16点继电器输出自带RS232C口欧姆龙CP1H-40CDR-A60点主机 AC220V36点入24点继电器输出自带RS232C口三菱FX2N-48MR主机48点AC220V24点输入24点继电器输出需适配器松下FP1C40主机40点、交流220V/直流24V24点输入16点输出需适配器松下FPXL60主机60点AC220V输入30点输出30点通讯电缆2场地 目前，可以利用的场地有： 实训楼318机床电气控制维修综合实训室、322PLC技术综合实验室（以欧姆龙为主）、323PLC技术实验室（以松下为主） 三、 课题要求用PLC改造X62W万能铣床电气线路 1被改造设备概况 （1）了解并写出X62W万能铣床功能作用 （2）了解并画出X62W万能铣床电气线路的电气原理图和实验台的外形图 （3）列出X62W万能铣床电气线路的元件明细表 （4）写出X62W万能铣床电气线路的工作原理 2设备改造过程 （1）熟悉设备 确定输入输出设备及信号特点 （2）选用PLC，分配I/O地址 根据已确定的输入/输出设备选定可编程控制器 列出输入/输出设备与PLC的I/O点分配表 （3）PLC外围电路设计 包括实训台外形图；被控设备的主电路及PLC外部的其它控制电路图（包括外部保护电路）；P