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基于PLC的组合机床控制系统设计,基于,PLC,组合,机床,控制系统,设计
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毕业设计（论文）任务书 填表时间： （指导教师填表）学生姓名专业班级指导教师课题类型设计题目基于PLC的组合机床控制系统设计主要研究目标(或研究内容)1了解机床常用元器件的结构和工作原理，并能正确选用机床的控制器件。2掌握机床控制系统的设计方法。3结合该机床的动作要求，设计该机床的控制系统。课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）1掌握文献检索与阅读相关资料的一般方法；掌握方案论证分析比较和解决问题的能力，培养外文资料阅读翻译的能力。2PLC控制在机床控制系统设计中的应用 3、分析装置结构、确定设计内容、编制相关PLC控制程序3、绘制控制系统的流程图、梯形图、及原理图等。4、完成毕业设计书的撰写进度计划第56周 收集资料，调研方案确定； 第78周 绘制系统框架图，软件流程图第911周 绘制系统电器原理图；编写相应的软件控制程序第1214周 整理设计资料，撰写设计说明书第15 周 准备毕业答辩。主要参考文献1 廖长初编著. 可编程控制器应用技术 .重庆：重庆大学出版社，19972 汪志峰主编. 可编程控制器原理及应用 .西安:西安电子科技大学出版社，20043 郑凤翼主编. 西门子S7-200系列PLC入门 .北京：电子工业出版社，20084 SIEMENS S7-200 PLC技术手册5 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册 .机械工业出版社，20026 宋鸿升主编. 组合机床与自动化加工技术 .辽林：大连组合机床研究所，20087 于凤丽主编. 机床设备控制技术 . 机械工业出版社，2009指导教师签字： 教研室主任签字： 洛阳理工学院毕业设计（论文）基于PLC的组合机床控制系统设计摘 要组合机床是高度机电一体化的产品，是现代机床技术水平的重要标志，是现代机械制造业重要标志，是现代制造业的基础装备，尤其是在加工产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求较高的工件时，不但可以节省大量的时间和资源，而且还能够确保工件的质量与产量，进而提高生产效率，具有良好的经济性。传统的机床主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。本文在基于可编程控制器（PLC）的结构和工作原理的基础上，介绍了基于PLC的加工中心控制系统的总体方案设计，重点介绍了加工中心控制系统中的硬件选择方法、软件的设计过程，并给出了系统组成框图和程序流程图，提出了西门子PLC的编程方法，列出了具体的主要硬件电路、加工中心的控制梯形图及指令表，解决了继电器接触器故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。关键词：组合机床，继电器接触器，PLC，控制系统Based on a combination of the plc toolsto monitor system designABSTRACTBuilding-block machine is a highly integrated mechanical and electrical products, is an important indicator of the level of modern technology ,is an important symbol of modern machinery manufacturing industry ,is the basis of modern manufacturing equipment, especially in the frequent replacement of processed products, spare parts of complex shape, the accuracy requirements are more stringent than work piece high, not only can save a lot of time and resources, but also to ensure the quality and output of the work piece, thus improving production efficiency, has a good economy. The main use of the traditional machine tool relay - contactor control, the drawback is the high failure rate, poor reliability, heavy workload of maintenance, consisting of the use of PLC control system can solve these problems. In this paper, based on the programmable logic controller (PLC) of the structure and working principle, based on the introduction of the PLC-based control system for machining centers overall program design, focuses on the machining center control system hardware selection, software design process and gives the system flow chart diagram and procedures, put forward a Siemens PLC programming methods, a list of specific hardware circuit, the control processing center table ladder and instructions to solve the relay - contacts high failure rate, reliability, poor long-term installation, maintenance workload and the complexity of wiring and other shortcomings.KEY WORDS: Building-block machine, the relay - contactor, PLC, control system2目录前言1第1章组合机床的概述31.1组合机床的发展史31.2 组合机床的加工方式41.3 组合机床的特点与未来发展41.3.1 组合机床的特点41.3.2组合机床的未来发展4第2章 可编程序控制器62.1 PLC的应用与特点62.1.1 PLC的应用62.2.2 PLC的特点72.2 PLC的工作原理8第3章 控制系统的方案设计103.1组合机床控制系统的工艺流程图及设计要求103.2根据工艺过程分析控制要求113.2.1加工过程分析：113.2.2操作方式12第4章 控制系统硬件设计134.1选择PLC机型134.2 S7-200 PLC的简要介绍144.3控制系统PLC的输入/输出分配表164.4PLC硬件连接图19第5章 控制系统软件设计205.1控制流程图设计205.2梯形图的分解阐述22第6章 仿真模拟28结论29谢 辞30参考文献31附录32外文资料翻译39前言随着科学技术的发展，近年来我国的机械生产技术得到飞速的发展，一些机械设备制造厂商也在不断地改进设计，修改工艺，生产新型的机械制造设备，组合机床就是其中之一。它将数控铣床、数控钻床和数控镗床的功能组合在一起，零件在一次装夹后，可以连续完成对工件表面进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹和铣削等多工序的加工，工序高度集中，从而使工件在一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。由于组合机床具有上述机能，因而可以大大减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床的3-4倍，大大提高了生产率，尤其是在加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。组合机床是高度机电一体化的典型产品，它以数字信息技术为基础，集传统的机械制造技术、微电子技术、计算机技术、成组技术、现代控制技术、传感器检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电技术等技术为一体的最新成果，是现代机床技术水平的重要标志，是体现现代机械制造业工艺水平的重要标志，在机械制造业中的地位愈来愈重要。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在加工中心控制中得到广泛应用，成为当前加工中心控制和技术改造的热点之一。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业自动化生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，因此自PLC引入我国以来，已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。应用PLC控制加工中心实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻工人劳动强度，提高劳动生产率以及降低生产成本，实现机械加工工艺自动化等方面有着十分重要的意义。目前，随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，加工中心正朝着高速度、高精度和愈发完善的机能方向高速发展。第1章 组合机床的概述组合机床是由通用部件及专用部件组成的，加工一种(或几种)零件的一道(或几道)工序的高效率的专用机床。 组合机床的通用部件和标准件约占70-80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。 组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮，机床即可自动进行加工，加工一个循环停止。自动化的组合机床，工人只要将工件放到料斗或上料架上，机床即可连续不断的进行工作。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，一种工序集中的高效率机床。组合机床加工，刀具是借助钻模板和镗模架，精加工机床采用高精度的导向，所以稳定的保证产品质量。1.1组合机床的发展史二十世纪70年代以来，随可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米，表面糙度可低达2.50.02微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。专用机床史随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，到对部件结构未作规定1.2 组合机床的加工方式组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.3 组合机床的特点与未来发展1.3.1 组合机床的特点组合机床通常采用多刀（多轴）、多面、多工位同时对工件进行加工的方法。加工时，装在机床主轴上的刀具作旋转主运动，工件作进给运动，或者刀具既作旋转主运动又做进给运动，以完成工件循环。 其特点有： （1）制造周期短、经济效果好； （2）自动化程度高，提高生产率； （3）通用程度高、投资少、成本低； （4）能稳定保证加工精度； （5）易于联成组合机床自动线等。1.3.2组合机床的未来发展为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 第2章 可编程序控制器可编程控制器（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。PLC是从20世纪60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。 2.1 PLC的应用与特点2.1.1 PLC的应用PLC的应用领域非常广，并正在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC，几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能有不断增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、电力、建筑、交通运输等各行各业。一般来说，小型PLC主要用于单机自动化，而大、中型PLC则是自动生产线上不可缺少的控制部件。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1.用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯以及带式运输机的电气控制等。2.用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间的转换，并对模拟量进行控制。具有PID控制的PLC，可用于闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制等。3.用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理能力，它可以与机械加工中的数字控制及计算机数控紧密结合，实现数字控制。4.用于工业机器人控制PLC作为一种通用的工业控制器，适用于工业机器人。5.用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联网功能，可实现PLC与PLC、PLC与远程I/O、PLC与上位计算机之间的通信，从而可形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。通常，采用多台PLC分散控制，由上位计算机集中管理。2.2.2 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，且其平均无故障间隔时间高。2.控制系统构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。3.编程简单、使用、维护方便4.组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC的应用范围广。5.体积小、重量轻、功耗低PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2W。2.2 PLC的工作原理PLC采用周期性循环扫描的工作方式。如图2-1所示。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段输入采样输入端第一条指令第二条指令最后一条指令输出刷新输出端在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 图2-1 PLC循环扫描过程示意图2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3.输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如图2-2所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 图2-2 PLC的工作流程图第3章 控制系统的方案设计 3.1组合机床控制系统的工艺流程图及设计要求组合机床控制系统的工艺流程图如图3-1所示图3-1十字轴示意图 该组合机床的加工工艺要求为：加工零件有上料机械手自动上料，上料后，机床的四个加工动力头同时对该零件进行加工，一次加工完成一个零件，零件加工完毕后，通过下料机械手卸下加工完成的零件。根据示意图，对控制系统提出以下要求：控制方式：手动、全自动工作方式。1.上料：按下启动按钮，上料机械手前进，将加工零件送到加紧中心，到位后加紧中心加紧零件，同时进料装置进料，之后上料机械手后退并回原位。2加工：四个工作滑台前进，其中1、3工位动力头先加工。2、4延时一段时间后开始加工，包括铣端面，打中心孔等等。加工完成后，各工作滑台均退回原位。3.动作过程：启动Q0.1，上料机械手前进，前进到位后Q0.3得电，加紧中心加紧送来的零件，同时Q0.4得电，送料装置送料。Q0.6得电（M0.5为1），上料机械手后退到位，Q0.7得电（M0.7为1），1，3动力滑台开始前进加工，开始记时，时间到后，Q1.0得电，2，4动力滑台前进加工，当1，2，3，4加工到位后，Q1.1、Q1.2得电，1、2、3、4动力滑台后退到位。到位后Q1.3得电，下料机械手前进到位，Q1.4、Q1.5得电，下料机械手加紧已经加工好的零件，同时加紧中心松开，下料机械手开始后退到位，到位后松开已经加工好的零件，结束。Q0.0得电条件：I0.0为1。Q0.1得电条件：I1.0为1。Q0.3、Q0.4得电条件：M0.3为1。Q0.5得电条件：M0.5为1。Q0.6得电条件：M0.6为1。Q0.7条件：M0.7为1。Q1.3得电条件：M1.0为1。Q1.4、Q1.5得电条件：M1.1为1。Q1.6得电条件：M1.2为1。Q1.7得电条件：M1.3为1。3.2根据工艺过程分析控制要求3.2.1加工过程分析：1.按下自动开关，启动自动运行方式，Q0.为1，运行灯亮。1、3动力滑台前进加工。2. 1、3加工一段时间后Q1.0为1，运行灯亮，2、4动力滑台开始前进加工。3.当1、3动力滑台加工到位后限位开关常闭点段开，常开点闭合。2、4同理。3.2.2操作方式控制要求分手动操作、自动操作方式。手动操作：供维修用，即用按钮对每一种动作进行单独控制。例如，上料机械手夹具夹，按下SB1，Q0.O得电为1，夹具加紧零件。自动操作：正常工作用，当按下启动按钮时，按顺序执行各工步动作。由于本次的主要设计任务是，组合机床控制系统的设计。因此，手动操作方式暂不考虑，在此只作自动操作方式的设计。11洛阳理工学院毕业设计（论文）第4章 控制系统硬件设计PLC硬件设计包括：PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。4.1选择PLC机型目前，国内外PLC生产厂家生产的PLC品种已达数百个，其性能各有特点，价格也不尽相同。因此，在设计PLC控制系统时，要选择最适宜的PLC机型，一般应考虑下列因素：1.系统的控制目标。设计PLC控制系统时，首要的控制目标就是：确保控制系统安全可靠地稳定运行，提高生产效率，保证产品质量等。如果要求以极高的可靠性为控制目标，则需要构成PLC冗余控制系统，这时要从能够完成冗余控制的PLC型号中进行选择。2.PLC的硬件配置。根据系统的控制目标和控制类型，从众多的PLC生产厂中初步选择几个具有一定知名度的公司，如SIEMENS,OMRON,A-B等，另一方面，也要争求和听取生产厂家的意见。再根据被控对象的工艺要求及I/O系统考虑具体配置问题。选择PLC硬件配置时应主要考虑以下几方面：（1）CPU能力。CPU的能力是PLC最重要的性能指标，在选择机型时，首先要考虑如何配置CPU，主要从处理器的个数及位数、存储器的容量及可扩展性以及编程元件的能力等方面考虑。（2）I/O系统。PLC控制系统的输入/输出点数的多少，是PLC系统设计时必须知道的参数，由于各个PLC生产厂家在产品手册上给出的最大I/O点数所表示的确切含义有一些差异，有的表示输入/输出的点数之和，有的则分别表示最大输入点数和最大输出点数。因此要根据实际的控制系统所需要的I/O点数，在充分考虑余量的基础上配置输入/输出点。（3）指令系统。PLC的种类很多，因此它的指令系统是不完全相同的。可根据实际应用场合对指令系统提出的要求，选择相应的PLC。PLC的控制功能是通过执行指令来实现的，指令的数量越多，PLC的功能就越强，这一点是毫无疑问的。另一方面应用软件的程序结构以及PLC厂家为方便用户利用通用计算机(IBM-PC及其兼容机)编程及模拟调试而开发的专用软件的能力也是要考虑的问题。（4）响应速度。对于以数字量控制为主的PLC控制系统，PLC的响应速度都可以满足要求，不必特殊考虑。而对于含有模拟量的PLC控制系统，特别是含有较多闭环控制的系统，必须考虑PLC的响应速度。其他还要考虑电源电压、抗噪声性能、直流输出电压、环境温度、湿度、质量、外型尺寸等性能指标，以及相关的技术培训、设计指导、系统维修等技术支持。4.2 S7-200 PLC的简要介绍根据系统的工艺流程及控制要求，系统中的开关量I/O点数共有23点，其中10点输入，13点输出。根据要求，系统选用的PLC硬件选择西门子公司的S7-200系列PLC，其中主机为CPU226，模拟量模块为EM235。为小型控制系统。SIMATIC S7系列的PLC是德国西门子公司1996年推出的产品，它包括小型PLC S7-200、中型PLC S7-300和大型PLC S7-400。S7系列PLC产品的性能和使用范围虽然各不相同，但具有很多共同特点，如：1、CPU芯片已升级到Itel80486，甚至采用Pentium处理器；2、采用模块化设计，能按搭积木方式进行系统配置，功能扩展灵活方便；3、有极快的处理速度，如S7-200的扫描速度为0.37us/指令；4、有很强的网络功能，可用多个PLC连接成工业网络，构成完整的过程控制系统，既可实现总线联网，也可实现点到点通信；5、允许使用相关的程序软件包及工业通信网络软件，编程工具更为开放，人机界面十分友好。S7-200系列PLC是西门子公司推出的整体式小型可编程控制器。由于其结构紧凑，功能强大，并具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。一台S7-200小型PLC的主要组成部分包括一个单独的S7-200 CPU，还可带有各种各样可供选择的扩展模块。下面介绍本系统选用的CPU。CPU226模块。CPU226选择型号为CPU226AC/DC继电器。其本机集成了24点输入/16点输出，共有40点数字量I/O。它可以连接7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。增加了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互不干扰，通信功能大大加强。CPU226可用于较高要求的控制系统，跟多的I/O点，跟强的模块扩展能力，更快的运行。速度和功能更强的内部集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。4.3控制系统PLC的输入/输出分配表表4-1PLC输出分配表编号地址符号说明功能1Q0.0YV1电磁阀上料机械手夹具夹紧2Q0.1YV2电磁阀上料机械手前进3Q0.2HL报警灯夹具检测4Q0.3YV3电磁阀夹具中心夹5Q0.4KM送料电机备料6Q0.5YV4电磁阀上料机械手夹具松开7Q0.6YV5电磁阀上料机械手后退8Q0.7YV6电磁阀1,3滑台前进加工9Q1.0YV7电磁阀2,4滑台前进加工10Q1.1YV8电磁阀1,3滑台后退11Q1.2YV9电磁阀2,4滑台后退12Q1.3YV10电磁阀下料机械手前进13Q1.4YV11电磁阀下料机械手夹具夹紧14Q1.5YV12电磁阀夹紧中心松开15Q1.6YV13电磁阀下料机械手后退16Q1.7YV14电磁阀下料机械手松开表4-2PLC输入分配表编号地址符号说明功能1I0.0SB1按钮上料机械手夹具夹2I0.1SB2按钮夹紧中心夹紧并送料3I0.2SB3按钮上料机械手松4I0.3SB4按钮上料机械手后退5I0.4SB5按钮1,3滑台前进加工6I0.5SB6按钮下料机械手前进7I0.6SB7按钮夹具夹，夹紧中心松8I0.7SB8按钮下料机械手后退9I1.0感应开关对上料机械手夹具进行检测10I1.1SQ1限位开关上料机械手前进限位开关11I1.2SQ2限位开关上料机械手后退限位开关12I1.3SQ3限位开关1,3滑台前进限位开关13I1.4SQ4限位开关2,4滑台前进限位开关14I1.5SQ5限位开关1,3滑台后退限位开关15I1.6SQ6限位开关2,4滑台后退限位开关16I1.7SQ7限位开关下料机械手前进限位开关17I2.0SQ8限位开关下料机械手后退限位开关18I2.1SB9按钮下料机械手松开19I2.5SB10按钮手动20I2.6SB11按钮自动21I2.7SB12按钮复位4.4PLC硬件连接图 图4-1PLC接线图18第5 章控制系统软件设计对于电气技术人员来说，控制系统软件的设计就是用梯形图编写控制程序，可采用经验设计法或逻辑设计法。对于控制规模比较大的系统，可根据工艺流程图，将整个流程分解为若干步，确定每步的转换条件，配合分支、循环、跳转及某些特殊功能，以便很容易地转换为梯形图设计。对于传统的继电器控制线路的改造，可根据原系统的控制线路图，将某些桥式电路按照梯形图的编程规则进行改造后。直接转换为梯形图。这种方法设计周期短，修改、调试程序简单方便。软件设计可以与现场施工同步进行，以缩短设计周期。PLC提供的编程语言有梯形图、语句表、功能图等。其中，梯形图语言是我们最常用的一种语言，它有以下特点： （1）它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 （2）梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。 （3）梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 （4）内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。 （5）PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当作条件使用。5.1控制流程图设计对于复杂的控制系统，需要先绘制系统控制流程图，用以清楚地表明各动作间的顺序关系和各动作发生的条件。对于简单的控制系统也可以省去这一步。根据流程图，我们可以将整个控制系统分成若干个基本功能块，然后逐个设计基本功能块的梯形图，最后，把各个梯形图按顺序组合起来，再根据梯形图编制程序清单（语句表），既方便快捷，又清晰易懂。下料机械手前进下料机械手后退下料机械手松开结 束夹具夹紧，夹紧中心松开1,2,3,4滑台后退上料机械手前进2,4滑台前进加工1,3滑台前进加工上料机械手后退上料机械手松开夹紧中心夹紧并送料自 动上料机械手夹具夹紧图5-1控制流程图5.2梯形图的分解阐述在充分理解工艺流程图和控制要求后，依据系统的I/O配置，编制系统的程序。所有的PLC编程环境都支持助记符程序设计语言和梯形图程序设计语言，有些PLC编程软件也支持功能块语言和顺序功能图，而使用高级语言为PLC程序设计环境的较少。在所有的PLC程序设计语言中，使用最多的是梯形图程序设计语言，其梯形图及语句表见附录。下面对梯形图进行分解阐述：1、手、自动切换程序设计 四面铣控制系统分为手动和自动两种工作方式，在手动控制时，各种动作都是用按钮来控制的。如果要用自动工作方式，我们必须设置复位按钮。以实现手动和自动的转换。其程序如图5-2所示。 图5-2手、自动切换程序图当选择手动方式时，输入点I2.5接通，PLC内部继电器M0.0得电，常开点闭合，实现自锁，常闭点断开，实现与自动的互锁。同理，若选择自动方式，则输入点I2.6接通，常开点闭合，实现自锁，常闭点断开，实现与手动的互锁。在手动和自动选择程序时候，我们必须设置一个复位开关，即是I2.7，无论是手动变自动还是自动变手动我们都要使I2.7接通一下。2、上料机械手夹具夹程序设计如图5-3所示图5-3上料手夹具夹紧程序图当M0.1为1时，线圈Q0.0得电为1，上料机械手夹具夹紧需加工的零件。3、报警程序设计如图5-4所示图5-4报警程序图我们在上料机械手夹具上安装有一个感应开关，当夹具在一定时间内夹到零件，感应开关就闭合，I1.0闭合，线圈Q0.1得电为1，上料机械手开始前进。当夹具在一定时间内没有夹到需要加工的零件，I1.0断开，线圈Q0.2得电为1，报警灯开始闪烁。4、上料机械手前进程序设计如图5-5所示图5-5上料手前进程序图当I1.0为1时，线圈Q0.1得电为1，上料机械手前进并到位。5、夹紧中心夹紧及送料装置程序设计如图5-6所示图5-6夹紧中心夹紧程序图当上料机械手前进到位时，若M0.3为1时，线圈Q0.3和Q0.4得电为1，夹紧中心夹紧上料机械手送过来的零件，同时送料装置开始送料。6、上料机械手夹具松开零件程序设计如图5-7所示图5-7上料手夹具松开程序图当M0.5为1时，线圈Q0.5得电为1，上料机械手夹具松开零件。7、上料机械手后退程序设计如图5-8所示图5-8上料手后退程序图当M0.6为1时，线圈Q0.6得电为1，上料机械手后退到位。8、1,2,3,4滑台的启动加工程序设计如图5-9所示图5-9滑台启动程序图当M0.7为1时，线圈Q0.7得电，1,3滑台开始启动加工，同时时间继电器T38开始计时，计时时间到后，时间继电器的常开点闭合，线圈Q1.0的电，2,4滑台开始启动加工。9、1,2,3,4滑台的后退程序设计如图5-10所示图5-10滑台后退程序图当1,2,3,4电机加工到位时，I1.3,I1.4的常闭点断开，常开点闭合，线圈Q1.1,Q1.2得电并自锁，电机后退并到位。10、下料机械手前进程序设计如图5-11所示图5-11下料手后退程序图当M1.1为1时，线圈Q1.3得电为1，下料机械手开始前进并到位11、下料机械手夹具夹紧及夹紧中心松程序设计如5-12所示图5-12下料手夹具夹紧及夹紧中心松开程序图当M1.1为1时，线圈Q1.4得电，常开点闭合实现自锁，同时线圈Q1.5得电为1，使夹紧中心松开一斤加工好的零件。12、下料机械手后退程序设计如图5-13所示图5-13下料手后退程序图当M1.2为1时，线圈Q1.6得电为1，其常开点闭合实现自锁。下料机械手开始后退并到位。13、下料机械手夹具松开程序设计如图5-14所示图5-14下料手夹具松开程序图当下料机械手后退到位后，II2.0的常闭点断开，敞开点闭合，线圈Q1.7得电，下料机械手夹具松开已经加工好的零件。第6章 仿真模拟 通个以上的设计流程，本次设计到此已算基本完成。但根据学校的设计要求，还必须对程序进行仿真调试，看自己所设计编写的程序是否正确，及能否正常的运行。按要求，仿真调试应在实验室来完成，但由于条件有限，只能私下进行调试。本次设计中所采用的是西门子S72000系列，而此系列仿真软件只有英文版，但因能力有限，未能运用本软件进行仿真调试，最后只好用组态王软件进行仿真。可由于组态王是一个实时监控软件，只能通过其输出的可视化监控画面的画显示，来判断所设计的程序的合理性。由于自己的能力有限，本设计还存在一些不足及缺陷，有些控制动作未能按当初所设想的那样，理想的运行！最后由于对软件的掌握运用能力、时间、及实验条件等因素限制，导致本次仿真模拟未能顺利的进行下去。 图6-1组态模拟图27洛阳理工学院毕业设计论文结论本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了控制要求。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程，利用可编程控制器控制加工中心，具有接线简单、编程直观、扩展容易、抗干扰性强等特点。当控制工艺有所增加时，硬件接线上只需增加工艺的相应输入信号，软件上只需要增加相应工艺的功能，要改动的地方很少。虽有所不足之处，但结果证明在适应性、精确性和可靠性等方面，都基本上达到了设计的要求，表明该设计方案还是可行的。谢 辞 通过本次设计，使我巩固了三年来的所学，此次设计涉及到很多的知识，如机床、PLC、西门子程序编程等等。使我学到了更多实用的知识，同时也是对我们所学知识进行的一次最好的复习与总结。让我认识到了知识的重要性，深知学习更是伴随其一生的事。在本次毕业设计书的编写过程中，指导老师党保华老师多次给予我指导，给予我很大帮助和鼓励。从老师身上学到了许多课本上所学不到的东西，这些对我今后不论是参加工作还是学习都是非常宝贵的。在此衷心的感谢他对我这次毕业设计所进行的耐心辅导与帮助。同时，在此次设计中一些同学给予了很多的帮助，正是在他们的帮助与鼓励下，使我度过了一次次难关，在此也要向他们真诚的说声谢谢！这次设计有些地方可能还不是很完善，还有些缺漏，但却是根据自身的能力和实际条件来尽力完成的。通过这手设计使我对知识的学习和动手的能力都有所提升。再次，对设计指导老师及帮助过的那些同学们，深表感谢！ 29参考文献1 廖常初. PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，20032 廖长初编著.可编程控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，19973 李国厚主编.PLC原理及应用.北京：清华大学出版社，20044 汪志峰主编.可编程控制器原理及应用.西安:西安电子科技大学出版社，20045 陈志新编著.电器与PLC控制技术.北京：北京大学出版社，20066 方承远主编.工厂电气控制技术. 北京：机械工业出版社，20007 廖常初.PLC顺序控制设计方法与顺序功能图.电工技术杂志，20008 齐占庆主编.电气控制技术.北京：机械工业出版社，20029 陈在平，赵相宾.可编程控制器原理及应用系统设计.北京：机械工业出版社，200210 罗宇航主编.S7-200PLC实用程序及设计.西安：西安电子科技大学出版社，200611 龙志文主编.SIMATIC S7原理及应用.北京：机械工业出版社，200712 郑凤翼主编.西门子S7-200系列PLC入门.北京：电子工业出版社，200813 严盈富主编. 西门子S7-200 PLC入门.北京：人民邮电出版社,200714 深入浅出西门子S7-200 PLC.北京：北京航空航天大学出版社,200415 祝红放.PLC及其在数控机床中的应用. 人民邮电出版社，200716 姜永武主编.组合机床设计.西南交通大学出版社，200417 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册.机械工业出版社，200218 宋鸿升组合机床与自动化加工技术.辽林：大连组合机床研究所，200845附录 梯形图1 语句表步序指令步序指令1LDI2.524=M0.32OM0.025LD I0.03ANM0.126O M0.14ANI2.727ANI2.75=M0.028TONT33,+3006LDI2.629LDT337OM0.130ANM0.28ANM0.031=Q0.29ANI2.732=M0.410=M0.133LDI0.111LDI0.034ANM0.112ANM0.135OQ0.313OQ0.036OQ0.414OM0.137OM0.315ANI2.738ANM0.416=Q0.039ANI2.717LDI1.040=Q0.318ANI2.741=Q0.419=M0.242AQ0.320ANI1.243=M0.521=Q0.144LDI0.222LDNI1.145ANM0.123AM0.146OQ0.5步序指令步序指令47OM0.575ANI2.748ANM0.476=Q1.049ANI2.777LDI1.350=Q0.578OQ1.151AQ0.579ANI1.552=M0.680ANI2.753LDI0.381=Q1.154ANM0.182LDI1.455OQ0.683OQ1.256OM0.684ANI1.657ANM0.485ANI2.758ANI1.286=Q1.359ANI2.787LDI1.560=Q0.688AI1.661AM0.689ANM0.062=M0.790=M1.063LDI0.491LDI0.564ANM0.192ANM0.165OQ0.793OQ1.366OM0.794OM1.067ANM0.495ANM0.468ANI1.396ANI1.769ANI2.797ANI2.770=Q0.798=Q1.371TONT38,+10099LDI1.772LDT38100ANM0.073OQ1.0101=M1.174ANI1.4102LDI0.6步序指令步序指令103ANM0.1120=Q1.6104OQ1.4121LDI2.0105OQ1.5122ANM0.0106OM1.1123=M1.3107ANM0.4124LDI2.1108ANI2.7125ANM0.1109=Q1.4126OQ1.7110=Q1.5127OM1.3111AM1.1128ANM0.4112=M1.2129ANI2.7113LDI0.7130=Q1.7114ANM0.1115OQ1.6116OM1.2117ANM0.4118ANI2.0119ANI2.7外文资料翻译PLC QuestionPLC which should pay attention in the application is specially the control device which serves for the industrial production, usually does not need to take any measure, may use directly in the industry environment. But, when the production environment is too bad, the electromagnetic interference is special intense, or installs uses improper, cannot guarantee PLC the normal operation, therefore should pay attention to the following question in the use. First, working conditions (1) Temperature The PLC requests ambient temperature when 055, installs cannotplace under the calorific capacity big part, all around ventilates the radiation the space to be big enough, between the elemental area and the expansion unit must have above 30mm to be separated; On the switch cabinet, lower part should have the well ventilated louver, prevents the sunlight direct radiation; If the environment surpasses 55, must install the electric fan forced ventilation. (2)HumidityPLC in order to ensure insulation performance, air relative humidity should be less than 85% (no Gel).(3) Vibration PLC should be far away from the intense vibration source, prevents the vibration frequency is 1055Hz frequent or the vibration. When use environment inevitable vibration, must take the absorption of shock measure, like uses the absorption of shock rubber and so on.(4)AirIn order to avoid corrosion and flammable gases, such as hydrogen chloride, hydrogen sulfide and so on. The more the air of dust or corrosive gas environment can be installed in a closed PLC better control of the control room or cabinet, and install air cleaning devices.(5) Power SupplyPLC power supply is 50Hz, 220 (1 10%) V AC, for the power line interference, PLC itself has sufficient capacity to resist. Reliability requirements for high power occasion or a particularly serious environmental interference, you can install a shield with variable ratio of 1:1 isolating transformers, in order to reduce the interference between the equipment and the earth .Also can input in the power series of LC filter circuit.Second, installment and wiring(1) The power line, the pilot wire as well as the PLC power line and the I/O line should distinguish the wiring, between the insulating transformer and PLC and I/O should use the double rubberized wire connection.(2) PLC should be far away from the strong jamming source like electric welding machine, the high efficiency silicon rectifier unit and the large-scale power equipment, cannot install with the high-pressured electric appliance in the identical switch cabinet. (3) The input and output of PLC are best separate the line, the switch quantity and the simulation quantity must separate the placing. The simulation quantity signals transmission should use the shielded wire, the shielding layer should an end or the both sides earth, and the earth resistance should be smaller than the shielding layer resistance 1/10. (4) The PLC elemental area and the expansion unit as well as functional modules ties cable should lie alone, prevents the outside signal the disturbance.(5) The exchange output line and the direct-current output line do not use the identical root electric cable, the output line to be far away from the high tension line and the power line as far as possible, avoids parallel. Third, I/O end wiring 1. Input wiring (1) inputs the wiring not to surpass 30 meters generally. But if the environment disturbance is small, when the loss of voltage is not big, the input wiring may suitable long. (2)Inputs/the output line not to be able to use the identical root electric cable, the input/output line to be separated. (3)Uses the normally opened contact form to connect the input end as far as possible, causes the establishment the trapezoidal chart to be consistent with the relay schematic diagram, is advantageous for reading. 2. Outgoing junction (1) The out-put wiring divides into the independent output and the public output. In not group, may use the different type and the voltage class output voltage. But can only use the identical type, the identical voltage class power source in the identical groups output. (2) Because the PLC output element is sealed on the print circuit wafer, and connects to the terminal strip, if will connect output elements load short circuit, will burn down the print circuit wafer, therefore, application fuse protection output element. (3)Uses when the relay outputs, withstands inductive loads size, will affect relays service life, therefore, time use inductive load the selective relay working life must be long. (4) The PLC output load possibly has the disturbance, must therefore take the measure to control, if direct-current outputs after flow guarantees protects, the exchange output anti- accommodates the absorbing circuit, the transistor and the bidirectional thruster output by-passed resistor protection.Fourth, outside security electric circuit to guarantee that the overall system can under the secure state the reliable work, avoids, because the external power supply breaks down, PLC to present the heavy economic loss which and the person casualty exceptionally, the disoperation as well as outputs by mistake creates, PLC the outside should install the essential protection circuit. (1) Stops the electric circuit anxiously. Regarding can cause the user to cause the damage the dangerous load, besides performs in the control procedure to consider, but also exterior should design the emergency stop electric circuit, causes when PLC breaks down, can cause the injury load power source reliably to shut off.(2)Fragment. The forward and reverse revolution and so on reversible operations control system must establish the exterior electric appliance interlock protection; the reciprocation moves and rises and falls motion the control system, must establish the exterior spacing protection circuit.(3)The programmable controller has self-checking functions and so on surveillance timer, when inspects exceptionally, outputs completely the closure. But when programmable controller CPU breakdown cannot control the output, therefore, regarding can cause the user to cause the damage the dangerous load, to guarantee that the equipment moves under the secure state, must design the external circuit to protect. (4) Power source load protection. If the PLC power source breaks down, the interruption interval is short in 10 seconds, PLC works not affected, if the power source interrupt surpasses 10 second or the power source drops surpasses the permissible value, then the PLC stop work, all output also separates; when the power source restores, if RUN input connection, then operates carries on automatically. Therefore, to establish the essential current limiting protection circuit to some easy over-loadings input device.(5) Significant breakdown warning and protection. Regarding easy to have heavy accidents place, to guarantee the control system when the heavy accident occurs still the reliable warning and the protection, should have with the significant breakdown the contacting signal to output through the external circuit, caused the control system to move under the safe condition.Fifth, PLC earth the good earth is guaranteed that the PLC reliable work the important condition, may avoid the heterogametic the voltage surge harm. PLC meets the grounding and machines ground terminal docking, meets the grounding the cross-sectional are
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