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c516a
型单柱
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改造
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C516A型单柱立式车床PLC改造,c516a,型单柱,立式,车床,plc,改造
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毕业设计（论文）C516A 型单柱立式车床 PLC 改造专业（系） 铁道供电与电气学院 班 级 工控 113 学生姓名 高原 指导老师 杨庆徽 完成日期 2014 届毕业设计任务书一、课题名称：C516A 型单柱立式车床 PLC 改造二、指导老师：杨庆徽三、设计内容与要求1、课题概述C516A 型单柱立式车床主要用于各行业的机械加工 ,可用于内外圆柱面、圆锥面、端面、切槽、切断等的粗、精车削加工。由于该设备工作环境差，继电器接触器组成的电气控制电路的故障率高，为了提高设备的利用率，降低故障，更好地服务生产，对该设备进行西门子 S7-400 型可编程序控制器（ PLC）电气技术改造。2、设计内容与要求（1）进入现场，了解 C516A 型单柱立式车床的工作原理，电气线路和元器件布局情况，制定改造方案。（2）弄清机床工作原理，根据电气原理图设计 PLC 梯形图，写出语句表。（3）确定可编程序控制器型号，输入输出点数。（4）设计或制定配线工艺，电气选型及安全保护措施。（5）输入程序后，试车时动作符合原有规律，维修方便，故障少。四、设计参考书1、 维修电工技师手册机械工业出版社，2、 工厂电气控制科学出版社3、 中低压电控实用技术机械工业出版社4、 可编程序控制器及应用劳动出版社5、 小型可编程序控制器实用技术机械工业出版社五、设计说明书要1、封面2、目录3、内容摘要煤（200400 字左右，中英文）4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理，计算，分析，论证，设计结果的说明几特点）6、结束语7、附录（参考文献，图纸，材料清单等）8、毕业设计进程安排（1）前 2 周对本设计系统的内容，要求及标准进行了解，学习，收集相关资料，定设计方案，要求每人收集 35 篇相关 PLC 及变频器的论文及资料（可以在假期进行，不要互相抄袭） 。（2）35 周系统设计（3）6 周资料整理（4）7 周论文初稿完成（5）8 周完成设计任务书（上交电子稿及纸质文档）（6）准备毕业设计答辩六、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文，专题报告等必要资料交于老师审批，由指导老师写出审阅意见。学生答辩时对自序部分写出书面提纲，内容包括课题的任务，目的和意义，所采用的原始资料或参考文献，设计的基本内容和主要方法，成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论，知识，设计与计算方法，实验方法，测试方法，鉴别学生独立工作能力，创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求：说明书要求打印（除图纸外） ，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不许抄袭。图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线，图表，线路图，程序框图，示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要立式机床是一种自动化程度要求较高的机械和电气设备，一般用于冶金工业，车辆系统的各类大型工件。它通常用于继电器逻辑控制系统，传统的继电器控制系统中使用的大量的中间继电器，时间继电器，电子控制系统故障率高，检修周期长。立式机床的使用时间久了，电气控制系统线路易老化，继电器故障频繁，维修困难。本文研究了 PLC 改造立式车床的应用。用 PLC 改造传统继电器控制系统是很好的方法。它充分发挥了 PLC 高可靠性、高抗干扰能力、使用寿命长、检修量少、外部线路结构简单的特点。本文详细描述了 C516A 立式车床的 PLC 改造过程，并对 PLC 做了详细的介绍，结合西门子 S7-200，把 PLC 在立式车床的工作过程，设计流程，控制功能做了具体分析。关键词 可编程逻辑控制器;C516A 立式车床; 西门子 S7-200AbstractVertical machine is an automatic and require a higher degree of mechanical and electrical equipment, generally used in metallurgical industry, vehicle system for all kinds of large-scale work piece. It is usually used to relay logic control system, the traditional relay control system used in a large number of intermediate relay, time relay, the control contact, electronic control system failure rate is high, long maintenance cycle. Vertical machine tool use date time, electrical control system circuit ageing, relay fault frequently, difficult maintenance. This paper studies the transformation of PLC vertical lathe application. Using PLC to transform the traditional relay control system is a very good method. It can give full play to PLC high reliability, high interference resistance, long service life, less repair, look up the external circuit of simple features.This paper describes the now vertical lathe basic composition, working principle, classification and characteristics of. And on the vertical lathe in PLC is introduced in detail, the PLC vertical lathe work process, it analyzes the design process. Then the vertical lathe C516A as example, combining the Siemens AG S7-200, describes the PLC design process.Keywords PLC： C516A Vertical Lathe; Siemens AG S7-200目 录第 1 章 绪论 .11.1 什么是 PLC .11.2 PLC 的构成 .11.3 PLC 的特点 .31.4 PLC 软件系统及常用编程语言 .41.5 PLC 的工作过程 .51.6 PLC 控制系统的设计基本原则 .71.7 西门子 S7-200 系列基本指令系统 .71.8 PLC 在车床中的的基本功能 .91.9 PLC 的国内外状况与应用领域 .11第 2 章 立式机床 .142.1 机床的主要结构 .142.2 液压系统工作原理及液压元件 .142.3 机床的常见故障 .142.4 机床的用途及使用特点 .152.5 机床的主要技术参数 .162.6、PLC 应用于立式车床的现实意义 .16第 3 章 C516A 立式机床的 PLC 控制系统的设计 .183.1、概述： .183.2 工作原理 .183.3、安装及运行指示 .203.4、维护说明： .203.5、C516A 立式车床概述 .233.6、硬件设计 .263.7、软件设计 .263.8、电路图 .273.9、IO 分配表 .273.10、梯形图 .293.11、外部接线图 .36结论 .38参 考 文 献 .39致 谢 .40附录 .40湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)0第 1 章 绪论1.1 什么是 PLCPLC 即可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，是一种基于微处理器的通用自动控制装置。它一般以顺序控制为主，闭环调节为辅，可以完成逻辑，顺序，定时，计数和算术运算等功能。近年来 PLC 技术发展很快，每年都推出不少新产品。PLC 的功能也在不断增长，主要表现在以下几方面：1、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 2、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 3、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。在数控机床上采用 PLC 代替继电器控制，能使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高。在数控机床、加工中心等自动化程度高的加工设备和生产制造系统中，PLC 是不可缺席的控制装置。1.2 PLC 的构成从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1、CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)1号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2、I/O 模块PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI ） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI ） ，模拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。3、电源模块PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)2入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或110VAC） ，直流电源（常用的为 24VDC） 。4、底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5、PLC 系统的其它设备编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。6、PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器 的观点说法。PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。1.3 PLC 的特点1、可靠性高，抗干扰能力强湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)3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。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。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、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、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。1.4 PLC 软件系统及常用编程语言湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)41、PLC 软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由 PLC 厂家提供并已固化在EPROM 中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC 的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7 是用于 SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用 STEP7 来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。2、PLC 提供的编程语言。标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点：、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。、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。、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。、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。、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做条件使用。、逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。1.5 PLC 的工作过程PLC 在立式车床中的工作过程，和通常的 PLC 工作过程基本上是一致的，分为以下几个步骤：1、输入采样阶段 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，该输入均能被湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)5读入。 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。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 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。 PLC 内部运作方式虽然 PLC 所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但 PLC 内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上 PLC 执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入 CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤， “输入采样” 、 “程式执行”、 “输出刷新”说明如下： 步骤一“输入采样 ”：PLC 首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或 0 代表开或关） ，并将其状态写入内存中对应之位置 An。步骤二“程式执行 ”：将阶梯图程式逐行取入 CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU 直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)6存中对应之位置，暂不反应至输出端 Yen。步骤三“输出刷新 ”：将步骤二中之输出状态更新至 PLC 输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为 PLC 之扫描周期，而完成所需的时间称为 PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“ 程式结束再生 ”。PLC 扫描过程示意图1.6 PLC 控制系统的设计基本原则1、最大限度的满足被控对象的控制要求。2、在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3、保证控制系统安全可靠。4、考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留有余量。1.7 西门子 S7-200 系列基本指令系统1、基本指令如表所示名 称助记符 目 标 元 件 说 明取指令LD I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 常开接点逻辑运算起始取反指令LDN I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 常闭接点逻辑运算起始湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)7线圈驱动指令= Q、M、SM、T、C、V、S 、L 驱动线圈的输出与指令A I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 单个常开接点的串联与非指令AN I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 单个常闭接点的串联或指令O I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 单个常开接点的并联或非指令ON I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 单个常闭接点的并联置位指令S I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 使动作保持复位指令R I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 使保持复位正跳变ED I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 输入信号上升沿产生脉冲输出负跳变EU I、Q、 M、SM、T 、C 、 V、S 、L 输入信号下降沿产生脉冲输出空操作指令NOP 无 使步序作空操作湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)82、标准触点 LD、A、O、LDN、AN、ONLD，取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。LDN，取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。A，与指令。用于单个常开接点的串联。AN，与非指令。用于单个常闭接点的串联。O，或指令。用于单个常开接点的并联。ON，或非指令。用于单个常闭接点的并联。3、跳变 ED、EU 毕业设计网 ED，在检测到一个正跳变（从 OFF 到 ON）之后，让能流接通一个扫描周期。EU，在检测到一个负跳变（从 ON 到 OFF）之后，让能流接通一个扫描周期。4、出 = =，在执行输出指令时，映像寄存器中的指定参数位被接通。 5、置位与复位指令 S、R S，执行置位 (置1)指令时，从 bit 或 OUT 指定的地址参数开始的 N 个点都被置位。R ，执行复位(置0)指令时，从 bit 或 OUT 指定的地址参数开始的 N 个点都被复位。置位与复位的点数可以是1-255，当用复位指令时，如果 bit 或 OUT 指定的是 T 或 C 时，那么定时器或计数器被复位，同时当前值将被清零。 6、空操作指令 NOP NOP 指令不影响程序的执行，执行数 N（1-255） 。1.8 PLC 在车床中的的基本功能PLC 是一种工作原理完全不同的顺序控制装置，基本功能如下。1、PLC 是由计算机简化而来的。为适应顺序控制的要求，PLC 省去了计算机的一些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能，是一种功能介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。PLC 系统的基本功能结构框图如图 1 所示。湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)9传感器和执行件的接口通信功能人机接口功能编程和调试功能应用程序执行操作系统功能应用程序储存数据储存外部供电电源功能外部设备操作者应用程序设计机床控制过程图 1 PLC 系统的基本功能结构框图2、用户的指令和专用于存储用户程序的存储器。适用于控制对象动作比较复杂，控制逻辑要变更较快的地方。3、PLC 程序大多使用图形符号和逻辑顺序关系的梯形图编辑器。梯形图，直观，易于理解和掌握的工作原理4、PLC 可以与专用设备连接，可以很方便地实的显示、编辑、诊断、存储和传送程序。5、可编程控制器没有继电器接触，接触焊，耐磨和线圈烧坏故障。在运行中无振动，无噪音，并且具有较强的抗干扰能力，可在环境条件下的稳定性差，工作可靠。湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)106、PLC 具有结构紧凑，体积小，易于安装在机器工具或电器箱，便于实现数控机床机电一体化。PLC 的开发利用，为数控机床提供了一个新的顺序控制装置，并很快在实际应用中显示了强大的生命力。现在已成为机床是一个基本的控制装置。PLC 机床结构更加紧凑，功能多，工作可靠。对于车削加工中心，加工中心制造系统和其他机械运动是复杂的，自动化程度高的加工设备和制造系统，这是必要的控制装置。1.9 PLC 的国内外状况与应用领域在工业生产过程中，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。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是世界上公认的第一台 PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） 。20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)11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3040%。在这时期，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得到大幅度提高，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。20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。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。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。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。PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)12在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、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 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5、数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6、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 的通信功湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)13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。第 2 章 立式机床2.1 机床的主要结构数控机床 是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床由 : 机械，电气，液压，润滑,排屑,等部分组成.机械包括转塔，丝杠，主轴，尾台，中心架，床体，护罩,刀库，刀塔。电气包括:控制系统控制柜，控制柜内有伺服驱动器，变压器 ,继电器，接触器，输入输出等，显示屏幕，电机，行程开关。液压包括:液压站，液压泵，各种阀液压表，润滑，润滑泵，润滑管路。数控机床的加工特点是：精确，快速，适合批量生产,与操作者经验无关,生产效率高，可以加工形状复杂、精度要求高的零件，还有一些普通机床不能或不便加工的零件，装夹定为后能加工多道工序， 加工质量稳定，减轻者的操作劳动强度。2.2 液压系统工作原理及液压元件液压系统最基本的原理就是液体内部压强处处相等。利用油泵产生一定内部压力的液态油，通过液压管路传送到液压执行元件，比如液压油缸，高压油作用在活塞上，使得活塞两端压力不平衡，于是活塞运动做功，高压油也可以作用在周向布置的叶片上，带动叶片轴旋转，这就是油马达。液压系统就是传送压强的装置，液压油是压强传送的载体，具有一定压强的液体作用在一定大小湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)14的面积而产生作用力，该作用力驱动零件运动。2.3 机床的常见故障由于数控机床采用了计算机控制技术，机械结构与普通机床相比大为简化，机械系统出现故障的机会大为减少，其常见的机械故障主要有以下几类： 1、进给传动链故障。由于数控机床的导轨普遍采用了滚动摩擦副，所以进给传动链故障主要是由运动质量下降造成的，如机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、机械爬行、轴承噪声变大（一般在撞车后出现）等，这部分故障可以通过调节各运动副预紧力，调整松动环节，提高运动精度以及调整补偿环节等方法进行解决。 2、主轴部件故障。由于使用可调速电机，数控机床主轴箱结构比较简单，容易出现故障的是刀柄自动拉紧装置、自动调速装置等。 3、自动换刀装置（ATC）故障。具有自动换刀装置的加工中心机床 50%以上的故障与自动换刀装置有关，主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手运动误差较大等。故障严重时，造成换刀动作卡住、机床被迫停止工作。 4、用于检测各轴运动位置的行程开关压合故障。在数控机床上，为了保证自动化工作的可靠性，采用了大量检测运动位置的行程开关。机床经过长期运行，运动部件运动特性发生变化，行程开关压合装置的可靠性及行程开关本身品质特性的改变对整机的故障产生及故障排除带来较大影响。 5、配套附件的故障。数控机床上冷却装置、排屑器、导轨防护罩、冷却液防护罩、主轴冷却恒温油箱、液压油箱等的可靠性不高，也会造成故障而影响正常运行。济宁利兴希望对你有帮助湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)152.4 机床的用途及使用特点数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制 系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行各种多次重复加工） 、自动换刀（可交换指定刀具、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。 数控机床的控制单元，数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：1、加工精度高，具有稳定的加工质量；2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4、机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的 35 倍） ；5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。2.5 机床的主要技术参数不同类别的数控机床的技术参数不同，主要包含以下：1、机床规格，数控车床是回转直径、车削长度等，加工中心是工作台尺寸、行程等，是表明数控机床的加工范围；2、性能指标，如控制轴数/联动轴数、刀库形式/刀位数量、刀架刀位数、主轴转速、快移速度、主电机功率、数控系统，是表明数控机床基本性能。3、精度指标，如定位精度、重复定位精度、表面粗糙度等是表明数控机床的加工精度2.6、PLC 应用于立式车床的现实意义现在 PLC 已经广泛应用于几乎所有的工业部门，因其性能价格比的不断提高，湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)16PLC 的应用范围不断扩大，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。它的主要优点有如下几点：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 采用大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺，内部电路采用先进的抗干扰技术，具有高可靠性。2、适用性强，功能完善，应用广泛PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列产品。可用于各种大型工业控制场合。除了逻辑处理功能，PLC 具有完整的数据处理能力，可用于各种数字控制领域。3、简单易学，方便使用PLC 接口容易，便于工程技术人员接受。梯形图语言符号与表达方式和继电器电路图想接近，对于那些谁不擅长电子电路，不懂计算机原理与汇编语言的人在工业控制上开辟了便捷的方法。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用储存逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部连线，使控制系统设计和建造周期缩短，同时维护容易得多。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型可编程控制器为例，底径小于 100 mm，重量小于 150 克，耗电量只有几瓦。由于规模较小，容易加载到内部机械，是机电一体化的理想设备。湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)17第 3 章 C516A 立式机床的 PLC 控制系统的设计3.1 概述：本机床装有四台交流笼型电动机，其规格见电气设备目录。本机床全部电力设备由交流 50Hz，380V 电源供电。控制电压回路电压为172V，局部照明电压为 36V，而电磁离合器电压为 24V，分别通过降压电压器“B-K”(380/172/3.6V)“B-M”(380/36V)及 和整体流器 进行供电。本机床的所有操纵按钮及选择开关全部安装在悬挂式按钮站上，而接触器继电器等则集中安装在机床 II 柱后面的壁笼内。3.2 工作原理合上刀开关“QS” ，则电力回路、控制回路及电磁离合器回路都进入准备工作状态，同时继电器“KA5”通电，其常开触点在“2-14”处自锁，并在“61-62”出闭合，给时间继电器“KT1”的接通做好准备。1、工作台起动：按压主电机起动按钮“SB2”则继电器“KA1”的线圈通电，其常开触点在“3-4 ”出闭合，接通接触器“KM1” ，从而接通主电机的电源，主电机起动。由于电动机轴与工作台之间离合器此时尚未接通，因而不能拖动工作台旋转。同时主电机起动后，使连接在其轴上的油泵开始工作。主电机起动之后，按压按钮“SB5”则“KA3”的线圈通电，其常开触点在“3-12 ”处闭合，从而接通了工作台、接通电磁铁“YA1” ，工作台开始旋转，湖南铁道职业技术院毕业设计(论文)1
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