多工步机床的PLC控制课程设计说明书

唐 山 学 院 课 程 设 计唐 山 学 院 机电传动控制 课 程 设 计 题 目 多工步机床的PLC控制 系 (部) 机电工程系 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2016 年 12 月 26 日至 1 月 5 日 共 2 周2017年 1 月 5 日目 录1概述12总体方案分析221方案的论证和分析222实现途径223实现方法224技术经济比较23总体方案的设计331 PLC选型设计432 PLC的 I/编址设计532.1 PLC的 I/0具体分配表532.2 PLC的I/O地址分配图533系统的主电路设计634多工步机床电器系统的流程图设计735多工步机床电器系统的梯形图图设计835.1工步一：钻孔梯形图835.2工步二：车平面梯形图835.3工步三：钻深孔梯形图935.4工步四：车外圆及钻孔梯形图935.5工步五：粗绞双节孔及倒角梯形图1035.6工步六：精绞双绞孔梯形图1035.7工步七：绞锥孔梯形图1136电气控制梯形图114软件调试144课程设计总结15参考文献161概述在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。采用 PLC控制,可使线大为简化,不但安装十分方便, 而且保证了可靠性, 減少了维修费, 提高了工效 。早在可编程序控制器问世之前，继电器接触器在工业领域中占主导地位。继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产工艺或生产任务发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器和接触器控制，使用的继电器数目越多，控制的体积越大，耗电多，且继电器触电为机械触点，工作频率较低，在频繁动作的情况下寿命较短，造成系统故障，系统可靠性差。为了解决这一问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要用一种新型控制装置来取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做了具体的设想，药把计算机的完备功能以及灵活性、通用性号等优点溶于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得步熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的有点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；采用 PLc 技术改造的多工步机床和自动控制系统完全符合多工步机床自动的生产特点, 能够満足多工步机床自动控制的各种要求, 从而提高了面纺锭子锭脚的加工水平 。该多工步机床是采用采用 PLC控制,液压机械传动的机床设各。 PLc 系统设计任务分为硬件和软件设计两部分 a一般的 PLC控制系统有信号输入组件,输出执行器件,显示器件和PLc构成。因此,此PLc控制系统的硬件设计就是 PLc 和上述器件的选取和连可编程控制器不仅充分利用徽处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求, 同时也照顾到現场电气维护人员的技能和习惯, 演弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式, 独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构, 使用户程序的编制清晰直观、 方便易学、 调试和査错都很容易。用户买到所需要的 PLC后,只需按说明书或提示,做少量的安装接线和用户程序的编制工作, 就可以灵活而方便地将 PLC应用于生产实践, 而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。2总体方案分析21方案的论证和分析本次课题的设计的功能是实现对棉纺锭子锭脚加工过程的控制，加工棉纺锭子锭脚的是多工步机床，它对零件加工前的实习坯件利用七把刀具分为七步：钻孔，车平面钻深孔，车外圆及钻孔，粗绞双节孔及倒角，精绞双节孔和绞锥角。利用慢速电动机和快速电动机实现快慢速的进退，电子气阀实现快慢速电动机的转换。加工时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电动机M1带动作旋转运动。大拖板载着六角回转工位台作横向进给运行，其进给速度由工进电动机（慢速电动机）M2、快进电动机（快速电动机）M3经电磁气阀（QV2）离合器带动丝杆控制。小拖板的纵向运动由电磁气阀（QV1）气压驱动。除第2把刀（完成第-32步，即车平面）是由小拖板纵向运动切削外，其余6把刀（完成其余6个工步）均由大拖板载着六角回转工作台横向运动切削，每进行完一个工步，六角回转工位台转动一个工位，进行下一工步的切削。22实现途径实现对加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种方法，一个是利用传统的继电器的途径实现；一个是利用可编程控制器编程途径实现。两者都有各自的优缺点。具体利用哪一种途径，需要对目的系统进行详细和全方位的分析。 23实现方法两种途径在实现的方法上也不相同。在利用传统继电器实现时，主要利用经验法，设计时思维对象是具体的继电器，利用各种功能的继电器实现控制电路。在利用PLC实现时，有两种方法，一个是利用定时和基本指令组合实现。一个是利用步控指令实现。用基本逻辑指令实现较复杂的顺序控制，其梯形图比较复杂，而且不太直观。步控指令使复杂的顺序控制程序能够方便地实现。 24技术经济比较 采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了修理成本，而且影响了设备的工效；采用PLC实现无需复杂的接线，而且实现起来方便，不费时。无需大量继电器，只需PLC芯片，基本无修理成本。3总体方案的设计上面分析过了实现加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种途径，各有优缺点。而加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制过程复杂，工步多，分为七步，每一步又可以再细分解成更多的操作。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，实现起来很困难，而且可靠性不高。PLC正适合这种工序复杂的场合，编程方便，也方便维护。考虑到此系统是按顺序工作的，适合利用顺步控制指令来实现，每个操作可以看成是一个特定的状态。经过分析，我们选择PLC利用步控指令来实现系统控制。整个机械加工过程由七把刀具分别按照七个工步要求依次进行切削，其加工步如图3-1所示：图 3-1 各个工步的动作分解图要求中的工步表中不同的工步中的一些行程开关是一样的，分析一下就可以知道，在实际的加工过程中不同工步的一些行程开关的位置一定是不一样的。比如第一工步的工进过程中遇到的行程开关和第二工步的工进过程中遇到的行程开关的位置应该是不一样的，第二工步钻孔深度比第一工步钻孔深度要深。所以这两个地方应该使用不同的行程开关。但可以看出，在对这两个工步利用步控指令编程时，它们的过程和内容都一样。所以为了简化课程设计的工作量，我把一些相同操作的工步，只取其中的一个，其它的都删去。在第二三工步里，有一个纵进纵退的过程，在此过程中小拖板有电磁气阀(YVl)气压驱动，虽然在实际加工的过程中纵进纵退和横向前进后退动作不一样，但在编程时，和第一工步是一样的。因此我把它也省去了。 在做了长时间的分析后，为了减少重复工作，我们只设计第一工步和第四工步。其他的工步都省去了。 31 PLC选型设计PLc技术是工业自动化的重要手段,它可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算数透算、数据运算、数据通信等功能,并且具有处分支、中断、 自诊断能力 。 PLc技术的逻辑控制功能通过软件编程来实现, 柔性强, 控制功能多, 控制线路大大简化 a PLc的输入输出回路均带有光电隔高等抗干扰和过裁保护措施。程序运行为周期性顺序扫描和集中批处理的工作方式,具有故障检测及诊断程序, 可靠性极高。 PLc控制系统为模块结构, 维护更换方便, 并可显示故障类型 a 因此本文決定来用 PLc进行, 并且保持原有的操作方式、按組、开关的作用不变,以方便用户,缩短适应期。根据 PLc的技术特点又可增加一些新的功能。s7-200系列西l、子 PLc家族中的成员之一,在西门子工控领域中占有重要的地位。 s7-200系列 PLc体积小,价格低廉,软硬件功能强大,系统配置方便, 它一推向市场就在各行各业得到了广泛的应用 。 而 S7_200系列的产品可以满足设计要求, 因此设计以西门子公司的 s7_200系列入手 。s7_200主机单元发展至今, 经历了两代产品 。 第一代产品为 cPu21x 型,包括 cPU212、 cPU214、 cPU215和 cPU2l6,其中每种主机单元可以进行扩展a第二代产品为 CPU22X型,包括CPU221、 CPU222、 CPU224、CPU224X、 CPU226和 CPU226XM,他们已经得到广泛的应用。l, cPU221型主机单元 具有6输入/4输出共计10数字I/0点,无I/o扩展能力 。2, cPU222型主机单元 具有8输入/6输出共计14个数字I/0点, 可以连接2个 I/0扩展单元,最大扩展至78个数字量I/0点或10路模拟量I/0。3, cPU224型主机单元 具有14输入/l0輸出共计24个数字量 I/0 点,可以连接7个扩展单元,最大扩展至l68个数字量 I/0点或35路模拟量 I/0。4, cPU224xP型主机单元 具有与 cPU224相比增加了2路输入/1 路输出功3路模拟量 I/0。5. cPU226型主机单元 具有24个输入/l6个输出共计40个熟悉I/0 点,可以连接的 I/0扩展单元,最大扩展至248个数字量 I/0点或35路模拟量 I/0。cPU226 系列具有多种功能模块和人机界面可供选择, 具有功能齐全的编程软胶囊,控制系统硬件电路需要6输入/5输出共计lo个数字量 I/o 点,所以选择 cPU226作为主机单元,它具有24点开关量输入16点开关量输出。因此采用1个基板即可。 PLc的具体硬件配置如表3-l所示。表3-1 PLC的具体配置序号名称类型数量1主机単元模板CPU22612基板DIN132 PLC的 I/编址设计32.1 PLC的 I/0具体分配表 PLC的输入/输出具体分配如表3-2所示。表3-2 PLC的输入/输出编址 32.2 PLC的I/O地址分配图如图3-2 所示图3-2 PLC I/O地址分配图33系统的主电路设计 系统的主电路包括三个电动机，四个接触器，一个电磁阀，和两个开关。其中电动机M1是主轴电动机受KM4控制，工进电动机和快进电动机受KM2、KM3、KM1控制。KM1实现正转相当于前进，KM3实现反转相当与后退。电磁阀QV2受KM2控制。QV2接通实现快进，QV2断开和KM1一起实现工进。图3-3 主电路34多工步机床电器系统的流程图设计根据工步列表可以画出流程图。要说明流程图中相邻的两个状态的转换条件没有被列出。之所以画流程图是为了方便画状态转移图，他们两者有许多相似的地方。所以画流程图可以说是给状态转移图打个草稿。加工棉纺锭子锭脚多工步机床的流程就是加工工序。图 3-4 主程序控制流程图 35多工步机床电器系统的梯形图图设计35.1工步一：钻孔梯形图如图3-5所示 图3-5钻孔梯形图35.2工步二：车平面梯形图如图3-6所示图3-6车平面梯形图35.3工步三：钻深孔梯形图如图 3-7 所示图 3-7钻深孔梯形图35.4工步四：车外圆及钻孔梯形图如图3-8所示图3-8车外圆及钻孔梯形图35.5工步五：粗绞双节孔及倒角梯形图如图 3-9 所示图 3-9粗绞双节孔及倒角梯形图35.6工步六：精绞双绞孔梯形图如图 3-10 所示图 3-10 精绞双绞孔梯形图35.7工步七：绞锥孔梯形图如图 3-11 所示图 3-11 绞锥孔梯形图36电气控制梯形图如图 3-12 所示17图 3-12电气控制梯形图4软件调试由于是对加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制，由于条件非常有限，应为很多同学做的题目是不同的，学校提供不了每位学生的实际需求，并且在自己程序不确定正确的情况下进行实际的上机实验是非常危险的。所以在只能实验室里进行模拟仿真了。开始我们先将设计好了的程序直接输入到编程器里，然后按照上面的I/O地址分配图进行接线。接着就开始运行程序了，看是否和我们期望的效果一致。为了能模拟SQ1我们把它接到了双稳态开关。开始运行程序，按下按钮相当于遇到了相应的行程开关。当模拟运行到了第二工步时没经过快进的状态，就直接进入到了工进状态。由于工进状态只比快进状态少输出一个Q0.5,因此我们以为是少输入了Q0.5的指令。于是我们检查程序，经过仔细耐心的查找我们发现没有少输出Q0.5。于是乎我们就把问题指向了快进与工进之间的转换条件SQ1.接着我们一点一点的模拟实际的工作流程。功夫不负有心人终于找到了问题的所在，原来在第一工步的快退状态中SQ1应该被拨回只初始状态，这一动作在实际过程中是系统自动进行的，而现在我们在模拟时应该认为的把SQ1拨回。重新再模拟时在第一工步的快退状态中加了把SQ1拨回的动作后，程序模拟成功了。在模拟到最后时，按要求遇到行程开关SQ3(Q0.4)时，系统应该停止。但是当我们按下Q0.4时，还有一个Q0.0输出，原因很简单。由于在整个过程中在程序的一开始主轴电动机应该始终运行着直到加工结束。因此我们在一开始需要输出Q0.0状态里用了个指令。这样的话即使在返回到初始状态时没有任何输出，Q0.0还是处于“1”状态。于是我们给初始状态一个清零的指令。这样不影响原先初始状态的作用。另外还有其他一些小问题，在此步再列出说明。虽然我们学校没有实际的机床但是点机还是有的，于是我们找来三个电机进行实际运行电路的模拟过程，首先我们把电机都编上号，M1是主电机带动主轴转动，M2位低速电机工进的时候工作，M3为快速电机，我们通过三个电机动作的顺序和时间确定我们的运行电路是否接线正确，起初的时候慢速快速电机一起运行，显然这样会引起干涉，最后通过耐心细致的研讨，原来我们的离合器接反了，需要它运行的时候没有运行，不需要的时候它却运行了，最后通过反接两条电源线，一切都回复的正常，和我们预测的结果相同无二。总之，我们的调试过程比较顺利，但只是进行模拟，在实际的应用和操作过程中，一定会遇到其他的问题，而导致需要更改原先的程序。或主电路，模拟的过程也充分说明了，“实践是检验真理的唯一标准”无论做什么事情都不能想当然，一切要实事求是。4课程设计总结 PLC技术经过几十年的发展, 已经相当熟悉 。 其品种齐全, 功能繁多, 已被广泛应用于工业控制控制的各个领域 。用 PLC来实现多工步机床电气控制系统自动化的功能, 能够很好地满足特有的要求。针对这个多工步机床的控制系统, 本文采用的可编程控制器设计多工步机床的电气控制系统, 实现了绵纺钉子钉脚的加工、 七个工步的工装、 电气控制的设计、 多工步机床的设计等功能, 使逻辑功能通过软件编程实现。柔性强,控制功能多,控制线路大大简化。此项新型多工步机床电气控制系统采用了先进的技术, 其工作可靠性高, 简单易懂, 容易掌握, 操作维护方便, 反映灵活, 自动化程度高, 可以满足棉纺钉子钉脚的加工 。系统中还在一些问题有待于解决, 希望在老师的指导帮助下, 作出进一步的完善。在此次的多工步机床的PLC控制设计课题之前我们已经在老师的指导下对PLC技术进行了比较全面的学习,从各种电器知识到控制电路设计在到后来的PLC指令系统和步控系统功能指令和梯形图指令表等等。刚开始设