工学深孔钻床控制系统的PLC设计

1、毕业设计任务书一、设计题目 深孔钻床的PLC控制系统设计二、设计目的1）掌握机床的深孔钻床液压控制的功能。2）掌握深孔钻加工动作流程。3）掌握电气控制元件的选择与计算方法。4）掌握PLC的选择与应用。三、设计要求一台深孔钻床用于零件的深孔加工，实现定时自动排屑。进给速度分为快进和二次工进，进给采用液压控制。主轴采用2000kW电机，液压系统是1000W电机，设计要求：1）钻头作往复运动，并且时间可调。采用直流220V电磁阀，行程开关作位置检测。2）液压泵电动机启动后才能启动主轴电动机。3）有工作状态指示及照明。4）有必要的电气保护和液压压力保护，极限行程保护。5）设计与绘制电气控制原理图，元件

2、安装布置图、接线图。6）绘制梯形图与语句表。四、毕业设计说明书（15000字以上）。1）设计题目2）控制原理说明设计方案论证3）主要器件选择依据与计算4）设计总结及改进意见5）主要参考资料五、参考文献工厂电气控制技术机械工业出版社主编方承远工厂电气控制设备机械工业出版社主编许廖机床电气控制技术机械工业出版社主编王炳实可编程序控制器的应用技术机械工业出版社主编王兆义可编程序控制器的原理及程序设计电子工业出版社主编崔亚军目录目录1第1章绪论21.1深孔钻床控制系统的PLC设计的目的和意义21.2深孔钻床的控制系统历史发展21.3深孔钻床控制系统的PLC设计原理2第2章系统设计方案研究42.1方案一

3、设计42.2方案二设计42.3深孔钻床控制系统的PLC设计参数42.4本课题完成的主要任务5第3章机床低压电器及液压元件的选择63.1常用低压电器6主令电器6控制电器6保护电器8配电电器93.2常用液压元件9第4章深孔钻床控制系统的设计124.1主回路设计124.2液压传动及控制电路的设计144.3辅助照明电路设计154.4自动排屑部分结构设计16第5章深孔钻床的PLC设计195.1可编程控制器的基本结构195.2 PLC的工作原理215.3 PLC的工作过程215.4 PLC的主要技术指标225.5深孔钻床控制系统的PLC设计225.6系统调试29结论31致谢32参考文献33附录34第1章

4、绪论1.1深孔钻床控制系统的PLC设计的目的和意义用PLC设计深孔钻床的控制系统可以缩短钻床的加工时间，提高其加工效率。将PLC技术运用到钻床上，能够使用户程序的编制清晰直观的显示出来，并且容易调试和差错，使钻床的操作更加方便快捷、安全可靠；实现钻床的自动化生产能力，节约人力资源。同时也是为了能够保证产品质量，实现快速的批量生产，以及便于维护和升级机床。在本课题中，用PLC来设计深孔钻床的控制系统，可以让我们熟练地掌握深孔钻床的加工流程，掌握各种电器的选择及应用，以及加深对PLC的了解和使用。深孔钻床的进给传动是液体压力传动，因此，液体传动的相关知识我们也要学习，和掌握各液压元件的原理及使用。

5、1.2深孔钻床的控制系统历史发展19世纪末，在生产机械的拖动系统中，电动机逐渐代替了蒸汽机，出现了电力拖动。随着生产实践的需要与发展，20世纪20年代电力拖动方式由集中拖动发展为单独拖动。在电力拖动方式的演变过程中，电力拖动的控制方式也由手动控制逐步向自动控制方向发展。在这种大格局的发展下，深孔钻床也在逐步由手动控制向自动控制的方向上发展。70年代以来，随着可编程序控制器（Programmable Controller）的出现，机械化生产的控制模式逐渐的向自动化、智能化发展。为了提高生产效率和保证产品质量，深孔钻床的控制系统也就由以前的接触器、继电器等手控电器的手控方式逐步的与PLC相结合，实

6、现自动化控制。1.3深孔钻床控制系统的PLC设计原理将深孔钻床的加工流程从接触器、机电器等组成的控制系统用编写程序的方式在PLC上变现出来。即先了解深孔钻床，接着再去选取设当的电器元件，绘制出深孔钻床的电气原理图（主电路，控制电路，辅助照明电路），其次选取合适的液压元件，构建液体传动回路，最后再将深孔钻床的工作流程机器控制系统在PLC上用编程的方式表现出来。图1-1 PLC控制系统的基本结构框架图1-2设计流程图第2章 系统设计方案研究2.1方案一设计根据深孔钻床的加工流程以及工作环境，将主轴电动机选为直流双速电动机，功率为2000KW，这样方便于调速；其他电动机采用三相异步交流电动机，如液压

7、泵电动机1000W，冷却泵电动机100W。启动液压泵电动机后，在手动启动主轴电动机，冷却泵电动机在需要冷却液时手动启动。2.2方案二设计根据深孔钻床的加工流程以及工作环境，又考虑到方便设计和以后的维修，以及对主轴电动机和液压泵电动机的合理控制和安排。主轴电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机都选为三相异步交流电动机，其中，主轴电动机2000KW，液压泵电动机1000W，冷却泵电动机100W。在启动液压泵电动机以后，由液压进给系统推动主轴前进，当快要接近工件的加工表面时，主轴电动机自动启动，带动钻头旋转进行加工。冷却液电动机只能在主轴电动机启动后才能启动，且在需要冷却时，手动启动。2.3深孔钻床控制

8、系统的PLC设计参数了解深孔钻床的加工环境及其加工零件，正确的选择拖动电动机；如主轴采用2000KW的三相异步交流电动机，液压泵电机为1000W的三相异步交流电动机，根据这个，再去正确的选择各种低压电器的型号、规格、及适用范围和使用方法，如接触器、各种继电器、开关及保护电器。在液压控制中，根据其电动机的功率、型号来选择液压泵、电磁阀、换向阀等液压控制器件的规格和型号（出于安全考虑和满足工作要求，液压管道及个阀类内径选为16mm的）。考虑到钻头在加工过成中会发热需要冷却措施，应再加上一个冷却泵，其电动机可选为100W的三相异步交流电动机。根据以上选择的电器和深孔钻床的工作流程，设计并绘制其电气原

9、理图。然后再根据其工作量和产品质量要求，选择可编程序控制器（即PLC）的型号和规格，在这里我们选择西门子S7-200CN。由于在整个工作系统中主电路、控制电路、辅助照明电路和PLC所使用的电压等级和类型都不一样（主电路380V、控制电路220V、辅助照明电路36V 6V、可编程序控制器PLC为直流24V），所以，我们要选择变压器和整流装置，以便方便个电路的使用。2.4本课题完成的主要任务1）设计题目2）深孔钻床的控制原理说明设计3）主要器件的选择依据与计算4）设计总结及改进意见5）主要参考资料第3章 机床低压电器及液压元件的选择3.1常用低压电器低压电器是电力拖动自动控制系统的基本组成元件，控

10、制系统的可靠性、先进性、经济型与所用的低压电器有着直接关系，作为电气技术人员必须熟练掌握低压电器的结构、原理，并能正确选用和维护。3.1.1主令电器主令电器主要用来接通和分断控制电路，是用于发送控制指令的开关电器。1）按钮按钮是一种短时接通或你断开小电流的手动电器，常用于控制电路中，发出启动或停止等指令，用以控制控制电器的线圈电流的接通或断开，再由它们去接通或断开主电路。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、静触头和外壳等组成。其字母表示为SB，型号有LAY3、LAY6、LA10、LA18、LA19、LA20、LA25等。有常开按钮、常闭按钮和复合按钮。为了方便操作，通常有很多种不同的颜色。2）位

11、置开关位置开关又称行程开关或限位开关，可将机械信号转换为电信号，实现对机械的控制。它是根据运动部件的位置而切换的电器，能实现运动部件的极限保护。其原理与按钮类似，利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作，而将机械信号转变为电信号。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。行程开关主要由触头系统、操作机构和外壳组成。其结构形式有直动式、滚轮式和微动式三种。其动作后的复位方式有自动复位和非自动复位两种。其型号有LX19和JLXK1等，字母表示为SQ。3.1.2控制电器在各种控制电路和控制系统中用于接收和发出通断指令的电器。1） 接触器接触器主要分交流接触器和直流接触器两种

12、，由于机床工业中多使用交流电，故我们选择交流接触器。交流接触器是机床中电动机控制和信号传递的器件，是连接数控装置、可编程控制器与强电和执行部件的枢纽，也是发生故障最多的器件之一。交流接触器由以下四部分组成：电磁机构、触点系统、灭弧装置 其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。 其工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点 闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。 其字母表示为KM。交流接触器的选

13、择应根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定。a.接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。b.电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。c.接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允

14、许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用2）中间继电器中间继电器是最常用的继电器之一,中间继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等，其字母表示为KA。3.1.3保护电器用于保护电路以及用电设备的电器。1） 熔断器熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护

15、。其类型主要有瓷插式、有填料螺旋式和无填料封闭管式，字母表示符为FU。熔断器的额定电压额定电流硬不小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流，其类型应根据线路要求和安装条件而定。熔断器的分段能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。2）热继电器热继电器主要是用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如

16、果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择：a.热继电器结构型式的选择：星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。b.热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的1.051.1倍。c.对于重复短时工作的电动机，由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选

17、用过电压继电器进行保护3.1.4配电电器用于电能的输送和分配的电器。1）刀开关刀开关是结构最简单且应用最广泛的一种低压电器，它由操作手柄、触刀、静插座和绝缘地板组成。其作用是引入接通断开电源，字母表示符号QS。按极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方向可分为单掷和双掷；按灭弧情况可分为有灭弧罩和无灭弧罩等。常用的刀开关有胶盖刀开关和铁壳开关。2）转换开关转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁的通断电路、换接电源和负载，测量三项电压以及小容量感应电动机。转换开关由动触头、静触头、转轴、手柄、定位机构及外壳等组成。字母表示符为QS或SA，有单极、双极和多极之分。常用产品有HZ5HZ10和

18、HZ15系列，在这里我们选择HZ15系列。3.2常用液压元件通常选用的液压元件主要是由能够组成液压传动系统的动力装置、执行装置、控制装置、辅助装置。其中，液压传动系统中还有工作介质即为液压油。1）液压泵液压泵是液压传动系统的动力元件，其作用是向系统提供压力油，它是把原动机输入的机械能转换为输出的液体压力能。液压泵的工作是通过靠密封容积的周期性变化来实现吸油和压油的。其种类根据结构形式的不同，常用的容积式泵有：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。由于深孔钻床的负载比较大且有快速和慢速的工作行程，所以选择限压式变量叶片泵。2）液压缸液压缸是液压传动系统中的执行元件，它能将油液的压力能转化为机械能，用

19、于驱动工作机构作往复直线运动。液压缸结构简单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合，能够实现多种机械运动，故应用十分广泛。液压缸有多种类型，按其结构特点可分为活塞式、柱塞式、组合式三大类；按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。根据深孔钻床的工作需要，应选用活塞式液压缸，又因其工作形式，应选择单杆式活塞液压缸。3）液压控制阀液压控制阀简称为液压阀，在液压系统中用来控制液体的流向、压力、流量，并以此来控制调节执行元件的运动方向、输出力和运动速度。液压阀的主要结构一般由阀芯、阀体以及可使阀芯在阀体内做相对运动的驱动装置。液压阀的工作原理都是利用阀芯在阀体内的相对运动来改变阀

20、口的通断状态、或者改变阀口的通流面积，从而达到控制液体的压力、流量和方向的目的。1.单向阀单向阀包括普通单向阀和液控单向阀两种。其作用是只允许液体沿管道的一个方向流动，另一方向的流动则被截止。液控单向阀除了具有普通单向阀的作用外，在外部控制油压的作用下允许油液向另一个方向流动。根据需要我们选择普通单向阀。2.换向阀换向阀在液压系统中，通过改变阀芯与阀体之间的相对位置，以实现与阀体相连的各油路的接通与切断，从而改变液流的方向。换向阀按结构形式可分为转阀式、滑阀式、球阀式和锥阀式等；按操纵方式可分为手动式、机动式、电磁式、液动式以及电液式等；按阀芯可能实现的工作位置可分为二位阀、三位阀等；按安装方

21、式可分为螺纹式、板式和法兰式等。根据设计需要，应选择滑阀式电磁换向阀。其中三位五通的滑阀式电磁换向阀一个，二位三通的滑阀式电磁换向阀两个。3.溢流阀溢流阀是最常用的压力控制阀类。它的主要用途有两个：一是保持液压系统或回路的压力恒定；二是作安全阀用，对系统起过载保护作用。根据结构不同，常用的溢流阀有直动式和先导式两种。其中直动式溢流阀的结构简单，动作灵敏。常用在低压、小流量的液压系统中。先导式溢流阀主要由主阀和先导阀两部分组成。先导式溢流阀能够减小系统的压力波动，通常在高压、大流量的液压系统中应用。结合深孔钻床的工作需要，应选择先导式溢流阀。4.调速阀调速阀是由一个定差减压阀和节流阀串联而成的组

22、合阀，节流阀用来调节调速阀的输出流量，减压阀能自动保持节流阀前后的压力差“P”不变，以保证通过节流阀的流量（即调速阀）不受外界负载变化的影响。5.其他辅助元件所需其他元件有：油缸、管道、滤网等。第4章 深孔钻床控制系统的设计4.1主回路设计主要结构和运动形式深孔钻床是一个整体的铸件，其内部主要有主轴、变速箱、进给箱和操纵机构等部件。通过机械机构实现钻头的往复运动，切削刀具一般安装在钻轴前端的锥形孔里，在切削过程中，钻轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动。主轴和钻头由主轴电动机带动旋转，进给运动由液压泵电动机带动液压泵向液压系统提供液压油通过液压系统进行运动。由此我们可知钻床的运动有三种：1）主运动

23、，主轴的选准运动。2）进给运动，即钻头一面旋转，同时做垂直纵向进给运动。3）辅助运动，包括钻头的自动排屑运动、钻头的往复运动。4.1.2 主回路的设计原理图(如图4-1、4-2所示)图4-1 主电路图4-2 控制电路 深孔钻床在加工时主要靠主轴电动机，液压泵电动机拖动和进给。如图a所示，M1为主轴电动机，靠接触器KM1的主触头接通；M2为液压泵电动机，靠接触器KM2的主触头接通；深孔钻床在工作运行中，由转换开关SA1控制冷却泵电动机。其中，冷却泵电动机必须在主轴电动机启动后才可以启动。深孔钻床加工时要求进给电动机拖动动力部件，在主轴不旋转的状况下向前运动，当运动到接近工件的加工部位时主轴才启动

24、旋转。当加工完毕以后，主轴自动退回，当推到加工零件上方某一位置时自动停转。这就需要在液压泵电动及启动后才能启动主轴电动机。由图b可知，按下按钮SB1接触器KM2线圈得电并自锁，液压泵电动及启动，此时可以控制主轴垂直进给运动，当运动到一定位置时，压下行程开关SQ0接触器KM1的线圈得电并自锁，主轴电动机启动，开始旋转。当加工完成后，动力部件开始退出，在碰到行程开关SQ2时，接触器KM1的线圈断电，主轴电动机自动停转。行程开关SQ6为钻床极限保护开关，热继电器FR1、FR2为主轴电机和液压泵电机的过载保护作用。4.2液压传动及控制电路的设计液压动力滑台是应用压力油控制滑台向前或向后运动。液压滑台是

25、由滑台、滑座及油缸三部分组成，油缸拖动滑台在滑座上移动液压滑台有电气控制液压系统，实现滑台的自动工作循环（如图4-3所示）。图4-3 二次工作进给控制电路图为二工进控制线路。它的工作循环程序是：滑台快进一次工进二次工进快退至原位停止。滑台原位停止。滑台由油缸拖动前后运动，阀用电磁铁YV1a、YV1b、YV2均为断电状态。滑台停止在原位，挡铁1压下行程开关SQ1时，行程开关SQ1常开点闭合，而SQ1常闭点断开（用与转换的4块挡铁装于滑台上，图中未划出）。滑台快进。把转换开关SA扳到右位置，按下SB2按钮，继电器KA1过电流线圈通电并自锁，KA1常开触头闭合使电磁阀电磁铁YV1a,YV2通电。电磁

26、铁YV1a通电，使电磁阀HF1的阀杆推向右端，滑台快进。滑台一次工进。在滑台快进过程中，当挡铁3压动行程开关SQ3时，SQ3常开触头闭合，使KA2线圈通电，并自锁，KA2常闭点断开使YV2电磁铁断电，HF2复位，滑台即自动转换为工进，此时由于有KA2的自锁，它就不会因挡铁离开SQ3而使KA2电路中断。滑台二次工进。由SQ4常开点闭合接通继电器KA3线圈并自锁，从而控制第二次工进（见附表及工作循环图），这时电磁铁YV1a通电YV3断电，但是进给速度要比第一次进给低。 滑台快退。当滑台工进到终点时，挡铁4压动SQ5，使其闭合，而使继电器KA4线圈通电并自锁，KA4常闭点断开，滑台停止工进，因KA4

27、常开闭合，使快退电磁铁YV1b通电。电磁阀HF1的阀杆向左移，滑台快速向左移，滑台快速退回。当滑台退到原位时，SQ1被压动，SQ1常闭断开，使继电器KA4线圈断电，此时电磁铁YV1b也断电，滑台停止。滑台的点动调整。将转换开关SA扳到“2”位置，将下按钮SB1，KA1线圈通电，使YV1a，YV2电磁铁通电，滑台可向前快进。由于KA1电路不能自锁，因此当SB1放松后，滑台立即停止。当滑台不在原位（及SQ1未闭合）需要快退时，可按动SB3按钮，使KA4线圈通电，YV1b电磁铁通电，滑台快退，直到退回原位压下SQ1，SQ1常闭点断开，KA4线圈断电，滑台停止。4.3辅助照明电路设计照明电路（如图4-

28、4所示），主要是在钻床加工的过程中，给工作台提供照明的。其中辅助电路中包含了各种指示灯，以方便永福掌握钻床在工作时的运行状态。图4-4 辅助照明电路照明灯，机床在工作过程中，和尚开关SA2灯EL通电亮。机床在通电时灯HL1亮，起通电显示作用；当主轴电动机通电运转时，灯HL2亮；当液压泵电动机通电运转时，灯HL3亮。其中FU4、FU6分别保护照明电路和指示灯电路。4.4自动排屑部分结构设计在单件、小批生产中，加工深孔时，常用接长的麻花钻头，以普通的冷却润滑方式，在改装过的普通车床上进行加工。为了排屑，每加工一定长度之后，须把钻头退出。 在批量生产中，深孔加工常采用专门的深孔钻床和专用刀具，以保证

29、质量和生产率。这些刀具的冷却和切屑的排出，很大程度上决定于刀具结构特点和冷却液的输入方法。目前应用的冷却与排屑的方法有两种： （1）内冷却外排屑法 加工时冷却液从钻头的内部输入，从钻头外部排出。高压冷却液直接喷射到切削区，对钻头起冷却润滑作用，并且带着切屑从刀杆和孔壁之间的空间排出。 （2）外冷却内排屑法 冷却液从钻头外部输入，有一定压力的冷却液经刀杆与孔壁之间的通道进入切削区，起冷却润滑作用，然后经钻头和刀杆内孔带着大量切屑排出。自动排屑装置钻床加工效率高，单位时间内的金属切削量大，这使工件上的金属变成切屑后所占的空间也成倍增大。这些切屑占用加工区域，如果不及时清除，必然会覆盖或缠绕在工件上

30、，使加工受干扰。此外，带热的切屑还会向机床或工件散发热量，使机床或工件产生变形，影响加工精度。因此，迅速、有效地排除切屑十分重要，而排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到机床之外。另外，排屑装置必须将切屑从其中分离出来，送入切屑收集箱或小车里，而将切屑液回收到冷却液箱。 自动排屑装置的安装位置一般都尽可能靠近切削区域，以利于简化机床和排屑装置结构，减小占地面积，提高排屑效率。排出的切屑一般都落入切屑收集箱或小车中，有的则直接排入车间排屑系统自动排屑装置常见的排屑装置：（1）平板链式排屑装置；（2）刮板式排屑装置；（3）螺旋式排屑装置。本钻床采用平板链式自动排屑装置（如图4-5所示）。以滚轮

31、链轮牵引的钢质平板链带在封密箱中运转，加工中的切屑落到链带上被带出机床，将切屑仓斗运送到切屑收集区，将切屑压制成块，以便运走。这种排屑装置能排除各种形状的切屑，适应性强。另外 1）钻头的自动往复运动是靠机床的机械传动机构来实现的。 2）主轴的变速是由齿轮变速器实现的。图4-5 平板链式自动排屑装置第5章 深孔钻床的PLC设计可编程序控制器（Programmable Logical Controller,简称PLC)是在继电器控制和计算机控制的基础上，以微机处理器为核心，引入微电子技术、自动控制技术而形成的一代新型工业控制装置。可编程序控制器在系统结构、硬件组成、软件结构、输入/输出（I/O）接

32、口以及用户界面等方面都有独特性。目前，可编程序控制器不仅具有继电器控制系统所能完成的逻辑运算、定时、记数等控制功能，同时还可以进行数据处理、模拟量控制、过程控制、通信联网等功能。图5-1 PLC控制系统的基本结构框图5.1可编程控制器的基本结构5.1.1 中央处理器（CPU）中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部 各部分工作任务。可编程控制器中采用的CPU一般有三大类，一类为通用微处理器，如80286、80386等；一类为单片机芯片，如8031、8096等；另外还有位处理器，如AMD2900、AMD2903等。5.1.2 存储器存储器是可编程

33、控制器的存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。和一般计算机一样，可编程控制器的存储器有只读存储器(ROM)和随机读/写存储器（RAM）两大类。只读存储器是用来保存那些需永久保存的程序的存储器，即使机器掉电后其保存的数据也不会丢失，一般为掩膜只读存储器和可编程电擦写只读存储器。只读存储器用来存放系统程序。随机读/写存储器的特点是写入与擦除都很容易，但在掉电情况下存储的数据就会丢失，一般用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据。5.1.3 输入/输出接口输入/输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入口是用来接受生产过程的各种参数。输出口是用来送出可编程控制器运算后得出的控制

34、信号，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。主要有以下几中： 开关量输入接口。（2）开关量输出接口。（3）模拟量输入接口。（4）模拟量输出接口。（5）智能输入/输出接口。5.1.4电源可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。5.1.5 外部设备(1) 编程器。可编程控制器的特点是它的程序是可变更的，能方便的加载程序，也可方便地修改程序，因此编程设备就成了可编程控制器工作中不可缺少的部分。可编程控制器的编程设备一般有两类，一类专用编程器，有手持的，也有台式的，还有的可编程控制器机身上自带编程器，其中手持式的编程器携带方便适合

35、工业控制现场应用；另一类是个人计算机，在个人计算机上运行可编程控制器相关的编程软件即可完成编程任务，借助软件编程比较容易，一般是编好了以后再下载到可编程控制器中去。（2）其他外部设备。PLC还可能配设其他一些外部设备。 盒式磁带机，用以记录程序或信息。 打印机，用以打印程序或制表。 EPROM写入机，用以将程序写入用户EPROM中。 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态。5.2 PLC的工作原理与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PLC的基本工作如下:(1)输入现场信息:在系统

36、软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;(2)执行程序:顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算;(3)输出控制信号:根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。5.3 PLC的工作过程PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执

37、行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。整个过程可分为以下几个部分：第一部分是上电处理。第二部分是自诊断处理。第三部分是通讯服务。第四部分是程序扫描过程。 当PLC处于正常运行时，它将不断重复扫描过程。分析上述扫描过程，如果对远程I/O、特殊模块和其他通讯服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下三个阶段了。1) 输入采样阶段2) 程序执行阶段3) 输出刷新阶段5.4 PLC的主要技术指标1. I/O(输入/输出)点数如前所述，输入/输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入/输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。

38、这里有个问题要注意，在总的点数中，输入点与输出点总是按一定比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入和输出点数不相互代替。2.应用程序的存储容量应用程序的存储容量是存放用户程序的存储趋的容量。通常用K字（KW），K字节（KB）或K位（Kb）来表示，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。3.扫描速度扫描速度一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步，也有以执行一步指令时间的，如微妙/步。以下是扫描速度参考值：由目前PLC采用的CPU主频考虑，扫描速度比较慢的为2.2ms/K逻辑运算程序和60ms/K数字运算程序；较快的为1ms/K逻辑运算程序和10ms/

39、K数字运算程序；更快的能够达到0.75ms/K逻辑运算程序。另外，可编程控制器的可扩展性、可靠性、易操作性及经济性等 指标也是用户关心的问题。5.5深孔钻床控制系统的PLC设计PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言、布儿代数语言等。其中前两种语言用得较多，流程图语言也在许多场所被采用。本章仅介绍梯形图语言和助记符语言的编程及特点。一、 梯形图编程语言1.梯形图与继电控制的区别梯形图结构沿用继电控制原理图的形式，采用了常开触点、常闭触点、线圈和功能块等结构的图形语言。对于同一控制电路，继电控制原理图和梯形图的输入/输出信号基本相同，控制过程等效。二者的区别在于继电控制原理图使用的是

40、硬件继电器和定时器，靠硬件连接组成控制线路，而PLC梯形图使用的是内部继电器、定时器和计数器，靠软件实现控制。2.PLC的选择由于本课题中所选用的PLC是用在一台机床上，并且程序所占空间不大，所需要的I/O接口最多只有40个，所以应该选择一个小型的PLC就能满足控制要求了。又因西门子公司生产的PLC功能强大、使用的编程软件方便灵活、程序修非常方便、安全可靠、并由完善的网上技术支持，便于学习和应用，以及更新。由于考虑到经济性，所以在这里，我们选择S7-200CN 224XP小型PLC。二、PLC的I/O分配如表5-1、图5-2所示的I/O分配：表5-1 I/O地址分配表 分类用途及名称元件代号I

41、/O地址输入信号停止按钮液压泵启动按钮快进按钮快退按钮照明灯接通开关进给点动长动调整开关SB0I0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3KA2I0.4KA3I0.5主轴电机自启动行程开关主轴快退限位开关主轴停转限位开关一次工进限位开关二次工进限位开关快退限位开关极限保护限位开关M1过载保护M2过载保护SQ0I1.0SQ1I1.1SQ2I1.2SQ3I1.3SQ4I1.4SQ5I1.5SQ6I1.6FR1I2.0FR2I2.1 输 出 信 号主轴电动机启动接触器液压泵电动机启动接触器换向阀1左边电磁铁换向阀1右边电磁铁换向阀2的电磁铁换向阀3的电磁铁照明灯通电显示主轴指示灯液压泵指示KM

42、1Q0.0KM2Q0.1YVa1Q0.2YVb1Q0.3YV2Q0.4YV3Q0.5ELQ1.0HL1Q1.1HL2Q1.2HL3Q1.3 中 间 继 电 器主轴快进中间继电器一次工进中间继电器二次工进中间继电器快退中间继电器PLC内部辅助继电器PLC内部辅助继电器PLC内部辅助继电器PLC内部辅助继电器KA1-KA2-KA3-KA4-图5-2 I/O分配端口三、PLC对深孔钻床梯形图的绘制图5-3 梯形图四. 助记符语言助记符语言是PLC的命令语句表达式。用梯形图编程虽然直观、简便，但要求PLC配置较大的显示器方可输入图形符号，这在有些小型机上常难以满足，故需借助助记符语言。应该指出的是，不

43、同型号的PLC其助记符语言也不相同，但其基本原理相近的。编程时，一般先根据要求编制梯形图，然后再根据梯形图转换成助记符语言，助记符语句表如下所示。LD SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0LD I0.1A M0.0O M0.1AN I2.1AN I1.6AN I0.0= M0.1= Q0.1LD M0.1A I1.0O M0.2AN I1.2AN I2.0AN I1.6AN I0.0= M0.2= Q0.0LD I0.5A I0.2LD I1.1A I0.2LDN M1.3A M1.0OLDAN I0.5OLD= M1.0LDN M1.3A M1.0LPSA M1.1AN M1.2

44、= Q0.5LRDAN M1.1= Q0.4LPP= Q0.2LD M1.0A I1.3O M1.1AN M1.3= M1.1LD M1.1A I1.4O M1.2AN M1.3= M1.2LDI I0.5A I1.5LDI I1.1LD I0.3O M1.3ALDOLD= Q0.3= M1.3LD I0.4= Q1.0LD M0.0O M0.7= M0.7= Q1.1LD M0.2= Q1.2LD M0.1= Q1.3END5.6系统调试1.电气部分调试和上刀开关Q，看看通电指示灯HL1是否发光，若不发光则应检查电源进线、熔断器FU1以及变压器的线路连接是否完好，有则予以改正。接着按下启动按钮SB1，启动液压泵电动机，查看液压泵工作情况；将转换开关SA3打到左边，按下SB2，看滑台是否移动，松开SB2，看滑台是否停下；然后将SA3打到右边，按下SB2，看滑台是否正常移动，当走到设定位置时主轴电动机是否自动启动，在滑台的整个进给运动中，看其是否能够符合所设计的要求，实现快进、一次工进、二次工进；当主轴到达所设定的零件加工完成后的位置时，看主轴是否能够实现快退，当完全退回后，主轴电动机是否能实现自动停转。2.PLC调试将梯形图编写在PLC上整体编译，看是否存在编程上的错误。如若显示有，则需要对照着电气原理图以及I/O接口进行逐句逐句的修改