PLC_課程設計-T68鏜床控制系統(tǒng)設計.doc

課 程 設 計設計題目： t68鏜床控制系統(tǒng)設計 系 別 自動控制工程系 班級 自 學生姓名 學號 指導教師 職稱 起止日期： 年月日起至年月日止沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目： T68鏜床控制系統(tǒng)設計系 別 自動控制工程系 班級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 課程設計進行地點 任 務 下 達 時 間： 年 月 日起止日期： 年月日起至 年月日止 教研室主任 年 月 日批準以下內容根據各專業(yè)特點自行確定（如條件、資料、內容、任務、進度安排及要求等）：1.設計主要內容及要求；1）熟悉工藝要求2）實現(xiàn)PLC程序設計3）書寫說明書2.對設計說明書、論文撰寫內容、格式、字數的要求；（1）.課程設計說明書（論文）是體現(xiàn)和總結課程設計成果的載體，一般不應少于3000字。（2）.學生應撰寫的內容為：中文摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻等。課程設計說明書（論文）的結構及各部分內容要求可參照沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范執(zhí)行。應做到文理通順，內容正確完整，書寫工整，裝訂整齊。（3）.說明書（論文）手寫或打印均可。手寫要用學校統(tǒng)一的課程設計用紙，用黑或藍黑墨水工整書寫；打印時按沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范的要求進行打印。（4）. 課程設計說明書（論文）裝訂順序為：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻。3.時間進度安排；順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注1月日查資料2月日熟悉工藝流程3月日程序設計4月日程序設計5月日書寫說明書沈 陽 工 程 學 院現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術課程設計成績評定表系（部）： 班級： 學生姓名： 指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分目錄1.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的選題意義-12.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)設計任務 -23.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的工藝分析-33.1 概述-33.2 PLC的工作原理-43.3 PLC的結構-44.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的功能及控制方案-54.1 鏜床控制系統(tǒng)-64.2 PLC系統(tǒng)程序設計-64.2.1 PLC硬件系統(tǒng)設計方法-74.2.2 PLC軟件系統(tǒng)設計方法-75.鏜床控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計-85.1T68鏜床PLC控制硬件接線圖-145.2T68鏜床電氣原理圖-155.3 T68鏜床PLC的輸入/輸出點的分配-165.4 梯形圖-166.設計總結-207.參考文獻-201 T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的選題意義電子與信息技術的不斷發(fā)展，給我國機床加工設備的現(xiàn)代化提供了強有力的技術支持。為了充分發(fā)揮設備效能，迅速提升加工技術與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術對傳統(tǒng)老式機床進行技術改造，取得了良好的效果。鏜床是冷加工中使用比較普遍的設備它主要用于加工精度、光潔度要求較高的孔以及各孔間的距離要求較為精確的零件(如一些箱體零件)，屬于精密機床。鏜床除能完成鏜孔工序外，在萬能鏜床上還可以進行鏜、鉆、擴、車及銑等工序。因此，鏜床的加工范圍很廣。論文對T68型臥式鏜床的結構和工作原理進行了介紹，通過鏜床繼電器控制系統(tǒng)的分析，提出了基于PLC改造的總體方案和框架設計。對系統(tǒng)的輸入、輸出點進行統(tǒng)計，根據PLC的選型相關規(guī)定和輸入輸出的總點數，選用德國西門子公司生產的S7-200可編程序控制器。分配了PLC的IO地址，設計出PLC的外接線圖。介紹了PLC常見的編程方法，設計了T68鏜床PLC控制系統(tǒng)的程序。這種方法易學易用，成功率高，設計復雜的控制程序可以節(jié)約大量的設計時間。通過STEP7-Micro/WIN32軟件進行程序仿真，在此基礎上，進行了現(xiàn)場安裝、調試。針對系統(tǒng)調試、安裝以及運行過程中出現(xiàn)的問題，進行了分析，提出了解決辦法和注意的事項。從硬件和軟件兩個方面采取措施，提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。論文最后總結了課題研究的成果,討論了課題中所用到的編程與接口技術 。關鍵詞：可編程控制器；梯形圖；鏜床；改造；調試2.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)設計任務1)改造方案的研究。介紹了可編程控制器的由來、定義和發(fā)展情況；通過對我國機床行業(yè)的現(xiàn)狀分析，指出機床改造的必要性，提出用PLC對普通機床進行改造的設想。(2)設計方法的研究。詳細討論了PLC控制系統(tǒng)設計內容和步驟，提出了PLC控制系統(tǒng)設計的原則，針對機床改造的特殊情況，總結并進一步完善了繼電器控制電路移植成PLC梯形圖的規(guī)則。(3)工程化應用。以T68型鏜床的改造為例，介紹了PLC控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)過程：分析了T68鏜床電氣控制系統(tǒng)的控制要求，根據控制要求進行總體方案的設計；統(tǒng)計了系統(tǒng)的輸入點和輸出點，共有輸入點16個，輸出點8個；根據PLC的選型原則，選用了德國西門子公司生產的S7-200可編程序控制器，并對該型號的PLC的技術參數作了介紹；在介紹了PLC的編程方法的基礎上，選用了經驗設計法編程，并設計了梯形圖；提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)程序仿真、現(xiàn)場安裝與調試。利用STEP7-Micro/WIN32仿真軟件進行了仿真；在此基礎上對PLC改造進行了現(xiàn)場安裝和調試，提出了解決方案，并解決了在調試中出現(xiàn)的問題。調試的結果表明了設計程序的正確，達到預想的結果。3 PLC系統(tǒng)的工藝分析3.1 概述 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。3.2 PLC的工作原理PLC(Power Line Communication)即電力線通信是指利用電力線傳輸數據和話音信號的一種通信方式。迄今，PLC技術已經有幾十年的發(fā)展歷史，在技術發(fā)展的各個階段，電力系統(tǒng)已經得到了不同的應用。PLC的工作原理：電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數據通信，必須解決低壓配電網上各種因素如：噪聲、阻抗波動、配電網結構、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數據傳輸的影響。 3.3 PLC的結構PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。4. PLC 的分類及應用領域可編程控制器類型很多，可從不同的角度進行分類： （一） 按控制規(guī)模分 PLC大致可分為微型機、小型機、中型機及大型機、超大型機。 微型機控制點僅幾十點，如德維森公司的V80系列PLC本體從16點到40點，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西門子的Logo僅10點。 小型機控制點可達100多點。如如德維森公司的V80系列PLC可擴展到256點，OMRON公司的C60P可達148點，CQM1達256點。德國西門子公司的S7-200機可達64點。 中型機控制點數可達近500點，以至于千點。如德維森公司的PPC11系列可擴展到1024點，OMRON公司C200H機普通配置最多可達700多點，C200Ha機則可達1000多點。德國西門子公司的S7300機最多可達512點。 大型機：控制點數一般在1000點以上。如如德維森公司的PPC22系列可擴展到2048點，OMRON公司的C1000H、CV1000，當地配置可達1024點。C2000H、CV2000當地配置可達2048點。 超大型機：控制點數可達萬點，以至于幾萬點。如美國GE公司的9070機，其點數可達24000點，另外還可有8000路的模擬量。再如美國莫迪康公司的PCE984-785機，其開關量具總數為32k（32768），模擬量有2048路。西門子的SS115UCPU945，其開關量總點數可達8k，另外還可有512路模擬量。等等。 （二）按結構劃分 PLC可分為箱體式及模塊式兩大類。箱體的PLC把電源、CPU、內存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內。一個主機箱體就是一臺完整的PLC，就可用以實現(xiàn)控制?？刂泣c數不符需要，可再接擴展箱體，由主箱體及若干擴展箱體組成較大的系統(tǒng)，以實現(xiàn)對較多點數的控制。 模塊式的PLC是按功能分成若干模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。大型機的模塊功能更單一一些，因而模塊的種類也相對多些。這也可說是趨勢。目前一些中型機，其模塊的功能也趨于單一，種類也在增鄉(xiāng)。如同樣OMRON公司C20系列PLC，H機的CPU單元就含有電源，而Ha機則把電源分出，有單獨的電源模塊。 模塊功能更單一、品種更多，可便于系統(tǒng)配置，使PLC更能物盡其用，達到更高的使用效益。 （三）按生產廠家分 目前生產PLC的廠家較多。但能配套生產，大、中、小、微型均能生產的不算太多。較有影響的，在中國市場占有較大份額的公司有： 德國西門子公司：它有S5系列的產品。有S595U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機，控制點數可達6000多點，模擬量可達300多路。最近還推出S7系列機，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機（大型）。性能比S5大有提高。 日本OMRON公司：它有CPM1A型機，P型機，H型機，CQM1、CVM、CV型機，Ha型、F型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當的份額。 日本三菱公司的PLC也是較早推到我國來的。其小型機F1前期在國內用得很多，后又推出FX2機，性能有很大提高。它的中、大型機為A系列。AIS、AZC、A3A等。 日本富士公司也有PLC。其NB系列為箱體式的，小型機。NS系列為模塊式。美國GE公司、日本FANAC合資的GEFANAC的9070機也是很吸引人的。據介紹。它具有25個特點。諸如，用軟設定代硬設定，結構化編程，多種編程語言，等等。它有914、781782、771772、731732等多種型號。另外，還有中型機9030系列，其型號有344、331、323、321多種；還有9020系列小型機，型號為211。 美國施奈德公司(莫迪康)的984機也是很有名的。其中E984785可安31個遠程站點，總控制規(guī)?？蛇_63535點。小的為緊湊型的，如984-120，控制點數為256點，在最大與最小之間，共20多個型號。最近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40點幾種規(guī)格。 美國AB（AlienBradley）公司創(chuàng)建于1903年，在世界各地有20多個附屬機構，10多個生產基地?？删幊炭刂破饕彩撬闹匾a品。它的PLC5系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多種型號。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC500系列。有三種配置，20、30及40I/O配置選擇，I/O點數分別為12/8、18/12及24/16三種。 國內PLC廠家近年來發(fā)展較快，比較有影響的有：深圳德維森、深圳艾默生、無錫光洋、無錫信捷、北京和利時、北京凱迪恩、北京安控、黃石科威、洛陽易達、浙大中控、浙大中自、南京冠德、蘭州全志等。此外，韓國和臺灣地區(qū)的一些公司目前在國內也占據不可忽視的市場份額，比如韓國LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，臺灣永宏的FBS系列PLC，臺達的DVP系列，盟立的SC500系列，豐煒的VB和VH系列和臺安的TP02系列PLC等。4.T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的功能及控制方案4.1 鏜床控制系統(tǒng)鏜床是一種精密加工車床，主要用于加工工件上的精密圓柱孔。這些孔的軸心線往往要求嚴格地平行或垂直，相互間的距離也要求很準確。這些要求都是鉆床難以達到的。而鏜床本身剛性好，其可動部分在導軌上的活動間隙很小，而有附加支撐，所以，能滿足上述加工要求。鏜床能完成鏜孔工序外，在萬能鏜床上還可以進行鏜、鉆、擴、絞、車及銑等工序，因此，鏜床的加工范圍很廣。臥式鏜床用于加工各種復雜的大型工件，如箱體、機體等，是一種功能很全的機床。除了鏜孔外，還可以進行鉆、擴、絞孔以及車削內外螺紋用絲錐攻絲、車外圓柱面和端面。安裝了端面銑刀與圓柱銑刀后，還可以完成銑削平面等多種工作。因此，在臥式鏜床上，工件一次安裝后，即能完成大部分表面的加工，有時甚至可以完成全部加工，這在加工大型及笨重的工件時，具有特別重要的意義。23 T68鏜床的結構及控制要求臥式鏜床的外型結構如圖23所示。臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端裝有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導軌上裝有鏜頭架，可以上下移動。鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在工作過程中，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向做進給運動。平旋盤只能旋轉，裝在上面的刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向做進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空部分，通過各自的傳動鏈傳動，因此可獨立運動。在大部分工作情況下，使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。臥式鏜床后立柱上安裝有尾架，用來夾持裝在鏜軸上的鏜桿的末端。尾架可隨鏜頭架同時升降，并且其軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上。后立柱可在床身導軌上沿鏜軸軸線方向上做調整移動。加工時，工件安放在床身中部的工作臺上，工作臺在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安裝在床身導軌上，并可沿床身導軌移動。上溜板又可沿下溜板上的導軌運動，工作臺相對于上溜板可做回轉運動。這樣，工作臺就可在床身上做前、后、左、右任一個方向的直線運動，并可做回旋運動。再配合鏜頭架的垂直移動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。圖23 T68型臥式鏜床結構示意圖由以上分析，可將臥式鏜床的運動歸納如下：(1)主運動：鏜軸的旋轉運動與平旋盤的旋轉運動。(2)進給運動：鏜軸的軸向進給，平旋盤刀具溜板的徑向進給，鏜頭架的垂直進給，工作臺的橫向進給與縱向進給。(3)輔助運動：工作臺的回旋，后立柱的軸向移動及垂直移動。2.鏜床控制要求鏜床加工范圍廣，運動部件多，調速范圍廣，對電力拖動及控制提出了要求如下(1)主軸應有較大的調速范圍，且要求恒功率調速，往往采用機電聯(lián)合調速。(2)變速時，為使滑移齒輪能順利進入正常齒合位置，應有低速或斷續(xù)變速運動。(3)主軸能做正反轉低速點動調整，要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉及點動控制。(4)為使主軸迅速、準確停車，主軸電動機應具有電氣控制。(5)由于進給運動直接影響切削量，而切削量又與主軸轉速、刀具、工件材料、加工精度等因素有關，所以一般臥式鏜床主運動與進給運動由一臺電動機拖動，由各自傳動鏈傳動。主軸與工作臺除工作進給外，為縮短輔助時間，還應有快速移動，由另一臺快速移動電動機拖動。(6)由于鏜床運動部件較多，應設置必要的連鎖和保護，并使操作盡量集中4.2 PLC系統(tǒng)程序設計4.2.1 PLC硬件系統(tǒng)設計方法（一） 應用系統(tǒng)總體方案設計1 PLC控制系統(tǒng)類型（1）由PLC構成的單機控制系統(tǒng)。（2）由PLC構成的集中控制系統(tǒng)。（3）由PLC構成的分布式控制系統(tǒng)。（4）用PLC構成遠程I0控制系統(tǒng)。2系統(tǒng)的運行方式(1)手動運行方式。(2)半自動運行方式。(3)自動運行方式。(二) 系統(tǒng)硬件設計根據1工藝要求2設備狀況3控制功能4I0點數和種類5系統(tǒng)的先進性(三) 可編程序控制器的機型選擇1. CPU的功能2. I/0點數3. 響應速度4. 指令系統(tǒng)5. 機型選擇的其他考慮(四)輸入/輸出模板的選擇1數字量輸入模塊的選擇2數字量輸出模塊的選擇3模擬量模塊的選擇4智能I0模塊的應用選擇(五)系統(tǒng)硬件設計文件1系統(tǒng)硬件配置圖2模塊統(tǒng)計表3I0硬件接口圖及I0地址表 (六)系統(tǒng)供電設計1供電系統(tǒng)的保護措施2電源模塊的選擇4 I0模塊供電電源設計5. 系統(tǒng)接地設計6. 可編程序控制器供電系統(tǒng)設計7. 電纜設計和敷設4.2.2 PLC軟件系統(tǒng)設計方法（一）系統(tǒng)設計的基本步驟：1. 系統(tǒng)設計與設備選型 2. I/O賦值（分配輸入輸出）（二）執(zhí)行程序的過程及特點PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1輸入采樣階段 2程序執(zhí)行階段3輸出刷新階段5.鏜床控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計5.1T68鏜床PLC控制硬件接線圖、5.1T68 鏜床PLC控制硬件接線