c650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、機電捽制綜合設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計說明書設(shè)計題目：C650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計院系名稱：機電工程學(xué)院 專業(yè)班級:機 制F0908學(xué)生姓名：張高杰 學(xué) 號：200948050811指導(dǎo)教師：王宗才2012年12月14日內(nèi)容摘要傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復(fù)雜，體積大，功耗 大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要 求。因此，以PLC取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能， 并且達到車床的控制要求。本次設(shè)計介紹了 C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了 PLC控制梯形圖程序和指令表程序。利用 PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床啟動、

2、正轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn)、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵在作等一些列功能，改由 PLC控制后，其控 制系統(tǒng)大大的簡單化，并且維修方便，易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件，機床的各項性 能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，該項技術(shù)可推廣應(yīng)用于自動化其他領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)運行情況良好，車削精度更高。關(guān)鍵詞：PLC;臥式車床；繼電器第1章引言 11.1 C650型臥式車床簡介 11.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 11.3 C650型臥式車床發(fā)展趨勢 2第2章系統(tǒng)總設(shè)計 32.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容 32.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟 32.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 3

3、2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試步驟 4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1 主要電氣元件的選擇 53.1.1 交流接觸器和中間繼電器的選擇 53.1.2 保護電器的選擇 錯誤！未定義書簽。3.1.3 控制電器的選擇 63.2 C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 63.3 PLC的選型 83.4 I/O地址的分配 93.5 I/O接線圖 10第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 114.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 114.1.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 114.1.2 PLC的基本工作原理 114.1.3 PLC編程語言 124.2 本設(shè)計用到的PLC的基本功能和指令 124.2.1 PLC的基本功能

4、124.2.2 PLC基本指令 124.3 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計 13第5章系統(tǒng)調(diào)試 165.1 硬件檢查 165.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試 16結(jié)束語 19致謝 21參考文獻 22附錄I主要電氣元件表 23附錄II 控制電路原理圖 24附錄III PLC 控制程序清單 26第1章引言1.1 C650型臥式車床簡介C650普通車床屬于中型車床，用于切削工件外圓、內(nèi)孔和端面等。該車床由主 軸運動和刀具進給運動完成切削加工。主軸由三相異步電動機拖動，主軸通過卡盤帶 動工件的旋轉(zhuǎn)運動；進給運動，溜板帶動刀架的縱向和橫向直線運動， 其中縱向運動 是指相對操作者向左或向右的運動，橫向運動是指相對于操作者向前

5、或向后的運動； 輔助運動，包括刀架的快速移動、工件的夾緊與松開等。工作過程如下：1 .正常加工時一般不需反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時需反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀 具的進給速度要保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，為此主軸的轉(zhuǎn)動和溜板箱的移動由同一臺電動 機拖動。主電動機 M1 (功率為20kW ,采用用電阻降壓起動的方式，可正反兩個方 向旋轉(zhuǎn)，為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動 慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，必須有停車制動的功能，C650-2車床的正反向停車采用速度繼電器控制的電源反接制動。2 .電動機M2拖動冷卻泵。車削加工時，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷卻泵 電動機，實

6、現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動機 M2單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起動、停止 方式，且與主電動機有必要的聯(lián)鎖保護。3 .快速移動電動機M3為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間，利用M3帶動刀架和溜板箱快速移動。電動機可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。4 .采用電流表檢測電動機負(fù)載情況。5 .車削加工時，因被加工的工件材料、性質(zhì)、形狀、大小及工藝要求不同，且刀 具種類也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。 車床大 多采用機械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)是硬連線方式的繼電一接觸器控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)連線復(fù)雜，積 大，可靠性差，自動化水平低，

7、難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。1.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC是先進的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中 是最值得重視的先進控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱 (PLC,CAD/CAM,ROBOT)之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)計的，一般而言，無須任何保護措施就 可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。在新的時代，PLC會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能 力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)

8、和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.3 C650型臥式車床發(fā)展趨勢1 .機床加工柔性化2 .高可靠性數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機床能否發(fā)揮其 高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。3 .數(shù)控車床設(shè)計CADft、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化。4 .功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率， 使用于非加工輔助時間減至最 少。通過功能的復(fù)合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機 多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能， 也可以實現(xiàn)銃削加工；或在以銃為主的 機床上也可以實現(xiàn)磨削

9、加工。第2章系統(tǒng)總設(shè)計2.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸入設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控 制目的與相應(yīng)的控制要求。因比 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：了解設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成 的動作（動作順序，必需的保護和聯(lián)鎖等），操作方式（手動，自動，點動，連續(xù)等）。 根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。 進行PLC控制系統(tǒng)配置的設(shè)計，主要為 PLC的選擇，PLC是PLC控制系統(tǒng) 的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的 作用。選擇PLC,應(yīng)包括機型的選擇、I/O模塊的選

10、擇等。選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等）、輸出設(shè)備（繼 電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電 磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。根據(jù)控制要求基本確定I/O點數(shù)和模擬量通道數(shù)，進行I/O初步分配，繪制 I/O接線圖程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、語句表程序，控制程 序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。（6）聯(lián)機調(diào)試。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至PLC, 進行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制系統(tǒng)的要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿 足控制系統(tǒng)的要求為止。2.2 P

11、LC控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟2.3 .1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜 集資料，并 擬定電氣控制方案。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維護方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC的容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。32.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試過程如圖 2.1所示。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 主要電氣元件的選擇任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系 統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指

12、由各種 繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負(fù)載的接觸 器線圈。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計中用 PLC代替了繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。 在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關(guān)，控制按鈕（SB1SB8）等為系統(tǒng)的輸入信號；接觸器線圈（KM1-KM5 ）,為系統(tǒng)的輸出信號。3.1.1 交流接觸器和中間繼電器的選擇接觸器接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動銜鐵，靜觸點，動觸點、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其 原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時， 會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜 鐵吸動動銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時，

13、安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合， 使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢 復(fù)到斷開的狀態(tài)。在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號很多，電流在5A-1000A的不等，常用交流接觸器的型號有CJ20、CJX1、CJ1和CJ10等系列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計中，采 用了 CJ10系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的1.11.3倍之間，各接觸器 型號見附錄I。中間繼電器中間繼電器是最常用的繼電器之一， 它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系 統(tǒng)小些，觸點多一些。常用的繼電器型號有 JZ7、JZ14等。3.1.2 保護電器的選擇熔斷器熔斷器在電路中主要起短路

14、保護作用， 用于保護線路。熔斷器的熔體用接于被保 護的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷， 從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保 護及過載保護。（2）熱繼電器熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動機）的過負(fù)荷保護。熱繼電器勢利用一種電流 熱效應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動機容許過載特性相近的反時限動作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過負(fù)荷和斷相保護。三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流（過載和斷相）現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電 流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至?xí)?燒毀電動機，因此，

15、在電動機回路中應(yīng)設(shè)置電動機保護裝置。熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動機的過載保護， 使用中應(yīng)考慮電動 機的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或三相 結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的1.051.1倍。3.1.3 控制電器的選擇選擇開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式控制多回路的開關(guān)電器。 一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn) 距離控制，也可作為電器測量儀表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動機的啟動、制動、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有LW8、LW6 和LA18系列

16、。控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有LA10、LA18、LA19、LA20等系列產(chǎn)品。各電氣元件的型號及規(guī)格、用途和數(shù)量見附錄 I。3.2 C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析C650臥式車床控制電路原理圖如附錄R所示。圖中主要分為主電路，冷卻電 路，快速移動電路等三部分。3.2.1 主電路分析從附錄R中可以看出，斷路器 QS將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動機M1的短路 保護用熔斷器，F(xiàn)R1為M1電動機過載保護用熱繼電器。為防止在連續(xù)點動時的啟動 電流造成電動機過載，點動時也加入限流電阻R。通過互感

17、器TA接入電流表A以監(jiān) 視主電動機繞組的電流。熔斷器 FU2為M2、M3電動機的短路保護，接觸器 KM1、 KM2為M2、M3電動機起動用接觸器。FR2為M2電動機的過載保護，因快速電動 機M3短時工作，所以不設(shè)過載保護。3.2.2 控制電路分析(1)主電動機的點動調(diào)整控制電路中KM1為M1電動機的正轉(zhuǎn)接觸器，KM為M1電動機的長動接觸器，KA為中間繼電器。M1電動機的點動由點動按鈕SB4控制。按下按鈕SB4,接觸器 KM1得電吸合，他的主觸點閉合，電動機的定子繞組限流電阻 R與電源接通，電動 機在較低速下起動。(2)主電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路主電動機的正轉(zhuǎn)由正向起動按鈕 SB1控制。按下按鈕S

18、B1時，接觸器KM首先 得電動作，他的主觸點閉合將限流電阻短接，接觸器KM的輔助動合觸點閉合使中間 繼電器KA得電，它的觸點閉合，使接觸器 KM1得電吸合。KM1的主觸點將三相電 源接通，電動機在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動。KM1的動合輔助觸點和KA的動合觸點的閉合將KM1線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動時用反向起動按鈕 SB3,按下SB3,同樣是接觸器 KM得電，然后接通接觸器 KM2和中間繼電器KA ,于是電動機在滿壓下反轉(zhuǎn)起動。 KM1的動斷輔助觸點和KM2的動斷輔助觸點分別用在對方接觸器線圈的回路中，起 到電動機正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。(3)主軸電動機的反接制動控制當(dāng)速度接近于零時，用速度繼電器的觸點給出

19、信號切斷電動機電源。 速度繼電器 與被控電動機是同軸相連的，當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS1閉合；電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS2閉合。當(dāng)電動機正向旋轉(zhuǎn)時，接觸器KM1和KM，繼電器KA都處于得電動作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1也是閉合的，這樣就為電動機正傳時的反接制動做好了準(zhǔn)備。需要停車時，按下停止按鈕SB7接觸器KM失電，其主觸點斷開，電阻R用入主回路，與此同時KM3也失電，斷開了電動機電源，同時 KA失電，KA的動斷觸點閉合。在松開SB7后就 使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈得電，電動機的電源反接，電動機處于反接制動狀態(tài)。當(dāng) 電動機的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位

20、轉(zhuǎn)速時，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動合觸點KS1斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動機脫離電源停止。電動機反轉(zhuǎn)時的制動與正轉(zhuǎn)時的制動相似。 當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn) 動合觸點KS2是閉合的，這時按一下停止按鈕 SB8,在SB8松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈 得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3吸合將電源反接使電動機制動后停止。3.2.3 刀架的快速移動和冷卻泵控制刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān)SQ來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動SQ后，接觸器KM4得電吸合，M3電動機帶動刀架快速移動。如果車削加工需要冷卻 液時按下SB6,冷卻泵電動機M3動作，KM3線圈得電，冷卻泵電動機M2工作，需 要停止時按下按鈕SB5即可

21、。3.3 PLC的選型PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇 PLC對整個控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性指標(biāo) 起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的PLC應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。 選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：PLC結(jié)構(gòu)的選擇在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式 PLC比模塊式PLC價格低。PLC輸出方式的選擇不同的負(fù)載對PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的 PLC可以帶直 流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù) 載。(3) I/O響應(yīng)時間的選擇PLC的響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延 遲。聯(lián)網(wǎng)通信的選擇若PLC控制

22、系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC應(yīng)具有連接其它PLC、上位計算機及 CRT等接口的能力。PLC電源的選擇電源是PLC干擾引入的主要途徑之一，選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓 器的電源，使用直流電源時要選用橋式全波整流電源。I/O點數(shù)及I/O接口設(shè)備的選擇存儲容量的選擇PLC程序存儲器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲器的容量可以作粗 略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算：程序容量=K X總輸入點數(shù)/總輸出點數(shù)對于簡單的控制系統(tǒng)，K=6 ;若為普通系統(tǒng)，K=8 ;若為較復(fù)雜系統(tǒng)，K=10 ; 若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 K=1

23、2 o在選擇內(nèi)存容量時同樣應(yīng)留有裕量，一般是運行程序的 25%。在大多數(shù)情況下，滿足I/O點數(shù)的PLC ,內(nèi)存容量也能滿足。為實現(xiàn)C650車床上述的電氣控制要求，所以 PLC可以選擇西門子公司的S7 - 200系列。該機床的輸入信號是開關(guān)量信號，輸出是負(fù)載三相交流電動機接觸器等。車床電氣控制系統(tǒng)需要9個外部輸入信號，5個輸出信號。PLC所具有的輸入 點和輸出點一般要比所需冗余30 % ,以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴展預(yù)留。所以本 系統(tǒng)所需的輸入點為12個，輸出點為7個?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的 S7 - 200系列 的CPU224型PLC , 24V直流14點輸入。3.4 I/O地址的分配根據(jù)該系

24、統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備，確定了 I/O點數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、 設(shè)備大約輸入點為12個，輸出點為7個需進行控制，現(xiàn)將I/O地址分配如下所示。輸入信號PLC地址輸出信號PLC地址反接制動按鈕SB1I0.0主電動機 M1正轉(zhuǎn)KM1Q0.0主軸電動機 M1的正轉(zhuǎn)按鈕 SB2I0.1主電動機 M1反轉(zhuǎn)KM2Q0.1主軸電動機M1的反轉(zhuǎn)按鈕SB3I0.2短接啟動電阻KM3Q0.2主軸電動機M1的點動按鈕SB4I0.3冷卻泵電動機 M2起、停KM4Q0.3冷卻泵電動機M2停止按鈕SB5I0.4快速電動機 M3起、停KM5Q0.4冷卻泵電動機M2起動按鈕SB6I0.5快速電動機M3起、停位置開關(guān)SQI

25、0.6速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS1I0.7速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭KS2I1.0圖3-13.5 I/O接線圖1L QO.O 00.1 Q0工 QO.j2L Q0.4N ,1二 UF=lO尸_O腕 mciv根據(jù)PLC I/O端子的分配，畫出了 C650臥式車床PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖如下 所示。mi mm 正娥赫包 反琳娥4M L由蜘M 2瞥止共軸M2嗣憫 M3牖開關(guān) 速建魁8Ksi越就電據(jù)（S 2圖3-210第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理4.1.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心 用做工業(yè)控制的專用計算機，所以

26、其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相 似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、 I/O擴展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量一PLC-輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感 器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸 出量對外圍設(shè)備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組 成。4.1.2 PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行,按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指

27、令，則從則從第一條指令開始 逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循 環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng) 的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路， 并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作 ，這才形成PLC的實際輸出114.1.3 PLC編程語言與個人計算

28、機相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各廠家PLC的變成語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的 差異，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC于1994年5月公布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)(IEC 61131), 該標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制系統(tǒng)定義了 5種語言：順序功能圖(Sequential Function Chart、 梯形圖(Ladder Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)、結(jié)構(gòu)文本(Structured Tex。其中，梯形圖是使用最多的 PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電

29、路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人員掌握， 特別是適用于數(shù)字量邏輯控制，有時也把梯形圖稱為電路或程序。 梯形圖由觸點、線 圈和用方塊表示的功能塊組成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果， 用來控制外部設(shè)備。功能塊用來表示定時器、計數(shù)器或數(shù)學(xué)運算附加指令。觸點和線 圈組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，使用編程軟件可以直接生成和編譯梯形圖，并將它下載到 PLC。S7系列PLC將指令表稱為語句表。PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指 令相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。在這次控制系統(tǒng)程序設(shè)計中，分別采用了梯形圖和語句表兩種編程語言編

30、寫了該 系統(tǒng)的控制程序。4.2 本設(shè)計用到的PLC基本功能與指令4.2.1 PLC的基本功能條件控制功能條件控制(或稱邏輯控制或順序控制)功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其它各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。定時/計數(shù)控制功能定時/計數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時 或計數(shù)控制，以取代時間繼電器和計數(shù)繼電器。4.2.2 PLC基本指令在本次控制系統(tǒng)程序設(shè)計過程中主要應(yīng)用到簡單的的常開常閉以及輸出指令。124.3 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計4.3.1 短接啟動電阻當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)啟動或反轉(zhuǎn)時，即按下 SB2或SB3時，在PLC梯形圖中對應(yīng)I0.1

31、或I0.2時，T37計時器電源接通，T37計時時間到了以后，本程序設(shè)定為 6s；輸出線 圈Q0.2接通，即短接電路中KM ,并實現(xiàn)自鎖；確保電動機持續(xù)工作。當(dāng)點動時，I0.3常閉觸點斷開，Q0.2斷開，以確保電動機不會電流過大，燒毀電 器件。當(dāng)關(guān)閉電源時，按下I0.0, T37失電，Q0.2斷電，確保下次啟動安全。| PROGRAM COMMENTS網(wǎng)絡(luò)1啟動想接電阻空時維電署T37INTONPT100網(wǎng)絡(luò) 2 Network Title啟動短接電阻電磁繼電器4.3.2 電動機正轉(zhuǎn)啟動與反轉(zhuǎn)停止梯形圖中Q0.2觸發(fā)線圈M0.0,我們借以判斷電動機是否處于工作狀態(tài)；按下SB2 I0.1閉合，Q0

32、.0輸出，即KM1閉合，電動機正轉(zhuǎn)啟動,當(dāng) T37計時到Q0.2短接電 阻，電動機工作。13點動開關(guān)SB4,即I0.3閉合也使Q0.0輸出。當(dāng)電動機停止，M0.0常閉觸點有工 作時的打開變?yōu)殚]合狀態(tài)，速度繼電器I1.0接通，實現(xiàn)反接制動。M1正轉(zhuǎn)事M2反捶制動Q0.1Q0,0，IC )圖4-24.3.3 電動機反轉(zhuǎn)啟動與正傳停車與正傳啟動反轉(zhuǎn)停車相似，接通 SB3,即I0.2接通，Q0.1接通輸出，電動機反 轉(zhuǎn)啟動，T37計時到可是實現(xiàn)工作狀態(tài)，Q0.1實現(xiàn)自鎖，持續(xù)工作。其中Q0.0與I0.1 可分別實現(xiàn)互鎖，對主電路，控制電路進行保護。正轉(zhuǎn)停車時，M0.0從工作是的常開變?yōu)殚]合狀態(tài)，I0.

33、7速度繼電器接通實現(xiàn)正 傳停車。14M1反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)反掇制動qo.i4.4.4刀架快速移動及冷卻泵工作過程該控制程序步驟為：刀架快速移動過程為按下位置開關(guān)SQ, Q0.4動作，KM4吸合，M3起動運行，代替刀架的指示燈亮。冷卻泵工作過程為按下 SB6, Q0.3動作KM3線圈得電，冷卻泵電動機 M2工作，停止時按下SB5即可。綜上所述,根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合控制電路原理圖和PLC編程特點，設(shè)計了 控制系統(tǒng)梯形圖程序如附錄III所示。15第五章系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試前我們需要對線路進行檢查， 按照接線圖檢查電源線和接地線是否可靠， 主線路和控制線路連接是否正確，絕緣是否良好，各開關(guān)是否處于“附，插頭和各

34、插接件是否全部插緊；檢查工作臺等部件的位置是否合適，防止通電時發(fā)生失誤。在 檢查完各部分正確無誤后，便可接上設(shè)備的工作電源，開始通電調(diào)試了。5.1 硬件檢查合上實驗臺上供電的電源開關(guān)，用萬用表測量系統(tǒng)總電源開關(guān)進線端的電壓，看 一看電壓是否正常，有無斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。如果一切正常，便可合 上總電源開關(guān)SB1,并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無 斷相。用萬用表測量各硬件的接線情況， 看是否有短接，斷接和虛連的情況，并與電路 控制原理圖一一對照，看是否有無接錯的地方。各部分都正確無誤的情況下進行軟硬 件聯(lián)調(diào)。5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試將編寫好的PLC程序進行編譯，下載

35、至PLC,由于控制系統(tǒng)運行電壓是在220V, 為了保證安全只好先在實驗臺上分步模擬， 觀察各步的動作都正確無誤后，按照PLC 控制系統(tǒng)接線圖在實驗臺上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動機，快速移動刀架） 用實驗臺上的指示燈代替，觀察輸出端點指示燈在一個工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與 工藝過程對照。在對照前由于忘記對 PLC進行復(fù)位，雖然程序正確當(dāng)沒達到控制效 果，所以在調(diào)試前應(yīng)先進行復(fù)位操作。在實驗臺上整體模擬無誤后，將檢查完畢的硬件連接電路（各電動機連接的電路） 與PLC連接在一起，分別觀察各電動機的工作狀態(tài)，分步運行無誤后，將所有的電 動機按照PLC接線圖連接在一起，分別觀察各個電動機的運行狀態(tài)

36、，并與工藝過程 比較，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。此控制程序設(shè)計能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。165.3計算機軟件模擬結(jié)果I0.1正轉(zhuǎn)啟動調(diào)試結(jié)果圖5-117I0.2反轉(zhuǎn)啟動圖5-2I0.5冷卻泵啟動圖5-318I0.4冷卻泵關(guān)閉-S7 2i圖5-4程序宜看配置© PLC顯示幫助(H)I0.6快速電機控制圖5-519結(jié)束語本設(shè)計采用可編程控制器代替繼電器對機床進行控制，因為可編程控制器組成的控制系統(tǒng)在設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且減少了開支， 縮減了成本，效益更高。通過使用 PLC改造該機床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機床的中 問繼電器，時間繼電器等等，使線路簡化，維修方便。同時，由于

37、PLC的高可靠性， 輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器 故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。設(shè)計者可在規(guī)格繁多、品種齊全的系列可編程控制產(chǎn)品中，精選所需類型，使 PLC具有較高的性能價格比。針對這點本設(shè)計盡量節(jié)省可編程控制器的端點，從而提 高了性價比，節(jié)省了不必要的開支。通過本次設(shè)計，使我進一步鞏固、深化和擴充專業(yè)課的基本理論和基本技能。達 到了培養(yǎng)我獨立思考、分析和解決實際問題的能力。培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用專業(yè)知識和實 際查閱相關(guān)實際資料的能力。20四年的大學(xué)生活即將拉上帷幕，這是大學(xué)期間最后一次課程設(shè)計，此次設(shè)計的主 要目的是培養(yǎng)我們運用所學(xué)理論知識和專業(yè)知識

38、來分析和解決電氣控制技術(shù)中出現(xiàn) 的一系列問題，它不僅體現(xiàn)了我們對設(shè)計的思想，更重要的是使我學(xué)會了在今后設(shè)計 過程中的一般步驟和方法。在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過我的同學(xué)， 感謝我的老師在我 四年求學(xué)生涯中給予的關(guān)心和幫助。是他們在我的大學(xué)生活成長過程中給予了我無私 的幫助，教會了我方方面面的經(jīng)驗。此次畢設(shè)在設(shè)計過程中得到了王宗才老師的精心 指導(dǎo)，并且在跟隨其學(xué)習(xí)的幾個月中，不論是在學(xué)習(xí)上、工作上還是在日常生活中， 鄭濟仲老師都給了我們無微不至的關(guān)懷， 特別是在畢業(yè)設(shè)計期間，王宗才指導(dǎo)教師給 予了我很大的幫助和支持，在此，我表示由衷的感謝，我在這次設(shè)計中收獲很多東西。最后，對各位

39、教授、老師審閱我的論文深表感謝，由于本人能力有限，課題設(shè)計 中存在不足之處并渴望給予批評指導(dǎo)。21參考文獻1 王宗才.機電傳動與控制.北京.電子工業(yè)出版社.20112 王淑英.S7-200西門子PLC基礎(chǔ)教程.北京.人民郵電出版社，2011.123羅宇航.流行PLC實用程序及設(shè)計.西安：西安科技大學(xué)出版社,2006.124林春方.可編程控制器及其應(yīng)用.上海：上海交通大學(xué)出版社,2003.65 廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社,2007.96曹輝.可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,20037機床電路圖大全編寫組.機床電路圖大全（上冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1993.48齊占慶.機床電氣自動控制.北京：機械工業(yè)出版社，1987.89黎亞元.機床電氣自動控制.重慶：