基于S7200PLC液壓組合機(jī)床的控制2

1、編號 1251401140電氣控制與PLC應(yīng)用 課程設(shè)計（ 2012級本科）題 目：基于S7-200PLC液壓組合機(jī)床的控制 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 吳雪琴 指導(dǎo)教師： 關(guān)虎昌 職稱： 助教 完成日期： 2015 年 6 月 30 日 二零一五年六月三十日基于PLC的液壓傳動組合機(jī)床控制任務(wù)書（本題IO點數(shù)較多可根據(jù)情況對功能做刪減）一、 雙面單工位液壓傳動組合機(jī)床繼電器控制系統(tǒng) 圖為某雙面單工位液壓傳動組合機(jī)床繼電器控制的電氣原理圖。本機(jī)床采用3臺電動機(jī)進(jìn)行拖動，Ml、M2為左右動力頭電動機(jī)，M3為冷卻泵電動機(jī)。SAl為左動力頭單獨調(diào)整開關(guān)。S

2、A2為右動力頭單獨調(diào)整開關(guān)，通過它們可實現(xiàn)對左右動力頭的單獨調(diào)整。SA3為冷卻泵電動機(jī)工作選擇開關(guān)。左右動力頭的工作循環(huán)如圖所示。液壓執(zhí)行元件狀態(tài)如表66所示，其中表示電磁閥，KP表示壓力繼電器。自動循環(huán)的工作過程如下：SAl、SA2處于自動循環(huán)位置，按下啟動按鈕SB2，接觸器KMl、KM2線圈通電并自鎖，左、右動力頭電動機(jī)同時啟動旋轉(zhuǎn)。按下“前進(jìn)”按鈕SB3，中間繼電器KAl、KA2、通電并自鎖，電磁鐵YVl、YV3通電，左、右動力頭快速進(jìn)給并離開原位，行程開關(guān)SQl、SQ2、SQ5、SQ6先復(fù)位，行程SQ3、SQ4后復(fù)位。當(dāng)S03、S04復(fù)位后，KA通電并自鎖。在動力頭進(jìn)給過程中，靠各自行

3、程閥自動變快進(jìn)為工進(jìn)，同時壓下行程開關(guān)SQ，接觸器KM3線圈通電，冷卻泵電動機(jī)M3工作，供給冷卻液。當(dāng)左動力頭加工完畢，將壓下SQ7并頂在死擋鐵上，其油路油壓升高，KPl動作，使KA3通電并自鎖；當(dāng)右動力頭加工完畢，將壓下SQ8并使KP2動作，KA4將接通并自鎖。同時KAl、KA2將失電，Yvl、YV3也將失電，YV2、YV4將通電，左右動力頭將快退。當(dāng)左動力頭使SQ復(fù)位后，KM3將失電，冷卻泵電動機(jī)將停轉(zhuǎn)。左右動力頭快退至原位時，先壓下SQ3、SQ4，再壓下SQl、SQ2、SQ5、SQ6，使KMl、KM2線圈斷電，動力頭電動機(jī)Ml、M2斷電，同時KA、KA3、KA4線圈斷電，YV2、YV4斷

4、電，動力頭停止，機(jī)床循環(huán)結(jié)束。加工過程中，按下SB4，可隨時使左、右動力頭快退至原位停止。機(jī)床的過載、短路保護(hù)等清讀者自己分析。二、雙面單工位液壓傳動組合機(jī)床PLC控制方案清點繼電器控制電路中的按鈕、行程開關(guān)、壓力繼電器、熱繼電器觸點?？纱_定應(yīng)有21個輸人信號(4個按鈕、9個行程開關(guān)、3個熱繼電器動斷觸點、2個壓力繼電器觸點、3個轉(zhuǎn)換開關(guān))，則需占用21個輸入點。在實際應(yīng)用中，為節(jié)省PLc的點數(shù)，可適當(dāng)改變輸入信號接線，如將SQ8與KP2串聯(lián)后作為PLc的一個輸入信號，就能減少一個輸入點。依此方法可得到PLC的輸入點分配及接線圖如圖612所示。這時PLc的輸入點數(shù)由21點減少至13點，這樣可以

5、降低設(shè)備的成本，然而由于有些接點采用串、并聯(lián)的形式輸入，可能降低輸入器件的可靠性和整個控制系統(tǒng)的可靠性。三、設(shè)計任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進(jìn)行液壓傳動組合機(jī)床運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；3. 運用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；5. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)液壓傳動組合機(jī)床的控制要求。四、設(shè)計報告課程設(shè)

6、計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設(shè)計報告寫作要求”。摘要為了進(jìn)一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學(xué)理論知識在實際中的應(yīng)用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的施工設(shè)計、安裝與調(diào)試；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報告的能力，進(jìn)行雙面單工位液壓傳動組合機(jī)床的控制。組合機(jī)床是由一些通用部件及少量專用部件組合而成的自動化程度較高的高效專用機(jī)床。傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)存在電路復(fù)雜、可靠性差等缺點。而采用PLC控制器作為新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性號，接線簡單方便，可靠性高等特點。在此次課程設(shè)計中，組合機(jī)床的控制回路主要是通過繼電-接觸器電路來控制油路。也就

7、是控制YV1、YV2、YV3、YV4、KP1、KP2這六個電磁閥的通斷。而油路是事先設(shè)計好的，所以我們只要編寫一個程序，使得雙面單工液壓傳動組合機(jī)床在PLC的控制下，自行完成以下描述的工作流程。關(guān)鍵字：PLC 雙面單工 液壓傳動 組合機(jī)床 控制程序目錄摘要11、設(shè)計的目的和意義32、總體方案設(shè)計42.1 課程設(shè)計內(nèi)容42.2 課程設(shè)計要求分析53、硬件設(shè)計63.1 液壓傳動組合機(jī)床控制系統(tǒng)63.2 PLC的選型83.2.1 PLC的選型原則83.2.2 PLC選型93.3 I/O分配表103.4外部接線圖114、軟件設(shè)計124.1程序設(shè)計流程圖124.2 程序設(shè)計梯形圖135、仿真與調(diào)試166

8、、設(shè)計總結(jié)187、參考文獻(xiàn)191、設(shè)計的目的和意義 通過對液壓組合機(jī)床PCPLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機(jī)調(diào)試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。為了進(jìn)一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學(xué)理論知識在實踐中的應(yīng)用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的施工設(shè)計、安裝與調(diào)試；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報告的能力，進(jìn)行液壓傳動組合機(jī)床的控制。組合機(jī)床是由一些通用不見及少量專用部件組合而成的自動化程度較高的高效專用機(jī)床。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)存在電路復(fù)雜、可靠性差、操作難

9、等缺點。而采用PLC控制器作為新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性好，接線簡單方便，可靠性高等特點。2、總體方案設(shè)計 2.1 課程設(shè)計內(nèi)容此次課程設(shè)計中，組合機(jī)床的控制回路主要是通過接觸器-繼電器電路來控制油路。也就是控制YV1、YV2、YV3、YV4、KP2、KP2這六個電磁閥的通斷。而油路是事先設(shè)計好的，所以我們只要編寫一個程序，使得液壓傳動組合機(jī)床在PLC的控制下，自行完成指定流程。本機(jī)床采用3臺電動機(jī)進(jìn)行拖動，Ml、M2為左右動力頭電動機(jī)，M3為冷卻泵電動機(jī)。SA1為左動力頭單獨調(diào)整開關(guān)。SA2為右動力頭單獨調(diào)整開關(guān)，通過它們可實現(xiàn)對左右動力頭的單獨調(diào)整。SA3為冷卻泵電動機(jī)工作選擇開關(guān)

10、。自動循環(huán)的工作過程如下：SA1、SA2處于自動循環(huán)位置，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1、KM2線圈通電并自鎖，左、右動力頭電動機(jī)同時啟動旋轉(zhuǎn)。按下“前進(jìn)”按鈕SB3，中間繼電器KA1、KA2、通電并自鎖，電磁鐵YV1、YV3通電，左、右動力頭快速進(jìn)給并離開原位，行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ5、SQ6先復(fù)位，行程SQ3、SQ4后復(fù)位。當(dāng)SQ3、SQ4復(fù)位后，KA通電并自鎖。在動力頭進(jìn)給過程中，靠各自行程閥自動變快進(jìn)為工進(jìn)，同時壓下行程開關(guān)SQ，接觸器KM3線圈通電，冷卻泵電動機(jī)M3工作，供給冷卻液。當(dāng)左動力頭加工完畢，將壓下SQ7并頂在死擋鐵上，其油路油壓升高，KP1動作，使KA3通電并自鎖

11、；當(dāng)右動力頭加工完畢，將壓下SQ8并使KP2動作，KA4將接通并自鎖。同時KA1、KA2將失電，YV1、YV3也將失電，YV2、YV4將通電，左右動力頭將快退。當(dāng)左動力頭使SQ復(fù)位后，KM3將失電，冷卻泵電動機(jī)將停轉(zhuǎn)。左右動力頭快退至原位時，先壓下SQ3、SQ4，再壓下SQ1、SQ2、SQ5、SQ6，使KM1、KM2線圈斷電，動力頭電動機(jī)Ml、M2斷電，同時KA、KA3、KA4線圈斷電，YV2、YV4斷電，動力頭停止，機(jī)床循環(huán)結(jié)束。加工過程中，按下SB4，可隨時使左、右動力頭快退至原位停止。2.2 課程設(shè)計要求分析學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，運用設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，

12、運用所學(xué)的理論知識，進(jìn)行自動售貨機(jī)運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)仿真調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括： 1.設(shè)計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；2.系統(tǒng)有啟動、停止功能； 3.運用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計；4.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試及其仿真。3、硬件設(shè)計3.1 液壓傳動組合機(jī)床控制系統(tǒng)隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品種類也越來越多，而且功能也日趨完善。不同種類之間的功能設(shè)置有著很大的差異，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、價格也不盡相同，適合穿的場合也有個側(cè)重。這既給PLC機(jī)型選擇提供了十分廣闊的空間，同時也帶來了一定的合理選用難度

13、。PLC型號選擇的基本原則是在滿足功能的前提下，追求性價比。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC平均的I/O點的價格還比較高。因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點最少，但是必須留有一定的余量。本機(jī)床用于兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭同時進(jìn)行切削。動力頭的快進(jìn)、工進(jìn)及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。液壓傳動機(jī)床的工作程序是：（1） 快進(jìn) 左右動力頭在M1和M2的帶動下快速前進(jìn)（2） 工進(jìn) 前進(jìn)到達(dá)開關(guān)SQ位置即停止，液壓泵啟動進(jìn)行工進(jìn)，左右

14、動力頭進(jìn)行兩端切削加工。（3） 后退 當(dāng)工進(jìn)后，碰到SQ7和SQ8時，擋鐵停留KP1和KP2動作，后退。表3-1 液壓執(zhí)行元件動作狀態(tài)表工步Y(jié)V1YV2YV3YV4KP1KP1快進(jìn)+-+-工進(jìn)+-+-擋鐵停留+-+-+快退-+-+-原位停止-圖3-1 主電路圖3-2控制電路圖3-3工作循環(huán)示意圖液壓傳動組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)程序可由8Q2原繼電器，接觸器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)注意以下四個方面。 1. 輸入設(shè)備的處理對輸入設(shè)備進(jìn)行處理時，繼電器一接觸器控制電路中，如果該設(shè)備是由常開觸點構(gòu)成，轉(zhuǎn)為PLC控制后，該設(shè)備仍用常開觸點作PLC的輸入設(shè)備，程序中對應(yīng)觸點的狀態(tài)不變；如果該設(shè)備足由

15、常閉觸點構(gòu)成，轉(zhuǎn)為PLC控制后，該設(shè)備仍用常閉觸點作PLC的輸入設(shè)備，程序中對應(yīng)的觸點取相反狀態(tài)。 2. 輸出設(shè)備的處理 原繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中的電磁閥線圈和接觸器線圈用對應(yīng)的輸出繼電器線圈取代，接觸器的觸點用對應(yīng)的輸出繼電器的觸點取代，并且狀態(tài)不變。3. 中間繼電器的處理 原繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器由PLC的輔助繼電器M代替。4. 設(shè)置中間單元設(shè)計程序時以線圈為單位，分別考慮繼電器一接觸器控制電路中的每個線圈受到哪些觸點和電路的控制，若多個線圈都受某一觸點串并聯(lián)電路的控制，在程序中可設(shè)置用該電路控制的輔助繼電器來簡化程序。3.2 PLC的選型3.2.1 PLC的選型原則1.

16、最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計過程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計之前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關(guān)國內(nèi)、國外相關(guān)的資料。同時還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。2. 保證PLC 控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證

17、PLC控制程序不僅能在正常條件下運行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。3. 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和 社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。4. 適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇P

18、LC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。3.2.2 PLC選型 根據(jù)該組合機(jī)床的控制要求，清點繼電器控制電路中的按鈕、行程開關(guān)、壓力繼電器、熱繼電器觸點。該系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入信號21個(4個按鈕、9個行程開關(guān)、3個熱繼電器動斷觸點、2個壓力繼電器，3個轉(zhuǎn)換開關(guān))，開關(guān)量輸出7個(3個接觸器線圈，4個電磁閥線圈)。在設(shè)計應(yīng)用中，為節(jié)省PLC的點數(shù)，可適當(dāng)改變輸入信號接線以節(jié)省輸入點。用這種方法將PLC的輸入點數(shù)由21點減少至15點。因此選用西門子CPU226型PLC(24點輸入，16點輸出)進(jìn)行設(shè)計。3.3 I/O分配表表3-2 I/O分配

19、表輸入信號代號地址說明SB1I0.0總停止按鈕SB2I0.1總啟動按鈕SB3I0.2動力頭前進(jìn)按鈕SB4I0.3動力頭退回原位按鈕SQ1、SQ2I0.4自動循環(huán)行程開關(guān)SQ3、SQ4I0.5自動循環(huán)行程開關(guān)SQ5I0.6自動循環(huán)行程開關(guān)SQ6I0.7自動循環(huán)行程開關(guān)SQ7、KP1I1.0左動力頭后退行程開關(guān)、壓力繼電器SQ8、KP2I1.1右動力頭后退行程開關(guān)、壓力繼電器SQ、SA3、FR3I1.2冷卻液泵電動機(jī)啟停行程開關(guān)及控制元件KR1I1.3 熱繼電器KR2I1.4 熱繼電器SA1I1.5手動開關(guān)SA2I1.6手動開關(guān)輸出信號代號地址說明KM1Q0.0左動力頭電動機(jī)M1接觸器KM2Q0.

20、1左動力頭電動機(jī)M1接觸器KM3Q0.2冷卻泵電動機(jī)M3接觸器YV1Q0.3電磁閥YV2Q0.4電磁閥YV3Q0.5電磁閥YV4Q0.6電磁閥3.4外部接線圖 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求PLC主機(jī)的硬件接線圖如圖3-4所示。圖3-4 液壓傳動組合機(jī)床控制系統(tǒng)的PLC接線圖4、軟件設(shè)計4.1程序設(shè)計流程圖 根據(jù)對液壓傳動組合機(jī)床工作過程的描述，可以設(shè)計出液壓傳動組合機(jī)床控制系統(tǒng)PLC程序的程序流程圖，如圖4-1所示。圖4-1 程序流程圖 4.2 程序設(shè)計梯形圖梯形圖語言是在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電氣控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電氣控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)

21、、邏輯運算方式和輸入、輸出形式，具有形象、直觀、使用的特點。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。設(shè)計梯形圖： 5、仿真與調(diào)試采用S7_200仿真對設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真及調(diào)試,采集的圖如下圖所示：按下啟動按鈕SB2,使線圈KM1，KM2得電，左右動力頭電動機(jī)同時啟動旋轉(zhuǎn)。按下前進(jìn)按鈕SB3，左右動力頭快速進(jìn)給并離開原位，在動力頭進(jìn)給過程中靠自行程閥自動變快進(jìn)為工進(jìn)，同時按下行程開關(guān)SQ，KM3得電，冷卻泵電動機(jī)M3工作，供給冷卻液。左右動力頭加工完畢后，冷卻電動機(jī)停轉(zhuǎn)，當(dāng)左右動力頭快退原位時，先壓下SQ3、SQ4，再壓下SQ1、SQ2、