最新版PLC课程设计报告72421978.docx
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最新版PLC课程设计报告72421978
课程设计（报告）
设计（报告）题目：
加工中心的模拟控制
学生姓名：
周知指导教师：
高峰
二级学院：
机电工程学院专 业：
电气工程及其自动化
班 级：
11电气一班学 号：
目录
摘要II
AbstractIII
1绪论1
2总体方案2
2.1任务控制要求2
2.2PLC简介2
2.3MCGS的简介3
3加工中心6
3.1实验目的6
3.2实验说明6
3.3控制面板图6
3.4实验步骤6
3.5工作过程分析7
3.6梯形图参考程序8
3.7现场工作图片17
4结论18
参考文献19
加工中心的模拟控制
摘要
本文介绍了以加工中心为例的模拟系统控制，在介绍其工作原理并进而介绍了一部分PLC原理及应用。
本文将个人所做的设计加以整理成案，通过设计方案的提出，原理，操作设计，软件应用等多个方面加以阐述，很好的介绍了PLC可编程控制器的应用。
相信通过本文的介绍，您将对此系统有一个清晰的认识，也将为所有对此技术感兴趣的读者给以帮助。
关键词：
加工中心；可编程控制器
Simulationcontrolprocessingcenter
Abstract
Thispaperintroducesthecontrolsimulationsystemformachiningcenterasanexample,introducestheprincipleandthenintroducesaportionofthePLCprincipleandapplication.
Thispaperwilldesignthetidyingupintothecase,theproposeddesignscheme,principle,operationdesign,expoundsmultiplesoftwareapplications,agoodintroductiontotheapplicationofPLCprogrammablecontroller.
Believethatthroughtheintroductionofthisarticle,youwillhavetohaveaclearunderstanding,willalsohelpallinterestedreaderstothistechnology.
Keywords:
Machiningcenter;PLC
1绪论
可编程序控制器（PLC）以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域，成为先进的、应用势头最强的工业控制器，并风靡全球。
PLC控制技术是电气控制技术中的一朵奇葩。
经过30多年的发展，PLC已形成了完整的工业控制器产品系列，其功能从初期的主要用于替代继电-接触器控制的简单功能，发展到目前的具有接近于计算机的强有力的软硬件功能。
PLC源于替代继电-接触器控制，它于传统的电气控制技术有着密不可分的联系。
因而，要学习PLC控制技术，必须先了解传统的电气控制技术。
随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域中得到越来越广泛的应用。
可编程序控制器（PLC）的应用是电气控制技术发生了根本的变化。
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。
PLC以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。
从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统（FMS），从集中控制系统到大型集散控制系统，PLC均充当着重要的角色，并展现出了强劲的态势。
PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器风靡全球。
PLC技术、CAD/CAM技术和工业机器人成为现代工业控制的三大支柱。
PLC用于包括逻辑运算、数值运算、数据传送、过程控制、位置控制、高数计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。
2总体方案
2.1任务控制要求
T1、T2为钻头，用其实现钻功能；T3、T4为铣刀，用其实现铣刀功能。
X轴、Y轴、Z轴模拟加工中心三坐标的六个方向上的运动。
围绕T1-T4刀具，分别运用X轴的左右运动；Y轴的前后运动；Z轴的上下运动实现整个加工过程的演示。
在X、Y、Z轴运动中，用DECX、DECY、DECZ按钮模拟伺服电机的反馈控制。
用X左、X右拨动开关模拟X轴的左、右方向限位；用Y前、Y后模拟Y轴的前、后限位；用Z上、Z下模拟刀具的退刀和进刀过程中的限位现象。
2.2PLC简介
2.2.1什么是PLC
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
国际电工委员会（IEC）在其标准中将PLC定义为:
可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
2.2.2PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
2.2.3PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。
另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。
当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
2.2.4系统的控制结构图
图2.4系统的控制结构图
2.3MCGS的简介
2.3.1什么是MCGS
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。
MCGS的主要特点和基本功能如下：
1.简单灵活的可视化操作界面。
2.实时性强、良好的并行处理性能。
3.丰富、生动的多媒体画面。
4.开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
5.完善的安全机制。
6.强大的网络功能。
7.多样化的报警功能。
8.实时数据库为用户分步组态提供极大方便。
9.支持多种硬件设备，实现“设备无关”。
10.方便控制复杂的运行流程。
11.良好的可维护性和可扩充性。
12.用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。
13.设立对象元件库，组态工作简单方便。
14.实现对工控系统的分布式控制和管理。
总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。
同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
2.3.2MCGS的构成
MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。
用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。
用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。
运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。
一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。
组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。
2.3.3MCGS的运行
MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。
文件McgsSet.exe对应于MCGS系统的组态环境，文件McgsRun.exe对应于MCGS系统的运行环境。
此外，系统还提供了几个组态完好的样例工程文件，用于演示系统的基本功能。
MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D:
\MCGS）下创建有三个子目录：
Program、Samples和Work。
组态环境和运行环境对应的两个执行文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中，样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。
分别运行可执行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能进入MCGS的组态环境和运行环境。
安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。
用户可根据需要创建和运行自己的新工程。
3加工中心的模拟控制
3.1实验目的
1.通过对加工中心实验的模拟，掌握运用PLC解决实际问题的方法。
2.熟练掌握PLC的编程和调试方法。
3.2实验说明
T1、T2为钻头，用其实现钻功能；T3、T4为铣刀，用其实现铣刀功能。
X轴、Y轴、Z轴模拟加工中心三坐标的六个方向上的运动。
围绕T1-T4刀具，分别运用X轴的左右运动；Y轴的前后运动；Z轴的上下运动实现整个加工过程的演示。
在X、Y、Z轴运动中，用DECX、DECY、DECZ按钮模拟伺服电机的反馈控制。
用X左、X右拨动开关模拟X轴的左、右方向限位；用Y前、Y后模拟Y轴的前、后限位；用Z上、Z下模拟刀具的退刀和进刀过程中的限位现象。
3.3实验面板图
3.4实验步骤
1、输入输出接线
（1）自动演示过程的接线
运行
控制
运行
指示
X灯
Y灯
Z灯
T1
T2
T3
T4
I0.0
Q0.7
Q0.0
Q0.3
Q0.1
Q0.2
Q0.4
Q0.5
Q0.6
输入
运行控制
DECX
DECY
DECZ
X左
X右
Y前
Y后
Z上
Z下
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
输出
运行指示
T1
T2
T3
T4
X灯
Y灯
Z灯
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
（2）现场工作过程的接线
3.5工作过程分析
1、自动演示循环工作过程分析
2、现场模拟工作过程分析
（1）拨动“运行控制”开关，启动系统。
“X轴运行指示灯”亮，模拟工件正沿X轴向左运行。
（2）触动“DECX”按钮三次，模拟工件沿X轴向左运行三步，拨动“X左”限位开关，模拟工件已到指定位置。
此时T2钻头沿Z轴向下运动（Z灯、T2灯亮）。
（3）触动“DECZ”按钮三次，模拟T2转头向下运行三步，对工件进行钻孔。
拨动“Z下”限位开关置ON，模拟钻头已对工件加工完毕；继续触动“DECZ”按钮三次，模拟T2钻头返回刀库，使“Z上”限位开关置ON，将取铣刀T4，准备对工件进行铣加工。
（4）同上，触动“DECZ”按钮三次，使“Z下”限位开关为ON，“Y轴运行指示灯”亮，模拟对工件的铣加工。
（5）触动“DECY”按钮4次后，拨动“Y前”限位开关置ON，模拟铣刀已对工件加工完毕，系统进入退刀状态（Z轴运行指示灯亮）。
（6）再次触动“DECZ”按钮三次，置位“Z上”限位开关，模拟铣刀T4已回刀库，“X灯”亮，进入下一轮加工循环。
注：
除“运行控制”开关之外，各钮子开关动作之后都须复位。
3.6梯形图参考程序
（1）自动演示程序
（二）、现场模拟
3.7现场工作图片
4结论
通过本次课程设计，我明白加工中心是企业生产过程的核心，在各行各业中发挥着巨大的作用，有着无法估量的广泛前景，而这次对加工中心系统的模拟设计，使我对它有了更加深刻的了解和认识。
经过将近半个月的设计和调试，本次加工中心模拟系统已经设计完毕，其功能也已经达到要求。
整体系统稳定，而且只要修改手动控制程序，就可以实现不同的实验控制，使用方便简单。
这次设计不仅使用到了西门子公司的PLC系统软件方面的知识，在边设计边学习的过程中，我加深了对PLC编程软件系统的认识，进一步熟练掌握了PLC编程设计与开发，开阔了PLC编程方面的思维眼界。
系统的分析和设计是一个令人苦恼的过程，不断的查资料、筛选资料是一个令人枯燥的过程，但幸运的是，在这苦恼和枯燥的过程中，通过指导老师的帮助和自己的努力，我成功完成了本次设计并在此同时学会了大量的知识。
感谢高峰老师在课程设计过程中对我的帮助，让我明白无论是在实际应用中，还是在研究理论方面，我都应该尽量使此次分析和设计符合科学性、实际操作性的原则。
但由于个人水平限制原因，我对这个课题研究还不是很深入，论文本身还存在诸多欠妥之处，恳请老师与同学们给我提出宝贵的意见，我将在以后的研究中进一步完善和深化。
参考文献
[1]林小峰.可编程控制器原理及应用.北京：
高等教育出版社，1994
[2]张万忠.可编程控制器应用技术.北京：
化学工业出版社，2001.12
[3]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：
清华大学出版社.2004
[4]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京:
航空航天大学出版社，2007.0-382
[5]MCGS参考手册和MCGS参考指南.
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