四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计.docx
《四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计
成绩评定表
学生姓名
华明亚
班级学号
1001014107
专业
机械设计制造及其自动化
课程设计题目
四工位卧式镗铣组合机床控制系统
评
语
组长签字：
成绩
日期
年月日
课程设计任务书
学院
机械学院
专业
机械设计制造及其其自动化
学生姓名
华明亚
班级学号
1001014107
课程设计题目
四工位卧式镗铣组合机床控制系统
实践教学要求与任务:
设计内容：
1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
2）按停止按钮，完成当前循环后再停。
3）要求可以实现手动、单周期、连续控制。
设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计说明书
工作计划与进度安排:
进度安排：
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案1天
2）PLC梯形图设计与调试3天
3）说明书撰写0.5天
4）答辩0.5天
指导教师：
2012年月日
专业负责人：
2012年月日
学院教学副院长：
2012年月日
1前言…………………………………………………………….....................4
2课题的基本要求……………………………………………………………..7
3总体设计……………………………………………………………………..8
3.1PLC选型.............................................................................................8
3.2I/O点及地址分配……………………………………………..…...10
3.3PLC端子接线...................................................................................12
4PLC程序设计…………………………………………………...…………..13
4.1设计思想...........................................................................................13
4.2四工位卧式镗铣组合机床控制系统顺序功能图.............................14
4.3PLC梯形图.......................................................................................15
4.3.1主程序……………………………………………………….15
4.3.2公共程序…………………………………………………….16
4.3.3手动程序……………………………………………………..17
4.3.4自动程序……………………………………………………..19
4.3.5输出程序.................................................................................25
4.3.6复位程序.................................................................................28
5程序调试说明................................................................................................30
6结束语.............................................................................................................31
参考文献............................................................................................................32
1前言
企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。
运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统，随着PLC的发展，国外生产线上的运输控制系统非常广发的采用该控制系统，而且有些制造商还开发研制出了专用的逻辑处理控制芯片，我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的，成本高，满足现代化生产流通的需要，让PLC技术与自动化技术相结合，充分的利用到我国的工控企业生产线上，让该系统在各种环境下都能够工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）,简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
Plc的优点
⑴可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
⑵硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
⑶PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。
⑷PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，也可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
⑸易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
⑹系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
⑺体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
Plc应用领域
⑴用于顺序控制
顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。
这是系统工作最基本的控制。
⑵用于过程控制
过程控制要用到模拟量。
模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。
过程控制的目的就是，根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。
是连续生产过程最常用的控制，过程控制的类型很多。
⑶用于运动控制
运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。
可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动PLC也已具备处理脉冲量的能力。
⑷用于信息控制
信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。
随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。
⑸用于远程控制
远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。
通过本次课程设计可以上我们更加的了解PLC的各项应用，对以后的学习和工作会有很大帮助。
2课题基本控制要求
第七组题目：
四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计
该机床有四个工位，三个动力头。
第一工位是装卸工位，第二到第四工位的三个动力头可以同时对相应工位夹具上的工件进行加工。
工作台每次转位90度，转过360度完成一个工件的所有加工。
机床的动作包括：
工作台的抬起、回转、落下夹紧；夹具的夹紧、松开；三个滑台各自的向前切削、向后退回。
流程图如图所示。
要求：
1．实现图示的工作循环。
2．要求有三种工作方式：
手动、连续、单周期。
3．连续时，循环3次结束，声光间断报警5秒。
图1.机床总控流程图
3总体设计
3.1PLC选型
ＰＬＣ主机：
选择西门子Ｓ７－２００系列ＰＬＣ作为系统的工作主机。
根据I/O点数来确定PLC型号，为满足控制要求该系统需要有33输入点，16个输出点。
因此采用S7-200CPU226AC/DC/继电器型（图2）工作主机。
其基本参数如下：
本机数字输入：
24路数字量输入
本机数字输出：
16路数字量输出
内部存储器位：
256位
定时器总数：
256定时器
计数器总数：
256计数器
电源电压允许范围：
AC85~264V
输入电流仅CPU/最大负载：
40/160mA,AC240V
电压范围：
DC20.4~28.8V
电流限制：
约1.5A
由于该系统要求33个输入点16个输出点S7-200CPU226不能满足点数要求，因此采用EM223DI8/DO8×DC24/继电器型和EM221DI8×DC24/继电器型扩展模块增加输入输出点数。
CPU总I/O点数为64点，系统要求的I/O总点为49点。
CPU总I/O点数=（1.1~1.3）系统要求的I/O总点数。
所以满足设计要求。
图2CPU226AC/DC/继电器端子连接器
按照工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y132M-6型，额定功率4KW，同步转速为1000r/min,满载转速为960r/min，额定电流9.4A。
接触器型号CJX2-32,额定电流32A。
热继电器型号JR20-63,32-47A热继电器。
熔断器型号RT14-32,适用与交流50HZ，额定电压交流380V，额定电流至32A的配电线路中，作过载和短路保护。
图3正反转电机
3.2PLC端子接线
表1I/O端子分配
输入
输出
功能
地址
功能
地址
工件夹紧限位
I0.0
工件夹紧
Q0.0
工作平台上限位
I0.1
工作台抬起
Q0.1
回转90度传感器
I0.2
工作台回转
Q0.2
工作台下限位
I0.3
工作台落下
Q0.3
工作台夹紧限位
I0.4
工作台夹紧
Q0.4
1动力头速度传感器
I0.5
1动力头启动
Q0.5
1滑台传感器
I0.6
2动力头启动
Q0.6
滑台后限位
I0.7
3动力头启动
Q0.7
工件松开限位
I1.0
1滑台向前切削
Q1.0
工件取走感应器
I1.1
2滑台向前切削
Q1.1
手动
I1.2
3滑台向前切削
Q1.2
单周期
I1.3
1滑台向后退回
Q1.3
连续
I1.4
2滑台向后退回
Q1.4
启动
I1.5
3滑台向后退回
Q1.5
停止
I1.6
工件松开
Q1.6
复位
I1.7
取走工件
Q1.7
工件夹紧
I2.0
声报警
Q2.0
工作台抬起
I2.1
光报警
Q2.1
工作台回转
I2.2
工作台落下
I2.3
工作台夹紧
I2.4
动力电动机启动
I2.5
滑台向前切削
I2.6
滑台向后退回
I2.7
工件松开
I3.0
取走工件
I3.1
2动力头速度传感器
I3.2
3动力头速度传感器
I3.3
2滑台前限位
I3.4
3滑台前限位
I3.5
3.3PLC端子接线图
图4.PLC端子分配图
4PLC程序设计
4.1设计思想
我是一个男生，凭借着我的平实的积累考的还可以，也有些自信心膨胀，但通过这次实训我也有了对机电这门课程有了更深一步的了解，下面就说说我对这次设计的想法吧！
我们设计的题目是四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计，我们是要设计一次对工件进行加工的过程，首先进行了了解题意与需要注意的问题，不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC；多重指令控制一个任务时，可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点；条件允许的情况下最好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控，等等。
在本题中按下启动按钮后工作台上对工件进行夹紧，确定夹紧后工作台抬起在工作台上下有两个限位开关，碰到上限位开关后工作台进行回转，转过90度，进行延时2秒，延时到后工作台落下碰到下限位开关，进行夹紧，之后进行加工三个动力头同时对对相应工位夹具上的工件进行加工，加工后工作台再次抬起进行90度旋转重新再次三个动力头同时进行加工，依次，进行90度的旋转，转过360度时完成一个工件的所有加工，工件松开，取走工件。
之后涉及到两个选择一个是工件加工后经行停止，另一个是重新进行下一次的循环，这次实训最大的难点是并行序列，还有I∕O分配图的分配。
如果输入和输出分不清，这个设计是做不出来的。
这个实训我们主要是根据机床总控流程图，进行对PLC的端子分配、PLC顺序功能图设计、PLC梯形图设计。
4.2PLC顺序功能图设计
图5顺序流程图
4.3PLC梯形图设计
4.3.1主程序
4.3.2公用程序
4.3.3手动程序
4.3.4自动程序
4.3.5输出程序
4.3.6复位程序
5程序调试说明
图6操作面板示意图
上图为四工位卧式镗铣组合机床控制系统的操作版面示意图，操作改系统前，需选择为手动，或者单周期或者连续。
若调到手动挡，点击启动按钮后便可依照下面的按钮进行单步运行。
如果调到单周期挡，该系统运行加工完毕一个工件则停止。
如果调到连续挡，点击启动按钮后，该系统加工完三个周期后就结束并进行声光报警。
本次课设的程序通过模拟的方式进行，有33个输入端口，18个输出，在仿真软件S7-200中需添加ME23316I/16Q和ME2218I两个模块。
要注意的是S7-200仿真软件的限位感应器需要手动输入。
6结束语
奋力工业化，管控可编程。
精心打实业、展翅赛鲲鹏。
重忆洋为中用，不惧崎岖险阻，努力竟征程。
半月弯弯，俩周的课设实训就这样充实而又意犹未尽的结束了，我们设计的四工位卧式镗铣组合机床控制系统从一张寥寥数字的苍白纸叶，到现在的仿真步步按题意环环相扣，可以有些矫情的说一句不容易，但去自豪的感叹我们的付出换来了最美好的回报！
同时我们也学会很多的知识。
就如PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式在我们这次实训内容中就其了很大的作用。
1．每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2．输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度
（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
6．由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
我们以快而立之年，我们即将步入社会，我们即将与同龄人相互竞争相互交流，这次实训室我们人生漫漫路的一次积累，是我们日后社会行的一块敲门砖，不知他人有何想，我却倍感珍惜！
参考文献
【1】陈白宁等.机电传动控制基础[M].辽宁：
东北大学出版社
【2】张进秋等.可编程控制器原理及应用[M].北京：
机械工业出版社
【3】宫淑贞等.可编程控制器原理及应用[M].北京：
人民邮电出版社
【4】吴晓君等.电气控制与可编程控制器[M].北京：
中国建材出版社
升级会员 