PLC控制专用组合机床电气系统设计毕业设计

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1、大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）PLC控制专用组合机床电气系统设计学 院（系）： 机电信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 学 号： 2010022308 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连民族学院摘 要组合机床及其自动化在当今机械制造业中扮演着越来越重要的角色，其技术性能和综合自动化水平在很大程度上决定着相关部门的发展。随着科学技术的不断发展，传统的以继电器控制为基础的组合机床愈加与先进生产力不相适应，在这种情况下，可编程序控制技术以其灵活性好，可靠性高，通用性强，逐渐取代了继电器控制方式。作为新一代的工业控制装置具有

2、开发柔性好接线简单安装方便抗干扰性强等特点，用它来进行多工位组合机床的控制系统设计成为当代工业控制的主要发展方向。 本论文详细叙述了组合机床的PLC控制系统的设计,并根据系统运行要求，确定了机床及控制系统的元件型号，作出了PLC的地址分配表、外部接线图和程序T型图。关键词：组合机床；PLC；控制面板；接口电路；程序设计 PLC control special combination machine electrical system designAbstractCombination machine and automation plays an increasingly important

3、role in todays machinery manufacturing industry, its technical performance and integrated automation level largely determines the development of related sectors. With the continuous development of science and technology to the traditional relay control based on a combination of machine tool increasi

4、ngly incompatible with the advanced productive forces, in this case, programmable control technology for its flexibility, high reliability, versatility gradually replaced the relay control. As a new generation of industrial control devices have developed good flexibility and easy installation wiring

5、 simple and strong anti-jamming features, use it for a combination of muti-station machine control system design has become the main development direction of modern industrial control.This paper details the design portfolio machine PLC control system, and the system is running in accordance with the

6、 requirements of the machine tool and control system to determine the part number, made a PLC address allocation table, the external wiring diagram and procedures T-chart.Key Words：Combination machine；PLC；Control Panel；Interface Circuit ； Programming目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1课题背景11.2 可编程控制器（PLC）应用现状与发

7、展趋势11.3 本课题研究内容与成果22 PLC系统设计基本原理42.1 PLC控制系统简介42.2 PLC控制系统组成52.3 PLC控制系统基本原理72.4 PLC的编程语言93 PLC控制组合机床电气系统总体方案设计93.1 DU组合机床概述93.2 控制系统的电气原理113.3 控制系统的组成113.4 系统的硬件、软件设计114 PLC控制面板与接口电路设计124.1 选择PLC机型124.2 设计输入输出信号地址表124.3 设计PLC控制系统接口电路设计134.4 设计PLC控制系统操作面板155 控制系统软件设计165.1 设计PLC控制系统工作循环流程图165.2 设计PLC

8、控制系统初始化梯形图程序165.3 设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序205.4 设计PLC控制系统状态转移图与梯形图程序26结 束 语27参 考 文 献28附录A 程序图29致 谢37III1绪论1.1课题背景可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合 ,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用 维修方便、价格便宜等优点,为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置。普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍然大量使用。由于继电气系统接线复杂，故障

9、诊断与排除困难，并存在一下缺点：触点容易被电弧烧坏而导致接触不良，机械方式实现的触点控制反映速度慢，继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。因而造成了这些企业的生产效率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。相比之下，由于可编程控制器（PLC）具有一下优点：通用性、适应性强，完善的故障自诊能力而且维修方便，可靠性高及柔韧性强等优点，且小型PLC的价格目前也很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。根据我国当前的情况，继电器-接触器控制系统依然是机

10、械设备最常用的电气控制方式，许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器-接触器控制系统,由于采用物理电子器件和大量而又复杂的硬接线,使得系统的可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,严重影响了工厂的生产效率。随着科学技术发展，可编程控制器的出现，许多以继电器-接触器控制系统的机床组合电路通过改进，采用可编程控制系统，无论在性能上或者效率上都能得到很大提升。因此,采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造,很有益处。1.2 可编程控制器（PLC）应用现状与发展趋势1、PLC的发展现状目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微

11、处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。现在，世界上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西

12、门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。2、PLC的发展趋势随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。（1）、在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适

13、应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。（2）、向通信网络化发展PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。（3）、向模块化、智能化发展

14、为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。（4）、编程语言和编程工具的多样化和标准化多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。1.3 本课题研究内容与成果设计组合机床PLC控制系统主要有以下

15、方面的内容：1、分析总体功能要求，确定系统硬件配置根据车床需要实现的控制功能、调速方式、安全方面等的综合分析，对车床的硬件系统(如接触器、继电器、PLC型号)进行总体安排。2、计算PLC的Io点数经过上述分析后，根据所确定的控制要求，计算控制系统的输入信号及输出信号的数量，同时对输入、输出信号是模拟量还是数字量要分开考虑，然后分类统计出各输入、输出量的电压类型、等级、数量。设计时对I0总体点数要考虑留有一定的余量。3、选型根据IO数量及输入、输出类型，选择PLC机型、扩展单元等。IO接口电路设计通过控制系统所需要的控制要求分配I/O地址，画出加接口线路图，列写I/O及内部辅助继电器等的地址分配

16、表，以便进行梯形图的设计。控制电路图的设计包括设计主线电路、信号控制电路、PLC的I/O接线电路的原理图及配线图，标注线号。梯形图设计充分利用PLC提供的指令，根据模块化设计思想，依次对各控制功能设计梯形图。4、预期成果：利用现有的资料完成PLC的硬件、软件设计，进行联机调试。根据实际情况，调试PLC系统，使组合机床正常运行，并完成相关动作的控制任务。改善控制面板，使其简单明了，方便工人控制。2 PLC系统设计基本原理2.1 PLC控制系统简介可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源

17、于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。1、实现控制要点 输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程

18、序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少

19、个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输

20、入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。 输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序，输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。2、可编程控制器实现控制的方式 用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控

21、制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。 在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。 但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允

22、许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现-信息处理、I/O电路-空间、时间关系-扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。2.2 PLC控制系统组成1、PLC的硬件结构可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图2.1所示：图2.1 PLC硬件

23、结构2、中央控制处理单元(CPU)可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。3、存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器：存放系统管理程序。用户存储器：存放用户编制的控制程序。3、输入接口电路PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按

24、钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(1224)V输入、交流(100120)V输入与交流(200240)V输入和交直流(1224)V输入。如图2.2，图2.3，图2.4所示： 图2.2 直流输入 图2.3 交、直流输入图2.4 交流输入4、输出接口电路PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。输出端子有两种接法：一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。一种为每48个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用

25、同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。电源PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。编程器利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型 和智能型。2.3 PLC控制系统基本原理1、 PLC的工作方式采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。注意：由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的

26、输入处理阶段才能改变。循环扫描过程如图3.2.12、 工作过程 主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。（1）内部处理阶段，在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。（2）通信服务阶段，在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。（3）输入处理，输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。（4）程序执行，根据PLC梯形图程

27、序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。（5）输出处理，程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。如图2.5所示。运行）内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止图2.5 循环扫描过

28、程3、PLC的运行方式：（1）运行工作模式，当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。注：PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。（2）停止模式，当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。2.4 PLC的编程语言1、梯形图梯形图编程语言习惯上叫梯形图。梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，也可以

29、说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，是目前用得最多的一种PLC编程语言。2、指令表这种编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程热核出来，并通过编程器送到PLC中去。3、顺序功能图采用IEC标准的SFC(Sequential Function Chart)语言，用于编制复杂的顺控程序。利用这种先进的编程方法，初学者也很容易编出复杂的顺控程序，大大提高了工作效率，也为调试、试运行带来许多言传的方便。4、状态转移图类似于顺序功能图，可使复杂的顺控系统

30、编程得到进一步简化。5、逻辑功能图它基本上沿用了数字电路中的逻辑门和逻辑框图来表达。一般用一个运算框图表示一种功能。控制逻辑常用“与”、“或”、“非”三种功能来完成。目前国际电工协会(IEC)正在实施发展这种编程标准。6、高级语言近几年推出的PLC，尤其是大型PLC，已开始使用高级语言进行编程采用高级语言编程后，用户可以象使用PC机一样操作PLC。在功能上除可完成逻辑运算功能外，还可以进行PID调节、数据采集和处理、上位机通信等。3 PLC控制组合机床电气系统总体方案设计3.1 DU组合机床概述 组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工

31、作，并且具有自动循环的功能。组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进

32、行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自

33、动化和柔和性化方向发展。本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。该机床的俯视示意如图3.1。 图3.1四工位组合机床示意图 1.工作台 2.主轴 3.夹具 4.上料机械手 5.进料器 6.下料机械手 3.2 控制系统的电气原理DU组合机床PLC控制的主电路共有4台电动机，M1，M2,M3

34、和M4，带动4个工作台的主轴旋转和加工，三相交流电源通过断路器QF1将电源引入，KM1、KM2、KM3、KM4分别控制他们的启动和停止。FR1、FR2、FR3、FR4起短路保护。3.3 控制系统的组成系统有计算机、DU组合机床现场控制柜、上下、左右4个工位工作电机，及位置检测装置组成。上位机计算机安装在控制室，用以收发并显示四工位组合机床现场的信号，记录、存储、显示和控制现场的运行状态。四工位组合机床的现场控制柜安装在生产线现场，在控制柜上可以手动操作也可以自动操作，电机及位置传感器等安装在四工位组合机床生产线上，受现场控制柜的控制。3.4 系统的硬件、软件设计PLC的硬件设计方面，采用了一系

35、列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工艺制造流水线生产；对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波，软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。4 PLC控制面板与接口电路设计4.1 选择PLC机型合理选择PLC的型号，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。选择机型的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠，维护使用方便以及最佳功能价格比。PLC主要有整体式和模块式。整体式PLC：整体

36、式PLC的每一个点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对小，一般用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，维修量较小的小型控制系统中。模块式PLC：模块式PLC功能扩展灵活方便。在点数上，输入点数，输出点数的比例，模块的种类方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。对于组合机床，选用整体式PLC较好。PLC平均的I/O点价格比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定余量。通常I/O点数是根据被控制对象的输入输出信号的实际需要，再加上10%-20%的余量来确定。 由PLC组成的四工位组合机床控制系统有输入信号42个，均为开关

37、量。其中检测元件17个，按钮开关24个，选择开关1个。电控制系统有输出信号27个，其中电磁阀16个，六台电动机的接触器和5个指示灯。根据I/O点数的选取原则考虑10%-20%的I/O点数余量输入点数可选取46-50个输出点数可选取29-33个。故选用西门子S7-200。4.2 设计输入输出信号地址表表4.1地址表输入输出符号地址符号地址滑台原位I0.0夹紧输出Q0.0滑台终点I0.1松开输出Q0.1滑台原位I0.2滑台进输出Q0.2滑台终点I0.3滑台退输出Q0.3滑台原位I0.4滑台进输出Q0.4滑台终点I0.5滑台退输出Q0.5滑台原位I0.6上料进Q0.6滑台终点I0.7上料退Q0.7上

38、料器原位I1.0下料进Q1.0表4.1地址表（续）输入输出符号地址符号地址上料器终点I1.1下料退Q1.1下料器原位I1.2滑台进输出Q1.2下料器终点I1.3滑台退输出Q1.3夹紧1I1.4滑台进输出Q1.4进料1I1.5滑台退输出Q1.5放料1I1.6放料输出Q1.6润滑压力I1.7进料输出Q1.7润滑液面开关I2.0主轴Q2.0总停I2.1主轴Q2.1启动I2.2主轴Q2.2预停I2.3主轴Q2.3润滑故障撤除I2.4冷却电动机Q2.4选择开关I2.5润滑电动机Q2.5滑台进I2.6润滑显示Q2.6滑台退I2.7、工位滑台原位Q2.7主轴点动I3.0、工位滑台原位Q3.0滑台进I3.1上

39、料原位Q3.1滑台退I3.2下料原料Q3.2主轴点动I3.3滑台进I3.4滑台退I3.5主轴点动I3.6滑能进I3.7滑台退I4.0主轴点动I4.1夹紧I4.2松开I4.3上料器进I4.4上料器退I4.5进料I4.6放料I4.7冷却开I5.0冷却停I5.14.3 设计PLC控制系统接口电路设计 图4.1外部接线图4.4 设计PLC控制系统操作面板控制系统的操作面板是向PLC控制系统发布控制命令的主令元件组合而成的。本设计中，输入元件共42个其中按钮SB 24个、检测元件YJ 5个、行程开关SQ 12个，选择开关1个，基于对机床工作方式的控制要求，面板上应设有选择开关1SA、预停按钮；鉴于手动调

40、整方式下，相应按钮发出控制命令，驱动组合机床相应部件运动，因此面板上应设相应按钮5SB-24SB，鉴于对组合机床的启动，停止及润滑故障的处理控制，应在操作制面板上设有启动按钮2SB、总停按钮1SB、润滑故障切除按钮4SB、其他输入元件均为检测元件，不在操作面板中设置，由上面综述，可得控制系统操作面板如下图4.1所示图4.2 控制系统操作面板图5 控制系统软件设计5.1 设计PLC控制系统工作循环流程图根据本设计的控制与工艺要求，按机床的动作顺序及每步所完成的任务，可得工作循环流程图如图5.1图5.1 PLC控制系统工作循环流程图5.2 设计PLC控制系统初始化梯形图程序 初始化程序主要用来处理

41、组合机床的各种号，如启动，预停，总停以及各种的原始信号，机床启动前应具备的各种初始信号，工作方式选择信号，各种复位信号，并将处理结果作为机床启动，停止，程序转换的依据，初始化程序一般用经验法设计。根据控制要求，采用STL指令，来定义相应的工作方式，手动，自动，利用预停按钮来控制全自动与半自动工作状态的切换，并利用定时器设定了润滑电动机间歇时间，初始化程序见下图5.2。 图5.2 控制系统初始化梯形图程5.3 设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序本设计的手动程序与显示程序均为用经验法设计的梯形图。手动程序：主要在调整和检修时使用。为了对滑台的进退、上料器的进退、夹具的加紧松开等进行调整与控制，

42、设计了相应的手动程序，设计手动程序时应注意互锁的设计。显示程序：根据机床的工作状态，驱动相应指示灯显示。如手动及显示梯形图程序图5.3。 图5.3 控制系统手动及显示梯形图程序5.4 设计PLC控制系统状态转移图与梯形图程序状态转移图，它是完整地描述控制系统的工作过程，功能和特性的一种图形，是分析和设计电路系统控制程序的重要工具。本设计的状态转移图按下列几步进行的1 按组合机床的控制要求与加工工艺画出状态转移图。2在画出的状态转移图上以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件。3按照电控系统提供的电气执行元件功能表，在状态流程图上对每个状态和动作命令配画上实现该状态或动作命令的控制功能的电气执行

43、元件，并以对应的PLC输出点的编号定义这些电气执行元件。由状态转移图易的相应的梯形图程序，它们二者是一一对应关系，梯形图程序请见图附录A。结 束 语PLC作为新一代的工业控制装置，具有开发柔性好，接线简单，安装方便，抗干扰性强等特点，用它来控制四工位组合机床这样复杂的生产设备，是理想的选择。PLC 的采用,降低了机床的故障率,节省了大量的维修费用,提高了整机的可靠性，保证了工件的精度要求。通过此次毕业设计使我加深了对PLC的理解，了解了其型号规格并能正确使用。掌握了PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编制应用程序。熟悉了典型设备电气控制系统，具有了从事电气设备安

44、装调试、维修管理等方面的能力。提高了设计和改进一般机械设备电气控制的基本能力。参 考 文 献1 海心、马银忠、刘树青.西门子PLC开发入门与典型实例.北京：人民邮电出版社,2010.2 史宜巧、孙业明、景邵学.PLC技术及应用项目教程.北京：机械工业出版社,2009.3 祝红芳 PLC及其在数控机床中的应用.北京：人民邮电出版社,2007.4 郑凤翼、郑丹丹、赵春江.图解PLC控制系统梯形图和语句表.北京：人民邮电出版社, 2006.5 汤自春.PLC原理及应用技术.北京：高等教育出版社,2006.6 郁汉琪、郭健.可编程控制器原理及应用.北京：中国电力出版社,2004.7 许 格、王淑英.电

45、气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社,2004. 8 林明星.电气控制及可编程序控制器.北京：机械工业出版社,2004. 9 段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素.电气传动,2003.10 许晓扬.专用机床设备设计.重庆：重庆大学出版社,2003.11 宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京：冶金工业出版社,2001.12 张筱琪.机电设备控制基础.北京：中国人大出版社,2000.13 王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社,1997.14 谢家瀛.组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社,1996.15 陈根正.可编程控制器原理及应用.西安：陕西科技出

46、版社,1993.附录A 程序图 致 谢本毕业设计论文是在我的指导老师的悉心指导下完成的。从开始的毕业设计讲课答疑，平时资料的搜集，一直到现在毕业论文的最终完成，老师在每一个阶段都激励着我们前进。几个月以来，老师在指导我们做毕业设计时那种兢兢业业、孜孜不倦、无怨无悔的精神给我们留下了深刻的印象，使我们学到了很多书本上学不到的知识，使我们明白了很多书本上学不到的道理。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 祝愿老师身体健康，工作顺利！ 感谢在大学期间教过我的各科老师，是你们的悉心教导才有我学业的进步和顺利的毕业，感谢你们！ 感谢在一起愉快的度过大学生涯的的同学，感谢你们在学习和生活上给予我的帮助！感谢在一起愉快的度过大学生涯的的同学们，感谢你们在学习和生活上给予的帮助！37