深孔钻电气控制系统设计.doc

湖 南 工 程 学 院 课 程 设 计 课程名称 电气控制与 PLC 课题名称 深孔钻电气控制系统设计 专业班级 自动化 姓 名 学 号 200701020 指导教师 2011 年 1 月 21 日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称 电气控制与 PLC 课题名称 深孔钻电气控制系统设计 专业班级 自动化 姓 名 学 号 指导教师 审 批 任务书下达日期 2011 年 1 月 10 日 课程设计完成日期 2011 年 1 月 21 日 深孔钻 PLC 控制系统设计 摘 要 深孔钻是加工 深孔的专用设备 钻深孔时为保证加工质量 提高 工效 加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主 要问题 传统的控制方案是采用继电器 接触器控 制与液压控制相结合的方法 由于进给次数多 且有 快进 快退 工进等多种进给速度的变换 控制系统 较复杂 大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低 也间接的降低了设备的工作效率 影响了设备的加工 质量 采用可编程控制器与液压相结合可以较好的 解决这一问题 并且利用电磁阀控制可大大的减少系 统的硬件接线 提高工作效率 提高了工作可靠性 而且在加工工艺改变时 只需要修改程序 就可适应 新的加工要求 大大的提高了工作效率 关键 词 PLC 深孔钻 分级进 前 言 人类对深孔加工技术的需求至少可以上溯到 14 世纪欧洲滑膛枪的 问世 远比第一次产业革命现代化机械技术革命来的要早 至上世纪 60 年代深孔加工技术被用来应用于石油 煤炭采掘 水 火力发电机组制造 船舶 航空航天 冶金化工 木材加工机械 饲料 机械 等不同行业的装备制造 以深孔零件外特征的民品装备不断涌现 出新的品种 成为 20 世纪下半页装备制造业中的一只新秀 深孔钻是加工深孔的专用设备 钻深孔时为保证加工质量 提高工 效 加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主要问题 传统的控制方案是采用继电器 接触器控制与液压控制相结合的方 法 由于进给次数多 且有快进 快退 工进等多种进给速度的变换 控制系统较复杂 大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低 也间接的 降低了设备的工作效率 影响了设备的加工质量 本次课程设计维持两 周 在老师的辛勤布置和指导下 我们采用可编程控制器与液压相结合 可以较好的解决这一问题 可大大的减少系统的硬件接线 提高了工作 可靠性 而且在加工工艺改变时 只需要修改程序 就可适应新的加工 要求 大大的提高了工作效率 可编程控制器是应用最广泛的以计算机技术为核心的自动控制装置 我们这次课程设计采用西门子公司的 S7 200 系列小型 PLC S7 200 的编 程软件为 PID 控制 网络通信 高速输入输出 位置控制 文本显示器 等提供了大量的向导 只需要在向导的对话框中输入一些参数 就可以 自动生成用户程序 目 录 1 深孔钻的概述 3 2 控制方案的确定 7 3 控制系统硬件设计 10 3 1 电动机控制线路设计 10 3 2 液压拖动 PLC 控制部分设计 11 3 2 1 PLC I O 接线图 11 3 2 2 元件选择 13 4 软件设计 19 4 1 PLC 工作方式 19 4 2 编程软件基本功能 21 4 3 PLC 控制程序设计 22 4 3 1 整体设计 22 4 3 2 手动工作程序 23 4 3 3 自动程序设计 25 5 程序运行 监视与调试 28 6 结束语 28 7 致 谢 29 8 参考文献 30 1 深孔钻的概述 深孔钻是钻深孔的专用设备 在钻深孔时 为保证零件加工质量 减小负载扭矩 以防钻头扭断 需要对钻头进行冷却和定时排屑 设计 时 应根据机械 液压和电气的密切配合要求来实现自动定时排屑 目 前实现定时排屑所采用的控制原则主要有时间原则 功率原则和过扭矩 原则 而这几种控制原则所采用的电气元件分别是时间继电器 功率继 电器和过扭矩继电器 本深孔钻要求采用时间继电器来控制 图 1 是本深孔钻的分级进给机构原理图 图 2 是其工作循环图 表 1 是其执行电器状态表 图 1 1 深孔钻分级进给机构原理图 油泵电机为 JD3 100 容量为 3KW 主轴拖动电机为 JD2 31 6 容量为 1 5KW 电磁阀采用 24 伏直流电源 深孔钻工作原理如下 1 原位 如图 1 a 所示 原位挡铁 32 压着原位开关 21 SQ1 慢进给挡铁 34 支承在向前挡铁 33 上 终点复位接铁 38 被杠杆 39 顶住 2 快速向前 慢进给钻入 如图 1 b 所示 向前电磁铁 24 YV1 得电 换向阀 11 右移 主轴快 进 带着拉杆 31 进 当慢进给挡铁 34 压下慢进给开关 22 SQ2 时 慢 进给电磁铁 图 1 2 深孔钻工作循环图 表 1 深孔钻执行电器状态表 快进 慢进 一工 进 快退 快进 二工 进 快退 快进 慢进 钻出 快退 复位 YV1 YV2 SQ1 SQ4 SQ4慢进钻出 最后工进 SQ2 SQ3 SQ2 SQ3 KT 第二工进 SQ2 SQ3 SQ1 第一工进 慢进 SB1 快进 SQ2 SQ 3 SQ1 快进 快退 快退 快进 KT 快退 SQ2 SQ3 YV3 YV4 26 YV2 得电 而工作进给挡铁 35 压下工作进给开关 28 SQ3 工作进 给电磁铁 27 YV3 得电 主轴转为慢进给 此时 工作进给挡铁 35 与 死挡铁 40 的距离为 2 毫米 3 工作进给 如图 1 c 所示 工作进给挡铁 35 继续压着工作进给开关 28 SQ3 并顶在死挡铁 40 上 拉杆 31 被主轴带着继续前进 向前挡铁 33 脱离 慢进给挡铁 34 慢进给开关 22 SQ2 被松开 慢进给电磁铁 26 YV2 断 电 主轴转为正常工作进给速度 对工件进行钻削加工 4 快退排屑 快速向前 如图 1 d 所示 时间继电器 KT 或过扭矩继电器发出信号时 向前 电磁铁 24 YV1 断电 后退电磁铁 25 YV4 得电 主轴快速向后排屑 当向前挡铁 33 压下原位开关 21 SQ1 时 后退电磁铁 25 YV4 断电 向 前电磁铁 24 YV1 得电 主轴又一次快速向前 5 重复进给 慢进给钻出 如图 1 e 所示 工作进给挡铁 35 压下工作进给开关 28 SQ3 工 作进给电磁铁 27 YV3 得电 主轴再次转为工作进给 经多次重复后 终点挡铁 36 之凸块拨转慢进给挡铁 34 压下慢进给开关 22 SQ2 主 轴慢进给钻出 到达终点时 终点螺钉 37 推转杠杆 39 放开终点复位挡铁 38 压 下终点开关 23 SQ4 向前电磁铁 24 YV1 断电 后退电磁铁 25 YV4 得电 主轴快速后退 6 复位 如图 1 f 所示 工作进给挡铁 35 后退 10 毫米 被终点复位挡铁 38 钩住 沿拉杆 31 滑动 向前挡铁 33 通过原位开关 这时终点开关 23 SQ4 被压着 故原位开关 21 SQ1 这时不起作用 顶开终点复位铁 38 放开工作进给挡铁 35 和终点开关 23 SQ4 杠杆 39 顶住复位挡铁 38 此时 向前挡铁 33 与工作进给挡铁 35 的距离恢复到原始状态 20 毫米 顶起慢进给挡铁 34 复位挡铁压下原位开关 21 SQ1 后退电磁铁 25 YV4 断电 主轴 停止后退 恢复原位 如果在加工过程中出现故障 可按停止按钮 使主轴停止进给 然 后 再按动力头上的复位推杆 41 拨动终点复位挡铁 38 压下终点开 关 23 SQ4 发出向后主令 恢复到原始状态 2 控制方案的确定 如图 1 1 机床的初始位置在原位 按下启动按钮后 将依次完成 夹紧工件 动力头快进 加工工件 动力头快退 原位停止 放松工件 完成机的一个工作周期 机床动力头由快进转为加工工件 以及结束工件的加工 均由行程 开关来控制 而在加工工件的过程中是采用的分级进给 所以需要用定 时器来控制 为保证工作安全 在工作台上安装了压力继电器 以检测工件是否 夹紧 只有在工件夹紧后 动力头才能进行进给运动 机床各电动机的起动停止 动力头的进给运动 工作台的夹紧放松 由 PLC 控制 并按一定的顺序进行工作 为满足生产要求 PLC 控制系统设置了两种工作方式 手动和自动工 作方式 手动工作方式 利用按钮对的每一动作进行单独的控制 例如 按 快进 按钮 机床动力头快速前进 按 放松 按钮 工作台放松工 件 自动工作方式 按下起动按钮后 机床从原点开始运行 按自动运 行控制程序进行工作 自动工作方式的工作流程图如图 2 所示 I0 7放 松 工 件 Q0 复 位 0 4断 开M 2 1 使 1 Q0 2复 位0 1 Q 4断 开M 使 0 4 1Q0 5 1 2置 1 0 31 0置 1Q 6 原 位 行 程 开 关 I0 6终 点 行 程 开 关 I1 0定 时 器 T37定 时 器 夹 紧 完 成 I 3起 动 按 钮 I0 2 结 束加 工 结 束 快 退暂 停快 退 转 工 进 加 工 工 件快 进夹 紧 工 件原 位 图 2 工作流程图 采用 PLC 与采用继电器控制方案相比 继电器控制系统是以 并行 方式工作的 即同一电路的各组触点同步动作 其逻辑运算过程是并行 的 继电器线圈从通电到触点的闭合或打开 有一段吸合时间 而线圈 断电时 从线圈断电到触点打开 有一段释放时间 通常触点的通断 时间为 15ms 次 正是因为这些时间 造成了某些继电器控制电路中存 在了 触点竞争 是继电接触器控制电路设计时应该避免的 有时甚至 会因操作时用不用了把按钮按到底都会导致控制结果不一样 继电器有 触点 这样时间长了就会有机械损耗 PLC 控制系统中 是不能同时去 执行多个操作的 它只能按分时工作的原理 每一时刻执行一个操作 随着时间的延伸 一个动作接一个动作顺序的进行 这种分时操作过程 称为扫描过程 它是分三个阶段 输入刷新阶段 程序执行阶段 输 出刷新阶段 串行 工作的 以扫描的方式 循环的 连续的 顺序的 逐条执行程序 并且 PLC 中软触点的动作可以认为是瞬间的 扫描速度 为 1 6us 步 并能将本次动作的结果记忆到下次扫描运算为止 也就 是说它有记忆功能 这种运行方式当然不存在 触点竞争 问题 也不 存在操作用不用力的问题 PLC 功能强大 可靠性高 使用方便 是当代工业自动化的主要设备 之一 用 PLC 取代旧的继电器控制系统 可以有效地提高控制系统的可 靠性和经济效应 利用逻辑函数将继电器电路图转换为梯形图的设计方 法 一方面不用改动控制面板 保持了系统原有的外部特性 操作人员 不用改变长期形成的操作习惯 另一方面基本不用重新设计控制程序 缩短了设计 安装和调试时间 但在改造比较复杂的 特殊的继电器控 制系统 只要掌握好内在的规律 就能更好地运用梯形图完成各种控制 在编程中就会避免一些不应有的错误 能快捷 准确地编出功能更强 更好的程序 3 控制系统硬件设计 3 1 电动机控制线路设计 图 3 1 为主电路图 在机床硬件系统中 机床的所有动力均有电动 机提供 主轴电动机为动力头提供动力 电动机拖动冷却泵为冷却系统 提供动力 动力头的移动由电动机拖动液压泵 推动液压缸完成 整个 系统共需 M1 M2 M3 三台电动机 M3 2 M13FRU3K2FRU1K 图 3 1 主电图 在实际运行中 过负载 欠电压 断相等因素都可能造成电动机超 过其负载 即广义上的过载 电动机的短时过载是允许的 但如果长时 间过载 则会对电动机造成破坏 甚至烧毁电动机 因此需采取保护措 施 目前比较常用的是热继电器 在其工作过程中 可能出现短时间大 电流的过载 热继电器无法起到有效的保护作用 可在电路中安装熔断 器对其进行保护 各电动机使用交流接触器控制 其中接触器 KM1 KM2 KM3 分别控 制 M1 M2 M3 FR1 FR2 FR3 为 M1 M2 M3 提供过负载保护 FU1 FU2 FU3 为 M1 M2 M3 提供短路保护 3 2 液压拖动 PLC 控制部分设计 3 2 1 PLC I O 接线图 PLC 与工业生产过程的联系是通过 I O 接口模块来实现的 PLC 有 许多 I O 接口模块 包括开关量输入模块 开关量输出模块 模拟量输 入模块 模拟量输出模块以及其他一些特殊模块 使用时应根据它们的 特点进行选择 根据控制系统的要求确定所需要的 I O 点数时 应再增加 10 20 的 备用量 以便随时增加控制功能 对于一个控制对象 由于采用的控制 方法不同或编程水平不同 I O 点数也应有所不同 表 3 1 3 2 列出 了设备及电气元件所需的开关量的 I O 点数 表 3 1 输入地址分配表 主轴电动机起动按钮 SB1 I0 0 工件夹紧按钮 SB7 I1 1 主轴电动机停止按钮 SB2 I0 1 工件放松按钮 SB8 I1 2 液压泵电动机起动按钮 SB3 I0 2 夹紧完成压力继电器 SP2 I1 3 液压泵电动机停止按钮 SB4 I0 3 放松完成压力继电器 SP1 I1 4 表 3 2 输出地址分配表 主轴电动机接触器 KM1 Q0 0 工进直流电磁换向阀 YV1 2 Q0 5 液压泵电动机接触器 KM2 Q0 2 快退直流电磁换向阀 YV2 Q0 6 冷却泵电动机接触器 KM3 Q0 3 夹紧完成压力继电器 YV3 1 Q0 7 快进直流电磁换向阀 YV1 1 Q0 4 放松完成压力继电器 YV3 2 Q0 8 在控制电路的设计中 首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题 在整个控制系统中 所有控制电机 阀门接触器的动作 都是按照 PLC 的程序逻辑来完成的 为了保护 PLC 设备 PLC 输出端口并不是直接和 交流接触器连接 而是通过中间继电器去控制电机或者阀门的动作 在 PLC 输出端口和交流接触器之间引入中间继电器 其目的是为了实现系 统中的强电和弱电之间的隔离 保护系统 延长系统的使用寿命 增强 系统工作的可靠性 图 3 2 控制电路图 冷却泵电动机起动按钮 SB5 I0 4 快进按钮 SB9 I1 5 冷却泵电动机停止按钮 SB6 I0 5 快退按钮 SB10 I1 6 原位行程开关 SQ1 I0 6 工进按钮 SB11 I1 7 工进行程开关 SQ2 I0 7 手动 SA1 I2 0 终点行程开关 SQ3 I1 0 自动 SA2 I2 1 图 3 2 控制电路图 3 2 2 元件选择 PLC 机型选择的基本原则是 在功能满足要求的前提下 选择最可 靠 维护使用最方便以及性能价格比最优的机型 通常做法是 在工艺 过程比较固定 环境条件较好的场合 建议选用整体式结构的 PLC 其 他情况则最好选用模块式结构的 PLC 对于开关量控制以及以开关量控 制为主 带少量模拟量控制的工程项目中 一般其控制速度无须考虑 Q0 7 6Q0 5 4Q0 3 20 1 Q I2 1SA21I 76I1 54I 312I 0I 76I 504I 3 2I 10 3 23 121 21 YV YV YV KM32KM1 20 4CPUSB87M 4VB0S9P21Q32S1B654S3B21p 因此 选用带 A D 转换 D A 转换 加减运算 数据传送功能的低档机 就能满足要求 而在控制比较复杂 控制功能要求比较高的工程项目中 如要实现 PID 运算 闭环控制 通信联网等 可视控制规模及复杂 程度来选用中档或高档机 其中高档机主要用于大规模过程控制 全 PLC 的分式控制系统以及整个工厂的自动化等 根据不同的应用对象 表 3 3 列出了 PLC 的几种功能选择 表3 3 PLC的功能选择 序 号 应用对象 功能要求 应用场合 1 替代继电器 继电器的输入 输出 逻辑线圈 定时器 计数器 替代信输使用 的继电器 完 成条件控制和 时序控制功能 2 数字运算 四则数学运算 开方 对数 函数计算等 数学运算 设定值控制 四位调节 定 位控制和工程 量单位运算 3 数据传送 寄存器与数据表的相互传送等 数据库的生成 信息管理 诊 断和材料处理 等 4 矩阵功能 逻辑与 逻辑或 异或 比较和移位等 这些功能通常 按位操作 一 般有设备诊断 状态监控 分 类和报警处理 等 5 高级功能 表与块的传送 校验和双倍精度运算 对 数等 通信速度和方 式与上位计算 机的联网功能 调制解调器等 6 诊断功能 PLC的诊断功能有内诊断和外诊断两种 内 诊断是PLC内部各种部件性能和功能的诊断 外诊断是中央处理机与I O信息交换的诊断 7 串行接口 一般小型以上的PLC都提供一个或一个以上 串行标准接口 以便连接打印机 计算机 或另一台PLC 8 通信功能 现在的PLC能够支持多种通信协议 对通信有特殊 要求的用户 由于机床自动控制系统控制设备相对较少 因此 PLC 选用德国 SIEMENS 公司的 S7 200 型 S7 200 型 PLC 的结构紧凑 价格低廉 具 有较高的性能 价格比 广泛适用于一些小型控制系统 SIEMENS 公司 的 PLC 具有可靠性高 可扩展性好 又有较丰富的通信指令 且通信协 议简单等优点 PLC 可以上接工控计算机 对自动控制系统进行监测控 制 表 3 4 列出了 S7 200 型 PLC 各主机的性能参数 表 3 4 S7 200 型 PLC 各主机的性能参数 项目 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 程序存储器 4KB 4KB 8KB 8KB 用户存储器类 型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM 本机I O 6入 4出 8入 6出 14入 10出 24入 16 出 扩展模块数量 无 2个模块 7个模块 7个模块 数字量I O 128入 128出 128入 128出 128入 128出 128入 128出 模拟量I O 无 16入 16出 32入 32出 32入 32 出 33MHz下布尔指 令执行速度 0 37s 指令 0 37s 指令 0 37s 指令 0 37s 指令 内部继电器 256 256 256 256 计数器 定时器 256 256 256 256 256 256 256 256 顺序控制继电 器 256 256 256 256 内置高速计数 器 4个 20KHz 4个 20KHz 6个 20KHz 6个 20KHz 模拟量调节电 位器 1 1 2 2 脉冲输出 2个 20KHz DC 2个 20KHz DC 2个 20KHz DC 2个 20KHz DC 通信中断 1发送器 2接受 器 1发送器 2接受 器 1发送器 2接受 器 2发送器 4接受 器 定时中断 2 1 255ms 2 1 255ms 2 1 255ms 2 1 255m s 硬件输入中断 4 输入滤波器 4 输入滤波器 4 输入滤波器 4 输入 滤波器 通信口数量 RS 485 1 1 1 2 支持协议 0号口 1号口 PPI DP T 由口 N A PPI DP T 由口 N A PPI DP T 由口 N A PPI DP T 自由 口 PPI DP T 自由 口 PROFIBUS点到 点 NETR NETW NETR NETW NETR NETW NETR N ETW 根据控制系统实际所需端子数目 考虑 PLC 端子数目要有一定的预 留量 为以后新设备的介入或设备调整留有余地 因此选用的 S7 200 型 PLC 的主模块为 CPU226 其端子连接如图 3 3 其开关量输入 输 出 I O 为 24 入 16 出 输出形式为 AC220V 继电器输出 开关量输 入 CPU266 为 24 点 输入形式为 24V 直流输入 图 3 3 CPU226 端子连接图 4 软件设计 4 1 PLC 工作方式 PLC 采取循环扫描的工作方式 其工作过程简图如图 5 1 所示 这 个过程可分为内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理几 个阶段 整个过程扫描一次所需的时间 图5 1 PLC扫描过程 称为扫描周期 在内部处理阶段 PLC 检查 CPU 模块内部硬件是否 正常 复位监视定时器 以及完成一些其它的内部处理 在图 4 2 扫描 过程 内部处 理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 通信服务阶段 PLC 与带微处理器的智能装置通信 响应编程器键入 的命令 更新编程器的显示内容 在 PLC 处于停止运行 STOP 状态时 只完成内部处理和通信服务工作 在 RUN 时 要完成全部的工作 1 输入处理阶段 PLC 在输入处理阶段 以扫描方式顺序读入所有输入端的通 断状态 并以此状态存入输入输出印象寄存器 接着转入程序的执行阶段 在程 序执行时间 即使输入输出状态发生变化 输入输出印象寄存器的内容 也不会发生变化 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 2 程序执行阶段 PLC 在程序执行阶段 按先左后右 先上后下的步序 逐条执行程 序指令 从输入印象寄存器和其它元件印象寄存器读出有关元件的通 断状态 根据用户程序进行逻辑运算 运算结果再存入有关的元件印象寄存 器中 即对每个元件来说 元件印象寄存器中的内容会随着程序的进程 而变化 3 处理阶段 在所有的指令执行完毕后 将输出印象寄存器 即 Y 寄存器 的通 断状态 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 输出端子 向外输出控制信号 这才是 PLC 的实际输出 PLC 的扫描既可以按照固定的顺序进行 也可以按用户程序的指定 的可变顺序进行 这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次 而且也因为在一个大的控制系统中要处理的 I O 点数比较多 通过安排 不同的组织模块 采用分时分批的扫描办法 可缩短循环扫描的周期和 提高系统控制的实时响应性 顺序扫描的工作方式简单直观 简化了程序的设计 并为 PLC 的可 靠性运行提供了保障 一方面 所扫描到的功能经解算后 其结果马上 就可以被后面要扫描到的逻辑解算所利用 另一方面 还可以通过 CPU 内部设定的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间 诊断 CPU 内 部故障 以避免程序异常运行而造成的不良影响 由 PLC 的工作过程可见 在 PLC 的程序执行阶段 即使输入发生了 变化 输入状态寄存器的内容也不会发生变化 要等到下一周期的输入 处理阶段才能变改变 暂存在输出状态寄存器中的输出信号 也需要等 到一个循环周期结束后 CPU 集中将这些输出信号全部输送输出锁存器 这才成为实际的 CPU 输出 因此 全部的输入 输出状态的改变 就需 要一个扫描周期 扫描周期是其中一个比较重要的指标 一般为几毫秒 至几十毫秒 PLC 扫描时间取决于程序的长短和扫描速度 因为 PLC 的 输入处理阶段和输出处理阶段所需时间一般很短 通常只要几毫秒 由 此可见 PLC 的扫描时间对于一般的工业设备 改变状态的时间约为几 秒以上 通常是没什么影响的 4 2 编程软件基本功能 PLC 控制程序采用西门子 S7 200 编程软件开发 基于 windows 的应 用软件 该软件的 SIMATIC 指令集包含三种语言 即语句表 stl 语言 梯形图 lad 语言 功能块图 FWD 语言 语句表 stl 语言类似于计算 机的汇编语言 特别适合于来自计算机领域的工程人员 它使用指令助 记符创建用户程序 属于面向机器硬件的语言 梯形图 lad 语言最接 近于继电器接触器控制系统中的电气控制原理图 是应用最多的一种编 程语言 与计算机语言相比 梯形图可以看作是 PLC 的高级语言 几乎 不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑 因此 它很容易被一般的 电气工程设计和运行维护人员所接受 是初学者理想的编程工具 功能 块图 FWD 的图形结构与数字电路的结构极为相似 功能块图中每个模 块有输入和输出端 输出和输入端的函数关系使用与 或 非 异或逻 辑运算 模块之间的连接方式与电路的连接方式基本相同 STEP7 Micro WIN 32 的基本功能是协助用户完成开发应用软件的 任务 例如创建用户程序 修改和编辑原有的用户程序 编辑过程中编 辑器具有简单语法检查功能 同时它还有一些工具性的功能 例如用户 程序的文档管理和加密等 此外 还可直接用软件设置 PLC 的工作方式 参数和运行监控等 程序编辑过程中的语法检查功能可以提前避免一些语法和数据类型 方面的错误 软件功能的实现可以在联机工作方式 在线方式 下进行 部分功 能的实现也可以在离线工作方式下进行 联机方式 有编程软件的计算机与 PLC 连接 此时允许两者之间做 直接通信 离线方式 有编程软件的计算机与 PLC 断开连接 此时能完成大部 分基本功能 如编程 编译和调试程序系统组态等 两者的主要区别是 联机方式下可直接针对相连的 PLC 进行操作 如上装和 下载用户程序和组态数据等 而离线方式下不直接与 PLC 联系 所有程序和参数 都暂时存放在磁盘上 等联机后再下载到 PLC 中 4 3 PLC 控制程序设计 4 3 1 整体设计 为在编程的过程中方便 快捷 以及程序结构的简洁明了 把手动 操作程序与自动操作程序编成两个独立的子程序模块 通过子程序调用 指令进行功能选择 当工作方式选择开关选择手动工作方式时 I2 0 接通 执行手动工作程序 当工作方式选择开关选择自动工作方式时 I2 1 接通 执行自动工作程序 主程序的梯形图如图 4 2 所示 图 4 2 主程序 4 3 2 手动工作程序 在手动操作中 不需要按工作顺序动作 可以按普通继电器控制 程序来设计 手动工作程序梯形见子程序 0 手动按钮 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 I0 5 I0 6 控制各电动机的起动停止 I1 5 I1 6I 1 7 控制动力头的快进 快退 工进 I1 1 I1 2 控制 工作台的夹紧放松 为保护系统的安全运行 设置了一些必要的连锁保 护 手动控制程序梯形图如图 4 3 所示 SBR 1 SBR 0 EN EN I2 1 I2 0 I1 7I1 0Q 304 Q0 5Q0 4Q0 53I1 0I1 6 Q0 3Q0 54I1 05Q0 3 Q0 3I0 5I0 4Q0 1 Q0 1I0 3I0 2Q0 Q0 I0 2I0 Q0 6I1 2 Q0 7Q0 6Q0 7I1 I0 6 图 4 3 手动工作程序 子程序 0 4 3 3 自动程序设计 由于自动操作比较复杂 不容易直接设计出梯形图 可以先画出自 动操作流程图 用以表明动作的顺序和转换的条件 然后根据采用的控 制方法 设计梯形图就比较方便 机床的自动运行程序流程图如图 图中矩形方框表示自动工作循环 过程中的一个工步 方框中用文字表示该步的动作 方框的右边画出该 动作的执行元件 相邻两方框之间用有向线段连接 以表明转换方向 有向线段上的横线表示转换的条件 当转换的条件得到满足时 便从上 以动作转到下一动作 由于加工工件时采用的是分段进给 可以按照时间的原则进行控制 这里用定时器 T37 控制每次加工时间 定时器 T38 控制后退的距离 定 时器 T39 控制暂停的时间 图 4 4 为自动控制程序梯形图 其工作过程分析如下 机构处于原位 I0 2 接通 使 Q0 1 置 1 液压电动机启动 夹紧工件 I1 3 接通 使 Q0 6 输出信号 工件夹紧完成 接通 使 Q0 0 置 1 动力头起动 Q0 3 输出快 进信号 I0 7 接通 使 Q0 3 输出工进信号 动力头由快进转工进 开 始加工工件 Q0 2 置 1 冷却泵起动 定时器 T37 开始计时 T37 触点接通 M0 0 得电 使 Q0 4 输出快退信号 定时器 T38 开始计时 T33 触点接通 使 Q0 4 断电 定时器 T39 开始计时 触点接通 输出工进信号 T35 接通 Q0 5 输出工进信号 继续加工工件 I1 0 接通 工件加工完成 M0 2 得电 使 Q0 4 接通 动力头快 退 Q0 2 复位 I0 6 接通 Q0 0 复位 动力头停止 Q0 7 输出放松信号 放松完成 I1 4 接通 Q0 1 复位 I1 0 JMP11JMPI1 0 Q0 4 M0 M0 21Q5T37T35Q0 120TONPI371SQ0 2 5M0 2M0 I0 7 1SQ0 I0 7Q0 3I1 3Q0 6 Q0 6I1 3Q07I1 1 SQ0 I0 2 图 4 4 自动工作程序 子程序 1 T39 T38 1LB 50PTONIM0 2M0 2 Q0 4I0 6M0 1RQ0 I1 4 1RQ0 Q0 7 Q0 7I1 4Q06I0 6 M0 21RQI0 7M0 2I1 0 120PTON IM0 1Q0 5M2T3 5 程序运行 监视与调试 1 程序的运行 当 PLC 工作方式开关在 TERM 或 RUN 位置时 操作 STEP micro WIN32 的菜单命令或快捷按钮都可以对 CPU 工作方式进行软件设 计 2 程序的监视 三种程序编辑器都可以在 PLC 运行监视程序执行的过程和各元件的 状态及数据 这里介绍一下语句表监视运行的方法 在可编程控制器里输入语句表程序 然后把 PLC 设置为运行模式 并把 PLC 的模拟运行监视器打开 观察程序和实际操作之间是否一致 3 动态调试 结合程序监视运行的动态显示 分析程序运行的结果 以及影响程 序运行的因素 然后 退出程序运行和监视状态 在 STOP 状态下对程 序进行修改编辑 重新编译 下载 监视运行 如此反复修改调试 直 到得到正确运行结果 6 结束语 两周的课程设计很快就结束了 在这两周里老师天天耐心地陪伴着 我们 给我们及时的指导 增强了老师和同学之间的互动 学校的课程 设计和工程实际还是有很大的差别 在学校我们不用考虑太多工程上的 工艺要求和实际操作是会遇到的各种不同干扰 不过这是为我们以后走 向工作岗位奠定基础的 让我们提前熟悉了 PLC 的编程与设计 以便于 以后能很快的适应相应的工作岗位 7 致 谢 在这两周里给过我帮助的同学和老师 我想借此机会对你们表示感 谢 这两周我有认真地学习了 PLC 课程基础知识 具有一定的设计理论 基础和独立设计能力 由于这次设计的课题是一种整体性的 系统性的 设计 我真的是很努力地在做 但还是感到力不从心 因而这次设计在 深度和广度上都有一定的局限性 不过 我认为还是提高了认识 学到 了东西 大学生活即将结束 我感到自己树立了正确的世界观 人生观 价 值观 在此 我将感谢学院领导和各科老师 是他们教会我做人的道理 特别要感谢各位老师尤其是我的指导老师 他劳心劳力 在他们的 悉心指导下 我才得以完成这两周设计 另外 在整个设计的过程中 还得到了同组其他同学的真诚帮助 在此一并表示感谢 回顾这两周的学习和生活 还有许多的朋友和同学在各个方面给予 了我很多的帮助和支持 让我能够顺利的完成任务 在此我要感谢所有 关心和爱护我的人 今后我会继续努力 不辜负您们对我的期望 8 参考文献 1 廖常初 可编程序控制器的编程方法与工程应用 M 重庆 重庆大学 出版社 2 万太福 可编程序控制器及其应用 M 重庆 重庆大学出版社 3 刘祖润 毕业设计指导 北京 机械工业出版社 4 谢桂林 电力拖动与控制 北京 中国矿业大学出版社 5 工厂常用电气设备手册编写组 工厂常用电气设备手册 北京 水利 电力出版社