S7200PLC液壓組合機床的控制

1、編號 1251401151電氣控制與PLC應用 課程設計（ 2012級本科）題 目：基于S7-200PLC液壓組合機床的控制 學 院： 物理與機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 張敏 指導教師： 關虎昌 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的液壓傳動組合機床控制任務書（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床繼電器控制系統(tǒng) 圖為某雙面單工位液壓傳動組合機床繼電器控制的電氣原理圖。本機床采用3臺電動機進行拖動，Ml、M2為左右動力頭電動機，M3為冷卻泵電動機。SAl為左動力頭單獨調整開關。SA

2、2為右動力頭單獨調整開關，通過它們可實現(xiàn)對左右動力頭的單獨調整。SA3為冷卻泵電動機工作選擇開關。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、右動力頭電動機同時啟動旋轉。按下“前進”按鈕SB3，中間繼電器KAl、KA2、通電并自鎖，電磁鐵YVl、YV3通電，左、右動力頭快速進給并離開原位，行程開關SQl、SQ2、SQ5、SQ6先復位，行程SQ3、SQ4后復位。當S03、S04復位后，KA通電并自鎖。在動力頭進給過程中，靠各自行程

3、閥自動變快進為工進，同時壓下行程開關SQ，接觸器KM3線圈通電，冷卻泵電動機M3工作，供給冷卻液。當左動力頭加工完畢，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。當左動力頭使SQ復位后，KM3將失電，冷卻泵電動機將停轉。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Ml、M2斷電，同時KA、KA3、KA4線圈斷電，YV2、YV4斷電

4、，動力頭停止，機床循環(huán)結束。加工過程中，按下SB4，可隨時使左、右動力頭快退至原位停止。機床的過載、短路保護等清讀者自己分析。二、雙面單工位液壓傳動組合機床PLC控制方案清點繼電器控制電路中的按鈕、行程開關、壓力繼電器、熱繼電器觸點?？纱_定應有21個輸人信號(4個按鈕、9個行程開關、3個熱繼電器動斷觸點、2個壓力繼電器觸點、3個轉換開關)，則需占用21個輸入點。在實際應用中，為節(jié)省PLc的點數(shù)，可適當改變輸入信號接線，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，這樣可以降

5、低設備的成本，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、設計任務學生根據(jù)控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行液壓傳動組合機床運行原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：1. 設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；3. 運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序結構與控制功能自行創(chuàng)新設計；5. 進行系統(tǒng)調試，實現(xiàn)液壓傳動組合機床的控制要求。四、設計報告課程設計

6、報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設計報告寫作要求”。摘要為了進一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學理論知識在實際中的應用能力；掌握一般生產電氣控制系統(tǒng)的施工設計、安裝與調試；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術報告的能力，進行雙面單工位液壓傳動組合機床的控制。組合機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床。傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)存在電路復雜、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。在此次課程設計中，組合機床的控制回路主要是通過繼電-接觸器電路來控制油路。也就是

7、控制YV1、YV2、YV3、YV4、KP1、KP2這六個電磁閥的通斷。而油路是事先設計好的，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床在PLC的控制下，自行完成以下描述的工作流程。關鍵字：PLC 雙面單工 液壓傳動 組合機床 控制程序目錄摘要11、設計的目的和意義32、總體方案設計42.1 課程設計內容42.2 課程設計要求分析53、硬件設計63.1 液壓傳動組合機床控制系統(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、軟件設計124.1程序設計流程圖124.2 程序設計梯形圖135、仿真與調試166、

8、設計總結187、參考文獻191、設計的目的和意義 通過對液壓組合機床PCPLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。為了進一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學理論知識在實踐中的應用能力；掌握一般生產電氣控制系統(tǒng)的施工設計、安裝與調試；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術報告的能力，進行液壓傳動組合機床的控制。組合機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床。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)存在電路復雜、可靠性差、操作難等

9、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、總體方案設計 2.1 課程設計內容此次課程設計中，組合機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。而油路是事先設計好的，所以我們只要編寫一個程序，使得液壓傳動組合機床在PLC的控制下，自行完成指定流程。本機床采用3臺電動機進行拖動，Ml、M2為左右動力頭電動機，M3為冷卻泵電動機。SA1為左動力頭單獨調整開關。SA2為右動力頭單獨調整開關，通過它們可實現(xiàn)對左右動力頭的單獨調整。SA3為冷卻泵電動機工作選擇開關。

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、右動力頭電動機同時啟動旋轉。按下“前進”按鈕SB3，中間繼電器KA1、KA2、通電并自鎖，電磁鐵YV1、YV3通電，左、右動力頭快速進給并離開原位，行程開關SQ1、SQ2、SQ5、SQ6先復位，行程SQ3、SQ4后復位。當SQ3、SQ4復位后，KA通電并自鎖。在動力頭進給過程中，靠各自行程閥自動變快進為工進，同時壓下行程開關SQ，接觸器KM3線圈通電，冷卻泵電動機M3工作，供給冷卻液。當左動力頭加工完畢，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。當左動力頭使SQ復位后，KM3將失電，冷卻泵電動機將停轉。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Ml、M2斷電，同時KA、KA3、KA4線圈斷電，YV2、YV4斷電，動力頭停止，機床循環(huán)結束。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 課程設計要求分析學生根據(jù)控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用設計方案與進度計劃，運

12、用所學的理論知識，進行自動售貨機運行原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)仿真調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括： 1.設計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；2.系統(tǒng)有啟動、停止功能； 3.運用功能指令進行PLC控制程序設計；4.進行系統(tǒng)調試及其仿真。3、硬件設計3.1 液壓傳動組合機床控制系統(tǒng)隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品種類也越來越多，而且功能也日趨完善。不同種類之間的功能設置有著很大的差異，其結構形式、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重。這既給PLC機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)技術經濟指標有著重要意義。PLC平均的I/O點的價格還比較高。因此應該合理選用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行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。液壓傳動機床的工作程序是：（1） 快進 左右動力頭在M1和M2的帶動下快速前進（2） 工進 前進到達開關SQ位置即停止，液壓泵啟動進行工進，左右動

14、力頭進行兩端切削加工。（3） 后退 當工進后，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YV1YV2YV3YV4KP1KP1快進+-+-工進+-+-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)轉換得到，轉換過程中應注意以下四個方面。 1. 輸入設備的處理對輸入設備進行處理時，繼電器一接觸器控制電路中，如果該設備是由常開觸點構成，轉為PLC控制后，該設備仍用常開觸點作PLC的輸入設備，程序中對應觸點的狀態(tài)不變；如果該設備足由常

15、閉觸點構成，轉為PLC控制后，該設備仍用常閉觸點作PLC的輸入設備，程序中對應的觸點取相反狀態(tài)。 2. 輸出設備的處理 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的輸出繼電器線圈取代，接觸器的觸點用對應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. 設置中間單元設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. 最

16、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，是設計PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計過程中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計之前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關國內、國外相關的資料。同時還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、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，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、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：應該保證P

17、LC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、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經濟效益和 社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。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。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4. 適應發(fā)展的需要由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當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PL

18、C、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。3.2.2 PLC選型 根據(jù)該組合機床的控制要求，清點繼電器控制電路中的按鈕、行程開關、壓力繼電器、熱繼電器觸點。該系統(tǒng)共需開關量輸入信號21個(4個按鈕、9個行程開關、3個熱繼電器動斷觸點、2個壓力繼電器，3個轉換開關)，開關量輸出7個(3個接觸器線圈，4個電磁閥線圈)。在設計應用中，為節(jié)省PLC的點數(shù)，可適當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)進行設計。3.3 I/O分配表表3-2 I/O分配表

19、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SQ3、SQ4I0.5自動循環(huán)行程開關SQ5I0.6自動循環(huán)行程開關SQ6I0.7自動循環(huán)行程開關SQ7、KP1I1.0左動力頭后退行程開關、壓力繼電器SQ8、KP2I1.1右動力頭后退行程開關、壓力繼電器SQ、SA3、FR3I1.2冷卻液泵電動機啟停行程開關及控制元件KR1I1.3 熱繼電器KR2I1.4 熱繼電器SA1I1.5手動開關SA2I1.6手動開關輸出信號代號地址說明KM1Q0.0左動力頭電動機M1接觸器KM2Q0.1

20、左動力頭電動機M1接觸器KM3Q0.2冷卻泵電動機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)設計任務要求PLC主機的硬件接線圖如圖3-4所示。圖3-4 液壓傳動組合機床控制系統(tǒng)的PLC接線圖4、軟件設計4.1程序設計流程圖 根據(jù)對液壓傳動組合機床工作過程的描述，可以設計出液壓傳動組合機床控制系統(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、繼電器等圖形表達符號的基礎上演變而來的。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構、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人員所熟知，是應用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。設計梯形圖： 5、仿真與調試采用S7_200仿真對設計系統(tǒng)進行仿真及調試,采集的圖如下圖所示：按下啟動按鈕SB2,使線圈KM1，KM2得電，左右動力頭電動機同時啟動旋轉。按下前進按鈕SB3，左右動力頭快速進給并離開原位，在動力頭進給過程中靠自行程閥自動變快進為工進，同時按下行程開關SQ，KM3得電，冷卻泵電動機M3工作，供給冷卻液。左右動力頭加工完畢后，冷卻電動機停轉，當左右動力頭快退原位時，先壓下SQ3、SQ4，再壓下SQ1、SQ2