四工位卧式镗铣组合机床控制系统.docx

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四工位卧式镗铣组合机床控制系统

课程设计（论文）

题目：

四工位卧式镗铣组合

机床控制系统课设

设计名称：

机电传动控制

班级学号：

1001011107

学生姓名：

华明亚

指导教师：

李岩

2012年12月24日

成绩评定表

学生姓名

蔡佳威

班级学号

1001011107

专业

机械设计及自动化

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

机械设计及其自动化

学生姓名

蔡佳威

班级学号

1001011107

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11月27日

专业负责人：

2012年11月27日

学院教学副院长：

201年月日

课程设计任务书

第七组

1．设计题目：

四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计

2．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，立即停。

3）按复位按钮，所有滑台回原位，动力头电动机停止。

4）要求可以实现手动、自动。

3．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

4．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：

专业负责人：

主管院长：

2012年12月24日

课程设计任务书

1．前言

本次课程设计的目的是掌握机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器—接触器控制电路的PLC改造方法。

掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系。

掌握常用电器元件的选择方法。

具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。

西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。

S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

SIMATICS7-200PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。

S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

2．课程设计的任务和要求

1.1、课程设计的任务

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1所示。

图1机床总控流程图

1.2、课程设计的基本要求

（1）要求有三种工作方式：

手动、单周期、连续。

（2）连续时，循环3次结束，声光间断报警5秒。

（3）画出端子分配图和顺序功能图。

（4）设计并试调PLC控制梯形图。

（5）设计说明书

3．总体设计

2.1、PLC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

2.2、PLC端子接线

表1I/O端子分配

输入

输出

功能

地址

功能

地址

手动

I0.0

工件夹紧

Q0.0

单周期

I0.1

工件松开

Q0.1

连续

I0.2

工作台夹紧

Q0.2

启动

I0.3

工作台松开

Q0.3

停止

I0.4

工作台上升

Q0.4

工件夹紧限位

I0.5

工作台下降

Q0.5

工件松开限位

I0.6

工作台旋转90度

Q0.6

工作台夹紧限位

I0.7

1滑台向前切削

Q1.0

工作台松开限位

I1.0

1滑台退后

Q1.1

工作台上升限位

I1.1

2滑台向前切削

Q1.2

工作台下降限位

I1.2

2滑台后退

Q1.3

工作台旋转限位

I1.3

3滑台向前切削

Q1.4

1滑台前进限位

I1.4

3滑台后退

Q1.5

1滑台后退限位

I1.5

3个动力头转动

Q1.6

2滑台前进限位

I1.6

放工件

Q1.7

2滑台后退限位

I1.7

取工件

Q2.0

3滑台前进限位

I2.0

声报警

Q2.1

3滑台后退限位

I2.1

光报警

Q2.2

手动工件夹紧

I2.2

手动工件松开

I2.3

手动工作台夹紧

I2.4

手动工作台松开

I2.5

机械手下限位

I2.6

机械手上限位

I2.7

1滑台手动前进

I3.0

1滑台手动后退

I3.1

2滑台手动前进

I3.2

2滑台手动后退

I3.3

3滑台手动前进

I3.4

3滑台手动后退

I3.5

手动工作台上升

I3.6

手动工作台下降

I3.7

复位

I4.0

图4I/O端子分配图

4．PLC程序设计

3.1、设计思想

由于本次课设的设计题目是：

四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计，可以由题意与机床总控制流程图设计。

根据题目可知，该控制系统的机床有四个工位，三个动力头。

第一个工位为装卸工位，其余三个工位为加工工位。

机床的操作流程为机械手将加工原件放入装卸工位，工件夹紧到位后，工作台松开，松开到位后，工作台上升，直到碰到限位开关，然后工作台进行旋转90度，延时2s后，工作台下降并夹紧，加工原件就到第二个加工工位，同时第一个装卸工位又放入加工原件，夹紧到位后，工作台向前滑，同时三个动力头同时旋转进行加工，然后松开工作台，上升旋转，重复以上的步骤，

当工作台转过360度时，工件就加工完毕。

首先根据题意画出顺序流程图，然后通过顺序流程图再进行I/O端口的分配，选出合适的PLC型号和具体端口。

然后编写程序，模拟以及修改。

3.2、顺序功能图

图5顺序流程图

3.3、PLC梯形图

图6梯形图

5．程序调试说明

图7操作版面示意图

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

简述课程设计的收获、体会以及对本教学环节的意见和建议

这次课程设计结束了。

我学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识。

通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

经过这次设计我学到很多很多的的东西，既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

使我进一步提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。

为我以后的学习和工作打下了坚实的基础，使我受益匪浅！

6．参考文献

[1]陈白宁，段智敏，刘文波.机床电气与PLC实训基础.沈阳：

东北大学出版社，2008.

[2]夏田，陈婵娟，祁广利.PLC电气控制技术.北京：

化学工业出版社，2009.

[3]张凤珊，祖龙起.电气控制及可编程程序控制器.北京：

中国轻工业出版社，2003.

[4]周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京：

电子工业出版社，2004.