情境3组合钻床控制系统.docx
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情境3组合钻床控制系统
课题
情境3组合钻床控制系统
教学
目标
知识目标
1、多台电机的启动、停止控制。
2、使用SCR指令设计顺序功能图。
3、使用SCR指令编写梯形图程序。
能力目标
1、能够掌握S7-200外围电路的接线连接。
2、能够掌握S7-200编程控制多台电机的启停。
素质目标
1、培养学生分析问题和解决实际问题的综合能力；
2、培养学生的团队合作精神和交流合作能力。
教学重点
1、多台电机的启动、停止控制。
2、使用SCR指令设计顺序功能图。
3、使用SCR指令编写梯形图程序。
教学难点
使用SCR指令编写梯形图程序。
教学准备
1、西门子可编程控制器1台
2、ZYPLC31PLC模拟控制实验
（一）挂箱1个
3、安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机1台
4、PC/PPI编程电缆1根
5、连接导线若干
课型
理实一体
课时
12课时
教学过程
教学内容
教学方法手段
师生
活动
时间
分配
导入
清点人数、组织秩序，并导入项目课程。
导入新课：
本章以组合钻床控制系统为例，先通过三台电机的启动、停止学习多台电机的控制方法，为组合钻床系统中电机的控制做基础，然后延续上一章的顺序控制设计法，学习使用SCR指令编写梯形图程序，掌握较全面的编程方法，最终使学生有应对一些复杂项目的能力。
讲授法和引导文法
1、教师讲解；
2、学生听课
5分钟
教
学
实
施
告知
一、组合钻床系统介绍
钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。
通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。
加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。
钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。
根据钻床的用途和结构主要分为以下几类：
1、立式
工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。
2、台式
简称台钻。
一种小型立式钻床，最大钻孔直径为12～15毫米，安装在钳工台上使用，多为手动进钻，常用来加工小型工件的小孔等。
3、摇臂式
主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。
4、深孔钻床
用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床，为便于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备有冷却液输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削部位）及周期退刀排屑装置等。
5、中心孔钻床
用于加工轴类零件两端的中心孔。
6、铣钻床
工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。
7、卧式钻床
主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。
一般比立式钻床加工效率高，可多面同时加工。
图3-1卧式组合钻床
组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。
它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。
我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。
随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。
单面组合钻床是一种钻削普通厚度工件的加工钻床，只有一个钻头，即只能同时加工一个表面，加工精度要求高，配以可编程控制器S7-200，可以提高控制系统的可靠性，降低运行故障率，而且改变程序即可实现不同工件的加工钻削工艺要求，充分发挥组合钻床的多种加工功能。
二、知识链接
顺序功能图中除了使用位存储器M代表各步外，还可以使用顺序控制继电器S来代表各步，使用S代表各步的顺序功能图设计梯形图程序时，需要使用SCR指令设计梯形图程序。
S7-200的系列CPU中的顺序控制继电器（S）是专门用于编制与时序相关的控制程序的，它能够按照自然的工艺过程编制状态控制程序。
顺控继电器按位寻址的形式是S×.×。
在S7-200中，顺序控制继电器的编号从S0.0到S31.7共256个。
顺序控制继电器的指令如表3-1所示。
表3-1顺序控制继电器指令
梯形图程序
语句表程序
指令功能
LSCRn
步开始指令，为步开始的标志，该步的状态元件位置1时，激活该步
SCRTn
步转移指令，使能有效时，关断本步，激活目标步。
n为目标步的顺序控制状态元件
SCRE
步结束指令，为步结束的标志
说明：
1）SCR和SCRT两指令的操作数都必须是状态继电器S的位（如S0.0）。
2）SCRE无操作数，直接能与母线相连。
3）每一步的编程都必须以SCR开始，以SCRE结束，中间一般都有SCRT指令，而且可以有多条SCRT指令并列。
4）同一个S位不能用于不同的程序中，例如：
如果在主程序中使用了S0.1，在子程序中就不能再使用它。
讲授法；
引导文法；多媒体；
1、教师讲解；
2、学生个人发言、分组讨论。
2课时
初步
训练
项目1：
多台电动机的控制
1三台电动机顺序定时启动同时停止
训练目标
通过本次练习，需要掌握S7-200与外围电路如何连接，主电路三台电动机如何连接，并进一步理解定时器的应用。
控制要求：
1、输入输出元件及控制功能
表3-2I/O分配
类型
PLC地址
对应元件（符号）
元件名称
控制功能
输入端口
I0.0
SB1
启动按钮
启动电动机
I0.1
SB2
停止按钮
停止电动机
输出端口
Q0.0
KM1
接触器1
控制电动机1
Q0.1
KM2
接触器2
控制电动机2
Q0.2
KM3
接触器3
控制电动机3
2、硬件设计
三台电动机顺序定时启动，同时停止的主电路如图3-10所示，控制电路PLC接线图如图3-11所示。
图3-10三台电动机顺序定时启动控制主电路图
图3-11三台电动机顺序定时启动PLC接线图
3、梯形图程序
打开Step7-MicroWINV4.0，打开程序块部分，编写梯形图。
4、演示操作
1）按图3-10和3-11所示连接主电路和控制电路，检查无误后接通电源。
2）打开计算机中的编程软件，将图3-12所示程序下载给PLC。
3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。
4）按控制要求进行操作，观察并调试程序直到满足要求。
2、三台电动机顺序定时启动逆序停止
训练目标
通过本次练习，进一步熟悉三台电动机启停控制的接线方法，并深入理解定时器和置位、复位指令的应用。
控制要求：
用按钮控制三台电动机，按下启动按钮，启动第一台电动机之后，每隔5s再启动一台；按下停止按钮时，先停下第三台电动机，之后每隔5s逆序停下第二台和第一台电动机。
控制方案设计
1、输入输出元件及控制功能
表3-3I/O分配
类型
PLC地址
对应元件（符号）
元件名称
控制功能
输入端口
I0.0
SB1
启动按钮
启动电动机
I0.1
SB2
停止按钮
停止电动机
输出端口
Q0.0
KM1
接触器1
控制电动机1
Q0.1
KM2
接触器2
控制电动机2
Q0.2
KM3
接触器3
控制电动机3
2、硬件设计
三台电动机顺序定时启动，逆序停止的主电路和控制电路接线图分别如图3-10和3-11所示。
3、梯形图程序
打开Step7-MicroWINV4.0，编写梯形图。
4、演示操作
1）按图3-10和3-11所示连接主电路和控制电路，检查无误后接通电源。
2）打开计算机中的编程软件，将图3-13所示程序下载给PLC。
3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。
4）按控制要求进行操作，观察并调试程序直到满足要求。
3、三台电动机星三角形降压启动停止控制
训练目标
通过本次练习，熟悉三台电动机星三角降压启动控制的主电路和控制电路接线方法，并深入理解PLC编程指令的应用。
控制要求：
控制三台三相异步电动机，启动时，按下启动按钮，第一台电动机将三相定子绕组接成星形接线启动8s后再将三相定子绕组接成三角形，10s后如此启动第二台电动机，10s后再启动第三台电动机。
停止时，按下停止按钮，三台电动机立即停止。
控制方案设计
1、输入输出元件及控制功能
表3-4I/O分配
类型
PLC地址
对应元件（符号）
元件名称
控制功能
输入端口
I0.0
SB1
启动按钮
启动电动机
I0.1
SB2
停止按钮
停止电动机
输出端口
Q0.0
KM11
接触器1
第一台电动机电源连接
Q0.1
KM12
接触器2
第一台电动机星形连接
Q0.2
KM13
接触器3
第一台电动机角形连接
Q0.3
KM21
接触器4
第二台电动机电源连接
Q0.4
KM22
接触器5
第二台电动机星形连接
Q0.5
KM23
接触器6
第二台电动机角形连接
Q0.6
KM31
接触器7
第三台电动机电源连接
Q0.7
KM32
接触器8
第三台电动机星形连接
Q1.0
KM33
接触器9
第三台电动机角形连接
2、硬件设计
三台电动机星三角形降压启动控制主接线图如图3-14所示，控制电路PLC接线图如图3-15所示。
图3-14三台电动机星三角形降压启动控制主接线路
图3-15三台电动机星三角形降压启动控制PLC接线图
3、梯形图程序
打开Step7-MicroWINV4.0，编写梯形图程序。
4、演示操作
演示法
1、教师演示；
2、学生分两组讨论
。
6课时
强化
训练
项目：
组合钻床控制
通过读者们在初步训练中所掌握的知识，以小组的形式，独立完成组合钻床控制的训练，教师负责指导、检查和评价。
一、设计要求
1、单面组合钻床各电机控制要求：
单面组合钻床只有在液压泵电动机M1正常启动运转，机床供油系统正常供油后，才能启动。
刀具电动机M2应在滑台进给循环开始启动运转，滑台退回原位后停止运转。
切削液压泵电动机M3可以在滑台工进时自动启动，在工进结束后自动停止。
2、机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制要求：
机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置由液压系统驱动。
电磁阀YV1、YV2控制定位销液压缸活塞
教师
指导
1、教师引导、示范、指导；2、学生分组，单独对项目进行操作。
2课时
的运动方向；YV3、YV4控制夹紧液压缸活塞的运动方向；YV5、YV6及YV7为滑台油路中的换向电磁阀。
各电磁阀动作状态如下：
表3-5各电磁阀动作状态表
工件名称
定位
夹紧
滑台
电磁阀
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
YV6
YV7
工件定位
+
工件夹紧
+
滑台快进
+
+
+
滑台工进
+
+
滑台快退
+
+
松开工件
+
拔定位销
+
停止
注：
“＋”为电磁阀线圈接通。
从表3-5中可以看出，电磁阀YV1线圈通电时，机床工件定位装置将工件定位；当电磁阀YV3通电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀YV3、YV5、YV7通电时，滑台快速移动；当电磁阀YV3、YV5通电时，滑台工进；当电磁阀YV3、YV6通电时，滑台快速后退；当电磁阀YV4通电时，松开定位销；当电磁阀YV2通电时，机床拔开定位销；定位销松开后，撞击行程开关ST1，机床停止运行。
3、组合钻床总控制过程：
当需要机床工作时，按下系统启动按钮SB2，液压泵电动机M1启动，将工件装入定位夹紧装置，按下液压系统启动按钮SB4，机床按如下步骤工作:
按下液压系统启动按钮SB4→工件定位和夹紧→动力滑台快速进给→动力滑台工进→动力滑台快退至原位→夹紧装置松开→拔出定位销。
在动力滑台快速进给的同时，刀具电动机M2启动运转工作，提供切削动力；在动力滑台工进时，切削液电动机M3自动启动，在工进结束时切削液泵电动机自动停止。
在滑台退回原位后，刀具电动机M2停止运转。
二、任务分析
本任务既有电机的控制要求又有机床动力滑台、工件定位、夹紧的控制要求，要结合考虑。
在硬件设计上，PLC输入口可接10个端口，输出口可接11个端口；在软件设计上可采用单序列的顺序控制法来设计梯形图。
三、任务实施
1、输入输出地址分配
2、硬件设计
图3-17组合钻床控制系统PLC接线图
3、组合钻床控制系统顺序功能图、梯形图程序分别如图3-18和3-19所示。
图3-18组合钻床控制系统顺序功能图
4、演示操作
1）按图3-17所示连接控制电路，检查无误后接通电源。
2）打开计算机中的编程软件，将图3-19所示程序下载给PLC。
3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。
4）观察并调试程序，直到能按控制要求进行演示。
5、任务验收
拓展训练
用触摸屏实现钻床动力滑台系统控制画面制作步骤
案例演示法
教师指导、学生练习
2课时
项目
检查
每个小组的任务完成过程中或完成后，小组讨论，老师现场对学生的完成情况及存在的问题进行检查和指正，进行任务验收。
讲授法
评价法
教师评价、学生发言
15分钟
总结
评价
循序渐进的完成三台电动机顺序定时启动同时停止、逆序停止、星三角形降压启动停止控制和组合钻床控制，在完成任务过程中逐步掌握S7-200新的编程指令和编程方法。
讲授法
演示法
教师讲解；
5分钟
项目总结
布置作业：
课后题1、2
课后小结：
本章以组合钻床控制系统为例，介绍了使用SCR指令编写梯形图程序的方法，使学生有应对一些复杂项目的能力。
最后引入触摸屏控制钻床动力滑台的任务，加深对触摸屏控制系统的理解。
任务验收：
按表3-10所示，验收与评价任务完成情况。
表3-10钻床动力滑台控制系统的任务验收与评价表
内容
满分
评分要求
备注
1.制定工作计划
5
制定的计划简练全面
每少一项扣1分
2.主电路设计
5
主电路接线准确
每错一处扣1分
3.正确选择输入输出设备及地址并画出I/O接线图及实际电气柜布置走线说明
15
设备及端口地址选择正确，接线图正确、标注完整，电气柜整体布局合理
输入输出每错一个扣5分，接线图每少一处标注扣1分
4.正确编制梯形图程序
15
梯形图格式正确、逻辑关系正确，能准确完成控制任务
学生互评
5.学生提问答辩
15
板书（正确、工整），回答问题（正确、简练）
学生互评
6.外部接线正确
10
I/O信号线接线正确
每错一处扣5分
7.准确写入程序并进行整体调试及技能操作
15
操作步骤正确，动作熟练。
（允许根据输出情况进行反复修改。
）
若有违规操作，每次扣5分
8.运行结果及口试答辩
5
程序运行结果正确、表述清楚，口试答辩正确
对运行结果表述不清楚者扣3分
9.出勤纪律及抢答
5
满勤、主导作用强、抢答积极，所回答的问题准确
每抢答一次得5分，否则不得分
10.拓展项目实现
10
拓展项目有效实现
每个项目演示成功得5分，否则为0分
升级会员 