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课程设计

课题：

钻孔动力头装置的控制

专业：

电气工程及其自动化

班级：

2012级电气6班

学号：

1215591312152201

姓名：

石路廖禄鹏

指导教师：

罗平

设计日期：

2014—12—10

成绩：

目录

一、设计目的1

二、设计要求1

三、实现过程2

3.1、系统概述2

3.1.1、PLC的定义2

3.1.2、PLC的简介2

3.1.3、PLC的工作原理2

3.1.4、PLC的循环扫描工作..........................................................................................3

3.1.5、PLC的硬件组成4

3.1.6、PLC的特点5

3.2、 设计与分析6

3.2.1、输入输出配置6

3.2.2、钻孔动力头控制面板7

3.2.3、程序梯形图8

3.2.4.外部接线图10

3.2.5、电气图11

3.2.6、程序仿真图11

四、总结13

五、参考文献13

钻孔动力头装置的控制设计报告

一、设计目的

动力头也称动力刀座，指的是安装在动力刀塔上、可由伺服电机驱动的刀座。

这种刀座一般应用在车铣复合机上，也有少数可应用在带动力刀塔的加工中心上。

随着加工件的日益复杂化，因而对动力头装置加以控制系统。

用以顺应新时代加工方式的需求。

PLC不但可实现类似控制功能,还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。

本设计是基于西门子S7-200系列PLC构成的钻孔动力头控制系统，对钻孔动力头的方案进行了论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，对基于西门子S7-200系列PLC构成的钻孔动力头装置的控制系统整体设计过程进行较为细致的论述。

二、设计要求

（1）动力头在原位，并加以启动信号，这时接通电磁阀YV1，动力头快进。

（2）动力头碰到限位开关SQ1后，接通电磁阀YV1和YV2，动力头由快进转化为工进，同时动力头电机转动（KM1控制）。

（3）动力头碰到限位开关SQ2后，开始延时10s。

（4）延时时间到，接通电磁阀YV3，动力头快退。

（5）动力头回到原位即停止。

三、实现过程

3.1、系统概述

3.1.1、PLC的定义

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

3.1.2、PLC的简介

PLC是以CPU为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

目前，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。

日本的几个厂家为三菱、富士。

日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。

美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。

还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气的。

西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3,S3,S5,S7系列，已成为应用非常广泛的可编程控制器。

3.1.3、PLC的工作原理

PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。

PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图3-1）。

但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。

3.1.4、PLC的循环扫描工作

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

PLC的扫描全过程如图3-2所示。

（1）输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

（3）输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

图3-2PLC的扫描全过程

3.1.5、PLC的硬件组成

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。

其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图3-3。

图3-3PLC硬件结构图

3.1.6、PLC的特点

（1）抗干扰能力强，可靠性好

I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。

（2）控制系统结构简单，通用性强

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

（3）编程方便，易于使用

PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。

（4）功能完善

在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。

（5）设计、施工、调试、的周期短

PLC采用模块化积木式结构，故仅需按性能、容量等选用组装，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。

（6）体积小，维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。

（7）易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

（8）可实现三电一体化

PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。

3.2、 设计与分析

3.2.1、输入输出配置

表3-1输入输出配置图

输入设备

输入端口编号

启动按钮SB0

I0.0

限位开关SB1

I0.1

限位开关SB2

I0.2

限位开关SB3

I0.3

输出设备

输出端口编号

电磁阀YV1

Q0.1

电磁阀YV2

Q0.2

电磁阀YV3

Q0.3

接触器KM1

Q0.0

3.2.2、钻孔动力头控制面板

图3-4控制面板

3.2.3、程序梯形图

3.2.4.外部接线图

图3-5外部接线图

3.2.5、电气图

图3-6电气图

3.2.6、程序仿真图

图3-7仿真总图

图3-8程序模块图

图3-9仿真图

四、总结

石路：

通过装对钻孔动力头装置的PLC控制课程设计，让我对PLC的相关问题有了较为深刻的认识，比如说编写程序，对梯形图的认识，对波形图的认识等等。

这也让我充分的认识到，书本上的知识要放到实际中去，才能发挥其巨大的作用。

在这次的课程设计中，刚开始的时候出现了一个严重的问题，梯形图写不出来。

后来经过组员的不懈努力和同学们的无私帮忙，最终解决了这个难题。

于是剩下的问题比如说仿真，做文档等，都迎刃而解。

这也使我觉得，面对困难的时候不要孤军奋战，而应该大家团结起来，一起解决问题。

经过了这次的课程设计，提高了动手能力，这是最主要的。

廖禄鹏：

经过这次课程设计，让我学到了很多的东西，因为在实践中，书本上面没有显示的问题才会表现出来。

在这次课程设计中，我们进过不懈的努力，终于取得了长足的进步，也使自己的动手实践能力得到了很大的加强。

五、参考文献

1·任振辉邵利敏·《现代电气控制技术》·机械工业出版社·2012.5

2.三菱电机株式会社.三菱PLC编程手册[Z].日本：

三菱电机株式会社.2003

3.邓星钟.机电传动控制[M].武汉：

华中科技大学出版社.2001

4.张晓峰.电气与PLC控制技术及应用[M].北京：

高等教育出版社.2013