四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计 2.docx

四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计 2.docx

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四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计2

前言

可编程控制器，简称PLC，是一种电气自动化控制装置，国际电工委员会将PLC定义为：

是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来控制各种类型的机械或过程。

可编程序控制器及其有关的设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。

通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，PLC由中央处理单元（CPU）、存储器单元、电源单元、输入输出单元、接口单元和外部设备组成，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。

系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。

用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。

故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程。

进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使得可编程控制器有了突飞猛进的发展，功能日益增强，已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备模数转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、轴定位控制、温度控制、PID控制、远程通讯、高级语言编辑以及各种物理量转换等功能。

特别是远程通讯功能的实现，易于实现时柔性加工和制造系统（FMS），使得PLC如虎添翼，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。

初期的PLC只是用于逻辑控制的场合，代替继电器控制系统。

随着微电子技术的发展，PLC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。

目前，可编程序控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。

在许多场合，可编程序控制器可以构成各种综合控制系统，例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。

PLC基本结构：

1.中央控制单元CPUCPU是PLC的“大脑”，通常由一个微处理器和一个存储器组成。

微处理器实现逻辑处理和控制各模块间通信的功能，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存由微处理器完成的逻辑操作的结果（程序产生的数据）。

2.I/O模块I/O系统构成了现场设备与控制器连接的接口，作用就是从使现场接收到的信号或送到现场的信号达到处理器的要求。

输入（1nput）模块和输出（Output）模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。

3.编程器设备编程设备用来向存储器中写入程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。

手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。

它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

个人计算机（PC）是最常用的编程设备。

使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。

程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。

程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

4．电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。

内部的开关电源为各模块提供DC5V，±12V，24V等直流电源。

小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。

题目

2.1第十四：

四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计

分析：

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。

流程图如图所示。

要求：

手动需要完成、单循环、20次连续的控制。

每个工步之间要有3秒的间隔。

按下停止开关要马上停止并回到初始位置。

2.2PLC的选型原则：

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。

熟悉可编程控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

一般在选择PLC时考虑以下几方面：

一、输入输出（I/O）点数的估算

二、存储器容量的估算

三、控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能和处理速度等特性的选择。

根据题目我选择了日本的欧姆龙（OMRON）公司生产的40点CPM1A.

2.3地址分配表

功能

符号

地址

功能

符号

地址

手动旋钮

SA1

00000

工件夹紧

YV1

01000

单周期

SA2

00001

工作台抬起

YV2

01001

手动按键

SB3

00002

工作台回转

YV3

01002

复位按键

SB4

00003

工作台落下夹紧

YV4

01003

停止

SB5

00004

滑台

（1）向前切削

YV5

01004

启动

SB6

00005

滑台

（1）退后

YV6

01005

工件夹紧行程开关

SQ7

00006

滑台

（2）向前切削

YV7

01006

工作台抬起到位行程开关

SQ8

00007

滑台

（2）退后

YV8

01007

工作台回转到位行程开关

SQ9

00008

滑台（3）向前切削

YV9

01100

工作台落下夹紧行程开关

SQ10

00009

滑台（3）退后

YV10

01101

滑台

（1）向前切削行程开关

SQ11

00010

工件松开

YV11

01102

滑台

（1）退后行程开关

SQ12

00011

滑台

（2）向前切削行程开关

SQ13

00100

滑台

（2）退后行程开关

SQ14

00101

滑台（3）向前切削行程开关

SQ15

00102

滑台（3）退后行程开关

SQ16

00103

工件松开到位行程开关

SQ17

00104

2.4I/O端口分配图

2.5功能表图：

2.6梯形图：

7.语句表：

LDP_First_Cycle

OR200.00

LD200.14

ANDT0014

ORLD

LD200.15

ANDC0014

ANDNOT0.04

ORLD

LD210.10

AND1.04

AND0.02

ORLD

LD200.01

OR200.02

OR200.03

OR200.04

OR200.05

OR200.06

OR200.07

OR200.08

OR200.09

OR200.10

OR200.11

OR200.12

OR200.13

AND0.03

ORLD

ANDNOT200.01

ANDNOT210.00

OUT200.00

LD200.00

AND0.05

ANDNOT0.00

LD200.15

ANDNOT0.04

ANDNOTC0014

ORLD

OR200.01

ANDNOT200.02

OUT200.01

LD200.01

ANDT0000

AND0.06

ANDNOT0.03

LD200.11

ANDNOT0.03

ANDNOTC0010

ORLD

OR200.02

ANDNOT200.03

ANDNOT200.00

OUT200.02

LD200.02

ANDT0001

AND0.07

ANDNOT0.03

OR200.03

ANDNOT200.04

ANDNOT200.00

OUT200.03

LD200.02

ANDT0002

AND0.08

ANDNOT0.03

OR200.04

ANDNOT200.05

ANDNOT200.07

ANDNOT200.09

AND200.00

OUT200.04

LD200.04

ANDT0003

AND0.09

ANDNOT0.03

OR200.05

ANDNOT200.06

ANDNOT200.00

OUT200.05

LD200.05

AND0.10

ANDT0004

ANDNOT0.03

OR200.06

ANDNOT200.11

ANDNOT200.00

OUT200.06

LD200.04

ANDT0003

AND0.09

ANDNOT0.03

OR200.07

ANDNOT200.08

ANDNOT200.00

OUT200.07

LD200.07

ANDT0006

AND0.07

ANDNOT0.03

OR200.08

ANDNOT200.11

ANDNOT200.00

OUT200.08

LD200.04

ANDT0003

AND0.09

ANDNOT0.03

OR200.09

ANDNOT200.10

ANDNOT200.00

OUT200.09

LD200.09

ANDT0008

AND1.02

ANDNOT0.03

OR2000.10

ANDNOT200.11

ANDNOT200.00

OUT200.10

LD200.08

AND200.10

AND200.06

AND0.11

ANDT0005

ANDT0007

ANDT0009

AND1.01

AND1.03

ANDNOT0.03

OR2000.10

ANDNOT200.12

ANDNOT200.02

ANDNOT200.00

OUT200.11

LD200.11

ANDC0010

ANDNOT0.03

OR200.12

ANDNOT200.13

ANDNOT200.00

OUT200.12

LD200.12

AND1.04

ANDNOT0.03

OR200.13

ANDNOT200.14

ANDNOT200.00

ANDNOT200.15

OUT200.13

LD200.13

AND0.01

ANDT0012

ANDNOT0.03

OR200.14

ANDNOT200.00

OUT200.14

LD200.13

ANDNOT0.01

ANDT0012

ANDNOT0.03

OR200.15

ANDNOT200.00

ANDNOT2000.01

OUT200.15

LD200.00

AND0.00

AND0.05

AND0.02

OR210.00

ANDNOT210.01

OUT210.00

LD210.00

AND0.06

AND0.02

OR210.01

ANDNOT210.02

OUT210.01

LD210.01

AND0.07

AND0.02

OR210.02

ANDNOT210.03

OUT210.02

LD210.02

AND0.08

AND0.02

OR210.03

ANDNOT210.04

ANDNOT210.06

ANDNOT210.08

OUT210.03

LD210.03

AND0.09

AND0.02

OR210.04

ANDNOT210.05

OUT210.04

LD210.04

AND0.10

AND0.02

OR210.05

ANDNOT210.10

OUT210.05

LD210.03

AND0.09

AND0.02

OR210.06

ANDNOT210.07

OUT210.06

LD210.06

AND0.10

AND0.02

OR210.06

ANDNOT210.10

OUT210.07

LD210.03

AND0.09

AND0.02

OR210.08

ANDNOT210.09

OUT210.08

LD210.08

AND1.02

AND0.02

OR210.09

ANDNOT210.10

OUT210.09

LD210.05

AND210.07

AND210.09

AND0.11

AND1.01

AND1.03

AND0.02

OR210.10

ANDNOT200.00

OUT210.10

LD200.01

OR210.00

OUT10.00

LD200.01

TIM0000#030

LD200.02

OR210.01

OUT10.01

LD200.02

TIM0001#030

LD200.03

OR210.02

OUT10.02

LD200.03

TIM0002#030

LD200.04

OR210.03

OUT10.03

LD200.04

TIM0003#030

LD200.05

OR210.04

OUT10.04

LD200.05

TIM0004#030

LD200.06

OR210.05

OUT10.05

LD200.06

TIM0005#030

LD200.07

OR210.06

OUT10.06

LD200.07

TIM0006#030

LD200.08

OR210.07

OUT10.07

LD200.08

TIM0007#030

LD200.09

OR210.08

OUT11.00

LD200.09

TIM0008#030

LD200.10

OR210.09

OUT11.01

LD200.10

TIM0009#030

LD200.11

LDP_First_Cycle

CNT0010#004

LD200.12

OR210.10

OUT11.02

LD200.12

TIM0011#030

LD200.13

TIM0012#030

LD200.14

TIM0013#030

LD200.15

LDP_First_Cycle

CNT0014#020

End

总结

经过为时1周的PLC课程设计，让我感到非常具有挑战性，同时也锻炼了我们的动手能力。

在此，我也意识到了理论结合实践，才可以真的学以致用。

PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。

在这次课程设计中，我的设计题目是四工位卧式镗铣组合机床控制系统设计，它的难点涉及到了PLCI/0点的分配，如果我们的输入输出弄不清楚的话，我们的运行。

通过整个题目的分析，不仅巩固了我以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过到图书馆及上网搜索资料，我进一步的了解了该领域的好多知识。

通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案。

在软件的部分，依次实现了PLC流程图、梯形图的控制方式，通过这次课设使我更加看到了自己的不足，我认识到不管做什么事都需要大胆假设，小心求证，绝不能想当然的猜测。

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，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在以后的学习工作中我都会记住这次课设经验，使我受益匪浅。

何艾镁

2012年12月12日

参考文献

[1]周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京：

电子工业出版社，2004.

[2]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.

[3]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.