基于S7200PLC液压组合机床的控制2.docx

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基于S7200PLC液压组合机床的控制2

编号1251401140

《电气控制与PLC应用》

课程设计

（2012级本科）

题目：

基于S7-200PLC液压组合机床的控制

学院：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

吴雪琴

指导教师：

关虎昌职称：

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的液压传动组合机床控制任务书

（本题IO点数较多可根据情况对功能做删减）

一、双面单工位液压传动组合机床继电器控制系统

图为某双面单工位液压传动组合机床继电器控制的电气原理图。

本机床采用3台电动机进行拖动，Ml、M2为左右动力头电动机，M3为冷却泵电动机。

SAl为左动力头单独调整开关。

SA2为右动力头单独调整开关，通过它们可实现对左右动力头的单独调整。

SA3为冷却泵电动机工作选择开关。

左右动力头的工作循环如图所示。

液压执行元件状态如表6—6所示，其中表示电磁阀，KP表示压力继电器。

自动循环的工作过程如下：

SAl、SA2处于自动循环位置，按下启动按钮SB2，接触器KMl、KM2线圈通电并自锁，左、右动力头电动机同时启动旋转。

按下“前进”按钮SB3，中间继电器KAl、KA2、通电并自锁，电磁铁YVl、YV3通电，左、右动力头快速进给并离开原位，行程开关SQl、SQ2、SQ5、SQ6先复位，行程SQ3、SQ4后复位。

当S03、S04复位后，KA通电并自锁。

在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下行程开关SQ，接触器KM3线圈通电，冷却泵电动机M3工作，供给冷却液。

当左动力头加工完毕，将压下SQ7并顶在死挡铁上，其油路油压升高，KPl动作，使KA3通电并自锁；当右动力头加工完毕，将压下SQ8并使KP2动作，KA4将接通并自锁。

同时KAl、KA2将失电，Yvl、YV3也将失电，YV2、YV4将通电，左右动力头将快退。

当左动力头使SQ复位后，KM3将失电，冷却泵电动机将停转。

左右动力头快退至原位时，先压下SQ3、SQ4，再压下SQl、SQ2、SQ5、SQ6，使KMl、KM2线圈断电，动力头电动机Ml、M2断电，同时KA、KA3、KA4线圈断电，YV2、YV4断电，动力头停止，机床循环结束。

加工过程中，按下SB4，可随时使左、右动力头快退至原位停止。

机床的过载、短路保护等清读者自己分析。

二、双面单工位液压传动组合机床PLC控制方案

清点继电器控制电路中的按钮、行程开关、压力继电器、热继电器触点。

可确定应有21个输人信号（4个按钮、9个行程开关、3个热继电器动断触点、2个压力继电器触点、3个转换开关），则需占用21个输入点。

在实际应用中，为节省PLc的点数，可适当改变输入信号接线，如将SQ8与KP2串联后作为PLc的一个输入信号，就能减少一个输入点。

依此方法可得到PLC的输入点分配及接线图如图6—12所示。

这时PLc的输入点数由21点减少至13点，这样可以降低设备的成本，然而由于有些接点采用串、并联的形式输入，可能降低输入器件的可靠性和整个控制系统的可靠性。

三、设计任务

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行液压传动组合机床运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

主要内容包括：

1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；

2.系统有启动、停止功能；

3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；

4.程序结构与控制功能自行创新设计；

5.进行系统调试，实现液压传动组合机床的控制要求。

四、设计报告

课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。

摘要

为了进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程绘图、书写技术报告的能力，进行双面单工位液压传动组合机床的控制。

组合机床是由一些通用部件及少量专用部件组合而成的自动化程度较高的高效专用机床。

传统的继电-接触器控制系统存在电路复杂、可靠性差等缺点。

而采用PLC控制器作为新一代的工业控制装置，具有开发柔性号，接线简单方便，可靠性高等特点。

在此次课程设计中，组合机床的控制回路主要是通过继电-接触器电路来控制油路。

也就是控制YV1、YV2、YV3、YV4、KP1、KP2这六个电磁阀的通断。

而油路是事先设计好的，所以我们只要编写一个程序，使得双面单工液压传动组合机床在PLC的控制下，自行完成以下描述的工作流程。

关键字：

PLC双面单工液压传动组合机床控制程序

1、设计的目的和意义

通过对液压组合机床PC－PLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。

为了进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实践中的应用能力；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程绘图、书写技术报告的能力，进行液压传动组合机床的控制。

组合机床是由一些通用不见及少量专用部件组合而成的自动化程度较高的高效专用机床。

传统的继电器-接触器控制系统存在电路复杂、可靠性差、操作难等缺点。

而采用PLC控制器作为新一代的工业控制装置，具有开发柔性好，接线简单方便，可靠性高等特点。

2、总体方案设计

2.1课程设计内容

此次课程设计中，组合机床的控制回路主要是通过接触器-继电器电路来控制油路。

也就是控制YV1、YV2、YV3、YV4、KP2、KP2这六个电磁阀的通断。

而油路是事先设计好的，所以我们只要编写一个程序，使得液压传动组合机床在PLC的控制下，自行完成指定流程。

本机床采用3台电动机进行拖动，Ml、M2为左右动力头电动机，M3为冷却泵电动机。

SA1为左动力头单独调整开关。

SA2为右动力头单独调整开关，通过它们可实现对左右动力头的单独调整。

SA3为冷却泵电动机工作选择开关。

自动循环的工作过程如下：

SA1、SA2处于自动循环位置，按下启动按钮SB2，接触器KM1、KM2线圈通电并自锁，左、右动力头电动机同时启动旋转。

按下“前进”按钮SB3，中间继电器KA1、KA2、通电并自锁，电磁铁YV1、YV3通电，左、右动力头快速进给并离开原位，行程开关SQ1、SQ2、SQ5、SQ6先复位，行程SQ3、SQ4后复位。

当SQ3、SQ4复位后，KA通电并自锁。

在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下行程开关SQ，接触器KM3线圈通电，冷却泵电动机M3工作，供给冷却液。

当左动力头加工完毕，将压下SQ7并顶在死挡铁上，其油路油压升高，KP1动作，使KA3通电并自锁；当右动力头加工完毕，将压下SQ8并使KP2动作，KA4将接通并自锁。

同时KA1、KA2将失电，YV1、YV3也将失电，YV2、YV4将通电，左右动力头将快退。

当左动力头使SQ复位后，KM3将失电，冷却泵电动机将停转。

左右动力头快退至原位时，先压下SQ3、SQ4，再压下SQ1、SQ2、SQ5、SQ6，使KM1、KM2线圈断电，动力头电动机Ml、M2断电，同时KA、KA3、KA4线圈断电，YV2、YV4断电，动力头停止，机床循环结束。

加工过程中，按下SB4，可随时使左、右动力头快退至原位停止。

2.2课程设计要求分析

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统仿真调试能力、分析问题与解决问题的能力。

主要内容包括：

1.设计出硬件系统的接线图、梯形图等；

2.系统有启动、停止功能；

3.运用功能指令进行PLC控制程序设计；

4.进行系统调试及其仿真。

3、硬件设计

3.1液压传动组合机床控制系统

随着PLC技术的发展，PLC产品种类也越来越多，而且功能也日趋完善。

不同种类之间的功能设置有着很大的差异，其结构形式、性能、容量、指令系统、价格也不尽相同，适合穿的场合也有个侧重。

这既给PLC机型选择提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的合理选用难度。

PLC型号选择的基本原则是在满足功能的前提下，追求性价比。

因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。

PLC平均的I/O点的价格还比较高。

因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但是必须留有一定的余量。

本机床用于两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。

液压传动机床的工作程序是：

（1）快进左右动力头在M1和M2的带动下快速前进

（2）工进前进到达开关SQ位置即停止，液压泵启动进行工进，左右动力头进行两端切削加工。

（3）后退当工进后，碰到SQ7和SQ8时，挡铁停留KP1和KP2动作，后退。

表3-1液压执行元件动作状态表

工步

YV1

YV2

YV3

YV4

KP1

KP1

快进

+

-

+

-

-

-

工进

+

-

+

-

-

-

挡铁停留

+

-

+

-

+

+

快退

-

+

-

+

-

-

原位停止

-

-

-

-

-

-

图3-1主电路

图3-2控制电路

图3-3工作循环示意图

液压传动组合机床的PLC控制系统程序可由8Q2原继电器，接触器控制系统转换得到，转换过程中应注意以下四个方面。

1.输入设备的处理

对输入设备进行处理时，继电器一接触器控制电路中，如果该设备是由常开触点构成，转为PLC控制后，该设备仍用常开触点作PLC的输入设备，程序中对应触点的状态不变；如果该设备足由常闭触点构成，转为PLC控制后，该设备仍用常闭触点作PLC的输入设备，程序中对应的触点取相反状态。

2.输出设备的处理

原继电器一接触器控制系统中的电磁阀线圈和接触器线圈用对应的输出继电器线圈取代，接触器的触点用对应的输出继电器的触点取代，并且状态不变。

3.中间继电器的处理

原继电器一接触器控制系统中的中间继电器由PLC的辅助继电器M代替。

4.设置中间单元

设计程序时以线圈为单位，分别考虑继电器一接触器控制电路中的每个线圈受到哪些触点和电路的控制，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，在程序中可设置用该电路控制的辅助继电器来简化程序。

3.2PLC的选型

3.2.1PLC的选型原则

1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。

同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2.保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。

3.力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

4.适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。

这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

3.2.2PLC选型

根据该组合机床的控制要求，清点继电器控制电路中的按钮、行程开关、压力继电器、热继电器触点。

该系统共需开关量输入信号21个（4个按钮、9个行程开关、3个热继电器动断触点、2个压力继电器，3个转换开关），开关量输出7个（3个接触器线圈，4个电磁阀线圈）。

在设计应用中，为节省PLC的点数，可适当改变输入信号接线以节省输入点。

用这种方法将PLC的输入点数由21点减少至15点。

因此选用西门子CPU226型PLC（24点输入，16点输出）进行设计。

3.3I/O分配表

表3-2I/O分配表

输入信号

代号

地址

说明

SB1

I0.0

总停止按钮

SB2

I0.1

总启动按钮

SB3

I0.2

动力头前进按钮

SB4

I0.3

动力头退回原位按钮

SQ1、SQ2

I0.4

自动循环行程开关

SQ3、SQ4

I0.5

自动循环行程开关

SQ5

I0.6

自动循环行程开关

SQ6

I0.7

自动循环行程开关

SQ7、KP1

I1.0

左动力头后退行程开关、压力继电器

SQ8、KP2

I1.1

右动力头后退行程开关、压力继电器

SQ、SA3、FR3

I1.2

冷却液泵电动机启停行程开关及控制元件

KR1

I1.3

热继电器

KR2

I1.4

热继电器

SA1

I1.5

手动开关

SA2

I1.6

手动开关

输出信号

代号

地址

说明

KM1

Q0.0

左动力头电动机M1接触器

KM2

Q0.1

左动力头电动机M1接触器

KM3

Q0.2

冷却泵电动机M3接触器

YV1

Q0.3

电磁阀

YV2

Q0.4

电磁阀

YV3

Q0.5

电磁阀

YV4

Q0.6

电磁阀

3.4外部接线图

根据设计任务要求PLC主机的硬件接线图如图3-4所示。

图3-4液压传动组合机床控制系统的PLC接线图

4、软件设计

4.1程序设计流程图

根据对液压传动组合机床工作过程的描述，可以设计出液压传动组合机床控制系统PLC程序的程序流程图，如图4-1所示。

图4-1程序流程图

4.2程序设计梯形图

梯形图语言是在传统电气控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。

它与电气控制线路图相似，继承了传统电气控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入、输出形式，具有形象、直观、使用的特点。

因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。

设计梯形图：

5、仿真与调试

采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集的图如下图所示：

按下启动按钮SB2,使线圈KM1，KM2得电，左右动力头电动机同时启动旋转。

按下前进按钮SB3，左右动力头快速进给并离开原位，在动力头进给过程中靠自行程阀自动变快进为工进，同时按下行程开关SQ，KM3得电，冷却泵电动机M3工作，供给冷却液。

左右动力头加工完毕后，冷却电动机停转，当左右动力头快退原位时，先压下SQ3、SQ4，再压下SQ1、SQ2、SQ5、SQ6，动力头电动机M1、M2,断电，同时YV2、YV4断电，动力头停止，机床循环结束。

6、设计总结

通过本次论文设计，使我对PLC控制的知识有了更深层次的认识，同时通过多次上机操作，我对计算机的应用能力也有很大的提高，而在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合应用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。

在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。

7、参考文献

[1]张晓峰.电气控制与可编程控制技术应用[M].北京：

国防工业出版社，2014.

[2]陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：

电子工业出版社，2014.

[3]晁阳.可编程控制器原理应用与实例分析[M].北京：

清华大学出版社，2007.

[4]王阿根.可编程控制器应用技术（西门子S7-200系列）[M].北京：

清华大学出版社，2007.

[5]国家标准局.电气制图及图形符号国家标准汇编[M].北京：

中国标准出版社，1989.