毕业设计用s7200 PLC改造T68卧式镗床的电气控制系统.docx
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毕业设计用s7200PLC改造T68卧式镗床的电气控制系统
毕业设计（论文）
题目：
用PLC改造T68卧式镗床的电气控制系统
姓名
学号
专业机电一体化技术
年级2009
指导教师
完成时间
目录
任务书3
PLC简介5
镗床的概述8
T68卧式镗床的概述8
改造的目的8
西门子系列PLC对T68镗床的改造9
T68机床电气原理图..................................................................................................................12
T68机床电气原理分析12
1.主电路分析...........................................................................................................................12
2.控制电路分析.......................................................................................................................13
PLC控制的I/O分配表...................................................................................................................15
PLC控制的I/O接线图..................................................................................................................16
PLC控制的梯形图..........................................................................................................................17
PLC指令表18
电气元件的计算20
电气元器件清单21
电气元件安装位置图......................................................................................................................23
电柜外电气元件接线图..................................................................................................................24
电柜内电器元件接线示意图..........................................................................................................25
总结26
主要参考文献：
26
柳州职业技术学院毕业设计（论文）
任务书
系（部）专业班学生学号
一、毕业设计（论文）题目：
用PLC改造卧式镗床的电气控制系统
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：
2011年7月5日起至2011年9月30日止
三、毕业设计（论文）进行地点：
四、任务书的内容：
镗床主要用于孔的精加工，它可以进行。
T68卧式镗床外形图如图1所示。
1-床身；2-下溜板；3-上溜板；4-主轴变速机构；5-主轴箱；6-前立柱；7-进给变速操纵盘；
8-平旋盘（花盘）；9-刀具溜板；10-主轴（镗轴）；11-回转工作台；12-后立柱；13-镗杆支撑架；14快速操纵手柄；15按钮板
图1T68卧式镗床外形图
1、运动形式
⏹主运动：
主轴的旋转与花盘的旋转运动。
⏹进给运动：
主轴在主轴箱中的进出进给，花盘上刀具的径向进给，工作台的横向和纵向进给，主轴箱的升降。
这些进给运动都可以进行手动或自动。
⏹辅助运动：
回转工作台的转动，后立柱的纵向移动，镗杆支架的垂直移动及各部分的快速移动。
2、控制要求
⏹为了适应各种加工工艺的要求，有较大的调速范围，主电动机采用双速电动机，用于拖动主运动和进给运动。
主运动和进给运动的调速采用变速孔盘机构。
⏹由于进给运动有几个方向，要求主电动机能正反转，为适应调整需要主电动机还能正反向点动，也可串入电阻反接制动。
⏹主电动机可以低速全压启动。
若需要高速运转，必须先低速启动，经一段延时后，再自动转为高速，以减小启动电流。
⏹各进给部分的快速移动，采用一台快速移动电动机拖动。
设计要求：
选用西门子7S-200系列的PLC对T68卧式镗床的电气控制系统进行改造设计。
给定参数：
主电动机5.5/7.5kW，1460/2880r/min，380V；快速移动电动机3kW，1430r/min，380V。
其余参数由学生自己设定。
目的：
（1）通过本设计使学生掌握根据普通机床的加工工艺要求进行机床电气控制系统改造（继电器——接触器控制、PLC控制）的基本方法进一步巩固电气控制技术与可编程控制器的理论和应用知识，培养学生分析控制要求、设计和调试控制系统的能力，为将来从事机电设备电气控制设计、维修和管理打下基础。
（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，认真思考、用于开拓、用于实践的基本素质。
（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力和解决生产中实际问题的能力。
（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行综合考核。
任务：
（1）收集T68卧式镗床的相关资料，分析其工作过程。
（2）技术参数的设定。
（3）设计机床电气控制系统，分析电气控制电路工作过程。
（4）选择PLC型号，设计PLC控制系统输入输出接线图、梯形图。
（5）完成电气元件计算选择、列出元件清单。
（6）设计机床电气接线施工方案。
工作日程安排：
（1）准备阶段：
（7月5日～7月6日）
学生在指导教师指导下确定论文题目
（2）毕业设计阶段：
（7月7日～9月11日）
学生在指导教师的指导下，进行电气控制电路的设计。
初步完成后，指导老师审阅，并修改。
（3）编写设计说明书阶段：
（9月12日～9月15日）
（4）修改说明书阶段（9月16日～9月24日）
学生根据指导教师提出的意见和建议，对说明书作出必要的补充修改，并于9月3日前交全部设计终稿。
（5）答辩准备阶段（9月25日～9月26日）
指导教师审定设计，推荐合格的学生参加答辩，学生准备答辩资料。
（6）论文答辩阶段（9月27日～9月30日）
毕业设计分组答辩。
设计（论文）要求：
要求每个学生设定不同的工艺要求及技术参数独立完成设计。
（1）画出电气控制原理图，分析电气控制电路工作过程。
（2）画出PLC控制输入输出接线图、梯形图，写出程序清单。
（3）完成电气元件选择、列出元件清单。
（4）绘制电器元件安装位置图和电气接线示意图。
（5）编写设计说明书（不少于7000字）及进行毕业答辩。
PLC简介
PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。
PLC=ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
是工业控制的核心部分。
1、PLC的基本概念
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic
Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（Personal
Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。
2、PLC的基本结构
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，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
3、PLC的工作原理
一.扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
4、PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。
因此能大大减少控制器所需之硬件空间。
实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU
中并最后执行控制运作。
在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：
步骤一“输入状态检查”：
PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0
代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。
步骤二“程式执行”：
将阶梯图程式逐行取入CPU
中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。
输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。
步骤三“输出状态更新”：
将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。
此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC
之反应时间，PLC
输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。
每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。
PLC内部运作架构
5、plc的特点
plc具有以下鲜明的特点。
（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回
路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
（2）
使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
西门子PLC
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（CN），S7-1200,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。
1．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。
6．SIMATICS7工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：
（1）编程和工程工具编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。
STEP7标准软件包SIMATICS7是用于S7-300/400，C7PLC和SIMATICWinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
（2）基于PC的控制软件基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了WindowsNT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。
WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。
另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。
WinAC与SIMATICS7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。
镗床的概述
由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。
1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。
1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。
1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。
1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。
为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。
随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。
20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。
为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。
有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。
镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型（见彩图）。
①卧式镗床：
应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产和修理车间。
②落地镗床和落地镗铣床：
特点是工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重量较大的工件,用于重型机械制造厂。
③金刚镗床:
使用金刚石或硬质合金刀具，以很小的进给量和很高的切削速度镗削精度较高、表面粗糙度较小的孔，主要用于大批量生产中。
④坐标镗床：
具有精密的坐标定位装置，适于加工形状、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，还可用以进行划线、坐标测量和刻度等工作，用于工具车间和中小批量生产中。
其他类型的镗床还有立式转塔镗铣床、深孔镗床和汽车、拖拉机修理用镗床等。
T68卧式镗床的概述
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密的孔和各孔间的距离要求较为精确的零件。
T68卧式镗床的主拖动采用△―YY的双速电动机。
为了克服主轴运动系统在采用滑移齿轮变速时出现顶齿现象，在变速过程中才用低速。
为适应加工过程中调整的需要，主轴可以正、反点动调整，这是通过主轴电动机低速点动来实现的。
同时主轴还有正、反向旋转，这也是通过主轴电动机的正、反转来实现的。
由于主轴的制动要求快而准确，所以T68卧式镗床常采用反接制动。
根据T68卧式镗床运动要求，各进给部分应能快速移动。
T68卧式镗床的运动方式有：
主运动：
主轴的旋转与花盘的旋转运动。
进给运动：
主轴在主轴箱中的进出进给，花盘上刀具的径向进给，工作台的横向和纵向进给，主轴箱的升降。
这些进给运动都可以进行手动或自动。
辅助运动：
回转工作台的转动，后立柱的纵向移动，镗杆支架的垂直移动及各部分的快速移动。
改造的目的
PLC（可编程序控制器）是以微机技术为核心的通用工业控制装置。
它是将传统的继电器-接触器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有功能大、环境适应性好、编程简单、使用方便等优点。
因此，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。
学习、掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。
目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量和生产效率。
而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。
对T68镗床的电气控制线路进行了分析与研究后,T68镗床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；T68镗床的电气控制系统,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。
采用可编程序控制器（PLC）对T68镗床传统的电气控制系统进行改造,在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。
PLC对T68镗床控制改造的设计梯形图,提高了T68镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对T68镗床的继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。
本设计在手法上采用模块化结构，运用图解的方法，意图为主，以文为辅。
本设计对梯形图的每个梯级和语句表的每个语句都添加注解说明，解释和说明该梯级和语句的作用，并且用电路工作过程图与电器元件和编程元件动作顺序表相结合的方法来说明PLC的控制过程。
西门子系列PLC对T68镗床的改造
镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。
T68镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。
针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，运行效果良好。
改造方案的确定
1原镗床的工艺加工方法不变；
2在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；
3电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器），作用与原电气线路相同；
4主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变；
5改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。
T68机床电气原理分析
1.主电路分析：
快速移动电机M2：
KM6、KM7作主轴进给和工作台进给的正、反转控制。
主轴电机M1：
KM1、KM2用于主轴电机的正、反转控制
KM4、KM5用于高速YY连接高
2.控制电路分析：
主轴电动机正反转控制：
主轴电动机的正向启动:
按下正转启动按钮SB2,中间继电器KA1线圈获电吸合,KA1常开触头闭合,接触器KM3线圈得电（此时位置开关SQ3合SQ4已被操纵手柄压合）,KM3住触头闭合,将制动电阻R短接,而KM3常开辅助触头闭合,接触器KM1线圈获电吸合,KM1主触头闭合,接通电源。
KM1的常开触头闭合，KM4线圈获电吸合，KM4主触头闭合，电动机M1接成△正向启动，空载1500r/min。
主轴电动机的反向启动:
反转是只需按下反转启动按钮SB3动作原理同上，所不同的是中间继电器KA2和接触器KM2获电吸合。
（2）主轴电动机M1的点动控制
按下正向点动启动按钮SB4，接触器KM1线圈获电吸合，KM1常开触头闭合，接触器KM4线圈获电吸合。
这样，KM1和KM4的主触头闭合，便使电动机M1接成△并串联电阻R点动。
同理，按下反向点动按钮SB5，接触器KM2和KM4线圈获电吸合，M1反向点动。
（3）主轴电动机M1的停车制动
假设电动机M1正转，当速度达到120r/min以上时，速度继电器KS常开触头闭合，为停车制动作好准备。
若要M1停车，就按SB1，则中间继电器KA、KM1和接触器KM3断电释放，KM3常开触头断开，KM1线圈断电释放，K
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