【正文】 的PLC控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)目　錄 前 言 1第1章 多工步組合機(jī)床與PLC 2 課題研究的背景 2 我國(guó)工業(yè)電氣控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 2 3 3 PLC的特點(diǎn) 4 課題的提出 5 課題研究的意義，價(jià)值和技術(shù)可行性 5 PLC控制與繼電器控制的比較 5 PLC控制與單片機(jī)控制的比較 7 小結(jié) 7第2章 硬件設(shè)計(jì) 8 PLC選型設(shè)計(jì) 8 PLC的I/O編址 9 PLC的I/O具體分配表 9 PLC的I/O電路設(shè)計(jì) 10 元件明細(xì)表 11 小結(jié) 14第3章 軟件設(shè)計(jì) 16 16 16 16 18 多工步機(jī)床電氣控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 19 小結(jié) 24第4章 組態(tài)設(shè)計(jì) 26 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì) 27 定義設(shè)備和連接變量 29 數(shù)據(jù)變量定義 29 動(dòng)畫連接與命令語言 30 組態(tài)圖 33結(jié)　論 35謝 辭 36參考文獻(xiàn) 37外文資料翻譯 386前 言工業(yè)機(jī)床的控制在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制中占有重要的位置。多工步機(jī)床由于其工步及動(dòng)作多，控制較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此，故障多，維修困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不僅加大了維修成本，而且影響了設(shè)備的工效。該多工步機(jī)床是采用采用PLC控制，液壓機(jī)械傳動(dòng)的機(jī)床設(shè)備。一般的PLC控制系統(tǒng)有信號(hào)輸入組件，輸出執(zhí)行器件，顯示器件和PLC構(gòu)成。用戶買到所需要的PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試都不需要具有專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)。接著，再通過軟件的編制，最終實(shí)現(xiàn)除裝卸工件以外的其余自動(dòng)循環(huán)過程。第1章 多工步組合機(jī)床與PLC 課題研究的背景本文設(shè)計(jì)的多工步機(jī)床是用于加工棉紡錠子錠腳的一種加工機(jī)床,其錠腳加工工藝比較復(fù)雜,零件加工前為實(shí)心坯件,整個(gè)機(jī)械加工過程由七個(gè)工步要求依次進(jìn)行切削七個(gè)工步依次為：鉆孔、車平面、鉆深孔、車外圓及鉆孔、粗絞雙節(jié)孔及倒角、精絞雙節(jié)孔、絞錐孔，各個(gè)工頻的動(dòng)作分解如圖11所示。我國(guó)工業(yè)電氣控制的發(fā)展道路，大多是引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前，工業(yè)電氣控制技術(shù)正在向智能化，網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。即“五個(gè)正確”。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越?？删幊炭刂破? 簡(jiǎn)稱PLC），是指為計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令、并能通過數(shù)字式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程”。PLC由于采用現(xiàn)代規(guī)模繼承電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷。2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大，中，小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于和種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上PLC通信能力的增加及人機(jī)羅布技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員。4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用破儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建行的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。5. 體積小，重量輕，能耗低以越小型PLC為倒，新近出道的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g, 功耗僅數(shù)瓦。 課題的提出在機(jī)床行業(yè)中，多工步機(jī)床由于其工步及動(dòng)作多，控制較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此，故障多，維修困難。PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活，方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使得PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)：可靠性高，搞干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便；編程語言簡(jiǎn)單，易學(xué)，便于掌握；系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短；對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)；安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小。同時(shí)可編程控制器作為一種新型的工業(yè)自動(dòng)化裝置已在工業(yè)控制名個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有體積小，功耗低，壽命長(zhǎng)，可靠性高，靈活通用，易于編程，紀(jì)念版及使用方便等特點(diǎn)。它通常采用繼電器邏輯控制方式，存在著控制柜體積大，改變控制方式困難，柔性差，設(shè)備的電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。 PLC控制與繼電器控制的比較1. 功能強(qiáng)，性價(jià)比高一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器。4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器，計(jì)算機(jī)等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)，安裝，接線工作量大大減少。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。5. 編程方法簡(jiǎn)單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電器符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的故障，迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要小得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。 PLC控制與單片機(jī)控制的比較PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是一種集成電器，兩者不具有可比性。對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低，效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠地運(yùn)行。 小結(jié)棉紡行業(yè)的現(xiàn)代化，要求機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷的提供各種先進(jìn)的設(shè)備為制造和維修這些設(shè)備，就必須具備制造各種金屬零件的設(shè)備。開發(fā)研制的此項(xiàng)多工步機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的方案采用千里技術(shù)，工作可靠性高，簡(jiǎn)單易懂，容易掌握，維護(hù)方便，性能優(yōu)良，反應(yīng)靈活，自動(dòng)化程度高，適合我國(guó)現(xiàn)在的國(guó)情，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及機(jī)床利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的進(jìn)步有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。PLC技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。程序運(yùn)行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高。因此本文決定采用PLC進(jìn)行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。S7200系列西門子PLC家族中的成員之一，在西門子工控領(lǐng)域中占有重要的地位。而S7200系列的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計(jì)要求，因此設(shè)計(jì)以西門子公司的S7200系列入手。第一代產(chǎn)品為CPU21X型，包括CPU21CPU21CPU215和CPU216，其中每種主機(jī)單元可以進(jìn)行擴(kuò)展。1. CPU221型主機(jī)單元 具有6輸入/4輸出共計(jì)10數(shù)字I/O點(diǎn)，無I/O擴(kuò)展能力。3. CPU224型主機(jī)單元 具有14輸入/10輸出共計(jì)24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可以連接7個(gè)擴(kuò)展單元，最大擴(kuò)展至168個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。 5. CPU226型主機(jī)單元 具有24個(gè)輸入/16個(gè)輸出共計(jì)40個(gè)熟悉I/O點(diǎn)，可以連接的I/O擴(kuò)展單元，最大擴(kuò)展至248個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。因此采用1個(gè)基板即可。表21 PLC的具體配置序號(hào)名稱類型數(shù)量1主機(jī)單元模板CPU22612基板DIN1 PLC的I/O編址 PLC的I/O具體分配表PLC的輸入/輸出具體分配如表22所示。 主電動(dòng)機(jī) 慢速電動(dòng)機(jī) 快速電動(dòng)機(jī)圖21主電路PLC電路主機(jī)單元I/O接線圖如圖22所示。統(tǒng)計(jì)得出需要接觸器四個(gè)，按鈕開關(guān)兩個(gè)，限位開關(guān)四個(gè)，電磁閥一個(gè)，熔斷器兩個(gè)，三相異步交流電動(dòng)機(jī)三臺(tái)。目前按鈕在結(jié)構(gòu)上是多種形式的：旋鈕式用手安東旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作；指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號(hào)顯示信號(hào)；緊急式裝有蘑菇形按帽，以表示緊急操作。按鈕開關(guān)選擇額定電壓是DC4，額定電流5A，電氣壽命為通斷次數(shù)大于20萬次。限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及保護(hù)。因此，限位開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。LXW5系列微動(dòng)開關(guān)是適用于交流50HZ或60HZ，電壓至600V，額定控制電流至15A和直流220V，額定控制電流20A的控制電路中，限位開關(guān)廣泛用于各種機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。LX19系列行程開關(guān)適用于交流50HZ，交流電壓至380V或直流電壓值220V的控制電路中，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，作控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程和變換其運(yùn)動(dòng)方向或速度之用。2. 主觸點(diǎn)額定電壓、額定電流。4. 電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。額定電壓：銘牌額定電壓是指主觸點(diǎn)上的額定電壓。如某負(fù)載是380V的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)選用380V的交流接觸器。通常用的電流等級(jí)為：直流接觸器：25，40，60，100，150，250，400，600A交流接觸器：5 ，10，20，40，60，100，150，250，400，600A上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，接觸工作不超過額定溫升，負(fù)載為間斷——長(zhǎng)期工作制時(shí)的電流值。如果上訴條件改變，就要做相應(yīng)修正起電流值，具體如下：當(dāng)接觸器安裝在想規(guī)內(nèi)，由于冷卻條件差，電流要降低10~20%使用當(dāng)接觸器工作于長(zhǎng)期工作制，而且通電持續(xù)率步超過40%；敞開安裝，電流允許提高10~25%；箱柜安裝，允許提高5~10%。）操作頻率：至每小時(shí)接通的次數(shù)，交流接觸器最高為600次/h，直流接觸器可達(dá)1200次/h。分直流、交流兩類，適用于交流電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。本設(shè)計(jì)使用MZJ型交流接觸器供遠(yuǎn)距離接通和斷開。電磁閥用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。ARE系列的電磁閥主要用于氣壓流控制，根據(jù)介質(zhì)流向要求及管道連接方式克制ARE050可滿足設(shè)計(jì)全部要求，因此選擇ARE050作為控制縱向運(yùn)動(dòng)的開關(guān)。熔斷器選擇，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電壓等級(jí)和熔體的額定電流。熔體電流的選擇是熔斷器選擇的核心，熔斷器種類很多有插入式、填料封閉管式及快速熔斷器等，有RC1A系列、RL1系列、RT0系列、RS0系列等。電動(dòng)機(jī)的額定功率選擇的原則是：所遷額定功率要滿足生產(chǎn)機(jī)械在拖動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)（啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等）對(duì)功率和轉(zhuǎn)矩的要求并在此基礎(chǔ)上使電動(dòng)機(jī)得到充分的利用。拖動(dòng)閘門的電動(dòng)機(jī)常采用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。表23 元件明細(xì)表 小結(jié) 多工步機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)使用繼電接觸器控制實(shí)現(xiàn)邏輯控制，控制系統(tǒng)體積大、運(yùn)行噪聲大、功耗高、接線復(fù)雜、故障率高、工作穩(wěn)定性和高可靠性差、控制速度慢、控制精度差、功能變化難度大、使用壽命短，缺乏故障診斷功能，排查故障困難。PLC技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。程序運(yùn)行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測(cè)及診斷程序，可靠性極高。因此可以采用PLC控制來代替特反應(yīng)爐控制系統(tǒng)中使用繼電接觸器控制實(shí)現(xiàn)的所有邏輯控制，可以保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器的作用不變，以方便用戶使用，縮短適應(yīng)期。操作更簡(jiǎn)便、可靠、指示更清晰。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷計(jì) 器故障。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC