基于PLC液压组合机床控制系统
基于PLC液压组合机床控制系统
1 引言 1
1.1 基于PLC液压组合机床控制系统的特点 2
1.2 课题内容 2
2 液压组合机床 2
2.1 液压组合机床机械部分 3
2.2 液压组合机床的液压站 5
2.2.1 液压马达 5
2.2.1 液压站布局 5
3 控制系统设计概述 7
3.1 液压组合机床的加工工艺 7
3.2 PLC模块设计概述 8
3.2.1 PLC主机型号选择 8
3.2.2 扩展模块的选择 8
3.2.3 PLC电源设计 9
3.3 程序设计步骤 9
4 PLC的选型 9
4.1 s7-200PLC的选型 10
4.1.1 CPU的选择 10
4.1.2 扩展模块的选择 14
4.1.3 PLC电源设计 15
4.1.4 I/O接线图 15
5 控制面板设计 17
5.1 主体元件及零部件规格 17
5.1.1 s7-200 CPU226 17
5.1.2 EM221扩展模块 17
5.1.3 按钮选择 18
5.1.4 24V开关电源选择 18
5.1.5 三档转换开关 20
5.1.6 接近开关 20
5.2 控制面板布局 21
5.2.1 PLC模块 21
5.2.2 按钮模块 23
5.2.3 转换开关模块 23
6 程序设计 24
6.1 顺序功能图 25
6.2 程序的编写 26
6.3 程序调试 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 引言
随着现代工业技术的快速发展，自动化水平的不断提高，组合机床的研究成为机器制造业的一个重要方向。制造技术的发展和提高对国民经济的发展起着重要支柱作用。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。在选择设计组合机床的动力部分时，液压技术得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。
工业技术的发展是伴随着控制系统的发展而发展的，控制系统早在20世纪40年代左右就开始使用了，控制系统最开始是由继电器等组成。随着电器复杂程度的提高，控制要求的提高，控制技术也发生了很大的变化。现在的控制系统是第三代控制系统以PLC和DCS为代表，采用电脑或微处理器进行智能控制，从70年代开始在冶金、化工、轻工、石油、电力等工业过程应用并迅猛发展。到90年代，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。
随着自动化水平的不断提高，控制系统所控对象的复杂度日益提高，工业模块系统成为以机电一体化为基础的自动化系统，用PLC进行工业模块控制的许多优势就体现出来了。PLC可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，使用方便，采用模块化结构。PLC原先是摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 最终达到控制的目的。
1.1 基于PLC液压组合机床控制系统的特点
以PLC为控制核心的液压组合机床可以用于PLC、液压或机械加工课程的演示，实验，加工。机床具有操作方便，实验结果直观等优点。PLC控制系统的过程中，操作人员可以直接观察到控制对象的运行，控制对象与受控对象清晰映射。对于需要更改控制要求的试验台，可直接通过更改程序来实现新的控制要求，灵活方便。同时，控制系统的设计和安装也比采用继电器控制系统要简单，PLC用软件功能代替了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件，安装接线工作量大为减少。与单片机相比，基于PLC的控制系统在液压组合机床中应用的更为广泛，主要原因在于PLC可靠性和抗干扰性能高，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。
根据不固定的系统单元，机床可以根据所选择的加工零件进行设计和组合，系统具有良好的开放性。
1.2 课题内容
毕业设计的课题为“基于s7-200PLC组合机床模型的电控系统设计”，其主要任务就是根据加工工艺及控制要求，选择合适的电气元件,利用PLC设计其控制程序，从而保证设备的运行。
实现对组合机床的电控就是要实现对液压系统的控制，根据液压系统的电气结构，以及液压系统对机床的运动控制，来先总结出一种开关特性，这种特性是一种逻辑结构，根据这种结构就可以实现对组合机床的运动控制，而设计这种逻辑用到了s7-200可编程控制器，运用梯形图语言和软件仿真，进行试验和改造，通过软件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6编写调试控制程序，最终完善对机床的控制要求。具体要求为：
1.根据加工要求，设计电控系统。
2.设计控制面板，控制面板和液压站组成一个整体，方便操作。
3.进行外部接线，编写和调试程序。
2 液压组合机床
2.1 液压组合机床机械部分
该液压组合机床主要由工作台和液压站连接而成，工作台有四个部分组成。机床的机械部分整体的布局由图2.1所示。
图2.1 组合机床整体布局
其中左右部分由水平液压滑台构成，上边部分由垂直液压滑台组成，中间部分是回转工作台。
水平液压滑台接出的两根油路控制着滑台的水平运动，根据电液换向阀的控制，可以控制滑台的前进和后退，如图2.2所示水平液压滑台。
图2.2 水平液压滑台
垂直液压滑台接出的两根油路控制着滑台的上下运动，根据电液换向阀的控制，可以控制滑台的前进和后退。如图2.3垂直液压滑台。
图2.3 垂直液压滑台
旋转工作台接出的两根油路控制着工作台的旋转，根据电液换向阀的控制，可以让工作台顺时针和逆时针旋转，再配合传感器和定位销，可以精确旋转90°定位。旋转工作台如图2.4所示 。
通过这次毕业设计让我对S7-200PLC在液压组合机床控制系统中的应用有了深入的了解。在控制系统的设计过程中，使我加深了对控制系统实体设计和软件设计方法的了解，学会了STEP 7-MicroWIN32软件编程等相关知识。不仅巩固了以前所学的，还掌握了许多电工电路方面的知识，同时在选择诸如开关电源等元件的过程中使我对这些元器件有了更加直观的认识。最重要的是我掌握了一种设计的方法，思维的方式。
1 引言 1
1.1 基于PLC液压组合机床控制系统的特点 2
1.2 课题内容 2
2 液压组合机床 2
2.1 液压组合机床机械部分 3
2.2 液压组合机床的液压站 5
2.2.1 液压马达 5
2.2.1 液压站布局 5
3 控制系统设计概述 7
3.1 液压组合机床的加工工艺 7
3.2 PLC模块设计概述 8
3.2.1 PLC主机型号选择 8
3.2.2 扩展模块的选择 8
3.2.3 PLC电源设计 9
3.3 程序设计步骤 9
4 PLC的选型 9
4.1 s7-200PLC的选型 10
4.1.1 CPU的选择 10
4.1.2 扩展模块的选择 14
4.1.3 PLC电源设计 15
4.1.4 I/O接线图 15
5 控制面板设计 17
5.1 主体元件及零部件规格 17
5.1.1 s7-200 CPU226 17
5.1.2 EM221扩展模块 17
5.1.3 按钮选择 18
5.1.4 24V开关电源选择 18
5.1.5 三档转换开关 20
5.1.6 接近开关 20
5.2 控制面板布局 21
5.2.1 PLC模块 21
5.2.2 按钮模块 23
5.2.3 转换开关模块 23
6 程序设计 24
6.1 顺序功能图 25
6.2 程序的编写 26
6.3 程序调试 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 引言
随着现代工业技术的快速发展，自动化水平的不断提高，组合机床的研究成为机器制造业的一个重要方向。制造技术的发展和提高对国民经济的发展起着重要支柱作用。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。在选择设计组合机床的动力部分时，液压技术得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。
工业技术的发展是伴随着控制系统的发展而发展的，控制系统早在20世纪40年代左右就开始使用了，控制系统最开始是由继电器等组成。随着电器复杂程度的提高，控制要求的提高，控制技术也发生了很大的变化。现在的控制系统是第三代控制系统以PLC和DCS为代表，采用电脑或微处理器进行智能控制，从70年代开始在冶金、化工、轻工、石油、电力等工业过程应用并迅猛发展。到90年代，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。
随着自动化水平的不断提高，控制系统所控对象的复杂度日益提高，工业模块系统成为以机电一体化为基础的自动化系统，用PLC进行工业模块控制的许多优势就体现出来了。PLC可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，使用方便，采用模块化结构。PLC原先是摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 最终达到控制的目的。
1.1 基于PLC液压组合机床控制系统的特点
以PLC为控制核心的液压组合机床可以用于PLC、液压或机械加工课程的演示，实验，加工。机床具有操作方便，实验结果直观等优点。PLC控制系统的过程中，操作人员可以直接观察到控制对象的运行，控制对象与受控对象清晰映射。对于需要更改控制要求的试验台，可直接通过更改程序来实现新的控制要求，灵活方便。同时，控制系统的设计和安装也比采用继电器控制系统要简单，PLC用软件功能代替了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件，安装接线工作量大为减少。与单片机相比，基于PLC的控制系统在液压组合机床中应用的更为广泛，主要原因在于PLC可靠性和抗干扰性能高，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。
根据不固定的系统单元，机床可以根据所选择的加工零件进行设计和组合，系统具有良好的开放性。
1.2 课题内容
毕业设计的课题为“基于s7-200PLC组合机床模型的电控系统设计”，其主要任务就是根据加工工艺及控制要求，选择合适的电气元件,利用PLC设计其控制程序，从而保证设备的运行。
实现对组合机床的电控就是要实现对液压系统的控制，根据液压系统的电气结构，以及液压系统对机床的运动控制，来先总结出一种开关特性，这种特性是一种逻辑结构，根据这种结构就可以实现对组合机床的运动控制，而设计这种逻辑用到了s7-200可编程控制器，运用梯形图语言和软件仿真，进行试验和改造，通过软件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6编写调试控制程序，最终完善对机床的控制要求。具体要求为：
1.根据加工要求，设计电控系统。
2.设计控制面板，控制面板和液压站组成一个整体，方便操作。
3.进行外部接线，编写和调试程序。
2 液压组合机床
2.1 液压组合机床机械部分
该液压组合机床主要由工作台和液压站连接而成，工作台有四个部分组成。机床的机械部分整体的布局由图2.1所示。
图2.1 组合机床整体布局
其中左右部分由水平液压滑台构成，上边部分由垂直液压滑台组成，中间部分是回转工作台。
水平液压滑台接出的两根油路控制着滑台的水平运动，根据电液换向阀的控制，可以控制滑台的前进和后退，如图2.2所示水平液压滑台。
图2.2 水平液压滑台
垂直液压滑台接出的两根油路控制着滑台的上下运动，根据电液换向阀的控制，可以控制滑台的前进和后退。如图2.3垂直液压滑台。
图2.3 垂直液压滑台
旋转工作台接出的两根油路控制着工作台的旋转，根据电液换向阀的控制，可以让工作台顺时针和逆时针旋转，再配合传感器和定位销，可以精确旋转90°定位。旋转工作台如图2.4所示 。
通过这次毕业设计让我对S7-200PLC在液压组合机床控制系统中的应用有了深入的了解。在控制系统的设计过程中，使我加深了对控制系统实体设计和软件设计方法的了解，学会了STEP 7-MicroWIN32软件编程等相关知识。不仅巩固了以前所学的，还掌握了许多电工电路方面的知识，同时在选择诸如开关电源等元件的过程中使我对这些元器件有了更加直观的认识。最重要的是我掌握了一种设计的方法，思维的方式。
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