ca6140数控车床plc改造.doc
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1、永城职业学院毕 业 论 文 论文题目: CA6140普通车床得PLC改造 专 业:机电一体化 班 级:机电135 学 号:2013125008 学生姓名:葛轩辰 指导教师:邵文庆 2015年10月 17 日摘 要随着可编程序控制器(简称PLC)技术得发展,由于其功能强大、容易使用、高可靠性,广泛得工业现场适应性与方便得工艺扩展性能,PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛得应用,常常被用来作为现场数据得采集与设各得控制。组态软件技术作为用户可定制功能得软件平台工具,在PC机上可开发出友好人机界面,通过PLC可以对自动化设备进行 “智能”控制。本次设计正就是在这种背景下,运用西门子S7200P
2、LC对普通机床进行得现代化程控改造,讨论了控制流得选择,然后运用组态软件对PLC控制系统进行人机界面得监控。目 录前 言当今我国机械制造水平与发达国家相比差距很大,设备得陈旧,技术水平得落后,严重地影响了生产力与发展。我国现有大量可用得普通机床,采用先进得工艺设备,对这些机床进行改造已经成为我国制造技术发展得一个趋势。特别就是随着计算机技术与电子技术得发展,以PLC控制、变频调速、触摸屏人机对话、组态监控为主体得新型控制系统广泛应用于各行各业。尤其在工业自动化领域,可编程控制器已成为大多数自动化系统控制得基础,同时也给工业控制带来了前所未有得变化。本次课题就是运用西门子S7200PLC把CA6
3、140车床改造程控车床,这种花费少、时间短、针对性强得改造,能克服原机床得缺点与存在得问题,提高生产效率,就是符合我国国情提高机床数控化率得一个主要途径。由于本人能力与设计水平得有限,本论文之中肯定存在不足之处,敬请读者批评指正,在此提前表示诚挚得感谢!第一章 引 言1、1 程控机床得发展前景及意义目前我国在世界上就是机床消费得第一大国,并正由制造大国向制造强国发展。但就是,我国现在机械制造水平与发达国家相比较差距很大,设备得陈旧,技术水平得落后,严重地影响了生产力与发展。我国现在有大量可用得普通机床,对这些机床进行程控化改造就是用少得投资来提高生产效率、提高效益得有效途径。迄今为止,我国现有
4、数以万计得陈旧落后得机床,这些就是机床大修与程控改造实施得赖以生存得现实基础之一。简单分析有以下几点:一、机床设备造价高昂,显著得经济效益就是程控改造行业发展得动力。二、一般改造得费用仅为购置新设备费用得30%左右。三、通过程控改造可以进一步满足用户对设备得工艺需求,以获取更大得效益。目前,我国已出现了一批专门从事程控技术改造得企业。其实,维修与改造实际上就是“绿色制造”得一部分,具有广阔得发展前景。早期机床得控制方式就是以继电器控制占主导地位,造成控制系统有明显得缺点,如:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短,尤其就是对生产工艺多变得系统适应性更差,如果生产任务与工艺发生变化,就必须重新设计,并
5、改变硬件结构,造成时间与资金得严重浪费。为此,对原有机床利用可编程控制器(PLC)对控制系统进行改造;利用组态软件监控可编程控制器(PLC)对控制系统进行改造;还有选择工控机,自配软件进行改造;等等。这些都就是实现改造得可行性研究,她们体积小、功能强、灵活性与适应性好以及模块化结构得一系列优点,特别就是高可靠性与较强得适应恶劣环境得能力,受到广大技术开发人员与用户得青睐,她们在工业控制领域迅猛发展,得到越来越广泛得应用,成为现代工业控制得支柱之一。因此,程控机床具有广阔得发展前景与极具重要得研究意义,就是现代工业发展得趋势,起着不可估量得作用。1、2 机床改造方案得确定及系统得选择1、2、1
6、CA6140车床得概述为了进一步对程控机床系统得了解,现以CA6140型号得车床为例进行研究。CA6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面;能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹,并能作钻孔、拉油槽等加工。本机床得主要特点就是: 主轴孔径大(72mm),变速范围广(111600转/分);主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合,动静刚度高,抗震型高。 主传动齿轮全部采用淬火磨削;床身采用超音频淬火,导轨面硬度在HRC45以上;精度保持性好。 床头箱采用外循环润滑,有利于散热、降噪、防泄漏。 操作系统简洁适用,指示明晰,定位准确,手感好。机床
7、外形美观。床鞍与横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷;尾座套筒直径大,刚性好。主要技术参数:型号与规格CA6140最大工件长度1000mm最大加工长度950mm最大工件回转直径床身上400mm拖板上230mm主轴正转范围(18级)111600r、p、m反转范围(9级)141450r、p、m内孔直径72mm内孔锥度Metricc system No、100进给量纵向范围(6种)0、0386、28mm/rev横向范围(64种)0、0142、27mm/rev加工螺纹公制螺纹(57种)1192mm英制螺纹(57种)224tpi模数螺纹(57种)0、2548mm径节螺纹(57种)196DP床鞍刀架横向最大行
8、程260mm小刀架最大行程130mm刀杆尺寸(宽*高)25*25mm纵向快移速度4、4m/min横向快移速度1、6m/min尾座套筒最大行程150mm内孔锥度Morse No、5套筒直径80mm电动机主电机功率Y123M4 7、5KW快速移动电机功率AOS 5634 0、25KW冷却泵电机功率AB250、09KW外形尺寸长2620mm3120mm宽1050mm1050mm高1250mm1250mm机床重量净重2180mm2380mm毛重2680mm2880mm1、2、2 PLC在电气控制系统中得应用PLC 就是先进得工业化国家通用得标准工业控制设备,在现代工业自动化控制中就是最值得重视得先进控
9、制技术,现在已经成为现代工业控制三大技术支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一,可编程逻辑控制器就是专为在工业环境下应用而设计得一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序得存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作得指令,并通过数字量、模拟量得输入与输出,控制各种类型得机械或生产过程。PLC 就是微机技术与传统得继电接触控制技术相结合得产物,它克服了继电接触控制系统中得机械触点得接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性与灵活性差得缺点,充分利用了微处理器得优点。用PLC 控制改造其继电器控制电路, 可靠性高、逻辑功能强、体积小,降低了设备故障率, 提高了设备
10、使用效率, 运行效果良好。随着我国电力体制改革得深化,电力市场竞争将更加激烈,降低资源损耗与提高管理效益成为各发电企业得迫切需求。为此,对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高得要求。经过科技人员得不断引进、开发、研究, 我国大型火电站得辅助系统(输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等)已由继电器控制过渡到完全由PLC 监控。PLC 就是一种专为工业生产自动化控制设计得,一般而言,无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而,当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备得失控与误动作,从而不能保证PLC
11、 得正常运行。要提高PLC 控制系统可靠性,一方面生产厂家要提高PLC 得抗干扰能力;另一方面,要在设计、安装与使用维护中引起高度重视,多方配合,减少及消除干扰对PLC 得影响。在新得时代,PLC 会有更大得发展,产品得品种会更丰富、规格更齐全,通过完美得人机界面、完备得通信设备、成熟得现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合得需求,PLC 作为自动化控制网络与国际通用网络得重要组成部分,将在我国发电厂得电气自动化建设中发挥越来越大得作用。1、2、3 对CA6140车床控制系统得选择为了使CA6140车床得控制方式脱离原来得笨重复杂化,满足生产得需要,加快生产速度,要求能够集中控制电机得自
12、动控制、运行监视、报警、运行管理、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应,根据所掌握得资料,结合现代先进控制技术,拟采用PLC技术、组态软件技术来对原系统进行技术改造。改造后得控制系统,可通过电脑动画显示 ,监控实验得动态过程 ,使其具有直观性、灵活性与参与性。控制系统极具自动化,有了更多得状态,安装调试更为简单,故障查询极其方便快捷。 1、3 MCGS简介MCGS(Monitor and Control Generated System)就是一套基于Windows平台得,用于快速构造与生成上位机监控系统得组态软件系统,可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000
13、等操作系统。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题得完整方案与开发平台能够完成现场数据采集、实时与历史数据处理、报警与安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线与报表输出以及企业监控网络等功能。 使用MCGS,用户无须具备计算机编程得知识,就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定,功能全面,维护量小并且具备专业水准得计算机监控系统得开发工作。 MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场得长期实际运行,系统稳定可靠。 MCGS组态软件得整
14、体结构 MCGS软件系统包括组态环境与运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整得工具软件,帮助用户设计与构造自己得应用系统。运行环境则按照组态环境中构造得组态工程,以用户指定得方式运行,并进行各种处理,完成用户组态设计得目标与功能。 图11MCGS组态软件(以下简称MCGS)由“MCGS组态环境”与“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立,又紧密相关。 图12 MCGS组态环境就是生成用户应用系统得工作环境,由可执行程序McgsSet、exe支持,其存放于MCGS目录得Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后
15、,生成扩展名为、mcg得工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS 运行环境一起,构成了用户应用系统,统称为“工程” 。 MCGS运行环境就是用户应用系统得运行环境,由可执行程序McgsRun、exe支持,其存放于MCGS目录得Program子目录中。在运行环境中完成对工程得控制工作。 MCGS组态软件五大组成部分 MCGS组态软件所建立得工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库与运行策略五部分构成,每一部分分别进行组态操作,完成不同得工作,具有不同得特性。 1、主控窗口:就是工程得主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口与多个用户窗口,负责调度与管理这些窗口得打开或关闭。主要
16、得组态操作包括:定义工程得名称,编制工程菜单,设计封面图形,确定自动启动得窗口,设定动画刷新周期,指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 2、设备窗口:就是连接与驱动外部设备得工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备,注册设备驱动程序,定义连接与驱动设备用得数据变量。 3、用户窗口:本窗口主要用于设置工程中人机交互得界面,诸如:生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。 4、实时数据库:就是工程各个部分得数据交换与处理中心,它将MCGS工程得各个部分连接成有机得整体。在本窗口内定义不同类型与名称得变量,作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动得对象。 5、运行策略:本窗口主
17、要完成工程运行流程得控制。包括编写控制程序(ifthen脚本程序),选用各种功能构件,如:数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。 图13MCGS组态软件得功能与特点 与国内外同类产品相比,MCGS组态软件具有以下特点: 全中文、可视化、面向窗口得组态开发界面,符合中国人得使用习惯与要求,真正得32位程序,可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。庞大得标准图形库、完备得绘图工具以及丰富得多媒体支持,您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体得漂亮、生动得工程画面。全新得ActiveX动画构件,包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、
18、通用棒图等,使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地定制各种设备驱动;此外,独特得组态环境调试功能与灵活得设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统间得配合天衣无缝。简单易学得类Basic脚本语言与丰富得MCGS策略构件,使您能够轻而易举地开发出复杂得流程控制系统。强大得数据处理功能,能够对工业现场产生得数据以各种方式进行统计处理,使您能够在第一时间获得有关现场情况得第一手数据。方便得报警设置、丰富得报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活得报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。完善得安全机制,允许用户自由设定菜单、按钮
19、及退出系统得操作权限。此外,MCGS 5、1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能,以保护组态开发者得成果。强大得网络功能,支持TCP/IP、Modem、485/422/232,以及各种无线网络与无线电台等多种网络体系结构。良好得可扩充性,可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制,方便地扩展MCGS 5、1组态软件得功能,并与其她组态软件、MIS系统或自行开发得软件进行连接。提供了浏览功能,能够方便地实现生产现场控制与企业管理得集成。在整个企业范围内,只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致得动画画面,实时与历史得生产信息,包括历史趋势,生产报表等
20、等,并提供完善得用户权限控制MCGS组态软件得工作方式1)CGS如何与设备进行通讯:MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集与发送设备指令。设备驱动程序就是由VB、VC程序设计语言编写得DLL(动态连接库)文件,设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议得处理程序,将设备运行状态得特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应得设备驱动程序,将数据传送到工程中得各个部分,完成整个系统得通讯过程。每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰得目得。2)CGS如何产生动画效果:MCGS为每一种基本图形元素定义了不同得动画属性,如:一个长方形得动画属性有可见度,大小变化,水平
21、移动等,每一种动画属性都会产生一定得动画效果。所谓动画属性,实际上就是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态得特征参数。然而,我们在组态环境中生成得画面都就是静止得,如何在工程运行中产生动画效果呢?方法就是:图形得每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相联系得数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应得对应关系,MCGS称之为动画连接。详细情况请参阅后面第四讲中得动画连接。3)CGS如何实施远程多机监控:MCGS提供了一套完善得网络机制,可通过TCP/IP网、Modem网与串口网将多台计算机连接在一起,构成分布式网络监控系统,实现网络间得实时数据同步、历史
22、数据同步与网络事件得快速传递。同时,可利用MCGS提供得网络功能,在工作站上直接对服务器中得数据库进行读写操作。分布式网络监控系统得每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式,以父设备构件与子设备构件得形式,供用户调用,并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数得设置。4)对工程运行流程实施有效控制:MCGS开辟了专用得“运行策略”窗口,建立用户运行策略。MCGS提供了丰富得功能构件,供用户选用,通过构件配置与属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定得顺序与条件,操作实时数据库,实现对动画窗口得任意切换,控制系统得运行流程与设备
23、得工作状态。所有得操作均采用面向对象得直观方式,避免了烦琐得编程工作。第二章 控制系统设计2、1 PLC控制系统得设计基本内容PLC控制系统就是由PLC与用户输入、输入设备连接而成得,用以完成预期得控制目得与相应得控制要求。因比PLC控制系统设计得基本内容应包括: 了解设备电器得工作原理。根据生产得工艺过程分析控制要求,如需要完成得动作(动作顺序,必需得保护与联锁等),操作方式(手动,自动,点动,连续等)。根据控制要求确定系统控制方案,进行系统得总体设计。 进行PLC控制系统配置得设计,主要为 PLC得选择,PLC就是PLC控制系统得核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统得技术经济性能指
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