齐齐哈尔机床厂四工位组合机床控制系统设计.docx
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1、本科毕业设计(论文)题目:齐齐哈尔机床厂四工位 组合机床控制系统设计学院:信息工程学院专业:自动化学号:学生姓名:指导教师: 二九 年 五 月 二十 日齐齐哈尔机床厂四工位组合机床控制系统设计摘 要本论文设计的组合机床是由通用部件组合而成,其控制系统是采用电气、液压、机械组合的控制方式.在此我主要是针对该控制系统的电气控制电路进行设计,机械、液压控制系统仅作基本说明.本论文设计的控制系统在硬件设计方面,首先确定电力拖动方案与电动机选择,然后确定继电-接触器控制系统设计方案,最后对主电路,变压器,控制电路等进行设计,同时控制系统的核心控制由德国的西门子(SIEMENS)公司的S7系列可编程控制器
2、(PLC)完成.在软件设计方面采用老改新法设计和创新法设计梯形图(功能表图),使用SIMATIC S7-200的专用编程软件STEP 7-Micro/WIN V3.1对程序进行编写、调试、写入.本论文对四工位组合机床和编程控制器(PLC)的基本知识进行介绍,具体说明本论文涉及的SIMATIC S7-200模块、功能、使用方法和编程软件STEP 7-Micro/WIN V3.2的使用方法.详细阐述了组合机床控制系统的设计,其中包括设计思想及步骤硬件设计部分、软件设计部分、元件选型等.关键字:四工位组合机床、机械控制、电气控制、可编程控制器(PLC)Qiqihaer Machine Tool Pl
3、ant Four-Machine Control System DesignChen ChengAbstractIn this paper, a combination of machine tool design is a combination of common components, the control system is the use of electrical, hydraulic, mechanical control portfolio. I was mainly in the control system for electrical control circuit d
4、esign, mechanical, hydraulic control system for a basic description only. In this paper, the design of the control system in hardware design, first of all to identify with the electric drive motor options, and then determine the relay - contactor control system design, the last of the main circuit,
5、transformers, control circuit design, etc. At the same time, control system the core of the control of Siemens from Germany SIEMENSs S7 Series Programmable Logic Controller (PLC) to complete. In software design using the old design to new and innovative design ladder diagram (Chart menu), the use of
6、 SIMATIC S7-200 special programming software STEP 7-Micro/WIN V3.1 on the procedures to prepare, debug, write. In this paper, the four-station modular machine tool and programming controller (PLC) to introduce basic knowledge of the specific implications of this thesis SIMATIC S7-200 modules, functi
7、ons, use of methods and programming software STEP 7-Micro/WIN V3.2. Combination of detailed design of machine control systems, including design concepts and hardware design steps of the part of software design, component selection and so on.Keyword:four worktable assorted mashinetool、mechanical cont
8、rol、Electric Control、Programmed controller (PLC)目 录第1章 引 论11.1 四工位组合机床概述11.2 可编程控制器概况21.3 SIMATIC S7-200(PLC)简介31.3.1 产品概述31.3.2 SIMATIC S7-200 CPU31.3.3 S7-200扩展模块41.4 编程软件STEP 7-Micro/WIN介绍61.4.1 计算机配置要求61.4.2 STEP 7-Micro/WIN基本操作6第2章 四工位组合机床控制系统的设计概述102.1 设计思想及步骤102.2 电气硬件设计部分102.2.1 电力拖动方案确定和电动机
9、选择102.2.2 继电-接触器控制系统设计方案确定102.2.3 主电路设计112.2.4 变压器的设计122.2.5 控制电路设计132.2.6 液压回转工作台的电气控制电路设计152.2.7 液压动力头电气控制电路设计192.2.8 指示灯电路设计222.2.9 总电路设计222.3 新旧标准对照表252.4 PLC软件编程设计252.4.1 老改新法设计25第3章 结束语33致谢34参考文献35附录37第1章 引 论1.1 四工位组合机床概述一般通用机床适用于生产批量不大的单件,小批量甚至成批生产的机械加工中,随着生产的发展和生产规模的扩大,产品往往是大批量生产,为此设计和生产了各种专
10、用机床和自动线.组合机床的电气控制系统是由通用的控制机构或典型环节所组成.组合机床的控制一般均采用机械,液压,电气相结合的控制方式.其中电气控制往往起着连接中枢的作用.四工位组合机床是对特定的工件进行加工的一种高效率,自动化的专用加工设备,这种机床是具有自动工作循环,并能实现自动调整的加工设备,它能够用十几把甚至几十把刀具同时进行加工.本组合机床是由通用部件组合而成,其控制系统是采用电气,液压,机械组合的控制方式.在此我们主要是对电气控制电路的设计.液压系统只作为参阅使用,该组合机床由液压动力头和液压回转工作台两大部分组合而成,它用来加工一种轮毂工件上十二葛孔所用的专用机床,立式动力头上装有3
11、6把刀具,其中12把钻头,12把扩钻头和12把铰刀,加工位共有四个:第一个是装卸工件;第二个是钻孔工序;第三个是扩孔工序;第四个工位是铰孔工序.加工工位布置图见下图(图1-1)所示图1-1 四工位组合机床工作台示意图1.2 可编程控制器概况可编程控制器(Programmable Controller,简称PC).与个人计算机的PC相区别,用PLC表示.PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统.国际电工委员会(IEC,International
12、Electrical Committee)颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计.相对一般意义上的计算机,可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核,实质上是它经过一次开发的工业控制用计算机.从另一个方面来说,它是一种通用机,不经过二次开发,它就不能在任何具体的工业设备上使用.PLC具有通用性强、使用方
13、便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点.再加上其体积小,可靠性高,抗干扰能力强,控制功能完善,适应性强,安装接线简单等众多优点,可编程控制器在问世后的短短30年中获得了突飞猛进的发展,在工业控制中得到了非常广泛的应用.可以预料:在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流.PLC程序既有生产厂家的系统程序,又有用户自己开发的应用程序,系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理.用户程序由用户按控制要求自行设计.1.3 SIMATIC S7-200(PLC)简介1.3.1 产品概述S7-200系列是一种可编程序逻辑控制器(Micr
14、o PLC).它能够控制各种设备以满足自动化控制需求.S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容,从而使它能够监视输入状态,改变输出状态以达到控制目的.紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案1.1.3.2 SIMATIC S7-200 CPU S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中,从而形成了一个功能强大的微型PLC.参见图1-2.在下载了程序之后,S7-200将保留所需的逻辑,用于监控应用程序中的输入输出设备.图1-2 S7-200 微型CPUSi
15、emens公司提供多种类型的CPU以适应各种应用.表1-1中对各种CPU的特性作一简单比较.注:蓝色框内所选为本论文设计的控制系统所用的S7-200的CPU.CPU 224接线图如图1-3所示:图1-3 CPU 224接线图1.3.3 S7-200扩展模块S7-200系列提供多种类型的扩展模块.可以利用这些扩展模块完善CPU的功能.表1-1列出了现有的扩展模块.表1-1 S7-200扩展模块1、数字扩展模块数字扩展模块如表1-2所示:表1-2 数字扩展模块注:蓝色框内所选为本论文设计的控制系统所选用的S7-200的扩展模块.2、EM223扩展模块的接线图 EM223扩展模块的接线图如图1-4所
16、示:图1-4 EM223扩展模块的接线图1.4 编程软件STEP 7-Micro/WIN介绍1.4.1 计算机配置要求计算机配置要求如图1-5所示:图1-5 计算机配置要求1.4.2 STEP 7-Micro/WIN基本操作1、打开STEP 7-Micro/WIN点击STEP 7-Micro/WIN的图标,打开一个新的项目,图1-6所示为一个新项目.注意左侧的操作栏.可以用操作栏中的图标,打开STEP 7-Micro/WIN项目中的组件.点击操作栏中的通讯图标进入通讯对话框.可以用这个对话框为STEP7-Micro/WIN设置通讯参数.2、为STEP 7-Micro/WIN设置通讯参数图1-6
17、 新建STEP7-Micro/WIN项目在示例项目中使用的是STEP 7-Micro/WIN和RS-232/PPI多主站电缆的缺省设置.按图1-7检查下列设置: PC/PPI电缆的通讯地址设为0. 接口使用COM1. 传输波特率用9.6Kbps.图1-7 通讯设置3、与S7-200建立通讯用通讯对话框与S7-200建立通讯: 在通讯对话框中双击刷新图标.STEP 7-Micro/WIN搜寻并显示所连接的S7-200站的CPU图标. 选择S7-200站并点击OK.如果STEP 7-Micro/WIN未能找到S7-200 CPU,请核对通讯参数设置,并重复以上步骤.建立与S7-200的通讯之后,就
18、可以创建并下载示例程序.4、创建一个例子程序这个例子程序在三个程序段中用6条指令,完成了一个定时器自启动、自复位的简单功能.在本例中,用梯形图编辑器来录入程序.下面给出了完整的梯形图和语句表程序.语句表中的注释,解释了程序的逻辑关系.时序图显示了程序的运行状态.图1-8为该例的程序.图1-8 示例程序5、打开程序编辑器点击程序块图标,打开程序编辑器,见图1-9.注意指令树和程序编辑器.可以用拖拽的方式将梯形图指令插入到程序编辑器中.在工具栏图标中有一些命令的快捷方式.在输入和保存程序之后,可以下载程序到S7-200中.图1-9 程序编辑器第2章 四工位组合机床控制系统的设计概述2.1 设计思想
19、及步骤由于四工位组合机床是由一些电气控制基本环节组成.我们可以利用这些基本环节的组合对组合机床进行设计,然后将各部分联系起来,再根据要求对整体电路进行分析,进行修正,直至达到控制要求,作出继电接触器原理图.在高技术日新月异发展的今天,可编程逻辑控制器(PLC)作为现代工业自动化的一个主要手段,正在越来越广泛地在我国推广和使用,为此采用“老改新法”-翻成梯形图,编写程序,作现场接线图,并在PLC机中进行调试,进行修改,直至达到控制要求为止.2.2 电气硬件设计部分2.2.1 电力拖动方案确定和电动机选择1、机床的主电路由三台三相交流笼型异步电动机及其附属电气元件组成,由于电动机容量都不大,故可采
20、用直接起动控制.2、根据生产机械的技术要求,选择电动机.主轴电动机为立式,防护式,断续周期性工作制,额定电压为380V,功率P=0.0646 kw(D的单位为mm)的交流异步电动机.液压泵电动机为卧式,封闭式,连续工作制,额定电压为380V的交流异步电动机.2.2.2 继电-接触器控制系统设计方案确定1、为满足生产机修额的工艺要求,应充分了解工作性能,结构特点,运动情况,加工工艺过程及加工情况.考虑控制方案时,采用必要的联锁与保护环节,保证生产工艺要求.2、为满足控制电路的电压值要求,采用降压变压器,二次电压为AC28V,AC220V三种电压,28V电压在经桥式全波整流为24V直流输出供给电磁
21、阀电路.3、为保证控制电路工作的可靠性,对电器元件的连接要求需考虑,应尽量减少触电数和连接导线长度和导线数,防止出现寄生电路.各种指示灯与控制电路分开供电.4、为了说明机床工作在什么状态,并便于维修,设置了9个指示灯,它们分别为电源,主轴,液压泵,冷却泵,回转,夹紧,快进,工进,快退.采用安全电压DC24V单独供电.5、为了保证操作人员,电气设备,生产机械设备的安全,并能有效地制止事故的扩大,在电气控制电路中,采取了一定的保护措施,有短路保护,过载保护,失电压,欠电压,零电压保护,联锁保护,限位保护,过电流保护等.同时为了保证安全, 系统设置了急停按钮, 当系统异常情况时,按下SB急停时,直接
22、切断硬件电源,以防止事故的发生2.6、从操作与维修人员工作出发,在满足生产机械要求的前提下做到电路简单,工作可靠,经济合理.2.2.3 主电路设计1、设计要求主轴电动机单方向起动,要求有短路及过载保护.液压泵电动机单方向起动,有短路及过载保护.冷却泵电动机单向工作,有短路及过载保护.2、元件选用根据上述要求,我们选用三台电动机:M1-控制主轴的电动机;M2-控制液压泵的电动机;M3-控制冷却泵的电动机.再根据电动机的控制要求选元件:QF-控制总电源的断路器,实现短路与过载保护;FU1-FU3控制各电动机短路保护;KM1-控制主轴电动机单向工作;KM2-控制液压泵电动机工作;KM1-控制冷却泵电
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