C650普通车床控制系统PLC控制程序(共25页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第1章 引言 1 1.1 可编程控制器的简单介绍1 1.2 西门子S7-200 的简单介绍 4 1.3 C650卧式车床简述5第2章 继电接触器控制系统设计 7 2.1 C650卧式车床的控制要求7 2.2 电气控制线路分析7 2.3 C650卧式车床电气控制线路的特点9第3章 C65O普通车床的PLC 设计过程10 3.1 控制要求10 3.2 方案说明10 3.3 确定I/O信号数量,选择PLC的类型10 3.4 C650普通车床PLC控制系统I/O地址分配表11 3.5 控制电路设计11 3.6 PLC控制程序设计13 3.7 C650普通车床控制系统PL
2、C控制程序语句表15 3.8 系统调试18结论19设计总结20谢辞21参考文献22专心-专注-专业第1章 引 言 本设计主要针对C650普通车床进行电气控制系统硬件电路设计,包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。1.1 可编程控制器的简单介绍1.1.1 PLC的工作原理 PLC 英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是: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/输出控制各种机械或生产
3、过程。PLC采用循环扫描的工作方式,即顺序扫描,不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序,按序号作周期性的程序循环扫描,程序从第一条指令开始,逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令,再开始下一次扫描;如此周而复始。实际上,PLC扫描工作除了执行用户程序外,还要完成其他工作,整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。1.1.2 可编程序控制器的组成 可编程序控制器硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成: 中央处理器( Central Pro
4、cessor Unit 简称CPU):它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器(Microproce-ssor)存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 电源 (Power Supply):给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件(Inputs):输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件(Outputs):输出组件接收CPU 的控制信号,并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后,传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出(简称I/O)是可编程序控制器的“手”和“脚”或者
5、叫作系统的“眼睛”和“视觉”。输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。 编程器(Programmer):在正常情况下,编程器用于系统初始状态的配置,控制逻辑程序编制和加载,不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。1.1.3 可编程序控制器的特点 现代工业生产是复杂多样的,它们对控制的要求也各不相同。可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。它的主要特点如下: (1)抗干扰能力强,可靠性高 微机虽然具有很强的功能,但抗干扰能力
6、差,工业现场的电磁干扰,电源波动,机械振动,温度和湿度的变化,都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家长期积累的工业控制经验,主要模块均采用大规模与超大规模集成电路,I0 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路;在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑;在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施;在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施;所有这些使PLC 具有较高的抗干扰能力。PLC 的平均无故障时间通常在几万小时以上,这是一般微机不能比拟的。 继电器接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力,但使用了大量的机械触点,使设备连线复杂,且触
7、点在开闭时易受电弧的损害,寿命短,系统可靠性差。而PLC 采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成,大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代,故寿命长,可靠性大大提高。 (2)控制系统结构简单,通用性强 PLC 及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC 构成的控制系统中,只需在PLC 的端子上接入相应的输入输出信号线即可,不需要诸如继电器之类的物理器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当需要变更控制系统的功能时,可以用编程器在线或离线修改程序,同一个PLC 装置用于不同的控制对象,只是输入输出组件和应用软件的不同。PLC 的输入输出可直接与交流2
8、20 V,直流24V 等强电相连,并有较强的带负载能力。 (3)编程方便,易于使用 PLC 是面向用户的设备,PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯。PLC 程序的编制,采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似,这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识和语言,只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间学会。 (4)功能完善 PLC 的输入输出系统功能完善,性能可靠,能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。由于采用了微处理器,它能够很方便地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制I/O 等诸多功能,不仅具有逻辑运算、算术运算、
9、数制转换以及顺序控制功能,而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。此外,它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统,还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。因此PLC 具有极强的适应性,能够很好地满足各种类型控制的需要。1.1.4可编程控制器PLC的应用 目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。 (1)开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台
10、设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2)模拟量控制 在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。 (3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的
11、单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 (4)过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (5)数据处理现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数
12、据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (6)通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。1.2 西门子S7-200 的简单介绍 本设计以西门子公司的S7-200 系统小型PLC 为主要讲述的。
13、S7-200 以其极高的性能价格比,在国内占有很大的市场份额。S7-200 适用于各种各业的检测、监测及控制的自动化,无论独立运行或连成网络,都能实现复杂的控制功能。1.2.1 CPU22X 型的选择 S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。 (1)CPU 221 本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 (2)CPU 222 本机集成8
14、输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 (3)CPU 224 本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由
15、方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。 (4)CPU 224XP 本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,2输入/1输出共3个模拟量I/O点,可连接7个扩展模块,最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间,6个独立的高速计数器(100KHz),2个100KHz的高速脉冲输出,2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能,如内置模拟量I/O,位控特性,自整定PID功能,线性斜坡脉冲指令,诊断LED,数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力
16、的新型CPU。 (5)CPU 226 本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统,具有更多的输入/输出点,更强的模块扩展能力,更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。1.2.2 元件的介绍 (1)基本位操作指令 CPU
17、运行扫描到触点符号时,到触点位地址指定的存储器位访问,该位数据状态为1 时,触点为动态,即“合触点闭合,动合触点断开”;数据状态为0 时,触点为常态,即“动合触断开,动断触点闭合”。当逻辑运算结果为1 时,能量流可以到达线圈,使线圈通电,CPU 将线圈位地址指定的存储器位置1;当逻辑运算结果为0 时,线圈不通电,存储器位置置0。 (2)边沿触发指令 边沿触发是指用边沿触发信号产生一个机器周期的扫描脉冲,通常用作脉冲整形。边沿触令分为正跳变触发(上升沿)和负跳变触发(下降沿)两大类。正跳变触发指输入脉冲的上升沿使触点闭合(ON)一个扫描周期。负跳变触发指输入脉冲的下降沿使触点闭合(ON)一个扫描
18、周期。 (3)通电延时定时器指令 使能端(IN)输入有效时,定时器开始计时,当前值从0 开始递增,大于或等于预置值(PT)时,定时器输出状态位置1(输出触点有效),当前值的最大值为32767。使能端无效(断开)时,定时器复位(当前值清零,输出状态位置0)。 (4)增计数器指令 增计数器指令在CU 端输入脉冲上升沿,计数器的当前值增1 计数。当前值大于或等于预置值(PV)时,计数器状态位置1。当前值累加的最大值为32767。复位输入(R)有效时,计数器状态复位(置0),当前计数值清零。1.3 C650卧式车床简述 卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床,主要用来加工各种回转表面、螺纹和端面
19、,并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。 卧式车床通常由一台电动机拖动,经由机械传动链,实现切削主运动和刀具进给运动的输出,其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等通常采用单独的电动机驱动。不同型号的卧式车床,其主电动机的工作要求不同,因而其具有不同的控制线路。C650卧式车床属于中型车床,可加工的最大工件回转直径为1020mm,最大工件长度为3000mm。 C650卧式车床主要由床身、主轴、刀架、溜板箱和尾架等部分组成。该机床有两种主要运动;一种是安装在床身主轴箱中主轴转动,称为主运动;另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动,称为进给运动。刀具安
20、装在刀架上,与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给运动,主轴的转动与溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大,加工时其转动惯量也比较大,需要停车时不易立即停止转动,因此必须有停车制动的功能,较好的停车制动是采用电气制动的方法。为了加攻螺纹等工件,主轴需要正、反转,主轴的转速应随工件的材料、尺寸、工艺要求及刀具的种类不同而变化,所以要求在相当宽的范围内可进行速度调节。在加工过程中,还需提供切削液,并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助的工作时间,而要求带动刀架移动的溜板能够快速移动。第2章 继电接触器控制系统设计2.1 C650卧式车床的控制要求 (1)主要控制电器为三台电机:主电动机、
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