基于PLC的钻床加工控制系统设计（可编辑）.pdf

基于基于 PLCPLC 的钻床加工控制系统设计（可编辑）的钻床加工控制系统设计（可编辑）基于 PLC 的钻床加工控制系统设计摘要本文的重点是阐述了机械零部件在钻床加工中与电气控制系统PLC 进一步的升级从而让钻床更加快速有效的工作。重中之重是对那些过去普遍使用过时了的继电器控制线路老化问题、可靠性问题和故障排除复杂等问题进行控制系统改造。所以，此次设计对大钻头和小钻头钻床电气控制系统的进一步优化，是利用把 PLC 控制技术融合到优化改进方案里面去，用来提升大、小钻头钻床的工作性能。大、小钻头钻床主要是用计算机来进行控制，管理，监视主机，应用可编程控制器西门子系列PLC S7-200为控制器，设计大、小两个钻头和旋转工作台，上位机是用组态王 6.55 软件完成 PC 和 PLC 之间的相互数据通信。研究了大、小钻头钻床控制系统的控制方法，得到了大、小钻头钻床控控制系统的运行指标，提高了大、小钻头钻床控制系统运行的效率。关键词：大、小钻头钻床，PLC，组态Design of Control System for Drilling Machine ProcessingBased on PLCABSTRACTThis paper mainly studies the mechanical parts processingdrilling machine electric control system of the PLC,mainly to thetraditional relay control circuit aging problem,the reliability andfaultexclusionofcomplexcontrolsystemtransformation.Therefore,the design of big or small drill electric control systemtransformation of,will PLC control technology is applied to thetransformationoftheprogram,inordertoimprove theperformance of duplex drill.Duplex drill used in computer as thecontrol,management,monitoring host,theprogrammablecontroller of Siemens series S7-200 as the main controller,designsize two drills and rotary worktable,PC using Kingview 6.55 tocomplete data communication between computer and PLC.Inthis paper,we study the big or small drilling machine controlsystem control strategy,big or small headed drilling machinecontrol system performance,improve the big or small drillingmachine control system operation efficiency.According to thebigorsmalldrillingmachinecontrolsystemfunctionimplementation requirements and selection of motor and motordrive,and gives the block diagram of the system and theequipment circuit wiring diagram.KEY WORDS:Big or small Drilling Machine,PLC,King View目录前言(1)第 1 章绪论(2)1.1 课题国内外发展状态(2)1.2 课题研究目的及意义(3)1.3 设计内容及安排(3)第 2 章 PLC 工作原理和特性简介(5)2.1 PLC 工作原理(5)2.2 PLC 的特性(6)第 3 章钻床系统硬件设计(7)3.1 钻床控制系统要求(7)3.1.1 工作要求(7)3.1.2 工作方式及功能(8)3.2 PLC 选型(8)3.3 I/O 地址分配(8)3.4 PLC 外部接线图(10)3.5 主电路图(10)第 4 章钻床系统软件设计(12)4.1 钻床控制系统分析(12)4.2 钻头钻床梯形图程序的设计(14)4.3 PLC 总梯形图(17)4.4 PLC 指令表(21)第 5 章组态设计及调试(25)5.1 上位机软件设计概述(25)5.2 组态软件的设计步骤(25)5.3 设计监控画面(26)5.4 定义数据变量(27)5.5 变量动画连接(29)5.6 运行调试(32)结论(36)谢辞(38)参考文献(39)外文资料翻译(41)前言大、小钻头钻床是大部分工厂里普遍使用的金属切削机床，它的功能很强大，可以进行很多的各种各样种类形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。但是从控制方面来说的话，它是需要有机、电、液压等等一些系统之间的相互合作来完成不同的工作，另外，还需要有时间上的控制。就如目前的情况来说，我国的大、小钻头钻床的电气控制系统大部分应用的都是比较老旧的继电器接触器控制的方式。就是说它自身所要进行控制的电机比较多所以说它的内部电路也是不简单的，在平常的生产和作业中，频繁的发生电气故障，从而就对工厂的生产形成了影响。但 PLC 电气控制系统是可以有效的有针对性的弥补上述所说系统的这一个缺陷。PLC 是从传统的继电器逻辑电气控制系统发展所形成的，对于微型计算机的控制技术来说，PLC 一直秉持取其精华的优点，它的功能慢慢的一点点的变强大，而后逐步契合越来越复杂的电气控制系统。PLC 之所以有着无与伦比的生命力和延续，是在于它紧跟时代的步伐，更加契合工业现场以及当前市场的需求，可靠性能高，抵挡干扰的能力也很是强大、编写程序语言非常容易、价格低廉、寿命长。在拥有这些优点之外，它的输入/输出端口不需增添其它的中间零部件就可以进行工作。缩小了用户的开发时间与生产成本。所以现在的 PLC 大都可靠性能高、组态界面灵活、运行速度快、编写程序容易方便、初学者也很容易上手学会。我们所知道的 PLC 电气控制系统的这样多的优点，而这一次对于大、小钻头钻床的电气控制系统的改造升级，我特意挑选了以 PLC 为此次设计控制的核心，这样设计的话不仅大大提高了大、小钻头钻床控制这个设计开始进行工作时的稳定性，也为当前工业生产的现代化带来了的不同的思路和想法。而此次监控组态的软件是在计算机的显示屏上面来模拟全部的钻床工作过程操作。第 1 章绪论1.1 课题国内外发展状态所谓钻床就是在不同的零部件上面进行各种孔的加工来满足不同的工业需求的机床，就像钻孔、扩孔、绞孔等都是类似的。在20 世纪70 年代初，不同的国家钻床的控制却都是用继电器逻辑控制的形式来实现其任务所要求的功能。在使用了很大数量的中间继电器、时间继电器、行程开关等诸如此类的控制方式的电气系统以后，就难免使得系统有了如下所说的很多的问题1。鉴于我们国内机床行业市场的巨大的潜在市场需求，吸引了全球范围内著名的机床公司进入国内机床市场，其中主要的 15 家机床企业在国内的投资都占到了机床行业资金总量的 69%2。国外企的先进的管理理念和机床控制系统研发技术对我们国内的机床行业标准的发展提供了强度的支持，一批批新的机床企业也都得到空前的发展。目前建筑行业的需求的机床控制系统，大部分都能国内企业自主生产，甚至一些企业的控制系统还出口到了非洲、拉丁美洲等地区。我们国家的企业在引入了 ISO 以来，提高了制造机床控制系统的标准，快速的使国内的机床制造技术居于世界的前列。大、小钻头钻床是一个很复杂的系统它包含了众多领域，其中有机械，机电，电气，土木等领域，所以研究大、小钻头钻床也就成为一个重要的问题3，它的安全性可靠性舒适性维护成本，维护时间等就成了要解决的问题，但是 PLC 出现了，它的出现完美的解决了这所有的问题，PLC 它不仅仅拥有可靠性高的优点而且它的安全性能也是相当的稳定有保障，维护起来非常方便，成本造价低廉，让其成为当今控制行业的发展方向4。大、小钻头钻床控制系统是非常复杂的，PLC 的出现为大、小钻头钻床控制系统技术的进步提供了很大的帮助。而可编程控制器它是专门用来研发和用来控制工业设备中的电子装置，随着电子技术的升级，PLC 的体积变小，功能方面也是愈来愈强大，对于大、小钻头钻床进行控制的过程也是比之前那些系统平稳的许多，并且能够把机械部件和有序的安装在一起，因此已经成为大、小钻头钻床控制系统中一个非常关键的部件了。总而言之，我国关于这方面的技术的发展蒸蒸日上，仍有很大的潜力值。并将汲取国外优秀的技术不断进行创新发展自己。1.2 课题研究目的及意义大、小钻头钻床的控制系统的主要的控制器主要是有继电器逻辑电路，可编程控制器控制及计算机。而可编程控制器它实际上是一类专门用于工业控制的计算机，是根据不同用户编制的程序利用循环扫描去处理各个需求以及控制功能5。并且由于可编程控制内部有类似于继电器线圈的触点，实际上比继电器更加有优越性，比继电器的运行时间更长，工作更加可靠。所以对于大、小钻头钻床控制系统的改进升级我决定采用可编程控制器。为了拥有更为优化的控制方案，就一定要打破之前那些老旧的钻床存在的那些有瑕疵的地方。若想要实现对传统的老旧的钻床的自动化的完善改进，就不得不通过升级老旧的传统的钻床的机械结构去实现。我这一次进行构思的设计是西门子系列 PLC 和组态王组态软件在大、小钻头钻床控制系统中的应用，进而使大、小两个钻头的钻床可以根据任务书要求自动的完成钻孔所有过程。用组态王组态软件对上位机执行监控软件组态，从而实现了对操作加工现场的实时监控，实时模拟等具有 Windows 格调的动态性的操作画面。通过这一系列的PLC 和组态软件的紧密有效的结合使钻床加工控制系统大幅度其便利性、可靠性。1.3 设计内容及安排本文以大、小钻头钻床电控系统作为研究的主要内容，通过分析大、小钻头钻床的要求，对电气控制系统进行了硬件选型和软件设计，随后根据设计要求特意挑选了西门子 S7-200 型号 PLC 来做为此次设计编写去完成控制程序，用组态王 6.55 画出并调试好画面，成功的调试出上位机的监控画面，实现了在大、小钻头钻床工作时的动画，并且能够在组态王上面对大、小钻头钻床操作，对硬件进行了电路图设计和硬件选型。试验结果表明该系统能够对大、小钻头钻床进行操作，效果比较好。章节划分如下：第 1 章主要是对智能化的立体性车库研究的一些背景及意见进行了介绍，系统阐述了大、小钻头钻床在国内外的发展现状；第 2 章简单的介绍了 PLC 的工作原理特性等；第 3 章是重点介绍了 PLC 是如何逐步的发展进步的及这次设计的系统硬件的设计；第 4 章具体的写了大、小钻头钻床的软件的设计，编写了梯形图，包括 PLC 的选型是如何的等其它方面；第 5 章主要展示了组态的设计、联机调试、仿真结果。第 2 章 PLC 工作原理和特性简介2.1 PLC 工作原理可靠性好的微机虽然有多种功能，但是非常的不耐干扰，具体环境下的加工器械的电磁干扰、电路中的电压电流的波动、生产制造中机械的振动、季节性的高低温度差和地域性的湿度的变化，都不可避免的让普通的微机不能正常稳定的完成工作任务。但是 PLC 在电路、机械、软件等部分都汲取了厂家在具体实际环境中碰到的各种干扰因素的经验。核心部分都应用了大规模的集成电路，将大部分的原件添加到电路中去完成抵抗干扰等问题。I/O 系统的设计有齐全的通道庇护以及信号调理电路，在结构中对不同的常见的干扰性的问题加以过滤、抵消。而在硬件上面采取了一系列的抵抗干扰举措像隔绝、障蔽、滤波、接地等。在软件上面挑选使用数字滤波等抵挡干扰以及窒碍诊断这样的举措。以上全部的工作都是为了让 PLC 具备强大的抗干扰能力所做出的努力。PLC 在上千天以上的时间内都能够稳定运行，这些奠定了 PLC 的重要地位，它也拥有着一般的微机所没有的工作效率。虽然说继电器接触器这样的控制系统即使与其它控制系统来比较有着比较好的抵挡不同的干扰的能力。但是它的机械接触点在数量方面比较大，所以这样的系统它的设备连线也比较复杂，接触点在打开和关闭的时候易遭到电弧的伤害导致其寿命不长、系统的可依赖性也非常差。但 PLC 是选用的微电子方面的技术，很多的开关触点是用没有任何损害的电子存储单元来实现功能，这样就大大的提高了系统可靠性，因而现在的继电器正一点点的被 PLC 的各种电子元件所更新换代。PLC 及周边的衍生品繁多，可以用不同的组件来自由选择搭配不同规格以及要求的系统。在 PLC 所构成的像这样的控制系统方面，我们在 PLC 的不同端子上接上相对应的输入以及输出的信号线就等于完成任务了，并不需要继电器镇及流器之类的可靠性能低且有要求相当大量又繁琐的物理接线的电路。如果变换了控制要求的时候，可以直接在线对程序进行修改，比如同一个 PLC 产品用来对不同的对象进行控制或者相同对象不同控制要求来进行控制，只要修改输入输出模块以及更改软件6。PLC 的输入以及输出可以直接与交流电压 220V、直流电压 24V 等那些强电连接，它们有很强的带负载能力。与此作比较来看继电器等那些个繁琐复杂的线路就没有了它所谓的优点。如此简单的系统结构以及高度兼容的通用性无可比拟。2.2 PLC 的特性PLC 是面向用户的容易上手的设备，PLC 的相关的研发人员很细致的考虑到了实际的操作人员的技术能力。PLC 程序的完成，是应用梯形图或面对工业控制的相对来说并不复杂的指令形式。梯形图是和继电器的原理图差不多一样的，像这种编程看起来较直白，不用花费很大精力就可以学会，甚至没有专门的专业的计算机知识及语言也没什么问题。只要是具有一定基础的电工和工艺知识的人员全都可以在很短时间内学成功。体积小，维持掌握方便。PLC 体量相当小，重量也是非常轻便，安装既省时又省力。PLC 的输入和输出系统既能够很直白地反映出现场信号的不一样的变化状态，还可以应用不一样的方法直白地反映出控制系统的运行功能，就像内部工作、通信、I/O 点、异常以及电源等方面的状态等7。对这些都有醒目的指示，有助于操作以及保养人员对它进行测试及修理。