基于PLC的机床电气控制系统设计.doc

基于PLC的机床电气控制系统设计摘要：我们在各种场合看到了继电-接触器控制，那已经是时代的过去，如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用到，而PLC的出现也成为了划时代的主题，通过比较稳定的硬件穿插灵活的软件控制，使得自动化走向了新的高潮本课题利用西门子S7-200PLC对T68镗床原有的继电-接触器控制系统进行了改造；阐述了系统改造方案，同时根据镗床的控制要求和特点，确定PLC的输入、输出分配，设计出梯形图并进行了模拟调试关键词：西门子PLC；镗床；改造The design of electric control system for machine tool based on PLCAbstractWe come in sight of the control that links after the electric appliances in various situation, that is already the that time generation past, now of after use in the mold a perhaps simple equipments of grass-roots control that the electric appliances can do for the low level only,And the PLC emergence also became the epoch-making topic, adding the vivid software control through a very and stable hardware, making the automation head for the new high tide.This text use the Siemens S7-200 PLC to reform the T68 boring lathe．The system reformation project is described in detail．The PLC importation and input/output allotment are ensured according to the control requirement and characteristics of the boring lathe．A control circuit is designed and commissioned in the simulation．Keywords：Siemens PLC；boring lathe；reformation目录第一章绪论 11.1 PLC技术背景 11.2 PLC的系统结构 11.2.1 软PLC开发系统 21.2.2 软PLC运行系统 21.3 PLC技术应用的优势 31.4 PLC控制与微机控制的区别 4第二章T68机床的用途、主要结构和运动 5第三章电力拖动方式和控制要求 83.1 机床的电力拖动方式 83.2 T68型卧式镗床运动对电气控制电路的要求 83.3 控制电路的分析 83.3.1 主轴电动机M1的电路分析 83.3.2 进给电动机M2的电路分析 93.3.3 主电路的分析 103.4 联锁保护环节的分析 103.5 辅助电路分析 10第四章T68镗床电气控制系统的PLC改造 114.1 T68卧式机床PLC改造的目的 114.2 PLC控制系统改造说明与I/O地址分配 114.3 PLC选型与接线图绘制 114.3.1 PLC的选型 114.3.2 PLC接线图的绘制 154.4 绘主程序制梯型图 164.4.1 编程软件介绍 164.4.2 绘制梯形图 174.5 程序调试 194.6 设计改造购置物品经费预算 25第五章TD200相关介绍和PLC的安装 265.1 TD200相关介绍 265.2 AC交流接线安装 265.3 直流安装 27第六章 总结 29结束语 30参考文献 32第一章 绪论1.1 PLC技术背景20世纪90年代后期，人们逐渐认识到，传统PLC（本文简称硬PLC）自身存在着这样那样的缺点：难以构建开放的硬件体系结构；工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一种产品的编程方法；传统PLC的生产被几家厂商所垄断，造成PLC的性价比增长很缓慢。

这些问题都成了制约传统PLC发展的因素近年来，随着计算机技术的迅猛发展以及PLC方面国际标准的制定，一项打破传统PLC局限性的新兴技术发展起来了，这就是软PLC技术其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用放的通信接口，如以太网、高速串口等；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；全部用软件来实现传统PLC的功能1.2 PLC的系统结构软PLC基于PC机，建立在一定操作系统平台之上，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，通过IO模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出根据传统PLC的组成结构，软PLC系统由开发系统和运行系统两部分组成也可分为编辑环境和运行环境两部分编辑环境与运行环境是客户服务器模式，二者之间采用COMDCOM通信机制，运行环境作为COM服务器，提供标准的通信接口；编辑环境作为COM客户端应用，本地或远程访问存取这些接口，进行下载代码、读取运行环境的运行信息等操作[1]软PLC系统的整体框图如图1.1所示嵌入式系统通常由EPC或嵌入式控制器（也称智能控制器）和嵌入式软件组成，嵌入式软件又分为嵌入式操作系统和嵌入式应用程序，嵌入式操作系统的特点是程序短小、所需内存少，Microsoft公司推出的WindowsCE就是一个嵌入式操作系统，而软PLC可以作为一个嵌入式应用程序运行在嵌入式系统中。

软PLC开发系统和运行系统是相互独立而又密不可分的两个应用程序，可以分别单独运行1.2.1 软PLC开发系统软PLC开发系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC编程器，此部分具备如下功能：①编程语言标准化，遵循IEC61131-3标准，支持多语言编程（共有5种编程方式：IL，ST，LD，FBD和SFC），编程语言之间可以相互转换；②丰富的控制模块，支持多种PID算法（如常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等），还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制；③开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块；④仿真运行，实时监控，修改程序和编译；⑤强大的网络功能支持基于TCPIP网络，通过网络实现PLC远程监控，远程程序修改图1.1 软PLC系统的整体框图1.2.2 软PLC运行系统这一部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作通常由IO接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成：①IO接口，可与任何IO系统通信，包括本地IO系统和远程IO系统，远程IO主要通过现场总线InterBus，ProfiBus，CAN等实现；②通信接口。

通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI（或MMI）软件按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换；③系统管理器，处理不同任务和协调程序的执行，而且从IO映像读写变量；④错误管理器，检测和处理程序执行期间发生的各种错误；⑤调试内核，提供多个调试函数，如重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；⑥编译器，通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器可执行代码（即目标码）[3]1.3 PLC技术应用的优势1、功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不同规模的系统可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一 4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法这种编程方法很有规律，很容易掌握对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行6、维修工作量少，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障 7、体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用[4]1.4 PLC控制与微机控制的区别1、控制模式有些功能相似和接近，有的指令基本相同，有些低端的PLC就是一个以单片机(如8051)为核心的系统；2、早期的PLC只能使用开关量，现在的PLC功能强大，可以选配很多种模块,如A/D，D/A，温度，PID，高速I/O，简易CNC功能，但其CNC功能的使用非常不便,不如专用的CNC系统（高档的CNC并不是以单片机为核心，而是如80486这种档次的CPU）；3、PLC的指令运用比单片机灵活,但一般的普通I/O口的运行时间比单片机长；4、PLC的硬件使用方便，可根据需要选择各种现成的模块,使用单片机一般要根据需要自己制作I/O接口；第二章 T68机床的用途、主要结构和运动图2.1 T68镗床实物图镗床主要用于孔的精加工。