车镗专机PLC控制系统报告.doc

目录摘要。1第一章 方案确定。21.1 车镗专机组合机床简介.。2 1.1.1 车镗专机概述.。21.1.2 车镗专机的基本组成.。21.1.3 工件加工过程.。21.1.4 液压系统。31.2 车镗专机组合机床控制要求.。31.3 方案确定.。4第二章 PLC控制系统硬件电路设计.。52.1 主电路。52.2 不进PLC的控制电路和信号电路。52.3 I/O接线图。52.3.1 I/O接线图。52.3.2 I/O接线图说明.。5第三章 PLC控制系统程序设计.。63.1 自动控制程序.。6 3.1.1 单循环控制程序.。6 3.1.2 单动力头控制程序.。73.2 手动控制程序.。83.3 上、下位机配合控制程序。93.4 联锁、保护程序。9第四章 监控软件的设计.。94.1 监控软件的功能。94.2 欢迎界面.。104.3 监控界面。104.4 组态程序。12第五章 设备使用及维护说明.。135.1 设备使用说明.。135.2 设备使用及维护注意事项.。14第六章 设计小结.。14附录：I/O接线图和功能表图。15 电气主电路和控制电路。16 PLC程序。171摘要关键字：车镗专机、PLC、组态软件液压车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工的一种自动加工设备，有工位粗加工和工位精加工。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。本次设计的目的:能够利用PLC进行车镗专机控制系统设计。通过PLC的硬件电路（输入/输出设备和PLC的确定、I/O点的分配、主电路的设计、外控电路设计、控制面板设计）和软件电路设计（PLC功能表图和梯形图设计），了解可编程序控制器控制系统设计的基本原则，掌握其设计的基本步骤和内容，掌握实际应用程序设计方法和步骤；深刻领会可编程序控制器的原理。通过在PLC上调试，训练动手能力和可编程序控制器实际应用能力；提高独立分析、解决问题的能力；为进一步系统的学习打下基础 。 组态软件，又称组态监控软件系统软件。组态软件通常有以下几方面的功能： （1）强大的界面显示组态功能。（2）良好的开放性。(3) 丰富的功能模块。（4）强大的数据库。5）可编程的命令语言。（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。 （7）仿真功能提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。第一章 方案确定1.1 车镗专机组合机床简介1.1.1 车镗专机概述 车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工的一种自动加工设备。工件示意图： 1-1 工件示意图1.1.2 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组成如图1-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。控制柜液压站左动力头工作台（液压）右动力头1-2 车镗专机的基本组成示意图1.1.3 工件加工过程加工过程如图一所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右协力头同时开始镗销加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位：而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时工位的粗加工结束，工作台移到工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进，工进到终点延时后快退回原位，工位加工结束，工作台退到工位，松开工件，一个自动工作循环就结束了。图一 车镗专机的自动加工过程1.1.4 液压系统车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现的，车镗专机液压系统元件如表所示。YV1 +卸荷SP1 +油压到信号YV2 + ()工件松开 （夹紧）SP2 +工件紧信号YV3 +向工位YV5 +横 进YV4 +向工位YV6 +横 退 表一 车镗专机液压系统元件表注：表中“”表示得电，“”表示断电。1.2 车镗专机组合机床控制要求1）本系统有七台电机：油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。2）工作台有两个工位，由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。3）有自动和点动两种工作方式，其中自动工作方式又有三种形式：全自动循环、工位循环、工位循环工作。全自动循环过程是从工位到工位再到工位，工位循环、工位循环工作是指工件只在工位或工位时的加工循环。4）手动工作方式包括左、右主动轴的点动对刀，左、右动力头的快进与快退点动，手动松开工件、手动移位等。5）左、右床习导轨应具有自动润滑功能（YV7、YV8）。6）左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动（YB1、YB2）。7）油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。8) 具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。9) 具有照明和必要的联锁环节和保护环节。1.3 方案确定根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后， 程序较为复杂，且应用的步骤较多，所以放弃使用电气控制法，而采用PLC控制。我确立了如下的设计方案：1）首先我对整个机床设备需要有过流、过载保护。对于每台容量相近的电动机来说，一组熔断器可以保护3台电动机。因此需要对这些元器件进行选择分析，以尽量减少保护器件的使用，达到节约的目的。主要用到的是熔断器和热继电器。2）对于急停功能我们采用断电源的方法，就是终结油泵电机的运行，达到急停的效果，因此对于急停功能的处理就不进PLC。还有照明电路、抱闸制动、润滑和一些指示电路是为了工作的方便而设计的电路，也不进入PLC。3）其他控制电路则通过PLC编程器来完成。由于我们是第五组，做的是工位自动循环加上全自动循环。本次设计中自动工作方式的形式主有全自动循环和工位循环，全自动循环工作过程为：从工位工位工位，而工位循环只在工位加工就行。由于机床有两种工作方式：手动和自动。手动控制采用经验设计法而自动控制以顺序控制法为主。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关SA1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。4）画功能表图时，我选择的是用步进指令，而不是使用通用的指令编程。由于通用的指令编程会出现双线圈错误，而且检测故障比较困难。但是步进指令就没有这些问题，一步一步的思路非常清晰，不容易出错，并且后一步得电后会自动切断上一步的运行。第二章 PLC控制系统硬件电路设计2.1 主电路主电路（如附图所示）由七台电机控制。M1为油泵电机，M2控制右主轴的转动，M3控制右工进，M4控制右快进，M5控制左主轴的转动，M6控制左工进，M7控制左快进。接触器KM1KM9的主触点控制电机的转动。其中KM2触点闭合，右主轴电机转动；KM3触点闭合，右工进电机转动；KM4KM5触点闭合，右快进和右快退电机转动；KM6触点闭合，左主轴的转动；KM7触点闭合，左工进电机转动；KM8KM9触点闭合，左快进、左快退电机转动；KM1触点闭合，油泵电机起动；熔断器在电路中进行过流保护。热继电器FR1FR7分别对七台电动机负载的过载保护。2.2 不进PLC的控制电路和信号电路待添加的隐藏文字内容1不进入 PLC控制而直接在控制面板上手工控制（如附图所示），这样简化了PLC控制程序也降低了对设备的要求。左右床身导轨的自动润滑功能和左右快速电动机采用的电磁铁抱闸制动也在控制电路中。润滑动作在快退期间启动，抱闸动作通过行程开关触发。按下SB9的时候，油泵电机就启动运行，直到不要的时候切断SB10的停止按钮才停止运行。电源指示灯和油泵指示灯还有照明电路用的是36V电压，有需要照明的时候就按下SA5或SA6，照明灯就可以亮起来了。2.3 I/O接线图 2.3.1 I/O接线图（如附纸所示）2.3.2 I/O接线图说明：有二十四个输入和十六个输出，其中复用了三对。名称理论控制开关输入继电器实际操作开关左快进SB4 X20K19启动SB1X0K12左快退SB5 X21K20左原点SQ8X1K0横刀终点SQ7 X22K9左终点SQ10X2K1/全自循环SA3 X23K22右原点SQ1X3K2名称继电器输出继电器右终点SQ3X4K3左快进KM8Y0工位SQ5X5K4左快退KM9Y1工位SQ6X6K5左工进KM7Y2油压到信号KP1X7K10右快进KM4Y3工件夹紧信号KP2X10K11右快退KM5Y4手/自动SA1X11K23右工进KM3Y5左快进到工进SQ9X12K6左主轴KM6Y6左主对刀SB6X12K13右主轴KM2Y7右快进到工进SQ2X13K7卸荷工件松开YV1YV2Y10Y11右主对刀SB7X13K14向工位YV3Y12横刀原点SQ4X14K8向工位YV4Y13手动移动SB8X14K15横进YV5Y14手动松开SA2X15K16横退YV6Y15右快进SB2X16K17工作指示灯HL1Y16右快退SB3X17K18原位指示灯HL2Y17第三章 PLC控制系统程序设计3.1 自动控制程序3.1.1 单循环控制程序对于工位自动循环，在原位时，等到油压达到一定程度时，按下启动按钮X0，左右就开始作快进运行，当左边按下SQ9时，左边就变成工进，此时左工速电机(Y2)和左主轴电机(Y6)一起运行，到了左终点SQ10时，就作快退行驶直到快退到左原点SQ8才停止。当右边按下SQ2时，就变成工进运行，此时右工速电机(Y5)和右主轴电机(Y7)一起运行，运行一段时间后，按下右终点SQ3，就开始作横进（Y14）直到碰到横刀终点SQ7才作横退运行，横退完后，按下横刀原点SQ4，右动力头就作快速后退直到退回右原点SQ1才停止运行。只有左右两边都回到各自的原点后，就相当于回到了原位，工位自动循环才结束。 3.1.2 单动力头控制程序单动力头全循环，我就列举左边的运行情况。等到油压达到一定程度后，夹紧信号X10得电后，按下启动X0按钮，左动力头开始作快进运行直到碰到行程开关SQ2才转化为共进，工进完后按下左终点SQ10，马上就照原路返回快退运行直到遇到左原点才完成工位的加工，然后工位从工位移到工位，当切换到工位的时候，说明已经移到了工位，左动力头就作快进运行，快进完后，按下SQ2又转化为工进，工进完后按下左终点SQ10后，没有马上作快退运行而是旋转左主轴3S后快退返回左原点SQ8，回到左原点后，工件从工位移回工位，全循环才结束。3.2 手动控制程序手动控制程序里面有上位机控制和下位机控制。下位机控制时，是控制输入继电器来实现车镗专机组合机床的运行，直接由现场的设备控制。其中手动快进和手动快退是互锁的，同一时间只能一个运行。按下手动左快进X20时，Y0得电，左快速电机就开始正转快速前进。手动快退和主轴对刀时，主轴都要运转。像快退快进和主轴对刀都是点动的，按下时才运行，放开后就不运行。但手动移位就不一样了，当工件在工位时，要移到工位，只要按下手动移位X14时，哪怕马上放开，工件也要移到工位后才停止。在程序中是用置位来实现的，直到移到工位时，才复位掉。当从手动切换到自动时，为了避免在移动过程中就被切换到自动，所以要切换到自动还要求工件在工位或工位才可能切换，手动移位时，在移动途中不被切换自动，直到移到工位上时才变成自动的。3.3 上、下位机配合控制程序判断是上位机控制还是下位机控制的，要一个辅助继电器M101来区分开来。在下位机控制程序中加常闭触点M101，当选择下位机控制时，常闭触点M101不会影响程序运行。而当选择上位机控制时，常闭触点M101变成常开触点M101切断下位机控制。此时上位机的按键借助接通或断开辅助继电器M来控制车镗专机组合机床的运行，以防止两者同时控制时互相干扰而损坏设备。除了十个行程开关和油压信号，夹紧信号外，其他都要分为上下位机。3.4 联锁、保护程序由于同一台电机快进和快退不能同时发生，所以无论如何，都要进行互锁。就是在快进的程序上加快退的常闭触点，在快退的程序上加快进的常闭触点，无时无刻只允许先按的快进或快退运行。还有就是横进和横退，在自动循环过程中，这两个也不能够同时发生。也要在横进的程序上加横退的常闭触点，在横退的程序上加横进的常闭触点即可。第四章 监控软件的设计4.1 监控软件的功能组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优 点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。4.2 欢迎界面此界面为欢迎界面，就是切换到View后出现的界面。首先新建一个画面，在这个画面上添加一个点位图，然后就可以从文件中加载需要的图片，进而就通过拉伸成全画面。在图上我添加了日历和时间，直接从图库中取得。其次，再添加一个点位图，作为按键，当按下时，要跳到另一个画面，即是监控界面。只要在设置中选择按下时，就跳到holmes界面。程序如下：ShowPicture("holmes"); 4.3 监控界面下图为监控界面图，当为上位机控制，直接由面板操作监控现场运行情况。第一，先进行设备的连接，设置串口 COM1，选择好合适的波特率，数据位和停止位，奇偶校验选择偶校验。再新建一个设备配置向导，选择三菱的型号，命名为PLC。第二，点击数据词典，定义变量。在这个车镗专机组合机床需要用到的变量类型只有三种类型，就是I/O离散，内存整数和内存离散。在我理解上I/O离散就是对输入继电器X变量的定义和对输出继电器Y变量的定义还有就是对辅助继电器M变量的定义。内存整数就是可加可减的变量，像组态中仿真快速电机的运行，当满足某个条件时，快速电机就加上设定的某个数值。内存离散相当于数字量一样，我是专门给某些指示灯定义的。第三，定义完需要的变量后，就得设计一下车镗专机的硬件组成。有些东西都是通过组合图素来实现一个整体的。马马虎虎设计完上面的那个画面，虽然丑了点，但是大致的都可以表示车镗专机组合机床的运行情况。其中SQ1SQ10与操作现场共用输入继电器，还有油压信号和夹紧信号这两个。其余的都要分为上下位机，上位机控制上多了切换上下位机的按键。第四，就是在画面上进行变量名的选择，选择正确的变量名，像启动就要选择定义变量的启动，为I/O离散，连接设备是PLC，用的寄存器是M100。再设置好按键的切换情况，比如按下键时，这个变量名为1还是为0.对于要让其移动或旋转的，都要进行动画连接向导，就是要移动的距离。第五，右击鼠标，选择画面属性，在画面命令语言中写程序。程序我都是识别输出继电器的动作来控制组态王上的车镗专机组合机床运转还有指示灯的亮暗。例如：if(本站点Y1=1)本站点左移动=本站点左移动-20;这条程序的意思是如果左快速电机给个后退信号时，组态王上的模拟的左快速电机就进行满足条件时，一个扫描周期在原来的位置后退一个数值。对于快进到工进直到碰到终点过程中，总长是水平移动连接向导拖动的距离。程序如下；if(本站点Y0=1&&本站点左移动<=179)本站点左移动=本站点左移动+20;，只要同时满足两个条件时，才执行左移动加二十。根据调试得出179那个点可以当作快进到工进的那个SQ9点，当大于179时作为工进路程。程序如；if(本站点Y2=1&&本站点左移动>179)本站点左移动=本站点左移动+5;，直到移动最大。还有主轴的旋转，满足条件时一个扫描周期旋转20度。if(本站点Y6=1)本站点手=本站点手+20;和if(本站点手>=360)本站点手=0;，可以实现主轴的转动。4.4 组态程序下面为全部的组态程序：if(本站点Y0=1&&本站点左移动<=179)本站点左移动=本站点左移动+20;if(本站点Y2=1&&本站点左移动>179)本站点左移动=本站点左移动+5;if(本站点Y3=1&&本站点右移动<=177)本站点右移动=本站点右移动+20;if(本站点Y5=1&&本站点右移动>177)本站点右移动=本站点右移动+5;if(本站点Y1=1)本站点左移动=本站点左移动-20;if(本站点Y14=1)本站点横刀=本站点横刀+5;if(本站点Y15=1)本站点横刀=本站点横刀-5;if(本站点Y4=1)本站点右移动=本站点右移动-20;if(本站点Y13=1&&本站点手自动切换=1)本站点工作台=本站点工作台+5;if(本站点Y12=1&&本站点手自动切换=1)本站点工作台=本站点工作台-5;if(本站点Y6=1)本站点手=本站点手+20;if(本站点Y7=1)本站点手右=本站点手右+20;if(本站点Y13=1&&本站点手自动切换=0)本站点工作台=本站点工作台+5;if(本站点Y12=1&&本站点手自动切换=0)本站点工作台=本站点工作台-5;if(本站点手>=360)本站点手=0;if(本站点手右>=360)本站点手右=0;if(本站点Y2=1)本站点左工速电机=1;else本站点左工速电机=0;if(本站点Y5=1)本站点右工速电机=1;else本站点右工速电机=0;第五章 设备使用及维护说明5.1 设备使用说明设备的使用分为上位机控制和下位机控制，两者不能够冲突。监控面板上有十二个控制按钮，除了手动操作的八个按钮外，还有启动，上下位机，手/自动和工位/全自循环按钮。当没按上下位机按钮不得电时，为下位机控制车镗专机组合机床工作，上位机上的按键按下无效果。当由下位机控制时，油压信号X7得电时，假如下位机处于手动状态就进入手动操作，有八种工作情况：第一，按下SB2，让X16得电使得Y3得电，可实现右快速电机作右快进运行。第二，按下SB3，让X17得电使得Y4得电，可实现右快速电机作右快退运行。第三，按下SB4，让X20得电使得Y0得电，可实现左快速电机作左快进运行。第四，按下SB5，让X21得电使得Y1得电，可实现左快速电机作左快退运行。第五，按下SB6，让X12得电使得Y6得电，可实现左主轴对刀。第六，按下SB7，让X13得电使得Y7得电，可实现右主轴对刀。第七，按下SA2，你会看见工件松开，在监控界面上可看到夹紧的面板不见了即被隐藏起来。第八，按下SB4，使得X14得电，开始时在工位，就会向工位移动。开始时在工位就会向工位移动，直到移到位后才停止。如果你切换到自动，首先会自动回到原位，原位指示灯亮，无任何操作几分钟后，会自动卸荷。按下启动键SB1，等待夹紧信号KP2后，左右快速电动机作快进运行。当碰到行程开关SQ2或SQ9时，就变为工进，左边遇到SQ10时，就后退直到按下SQ8才停止下来。而右边碰到SQ3时，就进行横进运行，直到按下SQ7后才作横退返回，横退一段路程后遇见横刀原点SQ4时才作快退直到按下SQ1才停止下来，这就是工位工作。如果只要工位循环就会回到原位，等待下一个启动运行。如果是要全自动循环，就会跳到工位移动工位，进行工位加工。当移到工位后，左右快速电动机作快进运行，只要按下SQ2或SQ9，就会由快进变成工进运行。当它们碰到终点SQ10或SQ3时，就让左右主轴旋转，延时3s后才作快速后退直到遇到各自的原点才停止。只有两边都回到原点后，工作台才工位退回到工位来，回到工作后就相当又回到了原位，等待下一个命令。上位机跟下位机是一样的控制，只是上位机是控制辅助继电器来实现对车镗专机组合机床的控制。5.2 设备使用及维护注意事项第一，使用中，当组态中快速电动机正在快进还没有达到SQ2或SQ9点时，就按下这键，快速电动机就停在这个位置不动，不会作工进运行，所以在监控界面上，要等移到位的时候，才能按下行程开关才能正常工作。第二，在使用操作过程中，无论是在工作还是在工位，SQ5或SQ6都要有一个行程开关得电，比如要是在手动操作的时候，工件即不在工作也不在工位，就无法切换到自动循环运行来，会一直停留在手动状态。第三，维护时，如果确定没有误操作后，车镗专机组合机床不正常工作，在哪边运行不正常，就检查哪边的行程开关，看看是不是行程开关坏了导致停留在哪边不运行？这样就可以分析故障出在哪里。第六章 设计小结 这次课程设计我们学到很多，不仅学会如何分配IO口，还有怎么复用。首先了解车镗专机组合机床大致工作情况，需要哪些控制输入继电器，哪些输出继电器输出信号。经过不断理解，不断分析才列出24个输入，16个输出。其中不包括电源指示灯和油泵工作，他们直接连在主电路上，不进PLC.。但是由于三菱只有二十四个输入，老师建议留两个输入端，所以手动和自动不同同时发生的就要复用了。比如左快进到工进的行程开关和左主轴对刀等等。画功能表图时，就按顺序的思路用步进指令列出车镗专机组合机床的运行情况，尽可能地完善它。在画功能表图过程中遇到不能解决的问题，就及时地向老师们请教，以免出大问题自己却浑然不知。在答辩功能表图的时候，老师仔细的看，还帮我们指出了一些问题。比如在加工过程中，突然失去了油压信号，要让车镗专机组合机床停在这个位置，这个时候工件是松开的，当油压信号再来的时候，车镗专机组合机床要回到原位，没有继续加工这个工件，由于失去油压信号时，工件是松开的，难免会出现偏离，如果再加工就会不合格。功能表图完后，我们就开始写程序，按功能表图写程序后，进行程序检查，出现一些问题，比如双线圈，指令错误。改完之后进行调试，会出现很多的问题，尤其是在误操作的情况下，会出现很多的问题，我都是通过不断调试不断完善程序。 做组态王的，首先我想象下车镗专机组合机床的大致结构，然后再监控界面中构造出来，有些只能通过组合图素来实现的。再弄些按钮，可实现上位机控制。大致监控界面如上面所示，我花了大部分时间来完成这个界面，但是还是小效果不大理想。由于分为上下位机控制，所以原来只有下位机控制的程序需要再加一些程序。老师教我们说下位机是控制输入继电器来实现对车镗专机组合机床的控制，而上位机是通过改变辅助继电器来实现对车镗专机组合机床的控制，所以改起程序就比较明了。添加完程序后我先用GX软件进行监控调试，确保没错后，我就转去做组态王的连接。首先我定义变量，在监控界面上一一对应起来。最关键的是组态里面的程序，由于刚接触，对这种写程序不大了解。刚开始写程序的时候，我以为像那些条件做事情的，还是要判别输入的信号的变化来决定组态监控的运转，那样的话程序很复杂，我写了几条就写不下去了。后来老师叫我试着用输出的信号来判别监控界面一些东西的运行等。好写多了，总共20条指令不到，而且基本没有什么出错。从此我就意识这一点，在能力允许的范围内，尽量去找一些技巧，这样会给工作带来很多不必要的麻烦。以上是此次课程设计中我们一点点的感受，难于面面俱到。通过这段时间的课程设计，我们在一定程度上对PLC有了更深一步的认识，完善了自己的知识体系。不管以后的学习生活或工作中是否还能接触到这类课程的学习，不可置疑，这已成为我知识中不可或缺的一部分。虽然小组里面有两个人成员，表面上我写PLC程序，他做组态王那块。但是到最后我们觉得我们其实都在学，并且学到了很多的东西。在个人认为课程设计比起上课更有用，希望这种课程设计多多益上。