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PLC程序设计与工作分析

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目录

1 引言 1

2 设计内容 2
2.1 T68镗床PLC改造程序的控制功能 2
2。2 PLC程序设计 2
2。3外围接线图 2
3 工艺分析及控制要求 3
3。1镗床的主要结构 3
3。2 PLC改造流程图 5
3.3主电动机的起动控制 6
3。4主电动机的反接制动的控制 6
3.5主轴或进给变速时主电动机的缓慢转动控制 7
3。6主轴箱、工作台或主轴的快速移动 7
3.7主轴进刀与开作台联锁 7
4 硬件设计 8
4。1 T68镗床电气原理分析 8
4。2 PLC的电气控制系统接线图分析 9
4。3 PLC逻辑I/O表分析 10
5 PLC程序设计与工作分析 11
6 总结 13
7 参考文献 14

1 引言
电子与信息技术的不断发展,给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式机床进行技术改造，取得了良好的效果。
镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件),属于精密机床。镗床除能完成镗孔工序外,在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广.
论文对T68型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相关规定和输入输出的总点数，选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器。分配了PLC的I／O地址，设计出PLC的外接线图.介绍了PLC常见的编程方法，设计了T68镗床PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高,设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。通过STEP7—Micro/WIN32软件进行程序仿真,在此基础上,进行了现场安装、调试。针对系统调试、安装以及运行过程中出现的问题，进行了分析，提出了解决办法和注意的事项。从硬件和软件两个方面采取措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力.

2 设计内容
2。1 T68镗床PLC改造程序的控制功能
随着工业技术的不断完善,各种新型技术在工业生产中广泛应用，传统的镗床控制系统采用继电接触器控制系统，不但接触触点多而且接线复杂 ,而且经常出现故障 ,可靠性较差，因此许多工厂应用PLC可编程控制器对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造.
1 主电动机的起动控制
(1）主电动机的点动控制
（2）主电动机的正、反转控制
2 主电动机的反接制动的控制
（1） 主电动机正转时的反接制动
（2） 主电动机反转时的反接制动
（3） 主电动机工作的高速正转及高速反转时的反接制动过程可仿上自动分析
3 主轴或进给变速时主电动机的缓慢转动控制
4 主轴箱、工作台或主轴的快速移动
2。2 PLC程序设计
对我国机床行业的现状分析，指出机床改造的必要性，T68镗床电气控制系统的控制要求，根据控制要求进行总体方案的设计；统计了系统的输入点和输出点，共有输入点16个,输出点7个；根据PLC的选型原则，选用德国西门子公司生产的S7—200可编程序控制器选用经验设计法编程，设计梯形图；提高控制系统的稳定性.程序仿真、现场安装与调试。利用STEP7—Micro/WIN32仿真软件进行了仿真；在此基础上对PLC改造进行了现场安装和调试，提出了解决方案，并解决了在调试中出现的问题。调试的结果表明了设计程序的正确,达到预想的结果。其中数字输入点应包含：制动按钮、主轴正向启动按钮、主轴反向启动按钮、速度继电器正向节点、速度继电器反向节点、速度继电器反向节点、反向快速进给节点、正向快速进给节点、主轴正向点动按钮、主轴反向点动按钮、主轴变速操作手柄、进给变速手柄动作后无复位、主轴低速变速时动作、停止按钮、主轴过载动作、主轴变速手柄动作后无复位、主轴进给变速操作手柄拉开。其中数字输出点包含：主轴正转、主轴反转、主轴定子短接电阻、主轴低速运行、主轴高速运行、快速进给正向、快速进给反向
2。3外围接线图
按照图4。2T68镗床外围接线图连接好电路，通入交流稳压电源，根据工程的原理，将接线图的输出端接入PLC的输入端，将PLC的输出端接到对应的电机控制回路中。具体接线应按照接线图和电气原理

3 工艺分析及控制要求
3.1镗床的主要结构
T68镗床的结构如图2。4,主要由床身、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等部分组成。

图3—1 T68型卧式镗床的结构
(1）床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿走轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动，因此独自旋转，也可以不同转速同时旋转.
在床身的另一端装有后立柱,后立柱可沿床身导轨在镗主向方向调整位置。在后立柱导轨上安装有尾座,用来支持镗轴的末端,尾座与镗头架同时升降，保证二者的轴心在同一水平线上。

安装工件的做工台安放在床身中部的导轨上,它由下溜板、上溜板与可转动的做工台组成.下溜板可沿床身导轨做纵向运动,上溜板可沿下溜板的导轨做横向运动，工作台相对于下溜板可做回转运动.
（2）进给运动为镗轴的轴向进给、平旋盘刀具溜板的径向进给、镗头架的垂直进给、工作台的纵向进给和横向进给.
（3）辅助运动为工作的回转、后立柱的轴向移动、尾座的垂直移动及各部分的快速移动等.

3。2 PLC改造流程图

图3-2 T68型卧式镗床改造流程图

3。3主电动机的起动控制
（1）主电动机的点动控制 主电动机的点动有正向点动和反向点动，分别由按钮SB4和SB5控制。按SB4接触器KM1线圈通电吸合,KM1的辅助常开触点（3-13）闭合，使接触器KM4线圈通电吸合,三相电源经KM1的主触点，电阻R和KM4的主触点接通主电动机1M的定子绕组,接法为三角形,使电动机在低速下正向旋转。松开SB4主电动机断电停止。
反向点动与正向点动控制过程相似，由按钮SB5、接触器KM2、KM4来实现。
（2）主电动机的正、反转控制 当要求主电动机正向低速旋转时,行程开关SQ7的触点（11—12）处于断开位置,主轴变速和进给变速用行程开关SQ3（4—9）、SQ4(9—10）均为闭合状态。按SB2，中间继电器KA1线圈通电吸合，它有三对常开触点，KA1常开触点(4-5）闭合自锁;KA1常开触点(10—11)闭合，KM3线圈通电吸合，KM3主触点闭合,电阻R短接;KA1常开触点（17—14）闭合和KM3的辅助常开触点(4-17)闭合,KM1线圈通电吸合，并将KM1线圈自锁。KM1的辅助常开触点（3—13）闭合,接通主电动机低速用KM4线圈,使其通电吸合。由于KM1、KM3、KM4的主触点均闭合，故主电动机在全电压、定子绕组三角形联结下直接起动，低速运行。
当要求主电动机为高速旋转时,行程开关SQ7的触点（11—12）、SQ3（4-9）、SQ4（9-10)均处于闭合状态。按SB2后，一方面KA1、KM3、KM1、KM4的线圈相继通电吸合，使主电动机在低速下直接起动；主电动机的定子绕组脱离三相电源，而KT的通电延时闭合的常开触点（13—22）闭合，使接触器KM5线圈通电吸合，KM5的主触点闭合,将主电动机的定子绕组接成双星形后，重新接到三相电源,故从低速起动转为高速旋转。
主电动机的反向低速或高速的起动旋转过程与正向起动旋转过程相似，但是反向起动旋转所用的电器为按钮SB3、中间继电器KA2，接触器KM3、KM2、KM4、KM5、时间继电器KT。

3。4主电动机的反接制动的控制
当主电动机正转时,速度继电器KS正转,常开触点KS(13—18）闭合，而正转的常闭触点KS(13-15）断开.主电动机反转时，KS反转，常开触点KS（13-14）闭合，为主电动机正转或反转停止时的反接制动做准备。按停止按钮SB1后，主电动机的电源反接，迅速制动，转速降至速度继电器的复位转速时，其常开触点断开，自动切断三相电源，主电动机停转.具体的反接制动过程如下所述:
(1）主电动机正转时的反接制动 设主电动机为低速正转时，电器KA1、KM1、KM3、KM4的线圈通电吸合,KS的常开触点KS（13-18）闭合。按SB1，SB1的常闭触点（3-4）先断开，使KA1、KM3线圈断电，KA1的常开触点(17—14)断开，又使KM1线圈断电,一方面使KM1的主触点断开，主电动机脱离三相电源，另一方面使KM1（3—13）分断，使KM4断电；SB1的常开触点（3—13)随后闭合，使KM4重新吸合，此时主电动机由于惯性转速还很高，KS（13-18）仍闭合，故使KM2线圈通电吸合并自锁,KM2的主触点闭合，使三相电源反接后经电阻R、KM4的主触点接到主电动机定子绕组，进行反接制动.当转速接近零时,KS正转常开触点KS（13-18）断开,KM2线圈断电，反接制动完毕。
（2）主电动机反转时的反接制动 反转时的制动过程与正转制动过程相似，但是所用的电器是KM1、KM4、KS的反转常开触点KS（13-14）。
（3）主电动机工作在高速正转及高速反转时的反接制动过程可仿上自行分析.在此仅指明，高速正转时反接制动所用的电器是KM2、KM4、KS（13-18）触点；高速反转时反接制动所用的电器是KM1、KM4、KS（13—14）触点.
3。5主轴或进给变速时主电动机的缓慢转动控制
当主轴变速时,将变速孔盘拉出，行程开关SQ3常开触点SQ3（4—9）断开，接触器KM3线圈断电,主电路中接入电阻R,KM3的辅助常开触点(4—17）断开，使KM1线圈断电，主电动机脱离三相电源。在此过程中，若滑移齿轮的齿和固定齿轮的齿发生顶撞时，则孔盘不能推回原位，行程开关SQ3、SQ5的常闭触点SQ3（3-13）、SQ5(15-14）闭合，接触器KM1、KM4线圈通电吸合，主电动机经电阻R在低速下正向起动，接通瞬时点动电路.主电动机转动转速达某一转时，速度继电器KS正转常闭触点KS（13-15)断开,接触器KM1线圈断电，而KS正转常开触点KS（13-18）闭合，使KM2线圈通电吸合，主电动机反接制动.若孔盘退回原位，则SQ3、SQ5的常闭触点SQ3（3—13）、SQ5（15-14)断开，切断缓慢转动电路.SQ3的常开触点SQ3（4—9）闭合,使KM3线圈通电吸合,其常开触点（4-17）闭合，又使KM1线圈通电吸合，主电动机在新的转速下重新起动.
进给变速时的缓慢转动控制过程与主轴变速相同,不同的是使用的电器是行程开关SQ4、SQ6。
3.6主轴箱、工作台或主轴的快速移动
该机床各部件的快速移动,由快速手柄操纵快速移动电动机2M拖动完成的。当快速手柄扳向正向快速位置时，行程开关SQ9被压动,接触器KM6线圈通电吸合，快速移动电动机2M正转。同理，当快速手柄扳向反向快速位置时，行程开关SQ8被压动，KM7线圈通电吸合，2M反转。

3.7主轴进刀与开作台联锁
为防止镗床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给，在控制电路中必须互联锁,不能同时接通，它是由行程开关SQ1、SQ2实现。若同时有两种进给时，SQ1、SQ2均被压动，切断控制电路的电源，避免机床或刀具的损坏。

4 硬件设计
4。1 T68镗床电气原理分析

图4—1 T68型卧式镗床改造流程图

4.2 PLC的电气控制系统接线图分析

主轴正转
主轴反转
主轴定子短
接电阻

主轴低速运行
主轴高速运行
快速进给正向
快速进给反向
AC220V

KM1

KM2
KM3
KM4

KM5
KM6
KM7
S7—200
PLC

CPU226
1L
Q0.0
Q0。1
Q0.2
Q0。3
2L
Q0.4
Q0.5
Q0。6
Q0。7
Q1.0
3L
Q1。1
Q1。2
Q1.3
Q1.4
Q1.5
Q1。6
Q1。7

N
L1
制动按钮
主轴正向启动按钮
主轴反向启动按钮
速度继电器正向节点
速度继电器反向节点
速度继电器反向节点
反向快速进给节点
正向快速进给节点
主轴正向点动按钮
主轴反向点动按钮
主轴变速操作手柄
主轴进给变速操作手柄
主轴变速操作手柄拉开
主轴进给变速操作手柄拉开
主轴进给变速操作手柄拉开
主轴变速手柄动作后无复位
进给变速手柄动作后无复位
主轴低速变高速时动作
停止按钮
主轴过载动作
内供DC24V
SB1
SB2
SB3
KS1
KS2
KS3
SQ8
SQ9
SB4
SB5
SQ1
SQ2
SQ3
SQ4
SQ5
SQ6
SQ7
SB1
FR
1M
I0。0
I0.1
I0。2
I0。3
I0。4
I0。5
I0.6
I0。7
I1.0
I1。1
I1.2
I1.3
I1。4
2M
I1。5
I1。6
I1。7
I2.0
I2。1
M
L+
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AC220V

图4-2 PLC的电气控制系统接线图

4。3 PLC逻辑I/O表分析
表4—3
I0.0 制动按钮
I1.6 进给变速手柄动作后无复位
I0.1 主轴正向启动按钮
I1。7 主轴低速变速时动作
I0.2 主轴反向启动按钮
I2。0 停止按钮
I0。3 速度继电器正向节点
I2。1 主轴过载动作
I0.4 速度继电器反向节点
Q0.1 主轴正转
I0.5 速度继电器反向节点
Q0.2 主轴反转
I0.6 反向快速进给节点
Q0.3 主轴定子短接电阻
I0.7 正向快速进给节点
Q0。4 主轴低速运行
I1.0 主轴正向点动按钮
Q0。5 主轴高速运行
I1.1 主轴反向点动按钮
Q0。6 快速进给正向
I1.2 主轴变速操作手柄
Q0.7 快速进给反向
I1。2 主轴进给变速操作手柄
I1。5 主轴变速手柄动作后无复位
I1.3 主轴变速操作手柄拉开
I1.4 主轴进给变速操作手柄拉开

5 PLC程序设计与工作分析
网络1

网络2

网络3

网络4

网络1：主要是对镗床正反启动的控制
网络2：主要是对主轴正向运行及变速的控制
网络3:主要是对主轴反向运行及变速的控制
网络4：主要是主轴低速运行和主轴高速运行的转换及正向快速和反向快速的控制

6 总结
时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了,本学期的plc综合课程设计也在2周内完成了。
俗话说“好的开始是成功的一半”。说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，选一个自己有兴趣的题目。其次，李老师对实验的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计,到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。
虽然这次的课程设计算起来在实验室的时间只有三天，不过因为我们都有自己的实验板,所以在宿舍里做实验的时间一定不止三天.
软件的编程也要我们不断的调试,最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。
当然,这其中也有很多问题,第一、不够细心比如由于对plc逻辑理解的错误，导致无法实现预定功能.第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验.对于这次plc综合课程实习,我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。第三，在做人上,我认识到，无论做什么事情,只要你足够坚强，有足够的毅力与决心,有足够的挑战困难的勇气,就没有什么办不到的.
在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用plc的能力,对plc的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法.
再次感 谢李老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活,生活是实在的，要踏实走路.课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。在这次课程设计中,我能够运用PLC学习到的知识达到任务要求，让我能更透彻更深刻的理解PLC在实际应用中的价值，为以后的工作学习奠定了一定的基础，在将来的实际工作中将PLC应用的更加完善，也对现在的学习留下了深刻印象。

7 参考文献
［1］胡学林 主编 可编程控制器教程 北京：电子工业出版社,2003.11
［2]耿文学 主编 可编程控制器应用技术手册 北京:科学技术文献出版社，1996
[3]于庆广。可编程控制器原理与系统设计。北京：清华大学出版社,2004
［4］郭宗仁. 可编程控制器及其通讯网络技术。机械工业出版社，1999
[5]贾德胜 《PLC应用开发实用子程序》 北京:人民邮电出版社 2006
[6］ 王也仿 《可编程控制器应用技术》 机械工业出版社 2001
[7]陈金华 《可编程控制器应用技术》 电子工业出版社 1993年6月
[8］胡学林 《可编程控制器教程》 电子工业出版社 2003年5月
[9］李振安 《工厂电气控制技术》 重庆大学出版社 2006
[10]李辉 S7—200编程原理与工程实训 北航大学出版社

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