1、 毕业设计（论文）多工步组合机床的 PLC 控制系统设计摘 要工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的位置。在机床行业中，多工步动作多机床由于其工步及，控制较为复杂。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此故障多，维修困难、费时费力。采用 PLC 控制，可是接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了功效。制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力蛀牙取决于执照设备机床的先进程度。多工步机床用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床，某锭脚加工工艺比较复杂，零件加工前为实
2、心毛坯件，整个机械加工由 7 个刀具分分别按照 7 个工步要求依次进行切削。7 个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔、粗绞双节孔及倒角、精绞双节孔、绞锥孔的工步要求。关键词：制造业，多工步机床，PLC 控制，梯形图毕业设计（论文）IDesign of combination machine tools control system of PLCABSTRACTThe control of industrial automation control in industrial production occupies an important position. The machine
3、 tool industry , multi-stage machine and work because of its action,control is more complicated. Using traditional relay control, need complex, the relay, fault than wiring, maintenance difficulties, Feigong time-consuming. PLC control, but not only greatly simplified wiring, installation is very co
4、nvenient, and ensure the reliability, reduce the maintenance and increase the efficiency.Manufacturing is one country or region development of the important pillars, its development level mark the country or regions economic strength and technology level, the living standards and national defence ca
5、pabilities. While manufacturing production capacity depends on the advanced manufacturing equipment, machine tool. Many workers step for processing cotton spinning ingots machine a processing machine a feet, a spindle feet processing technology is more complex, parts processing for solid blank piece
6、 before, the whole mechanical processing by seven tool points respectively according to seven workers were cutting step requirements. Seven work step is as follows: the drilling, car plane, drill deep holes, outside, round and drilling, coarse twisted double festival hole and chamfering and fine twi
7、sted double festival, twisted tapered bore holes work step requirements. KEY WORDS: Manufacturing,Multi-stage machine, PLC control,Iadder-iagram 毕业设计（论文）II目 录前 言 .1第 1 章 多工步组合机床与 PLC.21.1 课题研究的背景 .21.1.1 我国工业电气控制技术的发展状况 .21.2 可编程控制器的简介 .31.2.1 可编程控制的定义 .31.2.2 PLC 的特点 .41.3 课题的提出 .51.4 课题研究的意义，价值和技术
8、可行性 .51.4.1 PLC 控制与继电器控制的比较 .51.4.2 PLC 控制与单片机控制的比较 .71.5 小结 .7第 2 章 硬件设计 .82.1 PLC 选型设计 .82.2 PLC 的 I/O 编址 .92.2.1 PLC 的 I/O 具体分配表 .92.3 PLC 的 I/O 电路设计 .102.4 元件明细表 .112.5 小结 .14第 3 章 软件设计 .163.1 软件开发平台和编程语言的选择 .163.1.1 软件开发平台 .163.1.2 编程语言的选择 .163.2 多工步机床电气控制系统的流程图设计 .183.3 多工步机床电气控制系统梯形图设计 .193.4
9、 小结 .24第 4 章 组态设计 .264.1 人机界面（HMI）设计 .27毕业设计（论文）III4.2 定义设备和连接变量 .294.3 数据变量定义 .294.4 动画连接与命令语言 .304.5 组态图 .33结 论 .35谢 辞 .36参考文献 .37外文资料翻译 .38毕业设计（论文）0前 言工业机床的控制在工业生产自动化控制中占有重要的位置。多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。采用 PLC 控制，可使线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，
10、减少了维修费，提高了工效。该多工步机床是采用采用 PLC 控制，液压机械传动的机床设备。PLC 系统设计任务分为硬件和软件设计两部分。一般的 PLC 控制系统有信号输入组件，输出执行器件，显示器件和 PLC 构成。因此，此 PLC 控制系统的硬件设计就是 PLC和上述器件的选取和连可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的 PLC 后，只需
11、按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将 PLC 应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC 现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT ）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、继数继电器等组成的继电- 接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。接着，再通过软件的编制，最终实现除
12、装卸工件以外的其余自动循环过程。采用 PLC 技术改造的多工步机床和自动控制系统完全符合多工步机床自动的生产特点，能够满足多工步机床自动控制的各种要求，从而提高了面纺锭子锭脚的加工水平。毕业设计（论文）1第 1 章 多工步组合机床与 PLC1.1 课题研究的背景本文设计的多工步机床是用于加工棉纺锭子锭脚的一种加工机床,其锭脚加工工艺比较复杂,零件加工前为实心坯件,整个机械加工过程由七个工步要求依次进行切削七个工步依次为：钻孔、车平面、钻深孔、车外圆及钻孔、粗绞双节孔及倒角、精绞双节孔、绞锥孔，各个工频的动作分解如图 1-1 所示。图 1-1 各个工步的动作分解图1.1.1 我国工业电气控制技术
13、的发展状况工业电气控制技术是一种运用控制理论，食品仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、高度、管理和决策，达到增加产量，提高质量，降低消耗，确保安全等目的综合性技术，主要包括工业电气化软件，硬件和系统三大部分。毕业设计（论文）2我国工业电气控制的发展道路，大多是引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制电气化技术，产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业电气控制技术正在向智能化，网络化和集成化方向发展。从 20 世纪 60 年代开始，西方国家就依照技术（及新设备，新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，
14、使工业的得到飞速发展。20 世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快及完善服务体系体系、就是企业 T.Q.C.S，是企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便做出正确的决策” 。即“五个正确” 。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效率同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。1.2 可编程控制器的简介作为通用工业控制计算机，30 年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备控制到胜任运动控制、
15、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。1.2.1 可编程控制的定义可编程控制器( 简称 PLC） ，是指为计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会办法的 PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专业为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令、并能通过数字式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程” 。1.2.2 PLC 的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的
16、关键性能。PLC 由于采用现代规模继承电路技术，毕业设计（论文）3采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司身材的 F 系统 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气线接及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息，在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断。
17、这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大，中，小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于和种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使PLC 渗透到了位置控制，温度控制，CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增加及人机罗布技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员。梯形图语言的
18、图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。4. 系统的设计，建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用破储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建行的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变生产程序改变生产过程成为可能。5. 体积小，重量轻，能耗低以越小型 PLC 为倒，新近出道的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g, 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 课题的提出毕业设计（论文）4在机床行业中，多工步机床由于其工
19、步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难。费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活，方便的优点而设计制造和发展的，这就使得 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，搞干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单，易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便，维护工作量小。1.4 课题研究的意义，价值和技术可行性原来用于加工棉纺锭脚的机床用于大量的继电器控制，可靠性低容易产生误动作，故障不易检查，维修频
20、繁，噪声大且耗能，越来越满足不了生产需要。同时可编程控制器作为一种新型的工业自动化装置已在工业控制名个领域广泛应用，具有体积小，功耗低，寿命长，可靠性高，灵活通用，易于编程，纪念版及使用方便等特点。多工步机床是一种进行物定加工的高效率，自动化专用设备。它通常采用继电器逻辑控制方式，存在着控制柜体积大，改变控制方式困难，柔性差，设备的电控系统故障率高，检修周期长等缺点。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。1.4.1 PLC 控制与继电器控制的比较1. 功能强，性价比高一台小型 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
21、器相比，具有很高的性价比。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备供用户选用。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。由于触点毕业设计（论文）5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。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
22、继电器，时间继电器，计算机等器件，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。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，其电器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
23、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故障，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 1/2-1/10。PLC 的配线比继电器控制系统的配线要小得多，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。学得轻松，做得舒服。1.4.2 PLC 控制与单片机控制的比较PLC 是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电器，两者不具有可比性。单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型，小型到中型，大型都可，PLC 是单片机应用系统的一个特例。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低，效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定，
