3工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),旋轉(zhuǎn),工作臺(tái),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 姓 名 韓麒 學(xué) 號(hào) 14301202 05 班 級(jí) 機(jī)電 14-2 專 業(yè) 機(jī)械電子工 程 宋同健 14301202 23 設(shè)計(jì)題目 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定系統(tǒng)總體方案； （ 1） 以 PLC為核心，設(shè)計(jì)三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的 PLC控制系統(tǒng) ； （ 2）根據(jù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程和控制要求，確定控制方案； （ 3） 繪制控制系統(tǒng) 的流程圖 和 PLC的 I/O接線圖 ， 設(shè)計(jì) PLC梯形圖程序 ； （ 4） 所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)能 夠滿足控制對(duì)象的 要求， 安全可靠，操作方便。 2、程序設(shè)計(jì) ： （ 1）根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 控制 流程，畫(huà)出總體流程圖 ； （ 2）畫(huà)出 控制程序的梯形圖； （ 3）通過(guò)仿真方式模擬調(diào)試程序。 3、完成課程設(shè)計(jì)論文（字?jǐn)?shù)不少于 3500 字。） 任務(wù)分配： 總體方案、控制電路、軟件編程： 宋同健 機(jī)械結(jié)構(gòu)： 韓麒 編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)： 宋同健 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2017 年 11 月 26 日至 12 月 3 日 答辯時(shí)間： 2017 年 12 月 3 日 主要參考文獻(xiàn)、資料： 1 張建民 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .4 版 .北京：高等教育出版社， 2014.12 2 廖常初 .S7-200PLC 編程及應(yīng)用 .2 版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版， 2013.10 3 左健民 .液壓與氣壓傳動(dòng) .4 版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.5 4 段鐵群 .機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：科學(xué)出版社， 2010.2 5 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) .北京：航空航天大學(xué)出版社， 2008 6 羅宇航 .流行 PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì) .西安：電子科技大學(xué)出版社， 2006.12 哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄 第 1章 緒論 ............................................................................................. 1 1.1 設(shè)計(jì)背景 ........................................................................................... 1 1.2.設(shè)計(jì)的主要任務(wù) ............................................................................... 1 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) ............................................................................. 3 2.1 方案說(shuō)明 .......................................................................................... 3 2.1.1 控制要求 ................................................................................... 3 2.1.2 制定控制方案 ........................................................................... 3 2.2 控制方式選擇 .................................................................................. 4 第 3章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................................... 5 3.1 工作臺(tái)動(dòng)作特性 .............................................................................. 5 3.2 液壓控制部分的設(shè)計(jì) ...................................................................... 5 3.3 系統(tǒng)控制流程圖 .............................................................................. 6 3.4 選擇 PLC 類型 ................................................................................ 8 3.5 I/O 地址分配 .................................................................................... 8 3.6 I/O 接線圖 ...................................................................................... 10 3.7 控制程序設(shè)計(jì) ................................................................................ 11 3.8 控制程序語(yǔ)句表 ............................................................................ 16 3.9 程序調(diào)試 ........................................................................................ 20 課程設(shè)計(jì)心得 ......................................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 24 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第 1章 緒論 1.1設(shè)計(jì)背景 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工的方法和手段也逐漸變得豐 富起來(lái)，各種先進(jìn)技術(shù)被人們引入機(jī)械行業(yè)中來(lái)形成各種新興學(xué)科， 機(jī)電一體化 1就是其中一門。機(jī)電一體化是以電子技術(shù)特別是微電子 技術(shù)為主導(dǎo)、多種新興技術(shù)與機(jī)械技術(shù)交叉、融合而成的綜合性高技 術(shù)，是機(jī)械與電子的有機(jī)結(jié)合產(chǎn)物。其目的是不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 減輕人們的體力勞動(dòng)，逐步代替部分腦力勞動(dòng)。機(jī)械一體化的機(jī)械加 工比傳統(tǒng)機(jī)械加工有很大的優(yōu) 越性。在本課題中，機(jī)電一體化的好處 顯得尤為突出。 并且， PLC2的處理器速度和功能在不斷增加，已發(fā)展成具有邏 輯控制功能過(guò)程控制功能運(yùn)動(dòng)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功 能等的多功能控制器，加上它的價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、改變功能靈活 易用、維護(hù)工作量小等優(yōu)勢(shì)，使 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中獲得 廣泛應(yīng)用。根據(jù) PLC 的原理和應(yīng)用，以西門子 S7 系列 PLC 為例介紹 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床設(shè)備在機(jī)械加工等自動(dòng)化機(jī)床設(shè)備中得 到廣泛應(yīng)用。通過(guò)控制工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在加工的同時(shí)完成上料 和卸 料操作，并能實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，大大提高了工作效率，降低了工人 勞動(dòng)強(qiáng)度。若在上料工位和卸料工位上設(shè)計(jì)合適的機(jī)械手，則可實(shí)現(xiàn) 無(wú)人上料和卸料操作。 鉆床加工三工位工作臺(tái)是由送料、鉆孔、卸載三部分組成。工作 臺(tái)通過(guò)每旋轉(zhuǎn) 120來(lái)完成一個(gè)工位， 循 環(huán)運(yùn)行來(lái) 實(shí)現(xiàn)工件的快速送 料、鉆孔、卸載的流水作業(yè)系統(tǒng)。 1.2.設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)中三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)是鉆孔加工中在工作臺(tái)三個(gè)不 同工位分別同時(shí)完成上料、鉆孔、卸料等工藝過(guò)程的工坐臺(tái)，這大大 提高了機(jī)械加工的效率。但是新的問(wèn)題接踵而至：三個(gè)工位同時(shí)動(dòng)作 就要要求操作工人完成上料、裝夾 工件、鉆孔、卸工件。這樣高強(qiáng)度 的工作工人是否能承受的了， 怎樣降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度呢？ 提高自動(dòng) 化程度就成了我們面臨的首要問(wèn)題。 隨著科技的發(fā)展，繼電器控制已經(jīng)逐步被可編程控制器 (PLC)控 制所代替。 PLC 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)化控制裝置 ， 它的 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 功能性強(qiáng) ， 可靠性高 ， 編程簡(jiǎn)單 ， 使用方便 ， 體積小巧 ， 近年來(lái)在工 業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化主要支柱之一 。 在 PLC 的支持下，怎樣實(shí)現(xiàn)操作流程的自動(dòng)化這個(gè)問(wèn)題迎刃而 解。于是在機(jī)加工過(guò)程中我們可以選擇各種控制機(jī)制去簡(jiǎn)化工人操作 以及降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效 率等。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 方案說(shuō)明 剛接觸機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程時(shí)，老師就教導(dǎo)我們做任何 設(shè)計(jì)都要對(duì)做的題目有個(gè)宏觀認(rèn)識(shí)。只有對(duì)整體設(shè)計(jì)做出全局的把 握，設(shè)計(jì)才會(huì)有所針對(duì)，事半功倍。拿到課程設(shè)計(jì)題目后，我并沒(méi)有 直接進(jìn)入主題開(kāi)始著手設(shè)計(jì)，而是逐步將設(shè)計(jì)要求研究了一遍，認(rèn)真 對(duì)設(shè)計(jì)思路做了一個(gè)規(guī)劃然后才開(kāi)始設(shè)計(jì)。 2.1.1 控制要求 （ 1）用選擇開(kāi)關(guān)來(lái)決定控制系統(tǒng)的全自動(dòng)、半自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng) 調(diào)整方式。 （ 2）手動(dòng)調(diào)整采用按鈕點(diǎn)動(dòng)的控制方式。它包括上料器進(jìn)、退 操作、工件夾緊、放松操作，鉆頭下降、上升操作 ，卸料器進(jìn)、退操 作，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)這些操作。 （ 3）系統(tǒng)處于半自動(dòng)工作方式時(shí)，每執(zhí)行完成一個(gè)工作循環(huán)， 用一個(gè)啟動(dòng)按鈕來(lái)控制進(jìn)入下一次循環(huán)。 （ 4）系統(tǒng)處于全自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往復(fù)地循環(huán)執(zhí)行。 （ 5）上料器、夾緊裝置、卸料器、鉆頭上下運(yùn)動(dòng)由液壓缸 3驅(qū) 動(dòng)。夾緊力由壓力繼電器檢測(cè)控制。鉆頭旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng) 4。 2.1.2 制定控制方案 （ 1）用選擇開(kāi)關(guān)來(lái)決定控制系統(tǒng)的全自動(dòng)、半自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng) 調(diào)整方式。 （ 2）手動(dòng)調(diào)整采用按鈕點(diǎn)動(dòng)的控制方式。 （ 3）系統(tǒng)處于半自動(dòng)工作方式時(shí)，每執(zhí)行完成一個(gè)工 作循環(huán)， 用一個(gè)啟動(dòng)按鈕來(lái)控制進(jìn)入下一次循環(huán)。 （ 4）系統(tǒng)處于全自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往復(fù)地循環(huán)執(zhí)行。 （ 5）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)不很復(fù)雜，采用三臺(tái)電動(dòng)機(jī)：主動(dòng)電動(dòng)機(jī)、液壓 電動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。除了主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)拖 動(dòng)外，其他所有運(yùn)動(dòng)都可以采用液壓傳動(dòng)。 （ 6）對(duì)于部分與順序控制和工作循環(huán)過(guò)程無(wú)關(guān)的主零部件和控 制部件，采用進(jìn)入 PLC 的控制方式以達(dá)到方便控制。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 2.2 控制方式選擇 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)主要由兩大部分，其中最 主要的就是其旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的 PLC 梯形圖設(shè)計(jì)，也就是邏輯程序設(shè)計(jì)； 其次 是液壓控制原理圖的設(shè)計(jì)。 該工作臺(tái)控制系統(tǒng)在很大程度上是利用繼電器實(shí)現(xiàn)的， 繼電器 - 接觸器 控制 系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)， 使得設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)時(shí)開(kāi)時(shí)閉時(shí)容易受電弧的損害，壽命短， 系統(tǒng)可靠性差。其次 可編程序控制器 的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非 常相似，主要原因是其大致上沿用了繼電器控制的電路元件和符號(hào)和 術(shù)語(yǔ)，僅個(gè)別之處有些不同，同時(shí)信號(hào)的輸入輸出形式及控制功能基 本上也相同。 并且 PLC 在性能上比繼電器 -接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)異，特別是其可 靠性、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、 功 耗低、使用維護(hù)方便。并且近年來(lái)隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC 的 成本在不斷下降。綜合考慮以上各種因素，對(duì)三工位工作臺(tái)自動(dòng)化控 制選用 PLC 控制系統(tǒng)。 而最初的 PLC 就已經(jīng)有很完善的繼電器控制功能了。在這里選 用 PLC 控制完全是對(duì)癥下藥。 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，對(duì)每 個(gè)程序， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序 循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條執(zhí)行用戶程序， 直至遇到結(jié)束符號(hào)后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。每 一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期分為輸入采樣、程序執(zhí)行、 輸出刷新三個(gè)階段。 其工作過(guò)程為：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，各控制信號(hào)的狀態(tài)在 PLC 的輸入采樣階段被存入 PLC 內(nèi)部的 I 區(qū)，然后 PLC 逐條執(zhí)行程序， 在輸出刷新階段將 I 區(qū)的狀態(tài)輸出到 Q 區(qū)， Q 區(qū)的狀態(tài)控制各繼電器 線圈，進(jìn)而控制各電磁閥和攪拌電動(dòng)機(jī)的工作。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 第 3章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 工作臺(tái)動(dòng)作特性 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制動(dòng)作特性如下： 工位 1：工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到工位 1 后上料器推進(jìn)，上料到位后退回等 待。 工位 2：工工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到工位 2 后，夾緊裝置將料加緊，鉆頭向 下鉆孔，下鉆到位后退回，退回到位后工件松開(kāi)，放松完成后等待。 工 位 3：工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到工位 3 后，卸料器向前將加工完成的工件 推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 其工作示意如下圖 3-1 所示。 圖 3-1 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)示意圖 3.2 液壓控制部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)三工位旋 轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)作要求，控制部分大多采用液壓電磁 閥控制。當(dāng)送料器推進(jìn)到位后碰到推進(jìn)到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，液壓閥供油 方向發(fā)生改變，活塞桿退回?；钊麠U退回到位后碰到退回到位行程開(kāi) 關(guān)，液壓閥動(dòng)作處于中間位置，工位 1 處于等待狀態(tài)。工位 2 動(dòng)作順 序是工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后開(kāi)始夾緊，夾緊后壓力繼電器動(dòng)作使活塞缸處 于保壓狀態(tài)，同時(shí)使鉆頭旋轉(zhuǎn)以及下降。等鉆頭下降達(dá)到行程開(kāi)關(guān)位 置處鉆頭停止下降，上升繼電器得電轉(zhuǎn)而鉆頭上升。鉆頭上升到位碰 到行程開(kāi)關(guān)使鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)和上升，并且活塞桿放松工件。放松完成 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 碰到行程開(kāi)關(guān)使工位 2 處于等待狀態(tài)。工位 3 的動(dòng)作順 序是工作臺(tái)旋 轉(zhuǎn)結(jié)束后活塞缸推動(dòng)工件開(kāi)始卸料，到行程開(kāi)關(guān)后活塞桿反行程電磁 閥得電退回，退回到位碰到行程開(kāi)關(guān)處于等待狀態(tài)。等三個(gè)工位都停 止動(dòng)作后，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)電磁閥的電，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。根 據(jù)要求做出合理的液壓原理圖如圖 3-2 示。 圖 3-2 液壓原理圖 3.3 系統(tǒng)控制流程圖 控制流程圖可以讓設(shè)計(jì)人員清楚、明了的認(rèn)清該系統(tǒng)的工作過(guò) 程。根據(jù)三工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制要求，在不同的工位能同時(shí)進(jìn)行加 料、鉆孔加工和卸料。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的具體要求，分析并設(shè)計(jì)如下圖 3-3： 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 圖 3-3 控制系統(tǒng)的工作順序和循環(huán)過(guò) 程 圖 3-4 控制系統(tǒng)手動(dòng)調(diào)整部分 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 3.4 選擇 PLC類型 本設(shè)計(jì)選用德國(guó)西門子公司的 S7 200 系列 PLC，它是一種性價(jià) 比高的小型 PLC，其功能強(qiáng)大、工作可靠性高，能滿足本控制系統(tǒng)的 要求。從上面的控制要求可知，輸入設(shè)備共需 21 個(gè)： SA3-1 SA3-3、 SBl-SB9、 SQl SQ8、 SP1，輸出設(shè)備共需 11 個(gè)： YV0 YV8、 KMl KM2?？紤] 10 15的裕量，系統(tǒng)需要數(shù)字量輸入 26 點(diǎn)，數(shù)字量 輸出 1l 點(diǎn)，不需要模擬量模塊，共需要輸入和輸出點(diǎn)數(shù) 37 點(diǎn)。選用 任何一個(gè)系列的 PLC 都不能滿足輸入點(diǎn)的 個(gè)數(shù)，也就是任何一個(gè) S7-200 單片機(jī)都需要擴(kuò)展。而 CPU226 的又很貴，所以在此選用 CPU224 外加一個(gè) EM221 的擴(kuò)展模塊就能滿足要求。 S7-200 系列的 CPU224 主機(jī)有 I0.0 I0.7、 I1.0 I1.5 共計(jì) 14 個(gè) 輸入點(diǎn)和 Q0.0 Q0.7、 Q10 Q1.1 共計(jì) 10 個(gè)輸出點(diǎn)。 CPU224 輸入 電路采用了雙向光電耦合器， 24VDC 極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置 1MB 為 I0.x 字節(jié)輸入端子的公共端， 2MB 為 I1.x 字節(jié)輸入端子的公共端。 在晶體管輸出電路中采用了 MOSFET 功率驅(qū)動(dòng)器件，并將數(shù)字量輸 出分為兩組 ，每組有一個(gè)獨(dú)立公共端，共有 1L、 2L 兩個(gè)公共端，可 接入不同的負(fù)載電源。 CPU224PLC 有 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（ I0.0 I0.5），最快的響應(yīng)速度為 30KHZ，用于捕捉經(jīng) CPU 掃描周期更快 的脈沖信號(hào)。另外，還有 2 個(gè)高速脈沖輸出端（ Q0.0、 Q0.1），輸出 脈沖頻率可達(dá) 20KHZ.用于 PTO（高速脈沖束）和 PWM（寬度可變 脈沖輸出）高速脈沖輸出，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng) 障 。按鈕開(kāi)關(guān)選擇 LAl 8 系列 (AC380V， 50Hz)，行程開(kāi)關(guān)選擇 LXIO 系列 (AC380V， 50Hz)，接觸器和電 磁閥選擇小功率的交流接觸器 CJIO 系列和通用電磁閥 ZCL 一 1Y 系列，直接由 PLC 控制。 3.5 I/O地址分配 I/O信號(hào)在 PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)，只有分配 I/O 點(diǎn)地址以后才可以進(jìn)行編程。對(duì)控制柜及 PLC 的外圍來(lái)說(shuō)，只有 I/O 點(diǎn)地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖，所 以只有準(zhǔn)確、合理的進(jìn)行 I/O 地址的分配與編號(hào)，才方便進(jìn)行后續(xù)的 設(shè)計(jì)。表 3-1 所示為該控制系統(tǒng)的 I/O 分配表。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 表 3-1 I/O 分配表 輸入信號(hào)名稱 外部元 件 內(nèi)部地 址 輸出信號(hào)名稱 外部元 件 內(nèi)部地 址 手動(dòng)運(yùn) 行選擇 SA3-1 I0.0 送料器推進(jìn)電磁 閥 YV1 Q0.0 半自動(dòng)運(yùn)行選 擇 SA3-2 I0.1 送料退回電磁閥 YV2 Q0.1 全自動(dòng)運(yùn)行選 擇 SA3-3 I0.2 工件夾緊電磁閥 YV3 Q0.2 上料器推進(jìn)按 鈕 SB1 I0.3 工件放松電磁閥 YV4 Q0.3 上料器退回按 鈕 SB2 I0.4 鉆頭下降電磁閥 YV5 Q0.4 工件夾緊按鈕 SB3 I0.5 鉆頭上升電磁閥 YV6 Q0.5 工件放松按鈕 SB4 I0.6 卸料推進(jìn)電磁閥 YV7 Q0.6 鉆頭下降按鈕 SB5 I0.7 卸料退回電磁閥 YV8 Q0.7 鉆頭上升按鈕 SB6 I1.0 工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)接觸器 KM1 Q1.0 卸料器推進(jìn)按 鈕 SB7 I1.1 鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 接觸器 KM2 Q1.1 卸料器退回按 鈕 SB8 I1.2 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)按 鈕 SB9 I1.3 上料器到位行 程開(kāi)關(guān) SQ1 I1.4 上料退回到位 行程開(kāi)關(guān) SQ2 I1.5 鉆頭下降到位 行程開(kāi)關(guān) SQ3 I2.0 鉆頭上升到位 行程開(kāi)關(guān) SQ4 I2.1 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 卸料器推進(jìn)到 位行程開(kāi)關(guān) SQ5 I2.2 卸料器退回到 位行程開(kāi)關(guān) SQ6 I2.3 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到 位行程開(kāi)關(guān) SQ7 I2.4 放松到位行程 開(kāi)關(guān) SQ8 I2.5 壓力繼電器觸 點(diǎn) SP1 I2.6 3.6 I/O接線圖 I/O 接線圖是進(jìn)行施工接線的主要技術(shù)文件，圖 3-4 所示為該三 工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制系統(tǒng)的 I/O 接線圖。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 圖 3-5 I/0 接線圖 3.7 控制程序設(shè)計(jì) 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它來(lái)源于繼 電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼 電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉， 因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的 梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用 。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和應(yīng) 用指令等組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件。 CPU 運(yùn)行掃描到觸點(diǎn)符號(hào)時(shí)， 便轉(zhuǎn)到觸點(diǎn)位指定的存儲(chǔ)器位訪問(wèn)（即 CPU 對(duì)存儲(chǔ)器的讀操作）。在 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 用戶程序中常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可以使用無(wú)數(shù)多次。線圈通常代表邏 輯輸出結(jié)果和輸出標(biāo)志位，當(dāng)線圈左側(cè)接點(diǎn)組成的邏輯運(yùn)算結(jié)果為 “ 1”時(shí)，“能流”可以到達(dá)線圈，使得線圈得電動(dòng)作，則 CPU 將線 圈的位地址指定的存儲(chǔ)器的位置為“ 1”，邏輯運(yùn)算結(jié)果為“ 0”時(shí)， 線圈斷電，存儲(chǔ)器的位置為“ 0”。 STEP7-Micro/WIN32 軟件是西門子 S7-200PLC 的開(kāi)發(fā)工具，主 要用于開(kāi)發(fā)程序，也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。以下為用 STEP7-Micro/WIN32 軟件編制的該控制系統(tǒng)的程序梯形圖。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 3.8 控制程序語(yǔ)句表 指令表編程語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)中的助記符匯編語(yǔ)言，它是可編程 控制器基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言。所謂指令表編程，是用一個(gè)或幾個(gè)容易記憶 的字符來(lái)代表可編程控制器的某種操作功能，具體指令的說(shuō)明 可查閱 相關(guān)參考文獻(xiàn)。語(yǔ)句表通常和梯形圖配合使用，互為補(bǔ)充。將該控制 系統(tǒng)的梯形圖轉(zhuǎn)化為語(yǔ)句表如下所示： 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 3.9 程序調(diào)試 程序調(diào)試有模擬器調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等方法，根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求并 結(jié)合實(shí)際情況使用了 STEP7-Micro/WIN32 模擬器 進(jìn)行了本程序的調(diào) 試。 西門子 S7 200 的仿真軟件 Simulation1.2 版是從西班牙原版 1.2 直接漢化過(guò)來(lái)的，支持 TD200 仿真界面和增減計(jì)數(shù)器等多種指令。 調(diào)試方法如下 ： 1.將 在 STEP7-Micro/WIN32 中編譯正確 的 程序在文件菜單中導(dǎo) 出為 AWL 文件 ； 2.打開(kāi)仿真軟件，點(diǎn) “配置 ”-“CPU 型號(hào) ”，然后選擇 CPU224，雙 擊后邊“ 0”模塊，選擇擴(kuò)展模塊 EM221； 3.點(diǎn) “程序 ”-“載入程序 ”； 4.選擇 STEP7-Micro/WIN32 的版本； 5.將先前導(dǎo)出的 AWL 文件打開(kāi) ； 6.點(diǎn) “PLC”-“運(yùn)行 ”，開(kāi)始調(diào)試程序。 手動(dòng)運(yùn)行工作臺(tái)調(diào)試程序，部分運(yùn)行情況如下： 1.按下手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) SB1(I0.0),接著摁下上料按鈕 SB2(I0.4)，上 料繼電器、電磁閥得電后開(kāi)始上料，結(jié)果如圖 3-5。 圖 3-6 開(kāi)始上料 2.當(dāng)上料到位后，摁下上料器退回按鈕 SB2(I0.4),上料器退回繼電 器、電磁閥得電，上料器開(kāi)始退回，結(jié)果如圖 3-6。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 圖 3-7 上料器退回 3.當(dāng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，摁下夾緊按鈕 SB3(I0.5),夾緊繼電器得電 Q0.2,工件被加緊，結(jié)果如圖 3-7。 圖 3-8 加緊 4.按下鉆頭下降按鈕 SB5(I0.7),鉆頭旋轉(zhuǎn) Q1.1 和鉆頭下降 Q0.4 繼電器得電，它開(kāi)始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和下降動(dòng)作，結(jié)果如圖 3-8。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 圖 3-9 鉆頭下轉(zhuǎn) 5.當(dāng)鉆頭下降到位時(shí)，摁下按鈕 SB6(I1.0),鉆頭上升電磁閥 Q0.5 得電，開(kāi)始上升，結(jié)果如圖 3-9。 圖 3-10 鉆頭上升 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 課程 設(shè)計(jì)心得 一 周的課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，期間遇到 了很多麻煩，在老師和 同學(xué)的幫助下設(shè)計(jì)了一個(gè)比較合理的解決方案。雖然課程設(shè)計(jì)還不算 完美，但是這次課程設(shè)計(jì)的目的基本上已經(jīng)達(dá)到了，在這周內(nèi)我們對(duì) PLC 控制有了比較熟悉的了解。 在對(duì)理論的運(yùn)用中， 課程設(shè)計(jì) 提高了 我們的工程素質(zhì) 。 在沒(méi)有做 這次課程 設(shè)計(jì)以前，我們 所 知道 的 僅停留 在理論上 ，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視 。 當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序 用 到 PLC 中的時(shí)候，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符 合。 通過(guò) 解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì) PLC 的 認(rèn)識(shí) 得到 加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的 差距。 此次課程設(shè)計(jì)主要是對(duì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程進(jìn)行練習(xí) 了解掌握，而在三工位 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中更多要求的是我 們對(duì) PLC 經(jīng)典控制模塊 繼電器控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)之初有 兩個(gè)不同的選擇方案：一是在工作循環(huán)時(shí)只對(duì)一個(gè)工件進(jìn)行加工；二 是在工作時(shí)對(duì)三個(gè)工件同時(shí)加工。第一種方案效率低，但是設(shè)計(jì)起來(lái) 簡(jiǎn)單。第二種方案加工效率高但是中間各個(gè)工序的加工時(shí)間對(duì)工作臺(tái) 旋轉(zhuǎn)時(shí)間有影響。經(jīng)過(guò)多方面論證，最后我選擇了第二種方案提高了 生產(chǎn)效率。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我 們 很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具 體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn) 品的能力。既讓我們懂得了怎樣把 理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去 解決。 在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，于 是圖書(shū)館和 網(wǎng)絡(luò) 成了我們很好的助手。在查閱資料的過(guò)程中，我們 要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺(jué)中我們查閱資料的能力也得 到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們 肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益非淺。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我們 總是遇到這樣或那樣的問(wèn)題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn) 題的時(shí)候， 我們 需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自然 而然耐心便 逐 漸建立起來(lái)，這為我們以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng) 了信心。 最后非常感謝指導(dǎo)老師在本次課程設(shè)計(jì)中對(duì)我們的耐心指 導(dǎo)和幫助，讓我們學(xué)到了很多知識(shí)，受益匪淺。 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 參考文獻(xiàn) 1 張建民 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .4 版 .北京：高等教育出版社， 2014.12 2 廖常初 .S7-200PLC 編程及應(yīng)用 .2 版 .北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版， 2013.10 3 左健民 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