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1、沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書專業(yè): 特種能源技術(shù)與工程 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 完成時(shí)間: 2021年8月18日 題目:深孔鉆組合機(jī)床的plc控制能源與水利學(xué)院摘要深孔鉆是加工深孔的專用設(shè)備。鉆深孔時(shí)為保證加工質(zhì)量、提高工效,加工中鉆頭的冷卻和定時(shí)排屑是需要解決的主要問題。傳統(tǒng)的控制方案是采用繼電器接觸器控制與液壓控制相結(jié)合的方法,由于進(jìn)給次數(shù)多,且有快進(jìn)、快退、工進(jìn)等多種進(jìn)給速度的變換,控制系統(tǒng)較復(fù)雜,大量的硬件系統(tǒng)接線使系統(tǒng)的可靠性降低,也間接的降低了設(shè)備的工作效率,影響了設(shè)備的加工質(zhì)量。采用可編程控制器與液壓相結(jié)合可以較好的解決這一問題,可大大的減少系統(tǒng)的硬件接線,提高了工作可靠性。而且在加
2、工工藝改變時(shí),只需要修改程序,就可適應(yīng)新的加工要求,大大的提高了工作效率。關(guān)鍵詞:深孔鉆;plc;自動(dòng)控制;分級進(jìn)給abstractdeep - hole drilling is the special equipment for deep - hole drilling. the main problems that need to be solved are the cooling of drill bit and the time chip of the bit when drilling deep holetraditional control scheme is using a co
3、mbination of relay contactor control and hydraulic control method, because the number of feed and fast forward, rewind, and various feed speed of transform, control system is more complex, a large number of hardware system wiring to the reliability of the system reduced, also indirectly reduce the e
4、fficiency of the equipment, affect the quality of the processing equipment.the combination of programmable controller and hydraulic pressure can solve the problem and can greatly reduce the hardware connection and improve the reliability of the system. and in the process of the change, only need to
5、modify the program, it can adapt to the new processing requirements, greatly improving the work efficiency.keywords: deep hole drilling;;plc ;automatic control;hierarchical feed目錄摘要1abstract2目錄31.緒論41.1 plc的發(fā)展現(xiàn)狀41.2 深孔與深孔加工技術(shù)41.3 深孔加工技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用52.可編程控制器62.1 可編程控制器發(fā)展歷史62.2 可編程控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用62.3 plc編程簡介73 控制
6、方案設(shè)計(jì)103.1控制系統(tǒng)工作原理103.2機(jī)械結(jié)構(gòu)103.3工藝過程及控制要求104 硬件設(shè)計(jì)124.1主電路設(shè)計(jì)124.2控制電路設(shè)計(jì)124.3plc型號的選擇135 軟件設(shè)計(jì)165.1plc工作方式165.2編程軟件基本功能175.3plc控制程序設(shè)計(jì)186 程序運(yùn)行、監(jiān)視與調(diào)試197 致謝208 參考文獻(xiàn)211.緒論1.1 plc的發(fā)展現(xiàn)狀1 從技術(shù)上看,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上,會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看,會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展2 從產(chǎn)品的配套性上看,產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全,完美的人機(jī)界面、完
7、備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求3 從市場上看,各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破,會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面,會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言4 從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)dcs(distributed control system)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用1.2 深孔與深孔加工技術(shù)深孔在機(jī)械制造業(yè)中,一般將孔深超過孔徑
8、5倍的圓柱孔(內(nèi)圓柱面)稱為深孔。而孔深與孔徑的比值,稱之為“長徑比”或“深徑比”。相對而言,長徑比不大于5倍的圓柱孔可稱為“淺孔”。深孔直徑的大小直接關(guān)系到加工的難度和采用的加工手段,所以生產(chǎn)實(shí)踐中常常按照深孔直徑的大小分別稱呼為特大深孔(200mm以上),大深孔(65200mm),普通深孔(中等直徑2065mm),小深孔(420mm),微小深孔(4mm以下)。一般而言特大深孔與微小深孔比中,小深孔的加工難度更大,但是由于科學(xué)技術(shù)是不斷進(jìn)步的,所以,劃分僅用于行業(yè)內(nèi)的溝通,并非嚴(yán)格的科學(xué)定義。 深孔加工技術(shù)泛指用于深孔加工的工具設(shè)備(硬件)和加工原理,操作規(guī)程,操作技巧(軟件)。在一般情況下
9、,深孔加工技術(shù)主要指用切削加工方法和磨料工具加工深孔的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)涌現(xiàn)出了一批可用于深孔加工的特種加工技術(shù),從而擴(kuò)大了深孔加工技術(shù)的領(lǐng)域。1.3 深孔加工技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用從表象上看,深孔不過是淺孔的延長,深孔加工里當(dāng)是淺孔加工方法的擴(kuò)展應(yīng)用,但實(shí)際上二者相差甚大。在各種零件中,長徑比不超過5的孔隨處可見,人所知的淺孔(孔)是構(gòu)成大多數(shù)零件的不可缺少的要素。進(jìn)一步考察深孔,其主要功能有:1. 在較長距離之間傳輸介質(zhì),并具有密封功能。2. 在較長距離之間傳輸力或進(jìn)行熱交換。3. 在較長距離兩區(qū)域之間傳輸信息。4. 精確導(dǎo)向。在某些裝備中的深孔零件,常常具有上述多種功能。功能越
10、多,對深孔和孔加工技術(shù)的要求越高,其加工難度就越大。將上述深孔與淺孔的功能加以對比,不難發(fā)現(xiàn)二者之間具有不可替代性。人類對深孔加工技術(shù)的需求至少可以上溯到14世紀(jì)歐洲滑膛槍的問世,遠(yuǎn)比第一次產(chǎn)業(yè)革命現(xiàn)代化機(jī)械技術(shù)革命來的要早。至上世紀(jì)60年代深孔加工技術(shù)被用來應(yīng)用于石油、煤炭采掘、水火力發(fā)電機(jī)組制造、船舶、航空航天、冶金化工、木材加工機(jī)械、飼料機(jī)械、等不同行業(yè)的裝備制造。以深孔零件外特征的民品裝備不斷涌現(xiàn)出新的品種,成為20世紀(jì)下半頁裝備制造業(yè)中的一只新秀。2.可編程控制器2.1 可編程控制器發(fā)展歷史早期的可編程序控制器(programmable logic controller,plc),主
11、要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn),以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成,主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。70年代初期,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于plc,使得plc的功能大大增強(qiáng)。在硬件方面,除了保持其原有的開關(guān)模塊以外,
12、還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面,plc采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言,除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入80年代中、后期,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌,使得plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為了進(jìn)一步提高plc的處理速度,各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片,大大提高了plc軟、硬件功能。2.2 可編程控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用在發(fā)達(dá)工業(yè)國家,plc已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界plc以及軟件市場報(bào)告稱,1995年全球plc及其軟
13、件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元4。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,plc的功能得到大大的增強(qiáng),具有以下特點(diǎn):1) 可靠性高:plc的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。2) 具有豐富的i/o接口模塊:plc針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號,有相應(yīng)的i/o模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能,它還有多種人機(jī)對話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。3) 采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要,除了單元式的小型plc以外,絕大多數(shù)plc均采用模塊化結(jié)構(gòu)。plc的各個(gè)部件,包括cpu、電源、i/o等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電
14、纜將各模塊連接起來,系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4) 編程簡單易學(xué)。plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對使用者來說,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識,因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5) 安裝簡單,維修方便。plc不需要專門的機(jī)房,可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置,便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu),因此一旦某模塊發(fā)生故障,用戶可以通過更換模塊的方法,使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。由于plc強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力等各行各業(yè)。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生過程控制、信息處理、
15、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等。2.3 plc編程簡介plc的應(yīng)用設(shè)計(jì),一般應(yīng)按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行1. 熟悉被控制對象首先要全面詳細(xì)的了解被控對象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過程,了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)方式和步驟,歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)(功能)流程圖。2. 明確控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求要了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求。例如機(jī)械部件的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng),液壓、氣動(dòng)的控制;儀表、傳感器的連接與驅(qū)動(dòng)等。歸納出電氣執(zhí)行元件的動(dòng)作節(jié)拍圖。電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)節(jié)拍圖。以上兩個(gè)步驟得到的圖表,綜合而完整的反映了被控對象的全部功能和對被控系統(tǒng)的全部要求,是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù),也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目
16、的和任務(wù)所在3. 制定電氣控制方案 根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求,確定電控系統(tǒng)的工作方式,例如全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、單機(jī)運(yùn)行和多機(jī)聯(lián)線運(yùn)行等。還要確定電控系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能,例如故障診斷與顯示報(bào)替、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。4. 確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號通過研究工藝過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和其他相互關(guān)系,來確定各種控制信號和各種檢測反饋信號、相互的轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號。并且確定哪些信號需要輸入plc,哪些信號需要plc輸出或者哪些負(fù)載要由plc驅(qū)動(dòng),分類統(tǒng)計(jì)出各種輸入、輸出量的性質(zhì)與參數(shù)。5. plc的選型和硬件配置 根據(jù)以上的各個(gè)步
17、驟所得到的結(jié)果,選擇合適的plc型號并確定各種硬件配置。本系統(tǒng)選定了西門子公司的s7-200 cpu226。6. plc元件的編號分配對各種輸入、輸出信號占用的plc輸入、輸出端點(diǎn)及其其他元件進(jìn)行編號分配,并設(shè)計(jì)出plc的外部設(shè)計(jì)圖口。7. 用plc廠家提供的專用軟件包按照特定的規(guī)則,開發(fā)出梯形圖程序或語句表程序。在進(jìn)行程序開發(fā)的同時(shí),可以平行的進(jìn)行電控系統(tǒng)的其他部分工作,例如plc外部電路和電氣控制柜等的設(shè)計(jì)、裝配、安裝和接線工作。8. 現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試 完成以上各種工作后,即可將已初步調(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場使用的plc存儲(chǔ)器中,plc接入實(shí)際輸入信號和實(shí)際負(fù)載,進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試,及時(shí)解決調(diào)試中
18、發(fā)現(xiàn)的問題,直到完全滿足設(shè)計(jì)要求,即可交付使用。3 控制方案設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)工作原理在深孔加工中,鉆孔深度與鉆頭直徑之比往往在5倍以上。因此,在加工深孔的過程中,排屑與冷卻成為主要的問題。而在深孔加工的過程中,采用分級進(jìn)給的方法,可以使切屑順利排出,鉆頭也可以得到較好的冷卻。分級進(jìn)給的加工方法是將被加工孔分為數(shù)段進(jìn)行加工,每次加工只加工其中的一段距離。每次加工后,鉆頭就后退一定距離,并暫停一定時(shí)間,以利于排屑和冷卻。這樣經(jīng)過往復(fù)多次的加工,直到孔深達(dá)到要求,鉆頭退會(huì)原位。3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)在機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)床動(dòng)力頭的旋轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),由接觸器控制。動(dòng)力頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng),電液控制。由電動(dòng)機(jī)
19、拖動(dòng)液壓泵,為液壓缸提供動(dòng)力,它的快進(jìn),快退和工進(jìn)均由直流電磁閥換向閥控制。當(dāng)某一個(gè)線圈通電后,就一直保持當(dāng)前的機(jī)械動(dòng)作,直到線圈斷電后另一動(dòng)作的線圈通電為止。例如,當(dāng)快進(jìn)線圈通電時(shí),動(dòng)力頭快速進(jìn)給。線圈斷電后,停止快速進(jìn)給?;蛘撸みM(jìn)線圈通電,快進(jìn)停止,并轉(zhuǎn)為工進(jìn)。工作臺的放松,夾緊同樣采用液壓驅(qū)動(dòng),電液控制。為保證機(jī)床正確,安全的運(yùn)行,在工作臺上安裝了壓力繼電器,用于檢測工進(jìn)是否夾緊。如果工作臺上的工進(jìn)沒有夾緊,則動(dòng)力頭無法啟動(dòng)。以保證機(jī)床可以安全的運(yùn)行。3.3工藝過程及控制要求機(jī)床的初始位置在原位。按下啟動(dòng)按鈕后,將依次完成:夾緊工件 動(dòng)力頭快進(jìn) 加工工件 動(dòng)力頭快退 原位停止 放松工件
20、。完成機(jī)的一個(gè)工作周期。機(jī)床動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)為加工工件,以及結(jié)束工件的加工,均由行程開關(guān)來控制。而在加工工件的過程中是采用的分級進(jìn)給,所以需要用定時(shí)器來控制。為保證工作安全,在工作臺上安裝了壓力繼電器,以檢測工件是否夾緊。只有在工件夾緊后,動(dòng)力頭才能進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床各電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)停止,動(dòng)力頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),工作臺的夾緊放松由plc控制,并按一定的順序進(jìn)行工作。為滿足生產(chǎn)要求,plc控制系統(tǒng)設(shè)置了兩種工作方式,手動(dòng)和自動(dòng)工作方式。手動(dòng)工作方式:利用按鈕對的每一動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)的控制。例如,按“快進(jìn)”按鈕,機(jī)床動(dòng)力頭快速前進(jìn)。按“放松”按鈕,工作臺放松工件。自動(dòng)工作方式:按下起動(dòng)按鈕后,機(jī)床從原點(diǎn)開始運(yùn)行
21、,按自動(dòng)運(yùn)行控制程序進(jìn)行工作。4 硬件設(shè)計(jì)4.1主電路設(shè)計(jì)在機(jī)床硬件系統(tǒng)中,機(jī)床的所有動(dòng)力均有電動(dòng)機(jī)提供。主軸電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力頭提供動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵為冷卻系統(tǒng)提供動(dòng)力。動(dòng)力頭的移動(dòng)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵,推動(dòng)液壓缸完成。整個(gè)系統(tǒng)共需m1、m2、m3三臺電動(dòng)機(jī)。在實(shí)際運(yùn)行中,過負(fù)載、欠電壓、斷相等因素都可能造成電動(dòng)機(jī)超過其負(fù)載,即廣義上的過載。電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過載是允許的,但如果長時(shí)間過載,則會(huì)對電動(dòng)機(jī)造成破壞,甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。因此需采取保護(hù)措施,目前比較常用的是熱繼電器。在其工作過程中,可能出現(xiàn)短時(shí)間大電流的過載,熱繼電器無法起到有效的保護(hù)作用,可在電路中安裝熔斷器對其進(jìn)行保護(hù)。各電動(dòng)機(jī)使用交流接觸
22、器控制。其中接觸器km1、km2、km3分別控制m1、m2、m3。fr1、fr2、fr3為m1、m2、m3提供過負(fù)載保護(hù)。fu1、fu2、fu3為m1、m2、m3提供短路保護(hù)。4.2控制電路設(shè)計(jì)plc與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過i/o接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。plc有許多i/o接口模塊,包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊,使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的i/o點(diǎn)數(shù)時(shí),應(yīng)再增加 10%20%的備用量,以便隨時(shí)增加控制功能。對于一個(gè)控制對象,由于采用的控制方法不同或編程水平不同,i/o點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。表(1)和表(2)列出了
23、設(shè)備及電氣元件所需的開關(guān)量的i/o點(diǎn)數(shù)。表(1)輸出地址分配表主軸電動(dòng)機(jī)接觸器km1q0.1工進(jìn)直流電磁換向閥yv1-2q0.5液壓泵電動(dòng)機(jī)接觸器km2q0.2快退直流電磁換向閥yv2q0.6冷卻泵電動(dòng)機(jī)接觸器km3q0.3夾緊完成壓力繼電器yv3-1q0.7快進(jìn)直流電磁換向閥yv1-1q0.4放松完成壓力繼電器yv3-2q0.8表(2)輸入地址分配表主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕sb1i0.0工件夾緊按鈕sb7i1.1主軸電動(dòng)機(jī)停止按鈕sb2i0.1工件放松按鈕sb8i1.2液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕sb3i0.2夾緊完成壓力繼電器sp2i1.3液壓泵電動(dòng)機(jī)停止按鈕sb4i0.3放松完成壓力繼電器sp1i1.
24、4冷卻泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕sb5i0.4快進(jìn)按鈕sb9i1.5冷卻泵電動(dòng)機(jī)停止按鈕sb6i0.5快退按鈕sb10i1.6原位行程開關(guān)sq1i0.6工進(jìn)按鈕sb11i1.7工進(jìn)行程開關(guān)sq2i0.7手動(dòng)sa1i2.0終點(diǎn)行程開關(guān)sq3i1.0自動(dòng)sa2i2.1在控制電路的設(shè)計(jì)中,首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中,所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動(dòng)作,都是按照plc的程序邏輯來完成的。為了保護(hù)plc設(shè)備,plc輸出端口并不是直接和交流接觸器連接,而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。在plc輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器,其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離,保護(hù)
25、系統(tǒng),延長系統(tǒng)的使用壽命,增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。4.3plc型號的選擇plc機(jī)型選擇的基本原則是:在功能滿足要求的前提下,選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是,在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合,建議選用整體式結(jié)構(gòu)的plc;其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的plc;對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中,一般其控制速度無須考慮,因此,選用帶 a/d轉(zhuǎn)換、d/a轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求;而在控制比較復(fù)雜,控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中(如要實(shí)現(xiàn)pid運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等),可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)(
26、其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全plc的分式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等)。根據(jù)不同的應(yīng)用對象,表(3)列出了plc的幾種功能選擇。表(3)plc的功能選擇序號應(yīng)用對象功能要求應(yīng)用場合1替代繼電器繼電器的輸入/輸出、邏輯線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器替代信輸使用的繼電器,完成條件控制和時(shí)序控制功能2數(shù)字運(yùn)算四則數(shù)學(xué)運(yùn)算、開方、對數(shù)、函數(shù)計(jì)算等數(shù)學(xué)運(yùn)算設(shè)定值控制、四位調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位運(yùn)算3數(shù)據(jù)傳送寄存器與數(shù)據(jù)表的相互傳送等數(shù)據(jù)庫的生成、信息管理、診斷和材料處理等4矩陣功能邏輯與、邏輯或、異或、比較和移位等這些功能通常按位操作,一般有設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類和報(bào)警處理等5高級功能表與塊的傳送
27、、校驗(yàn)和雙倍精度運(yùn)算、對數(shù)等通信速度和方式與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)器等6診斷功能plc的診斷功能有內(nèi)診斷和外診斷兩種,內(nèi)診斷是plc內(nèi)部各種部件性能和功能的診斷,外診斷是中央處理機(jī)與i/o信息交換的診斷-7串行接口一般小型以上的plc都提供一個(gè)或一個(gè)以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口,以便連接打印機(jī)、計(jì)算機(jī)或另一臺plc-8通信功能現(xiàn)在的plc能夠支持多種通信協(xié)議對通信有特殊要求的用戶由于機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少,因此plc選用德國siemens公司的s7-200型。s7-200型plc的結(jié)構(gòu)緊湊,價(jià)格低廉,具有較高的性能/價(jià)格比,廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。siemens公司的plc具有可靠性
28、高,可擴(kuò)展性好,又有較豐富的通信指令,且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點(diǎn);plc可以上接工控計(jì)算機(jī),對自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。表(4)列出了s7-200型plc各主機(jī)的性能參數(shù)。項(xiàng)目cpu221cpu222cpu224cpu226程序存儲(chǔ)器4kb4kb8kb8kb用戶存儲(chǔ)器類型eepromeepromeepromeeprom本機(jī)i/o6/48/614/1024/16擴(kuò)展模塊數(shù)量無277數(shù)字量i/o128/128128/128128/128128/128模擬量i/o無16/1632/3232/3233mhz下布爾指令執(zhí)行速度0.37s/指令0.37s/指令0.37s/指令0.37s/指令內(nèi)部繼電器25625
29、6256256內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器4466計(jì)數(shù)器/定時(shí)器256/256256/256256/256256/256順序控制繼電器256256256256內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器4466模擬量調(diào)節(jié)電 位器1122脈沖輸出2222通信中斷1/21/21/22/4定時(shí)中斷2222硬件輸入中斷4輸入濾波器4輸入濾波器4輸入濾波器4輸入濾波器通信口數(shù)量 (rs-485)1112支持協(xié)議0號口:1號口:ppi,dp/t,由口 n/appi,dp/t,由口 n/a ppi,dp/t,由口 n/a ppi,dp/t,自由口ppi,dp/t,自由口profibus點(diǎn)到點(diǎn)(netr/netw)(netr/netw)(netr/ne
30、tw)(netr/n etw)根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目,考慮plc端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量,為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地,因此選用的s7-200型plc的主模塊為cpu226,其開關(guān)量輸入、輸出(i/o)為24入/16出,輸出形式為ac220v繼電器輸出;開關(guān)量輸入cpu266為24點(diǎn),輸入形式為24v直流輸入。5 軟件設(shè)計(jì)5.1plc工作方式plc采取循環(huán)掃描的工作方式,其工作過程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段,整個(gè)過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。在內(nèi)部處理階段,plc檢查cpu模塊內(nèi)部硬件是否正常,復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器,以及完成一些其它的內(nèi)部處理。
31、通信服務(wù)階段plc與帶微處理器的智能裝置通信,響應(yīng)編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示內(nèi)容.在plc處于停止運(yùn)行(stop)狀態(tài)時(shí),只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。在run時(shí),要完成全部的工作。1. 輸入處理階段plc在輸入處理階段,以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài),并以此狀態(tài)存入輸入輸出印象寄存器。接著轉(zhuǎn)入程序的執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)間,即使輸入輸出狀態(tài)發(fā)生變化,輸入輸出印象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化,只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入2. 程序執(zhí)行階段plc在程序執(zhí)行階段,按先左后右、先上后下的步序,逐條執(zhí)行程序指令,從輸入印象寄存器和其它元件印象寄存器讀出有關(guān)元件的通/斷狀
32、態(tài)。根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)的元件印象寄存器中。即對每個(gè)元件來說,元件印象寄存器中的內(nèi)容會(huì)隨著程序的進(jìn)程而變化。3. 處理階段在所有的指令執(zhí)行完畢后,將輸出印象寄存器(即y寄存器)的通/斷狀態(tài),在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器,通過隔離電路、驅(qū)動(dòng)功率放大電路、輸出端子,向外輸出控制信號,這才是plc的實(shí)際輸出。plc的掃描既可以按照固定的順序進(jìn)行,也可以按用戶程序的指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次,而且也因?yàn)樵谝粋€(gè)大的控制系統(tǒng)中要處理的i/o點(diǎn)數(shù)比較多,通過安排不同的組織模塊,采用分時(shí)分批的掃描辦法,可縮短循環(huán)掃描的周期和提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)
33、性。順序掃描的工作方式簡單直觀,簡化了程序的設(shè)計(jì),并為plc的可靠性運(yùn)行提供了保障。一方面,所掃描到的功能經(jīng)解算后,其結(jié)果馬上就可以被后面要掃描到的邏輯解算所利用;另一方面,還可以通過cpu內(nèi)部設(shè)定的監(jiān)視定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時(shí)間,診斷cpu內(nèi)部故障。以避免程序異常運(yùn)行而造成的不良影響。由plc的工作過程可見,在plc的程序執(zhí)行階段,即使輸入發(fā)生了變化,輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化,要等到下一周期的輸入處理階段才能變改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號,也需要等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束后,cpu集中將這些輸出信號全部輸送輸出鎖存器,這才成為實(shí)際的cpu輸出。因此,全部的輸入、輸出狀
34、態(tài)的改變,就需要一個(gè)掃描周期。掃描周期是其中一個(gè)比較重要的指標(biāo),一般為幾毫秒至幾十毫秒。plc掃描時(shí)間取決于程序的長短和掃描速度。因?yàn)閜lc的輸入處理階段和輸出處理階段所需時(shí)間一般很短,通常只要幾毫秒。由此可見,plc的掃描時(shí)間對于一般的工業(yè)設(shè)備(改變狀態(tài)的時(shí)間約為幾秒以上)通常是沒什么影響的。5.2編程軟件基本功能plc控制程序采用西門子s7-200編程軟件開發(fā),基于windows的應(yīng)用軟件,該軟件的simatic指令集包含三種語言,即語句表(stl)語言、梯形圖(lad)語言、功能塊圖(fwd)語言。語句表(stl)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言,特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員,它使用指令
35、助記符創(chuàng)建用戶程序,屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖(lad)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖,是應(yīng)用最多的一種編程語言,與計(jì)算機(jī)語言相比,梯形圖可以看作是plc的高級語言,幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯,因此,它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受,是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(fwd)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似,功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端,輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算,模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。step7micro/win 32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù),例如創(chuàng)建用戶程序、修改和
36、編輯原有的用戶程序,編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。同時(shí)它還有一些工具性的功能,例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外,還可直接用軟件設(shè)置plc的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式(在線方式)下進(jìn)行,部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。聯(lián)機(jī)方式:有編程軟件的計(jì)算機(jī)與plc連接,此時(shí)允許兩者之間做直接通信。離線方式:有編程軟件的計(jì)算機(jī)與plc斷開連接,此時(shí)能完成大部分基本功能。如編程、編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等。兩者的主要區(qū)別是:聯(lián)機(jī)方式下可直接針對相連的plc進(jìn)行操作,如上裝和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等;而離線方式下不直接與plc聯(lián)系,所有程序和參數(shù)都暫時(shí)存放在磁盤上,等聯(lián)機(jī)后再下載到plc中。5.3plc控制程序設(shè)計(jì)1 整體設(shè)計(jì)為在編程的過程中方便、快捷,以及程序結(jié)構(gòu)的簡潔明了,把手動(dòng)操作程序與自動(dòng)操作程序編成兩個(gè)獨(dú)立的子程序模塊,通過子程序調(diào)用指令進(jìn)行功能選擇。當(dāng)工作方式選擇開關(guān)選擇手動(dòng)工作方式時(shí),i2.0接通,執(zhí)行手動(dòng)工作程序。當(dāng)工作方式選擇開關(guān)選擇自動(dòng)
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