1、目錄之中。機電工程學院課程設計說明書設計題目：千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統設計學生：學 號： 6專業班級： 機制F1003班指導教師：王 宗 才2013年12月19日容摘要PLC=Programmable Logic Controller ,可編程邏輯控制器，一種數字運算 操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器， 用于其部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用 戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。其 是工業控制的核心部分，在機床加工中應用極其廣泛。在本設計中，采用裝在動力滑臺上左、右兩個動力頭同時進行切削

2、。動力頭 的快進、工進及快退由液壓缸驅動。液壓系統采用兩位四通電磁閥控制， 并用調 整死擋鐵的方法實現位置控制。主要介紹了 PLC控制系統的基本知識，并根據要 求進行了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統主電路設計和硬件配置連線圖，利用STEP7-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計和調試。關鍵字：液壓缸；PLC控制系統；梯形圖；主電路圖；硬件配置連線圖第1章引言 11.1 PLC的基本概念 11.2 PLC的基本結構 11.3 PLC的工作原理 2第2章設計思路 42.1 設計要求 42.2 控制要求 42.3 程序流程圖 62.4 硬件系統設計 72.4.1 CPU 的選擇

3、72.4.2 I/O 分配表 7第3章電路設計 103.1 主電路圖 103.2 硬件配置接線圖 10第4章程序設計 124.1 程序的實現 124.2 程序梯形圖 124.3 程序指令表 194.4 部分模擬調試圖 22設計總結 25辭 26參考文獻 27第1章引言課程設計的容是千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統的設計。具要求如下：1 .控制要求：(1)左右動力頭旋轉切削由電動機 M1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運轉。 (2)只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達到一定壓力(壓力繼電器檢測)后， 才能進行其他的控制。(3)機床即能半自動循環工作，又能對各個動作單獨進行調整。(4)要求有必要的電

4、氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。2 .控制過程及原理：千斤頂液壓缸兩端面的加工，采用裝在動力滑臺的左、右兩動力頭同時進行 加工切削，機床屬于雙面單工位組合機床。千斤頂液壓缸兩端面加工機床由兩個 液壓滑臺、動力箱、固定式夾具、底座、床身和液壓站等部件組成。千斤頂液壓缸兩端面加工時，將工件放在工作臺上并加緊，當工件加緊后發 出加工命令，左、右滑臺開始快進，當接近加工位置時，左、右滑臺變為工進進 給，直到加工完成后再快退返回。至原來左、右滑臺分別停止，并將工件放松取 下，工作循環結束。即工作循環如下：工件定位-工件夾緊一滑臺入位-加工零件- 滑臺復位一夾具松開。1.1 PLC的基本概念PLC是一種

5、專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、 計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各 種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系 統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。早期的可編程控制器稱作可編 程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種采用微型計算機技術的工業控制裝置的功 能已經大大超過了邏輯控制的圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器， 簡稱 PC但

6、是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編 程序控制器簡稱PLG1.2 PLC 的基本結構PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：a、電源:PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用，一般交流電壓波動 +10%（+15%同，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網上去。b、中央處理單元（CPU）:中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它按照PLC 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，

7、然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器。等所有的用戶程 序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器的數據傳送到相 應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行c、存儲器：存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。d、輸入輸出接口電路：1、現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接 口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道。2、現場輸出接口電路 由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLCffl過現場輸出接口 電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊：如計數、定位等功能模塊

8、。f、通信模塊：1.3 PLC的工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序 執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期 問，PLC的CPUZ一定的掃描速度重復執行上述三個階段。（1）輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸 入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元。輸入采樣結束后，轉 入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變 化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖 信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸

9、入均能被讀入。（2）用戶程序執行階段：在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖 左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成 的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAMfr儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態； 或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程 中，只有輸入點在I/O映象區的狀態和數據不會發生變化， 而其他輸出點和軟設 備在I/O映象區或系統RAMfr儲區的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在

10、上 面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖 起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下 一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執行的過程中如果使用立 即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器 的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新， 這跟立即輸入有些區別。(3)輸出刷新階段：當掃描用戶程序結束后， PLC就進入輸出刷新階段。 在此期間，CPUK照I/O映象區對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再 經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC的真正輸出。

11、第2章設計思路2.1設計要求本機床用于千斤頂液壓缸兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩 個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅動。液壓系統采 用兩位四通電磁閥控制，并用調整死擋鐵的方法實現位置控制。機床的工作程序是：(1)工件定位 人工將零件裝入夾具后，定位液壓缸動作，工件定位。(3)滑臺入位(4)加工零件 即停止工進，延時(5)滑臺復位(6)夾具松開(2)工件夾緊 零件定位后，延時15s,夾緊液壓缸動作使零件固定在夾具， 同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位?；_帶動動力頭一起快速進入加工位置。左右動力頭進行兩端面切削加工，動力頭到達加工終點位置30s后停轉，快速退回原

12、位。左右動力頭退回原位后，滑臺復位。當滑臺復位后夾具松開，取出零件。以上各種動作由電磁閥控制，電磁閥動作要求見表2-1。表2-1電磁閥動作要求YV1YV2YV3YV4YV5定位十夾緊十入位十十工進十退位十復位放松注：“+”號表示電磁閥得電。2.2控制要求控制要求如下：(1)左右動力頭旋轉切削由電動機 M1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運 只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達到一定壓力(壓力繼電器檢測)后, 才能進行其他的控制(3)機床即能半自動循環工作，又能對各個動作單獨進行調整要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。(5)控制信號說明如 表2-2所示。表2-2控制信號說明輸入輸出文字

13、 符號說明文字 符號說明SA1-1機床半自動循環控制轉換開關KM1動力頭M«冷卻泵M2接觸 器SA2-1手動定位控制轉換開關KM2液壓泵M3接觸器nSA3-1手動入位控制轉換開關YV11#電磁閥SA3-2手動工進控制轉換開關YV22#電磁閥SA3-3手動退位控制轉換開關YV33#電磁閥SB1動力頭M1、冷卻泵M2起動按鈕YV44#電磁閥SB2動力頭M1、冷卻泵M2停止按鈕YV55#電磁閥SB3液壓泵M3起動按鈕HL1動力頭M«冷卻泵M2運行 指示SB4液壓泵M3停止按鈕HL2液壓泵M3運口指小KM1動力頭M1、冷卻泵M2運行信號HL3半自動循環工作指小1KM2液壓泵 M3運

14、行彳科HL4定位日FR1動力頭M1、冷卻泵M2過載信號HL5入位指示KP壓力繼電器油壓檢測信號HL6工進指示SQ動力頭工進終點位置檢測信號HL7退位指示1HL8故障指示(6)相關參數：動力頭電動機 M1: Y100L-6, 1.5kW, AC380V 4.0A。冷卻泵電動機 M2 JCB-22, 0.15kW, AC380V 0.43A。液壓泵電動機 M3 Y801-4, 0.55kW, AC380V 1.6A。電磁閥 YV1 YV5 100mA AC220V指示燈HL1HL8: 10mA DC24V安全照明：10W 6.3V2.3程序流程圖當夾具松開之后，繼續加工零件則重新定位，開始循環。若

15、需要手動調節,則在每步動作時按下相應的轉換開關，執行相應的工序。2.4硬件系統設計2.4.1 CPU的選擇由上述控制要求可知系統可采用自動工作方式，也可以采用手動工作方式 . 輸入有16點，輸出有15點，并考慮余量要求，因此系統采用 24輸入，16輸出 的PLC.所以系統屬于小型控制系統，現選用西門子公司的S7-200,CPU22卵PLCCPU221CPU222CPU224CPU226程序存儲器2048字節4096字節用戶數據存儲器1024字節2560字節用戶存儲器類型EEPROM數據后備典型時間50h190hI/O6輸入4輸出8輸入6輸出14輸入10輸出24輸入16輸出擴展模塊數量無2個7個

16、數字量I/O印象區大小256（128 入/128 出）模擬量IO印象區大小無16入/16出32入/32出33Hz布爾指令執行速度0.37/微妙/指令部繼電器256計數器/定時器256/256順序控制繼電器2562.4.2 I/O 分配表千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統PLC輸入地址分配表如下表2-3輸入地址分配表文字符號說明輸入地址KP壓力繼電器油壓檢測信號I0.0SB1動力頭M1冷卻泵M2起動按鈕I0.1SB2動力頭M1冷卻泵M2停止按鈕I0.2SB3液壓泵M3起動按鈕I0.3SB4液壓泵M3停止按鈕I0.4SA1-1機床半自動循環控制轉換開關I0.5SA2-1手動定位控制轉換開關I0.6S

17、A3-1手動入位控制轉換開關I0.7SA3-2手動工進控制轉換開關I1.0SA3-3手動退位控制轉換開關I1.1FR1動力頭M1冷卻泵M2過載信號I1.4SQ1動力頭工進終點位置檢測信號I1.5SQ2定位終點位置檢測信號I1.6SQ3入位終點位置檢測信號I1.7SQ4液壓夾緊檢測信號I2.0SQ5退位終點檢測信號I2.1千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統 PLC輸出地址分配表如下表2-4輸出地址分配表文字符號說明輸出地址HL1動力頭M1、冷卻泵M2運行指示Q0.0HL2液壓泵乂3起口指小Q0.1HL3半自動循環工作指小Q0.2HL4定位指示Q0.3HL5入位指示Q0.4HL6工進指示Q0.5HL

18、7退位指Q0.6HL8故障指示Q0.7YV11#電磁閥Q1.1YV22#電磁閥Q1.2YV33#電磁閥Q1.3YV44#電磁閥Q1.4YV55#電磁閥Q1.5KM1動力頭M1冷卻泵M1接觸器Q1.6KM2液壓泵M3接觸器Q1.7第3章電路設計3.1 主電路圖其中M1帶動動力頭，M2帶動冷卻泵，M3帶動液壓泵。KM1為M1, M2的接 觸器。KM刻M3的接觸器。左右動力頭旋轉切削由電動機 M1集中傳動，切削時 冷卻泵電動機M2同時運轉。M3帶動液壓泵，只有在液壓泵電動機 M3工作，油 壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控制。主電路圖如下所 示。L1L2I 3圖3-1主電路圖3.2

19、 硬件配置接線圖根據信號輸入輸出的類型及控制的主電路，繪制 I/O連接圖如圖3-2所示1L Q0.0 QOl1 Q0,2 00.3CPU226 2LQQ.4 00.5Q0.6Q(h73L QU1 QL2 01.3 Q1.4 QUS QI .6 QI ,7LI圖3-2 I/O 接線圖22£N AC *第4章程序設計4.1 程序的實現將零件裝入夾具中，按下液壓泵 M3的啟動按鈕SB3 (I0.3 )啟動電機M3 接觸器KM2(M0.0)得電自鎖，KM2閉合，然后按下循環控制按鈕SA1-1 (I0.5 ), 循環工作指示燈HL3(Q0.2)和M3工作指示燈HL2(Q0.1)亮。當壓力達到一

20、定值之后，KP(I0.0)閉合，定位轉換開關SA2-1(I0.6)閉合， 從而使電磁閥YV1(Q1.1)得電閉合，定位指示燈 HL4(Q0.3)亮，工件開始定位。零件定位之后，開始延時，延時15S之后電磁閥YV2(Q1.2)開始得電，夾緊 液壓缸動作使零件固定在夾具里，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位。然后按下動力頭M1,冷卻泵M2的啟動按鈕(I0.1 )啟動,接觸器KM 1(M0.1) 得電，指示燈HL1(Q0.0)亮，同時入位轉換開關SA3-1(I0.7)閉合，電磁閥 YV4(Q1.4), YV5(Q1.5)得電，滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置，入位指示 燈 HL5(Q0.4)亮。入位

21、之后，當工進轉換開關 SA3-2(I1.0)得電時，電磁閥YV4(Q1.4)置位， 同時工進指示燈HL6(Q0.5)亮，左右動力頭開始進行兩端面切削加工.當動力頭 到達加工終點位置即停止工進，此時檢測開關SQ1(I1.5)得電閉合使YV4復位斷 電，延時30S后復位KM1斷，同時，動力頭冷卻泵停轉。退位轉換開關SA3-3(I1.1)閉合，退位電磁閥YV3(Q1.3)得電動作，同時退 位指示燈HL7(Q0.6)亮，動力頭開始退回原位。左右動力頭退回原位后，滑臺復位，同時夾緊電磁閥復位，夾具松開，取出 零件。4.2 程序梯形圖根據PCU®程要求以及本設計要求，設計程序如下:網絡標題MO.

22、OMa.o動力頭時冷卻京m珀動運行半自動手動轉橫開關網第141 I手動入位Ml 3IJ 7Ml.4聞生4I I1 IpH I()M1.6Q1,4自動入位入位指示手動工選自動工避網絡24I自動停轉網絡25I資嫂位M5.011 1M5.1M3.2II1C)M5l1Q1.3MI()12.1M5l1J IC)4.3程序指令表根據梯形圖，可得語句表如下:Network 1 / 網絡標題/ M3啟動LD I0.3O M0.0AN I0.4AN I1.4=M0.0Network 2LD M0.0=Q0.1=Q1.7Network 3/動力頭ml冷卻泵m2啟動LD I0.1O M0.1AN I0.2AN I1

23、.4=M0.1Network 4/運行LD M0.1AN M5.5AN M5.6=Q0.0=Q1.6Network 5/半自動手動轉換開關LD M0.0A I0.0LPS=M1.0 LPPAN I0.5 =M2.0 =Q0.2Network 6 /手動定位LD M1.0A I0.6 LPS AN M1.1 =M3.0 LRD A I1.6 =M1.1 LPPAN M1.2 =Q1.1Network 7 /自動定位LD M2.0 LPS AN M2.1 =M3.1 LRD A I1.6 =M2.1 LPPAN M2.2 =Q1.1Network 8 /定位指示A I0.5LD M3.0O M3.

24、1=Q0.3Network 9/延時LD M1.1O M2.1AN T37TON T37, 150Network 10LD I0.5A T37O M1.2=M1.2Network 11LDN I0.5A T37O M2.2=M2.2Network 12/手動夾緊LD M1.2LPSAN M5.1=Q1.2LPPA I2.0=M1.3Network 13/自動夾緊LD M2.2LPSAN M6.1LPPA I2.0=M2.3Network 14/手動入位LD M1.3A I0.7LPSAN M1.4=M3.4LRDAN M1.6=Q1.4LRDAN M1.5AN M1.6=Q1.5LPPA I1

25、.7=M1.4Network 15/自動入位LD M2.3LPSAN M2.4=M3.6LRDAN M2.6=Q1.4LRDAN M2.5AN M2.6=Q1.5LPP=Q1.2A I1.7=M2.4Network 16/入位指示LD M3.4O M3.6=Q0.4Network 17/手動工進LD M1.4A I1.0LPS=M1.5AN M1.6=M3.5LPPA I1.5=M1.6Network 18/自動工進LD M2.4LPS=M2.5AN M2.6=M3.7LPPA I1.5=M2.6Network 19/工進指示LD M3.5O M3.7=Q0.5Network 20/延時LD

26、M1.6O M2.6AN T38TON T38, 300Network 21LD I0.5A T38O M1.7=M1.7Network 22LDN I0.5A T38O M2.7=M2.7Network 23/手動停轉LD M1.7=M5.5=M5.0Network 24/自動停轉LD M2.7=M5.6=M6.0Network 25/手動退位LD M5.0A I1.1LPSAN M5.1=M3.2LRDAN M5.1LPPAN M6.1=Q1.3Network 27/退位指示LD M3.2O M3.3=Q0.6Network 28/故障指示LD I1.4=Q0.7=Q1.3LPPA I2.

27、1=M5.1Network 26/自動退位LD M6.0LPSAN M6.1=M3.3LRDA I2.1=M6.14.4部分模擬調試圖M3啟動，液壓泵指示Q0.1、接觸器Q1.7工作WKEm " J”口1=0 1 XKi 4 W 1H3 TT Blpl I|B|( )1MC.DTl-1Pif.o.Pisi I1*g,q -=QCL1T一()>Q1.TT)定位完成后正在延時 15S口12345&，。12 3H 5701234567二叼2I EMH 翌J 0|吃/I'I EL2, irtte.l CTQI.2工進完成后，正在延時 30S012345701 2345670123456 7pi , I畝I-1退位時，退位指示 Q0.6亮FcTl f動力頭M1冷卻泵M2過載時，故障指示 Q0.7亮1W2,1I