1、淄 博 職 業 學 院 課 程 設 計 目 錄摘要3Abstract4第一章 課題背景5第二章 設計總體要求6第三章 操作要求7第四章 整體方案8 第五章 硬件和軟件設計105.1 機械部分各參數選105.2 確定步進電機的型號105.3 軟件設計125.4 PLC部分控制14第六章 程序調試18第七章 結論20 參考文獻21 謝辭22摘要中型企業普遍采用了先進的自動化系統對生產過程進行控制，但絕大部分小型企業尚未應用自動化系統和產品對生產過程進行控制。因此，PLC在我國的應用潛力遠沒有得到充分發揮。我國工業企業的自動化程度普遍較低，PLC產品有很大的應用空間，如機械行業80%以上的設備仍采用

2、傳統的繼電器和接觸器進行控制。隨著競爭的日益加劇，越來越多的小型企業將采用經濟、實用的自動化產品對生產過程進行控制，以提高企業的經濟效益和競爭實力。在自動化生產線上，有些生產機械的工作臺需要按一定的順序實現自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產工藝要求。用PLC程序實現運料工作臺自動往返順序控制，不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設計方法多樣，便于不同層次設計人員的理解和掌握。關鍵詞： PLC 自動化 順序控制 工作臺AbstractChinese large and medium-sized businesses generally dopted

3、 advanced automated system for production process control, but most small enterprises were not yet available automation system and products to the production process control. Therefore, PLC application in our country is far from potential into full play. Our industrial enterprise automation degree i

4、s generally low, and the application of PLC products have very big space, such as mechanical industry more than 80% of the device is still using traditional relays and contactor controlling. As more and more fierce market competition, more and more small businesses will adopt economic and practical

5、automation products on production process control, in order to improve the economic benefit of enterprise and competitiveness. according to certain order the realization of automatic round-trip sport, and some still requirements in some places have certain time stays, to meet the production process

6、requirements. With PLC program realization shipped materials workbench automatic round-trip sequence control, not only has the program design of simple and easy, convenient, thereliability high characteristic and the program design methods are various, facilitate different levels design personnel un

7、derstanding and mastering.Keywords： Programmable Logic Controller ， atomation ，squence control The Workbench第一章 課題背景在自動化生產線上，有些生產機械的工作臺需要按一定的順序實現往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產工藝要求。用PLC程序實現工作臺自動往返順序控制，不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設計方法多樣，便于不同層次設計人員的理解和掌握。本文以西門子S7-200 PLC為例，提出基于工作臺自動往返順序控制的PLC程序設計方法。工業設備

8、的自動化，越來越多的廠設備采用PLC，因此自動化程度越來越高。電器控制技術隨著科學技術的不斷發展，生產工藝不斷提出新的要求而得到迅速發展。在現代化工業成產中，為了提高勞動生產率，降低成本，減輕工人的勞動負擔，要求整個生產工藝全程自動化，就離不開控制系統。自動往返工作臺是基于PLC控制系統來設計的，控制系統的每一步動作都直接作用于工作臺的運動，與PLC控制系統有著巨大的關系，因此對自動往返工作臺的設計要予以重視。已經在國內外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續深入研究和推廣。第二章 設計總體要求(1) 使用PLC實現工作臺往返循環工作的控制。(2

9、) 工作臺前進及后退由步進電動機通過絲杠拖動。(3) 點動控制：能分別實現工作臺前進和后退的點動控制。(4) 自動循環控制： 單循環運行即工作臺前進及后退一次循環后停止在原位，碰到換向行程開光時不掩飾）；6次循環計數控制（即工作臺前進及后退1次1個循環，每碰到換向行程開關時停止3秒后再運行，循環6次后停止在原位，原位在SQ2處。(5) 采用光柵尺實現工作臺位置檢測。(6) 自動循環控制線路：為了使步進電動機的正反轉控制與工作臺的左右運動相配合,在控制線路中設置了四個位置開關SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,并把它們安裝在工作臺需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用來自動換接電動機正反轉控制電路,實

10、現工作臺的自動往返行程控制;SQ3、SQ4被用來作終端保護,以防止SQ1、SQ2失靈,工作臺越過限定位置而造成事故。在工作臺的T形槽中裝有兩塊擋鐵,擋鐵1只能和SQ1、SQ3相碰撞,擋鐵2只能和SQ2、SQ4相碰撞。當工作臺運動到所限位置時,擋鐵碰撞位置開關,使其觸頭動作,自動換接電動機正反轉控制電路,通過機械傳動機構使工作臺自動往返運動。工作臺行程可通過移動擋鐵位置來調節,拉開兩塊擋鐵間的距離,行程就短,反之則短。 圖1 工作臺自動循環第三章 操作要求 （1）點動控制的時候，按下SB4 按鈕，工作臺前進，松開 SB4按鈕，工作臺停止前進，按下 SB5 按鈕，工作臺后退，松開SB5 按鈕，工作

11、臺停止后退。 （2）單循環運行：當按下SB1時，是正轉啟動，當工作臺壓下 SQ1 時，將 I0.5常閉斷開，I0.5常開閉合，延時3秒鐘執行單循環操作；按下SB2，效果一樣，只是開始的方向不同。 （3）6 次循環計數控制：同時按下 SQ2、SB2，執行 6 次自動循環過程。 (4)選擇好PLC的類型，根據PLC外部電氣原理圖，將PLC與實驗板正確連接，經檢驗無誤后，接通PLC電源，并將CPU置于“STOP”狀態，點擊“下載”將編譯正確的程序載至PLC，打開監控。以便觀察程序運行過程中各觸點的開合情況，方便檢查程序的錯誤，最后將PLC置于運行模式，運行程序。(5)調試過程中，按動正轉按鈕SB1，

12、電動機正向進給，進給到撞塊壓下行程開關SQ3，電動機反轉，工作臺后退，后退到撞塊壓下行程開關SQ1，電動機由反轉進入正轉，如此周而復始循環。程序運行正確。第四章 整體方案(1) 機械部分：由步進電動機經過傳動鏈將動力源傳遞至絲桿，絲桿與固定在工作臺上的螺母配合，完成工作臺的直線運動，當工作臺運動至極限位置時，觸動限位開關，限制工作臺在一定的行程內工作，起到保護工作臺的作用。圖4-1 工作示意圖(2) 電氣部分：PLC初始值，將初始值傳遞至步進電動機驅動控制器，從而對步進電動機進行速度和方向的控制，工作臺在運動后，主副光柵傳感器的相對位移經過光電轉換器產生微弱的模擬信量再經過放大整形電路，將其變

13、成數字信號量，便于PLC高速計數模塊的處理，經高速計數模塊處理后的信號PLC相匹配，從而便于進行比較處理。 圖4-2 工作方框圖第五章 設計內容5.1機械部分各參數選工作臺和運載物的重量：w=2000N工作臺與絲桿的摩擦系數：µ=0.06工作臺速度：v= 絲桿導程： L=6 絲桿直徑：d=30絲桿總長度：L1=1000定位精度：0.025.2確定步進電機的型號 1、脈沖當量的選擇 A脈沖當量：一個指令脈沖使步進電動機驅動拖動的移動距離0.01初選之相步進電動機的步距角，當三相六拍運行時，步距角，其每轉的脈沖數=480步進電動機與絲桿間的傳動比i .(5-1)在步進電動機與絲桿之間加,

14、 模數m=2.5的一對齒輪。2、等效負載轉矩的計算 .( 5-2) -絲桿傳動效率3、等效轉動慣量計算3.1絲桿轉動慣量 .( 5-3)3.2 工作臺的運動慣量 .( 5-4) 3.3 大齒輪的轉動慣量(大齒輪節圓直徑62.5，寬12) .( 5-5)3.4 小齒輪的轉動慣量（小齒輪節圓直徑50 寬12）換算系列電機軸上的總轉動慣量 .( 5-6)換算到電動機軸上的總轉動慣量 .( 5-7)3.5 初選步進電動機型號根據負載轉矩和電動機總轉動慣量選電動機型號為110BF003步進電動機，轉子轉動慣量5.3軟件設計：1）PLC 程序的總體設計 ： PLC 工作臺的運動主要為點位控制和畫面復雜曲線

15、 （例如圓），工作臺控制程序較復雜， 借鑒模塊化設計思想， 將控制程序分為系統啟動程序、初始化程序、 轉換條件觸發程序、 點位運動子程序和畫圓子程序。 (1) 系統啟動程序： 采用一典型的啟動、保持與停止電路，其作用是當輸入啟動信號后，使系統處于可以運行的狀態,當輸入停止信號時,系統通過繼電器的自鎖完成一個動作循環后，停止運行。 (2) 初始化程序：系統初始化是通過 MOV 指令進行賦值運算,可通過觸發 SM0.20/SM0.1 寄存器來實現程序的初始化。 (3) 轉換條件觸發程序：當使能端接通時，設置好移入移位寄存器、移位寄存器的長度、轉換條件（對應于框圖中的步）,每當一個轉換條件達到時，便

16、進行移位操作。(4) 點位運動子程序： 單軸定位指令 POS x GOTO 的控制模塊以規定的頻率輸出規定數量的脈沖，利用本指令可以實現單速定位操作。當 POS x GOTO 指令的使能端接通,輸入要運動到的位置與速度,工作臺便能 圖6程序流程圖 運動到指定的點，其中程序-POS 處代表運動的距離-SPEED 代表運動的速度。 例如工作臺要以速度 v 從坐標 A 點直線運動到坐標點 B，可以將兩個坐標軸方向的距離分別填入-POS,X 軸方向的速度為,Y 軸方向的速度為，分別填入-SPEED，兩個方向的速度計算可以編寫為子程序。(5)畫圓子程序： 設圓心角為 ，半徑為 R 的圓弧為AB， 工作臺

17、從 A 運動到 B 點 ，由幾何關系易知 X 軸方向的位移為 R-Rcos，Y 軸方向的位移為 Rsin ，由于完整的圓為 360°，在編程時可以將其細化為 360 個，即每一個 為 /360°，再調用直線運動的指令便可以進行畫圓。 PLC 程序流程如圖 6 所示。（2）位控模塊的介紹與連接。工作臺精確定位和調速是利用位置模塊 EM253 來實現，該定位模塊的作用是通過向步進電機驅動電源模塊發送一定數量的脈沖， 驅動伺服電機轉動。 定位模塊選用與 PLC 相搭配的西門子司EM253， EM253 定位模塊是 S7-200 的特殊功能模塊 ，它能夠產生脈沖串，用于步進電機和伺

18、服電機的速度和位置的開環控制。它帶有八個數字輸出， 在 I/O 的組態中作為智能模塊，可提供單軸、開環移動控制所需要的功能和性能。提供高速控制， 12200000 脈沖 /S。STEP7 -Micro/WIN為位置控制模塊的組態和編程提供了位置控制向導，可以生成組態/包絡表和位置控制指令，配置 EM253 的運動參數、 運動軌跡包絡等。（3） 位控模塊的編程方法。 STEP 7-Micro/WIN 是方便位控模塊 EM253 的組態和編程的工具。 通過以下順序即可實現位控模塊的編程： 連接組態位控模塊。 在STEP 7-Micro/WIN 中提供一個位控向導來生成組態 /包絡表和位控指令； 測

19、試位控模塊操作。 在 STEP 7-Micro/WIN 提供中一個 EM253 控制面板 ， 用以測試輸入/輸出的接線、 位控模塊的組態以及運動包絡的運行；創建 S7-200 的運行程序。 位控向導自動生成位控指令， 可以將這些指令方便的插入到程序中。 第一， 要使能位控模塊， 需插入一個 POSx_CTRL 指令。 用 SM0.0 以確保這條指令在每一個循環周期中都得到執行。 第二， 要將電機移動到一個指定位置，使 用 一 條 POSx_GOTO 指 令 或 一 條 POSx_RUN 指 令 。POSx_GOTO 指令使電機運動到您在程序中輸入的指定位置。 POSx_RUN 指令則使電機按照

20、在位控向導中所組態的路線運動。 在上文點位程序的介紹中也是采用此方法。 第三， 要使用絕對坐標進行運動， 必須應用建立零位置。 使用一條 POSx_RSEEK 或一條 POSx_LDPOS 指令可以建立零位置； 編譯程序并將系統塊、 數據塊和程序塊下載到 PLC 中。5.4 PLC控制部分 1）PLC的選擇：PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型PLC提供多種I/O卡件

21、或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。Siemens在推出新一代小型PLC產品S7200后其價格與日本產品相差不大，最近幾年其小型PLC的市場增長迅速，已經與日本主要產品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC領域取得了類似的市場地位。近年來，由于具有明顯的價格優勢，中國臺灣的部分PLC廠商在小型PLC領域發展勢頭十分強勁，搶占了原來日本產品的一部分低端市場。本課程設計選用S7200 PLC型可編程控制器。S7200 PLC型可編程控制器是德國西門子公司生產的一種小型PLC，是整體式結構。它有以下幾個特征：1、定義掉電保護區

22、 2、立即讀寫I/Q 3、設置停止模式下的輸出值4、對輸入信號增加濾波器 5、捕捉窄脈沖 6、模擬點位器7、高速I/Q2) PLC及步進電機接線圖圖5-1 PLC及步進電機接線圖用S7-200 PLC控制步進電機正轉與反轉。把步進電機驅動器的D2設置為OFF，即PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅動器的PU端，Q0.1控制步進電機反轉。3)電路圖、接線圖：4)I/O地址分配表表5-1 I/O地址分配表輸入點輸出點正轉啟動按鈕SB1I0.0正轉接觸器QA1Q0.0反轉啟動按鈕SB2I0.1反轉接觸器QA2Q0.1停止按鈕SB3I0.2正轉點動按鈕SB4

23、I0.3反轉點動按鈕SB5I0.4左換向限位開關SQ1I0.5右換向限位開關SQ2I0.6左限位保護開關SQ3I0.7右限位保護開關SQ4I1.0第六章 程序調試1硬件調試接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。2 軟件調試按要求輸入梯形圖，轉換成指令表，并進行語法的檢查，正確后設置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM，進行下一步的調試。3運行調試在硬件與軟件調試正確的基礎上，打開可編程控制器的“RUN”開關進行調試；觀察運行的情況是否正確，以確定PLC的控制系統設計符合要求。4 自動往返工作臺梯形圖:圖5-2 自動往返工作臺梯形

24、圖第七章 結論本系統主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能和以電機為動力的前提下，實現了利用可編程控制器控制變頻調速恒壓供水的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當系統的功能增加時，硬件接線上只需增加行程開關輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調試結果表明，在適應性、精確性和可靠性方面，到達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。感謝老師的耐心的指導，同學的幫助。雖然過程挺艱難，不過在老師和同學的幫助下，我還是完成了本次設計。這次的課程設計讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊

25、，必須發揚團結協作的精神。而這份精神也將成為我以后工作時的動力。總之，在這次設計中讓我對PLC和電機拖動控制這兩門課有了更深入的了解，讓我不僅學到了以前從未接觸過的新知識，而且也學會了獨立的去發現、面對、分析、解決問題的能力。讓我知道理論要運用于實踐有多重要，使我受益匪淺。在此，再次的對老師和同學說聲謝謝！通過本設計，我學習到了很多東西，在工作的細心上也得到了提高。并且，更了解了有關可編程控制器的功能。我選擇這個設計，也是為了彌補以前學習上的不足。這次設計，使我了解到老師的用心良苦，并且從老師那學到了很多寶貴的東西。參考文獻1 余江，李偉洪，沈小云. 基于PLC的X-Y數控工作臺控制系統設計.廣東：廣東海洋大學工程學院，2010.2 戴明宏主編. 電器控制與PLC應用.M.北京:北京航空航天大學出版社,2007.3 宮淑貞. 可編程序控制器原理與應用M. 人民郵電出版社, 2004.4 李樹雄.可編程序控制器原理及應用.北京:北京航空航天大學出版社,2003.5 魯遠棟. PLC 機電控制系統應用設計技術M . 北京: 電子工業出版社.2002.6 張進秋.可編程控制器原理及應用實例.北京：機械工業出版社，2004.7 欽和.可編程控制器應用技術與設計實例.北京：人民郵電出版社，2004.8 戴仙金等.西門子S7-