基于PLC的CA6140车床改造设计

物理与电子工程学院2012级本科课程设计物理与电子工程学院《PLC原理与应用》课程设计报告书设计题目：专业：班级：学生姓名:学号:指导教师：2015年11月20物理与电子工程学院2012级本科课程设计物理与电子工程学院课程设计任务书专业：班级：学生姓名学号课程名称PLC原理与应用设计题目基于PLC的CA6140车床改造设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：通过设计车床改造有关的PLC控制程序熟悉PLC系统设计流程，加深对PLC工作原理的理解，熟练掌握相关指令的编写方法，在实践中加深对工业通信技术理论知识的理解。主要内容：1、课程设计应包含硬件电路原理图，软件设计流程图，软件设计程序，仿真电路图等部分内容。2、基本功能包括：自动控制；手动控制。3、主要技术参数：PLCS7-200；CA6140车床。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第2-3天：学习课程设计中用到的S7-200PLC相关知识第4-5天：根据课程设计的要求完成硬件选型及硬件电路设计。第6-7天：学习CAD软件，绘制硬件电路原理图。第8-10天：学习S7-200编程软件，完成软件系统设计。第11-12天：通过试验箱，进行仿真调试。第13-14天：撰写课程设计报告。主要参考资料[1]阮友德.PLC、变频器、综合应用实训[M].北京:中国电力出版社，2009.[2]何献忠.可编程控制器应用技术[M].北京:清华大学出版社,2007.[3]张铮.机电控制与PLC[M].北京:机械工业出版社,2007.[4]冯薇.电气控制与可编程序控制器[M].北京：化学工业出版社，2006.指导教师签字教研室主任签字物理与电子工程学院2012级本科课程设计I摘要随着可编程序控制器（简称PLC）技术的发展，由于其功能强大、容易使用、高可靠性，广泛的工业现场适应性和方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用，常常被用来作为现场数据的采集和设各的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。本次设计正是在这种背景下，运用西门子S7-200PLC对普通机床进行的现代化程控改造，讨论了控制流的选择。关键词：可编程序控制器；控制流物理与电子工程学院2012级本科课程设计II目录1绪论....................................................................................................11.1概述.........................................................................................................11.2程控机床的意义.....................................................................................12机床改造方案的确定及系统的选择..................................................12.1CA6140车床的概述................................................................................12.2S7-200CPU介绍.....................................................................................32.3PLC在电气控制系统中的应用...............................................................33对CA6140车床控制系统的选择......................................................43.1PLC的选型..............................................................................................43.2系统的控制过程.....................................................................................53.3系统的组成.............................................................................................64PLC的基本工作原理..........................................................................64.1系统程序流程图.....................................................................................64.2系统I/O口分配表及PLC外部接线图..................................................74.3系统程序流程图.....................................................................................84.4仿真图.....................................................................................................9心得体会...........................................................................................9参考文献.........................................................................................10附录..................................................................................................12物理与电子工程学院2012级本科课程设计11绪论1.1概述目前我国在世界上是机床消费的第一大国，并正由制造大国向制造强国发展。但是，我国现在机械制造水平与发达国家相比较差距很大，设备的陈旧，技术水平的落后，严重地影响了生产力和发展。我国现在有大量可用的普通机床，对这些机床进行程控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。迄今为止，我国现有数以万计的陈旧落后的机床，这些是机床大修和程控改造实施的赖以生存的现实基础之一。简单分析有以下几点：（1）机床设备造价高昂，显著的经济效益是程控改造行业发展的动力。（2）一般改造的费用仅为购置新设备费用的30%左右。（3）通过程控改造可以进一步满足用户对设备的工艺需求以获取更大的效益。1.2程控机床的意义早期机床的控制方式是以继电器控制占主导地位，造成控制系统有明显的缺点，如：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。为此，对原有机床利用可编程控制器（PLC）对控制系统进行改造；这些都是实现改造的可行性研究，他们体积小、功能强、灵活性和适应性好以及模块化结构的一系列优点，特别是高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到广大技术开发人员和用户的青睐，他们在工业控制领域迅猛发展，得到越来越广泛的应用，成为现代工业控制的支柱之一。因此，程控机床具有广阔的发展前景和极具重要的研究意义，是现代工业发展的趋势，起着不可估量的作用。2机床改造方案的确定及系统的选择2.1CA6140车床的概述为了进一步对程控机床系统的了解，现以CA6140型号的车床为例进行研究。CA6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面；能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹，并能作钻孔、拉油槽等加工。本机床的主要特点是：主轴孔径大(φ72mm)，变速范围广(11-1600转/分)；主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合，动静刚度高，抗震型高。主传动齿轮全部采用淬火磨削；床身采用超音频淬火，导轨面硬度在HRC45以上；精度保持性好。床头箱采用外循环润滑，有利于散热、降噪、防泄漏。操作系统简洁适用，指示明晰，定位准确，手感好。机床外形美观[1]。床鞍和横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷；尾座套筒直径大，刚性好。主要技术参数如表2-1：物理与电子工程学院2012级本科课程设计2表2-1技术参数型号与规格CA6140最大工件长度1000mm最大加工长度950mm最大工件回转直径床身上400mm拖板上230mm主轴正转范围11-1600r.p.m反转范围14-1450r.p.m内孔直径72mm内孔锥度Metriccsystem进给量纵向范围0.038-6.28mm/rev横向范围0.014-2.27mm/rev加工螺纹公制螺纹1-192mm英制螺纹2-24tpi模数螺纹0.25-48mm径节螺纹1-96DP床鞍刀架横向最大行程260mm小刀架最大行程130mm刀杆尺寸25*25mm纵向快移速度4.4m/min横向快移速度1.6m/min尾座套筒最大行程150mm内孔锥度MorseNo.5物理与电子工程学院2012级本科课程设计32.2S7-200CPU介绍西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号[2]。小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：（1）集成的24V电源：可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU226、CPU226XM输出400mA可用作负载电源。（2）高速脉冲输出：具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口：CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU226、CPU226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器：CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）EEPRO：存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（6）电池模块：用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。