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1、1机床工作台往返自动循环的 PLC 控制一、 PLC 结构及工作原理1、PLC 结构PLC，即可编程逻辑控制器，主要由中央处理器、输出及输入单元、储存器、通信接口、扩展接口以及电源等部件组成。其中，可编程逻辑控制器的核心部件为中央处理器，在输入、输出设备以及中央处理器之间连接有输入单元以及输出单元，与外部设置（例如编程器）以及上位计算机连接则是通过通信接口实现的。一个部件划分为整体式以及模块式两种类型。其中，整体式 PLC 是将全部零部件集中安装于一个机壳中，而模块式 PLC 则是对不同的零部件进行独立封装之后，将其安装在导轨或者是机架上，再借助总线实现相互间的连接。可编程逻辑控制器对系统工作
2、进行指挥的主要依据是系统程序，在每个扫描周期中需要进行输入处理、程序执行、输出处理等工作，此外还需要对相关外部设备发出的工作请求进行处理。电源的主要作用是对外部输入的交流电进行整流、滤波以及稳压等处理，进而得到可编程逻辑控制器内部工作所支持的直流电源电路或者是电源模块，对于系统的有效运行而言，电源发挥着不容忽视的关键作用。通常情况下，如果交流电压的波动幅度不超过 10%，便可以直接将可编程逻辑控制器与交2流电网进行连接。存储器包括用户程序存储器以及功能存储器两部分，前者的主要作用是对用户借助编程器输入的相关程序进行保存，后者的主要作用是对用户数据进行保存。I/O 接口电路主要包括光耦合电路以及
3、微机的输入接口电路两部分，其主要作用是充当连接可编程逻辑控制器和现场输入及输出设备的接口或模块；输出接口电路的主要作用是向输出端执行元件传输经过中央处理单元处理的输出信号。通信接口的主要作用是支持与打印机或者是监视器等相关设备的连接，以确保相应功能的有效实现。2、PLC 的基本工作原理PLC 正常工作过程大致可以划分为输入采样、用户程序执行以及输出刷新等三大阶段，此三个阶段构成一个扫描周期。在 PLC 的运行过程中，其中央处理单元可以按照既定的速度对该三阶段进行重复执行。输入采样阶段，主要是对输入映像区进行建立及更新。通过扫描，可编程逻辑控制器对全部的输入状态以及相关数据进行读取，之后在 I/
4、O 映像区对应的单元中对所读取的结果进行保存。完成输入采样操作之后，便进入到用户程序执行阶段以及输出刷新阶段，在这两个阶段中，即便是改变输入状态以及相关数据，I/O 映像区中对应单元的状态数据也是保持不变的，并不会随之发生变动。将输入端口关闭之后便进入程序执行阶段。用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器对用户程序进行扫描是按照从上到下、由左至右的顺序进3行的，在对各条梯形图进行扫描的过程中，首先会对位于梯形图左部的由所有触点所组成的控制线路进行扫描，同时开展控制线路逻辑运算，之后以所得到的逻辑运算结果为主要依据，对系统 RAM 存储区中逻辑线圈向对应的状态进行刷新，并在元件映像区中输入所获得的相关
5、结果。输出刷新阶段，中央处理单元对相关的输出所存电路进行刷新操作的主要依据是 I/O 映像区中所对应的状态以及数据，在此基础之上借助输出电路对对应的外设进行驱动。如果逻辑变量在一个完整的扫描周期中并未发生任何状态上的改变，该周期所输出的信息就与上一周期输出的周期之间就没有任何区别，从而相对应的元件状态也会保持不变。二、机床工作台往返自动循环的 PLC 控制电路设计工作台自动往返循环示意图如图 1 所示，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 为行程开关，按要求安装在固定的位置上。他们是按一定的行程用撞块压行程开关，代替了人工按钮。图 1 工作台自动往返循环示意图41、主电路设计许多生产机械都有可逆运行
6、的要求，由电动机的正反转来实现生产机械的可逆运行是很方便的。要实现机床主轴或进给运动的可逆运行，只需使拖动电动机可以两个方向运行就可以了。把电动机定子三相绕组所接电源任意两相对调，改变电动机的定子电源相序，就可改变电动机的转动方向。因此此系统的主电路如图 2 所示。图 2 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制系统主电路2、PLC 控制电路设计机床工作台往返自动循环的 PLC 控制的控制电路如 3 图所示。按下启动按钮 SB2，接触器 KM1 得电动作并自锁，电动机正转使工作台前进。当运行到 SQ2 位置时，撞块压下 SQ2，SQ25动断触点使 KM1 断电，但 SQ2 的动合触点使 KM2
7、得电动作并自锁，电动机反转使工作台后退。当工作台运动到右端点撞开压下 SQ1 时，使 KM2 断电，KM1 又得电动作，电动机又正转使工作台前进，这样可一直循环下去。图 3 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制系统控制电路SB1 为停止按钮。SB2 与 SB3 分别为正传和反转的启动按钮，按下 SB2 使工作台先实现正转再往返自动循环运动；按下 SB3则使工作台先实现反转再往返自动循环运动。行程开关 SQ3 和SQ4 安装在极限位置，当由于某种故障，工作台到达 SQ2（或SQ1）位置，未能切断 KM1（或 KM2）时，工作台将继续移动到6极限位置，压下 SQ3 或（SQ4),此时最终把控制回
8、路断开，使电动机停止，避免工作台由于越出允许位置所导致的事故。及SQ3、SQ4 起限位保护作用。热继电器 FR 是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电路。熔断器 FU2 用于电路的短路保护。3、控制电路原理图设计机床工作台往返自动循环的 PLC 控制系统 PLC 控制电路原理图如图 4 所示。L 作为 PLC 输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有 COM 端短接后接入电源 N 端。图 4 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制系统电路原理图4、输入输出接口功能表7表 1 和表 2 分别为机床工作台自动循环的 PLC 控制输入和输出接口功
9、能表。表 1 机床工作台自动循环的 PLC 控制输入接口功能表序号 工位名称 文字符号 输入口1 热继电器动断触点 FR I0.02 停止按钮 SB1 I0.13 正转启动按钮 SB2 I0.34 反转启动按钮 SB3 I0.35 正转运行限位开关 SQ1 I0.46 反转运行限位开关 SQ2 I0.57 正向限位保护开关 SQ3 I0.68 反向限位保护开关 SQ4 I0.7表 2 机床工作台自动循环的 PLC 控制输出接口功能表序号 工位名称 文字符号 输出口1 正转接触器线圈 KM1 Q0.02 反转接触器线圈 KM2 Q0.18根据上述设计，对照工作台自动往返循环示意图、主电路、PLC
10、 控制电路以及 PLC 控制电路原理图，所选 PLC 型号为CPU224 中的 6ES7 214-0BD23-0XB0，绘出最终的电气原理图如大图所示。5、元器件目录表根据设计方案选择的电气元件如表 3 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制元器件目录表所示。表 3 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制元器件目录表序号 文字符号 名称 数量1 M 电动机 12 KM1、km2 接触器 23 SB1 停止开关 14 SB2、SB3 启动开关 25 SQ1SQ4 限位开关 46 FR 热继电器 17 FU1、FU2 熔断器 2机床工作台往返自动循环的 PLC 控制系统控制程序如图 5所示。9（a
11、） 梯形图（b） 语句表图 5 机床工作台往返自动循环的 PLC 控制程序10课程设计心得体会非常感谢学校给我们安排了这一课程设计。此次课程设计让我感到了理论与实践相结合的重要性。在课程设计过程中，采用的是西门子公司生产的 PLC，而我们上课主要是以三菱公司生产的 PLC 作为例子讲解，为完成本次课程设计，不得不上网查找相关以及到图书馆借阅相应书籍，这无形中提高了自身发现问题分析问题解决问题的能力以及搜索资料的能力。这对我们以后的工作定会有很大的帮助。这一次的课程设计题目不难，在老师的悉心指导及本人的努力下，本次的课程设计最终大功告成。虽然说课程设计完成了，但是从中也暴露了我的一些缺点，基础知
12、识掌握不牢，理论与实际联系不密切。在以后的工作学习中我会更加的勤奋，努力提高自己的技能，更加的完善自己。11参考文献【1】 高安邦，董泽斯，吴洪兵。德国西门子 S7-200 系列 PLC版新编机床电气与 PLC 控制技术。北京：机械工业出版社，2012.【2】 漆汉宏。PLC 电气控制技术。北京：机械工业出版社，2006.【3】 周润景，张丽娜，刘梦男。基于 Automation Studio 的PLC 系统设计、仿真及应用。北京：电子工业出版社，2012.【4】 赵景波，阿伦，李杰臣。西门子 S7-200PLC 实践与应用。北京：机械工业出版社，2012.【5】 周万珍，高鸿斌。PLC 分析与设计应用。北京：电子工业出版社，2004.【6】 齐占庆，王振臣。机床电气控制技术 第 4 版。北京：机械工业出版社，1997.
