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1、课 程 设 计 课程名称电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计课程设计 课题名称双面钻控制系统设计双面钻控制系统设计 专业自动化自动化 班级1401402 2 学号201401020232201401020232 姓名伍宫北伍宫北 指导老师刘星平、赖指南、谭梅、沈细群、余哓霏刘星平、赖指南、谭梅、沈细群、余哓霏 2017 年 6 月 23 日 等级: 电气信息学院电气信息学院 课程设计任务书课程设计任务书 课题名称双面站控制系统设计 姓名伍宫北专业自动化班级1402学号32 指导老师赖指南 课程设计时间2017 年 6 月 12 日2017 年 6 月 23 日（第 1718 周） 教研
2、室意见同意开题。审核人：汪超 林国汉 一.任务及要求 设计任务： 以 PLC 为核心，设计一个双面站控制系统，为此要求完成以下设计任务： 1.根据双面站的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。 2.配置电器元件，选择 PLC 型号。 3.绘制双面站拖动电机的控制线路原理图和双面站液压拖动控制系统的 PLC I/O 接线 图。设计 PLC 梯形图程序，列出指令程序清单。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 设计要求 1.一般要求： （1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足双面站的工艺过程要求， 并且技术先进，安全可靠，操作方便。 （2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的
3、 GB472884电气图用图形符号、 GB698887电气制图和 GB715987电气技术中的文字符号制定通则的有关规定。 （3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。 2.具体要求： （1）对工作方式的控制要求 连续工作方式：在双面站处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时， 要求双面钻能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的 次数并返回到初始状态时才自动停止。 单周工作方式：在双面站处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时， 要求双面钻能够自动地完成一个循环的工作。当双面钻完成一个循环的工作并返回到初始 状态时能自
4、动停止。 单机手动工作方式：要求能对双面站的送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主 轴电动机和滑台进行手动操作。 （2）对单机控制的要求 主轴电机只要求单向运转。 可对左、右动力头进行在线/离线设置。 （3）对特殊环节的要求 能对机床进行预停和紧急停止操作。 具有危险区保护措施。 完善的故障保护环节。 二.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二星期四：详细了解双面站的基本组成结构、工艺过程和控制要求。 确定控制方案。配置电器元件，选择 PLC 型号。绘制双面站拖动电机的控制线路原理图和 双面站液压拖动控制系统的 PLC I/O 接线图。
5、设计 PLC 梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 三.参考资料 1 刘星平.PLC 原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014 年。 2 廖常初.S7-200 PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2014 年。 3 王阿根.西门子 S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，2013 年。 4 赖指南.PLC 原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010 年。 四.设计的原始资料 双面站的基本结构和工艺过程 全自动双面
6、钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化 程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如 图 1 所示。 全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。动力头主轴由电动机(JQ2Z14， 1.5KW)拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制，其液压原 理图如图 2 所示。油泵电机为 3KW。 SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7 左动力头右动力头 夹紧装置 送料装置 工件 工作台 图 1 全自动双面钻结构示意图 全自动双面钻的工艺过程如下： 如图 2 所示，当液压泵电机 M，左、右动力头主轴电机 M1 和 M2 均启动完毕时
7、，按下 启动按钮 SB，YV1 通电，送料机构送料。送料到位时，碰 SQ1，YV1 断电，送料机构自动 返回。在送料机构返回的同时，YV2 通电，夹紧机构对工件夹紧。当夹紧到位时，碰 SQ2； 当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器 KP 动作。此时，YV3 和 YV5 通电，左、右动力头 同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头 碰 SQ6，使 YV5 断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。当左动力头钻至整个孔 深的一半时，碰 SQ4，使 YV3 断电，YV4 通电，左动力头停止进给并快速返回。当左动力 头返回到原位时，碰 SQ3，于是 YV4 断电
8、，左动力头停在原位。同时 YV5 重新通电，使右 动力头再次进给。当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰 SQ7，使 YV5 断电，YV6 通电， 右动力头停止进给并快速返回。当右动力头返回到原位时，碰 SQ5，使 YV6 断电，右动力 头停止后退。同时 YV2 断电，夹紧机构开始松开。经过 1.5 秒钟，夹紧机构完全松开。至 此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。 向后向前 YV3YV4 SQ3SQ4 向前向后 YV6YV5 SQ6SQ5SQ7 返回送料 SQ1 SQ2 YV2 送料装置夹紧装置 左动力头右动力头 1 2 3 M1 PM 6 7 松开 夹紧 YV1 KP 图 2 液压系统原理图
9、目目 录录 第 1 章 课程设计任务要求1 1.1 概论. 1 1.2 双面钻设计要求.1 1.2.1 双面钻的基本结构和工艺过程.1 1.2.2 设计要求.3 第 2 章 设计步骤4 2.1 硬件方案确定.4 2.2 软件方案确定.4 第 3 章 主电路及控制电路的设计5 3.1 主电路原件选择.5 3.2 分配 I/O 口6 第 4 章 控制程序设计7 4.1 控制系统顺序功能图设计.7 4.2 软件系统组成.7 4.2.1 控制主程序.7 4.2.2 公共程序.8 4.2.3 手动子程序.8 4.2.4 自动子程序.9 第 5 章 仿真与控制程序调试11 5.1 由 v4.0 step
10、7 输出.11 5.2 由 s7 进行仿真.11 总 结.15 1 第 1 章 课程设计任务要求 1.1 概论 随着电子信息与计算机技术的迅速发展，机加工设备的控制也不断向自动化、 集成化、智能化方向迈进。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物， 它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活 性差的缺点， 充分利用了微处理器的优点， 又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯， 特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯 形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很 方便
11、。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序 编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 这次的实验便是通过 PLC 技术设计一套双面钻程序来学习 PLC 技术的应用。 1.2 双面钻设计要求 1.2.1 双面钻的基本结构和工艺过程 全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化 程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如 图 1.1 所示。 全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。动力头主轴由电动机(JQ2Z14， 1.5KW)拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和
12、接触器控制，其液压原 理图如图 2 所示。油泵电机为 3KW。 SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7 左动力头右动力头 夹紧装置 送料装置 工件 工作台 图 1.1 全自动双面钻结构示意图 2 全自动双面钻的工艺过程如下： 如图 1.2 所示，当液压泵电机 M，左、右动力头主轴电机 M1 和 M2 均启动完毕时，按 下启动按钮 SB，YV1 通电，送料机构送料。送料到位时，碰 SQ1，YV1 断电，送料机构自 动返回。 在送料机构返回的同时， YV2 通电， 夹紧机构对工件夹紧。 当夹紧到位时， 碰 SQ2； 当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器 KP 动作。此时，YV3 和 YV5 通电，左、右动
13、力头 同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头 碰 SQ6，使 YV5 断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。当左动力头钻至整个孔 深的一半时，碰 SQ4，使 YV3 断电，YV4 通电，左动力头停止进给并快速返回。当左动力 头返回到原位时，碰 SQ3，于是 YV4 断电，左动力头停在原位。同时 YV5 重新通电，使右 动力头再次进给。当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰 SQ7，使 YV5 断电，YV6 通电， 右动力头停止进给并快速返回。当右动力头返回到原位时，碰 SQ5，使 YV6 断电，右动力 头停止后退。同时 YV2 断电，夹紧机构开始松开。
14、经过 1.5 秒钟，夹紧机构完全松开。至 此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。 向后向前 YV3YV4 SQ3SQ4 向前向后 YV6YV5 SQ6SQ5SQ7 返回送料 SQ1 SQ2 YV2 送料装置夹紧装置 左动力头右动力头 1 2 3 M1 PM 6 7 松开 夹紧 YV1 KP 图 1.2 液压系统原理图 3 1.2.2 设计要求 1.一般要求： （1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足双面站的工艺过程要求， 并且技术先进，安全可靠，操作方便。 （2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的 GB472884电气图用图形符号、 GB698887电气制图和 GB715987电
15、气技术中的文字符号制定通则的有关规定。 （3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。 2.具体要求： （1）对工作方式的控制要求 连续工作方式：在双面站处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时， 要求双面钻能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的 次数并返回到初始状态时才自动停止。 单周工作方式：在双面站处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时， 要求双面钻能够自动地完成一个循环的工作。当双面钻完成一个循环的工作并返回到初始 状态时能自动停止。 单机手动工作方式：要求能对双面站的送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主 轴
16、电动机和滑台进行手动操作。 （2）对单机控制的要求 主轴电机只要求单向运转。 可对左、右动力头进行在线/离线设置。 （3）对特殊环节的要求 能对机床进行预停和紧急停止操作。 具有危险区保护措施。 完善的故障保护环节。 4 第 2 章 设计步骤 2.1 硬件方案确定 通过任务书，我们可以了解到我们所要做的双面钻课题中共用四种机械行动，分别是 送料、加紧并保持、左钻头动作、右钻头动作。所以我们因此可以得出我们一共需要四台 电机运行，并且每台电机相互独立有保护设计。 另外共需要有三种运行模式，分别是手动模式、自动连续模式、自动单个模式。所以我们 需要一套手动外接开关，送料、夹紧、松开、左动力向前、左动力向后、友动力向前、右 动力向后。同时还有三个公用开关，启动、预停、急停。 由于以上分析可以得出在硬件方面我们需要的开关、电机、继电器数量与要求。 2.2 软件方案确定 软件方案比硬件来的简单些。 首先列出有可能的三种方案 1.PLC 控制法 2.继电器
