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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进行
2、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
3、合 电路以及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
4、进行读取，之后在I/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
5、在元件映像区中输入所获得的相关结 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1、主电路设
6、计许多生产机械都有可逆运行的要求，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，SQ2动 断触点使KM1断电，但SQ2的动合触点使KM2得电动
7、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极限位 置，压下SQ3或（SQ4）,此时最终把控制回路断开，使电动机停 止，避免工作台由
8、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
9、热继电器动断触点FRI0.02停止按钮SB1I0.13正转启动按钮SB2I0.34反转启动按钮SB3I0.35正转运行限位开关SQ1I0.46反转运行限位开关SQ2I0.57正向限位保护开关SQ3I0.68反向限位保护开关SQ4I0.7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KM1Q0.02反转接触器线圈KM2Q0.1根据上述设计，对照工作台自动往返循环示意图、主电路、PLC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
10、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1M电动机12KM1、 km2接触器23SB1停止开关14SB2、 SB3启动开关25SQ1SQ4限位开关46FR热继电器17FU1、 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。(a) 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
11、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。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.
