plc 机电一体化课程设计.doc

1、课程设计设计题目：液压控制机床滑台运动的 PLC 控制摘要液 压 传 动 相 对 于 机 械 传 动 来 说 ， 是 一 门 新 技 术 。 自 1795 年 制 成 第 一 台水 压 机 起 ， 液 压 技 术 就 进 入 了 工 程 领 域 ， 1906 年 开 始 应 用 于 国 防 战 备 武 器 。第 二 次 世 界 大 战 期 间 ， 由 于 军 事 技 术 工 业 迫 切 需 要 反 应 快 和 精 度 高 的 自 动 控制 系 统 ， 因 而 出 现 了 液 压 伺 服 系 统 。液 压 传 动 控 制 是 工 业 中 经 常 用 到 的 一 种 控 制 方 式 ， 它 采 用

2、 液 压 完 成 传 递能 量 的 过 程 。 因 为 液 压 传 动 方 式 的 灵 活 性 和 便 捷 性 ， 液 压 控 制 在 工 业 上 收 到广 泛 的 重 视 。 液 压 传 动 是 研 究 以 有 流 体 为 能 源 介 质 ， 来 实 现 各 种 机 械 和 自 动控 制 的 科 学 。 液 压 传 动 利 用 这 种 元 件 来 组 成 所 需 要 的 各 种 控 制 回 路 ， 再 由 若干 贿 赂 有 机 组 合 成 为 完 成 一 定 控 制 功 能 的 传 动 系 统 来 完 成 能 量 的 传 递 、 转 换和 控 制 。可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ Pro

3、grammable Logic Controller， PLC） ， 它 采 用一 类 可 编 程 的 存 储 器 ， 用 于 其 内 部 存 储 程 序 ， 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 控 制 、 定时 、 计 数 与 算 术 操 作 等 面 向 用 户 的 指 令 ， 并 通 过 数 字 或 模 拟 式 输 入 /输 出 控制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。本 次 课 程 设 计 主 要 采 用 PLC 控 制 技 术 来 控 制 液 压 电 机 ， 进 而 控 制 液 压 油泵 ， 控 制 机 床 滑 台 的 移 动 。 这 样 可 以 更 加 精 确 地 控

4、 制 机 床 滑 台 移 动 ， 使 得 滑台 的 移 动 更 加 人 性 化 。关键词：液 压 传 动 、 PLC、 机 床1、 PLC 简介20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可 编 程 逻 辑 控 制 器 ，使 可 编 程 逻 辑 控 制 器 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 ， 完 成 了 真 正 具 有计 算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 此 时 的 可 编 程 逻 辑 控 制 器 为 微 机 技 术 和 继 电 器常 规 控 制 概 念 相 结 合 的 产 物 。 个 人 计 算

5、 机 发 展 起 来 后 ， 为 了 方 便 和 反 映 可 编程 控 制 器 的 功 能 特 点 ， 可 编 程 逻 辑 控 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller（ PLC） 。可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ Programmable Logic Controller， PLC） ， 它 采 用一 类 可 编 程 的 存 储 器 ， 用 于 其 内 部 存 储 程 序 ， 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 控 制 、 定时 、 计 数 与 算 术 操 作 等 面 向 用 户 的 指 令 ， 并 通 过 数 字 或 模 拟 式 输 入 /输 出

6、控制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。PLC 发 展 历 史20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可 编 程 控 制 器 ，使 PLC 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 ， 完 成 了 真 正 具 有 计 算 机 特 征 的工 业 控 制 装 置 。 此 时 的 PLC 为 微 机 技 术 和 继 电 器 常 规 控 制 概 念 相 结 合 的 产 物 。个 人 计 算 机 发 展 起 来 后 ， 为 了 方 便 和 反 映 可 编 程 控 制 器 的 功 能 特 点 ， 可 编 程序 控

7、 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller（ PLC） 。 20 世 纪 70 年 代 中 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 进 入 实 用 化 发 展 阶 段 ， 计 算 机 技术 已 全 面 引 入 可 编 程 控 制 器 中 ， 使 其 功 能 发 生 了 飞 跃 。 更 高 的 运 算 速 度 、 超小 型 体 积 、 更 可 靠 的 工 业 抗 干 扰 设 计 、 模 拟 量 运 算 、 PID 功 能 及 极 高 的 性 价比 奠 定 了 它 在 现 代 工 业 中 的 地 位 。 20 世 纪 80 年 代 初 ， 可 编 程 控 制 器

8、在 先 进 工 业 国 家 中 已 获 得 广 泛 应 用 。世 界 上 生 产 可 编 程 控 制 器 的 国 家 日 益 增 多 ， 产 量 日 益 上 升 。 这 标 志 着 可 编 程控 制 器 已 步 入 成 熟 阶 段 。 20 世 纪 80 年 代 至 90 年 代 中 期 ， 是 PLC 发 展 最 快 的 时 期 ， 年 增 长 率 一 直保 持 为 3040%。 在 这 时 期 ， PLC 在 处 理 模 拟 量 能 力 、 数 字 运 算 能 力 、 人 机 接口 能 力 和 网 络 能 力 得 到 大 幅 度 提 高 ， PLC 逐 渐 进 入 过 程 控 制 领 域

9、， 在 某 些 应用 上 取 代 了 在 过 程 控 制 领 域 处 于 统 治 地 位 的 DCS 系 统 。 20 世 纪 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 的 需要 。 这 个 时 期 发 展 了 大 型 机 和 超 小 型 机 、 诞 生 了 各 种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 、生 产 了 各 种 人 机 界 面 单 元 、 通 信 单 元 ， 使 应 用 可 编 程 控 制 器 的 工 业 控 制 设 备的 配 套 更 加 容 易 。可 编 程 控 制 器 （ PLC） 是 以 微 处 理 机 为 基 础 ， 综

10、 合 了 计 算 机 技 术 、 自 动 控制 技 术 和 通 信 技 术 等 现 代 科 技 而 发 展 起 来 的 一 种 新 型 工 业 自 动 控 制 装 置 ， 其具 有 逻 辑 控 制 、 计 时 、 计 数 、 数 据 处 理 、 联 网 与 通 信 等 强 大 功 能 ， 同 时 ， 由于 PLC 具 有 很 高 的 可 靠 性 和 极 大 的 应 用 灵 活 性 ， 用 它 来 替 代 传 统 的 继 电 接 触控 制 系 统 巳 成 为 必 然 。 大 量 采 用 传 统 继 电 一 接 触 控 制 系 统 的 设 备 通 过 改 造 更新 ， 成 为 PLC 控 制 的

11、自 动 化 系 统 ， 而 且 具 有 改 造 成 本 低 、 周 期 短 和 可 靠 性 高等 特 点 。可 编 程 逻 辑 控 制 器 实 质 是 一 种 专 用 于 工 业 控 制 的 计 算 机 ， 其 硬 件 结 构 基本 上 与 微 型 计 算 机 相 同 ， 其 基 本 组 成 为 ： 电 源 、 中 央 处 理 单 元 (CPU)、 存 储器 （ 系 统 程 序 存 储 器 、 用 户 程 序 存 储 器 ） 、 输 入 输 出 接 口 电 路 、 功 能 模 块 、通 信 模 块 等 6 部 分 。工 作 原 理 ： 当 可 编 程 逻 辑 控 制 器 投 入 运 行 后 ，

12、 其 工 作 过 程 一 般 分 为 三 个阶 段 ， 即 输 入 采 样 、 用 户 程 序 执 行 和 输 出 刷 新 三 个 阶 段 。 完 成 上 述 三 个 阶段 称 为 一 个 扫 描 周 期 。 在 整 个 运 行 期 间 ， 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 CPU 以 一 定 的扫 描 速 度 重 复 执 行 上 述 三 个 阶 段 。一 、 输 入 采 样 阶 段 在 输 入 采 样 阶 段 ， 可 编 程 逻 辑 控 制 器 以 扫 描 方 式 依 次 地 读 入 所 有 输 入 状态 和 数 据 ， 并 将 它 们 存 入 I/O 映 象 区 中 的 相 应 的 单

13、元 内 。 输 入 采 样 结 束 后 ，转 入 用 户 程 序 执 行 和 输 出 刷 新 阶 段 。 在 这 两 个 阶 段 中 ， 即 使 输 入 状 态 和 数 据发 生 变 化 ， I/O 映 象 区 中 的 相 应 单 元 的 状 态 和 数 据 也 不 会 改 变 。 因 此 ， 如 果输 入 是 脉 冲 信 号 ， 则 该 脉 冲 信 号 的 宽 度 必 须 大 于 一 个 扫 描 周 期 ， 才 能 保 证 在任 何 情 况 下 ， 该 输 入 均 能 被 读 入 。二 、 用 户 程 序 执 行 阶 段 在 用 户 程 序 执 行 阶 段 ， 可 编 程 逻 辑 控 制 器

14、 总 是 按 由 上 而 下 的 顺 序 依 次 地扫 描 用 户 程 序 (梯 形 图 )。 在 扫 描 每 一 条 梯 形 图 时 ， 又 总 是 先 扫 描 梯 形 图 左 边的 由 各 触 点 构 成 的 控 制 线 路 ， 并 按 先 左 后 右 、 先 上 后 下 的 顺 序 对 由 触 点 构 成的 控 制 线 路 进 行 逻 辑 运 算 ， 然 后 根 据 逻 辑 运 算 的 结 果 ， 刷 新 该 逻 辑 线 圈 在 系统 RAM 存 储 区 中 对 应 位 的 状 态 ； 或 者 刷 新 该 输 出 线 圈 在 I/O 映 象 区 中 对 应 位的 状 态 ； 或 者 确

15、定 是 否 要 执 行 该 梯 形 图 所 规 定 的 特 殊 功 能 指 令 。 即 ， 在 用 户程 序 执 行 过 程 中 ， 只 有 输 入 点 在 I/O 映 象 区 内 的 状 态 和 数 据 不 会 发 生 变 化 ，而 其 他 输 出 点 和 软 设 备 在 I/O 映 象 区 或 系 统 RAM 存 储 区 内 的 状 态 和 数 据 都 有可 能 发 生 变 化 ， 而 且 排 在 上 面 的 梯 形 图 ， 其 程 序 执 行 结 果 会 对 排 在 下 面 的 凡是 用 到 这 些 线 圈 或 数 据 的 梯 形 图 起 作 用 ； 相 反 ， 排 在 下 面 的 梯

16、形 图 ， 其 被 刷新 的 逻 辑 线 圈 的 状 态 或 数 据 只 能 到 下 一 个 扫 描 周 期 才 能 对 排 在 其 上 面 的 程 序起 作 用 。 在 程 序 执 行 的 过 程 中 如 果 使 用 立 即 I/O 指 令 则 可 以 直 接 存 取 I/O 点 。 即使 用 I/O 指 令 的 话 ， 输 入 过 程 影 像 寄 存 器 的 值 不 会 被 更 新 ， 程 序 直 接 从 I/O模 块 取 值 ， 输 出 过 程 影 像 寄 存 器 会 被 立 即 更 新 ， 这 跟 立 即 输 入 有 些 区 别 。三 、 输 出 刷 新 阶 段 当 扫 描 用 户 程

17、 序 结 束 后 ， 可 编 程 逻 辑 控 制 器 就 进 入 输 出 刷 新 阶 段 。 在 此期 间 ， CPU 按 照 I/O 映 象 区 内 对 应 的 状 态 和 数 据 刷 新 所 有 的 输 出 锁 存 电 路 ，再 经 输 出 电 路 驱 动 相 应 的 外 设 。 这 时 ， 才 是 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 真 正 输 出 。可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 特 点 ：一 、 系 统 构 成 灵 活 ， 扩 展 容 易 ， 以 开 关 量 控 制 为 其 特 长 ； 也 能 进 行 连续 过 程 的 PID 回 路 控 制 ； 并 能 与 上 位 机 构 成

18、复 杂 的 控 制 系 统 ， 如DDC 和 DCS 等 ， 实 现 生 产 过 程 的 综 合 自 动 化 。二 、 使 用 方 便 ， 编 程 简 单 ， 采 用 简 明 的 梯 形 图 、 逻 辑 图 或 语 句 表 等 编程 语 言 ， 而 无 需 计 算 机 知 识 ， 因 此 系 统 开 发 周 期 短 ， 现 场 调 试 容易 。 另 外 ， 可 在 线 修 改 程 序 ， 改 变 控 制 方 案 而 不 拆 动 硬 件 。三 、 能 适 应 各 种 恶 劣 的 运 行 环 境 ， 抗 干 扰 能 力 强 ， 可 靠 性 强 ， 远 高 于其 他 各 种 机 型 。2、 液压机床

19、液 压 机 床 ， 顾 名 思 义 ， 即 依 靠 液 压 传 动 来 实 现 滑 台 移 动 或 者 以 之 作 为 加工 能 量 的 机 械 系 统 。 液 压 动 力 元 件 是 为 液 压 系 统 产 生 动 力 的 部 件 ， 主 要 包 括各 种 液 压 泵 。 液 压 执 行 元 件 是 用 来 执 行 将 液 压 泵 提 供 的 液 压 能 转 变 成 机 械 能的 装 置 ， 主 要 包 括 液 压 缸 和 液 压 马 达 。液 压 传 动 相 对 于 机 械 传 动 来 说 ， 是 一 门 新 技 术 。 自 1795 年 制 成 第 一 台水 压 机 起 ， 液 压 技

20、术 就 进 入 了 工 程 领 域 ， 1906 年 开 始 应 用 于 国 防 战 备 武 器 。第 二 次 世 界 大 战 期 间 ， 由 于 军 事 技 术 工 业 迫 切 需 要 反 应 快 和 精 度 高 的 自 动 控制 系 统 ， 因 而 出 现 了 液 压 伺 服 系 统 。液 压 传 动 控 制 是 工 业 中 经 常 用 到 的 一 种 控 制 方 式 ， 它 采 用 液 压 完 成 传 递能 量 的 过 程 。 因 为 液 压 传 动 方 式 的 灵 活 性 和 便 捷 性 ， 液 压 控 制 在 工 业 上 收 到广 泛 的 重 视 。 液 压 传 动 是 研 究 以

21、有 流 体 为 能 源 介 质 ， 来 实 现 各 种 机 械 和 自 动控 制 的 科 学 。 液 压 传 动 利 用 这 种 元 件 来 组 成 所 需 要 的 各 种 控 制 回 路 ， 再 由 若干 贿 赂 有 机 组 合 成 为 完 成 一 定 控 制 功 能 的 传 动 系 统 来 完 成 能 量 的 传 递 、 转 换和 控 制 。3、 本次课程设计的要求要 求 滑 台 完 成 一 次 启 动 快 进 工 进 快 退 停 止 的 工 作 循 环 。 工 进 到快 退 这 一 环 节 要 有 适 当 的 延 时 。液 压 控 制 机 床 滑 台 运 动 的 电 气 线 路 图 ：如

22、 上 电 路 图 ， 分 析 滑 台 运 动 的 工 作 原 理 如 下 ：（ 1） 快 进 ：原 位 SQ1 压 合 ， 按 启 动 按 钮 SB1 液 压 泵 电 动 机 KM1 得 电 ， 电 磁 阀 KA1得 电 开 始 快 进 ；（ 2） 工 进 ：快 进 至 SQ2 被 压 合 电 磁 阀 KA2 得 电 开 始 工 进 ；（ 3） 快 退 ：工 进 至 终 点 SQ3 被 压 合 延 时 2 秒 电 磁 阀 KA3 得 电 滑 台 快 退 快 退 至原 位 SQ1 被 压 合 电 磁 阀 KA1 得 电 再 次 快 进 （ 线 路 开 始 作 循 环 ）（ 4） 停 止 ：按 停

23、 止 按 钮 SB2 后 滑 台 停 止 工 作 。输 入 /输 出 端 口 配 置 表 ：输 入 部 分 输 出 部 分输 入 设 备 PLC 端口 编 号 接 考 核 箱对 应 端 口 输 出 设 备 PLC 端 口 编 号启 动 按 钮SB1 X0 SB1液 压 泵 电 机 接触 器 KM1 Y0停 止 按 钮SB2 X1 SB2 电 磁 阀 KA1 Y1行 程 开 关SQ1 X2 SB3 电 磁 阀 KA2 Y2行 程 开 关SQ2 X3 SB4 电 磁 阀 KA3 Y3行 程 开 关SQ3 X4 SB54、软件设计（ 1） 、 设 定 在 快 退 前 延 时 2s， 其 工 作 流

24、程 图 如 下 ：启 动 的 工 作 流 程 ： 按 下 启 动 按 钮 SB1 后 ， 接 触 器 KM1 保 持 吸 合 状 态 ； 按下 停 止 按 钮 SB2 后 ， 接 触 器 KM1 断 开 。（ 1） 输 入 /输 出 端 口 配 置 表输 入 部 分 输 出 部 分输 入 设 备 PLC 端 口 配 置 输 出 设 备 PLC 端 口 配 置启 动 按 钮 SB1 X0 接 触 器 KM1 Y0停 止 按 钮 SB2 X1（ 2） 绘 制 梯 形 图 (如 下 )。 （ 2） 按 题 目 要 求 绘 制 与 流 程 图 一 致 的 梯 形 图 ， 如 下 ：（ 3） 与 梯 形

25、 图 对 应 的 软 件 设 计 指 令 表 为 ：LD X0OR Y0ANI X1OUT Y0LD Y0AND X2OR Y1ANI X3ANI X1OUT Y1LD X3OR Y2ANI X4ANI X1OUT Y2LD X4OUT T0K20LD T0OR Y3ANI X2ANI X1OUT Y3END5、 设计总结通 过 这 一 次 的 课 程 设 计 让 我 学 到 了 很 多 ， 认 识 到 了 自 己 某 些 方 面 的 不 足 。比 如 以 前 学 过 的 有 关 PLC 方 面 的 知 识 明 显 比 较 生 疏 了 ， 通 过 这 次 设 计 ， 让 我把 这 方 面 的

26、知 识 又 进 行 了 一 次 比 较 全 面 的 复 习 和 梳 理 ， 并 对 以 前 可 能 比 较 生疏 的 地 方 进 行 了 深 入 的 学 习 。这 次 的 课 程 设 计 可 能 在 日 常 生 活 生 活 中 没 有 经 常 遇 到 ， 但 是 它 还 是 在 一定 意 义 上 培 养 了 我 一 定 的 实事求是的科学态度和严谨细致的工作作风，设计之后自己明显在这些方面更加的细心了。这次设计是在假期独自一个人完成的，因此它还锻炼了自己遇到问题，思考、解决问题的能力，检验了自己对所学知识的应用，积累了人生中的一笔财富。由于所学知识限制还有自己经验阅历不足，本次设计的产品应该还存在一些这样或那样的问题。其中最严重的可能就是自己对于硬件方面基本不了解，所以在硬件比如接线等涉及硬件的问题都做了不同程度的忽略。最后，希望老师能够指出我的不足以及错误，是自己对自身有一个更为清楚的认知，并完善此设计，使之更加成熟。参考文献：【1】 王建，张宏.三菱 PLC 入门与经典运用.北京：中国电力出版社，2009【2】 高安邦，智淑亚，徐建俊.新编机床电气与 PLC 控制技术.机械工程出版社【3】 卢光贤.机床液压传动与控制.西北工业大学出版社【4】 俞启荣.机床液压传动.机械工业出版社