畢業(yè)設計---c650普通車床數控改造pmc控制系統(tǒng)研究設計(sinumerik)

1、<p>　　C650普通車床數控改造PMC控制系統(tǒng)研究設計（SINUMERIK）</p><p>　　Research and Design for C650 Common Lathes Numerical Control Reconstruction on PMC Control System</p><p>　?。⊿INUMERIK）</p><p>

2、<b>　　專業(yè)班級</b></p><p><b>　　學生姓名</b></p><p><b>　　指導教師</b></p><p><b>　　系 別</b></p><p><b>　　摘 要</b></p&

3、gt;<p>　　更新改造舊機床是最近幾年發(fā)展起來的一個新興產業(yè)，該設計是基于西門子數控系統(tǒng)，對C650普通車床進行數控化改造中的PLC控制部分研究設計。</p><p>　　采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)，來代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，配以合適的數控系統(tǒng)，可使機床控制功能更加豐富，自動化水平大大提高。</p><p>　　此

4、次設計從被控對象的I/O點數和性價比高、綜合成本低這幾個主要原則出發(fā)，采用西門子的802D數控系統(tǒng)和西門子的S7-200的PLC作為機床數控改造設計的控制裝置。</p><p>　　主要進行了控制裝置選型， PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設計。</p><p>　　改造后的機床在實現(xiàn)機床原有功能的基礎上還增加了自動加工、自動換刀等多種功能。</p><p

5、>　　關鍵詞：數控改造；繼電器；PLC；梯形圖</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Retrofitting obsolete old machine tools is an industry developed in the recent years, this design makes a reconstruction

6、towards PLC of C650 tradition machine tools based on SINUMERIK numerical control system.</p><p>　　My purpose is to use the state of PLC memorizer unit to replace the relay mechanical touch in series or paral

7、lel connection in electric control system, Systems controlled by PLC have few line connected and small cubage, little power cost and high control speed as well as precision, and that PLC have count function, which the el

8、ectric control system don’t have commonly.</p><p>　　This design choose SINUMERIK 802D numerical control system and SINUMERIK S7-200 on the principle of the number of I/O spot in object controlled and high pe

9、rformance to price ratio and low comprehensive cost. PLC’s address distribution and PLC control edited by ladder diagram is mainly designed. On the basis of carrying out machine tools’ intrinsic functions, other function

10、s such as automatic machining and automatic tool change is added after reconstruction.</p><p>　　Keywords: digital control reconstruction; relay; PLC; ladder program</p><p><b>　　目 錄</b&

11、gt;</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 普通機床改造的意義和前景1</p><p>　　1.2 PLC的基礎知識3</p><p>　　1.3 PLC控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較4</p><p>　　2 C650普通車床電氣控制概述6<

12、/p><p>　　2.1電氣控制線路特點6</p><p>　　2.2電路工作原理7</p><p>　　3 PLC和系統(tǒng)的選型11</p><p>　　3.1 PLC的選型11</p><p>　　3.2數控系統(tǒng)的選型13</p><p>　　4 PLC編程及說明17</p>

13、;<p>　　4.1 PLC地址分配17</p><p>　　4.2 PLC程序30</p><p><b>　　結 論47</b></p><p><b>　　參考文獻48</b></p><p><b>　　附 錄49</b></p>

14、;<p><b>　　英文資料63</b></p><p><b>　　致 謝76</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 普通機床改造的意義和前景</p><p>　　從20世紀中葉數控技術出現(xiàn)以來，數控機床給

15、機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現(xiàn)代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發(fā)展的

16、重要裝備。</p><p>　　更新改造舊機床是最近幾年發(fā)展起來的一個新興產業(yè)，在國外己形成一定規(guī)模和市場，涌現(xiàn)出了許多專門從事機床改造的公司。國外舊機床改造費用大約為同類型新機床價格的60%，盡管費用較高，但由于機床改造后使用效果好，所以仍然受到機床用戶的歡迎。國內近幾年才有較多的用戶使用數控機床，大多數用戶當前最關心的還是怎樣用好、維護好數控機床，機床改造還處于起步階段。改造舊機床是一項高新技術，風險大，承擔

17、者必須具備比較全面的知識和經驗，不僅要熟悉各種類型的機床和不同類型的數控及驅動系統(tǒng)，還要熟悉用戶的使用要求和機床的優(yōu)缺點。因此，實施設備改造的技術難度非常高。</p><p>　　隨著科學生產力的發(fā)展，機床設備數控化率的提高已是衡量一個國家機械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。據最近有關資料表明，我國機床總量為380余萬臺，其中數控機床總數只有11.34萬臺，即我國機床數控化率還不到3%，而一些發(fā)達國家早己達到20%以

18、上。因此，我國機械制造水平與發(fā)達國家相比差距很大，設備陳舊，技術水平落后，嚴重地影響了生產力的發(fā)展。對于一個企業(yè)要想在競爭激烈的市場中贏得生存，適應當前產品更新日新月異的發(fā)展，要求在最短時間生產出優(yōu)質、高產、低價的新產品。采用先進的工藝設備，包括采用數控機床，已顯得越來越重要。因此，逐步提高數控機床的占有比，己經成為我國制造技術發(fā)展的總趨勢。</p><p>　　提高機床數控化率有兩個途徑:一是購買新的數控機床;

19、二是對舊機床進行數控改造。這對于我國一個機床擁有量極大(其中大部分機床役齡較長)，而當前經濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數控化率，是一個極其有效和實用的途徑.即使在發(fā)達的工業(yè)國家，在大量制造數控機床的同時，也在組建維修改造專業(yè)公司，專門從事舊機床的維修和數控化改造，尤其在美國、日本和德國等發(fā)達國家機床工業(yè)處于不景氣的今天，它們的機床改造卻是為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，處在黃金時代。[用數控技術改造機床

20、和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、Ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、us設備公司等。美國得寶公司己在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱

21、田工程公司、山本工程公司等。由于機床本身的特點，以及相應技術的不斷發(fā)展</p><p>　　(1) 減少投資、交貨期短</p><p>　　同購置新相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、刀具自動交換裝置、托盤自動交換裝置的制作與安裝等過于費工、費錢，往往使改造成本

22、提高2-3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50%左右。</p><p>　　(2) 機械性能穩(wěn)定可靠，但結構受限</p><p>　　由于機床本身的特點，它與汽車等類機電產品不同，機床所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄鐵構件，而不是焊接構件。而鑄鐵件年代愈久，自然時效愈充分，內應力的消除使得精度比新鑄件更穩(wěn)定。從另一方面來說，這些鑄鐵件的重復使用，即節(jié)約了社會資源，又減少了鑄鐵件

23、生產時對環(huán)保的影響.但舊機床的改造，由于受到原機床機械結構的限制，不宜做突破性的改進。</p><p>　　(3) 熟悉了解設備結構性能，便于操作維修</p><p>　　購新設備時，事先不能全面了解機床結構性能，以致很難預計是否能完全適合其加工要求。改造則不然，由于舊設備已多年使用，機床操作者和維修人員已對其機械性能和 結構了解透徹，對機床的加工能力能較準確地估算。機床數控改造時，可根據

24、企業(yè)自身的技術力量和有關條件，采用自己改造或委托專業(yè)改造公司，并派原設備維修技術人員參加相結合的方法進行。這樣，既可在數控改造過程中，培養(yǎng)提高相關人員的數控技術水平和有關專業(yè)知識，又便于合理選擇更換原機床設備中的部份元器件，更主要的通過改造，大大提高了企業(yè)自身對數控機床維修的技術力量，并且也大大縮短了對數控機床在操作使用和維修方面的培訓時間，機床一旦改造調試完畢，就可很快投入正常全負荷運轉，見效甚快 。</p><p

25、>　　(4) 可充分利用現(xiàn)有的條件</p><p>　　可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基，同時工夾具、樣板及外圍設備也能再利用。以加工中心為例子，工藝裝備的費用一般要占整個機床售價的10%以上。</p><p>　　(5) 可更好地因地制宜，合理刪選功能</p><p>　　購買現(xiàn)成的通用數控機床，往往對一個具體的生產加工有一些多余的

26、功能，而又可能缺少某一專用的特殊功能。如向機床制造廠提出特殊訂貨，增加某些專用功能，往往費用大、交貨期長。而采用改造的方案，就可靈活選取所要的功能，并可根據生產加工要求，采用組合的方法，增添某些部件，設計改造成專用數控機床。</p><p>　　(6) 可及時采用最新技術、充分利用社會資源</p><p>　　由于技術進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產的發(fā)展，目前已有眾多的社會資源</

27、p><p>　　來支持機械方面的改造。如可隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，而且交貨期短:采用貼塑導軌新技術，不僅可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數降低五至十幾倍來防止爬行，還使得刮研極為容易。這種塑料導軌帶和粘結劑，國內己有多家廠生產，可敞開供應。此外，國產數控系統(tǒng)還具有導軌精度自動補償的功能，最終可以獲得高于導軌實際具有精度。</p><p>　　1.2 PLC的基礎知識</p>&l

28、t;p>　　PLC（即可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller）是用來取代用于電機控制的順序繼電器電路的一種器件（圖1-1）。是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存

29、入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加1，程序從起始步起，依次執(zhí)行到最終步，然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒

30、。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。相同</p><p>　　PLC在實際中用的很多。只要有工業(yè)的地方，就有PLC存在的機會。如果你就在機器制造、包裝、物料輸送、自動裝配等行業(yè)中工作，那么你可能已經在使用它了。</p><p>　　圖1-1可編程序控制器的基本結構</p><

31、;p>　　如果沒有的話，你就是正在浪費金錢和時間。幾乎所有需要電氣控制的地方都需要PLC。</p><p>　　可編程控制器得以迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器控制裝置和通用計算機以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點：</p><p>　　(1) 運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強</p><p>　　(2) 設計使用和維護方便</p>

32、<p>　　(3) 編程御苑直觀易學</p><p>　　(4) 與網絡技術相結合</p><p>　　(5) 體積小、質量輕、能耗低</p><p>　　1.3 PLC控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較主要有以下優(yōu)點：</p><p><b>　　

33、（1） 控制方法</b></p><p>　　電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大限制。而PLC采用了計算機技術，其控制邏輯時以程序的方式存放在存儲器中的，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)

34、連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂的“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性也較好。</p><p><b>　?。?） 工作方式</b></p><p>　　在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作

35、方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。</p><p><b>　?。?） 控制速度</b></p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作實現(xiàn)控制，工作效率低，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC時通過程序指令控制半

36、導體電路來實現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點抖動問題。</p><p>　?。?） 定時和計數控制</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。而PLC采用半導體集成電路做定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定時值，修改方便，不受環(huán)境

37、的影響，且PLC具有計數功能，而電氣控制系統(tǒng)一般不具備計數功能。</p><p>　?。?） 可靠性和可維護性</p><p>　　由于電氣控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，存在機械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護性較差。而PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，壽命長、可靠性高。PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視

38、控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調試和維護提供了方便。</p><p>　　2 C650普通車床電氣控制概述</p><p>　　2.1電氣控制線路特點</p><p>　　C650車床屬于中型普通車床，床身最大工件回轉半徑1020 mm，最大工件長度為3000mm。</p><p>　　表2-1 電氣元件目錄表</p><p

39、>　　該車床共有三臺電動機：M1為主電動機，功率為30KW,可以實現(xiàn)點動和正、反轉，除了具有短路保護和過載保護裝置外，還通過電流互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動機的電流。主回路中，還串入了限流電阻R，它的作用有二：一是在點動時，經R可減小制動電流。M2為冷卻泵電動機，功率為0.15KW，由接觸器 KM4控制通斷，其起停控制方法與單向啟動控制方法完全相同，也具有短路保護和過載保護。M3為溜板箱快速移動電動機，用以減輕工人

40、勞動強度，節(jié)約輔助工作時間，功率為2.2KM，由接觸器KM5控制，由于溜板箱在快速移動的連續(xù)工作的時間不長，因此未設過載保護。表2-1是它的電氣元件目錄表。</p><p><b>　　2.2電路工作原理</b></p><p>　　合上組合開關QS，將三相電源接通，電路進入準備工作狀態(tài)。</p><p>　　1.主電動機M1的控制</p

41、><p><b>　　（1） 點動控制</b></p><p>　　按下SB4，電路L13-1-3-5～7-9-2-L11接通，接觸器KM1得電吸合，主觸點閉合，主電動機M1經電阻R與電源接通，電動機降壓起動。在此過程，因中間繼電器KA沒通電，故KM1不自鎖。松開SB4，KM1斷電，M1停轉。</p><p>　　（2） 正、反轉控制</p&

42、gt;<p>　?、?正轉：按下SB1電路L13-1-3-13-KM1-9-2-L11接通，接觸器KM3首先得電吸合，主觸點閉合，將電阻R短接，同時，KM3常開輔助觸點閉合，（2-23）接通，中間繼電器KA得電吸合，KA的常開觸點閉合，（5-11）接通，KM1主觸點閉合，主電動機M1在全壓下起動正轉。同時由于KA和KM1的吸合使3-KA常開觸點-13-11接通，使KM1自鎖，故松開SB1后，M1仍將繼續(xù)運轉。</p&

43、gt;<p>　　② 反轉：與正轉控制相類似，按下SB2，KM3首先吸合，再使KA吸合，后使KM2吸合，KM2的主觸點使電源相序反接，M1再全壓下起動反轉。同時，由于KA和KM2的常開觸點閉合，使電路3-KA常開觸點13-19接通，也使KM2得以自鎖，松開SB2后，M1能連續(xù)反轉。</p><p>　　在KM1和KM2的電路中，分別串接有KM2和KM1的常閉輔助觸點，起到互鎖的作用。</p&g

44、t;<p>　?。?）停機、制動控制</p><p>　　從基本環(huán)節(jié)可知，反接制動是由可逆環(huán)節(jié)加速度繼電器組成，速度繼電器與被控電動機同軸連接。</p><p>　?、僬D制動：當電動機起動正轉時，速度繼電器的常開觸點KR1閉合，為正轉制動做好準備。</p><p>　　停機時，按下停止按鈕SB6，接觸器KM1和KM3均斷電釋放，電動機電源被切斷，此時

45、M1在慣性旋轉，KR1仍閉合，在KN1和KM2斷電的同時，KA也釋放，即（3-15）</p><p>　　接通，當松開SB6時，電路L13-1-3-15-17-21-9-2-L11接通，KM2得電吸合，主電動機M1經KM2主觸點和電阻R接通反相序電源，電動機在反接制動作用下，慣性旋轉的速度迅速下降，當電動機的轉速下降到接近于零（100～120r/min）時，速度繼電器的常開觸點KR1斷開，切斷了KM2的通電回路，

46、使電動機來不及反轉即斷電。</p><p>　　圖2-1 C650型車床電氣原理圖（一）</p><p>　　圖2-2 C650型車床電氣原理圖（二）</p><p>　?、诜崔D制動：反轉制動與正轉制動相類似。當電動機起動反轉時，KR2閉合準備。</p><p>　　停車時KM1經L11-1-3-15-5-7-9-2-L11而得電，電源經KM

47、1主觸點和電阻R接通進行制動。</p><p>　　2.冷卻泵電動機M2的控制</p><p>　　M2的控制是典型的單向起動控制電路。起動時，按起動按鈕SB3，KM4得電吸合，主觸點閉合，M2起動運轉。停車時，按停止按鈕SB4即可。</p><p>　　3.刀架快速移動電動機M3的控制</p><p>　　刀架的快速移動是通過轉動刀架手柄，

48、將行程開關SQ壓住，使KM5得電，KM5主觸點閉合，M3起動。KM5無自鎖環(huán)節(jié)，只要松開刀架手柄，SQ斷開，M3停止，行程開關SQ的作用相當于一個點動按鈕。</p><p><b>　　4.其它輔助電路</b></p><p>　　為了監(jiān)視主電動機的電流情況，在M1的主電路中，經過電流互感器接入了一個電流表A。為了防止電動機點動和制動時大電流對電流表的沖擊，將時間繼電

49、器KT的觸點（延時斷開的觸點）與電流表型并聯(lián)。M1在起動時，起動電流很多（起動電流為額定電流的4～7倍），即電流互感器副邊電流也很大，但此時KT的觸點在延時時間內（起動時間只有1～3s），而時間繼電器的延時時間在60s范圍內可調）尚未斷開，沖擊電流只經過該延時觸點，而電流表則無電流流過。起動平穩(wěn)后，電動機電流為正常值，而KT的觸點也已斷開，電動機正常工作的電流才流經電流表，以便監(jiān)視電動機在工作中電流的變化情況。如電流表上所示電流與電動機

50、的額定電流相差較大時，以便及時采取必要的措施。</p><p>　　3 PLC和系統(tǒng)的選型</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　表3-1 PLC輸入輸出表</p><p>　　由表3-1可知，C650普通車床改造成數控車床PLC需要20個輸入點和17個輸出點。PLC所具有的輸入和輸出點一般要比所需要的冗余30%，以便

51、于系統(tǒng)的完善和為今后的擴展預留。所以本系統(tǒng)所需要的輸入點為30個，輸出點為20個。</p><p>　　本次改造所需要的I/O點總數在256以下，屬于小型機范圍，控制系統(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能，主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制，所以PLC可以選擇西門子公司的S7—200系列。</p><p>　　S7－200的產品定位在S7系列PLC家族的低端產品，但比智能繼電器的定位要高。通常S7-20

52、0用于200點開關量以內,35點模擬量以內,程序量在16K以內的應用場合.S7－200外形小巧，功能強，性價比極高，非常適合機器制造業(yè)的情況和需求。</p><p>　　如圖3-1 S7－200CPU</p><p><b>　　S7－200特性</b></p><p>　　不同檔次的CPU（S7－200CPU如圖3-1）可選擇不同類型的擴展

53、模塊（S7－200擴展模塊如圖3-2）</p><p>　　222:最大兩個模塊</p><p>　　224:最大七個模塊</p><p>　　226(XM):最大七個模塊</p><p>　　CPU221：點數在10點以內，需要MPI,PPI,或自由口通訊要求，需要運算能力</p><p>　　CPU222: 推薦點

54、數在50點左右,由于可以擴展，支持S7-200所有通訊方式，CPU222比較適合于RTU等應用領域</p><p>　　CPU224：推薦點數在100點左右,可以擴展7個模塊，是S7-200 CPU系列中應用最廣的產品</p><p>　　CPU226/XM:推薦點數在200點左右,可以擴展7個模塊,最大的優(yōu)勢是兩個通訊口</p><p>　　S7-200 CPU的

55、性能參數.與三菱等主要的對手的小型PLC比較,S7-200的位指令執(zhí)行速度0.37微秒是較快的.S7-200的高速脈沖輸出頻率20KHz能滿足一般的控制要求，S7-200還有輸出頻率更高的定位模塊EM253,脈沖輸出頻率200KHz.</p><p>　　根據I/O點數，選擇S7—200系列的CPU224型，24V直流14點輸入，繼電器型交流10點輸出。因為主機模板上的I/O點數不夠，所以對輸入/輸出點進行擴展。

56、擴</p><p>　　圖3-2 S7－200擴展模塊</p><p>　　展模塊選擇EM221數字量8點直流輸入模塊兩個，EM222數字量8點繼電器輸出模塊兩個。這樣總的輸入點為30個，輸出點為26個，滿足要求。</p><p>　　3.2數控系統(tǒng)的選型</p><p><b>　　數控系統(tǒng)選型原則</b></p

57、><p>　　在進行數控系統(tǒng)選型時，一般應遵從性價比高、綜合成本低，這兩個主要的原則，</p><p>　　在這兩個原則的指導下對眾多的數控系統(tǒng)進行比較，選擇最合適的數控系統(tǒng)。</p><p><b>　　1、性價比高的原則</b></p><p>　　一般在選擇數控系統(tǒng)時，應考慮數控系統(tǒng)的先進性，不要選那些已經或將要被淘汰

58、的產品，這樣用不了多長時間又要進行更新，而要盡量選擇先進的、能代表當前主流技術的產品。先進的產品代表更加強大的功能，但并不是越先進的越好，隨著性能的提高，其價格必然越貴，但是在實際應用中，眾多強大的功能是否必要，要視使用情況而定。不要一味追求高性能而增加投入，應該在選擇性能優(yōu)良產品的同時，考慮價格因素，對產品的性能價格比進行比較，在同樣能滿足技術要求的情況下，選擇價格低的產品。</p><p>　　2、綜合成本低

59、的原則</p><p>　　所謂綜合成本，是指除產品本身的價值外，其配套的配件采購、維修成本，因故</p><p>　　障停機導致的時間成本，以及壽命周期等等。在進 行 數 控 系 統(tǒng)選型時，要充分考慮以上因素，選擇故障率低、配件價格低、售后服務及時、壽命周期長的產品。</p><p>　　綜合上述原因并為了配合S7—200的使用本次改造選用了SINUMERIK 8

60、02D 系統(tǒng)。</p><p>　　SINUMERIK 802D 將所有CNC、HMI 和通訊任務集成于一個單一的部件。免維護的硬件集成了PROFIBUS接口用于連接伺服驅動和I/O模塊，并具有速裝結構的超薄操作面板。SINUMERIK 802D可控制最多4個數字進給軸和1個主軸。802D配備SIMODRIVE 611UE 和帶編碼器的1FK7伺服電機作為進給驅動系統(tǒng)。SIMODRIVE 611 UE 具有模塊化

61、設計和PROFIBUS 接口。因而，各軸驅動的功率模塊獨立配置。另外，主軸也可以通過模擬接口控制，這種通用的方案也適用于簡易型機床。SIMATIC S7-200 的指令集可直接適用于機床。在SINUMERIK上不僅可以進行工件編程，而且還可以使用非西門子的G代碼。</p><p>　　硬件組件（圖3-4）</p><p>　　PCU（面板控制單元）：用于最多4根軸和一根主軸的控制模塊，帶圖

62、形顯示、軟鍵欄和NC卡插件。如圖3-3</p><p>　　KB (Keyboard)：鍵盤（水平或垂直排列）</p><p>　　MCP (Machine Control Panel)：機床控制面板</p><p>　　SPP 72/48 (Profibus外設)：72個數字式輸入端，48個數字式輸出端</p><p>　　ADI4（用于4

63、根軸的模擬驅動接口）</p><p><b>　　驅動模塊</b></p><p>　　- SIMODRIVE 611UE控制模塊</p><p>　　- 選件模塊Profibus DP</p><p><b>　　軟件組件</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件在PCU的永久

64、閃存存儲器上</p><p><b>　　- 引導軟件，</b></p><p><b>　　啟動系統(tǒng)。</b></p><p>　　- HMI軟件（人機界面），</p><p><b>　　實現(xiàn)所有操作功能</b></p><p>　　- NCK軟件（

65、NC內核），</p><p>　　實現(xiàn)所有NC功能。它控制一個最多帶有5根軸的“NC通道”。</p><p>　　- PLC軟件（可編程邏輯控制），</p><p>　　循環(huán)處理集成的PLC應用程序。</p><p><b>　　工具箱</b></p><p>　　- 車床和銑床安裝文件</

66、p><p>　　- 用于車削時轉換的配置文件</p><p>　　- 車床和銑床循環(huán)軟件包</p><p>　　- 傳輸程序WINPCIN用于在PC和NC之間傳輸用戶數據和程序</p><p>　　- 可補充加載的語言包</p><p><b>　　- 文本管理器</b></p><

67、;p>　　- PLC用戶庫文件</p><p><b>　　圖3-3 控制面板</b></p><p>　　圖3-4 系統(tǒng)各部件的連接</p><p>　　在SINUMERIK 802D 的背面提供以下接口</p><p>　　X8: 3 芯孔式端子排，螺釘連接，用于連接24VDC 電源</p>&l

68、t;p>　　X4: 9 芯D 型孔式插座，用于連接PROFIBUS 總線</p><p>　　X6: 9 芯D 型針式插座，COM 1 用于連接RS-232 接口(推薦用RS-232C 隔離器)</p><p>　　X14/X15/X16: 15 芯D 型針式插座，用于連接3 個手輪</p><p>　　X 10: 6 芯小型DIN 標準插頭，用于連接鍵盤板&

69、lt;/p><p>　　4 PLC編程及說明</p><p>　　4.1 PLC地址分配</p><p>　　表4-1 PLC地址說明</p><p>　　表4-2 V變量地址的構成</p><p>　　表4-3 特殊存儲器的位定義（只讀）</p><p>　　表4-4 狀態(tài)信號從MCP到PLC&l

70、t;/p><p>　　表4-5 PLC到MCP的信號</p><p>　　表4-6來自 HMI （程序控制）的選擇信號 (可保持數據區(qū))</p><p>　　表4-7 來自 HMI 的信號</p><p>　　表4-8 來自 HMI 的信號 (仿真)</p><p>　　表4-9 來自 HMI 的選擇信號 (可保持數據區(qū))

71、</p><p>　　表4-10 來自NC 通道的輔助功能狀態(tài)</p><p>　　表4-11譯碼的 M 信號 (動態(tài) M0 –信號 M99)</p><p>　　表4-12 T 功能</p><p>　　表4-13 M 功能</p><p>　　表4-14 S 功能</p><p>　　表4-

72、15 NCK 的通用信號</p><p>　　表4-16 NCK 的通用信號</p><p>　　表4-17來自NCK 的系統(tǒng)方式有效信號</p><p>　　表4-18 送至NCK 通道的控制信號</p><p>　　表4-19 來自NCK 通道的狀態(tài)信號</p><p>　　表4-20 NCK 的G 功能</

73、p><p>　　表4-21 傳遞的 M-/S- 功能</p><p>　　表4-22 送至坐標軸或主軸的通用信號</p><p>　　表4-23 來自坐標軸/主軸的狀態(tài)信號</p><p>　　表4-24 PLC 機床數據 INT 值</p><p>　　表4-25 PLC 用戶報警響應</p><p&

74、gt;　　表4-26 PLC 變量的讀寫</p><p>　　表4-26 刀具管理功能：信號改變</p><p><b>　　4.2 PLC程序</b></p><p>　　系統(tǒng)開機后輔助繼電器SM0.0接通PLC向數控系統(tǒng)發(fā)出信號X和Z的位置測量系統(tǒng)開始工作</p><p>　　系統(tǒng)向PLC發(fā)出就緒信號V3100000

75、0.3后，PLC向系統(tǒng)發(fā)出伺服使能信號V38000002.1和V38010002.1</p><p>　　面板向PLC發(fā)出點動信號V10000000.2,PLC向系統(tǒng)發(fā)出點動選擇信號</p><p>　　按下面板上MDA鍵，面板向PLC發(fā)出V10000000.1信號，PLC再向系統(tǒng)發(fā)出MDA的選擇信號</p><p>　　按下面板上自動方式鍵，面板向PLC發(fā)出V10

76、000000.0信號，PLC向數控系統(tǒng)發(fā)出自動方式選擇信號</p><p>　　當變量寄存器V10000000.6有信號輸出時，每有一個高電平左移寄存器就會使MB6里的數值左移一，倍率就相應的減小一級，并使相應的倍率接通</p><p>　　當變量寄存器V10000000.4有信號輸出時，每有一個高電平右移寄存器就會使MB6里的數值右移一，倍率就相應的增加一級，并使相應的倍率接通</

77、p><p>　　當輔助繼電器M6.0接通PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸和Z軸的倍率乘1的信號V32001001.0和V32001005.0的通道信號。同時也發(fā)出送至坐標軸的信號V38000005.0和V38010005.0。</p><p>　　當輔助繼電器M6.1接通PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸和Z軸的倍率乘10的信號V32001001.1和V32001005.1的通道信號。同時也發(fā)出送至坐標軸的信號V380

78、00005.1和V38010005.1。</p><p>　　當輔助繼電器M6.2接通PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸和Z軸的倍率乘100的信號V32001001.2和V32001005.2的通道信號。同時也發(fā)出送至坐標軸的信號V38000005.2和V38010005.2。</p><p>　　當輔助繼電器M6.3接通PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸和Z軸的倍率乘1000的信號V32001001.3和V3200

79、1005.3的通道信號。同時也發(fā)出送至坐標軸的信號V38000005.3和V38010005.3。</p><p>　　當輔助繼電器M6.4接通PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸和Z軸的倍率乘10的信號V32001001.6和V32001005.6的通道信號。同時也發(fā)出送至坐標軸的信號V38000005.6和V38010005.6。</p><p>　　按下操作面板上機床啟動按鈕V1000000.1，P

80、LC向數控系統(tǒng)輸出通道信號V32000007.1，即NC啟動信號。</p><p>　　按下操作面板上機床停止按鈕V1000000.7，PLC向數控系統(tǒng)輸出通道信號V32000007.3，即NC停止信號。</p><p>　　PLC向系統(tǒng)發(fā)出X軸正向移動指令V32001000.7，系統(tǒng)向PLC輸出X軸正向移動指令V33001000.7</p><p>　　PLC向系

81、統(tǒng)發(fā)出X軸負向移動指令V32001000.6，系統(tǒng)向PLC輸出X軸負向移動指令V33001000.6</p><p>　　PLC向系統(tǒng)發(fā)出Z軸正向移動指令V32001004.7，系統(tǒng)向PLC輸出Z軸正向移動指令V33001004.7</p><p>　　PLC向系統(tǒng)發(fā)出Z軸負向移動指令V32001004.6，系統(tǒng)向PLC輸出Z軸負向移動指令V33001004.6</p>&l

82、t;p>　　機床操作面板向PLC輸入最快倍率信號V10000002.3，PLC向系統(tǒng)輸出X軸疊加快速信號V38000004.5和Z軸疊加快速信號V38020004.5</p><p>　　機床在回參考點時，碰到X軸的減速擋塊輸入信號I1.4,PLC就會向系統(tǒng)輸出減速信號V38001000.7</p><p>　　機床在回參考點時，碰到Z軸的減速擋塊輸入信號I1.5,PLC就會向系統(tǒng)輸

83、出減速信號V38021000.7</p><p>　　在急?；芈分?，當常閉觸點I1.7閉合，PLC向系統(tǒng)輸出急停信號V26000000.1</p><p>　　常開觸點V10000003.0閉合，PLC向系統(tǒng)發(fā)出復位信號V30000000.7,同時PLC向系統(tǒng)發(fā)出急停應答信號V26000000.2</p><p>　　刀架向X軸的正向移動時，碰到正向限位開關，PLC

84、向系統(tǒng)輸出X軸正向超程信號。</p><p>　　刀架向X軸的負向移動時，碰到負向限位開關，PLC向系統(tǒng)輸出X軸負向超程信號。</p><p>　　刀架向Z軸的正向移動時，碰到正向限位開關，PLC向系統(tǒng)輸出Z軸正向超程信號。</p><p>　　刀架向Z軸的負向移動時，碰到正向限位開關，PLC向系統(tǒng)輸出Z軸負向超程信號。</p><p>　　

85、特殊繼電器SM0.0為邏輯1時，PLC向系統(tǒng)輸出進給倍率生效信號V32000006.6和快速倍率生效V32000006.6</p><p>　　特殊繼電器SM0.0為邏輯1即EN有效時，周期性傳送字節(jié)指令將一個無符號的單字節(jié)數據VB10000004傳送到VB32000004中</p><p>　　特殊繼電器SM0.0為邏輯1即EN有效時，周期性傳送字節(jié)指令將一個無符號的單字節(jié)數據VB100

86、00004傳送到VB32000005中</p><p>　　特殊繼電器SM0.0為邏輯1時，PLC向系統(tǒng)輸出X軸倍率生效信號V38000001.7和Z軸倍率生效信號V38010001.7</p><p>　　特殊繼電器SM0.0為邏輯1即EN有效時，周期性傳送字節(jié)指令將一個無符號的單字節(jié)數據VB10000004傳送到VB38000000中</p><p>　　特殊繼

87、電器SM0.0為邏輯1即EN有效時，周期性傳送字節(jié)指令將一個無符號的單字節(jié)數據VB10000004傳送到VB38010000中</p><p>　　顯示裝置向PLC輸入選擇空運行信號V17000000.6，PLC向系統(tǒng)輸出激活空運行進給速度信號V32000000.6</p><p>　　常閉輸入信號V32000000.4是PLC向系統(tǒng)輸入激活單段運行方式，面板向PLC的常開按鈕V10000

88、001.2閉合時，遇上升沿使輔助繼電器M5.0置位。</p><p>　　常開輸入信號V32000000.4是PLC向系統(tǒng)輸入激活單段運行方式，面板向PLC的常開按鈕V10000001.2，當前兩個繼電器閉合時，遇下降沿使輔助繼電器M5.0復位。</p><p>　　V10000001.2是面板向PLC的常閉繼電器，當常開輔助繼電器M5.0閉合時， PLC向系統(tǒng)輸入激活單段運行方式信號V3

89、2000000.4</p><p>　　顯示裝置向PLC輸入程序測試信號V17000001.7，PLC向系統(tǒng)輸出激活程序測試信號V32000001.7</p><p>　　調用主軸控制的子程序</p><p>　　調用電動刀架的子程序</p><p>　　特殊繼電器SM0.0，程序測試有效信號V33000001.7常閉，當M03信號V2500

90、1000.3閉合，輔助繼電器M115.0置位，M115.1復位；當M04信號V25001000.4閉合，輔助繼電器M115.0復位，M115.1置位</p><p>　　系統(tǒng)啟動特殊繼電器SM0.0置位，當操作面板向PLC輸入正轉信號V10000001.4時，輔助繼電器M115.0置位M115.1復位；當操作面板向PLC輸入反轉信號V10000001.6，輔助繼電器M115.0復位，輔助繼電器M115.1置位；當

91、PLC向系統(tǒng)輸入急停信號V27000000.1、PLC向系統(tǒng)輸入復位信號V30000000.7、面板向PLC輸入主軸停止信號V10000001.5時輔助繼電器M115.0和M115.1復位。</p><p>　　V31000000.2時系統(tǒng)輸入到PLC的點動常閉信號，當變量繼電器V25001000.5（M05主軸停止）和V25001003.6（程序結束）閉合，輔助繼電器M115.0和M115.1復位。當點動方式V

92、31000000.2得電，常開變常閉或系統(tǒng)向PLC輸入的自動方式信號V31000001.0閉合后，只要面板發(fā)出主軸停止信號V10000001.5，輔助繼電器M115.0和M115.1就復位。當機床的復位和急停得電時，輔助繼電器M115.0和M115.1也復位。</p><p>　　機床開機后，特殊繼電器SM0.0接通，當輔助繼電器M115.0接通主軸輸出正轉；當變量繼電器V31000000.2接通，主軸輸出正向點

93、動；當輔助繼電器M115.1接通主軸輸出反轉。</p><p>　　特殊繼電器SM0.0接通，當PLC輸入到系統(tǒng)的進給保持信號輸入，輔助繼電器M112.0和M113.0復位。</p><p>　　I0.0、I0.1、I0.2、I0.3是四個刀位的輸入信號，MOV_DW是雙字傳送指令，當輸入EN有效時，將一個雙字數據傳送到MD104中。</p><p>　　當有急停信

94、號V27000000.1、程序測試有效信號V33000001.7、輔助繼電器M113.0、進給保持信號V10000003.0輸入,后面輸出的所有輔助繼電器都復位。</p><p>　　讀取刀位信號，系統(tǒng)向PLC輸入自動信號V31000000.0或MDA信號V31000000.1,遇上升沿移位寄存器將MD104的數據傳送到MD108；面板向PLC發(fā)出換刀信號V2500000.14,移位寄存器將T功能VD250020

95、00的數據傳送到MD108；雙字比較指令：當MD108的數據<=+4輔助繼電器M112.5輸出，M112.5的常閉點斷開，報警信號V16000000.1不輸出；MD108的數據不<=+4輔助繼電器M112.5不輸出，M112.5的常閉點不變，報警信號V16000000.1輸出。</p><p>　　JOG控制刀具選擇，系統(tǒng)向PLC發(fā)出點動信號V31000000.2,當面板向PLC發(fā)出自動方式信號V10

96、000000.1，遇到上升沿輔助繼電器M113.3置位。M113.3的常開點變常閉，遇到上升沿M112.0置位，M112.1復位，進給保持V32000006.0置位，同時MD104的數據傳送到MD108。面板向PLC輸入MDA信號V10000000.1，MD104的數據傳送到MD108。運用比較指令，當MD104和 MD108的數據相等時，輔助繼電器M112.3輸出。</p><p>　　在自動或MDA狀態(tài)下控制

97、刀具選擇。當系統(tǒng)向PLC輸入自動信號V31000000.0或MDA信號V31000000.1。用相等的比較指令，當MD108等于0時，用取非指令，輔助繼電器M112.6不輸出；當MD108不等于0時，用取非指令，輔助繼電器M112.6輸出。用相等的比較指令，當MD108等于MD104時，用取非指令，輔助繼電器M112.7不輸出；當MD108不等于MD104時，用取非指令，輔助繼電器M112.7輸出。當換刀指令V25000001.4輸入，

98、輔助繼電器M112.6和 M112.7接通，M112.0置位，M112.1復位，進給保持V32000006.0置位。當輔助繼電器M112.0閉合，MD108等于MD104時M112.0復位，M112.1置位，進給保持M113.2置位。</p><p>　　刀架正轉時間控制，正轉5秒后停止。</p><p>　　刀架反轉時間控制，反轉2秒后停止。</p><p>　　

99、Q0.4輸出的時刀架正轉，Q0.5輸出的是刀架反轉。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　此設計用西門子802D數控系統(tǒng)和S7-200可編程控制器對C650普通車床進行數控化改造，結合改造后的外部控制電路，通過自行分配I/O口地址和設計梯形圖程序完成對數控車床各種功能及工作過程的控制。</p><p>　　首先對

100、C650普通車床控制系統(tǒng)進行分析，掌握其電路工作原理。</p><p>　　其次通過對原機床得分析，自行分配I/O口地址和設計梯形圖程序，完成了對機床控制面板上各項功能、刀架換刀過程以及機床外部執(zhí)行裝置的控制，從而實現(xiàn)了對數控車床工作過程的有效控制。</p><p>　　設計期間學到了從事研究工作的基本工作思路和方法,尤其是謹慎,同時在鞏固專業(yè)知識的基礎上拓寬了知識面。在進行畢業(yè)設計的過程

101、中我遇到了很多困難,比如在設計開始階段,不知從哪方面入手,最后通過自己獨立學習、細心研究,終于找到突破口;在設計進行中遇到了很多新的困難,通過查閱相關資料在老師的指導下都一一解決。通過這次設計不僅使我以前學到得知識在實踐中得到了運用，而且還學到很多新知識，培養(yǎng)了我不怕苦,不馬虎的學習精神,也在一定程度上加強了我獨立自學的能力，總結了很多實踐經驗。 </p><p>　　本次畢業(yè)設計的研究水平與專業(yè)的普通機床數控化

102、改造還存在著一定的差距,今后我會更加努力的學習和工作,不斷在實踐中探索，使自己取得更大進步。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 翟大中.可編程控制器應用與實驗.武漢：華中科技大學出版社，2002 </p><p>　　[2] 周濟.周艷紅.數控加工技術. 北京：國防工業(yè)出版社，2002 </p&

103、gt;<p>　　[3] 王愛玲.張吉堂.吳雁.現(xiàn)代數控原理及控制系統(tǒng).北京：國防工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　[4] 李善術.數控機床及其應用.北京：機械工業(yè)出版社，2001 </p><p>　　[5] 嚴愛珍.機床數控原理與系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[6] 余英良.機床數控改造設計與實例[M]

104、.北京：機械工業(yè)出版社．1998．</p><p>　　[7] 張新義.經濟型數控機床系統(tǒng)設計[M].北京 機械工業(yè)出版社，l994</p><p>　　[8] 熊幸明.王新輝．基于PLC的-I位組合機床控制系統(tǒng)設計．組合機床</p><p>　　與自動化加工技術，2004</p><p>　　[9] 龔雯.普通車床的數控改造.機械工人

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108、t;/p><p>　　[20] 賀哲榮.流行PLC實用程序及設計(三菱FX2系列).西安：西安電子科技大學出版社，2006.3.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　主程序</b></p><p><b>　　子程序1</b></p>

109、;<p><b>　　子程序2</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設計是我經過大學本科學習向學校、社會交出的一張總結答卷。它不僅是對大學五年所學知識的總結，也是把所學知識融會貫通運用到實踐中的一次嘗試，是衡量我五年學習成果的一個必要標準。</p><p>　　回

110、顧整個設計過程，通過老師的講解，我們了解了設計要點，選擇了自己的設計課題。在本次設計過程中，我積極努力，大膽構思，使自己充分體會到了理論知識與實踐的結合，更重要的是本專業(yè)知識與控制等知識的聯(lián)系。這為我以后的學習和工作奠定了堅實的基礎。在五年的學習中，我們所學的課程都得到了應用，對一些以前認識不透徹的概念，現(xiàn)在已經進一步理解了。同時我們也學會了思考問題的全面性，要把握住問題的重點，那么所有的問題都將不是問題。</p><

111、;p>　　通過此次的畢業(yè)設計，我不僅學到了新的知識——西門子S7-200PLC的編程設計，還了解到普通機床數控化改造的重要性。</p><p>　　通過這樣既總結又學習的畢業(yè)設計，我對以前所學的知識記得更加牢固，理解得更加透徹。在本次設計過程中，我積極努力，大膽構思，在結構設計方面做了大量對比。所有這些為我以后的學習和工作奠定了堅實的基礎。</p><p>　　最后，向大學期間所有教