情境3：组合钻床控制系统讲解

1、课题情境3组合钻床控制系统教 学 目 标知识目标1、多台电机的启动、停止控制。2、使用SCR指令设计顺序功能图。3、使用SCR指令编写梯形图程序。能力目标1、能够掌握S7-200外围电路的接线连接。2、能够掌握S7-200编程控制多台电机的启停。素质目标1、培养学生分析问题和解决实际问题的综合能力；2、培养学生的团队合作精神和交流合作能力。教学重点1、多台电机的启动、停止控制。2、使用SCR指令设计顺序功能图。3、使用SCR指令编写梯形图程序。教学难点使用SCR指令编写梯形图程序。教学准备1、 西门子可编程控制器1台2、ZYPLC31 PLC模拟控制实验（一）挂箱1 个3、 安装了 STEP7

2、-Micro/WIN编程软件的PC机1台4、 PC/PPI编程电缆1根5、 连接导线若干课型理实一体课日寸12课时教学过程教学内容学法段 教方手师生活动时间 分配导入清点人数、组织秩序，并导入项目课程。导入新课：本章以组合钻床控制系统为例，先通过 三台电机的启动、停止学习多台电机的控制方法，为 组合钻床系统中电机的控制做基础，然后延续上一章 的顺序控制设计法，学习使用SCR指令编写梯形图程 序，掌握较全面的编程方法，最终使学生有应对一些 复杂项目的能力。讲授法 和引导 文法1、教师讲解；2、学生 听课5分钟教学实施告知一、组合钻床系统介绍钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常 钻头旋转为主

3、运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床 结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更 换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。 加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正 孔中心，并使刀具转动（主运动）。钻床的特点是工件讲授1、教师固定不动，刀具做旋转运动。根据钻床的用途和结构 主要分为以下几类：1、立式工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加 工中小型工件。2、台式简称台钻。一种小型立式钻床，最大钻孔直径为 1215毫米，安装在钳工台上使用，多为手动进钻， 常用来加工小型工件的小孔等。3、摇臂式主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工 件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广

4、泛 应用于机械制造中。4、深孔钻床用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、 炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床，为便 于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常 备有冷却液输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削 部位）及周期退刀排屑装置等。5、中心孔钻床用于加工轴类零件两端的中心孔。6、铣钻床工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣 削的钻床。7、卧式钻床主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。一般 比立式钻床加工效率咼，可多面同时加工。法；引导文 法；多 媒体；讲解；2、学生 个人发 言、分 组讨 论。2课时图3-1卧式组合钻床组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动 化程度较高

5、的制造技术和成套工艺装备。它的特征是 高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、 交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的 组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液 压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中 型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工 各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状 槽，以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步， 一种新型的组合机床一一柔性组合机床越来越受到人 们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随 行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环 控制和驱动系统，并能灵活适应多品

6、种加工的可调可 变的组合机床。单面组合钻床是一种钻削普通厚度工件的加工钻 床，只有一个钻头，即只能同时加工一个表面，加工 精度要求高，配以可编程控制器 S7-200,可以提高控 制系统的可靠性，降低运行故障率，而且改变程序即 可实现不同工件的加工钻削工艺要求，充分发挥组合 钻床的多种加工功能。二、知识链接顺序功能图中除了使用位存储器 M代表各步外， 还可以使用顺序控制继电器 S来代表各步，使用S代 表各步的顺序功能图设计梯形图程序时，需要使用 SCR指令设计梯形图程序。S7-200的系列CPU中的顺序控制继电器（S）是 专门用于编制与时序相关的控制程序的，它能够按照 自然的工艺过程编制状态控制

7、程序。顺控继电器按位 寻址的形式是SX. X在S7-200中，顺序控制继电器的 编号从S0.0到S31.7共256个。顺序控制继电器的指令如表3-1所示。表3-1顺序控制继电器指令梯形图程序语句表程序指令功能I SCRLSCR n步开始指令，为步开始的标志， 该步的状态兀件位置 1时，激活 该步?.?SCRT)SCRT n步转移指令，使能有效时，关断 本步，激活目标步。n为目标步的 顺序控制状态元件5匚HE）SCRE步结束指令，为步结束的标志说明：1）SCR和SCRT两指令的操作数都必须是状态继 电器S的位（如S0.0）。2）SCRE无操作数，直接能与母线相连。3）每一步的编程都必须以 SCR

8、开始，以SCRE 结束，中间一般都有 SCRT指令，而且可以有多条 SCRT指令并列。4）同一个S位不能用于不同的程序中，例如：如果在 主程序中使用了 S0.1，在子程序中就不能再使用它。项目1：多台电动机的控制1三台电动机顺序定时启动同时停止-训练目标通过本次练习，需要掌握S7-200与外围电路如何 连接，主电路三台电动机如何连接，并进一步理解定 时器的应用。控制要求：1、输入输出元件及控制功能初步训练类型PLC对应元件元件控制功能地址（符号）名称I0.0SB1启动启动电动机输入端口按钮I0.1SB2停止停止电动机按钮Q0.0KM1接触控制电动机1器1输出端口Q0.1KM2接触器2控制电动机

9、2Q0.2KM3接触控制电动机3器3表3-2 I/O分配2、硬件设计演示法1、教师演示；2、学生 分两组 讨论6课时三台电动机顺序定时启动，同时停止的主电路如 图3-10所示，控制电路PLC接线图如图3-11所示图3-10三台电动机顺序定时启动控制主电路图图3-11三台电动机顺序定时启动 PLC接线图3、梯形图程序打开Step7-MicroWIN V4.0，打开程序块部分，编 写梯形图。4、演示操作1）按图3-10和3-11所示连接主电路和控制电路， 检查无误后接通电源。2） 打开计算机中的编程软件，将图3-12所示程 序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动 PLC的运行开

10、关运行或停止程序。4）按控制要求进行操作，观察并调试程序直到满 足要求。2、三台电动机顺序定时启动逆序停止4训练目标通过本次练习，进一步熟悉三台电动机启停控制 的接线方法，并深入理解定时器和置位、复位指令的 应用。控制要求：用按钮控制三台电动机，按下启动按钮，启动第 一台电动机之后，每隔5s再启动一台；按下停止按钮 时，先停下第三台电动机，之后每隔5s逆序停下第二 台和第一台电动机。-控制方案设计1、输入输出元件及控制功能表3-3 I/O分配类型PLC对应元件元件控制功能地址（符号）名称I0.0SB1启动启动电动机输入端口按钮I0.1SB2停止停止电动机按钮Q0.0KM1接触控制电动机1器1输

11、出端口Q0.1KM2接触器2控制电动机2Q0.2KM3接触控制电动机3器32、硬件设计三台电动机顺序定时启动，逆序停止的主电路和 控制电路接线图分别如图3-10和3-11所示。3、梯形图程序打开Step7-MicroWIN V4.0，编写梯形图。4、演示操作1）按图3-10和3-11所示连接主电路和控制电路， 检查无误后接通电源。2）打开计算机中的编程软件，将图 3-13所示程 序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动 PLC的运行开关运行或停止程序。4）按控制要求进行操作，观察并调试程序直到满 足要求。3、三台电动机星三角形降压启动停止控制丄训练目标通过本次练习，熟悉三台电

12、动机星三角降压启动 控制的主电路和控制电路接线方法，并深入理解PLC编程指令的应用。水控制要求：控制三台三相异步电动机，启动时，按下启动按 钮，第一台电动机将三相定子绕组接成星形接线启动 8s后再将三相定子绕组接成三角形，10s后如此启动 第二台电动机，10s后再启动第三台电动机。停止时，按下停止按钮，三台电动机立即停止。丄控制方案设计1、输入输出元件及控制功能表3-4 I/O分配类型PLC地址对应元件（符号）元件名称控制功能输入端口I0.0SB1启动按钮启动电动机I0.1SB2停止按钮停止电动机输出端口Q0.0KM11接触器1第一台电动机电源连接Q0.1KM12接触器2第一台电动机星形连接Q

13、0.2KM13接触器3第一台电动机角形连接Q0.3KM21接触器4第二台电动机电源连接Q0.4KM22接触器5第二台电动机星形连接Q0.5KM23接触器6第二台电动机角形连接Q0.6KM31接触器7第三台电动机电源连接Q0.7KM32接触器8第三台电动机星形连接Q1.0KM33接触器9第三台电动机角形连接2、硬件设计三台电动机星三角形降压启动控制主接线图如图3-14所示，控制电路PLC接线图如图3-15所示图3-14三台电动机星三角形降压启动控制主接线路II迂 1 Kiri :EZ:2LT i. 11111.113 EM 1 心.心 3IQ.I 1 XL U3 4UL 3 Hi 1UI3： E

14、l l II ifai IM 11“ j 11L 113cm St MC/DC/JU.Yi p 心 i iPUP n 怛 i ii- - n ibi b|h i|ii.| rt hi i|b 电卜 iM I*1IIcr an ilii Jia-i I r,rIK1 11 1 1,1 1 1 1111 1 1 1 1图3-15三台电动机星三角形降压启动控制PLC接线图3、梯形图程序打开Step7-MicroWIN V4.0，编写梯形图程序。4、演示操作项目：组合钻床控制强化训练通过读者们在初步训练中所掌握的知识，以小组 的形式，独立完成组合钻床控制的训练，教师负责指 导、检查和评价。一、设计要求

15、1、单面组合钻床各电机控制要求：单面组合钻床只有在液压泵电动机 M1正常启动 运转，机床供油系统正常供油后，才能启动。刀具电 动机M2应在滑台进给循环开始启动运转，滑台退回教师原位后停止运转。切削液压泵电动机 M3可以在滑台 指导 工进时自动启动，在工进结束后自动停止。2、机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制 要求：机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置由液压 系统驱动。电磁阀YV1、YV2控制定位销液压缸活塞1、教师 引导、 示范、 指导；2、学生 分组， 单独对 项目进 行 操 作。2课时的运动方向；YV3、YV4控制夹紧液压缸活塞的 运动方向；YV5、丫V6及YV7为滑台油路中的换向电

16、 磁阀。各电磁阀动作状态如下：表3-5各电磁阀动作状态表工件定位夹紧滑台电磁YVYVYVYVYVYVYV7工件+工件+滑台+滑台+滑台+松开+拔定+停止注：牛”为电磁阀线圈接通。从表3-5中可以看出，电磁阀YV1线圈通电时， 机床工件定位装置将工件定位；当电磁阀YV3通电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀YV3、YV5、YV7通电时，滑台快速移动；当电磁阀 YV3、 YV5通电时，滑台工进；当电磁阀YV3、YV6通电时， 滑台快速后退；当电磁阀YV4通电时，松开定位销； 当电磁阀YV2通电时，机床拔开定位销；定位销松开 后，撞击行程开关ST1，机床停止运行。3、组合钻床总控制过程：当需要

17、机床工作时，按下系统启动按钮 SB2,液 压泵电动机M1启动，将工件装入定位夹紧装置，按 下液压系统启动按钮SB4,机床按如下步骤工作：按下液压系统启动按钮SBQ工件定位和夹紧- 动力滑台快速进给动力滑台工进动力滑台快退至 原位一夹紧装置松开 拔出定位销。在动力滑台快速 进给的同时，刀具电动机 M2启动运转工作，提供切 削动力；在动力滑台工进时，切削液电动机 M3自动 启动，在工进结束时切削液泵电动机自动停止。在滑 台退回原位后，刀具电动机M2停止运转。、任务分析本任务既有电机的控制要求又有机床动力滑台、 工件定位、夹紧的控制要求，要结合考虑。在硬件设 计上，PLC输入口可接10个端口，输出口

18、可接11个 端口；在软件设计上可采用单序列的顺序控制法来设 计梯形图。三、任务实施1、输入输出地址分配2、硬件设计4 申.啊 4卜 SpL l!h,TCPU226 AC/DC/KLYit 3D. D ID. J DI : E-j*阳Trl EY-,:匸1zl 卜 za sko 6 qc t 41 d n ,1 叮71 VLi. 9 13. |：L T 3Z.DQZ L 口图3-17组合钻床控制系统 PLC接线图3、组合钻床控制系统顺序功能图、梯形图程序分别如图3-18和3-19所示。图3-18组合钻床控制系统顺序功能图4、演示操作1）按图3-17所示连接控制电路，检查无误后接 通电源。2） 打

19、开计算机中的编程软件，将图3-19所示程 序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动 PLC的运行开关运行或停止程序。4）观察并调试程序，直到能按控制要求进行演示。5、任务验收拓展 训练用触摸屏实现钻床动力滑台系统控制画面制作步 骤案例 演示 法教师指 导、学 生练习2课时尸*SQ2电如“电礒E J迎1(电郦閒门1启动项目 检杳每个小组的任务完成过程中或完成后，小组讨论，老师 现场对学生的完成情况及存在的问题进行检杳和指正，进行 任务验收。讲授法评价法教师评 价、学 生发言15分钟总结评价循序渐进的完成三台电动机顺序定时启动同时停止、逆序停 止、星三角形降压启动停止控制和组合钻床控制，在完成任 务过程中逐步掌握 S7-200新的编程指令和编程方