PLC控制交通灯和PLC对C650普通车床的电气改造

南京工程学院毕业论文专业：机电一体化班级：高机电（2）班姓名：指导老师：论文名称：PLC控制交通灯日期：摘要PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.关键词：交通灯PLC程序设计目录摘要 II第1章前言 11.1课题背景 11.2研究目的和意义 11.3本文的主要工作 2第2章可编程程序控制器（PLC） 32.1PLC概述 32.1.1PLC的发展历程 32.1.2PLC的发展趋势 42.1.3PLC的应用 52.2PLC的硬件结构 62.3PLC的工作原理 72.4本章小结 8第三章梯形图的设计与编程方法 93．1控制要求 93．2控制时序 93.3PLC交通灯毕业论文硬件及外围元器件 104．1梯形图 114．3软件设计 16第五章设计总结 16谢辞 17参考文献 18PAGEPAGEI-PAGEI- 第1章前言1.1课题背景1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器交通灯控制系统的特点：①脱机手动工作；②联机自动就地工作；③上机控制的单周期运行方式；④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；⑤自动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下四个原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；③抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。1.3本文的主要工作第一章，回顾交通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。第二章，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。第三章，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。第四章，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。第2章可编程程序控制器（PLC）2.1PLC概述可编程序控制器（ProgrammabieLogicController,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。2.1.1PLC的发展历程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：1970—1980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。1980—1990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。1990—2000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。2.1.2PLC的发展趋势从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序控制器在我国的发展状况如下：(1)我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：①可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。②可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期）80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。③可编程序控制器的广泛发展阶段（90年代初期到现在）进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：(2)政府重视可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。2.1.3PLC的应用1PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型：（1）顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如：注塑机械、印刷机械、、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。(2)运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。（3）过程控制PLC还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定植上。（4）数据处理在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。（5）通信网络PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。2PLC在我国的应用

虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。

在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：

微型：32I/O小型：256I/O中型：1024I/O大型：4096I/O巨型：8192I/O

在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。2.2PLC的硬件结构PLC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从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。其结构如图2-1所示。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。图2-1PLC的结构图2.3PLC的工作原理PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后，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作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC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映象区中的相应得单元内。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。2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC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；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC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。PLC的扫描工作过程如图2-2、图2-3所示 用户用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读图2-2PLC的扫描工作过程图输入刷新输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新图2-3PLC的扫描周期图2.4本章小结本章介绍的是PLC的产生、发展及应用，通过这些基础知识，更好地理解PLC的控制，基于PLC在交通灯控制系统上应用这一范畴，使下一步PLC的程序设计开发和实际需要有机地融合在一起。第三章梯形图的设计与编程方法3．1控制要求信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。3．2控制时序交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南北向的2倍(40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯闪烁3次，计6S，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。3.3PLC交通灯毕业论文硬件及外围元器件根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只，输入／输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器Y3端，南北方向绿灯接于输出继电器Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y1，南北方向红灯接于输出继电器Y0。将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。3．4I/O分配表第四章程序设计4．1梯形图4．2PLC交通灯毕业论文指令图4．3软件设计采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转移图如图4所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现差错。现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相同，在此不再赘述。系统起动时，利用M8002开机脉冲自动进入XO状态，系统处于等待状态。当启动按钮SB1按下时，xO11接通，Y1和Y4同时起动，Y1使南北绿灯亮，Y4使东西红灯亮(东西方向以下不分析)，x0起动的同时TO开始计时，20s后利用常开接点的闭合使状态进入T4，此时Y3和Y5起动，T4使南北黄灯亮，T1计时6s，6s后进入T2，在T3状态下，起动CO和T2，此时南北黄灯灭，CO计数加1，T2时间到时，如果co,J-数不到3次，状态转到T0循环，如果CO计数到3次，状态转入T4，这样就做到了南北方向黄灯闪烁3次的要求。南北方向黄灯闪烁3次后，系统进入T4状态，在T4状态下，为下次闪烁作好准备，同时起动Y3和Y5，Y1使南北红灯亮，亮46s后进入X0状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在两个方向都完成后(必须都完成)，又重新进入X0和X11······，如此反复工作。在任何时候按下停止按钮SB2，Xl接通，并复位相关状态和计数器，系统自动停止。第五章设计总结在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。经过一个月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。谢辞当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。4年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导教师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了数据资料和建议。谢谢我们班主任老师，是你的悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利的完成学业。我要感谢在我4年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢班上兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这4年的生活。参考文献1廖常初主编.PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，20042廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化，（香港），19973廖常初主编.PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，20024.廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，20015刘永华.电气控制与PLC，北京航空航天大学出版社,20076钟肇新，范建东编.可编程控制器基础及应用.广州：华东理工大学，20027张万忠《可编程控制器入门与应用实例》北京：中国电力出版社20048台方《可编程序控制器应用教程》北京：中国水利水电出版社20019常斗南《可编程序控制器》原理·应用·实验北京：机械工业出版社199810邦田《电子电路实用抗干扰技术》北京：人民邮电出版社199411钱晓龙，李鸿倩《智能电器与Microloeix控制器》北京：机械工业出版社2003扬州市技师学院毕业论文题目PLC对C650普通车床的电气改造系别电气工程系班级高机电（2）姓名学号指导教师日期摘要可编程控制器是近年来发展迅速应用广泛的控制装置，是一种工业环境应用而设计的数字电子控制系统，它不仅可以取代传统的继电器-接触器控制系统还可以完成逻辑运算，顺序控制，定时、计数、数值计算和特定的功能，其应用于从单机自动化控制到整条生产线的自动化及至整个工厂的生产自动化控制，使电器控制技术进入了一个崭新的阶段，目前PLC控制几乎在工业生产的所有领域都得到了广泛的应用。车床主要是加工各种零件的回转表面，如内外圆柱面，内外圆锥面，成形回转表面和回转替端面等，有些车床还能车削螺纹表面。因此车床是一般机器制造业中应用最广泛的一类机床，约占机床总数的35%—50%。但是普通车床在加工过程中还是存在很多缺点如工作效率低、精度低、故障率高、维修不便、对环境要求严格、自动化程度不高等。因此，本次设计的内容主要是利用PLC（ProgrammableLogicController）对具有代表性的C650普通卧式型车床的电器部分进行改造。首先分析C650普通卧式型车床的电器控制部分，除了要完成主轴电动机点动控制运动之外，还要实现主轴电动机的正转、反转控制运动，主轴电动机正转时的反接制动、主轴电动机反转时的反接制动控制，快速移动电动机的启动与停止控制，冷却泵电动机的启动与停止控制。同时主电动机和冷却泵电动机有短路和过载保护，有安全照明电路。然后根据控制电路的线路图，编写相应的PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。因此使C650普通卧式车床的电器部分在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。关键词：可编程控制器，PLC改造，梯形图，车床，反接制动目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I1车床的电气功能分析 11.1车床的概述 11.2车床电气原理图 22.3控制线路特点与电气线路概述 21.4电气主要功能分析 52软件的设计 62.1S7－200PLC编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍 62.2各电气控制部分分析及梯形图 62.3电气控制部分总梯形图 133系统调试 15致谢 161车床的电气功能分析1.1车床的概述1、车床的用途车床主要是加工各种零件的回转表面，如内外圆柱面，内外圆锥面，成形回转表面和回转替端面等，有些车床还能车削螺纹表面。由于大多数机器零件都具有回转表面，并且大部分需要用车床来加工，因此车床是一般机器制造业中应用最广泛的一类机床，约占机床总数的35%—50%。在车床上，除使用车刀进行加工之外，还可以使用各种孔加工工具如钻头、绞刀、镗刀等进行加工，或者使用螺纹刀具进行内、外螺纹的加工。2、车床的运动为形成工件加工表面形状，车床必须具有以下运动：（1）工件的旋转运动是车床的主运动，其功用是使工件得到所得到的切削速度，其特点是速度较高，功率较大。（2）车刀的直线运动是车床的进给运动，其功用是使毛坯上新的金属层被不断的投入切削，以便加工出整个加工表面。上述运动是车床形成加工表面所需的表面成形运动。车床上车削螺纹时，工件的旋转运动和刀具的直线运动则形成螺旋运动，是一种复合成形运动。（3）辅助运动车床上切入运动及其刀架横向或纵向快速运动，称为辅助运动，其功用是为表面成行运动创造条件，也是机床比不可少的运动3、车床的分类为适用不同的加工要求，车床的分类很多。按其结构和用途不同，可分为卧式车床]、立式车床、转塔车床、回轮车床、落地车床、液压仿形和半自动车床、各种专用车床（如曲轴车床、凸轮车床等）、数控车床和车削加工中心。1.2车床电气原理图图2.1C650型卧式车床的电气控制线路图2.3控制线路特点与电气线路概述1、控制线路的特点(1)主轴正反转用正、反向接触器进行控制。(2)主电动机的功率为30kW,但因不经常启动,所以采用直接启动。(3)为了对刀和工件进行调整,主轴电动机的控制线路设有点动环节。(4)为提高工作效率,主轴电动机采用反接制动。在反接制动时,为减小制动电流,定子回路串入限流电阻R。在点动时,R也串入定子回路,防止频繁点动时使主电动机过热。(5)为监测主轴电动机定子大电流,通过电流互感器接入电流表。为防止主轴电动机的启动电流以及反接制动电流对电流表造成冲击,在主轴电动机启动和反接制动时,与电流表并联一个时间继电器的通电延时打开的常闭触头。(6)加工螺纹时,为了保证工件的旋转速度与刀具的进给速度间的严格比例关系,刀架的进给运动也由主轴电动机拖动。(7)为减轻工人的劳动强度和节省辅助工时,专设一台2.2kW的电动机拖动溜板箱快速运动。(8)加工时为防止刀具和工件的温度过高,用一台电动机驱动的冷却泵供给切削液实现冷却。冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可启动旋转。(9)主电动机和冷却泵电动机有短路和过载保护。(10)有安全照明电路。2、电气线路概述该机床电气线路较为复杂。主电路由四台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。除冷却泵电动机采用开关直接起动外，其余三台异步电动机采用接触器直接起动。M1是主轴电机，功率为30kw，由交流接触器KM3,KM4控制其起动与停止。热继电器FR1是过载保护电器。短路保护电器是总电源开关中的熔断器FU1。M2是冷却泵电动机，功率为1.5kw，由接触器KM1控制其启动与停止，热继电器FR2是过载保护电器。短路保护电器是总电源开关中的熔断器FU2。M3是快速移动电动机，功率为2.2kw，由接触器KM2控制其启动与停止，短路保护电器是总电源开关中的熔断器FU2。该电动机的主要作用拖动溜板箱快速运动，因功率小，所以未装设过载保护电器。主电路电源电压为交流380v，自动空气断路器QF1作为电源引入开关。控制线路电源电压为交流110v，由控制变压器TC提供电源。照明电压为24v，由TC1提供电源。照明线路、控制电路由相应的熔断器FU3、FU4、FU5作为短路保护电器。表2.1C650普通车床主要电气元件目录表符号名称用途数量M1M2M3KMKM1KM2KM3KM4KTKASQ1FR1FR2SB1SB2SB3SB4SB5SB6FU1FU2FU3FU4FU5ELKS1KS2AR电动机电动机电动机交流接触器交流接触器交流接触器交流接触器交流接触器时间继电器中间继电器限位开关热继电器热继电器按钮按钮按钮按钮按钮按钮熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器照明灯速度继电器速度继电器电流表电阻主传动交流电动机冷却泵交流电动机快速移动交流电动机短路限流电阻交流接触器冷却泵电动机起停交流接触器快速移动电动机交流接触器主轴电动机正转交流接触器主轴电动机反转交流接触器电流表时间继电器轴电动机起停反接制动中间继电器快速移动电动机起停限位开关主轴电动机过载保护继电器冷却泵电动机过载保护继电器冷却电动机停止按钮主轴电动机反传启动按钮冷却电动机启动按钮反接制动按钮冷却电动机停止按钮冷却电动机点动按钮主轴电动机短路保护熔断器冷却泵电动机短路保护熔断器照明电路短路保护熔断器控制电路短路保护熔断器控制电路短路保护熔断器照明主轴电动机反转反接制动速度继电器主轴电动机正转反接制动速度继电器监视电流表启动与反接制动限流电阻111111111111111111111111111111.4电气主要功能分析本机床使用380V、50HZ三相交流电源。根据特殊定货，亦可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三相交流电源。控制电路，照明电路均由控制变压器供电。电压分别为110V、24V。为了传动各机构，机床上装有下列电动机M1——主电动机M2——冷却泵电动机M3——快速移动电动机机床主电路分析：组合开关Q1将三相电源引入,FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器,FR1为M1电动机过载保护用热继电器,R为限流电阻,防止在点动时连续的启动电流造成电动机的过载。通过互感器TA接入电流表以监视主电动机绕组的电流。熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护,接触器KM1、KM2为电动机M2、M3启动用接触器,FR2为M2电动机的过载保护,快速电动机M3短时工作,所以不设过载保护。监视主回路负载的电流表是通过电流互感器接入的。为防止电动机启动电流对电流表的冲击,线路中采用一个时间继电器KT。启动时,KT线圈通电,而KT的延时断开的动断触点尚未动作,电流互感器二次侧电流只流经该触点构成闭合回路,电流表没有电流流过。启动后,KT延时断开的动断触点打开,此时电流流经电流表,反映出负载电流的大小。

2软件的设计2.1S7－200PLC编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。STEP7-Micro/WIN32编程软件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升级版本软件Microwin3.1SP1；Toolbox（包括Uss协议指令：变频通信用，TP070：触摸屏的组态软件TpDesignerV1.0设计师）工具箱；以及Microwin3.11Chinese（Microwin3.11SP1和TpDesigner的专用汉化工具）等编程软件。STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。2.2各电气控制部分分析及梯形图1、主电动机的点动调整图4.1所示为点动环节的控制线路图。线路中KM3为电动机M1的正转用接触器,KM4为M1的反转用接触器,KA为中间继电器。按下点动按钮SB6,接触器KM3得电,其主触点闭合,电动机的定子绕组经限流电阻R和电源接通,电动机在较低速度下启动。松开按钮SB6,KM3断电,M1停止转动。在点动过程中,中间继电器KA线圈不通电,KM3线圈不会自锁。图3.1C2、主电动机的正反转控制主电动机的正反转控制电路如图3.2所示。(1)M1的正向长动按下正向启动按钮SB1,接触器KM首先得电动作,其主触点闭合将限流电阻R短接,其辅助触点闭合使中间继电器KA得电,其辅助触点(13-7)闭合使接触器KM3得电,KM3的主触点闭合使M1直接正向启动,KM3的动合触点(15-13)和K的动合触点(5-15)的闭合将KM3的线圈自锁。M1的正向长动对应的梯形图如下：梯形图分析：按下或松开触点I0.6实现主电动机的点动控制；按下触点I0.1，继电器线圈Q0.0得电，之后中间继电器线圈.M0.0得电，使正转线圈Q0.3得电，Q0.3对应的触点动作，常开触点Q0.3闭合，完成了对正转线圈Q0.3的自锁控制，主电动机长期处于正转状态。(2)M1的反向长动按下反向启动按钮SB2,接触器KM首先得电动作,其主触点闭合将限流电阻R短接,其辅助触点闭合使中间继电器KA得电,其辅助触点(21-23)闭合使接触器KM4得电,KM4的主触点将三相电源反接,电动机在全压下反转启动。KM4的动合触点(15-21)和KA的动合触点(5-15)的闭合将KM4的线圈自锁。KM4的动断触点(7-11)和KM3的动断触点(23-25)分别串在对方接触器线圈的回路中,起到了电动机正转与反转的电气互锁作用。图3.2C梯形图分析：按下触点I0.2，继电器线圈Q0.0得电，之后中间继电器线圈.M0.0得电，使反转线圈Q0.4得电，Q0.4对应的触点动作，常开触点Q0.4闭合，完成了对正转线圈Q0.3的自锁控制，主电动机长期处于反转状态。3、主轴电动机的反接制动控制C650型卧式车床采用了反接制动方式。当电动机的转速接近于零时,用速度继电器的触点给出信号切断电动机的电源。图4.3所示是C650型车床正反转与反接制动