基于plc的钻床加工控制系统设计 毕业设计（论文）

基于PLC的钻床加工控制系统设计摘要本文的重点是阐述了机械零部件在钻床加工中与电气控制系统PLC进一步的升级从而让钻床更加快速有效的工作。重中之重是对那些过去普遍使用过时了的继电器控制线路老化问题、可靠性问题和故障排除复杂等问题进行控制系统改造。所以，此次设计对大钻头和小钻头钻床电气控制系统的进一步优化，是利用把PLC控制技术融合到优化改进方案里面去，用来提升大、小钻头钻床的工作性能。大、小钻头钻床主要是用计算机来进行控制，管理，监视主机，应用可编程控制器西门子系列PLCS7200为控制器，设计大、小两个钻头和旋转工作台，上位机是用组态王655软件完成PC和PLC之间的相互数据通信。研究了大、小钻头钻床控制系统的控制方法，得到了大、小钻头钻床控控制系统的运行指标，提高了大、小钻头钻床控制系统运行的效率。关键词大、小钻头钻床，PLC，组态DESIGNOFCONTROLSYSTEMFORDRILLINGMACHINEPROCESSINGBASEDONPLCABSTRACTTHISPAPERMAINLYSTUDIESTHEMECHANICALPARTSPROCESSINGDRILLINGMACHINEELECTRICCONTROLSYSTEMOFTHEPLC,MAINLYTOTHETRADITIONALRELAYCONTROLCIRCUITAGINGPROBLEM,THERELIABILITYANDFAULTEXCLUSIONOFCOMPLEXCONTROLSYSTEMTRANSFORMATIONTHEREFORE,THEDESIGNOFBIGORSMALLDRILLELECTRICCONTROLSYSTEMTRANSFORMATIONOF,WILLPLCCONTROLTECHNOLOGYISAPPLIEDTOTHETRANSFORMATIONOFTHEPROGRAM,INORDERTOIMPROVETHEPERFORMANCEOFDUPLEXDRILLDUPLEXDRILLUSEDINCOMPUTERASTHECONTROL,MANAGEMENT,MONITORINGHOST,THEPROGRAMMABLECONTROLLEROFSIEMENSSERIESS7200ASTHEMAINCONTROLLER,DESIGNSIZETWODRILLSANDROTARYWORKTABLE,PCUSINGKINGVIEW655TOCOMPLETEDATACOMMUNICATIONBETWEENCOMPUTERANDPLCINTHISPAPER,WESTUDYTHEBIGORSMALLDRILLINGMACHINECONTROLSYSTEMCONTROLSTRATEGY,BIGORSMALLHEADEDDRILLINGMACHINECONTROLSYSTEMPERFORMANCE,IMPROVETHEBIGORSMALLDRILLINGMACHINECONTROLSYSTEMOPERATIONEFFICIENCYACCORDINGTOTHEBIGORSMALLDRILLINGMACHINECONTROLSYSTEMFUNCTIONIMPLEMENTATIONREQUIREMENTSANDSELECTIONOFMOTORANDMOTORDRIVE,ANDGIVESTHEBLOCKDIAGRAMOFTHESYSTEMANDTHEEQUIPMENTCIRCUITWIRINGDIAGRAMKEYWORDSBIGORSMALLDRILLINGMACHINE,PLC,KINGVIEW目录前言1第1章绪论211课题国内外发展状态212课题研究目的及意义313设计内容及安排3第2章PLC工作原理和特性简介521PLC工作原理522PLC的特性6第3章钻床系统硬件设计731钻床控制系统要求7311工作要求7312工作方式及功能832PLC选型833I/O地址分配834PLC外部接线图1035主电路图10第4章钻床系统软件设计1241钻床控制系统分析1242钻头钻床梯形图程序的设计1443PLC总梯形图1744PLC指令表21第5章组态设计及调试2551上位机软件设计概述2552组态软件的设计步骤2553设计监控画面2654定义数据变量2755变量动画连接2956运行调试32结论36谢辞38参考文献39外文资料翻译41前言大、小钻头钻床是大部分工厂里普遍使用的金属切削机床，它的功能很强大，可以进行很多的各种各样种类形式的加工，如钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。但是从控制方面来说的话，它是需要有机、电、液压等等一些系统之间的相互合作来完成不同的工作，另外，还需要有时间上的控制。就如目前的情况来说，我国的大、小钻头钻床的电气控制系统大部分应用的都是比较老旧的继电器接触器控制的方式。就是说它自身所要进行控制的电机比较多所以说它的内部电路也是不简单的，在平常的生产和作业中，频繁的发生电气故障，从而就对工厂的生产形成了影响。但PLC电气控制系统是可以有效的有针对性的弥补上述所说系统的这一个缺陷。PLC是从传统的继电器逻辑电气控制系统发展所形成的，对于微型计算机的控制技术来说，PLC一直秉持取其精华的优点，它的功能慢慢的一点点的变强大，而后逐步契合越来越复杂的电气控制系统。PLC之所以有着无与伦比的生命力和延续，是在于它紧跟时代的步伐，更加契合工业现场以及当前市场的需求，可靠性能高，抵挡干扰的能力也很是强大、编写程序语言非常容易、价格低廉、寿命长。在拥有这些优点之外，它的输入/输出端口不需增添其它的中间零部件就可以进行工作。缩小了用户的开发时间与生产成本。所以现在的PLC大都可靠性能高、组态界面灵活、运行速度快、编写程序容易方便、初学者也很容易上手学会。我们所知道的PLC电气控制系统的这样多的优点，而这一次对于大、小钻头钻床的电气控制系统的改造升级，我特意挑选了以PLC为此次设计控制的核心，这样设计的话不仅大大提高了大、小钻头钻床控制这个设计开始进行工作时的稳定性，也为当前工业生产的现代化带来了的不同的思路和想法。而此次监控组态的软件是在计算机的显示屏上面来模拟全部的钻床工作过程操作。第1章绪论11课题国内外发展状态所谓钻床就是在不同的零部件上面进行各种孔的加工来满足不同的工业需求的机床，就像钻孔、扩孔、绞孔等都是类似的。在20世纪70年代初，不同的国家钻床的控制却都是用继电器逻辑控制的形式来实现其任务所要求的功能。在使用了很大数量的中间继电器、时间继电器、行程开关等诸如此类的控制方式的电气系统以后，就难免使得系统有了如下所说的很多的问题1。鉴于我们国内机床行业市场的巨大的潜在市场需求，吸引了全球范围内著名的机床公司进入国内机床市场，其中主要的15家机床企业在国内的投资都占到了机床行业资金总量的692。国外企的先进的管理理念和机床控制系统研发技术对我们国内的机床行业标准的发展提供了强度的支持，一批批新的机床企业也都得到空前的发展。目前建筑行业的需求的机床控制系统，大部分都能国内企业自主生产，甚至一些企业的控制系统还出口到了非洲、拉丁美洲等地区。我们国家的企业在引入了ISO以来，提高了制造机床控制系统的标准，快速的使国内的机床制造技术居于世界的前列。大、小钻头钻床是一个很复杂的系统它包含了众多领域，其中有机械，机电，电气，土木等领域，所以研究大、小钻头钻床也就成为一个重要的问题3，它的安全性可靠性舒适性维护成本，维护时间等就成了要解决的问题，但是PLC出现了，它的出现完美的解决了这所有的问题，PLC它不仅仅拥有可靠性高的优点而且它的安全性能也是相当的稳定有保障，维护起来非常方便，成本造价低廉，让其成为当今控制行业的发展方向4。大、小钻头钻床控制系统是非常复杂的，PLC的出现为大、小钻头钻床控制系统技术的进步提供了很大的帮助。而可编程控制器它是专门用来研发和用来控制工业设备中的电子装置，随着电子技术的升级，PLC的体积变小，功能方面也是愈来愈强大，对于大、小钻头钻床进行控制的过程也是比之前那些系统平稳的许多，并且能够把机械部件和有序的安装在一起，因此已经成为大、小钻头钻床控制系统中一个非常关键的部件了。总而言之，我国关于这方面的技术的发展蒸蒸日上，仍有很大的潜力值。并将汲取国外优秀的技术不断进行创新发展自己。12课题研究目的及意义大、小钻头钻床的控制系统的主要的控制器主要是有继电器逻辑电路，可编程控制器控制及计算机。而可编程控制器它实际上是一类专门用于工业控制的计算机，是根据不同用户编制的程序利用循环扫描去处理各个需求以及控制功能5。并且由于可编程控制内部有类似于继电器线圈的触点，实际上比继电器更加有优越性，比继电器的运行时间更长，工作更加可靠。所以对于大、小钻头钻床控制系统的改进升级我决定采用可编程控制器。为了拥有更为优化的控制方案，就一定要打破之前那些老旧的钻床存在的那些有瑕疵的地方。若想要实现对传统的老旧的钻床的自动化的完善改进，就不得不通过升级老旧的传统的钻床的机械结构去实现。我这一次进行构思的设计是西门子系列PLC和组态王组态软件在大、小钻头钻床控制系统中的应用，进而使大、小两个钻头的钻床可以根据任务书要求自动的完成钻孔所有过程。用组态王组态软件对上位机执行监控软件组态，从而实现了对操作加工现场的实时监控，实时模拟等具有WINDOWS格调的动态性的操作画面。通过这一系列的PLC和组态软件的紧密有效的结合使钻床加工控制系统大幅度其便利性、可靠性。13设计内容及安排本文以大、小钻头钻床电控系统作为研究的主要内容，通过分析大、小钻头钻床的要求，对电气控制系统进行了硬件选型和软件设计，随后根据设计要求特意挑选了西门子S7200型号PLC来做为此次设计编写去完成控制程序，用组态王655画出并调试好画面，成功的调试出上位机的监控画面，实现了在大、小钻头钻床工作时的动画，并且能够在组态王上面对大、小钻头钻床操作，对硬件进行了电路图设计和硬件选型。试验结果表明该系统能够对大、小钻头钻床进行操作，效果比较好。章节划分如下第1章主要是对智能化的立体性车库研究的一些背景及意见进行了介绍，系统阐述了大、小钻头钻床在国内外的发展现状；第2章简单的介绍了PLC的工作原理特性等；第3章是重点介绍了PLC是如何逐步的发展进步的及这次设计的系统硬件的设计；第4章具体的写了大、小钻头钻床的软件的设计，编写了梯形图，包括PLC的选型是如何的等其它方面；第5章主要展示了组态的设计、联机调试、仿真结果。第2章PLC工作原理和特性简介21PLC工作原理可靠性好的微机虽然有多种功能，但是非常的不耐干扰，具体环境下的加工器械的电磁干扰、电路中的电压电流的波动、生产制造中机械的振动、季节性的高低温度差和地域性的湿度的变化，都不可避免的让普通的微机不能正常稳定的完成工作任务。但是PLC在电路、机械、软件等部分都汲取了厂家在具体实际环境中碰到的各种干扰因素的经验。核心部分都应用了大规模的集成电路，将大部分的原件添加到电路中去完成抵抗干扰等问题。I/O系统的设计有齐全的通道庇护以及信号调理电路，在结构中对不同的常见的干扰性的问题加以过滤、抵消。而在硬件上面采取了一系列的抵抗干扰举措像隔绝、障蔽、滤波、接地等。在软件上面挑选使用数字滤波等抵挡干扰以及窒碍诊断这样的举措。以上全部的工作都是为了让PLC具备强大的抗干扰能力所做出的努力。PLC在上千天以上的时间内都能够稳定运行，这些奠定了PLC的重要地位，它也拥有着一般的微机所没有的工作效率。虽然说继电器接触器这样的控制系统即使与其它控制系统来比较有着比较好的抵挡不同的干扰的能力。但是它的机械接触点在数量方面比较大，所以这样的系统它的设备连线也比较复杂，接触点在打开和关闭的时候易遭到电弧的伤害导致其寿命不长、系统的可依赖性也非常差。但PLC是选用的微电子方面的技术，很多的开关触点是用没有任何损害的电子存储单元来实现功能，这样就大大的提高了系统可靠性，因而现在的继电器正一点点的被PLC的各种电子元件所更新换代。PLC及周边的衍生品繁多，可以用不同的组件来自由选择搭配不同规格以及要求的系统。在PLC所构成的像这样的控制系统方面，我们在PLC的不同端子上接上相对应的输入以及输出的信号线就等于完成任务了，并不需要继电器镇及流器之类的可靠性能低且有要求相当大量又繁琐的物理接线的电路。如果变换了控制要求的时候，可以直接在线对程序进行修改，比如同一个PLC产品用来对不同的对象进行控制或者相同对象不同控制要求来进行控制，只要修改输入输出模块以及更改软件6。PLC的输入以及输出可以直接与交流电压220V、直流电压24V等那些强电连接，它们有很强的带负载能力。与此作比较来看继电器等那些个繁琐复杂的线路就没有了它所谓的优点。如此简单的系统结构以及高度兼容的通用性无可比拟。22PLC的特性PLC是面向用户的容易上手的设备，PLC的相关的研发人员很细致的考虑到了实际的操作人员的技术能力。PLC程序的完成，是应用梯形图或面对工业控制的相对来说并不复杂的指令形式。梯形图是和继电器的原理图差不多一样的，像这种编程看起来较直白，不用花费很大精力就可以学会，甚至没有专门的专业的计算机知识及语言也没什么问题。只要是具有一定基础的电工和工艺知识的人员全都可以在很短时间内学成功。体积小，维持掌握方便。PLC体量相当小，重量也是非常轻便，安装既省时又省力。PLC的输入和输出系统既能够很直白地反映出现场信号的不一样的变化状态，还可以应用不一样的方法直白地反映出控制系统的运行功能，就像内部工作、通信、I/O点、异常以及电源等方面的状态等7。对这些都有醒目的指示，有助于操作以及保养人员对它进行测试及修理。第3章钻床系统硬件设计31钻床控制系统要求311工作要求在刚开始进行工作的时候大、小钻头是在最上面的地方，在这个时候限位开关I03以及I05为ON的状态。当操作人员把工件在钻头下方放置好以后，按下启动按钮SB1（I00），此时工件就会被两端夹紧，夹紧后此时压力继电器是呈现ON的状态，这个时候大、小两个钻头同时开始向下进给。当大的钻头执行指令向下钻到任务所设定的深度SQ1时，大钻头又执行上升命令，在上升到指定地方的起始位置SQ2的时候停止上行。与上面大钻头工作步骤类似，小的钻头钻到任务所设定的深度SQ3的时候，钻头执行上升指令，当升到设定地点的原来的开始的位置SQ4的时候停止上升。大、小钻头都停止并且到达起始位置后，此时零件旋转120度，旋转到位时SQ5为ON的状态，这时接着开始钻第二对孔。三对孔都完好的钻完后，工部件立刻松开，松开到位时，所对照的限位开关SQ6就变为停止状态，系统重新变为最开始的模式。钻床加工示意图如图31所示。图3SQ1SQ2SQ3SQ4大钻头小钻头工件工件1钻床加工示意图312工作方式及功能1具有手动和自动运行两种工作方式，这样就能够更加有效合理的进行操作，也可以防止系统会出现某些问题而导致大、小钻头钻床不能够正常的运行。2具有急停功能，防止系统的突发状况造成损失等。32PLC选型根据这一次设计的控制任务的要求可以很清楚的了解，总共要有17个输入的端口。手动时大钻头上升、大钻头下升、小钻头上升、小钻头下升、零件夹紧、零件放松、旋转。手动以及自动之间的相互转换。不同的限位开关，（自动时大钻头上升到位、大钻头下降到位、小钻头上升到位、小钻头下降到位、已经夹紧、已经放松、旋转到位），停止，起动。设计需要有8个输出的端口，它们分别是原点灯、大钻头上升、大钻头下降、小钻头上升、小钻头下降、零部件夹紧、零部件放松、零部件旋转。通过比较，对照西门子PLC的型号就能够知道，CPU226机型可满足大、小钻头钻床控制系统的所有要求。本设计选西门子S7200系列CPU226机型作为这一次设计的主控CPU。33I/O地址分配根据所描述的I/O点数以及结合PLC的实际的情况以及本次设计任务书的主要要求，对I/O地址做了详尽的分配。设计里面包括按钮10个，行程开关7个，一共17个输入；接触器5个，原位指示灯1个，电磁阀2个，一共8个输出。I/O地址分配如表31所示。表31I/O地址分配表输入输出启动按钮I00原位指示灯Q00停止按钮I01大钻上升动作KM1Q01SQ1I02大钻下降动作KM2Q02SQ2I03小钻上升动作KM3Q03SQ3I04小钻下降动作KM4Q04SQ4I05夹紧动作YV1Q05SQ5I06放松动作YV2Q06SQ6I07旋转动作KM5Q07夹紧限位I10手自动切换按钮I11手动大钻上按钮I12手动大钻下按钮I13手动小钻上按钮I14手动小钻下按钮I15手动夹紧按钮I16手动放松按钮I17手动旋转按钮I2034PLC外部接线图根据大、小钻头钻床的控制系统的控制方面的各种要求及表31的I/O地址的分配，可画出系统的外部的接线图如图32所示。I00I01I02I03I04I05I06I07I10I11I12I13I14I15I16I17I201M手动旋转按钮手动放松按钮手动加紧按钮手动小钻下按钮手动小钻上按钮手动大钻下按钮手动大钻上按钮手自动切换按钮夹紧限位启动按钮停止按钮SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ624V220V旋转动作放松动作夹紧动作小钻上升动作小钻下降动作大钻下降动作大钻上升动作原位指示灯Q00Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07KM1KM4KM1KM4KM5S7200FUCPU226CN1L2LKM3KM2KM3KM2YV1YV23M2M图32PLC外部接线图35主电路图大钻头和小钻头它们是由2台三相异步电动机进行拖动，由异步电动机的正反转去进行大、小钻头的上升、下降控制，旋转主要由第3台电动机执行命令进行带动，夹紧放松主要是由电磁阀执行指令带动。限位开关全部都均为霍尔接近开关。熔断器保护三个电动机不短路。热继电器FR1、FR2、FR3是为了预防电动机变的太热被损坏，分别为电动机提供了电源断相和过载保护8。当工件在初始的地方的时候原位指示灯实现功能变亮。如图33所示。QF1KM3M13FR1QF2KM4M23FR2QF3KM1M33FR3KM2大钻头电机小钻头电机旋转电机L1L2L3KM5图33主电路原理图第4章钻床系统软件设计41钻床控制系统分析本设计我选择了两种工作方式，一为自动，二为手动。主要是为了防止程序出故障可以更好的调整。运行之前大、小两个钻头是在初始位置，在这个时候限位开关I03以及I05为ON的状态。此时整台钻床是呈现未送电的状态。当操作人员把需要加工的零部件在钻头下方放置好以后，按下启动按钮SB1（I00），此时工件就会被钻床两端所夹紧，夹紧后此时压力继电器是呈现ON的状态，这个时候大、小两个钻头同时开始向下进给来执行任务指令。当大钻头执行任务的指令钻到任务所设定的深度SQ1时，钻头就开始执行上升的命令，在上升到指定地方的起始位置SQ2的时候就可以停止上行。与上面大钻头工作步骤类似，小的钻头钻到任务所设定的深度SQ3的时候，钻头执行上升指令，当升到设定地点的原来的开始的位置SQ4的时候停止上升。大、小钻头都停止并且到达起始位置后，此时零件旋转120度，旋转到位时SQ5为ON的状态，这时接着开始钻第二对孔，工作流程同第一对孔一样。三对孔都完好的钻完后，工部件立刻松开，松开到位时，所对照的限位开关SQ6就变为停止状态。操作人员按下停止或者手动停止的按钮后，程序不再运行回到原来的初始状态。本设计的目的是使钻床自动或者手动的完成如下的工作循环送料加紧大、小钻头开始钻孔大、小钻头上升到原始位置被加工零部件旋转钻第2对孔被加工零部件旋转钻第3对孔松开零部件完成。根据任务要求所画出总的流程图如图41所示。开始加紧大钻头下降小钻头下降大钻头上升小钻头上升下降到位上升到位YNNY旋转120度是否旋转3次NY结束图41流程图42钻头钻床梯形图程序的设计根据任务要求，我设计了两种工作方式，一为手动，二为自动。也就是说可以直接定义开始按钮进行自动运行，也可以手动操作开关进行控制。梯形图也由此为基础进行编写。第一种方式在组态王上位机界面上面按下启动按钮M00闭合，此时M120得电并且自锁。第二种方式在下位机上关闭开关I00，这个时候M120也得电自锁。程序一开始上电后，将M100的十个步进位复位，将限位开关的10个内存点复位，如果按下停止或者外部停止按钮，也执行复位操作。启动以及停止程序如图42所示。系统初始状态，大、小钻头钻床处于原始位置，此时M03和M05检测到有信号，原位指示灯点亮。当按下启动（I00）、自动按钮之后，继电器M100得电，系统就开始运行了，如果钻头在原始位置则先执行夹紧动作，工件夹紧后M101得电，限位开关I03和I05得电，此时大、小钻头开始执行下降指令，此时计数器计数一次。然后在程序中将M03和M05限位内存点复位。梯形图如图43所示。小钻头和大钻头一样开始执行下降程序，如果下降到位，则看大钻是否下降到位。若是大、小两个钻头都下降到限定位置SQ1以及SQ2的话，即将M02和M04置1，即I02以及I04置1，大、小钻头就开始执行上行的程序语言命令。梯形图如图44所示。若大、小钻头上升到位，即将M03和M05置1，即I03以及I05置1。此时工件就开始执行旋转指令，旋转一百二十度，开始钻第二对孔。大、小两个钻头重新开始执行下降指令。具体操作如第一对孔一样，一共需要旋转两次，这样1个工件就制作成功。梯形图如图45所示。（）M00SM01M01（R）（R）M100M02M01I011010I01M120I00M120图42启动急停程序M120（）M120（R）M100M107M03I03M100（）M05M102T3820M11C0M06I06I11I051T38M103M101（R）（R）M10111M03M06M100M11INTONPT100MSM107图43夹紧程序M100M102（）I04（）T38（R）（R）M102M104M102M04M106M104M04M104M104I05M104M05（）M106M107M106M102M0521M02（）（R）（）I02M105M103M021I03M03M107M105M101M101M103M103M103M105图44下降和上升动作程序（R）（）M105M106M100M110M107M107C0M107M110M01I013（）M107M107M110M06M07I06I07C0M110M062CUCTURPVP图45旋转程序43PLC总梯形图根据任务书要求以及总体的设计思路，外部接线输入输出口是需要有17个输入口8个输出口。经过谨慎的考虑，我选择了西门子S7200系列PLC，它可以满足非常多样的自动化程序的设计。价格平民化的同时指令系统强大。满足小规模小成本的控制要求9。与此次设计相符合。编写总的梯形图如图46（1）（2）（3）所示。M00SM01M01（）M107M03M100M02I03M100M02（）M01I01M120M120I001010I01M11M05M102T3820M11C0M06M107I06I11I051T38M103M101（R）（R）M101M03M101M101（R）（）I02M103M105M103M021M103M105M103I03M03M107M105IONPT100MSINM100M06M100M120M120（R）（）（）（R）（R）11图46总梯形图（1）M100M102（）I04（）T38（R）（R）（R）M102M102M1041M102M04M106M104M04M104M104I05M104M05（）M106M107M106（）M105M106M100M110M107M107C0M107M110M01I013（）M107M107M110M06M07I06I07C0M110M062CUCTURPVPM051图46总梯形图（2）（）M100M104M105M120M120M101I16（）M102M101M106M16M11I11M103M107Q05Q02M120M120M13I13M11I11M103（）M120M12I12M120M11I11Q01M102（）M15I15M11I11Q04M120M120M104（）M14I14M11I11Q03M120M120M107（）M20I20M11I11M110（）M17I17M11I11Q07M120M120Q06M120M120（）Q00M05I05M03I03图46总梯形图（3）44PLC指令表由梯形图可以写出以下程序指令表。LDM00M100OI00TONT38,20OM120RM11ANM01LDM100ANI01AT38M120OM101LDSM01ANM103OM01M101OI01RM03,1RM100,10RM06,1RM02,10LDM101LDM120AM02AM11LDM101AM03AI02AM05OLDLDM120OM103AI11ANM105AI03M103AI05RM02,1OLDLDM103OM100AM03LDM107LDM103AM06AI03LDM107OLDAI06OM105OLDANM107ANC0M105OLDLDM100ANM102AT38OM102LDM110ANM104OM01M102OI01RM05,2CTUC0,3LDM102LDM107AM04AM06LDM102LDM107AI04AI06OLDOLDOM104AC0ANM106OM110M104ANI07RM04,1ANM07LDM104M110AM05RM06,LDM104LDM100AI05OM101OLDOM102OM106OM103ANM107OM104M106OM105LDM105OM106AM106OM107OM107LDM120ANM100AM16ANM110ANM11M107OLDLDM107LDM120EUAI16ANI11AI15OLDOLDQ05Q04LDM101LDM104LDM120LDM120AM13ANI11ANM11AI14OLDOLDLDM120Q03AI13LDM107ANI11LDM120OLDANM11Q02AM20LDM103OLDLDM120LDM120ANM11ANI11AM12AI20OLDOLDLDM120Q07ANI11LDM110AI12LDM120OLDANM11Q01AM17LDM102OLDLDM120LDM120ANM11ANI11AM15AI17OLDOLDLDM120Q06ANI11LDM03AI17AM05ANM11LDI03AM14AI05OLDOLDLDM120Q00第5章组态设计及调试51上位机软件设计概述一个好的监控系统需要完善的上位机，上位机是连接计算机与操作工人之间的桥梁，可以非常方便的去实现操作工人与计算机之间的数据交换来提升系统在工作时候的准确率以及让操作工人有更高的效率去工作10。工业控制上经常使用的上位机是组态软件，它操作简单，准确性高，操作灵活，方便操作人员的在线编程，可以监控系统工作的全过程。在之前都是有程序员编程，然后手动输入人机界面，操作费事，繁琐，工作效率低下，组态软件的出现彻底的解决了这一问题，自从通用组态的出现后人们就可根据自己的需要构建出合适的上位机11。本系统即采用KINGVIEW组态软件。组态王的开发是我们国内亚控公司开发的一款中文版的组态控制软件，掌握它很快速，且操作简便，运行的界面视觉感官比较好，对于开发人员来讲，命令语言语法加单，各种设备驱动也比较齐全，控制方式简便，能够实现对大多数工控设备的驱动开发支持。一般情况下，组态王组态软件的开发都要先建一个新的工程，然后在工程中建立合适的画面，在画面中添加合适的元器件，在建立和PLC所对应的实时数据库，然后将实时数据和画面上面的元件相关联，编写成功命令语言后，按下右上角的运行按钮，此时系统就可以开始仿真运行状态12。52组态软件的设计步骤选择WINDOWSXP系统作为组态王的软件安装、操控的平台，这样就很完全的表现并使用了WINDOWS人机交互界面得比较好的特点。它使用PC（个人计算机）机开发的系统工程，比一般的专业机更具有通用型，而且PC机还拥有超级多的软件资源。大、小钻头钻床控制系统上位机监控与下位机控制具体关系如图51所示。图51组态环境、运行环境及实时数据的关系53设计监控画面在组态平台上，创建“大、小钻头钻床系统”用户窗口，打开新建的画面，在画面上放置一个文本框，输入“大、小钻头钻床控制系统”；在画面中知道工具箱，在工具箱中选取圆角矩形，放置在界面的左侧；在选择多边形绘制一个三角形，放置在圆角矩形的下面，此时就组成一个钻头的外形；小钻头也是这样建立；在工具箱中选择圆形，放置一个文本框显示旋转的角度；为了实现的对大、小钻头钻床的手动和自动操作，在界面的有半部分放置相应的额按钮，并输入响应的文字标注，以防止误操作13。整体画面建立如图52所示。图52组态全貌图54定义数据变量在组态王的设备向导一栏中，提供了串口类通信设备包括PLC，智能模块以及智能仪表等，他们一般都会遵守RS232，RS485，RS422等通信协议。而插卡类通信设备主要包括板卡类、网卡和特殊通信卡等。本文拟采用的通讯方式具体说明如下（1）硬件连接MPI通讯卡方式一般也是用电缆将计算机直接与PLC相连。具体使用规则是首先将CP5611卡（根据需求）插入计算机接口，再用西门子自己提供的专用的转换接头PLC的编程口，以实现硬件之间的连接。（2）组态王对应驱动第一，在安装组态王的PC机上面一定要安装STEP7的编程软件，随后就能够在组态王的设备中指定西门子S7200PPI进行通讯。建立PLC的外部设备驱动，选用通用串口设备，在子菜单的下面创建S7200PLC的选项14。如图53所示。图53PLC设备驱动实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据之间的不同变量是搭建成实时数据库的最基础的单元，定义实时的数据库也是定义数据变量的重要的过程。在工程浏览器的工具树中选用数据词典，在右方的区域内点击新建，就弹出了新建对话框，如图54所示。在这对话框里面我们能够选PLC设备、PLC的内存点以及输入输出点的不同的类型。通过学习，数据词典是联机PLC和上位机组态王的渠道，通过数据变量可以把组态王上面的数据传导给PLC，PLC也可以把当前的钻床的存取情况传给组态王显示出来，以方便人们监控钻床的运行15。在现场设备的使用当中，外部设备主要是通过I/O通信电缆以及组态王来进行通信的，所以这些设备就定义为I/O离散变量；在上位机组态王上面钻床的运动和显示与否是有计算机内存变量来实现，这里选择内存变量。组态王软件中的I/O参数对应着自动钻床的输入以及输出，把PLC程序中己经定义完成的自动钻床I/O变量和上位机组态王里定义的变量进行连接，确认元件的数据的来源，随后编写变量表如图54所示。图54定义数据变量55变量动画连接因为图形搭建的图形的界面是完全不能运行的，就需要我们对这些图形进行编写语言实现动画的设计，用比较真实的去描述外界的状态的变化，来实现过程实施监控的任务要求。对大钻头执行双击点开动画连接对话框，在垂直运动框里面选择本站点垂直运行变量，选择向下100对应数值100，点击确定ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND。钻头运行动画如图55所示。在工具箱里面选1个圆角矩形，双击打开动画连接，选择加紧动作有效的时候显示该红色模块，外部的模块不显示，达到加紧的效果。夹紧动作的效果设置如图56所示。由于涉及到组态王界面上面大、小钻头上升和下降的动画，所以需要对变量垂直运行和垂直运行1进行动作命令语言编写。命令语言的效果以及它的设置如图57所示。图55钻头上下运行动画图56夹紧动作的设置图57命令语言的编写命令语言IF本站点垂直运行0本站点SQ21IF本站点垂直运行10本站点SQ41IF本站点大钻上动作本站点垂直运行本站点垂直运行10本站点SQ10IF本站点垂直运行0本站点SQ21IF本站点小钻上动作本站点垂直运行1本站点垂直运行110本站点SQ30IF本站点垂直运行10本站点SQ41IF本站点大钻下动作本站点垂直运行本站点垂直运行10本站点SQ20IF本站点垂直运行100本站点SQ11IF本站点小钻下动作本站点垂直运行1本站点垂直运行110本站点SQ40IF本站点垂直运行1100本站点SQ31IF本站点旋转动作本站点旋转本站点旋转10IF本站点旋转120|本站点旋转240|本站点旋转360本站点SQ51IF本站点旋转360本站点旋转0本站点SQ6056运行调试现将PLC的程序下载到西门子PLC的设备里面，按下按钮关掉编程软件，打开组态王，点击打开组态王的VIEW选项，进入到运行状态，此时画面是处于不运行的静止的状态，旋转的角度为0度，那么初始状态就如图58所示。图58初始状态按下按钮I00、I13、I15，大、小钻头开始运行指令。如图59所示。图59大、小钻头开始下降到达限位SQ1、SQ2，钻头停止钻孔工作。如图510所示。图510大、小钻头钻孔按下按钮I12、I14，钻头执行上行指令。如图511所示。图511大、小钻头开始上升到达限位SQ3、SQ4，也就是按下按钮I04和I05。钻头到达原来位置停止上行。如图512所示。图512大、小钻头回到初始位置按下按钮I20，工件旋转120度。开始钻第二对孔。如图513所示。图513工件旋转到120再次旋转120度。开始钻第三对孔。如图514所示。图514工件旋转到240结论过去的那一些相比较来说传统的机床是采用继电器逻辑控制的方式来进行控制的，控制系统不仅电气线路相对很是复杂，触点也是不少，灵活性能更是差劲，若想用相同的一台机床去加工任务所要求不同的零件，我们也因此不得不扭转变动硬件的接线，长时间如此后，故障率不仅愈来愈高，故障的排除也变的非常的不容易，对于公司及企业的正常生产销售更是会造成影响。但是若我们换一种思路采用PLC去作为机床的控制器的话，就可以抛弃过去那些老旧机床的控制线路，很大程度会降低机床的故障的一再发生，这样也会提升机床的自动化水平以及工厂生产的效率，从而带来更多的利益。我的这篇论文是用大、小大、小钻头钻床为例子，详细的阐述了电气控制系统的设计流程，包括对于机床的结构的介绍、工艺流程的介绍、硬件电路的设计、软件的设计，使其能够自动循环加工不同要求的工件，拔高了机床的自动化的水平。整个的课题的设计过程主要是包括硬件的设计、软件的设计、组态的设计和实现组态王及PLC之间的通讯功能。主要的任务是调试成功大、小钻头钻床系统的正常的工作及监控画面的实时监控。我通过整机联调从而验证了系统的可实行性，完全适应设计的要求。硬件的部分是使用西门子S7200系列的PLC，软件部分采用的是STEP7编程软件编制下位机的控制方面程序实现功能，上位机的监控系统应用组态王655工控组态软件进行监控。此次的设计也有不足之处是需要继续改进的。当今之社会发展之迅猛，各种产品设备的换代时间，各种技术的运用时间都变得越来越少，当然自动化方面也不例外。在一些特殊的场所、以及环境下，人有时候无法胜任工作或者该工作可能对人的身体有健康影响的情况下，就会运用到自动化方面的技术。这就让大家对控制自动化的目标较高，PLC技术正是在这种大环境的影响下快速的崛起。因其自身的各种优点，比如说操作简便，交换信息迅速，价钱越来越便宜，产品的可靠性高等，占领了市场的很大交易额。该设计很好地达到了控制需要的各方面要求，可以很好得完成大、小钻头钻床PLC控制的功能，仿真验证能够稳定可靠地工作。虽说需要的控制要求已经全部达到了，但是还是有许多可以提升的空间，使该系统的变得更加的可靠与智能化。这次设计让我认识到了光学习课本上的知识是远远不够的，更多的知识以及技能本领需要靠在生活中多动手在实践中去检验获得。比如说书本上的知识告诉我们PLC的结构及指令系统以及传感器的使用方法等等，但是这些都是支离破碎的仅仅局限于课本的不能实际地运用到生产生活中。总的来说这次的设计为我打开了一扇大门，一个有书本到应用，一个理论到实践的大门。这对我来说不仅仅是我的一次毕业设计，更是一种人生做事的一种态度与永恒的真理。我们不能仅仅纸上谈兵。我们要的是实践。做毕业设计的时候是痛苦与纠结的，但是当完成它的那一刻又是充满了成就感，因为这些都是自己的辛勤劳动与汗水付出的，这些是自己对自己的大学学业的一个总结一个肯定。谢辞一眨眼之间大学就要结束了。还记得刚来学校的时候带着对大学的好奇以及一颗忐忑的心情走进校园。在这里我遇到了脾性相投的同学，也有爱好类似的好友，以及引领我们走上专业道路和孜孜不倦教诲的老师们。有了你们的陪伴我两年的生活不再孤单，有了你们的教导我的大学不再迷惘。这里不单单是汲取知识的港湾，这里也是人生一个起点。这里教会了我们知识，这里教会了我们如何去运用知识，这里教会了我们如何去运用知识到实践中去。在这条路上，我们不但学到了知识，更多的是学到了一种如何运用知识的方法。不再仅仅局限于纸上谈兵，我们有了与现实相结合的体验与机会。还记得弱电实习，还记得PLC实验，还记得社会实践，还记得有着数不清的回忆，伴随着心酸苦辣。在这里我要再一次的感谢我的老师，没有你们不厌其烦的学术上的指引，没有你们课后时间认真的解答，哪里会有我们今天的毕业论文，哪里会有一个个的对工作，对未来生活充满信心的新兴工作者去走上那一个个陌生的岗位。哪怕他们的这也是多么的微不足道，但这也不妨碍他们成为一个对未来充满信心的积极健康、乐观向上的、充满正能量感的人。我更要感谢韩老师对我的指导及每次有问必答的细心解答与帮助。大学的两年不再孤单，大学的两年里过得异常的充实和快乐。还有参加答辩的老师，我知道论文里肯定还有不少不够确切与清楚的地方，希望你们能够加以指导。谢谢参考文献1严盈富触摸屏与PLC入门北京人民邮电出版社,20062欧金成,欧世乐,林德杰等组态软件的现状与发展工业控制计算机,20023ROCKWELLAUTOMATIONCMPLXBR001AZHWWWROCKWELLAUTOMATIONCOMCN24丁树模主编机械工程学北京机械工业出版社5吴中俊等编著可编程序控制器原理及应用北京机械工业出版社,20046肖军,孟令军编著可编程序控制器原理及应用北京清华大学出版社,20087廖常初PLC编程及应用北京机械工业出版社,20028西门子公司SIMATICS7200可编程控制器系统手册,20009贺哲荣,曾龙飞编著流行可编程序控制器梯形图识图入门北京机械工业出版社,201010KEVINCOLLINS,PROGRAMMINGFORINDUSTRIALAUTOMATION,EXPOSUREPUBLISHINGFEBRUARYPLC5,200711胡晓朋电气控制及PLC北京机械工业出版社,200612王亚民组态软件设计与开发西安西安电子科技大学出版社,200313薛迎成,何坚强工控机及组态控制技术原理与应用北京中国电力出版社,200714马国华监控组态软件及其应用北京清华大学出版社,200115严盈富,罗海平,吴海勤监控组态软件与PLC入门北京人民邮电出版社,200616曾庆波,孙华,周卫宏监控组态软件及其应用技术哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,200517JOHNRHACKWORTH,FREDERICKDHACKWORTH,PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERSPROGRAMMINGMETHODSANDAPPLICATIONS,PRENTICEHALLAPRIL21,200318MICHELGILLESPROGRAMMABELOGICCONTROLLERSARCHITECTUREANDAPPLICATIONWILEY,199019CHEDEDALMULLACONTROLOFAFOURLEVELELEVATORSYSTEMUSINGAPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERINTERNATIONALJOURNALOFELECTRICALENGINEERINGEDUCATION,200320GLBATTENPROGRAMMABECONTROLLERSHARDWARESOFTWAREANDAPPLICATIONNEWYORKMCGRAWHILL,1994外文资料翻译DISCUSSIONANDDEVELOPMENTOFPLCPROGRAMMABLECONTROLLERISTHEFIRSTINTHELATE1960SINTHEUNITEDSTATES,THENCALLEDPLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERISUSEDTOREPLACERELAYSFORTHEIMPLEMENTATIONOFTHELOGICALJUDGMENT,TIMING,SEQUENCENUMBER,ANDOTHERCONTROLFUNCTIONSTHECONCEPTISPRESENTEDPLCGENERALMOTORSCORPORATIONPLCANDTHEBASICDESIGNISTHECOMPUTERFUNCTIONALIMPROVEMENTS,FLEXIBLE,GENERICANDOTHERADVANTAGESANDRELAYCONTROLSYSTEMSIMPLEANDEASYTOOPERATE,SUCHASTHEADVANTAGESOFCHEAPPRICESCOMBINEDCONTROLLERHARDWAREISSTANDARDANDOVERALLACCORDINGTOTHEPRACTICALAPPLICATIONOFTARGETSOFTWAREINORDERTOCONTROLTHECONTENTOFTHEUSERPROCEDURESMEMORYCONTROLLER,THECONTROLLERANDCONNECTINGTHEACCUSEDCONVENIENTTARGETINTHEMID1970S,THEPLCHASBEENWIDELYUSEDASACENTRALPROCESSINGUNITMICROPROCESSOR,IMPORTEXPORTMODULEANDTHEEXTERNALCIRCUITSAREUSED,LARGESCALEINTEGRATEDCIRCUITSEVENWHENTHEPLCISNOLONGERTHEONLYLOGICALICJUDGMENTFUNCTIONSALSOHAVEDATAPROCESSING,PIDCONDITIONINGANDDATACOMMUNICATIONSFUNCTIONSINTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSIONIECSTANDARDSPROMULGATEDPROGRAMMABLECONTROLLERFORPROGRAMMABLECONTROLLERDRAFTMADETHEFOLLOWINGDEFINITIONPROGRAMMABLECONTROLLERISADIGITALELECTRONICCOMPUTERSOPERATINGSYSTEM,SPECIFICALLYFORAPPL