内容发布更新时间 : 2024/5/12 8:59:19星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

河南工业职业技术学院毕业论文

摘 要

电子与信息技术的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式机床进行技术改造，取得了良好的效果。

镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件(如一些箱体零件)，属于精密机床。镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。

论文车镗专机的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相关规定和输入输出的总点数，选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器。分配了PLC的I／O地址，设计出PLC的外接线图。介绍了PLC常见的编程方法，设计了车镗专机PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高，设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。通过STEP7-Micro/WIN32软件进行程序仿真，在此基础上，进行了现场安装、调试。针对系统调试、安装以及运行过程中出现的问题，进行了分析，提出了解决办法和注意的事项。从硬件和软件两个方面采取措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。

关键词：可编程控制器；梯形图；镗床；改造；调试

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绪 论

目前我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是年龄在10年以上的旧机床。这些旧机床能耗高、效率低，用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等问题。从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。随着我国加入WTO后，越来越明显的迹象表明，大陆正在成为为“世界工厂”，我国的制造业面临着极大的机遇与挑战，不具有先进加工手段的企业是不可能在今后的激烈市场竞争中生存下来的。

基于这个原因本设计对应用最为广泛的车镗专机进行研究，其控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。针对这种情况，用PLC实现机床的智能化改造，重新设计电气控制系统，提高机床系统的稳定性和加工精度。

1．1 可编程控制器的由来、特点、性能等情况

随着国家经济的发展，企业实力的加强，国内很多企业为了加强自身的经济效益和市场竞争力，相继进行了适合本企业特点的改造和结构升级，在众多的升级改造中使用最多的就是可编程控制器。可编程控制器是一种为工业机械控制所设专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。

目前，我国机械制造业存在大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，可以应用微电子技术改造这些已有通用设备，比如用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度，用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。

随着可编程控制器技术的发展，传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表

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所代替，对于日益复杂的控制功能，传统控制柜显得无能为力，而可编程控制器具有可编程序的特点，运行时可以根据要求，选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法，可以简化线路，使控制设备的性能价格比不断提高。

从广义上来说，可编程控制器也是一种计算机控制系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统的组成十分相似，也具有中央处理单元(CPU)、存储器、输入／输出 (I／O)接口、电源等。可编程控制器的发展分为三个阶段：第一阶段(七十年代中期)为实用化发展阶段；第二阶段(七十年代末期)为成熟阶段；第三阶段(九十年代)为加速发展阶段。在这一时期，各大公司进一步完善原有产品，不断开发出新的产品系列，并加强联网功能以构成分布式控制系统。在软件方面，可编程控制器不断向上端发展意与计算机兼容。因此，凭借其优异的控制性能和快捷的柔性系统构成，使PLC成为当今增长速度最快的工业自动化控制设备。其主要特点如下：

1)可靠性高、抗干扰能力强。高可靠性是PLC最突出的特点之一，其平均无故障时间可达几十万小时。

2)编程简单易学。PLC编程大多采用类似与继电器控制电路的梯形图。

3)设计、安装容易、调试周期短，维护简单。PLC已实现了产品的系列化、标准化、通用化。设计者可在规格繁多、品种齐全的PLC中选用性能价格比高的产品。 4)模块品种丰富、通用性好、功能强大。除了单元式小型PLC外，多数采用模块式结构，并形成大、中、小系列产品。

5)体积小、能耗低。

1．2可编程控制器控制与传统的继电器控制的比较

1)控制方式。继电器控制是采用硬件接线实现的，即利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑。它只能完成既定的逻辑控制，连线多而复杂，且体积大，功耗大，一旦设计制造完成后，再想更改十分困难。此外继电器触点数目有限，其灵活性和扩展性也很差。而PLC采用存储逻辑，通过改变程序很容易改变控制逻辑。

2)控制速度。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现控制，其动作频率低，一般在几十毫秒，此外机械触点还会出现抖动现象。而PLC动作则在微秒级，内部还有严格的同步，不会出现抖动。

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3)延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作来实现延时。

但是，时间继电器定时精度不高，易受环境温度和湿度的影响，而PLC用半导体集成电路作定时器，精度高，且受环境影响小。

4)其它控制方式。继电器控制系统一般只能进行开关量的逻辑控制，且没有记数功能。PLC除了能进行开关量的逻辑控制外，还能对模拟量进行控制，而且便于实现多种复杂控制。

5)设计与施工。用继电器实现一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行周期长，且修改困难工程大。而PLC则可同时进行，十分方便。

6)可靠性与可维护性。继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线多。触点的开闭会受到电弧的损坏，还有机械的磨损，寿命短，可靠性和可维护性都差。而PLC则极其容易。

1.3可编程控制器发展的趋势：

1)大型网络化。即今后的PLC具有DCS系统功能。

2)模块种类多样化。为了适应各种特殊功能要求，各种功能模块将层出不穷。 3)高可靠性。一些特定的环境和条件要求自动化系统有很高的可靠性，因此自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中得到广泛的应用。

4)良好的兼容性。由于世界经济、技术的一体化，因此PLC也朝满足国际标准化的程度和水平发展。

5)小型化、低成本。。小型PLC的基本特点是价格低，便于机电一体化。

6)编程语言的高级化。除了梯形图、语句表、流程图外，一些PLC还增加了BASIC，C等编程语言。

1.4数控机床的概况

从企业面临的情况来看：一方面企业原有的机床老化，不能发挥其应有效用，造成现有资产的浪费，另一方面企业又急需先进的加工设备来武装自己。如何对待这些不能发挥效用或不能完全发挥效用的设备，使它们焕发新的生命力，不仅仅是企业自身的问题，更关系到我国国民经济的可持续性发展。基于当代控制技术的数字化、网络化的发展方向，对这些机床进行再设计和再制造，既节约资源，减少投资，又可以提高企业的

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装备水平。随着科学技术的发展，旧有设备或技术的淘汰，如何利用现有的资会，有效的进行企业的技术改造是一个带有普遍性意义的问题。现在文献上大量介绍机床的数控化改造，可以肯定，数控化机床在性能上比普通机床好，但相对而言，机床的数控化改造成本较高，改造周期长，而且原来的机床要满足一定的要求才能进行数控化改造。有关资料表明，到2002年底，我国总共拥有机床约400万台，目前拥有的旧机床数控化率不到4％，其余的都是普通机床，这么大量的旧普通机床要全部改造成数控机床显然是不可能的。而且，对于一些单位，他们并不需要数控机床，只要普通机床就可以满足生产制造的需求。机床的PLC改造成本低、周期短，改造后电气控制系统的可靠性、稳定性以及机床的功能都可以得到极大的提高，同时具备了很好的可扩展性(其中包括今后的数控化改造)，是提高我国机床自动化程度的一个极好的解决方案。

80年代的镗床。镗床采用的是继电器控制系统，经过20多年的使用，大部分机床的控制系统的元件老化，而且所以故障率居高不下，严重影响生产进度及生产质量，直接影响厂内效益、信誉及市场占有率，从而造成不可估量的损失。就其存在的问题分析如下：

1)因长年使用产生了以下问题：原来的继电器控制回路接线复杂容易出故障；继电器长期使用后常出现接头氧化、接触不良和线圈烧损等现象，经常发生故障，可靠性很差。

2)时间继电器老化不稳定，时间参数需经常校正调整，机床电子元器件市场上缺乏相应的配件。

3)维修费用高因故障率高，备件使用周期缩短，维修时的配件消耗增大，增加了维修开支。

4)总体控制系统老化导致加工精度的降低。

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