基于西门子s7-200的加工中心控制系统设计

基于西门子s7-200的加工中心控制系统设计内容摘要：

失真与偏差。 目前数控机床的主轴转速和进给速度都非常高 ，而机床的定位精度也越来越高，因此提高位置精度的增益、实现系统的前馈控制、提高系统的分辨率以及在电动机与闭馈元件上采取措施等，都是有效的解决方法。 为了适应复杂的多轴联动加工以及车铣复合、铣车复合加工，系统必须增强预处理能力，必须不断开发高档的插补功能，以满足不断提出的复杂曲面的加工要求。 数控系统的发展具体表现在硬件的不断变革，操作系统的更新也十分迅速，软盘驱动器与显示器的分辨率亦同步提高，系统的可靠性更有较大延长。 随着网络通信功能的不断增强，加工中心的应用范围将更加广泛。 加工中心的主要构成要素首推刀库与 机械手。 小型或无机械手的立式加工中心刀库，大多采用斗笠式，而高速钻削中心的刀库则大多采用转塔式了。 相比之下卧式加工中心的链式刀库就变化很多，德国的 B+w公司的刀库容量相当大，其矩阵式大容量刀库可扩容至数百把刀； 日本丰田工机 FH系列的刀库也按照矩阵排列最多可设置 326把刀。 而德国巨 39。 ， fl： Chiton的篮式刀库和德国恒轮的内藏式刀库均按照自己机床特点而设计。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） 4 加工中心的高转速、高速进给是随着电主轴、直线电动机等功能部件的开发而发展的，虽然研发的历史只有 10多年，但电动机的结构也 在不断改进，故性能也不断提‘ 高，所以机床的高速发展总是越来越快 [3]。 从上世纪 80年代开始，北京机床研究所等单位开发了立式加工中心，并形成了商品。 上世纪 90年代初，北京机床所引进美国 TK公司立式加工中心技术、北京机电研究院引进美国辛辛那提公司马刀立式加工中心技术等和自行开发，基本掌握了加工中心的设计和制造技术，为今后加工中心的生产和应用打下了扎实基础。 到上世纪 90年代末，国内的加工中心生产数量仍然很少，每年仅 300台左右。 2020年前后，一批海外跨国机床集团看好我国市场，开始在中国建立生产加工中心的独资或合资企业，实现了本地制造和本 地销售 [4]。 步入 21世纪，汽车及其零部件、通用机械、航空航天、模具等各行业对加工中心的需求大幅上升，国产加工中心择优选择国内外数控系统、功能部件等配套件，加快了产业化步伐，质量大幅度提高，性价比具有优势，逐步得到了国内用户的肯定和认可。 同时，企业加大了产品开发研究的资金投入，一批国内急需长期依赖进口的高档加工中心，如高速加工中心、五轴加工中心等取得了突破，有的已进入批量生产。 课题设计的目的 传统的加工中心 是用许多传统继电器控制的 ， 由于这种控制复杂而且不可靠，而可编程控制器具有操作简单、可靠性 高，使用方便等优点，所以设计 PLC控制 的加工中心系统具有很大的意义。 这样可以大大提高加工中心的工作效率，而且在加工中心 运转过程中可以很好的维护、维修。 工作人员可以很 方便的操作加工中心 ，真正的做到自动化应用于工业生产。 这样对国家经济发展有很大提高。 课题的主要任务 本文设计的是基于 西门子 S7200的 加工中心 控制 系统 ，首先要做的是 PLC选型，然后根据选用的 S7200设计 I/O接口分配。 对 加工中心控制系统 的 工作过程做详细的了解，再根据它的控制方式和控制要求设计出控制系统 的控制主电路和控武汉工程大学本科毕业设计（论文） 5 制电路。 对上面 的都处理完成以后，要做的就是根据 I/O接口还有电路图写出 PLC的编程程序。 写完的程序用 STEP7软件检测程序有没有错误，没有错误就可以检查控制是否正确，确定无误后这个设计的主要工作就完成了。 武汉工程大学本科毕业设计（论文） 6 第二章 PLC系统组成及工作原理 什么是 PLC PLC 即可编程控制器（ Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC做了如下定义： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程 .PLC 是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 PLC。 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 [5] 国际电工委员会 (IEC)在其标准中将 PLC 定义为 : 可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序 ，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 [6] 武汉工程大学本科毕业设计（论文） 7 PLC 的发展 可编程序控制器（ PLC）以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域，成为先进的、应用势头最强的工业控制器，并风靡全球。 PLC 控制技术是电气控制技术中的一朵奇葩。 经过 30 多年的发展， PLC 已形成了完整的工业控制器产品系列，其功能从初期的主要 用于替代继电 接触器控制的简单功能，发展到目前的具有接近于计算机的强有力的软硬件功能。 PLC 源于替代继电 接触器控制，它于传统的电气控制技术有着密不可分的联系。 因而，要学习 PLC 控制技术，必须先了解传统的电气控制技术。 随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域中得到越来越广泛的应用。 可编程序控制器（ PLC）的应用是电气控制技术发生了根本的变化。 PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。 PLC 以其可靠性高、灵活性强、使用方便 的优越性，迅速占领了工业控制领域。 从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统（ FMS），从集中控制系统到大型集散控制系统， PLC 均充当着重要的角色，并展现出了强劲的态势。 PLC 作为先进的、应用势头最强的工业控制器风靡全球。 PLC 技术、 CAD/CAM 技术和工业机器人成为现代工业控制的三大支柱。 PLC 用于包括逻辑运算、数值运算、数据传送、过程控制、位置控制、高数计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。 [7] PLC 的体系结构 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。 如图 21 所示： 武汉工程大学本科毕业设计（论文） 8 图 21 PLC硬件的基本结构 中央处理单元（ CPU） 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，接受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，并能检查用户程序的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的的状态和数据，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术运算等任务。 并将逻辑或算术运算等结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕以后，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，直到停止运行为止。 存储器 与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。 才能构成一台完整的PLC。 PLC 的软件分为两部分 : 系统软件和应用软件。 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为应用程序存储器。 PLC 存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可寻址存储空间编程器 中 央 处 理 电 元 （ CPU） 输入电路 输出电路 系 统 程 序 存 储 区 用 户 程 序 存 储 区 武汉工程大学本科。