仿真加工实验装置控制单元的设计与开发毕业设计

仿真加工实验装置控制单元的设计与开发毕业设计内容摘要：

，可靠性高 灵活性和柔韧性 有种类齐全的扩展单元，扩展灵活，灵活性好 差 控制的实时性 微 处理器控制，实时性好 机械动作时间常熟大，实时性差 占有空间与安装 体积小，重量轻，安装工作量小 体积大，笨重。 安装工作量大 复杂控制能力 很强 极差 使用寿命 长 短 价格 较高 低 维护 简单 复杂 从以上几个方面的比较可知， PLC 在性能上比继电器控制系统优异，特别是可靠性高。 与计算机控制系统的比较 20 世纪 60 年代，计算机技术开始应用与工控领域，但其在很多方面远远不如PLC 的功能强大，两者之间比较见表 12 表 22 PLC 与计算机控制系统的比较 比较名称 PLC 计算机 控制系统 编程语言 助记符语句表、梯形图等 汇编语言、高级语言 工作方式 扫描方式 中断方式 工作环境 可在较差的环境下工作 要求很高 对使用者的要求 语言易学 需进行专门的培训才可掌握 系统软件 功能专用，占用存储空间小 功能强大，占用存储空间很大 可靠性 工业级，有很多种特殊设计，包括监视计时器功能 商业级要求 价格 较低 高 应用领域 工业控制 办公、管理、科学计算等 与集散控制系统的比较 集散控制系统又称为分散控制系统，它是专门为工业过程控制设计的过程控制装置，其与 PLC 比较见表 13。 表 23 PLC 与集散控制系统的比较 比较名称 PLC 集散控制系统 工作方式 扫描方式 按用户的程序指令工作包含中断方式 采样速度 每个采样点的采样速度相同 根据被检测对象的特征决定 存储器容量 大多采用逻辑运算，所需的存储器容量小 大多采用大量的数学运算，所需的存储器容量较大 应用场合 开关量的逻辑控制 连续量的模拟控制 运算速度 开关量的速度较高 模拟量的速度较低 设计方法 根据现场环境并按照安装在控制室而设计 根据现场工作环境要求设计 PLC 是以微处理器为基础，综合了 计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用工业自动控制装置。 它是一种具有很强的抗干扰能力、高可靠性、高性价比且编程简单的控制设备。 因此，我们在设计加工单元的时候选用 PLC 作为控制元件。 由于市面上的 PLC 种类繁多，经比较发现 S7200 的 PLC 是一款经济型的设备，其结构简单紧凑，易于扩展，不仅价格低廉，而且功能强大，可靠性高，运行速度快，具有很高的性价比，同时考虑到单元本身的问题，因此决定选用西门子 S7200224 型号的 PLC。 传感器的选取 传感器的选择详见表 24 设备符号 设备名称 设备用途 生产厂家 型号 B1 光电式传感器 判断 1 号工位有无工件 上海霄云电子有限公司 E3FDS10C1 B2 电感式传感器 判断工作台是否转动到位 上海霄云电子有限公司 E3FDS10C1 1B1 磁感应式接地开关 判断钻孔气缸是否在上端位置 SMC DZ73 1B2 磁感应式接地开关 判断钻孔气缸是否在下端位置 SMC DZ73 2B1 磁感应式接地开关 判断检测气缸是否在上端位置 SMC DC73 2B2 磁感应式接地开关 判断检测气缸是否在下端位置 SMC DC73 3B1 磁感应式接地开关 判断夹紧气缸是否在上端位置 SMC DC73 3B2 磁感应式接地开关 判断夹紧气缸是否在下端位置 SMC DC73 气动控制回路 气动控制系统是该工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑功能是PLC 实现的。 气动控制回路的工作原理如图 25 所示。 1B11B2 2B22B1 3B2 3B11Y1 2Y1 3Y1ozA1 A2A3图 45 加工单元气动控制回路工作原理图 图中 A1 为钻孔气缸， 1B1 和 1B2 为安装在钻孔气缸的两个极限位置的磁感应式接近开关，用他们发出的开关量信号可 以判断气缸的两个极限工作位置； A2 为检测气缸， A3 为夹紧气缸， OZ 为气源处理组件。 HMI（人机操作界面）设计 HMI 设备功能 HMI 设备的作用是提供自动化设备操作人员与自控系统（ PLC 系统）之间的交互界面接口。 使用 HMI 设备，可以实现一下功能： （ 1）在 HMI 上显示当前的控制状态、过程变量，包括数字量（开关量）和数值等数据。 （ 2）显示警报信息。 （ 3）通过硬件或可视化图形按钮输入数字量、数值等控制参数。 （ 4）使用 HMI 的内置功能对 PLC 内部进行简单的监控、设置等。 加工单元的 HMI 加工单元的 HMI 设计如图 46 所示 开始 复位 特殊 手/自 单/联 停止 急停上电图 26 加工单元的 HMI 第三章 加工单元程序开发和调试 编程软件简介 STEP 7 基本功能 STEP 7 是作为 S7200 系列 PLC 的专用编程软件，功能强大，且可以实现全中文程序编辑操作。 STEP 7 是在 Window 平台上编辑用户应用程序，它主要完成下列任务。 （ 1）在离线方式下（计算机不直接与 PLC 联系）可以实现对程序的创建、编辑、编译和系统组态。 由于 没有联机，所有的程序都存储在计算机的存储器中。 （ 2）用在线（联机）方式下通过联机通信的方式上传和下载用户程序及组态数据，编辑和修改用户程序。 可以直接对 PLC 进行各种操作。 （ 3）在编辑程序过程中进行语法检查。 为避免用户在编辑过程中出现的一些语法错误以及数据类型错误，软件会进行语法检查。 使用梯形图编辑时，在出现错误的地方会自动加红色波浪线。 使用语句表编程时，在出现错误的语句行钱自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。 （ 4） 提供对用户程序进行文档管理、加密处理等工具功能。 （ 5）设置 PLC 的工作方式和运 行参数，进行监控和强制操作等。 软件界面及其功能介绍 启动 STEP 7 编程软件中文界面如图 51 所示 图 31 STEP 7 中文界面 2 界面功能 STEP 7 编程软件的中文界面一般分为菜单条、工具条、浏览条、输出窗口、状态栏、编辑窗口、局部变量表和指令树等几 个区域，这里分别对这几块区域进行介绍。 （ 1）菜单条 文件：如新建、打开、关闭、保存文件、上传或下载用户程序，打印预览，页面设置等操作。 编辑：程序编辑工具。 可进行复制、剪切、粘贴程序块和数据块以及查找、替换、插入、删除等操作。 PLC：用于选择 PLC 的类型，改变 PLC 的工作方式，查看 PLC 的信息，进行 PLC 通信设置等功能。 窗口：可以打开一个或者多个窗口，并进行窗口之间的切换，设置窗口的排放方式等。 （ 2）工具条 工具条的功能是提供简单的鼠标操作，将最常用的操作以按钮的形式安放在工具条中。 （ 3）浏览条 通过选择【查看】 /【浏览条】命令打开浏览条。 浏览条的功能是在编辑过程中进行窗口的快速切换。 各种窗口的快速切换是由浏览器中的按钮控制的，单击任何一个按钮，即可将主窗口切换到该按钮对应的编程窗口。 （ 4）输出窗口 该窗口用来显示程序编译的结果信息，如个程序块（主程序、中断程序或子程序）的大小、编译结果有无错误、错误编码和位置等。 （ 5）状态栏 状态栏也称任务栏，与一般的任务栏功能相同。 （ 6）编辑窗口 编辑窗口分为 3 部分：编辑器、网络注释和程序注释。 编辑器主要用于梯形图、语句表或功能图编写用户程序，或在 联机的状态下从 PLC 下载用户程序进行读程序或。