C650普通车床电气控制系统设计说明-书

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（4）功能完善

PLC 的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。因此PLC 具有极强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要。

1.1.4可编程控制器PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、

汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 （5）数据处理

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现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.2 西门子S7-200 的简单介绍

本设计以西门子公司的

S7-200 系统小型PLC 为主要讲述的。S7-200 以其极高

的性能价格比，在国内占有很大的市场份额。S7-200 适用于各种各业的检测、监测及控制的自动化，无论独立运行或连成网络，都能实现复杂的控制功能。

1.2.1 CPU22X 型的选择

S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。

（1）CPU 221

本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 （2）CPU 222

本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 （3）CPU 224

本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。 （4）CPU 224XP

本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O

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点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。 （5）CPU 226

本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

1.2.2 元件的介绍 （1）基本位操作指令

CPU运行扫描到触点符号时，到触点位地址指定的存储器位访问，该位数据状态为1 时，触点为动态，即“合触点闭合，动合触点断开”；数据状态为0 时，触点为常态，即“动合触断开，动断触点闭合”。当逻辑运算结果为1 时，能量流可以到达线圈，使线圈通电，CPU 将线圈位地址指定的存储器位置1；当逻辑运算结果为0 时，线圈不通电，存储器位置置0。 （2）边沿触发指令

边沿触发是指用边沿触发信号产生一个机器周期的扫描脉冲，通常用作脉冲整形。边沿触令分为正跳变触发（上升沿）和负跳变触发（下降沿）两大类。正跳变触发指输入脉冲的上升沿使触点闭合（ON）一个扫描周期。负跳变触发指输入脉冲的下降沿使触点闭合（ON）一个扫描周期。 （3）通电延时定时器指令

使能端（IN）输入有效时，定时器开始计时，当前值从0 开始递增，大于或等于预置值（PT）时，定时器输出状态位置1（输出触点有效），当前值的最大值为32767。使能端无效（断开）时，定时器复位（当前值清零，输出状态位置0）。 （4）增计数器指令

增计数器指令在CU 端输入脉冲上升沿，计数器的当前值增1 计数。当前值大于或等于预置值（PV）时，计数器状态位置1。当前值累加的最大值为32767。复位输

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入（R）有效时，计数器状态复位（置0），当前计数值清零。

1.3 C650卧式车床简述

卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床，主要用来加工各种回转表面、

螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。

卧式车床通常由一台电动机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等通常采用单独的电动机驱动。不同型号的卧式车床，其主电动机的工作要求不同，因而其具有不同的控制线路。

C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3000mm。

C650卧式车床主要由床身、主轴、刀架、溜板箱和尾架等部分组成。该机床有两种主要运动;一种是安装在床身主轴箱中主轴转动，称为主运动；另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动，称为进给运动。刀具安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给运动，主轴的转动与溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需要停车时不易立即停止转动，因此必须有停车制动的功能，较好的停车制动是采用电气制动的方法。为了加攻螺纹等工件，主轴需要正、反转，主轴的转速应随工件的材料、尺寸、工艺要求及刀具的种类不同而变化，所以要求在相当宽的范围内可进行速度调节。在加工过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助的工作时间，而要求带动刀架移动的溜板能够快速移动。

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