加工中心刀库捷径方向选择控制

电气控制课程设计

专业：自动化

班级：动1502

*名：***

学号：*********

指导教师：***

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2018 年7月6日

加工中心刀库捷径方向选择控制

1 设计目的

本次PLC课程设计，强调实际应用技能训练，要求我们能够自主地设计一个综合系统，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。其主要目的是将所学的基础知识运用到实际中，让我们能够灵活运用所学的知识。在本次课程设计中，用到的软件有step7(Simatic Manager)和它的仿真软件（S7-300PLCSIM），通过仿真来验证程序的正确性，可行性和可靠性。

2 课程设计的基本内容

2.1 设计内容

数控加工中心的刀库由步进电机或直流电机控制，回转式刀库加工中心刀库工作台上面设有8把刀具，分别在1，2，……，8个刀位，每个刀位设有霍尔开关一个。刀库由小型直流减速电机带动低速旋转，转动时，刀盘上的磁钢检测刀位信号，反映当前刀号的位置，同时换刀指示灯亮，反映当前的旋转方向。

2.2 设计要求

开机时，刀盘置于1号检测刀位，到位指示灯亮，此时操作者可以任意选择刀号。比如，现在选择3号刀位，程序判别最短路径，是正转还是反转，那这时，刀盘应该正转到3号刀位，到位后，到位信号灯亮，此时，表明已完成选刀。同理，如选择6、7、8号刀，情况相反。

3设计基本步骤

3.1 问题分析及解决方案

刀库捷径方向选择的原则是采用最近的方向选择，即选择时都要向距离换刀位置<180°的方向旋转，以减少换刀时间，提高加工中心的工作效率和经济效益。

按照设计要求，初始状态下PLC记录1号检测刀位，当刀位选择信号输送给PLC时，PLC记录该请求刀号，然后PLC通过控制继电器-接触器来控制电机，使其按照距请求刀号<180°方向旋转，同时旋转指示灯亮。在刀具旋转过程中，请求选择的刀位与当前检测到的刀位一致时，电机停转，到位指示灯亮，换刀结束。

在该设计中，输入设备是开关量，所以输入模块选择为直流数字量输入模块，电压等级为24V；输出设备指示灯和电机都是由直流供电的，所以输出模块选择

为直流数字量输出模块，电压等级为24V。

3.2 PLC选型及硬件配置

电源模块：PS 307 10A，占用1号槽。CPU模块：CPU315-2PN/DP，占用2号槽。数字量输入模块：DI16×DC24V，占用4号槽。数字量输出模块：DO16×DC24V/0.5A，占用5号槽。因为没有接口模块，将3号槽空置。

3.3 分配I/O口地址表

PLC的I/O地址分配表如表1所示。

表1 I/O地址分配表

3.4 硬件PLC外部电路接线图

PLC外部接线图如图1所示。

图1 PLC外部接线图

3.5主电路接线图

加工中心刀库捷径方向选择控制系统的主电路如图2所示。

图2 主电路

3.6控制流程图

控制流程图见附录1。

3.7梯形图程序设计

基于S7-300 PLC的加工中心刀库捷径方向选择控制系统的梯形图见附录2。

3.8系统运行调试及仿真

编写完梯形图程序之后，单击STEP7的SIMATIC管理器选项中的模块仿真，打开S7-PLCSIM仿真窗口，对程序进行仿真PLC调试。接通仿真PLC电源，令仿真PLC处于STOP状态下，将块对象下载到仿真PLC中，然后将方式开关置于RUN状态下，运行程序。

（1）初始状态：开机时，刀盘应置于1号检测刀位，到位指示灯亮，如图3所示，此时可以进行选刀。

（2）电机正转选刀实例：若选择刀位为3号，电机正转，正转指示灯亮，如图4所示。当检测刀位与3号选择刀位匹配时，电机停转，到位指示灯亮，如图5所示，此时选刀结束。

（3）电机反转选刀实例：若选择刀位为6号，电机反转，反转指示灯亮，如图6所示。当检测刀位与6号选择刀位匹配时，电机停转，到位指示灯亮，如图7所示，此时选刀结束。

图3 初始状态下的仿真图

图4 电机正转选刀时的仿真图

图5 电机正转选刀结束时的仿真图

图6 电机反转选刀时的仿真图

图7 电机反转选刀结束时的仿真图

4心得体会

通过本次课程设计使我对《电气控制与PLC应用项目教程》这门课程有了进一步的认识并且在一定程度上开阔了自己的思维。将书本上的理论知识和软件的实际使用结合起来，更好的巩固了书本上的理论知识。同时通过理论知识，对step7软件的学习起到了促进和推动的作用。

本设计利用PLC实现了加工中心刀库捷径方向自动选择的控制，通过合理的软件设计、仿真和程序调试，实现了它们的可靠运行。对于梯形图的编程，经历了由手稿到软件编程，再到仿真验证的过程。在设计的过程中，熟悉了更多PLC 的功能，很大程度提高了自己的动手实践能力，并学到了许多解决实际问题的宝贵经验，让自己对于知识的了解不再局限于理论，同时对控制设计产生了更大的兴趣。

参考文献

[1] 顾桂梅,王庆贤.电气控制与PLC应用项目教程[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] 张万忠.电器与PLC控制技术[M].北京:化学工业出版社,2003.

[3] 廖长初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京: 机械工业出版社,2005.

[4] 华满香,刘小春.电气控制与PLC应用[M].北京:人民邮电出版社,2009.

附录1 1.1控制流程图

控制流程图如下图所示。

附录2

2.1系统的梯形图程序

基于S7-300 PLC的加工中心刀库捷径方向选择控制梯形图程序如下所示。