【正文】 ，會擠碎部分玻璃珠。與這些問題密切相關(guān)的就是水鉆加工設(shè)備的控制系統(tǒng)的先進性以及精確度。因此改變水鉆加工設(shè)備的控制方式和系統(tǒng)以及提高磨削機的加工精度才能從根本上解決效率低、產(chǎn)品質(zhì)量提不上來的問題。本文就是采用PLC來作為水鉆磨拋一體機的磨削機的控制系統(tǒng)，以達到提高精度和效率的要求。本次課題設(shè)計任務(wù)是：基于PLC的全自動水鉆磨拋一體機的磨削機控制器設(shè)計，通過查閱大量與該課題密切相關(guān)的中外文資料以及國內(nèi)外已有的水鉆加工機械設(shè)備資料，從中獲得材料，采用PLC來實現(xiàn)對磨削機的控制，簡單適用，具有一定的通用性，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，符合經(jīng)濟性，達到技術(shù)要求。該課題任務(wù)具體內(nèi)容如下：
①全自動水鉆磨拋一體機采用PLC控制,四軸同時循環(huán)工作，高精自動檢測定位,集研磨與拋光于一體一次完成,從而達到高效率高精度低能耗。
②要求熟悉PLC的設(shè)計思想和設(shè)計語言。
③要求對機電系統(tǒng)有較全面的了解。
④設(shè)計主要內(nèi)容：
1)總體方案設(shè)計，完成PLC控制器、I/O板及其他主要部件的選型；
2)設(shè)計水鉆磨拋一體機的高精度自動定位檢測系統(tǒng)；
3)設(shè)計系統(tǒng)的人機界面； 4)編寫控制器的控制程序。⑤該全自動水鉆磨拋一體機的磨削機需具有以下四點技術(shù)指標：1)保證定位檢測系統(tǒng)精確性；2)，使加工產(chǎn)品合格率提高到百分之九十以上；3)生產(chǎn)規(guī)格要求：可根據(jù)用戶的使用需求進行不同規(guī)格的水鉆加工；4)整個控制器必須運行可靠。本課題為機床電氣設(shè)計，在設(shè)計之前，先要弄清該設(shè)備其他系統(tǒng)對該控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，然后通過技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇性能價格比最佳的傳動方案和控制方案，最后計算設(shè)計出簡單合理、工作可靠的電氣控制方案及PLC梯形圖等進行模擬試驗。本課題的重點研究內(nèi)容有以下五項： ①對水鉆磨拋的工藝過程進行全面了解，并熟悉水鉆加工的工藝參數(shù)，明確各加工動作順序以及具體的控制對象和控制量，為基于PLC實現(xiàn)高自動化程度的磨削機控制系統(tǒng)做好準備。②磨削機控制器系統(tǒng)總體方案設(shè)計。③磨削機控制器系統(tǒng)的硬件選型，主要是PLC、I/O板等關(guān)鍵部件的選型。④控制器系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要是基于PLC的控制程序流程圖設(shè)計和核心功能模塊的梯形圖設(shè)計。⑤設(shè)計控制系統(tǒng)的人機界面。①第一章：簡單介紹國內(nèi)外水鉆加工技術(shù)的現(xiàn)狀以及遇到的問題并且提出研究該課題的意義和內(nèi)容； ②第二章：簡單介紹了可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟以及永宏公司的FBs系列PLC的相關(guān)參數(shù)。③第三章：首先簡述了水鉆加工工藝過程，然后進行了磨削機控制器主控制器的選型分析，重點論述了該課題的總體設(shè)計方案。④第四章：給出了該課題的硬件設(shè)計方案，包括PLC主機的選型以及I/O模塊型號的確定。 ④第五章：確定了PLC的I/O分配以及PLC硬件接線圖，設(shè)計出了主程序流程圖，重點給出了部分功能的梯形圖。⑤第六章：簡單論述了人機界面設(shè)計的原則以及給出了該課題的人機界面設(shè)計結(jié)果；⑥第七章：對整篇論文進行了簡單總結(jié)以及對本課題的。4重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2可編程控制器簡介2可編程控制器簡介可編程控制器是在繼電器控制技術(shù)以及計算機控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的以微處理器為核心，并且將自動控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制設(shè)備。早期的可編程控制器在功能上只是用來實現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡稱PLC。目前，PLC已經(jīng)基本代替了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備之一[1,2]。 PLC控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的，硬件是指PLC本身及其外圍設(shè)備，軟件是指PLC的應(yīng)用程序和系統(tǒng)軟件[1]。 PLC實際上是一種工業(yè)控制微型計算機，因此它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，它的主體是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入\輸出模塊、電源、各種智能模塊以及外圍設(shè)備組成[10,11]。 PLC的硬件組成① CPUCPU是PLC的控制中樞，它主要由控制器、寄存器、運算器以及實現(xiàn)它們之間通信的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線組成。其中，控制器控制并且指揮PLC的工作，由控制器讀取并執(zhí)行指令，運算器的功能是進行邏輯運算和算數(shù)運算，寄存器的功能是參與運算并且存儲運算的中間結(jié)果[3]。② 存儲器PLC系統(tǒng)中的存儲器主要用于存儲程序以及數(shù)據(jù)，它一般包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩類。系統(tǒng)存儲器是用來存放由PLC制造廠家編寫的PLC自身的系統(tǒng)程序，并且固化在ROM內(nèi)，用戶不能訪問和修改。系統(tǒng)程序相當于PLC的操作系統(tǒng)，它決定了PLC的性能，同時，它使PLC具有一些基本的智能功能，能夠完成PLC設(shè)計者設(shè)計的各項動作。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、標準程序模塊、用戶指令解釋程序、系統(tǒng)監(jiān)視程序和系統(tǒng)調(diào)用以及各種系統(tǒng)參數(shù)等[12,13]。用戶存儲器由用戶程序存儲器、功能存儲器以及參數(shù)區(qū)組成。用戶程序存儲器是用來存放用戶針對具體的控制對象而用規(guī)定的PLC編程語言編寫的用戶程序。用戶功能存儲器是用來存放用戶程序中使用的數(shù)值數(shù)據(jù)、ON/OFF狀態(tài)等，它組成了PLC的各種內(nèi)部器件，也被稱為“軟件元件”。參數(shù)區(qū)主要存放CPU組態(tài)數(shù)據(jù)[10]。③ 輸入/輸出模塊（I/O模塊）PLC的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)系是通過輸入/輸出模塊實現(xiàn)的。PLC通過輸入模塊把控制現(xiàn)場的信息、狀態(tài)讀入主機，通過輸出模塊把由用戶程序的運算與決策所得的運算結(jié)果輸出給執(zhí)行機構(gòu)。I/O模塊一般包括：數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸出模塊四種模塊[8]。④ 電源PLC的電源部件將外部的交流電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲器等元件所需的直流穩(wěn)壓電源，它直接影響到PLC的一切功能以及可靠性。大多數(shù)PLC采用的是開關(guān)穩(wěn)壓電源，其具有抗干擾能力強以及工作穩(wěn)定性好的優(yōu)點。⑤ 編程器編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等功能，它由顯示部分、鍵盤部分以及通信部分三個部分組成。編程器的工作狀態(tài)主要有兩種：一種是編程工作狀態(tài)；另一種是監(jiān)控工作狀態(tài)。編程器包括專用編程器和PC程序開發(fā)系統(tǒng)兩大類。專用編程器又可分為簡易編程器和圖形編程器。PC程序開發(fā)系統(tǒng)包括編程軟件、數(shù)據(jù)采集和分析軟件、實時操作員接口軟件以及仿真軟件等[8,9]。PLC的軟件主要包括系統(tǒng)軟件和用戶程序。① 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件由PLC制造廠家固化在機內(nèi)并用于控制PLC的運行。系統(tǒng)軟件主要包括三部分：用戶指令解釋程序、系統(tǒng)管理程序、標準程序模塊及系統(tǒng)調(diào)用[1]。② 用戶程序用戶程序也即應(yīng)用程序，是針對某些具體的控制對象所編制的程序。程序既可以由編程器方便的送入到PLC內(nèi)部的存儲器中，也能方便的通過編程器讀出、檢查與修改。 PLC在本質(zhì)上是一臺工業(yè)微型計算機，其工作原理與普通計算機相似。作為一種特殊的計算機控制系統(tǒng)，PLC是利用計算機技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)中的“繼電器控制系統(tǒng)”進行“硬件軟化”的結(jié)果[1]。PLC采用了與一般計算機不同的循環(huán)掃描運行方式。CPU是逐條地掃描用戶程序，如果其中一個線圈被接通或者被斷開，該線圈所控制的所有觸點并不會立即動作，必須等到PLC的CPU掃描到該觸點時才會動作。因此，PLC控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一種存儲程序控制系統(tǒng)。 PLC控制系統(tǒng) PLC執(zhí)行用戶的程序并不只是執(zhí)行一次，而是PLC從第一條指令開始順序執(zhí)行，直到程序結(jié)束后然后又跳轉(zhuǎn)到第一條指令，CPU反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC處于停機或者停止狀態(tài)。這種順序掃描的工作方式具有程序設(shè)計簡單、可靠性高以及結(jié)構(gòu)簡單直觀等優(yōu)點。PLC的掃描工作主要分為三個階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段以及程序刷新階段[7]。① 輸入采樣在此階段，PLC以掃描的方式順序讀入所有的輸入端子的信號狀態(tài)（1或者0），并將這些讀入的信號狀態(tài)存入內(nèi)存中所對應(yīng)的輸入映像寄存器。輸入采樣結(jié)束后緊接著會進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與外界是隔離的，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器所存儲的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能被讀入信息。② 程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖的程序的掃描原則，按照先左后右、先上后下的順序，逐句掃描并執(zhí)行程序。如果遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，就根據(jù)判斷跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。如果用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)，PLC會從輸入映像寄存器中讀出上一階段所采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對應(yīng)映像寄存器的當前狀態(tài)，再根據(jù)用戶的程序進行邏輯運算，并且將運算結(jié)果存入有關(guān)器件寄存器中，對每個器件而言，器件的映像寄存器中所寄存的數(shù)據(jù)，會隨著程序執(zhí)行過程而發(fā)生變化。③ 程序刷新在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)（即輸出繼電器的狀態(tài)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器鎖存起來并且驅(qū)動輸出線圈，以形成PLC的實際輸出。在一個周期執(zhí)行完后，地址計數(shù)器會自動恢復(fù)到初始值，并重復(fù)執(zhí)行由以上三個階段構(gòu)成的工作周期。 PLC的掃描工作過程 。① 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析系統(tǒng)的控制要求；② 根據(jù)控制要求確定所需要的I/O設(shè)備以及確定PLC的輸入輸出點數(shù)；③ 根據(jù)I/O點數(shù)、控制要求等選擇PLC以及相應(yīng)模塊；④ 分配PLC的輸入/輸出點，設(shè)計I/O接線圖；⑤ PLC程序設(shè)計，并且也可以同時進行控制面板的設(shè)計然后進行聯(lián)機調(diào)試。 PLC系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟永宏FATEK FBS系列PLC是一種外型小巧卻具有中大型PLC很多功能的新一代微型PLC，其通訊端口最多能達到5個，最大I/O為數(shù)字量輸入(Digital Input，簡稱 DI)256點，數(shù)字量輸出(Digital Output，簡稱DO)256點，數(shù)值輸入(Numeric Input，簡稱NI)64個字符，數(shù)值輸出(Numeric Output簡稱NO)64個字符。FBS主機有 MA(經(jīng)濟型)、MC(高功能型)及MN(高速NC型)等三大類，點數(shù)由10點到60點共計17種機型；擴展模塊則有DI/DO14種機型，N