【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計高速軸承疲勞測試臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計摘 要本論文以大學(xué)電磁驅(qū)動與控制研究所高速軸承實驗器的設(shè)計為工程背景，通過對高速軸承進(jìn)行疲勞測試的技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)的分析后，并以此實際工程為設(shè)計依據(jù)，給出了高速軸承疲勞測試臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)包括三個部分：下位機(jī)部分、網(wǎng)絡(luò)通信部分、上位機(jī)部分。下位機(jī)部分是以西門子S7200PLC為控制器的控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速控制、加載力控制、溫度控制三大部分。網(wǎng)絡(luò)通信部分包括以S7200PLC為從站經(jīng)由EM277模塊與工控機(jī)的ProfibusDP總線通信。上位機(jī)部分包括工控機(jī)和人機(jī)界面（HMI），工控機(jī)的主要作用是給定PLC速度譜、載荷譜、溫度譜。HMI的主要作用是現(xiàn)場實時顯示轉(zhuǎn)速、加載力、溫度及各類報警信號。該設(shè)計系統(tǒng)主要從實際工程應(yīng)用的角度出發(fā)，利用PLC技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)等對高速軸承進(jìn)行在線監(jiān)測，由高速軸承設(shè)計人員利用檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速軸承疲勞診斷，以提高高速軸承的質(zhì)量可靠性。關(guān)鍵詞：高速軸承，S7200PLC，現(xiàn)場總線，監(jiān)控系統(tǒng)Abstract The engineering background is highspeed bearings experiment39。s design of the electromagnetic drive and control research institute of Harbin Institute of Technology of this paper. Detailed analysis of the technical requirements for highspeed bearings monitoring system and the actual project design, given the highspeed bearing fatigue testing and monitoring system design of the monitoring system includes three parts: the lower machine part, the network munication part, the upper machine part. The lower machine part is based on Siemens S7200PLC as the controller control system, including speed control, loading force control, temperature control three parts. The network munication part includes the S7200PLC munication with the Industrial Personal Computer (IPC) via ProfibusDP bus from the station via the EM277 module. The upper machine part includes the IPC and humanmachine interface (HMI), the main role of the IPC is given PLC velocity spectrum, loading force spectrum, temperature spectrum and various of alarm signals.The design system starting from the point of view of practical engineering applications, the use of PLC technology, fieldbus technology, sensor detection technology for highspeed bearings testing and monitoring system for online monitoring, detection data for highspeed bearing fatigue diagnosis by highspeed bearing designer in order to improve highspeed bearings39。 quality and reliability.Key words: highspeed bearings, S7200PLC, fieldbus, monitoring system目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 IIIContents V第1章 緒論 1 論文的工程背景 1 PLC概述及其基本結(jié)構(gòu) 2 PLC簡介 2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 3 典型現(xiàn)場總線簡介 5 基金會現(xiàn)場總線 5 LonWorks 6 HART 6 CAN 6 Profibus 7 本文的研究內(nèi)容 10第2章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案 11 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求 11 監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成 12 PLC和HMI的選型 13 S7200CPU和拓展模塊 13 PLC的型號選擇 16 Smart Line精彩系列面板 17 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計方案 18 PLC與工控機(jī)通信的設(shè)計方案 18 PLC與HMI的通信設(shè)計方案 20 網(wǎng)絡(luò)通信硬件 21第3章 監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計 22 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 22 主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的設(shè)計 23 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 23 VACON變頻器接口電路 24 倍頻及驅(qū)動電路的設(shè)計 25 加載力控制的設(shè)計 26 加載力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 26 加載力控制電路的設(shè)計 27 潤滑油溫度控制的設(shè)計 30 循環(huán)油溫度控制系統(tǒng) 30 潤滑油溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 31 潤滑油溫度控制電路的設(shè)計 31 本章小結(jié) 33第4章 監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計 35 PLC的軟件設(shè)計 35 STEP 7MicroWIN軟件 35 PLC的軟件編程 36 工控機(jī)的軟件設(shè)計 39 設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件 39 工控機(jī)的畫面組態(tài) 40 HMI的畫面組態(tài) 42結(jié) 論 44致 謝 45參考文獻(xiàn) 46附錄1 監(jiān)控系統(tǒng)主電路圖 48附錄2 主要設(shè)備清單 49附錄3 PLC+HMI+EM277連接實物圖 50ContentsABSTRACT IABSTRACT IICONTENTS IIICONTENTS VCHAPTER 1 PERFACE 1 Engineering background of the paper 1 Overview of PLC and its basic structure 2 PLC Introduction 2 The basic structure of the PLC 3 Profile of typical fieldbus 5 Foudation Fieldbus 5 LonWorks 6 HART 6 CAN 6 Profibus 7 The contents of this paper 10CHAPTER 2 DESIGN PLAN OF THE MONITORING SYSTEM 11 Requirements of the monitoring system 11 Components of the monitoring system 12 Selection of PLC and HMI 13 S7200CPU and expansion modules 13 PLC model selection 16 Smart Line panel 17 The network munications design plan of monitoring system 18 PLC and IPC munication design plan 18 PLC and HMI munication design plan 20 Hardware of network munications 21CHAPTER 3 THE DESIGN OF HARDWARE SECTION OF MONITORING SYSTEM 22 PLC control system structure 22 Main spindle motor speed control design 23 The speed ??control system structure 23 VACON frequency interface circuit 24 Frequency doubling and drive circuit design 25 The design of loading force control 26 The structure of loading force control system 26 The design of loading force control circuit 27 The design of the lube oil temperature control 30 Circulating oil temperature control system 30 The structure of the lube oil temperature control system 31 The design of lube oil temperature control circuit 31 Chapter Summary 33CHAPTER 4 MONITORING SYSTEM SOFTWARE SECTION OF THE DESIGN 35 PLC software design 35 The STEP 7MicroWIN software 35 PLC software programming 36 IPC software design 39 Generic Station Description 39 IPC screen configuration 40 HMI screen configuration 42CONCLUSIONS 44THANKS 45REFERENCES 46APPENDIX 1 MAIN CIRCUIT OF THE MONITORING SYSTEM 48APPENDIX 2 MAIN EQUIPMENTS LIST 49APPENDIX 3 PICTURE OF PLC +HMI+EM277 50第1章 緒論傳統(tǒng)的判斷軸承是否疲勞的方法往往是經(jīng)驗法，例如判斷軸承表面是否有裂紋等。然而高速軸承因為其技術(shù)含量非常高，已經(jīng)不能使用經(jīng)驗法來判斷，常見的是使用金屬探傷儀檢查高速軸承是否有“傷口”。本論文的設(shè)計目的就是讓高速軸承在各種給定的極限條件或常規(guī)條件下運行，由高速軸承設(shè)計人員結(jié)合實驗中的各種檢測到的數(shù)判斷高速軸承是否疲勞和軸承的質(zhì)量可靠性。 論文的工程背景隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，高速軸承的應(yīng)用越來越廣泛，但目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家對高速軸承疲勞壽命的檢測卻還沿用普通軸承疲勞壽命檢測系統(tǒng)。因此，迫切的需要開發(fā)出一套專適用于高速軸承疲勞壽命檢測的監(jiān)控系統(tǒng)。高速軸承主要應(yīng)用于航空高速電機(jī)主軸和高速加工技術(shù)中的高速電機(jī)。高速加工技術(shù)是繼數(shù)控加工技術(shù)之后，給機(jī)械制造業(yè)帶來革命性變化的又一項先進(jìn)技術(shù)，而高速軸承是高速加工機(jī)床中的高速電機(jī)的核心功能部件。由于高速軸承性能的好壞在很大程度上決定了整臺機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率，因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分關(guān)注高速軸承的研究與發(fā)展，紛紛投入巨資組建精良的加工和測試設(shè)備，建立恒溫、潔凈的裝配環(huán)境，形成了不少高速軸承的專業(yè)生產(chǎn)基地[1]。 軸承檢測技術(shù)很大程度上決定軸承制造加工技術(shù)的發(fā)展程度。軸承檢測主要包括：軸承轉(zhuǎn)動速度、軸承溫度、徑/軸向壓力等。對這些參數(shù)的檢測手段在國內(nèi)軸承行業(yè)大多數(shù)采用的是儀表作業(yè)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種檢測手段己經(jīng)越來越不能滿足企業(yè)的要求，而采用計算機(jī)檢測技術(shù)，則能使以上各種參數(shù)一次性的檢測到，并傳送到計算機(jī)（或微處理器）進(jìn)行計算和處理。本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)電磁驅(qū)動與控制研究所研制的高速軸承實驗器為設(shè)計背景。結(jié)合大學(xué)期間所學(xué)的PLC技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)等知識從理論上設(shè)計一臺充分運用現(xiàn)代科