【正文】 目 錄第一章 緒論 1課題研究背景 1第二章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng) 3 3 3 3 5 PLC技術(shù) 6 6 7 7第三章 PLC編程技術(shù) 8 8 8 9 10 10 21 21第四章 PLC接口與通信技術(shù) 22 22 22 24 PLC與控制系統(tǒng)通信 32 34 34總 結(jié) 35致 謝 36參考文獻(xiàn) 37附 錄 38第一章 緒論課題研究背景由于機(jī)床一般都具有較長(zhǎng)的使用時(shí)間，在上個(gè)世紀(jì)70、80年代制造的普通機(jī)床都采用的是接觸器繼電器控制，到目前有很大一部分還在使用，該系統(tǒng)具有體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難，由于是由觸點(diǎn)控制，在控制復(fù)雜時(shí)可靠性降低。在如今的加工環(huán)境中已經(jīng)越來越不適應(yīng)精確，高效率的要求?？删幊绦蚩刂破?PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC是一種用于自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式，PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。機(jī)床采用了PLC控制，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。另外可方便地增加或改變控制功能。也可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。改造后，機(jī)床兩個(gè)方向的進(jìn)給通過數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)合控制，能夠根據(jù)編程指令加工出各種外形比較復(fù)雜的工件。改造后的機(jī)床操作和原機(jī)床的操作方式基本一致，所以具有一定文化基礎(chǔ)的人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)掌握改造后數(shù)控機(jī)床的使用要領(lǐng)。 鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，普通機(jī)床的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的調(diào)速方式已由原來的齒輪箱固定檔位調(diào)速改為直接由伺服電機(jī)拖動(dòng)的無級(jí)調(diào)速。它具有體積小，調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。如果要把那些老式機(jī)床廢棄，重新購買新的數(shù)控機(jī)床，不僅花費(fèi)巨大，而且原有的老式機(jī)床也將浪費(fèi)。在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)永恒的課題。所以，對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，就有了很大的市場(chǎng)，改造機(jī)床具有投資少，交貨快，可充分利用現(xiàn)有條件和采用最新技術(shù)的特點(diǎn)。同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50%左右。 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基?？筛鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)％，％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的 必要性。目前，在我國隨著企業(yè)加速進(jìn)行現(xiàn)代化技術(shù)改造，PLC及其應(yīng)用技術(shù)越來越多的應(yīng)用到企業(yè)的設(shè)備改造和技術(shù)更新之中。近幾年在大型機(jī)床的電氣化改造中PLC技術(shù)的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展，有許多成功范例。第二章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)我國20年以前生產(chǎn)的機(jī)床電氣控制普遍采用交流接觸器和繼電器進(jìn)行控制，經(jīng)過長(zhǎng)期使用，電器元件老化，觸點(diǎn)燒損，造成設(shè)備故障頻發(fā)。在維護(hù)中由于線路接點(diǎn)多，元件更新，許多故障不能及時(shí)處理，給企業(yè)生產(chǎn)帶來諸多不便。隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)也獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，應(yīng)用PLC控制生產(chǎn)工藝過程的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域愈來愈多?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應(yīng)用已有40多年的歷史，現(xiàn)在它己經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。許多企業(yè)為了提高機(jī)床效率與精度開始對(duì)老式機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造，運(yùn)用PLC、變頻控制、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)提高機(jī)床的可靠性和精度，提高設(shè)備現(xiàn)代化技術(shù)水平，以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)帶來的挑戰(zhàn)。C5235雙柱立式車床是武漢重型機(jī)床廠70年代生產(chǎn)的大型車床，采用接觸器和繼電器回路進(jìn)行控制，主要加工大型碎礦、選礦備件。近幾年，由于線路老化、接點(diǎn)燒損，電氣故障頻繁發(fā)生，控制回路多，故障難以及時(shí)排查，加之電子元件改型，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，給維護(hù)工作帶來極大困難。經(jīng)有關(guān)討論決定對(duì)電氣線路進(jìn)行數(shù)控化改造，采用PLC摸塊作核心控制，用變頻器驅(qū)動(dòng)主電機(jī)帶動(dòng)工作盤，左右立柱電機(jī)更換步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)絲杠改用滾珠絲杠，用觸摸屏代替控制柜，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示與控制。改造后走刀量實(shí)現(xiàn)了精確控制與顯示，加工錐體不再板立柱，安裝專用掛輪系統(tǒng)，而只需輸入指令，并且通過專用軟件可與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相連接，在后續(xù)開發(fā)通過編程還可實(shí)現(xiàn)加工球面、拋物面和復(fù)雜曲面加工，軟件升級(jí)與開發(fā)都可通過編程實(shí)現(xiàn)。提高了加工效率和精度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為以后信息控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過改變電流頻率來改變電機(jī)速度，但如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓(過勵(lì)磁)，導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。電器器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWMVVVF )調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器己投入市場(chǎng)并獲得了廣泛應(yīng)用。在推出PWM磁通矢量控制的變頻器數(shù)年后，1998年末又出現(xiàn)采用DTC控制技術(shù)的變頻器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技術(shù)的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確控制，而且動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)已優(yōu)于PWM閉環(huán)控制指標(biāo)。變頻器控制方式經(jīng)歷了以下五代:1, U/fC的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式電壓空間矢量(SVPWM)控制方式矢量控制(VC)方式4直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式5,矩陣式交交控制方式控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約50多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，而要按負(fù)載的特性，以滿足使用要求為準(zhǔn)，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。轉(zhuǎn)矩控制型變頻器的選型及相關(guān)問題基于調(diào)速方便、節(jié)能、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速器已逐漸替代傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速方式。直接轉(zhuǎn)矩控制以測(cè)量電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入。該模型每隔25us產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通實(shí)際值，轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器將轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩和磁通的給定值進(jìn)行比較，以確定最佳開關(guān)位置。由此可以看出它是通過對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通的測(cè)量，即刻調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達(dá)到精確控制的目的。作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。伺服系統(tǒng)主要由三部分組成:控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和電動(dòng)機(jī)?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量:功率驅(qū)動(dòng)裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動(dòng)機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動(dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電。電動(dòng)機(jī)則按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時(shí)，對(duì)主軸也提出了相應(yīng)的位