【正文】 院 系： 信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0801 學生姓名： 指導教師： 邢杰 論文提交日期： 2020 年 6 月 21 日 論文答辯日 期： 2020 年 6 月 26 日 摘要 目前可編程控制器（ PLC）廣泛應用于數(shù)控機床等工業(yè)的控制中，主要是因為使用 PLC 來代替繼電器控制完成邏輯控制，使數(shù)控機床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，相應速度和可靠性大大提高。 由于該設備采用變速箱有級調(diào)速，刀具的進給系統(tǒng)不能適應加工螺紋等復雜表面輪廓的工件。 給出系統(tǒng)的硬件電氣原理圖及系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)框圖，應用編好的程序進行調(diào)試，調(diào)試 結(jié)果表明：應用 PLC 和變頻調(diào)速技術，可以實現(xiàn)對普通 4M 立式車床改造的工藝要求。 個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）?？删幊炭刂破髟谖覈陌l(fā)展與應用已有 30 多年的歷史，它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于 鋼鐵、石油、化工、電力、 建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術能力的 重要設備和強大支柱。 PLC 應用通?？煞譃槲宸N類型：順序控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、沈陽化工大學學士學位論文 第 一 章 緒論 2 數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 ⑶ 大型機 大型 PLC I/O 總點數(shù)在 2048 點以上，用戶程序存儲容量在 16KB 以上。模塊插在模塊插座上， 然后焊在機架的總線連接板上， 機架 也通常 稱為基板。 目前國內(nèi)常用的主要是三菱 FX 系列小型機和西門子 S7300、 S7400 中大型機沈陽化工大學學士學位論文 第 一 章 緒論 3 等。 PLC 仍然處于不斷的發(fā)展之中，其功能不斷增強，更為開放，它不但是單機自動化中應用最廣的控制設備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 3.易于掌握 能 8.豐富的擴展模塊 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。 沈陽化 工大學學士學位論文 第二章 方案論證 4 第二章 方案論證 普通機床數(shù)控改造的意義 高速、精密、復合、 智 能和綠色是數(shù)控機床技術發(fā)展的總趨勢 ，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得非常好的成績，主要表現(xiàn)在： 減少投資額、交貨期短 同購置新機床相比，一般可以節(jié)省 60%80%的費用，改造費用低。 提高生產(chǎn)效率 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 35 倍。可編程控制器及其有關設備的設計原則是它應該易于與工業(yè)控制 聯(lián)成一個整體且具有擴展功能。它借助于軟件來實現(xiàn)重復的控制， 由于 軟件本身具有修改性，所以 PLC 具有靈活性。 PLC 的控制系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的繼電器控制接線和拆線的麻煩。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性 。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備 。主軸和刀具的運動速度分別由主軸箱和進給箱通過齒輪傳動，進行手動設定。為了最大限度地利用機床的原有資源，進隊機床進給系統(tǒng)驅(qū)動方式進行了數(shù)字化改造。 采用高靈敏度的感應式接近開關和自制 的葉輪旋轉(zhuǎn)探頭，組成的速度 傳感器，實時檢測主軸（旋轉(zhuǎn)工作臺）的轉(zhuǎn)速，以計數(shù)脈沖的形式送入可編程控制器（ PLC），并由 PLC 通過控制算法得到符合工藝要求的絲杠旋轉(zhuǎn)速度。 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 8 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成 系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成由以下 5 個部分組成： 電源：包括三相變壓器和直流開關電源。 三相交流同步伺服電動機：選用日本松下公司的同步伺服電動機，功率為 ，額定電壓為 200V，額定電流為 。 控制信號及數(shù)據(jù)采集：包括主軸轉(zhuǎn)速非接觸式速度傳感器和用于位置控制及 刀具上下左右 4 個行程的控制信號傳感器。 人機界面：包括文本顯示器 TD200、手動控制鍵盤、數(shù)字顯示儀表、信號燈及報警電鈴。 信號燈及電鈴：用于指示機床工作狀態(tài)及故障報警。逆變器由大功率開關晶體管整列組成電子 開關，將直流電轉(zhuǎn)化為不同頻率、寬度、復讀的方波。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 基于調(diào)速方 便、節(jié)能、運行可靠的優(yōu)點，變頻調(diào)速器已逐漸替代傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速及調(diào)壓調(diào)速方式。 變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。 伺服 電機 介紹 作為數(shù)控機床的重要控制功能部件，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。 伺服系統(tǒng)是使物 體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。 伺服主要靠 脈沖 來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到 1 個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1 個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電沈陽化工大學學士學位論文 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 11 機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同 時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位 ， 直流伺服電機分為有刷和無刷電機?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相 方式 靈活，可以方波換相或正弦波換相。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應式多種。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)由中央處理器（ CPU） ， 存儲器，輸入、輸出接口，電源，擴展接口，通信接口，編沈陽化工大學學士學位論文 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 12 程工具，智能 I/O 接口，智能單元等組成。 3．輸入、輸出接口 輸入、輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。對于小型整體式可編程控制器內(nèi)部有一個開關穩(wěn)壓電源，此電源一方面可為 CPU、 I/O 單元及擴展單元提供直流 5V 工作電源，另一方面可為外部輸入元件提供 24V 電源。 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 13 7．智能 I/O 接口 為了滿足工業(yè)上更加復雜的控制需要， PLC 配有多種智能 I/O 接口，通過智能I/O 接口，用戶可方便的構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種控制功能。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往是先將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符（指令表）后才能輸入。 10．其他部件 PLC 還可配有盒式磁帶機、 EPROM 寫入器、存儲卡等其他外部設備。這里說的存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量，用戶程序存儲器容量決定了 PLC 可以容納的用戶程序的長短，一般以字節(jié)為單位來計算。因此， I/O 點數(shù)是衡量 PLC 性能的重要指標之一。大部分 PLC 用 I/O 擴展單元進行 I/O 點數(shù)的擴展，有的 PLC 可以使用各種功能模塊進行功能的擴展。 可編程控制器的軟件組成 可編程控制器的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將 PLC 的 編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。 可編程控制器的程序結(jié)構(gòu) 廣義上的 PLC 程序由三個部分構(gòu)成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。 Step7micro/win 將可編程控制器的編程、操作員界面、運動控制、程序調(diào)試、故障診斷和處理、通訊等集成為一體。編程一般采 用梯形圖形式。 PLC 的輸入信號直接驅(qū)動伺服元件的繼電器和指示燈，用于實現(xiàn)刀具的正確運動，并以相應的指示燈光只等機床當前的運行狀態(tài)。確定之后進行下個步驟，對故障中斷信息進行設置，以便后面的子程序執(zhí)行故障中斷程序，之后根據(jù)需要對主軸的轉(zhuǎn)速計數(shù)器進行設置，使其復位。返回后判斷是否需要左移，判定結(jié)果為 N，然后判斷是 否需要下降，判定結(jié)果為 N，然后判斷是否需要右移，判定結(jié)果為 N。 沈陽化工大學學士學位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 20 圖 系統(tǒng) 主程序框圖 系統(tǒng)的子程序包括：左移子程序、下降子程序、右移子程序和上升子程序。如果判定結(jié)果為 N，則繼續(xù)進行左移，直到判定結(jié)果為 Y 為止，這時候，還刀具還需要繼續(xù)往前進 K 個進刀量，因為此時刀具只是到達了工件的表面，沒有達到切削的要求，所以還得依據(jù)加工的需要繼續(xù)往前進 K 個進刀量。如果判定結(jié)果為 Y，則發(fā)出停止下降沈陽化工大學學士學位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 21 指令，然后系統(tǒng)返回。如果判定 結(jié)果為 N，則繼續(xù)進行右移，直到判定結(jié)果為Y 為止，這時退刀過程完成。如果沒有到達則判定結(jié)果為 N，繼續(xù)上升直到為 Y 為止。之后發(fā)出停車指令，使系統(tǒng)停機，讓加工工件的主軸電機停止工作，同時發(fā)出聲光報警，通知技術人員來維修。關中斷之后下個步驟就是讀取主軸轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)器，然后計算主軸的轉(zhuǎn)速，計算主軸的轉(zhuǎn)速后要根據(jù)工藝參數(shù)計算伺服電機轉(zhuǎn)速，下個步驟是啟動 D/A 模塊，然后再開中斷。沈陽化工大學學士學位論文 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試 24 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試 調(diào)試是整個設計最重要的階段，因為 在調(diào)試過程中能發(fā)現(xiàn)設計中的問題，解決問題并改進方案才能更好的完成設計。這樣 可以省去后面大量的時間 ，而且還能避免不必要的麻煩。修改的原因可能是發(fā)現(xiàn)了原來編程時的錯誤，或者是 PLC 運行時發(fā)生了電源中斷，有些狀態(tài)數(shù)據(jù)會丟失 。 最后 PLC 系統(tǒng)調(diào)試好之后， 順利的進行了試車。他教會我的一些學習方法和處理問題技巧使我受益終身，在此表