【正文】 在此，我向他們表示由衷的感謝。 調(diào)試結(jié)果表明，進(jìn)行改造后的4M 機(jī)床能夠滿足加工要求 ，并且相比未改造的機(jī)床性能 提升了許多。 在 順利的進(jìn)行接線之后就可以開始下載程序進(jìn)行調(diào)試了， PLC 的內(nèi)部固化了 一套系統(tǒng)軟件，使得 開始 就 能夠進(jìn)行初始化工作 。次系統(tǒng)定時中斷服務(wù)的意義的在于，每5ms 進(jìn)行一次主軸轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)器的讀取、計(jì)算主軸的轉(zhuǎn)速、計(jì)算伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟動 D/A 模塊，系統(tǒng)再把這些信息反饋到文本顯示上，給工作人員參考。如果判定結(jié)果為 Y，則發(fā)出停止上升指令，然后系統(tǒng)返回。 圖 左移子程序和下降子程序框圖 下圖所示（ 見 圖 ）的是右移子程序和上升子程序框圖，先介紹右移子程序。 下圖所示（ 見 圖 ）的是左移子程序和下降子程序框圖，先介紹左移 子程序。下個步驟利用刀具位置及行程控制傳感器掃描刀具位置，并發(fā)出信號來判斷刀具是否需要左移，如果需要則進(jìn)入左移子程序，判斷結(jié) 果為 Y，完成左移子程序，并且返回到判斷是否需要輸入?yún)?shù)步驟，如果整個加工工序還沒有完成，不需要更換加工工件，則繼續(xù)掃描位置控制信號完成加工工序。 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的軟件由主程序、子程序及中斷程序組成。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 18 STEP7 編程軟件概述 Step7micro/win 是西門子公司專為其小型 PLC 而設(shè)計(jì)的編程軟件，可在WINDOWS 平臺上運(yùn)行，軟件簡單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)，可以快速進(jìn)入，節(jié)省編程時間，具有擴(kuò)展功能基于標(biāo)準(zhǔn)的 WINDOWS 軟件。系統(tǒng)程序由 PLC 制造商固化在機(jī)內(nèi)，用以控制可編程序控制器本身的運(yùn)作；用戶程序則是由使用者編輯并輸入的，用來控制外部對象的運(yùn)作。 掃描速度 掃描速度是指 PLC 執(zhí)行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)，一般以執(zhí)行1K 字所用的時間來衡量掃描速度。 可編程控制器 I/O 點(diǎn)的分配 表 系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的具體功能分配 。 8．編程工具 編程工具是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視用的設(shè)備。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變換器等傳來的模擬量輸入信號。數(shù)控機(jī)床中多用 永磁式同步電動機(jī) 。 伺服電機(jī)（ servo motor）是指在伺服系統(tǒng)中控制 機(jī)械元件 運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。有刷電機(jī)成本低 、 結(jié)構(gòu)簡單 、 啟動轉(zhuǎn)矩大 、 調(diào)速范圍寬 、 控制容易 、 需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾 、 對環(huán)境有要求。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，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)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。直接轉(zhuǎn)矩控制以測量電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。 文本顯示器 TD200：采用西門子公司提供的 TD200 文本顯示器，可以用來向 PLC輸入和設(shè)置切削加工的工藝參數(shù)，也可以顯示系統(tǒng)的運(yùn)行信息，最多可顯示 80條信息，每條信息可包含 4 個狀態(tài)變量。 變頻調(diào)速驅(qū)動器：選用日本松下公司的矢量控制的交 直 交逆變驅(qū)動器。 PLC 將絲杠旋轉(zhuǎn)速度換算成同步伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速（數(shù)字量），經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后，以模擬量的形式（ 0~10V，對應(yīng)于 0~5000r/min）輸入變頻調(diào)速驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)同步伺服電機(jī)的無極調(diào)速。由于齒輪傳動的局限性，工件的旋轉(zhuǎn)速度和刀具的切削過程的運(yùn)動速度，不可能以任意比例 設(shè)定及調(diào)節(jié)。它接口容易，編程語言易 于為工程技術(shù)人員接受。用 PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“間接網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意去改變，這種性能使 PLC 具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 PLC 產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對環(huán)境的適沈陽化 工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 方案論證 5 應(yīng)能力強(qiáng)。機(jī)械性能穩(wěn)定可靠 ， 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，不是焊接構(gòu)件，改造后機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年 。 PLC 的應(yīng)用面之廣、普及之高，是其他計(jì)算機(jī)控制設(shè)備無法比擬的。 3． 按生產(chǎn)廠家分 目前世界上 PLC 產(chǎn)品按地域分成三大流派：美國、歐洲和日本。 PLC 有以下 7 種性能特點(diǎn)： ，可靠性 高； 、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活； ，易于使用； ，擴(kuò)展能力強(qiáng)； 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便； ，維修工作量?。?、體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。國際電工委員會（ IEC）對 PLC 的定義是：可編程控制器 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 對普通的 4M立式車床的數(shù)字化改造， 使 PLC技術(shù)應(yīng)用于 4M立式車床中， 目的在于使機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的快速跟蹤及刀具的精確定位，能以工藝要求的任意比例確定切 削速度，加工螺紋等復(fù)雜輪廓表面。 立式車床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率的自 動化專用加工設(shè)備， 主要用于加工重型工件和不易在臥式車床上裝夾的工件，太重的工件在臥車不易裝夾，由于本身自重，對加工精度有影響，采用 立式車床 可以解決上述問題 。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程控制器在我國大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程控制技術(shù)，應(yīng)是廣大技術(shù)人員的努力方向 。它的體積小、價(jià)格低，小型 PLC 一般采用整體結(jié)構(gòu)。 采用西門子 S7200 PLC 的原因 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，改造后的機(jī)床較改造前的機(jī)床相比，提高了性能和機(jī)床的使用價(jià)值 。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號語言，便于工程技術(shù)人員掌握， PLC 在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其他傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號下進(jìn)行工作。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。刀架在進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動下，通過進(jìn)給變速箱、絲杠和 4 個電磁離合器，完成左（進(jìn)刀）→ 下（走刀切削）→右（退刀）→上（返回） 4 個方向的運(yùn)動（ 見 圖 ）?，F(xiàn)改為 2KW 的三相同步伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 開關(guān)電源：直流 24V，為 PLC、 D/A 模塊及數(shù)字顯示表提供直流電源。 刀具位置及行程控制傳感器：采用感應(yīng)式接近開關(guān)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。 同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使 6 個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。變頻器可以優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量。 交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。它的定子與感應(yīng)電動機(jī)一樣，都在定子上裝有對稱三相繞 組。 2．存儲器 PLC 存儲器是用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。 6．通信接口 為了 實(shí)現(xiàn)“人 — 機(jī)”或“機(jī) — 機(jī)”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。智能單元通過總線與主機(jī)相聯(lián)，通過通信方式接受主機(jī)的管理。 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)即 PLC 面板上連接輸入、輸出信號用的端子的個數(shù)，常稱為“點(diǎn)數(shù)”，用輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的和來表示。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 16 圖 系統(tǒng)硬件的電氣原理圖沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 17 第四章 系統(tǒng)的軟件 概述 PLC 的編程語言與一般計(jì)算機(jī)語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足于編寫 ，又要滿足于調(diào)試的要求。 用戶程序 用戶程序即應(yīng)用程序，是可編程控制器的使用者針對具體控制對象編制的應(yīng)用程序。 Step7micro/win 與高級語言的編程軟件類似，可在編程時建立工程文件，通過主程序調(diào)用若干子程序，與數(shù)據(jù)庫相連實(shí)現(xiàn)大型工程控制。之后需要進(jìn)行判斷是否需要重 新輸入加工工件的參數(shù)，由于之前進(jìn)行了初始化，所以沒有記憶必須進(jìn)行下個步驟，判定結(jié)果是 Y。當(dāng)工件加工完成后，如果需要換別的規(guī)格的工件進(jìn)行加工，則需要重新輸入加工工件的工藝參數(shù)，然后再進(jìn)行加工。 下降子程序同左移子程序基本相同，當(dāng)?shù)毒呤欠裥枰陆蹬卸?Y 后，進(jìn)入了這個下降子程序。 下面是上升子程序的流程，當(dāng)?shù)毒呤欠裥枰仙卸?Y 后，進(jìn)入了這個上升子程序。即在程序運(yùn)行過程中，系統(tǒng)出現(xiàn)了一個必須由 CPU 立即處理的情況，此時 ， CPU暫時中止程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理這個新的情況的過程就叫做中斷。 還應(yīng)該考慮到 靜電的隔離 ， 靜 電是無形的殺手，對 PLC 和其它任何電子器件會產(chǎn)生極大的威脅。 在 調(diào)試時進(jìn)行 修改 程序 時常被忽略的一個問題是，忘記將 PLC切換到編程模式，雖然這個錯誤不難發(fā)現(xiàn)， 但也有可能 會誤以為 PLC 發(fā)生了故障，因 而 耽誤了許多時間。特別 是 李良友同學(xué)對我的幫助，在我有疑難問題時，他都耐心給我講解。感謝各位評審老師，衷心謝謝你們對我論文提出的寶貴建議。他教會我的一些學(xué)習(xí)方法和處理問題技巧使我受益終身，在此表示衷心感謝。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(yùn)行時發(fā)生了電源中斷，有些狀態(tài)數(shù)據(jù)會丟失 。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(shè)計(jì)最重要的階段，因?yàn)?在調(diào)試過程中能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，解決問題并改進(jìn)方案才能更好的完成設(shè)計(jì)。之后發(fā)出停車指令，使系統(tǒng)停機(jī)，讓加工工件的主軸電機(jī)停止工作，同時發(fā)出聲光報(bào)警，通知技術(shù)人員來維修。如果判定 結(jié)果為 N，則繼續(xù)進(jìn)行右移，直到判定結(jié)果為Y 為止，這時退刀過程完成。如果判定結(jié)果為 N，則繼續(xù)進(jìn)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(jìn) K 個進(jìn)刀量，因?yàn)榇藭r刀具只是到達(dá)了工件的表面，沒有達(dá)到切削的要求，所以還得依據(jù)加工的需要繼續(xù)往前進(jìn) K 個進(jìn)刀量。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。 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(shí)現(xiàn)刀具的正確運(yùn)動，并以相應(yīng)的指示燈光只等機(jī)床當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 Step7micro/win 將可編程控制器的編程、操作員界面、運(yùn)動控制、程序調(diào)試、故障診斷和處理、通訊等集成為一體。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(jī)器語言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。大部分 PLC 用 I