【正文】 1116倒角1X45186。10415 185 1387距離左端200mm切斷10200 1851308倒角1X45186。10200 185130本章對墊板，光滑軸塊，短軸工藝的制定，進(jìn)一步加深了對其生產(chǎn)工藝的了解，為以后其它零件加工工藝的制定打下基礎(chǔ)。第五章 激光雕刻機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般按以下幾個步驟進(jìn)行1)分析被控對象，明確控制要求首先要詳細(xì)了解被控設(shè)備的工作原理、工藝流程、機(jī)械結(jié)構(gòu)和操作方法，要了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系及對控制系統(tǒng)的要求，了解設(shè)備的運(yùn)動要求、運(yùn)動方式和步驟，并在此基礎(chǔ)上畫出被控對象的工作流程圖，歸納出電氣執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)的動作規(guī)律表等。2)制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動的控制要求，確定控制系統(tǒng)的工作方式，例如，全自動、半自動、手動、單機(jī)運(yùn)行、多機(jī)聯(lián)合運(yùn)行等。還要確定系統(tǒng)應(yīng)有的其他輔助功能，例如，故障檢測、診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。3)確定輸入／輸出設(shè)備及信號特點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)的輸入設(shè)備的數(shù)量及種類，如按鈕、開關(guān)、傳感器等；明確各輸入信號的特點(diǎn)，如是開關(guān)量還是模擬量、是直流還是交流、電壓等級、信號幅度等；確定系統(tǒng)的輸出設(shè)備的數(shù)量及種類，如接觸器、電磁閥、信號燈等；明確這些設(shè)備對控制信號的要求，如電壓電流的大小、直流還是交流、電壓等級、開關(guān)量還是模擬量等。由此確定PLC的I/O設(shè)備的類型及數(shù)量，分類統(tǒng)計(jì)出輸入/輸出量的性質(zhì)及數(shù)量。4)選擇PLC選擇合適的PLC型號并確定各種硬件配置。5)調(diào)試調(diào)試包括模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。模擬調(diào)試是根據(jù)輸入輸出模塊的指示燈的顯示，不帶輸出設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。首先要逐條進(jìn)行檢查和驗(yàn)證，改正程序設(shè)計(jì)中的邏輯、語法、數(shù)據(jù)錯誤或輸入過程中的按鍵及傳輸錯誤，觀察在可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系是否符合設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。發(fā)現(xiàn)問題要及時修改設(shè)計(jì)，直到完全滿足工作循環(huán)圈或狀態(tài)流程圖的要求。聯(lián)機(jī)調(diào)試分兩步進(jìn)行，首先連接電氣柜，在不帶負(fù)載(如電動機(jī)、電磁閥等)的情況下，檢查各輸出設(shè)備的工作情況。待各部分調(diào)試正常后，再帶上負(fù)載運(yùn)行調(diào)試，直到完全滿足設(shè)計(jì)要求為止。全部調(diào)試完成后，還要經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行，以檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性。 PLC機(jī)型的選擇PLC的選擇一般從基本性能、特殊功能和通信聯(lián)網(wǎng)三個方面考慮[22]。選擇的基本原則是在滿足控制要求的前提下力爭最高的性能價格比，并有一定的先進(jìn)性和良好的售后服務(wù)。PLC的選用首先要進(jìn)行功能選擇，根據(jù)控制設(shè)備所需要的控制功能，主要解決是單機(jī)控制，還是要通信聯(lián)網(wǎng)；是一般開關(guān)量控制、模擬量控制，還是要增加特殊單元；是否需要遠(yuǎn)程控制；采用小型機(jī)、中型機(jī)，還是大型機(jī)等問題。然后，根據(jù)控制設(shè)備的多少選擇I／O的點(diǎn)數(shù)和通道數(shù)，根據(jù)I／O信號的類型選擇I／O模塊等。PLC容量的選擇包括兩個方面：一是I／O點(diǎn)數(shù)；二是用戶程序存儲器容量。在設(shè)計(jì)選型時，不僅要滿足當(dāng)前控制系統(tǒng)的要求，還要考慮到以后生產(chǎn)工藝的可能變化及可靠性的要求，I／O點(diǎn)數(shù)一般預(yù)留10％到15％的余量。用戶程序存儲器容量的估算與許多因素有關(guān)，例如I／0點(diǎn)數(shù)、運(yùn)算處理量、控制要求、程序結(jié)構(gòu)等。同時本控制系統(tǒng)為小型控制系統(tǒng)，采用整體型PLC即可。近二十年來，可編程控制器的生產(chǎn)廠家在美、日、德等發(fā)達(dá)工業(yè)國家中迅速增加，PLC的種類更為繁多。國外PLC的主要廠家及其主要產(chǎn)品列舉如下：美國通用電氣公司(GE公司)：SERIES、GE等系列。美國A．B：1746／1747／1756／1757／1761／1764／1769／1770／1771等。德國西門子公司(SIMENS)：SIMATIC SS7等系列。日本歐姆龍公司：OMRONC、CV、CQMl、CJl、CSl、CPlH等系列。日本三菱電機(jī)公司：F、FX、A、K等系列。各公司的產(chǎn)品在功能上有相同之處，也有各自的特點(diǎn)[23]。據(jù)資料顯示，美國各公司的產(chǎn)品功能比較齊全，但在組成中、小系統(tǒng)時，價格比較高；歐洲的產(chǎn)品比較注重功能和價格的統(tǒng)一，特別是中型系統(tǒng)的性能價格比較好。日本各公司的產(chǎn)品模塊集成度較高，使整個系統(tǒng)的價格較低，特別是小型PLC在價格上有優(yōu)勢。本系統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N48MR系列PLC，該P(yáng)LC是近年來該公司推出的高性能小型可編程控制器，它有靈活多變的系統(tǒng)配置，還有許多特殊功能模塊可以選用，功能強(qiáng)大，使用方便。它有24點(diǎn)開關(guān)量輸入和24點(diǎn)開關(guān)量輸出，滿足I/0點(diǎn)數(shù)要求。它有特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，如模擬量輸入/輸出模塊、RS232/RS422/RS485串行通信模塊，具有位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。而且它有專用的編程軟件SWOPCFXGP/WINC，該軟件內(nèi)部提供了有輸入/輸出繼電器 (X/Y)、輔助繼電器(M)、狀態(tài)繼電器(S)、定時器(T)、計(jì)數(shù)器(C)、指針(P/I)、數(shù)據(jù)寄存器(D)豐富的軟元件，能很好滿足系統(tǒng)控制系統(tǒng)的需要。同時用戶程序編制有指令表、梯形圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖三種形式，可供不同用戶選擇。 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)總體方案在利用PLC構(gòu)成應(yīng)用控制系統(tǒng)時，首先要明確對控制對象的要求，然后根據(jù)實(shí)際需要確定控制系統(tǒng)的類型和系統(tǒng)工作時的運(yùn)行方式。1. PLC控制系統(tǒng)的任務(wù)功能對于任何裝置的控制系統(tǒng)，都要設(shè)置控制任務(wù)，該激光雕刻機(jī)的運(yùn)動過程包括：激光器的沿X、Y方向的水平移動。2．PLC控制系統(tǒng)的類型就目前PLC的基本控制結(jié)構(gòu)與模式來說，根據(jù)控制的不同要求，控制模式一般可分為下面三種類型。(a)單機(jī)控制系統(tǒng)；(b)集中控制系統(tǒng)；(c)分散控制系統(tǒng)圖51 PLC控制系統(tǒng)的類型(1)單機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)控制系統(tǒng)采用一臺PLC控制一臺控制設(shè)備的形式[24]，如圖51中(a)所示。這是一種最簡單的PLC控制系統(tǒng)，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲器容量都比較小，控制系統(tǒng)簡單明了。(2)集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)采用一臺PLC控制多臺被控設(shè)備的形式，如圖51中(b)所示。該控制系統(tǒng)多用于各種控制對象所處的地理位置比較接近且相互之間動作有一定聯(lián)系的場合。(3)分散控制系統(tǒng)在分散控制系統(tǒng)中，每一臺PLC控制一個對象，各控制器之間可以通過信號傳遞加以溝通聯(lián)系，或由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信，如圖51中(c)所示。在本系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)的最終執(zhí)行裝置是直流電機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使用了中間繼電器，因此PLC輸出端口連接繼電器線圈即可，輸出系統(tǒng)比較簡單。只要適當(dāng)?shù)剡x用高性能的PLC，就完全可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。因此本文采用集中控制系統(tǒng)模式，通過一臺PLC控制多個對象，如圖52所示。圖52激光雕刻機(jī)PLC控制模式由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有自動運(yùn)行、半自動運(yùn)行、單步運(yùn)行和手動運(yùn)行四種方式。(1)自動運(yùn)行方式。自動運(yùn)行方式是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式[25]，這種運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)按給定的程序自動完成對被控對象的控制，不需要人工干預(yù)。系統(tǒng)的啟動可由PLC本身的啟動系統(tǒng)進(jìn)行，也可由PLC發(fā)出啟動預(yù)告，由操作人員確認(rèn)并按下啟動按鈕后，PLC自動啟動系統(tǒng)。(2)半自動運(yùn)行方式。半自動運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)在啟動和運(yùn)行過程中的某些步驟需要人工干預(yù)才能進(jìn)行下去。半自動方式多用于檢測手段不完善，需要人工判斷或某些設(shè)備不具備自控條件，需要人工干涉的場合。(3)單步運(yùn)行方式。單步運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行中的每一步都需要人工的干預(yù)才能進(jìn)行下去。單步運(yùn)行方式常用于調(diào)試，調(diào)試完成后，可將其撤除。(4)手動運(yùn)行方式。手動運(yùn)行方式不上控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式，而是一種用于設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)整和故障情況下的運(yùn)行方式，因此它是自動運(yùn)行方式的輔助方式。在本系統(tǒng)中，激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)采用自動運(yùn)行方式。在自動運(yùn)行方式下，全部動作，如激光器的沿X方向移動，Y方向移動，都使用PLC進(jìn)行控制，按照第2章所述雕刻機(jī)任務(wù)要求自動完成動作。 PLC輸入輸出設(shè)備確定2．輸出設(shè)備確定本設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)主要采用直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，因此輸出主要是控制電動機(jī)[26]。PLC控制系統(tǒng)的最終執(zhí)行裝置是步進(jìn)電機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使用了中間繼電器，因此PLC輸出端口連接繼電器線圈即可，輸出系統(tǒng)比較簡單。只要適當(dāng)?shù)剡x用高性能的PLC，就完全可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。因此本文采用單臺PLC控制多個對象的模式，如圖53所示。圖53PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)示意圖本系統(tǒng)中的雕刻機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，因此輸出主要控制電動機(jī)。但是一般情況下PLC的輸出端是不直接與電機(jī)相連，而是與接觸器線圈或者繼電器的線圈相連。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及安全互鎖等問題，PLC輸出端子接中間繼電器。本系統(tǒng)選用的PLC輸出類型是繼電器輸出，接直流電源和交流電源皆可，這里中間繼電器選用HH54P，該繼電器為直流繼電器，具有4對常開常閉觸點(diǎn)，額定電壓為12V，能夠滿足電機(jī)互鎖要求[27]，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)要求。 本章小結(jié)本章從激光雕刻機(jī)的任務(wù)要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。首先根據(jù)控制要求選取合適的PLC作為控制器，從總體上確定了PLC控制系統(tǒng)的模式和運(yùn)行方式。第六章 總結(jié)本設(shè)計(jì)以激光雕刻機(jī)為研究對象，通過PLC實(shí)現(xiàn)了激光器的控制。為以后激光雕刻機(jī)的后續(xù)研究打下前期基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一個研究平臺。 全文工作總結(jié)本論文主要完成了以下工作：(1)雕刻機(jī)總體設(shè)計(jì)。確定了雕刻機(jī)的任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)初步擬定了雕刻機(jī)的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)動形式、驅(qū)動方案、傳動方案、控制系統(tǒng)方案等。(2)激光雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。按照模塊化的設(shè)計(jì)方法，將雕刻機(jī)分為底座、舵機(jī)、多用途亞克力支架和激光器四個模塊，四個模塊，結(jié)構(gòu)簡單、可反復(fù)拆裝。分別對各個結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)并校核，并使用步進(jìn)電機(jī)、同步齒形帶及軸承等搭建了雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了方案的可行性。(3)選用了PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，確定PLC控制系統(tǒng)的功能和運(yùn)行方式。 進(jìn)一步設(shè)想總的來說，整個雕刻機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建是比較成功的，滿足了系統(tǒng)的需求。但是由于時間和其他客觀條件的限制，仍存在一些不足有待做進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)，主要有以下兩方面：(1)PLC選型比較單一，可以增加其它智能傳感器來擴(kuò)展雕刻機(jī)的功能，真正實(shí)現(xiàn)雕刻機(jī)的智能化。(2)可以編設(shè)監(jiān)控程序，以便能夠更好的對雕刻機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理。附 錄激光雕刻機(jī)裝配圖：參考文獻(xiàn)[1] 張策, 黃琪. 電子雕刻機(jī)雕刻頭研究現(xiàn)狀與發(fā)展(J),杭州包裝工程, No2 2005:4546.[2] . 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