【正文】 感謝我周圍的同學(xué) 們 ，對(duì)我學(xué)習(xí)上的支持和鼓勵(lì)。在我懶惰時(shí)，他的行為感染了我，讓我堅(jiān)持不懈。 在 我 論文的前期準(zhǔn)備、撰寫(xiě)過(guò)程及收尾階段 邢老師 都給予了很多幫助和指導(dǎo)意見(jiàn)，并且為我的設(shè)計(jì)提供了各種必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和良好的環(huán)境。另外，在 PLC 進(jìn)行程序下載時(shí)，許多 PLC 是不允許進(jìn)行電源中斷的，因?yàn)檫@ 時(shí)，舊的程序已經(jīng)部分被改寫(xiě)，但新的程序又沒(méi)有完全寫(xiě)完， 因此這個(gè)問(wèn)題一定要特別注意 。 在調(diào)試時(shí)可能 需要對(duì)已 經(jīng)編好的程序進(jìn)行修改。在滿足安裝環(huán)境之后就可以開(kāi)始進(jìn)行接線了， 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試大部分的問(wèn)題和工作量都是在接線方面 ，因而 由于接線錯(cuò)誤而導(dǎo)致 PLC 被燒壞的情況屢次發(fā)生，在進(jìn)行真正的調(diào)試之前，一定要認(rèn)真地檢查 。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 23 圖 故障中斷服務(wù)和定時(shí)中斷 程序框圖 依據(jù)上述的框圖進(jìn)行 PLC 的程序編程，之后 需要 進(jìn)行 調(diào)試試驗(yàn) 。而關(guān)中斷是指在此中斷處理完成前，不處理其它中斷 。首先介紹系統(tǒng)故障中斷的框圖，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)入到次程序中，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出右移退刀指令，使刀具撤回到安全位置，為了保護(hù)人身的安全也是為了保護(hù)刀具不受損。開(kāi)始后，系統(tǒng)發(fā)出了上升指令，然后依據(jù)刀具行程傳感器來(lái)進(jìn)行判定是否到達(dá)原點(diǎn)位置，以此來(lái)確定刀具上升后是否達(dá)到了起始位置，為之后進(jìn)行別的工件的加工做好準(zhǔn)備。開(kāi)始之后，系統(tǒng)發(fā)出了右移的指令，然后刀具開(kāi)始進(jìn)行右移的進(jìn)程，依據(jù)刀具行程傳感器來(lái)進(jìn)行判斷刀具是否到達(dá)了 Y 軸的位置。開(kāi)始 后，系統(tǒng)發(fā)出了下降指令，然后依據(jù)刀具行程傳感器來(lái)進(jìn)行判定是否到達(dá)了工件的長(zhǎng)度，以此來(lái)確定刀具下降過(guò)程是否切削完成，如果沒(méi)有到達(dá)則判定結(jié)果為 N，繼續(xù)下降直到為 Y 為止。開(kāi)始之后，系統(tǒng)發(fā)出了左移的指令，然后刀具開(kāi)始進(jìn)行左移的進(jìn)程，依據(jù)刀具行程傳感器來(lái)進(jìn)行判斷刀具是否到達(dá)了工件的表面位置。這是系統(tǒng)的主程序框圖，綜上所述，按照這樣的工作流程，能夠?qū)崿F(xiàn)工件的加工要求。之后進(jìn)行判斷是否需要右移，如果需要右移，判斷結(jié)果為 Y，進(jìn)入右移子程序，完成后返回。進(jìn)行輸入加工工件參數(shù)的步驟，根據(jù)加工工件的規(guī)格輸入到系統(tǒng)中，之后進(jìn)行判定輸沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)的軟件 19 入的是否確定，如果確定判定結(jié)果是 Y，進(jìn)行下個(gè)步驟，如果輸入有錯(cuò)誤需要修改，則判定為 N，返回這步重新輸入。PLC 的輸入信號(hào)自動(dòng)的輸入，由接近開(kāi)關(guān)提供相應(yīng)的位置控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)切削加工連續(xù)自動(dòng)控制。通過(guò)提供的編譯、調(diào)試以及診斷程序，可對(duì)程序進(jìn)行模擬運(yùn)行，提高編程效率。其指令包括：位邏輯指令、 比較指令、轉(zhuǎn)換指令、計(jì)數(shù)器指令、數(shù)據(jù)塊指令、邏輯控制指令、整數(shù)算數(shù)運(yùn)算指令、浮點(diǎn)算數(shù)運(yùn)算指令、賦值指令、程序控制指令、位移和循環(huán)指令、狀態(tài)位指令、定時(shí)器指令和邏輯指令。根據(jù)不同控制要求編制不同的程序，相對(duì)于改變可編控制器的用途，也相當(dāng)于繼電接觸控制設(shè)備的硬接線線路進(jìn)行重設(shè)計(jì)和重接線，這就是所謂的“可編程序”。第一部分為系統(tǒng)管理程序，它 控制 PLC 的運(yùn)行，使整個(gè) PLC 按部就班地工作。目前，還沒(méi)有一種對(duì)各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語(yǔ)言，但不管什么型號(hào)的 PLC，其編程語(yǔ)言都具有一些共同的特點(diǎn)。 擴(kuò)展能力 PLC 的擴(kuò)展能力反映在以下兩個(gè)方面。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的器件和輸出的器件就越多，控制規(guī)模就越大。 可編程控制器 CPU 的硬件選型 表 下表所示的為西門子 S7200系列的幾種 CPU規(guī)格 特性 CPU221 CPU222 CN CPU224 CN CPU224XP CN 本機(jī)數(shù)字量 I/O 本機(jī)模擬量 I/O 6入 /4出 8入 /6出 14入 /10出 14入 /10出 2入 /1出 擴(kuò)展模塊數(shù)量 2 7 7 最大可擴(kuò)展數(shù)字量點(diǎn)數(shù) 78 168 168 最大可擴(kuò)展模擬量點(diǎn)數(shù) 10 35 38 用戶程序區(qū) /KB 4 8 12 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存區(qū) /KB 2 8 10 外形尺寸 /mm 90X80X62 90X80X62 140X80X62 DC24電源 CPU的輸入電流 /最大負(fù)載 80mA/450mA 80mA/500mA 110mA/700mA 120mA/900mA AC24電源 CPU的輸入電流 /最大負(fù)載 15mA/60mA 20mA/70mA 30mA/100mA 35mA/100mA 依據(jù)上表的 CPU 的參數(shù)和系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)的個(gè)數(shù) 及模擬量 ，選用 CPU224XP CN 型 沈陽(yáng)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 15 可編程序控制器的主要性能指標(biāo) 存儲(chǔ)容量 系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中。常用的智能單元有 A/D 單元、 D/A 單元、高速計(jì)數(shù)單元、定位單元等。編輯器有簡(jiǎn)易型和智能性兩類。 PLC通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)及其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。 4．電源 PLC 一般使用 220V 單相交流電源，電源將交流電轉(zhuǎn)換成中央處理器、存儲(chǔ)器等電路工作所需的直流電，保證 PLC 的正常工作。按其作用有系統(tǒng)存儲(chǔ)器與用戶存儲(chǔ)器 ； 存儲(chǔ)器又有兩種，一種為可進(jìn)行讀 /寫(xiě)操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM； 另一種為只讀存儲(chǔ)器。 可編程控制器的硬件組成 可編程控制器種類繁多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。 無(wú)刷電機(jī)體積 小 、 重量輕 、 出力大 、 響應(yīng)快 、 速度高 、 慣量小 、 轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 、 力矩穩(wěn)定。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)。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(guò)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)功，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。 本系統(tǒng)所采用的是交 直 交型變頻器，這種 變頻器先把交流電經(jīng)整流器先整流成 直流 電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出平滑濾波，再經(jīng)過(guò)逆變器把這個(gè)直流電變成頻率和電壓都可變的交流電。由此可以看出它是對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通的測(cè)量，即刻調(diào)整逆變電路的開(kāi)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?？刂齐娐肥墙o異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測(cè)電路 ” ，電動(dòng)機(jī)的 “ 速度檢測(cè)電路 ” ，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成。 主電路是給 異步電動(dòng)機(jī) 提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。 整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。 數(shù)字顯示儀表：選用 ZNSX 只能數(shù)顯儀表，用于實(shí)時(shí)顯示機(jī)床主軸和進(jìn)給伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。接近開(kāi)關(guān)選用 N15530AN6型，動(dòng)作接近距離為 15mm，動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間小于 2μ s。 可編程控制器 PLC：選用西門子公司生產(chǎn)的 S7200。 伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)：包括三 相交流同步伺服電動(dòng)機(jī)（ 自帶光電編碼器）及變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器。 采用高靈敏度感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，對(duì)刀具的原點(diǎn)、進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)實(shí)行精 確定位，由 PLC 根據(jù)工藝要求，及時(shí)發(fā)出指令，對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)的上、下、左、右 4 個(gè)行程，以及主軸轉(zhuǎn)數(shù)在切削加工過(guò)程中的變化實(shí)行快速跟走，保證刀具的正確運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。利用同步電機(jī)絕對(duì)硬的機(jī)械特性，以保證進(jìn)給系統(tǒng)在切削加工過(guò)程中，轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載的增加而降低，以利于切削出預(yù)期的表面光潔度。 圖 4M立式機(jī)床刀具切削 工件 過(guò)程示意圖 進(jìn)給系統(tǒng)的改造方案 為了使機(jī) 床具備加工復(fù)雜表面輪廓的能力，必須使進(jìn)給系統(tǒng)的絲杠旋轉(zhuǎn)速度能沈陽(yáng)化 工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 方案論證 7 在可控的范圍內(nèi)和主軸的旋轉(zhuǎn)速度以任意比例匹配。主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)均為三相異步電動(dòng)機(jī)，不可調(diào)速。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。采用 PLC 進(jìn)行數(shù)控主要有以下幾 點(diǎn)原因 ： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。根據(jù)信號(hào)，控制器就會(huì)做出反應(yīng)，通過(guò)用戶 編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號(hào)，而且這些輸出信號(hào)可直接控制外部的控制系統(tǒng)負(fù)載，如電機(jī)，接觸器，指示燈，電磁閥等。 PLC 還有一個(gè)重要的特性是它具有在線修改的功能。 PLC 的概述 可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的儲(chǔ)存器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的性能早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見(jiàn)效快。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。因此 S7200 系列具有極高的性能價(jià)格比。 PLC 的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中， PLC 在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動(dòng)化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。占 PLC 市場(chǎng) 80%以上的生產(chǎn)公司是：德國(guó)的西門子（ SIEMENS）公司、法國(guó)的 施耐 德 （ SCHNEIDER）自動(dòng)化公司、日本的歐姆龍（ OMRON）和三菱公司。 ⑵ 模塊式 模塊式 PLC 用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由機(jī)架和模塊組成。 ⑵ 中型機(jī) 中型 PLC I/O 總點(diǎn)數(shù)在 2562048 點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)容量在 8KB 左右。 可編程控制器的用途與特點(diǎn) PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。 1969 年美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。而且 PLC 的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)，后期對(duì)程序進(jìn)行修改和調(diào)試均很方便，設(shè)計(jì)完成后，現(xiàn)場(chǎng)的施工 和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行。 普通 4M 立式車床是加工大型機(jī)械裝備的重要設(shè)備， 用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對(duì)較小，形狀復(fù)雜的大型和重型工件。 沈陽(yáng)化工大學(xué) 本科畢業(yè)論文 題 目 ： S7200 PLC 在 4M 機(jī)床的應(yīng)用