【正文】 大的功率?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)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。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。 伺服主要靠 脈沖 來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到 1 個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn) 1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧娚蜿?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 11 機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同 時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位 ， 直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過(guò)反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量。 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(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類控制電動(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。 伺服 電機(jī) 介紹 作為數(shù)控機(jī)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(biāo)。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。 變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。該模型每隔 25μ m 產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通實(shí)際值，轉(zhuǎn)矩比沈陽(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 10 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。 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)速及調(diào)壓調(diào)速方式。 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(shí)間使 6 個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。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。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。逆變器由大功率開關(guān)晶體管整列組成電子 開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化為不同頻率、寬度、復(fù)讀的方波。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（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。 信號(hào)燈及電鈴：用于指示機(jī)床工作狀態(tài)及故障報(bào)警。 手動(dòng) 控制鍵盤：用于刀具調(diào)整（如換刀）時(shí)的手動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止及沈陽(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 9 刀具上、下、左、右 4 個(gè)行程的手動(dòng)控制。 人機(jī)界面：包括文本顯示器 TD200、手動(dòng)控制鍵盤、數(shù)字顯示儀表、信號(hào)燈及報(bào)警電鈴。 刀具位置及行程控制傳感器：采用感應(yīng)式接近開關(guān)。 控制信號(hào)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(gè)行程的控制信號(hào)傳感器。 數(shù)控單元 ：包括可編程控制器 PLC， D/A 轉(zhuǎn)換模塊。 三相交流同步伺服電動(dòng)機(jī)：選用日本松下公司的同步伺服電動(dòng)機(jī)，功率為 ，額定電壓為 200V，額定電流為 。 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。 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 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(gè)部分組成： 電源：包括三相變壓器和直流開關(guān)電源。嚴(yán)格保證伺服電機(jī)能夠按照工藝條件要求的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，拖動(dòng)刀具進(jìn)行切削加工，得到預(yù)期的表面輪廓形狀。 采用高靈敏度的感應(yīng)式接近開關(guān)和自制 的葉輪旋轉(zhuǎn)探頭，組成的速度 傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)主軸（旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)）的轉(zhuǎn)速，以計(jì)數(shù)脈沖的形式送入可編程控制器（ PLC），并由 PLC 通過(guò)控制算法得到符合工藝要求的絲杠旋轉(zhuǎn)速度。現(xiàn)改為 2KW 的三相同步伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。為了最大限度地利用機(jī)床的原有資源，進(jìn)隊(duì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了數(shù)字化改造。因此在普通型的 4M 立式車床，不能加工螺紋等復(fù)雜的輪廓表面 。主軸和刀具的運(yùn)動(dòng)速度分別由主軸箱和進(jìn)給箱通過(guò)齒輪傳動(dòng)，進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定。刀架在進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)進(jìn)給變速箱、絲杠和 4 個(gè)電磁離合器，完成左（進(jìn)刀）→ 下（走刀切削）→右（退刀）→上（返回） 4 個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)（ 見 圖 ）。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 沈陽(yáng)化 工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 方案論證 6 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性 。 PLC 應(yīng)用于立式車床的原因 目前 PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高， PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位。 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。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號(hào)語(yǔ)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(hào)下進(jìn)行工作。它借助于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制， 由于 軟件本身具有修改性，所以 PLC 具有靈活性。 PLC 體積小、速度快、功能強(qiáng)、可靠性高，又具有較大的靈活行和擴(kuò)展性?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易于與工業(yè)控制 聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)展功能。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 。 提高生產(chǎn)效率 機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 35 倍。 熟悉了解設(shè)備，便于操作維修 購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求，改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工性能。 沈陽(yáng)化 工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 方案論證 4 第二章 方案論證 普通機(jī)床數(shù)控改造的意義 高速、精密、復(fù)合、 智 能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì) ，近幾年來(lái)，在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得非常好的成績(jī)，主要表現(xiàn)在： 減少投資額、交貨期短 同購(gòu)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。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 3.易于掌握 能 8.豐富的擴(kuò)展模塊 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 PLC 仍然處于不斷的發(fā)展之中，其功能不斷增強(qiáng)，更為開放，它不但是單機(jī)自動(dòng)化中應(yīng)用最廣的控制設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也占有不可動(dòng)搖的地位。 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(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 目前國(guó)內(nèi)常用的主要是三菱 FX 系列小型機(jī)和西門子 S7300、 S7400 中大型機(jī)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 一 章 緒論 3 等。日本和美國(guó)的PLC 產(chǎn)品較相似。模塊插在模塊插座上， 然后焊在機(jī)架的總線連接板上， 機(jī)架 也通常 稱為基板。它的體積小、價(jià)格低，小型 PLC 一般采用整體結(jié)構(gòu)。 ⑶ 大型機(jī) 大型 PLC I/O 總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容量在 16KB 以上。 可編程控制器的分類 1． 按輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)分 ⑴ 小型 機(jī) 小型 PLC I/O 總點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)容量在 4KB 左右。 PLC 應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 一 章 緒論 2 數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 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(guó)大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)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 ?？删幊炭刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 鋼鐵、石油、化工、電力、 建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，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。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 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(yīng)用編好的程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試 結(jié)果表明：應(yīng)用 PLC 和變頻調(diào)速技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通 4M 立式車床改造的工藝要求。采用可編程控制器及變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)普通 4M 立式車床進(jìn)行數(shù)字化改造， 由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制， 其方便程度以及工件的加工能力都要高于普通的 4M 機(jī)床。 由于該設(shè)備采用變速箱有級(jí)調(diào)速，刀具的進(jìn)給系統(tǒng)不能適應(yīng)加工螺紋等復(fù)雜表面輪廓的工件。 立式車床是針對(duì)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(dòng)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(duì)加工精度有影響，采用 立式車床 可以解決上述問題 。 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 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 0801 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)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