【正文】 圖語言和功能指令語言，而單片機采用了較低級的語言(匯編語言)，這對于沒有經過專門計算機技術培訓的現(xiàn)場操作人員而言，不得不算是一大障礙。因此開發(fā)全自動水鉆磨削機控制系統(tǒng)需要解決的關鍵技術之一，就是如何在高精度的磨削、高自動化環(huán)境下提高設備的可靠性，而該PLC系統(tǒng)是專為這種加工過程設計的，設計者在設計PLC時，充分考慮到它的特殊性、復雜性以及加工產品的多樣性，所以整個過程采取了很多強化措施。
目前，嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最有發(fā)展前途的控制系統(tǒng)應用領域之一，正在走向產業(yè)化，但是對于本課題，嵌入式系統(tǒng)的很多功能和優(yōu)點不能發(fā)揮以及嵌入式系統(tǒng)針對不同的任務往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，并且國內外這方面的人才都還很缺乏，因此對于大多數(shù)企業(yè)而言顯得“要求員工入門高”的困境。第四，系統(tǒng)精簡。第三，高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式系統(tǒng)軟件的基本要求。第二，嵌入式系統(tǒng)的內核較小。嵌入式系統(tǒng)具有如下幾點重要特征：第一，專用性強。一般說來單片機系統(tǒng)的應用只是為某個特定控制系統(tǒng)服務的，其通用性、擴展性和兼容性都比較差。因此，單片機控制系統(tǒng)僅適用于比較簡單的自動化系統(tǒng)。 水鉆加工工序流程圖 ①單片機單片機是將微處理器（CPU）、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定時器等電路集成在一塊芯片上，構成的單片微型計算機[14]。③磨削過程：1） 計算每個面的度數(shù)，并且根據(jù)粗磨、細磨和拋光的狀態(tài)計算出當前需要的磨削次數(shù)；2） 上下氣缸下降，設置延時上下擺動時間，實現(xiàn)坯料與磨盤接觸；3） 獲取當前磨削次數(shù)所需要的磨削時間、磨削第一面的時間以及磨削最后一面的時間，然后開啟定時器，延時上下擺動時間到后，上下氣缸抬起，準備進行前后擺動階段；4） 計算前后擺動次數(shù)5） 根據(jù)計算出的前后擺動次數(shù)進行前后擺動循環(huán)；6） 當磨削時間到后，進行相應判斷：是否為最后一面，如果不為最后一面，則自動轉向下一面重復前面的磨削過程，如果為最后一面，則判斷是否回第一面，如果回第一面則自動轉向第一面進行磨削，如果不回第一面則此階段的磨削過程完成。如果為抬起，則降下緩沖銷，即關閉主軸減速氣缸，然后松開定位銷，緊接著在四個定位接近開關都沒有到位的情況下（即四個插銷到位開關沒有信號），主軸開始旋轉以實現(xiàn)定位功能，直到實現(xiàn)定位。下面是主軸以及磨削機加工水鉆的具體工藝過程簡介：①主軸功能：1） 系統(tǒng)在確認系統(tǒng)初始化完畢后，自動進入自動磨拋模式；2） 在初始化后，自動開主軸插鎖，目的是鎖住主軸，讓其不動，系統(tǒng)檢測到鎖定信號后自動發(fā)送給每個機頭；3） 等待四個機頭的信息，如果檢測到所有的機頭的任務都已執(zhí)行完畢，自動關閉主軸插鎖，緊接著主軸轉動，實現(xiàn)轉換工位的功能，執(zhí)行下一個循環(huán)過程。整個工藝過程都是在基于PLC的控制系統(tǒng)下全自動完成，磨后自動轉入拋工序，無需人工搬運夾具或更換磨拋盤，安全可靠并且能夠實現(xiàn)高效高產。粗磨、細磨、拋光過程中，控制系統(tǒng)始終對加工過程實時監(jiān)視著并根據(jù)用戶自己設定的磨拋具體時間等參數(shù)予以判定該過程是否完成。當夾具加緊毛坯后，系統(tǒng)會自動檢測毛坯是否處于正確位置。②硬件要求： 1）Pentium133等級以上CPU； 2）DRAM內存至少64Mbytes以上； 3）硬盤空間至少 30Mbytes 以上。 FBSPLC單機系統(tǒng)資源示意圖 Fbs系列PLC的單機系統(tǒng)通過通訊端口和特定的通訊驅動程序，就可以實現(xiàn)多臺PLC主機之間或者PLC與計算機之間的連結而成為多機系統(tǒng)，從而達到資源共享的目的。Fbs系列PLC主機部分功能規(guī)格 項 目規(guī) 格控制程序容量20K Words程序內存FLASH ROM或SRAM＋鋰電池Backup順序指令36 個應用指令326 個(126 種)流程圖(SFC)指令4 個單 點 B I T 狀 態(tài)X輸入接點(DI)X0～X255 (256)Y輸出繼電器(DO)Y0～Y255 (256)TR暫存繼電器TR0～TR39 (40)M內部繼電器非保持型M0～M799 (800)*M1400～M1911 (512)保持型M800～M1399 (600)*特殊繼電器M1912～M2001 (90)T定時器〝計時到〞狀態(tài)接點T0～T255 (256)C計數(shù)器〝計數(shù)到〞狀態(tài)接點C0～C255 (256)S步進繼電器非保持型S0～S499 (500)*保持型S500～S999 (500)*中斷控制中斷控制32 個(16 點輸入的正／負緣)內部定時中斷8 個(50、100mS)單機系統(tǒng)是指一臺主機(一個CPU)所能掌控的資源(含主機本身以及所能擴展的最大 I/O模塊與通訊模塊)，如果超出單機系統(tǒng)所能掌控的系統(tǒng)，就必須借助由通訊連接(LINK)的方式來擴展資源。FBS主機有 MA(經濟型)、MC(高功能型)及MN(高速NC型)等三大類，點數(shù)由10點到60點共計17種機型；擴展模塊則有DI/DO14種機型，NI/NO12種機型。① 根據(jù)生產的工藝過程分析系統(tǒng)的控制要求；② 根據(jù)控制要求確定所需要的I/O設備以及確定PLC的輸入輸出點數(shù)；③ 根據(jù)I/O點數(shù)、控制要求等選擇PLC以及相應模塊；④ 分配PLC的輸入/輸出點，設計I/O接線圖；⑤ PLC程序設計，并且也可以同時進行控制面板的設計然后進行聯(lián)機調試。在一個周期執(zhí)行完后，地址計數(shù)器會自動恢復到初始值，并重復執(zhí)行由以上三個階段構成的工作周期。如果用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)，PLC會從輸入映像寄存器中讀出上一階段所采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對應映像寄存器的當前狀態(tài)，再根據(jù)用戶的程序進行邏輯運算，并且將運算結果存入有關器件寄存器中，對每個器件而言，器件的映像寄存器中所寄存的數(shù)據(jù)，會隨著程序執(zhí)行過程而發(fā)生變化。② 程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖的程序的掃描原則，按照先左后右、先上后下的順序，逐句掃描并執(zhí)行程序。輸入采樣結束后緊接著會進入程序執(zhí)行階段。PLC的掃描工作主要分為三個階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段以及程序刷新階段[7]。 PLC控制系統(tǒng) PLC執(zhí)行用戶的程序并不只是執(zhí)行一次，而是PLC從第一條指令開始順序執(zhí)行，直到程序結束后然后又跳轉到第一條指令，CPU反復不斷地重復執(zhí)行，直到PLC處于停機或者停止狀態(tài)。CPU是逐條地掃描用戶程序，如果其中一個線圈被接通或者被斷開，該線圈所控制的所有觸點并不會立即動作，必須等到PLC的CPU掃描到該觸點時才會動作。作為一種特殊的計算機控制系統(tǒng)，PLC是利用計算機技術對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)中的“繼電器控制系統(tǒng)”進行“硬件軟化”的結果[1]。程序既可以由編程器方便的送入到PLC內部的存儲器中，也能方便的通過編程器讀出、檢查與修改。系統(tǒng)軟件主要包括三部分：用戶指令解釋程序、系統(tǒng)管理程序、標準程序模塊及系統(tǒng)調用[1]。PLC的軟件主要包括系統(tǒng)軟件和用戶程序。專用編程器又可分為簡易編程器和圖形編程器。編程器的工作狀態(tài)主要有兩種：一種是編程工作狀態(tài)；另一種是監(jiān)控工作狀態(tài)。大多數(shù)PLC采用的是開關穩(wěn)壓電源，其具有抗干擾能力強以及工作穩(wěn)定性好的優(yōu)點。I/O模塊一般包括：數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸出模塊四種模塊[8]。③ 輸入/輸出模塊（I/O模塊）PLC的控制對象是工業(yè)生產過程，它與工業(yè)生產設備的聯(lián)系是通過輸入/輸出模塊實現(xiàn)的。用戶功能存儲器是用來存放用戶程序中使用的數(shù)值數(shù)據(jù)、ON/OFF狀態(tài)等，它組成了PLC的各種內部器件，也被稱為“軟件元件”。用戶存儲器由用戶程序存儲器、功能存儲器以及參數(shù)區(qū)組成。系統(tǒng)程序相當于PLC的操作系統(tǒng)，它決定了PLC的性能，同時，它使PLC具有一些基本的智能功能，能夠完成PLC設計者設計的各項動作。② 存儲器PLC系統(tǒng)中的存儲器主要用于存儲程序以及數(shù)據(jù)，它一般包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩類。 PLC的硬件組成① CPUCPU是PLC的控制中樞，它主要由控制器、寄存器、運算器以及實現(xiàn)它們之間通信的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線組成。 PLC控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的，硬件是指PLC本身及其外圍設備，軟件是指PLC的應用程序和系統(tǒng)軟件[1]。早期的可編程控制器在功能上只是用來實現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡稱PLC。⑤第六章：簡單論述了人機界面設計的原則以及給出了該課題的人機界面設計結果；⑥第七章：對整篇論文進行了簡單總結以及對本課題的。④第四章：給出了該課題的硬件設計方案，包括PLC主機的選型以及I/O模塊型號的確定。①第一章：簡單介紹國內外水鉆加工技術的現(xiàn)狀以及遇到的問題并且提出研究該課題的意義和內容； ②第二章：簡單介紹了可編程控制器的基本結構、工作原理、PLC系統(tǒng)設計步驟以及永宏公司的FBs系列PLC的相關參數(shù)。④控制器系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要是基于PLC的控制程序流程圖設計和核心功能模塊的梯形圖設計。②磨削機控制器系統(tǒng)總體方案設計。本課題為機床電氣設計，在設計之前，先要弄清該設備其他系統(tǒng)對該控制系統(tǒng)的技術要求，然后通過技術經濟分析，選擇性能價格比最佳的傳動方案和控制方案，最后計算設計出簡單合理、工作可靠的電氣控制方案及PLC梯形圖等進行模擬試驗。
④設計主要內容：
1)總體方案設計，完成PLC控制器、I/O板及其他主要部件的選型；
2)設計水鉆磨拋一體機的高精度自動定位檢測系統(tǒng)；
3)設計系統(tǒng)的人機界面； 4)編寫控制器的控制程序。
②要求熟悉PLC的設計思想和設計語言。本次課題設計任務是：基于PLC的全自動水鉆磨拋一體機的磨削機控制器設計，通過查閱大量與該課題密切相關的中外文資料以及國內外已有的水鉆加工機械設備資料，從中獲得材料，采用PLC來實現(xiàn)對磨削機的控制，簡單適用，具有一定的通用性，能夠實現(xiàn)產業(yè)化，符合經濟性，達到技術要求。因此改變水