【正文】 投資少，交貨快，可充分利用現(xiàn)有條件和采用最新技術(shù)的特點。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。它具有體積小，調(diào)速范圍廣等優(yōu)點。 鑒于其種種優(yōu)點，目前，普通機床的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。改造后，機床兩個方向的進給通過數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)合控制，能夠根據(jù)編程指令加工出各種外形比較復(fù)雜的工件。另外可方便地增加或改變控制功能。機床采用了PLC控制，用軟件實現(xiàn)對機床運行的自動控制，可靠性大大提高?？删幊绦蚩刂破?PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。目 錄第一章 緒論 1課題研究背景 1第二章 機床數(shù)控系統(tǒng) 3 3 3 3 5 PLC技術(shù) 6 6 7 7第三章 PLC編程技術(shù) 8 8 8 9 10 10 21 21第四章 PLC接口與通信技術(shù) 22 22 22 24 PLC與控制系統(tǒng)通信 32 34 34總 結(jié) 35致 謝 36參考文獻 37附 錄 38第一章 緒論課題研究背景由于機床一般都具有較長的使用時間，在上個世紀70、80年代制造的普通機床都采用的是接觸器繼電器控制，到目前有很大一部分還在使用，該系統(tǒng)具有體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難，由于是由觸點控制，在控制復(fù)雜時可靠性降低。在如今的加工環(huán)境中已經(jīng)越來越不適應(yīng)精確，高效率的要求。PLC是一種用于自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式，PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。也可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。改造后的機床操作和原機床的操作方式基本一致，所以具有一定文化基礎(chǔ)的人員可以在較短的時間內(nèi)掌握改造后數(shù)控機床的使用要領(lǐng)。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，機床的調(diào)速方式已由原來的齒輪箱固定檔位調(diào)速改為直接由伺服電機拖動的無級調(diào)速。如果要把那些老式機床廢棄，重新購買新的數(shù)控機床，不僅花費巨大，而且原有的老式機床也將浪費。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個永恒的課題。同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的 必要性。近幾年在大型機床的電氣化改造中PLC技術(shù)的應(yīng)用得到了長足發(fā)展，有許多成功范例。在維護中由于線路接點多，元件更新，許多故障不能及時處理，給企業(yè)生產(chǎn)帶來諸多不便。可編程序控制器在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有40多年的歷史，現(xiàn)在它己經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，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)備和強大支柱。C5235雙柱立式車床是武漢重型機床廠70年代生產(chǎn)的大型車床，采用接觸器和繼電器回路進行控制，主要加工大型碎礦、選礦備件。經(jīng)有關(guān)討論決定對電氣線路進行數(shù)控化改造，采用PLC摸塊作核心控制，用變頻器驅(qū)動主電機帶動工作盤，左右立柱電機更換步進電機，傳動絲杠改用滾珠絲杠，用觸摸屏代替控制柜，實現(xiàn)實時顯示與控制。提高了加工效率和精度，實現(xiàn)自動化，為以后信息控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。通過改變電流頻率來改變電機速度，但如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓(過勵磁)，導(dǎo)致電機可能被燒壞。電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。電器器件的更新促進了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。在推出PWM磁通矢量控制的變頻器數(shù)年后，1998年末又出現(xiàn)采用DTC控制技術(shù)的變頻器。變頻器控制方式經(jīng)歷了以下五代:1, U/fC的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式電壓空間矢量(SVPWM)控制方式矢量控制(VC)方式4直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式5,矩陣式交交控制方式控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。選用變頻器時不要認為檔次越高越好，而要按負載的特性，以滿足使用要求為準，以便做到量才使用、經(jīng)濟實惠。直接轉(zhuǎn)矩控制以測量電機電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機模型的輸入。由此可以看出它是通過對轉(zhuǎn)矩和磁通的測量，即刻調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)，進而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達到精確控制的目的。伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備，電動機為控制對象，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)。具體在數(shù)控機床中，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，由電動機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件?？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際運行值的差，調(diào)節(jié)控制量:功率驅(qū)動裝置作為系統(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機之上，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機所需的交流電或直流電。進給伺服以數(shù)控機床的各坐標為控制對象，產(chǎn)生機床的切削進給運動。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快。主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。與進給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。可預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關(guān)注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。輸入輸出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。 CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。按Il0點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。SEIMENS S7226型PLC是西門子公司近年來開發(fā)的具有先進水平的可編程控制器，具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。 進入21世紀，可編程序控制器仍保持旺盛的發(fā)展勢頭，并不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。本章對機床改造整個方案和應(yīng)用到的技術(shù)做了闡述，并對PLC做了簡要介紹。目前，還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。但不管什么型號的PLC，其編程語言都具有一些共同的特點: 圖形式指令結(jié)構(gòu): 程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。在這些操作中，不需要操作者有很強的專業(yè)編程能力。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關(guān)系，很直觀易懂。 : 圖形符相當于操作碼，規(guī)定了運算功能，操作數(shù)由用戶填入，如。PLC中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊。不需要再通過標注來區(qū)分跟塊的功能和相互之間的關(guān)系。 : 無論是匯編程序，還是高級語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡單。 PLC最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用助記符形式便于實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。 編程指令：不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產(chǎn)品。