3803 軋輥車床PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計

3803 軋輥車床PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計,軋輥,車床,plc,觸摸屏,控制系統(tǒng),設計 畢業(yè)設計任務書學生姓名 蒼天龍 院系 機電工程學院 專業(yè)、班級 機械 08-1 班指導教師姓名 竇建華 職稱 講師 從事專業(yè) 機械設計制造及 其自動化 是否外聘 □是□否題目名稱 軋輥車床 PLC 觸摸屏控制系統(tǒng)設計一、設計目的、意義軋輥車床主要應用與冶金制造行業(yè),它主要是對各類長短不同、重量不同的軋輥外表層進行切削加工。由于在軋輥切削過程中對切削速度、刀架檔位及進刀速度有特殊要求，所以控制軋輥車床的 PLC輸入/輸出點數(shù)也相應增多，同時考慮到余量，可選用歐姆龍中型 C200Hα 系列 PLC。該系列 PLC 集中了“信息化對應控制器”功能的 SYSMACa 系列可編程控制器，實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的自動控制。同時，觸摸屏的加入使操作更加方便，實時的報警信息是維護和改進更加方便。本課題主要介紹了歐姆龍 PLC 及觸摸屏在軋輥車床上的應用，通過對軋輥車床基本功能及運動方式的介紹，增加了讀者對 PLC 各個通道的地址分配及 PLC 程序設計的認識；。二、設計內(nèi)容、技術要求（研究方法）設計內(nèi)容,1)PLC 及連接 PLC 外圍設備選用2)觸摸屏組件選用,人機界面選用3)PLC 輸入與輸出硬件接線設計,PLC 與主軸和刀架硬件的接線設計,PLC 地址分配4)PLC 與觸摸屏畫面的通信設置技術要求1) 以 PLC 作為控制核心2) 所設計的控制系統(tǒng)要能滿足實際要求3) 組態(tài)軟件設計的操作界面要友好,易操作三、設計完成后應提交的成果1．開題報告一份；2．設計說明書一份，不少于 1.5 萬字；3．技術資料（1）PLC 控制系統(tǒng)的 IO 接線圖：A0 圖紙一張；（2）PLC 控制系統(tǒng)梯形圖：A0 圖紙一張；（3）軋輥車床系統(tǒng)框圖：A1 圖紙一張。四、設計進度安排2012 年 2 月 27 日-2012 年 3 月 4 日——接受任務，市場調(diào)查；2012 年 3 月 5 日-2012 年 3 月 18 日——查閱文獻、收集資料，撰寫并提交開題報告；2012 年 3 月 19 日-2012 年 4 月 1 日——確定設計方案。 2012 年 4 月 2 日-2012 年 4 月 15 日——IO 接線設計 IO 地址分配2012 年 4 月 16 日-2012 年 4 月 29 日——刀架及主軸的接線設計，PLC 與人機界面的連接設計2012 年 4 月 30 日-2012 年 5 月 13 日——觸摸屏畫面組態(tài)設計2012 年 5 月 14 日-2012 年 6 月 3 日——軋輥車床 PLC 程序設計2012 年 6 月 4 日-2012 年 6 月 10 日——撰寫設計說明書并用計算機繪圖；2012 年 6 月 11 日-2012 年 6 月 15 日——完成說明書及圖紙的打印，準備答辯。五、主要參考資料[1] 關學鋒，3-PTT 型滑塊式并聯(lián)機床的 PLC 控制【M】，機械設計與制造文章 ，2009（5）：317—320[2] 熊幸明，千斤頂油缸加工專用機床的PLC控制系統(tǒng)設計【M】，機床電器文章， 2002（2）：214—225[3] 吳曉，活塞環(huán)仿形車、銑組合機床 PLC 控制的研究【J】，南通工學院學報，1999（11）：317—323[4] 楊世成，基于 PLC 控制的三軸鉆專機控制系統(tǒng)設計【M】，機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009（9）：112—115[5] 楊濱，基于 PLC 控制系統(tǒng)的電解加工機床改造【M】，新技術新工藝文章， 2011（1）：23—27[6] Michel Gilles.Programmabe Logic Controllers:Architecture and Application Wiley【M】.1990.242[7] G.L.Batten. Programmabe Controllers:hardware.software and Application..New York:MC Graw-Hill【M】,1994,212:234六、備注指導教師簽字：年 月 日系主任簽字： 年 月 日本科學生畢業(yè)設計軋輥車床 PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計系部名稱： 機電工程學院 專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化 08-1 學生姓名： 蒼天龍 指導教師： 竇建華 職 稱： 講師 黑 龍 江 工 程 學 院二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeDesign of Roll Lathe PLC Touch Screen Control System Candidate：Cang TianlongSpecialty：Mechanical Design, Manufacturing and AutomationClass：08-1Supervisor：Dou JianhuaHeilongjiang Institute of Technology2012-06·Harbin黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計I摘 要在國內(nèi)軋輥制造行業(yè)使用的重型軋輥車床中,有許多是20世紀60年代和70年代制造的,目前仍作為軋輥加工的主要設備在服役。它們的主拖動普遍采用大功率直流電動機來實現(xiàn),調(diào)速手段除少數(shù)延用F一D機組形式外,多數(shù)在20世紀80年代完成了第一步改造。利用PLC 控制單元驅(qū)動伺服電動機合理的無級調(diào)速范圍,代替原來純機械的有級變速,進而達到在不降低機械傳動性能的情況下,簡化機械傳動系統(tǒng),改進機床操作性能。成功應用在重型軋輥車床上。本文介紹了觸摸屏PLC 控制系統(tǒng)在C84型軋輥車床上的應用，其中包括軋輥車床的組成、參數(shù)說明、控制系統(tǒng)構成及選型、扎輥車床的硬件接線、PLC輸入/輸出地址分配、觸摸屏畫面的組態(tài)、PLC梯形圖程序、指令表程序及PLC與觸摸屏的通信。通過對軋輥車床PLC 及觸摸屏的介紹，我們進一步熟悉了PLC與觸摸屏的設計方法及在工程應用中所要注意的問題。關鍵詞：軋輥車床；PLC；觸摸屏；梯形圖；組態(tài)黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計IIABSTRACTHeavy-duty roll lathe roll in the domestic manufacturing industry, many of which are manufactured in the 1960s and 1970s, is still as roll processing equipment in service. The main drag of commonly used high-power DC motor speed control means in addition to a few continue to use the F-D unit in the form, most completed in the 1980s the first step in the transformation. Stepless speed range of the PLC control unit to drive the servo motor instead of the original pure mechanical variable speed, and then reached in the case without reducing the performance of mechanical transmission, simplifying the mechanical drive system, improved the performance of the machine operator. Successfully applied in heavy-duty roll lathe.This article introduces a touch screen PLC control system in the bed of the C84-type roller vehicle, including the composition of the rolling roll lathe the parameter descriptions, control systems constitute and selection bar roll lathe of hardware terminal, the PLC input / output address allocated, touch-screen picture of theconfiguration, PLC ladder program instruction list program and the PLC and touch screen communication. The introduction of the roll lathe PLC and touch screen, we become more familiar with PLC and touch screen design and pay attention to problems in engineering applications.Key words: Roll lathe; PLC; touch screen; ladder ;Configuration軋輥車床 PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計目 錄摘 要………………………………………………………………………………………ⅠAbstract……………………………………………………………………………………Ⅱ第 1 章 緒論………………………………………………………………………………11.1 選題背景及研究的目的和意義……………………………………………………11.1.1 選題背景……………………………………………………………………11.1.2 研究的目的與意義…………………………………………………………21.2 基本內(nèi)容和擬解決的問題…………………………………………………………31.2.1 基本內(nèi)容……………………………………………………………………31.2.2 擬解決的問題………………………………………………………………3第 2 章 軋輥車床的主要結(jié)構與控制要求…………………………………………42.1 軋輥車床的主要結(jié)構………………………………………………………………42.2 軋輥車床的控制要求………………………………………………………………42.3 繼電器電氣線路的分析……………………………………………………………62.3.1 主電路分析…………………………………………………………………62.3.2 控制電路分析………………………………………………………………62.3.3 整機線路聯(lián)鎖與保護………………………………………………………72.4 本章小結(jié)……………………………………………………………………………7第 3 章 元器件的選擇…………………………………………………………………83.1 伺服電動機的選擇 ……………………………………………………………… 83.2 直流電機的選擇 …………………………………………………………………103.3 本章小結(jié) …………………………………………………………………………10第 4 章 控制系統(tǒng)的硬件設計………………………………………………………114.1 確定 I/O 點數(shù) ……………………………………………………………………114.2 PLC 的選型 ………………………………………………………………………124.3 PLC I/O 分配表 …………………………………………………………………164.4 PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖設計 …………………………………………………174.5 軋輥車床 PLC 與人機界面的連接 ………………………………………………174.6 本章小結(jié) …………………………………………………………………………18第 5 章 控制系統(tǒng)的軟件設計………………………………………………………195.1 控制系統(tǒng)程序設計 ………………………………………………………………195.2 本章小結(jié) …………………………………………………………………………27結(jié)論………………………………………………………………………………………28參考文獻…………………………………………………………………………………29致謝………………………………………………………………………………………31黑龍江工程學院本科生1第 1 章 緒 論1.1 選題背景及研究的目的與意義1.1.1 選題背景在國內(nèi)軋輥制造行業(yè)使用的重型軋輥車床中,有許多是 20 世紀 60 年代和 70 年代制造的,目前仍作為軋輥加工的主要設備在服役。它們的主拖動普遍采用大功率直流電動機來實現(xiàn),調(diào)速手段除少數(shù)延用 F 一 D 機組形式外,多數(shù)在 20 世紀 80 年代完成了第一步改造。利用 PLC 控制單元驅(qū)動伺服電動機合理的無級調(diào)速范圍,代替原來純機械的有級變速,進而達到在不降低機械傳動性能的情況下,簡化機械傳動系統(tǒng),改進機床操作性能。成功應用在重型軋輥車床上?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的水平、產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益等各項指標，在很大程度上取決于生產(chǎn)設備的先進性和電氣自動化程度。機電一體化技術是隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的。在控制方法上主要是從手動到自動；在控制功能上，是從簡單到復雜；在操作上，是由笨重到輕巧。隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現(xiàn)，又為電氣控制技術的發(fā)展開拓了新的途徑。 傳統(tǒng)的機床電氣控制是繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，實現(xiàn)對機床的啟動、停車、有極調(diào)速等控制。繼電器接觸式控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構簡單、維護方便、抗干擾強、價格低，因此廣泛應用于各類機床和機械設備。目前，在我國繼電器接觸式控制仍然是機床和其他機械設備最基本的電氣控制形式之一。在實際生產(chǎn)中，由于大量存在用開關量控制的簡單的程序控制過程，而實際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的，因而傳統(tǒng)的繼電器接觸式控制系統(tǒng)常不能滿足這種要求，因此曾出現(xiàn)了繼電器接觸控制和電子技術相結(jié)合的控制裝置，叫做順序控制器。它能夠根據(jù)生產(chǎn)的需要改變控制程序，而又遠比電子計算機結(jié)構簡單，價格低廉，它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現(xiàn)繼電器接觸控制的。但它的裝置體積大，功能也受到一定限制。隨著大規(guī)模集成電路和微處理機技術的發(fā)展及應用，上述控制技術也發(fā)生了根本性的變化，在 70 年代出現(xiàn)了將計算機的存儲技術引入順序控制器，產(chǎn)生了新型工業(yè)控制器--可編程序控制器（PLC） ，它兼?zhèn)淞擞嬎銠C控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，故目前在世界各國已作為一種標準化通用裝置普遍應用于工業(yè)控制。黑龍江工程學院本科生2為解決占機械總加工量 80％左右的單件和小批量生產(chǎn)的自動化的難題，50 年代出現(xiàn)了數(shù)控機床。它綜合應用了電子技術、計算機技術、檢測技術、自動控制和機床結(jié)構設計等各個技術領域的最新技術成就，它是典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床經(jīng)過 40 年來的發(fā)展，品種日益增多，性能不斷完善，其中以輪廓控制的數(shù)控機床和帶有自動換刀裝置和工作臺能自動轉(zhuǎn)位的數(shù)控加工中心發(fā)展更為迅速。數(shù)控機床由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等部分組成，其中伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機床加工精度和生產(chǎn)率的主要因素之一。1.1.2 研究的目的與意義軋輥車床主要應用與冶金制造行業(yè),它主要是對各類長短不同、重量不同的軋輥外表層進行切削加工。由于在軋輥切削過程中對切削速度、刀架檔位及進刀速度有特殊要求，所以控制軋輥車床的 PLC 輸入/輸出點數(shù)也相應增多，同時考慮到余量，可選用歐姆龍中型 C200Hα 系列 PLC。該系列 PLC 集中了“信息化對應控制器”功能的 SYSMACa 系列可編程控制器，實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的自動控制。同時，觸摸屏的加入使操作更加方便，實時的報警信息是維護和改進更加方便。本文主要介紹了歐姆龍 PLC 及觸摸屏在軋輥車床上的應用，通過對軋輥車床基本功能及運動方式的介紹，增加了讀者對 PLC 各個通道的地址分配及 PLC 程序設計的認識；通過介紹軋輥車床和人機界面的參數(shù)，使我們進一步熟悉了歐姆龍 PLC、觸摸屏及電機選型的方法；對 PLC 各個模塊硬件連線圖進行了詳細說明，目的是進一步了解利用歐姆龍 PLC 如何完成對軋輥車床的控制，并對 PLC 中每個外部接點的含義有了深刻認識，有利于系統(tǒng)掌握 PLC 的硬件組成；按照軋輥車床完成的功能，利用組態(tài)圖加標注的方法，將軋輥車床的組態(tài)任務進行了圖解，從而能直觀看出每個組態(tài)畫面所要完成的功能，易于初學者掌握工程中的基本組態(tài)；同時強調(diào)了一些基本程序指令在實際應用中應注意的問題，使讀者在以后應用或設計中能夠引起重視；最后介紹 PLC 與觸摸屏的通信設置，使我們進一步掌握了 PLC 與觸摸屏建立通信的方法。特別加入了梯形圖和指令表的描述，用這兩種方式對軋輥車床控制程序進行介紹，使得讀者能進一步了解梯形圖與指令表的區(qū)別，并從中掌握一些特殊指令的應用。本文將介紹觸摸屏 PLC 控制系統(tǒng)在 C84 型軋輥車床上的應用，其中包括軋輥車床的組成、參數(shù)說明、控制系統(tǒng)構成及選型、扎輥車床的硬件接線、PLC 輸入/輸出地址分配、觸摸屏畫面的組態(tài)、PLC 梯形圖程序、指令表程序及 PLC 與觸摸屏的通信。通過對軋輥車床 PLC 及觸摸屏的介紹，我們將進一步熟悉 PLC 與觸摸屏的設計黑龍江工程學院本科生3方法及在工程應用中所要注意的問題。1.2 基本內(nèi)容和擬解決的問題1.2.1 基本內(nèi)容1．選擇和確定總體設計方案；2．設計電氣控制原理框圖；3．進行 PLC 的選型及 I/O 分配；4．設計 PLC 硬件系統(tǒng)；5. PLC 控制程序的設計；6. 觸摸屏畫面組態(tài)設計1.2.2 擬解決的問題1. PLC 及連接 PLC 外圍設備選用。2. 觸摸屏組件選用,人機界面選用。3. PLC 輸入與輸出硬件接線設計,PLC 與主軸和 PLC 與刀架硬件的接線設計,PLC地址分配。4. PLC 與觸摸屏畫面的通信設置。黑龍江工程學院本科生4第 2 章 軋輥車床的主要結(jié)構與控制要求要想進行 PLC 控制系統(tǒng)的設計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工作特點，明確控制要求以及各階段的特點和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。2.1 軋輥車床的主要結(jié)構（1）主軸箱。主軸的一端是直流電動機，另一端是由齒輪帶動的花盤。主軸箱內(nèi)主要有各種傳動齒輪及液壓缸組成。主軸箱功能主要是夾緊軋輥并驅(qū)動軋按照設定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動源為 Z 系列 55kw 直流電動機，主軸換擋操作都在主軸箱內(nèi)完成。（2）液壓工作站系統(tǒng)。液壓工作站系統(tǒng)主要給主軸箱提供靜壓油和潤滑油。液壓站由一個 7.5kw 液壓泵、電磁閥、回油缸及壓力表組成。液壓站不僅為主軸箱提供靜壓及潤滑，也為尾座提供靜壓。（3）刀架。刀架是切削軋輥的主要設備。由刀頭、溜板箱及交流伺服電動機組成，溜板箱在滑軌作橫向移動，從而完成切削不同部位的軋輥。組成刀架的電氣控制部分通過 NT5Z 型人機界面控制其橫向和縱向移動、快速和進給。（4）尾座。尾座位于車床尾部，由套筒（頂緊軋輥的裝置） 、液壓缸、尾座電動機和套筒電動機組成。他配合主軸夾緊裝置--花盤，來完成對整個軋輥的夾緊。（5）導軌。導軌是刀架及尾座移動的軌道。導軌表面要求保持清潔、光滑并且平整，從而使刀架運行平穩(wěn)，保持了加工質(zhì)量。因此應定期清理和潤滑導軌表面。導軌底部是機床床身，用來穩(wěn)定整個機床。（6）機床電氣控制部分。機床電氣控制部分由主回路和控制回路兩部分組成。主回路主要由主軸驅(qū)動裝置、刀架驅(qū)動裝置及各種交直流電動機組成；控制回路由C200HS 型 PLC 和布于兩個刀架的觸摸屏、各種電磁閥、限位開關及其他控制電路組成。2.2 軋輥車床的控制要求軋輥車床控制系統(tǒng)主要是由三部分組成：人機界面、PLC 及連接 PLC 的外圍設備。（1）人機界面通過通信電纜與 PLC 的 CPU 相連，從而實現(xiàn)了 PLC 與人機界面的雙向通信。（2）根據(jù)扎輥車床所要完成的功能及技術要求，PLC 主要由 CPU、電源、數(shù)字黑龍江工程學院本科生5量輸入/輸出模塊、獨立數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸入模塊組成。（3）PLC 每一個模塊下對應連接有外圍電路，它們是 PLC 的輸入信號。如按鈕、VWQS FU6M54FU4KM83FU229103KMQS121FR5FRFRFU0 3主 軸 電 動 機FR1KM67圖 2.1 軋輥車床主電路控制原理圖行程開關、使能信號和液位開關。同時 PLC 輸出相應的控制信號，如控制電磁閥、液壓泵及各種信號指示。獨立數(shù)字量輸出模塊分別完成主軸及刀架速度給定、使能和鎖零等功能。模擬量輸入模塊主要是對實際轉(zhuǎn)速信號進行測量，并將其顯示在觸摸屏上。2.3 繼電器電氣線路的分析軋輥車床主電路控制原理圖如圖 2.1 所示:2.3.1 主電路分析該機床共配置五臺電動機 M1、M2 和 M3、M4、M5。主軸電動機 M1（功率為 30kW）完成主軸主運動，采用直接啟動方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可進行正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣制動停車。為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。電動機 M1 控制電路分為四個部分： ①由正轉(zhuǎn)控制接觸器 KM6 和反轉(zhuǎn)控制接觸器 KM7 的兩組主觸點構成電動機的正反轉(zhuǎn)電路。②電流表 PA 經(jīng)電流互感器 TA 接在主電動機 M1 主運動上，以監(jiān)視電動機繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用時間繼電器 KT 的動斷觸頭，在啟動的短時間內(nèi)將電流表暫時短接。③串聯(lián)電阻限流控制部分，接觸器 KM2 的主觸點控制限流電阻 R 的接入和切除，在進行點動調(diào)整時，為防止連續(xù)的啟動電流造成電動機過載而串入了限流電阻R，以保證電路設備正常工作。④速度繼電器 KS 的速度檢測部分與電動機的主軸相黑龍江工程學院本科生6聯(lián)，在停車制動過程中，當主電動機轉(zhuǎn)速接近零時，其動合觸頭可將控制電路中反接制動的相應電路切斷，完成停車制動。油泵電動機 M2 給主軸箱提供靜壓油和潤滑油,而且給左右兩個刀架提供靜壓及潤滑，采用直接啟動停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器 KM1 和 KM12 的主觸點控制其主電路的接通與斷開。刀架電動機 M3 由交流接觸器 KM8 控制,他可以控制刀架的進給、向左和向右移動。對左右刀架起到控制作用。M4 是尾座電動機，M5 是套筒電動機，它主要配合主軸花盤完成對整個軋輥的夾緊。為保證主電路的正常運行，主電路中還設置了采用熔斷器的短路保護環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動機過載保護環(huán)節(jié)。2.3.2 控制電路分析電源：由控制變壓器 TC（380V/110V，36V）的接線和參數(shù)標注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級為～110V。主電動機 M1 控制：接通電源 SB0。急?？偣灿?SB1、SB2、SB3 三個按鈕控制，在機床出現(xiàn)大的故障時，分別按下三個按鈕中的任何一個都可以使整個車床停止運轉(zhuǎn)。正向點動 SB13→KM2 +（無自保）→M1 串 R 正向點動（ SB13+表示按 SB13 并保持） 。反向點動 SB16→KM2。正向起動 SB9 +→KM6 +,反向起動 SB11→KM7。左 1 擋縱向 SB21+→YC5 -，左 1 擋橫向 SB22→YC4，左 2 擋與左 1 擋類似反向制動 （接 SB3）與停車制動（ KS-2+）過程與正向類似。采用控制流程來表達電路的過程具有簡單、一目了然的優(yōu)點。其基本步驟是：各自受控點動作后出現(xiàn)的控制結(jié)果（利用坐標標注檢索可避免遺漏） 。冷卻泵電動機 SB5+ →KM1 +（自保）→M2 起動。SB4 + →KM1 +（自保）→M2停止?？焖匐妱訖C SQ+（刀架手柄壓動） →KM5 +→M3 起動。2.3.3 整機線路聯(lián)鎖與保護由 KM1 與 KM2 各自的常閉觸點串接于對方工作電路以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行互鎖。由FU0 及 FU1～FU6 實現(xiàn)短路保護。由 FR1 與 FR2 實現(xiàn) M1 與 M2 的過載保護（根據(jù)M1 與 M2 額定電流分別整定） 。KM1～KM4 等接觸器采用按鈕與自?？刂品绞剑虼耸?M1 與 M2 具有欠電壓與零電壓保。黑龍江工程學院本科生72.4 本章小結(jié)本章主要介紹了軋輥車床的主要結(jié)構和控制要求，還有繼電器電器電路分析。其中繼電器電氣線路分析包括主電路分析和控制電路分析。黑龍江工程學院本科生8第 3 章 系統(tǒng)元器件的選擇3.1 伺服電機的選擇伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺 服 系 統(tǒng) （ servomechanism） 是 使 物 體 的 位 置 、 方 位 、 圖 3.1 伺 服 電 機狀 態(tài) 等 輸 出 被 控 量 能 夠 跟 隨 輸 入 目 標 （ 或 給 定 值 ） 的 任 意 變 化 的 自 動 控 制 系 統(tǒng) 。伺 服 主 要 靠 脈 沖 來 定 位 ， 基 本 上 可 以 這 樣 理 解 ， 伺 服 電 機 接 收 到 1 個 脈 沖 ， 就會 旋 轉(zhuǎn) 1 個 脈 沖 對 應 的 角 度 ， 從 而 實 現(xiàn) 位 移 ， 因 為 ， 伺 服 電 機 本 身 具 備 發(fā) 出 脈 沖的 功 能 ， 所 以 伺 服 電 機 每 旋 轉(zhuǎn) 一 個 角 度 ， 都 會 發(fā) 出 對 應 數(shù) 量 的 脈 沖 ， 這 樣 ， 和 伺服 電 機 接 受 的 脈 沖 形 成 了 呼 應 ， 或 者 叫 閉 環(huán) ， 如 此 一 來 ， 系 統(tǒng) 就 會 知 道 發(fā) 了 多 少脈 沖 給 伺 服 電 機 ， 同 時 又 收 了 多 少 脈 沖 回 來 ， 這 樣 ， 就 能 夠 很 精 確 的 控 制 電 機的 轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 實 現(xiàn) 精 確 的 定 位 ， 可 以 達 到 0.001mm。 直 流 伺 服 電 機 分 為 有 刷 和 無刷 電 機 。 有 刷 電 機 成 本 低 ， 結(jié) 構 簡 單 ， 啟 動 轉(zhuǎn) 矩 大 ， 調(diào) 速 范 圍 寬 ， 控 制 容 易 ， 需黑龍江工程學院本科生9要 維 護 ， 但 維 護 不 方 便 （ 換 碳 刷 ） ， 產(chǎn) 生 電 磁 干 擾 ， 對 環(huán) 境 有 要 求 。 因 此 它 可 以用 于 對 成 本 敏 感 的 普 通 工 業(yè) 和 民 用 場 合 。 無 刷 電 機 體 積 小 ， 重 量 輕 ， 出 力 大 ， 響 應 快 ， 速 度 高 ， 慣 量 小 ， 轉(zhuǎn) 動 平 滑 ，力 矩 穩(wěn) 定 。 控 制 復 雜 ， 容 易 實 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 。 電 機 免 維 護 ， 效 率 很 高 ， 運 行 溫 度 低 ， 電 磁 輻 射 很 小 ， 長 壽 命 ， 可用 于 各 種 環(huán) 境 。 交 流 伺 服 電 機 也 是 無 刷 電 機 ， 分 為 同 步 和 異 步 電 機 ， 目 前 運 動 控 制 中 一 般 都用 同 步 電 機 ， 它 的 功 率 范 圍 大 ， 可 以 做 到 很 大 的 功 率 。 大 慣 量 ， 最 高 轉(zhuǎn) 動 速 度 低 ，且 隨 著 功 率 增 大 而 快 速 降 低 。 因 而 適 合 做 低 速 平 穩(wěn) 運 行 的 應 用 。 伺 服 電 機 內(nèi) 部 的 轉(zhuǎn) 子 是 永 磁 鐵 ， 驅(qū) 動 器 控 制 的 U/V/W 三 相 電 形 成 電 磁 場 ， 轉(zhuǎn)子 在 此 磁 場 的 作 用 下 轉(zhuǎn) 動 ， 同 時 電 機 自 帶 的 編 碼 器 反 饋 信 號 給 驅(qū) 動 器 ， 驅(qū) 動 器 根據(jù) 反 饋 值 與 目 標 值 進 行 比 較 ， 調(diào) 整 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 的 角 度 。 伺 服 電 機 的 精 度 決 定 于 編 碼器 的 精 度 （ 線 數(shù) ） 。 交 流 伺 服 電 機 和 無 刷 直 流 伺 服 電 機 在 功 能 上 的 區(qū) 別 ： 交 流 伺 服 要 好 一 些 ， 因為 是 正 弦 波 控 制 ， 轉(zhuǎn) 矩 脈 動 小 。 直 流 伺 服 是 梯 形 波 。 但 直 流 伺 服 比 較 簡 單 ， 便 宜 。交 流 伺 服 電 動 機 定 子 的 構 造 基 本 上 與 電 容 分 相 式 單 相 異 步 電 動 機 相 似 .其 定子 上 裝 有 兩 個 位 置 互 差 90°的 繞 組 ， 一 個 是 勵 磁 繞 組 Rf， 它 始 終 接 在 交 流 電 壓Uf 上 ； 另 一 個 是 控 制 繞 組 L， 聯(lián) 接 控 制 信 號 電 壓 Uc。 所 以 交 流 伺 服 電 動 機 又 稱兩 個 伺 服 電 動 機 。 交 流 伺 服 電 動 機 的 轉(zhuǎn) 子 通 常 做 成 鼠 籠 式 ， 但 為 了 使 伺 服 電 動 機 具 有 較 寬 的 調(diào)速 范 圍 、 線 性 的 機 械 特 性 ， 無 “自 轉(zhuǎn) ”現(xiàn) 象 和 快 速 響 應 的 性 能 ， 它 與 普 通 電 動 機相 比 ， 應 具 有 轉(zhuǎn) 子 電 阻 大 和 轉(zhuǎn) 動 慣 量 小 這 兩 個 特 點 。 目 前 應 用 較 多 的 轉(zhuǎn) 子 結(jié) 構 有兩 種 形 式 ： 一 種 是 采 用 高 電 阻 率 的 導 電 材 料 做 成 的 高 電 阻 率 導 條 的 鼠 籠 轉(zhuǎn) 子 ， 為了 減 小 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 轉(zhuǎn) 子 做 得 細 長 ； 另 一 種 是 采 用 鋁 合 金 制 成 的 空 心 杯 形 轉(zhuǎn)子 ， 杯 壁 很 薄 ， 僅 0.2-0.3mm， 為 了 減 小 磁 路 的 磁 阻 ， 要 在 空 心 杯 形 轉(zhuǎn) 子 內(nèi) 放 置固 定 的 內(nèi) 定 子 .空 心 杯 形 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 很 小 ， 反 應 迅 速 ， 而 且 運 轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) ， 因 此 被廣 泛 采 用 。 交 流 伺 服 電 動 機 在 沒 有 控 制 電 壓 時 ， 定 子 內(nèi) 只 有 勵 磁 繞 組 產(chǎn) 生 的 脈 動 磁 場 ，轉(zhuǎn) 子 靜 止 不 動 。 當 有 控 制 電 壓 時 ， 定 子 內(nèi) 便 產(chǎn) 生 一 個 旋 轉(zhuǎn) 磁 場 ， 轉(zhuǎn) 子 沿 旋 轉(zhuǎn) 磁 場的 方 向 旋 轉(zhuǎn) ， 在 負 載 恒 定 的 情 況 下 ， 電 動 機 的 轉(zhuǎn) 速 隨 控 制 電 壓 的 大 小 而 變 化 ， 當控 制 電 壓 的 相 位 相 反 時 ， 伺 服 電 動 機 將 反 轉(zhuǎn) 。黑龍江工程學院本科生10該 車 床 使 用 的 交 流 伺 服 電 動 機 額 定 功 率 為 750kw， 額 定 轉(zhuǎn) 矩 為 2.39N.m， 額定 轉(zhuǎn) 速 為 3000rpm， 額 定 電 流 為 4.78A。3.2 直流電機的選擇 識別系統(tǒng)采用的微型直流電機 DS-45RP775244500-51K 如圖 3.2，表 3.1 所示圖3.2 直流電機表3.1 直流電機主要參數(shù)型 號 DS-45RP775244500-51K 類型 直流電動機額定電壓 3-24V 外形尺寸 齒輪箱直徑45（mm）3.6 本章小結(jié)元器件的選用是本次設計的重點，元器件的選擇對整個系統(tǒng)的運行都有一定的影響，另外還要考慮價格因素。本章所選的元器件有 Z 系列 55kw 直流電動機；選用80CB075C-010000 型號交流伺服電動機。黑龍江工程學院本科生11第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設計PLC 控制系統(tǒng)的硬件設計，主要是根據(jù)被控制對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的 PLC 類型，并分配 I/O 點。4.1 確定 I/O 點數(shù)根據(jù)第 2 章的主電路分析,統(tǒng)計 I/0 的點數(shù)如表 4-1 所示:表 4-1 I/0 點數(shù)的統(tǒng)計類 型 功能 所占點數(shù)(個)M1 的停止按鈕 1M1 的點動按鈕 1M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 1M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 1M2 的停止按鈕 1M2 的啟動按鈕 1M3 的限位開關 1M1 的熱繼電器動合觸電 1M2 的熱繼電器動合觸電 1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點 1輸入設備速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點 1M1 的正轉(zhuǎn)接觸器 1M1 的反轉(zhuǎn)接觸器 1M1 的制動接觸器 1M2 接觸器 1M3 接觸器 1輸出設備電流表接入中間繼電器 1黑龍江工程學院本科生124.2 PLC 的選擇根據(jù)設計要求可知，PLC 點數(shù)的選擇，不管是輸入點數(shù)還是輸出點數(shù)都要留有10%的余量，根據(jù) I/O 口分配情況可知：輸入信號有 11 個，輸出信號有 6 個，圖 4.1 PLC 硬件基本組成的簡化框圖根據(jù) I/O 點數(shù)可選擇 FX2N—24MR 可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。4.2.1 PLC 的硬件組成與各部分的作用可編程控制器(PLC )是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、黑龍江工程學院本科生13計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。其結(jié)構如圖 4.1:由圖可見， PLC 的硬件是由主機（基本單元） 、 I/O 擴展模塊以及各種外部設備組成，通過各自的端口聯(lián)成一個整體。其主要組成及各部分作用是:1.CPU CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，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)總線構成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。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。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路,2.存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器, 用戶存儲器包括用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放用戶程序執(zhí)行過程中使用 NO/OFF 狀態(tài)量或數(shù)值量，以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。用戶存儲器內(nèi)容由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，可任意修改、刪除?？刹捎酶呙芏?、低功耗的 CMOS RAM 或 EPROM與 EEPROM。他在 PLC 技術指標中的內(nèi)存容量系指用戶存儲器容量，是 PC 等級的一項重要指標；系統(tǒng)存儲器用于固化 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當于單片機的監(jiān)控程序或個人計算機的操作系統(tǒng)，在很大程度上他決定該種 PC 的性能和質(zhì)量，用戶無法更改或調(diào)用。3.輸入、輸出單元（I/O 單元） I/O 口單元稱為 I/O 接口電路，PLC 程序執(zhí)行過程中需要用的各種開關量、數(shù)字量或模擬量等各種外部設備或設定量，都通過輸入電路進入 PLC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過輸出電路送到控制現(xiàn)場實現(xiàn)外部控制功能。由于生產(chǎn)過程當中的信號電平、頻率是多種多樣的，外部執(zhí)行機構所需的電平、頻率也是千差萬別的，而 CPU 處理的信號只是標準電平，其工作節(jié)拍又與外部環(huán)境不一樣。所以 PLC 與通用計算機 I/O 電路有著類似的作用，即電平變換、速度匹配、驅(qū)動功率放大、信號隔離等。不同的是，PC 產(chǎn)品的 I/O 單元是顧及其工作環(huán)境和各種要求而經(jīng)過精心設計和制造的。通用計算機則要求擁護根據(jù)使用條件自行開發(fā)，其可靠性、抗干擾能力往往達不到系統(tǒng)要求。(1).輸入接口電路各種 PLC 輸入電路大致相同，其輸入方式有三種類型：一種是直流輸入黑龍江工程學院本科生14（DC12V 或 24V） ，另一種是交流輸入（AC100～120V 或 200～240V ） ，第三種是交直流輸入（交直流 12V 或 24V） 。外部輸入器件可以是無源觸點，如按鈕、行程開關、主令開關等，也可以是有源器件，如各類傳感器、集電極開路的晶體管接近開關、光電開關等。在 PLC 內(nèi)部電源容量允許前提下，有源輸入器件可采用 PLC 輸出電源，否則必須外設電源。當輸入信號為模擬量時，信號必須經(jīng)過專用的模擬量輸入模塊進行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后通過輸入電路進行 PLC。輸入信號是通過輸入斷子經(jīng) RC 濾波、光電隔離進入內(nèi)部電路。(2).輸出接口電路為適應不同負載需求，各類 PLC 的輸出有三種方式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出最常用，適用交直流負載，其特點是帶負載能力強，但動作頻率和響應速度慢。晶體管適應直流負載，其特點是動作頻率高，響應速度快，但帶負載能力小。晶閘管輸出使用交流負載，響應速度快，帶載能力不大。外部負載直接與 PLC 輸出端子相聯(lián)，輸出電路的負載電源由用戶根據(jù)負載要求自行分配。輸出電路僅是提供輸出通道。同時考慮不同類型，不同性質(zhì)負載的接線要求，通常 PLC 輸出端口的公共端子是分組設置的。每 4-8 點共一個 COM 端子，各組相互隔離。在實際應用中應該注意各類 PLC 輸出端子的輸出電流不能超出其額定值，同時還要注意輸出電流與負載性質(zhì)有關，例如 FX2 型 PLC 繼電器輸出的負載能力在電源電壓 250V 以下時，電阻性負載為 2A/點；感性負載為 80VA/點，燈負載為 100W/點。4. 電源單元 PLC 對供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。允許電源電壓額定值在+10%～-15%范圍內(nèi)波動。也有用直流 24V 供電。PLC 內(nèi)部有一個高質(zhì)量開關型穩(wěn)壓電源，用于對 CPU、I/O 單元供電，還可以為外部傳感器提供 DC24V電源。4.2.2 PC 的技術指標1.FX2系列小型PC一般技術指標 一般技術指標主要是指PLC產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應程度。PLC是專為工業(yè)控制設計的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術指標如表4-2所示。表4-2 一般技術指標環(huán)境溫度 0～55℃環(huán)境濕度 35%～85%RH（不結(jié)露）黑龍江工程學院本科生15抗震 JIS C0911 標準 10～55Hz 0.55mm（最大 2g）3 軸方向各 2h抗沖擊 JIS C0912 標準 10g 3 軸方向各 3 個抗噪音干擾 用噪音仿真器產(chǎn)生電壓為 1000Vp-p,噪音脈沖寬度為 1μs,頻率為 30～100Hz 噪音，在此噪音干擾下 PLC 正常工作耐壓 1500AC 1min絕緣電壓 5M 以上，500V DC接地 第 3 種接地，不能接地時，亦可浮空使用環(huán)境 禁止腐蝕性氣體，嚴禁塵埃2.性能技術指標性能技術指標標志某種 PLC 在硬件和軟件反面所具備功能。不同機型差異較大，在 PLC 選型時要逐一考慮該項技術指標能否滿足要求。PLC 的性能包括：輸入指標、輸出指標和電源指標方面。如表 4-3、4-4、4-5 所示。表 4-3 輸入技術指標輸入電壓 24V DC 隔離 光電耦合輸出電流 7mA 響應時間 10ms表 4-4 輸出技術指標項目 繼電器輸出 SSR 輸出 晶體管輸出外部電源 250V AC，30V DC 85～242V AC 5～30V DC電阻負載 2A/點 0.3A/點，0.8A/4點0.5A/1 點，0.8A/4 點感性負載 80VA 15VA/100V AC 30VA/240V AC12W/24V DC最大負載燈負載 100W 30W 1.5W/24V DC開路漏電流 ____ 1mA/100V AC 2.4mA/240V AC0.1mA/30V DC最小負載 ____ 0.4VA/100V AC 2.3VA/240V AC____OFF-NO 約 10ms 1ms 以下 0.2ms 以下響應時NO-OFF 約 10ms 最大 10 ms 0.2ms 以下黑龍江工程學院本科生16間隔離方式 繼電器隔離 光電晶閘管隔離 晶體管隔離表 4-5 電源技術指標項目 FX-16M FX-24M FX-32M FX-32EFX-48MFX-48EFX-64M FX-80M電源電壓 （100～240V）+10%-15%AC 50/60Hz(120/240V 電源系瞬間斷電允許時間 對于 10ms 以下的瞬間斷電控制動作不受影響電源熔絲 250V 2A，　5mm*20mm 250V 5A,5mm*20mm電力消耗/VA30 35 40 50 60 70傳感器無擴展模塊電源有擴展模塊24V DC 250mA 以下24V DC 100mA 以下（擴展 16點時）24V DC 400 mA 以下 24V DV 150 mA（擴展 32 點時）4.3 PLC I/0 分配表根據(jù)所統(tǒng)計的 I/O 口與所選的 PLC 的型號可列出其 I/O 分配如表 4-6 所示:表 4-6 PLC I/O 分配表輸入設備 輸出設備代號 功能PLC 輸入繼電器 代號 功能PLC 輸出繼電器SB0 M1 的停止按鈕 X0 KM1 M1 的正轉(zhuǎn)接觸器 Y0SB1 M1 的點動按鈕 X1 KM2 M1 的反轉(zhuǎn)接觸器 Y1SB2 M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 X2 KM3 M1 的制動接觸器 Y2SB3 M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 X3 KM4 M2 接觸器 Y3SB4 M2 的停止按鈕 X4 KM5 M3 接觸器 Y4SB5 M2 的啟動按鈕 X5 KA 電流表接入中間 Y5黑龍江工程學院本科生17繼電器SQ M3 的限位開關 X6FR1 M1 的熱繼電器動合觸電X7FR2 M2 的熱繼電器動合觸電X10KS1 速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點X11KS2 速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點X124.4 PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖的設計圖 4.2 外部接線圖4.5 軋輥車床 PLC 與人機界面的連接黑龍江工程學院本科生18為了建立 PLC 與觸摸屏畫面的通信，要知道人機界面和 PLC 的竄口及如何進行通信設置。對于 PLC 與人機界面連線，采用 COM1 口，其協(xié)議為 RS232。它按照從右至左，從上到下依次排序。其中端子 2 為接受數(shù)據(jù)端（RXD） ，端子 3 為發(fā)送數(shù)據(jù)端（TXD） ，端子 5 為接地端子（GND） ，端子 7 為請求發(fā)送端（RTS） ，端子 8 為允許發(fā)送端（CTS） ，其余為空端子?？刂破魍ㄐ趴谛枰c觸摸屏的通信口一致,設為 COM1 口.同時,人機界面通信口也要保持一致,統(tǒng)一設定為 RS232,波特率為 9600。其余參數(shù)為人機默認值。PLC 采用相應的 9 針 D 型串口線，其接線方式如圖 4.3 所示。圖 4.3 為接線端子RS232 協(xié)議連接方式：人機發(fā)送端（3）對應連接 PLC 的接收端（3） 、PLC 的發(fā)送端（2）對應連接人機接收端（2） 、人機的接線（5）與 PLC 的地線（9）相連、PLC 的端子 4 和 5 短接，其余空接。NT5Z 接線端 PLC 接線端9 針 D 型(RS232) 9 針 D 型(RS232)圖 4.3 RS232 協(xié)議端子定義4.6 本章小結(jié)本章論述的是 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設 計，根據(jù)被控制對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要 求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的 PLC 類型，并分配 I/O 點。還介紹了 PLC 外部接線圖， PLC 與人機界面的連接等。RXD(2)TXD(3)GNDTXD(2)RXD(3)SG(9)RG(4)CS(5)黑龍江工程學院本科生19第 5 章 控制系統(tǒng)的軟件設計5.1 控制系統(tǒng)程序設計5.1.1 主軸控制部分(1)急停部分程序機床急停就是在故障發(fā)生后快速停止整個車床運轉(zhuǎn),以避免故障擴大。如圖 5.1所示，當按下“急?！卑粹o，并且主軸油泵啟動按鈕斷開后，PLC 接通急停中繼并自鎖。同時接通急停定時器 TIM000 和 TIM001，分別延時 1.5s 和 0.5s，執(zhí)行互鎖IL（02）指令，并直接轉(zhuǎn)入 IL(03)的下一條指令執(zhí)行。聯(lián)鎖指令 IL(02)和 IL(03)一起使用，并建立聯(lián)鎖功能。聯(lián)鎖和采用 TR 位類似都可用于分叉處理。在 IL(02)指令執(zhí)行條件不滿足（OFF）時，處于 IL（02）和ILC(03)之間的指令處理與 TR 的處理結(jié)果不同。如果 IL(02)執(zhí)行條件為 OFF，程序直接轉(zhuǎn)入 IL（03）的下一條指令執(zhí)行；執(zhí)行條件滿足（ON） ，從 IL(02)所處的指令點到下一個 ILC(03)指令間的每一行指令允許執(zhí)行。 急 停 中 繼TIM0#15定 時 器定 時 器 號設 置 值定 時 器定 時 器 號設 置 值互 鎖IL(02)急 停急 停 中 繼 主 軸 油 泵 啟 動 復 位急 停 延 1.5s2.0.0.5TIM01黑龍江工程學院本科生20圖 5.1 急停程序段設計圖(2)主軸油泵啟動及故障程序段圖 5.2 給出了主軸油泵啟動程序。在無主軸故障下，主軸油泵接通并自鎖，同時接通風機。接通定時器 TIM002 延時 10s。油壓過載或主軸裝置故障時輸出主軸故障中繼，同時主軸故障延時 1.5s 和 0.5s 后使主軸油泵自動斷開（見圖 5.2） 。油 壓 過 載主 軸 裝 置 故 障主 軸 故 障 中 繼 主 油 泵 起 延 10s主 軸 油 泵 啟 動 主 軸 故 障 中 繼TIM03#154定 時 器定 時 器 號設 置 值定 時 器定 時 器 號設 置 值2..3TIM2.04圖5.2 主軸油泵啟動及故障程序(3)主軸各狀態(tài)運行程序段圖 5.3 給出了主軸啟停、點動、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)方向輸出程序的設計。主軸正轉(zhuǎn)條件：油泵接通、主軸在擋位、無主軸故障、無急停輸出及反向聯(lián)鎖，接通正轉(zhuǎn)中繼工作位并自鎖。在正向點動或接通換擋脈沖中繼時，主軸正點中繼工作位接通。無論主軸處于正點中繼接通，還是主軸正轉(zhuǎn)狀態(tài)，程序?qū)⑤敵鲋鬏S正向信號，同時輸出主軸運行中繼工作位。主軸啟動條件：主軸油泵接通、主軸無故障、無急停輸出。同樣，如圖 5.3 所示，主軸反轉(zhuǎn)條件為：油泵接通、主軸在擋位、無主軸故障、無急停輸出及反向聯(lián)鎖，接通反轉(zhuǎn)中繼工作位并自鎖。在反向點動或接通換擋脈沖中繼時，主軸反向點動中繼工作接通。無論主軸處于反向點動，還是主軸反轉(zhuǎn)，程序?qū)⑤敵鲋鬏S反向信號，同時輸出主軸運行中繼工作位。黑龍江工程學院本科生21主 軸 運 行 中 繼 主 軸 油 泵 通 主 軸 故 障 延 0.5s急 停 延主 軸 正 點 主 軸 油 泵 通 主 軸 長 車 中 繼 主 軸 反 點 中 繼換 擋 脈 動 中 繼20.71TIM4TIM16262320.1圖5.3 主軸運行程序指示(4)主軸換擋工作指示程序段如圖 5.4 所示，主軸選擇 1 擋后，主軸在 1 擋的兩個行程開關閉合，即主軸擋位信號 2 和主軸擋位信號 3 接通，同時主軸 在 1 擋中繼接通，并輸出主軸在 1 擋指示。在主油泵接通時，PLC 輸出主軸 1 擋給定工作位 103.04，也可通過換擋脈沖中繼輸出給定工作位 103.04，輸出 1 擋給定工作位 103.4 的目的是為了與主軸 2 擋 3 擋給定構成聯(lián)鎖。2 擋和 3 擋給定及在擋位顯示程序與 1 擋類似。主 軸 在 1擋 中 繼 主 軸 油 泵 通主 軸 油 泵 通主 軸 在 2擋 中 繼主 軸 在 3擋 中 繼換 擋 脈 動 中 繼 主 軸 1擋 給 定 10.4350.0.03.4圖5.4 主軸在擋位工作程序圖(5)主軸換擋程序段如圖 5.5 所示，在主軸油泵接通并且主軸不在擋位時，PLC 則以 1s 為周期觸發(fā)換擋指示，并間斷性閃爍。主軸換 1 擋中繼接通條件為：主軸選擇 1 擋、主軸不在長車運行下、主軸 1 擋與2 擋和 3 擋互鎖。在主軸油泵接通時，同時接通主換擋電磁閥 2 和 3 進行換擋。黑龍江工程學院本科生22當主軸在 1 擋斷開時，啟動定時器 TIM005，經(jīng)過 4s 后，TIM005 被置位，接通換擋脈動中繼，于此同時 TIM006 延時 4s 后被置位，則 TIM005 復位，同時 TIM006 也被復位。如果主軸在 1 擋仍是斷開，重復以上操作，進行脈沖換擋。主軸換 2 擋和主軸換 3 擋程序設計與主軸換 1 擋類似。在主軸換 2 擋時，主換擋電磁閥 1 和主換擋電磁閥 3 接通；在主軸換 3 擋時，主換擋電磁閥 2 和主換擋電磁閥4 接通。 主 軸 油 泵 通主 軸 在 1擋 中 繼 主 軸 在 擋 位 中 繼.0s時 鐘 脈 沖 位主 軸 選 擋 主 軸 長 車 中 繼主 軸 長 車 中 繼 主 軸 換 2擋 中 繼 主 軸 換 3擋 中 繼P-0.26.091283圖5.5 主軸換擋位程序設計圖(6)主軸警報程序段對于主軸故障報警，如圖 5.6 所示，如果油壓異常，在主軸油泵延時 10s 后接通油壓故障指示，同時接通 TIM007，經(jīng)過 2s 延時后置位，輸出主軸故障報警，與此同時接通 TIM008，TIM008 經(jīng)過 2s 后置位，并對 TIM007 進行復位，如果故障仍未解除，重復以上動作，主軸故障報警將一直工作。 油 壓 過 載主 軸 故 障 中 繼 主 油 泵 起 延 10sTIM07#2.32TIM812.3圖5.6 主軸故障報警程序設計圖5.1.2 左刀架程序部分黑龍江工程學院本科生23(1)左刀架油泵程序段如圖 5.7 所示，左刀架溜板箱油泵有輸出信號的條件為：啟動左刀架油泵和左油泵不過載，該信號接通后自鎖。左刀架在快速或進給運行時，TIM010定時器接通，并且其經(jīng)過3min延時后置位。同時左刀架油泵接通后,TIM011定時器接通經(jīng)過10s延時后置位，并對TIM010復位，從而使左刀架油泵斷開，復位TIM011。如果左刀架繼續(xù)運轉(zhuǎn)，將重復以上動作。直至左刀架停止運轉(zhuǎn)或左刀架溜板箱油泵停止。 左 油 泵 啟 動 左 油 泵 停 止 左 油 泵 過 載 復 位左 溜 板 油 泵 通1.0891.06510.55圖5.7 左刀架油泵程序設計圖(2)左刀架上電及工作指示程序段如圖5.8所示，左刀架溜板箱油泵接通后，在左刀架裝置準備好后輸出左刀架裝置上電指示。左刀架快速指示輸出的條件為：左刀架選擇快速、左刀架溜板箱油泵接通、與左刀架選擇進給指示形成互鎖；左刀架進給指示輸出的條件為：左刀架選擇進給、左刀架溜板箱油泵接通、與左刀架選擇快速指示形成互鎖。同時在左刀架運行狀態(tài)下PLC自鎖。 左 溜 板 油 泵 通 左 溜 板 油 泵 通左 刀 架 選 快 速 左 裝 置 準 備 好 左 選 進 給 指 示10.5710.4102.52黑龍江工程學院本科生24圖5.8 左刀架上電及指示程序設計圖(3)左刀架運行輸出程序段如圖 5.9 所示，左刀架運行輸出即左刀架向左或向右運行。左刀架作進給運動即左刀架向左進給或左刀架向右進給。同樣，左刀架選擇快速指示下，左刀架快速輸出，無進給輸出。 左 進 給 左 轉(zhuǎn) 中 繼左 進 給 向 右 中 繼左 刀 架 左 轉(zhuǎn) 輸 出左 刀 架 右 轉(zhuǎn) 輸 出201.201.434 510.圖5.9 左刀架運行輸出程序設計圖(4)左刀架左向運行程序段如圖 5.10 所示，在左刀架程序部分中第 8 條程序表示第一行程序未完，緊接第二行箭頭所指部分。左刀架快速左轉(zhuǎn)輸出的條件為：選擇左刀架向左、選擇快速、左刀架裝置無故障、溜板箱油泵接通。左刀架左轉(zhuǎn)進給運行的條件是：左刀架選擇進給、主軸長車中繼工作位為 ON、與左進給向右形成互鎖、主軸無故障，并且其他條件不變情況下輸出左刀架進給左轉(zhuǎn)。左刀架左轉(zhuǎn)輸出條件為：快速左轉(zhuǎn)中繼工作位或左進給左轉(zhuǎn)工作位為 ON、未達到左限位、與左刀架右轉(zhuǎn)輸出互鎖。左刀架向左速度指示輸出條件為：選擇左刀架快速和左刀架左轉(zhuǎn)有輸出。黑龍江工程學院本科生25左 快 速 左 轉(zhuǎn) 中 繼左 進 給 左 轉(zhuǎn) 中 繼 左 限 位 左 刀 架 右 轉(zhuǎn) 輸 出左 刀 架 左 轉(zhuǎn) 輸 出 左 選 快 速 指 示201.3104.104.4 7圖5.10 左刀架左向運行程序設計圖(5)左刀架右向運行程序段如圖 5.11 所示，左刀架程序段部分中第 12 條程序表示第一行程序未完，緊接第二行箭頭所指部分。左刀架快速右轉(zhuǎn)中繼工作位接通條件為：選擇左刀架向右、選擇快速、左刀架裝置無故障和溜板箱油泵接通。左刀架進給右轉(zhuǎn)輸出條件為：左刀架選進給、主軸長車中繼工作位為 ON、與左刀架進給向左互鎖、主軸無故障，并且其他條件不變。左刀架右轉(zhuǎn)指令輸出條件為：快速右轉(zhuǎn)中繼工作位或進給右轉(zhuǎn)工作位為 ON、與左刀架左轉(zhuǎn)輸出互鎖及在沒有選擇左刀架快速時，PLC 接通刀架右向速度指示。左 快 速 右 轉(zhuǎn) 中 繼左 進 給 向 右 中 繼 左 刀 架 左 轉(zhuǎn) 輸 出左 刀 架 右 轉(zhuǎn) 輸 出 左 選 快 速 指 示201.3104.104.4 8圖5.11 左刀架右向運行程序設計圖(6)左刀架短接零輸出程序段如圖5.12所示，在左刀架處于停止狀態(tài)下，并且接通左刀架溜板箱油泵后，PLC輸出一個左刀架鎖零輸出工作位和左刀架短接給定輸出，TIM012計時，并在1s后斷開，左刀架鎖零輸出。開鎖輸出的目的就是使刀架能準確地區(qū)分當前刀架所處的狀態(tài)，有黑龍江工程學院本科生26利于刀架準確定位。 左 刀 架 運 轉(zhuǎn) 中 繼 左 溜 板 油 泵 通左 短 接 給 定 輸 出 左 溜 板 油 泵 通 TIM012#201.5 104.4TIM012.54.5圖5.12 左刀架短接零輸出程序設計圖(7)左刀架擋位選擇及指示程序段圖 5.13 給出了擋位在不同方向上的指示程序。輸出左刀架 1 擋縱向指示的條件為：左刀架 1 擋縱向指示為 ON、左刀架處于運行狀態(tài)、左刀架溜板箱油泵通、與其他擋位及各個方向形成互鎖。左刀架 1 擋縱向指示接通后并自鎖。同樣，也可輸出 1擋橫向、2 擋縱向和 2 擋橫向指示。在選擇擋位和方向時，各檔位和方向上的離合器也相應有輸出（見圖 5.14） 。軋輥車床上刀架橫向/縱向和擋位選擇通過離合器吸合來實現(xiàn)（見圖 5.14） 。左刀架 1擋離合器吸合條件為：左刀架 1 擋橫向或縱向指示為 ON、左刀架無快速輸出、與左刀架 2 擋離合器互鎖。左刀架 2 擋離合器吸合條件為：左刀架輸出為快速、與左刀架1 擋離合器互鎖。對于左刀架縱向離合器，其吸合條件為：左刀架 1 擋有縱向輸出或左刀架 2 擋縱向有輸出、與左刀架橫向離合器互鎖。左刀架橫向離合器吸合條件正好與刀架縱向離合器相反。對于左刀架縱向制動離合器，其吸合條件有兩種情況：第一種為縱向運行停止后的快速制動，即接通離合器制動中繼，該中繼工作位可以持續(xù)導通，同時左刀架運轉(zhuǎn)中繼為 OFF 狀態(tài)；第二種是在左刀架橫向運行時縱向制動離合器吸合。左刀架橫向制動離合器的吸合條件有兩種情況，與左刀架縱向制動離合器的吸合條件相反。黑龍江工程學院本科生27右刀架程序與左刀架類似。 左 刀 架 運 轉(zhuǎn) 中 繼左 刀 架 運 轉(zhuǎn) 中 繼 左 縱 向 離 合 器左 橫 向 離 合 器 離 合 器 制 動 中 繼 左 溜 板 油 泵 通201.5圖5.13 左刀架擋位及方向指示程序設計圖左 1擋 縱 向 指 示左 擋 橫 向 指 示左 2擋 橫 向 指 示左 擋 縱 向 指 示 左 選 快 速 指 示 左 2擋 離 合 器左 1擋 離 合 器02.610.4510.4870.9圖5.14 左刀架離合器輸出程序設計圖5.2 本章小結(jié)軟件設計是 PLC 控制系統(tǒng)的核心，程序設計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，設計出梯形圖。黑龍江工程學院本科生28結(jié) 論本次設計我主要做了以下幾方面工作：1.系統(tǒng)的硬件設計PLC 控制系統(tǒng)的硬件設計，主要是根據(jù)被控制對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的 PLC 類型，并分配 I/O 點。2．系統(tǒng)的軟件設計軟件設計是 PLC 控制系統(tǒng)的核心，程序設計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，設計出梯形圖。黑龍江工程學院本科生29參考文獻[1] 關學鋒， 3-PTT 型滑塊式并聯(lián)機床的 PLC 控制 [M]，機械設計與制造，2009（5）：317-320[2] 熊幸明，千斤頂油缸加工專用機床的 PLC控制系統(tǒng)設計[M]，機床電器， 2002（2）：214-225[3] 吳曉，活塞環(huán)仿形車、銑組合機床 PLC 控制的研究[J]，南通工學院學報，1999（11）：317-323[4] 楊世成，基于 PLC 控制的三軸鉆專機控制系統(tǒng)設計[M]，機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009（9）：112-115[5] 楊濱，基于 PLC 控制系統(tǒng)的電解加工機床改造[M]，新技術新工藝文章， 2011（1）：23-27[6] 宋志峰，多工位于組合機床中 PLC 控制系統(tǒng)的應用[M]，裝備制造技術，2011（2）：234-245[7] 趙良，PLC 控制技術在自動機床擴切機中的應用[M]，工業(yè)控制