【JP086】轧辊车床PLC触摸屏控制系统设计[RW]
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【JP086】轧辊车床PLC触摸屏控制系统设计[RW],jp086,轧辊,车床,plc,触摸屏,控制系统,设计,rw
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毕业设计任务书 学生姓名 苍天龙 院 系 机电工程学院 专业、班级 机械 08 指导教师姓名 窦建华 职称 讲师 从事 专业 机械 设计制造及其自动化 是否 外聘 是否 题目名称 轧辊 车床 摸屏控制系统设计 一、设计 目的、意义 轧辊车床主要应用与冶金制造行业 ,它主要是对各类长短不同、重量不同的轧辊外表层进行切削加工。由于在轧辊切削过程中对切削速度、刀架档位及进刀速度有特殊要求，所以控制轧辊车床的入 /输出点数也相应增多，同时考虑到余量，可选用欧姆龙中型 系列 息化对应控制器”功能的 列可编程控制器，实现了工业现场的自动控制。同时，触摸屏的加入使操作更加方便，实时的报警信息是维护和改进更加方便。 本课题主要介绍了欧姆龙 触摸屏在轧辊车床上的应用，通过对轧辊车床基本功能及运动方式的介绍，增加了读者对 个通道的地址分配及 序设计的认识；。 二、设计内容、 技术 要求 （研究方法） 设计 内容 , 1)连接 围设备选用 2)触摸屏组件选用 ,人机界面选用 3)入与输出硬件接线设计 ,主轴和刀架硬件的接线设 计 ,址分配 4)触摸屏画面的通信设置 技术要求 1) 以 为控制核心 2) 所设计的控制系统要能满足实际要求 3) 组态软件设计的操作界面要友好 ,易操作 三、设计完成后应提交的 成果 1 开题报告一份 ； 2 设计说明书一份，不少于 字； 3 技术资料 （ 1） 制系统的 线图： 纸 一 张 ； （ 2） 制系统梯形图 ： 纸一张； （ 3）轧辊车床系统框图： 纸一张。 四、设计 进度安排 2012 年 2 月 27 日 3 月 4 日 接受任务，市场调查； 2012 年 3 月 5 日 3 月 18 日 查阅文献、收集资料，撰写并提交开题报告； 2012 年 3 月 19 日 4 月 1 日 确定 设计 方案 。 2012 年 4 月 2 日 4 月 15 日 线设计 址分配 2012 年 4 月 16 日 4 月 29 日 刀架及主轴的接线设计， 人机界面的连接 设计 2012 年 4 月 30 日 5 月 13 日 触摸屏画面组态设计 2012 年 5 月 14 日 6 月 3 日 轧辊车床 序设计 2012 年 6 月 4 日 6 月 10 日 撰写设计说明书并用计算机绘图； 2012 年 6 月 11 日 6 月 15 日 完成说明书及图纸的打印，准备答辩。 五、主要参考资料 1 关学锋， 3滑块式并联机床的 制【 M】，机械设计与制造文章 ， 2009（ 5）： 317 320 2 熊幸明，千斤顶油缸加工专用机床的 M】，机床电器文章， 2002（ 2）： 214 225 3 吴晓，活塞环仿形车、铣组合机床 制的研究【 J】，南通工学院学报， 1999（ 11）： 317 323 4 杨世成，基于 制的三轴钻专机控制系统设计【 M】，机电产 品开发与创新， 2009（ 9）：112 115 5 杨滨，基于 制系统的电解加工机床改造【 M】，新技术新工艺文章， 2011（ 1）： 23 27 6 M】 42 7 C M】 ,1994,212:234 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 系 主任签字： 年 月 日 本科学生毕业设计 轧辊车床 摸屏控制系统设计 系部名称： 机电工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 08 学生姓名： 苍天龙 指导教师： 窦建华 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一二年 六月 s 08012黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘 要 在国内轧辊制造行业使用的重型轧辊车床中 ,有许多是 20世纪 60年代和 70年代制造的 ,目前仍作为轧辊加工的主要设备在服役。它们的主拖动普遍采用大功率直流电动机来实现 ,调速手段除少数延用 机组形式外 ,多数在 20世纪 80年代完成了第一步改造。利用 代替原来纯机械的有级变速 ,进而达到在不降低机械传动性能的情况下 ,简化机械传动系统 ,改进机床操作性能。成功应用在重型轧辊车床上。 本文介绍了触摸屏 84型轧辊车床上的应用，其中包括轧辊车床的组成、参数说明、控制系统构成及选型、扎辊车床的硬件接线、 输出地址分配、触摸屏画面的组态、 令表程序及 过对轧辊车床 们进一步熟悉了 关键词 ： 轧辊车床； 触摸屏 ；梯形图； 组态 黑龙江工程学院本科生毕业设计 in of in 960s 970s, is as in of C in to a to -D in in 980s in of LC to of in of of in a LC in of 84of of LC of LC of LC we LC to in 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 第 1 章 绪论 1 题背景及研究的目的和意义 1 题背景 1 究的目的与意义 2 本内容和拟解决的问题 3 本内容 3 解决的问题 3 第 2 章 轧辊车床的主要结构与控制要求 4 辊车床的主要结构 4 辊车床 的控制要求 4 电器电气线路的分析 6 电路分析 6 制电路分析 6 机线路联锁与保护 7 章小结 7 第 3 章 元器件的选择 8 服电动机的选择 8 流电机的选择 10 章小结 10 第 4 章 控制系统的硬件设计 11 定 I/O 点数 11 选型 12 16 制系统外部接线图设计 17 黑龙江工程学院本科生毕业设计 辊车床 人机界面的连接 17 章小结 18 第 5 章 控制系统的软件设计 19 制系统程序设计 19 章小结 27 结论 28 参考文献 29 致谢 31 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 第 1 章 绪论 1 题背景及研究的目的和意义 1 题背景 1 究的目的与意义 2 本内容和拟 解决的问题 3 本内容 3 解决的问题 3 第 2 章 轧辊车床的主要结构与 控制要求 4 辊车床的主要结构 4 辊车床的控制要求 4 电器电气线路的分析 6 电 路分析 6 制电路分析 6 机线路联锁与保护 7 章小结 7 第 3 章 元器件的选择 8 服 电动机的选择 8 流电机的选择 10 章小结 10 第 4 章 控制系统的硬件设计 11 定 I/O 点数 11 选 型 12 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 制系统外部接线图设计 17 辊车床 人机界面的连接 17 章小结 18 第 5 章 控制系统的软件设计 19 制系统程序设计 19 章小结 27 结论 28 参考文献 29 致谢 31 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 题背景及研究的目的与意义 题背景 在国内轧辊制造行业使用的重型轧辊车床中 ,有许多是 20 世纪 60 年代和 70 年代制造的 ,目前仍作为轧辊加工的主要设备在服役。它们的主拖动普遍采用大功率直流电动机来实现 ,调速手段除少数延用 F 一 D 机组形式外 ,多数在 20 世纪 80 年代完成了第一步改造。利用 制单元驱动伺服电动机合理的无级调速范围 ,代替原来纯机械的有级变速 ,进而 达到在不降低机械传动性能的情况下 ,简化机械传动系统 ,改进机床操作性能。成功应用在重型轧辊车床上。 现代化生产的水平、产品的质量和经济效益等各项指标，在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气自动化程度。机电一体化技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上，是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新的途径。 传统的机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器 、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。 在实际生产中，由于大量存在用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能够根据生产的需要改变控制程序， 而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在 70 年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器 它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 为解决占机械总加工量 80左右的单件和小批量生产的自动化的难题， 50 年代出现了数控 机床。它综合应用了电子技术、计算机技术、检测技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就，它是典型的机电一体化产品。数控机床经过 40 年来的发展，品种日益增多，性能不断完善，其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。 究的目的与意义 轧辊车床主要应用与冶金制造行业 ,它主要是对各类长短不同、重量不同的轧辊外表层进行切削 加工。由于在轧辊切削过程中对切削速度、刀架档位及进刀速度有特殊要求，所以控制轧辊车床的 入 /输出点数也相应增多，同时考虑到余量，可选用欧姆龙中型 列 系列 中了“信息化对应控制器”功能的列可编程控制器，实现了工业现场的自动控制。同时，触摸屏的加入使操作更加方便，实时的报警信息是维护和改进更加方便。 本 文 主要介绍了欧姆龙 触摸屏在轧辊车床上的应用，通过对轧辊车床基本功能及运动方式的介绍，增加了读者对 个通道的地址分配及 序设计的认识；通过介绍轧 辊车床和人机界面的参数，使我们进一步熟悉了欧姆龙 摸屏及电机选型的方法；对 个模块硬件连线图进行了详细说明，目的是进一步了解利用欧姆龙 何完成对轧辊车床的控制，并对 每个外部接点的含义有了深刻认识，有利于系统掌握 硬件组成；按照轧辊车床完成的功能，利用组态图加标注的方法，将轧辊车床的组态任务进行了图解，从而能直观看出每个组态画面所要完成的功能，易于初学者掌握工程中的基本组态；同时强调了一些基本程序指令在实际应用中应注意的问题，使读者在以后应用或设计中能够引起重视；最后介绍 我们进一步掌握了 触摸屏建立通信的方法。 特别加入了梯形图和指令表的描述，用这两种方式对轧辊车床控制程序进行介绍，使得读者能进一步了解梯形图与指令表的区别，并从中掌握一些特殊指令的应用。 本 文 将介绍触摸屏 制系统在 轧辊车床上的应用，其中包括轧辊车床的组成、参数说明、控制系统构成及选型、扎辊车床的硬件接线、 入 /输出地址分配、触摸屏画面的组态、 形图程序、指令表程序及 触摸屏的通信。通过对轧辊车床 触摸屏的介绍，我们将进一步熟悉 触摸屏 的设计方法及在工程应用中所要注意的问题 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 本内容和拟解决的问题 本内容 1选择和确定总体设计方案； 2设计电气控制原理框图； 3进行 选型及 I/O 分配； 4设计 件系统； 5. 制程序的设计； 6. 触摸屏画面组态设计 解决的问题 1. 连接 围设备选用。 2. 触摸屏组件选用 ,人机界面选用。 3. 入与输出硬件接线设计 ,主轴和 刀架硬件的接线设计 , 4. 触摸屏画面的通信设置。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 轧辊 车床的主要结构与控制要求 要想进行 制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条件。 辊车床的主要结构 （ 1） 主轴箱。主轴的一端是直流电动机，另一端是由齿轮带动的花盘 。主轴箱内主要有各种传动齿轮及液压缸组成。主轴箱功能主要是夹紧轧辊并驱动轧按照设定转速旋转，驱动源为 Z 系列 55流电动机，主轴换挡操作都在主轴箱内完成。 （ 2）液压工作站系统。液压工作站系统主要给主轴箱提供静 压油和润滑油。液压站由一个 压泵、电磁阀、回油缸及压力表组成。液压站不仅为主轴箱提供静压及润滑，也为尾座提供静压。 （ 3）刀架。刀架是切削轧辊的主要设备。由刀头、溜板箱及交流伺服电动机组成，溜板箱在滑轨作横向移动，从而完成切削不同部位的轧辊。组成刀架的电气控制部分通过 人机界面控制其横向和纵向移动、快速和进给。 （ 4）尾座。尾座位于车床尾部，由套筒（顶紧轧辊的装置）、液压缸、尾座电动机和套筒电动机组成。他配合主轴夹紧装置 完成对整个轧辊的夹紧。 （ 5）导轨。导轨 是刀架及尾座移动的轨道。导轨表面要求保持清洁、光滑并且平整，从而使刀架运行平稳，保持了加工质量。因此应定期清理和润滑导轨表面。导轨底部是机床床身，用来稳定整个机床。 （ 6）机床电气控制部分。机床电气控制部分由主回路和控制回路两部分组成。主回路主要由主轴驱动装置、刀架驱动装置及各种交直流电动机组成；控制回路由 布于两个刀架的触摸屏、各种电磁阀、限位开关及其他控制电路组成。 辊车床的控制要求 轧辊车床控制系统主要是由三部分组成：人机界面、 连接 外围设备。 （ 1） 人机界面通过通信电缆与 连，从而实现了 人机界面的双向通信。 （ 2）根据扎辊车床所要完成的功能及技术要求， 要由 源、数字量输入 /输出模块、独立数字量输出模块和模拟量输入模块组成。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 （ 3） 一个模块下对应连接有外围电路，它们是 输入信号。如按钮、 6 4K M 8F U 3F U 2 9K M 1 0 1 K M 1 2Q S 1 Q S 2F U 1F R 2K M 2F U 5F R 3F R 4 F R 5F U 03 33 3主轴电动机F R 1K M 6 K M 7辊 车床 主电路 控制原理图 行程开关、使能信号和液位开关。同时 出相应的控制信号，如控制电磁阀、液压泵及各种信号指示。独立数字 量输出模块分别完成主轴及刀架速度给定、使能和锁 零等功能。模拟量输入模块主要是对实际转速信号进行测量，并将其显示在触摸 屏上。 电器电气线路的分析 轧辊 车床 主电路 控制原理图如图 示 : 电路分析 该机床共配置五 台电动机 主 轴 电动机 率为 30完成主轴主运动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。为加工调整方便，还具有点动功能。电动机 制电路分为四个部分：由正转控制接触器 反转控制接触器 两组主触点构成电动机的正反转电路。电流表 电流互感器 1 主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器 动断触头，在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，接触器 主触点控制限流电阻 R 的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻 R，以保证电路设备正常工作。速度继电器 速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头可将控制电路中反接制动的相 应电路切断，完成停车制动。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 油泵 电动机 主轴箱 提供静压油和润滑油 ,而且给左右两个刀架提供静压及润滑 ，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器 主触点控制其主电路的接通与断开。 刀架 电动机 交流接触器 制 ,他可以控制刀架的进给、向左和向右移动。对左右刀架起到控制作用。 尾座电动机， 套筒电动机，它主要配合主轴花盘完成对整个轧辊的夹紧。 为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。 制 电路分析 电源 ：由控制变压器 380V/110V， 36V）的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为 110V。 主电动机 制：接通电源 急停总共有 个按钮控制， 在机床出现大的故障时，分别按下三个按钮中的任何一个都可以使整个车床停止运转。 正向点动 M 2+（无自保） R 正向点动（ 示按 保持） 。 反向点动 正向起动 +,反向起动 左 1 挡纵向 左 1 挡横向 2 挡与左 1 挡类似 反向制动 （接 与停车制动（ 过程与正向类似。 采用控制流程来表达电路的过程具有简单、一目了然的优点。其基本步骤是：各自受控点动作后出现的控制结果（利用坐标标注检索可避免遗漏）。 冷却泵电动机 +（自保） 动。 +（自保） 止。 快速电动机 刀架手柄压动） 动。 机线路联锁与保护 由 自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由 现短路保护。由 现 过载保护（根据 定电流分别整定）。 接触器采用按钮与自保控制方式，因此使 有欠电压与零电压保。 章小结 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 本章主要介绍了轧辊车床的主要结构和控制要求，还有继电器电器电路分析。 其中继电器电气线路分析包括主电路分析和控制电路分析。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 第 3 章 系统元器件的选择 服 电机的选择 伺服电机（ 是指在伺服系统中控制 机械元件 运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将 电压 信号转化为 转矩 和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信 号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 伺服系统（ 使物体的位置、方位、 图 服电机 状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠 脉冲 来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到 1 个脉冲，就会旋转 1 个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对 应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的 控制电机 的转动，从而实现精确的定位，可以达到 流伺服 电机 分为有刷和无刷电机。 有刷电机 成本低，结构简单，启动 转矩 大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用 场合 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相 方式 灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和 异步电机 ，目前 运动控制 中一般都用同步电机，它的 功率 范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 伺服 电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的 U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈 信号 给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 交流伺服电动 机定子的构造基本上与 电容 分相式单相异步电动机相似 0 的绕组，一个是 励磁绕组 始终接在 交流电压；另一个是控制绕组 L，联接控制信号电压 以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的 机械特性 ，无 “ 自转 ” 现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻 大和 转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅 了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子 应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个 旋转磁场 ，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 该车床使用的交流伺服电动机额定功率为 750定转矩为 定转速为 3000定电流为 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 流电机的选择 识别 系统采用的微型直流电机 图 示 图 流电机 表 流电机主要参数 型 号 型 直流电动机 额定电压 3形尺寸 齿轮箱直径 45（ 章小结 元器件的选用是本次设计的重点，元器件的选择对整个系统的运行都有一定的影响，另外还要考虑价格因素。本章所选的元器件有 Z 系列 55流电 动 机 ； 选用80号交流伺服 电 动 机 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 4 章 控制系统硬件设计 制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对 制系统的功能要 求，确 定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的 型，并分配 I/O 点。 定 I/O 点数 根据第 2 章的主电路分析 ,统计 I/0 的点数如表 4示 : 表 4(个 ) 输 入 设 备 停止按钮 1 点动按钮 1 正转按钮 1 反转按钮 1 停止按钮 1 启动按钮 1 限位开关 1 热继电器动合触电 1 热继电器动合触电 1 速度继电器正转触点 1 速度 继电器反转触点 1 输 出 设 备 正转接触器 1 反转接触器 1 制动接触器 1 触器 1 触器 1 电流表接入中间继电器 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 选择 根据设计要求可知， 数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有 10%的余量，根据 I/O 口分配情况可知：输入信号有 11 个，输出信号有 6 个， 图 件基本组成的简化框图 根据 I/O 点数可选择 24编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。 硬件组成与各部分的作用 可编程控制器 (一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 其结构如 图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 由图可见， 硬件是由主机（基本单元） 、 I/O 扩 展模块以及各种外部设备组成，通过各自的端口联成一个整体。其主要组成及各部分作用是 : 核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， 元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套 少有一个 按 系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条 读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路 , 存储器分为系统存储器和用户存储器 , 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两种，前者用于存放用户程序，后者用来存放用户程序执行过程中使用 态量或数值量，以生成用户数据区。用户存储器内容由用户根据控制需要可读可写，可任意修改、删除。可采用高密度、低功耗的 在 术指标中的内存容量系指用户存储器容量，是 级的一项重要指标；系统存储器用于固化 产厂家编 写的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上他决定该种 性能和质量，用户无法更改或调用。 出单元（ I/O 单元） I/O 口单元称为 I/O 接口电路， 序执行过程中需要用的各种开关量、数字量或模拟量等各种外部设备或设定量，都通过输入电路进入 程序执行结果又是通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。由于生产过程当中的信号电平、频率是多种多样的，外部执行机构所需的电平、频率也是千差万别的，而 理的信号只是标准电平，其工作节拍又与外部环境不一样。 所以 通用计算机 I/O 电路有着类似的作用，即电平变换、速度匹配、驱动功率放大、信号隔离等。不同的是， 品的 I/O 单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。通用计算机则要求拥护根据使用条件自行开发，其可靠性、抗干扰能力往往达不到系统要求。 (1)各种 入电路大致相同，其输入方式有三种类型：一种是直流输入（ 4V），另一种是交流输入（ 120V 或 200 240V），第三种是交直流输入（交直流 12V 或 24V） 。外部输入器件可以是无源触点，如按钮、行 程开关、主令开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、集电极开路的晶体管接近开关、光电开关等。在部电源容量允许前提下，有源输入器件可采用 出电源，否则必须外设电黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 源。当输入信号为模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输入模块进行 A/D 转换，然后通过输入电路进行 入信号是通过输入断子经 波、光电隔离进入内部电路。 (2)为适应不同负载需求，各类 输出有三种方式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出最常用，适用交直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率和响应 速度慢。晶体管适应直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。晶闸管输出使用交流负载，响应速度快，带载能力不大。 外部负载直接与 出端子相联，输出电路的负载电源由用户根据负载要求自行分配。输出电路仅是提供输出通道。同时考虑不同类型，不同性质负载的接线要求，通常 出端口的公共端子是分组设置的。每 4共一个 子，各组相互隔离。在实际应用中应该注意各类 出端子的输出电流不能超出其额定值，同时还要注意输出电流与负载性质有关，例如 电器输出的负载能力在电源电压 250V 以下时，电阻性负载为 2A/点；感性负载为 80，灯负载为 100W/点。 4. 电源单元 供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在 +10% 围内波动。也有用直流 24V 供电。 部有一个高质量开关型稳压电源，用于对 I/O 单元供电，还可以为外部传感器提供 源。 C 的技术指标 一般技术指标主要是指 分考虑了工业环境 种种恶劣因数。其技术指标如表 4 表 4一般技术指标 环境温度 0 55 环境湿度 35% 85%结露） 抗震 0911 标准 10 55大 2g） 3 轴方向各 2h 抗冲击 0912 标准 10g 3 轴方向各 3 个 抗噪音干扰 用噪音仿真器产生电压为 1000音脉冲宽度为 1 s,频率为 30 100音，在此噪音干扰下 常工作 耐压 1500缘电压 5M 以上， 500V 地 第 3 种接地，不能接地时 ，亦可浮空 使用环境 禁止腐蚀性气体，严禁尘埃 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 性能技术指标标志某种 硬件和软件反面所具备功能。不同机型差异较大，在 型时要逐一考虑该项技术指标能否满足要求。 性能包括：输入指标、输出指标和电源指标方面。如表 444示。 表 4输入技术指标 输入电压 24V 离 光电耦合 输出电流 7应时间 10 4出技术指标 项目 继电器输出 出 晶体管输出 外部电源 250V 30V 5 242V 30V 大负载 电阻负载 2A/点 ， 点 点， 点 感性负载 80500V 040V 2W/24V 负载 100W 30W 4V 路漏电流 _ 100V 40V 0V 小负载 _ 00V 40V _ 响应时间 10下 下 10大 10 下 隔离方式 继电器隔离 光电晶闸管隔离 晶体管隔离 表 4电源技术指标 项目 源电压 （ 100 240V） +10%C 50/6020/240V 电源系 瞬间断电允许时间 对于 10下的瞬间断电控制动作不受影响 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 电源熔丝 250V 2A， 5050V 5A,50力消耗/0 35 40 50 60 70 传感器无扩展模块电源有扩展模块 24V 50下 24V 00下（扩展 16 点时） 24V 00 下 24V 50 展 32 点时） ，要知道人机界面和 窜口及如何进行通信设置。 对于 人机界面连线，采用 ，其协议为 它按照从右至左，从上到下依次排序。其中端子 2 为接受数据端（ 端子 3 为发送数据端（ 端子 5 为接地端子（ 端子 7 为请求发送端（ 端子 8 为允许发送端（ 其 余为空端子。 控制器通信口需要与触摸屏的通信口一致 ,设为 人机界面通信口也要保持一致 ,统一设定为 特率 为 9600。 其余参数为人机默认值。 用相应的 9 针 D 型串口线，其接线方式如图 示。图 接线端子黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 议连接方式：人机发送端（ 3）对应连接 接收端（ 3）、 发送端（ 2）对应连接人机接收端（ 2）、人机的接线（ 5）与 地线（ 9）相连、 端子 4和 5 短接，其余空接。 线端 线端 9 针 D 型 ( 9 针 D 型 (图 议端子定义 章小结 本章论述的是 制系统的硬件设计 ， 根据被控制对象对 制系统的功能要求， 确 定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的 型，并分配 I/O 点 。还 介绍了 部接线图 ， 人机界 面的连接 等 。 ) ) ) ) ) ) ) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 第 5 章 控制系统的软件设计 制系统程序设计 轴控制部分 (1)急停部分程序 机床急停就是在故障发生后快速停止整个车床运转 ,以避免故障扩大。如图 按下“急停”按钮，并且主轴油泵启动按钮断开后， 通急停中继并自锁。同时接通急停定时器 别延时 行互锁 02）指令，并直接转入 3)的下一条指令执行。 联锁指令 2)和 3)一起使用，并建立联锁功能。联锁和采用 类似都可 用于分叉处理。在 2)指令执行条件不满足（ ，处于 02）和 3)之间的指令处理与 处理结果不同。如果 2)执行条件为 序直接转入03）的下一条指令执行；执行条件满足（ 从 2)所处的指令点到下一个3)指令间的每一行指令允许执行。 急停中继T I 0# 1 5定时器定时器号设置值定时器定时器号设置值互锁T I 1#52)急停急停中继主轴油泵启动 复位急 停 延 1 . 5 0 . 0 00 . 0 0 0 . 0 5T I M 0 0 00 . 0 1图 停程序段设计 图 (2)主轴油泵启动及故障程序段 图 出了主轴油泵启动程序。在无主轴故障下，主轴油泵接通并自锁，同时接通风机。 接通定时器 时 10s。油压过载或主轴装置故障时输出主轴故障中继，同时主轴故障延时 使主轴油泵自动断开（见图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 油压过载主轴装置故障主轴故障中继主 油 泵 起 延 1 0 s 主轴油泵启动主轴故障中继T I 3# 1 5T I 4#5定时器定时器号设置值定时器定时器号设置值2 0 0 . 0 10 . 0 3 T I M 0 0 20 . 0 10 . 0 42 0 0 . 0 1图 轴油泵启动及故障程序 (3)主轴各状态运行程序段 图 出了主轴启停、点动、正转 /反转和正转方向输出程序的设计。主轴正转条件：油泵接通、主轴在挡位、无主轴故障、无急停输出及反向联锁，接通正转中继工作位并自锁。 在正向点动或接通换挡脉冲中继时，主轴正点中继工作位接通。无论主轴处于 正点中继接通，还是主轴正转状态，程序将输出主轴正向信号，同时输出主轴运行中继工作位。主轴启动条件：主轴油泵接通、主轴无故障、无急停输出。 同样，如图 示，主轴反转条件为：油泵接通、主轴在挡位、无主轴故障、无急停输出及反向联锁，接通反转中继工作位并自锁。 在反向点动或接通换挡脉冲中继时，主轴反向点动中继工作接通。无论主轴处于反向点动，还是主轴反转，程序将输出主轴反向信号，同时输出主轴运行中继工作位。 主轴运行中继 主轴油泵通 主 轴 故 障 延 0 . 5 s 急 停 延 0 . 5 轴油泵通 主轴长车中继 轴运行程序指示 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 (4)主轴 换挡工作指示程序段 如图 示，主轴选择 1 挡后，主轴在 1 挡的两个行程开关闭合，即主轴挡位信号 2 和主轴挡位信号 3 接通，同时主轴 在 1 挡中继接通，并输出主轴在 1 挡指示。在主油泵接通时， 出主轴 1 挡给定工作位 可通过换挡脉冲中继输出给定工作位 出 1 挡给定工作位 目的是为了与主轴 2 挡 3 挡给定构成联锁。 2 挡和 3 挡给定及在挡位显示程序与 1 挡类似。 主 轴 在 1 挡 中 继主轴油泵通主轴油泵通主 轴 在 2 挡 中 继主 轴 在 3 挡 中 继换挡脉动中继主 轴 1 挡 给 轴在挡位工作程序图 (5)主轴换挡程序段 如图 示，在主轴油泵接通并且主轴不在挡位时， 以 1s 为周期触发换挡指示，并间断性闪烁。 主轴换 1 挡中继接通条件为：主轴选择 1 挡、主轴不在长车运行下、主轴 1 挡与2 挡和 3 挡互锁。在主轴油泵接通时，同时接通主换挡电磁阀 2 和 3 进行换挡。 当主轴在 1 挡断开时，启动定时器 过 4s 后， 置位，接通换挡脉动中继，于此同时 时 4s 后被置位，则 位，同时 被复位。如果主轴在 1 挡仍是断开，重复以上操作，进行脉冲换挡。 主轴换 2 挡和主轴换 3 挡程序设计与主轴换 1 挡类似 。在主轴换 2 挡时，主换挡电磁阀 1 和主换挡电磁阀 3 接通；在主轴换 3 挡时，主换挡电磁阀 2 和主换挡电磁阀4 接通。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 主轴油泵通主 轴 在 1 挡 中 继主轴在挡位中继1 . 0 s 时 钟 脉 冲 位主 轴 选 1 挡 主轴长车中继主轴长车中继主 轴 换 2 挡 中 继 主 轴 换 3 挡 中 轴 换 挡位程序 设计 图 (6)主轴警报程序段 对于主轴故障报警，如图 示，如果油压异常，在主轴油泵延时 10s 后接通油压故障指示，同时接通 过 2s 延时后置位，输出主轴故障报警，与此同时接通 过 2s 后置位，并对 行复位，如果故障仍未解除，重复以上动作，主轴故障报警将一直工作 。 油压过载主轴故障中继主 油 泵 起 延 1 0 轴 故障报警 程序 设计 图 刀架程序部分 (1)左刀架油泵程序段 如图 示，左刀架溜板箱油泵有输出信号的条件为：启动左刀架油泵和左油泵不过载，该信号接通后自锁。 左刀架在快速或进给运行时， 且其经过 3时左刀架油泵接通后 ,0对 而使左刀架油泵断开，复位 果左刀架继续运转，将重复以上动作。直至左黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 刀架停 止运转或左刀架溜板箱油泵停止。 左油泵启动 左油泵停止 左油泵过载 复位左溜板油泵通1 . 0 8 1 . 0 9 1 . 0 6 0 . 0 5 1 0 0 . 0 51 0 0 . 0 5图 刀架油泵 程序 设计 图 (2)左刀架上电及工作指示程序段 如图 刀架溜板箱油泵接通后，在左刀架装置准备好后输出左刀架装置上电指示。左刀架快速指示输出的条件为：左刀架选择快速、左刀架溜板箱油泵接通、与左刀架选择进给指示形成互锁；左刀架进给指示输出的条件为：左刀架选择进给、左刀架溜板箱油泵接通、与左刀架选择快速指示形成互锁。同时在左刀架运行状态下 刀架上电及指示 程序 设计 图 (3)左刀架运行输出程序段 如图 示，左刀架运行输出即左刀架向左或向右运行。左刀架作进给运动即左刀架向左进给或左刀架向右进给。同样，左刀架选择快速指示下，左刀架快速输出，无进给输出。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 左进给左转中继左进给向右中继左刀架左转输出左刀架右转输出2 0 1 . 0 12 0 1 . 0 42 0 1 . 0 3
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