磨床电气的PLC改造【优秀机械机电毕业设计论文】【A6110】
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磨床
电气
plc
改造
优秀
优良
机械
机电
电机
毕业设计
论文
a6110
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,35页,21000字左右.
英文翻译一份.
任务书+开题报告一份.
图纸共3张:
A0-I0接线图和T形图.dwg
A0-M7120平面磨床电气图.dwg
A0-磨床传动系统图.dwg
- 内容简介：
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徐州工程学院 毕业设计附本 徐州工程学院 毕业设计（论文）任务书 机电 工程 学院 机械设计 制造 及其自动化 专业 设计（论文）题目 磨床电气的 造 学 生 姓 名 刘鸿羽 班 级 04 机本（ 4） 起 止 日 期 指 导 教 师 王树臣 教研室主任 发任务书日期 年 月 日 用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有 企业里是非常现实的 技术改造 方案 ， 具 有投资省、见效快的特点 。 通过使用 造该机床电气系统后， 去掉了原机床的 中间继电器，时间继电器，顺序控制二极管及电阻，使线路简化。同时，由于 高可 靠 性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准 确判断 电器故障 发生位置提供了很大方便。 论文 )的内容和要求： 1掌握磨床结构与工作过程 2磨床的继电器控制电路图 3设计基于 制的原理图 4能够进行机械和电气系统设计 5 掌握 本原理 6使用 图 1史国生 .电器控制与可编程控制器技术 M化学工业出版社， 2004 2齐占庆 .机床电气自动控制 M机械工业出版社， 1987 3 M 002 4常斗南 .可编程序控制器 M北京：机械工业出版社 , 12夏国伟 .机床电气与维修 M陕西科学技术出版社， 1980 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第 1 周 第 第 4， 5 周 第 6， 7 周 第 8 周 第 9 ， 10 周 第 11， 12 周 第 13， 14 周 第 15， 16 周 调研，实习，查阅文献，整理收集资料 明确课题任务，完成开题报告 进行磨床整体分析 进行磨床的 造 统方案论证 编写设计说明书 提交外文翻译，提交说明书电子文档 整理设计资料，完善并提交设计成果 预答辩，答辩 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 学院审查意见： 教学院长 年 月 日 徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课 题 名 称： 磨床电气的 造 学 生 姓 名： 刘鸿羽 学号： 20040601430 指 导 教 师： 王树臣 职称： 教授 所 在 学 院： 机电学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 徐州工程学院 年 月 日 说 明 1根据徐州工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材 料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 磨床电气的 造 课题来源 实际 课题类型 工程类 选题的背景及意义 用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用 造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器，顺序控制二极管及电阻，使线路简化。同时，由于 高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。 研究 内容拟解决的主要问题 1掌握磨床结构与工作过程 2磨床的继电器控制电路图 3设计基于 制的原理图 4能够进行机械和电气系统设计 5掌握 本原理 研究方法技术路线 首先对原来旧式机床的工作原理进行分析，在此基础上确定改造的方案。 其次是根据电气控制要求所需的用户输入设备，输出设备，以及由输出设备驱动的控制对象。据此确定 I/O 点数，分配 I/制 I/O 连接图 ， 选择 然后设计控制系统程序， 控制系统的程序应经过反复修改，直到满足为止 最后工作就是要联机调试 如不满足要求，在返回修改程序或检查接线，直到满足要求为止。 研究的总体安排和进度计划 1 调研，实习，查阅文献，整理收集资料 2 明确课题任务，完成开题报告 3 进行磨床整体分析 4 进行磨床的 造 5 统方案论证 6 编写设计说明书 7 提交外文翻译，提交说明书电子文档 8 整理设计资料，完善并提交设计成果 9 预答辩，答辩 主要参考 文献 1史国生 .电器控制与可编程控制器技术 M化学工业出 版社，2004 2齐占庆 .机床电气自动控制 M机械工业出版社， 1987 3常斗南 .可编程序控制器 M北京：机械工业出版社 , 4夏国伟 .机床电气与维修 M陕西科学技术出版社， 1980 5 M 002 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院意见 教研室主任签名： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 毕业设计（论文）进度记录表 第 1 2 周 主要完成工作： 查找文献，收集相关资料 指导教师意见 第 3 4 周 主要完成工作： 完成开题报告 第 5 6 周 主要完成工作： 分析磨床并且确定改造方案 第 7 8 周 主要完成工作： 对系统的硬件部分进行分析与设计 第 9 10 周 主要完成工作： 对磨床的电气部分进行 造 第 11 12 周 主要完成工作： 对改造的系统进行调试与分析直到符合要求为止 第 13 14 周 主要完成工作 ：完成设计说明书，提交外文翻译和论文电子文档 第 15 16 周 主要完成工作： 整理论文，完善并提交论文，装备答辩 毕业设计（论文）指导记录表 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指 导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容记录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 指导内容纪录： 指导教师签名： 年 月 日 徐州工程学院学生毕业设计（论文）中期情 况检查表 学院名称： 机电工程学院 检查日期： 2008 年 6 月 3 日 学生姓名 刘鸿羽 专业班级 04 机本（ 4） 指导教师 王树臣 设计（论文）题目 磨床电气的 造 工作进度情况 进度安排合理 ，详细。 能够按照规定计划的进度完成任务 。 是否符合任务书要求进度 是 能否按期完成任务 能 工作态度情况 (态度、纪律、出勤、主动接受指导等 ) 工作态度认真，每次都能按时出勤。并能按规定时间完成任务 在设计过程中能善于思考，发现 问题能及时解决。 质量 评价 (针对已完成的部分 ) 中期已完成部分设计内容基本符合要求，其中也存在一些疏忽问题，通过检查 纠正已经解决那些不足这处。 存在问题和解决办法 主要存在的问题是对系统的 调试，最终通过多次实验排查得以解决。 检查人 签字 学院负责人签字 徐州工程学院 毕业设计（论文）指导教师 评阅 表 学院： 机电学院 专业 ： 机械设计制造及其自动化 学生： 刘鸿羽 学号： 20040601430 题目： 磨床电气的 造 评价 项目 评价要素 成绩评定 优 良 中 及格 不及格 工作 态度 工作态度认真，按时出勤 能按规定进度完成设计任务 选题 质量 选题方向和范围 选题难 易 度 选题 理论意义和实际应用价值 能力 水平 查阅和应用文献资料能力 综合运用知识能力 研究方法与手段 实验技能和实践能力 创新意识 设计 论文 质量 内容与写作 结构与水平 规范化程度 成果与成效 指导教师意见 建议成绩 是否同意参加答辩 是 评语： 指导教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） 评阅表 学院： 专业： 学生： 学号： 题目： 评价 项目 评价要素 成绩评定 优 良 中 及格 不及格 选题 质量 选题方向和范围 选题难 易 度 选题 理论意义和实际应用价值 能力 水平 查阅和应用文献资料能力 综合运用知识能力 研究方法与手段 实验技能和实践能力 创新意识 设计 论文 质量 内容与写作 结构与水平 规范化程度 成果与成效 评 阅 教师 意见 建议成绩 是否同意参加答辩 评语： 评阅教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） 答辩及综合成绩评定表 学 院 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 设计论文题 目 答辩时间 年 月 日 时 分至 时 分 答辩地点 答辩小组成 员 姓名 职称 答辩 记录 提问人 提问主要内容 学生回答摘要 答辩记录人签字： 答辩 小组 意见 答辩评语： 答辩成绩 答辩小组组长签字： 综合 成绩 评定 指导教师评定成绩 评阅教师评定成绩 答辩成绩 综合评定成绩 答辩委员会主任签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） I 摘要 由于 工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理及用 行改造设计的方法和设计步骤，并给出 程程序梯形图。改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用 制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式 ；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化。制的特点使原机床控制大大的简单化 ,并且维修方便 ,易于检查。节省大量的继电器元件 ,使机床的工作效率更高。该项技术还可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制改造中。 关键词 可编程序控制器 ； 平面磨床 ； 改造 徐州工程学院毕业设计（论文） in by So it is to on to by of of to to s of on LC LC of he is is LC to to s to is LC s to s to be in or in 州工程学院毕业设计（论文） 1 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 2 磨床的概述 . 错误 !未定义书签。 床的介绍 . 错误 !未定义书签。 界平面磨床发展趋势 . 错误 !未定义书签。 3 可编程控制器的概况 . 错误 !未定义书签。 产生和特点及其发展动向 . 错误 !未定义书签。 产生 . 错误 !未定义书签。 定义 . 错误 !未定义书签。 特点 . 错误 !未定义书签。 发展趋势 . 错误 !未定义书签。 系统结构和基本工作原理 . 错误 !未定义书签。 系统结构 . 错误 !未定义书签。 系统结构和基本工作原理 . 错误 !未定义书签。 主要功能 . 错误 !未定义书签。 应用设计步骤 . 错误 !未定义书签。 选型原则 . 错误 !未定义书签。 4 系统的总体设计 . 错误 !未定义书签。 造平面磨床的步骤 . 错误 !未定义书签。 造方案的确定 . 错误 !未定义书签。 造的技术准备 . 错误 !未定义书签。 造的实施 . 错误 !未定义书签。 收及后期工作 . 错误 !未定义书签。 造继电 . 错误 !未定义书签。 制线路控制改造要求 . 错误 !未定义书签。 设备电器的工作原理 . 错误 !未定义书签。 面磨床主要结构和运动形式 . 错误 !未定义书签。 气控制线路分析 . 错误 !未定义书签。 析控制对象，进行系统的硬件设计 . 错误 !未定义书签。 统的软件设计 . 错误 !未定义书签。 5 性能测试与分析 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 中文翻译： . 错误 !未定义书签。 外文翻译： . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计（论文） 1 徐州工程学院毕业设计（论文） 1 附录 中文翻译： 数控技术和装备发展趋势及对策 摘要：简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入 对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业 产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过 “ 各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产 ” 。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在 “ 高精尖 ”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以 数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域： （ 1）机械制造技术； （ 2）信息处理、加工、传输技术； （ 3）自动控制技术； （ 4）伺服驱动技术； （ 5）传感器技术； （ 6）软件技术等。 1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为 工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ 车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点徐州工程学院毕业设计（论文） 2 有以下几个方面 1 4。 速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高 速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（ 其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 “掏空 ”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 司的 0m/速为 100m/速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/用 30同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 3 5m，提高到 1 且超精密加工精度已开始进入纳米级（ 在可靠性方面，国外数控装置的 已达 6000h 以上，伺服系统的 达到30000h 以上，表现出非常高的可靠性。 了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1 台 5 轴联动 机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 在 会上，新日本工机的 5 面加 工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 司展出 列加工中心，可在一次装夹下 5徐州工程学院毕业设计（论文） 3 面加工和 5 轴联动加工，可由 统控制或 接或间接控制。 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱 动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 欧共体的 日本的 中国的 。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、 不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 中，日本山崎马扎克（ 司展出的 “智能生产控制中心，简称 日本大隈（ 床公司展出 “IT 信息技术广场，简称 场）；德国西门子（ 司展出的 放制造环境，简称 ，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 视新技术标准、规范的建立 关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放 式体系结构数控系统规范（ 研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 控系统的规范框架的研究和制定。 关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信息交换都是基于 准，即采用 G， M 代码描述如何（ 工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际徐州工程学院毕业设计（论文） 4 上正在研究和制定一种新的 统标准 其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先， 出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下， 序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次， 控系统还可大大减 少加工图纸（约 75）、加工程序编制时间（约 35）和加工时间（约 50）。 目前，欧美国家非常重视 洲发起了 参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个 户、厂商和学术机构。美国的 司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型（ 其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了 及欧洲控系统的原型样机上进行了验证。 2、对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于 1958 年，近 50 年的发展历程大致可分为 3 个阶段：第一阶段从1958 年到 1979 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的 “ 六五 ” 、 “ 七五 ” 期间以及“ 八五 ” 的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术 的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的 “ 八五 ” 的后期和“ 九五 ” 期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在 “ 九五 ” 末期，国产数控机床的国内市场占有率达 50，配国产数控系统（普及型）也达到了 10。 纵观我国数控技术近 50 年的发展历程，特别是经过 4 个 5 年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩 : 本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术， 其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 发、管理人才的基本队伍。 徐州工程学院毕业设计（论文） 5 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是 在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 国外先进水平大约落后 10 15 年，在高精尖技术方面则更大。 场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建 立自己的品牌效应，用户信心不足。 竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、 完善的培训、服务网络等支撑体系。 良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 3、对我国数控技术和产业化发展的战略思考 略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步 “ 空芯 ” 。我们以资源、环境、市场为 代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际 “ 加工中心 ” 和 “ 组装中心 ” ，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制， “ 东芝事件 ” 和 “ 考克斯报告 ” 就是最好的例证。 展策略从我国基本国情的角 度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求徐州工程学院毕业设计（论文） 6 为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可 靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以 “ 做得出、用得上、卖得掉 ” 为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。 4、调整产业结构 加强功能部件开发制造能力 中档数控机床产业化程度低是规划要解决的 问题之一。 “ 中档数控机床我们能做，但是我们做出来的东西，从质量、交货期，到售后服务，都缺乏市场竞争力。 ” 吴柏林说，“ 不要说跟欧美比，就连中国台湾我们现在都比不过。他以中档数控机床中典型的普通立式加工中心作例子： 2004 年内地约消耗了 1 万台，但是大陆所有企业加起来共生产 2000台左右，而只有八九个生产加工中心工厂的台湾竟向大陆销售了 3300 台。这说明我们的竞争能力差，产业化水平低。 ” 在发展专业化生产方面，吴柏林认为，提高产业化水平，从政府导向来说，还是要大力提倡专业化生产。 “ 搞机床，尤其是普及型或经济型机床 ，大而全、小而全的生产方法是不行的。 ” 他还特别提到我国机床产业结构中的一个问题，就是主机厂多，关键功能部件专业生产厂少且弱。以数控系统来说，我们的数控系统 80%以上是进口的。不仅价格高，进口周期也不能满足主机厂的要求。而且，使用进口的东西组装起来的机床，可靠性和质量也会受到影响。 吴柏林因此认为，提高产业化水平，首先要调整产业结构，加强功能部件的开发和制造能力。其次，企业的技术改造也要加强，而这方面过去企业欠账太多。 “ 制造高精度的机床，用低精度的普通机床去做，难度是很大的。 ” 5、提升高档数控机床开发能力 如果说中档数控机床我们还能做，只是产业化水平低的话，那么在高档数控机床方面，开发能力不足的问题就显得尤为突出。规划明确了以企业为主体提高开发能力的方针。吴柏林提到有希望进入国家数控机床产业化基地的企业，像大连、沈阳、北京、上海、济徐州工程学院毕业设计（论文） 7 南、秦川、齐齐哈尔的几家企业，都具备一定的水平，而且这几年发展势头很好。 “ 如果国家再扶持一下，它们可能很快就能上来。 ” 但是，提高开发能力并不是一件容易的事情。就拿数控系统来说，现在西方大的公司对我们采取封锁加倾销的市场战略。首先是封锁，封锁不成就倾销。其数控系统在中国市场以 十分昂贵的价格出售，获取了高额利润。一但中国企业开发出同样产品，他们就立即大幅降价，甚至降到中国企业的成本价以下。在这种情况下，国家就更要给国内企业以扶持，就像当初美、德、日等扶持本国企业那样。 另一方面，吴柏林提醒企业也要从主观上重视开发的投入。 “ 前几年国内机床企业多数处于亏损状态，无力进行科研和技术开发，现在过上了红红火火的好日子。但是你不能只顾生产那些万元一台的小机床。那样的话，几百万美元、几百万欧元一台的机床你永远都开发不出来。 ” 专家指出，机床企业如欲进入产业化基地，其技术开发投入不得低于产品销售 收入的5%。如果达到了这个指标，将可每年享受国家给予的一定程度的补贴。按照规划的目标，到 “ 十一五 ” 末期，国产数控机床以销售额计的国内市场占有率将提高到 50%以上，同时，国产全部机床产品的国内市场占有率也将提高到 60%以上。 徐州工程学院毕业设计（论文） 8 外文翻译： a of of on TO a of to a of of of of is it to as of do in is in to of . of is in to to of In in of as of to s to in of In a as in a to 徐州工程学院毕业设计（论文） 9 is to of is by to of of is a of (1)(2)(3)(4)(5)of (6) of a he of to of of of of ) to s of a to of in at to is 1- in he of to it as of to it as in 1st of in In of as 00,000 / it is be In of of is is or in a 州工程学院毕业设计（论文） 10 as to a of to of to is it 0m/is up 00m/to be to A of in at of up . to 0m/of it 00m/to be g, of 0 000r/a of 0at a h, is to h; of of up 20000r/mm g. In 0 of of m up to 0m of 5m, is it to In of 000h, of 0000h, In to if of to it is is to of to of of by a It is of 3 is it to of is at a 5 to to as go it is in of of is 州工程学院毕业设计（论文） 11 At of of is it to to it of by a of of So of of to of ). of of be on of of to in be NC AM is or of of in 1st be in It is in to of as of is in to of if of of to be of A of on to at GC . ( to of is of be on or 州工程学院毕业设计（论文） 12 is in of of at function 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 磨床电气的 造 F 生姓名 刘鸿羽 学院名称 机电 工程 学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 王树臣 2008 年 6 月 2 日 徐州工程学院毕业设计（论文） i 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文 档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） I 摘要 由于 工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要 求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技 术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理及用 行改造设计的方法和设计步骤，并给出 程程序梯形图。改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用 制磨床运行，实现了磨床启动、停止、 故障停止、紧急停止的功能， 可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流 ，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化。制的特点使原机床控制大大的简单化 ,并且维修方便 ,易于检查。节省大量的继电器元件 ,使机床的工作效率更高。该项技术还可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制改造中。 关键词 可编程序控制器 ； 平面磨床 ； 改造 徐州工程学院毕业设计（论文） in by So it is to on to by of of to to s of on LC LC of he is is LC to to s to is LC s to s to be in or in 州工程学院毕业设计（论文） 1 目 录 1 绪论 . 1 2 磨床的概述 . 3 床的介绍 . 3 界平面磨床发展趋势 . 3 3 可编程控制器的概况 . 5 产生和特点及其发展动向 . 5 产生 . 5 定义 . 5 特点 . 6 发展趋势 . 7 系统结构和基本工作原理 . 8 系统结构 . 8 系统结构和基本工作原理 . 9 主要功能 . 10 应用设计步骤 . 11 选型原则 . 12 4 系统的总体设计 . 15 造平面磨床的步骤 . 15 造方案的确定 . 15 造的技术准备 . 15 造的实施 . 16 收及后期工作 . 17 造继电 . 18 制线路控制改造要求 . 18 设备电器的工作原理 . 19 面磨床主要结构和运动形式 . 19 气控制线路分析 . 20 析控制对象，进行系统的硬件设计 . 23 统的软件设计 . 24 5 性能测试与分析 . 27 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 . 错误 !未定义书签。 中文翻译： . 错误 !未定义书签。 外文翻译： . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计（论文） 1 1 绪论 课题背景 ： 现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识 技术 产品的更新周期越来越短，产品批量越 来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。但新机床购置费用高，且生产准备周期长。因此对原有机床的现代化改造显得尤为重要。 造老机床的优点： 节省资金，减少投资额，交货期短 机床的 造 可大大减少资金的投入，同购置新机床相比，一般可节省 60 % 80 % 的费用，改造费用低。特别是 大型、特殊设备尤为明显。一般大型机床改造，只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床 60 % 的价格。可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重筑地基。 性能稳定可靠 因原机床各基础件经过长期 失效 ，几乎不会产生应力变形而影响精度，且各部件已经长期 磨损 ，使改造后的机床性能稳定可靠，质量好，可作为新设备继续长期使用。 可充分体现企业自身的意愿 企业与改造人员可依照实际需要和机床长期使用的情况，在改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进意见，有权选择机械零部件 、数控系统、电器设备等的规格、型号、性能等。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将机床改造成具有当今水平的设备。 更有利于使用和维护 由于改造前机床已使用多年，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短、见效快。改造的机床一经安装好，就可实现全负荷运转。 可以采用最新的控制技术，提高生产效率。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。机床经改造后，即可实现加工的自动化， 效率可比传统机床提高 3 7 倍。对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅 节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。提高产品质量， 零件的加工精度高，尺寸分散度小，使装配方便灵活。因此 ,继电器本身固有的缺陷，给磨床的安全和经济运行带来了不利影响 ,用 磨床的徐州工程学院毕业设计（论文） 2 继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。所以我们就以平面磨床改造来介绍一下。 徐州工程学院毕业设计（论文） 3 2 磨床的概述 磨床的介绍 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料 进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。 磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。 随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。 磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。 世界平面磨床发展趋势 当今平磨的发展趋势是转向成形、台阶、切入 、快速抖动、三维空间曲线表面磨削加工。可以说，平磨是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。我国平磨制造厂应跳出传统的平面磨削的思维，转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上进一步发展，以形成我们自己特色的技术和产品 久前在美国芝加哥举行的国际制造技术展览会（ 有 20 多家平磨专业生产厂的 60 多台平面磨床以平磨实物形式参展，包括了欧、美、日及我国的主要平磨制造厂。有关专家分析了此次参展的平面磨床的主要特点并预测今后平面磨床的发展趋势。 (1)从规格上看，以小型平 磨为主。台面宽 200下的几乎占 50%，小规格机床的运输及布展比较方便；国外平磨不分普通、精密、高精度的精度等级，相对小规格机床，精度容易做得很高；在国际市场上，中、小规格平磨的潜在需求很大。 (2)从控制上看， 70%以上的为数控型，有单轴、双轴及三轴数控，最多达五轴控制，尤其是 400 以上的大规格机型，全为数控型。由于技术水平的发展导致功能变化，平磨已从传统的平面磨向成形磨转变，常规控制已难以实现功能的要求。数控平磨已形成一个市场潮流。 (3)从功能上看， 50%以上的平磨不仅仅用于水平平面加工，而且转向 成形、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线等表面磨削加工，如 司以平磨为基础变化而成的五轴联动磨削中心，可实现非平面型复杂曲面的磨削； 司的柔性磨徐州工程学院毕业设计（论文） 4 削系统，可实现成形、无心、外圆、工具、轮廓等磨削工艺；还有裕福、 司等的快速抖动磨等，反映出平磨是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。 (1)高速、复合、高精度、高刚性仍是金切机床的发展主调，但又有新的变化。复合，已从原来的为复合而复合转为从实用高效考虑为主，如车、铣复合，车、铣、钻的复合，铣床和电火花的复合；从功能上看，复合型机床的针对性很强，针对某类零件考虑；从精度上看，定位精度 2 m，重复定位精度 1 m 的机床已比比皆是；从主轴转速来看，轴达 60000r/13 42000r/速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60度材料的加工中心。 (2)模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青。横向系列、纵向系列、全系列、跨系列的模块化设计，无论是大隈、牧野等为代表的日本机床，还是 形上看 好象完全一样，但功能则完全不同，所构成的模块很多则是通用的。 (3)全自动的概念已发生变化。传统的全自动机床是用一只气动或液动的机械手实现工件的自动上、下料，而现在采用真正意义的多关节串联式机器人，来实现工件的上、下料，包括完工零件的堆放 。 (4)环保要求越来越高。在展出的展品中，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩 壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。 (1)平磨是磨床类机床中发展潜力最大的机床。 在完成传统的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、台面、磨头等大件为基础，可以演变成外圆、曲 线、工具、无心等磨床，如 司的 圆磨床和 国应在完成平磨规格系列的完善后，跳出传统的平面磨削的思维转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上去进一步发展，形成具有我们自己特色的技术和产品。 (2)模块化设计将是贯穿产品设计全过程的一条主线，无论是机床技术发展的潮流还是市场竞争 的要求。 徐州工程学院毕业设计（论文） 5 3 可编程控制器的概况 产生和特点及其发展动向 产生 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统， 控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统 易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少， 难以 实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改 变，以及对整个开展系统重新配置 应白热化的市场竞争要求， 1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （ 1） 编程方便，可现场修改程序 （ 2） 维修方便，采用插件式结构 （ 3）可靠性高于继电器控制装置 （ 4） 体积小于继电器控制盘 （ 5）数据可直接送入管理计算机 （ 6）成本可与继电器控制盘竞争 （ 7） 输入可以是交流 150V 以上 （ 8）输出为交流 115V， 可直接驱动接触器，电磁阀等 （ 9）扩展时原系统改变最小 （ 10 用户存储器至少能扩张到 4应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。 定义 美国国际电工委员会（ 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面徐州工程学院毕业设计（论文） 6 向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器 及其 相 关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了 直接应用 于 工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别 于 一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了 “数字运算操作的电子系统”， 它 也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控 制系统联成一体”，易于“扩充”。 特点 （ 1）抗干扰能力强，可靠性好 电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。 I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调节 电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。 输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 电源电路和输入 /输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、 看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（ 定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证 靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （ 2）控制系统结构简单，通用性强 徐州工程学院毕业设计（论文） 7 外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 （ 3）编程方便 ，易于使用 面向用户的设备， 设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 （ 4）功能完善 输出 /输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入 /输出。在 部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处 理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 （ 5）设计、施工、调试的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 制，由于其硬软件齐全，为模块化积木 式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 货前进行，因而缩 短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 （ 6）体积小，维护操作方便 积小，质量轻，便于安装。 输入 /输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 （ 7）易于实现网络化 连成功能很强的网络系统。 （ 8）可实现三电一体化 电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 发展趋势 的发展趋势是向高集成度、小体积 、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 （ 1）向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使 构更为紧凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。 功能不断增加，将原来大、中型 有的功能部分地移植到小型 。 徐州工程学院毕业设计（论文） 8 （ 2）向大容量、高速度方向发展 大型 用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 （ 3）智能型 I/O 模块的发展 智能型 I/们的 用主 时间很少，有利于提高 扫描速度。 （ 4）基于 编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对 制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 （ 5） 程语言的标准化 与个人计算机相比， 硬件、软件的体系结构都是封闭 的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的 块和 I/O 模块互不通用。 编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题， 定了可遍程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 （ 6） 信的易用化 通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （ 7）组态软件与 软件化 个人计算机 （ 价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 （ 8） 现场总线相结合 现场总线 I/O 与 以组成功能强大的、廉价的 统。 （ 9）开发新型特殊功能模块 I/O 组件可以提高 智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) 处理速度进一步加快 目前， 处理速度与计算机相比还比较慢， 将来会全面使用 64 位的 片，采用多 行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 处理速度达到纳秒级 。 系统结构和基本工作原理 系统结构 徐州工程学院毕业设计（论文） 9 目前 类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 储器 入输出接口电路、电源、 I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 制系统由输入量 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 们经 部输入端子，作为 输出量对外围设备进行各种控制。由此可见， 基本结构有控制部分输入和输出组成。其中 部分的作用如下： (1) 中央处理器 由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断 源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 寄存器中。 按用户程序存储器中存放的 先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 应各种外部设备的工作请求。 (2) 存储器 存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路 过输入输出（ I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 能接受和处理的数字信号。 (4) 电源 电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足 储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 (5) 输入输出 I/O 扩展接口 若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O 扩展单元与主机单元相连接。 系统结构和基本工作原理 用的是循环扫描工作方式。对每个程序， 第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一 条指令开始逐条顺序执行用徐州工程学院毕业设计（论文） 10 户程序，直至遇到结束符后又返 回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 输入刷新阶段 在输入刷新阶段， 描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱 动外部相应执行元件工作，这才形成 实际输出。 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来 说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行， 一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊
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