數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、編號:畢業(yè)論文（設(shè)計）題目數(shù)控切割機控制機構(gòu)的設(shè)計指導(dǎo)教師姚俊紅學(xué)生姓名劉武學(xué)號2專業(yè)機械設(shè)計制造與其自動化教學(xué)單位德州學(xué)院機電工程系（蓋章）二0 一二年五月六日數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）幵題報告書2012年1月11日院（系）機電工程系專業(yè)機械設(shè)計制造與其自動化姓名劉武學(xué)號2論文（設(shè)計）題目數(shù)控切割機控制機構(gòu)的設(shè)計一、選題目的和意義在機械加工過程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動切割機切割與數(shù)控切 割機切割。手工切割火活方便，但手工切割質(zhì)里差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續(xù) 加工工作量大，冋時勞動條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動切割機中仿形切割機，切割 工件的質(zhì)量較好，由于

2、其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它 類型半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀 的零件切割。數(shù)控切割相對手動和半自動切割方式來說，可有效地提高板材切割地效 率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動強度。數(shù)控切割機具有加工精度高，加工穩(wěn)定可靠， 高生產(chǎn)率，勞動條件好，有利于管理現(xiàn)代化等優(yōu)點。其控制系統(tǒng)具有可靠性強，精度 咼，功能強大，經(jīng)濟頭用，操作方便等特點?？刂茩C構(gòu)的發(fā)展與幵發(fā)能更好的提咼生 產(chǎn)效率，使生產(chǎn)更具安全性。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)控切割機在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)兩方面取得了長足的發(fā)展，機床在機械加工領(lǐng)域中有

3、著舉足輕重的作用。從50年代幵始，人們對機床的控制方式幵展研究，從早期的基于NC的控制方案發(fā)展到今天基于計算機 的數(shù)控方案。對機床的控制自動化和智能化程度都有了巨大的發(fā)展。目前，國際上機床市場基本都是數(shù)控機床，并出現(xiàn)了各種分類齊全、專業(yè)化程度非常高的數(shù)控機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床等等。并且在數(shù)控機床的應(yīng)用上，網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控機床也成了未來的發(fā)展趨勢，總之，數(shù)控機床伴隨著計算機技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā) 展，變得越來越自動化和專業(yè)化。數(shù)控切割機控制系統(tǒng)已由當(dāng)初的簡單功能、復(fù)三、課題設(shè)計方案主要說明：研究（設(shè)計）的基本內(nèi)容、觀點與擬采取的研究途徑和 方法。1. 根據(jù)所學(xué)的PLC、數(shù)控有關(guān)專業(yè)知識以與查詢的有關(guān)

4、文獻，根據(jù)數(shù)控切割的工作 原理，使用時應(yīng)達到的安全，效率，可靠性等進行初步設(shè)計。2. 通過考察分析了解切割機控制系統(tǒng)的工作原理，根據(jù)切割工藝的要求，滿足生產(chǎn)的控制要求，控制系統(tǒng)經(jīng)濟實用、控制精度高的要求進一步完善和修改設(shè)計。3. 根據(jù)所設(shè)計的控制系統(tǒng)，利用 PLC進行系統(tǒng)相關(guān)接線圖和控制梯形圖的繪制。4. 綜合考慮數(shù)控切割機的應(yīng)用，檢查PLC編程，進一步完善優(yōu)化控制系統(tǒng)。四、計劃進度安排 主要說明：起止時間與分階段的進度要求。起止時間：2011.12.15-2.102012.3.1- 3.31文初稿。2012.4.1- 4.202012.4.10-5.92012.5.9-5.19進行課題的搜集

5、資料，初步確定課題。整理材料，理清思路，確定論文的研究方向，幵始撰寫論初步完成初稿，交由指導(dǎo)老師修改、審核，并在初稿的基修改論文，確定最終的論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯參加論文答辯。五、主要參考文獻1 杜國臣，王士軍機床數(shù)控技術(shù)M.北京大學(xué)出版社2 郁漢琪，郭健.可編程序控制器原理與應(yīng)用M.中國電力出版社3 程衛(wèi)權(quán).基于PLC的數(shù)控切割系統(tǒng)J.計算機工程應(yīng)用技術(shù)，2011.11 7 （ 30）4 宋伯生.可編程控制器配置編程聯(lián)網(wǎng)M.北京沖國勞動出版社，19985 劉敏.可編程控制器技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，2004指導(dǎo)教師意見與建議：簽名：年 月 日 教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見：組長簽名：年 月 日2

6、012 年 04德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表院（系）:機電工程系 專業(yè)：機械制造與其自動化月12日畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：數(shù)控切割機控制機構(gòu)的設(shè)計學(xué)生姓名劉武學(xué)號2指導(dǎo)教師姚俊紅職稱副教授計劃完成時間：2012年5月6號畢業(yè)論文（設(shè)計）的進度計劃：進行課題的搜集資料，初步確定課題。201231-3.31整理材料，理清思路，確定論文的研究方向，幵始撰寫論文初稿。初步完成初稿，交由指導(dǎo)老師修改、審核，并在初稿的基礎(chǔ)上完善。修改論文，確定最終的論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。參加論文答辯。完成情況指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁）簽名：XXXX年x月x日備注:1. 概述 0 1.1 數(shù)控

7、切割機的發(fā)展現(xiàn)狀 01.2 數(shù)控切割機床電氣系統(tǒng)的介紹 1.1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 32. PLC 的由來與應(yīng)用 3 2.1 PLC 的由來 32.2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 42.3 PLC 的知識介紹 63 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 83.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與步驟 84 本次設(shè)計的方案 1.1.4.1 數(shù)控切割機的整體結(jié)構(gòu)示意圖 1.1.4.2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的分析 1.1.4.3 控制方案的選擇 1.2.4.4 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1.2.4.5 控制系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計 1.3.4.6 設(shè)計的接線圖 1.4.4.7 本次設(shè)計的內(nèi)容 1.4.4.8 本次設(shè)計的梯形圖 1.5.

8、參考文獻 1.5.謝 辭 1.6.數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計劉武（德州學(xué)院機電系，山東德州253023 ）摘要：數(shù)控切割機床應(yīng)用于裝備制造業(yè)、工程機械制造業(yè)、船舶制造業(yè)等多種 機械制造行業(yè)，在機械制造規(guī)模生產(chǎn)中，應(yīng)用可編程控制器來進行綜合控制，在實 際中較好得解決數(shù)控切割機在控制操作上存在的問題。數(shù)控設(shè)備全部更新?lián)Q代，不 僅資金投入太大，成本高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費，實踐證明， 改造后的機床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度增大了設(shè)備適應(yīng)能 力。該文就是基于PLC控制在數(shù)控切割機床上的電氣實現(xiàn)進行了探討。機床面板 功能設(shè)計是一項非常重要的環(huán)節(jié)。它的

9、作用：主要是將機床操作面板上的控制信號 直接送人到PLC中去，以控制數(shù)控系統(tǒng)的運行。關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控切割機；梯形圖；伺服系統(tǒng)；面板；電氣控制系 統(tǒng)1. 概述1.1數(shù)控切割機的發(fā)展現(xiàn)狀中國作為全球最大數(shù)控切割機床生產(chǎn)國、進口國和消費國，早期的數(shù)控切割機 床均屬國營，生產(chǎn)效率不佳，出口比例較低；但在國內(nèi)數(shù)控切割機床企業(yè)大力改革、 裁汰冗員，大量崛起“人員精簡、產(chǎn)值高”的民營企業(yè)等事件后，情況得到好轉(zhuǎn)； 同時，隨著逐步學(xué)習(xí)日本、美國的技術(shù)設(shè)計理念，把主要市場投向汽車、模具、電 子等高端產(chǎn)業(yè)，采用技術(shù)合作或引進外資的方式吸引日本、臺灣企業(yè)，使數(shù)控切割 機床產(chǎn)業(yè)得到大幅度的發(fā)展。當(dāng)今世界，

10、工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞 在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機 技術(shù)的進步，數(shù)控機床在 20 世紀(jì) 80 年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求， 早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市 場的焦點。任何事物都有其特點與發(fā)展條件，人們掌握后才能加速其發(fā)展。在機床改造中，機床的電氣控制系統(tǒng)需要重新設(shè)計，而其中數(shù)控機床操作面板 的功能設(shè)計是非常重要的一個環(huán)節(jié)，可根據(jù)不同的使用要求來設(shè)計不同功能的操作 面板。面板改造：依據(jù)系統(tǒng)選

11、型主軸功率、進給倍率、轉(zhuǎn)速、安裝等指標(biāo)進行，與硬 件連接、梯形圖編寫、參數(shù)選擇進行設(shè)計。面板改造后具有：使用性強，系統(tǒng)的簡化，便于操作，提高加工精度，柔性高， 生產(chǎn)效率高。1.2 數(shù)控切割機床電氣系統(tǒng)的介紹 數(shù)控切割機床電氣系統(tǒng)包括交流主電路、機床輔助功能控制電路和電子控制電路，一般將前者稱為強電，后兩者稱為弱電。強電是 24V 以上供電，以電氣元件、 電力電子功率器件為主組成的電路 ;弱電是 24V 以下供電，以半導(dǎo)體器件、集成電 路為主組成的控制系統(tǒng)電路。數(shù)控切割機床的主要故障是電氣系統(tǒng)的故障，電氣系 統(tǒng)故障又以機床本體上的低壓電器故障為主。數(shù)控切割機床對電氣系統(tǒng)的基本要 求：1. 高可靠

12、性 數(shù)控切割機床是長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)的設(shè)備，本身要具有高可靠性。因此，在電氣 系統(tǒng)的設(shè)計和部件的選用上普遍應(yīng)用了可靠性技術(shù)、容錯技術(shù)與冗余技術(shù)。所有部 件選用的是最成熟的，而且符合有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)并取得授權(quán)認證的新型產(chǎn)品。2. 緊跟新技術(shù)的發(fā)展在保證可靠性的基礎(chǔ)上，電氣系統(tǒng)還要具有先進性，如新型組合功能電氣元件 的使用、新型電子電器與電力電子功率器件的使用等。3. 穩(wěn)定性要在電氣系統(tǒng)中采取一系列技術(shù)措施，使其造應(yīng)較廣泛的環(huán)境條件，如要能適 應(yīng)交流供電系統(tǒng)電壓的波動，對電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的噪聲干擾有一定的抑制作用，同時還 應(yīng)符合電磁兼容的國家標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)內(nèi)部既不相互干擾，還能抵抗外部干擾，也 不向外部輻射破壞

13、性干擾等。4. 安全性電氣系統(tǒng)的連鎖要有效 ;電氣裝置的絕緣要保證完好， 防護要齊全， 接地要牢靠， 以使操作人員的安全有保證 ;電氣部件的防護外殼要具有防塵、 防水、防油污的功能 電柜的封閉性要好，能防止外部的液體濺人電柜內(nèi)部，防止切屑、導(dǎo)電塵埃的進入 電柜內(nèi)的所有元件在正常供電電壓下工作時不應(yīng)出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象，并且應(yīng)有預(yù)防 雷電襲擊的功能 ;經(jīng)常移動的電纜要有護套或拖鏈防護， 防止纜線磨斷或短路而造成 系統(tǒng)故障 ;要有抑制內(nèi)部部件異常溫升的措施， 特別是在夏季， 要有強迫風(fēng)冷或制冷 器冷卻 ;要有防觸電、防碰傷設(shè)施。5. 方便的可維護性易損部件要便于更換或替換。保護元器件的保護動作要靈敏，

14、但也不能有誤動 作。一旦故障排除后，功能要能恢復(fù)。6. 良好的控制特性所有被控制的電動機起動要平穩(wěn)、響應(yīng)快速、特性硬、無沖擊、元震動、無振 蕩、無異常數(shù)控機床電氣檢修噪聲、無異常溫升。7. 運行狀態(tài)明顯的信息顯示數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計電氣系統(tǒng)要用指示燈做操作顯示，電氣元件要有狀態(tài)指示、故障指示，有明顯 的安全操作標(biāo)識。8. 操作的宜人性 電氣系統(tǒng)要體現(xiàn)人性化設(shè)計，如操作部位應(yīng)與人體平均高度、距離相適應(yīng)，體 現(xiàn)操作方便、舒適、便于觀察的特點，尤其是要能隨時摸得到急停按鈕，保證緊急 情況下的快速操作動作 ;機床電器顏色不僅要符合標(biāo)準(zhǔn)，還要美觀、明顯。1.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 對數(shù)控機床電氣控制

15、系統(tǒng)的控制方式、系統(tǒng)功能、主要實現(xiàn)部件，進行了選擇 和分析，然后給出一個完整的基于 PLC 的數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)工作原理方案。2. PLC 的由來與應(yīng)用 .2.1 PLC 的由來在PLC問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性 差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設(shè)計、重新安裝，造成時間和資金的 嚴(yán)重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀， 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM )，為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控

16、制裝置，為此，特擬定了 十項公開招標(biāo)的技術(shù)要求，即：1) 編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序；2) 硬件維護方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；3) 可靠性要高于繼電器控制裝置；4) 體積小于繼電器控制裝置；5 ) 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；6 ) 成本上可與繼電器柜競爭；7) 輸入可以是交流 115V ；8) 輸出為交流 115V ， 2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥；9) 擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動；用戶程序存儲器容量至少可以擴展到 4KB 。根據(jù)招標(biāo)要求， 1969 年美國數(shù)字 設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺 PLC ( PDP 14型),并在通用汽車公司 自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開

17、創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。從此，可編程控制 器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快。所以選擇型 號為YT,額定功率1KW，轉(zhuǎn)速500r/min,額定電壓12220V的YT直流電動機1。2.2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、 石油、化工、電力、建材、機械制造、 汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保與文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下 幾類。1、開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控與自動化流水線。如 注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生

18、產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2、模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速 度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量( Analog )和 數(shù)字量( Digital )之間的 A/D 轉(zhuǎn)換與 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運動控制PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。 從控制機構(gòu)配置來說， 早期直接用 于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模 塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品

19、幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場 合。4、過程控制過程控制是指對溫度、 壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。 作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序， 完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系 統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此 功能模塊。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處 理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析與處理

20、。這些數(shù) 據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功 能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如 無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的 一些大型控制系統(tǒng)。6、通信與聯(lián)網(wǎng)PLC 通信含 PLC 間的通信與 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制 的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能， 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。2.3 PLC的知識介紹 的工作原理（一）基本工作模式：PLC有運行模式和停止模式。1、運行模

21、式：分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個階 段。2、 停止模式：當(dāng)處于停止工作模式時，PLC只進行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。圖3-1 PLC 基本工作模式（二）PLC工作過程：（1）處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器，以與完成 一些其它內(nèi)部工作。（2）通信操作階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的 顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。（3）輸入處理階段輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀取所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將所 讀取的信息存到輸入映象寄存器中，此時，輸入映像寄存器被

22、刷新。（4）程序執(zhí)行階段按先上后下，先左后右的步序，對梯形圖程序進行逐句掃描并根據(jù)采樣到輸入 映像寄存器中的結(jié)果進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)映像寄存器中。但遇到程 序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。（ 5） 輸出刷新階段程序處理完畢后， 將所有輸出映象寄存器中各點的狀態(tài)， 轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中， 再通過輸出端驅(qū)動外部負載。在運行模式下， PLC 按上述五個階段進行周而復(fù)始 的循環(huán)工作，稱為循環(huán)掃描工作方式。（三）PLC 工作方式與特點：集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描， “串行”工 作方式1掃描周期： PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次 掃描所

23、用的時間稱為掃描周期或工作周期。PLC 運行正常時，掃描周期的長短與 CPU 的運算速度有關(guān)，與 I/O 點的情 況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長短與編程情況等均有關(guān)。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令 所需時間來說明其掃描速度 （ 一般 110ms/K） 。2 .輸出滯后：指從PLC的外部輸入信號發(fā)生變化至它所控制的外部輸出信號 發(fā)生變化的時間間隔。一般為幾十 100ms. 引起輸出滯后的因素：輸入模塊的濾 波時間、輸出模塊的滯后時間、掃描方式引起的滯后。3. 由于 PLC 是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄 存器中的內(nèi)容也不會變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會改變。4. 由

24、于PLC是串行工作，所以PLC的運行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。這 與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點的臨界競爭，減少繁瑣的 聯(lián)鎖電路。2.2.2 PLC 的結(jié)構(gòu)可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實際上 可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。1. PLC 的硬件結(jié)構(gòu)(1) 微處理器(CPU)控制器的核心(2) 存儲器 (RAM 、ROM )(3) 輸入、輸出部件 (I/O部件)一一連接現(xiàn)場設(shè)備與 CPU之間的接口電路(4) 電源部件為PLC內(nèi)部電路提供能源整體結(jié)構(gòu)的PLC四部

25、分裝在同一機殼內(nèi)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成I/O 的能力可按用戶的需要進行擴展和組合(擴展機)另外，還必須有編程器一一將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)2. PLC的軟件結(jié)構(gòu)第一部分為系統(tǒng)監(jiān)控程序。它是每一個可編程控制器成品必須包括的部分，是 由可編程控制器的制造者編制的，用于控制可編程控制器本身的運行。第二部分為用戶程序。它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控制裝置的運行。3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與步驟一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與主要內(nèi)容(一)設(shè)計的基本原則(1 )除了滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還要重點考慮該產(chǎn)品的

26、技術(shù)支持與售后服務(wù)的 情況。(2) 最大限度的滿足被控對象的控制要求。數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計(3) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用與維護方便。(4) 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。(5) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量是，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。(二)設(shè)計的主要內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備諒解而成的，用以完成預(yù)期的控制目 的與相應(yīng)的控制要求。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：(1) 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以與新提出的各項控制指標(biāo)與經(jīng)濟預(yù) 算，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。( 2 )根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字 I/O 點和模擬量通道數(shù)

27、，進行 I/O 點初步分配，繪 制I/O使用資源圖。(3) 進行PLC系統(tǒng)配置設(shè)計，主要為PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件， 真確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。(4) 選擇用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、以與由輸出設(shè)備驅(qū)動的對象，這些設(shè)備屬于 一般的電器元件。(5) 設(shè)計控制程序。二、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟( 1)對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動作的順 序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)可以省去這一步。( 2)設(shè)計梯形圖。這是程序設(shè)計的關(guān)鍵一步。要

28、設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，它是還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。( 3 )根據(jù)梯形圖編制語句表程序清單。( 4)用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（5 ）對程序進行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止，（6）待控制臺（柜）與現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。如不滿足要求， 在修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。（7 ）編制技術(shù)文件。（8）交付使用。3.2輸入/輸出（I/O）（1）8路通用緩存輸入（1 4軸），16路通用緩存輸入（5 8軸），8路TTL輸出（1 4軸），16路TTL輸出（5 8軸）。（2 ）正負限位、原點返回輸入（TTL ）。（3）高速

29、位置鎖存，位置比較。（4）I/O 擴充：智能型 Ethernet 。輸入連接器（標(biāo)準(zhǔn)型）輸出連接器4本次設(shè)計的方案YbOOOM O-4.1數(shù)控切割機的整體結(jié)構(gòu)示意圖4.2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的分析數(shù)控切割機控制系統(tǒng)實驗平臺的控制要求分析：本設(shè)計主要以火焰切割機為例：數(shù)控火焰切割機是一種應(yīng)用氧-乙炔為燃料的傳統(tǒng)切割方法而制造的金屬切割設(shè)備，根據(jù)數(shù)控火焰切割機的特點與實際工作情況，本控制系統(tǒng)首先要實現(xiàn)的是對于各氣動電磁閥的控制。由于工作氣體為易燃易爆的氣體，所以各個氣路的幵啟與其啟停的先后順序等都要準(zhǔn)確可靠。而且氣動電磁閥一定不能由于啟停等操作產(chǎn)生電火花。4.3控制方案的選擇本次設(shè)計的萬案是采用 PC

30、機作上位機和PLC作下位機的上位機下位機系統(tǒng)。 這里選擇PLC的主要原因是：PLC幵發(fā)周期短，使用容易，對人的要求低，而且具 有擴展性好、通信簡單的優(yōu)點，安裝、使用、維護、維修都很方便，系統(tǒng)易更新?lián)Q 代。目前PLC的功能已經(jīng)日趨完善，PLC脈沖控制也可以實現(xiàn) NC控制系統(tǒng)的一些 功能，對于數(shù)控切割機控制系統(tǒng)所要求的雙軸聯(lián)動控制完全可以實現(xiàn)。4.4控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)各割炬頭的控制ffx冬制炬頭上的乙ft業(yè)醴騰步進電機根據(jù)數(shù)控切割機的控制要求，控制系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個部分組成：（1）數(shù)控切割機機械主體（2）PC機一臺，主要負責(zé)完成控制系統(tǒng)的配置和人機交互功能與軌跡插補計算等 功能。（3）PLC

31、 一臺。作為下位機，主要 which根據(jù)上位機傳來的各種信號做出判斷與執(zhí)行，以實現(xiàn)對所要求的輪廓的加工，同時讀數(shù)控切割機行程幵關(guān)等的啟停進行試試診斷，以防止出現(xiàn)事故。（4）步進驅(qū)動器與步進電機一套。步進驅(qū)動器根據(jù)PLC輸出的脈沖信號的個數(shù)與頻率等來控制步進電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速計轉(zhuǎn)動方向等。以實現(xiàn)對所需要的工件輪廓 的加工，是數(shù)控系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)。4.5控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計圖1控制系統(tǒng)PLC程序的整體結(jié)構(gòu)4.6設(shè)計的接線圖COM”FrSPDl衛(wèi) D ILWT5PD3T=I3Fdykeu -HlZ£RD5=-DT+to5FA<1RCVW.S-RDY-ALW+PLKSL叫52SJGN2

32、GNDPUL5H1PJL5HZ!SIGNH20A+0A-03*oe-oz-:心GMDCZ2檔曲沖宜 i tiAT*tE04沏QFF十BRKOFF-一工101側(cè)的i<x?/h *應(yīng)取憧*II - +lWtI( -10- 4.7設(shè)計梯形圖的原理上位機設(shè)定伺服電機旋轉(zhuǎn)速度單位為（轉(zhuǎn)/分），伺服電機設(shè)定為1000個脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率二（速度設(shè)定值/6）=100Hz.上位機設(shè)定伺服電機行走長 度單位為（0.1mm ）伺服電機每轉(zhuǎn)一圈的行走長度為10mm，伺服電機轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故PLC發(fā)出一個脈沖的行走長度為0.01mm 。PLC的輸出脈沖值二長度設(shè)定值*10.上面兩點的

33、計算都是在伺服電機參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。也就是說，在計算PLC發(fā)出脈沖頻率與脈沖前，必須先格局機械條件綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機的電子齒輪比！假設(shè)伺服電機轉(zhuǎn)動一圈的行走長度已固定（如上面所提到的10mm），設(shè)計要數(shù)控切割機控制系統(tǒng)的設(shè)計求的行走精度為 0.1mm。為了保證此精度，一般情況下是讓一個脈沖行走長度低于0.10mm，例如設(shè)定一個脈沖長度為上述所說的0.01mm，于是電機轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)即為1000個脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K，如果電機轉(zhuǎn)動一圈為100mm ，設(shè)定一個脈沖行走仍然是 0.01mm電機轉(zhuǎn)動一圈所 需的脈沖數(shù)即為10000個脈沖，電機速度為1200轉(zhuǎn)時所需的脈沖頻率就是 200k。 根據(jù)以上信息只需應(yīng)用 PLC的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可，PLC梯形圖如下圖所示。 4.8本次設(shè)計的梯形圖CF33LT3DOK6DTJJEE51u*IT&0KLOO*BT2CJLFlU牢-FLITD2KLUurrJ38 T伽）K1U <SET>1UOCFST A