畢業(yè)設(shè)計(jì)---橋梁支座孔加工機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對橋梁支座孔加工機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于傳統(tǒng)的單面鉆床不能滿足高效率生產(chǎn)要求，因此提出雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)中雙面鉆床采用可編程控制器（PLC）控制，其中工作臺運(yùn)動(dòng)控制是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，普通的異步電機(jī)根本無法滿足定位精確的要求，因此采用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。由于這個(gè)設(shè)計(jì)需求精度較高，所以所有限位

2、開關(guān)均采用接近開關(guān)。另外不同批次加工時(shí)需要調(diào)整限位開關(guān)位置，因此設(shè)計(jì)中還提出點(diǎn)動(dòng)控制方案，方便調(diào)試。</p><p>　　本文通過對雙面鉆床的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)介紹，選用步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器結(jié)合控制工作臺運(yùn)動(dòng)和PLC全程控制的方案。設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接電路、觸摸屏面板控制和電氣控制系統(tǒng)原理圖，根據(jù)雙面鉆床運(yùn)動(dòng)分析和要求，設(shè)計(jì)出運(yùn)動(dòng)流程圖、電氣控制硬件系統(tǒng)及選型、軟件程序，最終再通過力控組態(tài)軟件對雙面鉆床進(jìn)行仿真、調(diào)試。

3、此次雙面鉆床設(shè)計(jì)主要是在傳統(tǒng)加工上進(jìn)一步改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、自動(dòng)化生產(chǎn)需求。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】橋梁支座、雙面鉆床、可編程控制器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This graduation design is mainly directed against the bridge

4、bearing hole processing machine tool design, the traditional single drilling can not meet the requirements of high efficiency production, so the two at the same time drilling processing automation production. The design

5、of double sided drilling machine with programmable controller ( PLC ) control, wherein the table motion control is the core of the whole design, the ordinary asynchronous motor can't meet the requirement of accurate

6、pos</p><p>　　This article through to the double-sided drilling structure and motion is introduced, using stepper motor and drive with control table movement and PLC overall control scheme. Design of stepper

7、motor is connected with the drive circuit, touch screen control panel and electrical principle diagram of control system, according to the double sided drilling motion analysis and requirements, design movement flowchart

8、, electrical control system and model selection of hardware, software program, and ult</p><p>　　[ Key words ] bridge bearings, double sided drilling machine, PLC programmable controller</p><p>&

9、lt;b>　　目錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1課題產(chǎn)生背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù)3</p><p>　　2 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

10、4</p><p>　　2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想4</p><p>　　2.2 橋梁支座孔加工雙面鉆床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4</p><p>　　2.3 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制原理5</p><p>　　2.4工作臺速度控制方案選擇5</p><p>　　3 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>

11、　　3.1 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3控制面板觸摸屏選擇12</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配14</p><p>　　3.5 PLC選型16</p><p>　　3.6 電氣元件選型表16</p>

12、<p>　　3.7雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)原理圖17</p><p>　　4 雙面鉆床軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 STEP7-Micro/WIN軟件介紹22</p><p>　　4.2雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3 PLC程序仿真與調(diào)試38</p><p&

13、gt;　　5 雙面鉆床監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.1力控組態(tài)介紹39</p><p>　　5.2力控組態(tài)軟件編程41</p><p>　　5.3建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫44</p><p><b>　　總結(jié)與體會47</b></p><p><b>　　致謝詞48<

14、/b></p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】49</b></p><p>　　附錄系統(tǒng)程序梯形圖50</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制越來越多，它節(jié)省勞動(dòng)力，降低成本，提高生產(chǎn)效率，其作用顯而易見。現(xiàn)代化建設(shè)速度也越來越快，

15、橋梁建造也越來越多，橋梁支座這個(gè)不可缺少的事物需求越來越大，為了保障工程建設(shè)順利進(jìn)行，就需要提高橋梁支座生產(chǎn)效率。所以此次設(shè)計(jì)主要是針對橋梁支座孔的加工，設(shè)計(jì)一臺自動(dòng)化雙面鉆床，提高加工生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的單個(gè)鉆床加工方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今的需求，先提出兩面同時(shí)進(jìn)行加工可以縮短加工時(shí)間。同時(shí)采用自動(dòng)化PLC控制，實(shí)現(xiàn)批量加工，大幅度提高生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　1.1課題產(chǎn)生背景</b&g

16、t;</p><p>　　我國加入WTO以來，制造業(yè)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略采取了積極的應(yīng)對措施，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2002年9月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)八百余臺，產(chǎn)值達(dá)三個(gè)億以上，較2001年同比增長10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較上年有大幅度提高，

17、可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)良好。</p><p>　　組合機(jī)床及其PLC電氣控制系統(tǒng)是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)適用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要采用機(jī)、電、液、氣控制，他的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大大中型箱體類或軸類零件，完成鉆孔、擴(kuò)孔、較孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔

18、內(nèi)鏜各種槽，以及削銑平面或成形面等。組合機(jī)床分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們青睞，它應(yīng)用多為主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具自動(dòng)更換，配以可編程控制器PLC、數(shù)字控制NC等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)

19、控組合機(jī)床等在組合機(jī)床行業(yè)占比重越來越多。</p><p>　　因此為適應(yīng)市場要求，適應(yīng)組合機(jī)床由過去的剛性機(jī)床結(jié)構(gòu)，向柔性化發(fā)展的趨勢，我設(shè)計(jì)了這套雙面鉆床PLC電氣控制系統(tǒng)，希望能夠滿足用戶要求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化設(shè)備。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　在我國，組合機(jī)床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)

20、，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等

21、也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變

22、工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可</p><p>　　由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因

23、此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。</p><p>　　從2002年年底第21屆日本國際機(jī)床博覽會上獲悉，在來自世界10多個(gè)國家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是

24、提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速10000～20000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技

25、術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。</p><p>　　在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。 </p><p>　　1.3

26、本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù)</p><p>　　本次課題主要對橋梁支座孔加工鉆床進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于當(dāng)今橋梁支座需求越來越大，傳統(tǒng)加工方式效率低，不能滿足當(dāng)今需求。因此提出雙面鉆床加工設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p><p>　　雙面鉆床采用PLC可編程控制器控制，每批工件加工前只需調(diào)整專用夾具，根據(jù)當(dāng)前批次工件規(guī)格

27、調(diào)整好鉆削動(dòng)力頭終止的位置，并將兩鉆削動(dòng)力頭退回到原位。將工件安裝于夾具中并夾緊后，通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定待加工孔的數(shù)目、孔間距以及第一孔與工件定位端面的距離。</p><p>　　然后只需按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行以下操作：</p><p>　　工作臺首先前進(jìn)到零位，然后開始后退，后退到第一個(gè)待加工孔位置后停止（工作臺預(yù)緊由電機(jī)完成），兩鉆孔動(dòng)力頭快進(jìn)，然后工進(jìn)開始鉆削加工，鉆孔動(dòng)力頭前進(jìn)到終

28、點(diǎn)位置開始快退，快退回原點(diǎn)后停止，工作臺前進(jìn)一孔間距，按照前面的循環(huán)開始鉆孔加工，直到所有孔加工完成后，工作臺退回原位停止。工作臺原位也是裝卸工件的位置。</p><p>　　2 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想</p><p>　　此次設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是提高加工效率、質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，滿足當(dāng)前供不應(yīng)求的局面。因此將

29、傳統(tǒng)的單鉆模式改進(jìn)，提出雙面同時(shí)加工方案，提高效率，另外使用自動(dòng)化控制實(shí)習(xí)批量生產(chǎn)。全加工過程采用PLC可編程控制器控制，使用接近開關(guān)傳感器、步進(jìn)電機(jī)等提高加工精度，通過控制面板設(shè)置個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同種類產(chǎn)品加工的柔性方案。從而達(dá)到現(xiàn)代化生產(chǎn)的高效率、高質(zhì)量、低成本要求。</p><p>　　2.2 橋梁支座孔加工雙面鉆床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　2.2.1雙面鉆床結(jié)構(gòu)簡圖</p&g

30、t;<p>　　圖2.2.1 橋梁支座成組雙面鉆床結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　橋梁支座成組雙面鉆床用于橋梁支座兩對稱側(cè)面加工，其結(jié)構(gòu)主要由工作臺、左右兩主軸臺、控制臺以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等組成。由于需要兩面同時(shí)加工，因此采用水平布置方式，針對左右兩個(gè)面鉆孔加工。左右兩主軸箱控制同時(shí)進(jìn)行，對稱分布。工作臺豎直方向放平，采用步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確控制其位置。由于采用了步進(jìn)電機(jī)，因此不得不使用絲桿傳動(dòng)，其中絲桿傳動(dòng)涉及

31、到絲桿間隙存在，因此設(shè)計(jì)零位傳感器達(dá)到消除絲桿間隙的目的。雙面鉆床個(gè)部分運(yùn)動(dòng)控制均由控制臺控制。</p><p>　　2.3 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制原理</p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p><p>　　雙面鉆床采用PLC可編程控制器控制，每批工件加工前只需調(diào)整專用夾具，根據(jù)當(dāng)前批次工件規(guī)格調(diào)整好鉆削動(dòng)力頭終止的位置，并將兩鉆削動(dòng)

32、力頭退回到原位。將工件安裝于夾具中并夾緊后，通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定待加工孔的數(shù)目、孔間距以及第一孔與工件定位端面的距離。</p><p>　　然后只需按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行以下操作：</p><p>　　工作臺首先前進(jìn)到零位，然后開始后退，后退到第一個(gè)待加工孔位置后停止（工作臺預(yù)緊由電機(jī)完成），兩鉆孔動(dòng)力頭快進(jìn)，然后工進(jìn)開始鉆削加工，鉆孔動(dòng)力頭前進(jìn)到終點(diǎn)位置開始快退，快退回原點(diǎn)后停止，工作臺

33、前進(jìn)一孔間距，按照前面的循環(huán)開始鉆孔加工，直到所有孔加工完成后，工作臺退回原位停止。工作臺原位也是裝卸工件的位置。</p><p>　　2.4工作臺速度控制方案選擇</p><p>　　此次設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于工作臺運(yùn)動(dòng)控制，如果采用傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)根本無法實(shí)現(xiàn)精確控制。根據(jù)工作原理分析可知左右兩主軸刀具只能水平移動(dòng)進(jìn)行孔的加工，然而孔加工位置就需要有工作臺來確定。左右主軸刀具位置是不變的，加

34、工孔位置就在兩對稱刀具中心線上，因此待加工孔位置就必須準(zhǔn)確的停在中心線上。若傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)其停止不能準(zhǔn)確定位達(dá)不到要求，因此必須采用步進(jìn)電機(jī)控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為

35、“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　3 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)介紹</p><p&g

36、t;　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。 　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)

37、行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速

38、的目的。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)分類</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）基本原理</p><p><b>　　基本參數(shù)</b></p><p><b>　　電機(jī)固有步距角</b></p>&l

39、t;p>　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)</b></p><p>　　是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。轉(zhuǎn)矩</p><p>　　1、HOLDING TORQUE（保持轉(zhuǎn)矩） 　　是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩?！?l

40、t;/p><p>　　2、DETENT TORQUE（無激磁保持轉(zhuǎn)矩）： 　　是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。</p><p><b>　　主要特點(diǎn)</b></p><p>　　1．

41、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 　　2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 　　步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 　　3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將

42、形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 　　4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。 　　步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻

43、率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代</p><p><b>　　主要特性</b></p><p>　　1 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)靜止， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號， 就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。

44、　　2 三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成。 　　3 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 　　4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 　　因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心</p><p>　　3.1.2 步進(jìn)電機(jī)型號選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需求需要三相式混合步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.2。所以選擇

45、型號為：110BYG350DH-0501</p><p><b>　　其參數(shù)如下：</b></p><p><b>　　相數(shù)：3</b></p><p><b>　　步距角：1.2</b></p><p><b>　　相電流：5.0</b></p&g

46、t;<p><b>　　保持轉(zhuǎn)矩：16</b></p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：17400</p><p><b>　　重量：11.1</b></p><p>　　外形尺寸：110x110x216</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制設(shè)計(jì)</p><p>

47、　　3.2.1驅(qū)動(dòng)器介紹</p><p>　　構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的專用集成電路： 　　</p><p>　　A、脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。 　　</p><p>　　B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如SGS公司的L297、L6506等。 　　 </p><p>　　C、

48、只含功率驅(qū)動(dòng)（或包含電流控制、保護(hù)電路）的驅(qū)動(dòng)器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相斬波驅(qū)動(dòng)）和MTD2001（兩相、H橋、斬波驅(qū)動(dòng)）。 　　 D、將脈沖分配器、功率驅(qū)動(dòng)、電流控制和保護(hù)電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制器集成電路，如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。 　　</p><p>　

49、　“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”概述： 　　將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場合力，會使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。</p><p>　　3.2.2 驅(qū)動(dòng)器型號選擇</p>

50、<p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)型號選擇驅(qū)動(dòng)器型號為D306三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　3.2.3 D306三相式混和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器介紹</p><p><b>　　性能簡介</b></p><p>　　混合式步進(jìn)電機(jī)采用稀土永磁材料制造，與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比具有電磁損耗小，轉(zhuǎn)換頻率高，動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)。混合式電機(jī)運(yùn)行

51、時(shí)相對平穩(wěn)、噪音小，輸出力矩大?；旌鲜诫姍C(jī)取代反應(yīng)式電機(jī)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　D306型號三相伺服混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全數(shù)字式電流環(huán)控制，三 相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出，使三相混合式電機(jī)低速無爬行，無共振區(qū)，噪音小。</p><p>　　2、驅(qū)動(dòng)器功放級的

52、電壓達(dá)到DC325伏，步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍然有高轉(zhuǎn)矩 輸出。</p><p>　　3、具備短路、過壓、欠壓、過熱等完善保護(hù)功能，可靠性高。</p><p>　　4、具有細(xì)分和半流功能。有多種細(xì)分選擇，最小步距角可設(shè)為0.036°。</p><p>　　5、適用面廣，通過設(shè)置不同相電流可配置各種電機(jī)。</p><p><b>

53、;　　電氣技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　表3.2.1 電氣技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　接口信號定義</b></p><p>　　表3.2.2接口信號定義</p><p><b>　　接口信號說明：</b></p><p>　　CP+/CP-（脈沖

54、信號）：每個(gè)脈沖上升沿使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，最小脈寬≥2.5μS,最高接收頻率200KHz。</p><p>　　CW+/CW-（方向信號）：單脈沖控制方式時(shí)為方向控制信號輸入接口，若CW為低電平，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，CW為高電平，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。雙脈沖控制方式時(shí)為反轉(zhuǎn)步進(jìn)脈沖信號輸入接口。方向信號切換時(shí)間≥10μS。改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向可通過互換電機(jī)任意兩相接線。</p><p>　　FREE+/FR

55、EE-（脫機(jī)信號）脫機(jī)信號輸入接口，脫機(jī)+與脫機(jī)-之間分別加高低電平，電機(jī)無相電流，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于不穩(wěn)定的自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）；反之脫機(jī)+與脫機(jī)-之間分別加相同電平和不接，電機(jī)處于鎖定狀態(tài)。</p><p>　　Vin外部電源輸入端（僅需接ERR和FINE時(shí)所需）</p><p>　　ERR報(bào)警信號輸出接口。</p><p>　　FINE當(dāng)FINE為高電平時(shí)，細(xì)分功能

56、有效，當(dāng)FINE為低電平時(shí)，細(xì)分功能無效。</p><p>　　當(dāng)細(xì)分功能為無效時(shí)，電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)為細(xì)分功能有效時(shí)的1/10。</p><p><b>　　外觀尺寸</b></p><p>　　圖3.2.1 D306三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外觀尺寸</p><p>　　3.2.4 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線設(shè)計(jì)</p&

57、gt;<p><b>　　接線圖</b></p><p>　　圖3.2.2 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖</p><p>　　三相混合式步進(jìn)電機(jī) 三個(gè)端子分別跟驅(qū)動(dòng)器A.B.C相連，驅(qū)動(dòng)器的AC端口接交流電源220V。</p><p>　　3.3控制面板觸摸屏選擇</p><p>　　3.3.1 觸摸屏特點(diǎn)<

58、;/p><p><b>　　特點(diǎn)：</b></p><p>　　? 包含了較強(qiáng)功能且價(jià)格適中的觸摸屏產(chǎn)品。</p><p>　　? 基于 Windows CE 操作系統(tǒng)適應(yīng)未來的發(fā)展趨</p><p><b>　　勢。</b></p><p>　　? 可通過 MPI 及profi

59、bus-DP 與SIMATIC S7/M7 控</p><p>　　制器相連，同時(shí)也可與基于PC 系統(tǒng)的WinAC 相</p><p><b>　　連接。</b></p><p>　　? 免維護(hù)設(shè)計(jì)，背光管壽命高達(dá)50，000 小時(shí)。</p><p>　　? 可采用包括中文在內(nèi)的全世界多種文字顯示。</p>

60、<p>　　? 利用 SIMATIC ProTool/Lite V5.2 及以上版本和</p><p>　　STEP7 Micro/Win 進(jìn)行組態(tài)。</p><p>　　? 組態(tài)級定可直接移植到其它類似的SIMATIC 人機(jī)</p><p><b>　　界的產(chǎn)品。</b></p><p>　　3.3.2

61、觸摸屏選擇及介紹</p><p>　　根據(jù)此次設(shè)計(jì)需要，選擇TP170A型號的觸摸屏。</p><p>　　圖3.3.1 TP170A觸摸屏</p><p>　　消息系統(tǒng)：消息數(shù)目1000個(gè)</p><p><b>　　消息長度1X70</b></p><p>　　每條消息過程值數(shù)目8個(gè)</

62、p><p>　　消息緩沖器：循環(huán)緩沖，128個(gè)消息</p><p>　　過程界面：文本對象250個(gè)</p><p>　　每個(gè)畫面的變量1000個(gè)文本元素 </p><p>　　圖形對象：位圖、圖標(biāo)、背景圖畫</p><p>　　動(dòng)態(tài)對象：柱形統(tǒng)計(jì)圖表</p><p><b>　　變量：5

63、00個(gè)</b></p><p>　　用戶訪問保護(hù)：多達(dá)32個(gè)</p><p><b>　　在線語言：5種</b></p><p>　　傳送組態(tài)：串行/MPI</p><p>　　應(yīng)用“觸摸你所看到的，就能得到您所需要的!”通過TP170A 觸摸屏，您可以直接在屏幕上進(jìn)行過程控制。操作簡便、圖形按鈕及自解釋說明

64、等特點(diǎn)使您操作更加方便。</p><p><b>　　特點(diǎn)TP170A</b></p><p>　　? 對圖形進(jìn)行快速響應(yīng)</p><p>　　? 高對比度的STN 顯示</p><p>　　? CCFL 背光顯示， 壽命超過</p><p>　　40000~60000 小時(shí)</p>

65、<p>　　? 可適用中文組態(tài)軟件</p><p>　　? CPI 和直接控制鍵可用為快速響</p><p><b>　　應(yīng)</b></p><p><b>　　? 可顯示漢字</b></p><p>　　? 可組態(tài)的觸摸按鈕用于文本、狀</p><p>　　態(tài)指

66、標(biāo)、圖形及圖形狀態(tài)指示</p><p>　　? 在Windows環(huán)境下使用ProTool</p><p><b>　　軟件進(jìn)行組態(tài)</b></p><p>　　? IP65 保護(hù)等級</p><p>　　? 可與多種 PLC 進(jìn)行連接</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配<

67、;/p><p>　　3.4.1 輸入信號I/O點(diǎn)地址分配</p><p>　　名稱 代碼 地址編號</p><p>　　工作臺零位傳感器 BG1 I0.0</p><p>　　工作臺原位傳

68、感器 BG2 I0.1</p><p>　　自動(dòng)啟動(dòng)按鈕 SF1 I0.2</p><p>　　緊急停止按鈕 SF2 I0.3</p><p&g

69、t;　　工作臺前進(jìn) SF3 I0.4</p><p>　　工作臺后退 SF4 I0.5</p><p>　　左滑臺前進(jìn) SF5 I0.6</

70、p><p>　　左滑臺后退 SF6 I0.7</p><p>　　右滑臺前進(jìn) SF7 I1.0</p><p>　　右滑臺后退 SF8

71、 I1.1</p><p>　　左主軸電機(jī)啟動(dòng) SF9 I1.2</p><p>　　右主軸電機(jī)啟動(dòng) SF10 I1.3</p><p>　　選擇點(diǎn)動(dòng) SF11

72、 I1.4</p><p>　　選擇自動(dòng) SF11 I1.5</p><p>　　工作臺限位開關(guān) BG11 I1.6</p><p>　　左滑臺快進(jìn)/快退電機(jī)過載保護(hù) FA1

73、 I2.0</p><p>　　右滑臺快進(jìn)/快退電機(jī)過載保護(hù) FA2 I2.1</p><p>　　左滑臺工進(jìn)電機(jī)過載保護(hù) FA3 I2.2</p><p>　　右滑臺工進(jìn)電機(jī)過載保護(hù) FA4

74、 I2.3</p><p>　　左滑臺主軸電機(jī)過載保護(hù) FA5 I2.4</p><p>　　右滑臺主軸電機(jī)過載保護(hù) FA6 I2.5</p><p>　　左滑臺超程保護(hù)限位開關(guān) BG3

75、 I2.6</p><p>　　設(shè)備使能按鈕 SF12 I2.7</p><p>　　左滑臺前限位開關(guān) BG4 I3.0</p><p>　　左滑臺原位開關(guān) BG5

76、 I3.1</p><p>　　左滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)限位開關(guān) BG6 I3.2</p><p>　　右滑臺前限位開關(guān) BG7 I3.3</p><p>　　右滑臺原位開關(guān) BG8

77、 I3.4</p><p>　　右滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)限位開關(guān) BG9 I3.5</p><p>　　停車按鈕 SF13 I3.6</p><p>　　右滑臺超程保護(hù)限位開關(guān) B

78、G10 I3.7</p><p>　　3.4.2 輸出信號I/O點(diǎn)地址分配</p><p><b>　　3.5 PLC選型</b></p><p>　　從上面分析可知系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入31個(gè)，開關(guān)量輸出13個(gè)。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)CPU224（14DC輸入/10DC輸出），

79、擴(kuò)展一個(gè)輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223（16DC輸入/16繼電器輸出）和一個(gè)輸入擴(kuò)展模塊EM221（8DC輸入）。</p><p>　　3.6 電氣元件選型表</p><p>　　3.7雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.7.1 電氣原理圖</p><p>　　圖3.7.1 電氣原理圖</p><p&g

80、t;　　根據(jù)設(shè)計(jì)需求分析，需要6個(gè)三相異步電機(jī)和一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，上圖從右到左分別為：右滑臺主軸電機(jī)、左滑臺主軸電機(jī)、右滑臺工進(jìn)電機(jī)、左滑臺工進(jìn)電機(jī)、右滑臺快進(jìn)/快退電機(jī)、左滑臺快退/快進(jìn)電機(jī)、工作臺步進(jìn)電機(jī)，其中步進(jìn)電機(jī)需要驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。所有電機(jī)過載保護(hù)均采用熔斷器保護(hù)。另外選擇CPU224作為主機(jī)，擴(kuò)展一個(gè)EM223混合輸入輸出擴(kuò)展模塊（16DC/16繼電器）和一個(gè)EM221輸入擴(kuò)展模塊(8DC)。選擇TP170A型號觸摸屏作為控制面

81、板，整個(gè)電氣圖中所有限位開關(guān)均為接近開關(guān)。設(shè)計(jì)顯示燈有：電源顯示燈、報(bào)警顯示燈、加工完成顯示燈、使能指示燈。</p><p>　　3.7.2 左右滑臺快進(jìn)快退電機(jī)接線圖</p><p>　　圖3.7.2 左右滑臺快進(jìn)快退電氣圖</p><p>　　左邊一個(gè)為右滑臺快進(jìn)快退電機(jī)，右邊是左滑臺電機(jī)，當(dāng)QA5、QA7接觸器閉合時(shí)，左右滑臺快進(jìn)；當(dāng)QA6、QA8接觸器閉合時(shí)

82、，左右滑臺快退。此次采用正反轉(zhuǎn)電路實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.7.3 左右滑臺工進(jìn)控制</p><p>　　圖3.7.3 左右滑臺工進(jìn)圖</p><p>　　圖中左邊為右滑臺工進(jìn)電機(jī),右邊為左滑臺工進(jìn)電機(jī)。當(dāng)QA3、QA4閉合時(shí)左右兩滑臺工進(jìn)。</p><p>　　3.7.4 快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)</p><p>　　左右兩

83、滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，分別通過兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。首先接觸器QA5/QA7閉合，左右滑臺快進(jìn)，當(dāng)壓下快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)接近開關(guān)BG6/BG9時(shí)，接觸器QA5/QA7斷開，接觸器QA3/QA4閉合工作臺工進(jìn)。需要注意的是快進(jìn)電機(jī)和工進(jìn)電機(jī)存在一定的差異，快進(jìn)電機(jī)功率要大于工進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　3.7.5 左右主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　下圖中左邊為右主軸電機(jī)，右邊為左主軸電機(jī)。當(dāng)QA1、QA2閉

84、合后，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)工作</p><p>　　圖3.7.4 左右兩主軸電機(jī)</p><p>　　3.7.6工作臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)三端分別與驅(qū)動(dòng)器A/B/C相接，驅(qū)動(dòng)器接交流電源220V，其中驅(qū)動(dòng)器CP端輸出脈沖信號，CW端為輸出方向信號，高電平時(shí)正向，低電平時(shí)反向，F(xiàn)REE端為脫機(jī)信號，VIN為外部電源，F(xiàn)INE為細(xì)分信號。</p>

85、;<p>　　當(dāng)接觸器QA9閉合時(shí)，驅(qū)動(dòng)器接通，若控制CW為高電平，CP端輸出信號，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之反轉(zhuǎn)。若CP端部輸出脈沖則步進(jìn)電機(jī)停止。</p><p>　　圖3.7.5 步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　4 雙面鉆床軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 STEP7-Micro/WIN軟件介紹</p><p>　　ST

86、EP7-Micro/WIN是在WINDOWS平臺上運(yùn)行的S7-200系列PLC的專用編程軟件，操作界面簡單方便，能解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，可快速進(jìn)入，節(jié)省編程時(shí)間，其主要功能及特點(diǎn)如下。</p><p>　　程序結(jié)構(gòu)簡單，通過一個(gè)主程序調(diào)用其他子程序或中斷程序，保證了程序結(jié)構(gòu)的清晰；可以用語句表(STL)和梯型圖(LAD)編程；可以進(jìn)行符號編程；通過符號表分配符號和絕對地址，并可打印輸出；支持三角函數(shù)，開方，對數(shù)運(yùn)

87、算功能；指令集易學(xué)，指令由容易記的縮寫組成。相同的指令只需稍加修改就可用于不同的功能(例如指令MOVE根據(jù)傳送的方式不同有不同的形式)；易于使用的組態(tài)向?qū)Вㄎ谋撅@示器，PID控制器，CPU間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ?，高速?jì)數(shù)器；可用于CPU硬件設(shè)置，包括擴(kuò)展模塊設(shè)置，輸入延時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置，口令分配，通訊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置等；二進(jìn)制運(yùn)算功能，包括移位、循環(huán)移位、轉(zhuǎn)換、與、或、異或等邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)器、定時(shí)器設(shè)置，16位、32位整數(shù)運(yùn)算，浮

88、點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，比較指令運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換等；可在線、離線編程；通過鍵盤的快捷鍵可編輯全部功能，語句和程序段可使用剪切、粘貼和插入功能，可取消上一次操作，在用戶程序中還可以查找文字和操作等[6]。</p><p>　　進(jìn)行PLC控制邏輯程序設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本步驟。</p><p>　　(1)分解被控對象或機(jī)器</p><p>　　把要控制的對象或機(jī)器分解成相互獨(dú)立的部分，

89、這些分解將影響功能描述及資源的分配。</p><p><b>　　(2)建立功能規(guī)范</b></p><p>　　寫出被控對象或機(jī)器的每部分的描述，它包括輸入/輸出點(diǎn)(I/O)、操作的功能描述、每個(gè)執(zhí)行器(線圈、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等)的允許狀態(tài)(執(zhí)行前要滿足的狀態(tài))、操作接口的描述、與被控對象或機(jī)器的其他部分的接口。</p><p>　　(3)安全電

90、路的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制設(shè)備在不安全的狀態(tài)下出現(xiàn)故障，會造成不希望的啟動(dòng)或機(jī)器操作的變化。當(dāng)不希望的或不正確的機(jī)器操作會造成人身傷害或嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失時(shí)，應(yīng)該考慮采用和CPU獨(dú)立的機(jī)電冗余來防止不安全的操作。</p><p>　　在安全電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮下面的任務(wù)：防止會造成危害的不適合的執(zhí)行器操作；識別那些保證不危險(xiǎn)操作的條件，并決定如何獨(dú)立于CPU檢測這些條件；當(dāng)控制對象得電或

91、斷電時(shí)CPU和I/O如何影響控制對象；設(shè)計(jì)獨(dú)立于CPU的手動(dòng)或機(jī)電冗余來阻止危險(xiǎn)的操作；向CPU提供獨(dú)立電路的適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)信息，以便于程序員和操作界面得到所需要的信息；識別其它的和控制對象安全操作有關(guān)的安全要求。</p><p>　　(4)詳細(xì)說明操作站</p><p>　　根據(jù)功能描述的要求建立操作站的配置圖，包括：與控制對象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè)操作站的位置總圖、操作站的設(shè)備機(jī)械圖(顯示、開關(guān)

92、、指示燈等)、與CPU或擴(kuò)展模塊有關(guān)的電氣圖。</p><p>　　(5)建立PLC配置圖</p><p>　　根據(jù)功能描述的要求建立控制設(shè)備的配置圖，包括控制對象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè)CPU的位置圖、CPU和擴(kuò)展I/O模塊的機(jī)械布局圖(包括控制柜和其他設(shè)備)、每個(gè)CPU和擴(kuò)展模塊的電氣圖(包括設(shè)備型號，通訊地址和I/O地址)。</p><p><b>　　(6

93、)建立符號名表</b></p><p>　　如果選擇了符號名尋址，需要對絕對地址建立一個(gè)符號名表。符號名表不僅包括物理輸入輸出信號，也包括程序中用到的其他元件。</p><p>　　為完成廣泛的自動(dòng)化任務(wù)，S7-200CPU提供許多類型的指令。在S7-200CPU中有兩類基本指令:SIMATIC和IEC1131-3，當(dāng)選用SIMATIC指令集時(shí)，用戶可通過選擇語句表(STL)編

94、輯器、梯形圖(LAD)編輯器、功能塊圖(FDB)編輯器來編輯程序。 IEC指令集不提供語句表編輯器[7]。</p><p>　　利用梯形圖編輯器可以建立與電氣接線圖等價(jià)的類似程序。梯形圖程序讓CPU仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的，容易理解的片，這些片通常被稱為“梯級”或“段”，程序一次執(zhí)行一個(gè)段，從左到右，從上到下，一旦CPU執(zhí)行到程序的結(jié)尾，又從

95、上到下重新執(zhí)行程序。梯形圖用圖形符號表示的指令包括三個(gè)基本形式：觸點(diǎn)—代表邏輯“輸入”條件，例如，開關(guān)，按鈕，內(nèi)部條件等；線圈—通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，例如，燈，電機(jī)啟動(dòng)器，中間繼電器，內(nèi)部輸出條件等；盒—代表附加指令，例如，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令。</p><p>　　梯形圖易于理解，世界通用，直觀性好，調(diào)試程序時(shí)各觸點(diǎn)通斷及輸出線圈狀態(tài)均可通過程序一眼看出。</p><p>　

96、　利用功能塊圖編輯器可以可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編輯器中的觸點(diǎn)和線圈，但是有與之等價(jià)的指令，這些指令是作為盒指令出現(xiàn)的。程序邏輯由這些盒指令之間的連接決定。也就是說，一個(gè)指令(例如AND盒)輸出可以用來允許另一條指令（例如定時(shí)器），這樣可以建立所需要的控制邏輯[8]。圖形邏輯門表示格式有利于程序流的跟蹤。</p><p>　　4.2雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p>&

97、lt;p>　　4.2.1 雙面鉆床電氣系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖4.2.1 自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)流程圖</p><p>　　首先啟動(dòng)系統(tǒng)包括輸入加工孔數(shù)目、孔間距、第一孔到定位端面距離，啟動(dòng)后工作臺前進(jìn)到零位，當(dāng)壓下零位傳感器，工作臺后退到第一個(gè)待加工孔位置（工作臺由步進(jìn)電機(jī)控制），當(dāng)?shù)竭_(dá)位置時(shí)左右滑臺快進(jìn)，當(dāng)左右滑臺壓下快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)開關(guān)時(shí)，左右滑臺工進(jìn)，同時(shí)左右兩主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，開始

98、鉆孔加工。當(dāng)左右滑臺壓下前進(jìn)限位開關(guān)時(shí)，立刻停止前進(jìn)，左右滑臺開始快退。當(dāng)左右滑臺快退壓下原位傳感器時(shí)，左右兩主軸電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，待加工孔數(shù)目減一，同時(shí)系統(tǒng)判斷是否為零。若為零，則表明加工完成，工作臺退回到原位，設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。若不為零，則繼續(xù)加工，工作臺前進(jìn)一孔間距，然后左右滑臺快進(jìn)繼續(xù)加工，重復(fù)上面動(dòng)作，直到加工完成。</p><p>　　4.2.2 電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)動(dòng)選擇程序</p><p

99、>　　圖4.2.2 點(diǎn)動(dòng)自動(dòng)選擇程序圖</p><p>　　V1.5為自動(dòng)選擇按鈕，V1.4為手動(dòng)按鈕。M0.1 與 M0.2分別為相應(yīng)輔助繼電器動(dòng)作輸出，他們兩個(gè)相互鎖，只能選擇其中一種方式。</p><p>　　4.2.3 工作臺點(diǎn)動(dòng)前進(jìn)</p><p>　　圖4.2.3 工作臺電動(dòng)前進(jìn)程序</p><p>　　其中P為取上升沿，

100、V0.4為工作臺前進(jìn)點(diǎn)動(dòng)，沒按一次，取一次上升沿，PLC開始輸出脈沖，工作臺前進(jìn)一定距離；N為取下降沿，當(dāng)松開按鈕時(shí)，下降沿到來，PLC停止輸出脈沖，工作臺停止前進(jìn)。從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。</p><p>　　4.2.4 工作臺點(diǎn)動(dòng)后退</p><p>　　圖4.2.4 工作臺點(diǎn)動(dòng)后退程序</p><p>　　工作臺后退與前進(jìn)一樣也是通過取上升沿，PLC輸出脈沖工作臺后

101、退；下降沿時(shí)，PLC停止輸出脈沖，工作臺停止。其中工作臺的前進(jìn)與后退按鈕互鎖，保證其只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向動(dòng)作，不會兩個(gè)方向同時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　4.2.5 左滑臺快進(jìn)/工進(jìn)</p><p>　　圖4.2.5 左滑臺快進(jìn)工進(jìn)程序</p><p>　　V0.6為左滑臺快進(jìn)按鈕，當(dāng)按下V0.6時(shí)，其值為ON，M0.3為ON，Q1.2也為ON，此時(shí)左滑臺快進(jìn)電機(jī)接通滑

102、臺實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，當(dāng)左滑臺壓下快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)傳感器時(shí)左滑臺變成工進(jìn)，當(dāng)壓下限位開關(guān)V3.2時(shí)，滑臺停止前進(jìn)。</p><p>　　4.2.5 左滑臺快退</p><p>　　圖4.2.6 左滑臺快退程序</p><p>　　V0.7為快退按扭，當(dāng)按下V0.7時(shí)，Q1.4為ON，反轉(zhuǎn)電機(jī)接通左滑臺快退。其中快進(jìn)與快退不能同時(shí)進(jìn)行，因此需要互鎖。</p><p

103、>　　4.2.6 右滑臺快進(jìn)/工進(jìn)</p><p>　　圖4.2.7 右滑臺快進(jìn)/工進(jìn)程序</p><p>　　右滑臺快進(jìn)/工進(jìn)與左滑臺相同</p><p>　　4.2.7 右滑臺快退</p><p>　　右滑臺快退與左滑臺相同</p><p>　　圖4.2.8 右滑臺快退程序</p><p&

104、gt;　　4.2.8 左右主軸電機(jī)工作</p><p>　　圖4.2.9 左右主軸電機(jī)工作程序</p><p>　　V1.2、V1.3分別為左右主軸電機(jī)控制按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)，Q2.0、Q2.2為ON，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)開始工作。</p><p>　　4.2.9故障指示燈</p><p>　　Q0.5為報(bào)警指示燈，當(dāng)V2.0-V3.0中任意一個(gè)閉合時(shí),

105、報(bào)警指示燈亮。即當(dāng)電機(jī)過載是就會產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　圖4.2.10 報(bào)警程序</p><p>　　4.2.10 自動(dòng)啟動(dòng)梯形圖</p><p>　　圖4.2.11 自動(dòng)啟動(dòng)梯形圖</p><p>　　4.3 PLC程序仿真與調(diào)試</p><p><b>　　程序的模擬調(diào)試 </b>&l

106、t;/p><p>　　將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符

107、合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 </p><p>　　在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量

108、與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。 </p><p>　　如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　5 雙面鉆床監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</

109、p><p><b>　　5.1力控組態(tài)介紹</b></p><p>　　5.1.1 組態(tài)軟件的概念</p><p>　　組態(tài)軟件是完成數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它以計(jì)算機(jī)為基本工具，為實(shí)施數(shù)據(jù)的采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺和開發(fā)環(huán)境。組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，使用方便，其預(yù)置了各種軟件模塊可以非常容易的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并可以向控制層和管

110、理層提供軟、硬件的全部接口，使用組態(tài)軟件可以方便的，快速的進(jìn)行系統(tǒng)的集成，構(gòu)建不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)[9]。</p><p>　　5.1.2 力控組態(tài)軟件的組成</p><p>　　力控組態(tài)軟件由以下幾部分組成：</p><p><b>　　⑴ 工程管理器 </b></p><p>　　用于創(chuàng)建、刪除、備份、恢復(fù)、

111、選擇、管理當(dāng)前工程的功能。</p><p>　?、?開發(fā)系統(tǒng)（Draw） </p><p>　　開噶系統(tǒng)是一個(gè)集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面、配置各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)、啟動(dòng)力控其他程序組件。</p><p>　?、?界面運(yùn)行系統(tǒng)（view）</p><p>　　界面運(yùn)行系統(tǒng)是用來運(yùn)行由開發(fā)系統(tǒng)Draw創(chuàng)建的畫面、腳本、動(dòng)畫連接等工程。</p>

112、<p>　?、?實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（DB）</p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是力控軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理。</p><p>　?、?I/O驅(qū)動(dòng)程序（I/O Server）</p><p>　　I/O驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)力控與I/O設(shè)備的通信。它將I/O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)