無模壓力成形機(jī)電機(jī)plc控制設(shè)計(jì)完整版

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題　目:無模壓力成形機(jī)電機(jī)PLC控制設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè):　 機(jī)電一體化技術(shù)　　　　　　</p><p><b>　　班 級(jí): </b></p><p>　　成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校</p&

2、gt;<p><b>　　二〇〇七年六月</b></p><p><b>　　論 文 摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)無模多點(diǎn)壓力成形機(jī)模具成形的自動(dòng)控制，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是對(duì)PLC控制啟刀改變多個(gè)沖壓釘伸縮高度的設(shè)計(jì)。 　</p><p>　　其基本原理是利用一系列規(guī)則排列、高

3、度可調(diào)的基本體（沖壓釘），通過對(duì)各基本體的實(shí)時(shí)控制，構(gòu)造出所需形狀的成形面，取代傳統(tǒng)的模具來實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面快速無模成形。使用本系統(tǒng)，不需要模具，可以省去模具的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試工序，節(jié)約制造模具的材料、工具、能源和時(shí)間等，將生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間縮短為模具成形時(shí)的幾十分之一。同時(shí)，可以改善板材成形時(shí)的變形條件，提高板材成形極限，擴(kuò)大加工范圍；可以減少成形過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形；可以在較小的設(shè)備上成形較大尺寸的板類件，使得加工件尺寸

4、精度高，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。</p><p>　　本系統(tǒng)工作過程：首先根據(jù)需要成形元件的曲面參數(shù)，換算成各沖壓釘伸縮高度，然后轉(zhuǎn)換成時(shí)間量輸入PLC程序，由PLC時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)自動(dòng)控制啟刀改變各沖壓釘伸縮高度而成形。PLC控制系統(tǒng)將完成手動(dòng)控制成形，自動(dòng)控制精確成形，復(fù)位等功能。生產(chǎn)工藝流程：獲取數(shù)據(jù) → 設(shè)置PLC程序參數(shù) → 安裝工件 → 沖壓釘定形 →壓力成形 → 系統(tǒng)復(fù)位。</p&

5、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：PLC 驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī) 無模成形 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The PLC system design to achieve a multi-point pressure forming die forming machine, the automatic

6、The design focus is on the Kai knife PLC control over changes telescopic ram nails height design. The basic principle is to use a series of rules with a high degree of adjustable basic body (the ram nails) Based on the b

7、asic body of the real-time control, to construct the required shape forming face, replace the traditional mold of the plate to achieve rapid 3D-Forming. Use of this system, no mold,</p><p>　　Key Words: PLC

8、 Drivers Stepper motor No mold </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近年來，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競爭，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。無模多點(diǎn)成形工藝不需要模具，可以省去模具的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試工序，節(jié)約制造模具的材料、工具、能源和時(shí)間等，將生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間縮短為模具成形時(shí)的幾十分之

9、一。因此對(duì)無模多點(diǎn)成形技術(shù)的研究將是個(gè)必然的走向。</p><p>　　無模多點(diǎn)成形工藝，實(shí)現(xiàn)了無模成形，優(yōu)化了變形路徑，改善了板材成形時(shí)的變形條件，提高板材成形極限，擴(kuò)大加工范圍；可以減少成形過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形；可以在較小的設(shè)備上成形較大尺寸的板類件，使得加工件尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。并且使沖壓工藝易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。是一種非常先進(jìn)設(shè)計(jì)思路，具有良好的發(fā)展前景。</

10、p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。目前國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出了精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝及無模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b&g

11、t;　　論 文 摘 要2</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞2</b></p><p>　　Abstract3</p><p>　　Key Words3</p><p><b>　　前言4</b></p><p><b>　　目　　錄

12、5</b></p><p>　　第一章 基 礎(chǔ) 知 識(shí)7</p><p><b>　　1.1概述7</b></p><p>　　1.1.1基本概念7</p><p>　　1.1.2技術(shù)特點(diǎn)8</p><p>　　1.1.3技術(shù)基礎(chǔ)與水平9</p><p&

13、gt;　　1.2多點(diǎn)成形理論9</p><p>　　1.3技術(shù)的特點(diǎn)9</p><p>　　1.4技術(shù)發(fā)展概況10</p><p>　　1.5實(shí)用技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用前景11</p><p>　　第二章 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件原理及選取12</p><p>　　2.1 PLC原理及選取12</

14、p><p>　　2.1.1 PLC簡介12</p><p>　　2.1.2 PLC內(nèi)部原理13</p><p>　　2.1.3 PLC的工作原理16</p><p>　　2.1.4 PLC機(jī)型的選擇方法18</p><p>　　2.1.5 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC選擇及參數(shù)19</p><p

15、>　　2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取21</p><p>　　2.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理21</p><p>　　2.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法25</p><p>　　2.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取26</p><p>　　2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本原理及選取31</p><p>　

16、　2.3.1 步進(jìn)電機(jī)簡介31</p><p>　　2.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史32</p><p>　　2.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特色32</p><p>　　2.3.4步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)33</p><p>　　2.3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇方法35</p><p>　　2.3.5 無模壓力成形機(jī)步進(jìn)電

17、機(jī)的選擇38</p><p>　　2.4接近開關(guān)原理39</p><p>　　2.4.1 工作原理39</p><p>　　2.4.2 接近開關(guān)工作流程40</p><p>　　第三章 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路40</p><p>　　3.1 PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)40</p>&

18、lt;p>　　3.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)原理介紹42</p><p>　　3.3 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC控制系統(tǒng)原理44</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)原理簡介44</p><p>　　3.3.2 PLC程序45</p><p><b>　　結(jié)論49</b></p><p>

19、;<b>　　謝辭50</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><p><b>　　附錄一51</b></p><p>　　第一章 基 礎(chǔ) 知 識(shí)</p><p>　　本章介紹無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)的有關(guān)知識(shí)、技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展概況、多點(diǎn)成形理論、實(shí)

20、用技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用前景等基礎(chǔ)理論知識(shí)，這是學(xué)習(xí)本書后續(xù)內(nèi)容的必要準(zhǔn)備。</p><p><b>　　1.1概述</b></p><p><b>　　1.1.1基本概念</b></p><p>　　無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)是傳統(tǒng)模具成形生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。其基本原理是利用一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的基本體（沖頭），通過對(duì)各基本體的實(shí)時(shí)

21、控制，構(gòu)造出所需形狀的成形面，取代傳統(tǒng)的模具來實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面快速無模成形。使用該項(xiàng)產(chǎn)品，不需要模具，可以省去模具的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試工序，節(jié)約制造模具的材料、工具、能源和時(shí)間等，將生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間縮短為模具成形時(shí)的幾十分之一。同時(shí)，可以改善板材成形時(shí)的變形條件，提高板材成形極限，擴(kuò)大加工范圍；可以減少成形過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形；可以在較小的設(shè)備上成形較大尺寸的板類件，使得加工件尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定

22、。</p><p>　　該機(jī)應(yīng)用范圍廣泛，可滿足各種行業(yè)板類件的加工需要，可用于高速列車流線型車頭、飛機(jī)、各種車輛、航天器、輪船艦艇和壓力容器等外殼的制造，還可用于葉片類、金屬雕塑類、裝飾類等零部件的曲面成形。該機(jī)已用于我國高速列車流線型車頭等產(chǎn)品的試生產(chǎn)之中</p><p>　　無模多點(diǎn)成形就是將多點(diǎn)成形技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本

23、體，通過對(duì)各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，自由地構(gòu)造出成形面，實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對(duì)三維曲面扳類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。傳統(tǒng)成形和無模多點(diǎn)成形的區(qū)別如（圖1-1）所示：</p><p>　　板材無模多點(diǎn)成形系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造技術(shù)為主要手段的柔性成形設(shè)備，其工作原理是把傳統(tǒng)的沖壓實(shí)體模具分解為很多離散的小模具單元（亦稱基本體），利用一系列規(guī)則排列的高度可調(diào)的基本體，通過對(duì)各個(gè)基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，自

24、由地構(gòu)造出成形曲面，代替模具實(shí)現(xiàn)板材三維曲面的快速無模成形。這種成形方式是對(duì)三維曲面板類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。無模多點(diǎn)壓力成形的多點(diǎn)成形原理如（圖1-2）所示：</p><p>　　圖1-1 傳統(tǒng)成形和無模多點(diǎn)成形的區(qū)別</p><p>　　圖1-2 多點(diǎn)成形原理</p><p><b>　　1.1.2技術(shù)特點(diǎn)</b></p>

25、;<p>　　實(shí)現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間：與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。 </p><p>　　優(yōu)化變形路徑：通過基本體調(diào)整，實(shí)時(shí)控制變形曲面，隨意改變板材的變形路徑和

26、受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴(kuò)大加工范圍。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)無回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無回彈成形／保證工件的成形精度。 </p><p>　　小設(shè)備成形大型件：采用分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍的大型工件。</p><p>　　易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：曲面造型、工藝計(jì)算。壓力機(jī)控制

27、、工件測(cè)試等整個(gè)過程全部采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAT一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，極大地改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境。</p><p>　　1.1.3技術(shù)基礎(chǔ)與水平 </p><p>　　由吉林工業(yè)大學(xué)承擔(dān)的國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“大型板材三維曲面的自動(dòng)無模成形設(shè)備”已經(jīng)通過驗(yàn)收鑒定，驗(yàn)收鑒定專家組對(duì)該項(xiàng)成果的總的評(píng)價(jià)是“多點(diǎn)成形技術(shù)是傳統(tǒng)的板類件三維曲面成形生產(chǎn)方式的重大刨新，具

28、有良好的市場(chǎng)前景。該項(xiàng)目在多點(diǎn)成形設(shè)備、多點(diǎn)成形理論與實(shí)用技術(shù)的研究成果已達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，已具備工業(yè)應(yīng)用條件。</p><p>　　在多點(diǎn)成形設(shè)備方面： 吉林工業(yè)大學(xué)開發(fā)的集CAD/CAE/CAM/CAT于一體、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板材無模多點(diǎn)成形設(shè)備總體構(gòu)成如圖：所示。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要進(jìn)行曲面幾何造型、工藝計(jì)算、成形過程有限元模擬等。自動(dòng)控制系統(tǒng)用于調(diào)整基本體群形狀，控制液壓加載系統(tǒng)成形出所需形狀的工件；三

29、維曲面測(cè)量檢測(cè)成形后的工件形狀，并將測(cè)量結(jié)果反饋到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 </p><p><b>　　1.2多點(diǎn)成形理論</b></p><p>　　多點(diǎn)成形理論研究取得了一系列新進(jìn)展，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：</p><p>　　1．多點(diǎn)成形基本理論，提出了四種成形原理不同的、具有代表性的多點(diǎn)成形基本方式，即多點(diǎn)模具成形、多點(diǎn)壓機(jī)成形

30、、半多點(diǎn)模具成形及半多點(diǎn)壓機(jī)成形。</p><p>　　2．缺陷產(chǎn)生機(jī)理：研究了多點(diǎn)成形中典型不良現(xiàn)象（壓痕、皺紋、回彈、直邊效應(yīng)）的產(chǎn)生機(jī)理，并研制出這些缺陷的抑制方法。</p><p>　　3．工藝設(shè)計(jì)理論：提出了抑制壓痕的工藝方法、消除直邊效應(yīng)的分段成形工藝方法、改變變形路徑的工藝方法和無回彈的反復(fù)成形工藝方法。</p><p>　　4．設(shè)備設(shè)計(jì)理論：提出了基

31、本體與基本體群設(shè)計(jì)方法。多點(diǎn)成形設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　1.3技術(shù)的特點(diǎn)</b></p><p>　　在當(dāng)今世界，隨著生產(chǎn)力水平的提高，制造業(yè)需要成千上萬各類模具以生產(chǎn)出形狀各異的產(chǎn)品及零部件。尤其是在飛機(jī)、輪船、汽車等產(chǎn)品的覆蓋件制造上，更需要大量的模具，其制造和調(diào)試除要花費(fèi)巨額資金外，加工周期也往往需要幾個(gè)月甚至十幾個(gè)月

32、。而且產(chǎn)品一旦換型，模具也必須隨之更換，從而嚴(yán)重制約了制造業(yè)的發(fā)展。而無模成形技術(shù)就是要造出萬能板材成形機(jī)，不用模具就能生產(chǎn)出形狀各異的覆蓋件。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間：與手工成形方法相比，成形的

33、產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　優(yōu)化變形路徑：通過基本體調(diào)整，實(shí)時(shí)控制變形曲面，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴(kuò)大加工范圍。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)無回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無回彈成形／保證工件的成形精度。</p><p>　　小設(shè)備成形大型件：

34、采用分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍的大型工件。</p><p>　　易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：曲面造型、工藝計(jì)算。壓力機(jī)控制、工件測(cè)試等整個(gè)過程全部采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD／CAM／CAT一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，極大地改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境。</p><p>　　1.4技術(shù)發(fā)展概況 </p><p>　　多點(diǎn)成形的研究起源于日本。 70年代日本造

35、船協(xié)會(huì)西岡等人試制了多點(diǎn)壓力機(jī)，進(jìn)行船體外板自動(dòng)成形的研究，但因關(guān)鍵技術(shù)未能解決好，多點(diǎn)壓機(jī)的制造費(fèi)用太高，未能實(shí)用化。日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社的熊本等人也研制了三列多點(diǎn)成形設(shè)備。由于其整體設(shè)計(jì)不周，該壓機(jī)只適用于變形量很小的船體外板的彎曲加工。另外，東京大學(xué)的野本及東京工業(yè)大學(xué)的井關(guān)等人也進(jìn)行了多點(diǎn)壓機(jī)及成形實(shí)驗(yàn)方面的研究工作，但未取得重大進(jìn)展。宮80年代以來，美國麻省理工學(xué)院D。E。Hardt的研究室對(duì)多點(diǎn)模具成形進(jìn)行了十多年的研究。

36、最近麻省理工學(xué)院與美國航空航天技術(shù)研究部門合作，投入1400多萬美元的巨額經(jīng)費(fèi)開發(fā)出多點(diǎn)張力拉伸成形機(jī)。</p><p>　　吉林工業(yè)大學(xué)教授李明哲博士在日本日立公司從事博士后研究期間系統(tǒng)地研究了多點(diǎn)成形基本理論，深入地分析了成形機(jī)理與成形特點(diǎn)，并主持開發(fā)出多點(diǎn)成形實(shí)用機(jī)（主要技術(shù)參數(shù)見表（1）。 </p><p>　　表1-1 多點(diǎn)成形實(shí)用機(jī)主要技術(shù)參數(shù) </p><

37、;p>　　該系統(tǒng)是世界上第一臺(tái)達(dá)到實(shí)用化程度的無模多點(diǎn)板材成形壓力機(jī)，己成功地用于三維曲面工件（如扭曲面、球面、馬鞍面等）的實(shí)際生產(chǎn)中，工作效率較傳統(tǒng)的線狀加熱法提高了數(shù)十倍，而且制品精度也得到很大的提高。</p><p>　　李明哲教授回國后，在吉林工業(yè)大學(xué)組建了無模成形技術(shù)開發(fā)中心，繼續(xù)對(duì)多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，逐步形成了板材多點(diǎn)成形理論?！霸撝行膹膶W(xué)術(shù)與實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面建立了板材多點(diǎn)成形新理論

38、與新方法，開發(fā)出多點(diǎn)成形實(shí)用化技術(shù)，并研制出集CAD／CAM／CAT于一體的無模多點(diǎn)成形樣機(jī)。</p><p>　　1.5實(shí)用技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用前景</p><p>　　在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，解決了一系列實(shí)用化關(guān)鍵技術(shù)，主要有：</p><p>　　1、無缺陷彈性墊技術(shù)：可以有效地抑制壓痕，起皺等成形缺陷，使成形件的表面質(zhì)量大大提高；</p><p>

39、;　　2、無回彈反復(fù)成形技術(shù)：即利用多點(diǎn)成形柔性化的特點(diǎn)，采用反復(fù)成形工藝方法，減小工件的回彈及材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)板材小回彈或無回彈成形。 </p><p>　　3．分段成形技術(shù)：即優(yōu)化過渡區(qū)成形模型，進(jìn)行大變形量、大尺寸零件的成形，實(shí)現(xiàn)小設(shè)備成形大工件，并使無模成形設(shè)備小型化。應(yīng)用該技術(shù)已成形出超過設(shè)備工作臺(tái)面積七倍的樣件，扭曲面總扭曲角超過40g。</p><p>　　4．多道成

40、形技術(shù)：對(duì)于變形量很大的制品，選取最佳路徑多道成形，使成形過程中板材各部分變形盡量均勻，以消除起皺等成形缺陷，提高板材的成形能力。</p><p>　　不同形狀、不同尺寸的大型三維曲面板制品在輪船、艦艇、飛機(jī)、航天器、陸地車輛、大型容器以及不銹鋼雕塑等軍工和民品上比比皆是。近年來，隨著航空、航天、海運(yùn)、高速鐵路、化工以及城市建筑等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)其需求也在不斷地增加，但落后的扳金彎形方法己不能適應(yīng)這種發(fā)展要求，三維

41、曲面板制品生產(chǎn)迫切地需要先進(jìn)的制造技術(shù)。無模多點(diǎn)成形技術(shù)已經(jīng)成熟，可以直接用于實(shí)際生產(chǎn)。它特別適合于曲面板制品的多品種小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的試制，所加工的零件尺寸越大、其優(yōu)越性越突出。無模多點(diǎn)成形技術(shù)將在輪船和艦艇的外扳、飛機(jī)和航天器的蒙皮、車輛、大型容器和城市雕塑的覆蓋件等三維曲面板制品加工中有著廣闊應(yīng)用前景，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　第二章 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件原理

42、及選取</p><p>　　2.1 PLC原理及選取</p><p>　　2.1.1 PLC簡介</p><p>　　自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控

43、制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>　　作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)

44、國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 </p><p>　　PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用

45、戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯

46、形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。</p><p>　　相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一

47、個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢(shì)頭。 &l

48、t;/p><p>　　通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。</p><p>　　2.1.2 PLC內(nèi)部原理</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)

49、是基本一至。如圖2.1a PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：</p><p>　　2-1a PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）中央處理單元（CPU）：</p><p>　　中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯(cuò)

50、誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū), 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。</p><p><b>

51、;　?。?）存儲(chǔ)器：</b></p><p>　　與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程

52、序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。</p><p><b>　　系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：</b></p><p>　　在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。

53、</p><p><b>　　系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：</b></p><p>　　系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。</p><p><b>　　I/O映象區(qū)：</b></p><p>　　由于PLC投入運(yùn)行后，只是

54、在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。</p><p><b&g

55、t;　　系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)：</b></p><p>　　除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。</p&

56、gt;<p><b>　　用戶程序存儲(chǔ)區(qū) ：</b></p><p>　　用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來說，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。</p><p>　　常用的I/O分類如下：</p><p>　　開關(guān)量：按電

57、壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。</p><p>　　除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p>

58、<p>　　按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。</p><p><b>　?。?）PLC電源：</b></p><p>　　PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)

59、穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　可編程序控制器一般使用220V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。</p><p>　　可編程序控制器

60、是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。</p><p>　　2.1.3 PLC的工作原理</p><p>　　可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制

61、器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。</p><p>　　除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可 編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循

62、環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算</p><p>　　機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，</p><p>　?。▓D2-1b） 處理過程似乎是同時(shí)完成的。</p><p>　　在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處

63、理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。</p><p>　　在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在

64、輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。</p><p>　　外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也

65、不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。</p><p>　　可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器

66、中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。</p><p>　　在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。</p><p>　　若梯形圖

67、中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。</p><p>　　掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1~100m

68、s。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2-1c所示。</p><p>　　圖2-1c PLC的掃描運(yùn)行方式</p><p><b>　?。?）輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸

69、入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它</p><p>　　們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　　（2）用戶程序執(zhí)行階段</p

70、><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。</p><p><b>　?。?）輸出刷新階段</b></p><p>　　在

71、輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。</p><p>　　(4)輸入/輸出滯后時(shí)間</p><p>　　輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方

72、式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。</p><p>　　輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短，其典型值為10ms左右。</p><p>　　輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通

73、到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。</p><p>　　2.1.4 PLC機(jī)型的選擇方法</p><p><b>　　

74、1．PLC的類型</b></p><p>　　PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方

75、便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p>　　2．輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)

76、格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。</p><p><b>　　3.電源的選擇</b></p><p>　　PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供

77、電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。</p><p><b>　　4.存儲(chǔ)器的選擇</b></p><p&g

78、t;　　由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5.冗余功能的選擇</p><p><b>　　a．控制單元的冗余</b></p><p>　?。?）重要的過程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1冗

79、余。</p><p>　　（2）在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。</p><p>　　b． I/O接口單元的冗余</p><p>　?。?）控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。</p><p>　　（2）重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對(duì)重要的I/O信號(hào)，可選用2重化或3重化

80、的I/O接口單元。</p><p><b>　　6.經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增

81、加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。</p><p>　　2.1.5 無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)PLC選擇及參數(shù)</p><p>　　綜合上述原則本無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)所選用主機(jī)為臺(tái)達(dá)的DVP32ES01T-32</p><p>　　1.主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：</p>

82、<p>　　工作電源：24VDC</p><p><b>　　輸入點(diǎn)數(shù)：16</b></p><p><b>　　輸出點(diǎn)數(shù)：16</b></p><p>　　輸入信號(hào)類型：直流或開關(guān)量</p><p>　　輸入電流：24VDC 5mA</p><p>　　模擬輸

83、入：-10V～10V（-20mA～+20mA）</p><p>　　輸出晶體管允許電流0.3A/點(diǎn)（1.2A/COM）</p><p>　　輸出電壓規(guī)格：30VDC</p><p><b>　　最大負(fù)載：9W</b></p><p>　　輸出反應(yīng)時(shí)間：Off→On 20μs On→Off 30μs</p&

84、gt;<p>　　基本指令執(zhí)行時(shí)間：數(shù)個(gè)μs</p><p>　　程序語言：指令+梯形圖+SFC</p><p>　　程序容量：3792STEPS</p><p>　　基本順序指令：32個(gè)（含步進(jìn)梯形指令）</p><p><b>　　應(yīng)用指令：100種</b></p><p>　　

85、初始步進(jìn)點(diǎn)：S0～S9</p><p>　　一般步進(jìn)點(diǎn)：118點(diǎn)，S10～S127</p><p>　　輔助繼電器：一般用512+232點(diǎn)（M000～M511+M768～M999）</p><p>　　停電保持用256點(diǎn)（M512～M767）</p><p>　　特殊用280點(diǎn)（M1000～M1279）</p><p>

86、;　　定時(shí)器：100ms時(shí)基64點(diǎn)（T0～T63）</p><p>　　10ms時(shí)基63點(diǎn)（T64～T126，M1028為ON時(shí)）</p><p>　　1ms時(shí)基1點(diǎn)（T127）</p><p>　　計(jì)數(shù)器：一般用112點(diǎn)（C000～C111，16位計(jì)數(shù)器）</p><p>　　停電保持用16點(diǎn)（C112～C127，16位計(jì)數(shù)器）</p

87、><p>　　高速用13點(diǎn)1相5kHz，2相2kHz（C235～C254，全部為停電保持32位計(jì)數(shù)器）</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器：一般用408點(diǎn)（D000～D407）</p><p>　　停電保持用192點(diǎn)（D408～D599）</p><p>　　特殊用144點(diǎn)（D1000～D1143）</p><p>　　指針/

88、中斷：P64點(diǎn)；I4點(diǎn)（P0～P63/I001、I101、I201、I301）</p><p>　　串聯(lián)通信口：程序?qū)懭?讀出通訊口：RS232</p><p>　　一般功能通訊口：RS485</p><p>　　主機(jī)電源220V AC</p><p>　　2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理及選取</p><p>　　

89、2.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào),加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。 </p><p>　　典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成： </p>

90、;<p>　　1. 步進(jìn)控制器，由PLC實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2．驅(qū)動(dòng)器，把PLC輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　3．步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的電樞通斷和各相通電順序決定了輸出角位移和運(yùn)動(dòng)方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。因此。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)

91、控制方式。</p><p><b>　　1）環(huán)形分配器</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在一個(gè)脈沖的作用下，轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角，因此只要控制一定的脈沖數(shù)，即可精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的相應(yīng)的角度。但步進(jìn)電機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作，這種使用電機(jī)繞組的通斷電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的過程稱為環(huán)形分配。</p><p>　　

92、實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。一種是計(jì)算機(jī)軟件分配，采用查表或計(jì)算的方向使計(jì)算機(jī)的三個(gè)輸出引腳依次輸出滿足速度和方向要求的環(huán)形分配脈沖信號(hào)。這種方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，減少硬件成本，尤其是多相電機(jī)的脈沖分配更能顯示出這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會(huì)占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，因而會(huì)使插補(bǔ)運(yùn)算的總時(shí)間增加，從而影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。</p><p>　　另一種是硬件環(huán)形分配，采用數(shù)字電路搭建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件將

93、連續(xù)的脈沖信號(hào)經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖。采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立元件（如觸發(fā)器，邏輯門等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體積大，成本高，可靠性差。專用的環(huán)形分配器目前市面上有很多種，如CMOS電路CH250即為三相步進(jìn)電機(jī)的專用環(huán)形分配，它的引腳功能及三相六拍線路圖如圖2-1d所示。這種分配方法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，接口簡單。</p><p>　?。╝）引腳功能圖 （b）三相六拍線路圖</p><p&

94、gt;　　圖2-1d 環(huán)形分配器CH250引腳圖</p><p><b>　　2）功率驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　要使步進(jìn)電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，必須為步進(jìn)電機(jī)提供足夠功率的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路，其功能是將環(huán)形分配的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到步進(jìn)電機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波

95、形。步機(jī)的工作特性在很大的程度上取決于功率驅(qū)動(dòng)器的性能，對(duì)每一相繞組來說，理想的功率驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使通過繞組的電流脈沖盡量接近矩形波。但由于步進(jìn)電機(jī)繞組有很大的電感，要做到這一點(diǎn)是有困難的。</p><p>　　常見的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有三種：</p><p>　　1）單電源驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一電源供電，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電流波形差，效率低，輸出力矩小，主要用于對(duì)速度要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)

96、的驅(qū)動(dòng)。圖2-1e所示為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組驅(qū)動(dòng)電路（每相繞組的電路相同）。</p><p>　　圖2-1e 單電源驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào)uU為低電平（邏輯0，約1V）時(shí)，雖然V1，V2管都導(dǎo)通，但只要適當(dāng)選擇R1，R3，R5的阻值，使Ub3<0（約為-1），那么V3管就處于截止?fàn)顟B(tài)，該相繞組斷電。當(dāng)輸入信號(hào)uU>0（約為0.7V），V3管飽和導(dǎo)

97、通，該相繞組通電。</p><p>　　2）雙電源驅(qū)動(dòng)電路。雙電源驅(qū)動(dòng)電路又稱高，低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用高壓和低壓兩個(gè)電源供電，如圖2-1f所示。在步進(jìn)電機(jī)繞組剛接通時(shí)，通過高壓電源供電，以加快電流上升速度；延遲一段時(shí)間后，切換到低壓電源供電。這種電路使用電流波形，輸出轉(zhuǎn)矩及運(yùn)行頻率等都有較大的改善。</p><p>　　圖2-1f 高低壓驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　

98、當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入信號(hào)uU為高電平時(shí)（要求該相繞組通電），二極管Vg，Vd的基極都有信號(hào)電壓輸入，使Vg，Vd均導(dǎo)通。于是在高壓電源作用下（這時(shí)二極管VD1兩端承受的是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，可使低壓電源不對(duì)繞組作用），繞組電流迅速上升，電流前沿很陡。當(dāng)電流達(dá)到或稍微超過額定穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，利用定時(shí)電路或電流檢測(cè)器等措施切斷Vg基極上的信號(hào)電壓，于是Vg截止，但此時(shí)Vd仍然是導(dǎo)通的，因此繞組電流即轉(zhuǎn)而由低壓電源經(jīng)過二極管VD1供給。當(dāng)環(huán)

99、形分配器輸出端的電壓uU為低電平時(shí)（要求繞組斷電），Vd基極上的信號(hào)電壓消失，于是Vd截止，繞組中的電流經(jīng)二極管VD2及電阻Rf2向高壓電源供電，電流迅速下降。采用這種高，低壓切換型電源，電機(jī)繞組上不需要串聯(lián)電阻或者需要串聯(lián)一個(gè)很小的電阻Rf1（為平衡各相電流），因此電源的功耗較小。由于這種供壓方式使電流波形得到很大的改善，因而步進(jìn)惦記的矩頻特性好，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率得到很大的提高。</p><p>　　3）斬波限流

100、驅(qū)動(dòng)電路。這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流上升速度，并通過對(duì)繞組電流的檢測(cè)，控制功放管的開和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終保持在規(guī)定值上下，其波形圖如圖2-1g所示。這種電路功率大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用最廣。</p><p>　　2-1g 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路波形圖</p><p>　　圖2-1h所示為一種斬波限流驅(qū)動(dòng)電路原理圖，其工作原理如下：當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入高電平（要求

101、該相繞組通電）加載到光電耦合器OT的輸入端時(shí)，晶體管V1導(dǎo)通，并使V2和V3也導(dǎo)通。V2導(dǎo)通瞬間，脈沖變壓器T在其二次線圈中感應(yīng)出一個(gè)正脈沖，使大功率晶體管V4也通。同時(shí)由于V3的導(dǎo)通，大功率晶體管V5也導(dǎo)通。于是繞組W中有電流流過，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于W是感性負(fù)載，其中的電流在導(dǎo)通后逐漸增加，當(dāng)增加到一定值時(shí)，在檢測(cè)電阻R10上產(chǎn)生的壓降將超過由分壓電阻R7和電阻R8所設(shè)定的電壓值Uref，使比較器OP翻轉(zhuǎn)，輸出低電平使V2截止。V2被

102、截止瞬時(shí)，又通過T將一個(gè)負(fù)脈沖交連到二次線圈，使V4截止。于是電源通路被切斷，W中儲(chǔ)存的能量通過V5，R10及二極管VD7釋放，電流逐漸減小。當(dāng)電流減小到一定值后，在R10上的壓降又低于Uref，使OP輸出高電平，V2，V4及W重新導(dǎo)通。在控制脈沖持續(xù)期間，上述過程不斷重復(fù)。當(dāng)輸入低電平時(shí)，V1~V5等相繼截止，W中的能量則通過VD6，電源，地和VD7釋放。</p><p>　　該電路限流值可達(dá)6A左右，改變電阻

103、R10或R8的值，可改變限流值的大小。</p><p>　　圖2-1h 斬波限流驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取方法</p><p>　　1.首先確定步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩。最簡單的方法是在負(fù)載軸上加一杠桿，用彈簧秤拉動(dòng)杠桿，拉力乘以力臂長度既是負(fù)載力矩。或者根據(jù)負(fù)載特性從理論上計(jì)算出來。由于步進(jìn)電機(jī)是控制類電機(jī)，所以目前常用步進(jìn)電

104、機(jī)的最大力矩不超過45Nm，力矩越大，成本越高，如果您所選擇的電機(jī)力矩較大或超過此范圍，可以考慮加配減速裝置。 </p><p>　　2.確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時(shí)至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如:驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動(dòng)電壓越高，力矩下降越慢；電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。在

105、設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在1500轉(zhuǎn)/分或1000轉(zhuǎn)/分，當(dāng)然這樣說很不規(guī)范，可以參考〈矩-頻特性〉。</p><p>　　3.根據(jù)負(fù)載最大力矩和最高轉(zhuǎn)速這兩個(gè)重要指標(biāo)，再參考〈矩-頻特性〉，就可以選擇出適合自己的步進(jìn)電機(jī)。如果您認(rèn)為自己選出的電機(jī)太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節(jié)約成本，也可以使您的設(shè)計(jì)更靈活。要選擇好合適的減速比，要綜合考慮力矩和速度的關(guān)系，選擇出最佳方案。 </p>

106、<p>　　4.最后還要考慮留有一定的（如30%）力矩余量和轉(zhuǎn)速余量。</p><p>　　5.可以先選擇混合式步進(jìn)電機(jī)，如果由于價(jià)格因素，可以選取反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) </p><p>　　6.盡量選取細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，且使驅(qū)動(dòng)器工作在細(xì)分狀態(tài)。 </p><p>　　7.選取時(shí)且勿走入只看電機(jī)力矩這一個(gè)指標(biāo)的誤區(qū)，也就是說并非電機(jī)的扭矩越大越好，要和速度指標(biāo)一起考

107、慮。 </p><p>　　8.超小型驅(qū)動(dòng)器和微型驅(qū)動(dòng)器是靠外殼作為散熱器的，應(yīng)固定在較大、較厚的金屬板上或外加風(fēng)機(jī)散熱，如果沒有散熱條件，而驅(qū)動(dòng)器又工作在轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合（這時(shí)驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱較大）。</p><p>　　2.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取</p><p>　　綜上所述本系統(tǒng)采用的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 SH-20803N</p><

108、;p><b>　　技術(shù)特點(diǎn)：</b></p><p>　　全新的雙極恒相流加細(xì)分控制模式</p><p>　　創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)尋優(yōu)電路使性能最優(yōu)化</p><p>　　最大64細(xì)分的多種細(xì)分模式可選</p><p>　　提供在線細(xì)分切換功能</p><p>　　24V～70V直流供電</p&

109、gt;<p>　　最大輸出驅(qū)動(dòng)電流3A/相</p><p>　　輸入信號(hào)TTL兼容且光電隔離</p><p><b>　　輸出電流可方便設(shè)定</b></p><p>　　過流、過壓、錯(cuò)相保護(hù)</p><p><b>　　脫機(jī)保持功能</b></p><p>　　

110、精巧的外形尺寸便于安裝</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本驅(qū)動(dòng)器在繼承以往驅(qū)動(dòng)器細(xì)分技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全新的動(dòng)態(tài)智能電流控制技術(shù)，從而大大改善了電機(jī)電流的控制精度，進(jìn)一步降低了力矩的脈動(dòng)，提高了細(xì)分的精度，并且可以將電機(jī)的損耗降低30%，達(dá)到減小電機(jī)溫升的效果。更寬的電壓電流范圍可以滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)合，通過動(dòng)態(tài)智能控制模式可以根據(jù)實(shí)際的

111、運(yùn)行工況尋得最優(yōu)的控制方式，方便的電流設(shè)定功能方便適配多種型號(hào)電機(jī)。</p><p>　　電氣特性（環(huán)境溫度Tj=25℃時(shí)）</p><p><b>　　使用環(huán)境及參數(shù)</b></p><p><b>　　電源電壓</b></p><p>　　本驅(qū)動(dòng)器采用直流電源供電，由機(jī)殼正面的紅色指示燈指示。電

112、源電壓在DC24V～DC70V之間都可以正常工作，用戶可以直接采用變壓器整流加電容濾波電路提供。但注意應(yīng)使整流后電壓紋波峰值不超過70V。考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，變壓器副邊空載輸出電壓建議小于50VAC。采用較低的電源電壓會(huì)使電機(jī)高速運(yùn)行力矩下降，但有助于驅(qū)動(dòng)器降低溫升和增加低速時(shí)的運(yùn)行平穩(wěn)性（請(qǐng)參考適配電機(jī)矩頻特性曲線）。所加電源的輸出能力應(yīng)不少于電機(jī)的額定相電流，電源電壓越低則對(duì)電源電流輸出能力的要求越大。接線時(shí)務(wù)必注意電源正負(fù)，切勿