基于PLC二維數(shù)控實驗平臺設(shè)計與實現(xiàn)（機械CAD圖紙）

1、優(yōu)秀設(shè)計基于plc的二維數(shù)控實驗臺的設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 本論文課題是基于plc的二維數(shù)控實驗臺的設(shè)計與實現(xiàn)，目的是為了了解二維數(shù)控實驗臺的設(shè)計方法和特點，以及如何用plc控制數(shù)控實驗臺的動作，將所學到的理論知識運用到實際設(shè)計之中，理論和實踐相結(jié)合。 本文首先通過對怎樣用plc控制數(shù)控實驗臺的介紹加深人們對plc控制的了解。然后對實驗臺進行分析，最終確定plc對數(shù)控實驗臺的速度與位移的控制。 在對實驗臺機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，主要對滾珠絲杠螺母副和電機進行了計算、選型、校核，確保了機械傳動部件的精度和剛度，使之滿足系統(tǒng)的要求：通過計算，選擇了步進電機驅(qū)動。 實驗臺有極限位置限位，當實驗臺運行過極

2、限位置時，應(yīng)將主控電路切斷。運動控制分自動和手動兩種，自動和手動的轉(zhuǎn)換，由操作面板上進行設(shè)置。不論是手動還是自動，開始運行時首先啟動電機，同時接通io回路電源。如遇到意外，可按急停按鈕，停止電機，同時切斷回路電源。 關(guān)鍵字 plc控制，二維數(shù)控實驗臺plc-based two-dimensional test-bed cnc design and implementation 【abstract】 in this paper, the subject is based on the plc of the two-dimensional test-bed cnc design and imple

3、mentation, in order to understand the purpose of test-bed two-dimensional numerical control design method and characteristics of, plc control, as well as how to test the action of nc, learned to use the theoretical knowledge to practical design, combination of theory and practice.in this paper, thro

4、ugh the plc to control how the introduction of nc test-bed to deepen peoples understanding of plc control. and then an analysis of the test-bed, cnc plc to finalize the test-bed for the speed and displacement control.in the mechanical structure of the experimental design process, vice-principal of t

5、he ball screw and motor calculated, selection, checking to ensure the accuracy of mechanical transmission components and stiffness, so as to meet the system requirements: through the calculation, select the stepper motor driver.there is a limit on the location of test-bed limit, when the test-bed ru

6、n-off limit, the control circuit should be cut off. motion control of two sub-automatic and manual, automatic and manual conversion, carried out by the operator panel settings. whether manually or automatically, first of all, start at the beginning of operation of motors, at the same time to connect

7、 i / o circuit power. in case of accident, stop button can stop the motor, at the same time cut off the power circuit.【key words】 plc control cnc two-dimensional test-bed目 錄第一章 前言11.1設(shè)計課題的意義21.2設(shè)計任務(wù)的介紹21.3 plc實驗臺的組成2第二章 方案的確定32.1設(shè)計參數(shù)32.2機械傳動部件的選擇32.3控制系統(tǒng)的設(shè)計4第三章 機械部分的設(shè)計53.1導軌上移部件的重量估算53.2直線滾動導軌副的計算53

8、.2.1滑塊承受工作載荷的計算53.2.2導軌額定壽命的計算53.3滾珠絲杠副的計算63.3.1滾珠絲杠副最大動載荷的計算63.3.2初選滾珠絲杠副的型號63.3.3 傳動效率的計算63.3.4剛度的校驗73.3.5壓桿穩(wěn)定性校驗83.4步進電動機的計算83.4.1計算加在電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣動慣量83.4.2計算加在電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩93.4.3步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的確定103.4.4步進電動機的性能校核10第四章plc控制系統(tǒng)的設(shè)計134.1 plc的選擇134.2 plc的i/o地址分配154.3 位置控制模塊的設(shè)計164.3.1定位模塊初始化設(shè)定164.3.2定位位置和速度設(shè)定17

9、 4.4 步進電機驅(qū)動器的選擇18致謝20附錄21參考文獻22外文翻譯23 第一章 前言1.1 設(shè)計課題的意義機電一體化畢業(yè)設(shè)計在機電一體化專業(yè)教學中占有重要位置，它關(guān)系到學生知識的綜合運用和學生動手能力的培養(yǎng)及機電產(chǎn)品開發(fā)的能力。因此設(shè)計內(nèi)容選擇很重要?；谖⑿陀嬎銠C控制的x-y工作臺是典型的機電一體化系統(tǒng)，以此為設(shè)計內(nèi)容有較強的現(xiàn)實研究意義。plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外

10、圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在自動控制領(lǐng)域，以pc平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力等方面情況尤為突出。如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我

11、們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門所面臨的重要任務(wù)。所以近年來，plc在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著plc技術(shù)的發(fā)展, 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。盡管plc控制準確、精度高，然而機床精度仍取決于另一方面數(shù)控機器人的驅(qū)動、執(zhí)行系統(tǒng)，也就是數(shù)控機床的機械系統(tǒng)。所以，研究數(shù)控機床的機械系統(tǒng)對提高數(shù)控機器人的加工精度、效率和降低成本是很重要的。另外，經(jīng)濟上的發(fā)達國家清一色是工業(yè)上的強國，這些國家有很多共同點，其中之一便是工業(yè)自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好。因此，提高數(shù)控加工

12、水準對我國的經(jīng)濟實力、戰(zhàn)略水平也是很重要的。使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門所面臨的重要任務(wù)。1.2 設(shè)計任務(wù)的介紹本次畢業(yè)設(shè)計的題目是設(shè)計一個基于plc控制的二維數(shù)控實驗臺的實驗裝置，開發(fā)有關(guān)plc控制數(shù)控實驗臺的實驗，并能有相關(guān)裝置完成控制動作，可以檢查實驗設(shè)計的正確性，又因為具有仿真效果使其更貼近工程實際。繪制總體布局圖和機械部分的裝配圖，并完成相關(guān)的i/0接線圖以及梯形圖。由于本次是設(shè)計一個二維數(shù)控工作臺，既是一個仿真設(shè)計實驗，不能按實際的大小尺寸來設(shè)計，只要能符合設(shè)計要求，完成所要求的基本動作就

13、能達到目的，也必能對以后plc控制二維數(shù)控工作臺產(chǎn)生積極的促進作用。我選擇設(shè)計基于plc控制的二維數(shù)控實驗臺，其中要完成的動作是要plc控制x、y工作臺電動機的正反轉(zhuǎn)，即y工作臺的左移、右移，x工作臺的前移、后移，實現(xiàn)兩工作臺的點動和連續(xù)控制。1.3 plc實驗臺的組成二維數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件?；趐lc控制的數(shù)控x-y實驗臺系統(tǒng)，是為具有兩軸聯(lián)動功能的數(shù)控工作臺設(shè)計，它結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，控制精度相對較高, 可靠性、穩(wěn)定性和實用性都很好。如數(shù)控車床的縱-橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床的x-y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備，特別適合在鉆床上，可實現(xiàn)坐標孔系的加工

14、。在小銑床上，可實現(xiàn)二維曲面的加工等。本設(shè)計是基于plc控制的數(shù)控x-y實驗臺系統(tǒng)，模塊化得x-y數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑臺、工作平臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中，伺服電動機作為執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠的落幕帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在x、y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計時只需要根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，選用標準的plc進行控制。第二章 總體方案的確定2.1 設(shè)計參數(shù)1. 系統(tǒng)分辨率為2. 實驗臺尺寸：3. 實驗臺加工范圍：4. 最大移動速度：2.2 機械傳動部件的選擇1.

15、導軌副的選用 要設(shè)計的二維工作臺式用來配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不已爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點。2. 絲杠螺母副的選用 伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足0.01mm的脈沖當量和mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。3. 聯(lián)軸器的選用 選擇了步進電機和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可

16、能需要減速裝置，且應(yīng)有小間隙機構(gòu)。為此，本設(shè)計決定采用tl1聯(lián)軸器。4. 伺服電動機的選用 因本設(shè)計的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機，可以選用性能好一些的步進電機，如混合式步進電機，以降低成本，提高性價比?？紤]到x、y兩個方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計工作量，x、y兩個坐標的導軌副、絲杠螺母副、減速裝置，以及伺服電機擬采用相同的型號與規(guī)格。2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計1設(shè)計的二位數(shù)控工作臺，其控制系統(tǒng)應(yīng)該有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。2因本設(shè)計所選的精度對于

17、步進電機來說不算高，電機在運轉(zhuǎn)過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，選用作為控制器和相應(yīng)的定位模塊應(yīng)該能夠滿足相關(guān)指標。3要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇控制器后，還需要擴展存儲器，鍵盤與顯示電路、i/o接口電路等，并選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。第三章 機械部分的設(shè)計計算3.1導軌上移動部件的重量估算按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為800n3.2 直線滾動導軌副的計算 3.2.1滑塊承受工作載荷的計算工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計的實驗

18、臺為水平布置，采用雙導軌、四滑塊的支承形勢?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所受的最大工作載荷為：其中，移動部件重量g=800n，因本設(shè)計是數(shù)控實驗臺，所以只考慮其與導軌的摩擦力，摩擦因數(shù)代入上式，得最大工作載荷。查表3-41（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書），根據(jù)工作載荷，初選直線滾動導軌副的型號為kl系列的jsa-lg15型，其額定動載荷，額定靜載荷。本設(shè)計選定實驗臺面尺寸為，加工范圍為，考慮到工作行程應(yīng)留有一定余量，查表3-35（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書），按標準系列，選取導軌的長度為。 3.2.2導軌額定壽命的計算上述選取的kl系列jsa-

19、lg15型導軌副的滾道硬度為60hrc，工作溫度不超過,每根導軌上只配有兩只滑塊，精度4級，工作速度較低，載荷不大。查表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù),代入下式，的距離壽命： 遠大于期望值50,故距離額定壽命滿足要求。3.3 滾珠絲杠螺母副的計算 3.3.1最大工作載荷的計算如上所述，因本設(shè)計是數(shù)控實驗臺，已知移動部件總重量,按矩形導軌進行計算，查表3-29（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書），取顛覆力矩影響系數(shù),滾動導軌上的摩擦因數(shù)。求的滾珠絲杠副的最大工作載荷： 3.3.2最大動載荷的計算設(shè)實驗臺在承受最大工作載荷時的最快進給速度，初選絲杠導程，

20、則此時絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠的使用壽命，得絲杠壽命系數(shù)（ 單位：）查表3-30（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書），取載荷系數(shù)1.2，滾道硬度為60hrc時，取硬度系數(shù)1.0，得最大動載荷：根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查表3-31（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書），選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的g系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16mm,導程為4mm,精度等級取5級，循環(huán)滾珠為3圈1列，額定動載荷為4612n，遠大于，滿足要求。 3.3.3 傳動效率的計算將公稱直徑導程，得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入。 3.3.4 剛度的校驗實驗臺上下

21、x-y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對推力角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為a=500mm,鋼的彈性模量；查表3-31得滾珠直徑，絲杠低徑，絲杠截面積。在作用下時拉壓變形量：滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書）式3-27得：式中為滾珠直徑，為滾珠總數(shù)量因為絲杠加有預(yù)警力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減少一半，取絲杠總變形量本設(shè)計中，絲杠的有效行程為330mm,由表3-27（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書）知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315-400mm時，行程偏差允許達到25，可見絲杠剛度足

22、夠。 3.3.5 壓桿穩(wěn)定性校驗由（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書）式3-28 失穩(wěn)時的臨界載荷為： 絲杠截面慣量矩查（機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書）表2-11得于是： 穩(wěn)得臨界載荷，遠大于工作載荷，故絲杠符合要求綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。3.4步進電動機的計算 3.4.1 計算加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量已知：滾珠絲杠的公稱直徑，總長，導程，材料密度；移動部件總重量；傳動比。選用tl1聯(lián)軸器(查機械設(shè)計實用手冊，可查出它轉(zhuǎn)動慣量為0.0004m2，得出4cm2。滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：實驗臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量：初選步進電機型號90byg2502,為兩相混合式，步距角為，

23、圖3.1查表得該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量則加在步進電機轉(zhuǎn)軸的總轉(zhuǎn)動慣量為： 3.4.2 計算加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩分快速空載啟動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。1. 快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所受的負載轉(zhuǎn)矩：包括三部分：一部分是快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動部件運動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，所以由式： 算出的值很小，相對于和很小，可以忽略不計。則有： 考慮傳動鏈的總效率，計算快速空載啟動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 其中，空載最快移動速度，本設(shè)計指定為300

24、0mm/min步進電機的步距角，預(yù)選電機為脈沖當量， 算得設(shè)步進電機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間，傳動鏈總效率。則可算得：移動部件時，折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：由以上可求的快速空載起動時電機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：2. 最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩包括三部分：一部分是折算到電機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動部件運動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對于和很小，可以忽略不計。則有： 所以： 移動部件運動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 于是： 經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為： 3.4.3

25、步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的確定考慮到步進電機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)數(shù)會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，需要考慮安全系數(shù)。本設(shè)計取安全系數(shù),則步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： 上述初選步進電機型號為90byg2502，由表4-5查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢姖M足要求。 3.4.4 步進電機的性能校核1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核本設(shè)計給定工作臺最快工進速度，脈沖當量，電動機對應(yīng)的運行頻率：。從90byg2502電動機的運行矩頻特性曲線可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。圖3.22)最快空

26、載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核本設(shè)計 給定工作臺最快空載移動速度，可得電動機對應(yīng)的運行頻率，從上圖查的，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。3） 最快空載移動時電動機運行頻率校核與最快空載移動速度對應(yīng)的電動機運行頻率。查表4-5可知90byg2602電動機的空載運行頻率可達20000hz,可見沒有超出上限。4） 起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的空載起動頻率（查表4-5），則可得步進電機克服慣性負載的起動頻率： 由上式可知，要想保證步進電機起動時不丟步，任何時候的起動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降頻時

27、，起動頻率選的更低，通常只有100hz(即100脈沖/s)。綜上所述，實驗臺的進給傳動選用90byg2602步進電動機，完全滿足設(shè)計要求。第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計可編程序控制器，它把計算機技術(shù)和自動化技術(shù)融為一體，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，plc充分利用了微型計算機的原理核技術(shù)，既可以用來完成邏輯控制，也可以實現(xiàn)模擬系統(tǒng)，已在很多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。特別是在電梯控制中取代傳統(tǒng)的繼電器硬界限防護四時限多種邏輯量的控制問題，改造舊時式的繼電器控制電路，所形成的控制系統(tǒng)和線路遠遠比繼電器系統(tǒng)簡單得多，用軟件編程代替了大量而復(fù)雜的線路鏈接，使得更改控制功能非常容易，取得了明顯的效果。與計算機控制相

28、比，用plc控制具有下列特點：（1） 結(jié)構(gòu)簡單，減少了數(shù)字運算部分，加強了直接控制需要的邏輯運算功能和技術(shù)、計時、步進等功能，從而使造價降低。（2） 將輸入、輸出接口標準化，與控制器組裝在一起，采用隔離、綠波的方法加強抗干擾能力，適于生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用。（3） 可將程序固化在專用集成電路中，不易丟失和損壞，而且更換方便。（4） 編程器和控制器分離，編程器可以一機多用，大大降低了成本；編程器具有編程、現(xiàn)場調(diào)試、模擬運行、在線測試、故障檢測、固化程序和打印程序等多種功能，使用和維修都非常方便。（5） 采用模塊化結(jié)構(gòu)，擴展容易，對簡單或復(fù)雜的控制系統(tǒng)均可應(yīng)用；并具有向計算機輸送數(shù)據(jù)的能力，可以方便地組成計

29、算機控制系統(tǒng)。（6） 程序編制簡單，操作人員經(jīng)過一段時間學習便可應(yīng)用自如。（7） 體積小，機構(gòu)緊湊，接插件少，可靠性高，有停電保護數(shù)據(jù)和狀態(tài)的功能?？傊?，plc是采用微機技術(shù)制造的通用自動控制設(shè)備，它能控制開關(guān)量、模擬量，具有可靠性高，抗干擾能力強，并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設(shè)備，在數(shù)控實驗臺的控制系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用。4.1 plc的選擇 plc機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：(一)合理的結(jié)構(gòu)型式plc主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式plc的每一個

30、i/o點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式plc的功能擴展靈活方便，在i/o點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、i/o模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(二)安裝方式的選擇plc系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程i/o式以及多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程i/o硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程i/o式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程i/o可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程i/o電源；多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用

31、小型plc，但必須要附加通訊模塊。(三)相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)plc具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶ad和da轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔plc。對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)pid運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔plc。但是中、高檔plc價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。(四)響應(yīng)速度要求plc是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次plc的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用plc，或者某些功

32、能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮plc的響應(yīng)速度，可選用具有高速工0處理功能的plc，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的plc等。(五)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)plc的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。(六)機型盡量統(tǒng)一一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到plc的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：1)機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。2)機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓和技術(shù)水平的提高。3)機型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。 根據(jù)以上及實驗裝置的

33、基本功能要求plc的i/o點數(shù)為11輸入，4輸出。結(jié)合實驗要求及裝置的擴展性選用三菱具體參數(shù)如圖4.1所示。圖4.14.2 plc的i/o地址分配具體輸入/輸出接口功能如下：對應(yīng)輸入接口： 接口x000x007對應(yīng)按鍵000007； x000x03對應(yīng)工作臺y向移動極限位置開關(guān)；x004x007對應(yīng)工作臺x向移動極限位置開關(guān)；x008x011接控制面板。對應(yīng)輸出接口：接口y001y006控制實驗臺的移動y000對應(yīng)y工作臺左移，y001對應(yīng)y工作臺的右移，y002對應(yīng)y工作臺的自鎖，y003對應(yīng)y工作臺的自鎖；y004對應(yīng)x工作臺上移，y005對應(yīng)x工作臺的下移，y006對應(yīng)x工作臺的自鎖；x

34、007對應(yīng)x工作臺的自鎖控制程序見附錄4.3 位址控制模塊的設(shè)計 因本設(shè)計的是二維數(shù)控實驗臺，其控制系統(tǒng)要實現(xiàn)平面上的定位，所以就應(yīng)該有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能。對單片機、工控機進行位置控制來說，采用可靠性高，程序編輯、修改和調(diào)試便捷的可編程邏輯控制器(plc)以及定位模塊集成進行位置控制，無須花太多的精力放在硬件處理上，采用積木式結(jié)構(gòu)便可很快形成控制系統(tǒng)。定位模塊是三菱plc功能模塊之一 ，它可單、雙軸控制，脈沖輸出最大可達100 kbs。針對定位控制的特點，該模塊具有完善的控制參數(shù)設(shè)定，如定位目標跟蹤、運行速度、爬行速度、加減速時間等。這些參數(shù)都可通過plc的from

35、to指令設(shè)定。除高速響應(yīng)輸出外，還有常用的輸入控制，如正反限位開關(guān)、stop、dog(回參考點開關(guān)信號)、pg0(參考點信號)等。而本設(shè)計是二維數(shù)控實驗臺，其有兩個方向的控制，因此可以選擇三菱qd75p2的雙軸控制的定位模塊，其規(guī)格參數(shù)如下表所示：圖4.2參考點示意圖 4.3.1定位模塊初始化設(shè)定 在全行程位移x上，定位模塊初始化設(shè)定完成手動速度最高值設(shè)定、回參考點速度和接近速度設(shè)定、加減速時間設(shè)定、標志和狀態(tài)顯示設(shè)定等。其中，回參考點如圖4.1所示：圖4.3參考點示意圖 回參考點功能啟動后，滑塊先以v1速度快速向參考點方向運動，碰到減速開關(guān)sq2.0產(chǎn)生dog信號，伺服電機轉(zhuǎn)速迅速降低，滑塊

36、以v2接近速度慢速移動。當增量式光電編碼器產(chǎn)生一轉(zhuǎn)脈沖(零標志)時，電機停止，滑塊所停位置即為參考點位置?；貐⒖键cplc梯形圖如圖4所示。圖4.4考點plc梯形圖 4.3.2 定位位置和速度設(shè)定 在這一部分中，主要完成定位位置和速度設(shè)定，并在每一定位點執(zhí)行任務(wù)。圖5為定位控制和任務(wù)執(zhí)行示意圖。圖4.5定位控制和任務(wù)執(zhí)行滑塊先以速度v1移至位置1，在位置1執(zhí)行任務(wù)a，完成后，再以速度 ：移至位置2，執(zhí)行任務(wù)b。依次類推，直到整個工序完成。相應(yīng)的plc梯形圖如圖6所示。圖4.6定位位置和速度設(shè)定的plc梯形圖4.4 步進電機驅(qū)動器的選擇本實驗臺中x、y向步進電機均為90byg2502型，bd28n

37、b/fb驅(qū)動器采用單脈沖控制方式。由于采用了先進的控制技術(shù)并實現(xiàn)了電流的精密傳感和精確控制，從而達到了低速運行平穩(wěn)、角度細分均勻、高速力矩大的效果，是一種高性能、小體積、低價格的驅(qū)動器。為確保內(nèi)置光耦能可靠導通，要求信號提供至少5ma的電流。驅(qū)動器內(nèi)部已串入光耦的限流電阻1k，對應(yīng)+5v電平。方向控制：1通過面板上的設(shè)定開關(guān)可設(shè)定電機運轉(zhuǎn)方向。2外部輸入信號cw電平變化亦可改變電機運轉(zhuǎn)方向。注：電機的初始運行方向與電機的接線有關(guān)，互換任意兩相可以改變初始運行的方向二相混合式步進電機。圖3.3致 謝畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，我非常感謝這次畢設(shè)過程中對我們細心指導的xxx老師，以及學校領(lǐng)導的督促檢查。在

38、這次畢業(yè)設(shè)計中如果沒有xxx老師的細心指導和提供設(shè)計的一些資料，以及對我們的嚴格要求，恐怕現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)計還沒有結(jié)束。因此，我還要向xxx老師說一聲“田老師，謝謝您”當然，四年的學習生活是比較豐富多彩的，是我從一個對機械知識一無所知的學生，經(jīng)過四念的學習，終于使我懂得和掌握機械控制方面的基礎(chǔ)知識，并達到了對機械行業(yè)的畢業(yè)生的基本要求；而畢業(yè)設(shè)計，也正好是檢驗我們四年所學全部知識的掌握情況。使我們對所學的之東西融會貫通。畢業(yè)設(shè)計這一門課程所占的時間是我們四年學習總課時的的八分之一。由此可見畢業(yè)設(shè)計在大學中所占的比重有多大！多重要！在即將完成畢業(yè)設(shè)計時，我明白了，畢業(yè)設(shè)計的意義，畢業(yè)設(shè)計是每一位大學

39、學生在離校之前進行的知識總結(jié)，在這次設(shè)計中集中了大學所學的所有知識，每位學生得到的收獲是不一樣的，畢業(yè)設(shè)計過程中曾經(jīng)遇到困難想退縮，但是都在老師和同學的幫助下度過了困難。在畢業(yè)設(shè)計中，我學到了很多：1.在學習中提倡獨立思考、嚴肅認真、精益求精的學習精神。2.在方案設(shè)計中，需要綜合考慮各種因素，采取多種辦法進行分析、比較和選擇。3.利用已有的資料是學習前人經(jīng)驗，不應(yīng)該盲目地抄襲要敢于大膽創(chuàng)新。4.每一階段的設(shè)計都要認真檢查，避免出現(xiàn)重大錯誤，影響下一階段的設(shè)計。畢設(shè)中我明白了二維數(shù)控實驗臺工作原理和控制過程，了解plc控制器的的發(fā)展，明白了機械控制系統(tǒng)的重要性和必要性。學會了機電一體化的系統(tǒng)設(shè)計

40、等。當然這些東西離不開黃老師的指導和耐心的講解，以及同組同學的共同努力。在此，對那些幫助和指導我完成畢業(yè)設(shè)計的老師和同學們說聲謝謝了！附錄plc程序如下：ld x001or y012ld y001or x022and y011anbani x002ani y003ani x020ani x021ani y002out y001ani x001ani y001ani x022ani x003ani y003ani x021ani y014out y002ld x003ld y003or x021and y011anbani x002ani y001ani x020ani y002out y003

41、ld x004or y012ld y004or x024and y011anbani x005ani y006ani x020ani y005out y004ani x004ani y004ani x024ani x006ani y006ani x023ani y014out y005ld x006ld y006or x023and y011anbani x005ani y004ani x020ani x024ani y005out y006ld x013or y011or y012ani x014ani x020out y011參考文獻1郭鎮(zhèn)邦編.機械工業(yè)最新基礎(chǔ)標準應(yīng)用手冊.北京：機械工業(yè)

42、出版社，19881990 2吳宗澤，羅圣國主編.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.第二版.北京：高等教育出版社，1999 3吳宗澤主編.機械設(shè)計師手冊（上、下冊）.北京：機械工業(yè)出版社，2002 4楊叔子主編.機械加工工藝師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001 5王衛(wèi)星，傅立思，孫耀杰. 2002. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 北京：中國水利水電出版社.6袁任光. 2001. 可編程控制器(pc)應(yīng)用技術(shù)與實例. 廣州：華南理工大學出版社.7江秀漢，李萍，傅保中. 2001. 可編程序控制器原理及應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學出報社.8余雷聲. 電氣控制與plc應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，20019王兆義

43、. 小型可編程控制器實用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，200210李景學. 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及方法. 北京：電子工業(yè)出版社11楊長能. 可編程控制器（plc）例題習題及實驗指導. 重慶：重慶大學出版社，199912張運波. 工廠電氣控制技術(shù). 北京：高等教育出版社，200113尹志強.機電一體化課程設(shè)計指導書. 北京：機械工業(yè)出版社，200814鐘肇新. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 廣州：華南理工大學出版社，200215j. w. fortune. revolutionary lift design for mega-high-rise building, elevator techn

44、ology conf. nice, france. 1986.16siiknen m l and leppala j. elevator traffic pattern recognition: proc.4th ifsa congr,1991application of plcs as front-end pre-processors in factory information systemsd. w. russelldepartment of electrical and computer engineering, penn state university,great valley,

45、malvern, pa 19355, usafactory it rtnation systems (fiss) have grown in acceptance largely because of the successful integration of a variety of data-collection, entry and display devices. the traditional factory computer syste，by and large ignored the moment-by. oment consequences of production proc

46、esses, arid focccsed instead on the assistance ofjered by autorrzated shift-end counting and scheduling procedures. separate .systems handled the various nctions (e.g. orders, raw materials, inventory, schedeeling, etc.) and the assessment of productivity was left to the findings of endless meetings

47、, negotiations and the interpretation of aged data reports. the data urzder consideration, however carefully collected, was so much after the event that problems forced the factory into a crisi.s- management mode in the hope that some restitution could be made. real-time data is normally available i

48、n the process itself but is difficult to condense into a form that is useful for scheduling and fis functions. such data contains vital information us to the actual real-tune machine performance on the shop floor, crud if processed correctly can be used to indicate and forecast production problems s

49、o that calm, yet timely, cadjustments to schedules, etc. can be made. this paper describes how a plc (programmable logic controller) was used to collect, pre-process and pass .summat.v results to a low-cost supermicro computer for production monitoring and fis purposes. this work was undertaken in r

50、esponse to an industry need for low-cost systenz.s that could be retrofitted to factories with mirainul disturbance to their day-to-day operationskeywords: fis: plc; front-end processing; production monitoringaccepted for publication: 20 july 1990this paper is a sequel to production monitoring一a pro

51、ven productivity tool, whichappeared in volume 4 number 4 (november 1989) of this journal, on pages 335-3451 .introductionin the factory, data is an order, an order number, a machine setting, a fluid pressure and a host of other loosely connected factors. each one is defined in an ideal sense, but i

52、n the reality of the environment is often suspect. wirth 2 comments on the abstraction of reality contained in data inside the computer, so how much more is this true in the hostile factory environment! the causes for the suspicion include noise, forgetfulness, ageing and dishonesty. such data must

53、be carefully pre-processed if its information content is to be free of error before posting into fis applications. the most difficult data to capture are the unrepeatable, noisy, variant electrical signals that occur at the machine level. if the system is operated correctly and honestly, it is possi

54、ble to have factual job parameters associated with the correct machine, true time-card entries made, etc. these data items are static in some sense of the word, and change only at certain predictable times. data such as this is handled by existing computer systems 3 with minimal operator training. real-time process data changes so rapidly and unrepeatably that automated collection, processing and dispatch become mandatory 4. when industrial processes are to be monitored, the data is either analogue in nature