畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)_基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書題目：基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部自動(dòng)控制工程系專 業(yè) 電氣自動(dòng)化年級姓名指導(dǎo)教師2010年5月28日黑龍江信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目：基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名系部名稱 自動(dòng)控制工程系專 業(yè) 電氣自動(dòng)化學(xué) 號(hào)一指導(dǎo)教師職 稱 助教原始依據(jù)二、參考文獻(xiàn)1 齊占慶.機(jī)床電氣控制技術(shù)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社1999年2 韓順杰,呂樹清.電氣控制技術(shù)M. 北京：北京大學(xué)出版社2006 年3 齊寧寧,丁國富.基于 PLC 的車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 機(jī)電一體化,2006年三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求內(nèi)容：1）、總體方案的確定；2）、單片機(jī)的選

2、擇；3）、各模塊電路的設(shè) 計(jì)；4）、軟件設(shè)計(jì)；5）、各模塊調(diào)試；6）、撰寫設(shè)計(jì)說明書。 要求：本課題是以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝 置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)采 用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設(shè) 計(jì)的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日 審題小組組長（簽字）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱黑龍江信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院專業(yè)名稱電氣自動(dòng)化學(xué)生姓名指導(dǎo)教師研究背景：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，我們在生活中的各方面大部分都采用了人 工智能代替人，特別在一些工業(yè)

3、應(yīng)用場合。應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，使 得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟， 應(yīng)用也越來越廣泛，目前，單片機(jī) 已經(jīng)成為IP庫中的重要成員。單片機(jī)輸液點(diǎn)滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā) 展的趨勢，畢竟，單片機(jī)憑著優(yōu)越的性價(jià)比，與以往的點(diǎn)滴滴速控制 系統(tǒng)相比，其單片機(jī)價(jià)格便宜，操作易于實(shí)現(xiàn)，而且對滴速的控制要 求精度也較高。再者，單片機(jī)操作多機(jī)控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員 的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。在人為控制下有時(shí)候如不小心將 會(huì)為安全設(shè)施帶來很大的麻煩，而且人工控制滴速精度也很難掌握， 而使用單片機(jī)設(shè)計(jì)只要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮周到，運(yùn)行起來就不會(huì)帶來這種 問題了，因此，單片機(jī)滴速控制系統(tǒng)將在醫(yī)療中得到

4、廣泛應(yīng)用。醫(yī)療 事業(yè)的發(fā)展是順應(yīng)科學(xué)技術(shù)而發(fā)展的，醫(yī)療的安全問題更離不開科 學(xué)，把高科技應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)中來是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進(jìn)與補(bǔ)充。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：隨著現(xiàn)代信息和電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，越來越多的應(yīng)用 領(lǐng)域提出了各種特殊要求。例如，航空航天領(lǐng)域要求的小體積大系統(tǒng), 信息應(yīng)用領(lǐng)域提出的個(gè)性化等要求，都使得一般固件技術(shù)難以勝任。 特別是在民用領(lǐng)域，重視個(gè)性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念使應(yīng)用電子產(chǎn)品的更 新速度極快，而且小批量多品種的要求也越來越高。這就是提出了小批量產(chǎn)品與成本、集成化與成本、產(chǎn)品研制周期與成 本等一系列的問題。也將是單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)施中展的必然趨勢。參考文獻(xiàn)1廖常初主編.可編程序控制器

5、應(yīng)用技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社，20052陳遠(yuǎn)齡主編.機(jī)床與電氣自動(dòng)控制.重慶：重慶大學(xué)出版社，20063曹承志主編.電機(jī)、拖動(dòng)與控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20014唐介主編.電機(jī)拖動(dòng)與控制基礎(chǔ).北京：高等教育出版社,20025張勇主編.電機(jī)拖動(dòng)與控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001選題是否合適：是口否口課題能否實(shí)現(xiàn)： 能口不能口指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日選題是否合適:是口否口課題能否實(shí)現(xiàn)： 能口不能口摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不

6、夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本系統(tǒng)以Atmel89C52單片機(jī)為核心，輔以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鍵盤、LCD 顯示、 LED 顯示、光電傳感器數(shù)據(jù)采集等外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)主站控制多個(gè)從站的有線液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。電機(jī)控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的減小超調(diào)量和靜態(tài)誤差，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。主站使用LCD顯示，用戶界面友好。關(guān)鍵字：單片機(jī)；驅(qū)動(dòng)；鍵盤；光電傳感器第一章引言 11.1 C650型臥式車床簡介 11.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 21.3 C650型臥式機(jī)床發(fā)展趨勢 3第二章系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 52.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 52.

7、2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則52.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟5第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1 主要電氣元件的選擇73.2 電動(dòng)機(jī)的選擇73.3 交流接觸器和中間繼電器的選擇 83.4 保護(hù)電器的選擇83.5 控制電器的選擇 93.6 C650臥式車床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 93.7 C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 103.8 PLC的選擇 113.9 I/O 地址的分配及接線圖 13第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 144.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 14的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 14的基本工作原理 144.2 PLC編程語言 144.3 PLC的基本功能和基本指令 15

8、的基本功能 1 51 64.4 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 17第五章系統(tǒng)調(diào)試 205.1 硬件檢查 205.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試20附錄I 21附錄II控制電路原理 28附錄III PLC 控制系統(tǒng)I/O 分配表第六章 29附錄IV PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖參考文 21附錄V PLC控制程序清單 22結(jié)束語 27參考文獻(xiàn) 24致謝 29第一章引言1.1C650型臥式車床簡介C650普通車床屬于中型車床，用于切削工件外圓、內(nèi)孔和端面等。該車床 由主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工。主軸由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸通過卡盤帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，溜板帶動(dòng)刀架的縱向和橫向直線運(yùn)動(dòng)， 其中縱向運(yùn)動(dòng)是

9、指相對操作者向左或向右的運(yùn)動(dòng)， 橫向運(yùn)動(dòng)是指相對于操作者向 前或向后的運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)，包括刀架的快速移動(dòng)、工件的夾緊與松開等。工作 過程如下：1 .正常加工時(shí)一般不需反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時(shí)需反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度 與刀具的進(jìn)給速度要保持嚴(yán)格的比例關(guān)系， 為此主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和溜板箱的移動(dòng)由同 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。主電動(dòng)機(jī) M1 （功率為20kW）,采用直接起動(dòng)的方式，可正 反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大， 加工時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也比較大，需停車時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車制動(dòng)的功 能，C650-2車床的正反向停車采用速度繼電器控制的電源反接制動(dòng)。2 .電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)冷卻泵

10、。車削加工時(shí)，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷 卻泵電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起 動(dòng)、停止方式，且與主電動(dòng)機(jī)有必要的聯(lián)鎖保護(hù)。3 .快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間，利用 M3帶動(dòng)刀架和溜板箱快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。4 .采用電流表檢測電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況。5 .車削加工時(shí)，因被加工的工件材料、性質(zhì)、形狀、大小及工藝要求不同， 且刀具種類也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。 車床大多采用機(jī)械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)是硬連線方式的繼電一接觸

11、器控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)連線復(fù)雜，體積大，可靠性差，自動(dòng)化水平低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的 要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動(dòng)力成本、 產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和 質(zhì)量的競爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識(shí)一技術(shù)一產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更 高，同時(shí)社會(huì)對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識(shí)不斷加強(qiáng)，因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù) 將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來越緊

12、密，作為自動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的軟”控制系統(tǒng)機(jī)床，在生產(chǎn)中所占比例將越來越高。20世紀(jì)70年代以前，電氣自動(dòng)控制的任務(wù)基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完 成。繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，所以當(dāng)時(shí)應(yīng) 用的十分廣泛，至今仍在許多簡單的機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用。但是，該類控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)也十分明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機(jī)械性觸點(diǎn)的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及生產(chǎn)工藝上不斷提出新的要求， 電氣控制 技術(shù)得到飛速的發(fā)展。在控制方法上，主要是從手動(dòng)到自動(dòng)控制；在控制功能上， 是從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)；在操作方式

13、上，由笨重到輕巧； 在控制 原理上，從有觸點(diǎn)的繼電接觸式控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為核心的 軟”控制系統(tǒng)。PLC的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。 PLC以軟件手段實(shí)現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高； 與普通的計(jì)算機(jī)相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、組合靈活、 擴(kuò)展方便、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。1.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC是先進(jìn)的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控 制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱 (PLC,CAD/CAM,ROBOT)之

14、一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而 設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。 它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部 存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù) 字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī) 械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了 微處理器的優(yōu)點(diǎn)。用PLC控制改造其繼電器控制電路，可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、 體積小，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備使用效率，運(yùn)行效果良好。隨著我國電 力體制改革的深化，電力市場競爭將更加激烈，降低

15、資源損耗和提高管理效益成 為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的 要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、開發(fā)、研究，我國大型火電站的輔助系統(tǒng)(輸 煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等)已由繼電器控制過渡到完全 由PLC監(jiān)控。PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)措 施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而， 當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng) 烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤， 從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC的抗干擾

16、能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾 對PLC的影響。在新的時(shí)代，PLC會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī) 格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會(huì) 更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.3 C650型臥式機(jī)床發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè) 化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計(jì)民生的一 些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要

17、的作用，因?yàn)檫@些 行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨 勢。1 .高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn) 品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足 這個(gè)復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展， 加工精度也在不斷地提高。另一方面， 電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠 軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保 持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市， 也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條 件。數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，

18、大大減少了主傳動(dòng) 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r/min 以上。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直 線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)，省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了傳動(dòng)間隙（包括反向間隙），運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高 了伺服精度。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損小， 發(fā)熱可忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。 通過直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移

19、動(dòng)速度由目前的10 20m/min 提高到 6080m/min,甚至高達(dá) 120m/min。2 .高可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā) 揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。3 .數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件 技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪 圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、 計(jì) 算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CA

20、D,還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場競爭能力。通過對機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響 應(yīng)市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期。4 .功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率， 使用于非加工輔助時(shí)間減 至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多 用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銃削加工；或 在以銃為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的CX25Y數(shù)控車銃復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有 X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y 軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銃削和偏孔、

21、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。 副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。 該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。3第二章系統(tǒng)總設(shè)計(jì)5 .1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸入設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期 的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因比 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：了解設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要 完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動(dòng)，自動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)， 連續(xù)等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)，主

22、要為 PLC的選擇，PLC是PLC控制 系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC對于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起 著重要的作用。選擇PLC,應(yīng)包括機(jī)型的選擇、I/O模塊的選擇等。選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等）、輸出設(shè) 備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對象（電 動(dòng)機(jī)、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。 根據(jù)控制要求基本確定I/O點(diǎn)數(shù)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行I/O初步分配， 繪制I/O接線圖程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、語句表程序，控 制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。（6）聯(lián)機(jī)調(diào)

23、試。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至 PLC,進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制系統(tǒng)的要求，再返回修改程序或檢查接 線，直到滿足控制系統(tǒng)的要求為止。6 .2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟LC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究, 搜集資料，并擬定電氣控制方案。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方 便。保證控制系統(tǒng)安全可靠。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC的容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有 裕量。7 .3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程如圖2.1所示:'Y交付使用第三章系統(tǒng)硬件

24、設(shè)計(jì)3.1 主要電氣元件的選擇任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個(gè)部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負(fù)載的接觸器線圈。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用PLC 代替了繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關(guān)，控制按鈕（SB1 SB6）等為系統(tǒng)的輸入信號(hào)；接觸器線圈（KM1-KM5 ）,為系統(tǒng)的輸出信號(hào)。3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇在車床控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)類型選擇的原則是，在滿足工作機(jī)械對于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行

25、可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若機(jī)械工作對拖動(dòng)系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交流電異步動(dòng)機(jī)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場（定子繞組內(nèi)的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。1 .電動(dòng)機(jī)容量選擇的原則：在控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使它過早損壞，同時(shí)還出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。 如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都會(huì)下降。選擇

26、電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)原則進(jìn)行。1）發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高溫度max等于或稍微小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度a,即max a。2）過載能力：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時(shí)， 由于電動(dòng)機(jī)的熱慣性很大，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證max a,故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng) 機(jī)的過載能力。即所選電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩TL max必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即max TmaxmTN（ m 一般為 0.8 Tmax /Tn ）（3.1）3）啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動(dòng)機(jī)

27、可 靠啟動(dòng)，必須保證TLstTN( stTst/TN)(3.2)72 .電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇除正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速。3.3 交流接觸器和中間繼電器的選擇1 .接觸器接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動(dòng)開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動(dòng)銜鐵，靜觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)、滅弧裝置和固定支架等部分組成。 其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流

28、時(shí)，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開的狀態(tài)。在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號(hào)很多，電流在5A-1000A 的不等，常用交流接觸器的型號(hào)有CJ20、CJX1、CJ1和CJ10等系列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了 CJ10系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 1.11.3倍 之間,各接觸器型號(hào)見附錄I o2 .中間繼電器中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多一些。常用的繼電器型號(hào)有JZ7、JZ14等。3.4 保護(hù)電器的選擇1 .熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱

29、量使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過載保護(hù)。2 .熱繼電器熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）的過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器勢利用一種電流熱效應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動(dòng)機(jī)容許過載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷和斷相保護(hù)。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流（過載和斷相）現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，使

30、用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動(dòng)機(jī)可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.051.1倍。3.5 控制電器的選擇1 .選擇開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式控制多回路的開關(guān)電器。一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn)距離控制，也可作為電器測量儀表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、 制動(dòng)、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 有 LW8、 LW6 和 LA18 系列。2 .控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動(dòng)控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路

31、，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有LA10、 LA18、 LA19、LA20 等系列產(chǎn)品。各電氣元件的型號(hào)及規(guī)格、用途和數(shù)量見附錄I。3.6 C650臥式車床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式C650臥式車床屬于中型車床，床身的最大工件回轉(zhuǎn)半徑為 1020mm,最大工 件長度為3000mm。主電動(dòng)機(jī)功率為30kw,為提高工作效率，該機(jī)床采用了反接 制動(dòng)。為了減少制動(dòng)電流，制動(dòng)時(shí)在定子回路用入了限流電阻Ro拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)的2.2kw電動(dòng)機(jī)是為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間而專門設(shè) 計(jì)的。各部分結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。對車床的電氣控制要求是，車床加工工件時(shí)，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然后由主

32、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，待冷卻液噴流到加工位置后，再進(jìn)刀進(jìn)行切削加工。加工完畢，將刀具退回原位，關(guān)閉冷卻液，待主軸停轉(zhuǎn)后，取下工件，完成加工工藝。由此可見，車床的運(yùn)動(dòng)主要有兩種：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)M1完成，為了保證啟動(dòng)平穩(wěn)，采用 Y/A降壓啟動(dòng)方式。KM1控制主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)， KM2 控制主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，KM3 控制主電動(dòng)機(jī)Y 啟動(dòng)運(yùn)行，KM4 控制主電動(dòng)機(jī)A啟動(dòng)運(yùn)行。M2拖動(dòng)冷卻泵，在加工時(shí)提供冷卻液采用直接啟動(dòng)及停止 方式，KM5控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有步進(jìn)電機(jī) M3拖動(dòng)刀架快速移動(dòng)，根 據(jù)C650臥式車床運(yùn)動(dòng)情況及加工需要，本研究采用3臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)拖 動(dòng)，即：主軸與進(jìn)給

33、電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和溜板箱快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。 從車削加工工藝出發(fā),對各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制要求如下：(1)主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1,功率為30 kW,允許在空載下直接起動(dòng)。其要求能實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn),從而經(jīng)主軸變速箱實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過掛輪箱傳給溜板箱來拖動(dòng)刀架以實(shí)現(xiàn)刀架的橫向左、右移動(dòng)。為便于進(jìn)行車削加工前的對刀,則要求主軸拖動(dòng)工件作調(diào)整點(diǎn)動(dòng),所以要求主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點(diǎn)動(dòng)控制。主電動(dòng)機(jī)停車時(shí)，由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，需采用反接制動(dòng)(2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,功率為0. 15 kW,用于在車削加工時(shí)，供出冷卻液，對工件 與刀具進(jìn)行冷卻。圖3.1 C650臥式車床3.7

34、C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析C650臥式車床控制電路原理圖如附錄R所示。圖中主要分為主電路，冷卻 電路，快速移動(dòng)電路等三部分。(1) 電路分析從附錄R中可以看出，斷路器 QF將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動(dòng)機(jī)M1的 短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1為M1電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點(diǎn)動(dòng) 時(shí)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載，點(diǎn)動(dòng)時(shí)也加入限流電阻Ro通過互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。熔斷器 FU2為M2、M3電動(dòng)機(jī)的短路保 護(hù)，接觸器KM1、KM2為M2、M3電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器。FR2為M2電動(dòng)機(jī)的 過載保護(hù)，因快速電動(dòng)機(jī) M3短時(shí)工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。(2) 制電路分

35、析(1)主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制電路中KM3為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM為M1電動(dòng)機(jī)的長動(dòng)接觸器，KA 為中間繼電器。M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB6控制。按下按鈕SB6,接觸器 KM3得電吸合，他的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組限流電阻R與電源接通，電動(dòng)機(jī)在較低速下起動(dòng)。(3) 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB1 控制。按下按鈕SB1 時(shí)，接觸器KM 首先得電動(dòng)作，他的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器 KM 的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA 得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM3 得電吸合。KM3 的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3 的動(dòng)合輔助觸點(diǎn)

36、和KA的動(dòng)合觸點(diǎn)的閉合將KM3 線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向起動(dòng)按鈕SB2， 按下SB2，同樣是接觸器KM得電，然后接通接觸器 KM4和中間繼電器KA,于是電動(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)和KM4 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到電動(dòng)機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。(4) 主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制當(dāng)速度接近于零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)電源。速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸相連的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS1 閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2 閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器KM3 和 KM ，繼電器KA 都處于得電動(dòng)作狀

37、態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1 也是閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。需要停車時(shí)，按下停止按鈕SB4 接觸器 KM 失電，其主觸點(diǎn)斷開，電阻R串入主回路，與此同時(shí)KM3 也失電，斷開了電動(dòng)機(jī)電源，同時(shí)KA 失電， KA的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開SB4 后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4 的線圈得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接， 電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器KS 的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1 斷開，切斷了接觸器KM4 的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2是閉合的，這時(shí)按一下停止按鈕

38、 SB4,在SB4松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3 吸合將電源反接使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)后停止。(5) 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵控制刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān)SQ來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動(dòng)SQ 后，接觸器KM2 得電吸合，M3 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。如果車削加工需要冷卻液時(shí)按下SB6,冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3動(dòng)作，KM4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 工作，需要停止時(shí)按下按鈕SB5 即可。3.8 PLC 的選擇PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇PLC 對整個(gè)控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的PLC 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：

39、1. PLC 結(jié)構(gòu)的選擇在相同功能和相同I/O 點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式PLC 比模塊式PLC 價(jià)格低。2. PLC 輸出方式的選擇不同的負(fù)載對PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的PLC 可以帶直流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載。3. I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇PLC 的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)間延遲。4. 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇若 PLC 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC 應(yīng)具有連接其它PLC 、上位計(jì)算機(jī)及CRT 等接口的能力。5. PLC 電源的選擇電源是 PLC 干擾

40、引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時(shí)要選用橋式全波整流電源。6.I/O 點(diǎn)數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇7.存儲(chǔ)容量的選擇PLC 程序存儲(chǔ)器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲(chǔ)器容量可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：程序容量=K X總輸入點(diǎn)數(shù)/總輸出點(diǎn)數(shù)對于簡單的控制系統(tǒng)，K=6 ；若為普通系統(tǒng)，K=8 ；若為較復(fù)雜系統(tǒng)，K=10 ；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則K=12 。在選擇內(nèi)存容量時(shí)同樣應(yīng)留有裕量，一般是運(yùn)行程序的25% 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況

41、下，滿足I/O 點(diǎn)數(shù)的PLC ，內(nèi)存容量也能滿足。車床電氣控制系統(tǒng)所需的I/ O 點(diǎn)總數(shù)在256以下，屬于小型機(jī)的范圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡單功能。主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn)C650 車床上述的電氣控制要求，所以PLC 可以選擇西門子公司的S7 - 200 系列。它的價(jià)格低，體積小，非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號(hào)是開關(guān)量信號(hào)，輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。車床電氣控制系統(tǒng)需要9 個(gè)外部輸入信號(hào)，5 個(gè)輸出信號(hào)。PLC 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30 % ，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為12 個(gè) ,輸出點(diǎn)為7 個(gè)。

42、現(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7 -200 系列的 CPU224 型 PLC ， 24V 直流 14 點(diǎn)輸入。3.9 I/O 地址的分配及接線圖根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備，確定了I/O 點(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、 設(shè)備大約輸入點(diǎn)為12 個(gè) ,輸出點(diǎn)為7 個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將 I/O 地址分配如附錄 III 所示。根據(jù)PLC I/O端子的分配,畫出了 C650臥式車床PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖如附錄 VI 所示。23第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理LC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為 核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)， 所以其結(jié)構(gòu)和

43、工作原理都大致相同， 硬件結(jié)構(gòu) 與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接 口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn) 行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。PLC控制系統(tǒng)由輸入量一PLC一輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見， PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個(gè)程序， CPU從第一條指令開始執(zhí) 行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描， 如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第

44、一條 指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周 而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。1輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄 存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。2 .程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將 相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。3 .輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電 路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC的 實(shí)際輸出。4.2 PLC編程語言與個(gè)人計(jì)算機(jī)相

45、比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各廠家PLC的變成語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，有的甚至有相 當(dāng)大的差異，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC （國際電工委員會(huì)）是為電子技術(shù)的所有領(lǐng)域制定全球標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織。IEC于1994年5月公布了 PLC標(biāo)準(zhǔn) （IEC 61131）,該標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制系統(tǒng)定義了 5種語言：順序功能圖（SequentialFunction Chart)、梯形圖(Ladder Diagram)、功能塊圖(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)、結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。其

46、中，梯形圖是使用最多的 PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng) 的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人 員掌握，特別是適用于數(shù)字量邏輯控制，有時(shí)也把梯形圖稱為電路或程序。梯形 圖由觸點(diǎn)、線圈和用方塊表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部設(shè)備。 功能塊用來表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué) 運(yùn)算附加指令。觸點(diǎn)和線圈組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，使用編程軟件可以直接生 成和編譯梯形圖，并將它下載到 PLCoS7系列PLC將指令表稱為語句表。PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中 的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句

47、表程序。在這次控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中，分別采用了梯形圖和語句表兩種編程語言編寫 了該系統(tǒng)的控制程序。4.3 PLC的基本功能和基本指令LC的基本功能1 .條件控制功能條件控制(或稱邏輯控制或順序控制)功能是指用 PLC的與、或、非指令 取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其它各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。2 .定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的 定時(shí)或計(jì)數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)繼電器。3 .數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn) 算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。4 .步進(jìn)控制功能步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)

48、現(xiàn)在有多道加工工序的控制中， 只有前一 道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控 制器。5 .運(yùn)動(dòng)控制功能運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn) 動(dòng)控制。6 .過程控制功能過程控制功能是指通過 PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速 度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。7 .擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸 入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 PLC的控制功 能。8 .遠(yuǎn)程I/O功能遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC 主機(jī)相連接，

49、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。9 .通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。10 .監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的 異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。LC基本指令在本次控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過程中主要應(yīng)用到以下幾種PLC指令。1 .標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令常開觸點(diǎn)對應(yīng)的存儲(chǔ)器地址為1狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合，在語句表中，分別用 LD （Load,裝載）、A （And,與）和O （Or,或）

50、指令表示開始、串聯(lián)和并聯(lián) 的常開觸點(diǎn)（見圖4.1 （a）。常閉觸點(diǎn)對應(yīng)的存儲(chǔ)地址為0狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合，在語句表中分別用LDN （Load Not）、AN （And Not）和ON （Or Not）來表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常 閉觸點(diǎn)，觸點(diǎn)符號(hào)中間的“咸示常閉（見圖4.1 （b）。觸點(diǎn)指令中變量的數(shù) 據(jù)類型為BOOL。10,010.1H H T，4（a）常開觸點(diǎn)（b）常閉觸點(diǎn)圖4.1標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令2 .輸出指令輸出指令（=）與線圈相對應(yīng)，驅(qū)動(dòng)線圈的觸點(diǎn)電路接通時(shí)，線圈流過 能流”, 指定位對應(yīng)的映像寄存器為1,反之為0o輸出指令語句表為（=bit）。輸出指BOOL 型令(見圖4 應(yīng)放在梯形圖的最右

51、邊，指令中的變量為Q0 0()圖4.2輸出指令4.4控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì)1 .車床正反向工作及反接制動(dòng)過程該控制程序步驟為：按下 SB2, M10.0導(dǎo)通，Q0.2動(dòng)作，KM3吸合短接電 阻R,同時(shí)M11.1動(dòng)作，Q0.0動(dòng)作，KM1吸合，主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行， 開始車削加工。要停車時(shí)，按下 SB1, Q0.0、Q0.2釋放，松開SB1, Q0.1動(dòng)作， KM2吸合，主電動(dòng)機(jī)M1用電阻反接制動(dòng)，當(dāng)速度接近于零時(shí)，速度繼電器正 轉(zhuǎn)常開觸頭KS1斷開，KM2釋放電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)。反向工作過程與正向相同。2 .主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)過程按下SB4, Q0.0動(dòng)作，使KM1吸合，M1用電阻限流點(diǎn)動(dòng)，松開S

52、B4, Q0.0 斷開，M1停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。其梯形圖程序如圖4.3所示。圖4.3刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過程3 .刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過程該控制程序步驟為：刀架快速移動(dòng)過程為按下位置開關(guān) SQ,Q0.4動(dòng)作，KM5 吸合，M3起動(dòng)運(yùn)行，代替刀架的指示燈亮。 冷卻泵工作過程為按下SB6, Q0.3 動(dòng)作KM4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2工作，停止時(shí)按下SB5即可。其梯形圖程序如圖4.4所示。IOLOIQ 0圖4.4刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過程PLC 編程特點(diǎn)，設(shè)綜上所述,根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合控制電路原理圖和計(jì)了控制系統(tǒng)梯形圖程序如附錄V所示。第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件檢查合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)上

53、供電的電源開關(guān)，用萬用表測量系統(tǒng)總電源開關(guān)進(jìn)線端的電壓，看一看電壓是否正常，有無斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。 如果一切正 常，便可合上總電源開關(guān)SB1,并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓 是否正常。有無斷相。用萬用表測量各硬件的接線情況，看是否有短接，斷接和虛連的情況，并與 電路控制原理圖一一對照，看是否有無接錯(cuò)的地方。各部分都正確無誤的情況下 進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試將編寫好的PLC程序進(jìn)行編譯，下載至PLC,由于控制系統(tǒng)運(yùn)行電壓是在 220V,為了保證安全只好先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上分步模擬，觀察各步的動(dòng)作都正確無誤 后，按照PLC控制系統(tǒng)接線圖在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動(dòng) 機(jī)，快速移動(dòng)刀架）用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈代替，觀察輸出端點(diǎn)指示燈在一個(gè)工作 循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與工藝過程對照。在對照前由于忘記對PLC進(jìn)行復(fù)位，雖然程序正確當(dāng)沒達(dá)到控制效果，所以在調(diào)試前應(yīng)先進(jìn)行復(fù)位操作。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬無誤后，將檢查完畢的硬件連接電路（各電動(dòng)機(jī)連接的 電路）與PLC連接在一起，分別觀察各電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，分步運(yùn)行無誤后， 將所有的電動(dòng)機(jī)按照PLC接線圖連接在一起，分別觀察各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)， 并與工藝過程比較，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。此控制程序設(shè)計(jì)能夠滿足控制系