專用鉆床的順序控制程序設(shè)計(jì)——Z3063型搖臂鉆床電控系統(tǒng)

專用鉆床的順序控制程序設(shè)計(jì)——Z3063型搖臂鉆床電控系統(tǒng),專用,鉆床,順序,控制程序,設(shè)計(jì),z3063,搖臂,系統(tǒng) XXX 專用鉆床的順序程序控制設(shè)計(jì) ——Z3063型搖臂鉆床電控系統(tǒng) 姓名 學(xué)號(hào) 學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 20XX年 04 月 13 日 III 專用鉆床的順序程序控制設(shè)計(jì) 摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)力水平也在日益提高，保持著每年的高速增長(zhǎng)。在我國(guó)，依舊使用著舊式機(jī)床，主要以人工控制和繼電器接觸式開關(guān)控制，傳統(tǒng)的機(jī)床效率低，精度也無法滿足現(xiàn)有的制造要求，所以這些機(jī)床的技術(shù)升級(jí)勢(shì)在必行。經(jīng)過改造的PLC機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不僅能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且，與買新機(jī)床相比較，還能夠帶來經(jīng)濟(jì)效益，在節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)，提高了機(jī)床的整體性能和生產(chǎn)效率。 本文介紹的基于三菱FX3U PLC為控制單元的Z3063型搖臂鉆床電控系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，相較于以傳統(tǒng)的由繼電器、接觸器組裝構(gòu)成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)具有編程簡(jiǎn)單、線路簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、維修容易、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。普遍被運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域，所以對(duì)機(jī)床的改造升級(jí)是勢(shì)在必行。文中主要闡述了本課題研究的社會(huì)背景、意義和發(fā)展現(xiàn)狀等；并就控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)主要硬件選型、電路圖紙的繪制、PLC和人機(jī)界面軟件程序的編制，以及對(duì)程序的調(diào)試和基于MCGS的系統(tǒng)模擬運(yùn)行詳細(xì)的介紹。 關(guān)鍵字：鉆床；改造； PLC；自動(dòng)控制。 Sequence control design of a special drill machine Abstract：Along with the progress of science and technology, the level of productivity is also improving day by day, maintaining the annual high speed growth. In China, old machine tools are still used, mainly controlled by manual control and relay contact switches, so the upgrading of these machine tools is imperative. The electric control system of the modified PLC machine tool not only can enhance the stability of the system, reduce the labor intensity and increase the labor productivity, but also can bring economic benefits compared with the new machine tool. The design of the electronic control system of the Z3063 type rocker drill based on MITSUBISHI FX3U PLC as the control unit is introduced in this paper. It is compared with the traditional automatic control system composed of relay and contactor. The PLC control system has simple programming, simple line, powerful function, easy maintenance, strong anti-interference ability and reliability. Higher characteristics. This paper mainly expounds the social background, significance and development status of the research, and introduces the overall plan design of the control system, the main hardware selection of the control system, the drawing of the circuit drawings, the compilation of PLC and the software program of the human-computer interface, and the detailed introduction of the debugging of the program and the simulation of the system based on the MCGS. Key words：machine tool; Modification; PLC; Automatic control 目錄 第一章 緒論 1 1.1課題研究的意義和目的 1 1.2課題研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2 1.3課題研究的內(nèi)容 2 第二章 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 4 2.1 Z3063型搖臂鉆床的PLC控制系統(tǒng)介紹 4 2.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 5 第三章 PLC系統(tǒng)的硬件部分 6 3.1 可編程控制器PLC的概述與選型 6 3.1.1 PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)述 6 3.1.2 PLC選型 6 3.2變頻器的選擇與應(yīng)用 8 3.3其他PLC外圍設(shè)備的選擇 9 3.4 可控編程器的I/O端口分配 10 3.5電氣接線圖 11 第四章 PLC控制系統(tǒng)的程序編制 13 4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 13 4.1.1 編程軟件介紹 13 4.1.2 程序流程圖 14 4.1.3程序編程的實(shí)現(xiàn) 15 4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 24 4.2.1 畫面組態(tài) 24 第五章 控制系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 25 5.1硬件調(diào)試 25 5.2 軟件調(diào)試 25 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 30 31 第一章 緒論 1.1課題研究的意義和目的 機(jī)床的定義是：生產(chǎn)機(jī)器或機(jī)器零部件的機(jī)器，也叫工作機(jī)或工作母機(jī)。自十五世紀(jì)機(jī)床雛形的出現(xiàn)至今以來，經(jīng)過數(shù)世紀(jì)的發(fā)展機(jī)床控制技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從最初的手動(dòng)控制到半自動(dòng)、全自動(dòng)控制；機(jī)床的類型也由單一的車、銑、刨、磨，發(fā)展到組合機(jī)床以及后來的加工中心—數(shù)控機(jī)床。 現(xiàn)如今，隨著制造業(yè)的技術(shù)不斷創(chuàng)新與發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)力也相應(yīng)的在提高，相對(duì)于十年前已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但還是有許多需要改進(jìn)的地方。傳統(tǒng)的機(jī)床有著精度低，效率慢的特點(diǎn)，而且最主要的事不能大批量的生產(chǎn)零件，存在機(jī)床工人疲勞度的問題，致使每一個(gè)零件都不會(huì)做到完全相同和達(dá)標(biāo)，所以這些都是有待于提高和反思的地方。 機(jī)床升級(jí)優(yōu)化的意義： 1）節(jié)省成本。?現(xiàn)在市面上一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床往往在幾百萬元或上千萬元不等，而對(duì)舊機(jī)床改造就很劃算了，花費(fèi)在一臺(tái)新機(jī)床的40%，越是大型或昂貴的機(jī)床體現(xiàn)的更加明顯。 2）性能穩(wěn)定可靠。原有的機(jī)床電氣系統(tǒng)大都是采用繼電器、接觸器系統(tǒng)，與之相比較，PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件，接線簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性也得到了很大的提高。??? 3）?提高生產(chǎn)效率。?現(xiàn)在市面上流行的新型機(jī)床相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床來說，效率提升在300%~500%之間，所以一旦舊機(jī)床得以改造，可以大大提高生產(chǎn)效率。 通過本課題的研究，可以讓我能夠熟練的將大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)真正的融入到設(shè)計(jì)中，這不僅培養(yǎng)了我的動(dòng)手實(shí)踐能力，也是對(duì)四年學(xué)習(xí)生涯的一次總結(jié)，學(xué)到的知識(shí)就應(yīng)該運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中。學(xué)會(huì)機(jī)械與電子的相結(jié)合，這也是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中比較有前景的一個(gè)行業(yè)，也就是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，“機(jī)”指的是機(jī)器，“電”當(dāng)然指的就是電子技術(shù)了。運(yùn)用這些去解決一些社會(huì)中的問題，優(yōu)化方案。。 1.2課題研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 本次對(duì)專用鉆床的程序設(shè)計(jì)是基于PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的是提高機(jī)床的自動(dòng)化程度和精度。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路的發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，并且運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)生產(chǎn)力的提高也起到了很大的作用。PLC不僅功耗和體積小，可靠性高，而且成本也是相當(dāng)?shù)偷?。再加上檢測(cè)方便，便于維修和更換。PLC技術(shù)具有廣大的市場(chǎng)前景和提升空間，作用于機(jī)床上，對(duì)提高機(jī)床的精度和靈敏度起著舉足輕重的作用，其次是生產(chǎn)效率提高了機(jī)床的自動(dòng)化，降低了人工成本，解放勞動(dòng)力。 現(xiàn)在，世界上有很多家PLC生產(chǎn)廠家，PLC的種類也是相當(dāng)?shù)姆倍啵诸愐脖容^明確，各有各的特色及用途。PLC微電技術(shù)，大多掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家，這些國(guó)家牢牢把控著核心技術(shù)，不過隨著改革開放，政府對(duì)科研方面的巨大投入，現(xiàn)已日漸成效，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國(guó)的PLC生產(chǎn)廠家已經(jīng)由最開始的一兩家慢慢的發(fā)展到目前三十多家的樣子，可是在一些PLC的高端技術(shù)領(lǐng)域，我們國(guó)家的核心技術(shù)依然沒有掌握，這些技術(shù)被國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，主要依賴于進(jìn)口。隨著時(shí)間的推移，我們國(guó)家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展和一些本土優(yōu)勢(shì)，我相信，這些技術(shù)很快便能掌握，打破國(guó)外的技術(shù)封鎖。 我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度還是普遍較低，比如機(jī)械行業(yè)中80%以上的設(shè)備仍然還是采用最傳統(tǒng)的繼電器和接觸器控制，這樣是沒有辦法提高生產(chǎn)能力的。加入世貿(mào)組織后中國(guó)才開始日益成為世界新的制造業(yè)基地，為制造業(yè)打開一扇新的大門，制造業(yè)的控制程序還是主要以邏輯控制為主，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化改造也是迫在眉睫。將傳統(tǒng)的機(jī)械式機(jī)床與現(xiàn)在已經(jīng)成熟的PLC控制技術(shù)相結(jié)合，能夠大大提高工廠的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低操作難度。 1.3課題研究的內(nèi)容 本課題研究的是Z3063型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造項(xiàng)目,改造后的PLC控制系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)主軸和進(jìn)給電機(jī)的多段可調(diào)速正反轉(zhuǎn)和冷卻水泵的工頻運(yùn)行以及工件的自動(dòng)固定。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行一旦啟動(dòng)，工件加工完全自動(dòng)完成，中間除了上下料（工件）其余不需要任何人為干預(yù)。 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)的主要功能和總體方案設(shè)計(jì)； 2.選擇和設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件，系統(tǒng)硬件主要包括主要元器件選型和電路圖設(shè)計(jì)； 3. PLC控制系統(tǒng)編程：包括編程軟件的引入，程序流程圖，PLC程序設(shè)計(jì)以； 4. MCGS人機(jī)界面組態(tài)； 5. 控制系統(tǒng)的調(diào)試：主要為PLC程序的調(diào)試和MCGS模擬運(yùn)行。 第二章 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 2.1 Z3063型搖臂鉆床的PLC控制系統(tǒng)介紹 本課題研究的是Z3063型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造項(xiàng)目,說的簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是將原有的繼電器、接觸器方式控制機(jī)床加工升級(jí)成為為電氣（PLC）控制系統(tǒng)控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工。改造后的系統(tǒng)被控制單元依然保持不變，依然包含機(jī)床內(nèi)部的主軸電機(jī)、進(jìn)給（主軸升降）電機(jī)和工件固定平臺(tái)這三個(gè)部分，與原有系統(tǒng)相比較，PLC控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): 1、主軸電機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的多段速無極調(diào)速。主軸電機(jī)下降執(zhí)行鉆孔工作時(shí)，主軸電機(jī)低速正轉(zhuǎn)；完成鉆孔工作，主軸電機(jī)上升返回時(shí)，主軸電機(jī)高速反轉(zhuǎn)。 2、進(jìn)給電機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的多段速無極調(diào)速。主軸電機(jī)下降執(zhí)行鉆孔工作時(shí)，進(jìn)給電機(jī)低速正轉(zhuǎn)；完成鉆孔工作，主軸電機(jī)上升返回時(shí)，進(jìn)給電機(jī)高速反轉(zhuǎn)。 3、冷卻水泵工頻運(yùn)行，其啟停動(dòng)作隨主軸正轉(zhuǎn)，完全同步。 4、工件固定：與舊系統(tǒng)的手工工件固定不同，改造后的工件采用電磁吸力固定。當(dāng)工作臺(tái)檢測(cè)到有工件存在時(shí)，電磁鐵充電，工件固定機(jī)構(gòu)將工件抱緊、固定；鉆孔工作完成后，電磁鐵失電，工件松開、取走。 5、不同于舊系統(tǒng)的多處都需要手工操作，改造后的控制系統(tǒng)除了上、下料（工件）需要人工外，其余工作都不需要人的參與，全部自動(dòng)完成。主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)完全同步，啟動(dòng)/停止動(dòng)作通過升降架上的兩個(gè)限位實(shí)現(xiàn)。 6、系統(tǒng)報(bào)警：如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況按下急停按鈕或者電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過報(bào)警燈發(fā)出報(bào)警。 7、系統(tǒng)運(yùn)行：在無報(bào)警狀態(tài)下，系統(tǒng)可以通過啟動(dòng)和停止按鈕控制系統(tǒng)運(yùn)行，并通過運(yùn)行燈指示系統(tǒng)狀態(tài)。鉆床所有的工作必須系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下才能完成。 2.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 通過以上分析得知，本系統(tǒng)包含控制單元PLC、被控對(duì)象 (電機(jī)、固定磁鐵)、操作按鈕、檢測(cè)單元 (接近傳感器)四個(gè)部分。其中，主軸和進(jìn)給電機(jī)是三相異步電機(jī)，由變頻直接驅(qū)動(dòng)，其啟停和正反轉(zhuǎn)控制是用兩個(gè)中間繼電器通過控制變頻器的工作方式來來實(shí)現(xiàn)的；冷卻泵則采用接觸器直啟方式。確定了系統(tǒng)組成后，就要根據(jù)系統(tǒng)要求配置出相應(yīng)的供電電源。本次設(shè)計(jì)中我選擇傳統(tǒng)的工廠供電方式（三相四線制供）作為系統(tǒng)的供電電源，直流24V為控制電源。。另外，為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這里我引入了一個(gè)380V/220V的隔離變壓器。綜上，本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案就自然而然的顯現(xiàn)出來了，所以圖2.1所示就是我做出的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案圖。 圖2.1 系統(tǒng)新設(shè)計(jì)方案擬定圖 第三章 PLC系統(tǒng)的硬件部分 3.1 可編程控制器PLC的概述與選型 3.1.1 PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)述 可編程存儲(chǔ)器，是輸入一種電信號(hào)，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化成為另一種電信號(hào)輸出至控制元件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種指令操作。70年代初的微處理器的出現(xiàn)。因?yàn)榭删幊炭刂破髟黾恿擞?jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和處理這些功能，而且隨著成本的降低，使人們更快就接受和適應(yīng)了可編程序控制器的發(fā)展》。PLC技術(shù)本身就是依靠于計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，隨著21世紀(jì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，PLC也朝著普及化，小型化方向發(fā)展。計(jì)算的速度非常高，抗外干擾能力非常強(qiáng)，可以進(jìn)行大量的仿真操作、性能特別好，還可以抗擊外部的干擾。 在1980年代初，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始廣泛的使用可編輯控制器，大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本，給工業(yè)制造業(yè)帶來了飛速發(fā)展的契機(jī)，增加了國(guó)家的GDP值，隨著這些技術(shù)被越來越多的國(guó)家掌握，全世界掀起了一股創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱潮。 80~90年代PLC的發(fā)展維持在30~40之間的增長(zhǎng)過程，而到了90至21世紀(jì)初，可編程控制器的開發(fā)更適合現(xiàn)代工業(yè)。此時(shí)的計(jì)算機(jī)變得異常普及，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能朝著多個(gè)方向在很多地方得以運(yùn)用?，F(xiàn)在的PLC技術(shù)是工業(yè)組成的一個(gè)重要分支，是工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。 PLC語言編寫簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)的功能多，得到了大多數(shù)工程師認(rèn)可。在諸多實(shí)際生產(chǎn)中，都是采用這一語言。 由工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC1131-3)發(fā)布的，PLC現(xiàn)在一共有五種標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)，分別是：梯形圖語言(LD)和指令表語言(IL)，語言的功能模塊(增)，順序功能圖語言(證監(jiān)會(huì))，文化語言(ST)的結(jié)構(gòu)。 3.1.2 PLC選型 從第二章的描述中得知本系統(tǒng)的被控對(duì)象由指示燈和電機(jī)組成，分析其被控過程就可以得到系統(tǒng)最小的I/O需求： 1、指示燈：本系統(tǒng)的一共有報(bào)警指示和運(yùn)行指示兩個(gè)指示燈。 與報(bào)警相關(guān)聯(lián)的I/O：報(bào)警指示（占用1個(gè)數(shù)字量輸出）；急停按鈕（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）；變頻器報(bào)警（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）。 與系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的I/O：運(yùn)行指示（占用1個(gè)數(shù)字量輸出）；啟動(dòng)按鈕（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）；停止按鈕（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）。 2、電機(jī)：本系統(tǒng)一共有三個(gè)電機(jī)，主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)和冷卻泵電機(jī)。 與電機(jī)相關(guān)聯(lián)的I/O：電機(jī)正轉(zhuǎn)（占用1個(gè)數(shù)字量輸出）；電機(jī)反轉(zhuǎn)（占用1個(gè)數(shù)字量輸出）；進(jìn)給電機(jī)下降到位檢測(cè)（占用1個(gè)數(shù)字量輸入），上升到位檢測(cè)（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）；冷卻泵則只有1個(gè)輸出動(dòng)作（占用1個(gè)數(shù)字量輸出）。 3、固定機(jī)構(gòu)：包含2個(gè)I/O，1個(gè)是元件檢測(cè)（占用1個(gè)數(shù)字量輸入），另1個(gè)是電磁鐵抱緊（占用1個(gè)數(shù)字量輸入）。 綜上所述，統(tǒng)計(jì)出本系統(tǒng)的真正I/O需求，即7個(gè)數(shù)字量輸入、8個(gè)數(shù)字量輸出。 根據(jù)PLC對(duì)的功能和I/O數(shù)量要求，我選擇日本三菱公司生產(chǎn)的FX3U-32MR PLC主機(jī)來作本系統(tǒng)的控制單元。 FX系列PLC不僅具有邏輯選項(xiàng)和定位控制的功能，而且運(yùn)行速度快捷，功能先進(jìn)。FX3U是16至256點(diǎn)的輸入/輸出選項(xiàng); 可用于多種基本組件之間的連接，定位控制，模擬控制等特殊應(yīng)用，是一款可滿足多種需求的可編程控制器;。 圖3.1 第三代小型PLC控制器 它具有數(shù)個(gè)快速指令，還有多個(gè)簡(jiǎn)易指令和快速處理指令，還包含中斷輸入指令，直接輸出數(shù)字，輸入濾波常量變化數(shù)量等便捷指令。還有一些其他的指令：數(shù)據(jù)對(duì)齊，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)檢索，三角函數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)，平方根等小數(shù)點(diǎn)的一些指令。再就是一些特別指令，譬如串行數(shù)據(jù)輸入，ASCII碼打印，十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換算法，脈沖輸出等外部設(shè)備。 圖3.2 FX3U-32MR的展示 3.2變頻器的選擇與應(yīng)用 變頻器是變頻技術(shù)和微電子技術(shù)的主要應(yīng)用，通過更改電機(jī)的功率來控制交流電機(jī)的功率控制裝置。 微處理單元由整流器（AC到DC），用于濾波的主逆變器，整流器（DC到AC），制動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元和檢測(cè)單元組成。也通過更改電源電壓的功率來達(dá)到想要的目的，依據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來控制它們需要電源電壓，從而節(jié)約電能，達(dá)到快速控制的目的，另外，還有驅(qū)動(dòng)器具體的安全保護(hù)功能，如電流過大，電壓過大，電壓負(fù)荷保護(hù)等。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷改進(jìn)，逆變器也被得到了廣泛使用。 變頻器主要是為了調(diào)節(jié)頻率，改變波長(zhǎng)為電動(dòng)機(jī)提供合適和可變的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的多級(jí)和無極變速，起到一個(gè)調(diào)速的作用。而且變頻器也是一個(gè)保護(hù)器，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)過熱或者是過載時(shí)，就會(huì)切斷電源，進(jìn)而保護(hù)電路和設(shè)備，不至于損壞。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的生產(chǎn)變頻器的成本降低，被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。 圖3.3 系統(tǒng)選用的變頻機(jī)器 變頻器的功能以及性能主要展現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.速度控制：能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的速度控制，起到調(diào)速的作用； 2.速度操控：這里所說的操控，是對(duì)速度總體的控制，包括快慢，正反轉(zhuǎn)，及運(yùn)行時(shí)間的控制，是一般其它電氣無法解決的； 3.節(jié)能：特別是在滿載運(yùn)行時(shí)，比較具有節(jié)約能源的效果，在風(fēng)機(jī)水泵上體現(xiàn)尤為明顯，節(jié)點(diǎn)率達(dá)到20%---60%； 4.改善機(jī)床工作過程和精度：變頻器的使用大大提高了機(jī)床的精度，可以做到符合公差范圍內(nèi)位置變動(dòng)； 5.電機(jī)影響率：電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)電流電壓影響較少，也起到了保護(hù)電路的作用。 這種系統(tǒng)采用三菱變頻器FR-D700經(jīng)濟(jì)型以及高性能變頻器控制電機(jī)，接的線圖如下圖所顯示： 圖3.4 FR-D700系列變頻器功能以及性能圖 3.3其他PLC外圍設(shè)備的選擇 根據(jù)第二節(jié)得知了本系統(tǒng)PLC的I/O總數(shù)，下面就是PLC外圍設(shè)備的選擇了： 1、3個(gè)控制按鈕。1個(gè)常開型急停按鈕，2個(gè)1常開按鈕。 2、接近傳感器。選用3線制接近開關(guān)。 3、中間繼電器。線圈驅(qū)動(dòng)電壓：AC220V；觸點(diǎn)額定電流：2A。 4、指示燈。額定電壓AC220V。 5、電磁鐵。額定電壓AC220V。 以下將就比較復(fù)雜的接近傳感器做一個(gè)簡(jiǎn)要選型說明。 接近傳感器分為兩種，一種是利用光學(xué)原理，通過光學(xué)元件感知光源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，另一種是聲波傳感，利用聲波折射原理，通過傳回聲波所用的時(shí)間進(jìn)而判斷與物體的距離。接近式傳感器的出現(xiàn)擺脫了傳統(tǒng)的接觸式傳感器，大大提高了，設(shè)備的靈敏度，它能夠檢測(cè)到物體的移動(dòng)和運(yùn)動(dòng)速度，并將這些信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸給控制系統(tǒng)。這種接近式開關(guān)又分為很多種，根據(jù)原理的不同分為渦流式開關(guān)，傳感式開關(guān)，霍爾接近式開關(guān)，光電式開關(guān)等。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選用的接近開關(guān)為有源3線式接近開關(guān)，原理是通過磁感生電的方式，當(dāng)磁鐵或者鐵質(zhì)觸發(fā)器靠近開關(guān)磁場(chǎng)時(shí)切割磁感線產(chǎn)生微弱電流，通過磁力作用和開關(guān)內(nèi)部磁力閉合，傳遞電信號(hào)。 3.4 可控編程器的I/O端口分配 在PLC選型時(shí)，已經(jīng)確定了本系統(tǒng)所需要的的I/O總數(shù)（7DI/7DO），剩下的就是進(jìn)行合理的I/O安排了。表3.1為我為本次設(shè)計(jì)做出的I/O分配。 表3-1基于PLC的翻轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)IO表 序號(hào) 名稱 PLC端子 說明 1 急停按鈕SBE X0 急停按鈕 2 急停按鈕SB1 X1 系統(tǒng)啟動(dòng) 3 急停按鈕SB2 X2 系統(tǒng)停止 4 變頻器故障信號(hào) X3 變頻器報(bào)警 5 接近開關(guān)SQ1 X4 下降（進(jìn)給）到位 6 接近開關(guān)SQ2 X5 上升（后退）到位 7 接近開關(guān)SQ3 X6 工件檢測(cè) 8 中間繼電器KA1 Y0 主軸正轉(zhuǎn) 9 中間繼電器KA2 Y1 下降（進(jìn)給） 10 中間繼電器KA3 Y2 主軸反轉(zhuǎn) 11 中間繼電器KA4 Y3 上升（后退） 12 交流接觸器KM1 Y4 冷卻泵運(yùn)行 13 電磁鐵YA1 Y5 工件固定 14 指示燈L1 Y10 運(yùn)行指示 15 指示燈L2 Y11 報(bào)警指示 3.5電氣接線圖 參照本畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)出如圖3.5、3.6所示的電氣原理圖。 圖3.5 電氣原理圖-主電路 圖3.6 電氣原理圖–PLC控制電路 第四章 PLC控制系統(tǒng)的程序編制 4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 4.1.1 編程軟件介紹 三菱公司免費(fèi)提供了編程軟件GX Developer，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行PLC編程，軟件界面如下圖： 圖4.1 GX Developer界面 GXDeveloper軟件它是屬于三菱PLC編程軟件里的一種，，它可用多種可編程控制器。其優(yōu)點(diǎn)在于： 1.軟件的互通性，GXDeveloper可以制作多種系列可編程控制器，并且在制作結(jié)束后可以根據(jù)你所需要的文檔格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，方便了設(shè)計(jì)與使用，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。 2.通過Windows的優(yōu)點(diǎn)，可以將從Excel或者Word中的復(fù)制過來的數(shù)據(jù)拿來應(yīng)用，方便了設(shè)計(jì)信息的保存和調(diào)用，滿足了大多開發(fā)者的需求。 3.程序的標(biāo)準(zhǔn)性 (1)標(biāo)號(hào)編程：它有一個(gè)固定的編程流程，是按照序號(hào)依次有序的進(jìn)行，可以更加方便、實(shí)際的依照標(biāo)號(hào)編程就能夠做出的可編程控制器程序。 (2)宏：可以在將已經(jīng)操作過的回路模式加以簡(jiǎn)單的命名到文檔上保存起來，下次如果有需求的話只要輸入你命名的命名或者是文件名就能讀取出相應(yīng)的回路模式就可以直接使用。 4.不管是簡(jiǎn)單情況下還是在連接對(duì)象的指定被創(chuàng)建成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下，都可以和其它站點(diǎn)很好的鏈接，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的自動(dòng)化一體化的設(shè)計(jì)流程，在后期應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)過程中也方便了操作。 5.與CPU的連接方式有許多種； (1)可以通過串行通訊口進(jìn)行連接，功能比較多元化，方便了與外部設(shè)備連接與使用。 (2)通過USB與電腦端口進(jìn)行對(duì)接和調(diào)試 (3)通過許多種計(jì)算機(jī)插板進(jìn)行連接，包括MELSECNET() 計(jì)算機(jī)插板、Ehernet計(jì)算機(jī)插板、 CC-Link計(jì)算機(jī)插板、CPU計(jì)算機(jī)插板等 6.調(diào)試功能的多樣性 本軟件的調(diào)試功能直接不需要連接控制器，不用對(duì)制作條的使用順序進(jìn)行排序，這是因?yàn)檐浖旧硪呀?jīng)和梯形圖的邏輯測(cè)試功能相連接，可以更加方便快捷的操作。如果在制作過程中數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤的情況下，軟件會(huì)提示出錯(cuò)誤原因和信息，大大減少了操作時(shí)間。 4.1.2 程序流程圖 程序流程圖又稱程序框圖，是用統(tǒng)一規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)描述程序運(yùn)行過程具體步驟，用簡(jiǎn)易圖形及其文字描述使其能夠更好的讀懂和了解程序。通常，我們?cè)陂_始編寫程序的時(shí)候都會(huì)提前設(shè)計(jì)一套整體程序的流程圖，相當(dāng)于，寫作文的提綱，這樣我們就可以先對(duì)控制系統(tǒng)有一個(gè)大概的了解和認(rèn)識(shí)，再接下來我們就根據(jù)所設(shè)計(jì)的程序流程圖的步驟來進(jìn)行程序的編程，這樣一步一步的設(shè)計(jì)想法可以讓操作過程變得簡(jiǎn)單，也可以讓我們分步進(jìn)行，理清楚思路。 圖4.2 程序流程圖 4.1.3程序編程的實(shí)現(xiàn) 1）新建工程。打開GXDeveloper編程軟件，單擊“新建”按鈕，屏幕自動(dòng)彈出一個(gè)“新建工程” 對(duì)話框，如圖4.3所示 圖4.3 新建工程窗口 2）定義PLC類型。在如圖4.3所示的“新建工程”對(duì)話框中需要定義PLC類型，PLC類型的定義分兩步走。首先點(diǎn)擊“PLC系列”選擇出的倒三角形按鈕彈出下拉列表，通過調(diào)整右側(cè)滾動(dòng)條的位置找到所需的PLC系列，然后用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊選中（本次設(shè)計(jì)選擇的是FXCPU）；選擇完P(guān)LC系列后，就是選擇PLC類型了，在“PLC類型”處用同樣的方法就可以選擇出所需型號(hào)的PLC了，本次設(shè)計(jì)選擇的是FX2N(C）。選擇完畢后點(diǎn)擊“確定”按鈕，PLC類型定義完畢。如圖4.4所示。 圖4.4 定義PLC類型 3）添加軟元件注釋。在GXDeveloper編輯界面中，雙擊“軟元件注釋”的下級(jí)菜單“COMMENT”主編輯框就會(huì)彈出“軟元件注釋”窗口，在該窗口可以選擇顯示需要的軟元件，并點(diǎn)擊“顯示”，然后在相應(yīng)的注釋位置添加軟元件的注釋。如圖4.5所示。 圖4.5 全局軟元件注釋窗口 4）PLC編程。在GXDeveloper編輯界面中，雙擊“程序”的下級(jí)菜單“MAIN”主編輯框就會(huì)彈出“程序編輯”窗口，在該窗口就可以編輯PLC程序了。如圖4.6所示。 圖4.6 程序編輯窗口 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，編寫出以下PLC程序，如下圖所示。 4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 圖4.7 MCGS實(shí)物圖 4.2.1 畫面組態(tài) 系統(tǒng)采用MCGSTPC K系列觸摸屏。昆侖通態(tài)公司免費(fèi)提供觸摸屏編程軟件MCGSE7.2下載，軟件具體使用法見《參考手冊(cè)》和《用戶指南》。 按照功能進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，見下圖： 圖4.8 主界面 第五章 控制系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 5.1硬件調(diào)試 本系統(tǒng)的變頻器選用模擬量控制方法，具體設(shè)定程序如下： 圖5.1 變頻器參數(shù)的設(shè)定 5.2 軟件調(diào)試 1、PLC調(diào)整與試驗(yàn) 系統(tǒng)編程完畢之后要檢查編程是否正確，進(jìn)行程序的調(diào)試，如果有錯(cuò)誤，檢查原因，總結(jié)出來，做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，以至于下次不會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤。 圖5.2 程序的編譯方法 2、組態(tài)軟件的模擬運(yùn)行 為了模擬PLC系統(tǒng)的操作，可以選擇一個(gè)組態(tài)軟件進(jìn)行一個(gè)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，通過這個(gè)來判定所編寫的程序是否合格。因此我組態(tài)了一個(gè)模擬運(yùn)行畫面，并在 畫面屬性/循環(huán)腳本中編輯了一段仿真運(yùn)行腳本程序，如圖5.3所展示。 圖5.4 腳本編輯 模擬運(yùn)行腳本編輯結(jié)束保存后，進(jìn)入模擬運(yùn)行環(huán)境，在該環(huán)境下，就可以就可以進(jìn)行模擬運(yùn)行實(shí)驗(yàn)了。具體詳見模擬運(yùn)行視頻。 總結(jié) 緊張、忙碌而有充實(shí)的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，同時(shí)也是我自己大學(xué)生涯快要結(jié)束的預(yù)示?；仡欉@四年大學(xué)生活，我們上了很多的課程，學(xué)習(xí)了不少知識(shí)，也大大小小的做過一些設(shè)計(jì)。與以往設(shè)計(jì)不同，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是最大，也是最難的一次設(shè)計(jì)，它是我們步入社會(huì)前的最后一項(xiàng)考核，是對(duì)我們大學(xué)里所學(xué)到的知識(shí)的一次綜合考試，也是我們對(duì)自己大學(xué)四年的一個(gè)交代，更是對(duì)自己所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用能力的提高。 在本次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，我是真的可以說是受益匪淺，雖然在這次的設(shè)計(jì)中遇到了很多的困難，有點(diǎn)讓人不知所措，有時(shí)甚至在做夢(mèng)中都在想著解決的方案，但是有壓力才有動(dòng)力，不管是從圖書館還是網(wǎng)絡(luò)上，都學(xué)到了很多課本外的相關(guān)知識(shí)，也享受著難題解決后那種成功的喜悅?？偟膩碚f本次設(shè)計(jì)讓我對(duì)三菱PLC軟件有了可更多的了解，從開始片面的了解，到現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，都有很大一部分提升。所以這次學(xué)習(xí)中讓我學(xué)的很多，不僅豐富了自己對(duì)PLC的了解，還熟悉了對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)的一整套東西，培養(yǎng)了我自己自主學(xué)習(xí)的能力，也拓寬了我的視野，見識(shí)到了我之前從未了解過的知識(shí)點(diǎn)。提高了我對(duì)梯形圖的認(rèn)知和編寫能力，更讓我學(xué)會(huì)自己操手去做，也增多了我的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有了自己得實(shí)踐結(jié)果，讓我對(duì)未來充滿了希望，為我以后在外工作打好了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1] 高安邦,高家宏,孫定霞.機(jī)床電氣PLC編程與實(shí)例.[N].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014. 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