基于PLC的车床控制.docx
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基于PLC的车床控制
烟台大学计算机学院
毕业设计开题报告
学生姓名：
学号：
0000000000
专业：
自动化
设计题目：
基于pic的机床控制系统
指导教师:
2012年4月2日
毕业设计开题报告
1.本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
可编程控制器，英文称Porg~mmbaelLgocicontorner,简称PLC°P
LC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置.但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制°PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息的可靠，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
进入21世纪，可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域。
未来PLC将在以下几个方面发展：
（1）执行多任务功能的出现。
（2）网络能力的强化。
（3）高速化处理功能。
（4）大力发展集成化软件。
（5）微型可编程序控制器异军突起。
（6）信息技术渗入可编程序控制器。
（7）加强安全技术。
通过编程实现PLC控制软件与高级语言、数据库和控制软件的接口，从而实现加工球面、抛物面和复杂曲面加工，提高加工效率和准确度。
软什升级与开发都可通过编程实现°PLC通信技术和网络。
于PLC控制的综合化控制系统，将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合起来，为MES和E即系统准备了技术基础，实现真正意义上的电了信息化工厂。
通过与计算机连接可以实现与生产管理系统相连，进行自
动化控制。
可视化的人机界面吏易于操作，并且通过网络还可进行远程实
时控制。
随着汁算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革。
现
代制造系统中，数控技术是关键，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等咼新技术于一体，具有咼准确度、咼效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
用PLC模块、变频驱动技术、控制设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。
毕业设计开题报告
2.本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施
各种机床无碍乎于伺服电机，步进电机，直流无刷电机，交流电机带动各种皮带，机械等进行工艺加工。
通过PLC控制各种电机的运动，实现机床的工艺加工。
伺服电机的PLC控制
（1）控制模式
a.位置控制模式
用最高500kpps的高速脉冲串执行电机的旋转速度和方向的控制，分辨率为
100000脉冲/转的高精度定位。
b.速度控制模式
用由参数构成的内部速度指令（最多8速）或模拟量电压控制电机转速对伺服电机的旋转速度和方向进行高精度的平滑控制。
另外，对于速度指令，它还具有进行加减速时的常数设置和停止时的伺服锁定功能。
步进电机的PLC控制
动态理加设定细彷牯度建足
A
SV1
SW2
ST3
SW1
SW5
SJ6
SV7
SI9
T和全流樓戎设宦
a.驱动参数设定
SW1,SW2,SW3用三位拨码开关一共可设定8个工作电流级别，通过SW4来设定驱动器的自动半流功能，SW5,SW6,SW7,SW8进行微步细分设定。
详见附表一。
b.信号端口控制
PU—和PU—为控制脉冲信号正端和负端；DIR+和DIR—为方向信号正端和负端；ENA+和ENA-为使能信号的正端和负端。
通过控制这些端口控制步进电机工作状态。
直流无刷电机的PLC控制
a.通过控制三相定子电流的通电顺序和大小，就可实现电机转速的控制。
b.控制部就必须根据电机转子目前所在位置（霍尔传感器感应位置或计算位置），依照定子绕线决定开启（或关闭）换流器中功率器件（MOSFET/IGBT等）的顺序，使电流按序流经电机线圈产生顺向（或逆向）旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，使电机顺时/逆时转动。
当电机转子转动到另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率器件，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率器件。
可能遇到的困难
PLC编程语言与自己学过的欧姆龙的不同，要从新学习西门子的编程语言，可能需要花上一段时间。
在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。
精度是机床必须保证的一项性能指标。
位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。
因此位置精度是一个极为重要的指标。
为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。
因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。
高精度的控制系统必须有
高精度的检测元件作为保证。
当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数必须能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。
尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用；所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。
另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。
为了防止过热，PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。
在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。
此外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。
3.本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析
机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。
机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。
同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。
PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品，在机床的电气控制中应用也比较普遍。
数控机床对位置系统要求的伺服性能包括：
定位速度和轮廓切削进给速度；定位精度和轮廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干扰下的稳定性。
这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。
对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。
在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。
单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。
伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。
此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。
全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。
在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。
感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强，耐油耐污
及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。
数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括了该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。
因此数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上主要是解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。
伺服电机的编码器将位移检测信
号反馈到伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值，这样使控制伺服电机实现高速、精密的速度与位置闭环回路处理系统。
伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定
参考文献：
1.日本安川安川呂H系列SGMH/SGDM伺服用户手册设计维护篇2002
2.李幼涵伺服运动控制系统的结构及应用2006
3.敖荣庆伺服系统2006
4.日本安川安川呂I系列伺服使用手册2001
5.郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术2003
6.李方圆变频器行业应用实践2006
7.机械工程学会机械工程手册（第二版）机械制造工艺及设备1997
8.张凯•可编程控制器教程【M】.东南大学岀版社，2005.
9.钟肇新•可编程控制器原理及应用【M】.华南理工大学岀版社，1998
10.郁汉琪•电气控制与可编程序控制器]M].南京：
东南大学岀版
社，2005.
11.梁景凯.机电一体化技术与系统]M].北京：
机械工业岀版社，
毕业设计开题报告
指导教师意见：
（对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测）
本课题深度适中，涉及面广，工作量饱满，技术路线可行，同意开题。
指导教师：
年月日
教研室审查意见：
教研室负责人：
年月日
附表
（1）工作电流设定：
用三位拨码开关一共可设定8个电流级别，参见下表。
输出峰值电流
输出均值电流
SW1
SW2
SW3
1.00A
0.71A
on
on
on
1.46A
1.04A
off
on
on
1.91A
1.36A
on
off
on
2.37A
1.69A
off
off
on
3.84A
2.03A
on
on
off
3.31A
2.36A
off
on
off
3.76A
2.69A
on
off
off
4.20A
3.00A
off
off
off
（2）微步细分设定:
细分精度由SW5-SW8位拨码开关设定，参见下表
步数/转
SW5
SW6
SW7
SW8
400
off
on
on
on
800
on
off
on
on
1600
off
off
on
on
3200
on
on
off
on
6400
roffn
on
off
on
12800
on
off
off
on
25600
off
off
off
on
1000
on
on
on
off
2000
off
on
on
off
4000
on
off
on
off
5000
—off—
off
on
off
8000
on
on
off
off
10000
off
on
off
off
20000
on
off
off
off
25000
off
off
off
off
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