龍門刨床刨臺運(yùn)動模擬器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　龍門刨床刨臺運(yùn)動模擬器的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　龍門刨床作為機(jī)械工業(yè)中的主要工作機(jī)床之一，主要用來加工機(jī)床床身、箱體、橫梁、立柱、導(dǎo)軌等大型機(jī)件的水平面、垂直面、傾斜面以及導(dǎo)軌面等,在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。論文主要介紹了龍門刨床工藝對控制系統(tǒng)的要求，主回路電路圖、PLC和變頻器的外部接線圖,變頻

2、器的參數(shù)的設(shè)置方法與范圍,故障的檢測與診斷,PLC的順序控制設(shè)計的方法,觸摸屏的工作原理、畫面設(shè)計的基本思路、畫面的切換關(guān)系圖和各畫面的功能，并給出了主要的畫面。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器，龍門刨床，變頻器，觸摸屏</p><p>　　DRAGON HOUSING PLANE TABLE MOTION SIMULATOR DESIGN</p><p&

3、gt;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Dragon housing as one of the main work machine in Machinery Industry, it is mainly used to process the horizontal plane, vertical, inclined plane and the guide surfa

4、ce of the mainframes such as the machine tool bed, cabinet, beam, columns, rails and so on. It occupies an important position in industrial production. This paper introduces the requirements of the Dragon housing process

5、 to the control system, the schematics of main circuit, the external wiring diagram of PLC and inverter. It also in</p><p>　　KEY WORDS : dragon housing, plc, converter, touch panel</p><p><b&

6、gt;　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p><p>　　隨著現(xiàn)代化工業(yè)科學(xué)技術(shù)的飛速的發(fā)展，速控技術(shù)的發(fā)展在一定的程度上代表了一個國家的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)水平，就目前而言，我國機(jī)床行業(yè)產(chǎn)量世界第一，而產(chǎn)值才達(dá)到第三，實(shí)是大而不強(qiáng)，技術(shù)上僅居世界二流水平。放眼世界，雖然我國科技水平在世界上稍有一席之地，但生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍

7、處于較低的水平，生產(chǎn)的普通數(shù)控機(jī)床比重大，生產(chǎn)效率低，而且很大部分采用繼電器控制，存在著易故障，難檢修等弊端，對加工業(yè)的發(fā)展有很大的制約和限制性。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，推動了工業(yè)科技發(fā)展的速度，給機(jī)械制造業(yè)帶來了根本性的變化。近幾年來，我國在普通機(jī)床上的改造方面取得了很大的成就，普通機(jī)床的控制系統(tǒng)逐步被PLC控制的高效率，高精度的數(shù)控機(jī)床所代替，產(chǎn)生了巨大的生產(chǎn)力，然而在機(jī)械加工制造

8、中被廣泛使用的用來加工大型工件的設(shè)備—龍門刨床的改造卻少之又少，在一定程度上影響著制造業(yè)的發(fā)展。</p><p><b>　　1.2課題的提出</b></p><p>　　龍門刨床是常見的大型機(jī)械加工設(shè)備，老式的龍門刨床的主拖動采用交磁放大機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動機(jī)（JF-D）調(diào)速系統(tǒng)，能量損耗高、噪聲大。而且繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會

9、出現(xiàn)抖動問題，很大程度上提高了故障發(fā) 生率，且由于使用大量的機(jī)械觸點(diǎn)，存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的大量連線使得機(jī)床的可靠性和可維護(hù)性較差。</p><p>　　本設(shè)計提出通過采用PLC對其傳統(tǒng)的龍門刨床進(jìn)行電氣改造改造是因?yàn)镻LC容易實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，與其傳統(tǒng)的繼電器實(shí)現(xiàn)同樣的功能則需要大量的控制繼電器，在同種情況下，PLC可以省去大量的控制繼電器，節(jié)節(jié)能降耗，降低運(yùn)行成本，且改變工藝控制簡

10、便易行，而且PLC是無觸點(diǎn)電路，反應(yīng)快、噪音小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)同樣功能的基礎(chǔ)上還可以彌補(bǔ)繼電器邏輯控制的不足，可以大大提高機(jī)床的工作效率，完全可以達(dá)到預(yù)期電氣改造的目的。</p><p>　　1.3 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　在PLC出現(xiàn)以前，繼電器硬件接線電路是邏輯、順序控制的唯一執(zhí)行者，它結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，一直被廣泛應(yīng)用。PLC出現(xiàn)之后，在幾乎所有方面都

11、大大超過了繼電器控制，兩者的性能比較如表1-1所示[1]。 </p><p>　　表1-1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　1.4 龍門刨床控制系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　龍門刨床是一種廣泛使用的金屬切削加工機(jī)床，是許多大型企業(yè)不可缺少的設(shè)備。我國的第一臺龍門刨床于1953年4月在濟(jì)南第二機(jī)床廠問世。</p><p>　

12、　龍門刨床的電氣系統(tǒng)主要分為主拖動和控制系統(tǒng)兩部分。就目前而言，龍門刨床的主拖動系統(tǒng)可概括為四類，A-G-M調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管-直流電動機(jī)，SCR-D，模擬直流調(diào)速系統(tǒng)、全數(shù)字直流系統(tǒng)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有繼電器邏輯控制系統(tǒng)或繼電器與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)[2]。</p><p>　　20世紀(jì)60年代，龍門刨床廣泛采用A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)在國有大中型企業(yè)仍占有相當(dāng)大的比重,A-G-M主要通過交換放大

13、機(jī)控制直流發(fā)電機(jī)的勵磁電壓,勵磁電壓控制直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓，從而控制直流電動機(jī)的電樞電壓，以達(dá)到控制直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，但是A-G-M龍門刨床的電氣系統(tǒng)占地面積大、噪音大、耗電量大、效率低，由于采用的是繼電器邏輯控制系統(tǒng)，其故障率高、可靠性差、檢修難度大等不足[3]。</p><p>　　20世紀(jì)80年代，隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，許多企業(yè)對龍門刨床進(jìn)行了電氣改造，用SCR-D模擬直流調(diào)速系統(tǒng)取代A-G-M調(diào)速

14、系統(tǒng)，雖然進(jìn)行改造之后系統(tǒng)縮小了占地面積，減少了噪音，在節(jié)能等方面有了很大的改善，但由于仍采用的是繼電器邏輯控制系統(tǒng)，其故障率仍較大，可靠性低，仍存在維護(hù)和檢修難度大的問題。</p><p>　　隨著半導(dǎo)體和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，晶閘管全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)得到推廣并成功地應(yīng)用在工業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)中，但由于系統(tǒng)低速性能不好，且所有的電氣參數(shù)均英文顯示，在其應(yīng)用過程中對工作人員的技術(shù)水平提出很高的要求。</p>

15、<p>　　1996左右，由于變頻器性能的不斷完善和推廣，人們通過變頻器在風(fēng)機(jī)和水泵上使用所積累的經(jīng)驗(yàn)，嘗試將變頻器運(yùn)用于拖動系統(tǒng)。許多企業(yè)和大學(xué)研究院聯(lián)合試制，將PLC和變頻器成功地應(yīng)用于龍門刨床，使龍門刨床的電氣性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都得到了極大的改善。例如大連機(jī)車車輛廠用變頻技術(shù)和PLC改造的龍門刨床的機(jī)械特性好、調(diào)速范圍寬，節(jié)能效果顯著，能夠滿足各種工藝要求。該系統(tǒng)的另一大優(yōu)點(diǎn)是變頻器的故障代碼顯示為排除故障提供了大量的

16、信息，大大縮短了故障排除時間。</p><p><b>　　1.5主要研究內(nèi)容</b></p><p>　?。?）學(xué)習(xí)、掌握龍門刨床的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。學(xué)習(xí)加工過程中充龍門刨床各部分的動作過程以及速度運(yùn)行的變化，理解手動加工和自動加工不同的操作方法。 </p><p>　?。?）了解龍門刨床自控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，分析、掌握控制程序的功能。學(xué)

17、習(xí)已有的總體設(shè)計方案，理解歐姆龍SYSMAC CP1E-N40DR-A的控制程序并會使用其進(jìn)行設(shè)備控制。</p><p>　?。?）利用MT4300C 觸摸屏界面建立龍門刨床刨臺的動態(tài)模型。學(xué)習(xí)使用EV5000軟件各部分功能的使用，最后能通過軟件建立龍門刨床刨臺運(yùn)動的動態(tài)模型。 </p><p>　　（4）連接控制器，測試仿真模型的功能。利用EV5000，來建立監(jiān)控畫面和參數(shù)輸入畫面的設(shè)計

18、，達(dá)到現(xiàn)場控制。</p><p>　?。?）在仿真模型的基礎(chǔ)上，完善控制程序。將完成的PLC控制程序下裝到EV5000仿真程序中，在手動輸入各參數(shù)和自動運(yùn)行兩種情況下觀察仿真設(shè)備的運(yùn)行情況，由此來找出其中的不足，達(dá)到完善PLC控制程序的目的。</p><p>　　2. 龍門刨床的結(jié)構(gòu)及電氣分析</p><p>　　2.1 刨床的作用及分類</p>&l

19、t;p>　　刨床是用刨刀對工件的平面、溝槽或成形表面進(jìn)行刨削的直線運(yùn)動機(jī)床。使用刨床加工，刀具較簡單，但生產(chǎn)率較低（加工長而窄的平面除外），因而主要用于單件，小批量生產(chǎn)及機(jī)修車間，在大批量生產(chǎn)中往往被銑床所代替。</p><p>　　牛頭刨床是用來刨削中、小型工件的刨床，工作長度一般不超過lm。工件裝夾可調(diào)整的工作臺上或夾在工作臺上的平口鉗內(nèi)，利用刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動（切削運(yùn)動）和工作臺的間歇移動（進(jìn)刀運(yùn)動）

20、進(jìn)行刨削加工的。龍門刨床是用來刨削大型工件的刨床，有些龍門刨床能夠加工長度為幾十米甚至幾十米以上的工件，如B2063型龍門刨床，工作臺面積為6.3m×20m，對于中、小型工件，它可以在工作臺上一次裝夾好幾個，還可以用幾把刨刀同時刨削，生產(chǎn)率比較高。</p><p>　　龍門刨床主要加工大型工件或同時加工多個工件。與牛頭刨床相比，從結(jié)構(gòu)上看，其形體大，結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，剛性好，從機(jī)床運(yùn)動上看，龍門刨床的主運(yùn)動是

21、工作臺的直線往復(fù)運(yùn)動，而進(jìn)給運(yùn)動則是刨刀的 橫向或垂直間歇運(yùn)動，這剛好與牛頭刨床的運(yùn)動相反。龍門刨床由直流電機(jī)帶動，并可進(jìn)行無級調(diào)速， 運(yùn)動平穩(wěn)。龍門刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平動。龍門刨床主要用來加工大平面，尤其是長而窄的平面，一般可刨削的工件寬度達(dá)1米，長度在3米以 上。龍門刨床的主參數(shù)是最大刨削寬度。</p><p>　　2.2 龍門刨床的結(jié)構(gòu)</p><p>　　龍門刨床作

22、為機(jī)械工業(yè)中的主要工作機(jī)床之一，主要用來加工機(jī)床床身、箱體、橫梁、立柱、導(dǎo)軌等大型機(jī)件的水平面、垂直面、傾斜面以及導(dǎo)軌面等,在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。 刨床設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)分為七個部分：床身、刨臺、橫梁、刀架、立柱、龍門頂和自動控制系統(tǒng)(電氣系統(tǒng))。如下圖所示：其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由六部分組成，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1龍門刨床結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　龍門刨床橫梁上的刀架

23、，可在橫梁導(dǎo)軌上作橫向進(jìn)給運(yùn)動，以刨削工件的水平面；立柱上的側(cè)刀架，可沿立柱導(dǎo)軌作垂直進(jìn)給運(yùn)動，以刨削垂直面。刀架亦可偏轉(zhuǎn)一定角度以刨削斜面。橫梁可沿立柱導(dǎo)軌上下升降，以調(diào)整刀具和工件的相對位置。龍門刨床主要用于加工大型零件上的平面或溝槽，或同時加工多個中型零件，尤宜于狹長平面的加工。龍門刨床上的工件一般用壓板螺栓壓緊。 在龍門刨床上，有一套復(fù)雜的電氣設(shè)備和路線系統(tǒng)，工作臺的運(yùn)動可無級調(diào)速。從整體上看，工作加工過程較為簡單。</p

24、><p>　　2.3龍門刨床的加工工藝特點(diǎn)</p><p>　　龍門刨床主要用來加工大型工件的各種平面、斜面、槽，特別適宜于加工大型的、狹長的機(jī)械零件，但加工精度要求不高，且機(jī)械加工制造業(yè)中廣泛使用的大型工件加工設(shè)備。 </p><p>　　其加工工藝特點(diǎn)是，被加工的工件固定在工作臺上，工件連同工作臺頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，工件的切削加工僅在工作進(jìn)程內(nèi)進(jìn)行，而返回進(jìn)程只作空

25、運(yùn)轉(zhuǎn)。刀架的進(jìn)給運(yùn)動是在工作臺于返回行程到工作行程地?fù)Q向期間內(nèi)進(jìn)行的，故龍門刨床的主運(yùn)動是工件連同工作臺的縱向往復(fù)，輔助運(yùn)動是刀架的進(jìn)給，抬刀、落刀和快速移動，橫梁的夾緊、放松和升降，以及工作臺的步進(jìn)、步 退等輔助動作。</p><p>　　2.4 龍門刨床的工藝流程對控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　龍門刨床對電力拖動的技術(shù)要求，龍門刨床是頻繁往復(fù)運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械，它的工作方式為循環(huán)方式

26、。前進(jìn)進(jìn)程是切削行程，后退不作切削，只讓工作臺為下一步切削做準(zhǔn)備，工作臺運(yùn)動示意圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 工作臺運(yùn)動示意圖</p><p>　　刨削加工時，工作臺應(yīng)能自動往復(fù)運(yùn)動。切削速度較高時，為減小刀具切入工件時的沖擊而使工件邊沿崩潰，工作臺應(yīng)降低速度使刀具慢速切入；在刀具離開工件之前，為防止工件邊緣剝裂，工作臺速度應(yīng)降低，使刀具慢速切出。由于返回行程比工作行程

27、速度高，為減小反向沖擊和停車的超程，也要求在工作行程和返回行程的末尾，先減速，然后反向升到高速或停車，這樣既準(zhǔn)確又可以減少對機(jī)械和電機(jī)的沖擊。</p><p>　　在實(shí)際工作中為了提高生產(chǎn)的效率，返回行程的速度大于前進(jìn)切削速度。由于不同的金屬材料和不同的加工工藝，必須要求控制系統(tǒng)具備： </p><p>　?。?）工作臺傳動具有比較寬的調(diào)速范圍和較硬的機(jī)械特性；</p>&l

28、t;p>　　（2）工作臺前進(jìn)切削和后退的過程中運(yùn)行平穩(wěn)，不振蕩，速度能單獨(dú)地作無級調(diào)速，無須停車； </p><p>　　（3）運(yùn)動方向地改變要平滑、迅速、沖擊力小，動作反應(yīng)快；</p><p>　?。?）在低速范圍內(nèi)切削力基本保持恒定狀態(tài)，靜差率小于3%；</p><p>　?。?）前進(jìn)與后退行程的末尾工作臺自動減速，反向準(zhǔn)確；</p><

29、;p>　?。?）傳動效率高，耗電量??；</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)簡單，可靠安全，易于維修保養(yǎng)。</p><p>　　本設(shè)計將根據(jù)龍門刨床加工工藝的特點(diǎn)，以及控制系統(tǒng)所具備的要求，運(yùn)用所學(xué)的電氣控制方面的專業(yè)知識，采用PLC對其B2010A型龍門刨床傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單的改造，以達(dá)到投資小、改造周期短、節(jié)能降耗等目的，彌補(bǔ)繼電器控制的不足，充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，以提高龍門刨

30、床的生產(chǎn)效率[4]。</p><p>　　2.5 刨臺變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成和控制要求</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)刨臺往復(fù)運(yùn)動的自動控制，需組成刨臺運(yùn)動控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2-3 所示?？刂破鞑捎脷W姆龍 CP1E-N40DR-A，刨臺拖動電機(jī)為異步電動機(jī)，采用歐姆龍SYSDRIVE 3G3MZ 系列變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。工作時，PLC 根據(jù)操作面板上的發(fā)令元件（如啟動按鈕）及刨臺位置

31、傳感器的狀態(tài)，結(jié)合控制邏輯發(fā)出控制指令到變頻器，使變頻器驅(qū)動刨臺拖動電機(jī)按照期望的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)拖動刨臺往復(fù)運(yùn)動，滿足刨床的自動加工要求。</p><p>　　圖2-3 控制流程圖</p><p>　　3. 龍門刨床的主回路設(shè)計及變頻器的選擇與參數(shù)設(shè)定</p><p>　　3.1 龍門刨床電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計</p><p>　

32、　龍門刨床主要涉及的有：主拖動、油泵、風(fēng)機(jī)、橫梁升降、橫梁夾緊，垂直及左、右側(cè)刀架等電機(jī)。油泵和風(fēng)機(jī)只有在主拖動電機(jī)啟動運(yùn)行時才可啟動，其余電機(jī)在正反向運(yùn)行之間形成電氣互鎖，主回路設(shè)計如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計當(dāng)中主要涉及到的是龍門刨床刨臺的控制系統(tǒng)，所以我們主要對其主拖動電機(jī)部分進(jìn)行了改造。如圖3-2所示。</

33、p><p>　　圖3-2 主電路部分</p><p>　　3.2 主拖動電機(jī)的選型</p><p>　　龍門刨床原直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)型號是ZBD-93-BL,功率為60KW,額定轉(zhuǎn)速為1000r/min,額定轉(zhuǎn)矩為： </p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　(1)式中P為

34、功率(KW)；T為轉(zhuǎn)矩(Nm )；n為轉(zhuǎn)速(r/min)[6]。</p><p>　　通過計算比較,與直流電動機(jī)參數(shù)比較接近的交流電機(jī)式55KW的6極電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩為525.53Nm。由于變頻器的低速調(diào)速性能不是很好,為了提高實(shí)際使用的變頻器最低頻率,決定選用55KW的8極變頻電動機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩為700.7Nm。為了解決低速時電動機(jī)的散熱問題，變頻電動機(jī)上還安裝配備了一個風(fēng)機(jī)，變頻電動機(jī)工作時風(fēng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

35、通過以上計算，55KW的8極變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比原來的直流電動機(jī)大，能夠滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍的要求。</p><p>　　3.3 變頻器的選擇</p><p>　　3.3.1 調(diào)速系統(tǒng)簡述</p><p>　　龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，即電機(jī)擴(kuò)大機(jī)，直流發(fā)電機(jī)，直流電動機(jī)組系統(tǒng)，如圖3-3所示。采用的是機(jī)械比2：1和電氣調(diào)速范圍為10：1的機(jī)電

36、聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-3 A-G-M調(diào)速系統(tǒng)圖</p><p>　　電機(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動機(jī)（A-G-M）調(diào)速系統(tǒng)，它涉及電機(jī)多，占地面積大、噪聲污染嚴(yán)重、調(diào)速范圍很窄，尤其交流電動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)浪費(fèi)電能很嚴(yán)重，而且電控部分采用繼電器邏輯控制，線路復(fù)雜，故障率高，檢修、維修困難。</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)和微電子技

37、術(shù)得到飛速的發(fā)展，以及矢量控制技術(shù)的完善，A-G-M調(diào)速系統(tǒng)在技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日新月異的變頻調(diào)速技術(shù)，使得變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛使用在調(diào)速方面。</p><p>　　3.3.2 變頻器選型</p><p>　　根據(jù)前述龍門刨床拖動系統(tǒng)的工作要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備條件和通過查閱有關(guān)資料，與多種同類變頻器反復(fù)比較論證后，決定選用3G3MZ系列變頻器。</p><p>　

38、　SYSDRIVE 3G3MZ 系列變頻器是由日本OMRON集團(tuán)生產(chǎn)的一種搭載矢量控制的高性能變頻器，具有高品質(zhì)、多功能、低噪音等功能，優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：</p><p>　?。?）通過無傳感器矢量控制的強(qiáng)大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)豐富應(yīng)用在0.5Hz 運(yùn)轉(zhuǎn)時，可以輸出電機(jī)額定值的150％的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　（2）標(biāo)準(zhǔn)搭載RS485 通信，能簡單地與可編程邏輯控制器（PLC ）等上位機(jī)連接。另外

39、，可搭載選件還能對應(yīng)DeviceNet Profibus CANopen選項(xiàng)單元等各種現(xiàn)場總線。</p><p>　?。?）對應(yīng)各種輸入，擴(kuò)展I/O 板可增設(shè)變頻器輸入/ 輸出，對應(yīng)有各種輸入以對應(yīng)豐富應(yīng)用。另外使用擴(kuò)展I/O 板( 開發(fā)中) 便可再次增加I/O 。模擬輸入2 點(diǎn)：電壓輸入0 ～10V ，電壓輸入4 ～20mA （可變更為電壓輸入）計數(shù)器輸入1 點(diǎn)：計數(shù)250Hz 以下的脈沖，可用于簡易定位等。多

40、功能輸入6 點(diǎn)：請選擇搭載功能使用。多功能輸出2 點(diǎn)：搭載繼電器輸出和晶體管輸出2 點(diǎn)。模擬輸出1 點(diǎn)：可按輸出頻率和輸出電流的比例輸出模擬電壓。PTC 熱敏輸入：可在電機(jī)的加熱保護(hù)中使用PTC 熱敏保護(hù)來對應(yīng)。</p><p>　?。?）內(nèi)置對應(yīng)CE規(guī)格的噪音濾波器，無需擔(dān)心對自外圍設(shè)備的噪音影響，并有效對應(yīng)CE規(guī)格。由于是內(nèi)置噪音濾波器，因此無需控制柜內(nèi)的噪音濾波器空間，實(shí)現(xiàn)控制柜的小型化、效率化</p

41、><p>　?。?）Side by side 設(shè)置提高控制柜效率，使用環(huán)境溫度保持在0 ～40℃時，便可進(jìn)行Side By Side設(shè)置（相鄰距離0）。變頻器間或外圍設(shè)備間的距離為0 且配合上述中所提到的內(nèi)置噪音濾波器，便能大幅實(shí)現(xiàn)控制柜的小型化以及效率化。</p><p>　?。?）充分搭載使用簡單的便利功能，在已往變頻器的基礎(chǔ)上，充分搭載使用簡單的豐富功能。PID 控制功能和PID 控制休

42、眠功能：搭載能更有效使用變頻器的PID 控制。還增加了在控制效果低下時能自動休眠的功能。內(nèi)部輸入功能：無需進(jìn)行變頻器控制端子的配線，通過內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定便能控制變頻器輸出輸入的功能。在電源ON的狀態(tài)下單體動作時有效。載波頻率設(shè)定：可設(shè)定至15kHz 以降低電機(jī)的噪音（但變頻器的額定輸出電流也會降低）。外部制動器輸出：控制電機(jī)停止的外部制動器的時間輸出，可以通過這個功能進(jìn)行設(shè)定。簡單更換風(fēng)扇：無需拆開變頻器，輕輕一觸便可拆卸、安裝[7]。

43、</p><p>　　3.3.3變頻器的基本運(yùn)行配線圖</p><p>　　變頻器的基本運(yùn)行配線圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 變頻器的基本運(yùn)行配線</p><p><b>　　端子功能介紹：</b></p><p>　　（1） 控制回路端子顯示為初始設(shè)定的NPN配線?？赏ㄟ^時

44、序輸入方法切換SW 的設(shè)定變更為PNP 輸入。</p><p>　?。?）多功能模擬輸入顯示為初始設(shè)定的電流輸入（4 ～20mA）。可通過多功能模擬輸入方法切換 SW 和參數(shù)設(shè)定變更為電壓輸入（0 ～10V ）。</p><p>　?。?） RS485 的配線請用標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 用連接器配線。</p><p>　?。?） 模擬輸入和模擬輸出共用模擬公共端。&l

45、t;/p><p>　　3.4變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.4.1 參數(shù)的初始化（n0.02）</p><p>　　首先，為了不受過去設(shè)定的參數(shù)的影響，請先進(jìn)行參數(shù)初始化。如表3-1所示：</p><p>　　表3-1 n0.02范圍</p><p>　　本變頻器有“9”（最高頻率 50Hz時的初始化）和“10”

46、（最高頻率 60Hz時的初始化），因此可以使用的電機(jī)的額定頻率進(jìn)行初始化。我們模擬使用的是50Hz三相異步電動機(jī)，所以設(shè)置參數(shù)為“9”，可禁止全部參數(shù)的寫入。請勿設(shè)定未使用的設(shè)定值（2 ～8）。</p><p>　　設(shè)定值的說明如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 n0.02設(shè)定值說明</p><p>　　3.4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)指令的選擇（n2.01）<

47、/p><p>　　如表3-3所示為n2.01范圍：</p><p>　　表3-3 n2.01范圍</p><p>　　設(shè)定值的說明如表3-4所示：</p><p>　　表3-4 n2.01設(shè)定值</p><p>　　3.4.3 多功能輸入1/2 功能選擇（n4.04）</p><p>　　如表3-

48、5所示為n4.04范圍</p><p>　　表3-5 n4.04范圍</p><p>　　設(shè)定值的說明表3-6所示：</p><p>　　表3-6 n4.04設(shè)定值</p><p>　　※1.通過n4.04＝3設(shè)定3線序的話，便使多功能輸入3（n4.05）的設(shè)定無效，而分配為3線序。如圖3-5為變頻器內(nèi)部接線圖</p><

49、p>　　圖3-5 內(nèi)部連線圖</p><p>　　3.4.4 頻率指令的選擇（n2.00、n2.09、n2.10）</p><p>　　如表3-7所示為n2.00、n2.09范圍</p><p>　　表3-7 n2.00、n2.09范圍</p><p>　　選擇向變頻器輸入頻率指令的方式。</p><p>　　在

50、第二頻率指令的選擇 (n2.09) 時，請設(shè)定第 2 條頻率指令的輸入方式。第二頻率指令可使用以下2 種方式。</p><p>　?。?）過n2.10( 第二頻率指令的動作選擇) 作為頻率指令的輔助輸入。</p><p>　?。?）在多功能輸入(n4.05 ～n4.08) 中設(shè)定“22( 第二頻率指令) ”，并切換使用頻率指令和第二頻率指令。</p><p>　　設(shè)

51、定值的說明如表3-8所示：</p><p>　　表3-8 n2.00、n2.09、n2.10 設(shè)定值</p><p>　　※1.將旋鈕調(diào)到MAX時，變?yōu)樽罡哳l率（FMAX ）。</p><p>　　※2.以10V 輸入時，為最高頻率（FMAX ）。</p><p>　　※3.以20mA 輸入時，為最高頻率（FMAX ）。</p>

52、<p>　　3.4.5 變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　根據(jù)以上各個參數(shù)的解釋，最后根據(jù)設(shè)計的要求所設(shè)定的參數(shù)如下：</p><p>　　參數(shù)n0.02=9；最高頻率50Hz時的初始化；</p><p>　　參數(shù)n2.01=1；控制回路端子（2 線序及3 線序）有效（操作器中STOP 鍵也有效）；</p><p>　　參數(shù)n4

53、.04=1；2線序（S1端子：運(yùn)轉(zhuǎn)／停止、S2端子：正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)）；</p><p>　　參數(shù)n2.00=2；頻率指令輸入A1端子（電壓輸入0～10V ）有效[8][9]。</p><p>　　4. PLC的控制接線與I/O擴(kuò)展單元</p><p>　　4.1 龍門刨床PLC控制系統(tǒng)的組成與PLC的選型</p><p>　　4.1.1龍門刨床P

54、LC控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　龍門刨床PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成主要有，主傳動調(diào)速換向控制，刀架進(jìn)給、抬刀和快速移動控制，以及橫梁的移動、夾緊、放松、升降等部分組成。本實(shí)驗(yàn)由于時間問題所以僅僅做了主傳動調(diào)速換向控制的設(shè)計。</p><p>　　龍門刨的刨削過程是工件與刨刀相對運(yùn)動的過程。因此工作臺與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，切削加工只在正向工作行程中，返回行程刨刀提起，工作臺快速返回。

55、在切削過程中刀架沒有進(jìn)給運(yùn)動，只有在返回行程中才有刀架的進(jìn)給運(yùn)動。其中，工作臺與工件間的往復(fù)運(yùn)動稱為主運(yùn)動，橫梁、刀架的運(yùn)動稱作輔助運(yùn)動。本設(shè)計的目的是實(shí)現(xiàn)刨臺的自動往復(fù)運(yùn)動。</p><p>　　4.1.2 PLC的選型</p><p>　　目前，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的PLC產(chǎn)品，但不管選擇那種系列的PLC，要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不可以盲目貪大求全，以免造成投資

56、和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇應(yīng)以幾個方面考慮：</p><p>　　（1）對輸入/輸出點(diǎn)的選擇 </p><p>　　盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定的浪費(fèi)，要先弄清控制系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需點(diǎn)數(shù)的15%~20%留以備用量，為系統(tǒng)的改造留有余地，且一般同時接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的60%。 </p><p>　?。?）對存儲容量的選擇 </p&g

57、t;<p>　　一般按估算容量的50%~100%留有裕量，對缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計者選擇容量時留有裕量要大一些。 </p><p>　?。?）按輸入/輸出響應(yīng)時間選擇 </p><p>　　對開關(guān)量的系統(tǒng)，PLC的輸入/輸出響應(yīng)時間一般都滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮響應(yīng)問題，但對模擬量控制的系統(tǒng)特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。</p><p>　　本設(shè)計通過

58、以上幾方面的考慮和比較，根據(jù)所需PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地，選擇PLC的基本單元的型號為OMRON SYSMAC CP1E-N40DR-A。SYSMAC CP1E 可編程控制器是一種由歐姆龍制造的設(shè)計用于簡單應(yīng)用的集成式PLC 。 CP1E 包含了通過基本、移動、算術(shù)和比較指令能夠用于標(biāo)準(zhǔn)控制操作的E 型CPU 單元（基本型號），以及支持連接到可編程終端、變頻器和伺服驅(qū)動的N 型CPU 單元（應(yīng)用型號）。</p>

59、;<p>　　CP1E-N40DR-A系列是CP1E系列中功能最強(qiáng)CP1E-N40DR-A的電源電壓為AC220V，最大I/O點(diǎn)數(shù)160個，內(nèi)置I/O點(diǎn)數(shù)40，24個 輸入，16 個輸出[8] [10]。</p><p>　　4.2 PLC的介紹</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)使用的PLC是CP1E-N40DR-A具體各個配置說明如圖4-1所示：</p><

60、p>　　圖4-1 CP1E CPU 單元的型號配置</p><p>　　在設(shè)計中，我們使用的是CP1E的應(yīng)用型，40點(diǎn)I/O容量，DC輸入，繼電器輸出，電源為AC的可編程邏輯控制器[15]。</p><p>　　4.3 PLC的輸入輸出點(diǎn)的分配</p><p>　　4.3.1 PLC I/O輸入點(diǎn)數(shù)分配表</p><p>　　如表4-1

61、所示為I/O輸入點(diǎn)數(shù)分配：</p><p>　　表4-1 PLC I/O輸入點(diǎn)數(shù)分配</p><p>　　4.3.2 PLC I/O輸出點(diǎn)數(shù)分配表</p><p>　　如表4-2所示為I/O輸出點(diǎn)數(shù)分配</p><p>　　表4-2 PLC I/O輸出點(diǎn)數(shù)分配</p><p>　　4.4 I/O擴(kuò)展單元</p&g

62、t;<p>　　在這次設(shè)計中我們所使用的I/O擴(kuò)展單元為CPM1A-MAD02-CH，CPM1A-MAD02四入一出模擬量輸入輸出單元，具體輸入與輸出端子如表4-3、4-4</p><p><b>　　表4-3 輸入端子</b></p><p><b>　　表4-4 輸出端子</b></p><p>　　CP

63、M1A-MAD01的設(shè)置方法，在第一個掃描周期把設(shè)置字寫入n+1通道設(shè)置字如下表4-5所示：</p><p>　　表4-5 CPM1A-MAD01的設(shè)置方法</p><p><b>　　例如圖4-2：</b></p><p>　　圖4-2 CPM1A-MAD01 設(shè)置示意圖</p><p>　　CPM1A-MAD02與C

64、PM1A-MAD01的使用方法類似，不同的是設(shè)置字不在n+1，而是n+2；如果后面還有CPM1A-MAD02擴(kuò)展，則后者的輸出在n+3，設(shè)置字在n+4[16]。</p><p>　　4.5 PLC控制接線圖</p><p>　　PLC控制接線如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 PLC控制接線</p><p>　　4.6 PLC控制

65、流程</p><p>　　刨臺首先判斷刨臺是否為往復(fù)運(yùn)動，如果是，則刨臺前進(jìn)，SQ4=1，刨臺以V0的速度切入，準(zhǔn)備進(jìn)行加工；然后碰到行程開關(guān)SQ3=1，是刨臺加速到VF，當(dāng)刨臺脫離了SQ4后，碰到了SQ2，使SQ2=1后，刨臺開始減速到V0；當(dāng)刨臺脫離了SQ3后，碰到了SQ1，使SQ1=1后，刨臺減速到0后，進(jìn)行換向；然后直接加速至VF快速返回，在脫離SQ2后，碰到SQ3，使SQ3=1，減速至V0；然后脫離SQ

66、3碰到SQ4，刨臺繼續(xù)減速至0，實(shí)現(xiàn)脫離刨臺，再按一次啟動可進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 PLC控制流程圖</p><p>　　5. PLC的控制程序設(shè)計</p><p>　　5.1 PLC程序設(shè)計概述</p><p>　　設(shè)計PLC程序有3種方法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法、繼電器電路轉(zhuǎn)換法和順序控制設(shè)計法。</p&g

67、t;<p>　　經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷修改、完善和調(diào)試，最后才能得到一個滿意的結(jié)果。這種設(shè)計方法沒有規(guī)律可循，最后的結(jié)果不是惟一的，設(shè)計所用的時間和質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，該方法一般只用于較簡單的梯形圖設(shè)計。</p><p>　　繼電器電路圖轉(zhuǎn)換法用于將繼電器控制系統(tǒng)改造為PLC控制。由于原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用和考驗(yàn)，已被證明能

68、完成系統(tǒng)要求的控制功能，因此可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用PLC的外部硬件接線圖和梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。</p><p>　　順序控制設(shè)計法是建立在順序功能圖基礎(chǔ)上的“標(biāo)準(zhǔn)化”的編程方法。用它設(shè)計出的程序很容易調(diào)試、修改和閱讀。對于控制要求很復(fù)雜的系統(tǒng)，使用該方法可以節(jié)約大量的時間，獲得滿意的設(shè)計效果。</p><p>　　本論文采用比較簡單，并容易編程的繼電器電路轉(zhuǎn)換

69、法，這種方法用于將繼電器控制系統(tǒng)改造為PLC控制。由于原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)長期的使用和考驗(yàn)，已被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，因此可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用PLC的外部硬件接線圖和梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。</p><p>　　5.2 梯形圖編程語言的特點(diǎn)</p><p>　　梯形圖編程語言是最常用的一種編程語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，

70、電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖得到了廣泛的應(yīng)用，主要有以下特點(diǎn)： </p><p>　?。?）與電氣操作原圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；</p><p>　?。?）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于掌握和學(xué)習(xí)；</p><p>　　（3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是

71、實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器。</p><p>　?。?）與布爾助記符編程語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。</p><p>　　5.3 控制程序設(shè)計分析 </p><p>　　5.3.1 刨臺的調(diào)速要求</p><p>　　不同系列龍門刨床的調(diào)速范圍各異，通常的調(diào)速范圍為 10－30。刨臺在刨削過程中不斷

72、地作往復(fù)周期運(yùn)動，往復(fù)一次為一個加工周期。一個周期中速度的變化情況如圖5-1所示。圖中畫出了刨臺在6 個特征時刻(t1~t6) 的位置，以及工件與刀具的位置關(guān)系。下面的速度曲線（縱坐標(biāo)為速度V，橫坐標(biāo)為位置X）描述了刨臺運(yùn)動過程中，刨臺在不同位置及運(yùn)動方向時速度的變化軌跡。 </p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)自動控制，在刨臺下方設(shè)置了4 個接近開關(guān) S1~S4 ，用來檢測刨臺的位置。接近開關(guān)的動作規(guī)律如下：當(dāng)刨臺運(yùn)動

73、到接近開關(guān)上方時，開關(guān)動作，輸出為高電平，圖中用填充的矩形來表示。當(dāng)刨臺離開接近開關(guān)后，開關(guān)復(fù)位，輸出為低電平，圖中用空心的矩形來表示。4 個接近開關(guān)將刨臺的運(yùn)動行程劃分為5 個區(qū)間，在速度曲線中用 1～5 來表示。在刨臺的左端定義了一個參考點(diǎn)，用圓點(diǎn)表示。將參考點(diǎn)所在的區(qū)間定義為刨臺所處的區(qū)間。在上述定義基礎(chǔ)上，一個工作周期中，刨臺的運(yùn)動特點(diǎn)和調(diào)速要求如下： </p><p>　　（1）t1 ～t2 段：刨刀切

74、入工件階段。設(shè)一個工作周期從 t1 時刻開始，此時刨臺處于整個行程的最右端。從t1 時刻開始，刨臺前進(jìn)，接近刨刀，為防止工件被崩壞，采用低速V0。 </p><p>　?。?）t2 ～t3 段：刨削段。刨刀切入工件后，為提高加工效率，可將刨臺運(yùn)動速度提高為刨削速度VF。 </p><p>　?。?）t3 ～t4 段：刨刀退出工件的階段。為防止將工件帶壞，采用低速V0。 </p>

75、<p>　?。?）t4 ～t5 段：返回段。返回過程屬于空行程，為了節(jié)省返回時間，提高工作效率，返回速度應(yīng)盡可能高些，采用高速VR。</p><p>　　（5）t5 ～t6 段：緩沖段。刨臺返回結(jié)束位置前，為了減小沖力，使再次反向進(jìn)入下一周期時能夠比較平緩，應(yīng)將速度降至V0。之后，便進(jìn)入下一周期，重復(fù)上述過程。</p><p>　　圖5-1 刨臺工作周期示意圖</p&g

76、t;<p>　　5.3.2 刨臺變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成和控制要求</p><p>　　刨臺變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制要求如下：</p><p>　?。?）工作方式選擇 </p><p>　　利用操作面板（在模擬器上）上的開關(guān)S5實(shí)現(xiàn)工作方式選擇功能：自動方式和手動方式。 </p><p>　?。?）自動方式下的控制要求 </p

77、><p>　　在自動方式下，用操作面板上的PB1 和PB2 按鈕來控制系統(tǒng)的啟動和停止。系統(tǒng)啟動后，PLC 根據(jù)刨臺上接近開關(guān)的位置檢測信號及刨臺的調(diào)速要求，用開關(guān)量輸出來選擇變頻器的頻率給定源，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)刨臺往復(fù)周期運(yùn)動。根據(jù)調(diào)速要求，可將速度控制的邏輯關(guān)系歸納為表5-1。</p><p>　　表5-1 刨臺運(yùn)行狀態(tài)與接近開關(guān)的關(guān)系</p><p>　　

78、變頻器的頻率設(shè)定方式為：V0 設(shè)定好后，刨臺工作時不做實(shí)時調(diào)整。而VF 和VR的設(shè)定值在加工過程中，應(yīng)能夠根據(jù)不同的工藝要求做實(shí)時調(diào)節(jié)。所以，可采用模擬器上的電位器P1和P2來設(shè)定和調(diào)節(jié)這兩個頻率設(shè)定值。 </p><p>　?。?）手動方式下的控制要求 </p><p>　　在手動方式下，用模擬器上的PB1 和PB2 按鈕來控制電機(jī)點(diǎn)動正轉(zhuǎn)和點(diǎn)動反轉(zhuǎn)，從而手動調(diào)整刨臺的位置。點(diǎn)動運(yùn)行時頻

79、率設(shè)定值一般較低（10Hz 以下），設(shè)定好后不需實(shí)時調(diào)整。 </p><p>　　（4）狀態(tài)指示和報警信息 </p><p>　　自動方式下，系統(tǒng)啟動后，操作面板上 L1 指示燈亮，停止時，L1 滅。若系統(tǒng)啟動后，變頻器未進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，延時 5S 后，L6 指示燈亮，表示系統(tǒng)報警。系統(tǒng)正常運(yùn)行時或停止時，L6滅。 </p><p>　?。?）遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求 <

80、/p><p>　　利用觸摸屏設(shè)計遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對“刨臺變頻調(diào)速控制系統(tǒng)”運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　5.3.2 工作臺控制程序設(shè)計分析</p><p>　　龍門刨床工作臺主要控制方式分為點(diǎn)動和自動循環(huán)兩種，點(diǎn)動包括點(diǎn)進(jìn)和點(diǎn)退，目的是調(diào)整工作臺到達(dá)合適的位置，以便擺放、固定加工工件。點(diǎn)進(jìn)、點(diǎn)退階段是工件加工前的準(zhǔn)備階段，工作臺點(diǎn)進(jìn)和點(diǎn)退時，不能壓住

81、前進(jìn)換向行程S4和后退換向行程S1。</p><p>　　工作臺的自動往返運(yùn)動是對工件進(jìn)行加工的過程，是龍門刨床的主運(yùn)動，它是由裝在床身的六只行程開關(guān)來控制的。在工作臺自動運(yùn)行的開始階段，要求工作臺處于前進(jìn)減速行程S2和后退減速行程S3之間，如果工作臺沒有在該范圍內(nèi)，要點(diǎn)動調(diào)整到該范圍。 </p><p>　　工作臺工作時，工作臺先低速切入，W1.00和W0.01輸出，然后至加工速度，Q1

82、00.00輸出，碰到S2，工作臺減速，W0.03輸出，碰到S1后，工作臺換向并高速空車返回，W1.00和Q100.01輸出，碰到S3后，工作臺減速，W0.02輸出，在后退減速過程中完成刀架回到動作，碰到S4后，工作臺換向并低速切入，W0.01輸出，如此反復(fù)工作臺就能實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)[11]。</p><p>　　5.5程序梯形圖編制</p><p>　　5.5.1 模擬器梯形圖編制</p

83、><p>　　在設(shè)計編制控制程序時，不僅要滿足工藝流程的控制需要，除此之外，還要考慮到上一小節(jié)所分析的常見故障，在編寫過程中將以上故障程序滲透到控制程序中，使編制的控制程序能夠滿足龍門刨床工作運(yùn)行及控制要求。</p><p>　　在編制時考慮了工作刀架的運(yùn)行方式，我們編制一個自動反饋的系統(tǒng)來完成刨臺運(yùn)行的模擬工作，我們使用了PLC的模擬量利用模擬輸出端口對變頻器給出型號，使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后利用

84、變頻器上AM端口的反饋型號，反饋回到PLC的模擬輸入單元3號端口，進(jìn)行程序的糾正，這樣就形成了自動反饋模擬控制，具體梯形圖如附錄1。</p><p>　　5.5.2 控制梯形圖編制</p><p>　　再有了模擬器以后，我們需要對涉筆進(jìn)行控制，比如點(diǎn)動、自動的切換，刨臺的啟動與停止做了一系列的控制程序來實(shí)現(xiàn)這些工作，控制程序的梯形圖圖附錄1所示。</p><p>&

85、lt;b>　　6. 人機(jī)界面設(shè)計</b></p><p>　　6.1 觸摸屏的工作原理</p><p>　　6.1.1 觸摸屏概述</p><p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，在90年代初，出現(xiàn)了一種新的人機(jī)交互技術(shù)——觸摸屏技術(shù)。利用這種技術(shù)，使用者只要用手指輕輕地觸碰計算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的操作或查詢，這樣就擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操

86、作，從而大大地提高了計算機(jī)的可操作性。</p><p>　　觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要觸摸屏幕上的圖形對象，計算機(jī)便會執(zhí)行相應(yīng)的操作。人的行為和機(jī)器的行為變得簡單、直接、自然，達(dá)到完美的統(tǒng)一。觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　觸摸屏的基本原理如下：用戶用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置的坐標(biāo)被觸摸屏控制器檢測，并

87、通過通信接口（例如RS-232C或RS-485串行口）送到CPU，從而得到輸入的信息。</p><p>　　觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個部分：觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制器的主要作用是接收來自觸摸點(diǎn)檢測裝置的觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，例如動態(tài)地顯示開關(guān)量和模擬量。觸摸檢測裝置安裝在顯示器的顯示表面，用于檢測用戶的觸摸位置，再將該處的信息傳送給觸摸屏控

88、制器。</p><p>　　觸摸屏也從低檔向高檔發(fā)展，從紅外線式、電阻式到電容感應(yīng)式，現(xiàn)在發(fā)展到了表面聲波觸摸屏和五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)[12]。</p><p>　　6.1.2電阻式觸摸屏的工作原理</p><p>　　電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)檢測觸模點(diǎn)的位置，能承受惡劣的環(huán)境因素的干擾，但手感和透光性較差。</p><

89、p>　　電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面配合得很好的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫做ITO 的透明的金屬氧化物（如氧化銦）導(dǎo)電層。上面覆蓋一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層導(dǎo)電層(ITO或鎳金)，在兩層導(dǎo)電層之間有許多小于千分之一英寸的透明絕緣的隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置接觸，控制器偵測到這個接觸點(diǎn)并計算出X、Y軸的位置。</p>

90、<p>　　電阻觸摸屏不怕灰塵、水汽和油污，可以用物體來觸摸，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室使用。因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，其缺點(diǎn)是太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏。</p><p>　　6.1.3 觸摸屏在工業(yè)控制中的應(yīng)用</p><p>　　PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用的工業(yè)自動控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別適于在惡

91、劣的工業(yè)環(huán)境使用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一。</p><p>　　很多工業(yè)被控對象要求控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的人機(jī)接口功能，用來實(shí)現(xiàn)操作人員與計算機(jī)控制系統(tǒng)之間的對話和相互作用。它們用來顯示控制器的I/O狀態(tài)及各種系統(tǒng)信息，接收并執(zhí)行操作人員發(fā)出的各種命令。很多設(shè)備需要在現(xiàn)場環(huán)境使用的人機(jī)接口裝置，它們一般安裝在控制屏上。</p><p>　　觸摸屏的按鍵在屏幕上，總的面積小，每個畫面

92、可以設(shè)置不同的按鍵，每個按鍵的意義可由用戶設(shè)置，使用直觀方便，可以在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下使用，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　觸摸屏是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等，來處理或監(jiān)控不斷變化的信息。過去的操作界面需要熟練的操作員才能操作，而且操作困難。使用觸摸屏和計算機(jī)控制后，能明確告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，給出操作的提示，使操作變得簡單生動

93、，可以減少操作失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機(jī)器設(shè)備。使用觸摸屏還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，用畫面上的按鈕和指示燈等代替相應(yīng)的硬件元件，減少PLC所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低系統(tǒng)的成本。由于顯示面板的小型化及高性能，提高了整套設(shè)備的附加價值。</p><p>　　隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機(jī)器與現(xiàn)場操作都趨向于使用觸摸屏，過去應(yīng)用的主要的障礙是它的價格較高?，F(xiàn)在某些品牌的10.4”觸摸屏的價格已降至7

94、000元左右，5.7”單色觸摸屏的價格降至2000元以下，觸摸屏已經(jīng)處于一個大規(guī)模推廣應(yīng)用的臨界時間點(diǎn)，將成為現(xiàn)代工業(yè)必不可少的設(shè)備之一。</p><p>　　在設(shè)計有觸摸屏的控制系統(tǒng)時，需要解決觸摸屏的畫面設(shè)計(即組態(tài))和觸摸屏與控制器通信的問題。觸摸屏生產(chǎn)廠家用觸摸屏的組態(tài)軟件很好地解決了這兩個問題。使用組態(tài)軟件，可以很容易地生成觸摸屏的畫面，用文字或圖形動態(tài)地顯示PLC中的開關(guān)量的狀態(tài)和數(shù)字量的數(shù)值。通過各

95、種輸入方式，將操作人員的開關(guān)量命令和數(shù)字量設(shè)定值傳送到PLC。畫面的生成是可視化的，完全不需要用戶編程，組態(tài)軟件的使用簡單方便，很容易掌握。</p><p>　　只需要在生成畫面時將圖形對象與控制器中的存儲器地址聯(lián)系起來，就可以實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的自動數(shù)據(jù)交換。為了實(shí)現(xiàn)它們之間的通信，只需要對通信參數(shù)進(jìn)行簡單的設(shè)置，用戶不用為觸摸屏和PLC之間的通信編程[12]。</p><p>　　

96、6.2 MT4300C觸摸屏簡介</p><p>　　6.2.1 MT4300C的基本性能</p><p>　　EVIEW人機(jī)產(chǎn)品是中國最早最專業(yè)的工業(yè)級人機(jī)界面品牌之一，自2002年進(jìn)入中國大陸市場以來，以其專業(yè)的品質(zhì)、卓越的性能、合理的價格得到了市場的最大認(rèn)可，產(chǎn)品銷量及市場占有率居同行業(yè)之首，EVIEW品牌曾被業(yè)界權(quán)威媒體工控網(wǎng)評為“工控TOP10”第一名、美國Control Eng

97、ineering雜志評選的“中國最有影響的人機(jī)界面品牌”第一名、年度“最佳人機(jī)界面產(chǎn)品”獎。EVIEW — 是您人機(jī)界面產(chǎn)品的首選品牌！</p><p>　　EVIEW人機(jī)產(chǎn)品主要包括：MT500系列人機(jī)界面、MT4000系列人機(jī)界面、MT5000系列人機(jī)界面和MD200系列文本顯示器、MD300系列文本顯示器。其他配套工控產(chǎn)品包括：SP系列軌道式安裝開關(guān)電源和TC系列多功能計時計數(shù)器等。我們的人機(jī)界面品種齊全、

98、性能卓越可以滿足不同客戶的不同需求。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于制藥機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、食品機(jī)械、塑料機(jī)械、煙草機(jī)械、工程機(jī)械、水電設(shè)備等行業(yè)。我們的目標(biāo)是為工控行業(yè)提供最好的人機(jī)界面產(chǎn)品和配套服務(wù)。展望未來我們將作的更好！</p><p>　　MT4300C是5.6"彩色TFT液晶觸摸屏，320 ×234點(diǎn)像素。通信口COM1有一個用于PC的RS-232口和一個用于PLC的RS-

99、485口，COM2是用于PLC的RS-232口。它還有一個標(biāo)準(zhǔn)的并行打印機(jī)接口。電源電壓為DC 24V，430mA[13]。</p><p>　　6.2.2 MT4300C通信的設(shè)置與操作</p><p>　?。?）通信電纜的接線</p><p>　　觸摸屏背面的PC&PLC通信端口是連接PC機(jī)的編程口和連接RS-485外部設(shè)備的通信口，通過USB線與PC相

100、連接。</p><p>　?。?）EV5000組態(tài)軟件</p><p>　　EV5000組態(tài)軟件是專門用來MT4000和MT5000系列專用系統(tǒng)綜合設(shè)計軟件。在EV5000中，可以選擇在線模擬、離線模擬、上傳、下載，和進(jìn)入觸摸屏的組態(tài)軟件用來配置各種元件和生成畫面，在其中也可以下載、在線模擬或離線模擬。</p><p>　　6.3 觸摸屏畫面的設(shè)計</p>

101、;<p>　　6.3.1 觸模屏畫面的總體規(guī)劃</p><p>　　規(guī)劃比較復(fù)雜的系統(tǒng)的觸摸屏畫面時，首先應(yīng)考慮設(shè)置主畫面。</p><p>　　主畫面是最重要的畫面，系統(tǒng)運(yùn)行時一般顯示主畫面，主畫面應(yīng)顯示系統(tǒng)主要的信息，并能進(jìn)行最頻繁的操作。</p><p>　　應(yīng)仔細(xì)劃分系統(tǒng)的功能，將同一功能的輸入、輸出信息放在一個畫面中，便于對該功能的操作和監(jiān)視

102、[13]。</p><p>　　6.3.2 主畫面的設(shè)計</p><p>　　主畫面見圖6-1所示，形象直觀地顯示龍門刨床工作臺的往復(fù)運(yùn)動狀態(tài)工作臺有關(guān)的限位開關(guān)的通斷狀態(tài)。用指示燈顯示工作臺的各種狀態(tài)，例如前進(jìn)、后退、慢速切入、前進(jìn)減速和后退減速，以及工作臺步進(jìn)和步退。還用指示燈顯示變頻器的狀態(tài)，以及進(jìn)刀、退刀等。</p><p><b>　　c<

103、/b></p><p>　　圖6-1 觸摸屏主界面</p><p>　　在主畫面顯示兩個最主要的模擬量——主電動機(jī)的速度和各種狀態(tài)顯示和各個階段的速度設(shè)置。</p><p>　?。?）速度顯示：用的是PLC元件中的數(shù)值顯示，設(shè)置相應(yīng)的地址D5，即可以在觸摸屏上時刻的監(jiān)視刨臺的運(yùn)行速度。</p><p>　?。?）狀態(tài)顯示：用的是PLC元

104、件中的數(shù)值顯示，設(shè)置相應(yīng)的地址D101，即可以在觸摸屏上時刻的監(jiān)視刨臺運(yùn)行的位置。</p><p>　?。?）啟停狀態(tài)：用的是PLC元件中的位狀態(tài)指示燈，設(shè)置相應(yīng)的地址W1.03，即可以在觸摸屏上時刻的監(jiān)視刨臺是否處于停滯和運(yùn)行的狀態(tài)。</p><p>　?。?）正反轉(zhuǎn)狀態(tài)：用的是PLC元件中的位狀態(tài)指示燈，設(shè)置相應(yīng)的地址W0.00，即可以在觸摸屏上時刻的監(jiān)視刨臺的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。

105、</p><p>　?。?）手/自動：用的是PLC元件中的位狀態(tài)指示燈，設(shè)置相應(yīng)的地址W0.05，即可以在觸摸屏上時刻的監(jiān)視刨臺是否出去自動或者手動的運(yùn)氣狀態(tài)。</p><p>　?。?）V0、VF、VR設(shè)置：用的是PLC元件中的數(shù)值輸入，設(shè)置相應(yīng)的地址D110、D120、D130，即可以在觸摸屏上根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)置刨臺運(yùn)行在各個階段速度。</p><p>　　（7

106、）刨床刨臺：用的是PLC元件中的移動元件，由于移動元件圖形的狀態(tài)和絕對位置由 PLC 上3個連續(xù)的寄存器提供。一般來說，第一個寄存器控制元件的狀態(tài)，第二個寄存器控制水平坐標(biāo)(X)，第三個寄存器控制垂直坐標(biāo)(Y)。根據(jù)位置顯示的地址是D101，所以設(shè)置刨臺的地址就是D100，就可以讓刨臺在X方向移動。</p><p>　?。?）BL0~BL3；可以看見觸摸屏上有4個小燈，用的是PLC元件中的位狀態(tài)指示燈，分別設(shè)置Q

107、100.04、Q100.05、Q100.06 、Q100.07，分別代表可行程開關(guān)的狀態(tài)指示，對刨臺運(yùn)氣實(shí)行安全可靠的保障。</p><p>　　7. 系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　7.1 線路的保護(hù)和防止干擾</p><p>　　隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的行業(yè)不斷追求產(chǎn)品更高的可靠性和安全性，對于加工業(yè)來說提出了更高的要求。由于這一要求的不斷上升，在

108、設(shè)計控制系統(tǒng)時要充分考慮必要的保護(hù)和抗干擾措施，以獲得較高的安全性。</p><p>　　龍門刨床一般共有8臺電機(jī)，相對其他機(jī)床相比，涉及的電機(jī)比較多，控制比較復(fù)雜，為了操作人員的安全和避免意外事故，對各電機(jī)提供必要的保護(hù)是必不可少的。</p><p>　　除了對各電機(jī)提供必要的保護(hù)外，對PLC也要進(jìn)行必要的保護(hù)，由于PLC生產(chǎn)廠家在設(shè)計和生產(chǎn)過程中對硬件和軟件方面采取了一系列抗干擾措施，