T6113电气控制系统设计

1、 PAGE PAGE 5 / 42第 1 章 绪论选题 的目 的和 意义由于现代加工技术的日益提高，关于加工机床特别是工作母机的 要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术 是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物， 他的出现 极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工 精 度息 息相 关， 特别是 PLC 广泛应用于 控制 领域 后，已经 显现出它 的 优越 性。 可编程控制器 PLC 已广泛应 用于 各行 各业的自 动控制。 在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于备 的 功 效 。 采 用 PLC 控 制 可 使 接 线 大为简化，不但安装

2、十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减少 了维修量、提高了工效。关于 课 题的 一些 介绍 和 讨论完成关于 T6113 机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是 PLC， 并且使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。 研究内容：(1) T6113 的电气系统(PLC)硬件电路设计和在机床上的布 局。( 2) PLC 程 序的 编制 。解决的关键问题：PLC 关于机床各个工作部分的可靠控制 电气电路的 安 全问 题的 解决题目的 可行性 分析虽 然目前数控机 床 以其良好的 加工 性 能得到了人们的 肯定，但 是其昂贵的 价格是一般用户望尘莫及 的 ，所以改造现有的 机床 以达 到使

3、用要求是比较现实的，也是必需的。经过实践表明这样的改造 是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且且在实践中已 取得的相当好的效益。利 用 PLC 作为 控 制 核心 ， 替 代 传统 机 床 的 继 电 器 控 制 ，使 得 机 床的控制越发灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用 PLC 的 可 编 程功 能 使 得变 换 和 改 进 控 制系 统 成 为可 能 。镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床通常用于加 工尺寸较大精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的 孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为

4、进给运动。在镗床上除镗孔外还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领 域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可 见到。电 气 控制 技术 的发 展最早的手动控制到自动控制，从简单的 控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产 机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论 是自动化功能还是生产安全性方面都相当完备的电气自动化系统。继 电 接 触式 控 制 系 统 主 要 由 继 电器 、 接 触 器 、按 钮 、行 程 开 关 等 组维持容易、抗干扰能力强等优

5、点，至 今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制从 20 世纪 30 年代开始，生 产企业为了提高生产率，采 用机械化流 水作业的生产方式，关于不同类型的产品诀别组成生产线。随着产品 类型的更新换代，生产线承担的加工关于象也随之改变，这就需要改 变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺进程运行，而继电接 触器控制系统采取固定接线方式，很难适应这个要求。大型生产线 的控制系统使用的继电器的数量很多，这种有触点的电器工作频率 很低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产 线 的运 行可 靠性降低。为 了解 决这个问 题，20 世纪 60 年代 初期 利用 电子技术研制出矩阵

6、式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继 电接触式控制系统。关于复杂的自动控制系统则采用计算机控制，由 于 这 些 控 制 装 置 本 身 存 在 不 足 ， 因 此 均 未 能获 得 广 泛 应 用 。 1968 年 美 国 最 大 的 汽 车 制 造 商 通 用 汽 车（ GM ）公司 ，为 适 应 汽 车 型 号 不 断 更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继 电接触器控制系统的简单易懂、操 作方便、价 格低等优点接合起来， 做成一种能适应工作环境的通用控制装置，并且把编程方法输入方法 简化。美国数字设备公司（EC ）于1969 年率先研制出第一台可编 程控制器（ 简

7、称 PLC ），并且 在通用汽车公司 的自动装配线上试用获得 成功。 从此以后，许多国 家的著名厂 商竟相研 制 ，各自成为系列， 而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到 能进行模拟量控制，具有数字运算、数据处理和通信联网等多种功 能。 PLC 另一个突出 的优点是可 靠性很高，平均无故障运行可达 10 万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。 当前 PLC 已经成为电气自动化 控制 系统中应用最广泛的核心控制 装 置。电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大，生 产水平 的提高而前进的。 电气控制 技术的进 步反过来又促进了社会生产力 的进一 步

8、提高。 同时，电气控制 技术 又是与微电子技术、电力电子 技术、检测传感技术、机械制 造技术等紧密联系在一 起的。 21 世纪电气控制技术必将给人类带来越发繁荣的明天。PLC 的发 展 史、 优势 及 特点发 展史可 编程 控制器 PLC 诞 生之 前，工业 电气 控制主要 使用 低压电器 构成的继电接触器电路，它是以接线逻辑实现控制功能的。这样的控制设备一经生产出来，功能就固定了，若要改变就必需改变控制 器 内 部 的 硬 件 接 线 ， 使 用 起 来 不 灵 活 ， 也 很 麻 烦 。1968 年 ， 美 国 最 大 的汽 车 制 造 商 通 用 汽 车 公 司（ GM ）为 了 适 应

9、生 产 工 艺 不 断 更 新的需要，要寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更 快的年，美国数字设备公司（EC）PP14美国通用汽车公司的生产线上适用成功， 并且取 得了满意的效果， 可编程控制 器由此诞生。 1971 年， 欧洲开始生产可编程控制 器， 到现在， 世界各国的一些著名的电器工厂简直都在生产可编程控制 器。可编 程控制 器已作为一个独力的工业设备 被列入生产中， 成为当代电控 装置的主导。早期的可编程控制 器主要由分立元件和中小规模集成电路组成， 它采用了 一些计算机技术， 但简化了 计算机的内部电路， 关于工业现 场环境适应性较好， 指令系统简单， 一般只具有逻辑计算的

10、功能。 随 着微 电子 技 术和 集成 电路 的发 展， 特别 是微处理 器 和 微计2070中开始更多地引入微机技术， 微处理器及其他大规模 集成电路芯片成为其核心部件，使 可编20世纪 80 年代，可编程控制器都采用了微处理器（CPU ）、只读存储器（ROM ）、 随机存储器（ RAM ） 或是单片机作为其核心， 处理速度大大提高， 不仅增加了 多种特殊功能， 体积还进一步缩小。20 世纪 90 年代末， PLC 简直 完全计算 机化， 其速度 更快 ， 各 种 智能 模块 不断被开 发出 来， 使其不断地扩展着它在各类工业控制中的作用。现在， PLC 不仅能进行逻辑控制 ，在模拟量闭环控

11、制、数 字量的 智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制系统等各方面都 得到了广泛应用。如 今，大 、中 型，甚 至小型PLC 都配有 A/ 、/A 转 换及 算术 运算功能，有的还 具有 PI 功能。 这些 功能 使PLC 在模 拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多 PLC 具有 输出和接 收高速脉冲的 功能 ，配 合 相应 的传 感器及伺 服设 备 ，PLC 可实 现数 字量的智能控制； PLC 配 合可 编程终端 设备 ，可 实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提 供 依据 ，利 用 PLC 的自检信 号还可以 实现 系统 监控； PLC 具

12、有集散控制。功 能完 备的 PLC 不仅能 满足 控制 要 求， 还能满足现代化大生产管理的需 要。近年来，可 编程控制器的发展更为迅速。展 望未来，可 编程控制 器在规模和功能上将向两大方向发展：一是大型可编程控制器向高 速、大容量和高性能方向发展；二是发展简易经济的超小型可编程 控制器，以适应单机控制及小型自动化设备的需要。另外，不断增 强 PLC 工业进程控 制的 功能（ 模拟量 控制能力 ），研 制 采用 工业 标准 总线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，增强可编程 控制器的联网通信功能，便于分散系统与集中控制的实现，大举开 发 智能 I/O 模块、增 强可编程 控制 器的功

13、能 等也 具有 重要意义。PLC可靠性高，抗干扰能力强。 高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件。在继电器系统的可靠 性。 而在 PLC 系统 中， 大量 的开 关动 作 是由 无触 点的半导体电路来 完成 的，加上 PLC 充分 考虑 了工 业生 产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系 列抗干扰措施，PLC 有极高的可靠性。根据有关资料统计，目前个 生产厂家生产的 PLC ， 其平均无故障时间都大大超过了 IEC 规则的 10 万小时， 有 的甚至达到了几十万小时。适应性强， 应用灵活由于 PLC 产品均成系列化生产， 品种齐全， 多数采用模块式的 硬件结构，组合和扩展

14、方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以 满足系 统大小不 同及功 能繁简各异的 控制要求。更重要的是， PLC 系统相关于继电器接触器控制系统，接线很少。编程方便，容易使用PLC 的编程可 采用与继电器 电路 极为 相 似的 梯形 图语言， 直观 易懂。功能强，扩展能力强PLC 中含有数 量巨大的可用 于开 关量 处 理的 继电 器类软 元件， 可轻松的实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器系统所 不能实现的。PLC控 制系统设计 、安 装、 调试 方便PLC 中相当 于继 电器 接 触器 系统中的 中间 继电器、 时间 继电 器、 计数器等“ 软元件”数 量巨大，又 用程序（ 软接线）

15、代 替硬接线， 安 装 接 线 工 作 量 小 ，设计 人 员 只 要 具 有 PLC 就 可 进 行 控 制 系 统 设 计并且可在实验室进行模拟调试。而继电器接触器系统的调试是靠 在现场改变接线进行的，十分烦琐。维修方便，维修工作量小PLC 有完备的 自诊断，履历 情报 存储 及 监视 功能 。关于于其 内部 工 作 状 态 、通 信 状 态 、异 常 状 态 和 I/O 点 的 状 态 均 有 显 示 。工 作 人 员 可以经过它查出故障原因，便于迅速处理。PLC体 积小，重量 轻， 易于 实现 机电 一体化2 章镗床的概况T6113 卧式镗床 主要 结构及 机械 运动2.1.仃6113

16、卧式镗床主要结构镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密圆柱孔，这些孔 的轴线往往要求严格地平行或垂直。相互间的距离也要求很准确， 镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上活动间隙很小，而且有附加 支撑。卧式镗床用于加工各种复杂大型工件，如箱体零件、机床等， 是一种功能很大的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、绞孔以 及车削内外螺纹，用丝锥攻螺纹，车外圆柱面和端面。卧式镗床外形结构如图中所示：1.床身2前立柱3.主轴箱 4.尾筒工作台 5.下滑座 6.上滑7.工作台 8.后立柱 9.悬挂按钮站 10.固定按钮站7 / 42 PAGE PAGE 8 / 42面旋转，一面沿轴向做进给运动，平 旋盘只能旋

17、转 装在它的上面刀具溜板可在垂直于主轴轴线升降，并且且某轴心线与镗头架轴心线保 持 在同 一直 线上，后 立柱 可在 床身导轨 上沿镗轴垂 直运动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。可沿前立柱的导轨上下移动，工件安在 工作台，可与工作台一起随上滑座或下滑座作横向或纵向移动，此 外，工作台还可以绕上滑座的圆导轨在水平面内移动一定的角度， 以便加工互成一定角度的孔或平面，装在镗轴上的镗刀还可以随镗 轴轴向运动，以实现轴向进给或调整刀具的2.1.2 机械运 动 镗杆的旋转运动；主轴箱垂直进给运动；工作台纵向进 给运动； 工作台横向进给运动； 镗杆的轴向运动；平旋盘的 旋 转 运 动 ；

18、7 平 旋 盘 径 向 刀 架 进 给 运动 ； 8 辅 助 运 动 ： 主 轴 箱 、 工 作台在进给方向的快速调位运动，后立柱纵向调位运动，后支架的 垂直调位运动，工作台的转位运动。这些扶助运动可以手动，也可 以由快速电动机转动。电气 控制主 轴应有较 大 调速 范围，要 求恒 功率调速 ，采用 机电 联合 调 速；变 速时，为 使滑 移齿 轮能 顺利进行啮合 位置 ，应 有低 速或 断续 变速激动；主 轴能作正 反 转低 速点 动调 整，要 求关于 主轴 电动 机实现正 反转 及点动控制；为使主轴迅速准确停车，主轴电动机应有机械制动；主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动由各自传动链运动，

19、 主轴和工作台除工作进给外，还应有快速移动由另一台快速移动电 动机拖动；镗床运动部件多，设置必要的联锁和保护。T613机床的电气系统是按三相交流电源设计的，其电源电压与频率 为 380V 50Hz.机床采用可编程控制器（PC）控制，可编程控制器的电源为 220V ; 接触器的电压交流110V ;电磁阀，电磁离合器为 C24V ;信号指示 灯为交流 6V； 手把灯（最大 100W） 电为 24V； 均由变压器供电。 机床照明灯电压为 24V。机床上装有五台交流电动机;主电机（M1），快速移动电机（M2），后立柱快速移动电机（M3）， 下滑座液压油泵电机（M4），主轴箱液压油泵电机（M5 ）。可编

20、程控制器（PLC）安装在配电盘下部，配电盘安装在立柱后面的电器柜内。机床上装有悬挂按钮站关于机床进行集中操作。 各部分简要说明：（ 1） 可 编程 控制器（ PLC）本 机床 采用 SIEMENS S7-200 系列可编 程控 制器 关于机 床实行控 制 ，它 能 够控 制 各 种 设 备 以 满 足 自 动 化 控 制 需 求 。 S7-200 的 用 户 程 序中囊括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智 能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状 态以达到控制的目的。紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集使S7-200 成为 各 种控制应 用的 理想解决 方案。

21、本 系统 采用的可编程 控制 器为 S7-200 系 列， CPU 224120.5 X 80 X 62 （mm）,4096字节，数据存储区 2560 字节 ， 掉电保持时间190I/O14入/107个，脉冲输出（C）220KHZ， 模拟电位器，实时时钟 为 内置， 通讯口 1RS-485。扩展模块选用的是四块 EM223（ 8I/8Q ）（223-1PH22-0XAO ）。输 入 信 号机床所使用的按钮、旋钮开关、无触点开关、各部的行程开关 及各部的限位开关、速度继电器等均作为输入信号。输 出 信 号可编程控制器输出 信号诀别接通交流接触器， 液压电磁阀， 电 磁离合器和信号灯。机床的程序编

22、制利用 STEP7-Micro/WIN 详细情况见系统程序编制部分。（ 2） . 限位、线路保护说明进给和快速移动的限位SQ14、SQ15 主轴箱升降终点限位开关10 / 42 PAGE PAGE 12 / 42SQ16 、SQ17 上 滑 座 移 动 终点 限 位 开关SQ18 、SQ19 下 滑 座 移 动 终 点 限 位 开关 当某一移动部件达到极限位置时，相应的限位开关压开关动作， 切断进给和快速移动电路或使换向离合器脱开，可以按相反方向的 快速移动按钮，使其复位。线 路 保 护 和 互 锁装 置 短路保护和过载保护三 极 自 动 空 气 开 关 QF1 、QF2 、QF3 、QF4

23、和热 继 电 器 FR1 、FR2 、FR3 分 别 关于 应 电 动 机 进 行 过 载 或 短 路保 护 ，电 机 自 动 开 关 QF5 、QF6 、 QF7 、 QF8 、 QF9、 QF10 、 QF11 、QF12 诀别 关于 相 应的 控 制 电 路进 行 短 路和 过 载 保 护 。主轴保护 工作台处于“松开”状态，即分配工作台后指示灯时，主轴不 能旋转。机动进给和快速移动的互锁 机动进给时，快速移动不能进行；同样快速移动时，机床不能机动进给。主轴箱前面大手轮状态大 手 轮 扳 到 “ 微 动 ” 位 置 ， 行 程 开 关 SQ4 被 压 动 作 ， 切 断 快 速移 动 和

24、 机 动 进 给 ； 大 手 轮 扳 到 “ 手 大 动 ” 位 置 ， SQ5 被 压 动 作 ， 使 按 钮 SB23 分 配 到 主 轴 无 效 ， 主 轴 只 能 手 动 移 动 。保护接地电 气 柜 底 部 设 有总 的 接 地铜 排 ，机 床 各 部 件 之 间 为 滑 动 面 者 ， 均 接有跨接地线，金属外壳的电器件如电动机等也接有保护地线，并且 为树叉式接法，这些地线均接在铜排上。导 轨 润 滑 说 明 机车已放置很长时间在使用，机床通电后先按导轨润滑按钮SB19， 多 按几 次（间隔 10 秒 钟）。每按一次 ，导 轨润 滑泵 来一次润 滑导轨，以后导轨自动润滑。（三 ）.

25、 主电 机制 动说明：主电机采用电子制动器制动，主 轴停车快而平稳，主 电机的制动 电流及制动时间均可调，主轴旋转时，制动器的“允许”灯亮，表 示 制动 器可 以工作了 ，按 下停 止按钮，制动 器“ 电 源 ”灯 亮 、“ 制动 ” 灯 亮， 两秒 钟后 ，“制 动”和“ 电源”灯灭，制动结束 。主轴没 有刹 车，即制动器不工作，制动器报警灯亮。第 3 章 镗床电力拖动电动机的选择概 述正确的的选择电动机具有重要意义，合理的选择电动机是从驱 动机床的具体关于象、加工规矩，也就是要从机床的使用条件出发， 经济、合理、安全等多方面考虑，使电动机能够安全可靠的运行。 电动机功率的确定是选择电动机的

26、关键，但也要关于转速、使用电压 等 级 及 结构 形 式 等 项 目 进 行 选 择 。异 步 电 动 机 由 于 它 结 构 简 单 坚 固 、 维修方便、造价低廉，因此在机床中使用的最为广泛。电动机的转 速越低则体积越大，价格也越高， 功率因数和效率越低，因此电动 机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况而定。异步电动 机 的电 压等 级是 380 伏 。 一般的说金属 切削 机床 都采 用通 用系列的 普通电动机。在选择电动机时，也应考率机床的转动条件，关于易产 生悬浮飞扬的铁屑或废料，或冷却液、工业用水等有损于绝缘的介 质能侵入电动机的场所，选用封闭式的。按机床的电气设备通用技 术

27、条件中规则，机床应采用全封闭扇冷式电动机。镗床 用 电动 机容 量的 选 择根 据机 床的负载功率 ，（例如切削 功率 ）就可 选择 电动 机的 容 量， 然 而 机床 的 载 荷 是 经 常 变 化 的 ，而 每 个 负 载 的 工 作 时 间 也 不 尽 相 同 ， 这就产生了使电动机功率如何最经济的满足机床负载功率的问题。 机 床上 常用 Y 系列 三相 异步 电动机 ，Y 系列电动 机是封闭 自扇 冷式 拢型三相异步电动机多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用 机床负载种类更多，不易准确地确定其负载情况。因此通常采用调 查统计类比法来确定电动机的功率。调查统计类比法分析

28、切削用量，确定切削用量最大值，在同类同规格的机床上 进行切削实验，并且测出电动机的输出功率，再考虑机床最大负载情 况，以 及采用先进切削方法及新工艺。类 比同类机床电动机的功率， 最后确定所设计的机床电动机功率来选择电动机。卧式镗床主电动机功率1.7p= 0.0041.71.7式 中 镗 杆 直 径=120mm P=13.698KW取电动 机功 率 15KW 型号 Y180L-6 额 定电流 31.4 效率 89.5% 6P 极 功率因数 0.81额定转矩 2.0 额 定转 速 970r/minPe Guv / 6120式 中G移动 部件的重 量v移 动速度u动摩 擦系 数 效 率（机床 传动

29、）G=9500kg=0.85eP4.565KWe取 电 动 机 功 率 5.5KW 86% 功 率因 数 0.78型 号 额 定 转 速 960r/min额定 电流 17 A 效率Pe Guv / 6120式中G移动 部件的重 量 v移 动速度动摩擦系数效率（机床传动）13 / 42 PAGE PAGE 17 / 42此处省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和CA图纸等互联网腾讯公司Q 二四七五九五九零九准“小麦设o本设计已经过答辩！长期有效7.1.2T619A 卧式镗床的 PLC 程序编制在程序的编制进程中，选用了定时器 T37T44 ,另为编程需要

30、还选了 M10.0M10.7和 M11.0M11.3 十二个扶助继 电器。用延时定时器 是为了使电磁阀有充分的时间夹紧和松开。在使用进程中注意了以下基本要素：1、10、100三种分辩率，定 时器的编号和类型与辨率有关。有记忆的定时器均是接通延时型的, 无记忆的定时器可经过指令指定为接通延时和关断延时型。预置值。也叫设定值。预置值即编程时设定的延时时间的长短。 PLC定时器采用时基计数及与预置值比较的方式确定延时时间是否 到达。时基计数值称为当前值，存储在当前值寄存器中。预置值在 使用梯形图编程时，标定在定时器功能框的“ PT”端。工作条件。从梯形图的角度看，定时器功能框中“ IN ”端连接 的

31、是定时器的工作条件。关于于接通延时定时器来说，有能流流到作进程。第 8 章 经济效益分析机床是用于生产的，也 就是用来为人们创造财富的，那 么它的经济效益就显得非常重要了。用 PLC 作为控制系统的核心，与传统的继电器控制有以下几点好 处：首 先 是 从 材 料 方面 它 比 继 电 器 的 耗 材 少 的 多 ，在 今 天 这 种 科 技快 速 发 展 的 形 势 下 ， 材 料 特 别 是 金 属 材 料 价 格 越 来 越 不 菲 ， 使 得我 们 不 得 不 考 虑 到 用 材 上 来 ， 我 设 计 的 T6113 卧 式 镗 床 使 用 继 电 器时 ， 要 使机 床 能 正 常

32、工 作 所 需 的 继 电 器 数 目 是 28 个 ，而 一 个继 电 器的 耗 材 和一 个 PLC 相 比， 前 者 多一 点 。其 次 从 能 源 方 面来 讲 ， 随着 石 油 价 格 的 飞 速 上 涨 ， 石 油 的 紧缺 ， 能 源 问 题 已 成 为 威 胁 人 类 生 存 的 关 键 问 题 ， 是 我 们 人 类 要 迫切 解 决 的 重大 问 题 。所 以 也 要 从 能 源 角度 来 考 虑， 电 器 系 统 要 消 耗电能 源 ， 大 家都 知 道 PLC 属于 机 电 一 体 化 的 典 型 产 品 ， 它 的 核 心 仍 然是我们熟悉 的 单 片 机 ， 它 里

33、 面 的 中 间 继 电 器 工 作 所 需 的 电 能 是 非常少的，最 少是 相 关于 与 将 近 三 十 个 继 电 器 来 说 ， 它 的 耗 能 是微 乎 其微的。最 后 从 故 障 方 面来 讲 ，机 床 属 于 工 作 母 机 ，它 在 生 产 单 位里 使 用频 率 是 非 常 高 的 ， 平 时 的 故 障 和 维 修 是 很 平 常 的 事 ， 所 以 故 障 率是 值 得考 虑 的 。 由 于 PLC 是 采 用 内 部 的 逻 辑触 点 来 完成 控 制 功 能的，它的寿命大概可达到几百万次到千万次吧，而继电 器 控 制的电路，继电器的寿命是几天次到万次，故障就可想而知

34、 ， 如 果是一个工厂的几千台机床来说，这个效益就大的太多了。结论本 次 设 计 基 本 上完 成 了 预期 的 目 的 ， 利 用 PLC 做 出 的 控 制 系统 ， 实现了机床能快速响应动作，灵活可靠的完成生产任务，而故障率 要相应降低的功能特点。设计也确实从电动机的选择到控制系统得 设计及其 PLC 编程，做到了从始到终的整个进程，并且做了实物演示， 给了设计以有力的表明。当 然，为 了机床使用在实际生产中的安全， 在电路的也充分考虑到 电路保护， 从 过载保护到短路保护， 用到了 断路器和熔断器给机床以安全的保证。在控制电路设计方面，利用了使控制更灵活，能随着输入程序的 改变而变更控

35、制方式， 保 险， 即采 用 硬 件和软 件双 重作用来保证系统的可靠性。但还有不足的 地方，例如机床的 按钮太多，致使手动功能的 出错 率增加， 自动化程度太低， 位置控制方面欠缺， 不能得到精确的位 置信息。路有了 新的 认识， 付诸于实际。但演示的 方面 过于片面， 关于实际的情况可能估量不足， 希望以后加以完备。总的设计进程经历了将近两个月，设计结果已经出来了 ，有满意 的 方面， 但还有不理想的地方， 由于时间的 原因也就只能到 此了 。致谢教师万丰， 从论文的选题、开题、定题、中期检查、计划的安排到具体研究内 容的确定以及论所学的知识利用在毕业设计上，还让我关于控制系统方面的 知识

36、有了更深刻的了解。热心的同学等，都给过我极大的帮助。在此我 再次表示衷心感谢及深深地祝福，祝我敬爱的老师们生活美满，身 体健康，万事如意。专题PLC 在仿生鱼鳍随动系统中的应用摘要 ：6 0 多年的发展，已广泛应用于各种船舶中。它的 减摇原理是：船舶 在水中 行驶进程中 ， 当系统正在逐步完备， 减摇效果也在不断提高 。近年来， 在工业生产的自动化控制领域中 ， 正普遍利用 一种 新 型控制设备-可编程控制器（ P L C ）o P L C 正在向着精度 更高、功能更多、使用更方便的方向发展。P LC P L C鳍控制 系统中 ， 实现数字化 控 制 ， 将进一步提高 控 制 系统的 灵 活性

37、和可靠性。关键 词： 减 摇 鳍 模 拟 量 随 动 系 统Summary: Reuce to shake fin is most for go of vali of a kinofactivetypeshipsreucetoshakeevice,itreucestoshakeanefficiencythroughtheevelopmentofmorethan60years,alreayextensivelyappliein variousships.Itsreucing to shake principle BE:The ships rives process i n the water i

38、n, be the finhasaspeeanangleofbankinthewateroftime,willprouceariseint, makinguseofthisintthatrisestheintcreationtoresisttheinterferenceintthewave,canattaintoletupshipsthenhorizontalshakeofpurpose.Alongwith sciencetechnicalevelopment,reucetoshakethefinsystemjustatgraually perfect,reucetoshakeresultal

39、soBeraisingcontinuously.Inrecentyears,intheautomationcontrolrealmoftheinustrialprouction,wiesprea m ake use of a kin of new control equipments-programmablecontroller(theC).ThecurrentPLCishigherjustintheaccuracy,the function is more,usage moreconvenient20 / 42P Lirectionevelopment.See from the evelop

40、ment tren of the P L C , theP LCcontroltechniquewillbecomefromnowonthemainmeansoftheinustrialautomation.Leaitintoreucetoshakethefincontrolsystemcarryoutnumeraltoturnacontrol,willraisethevivianthecreibilityofcontrol the systemfurther.Keywor: Reuce to shake fin emulation quantity with move system1.减摇鳍

41、随动系统的构成及工作原理减摇鳍的随动系统连接来自控制系统的控制信号，是转鳍机构 的中间转换和功率放大环节。改造前，每个随动系统由1 5 V YCJSKCJS C CJ、 液压控制系统以用转鳍机构、 反馈、 限位元件等组成。 随动系统应 尽可能快速、 准确、 稳定地工作。 目前， 大多数减摇鳍的随动系 统都是电一液随动系统N 型减摇鳍的阀控式电液 随动系统为原型， 关于其做了适当的改进， 下面进行详细介绍。1 所示。 首先将来自控制器的 信号送到综合放大电路S K C J（该插件板能关于控制信号进行隔 离），大， 然后再与鳍角 反馈信号进行二次代数求和、 校正、 放大， 接着送到鳍机械组合体 上

42、S KCJ 板输出信号的大小和极性调节来自油源机组的液压油的流量 和流向， 使液压缸的活塞速度和运动方向发生变化， 带动鳍机械组 合体上的摇臂转动， 使鳍转动到一定的角度产生相应的关于抗力矩。钙造后，以上各功能完全由 P L C 实现，原有随动系统中的各 电源、 插件板也将由 P L C 各模块取代。r控制信号综合校正一电液伺服阀转鳍液压缸一摇臂鳍鳍角反馈电位计i 电液伺服系统原理图19 / 42 PAGE PAGE 24 / 422随动系统的改造2.1减摇鳍随动系统的改造设计PLC 随动系统接受来自控制器的控制信号，经过处理后传递 给伺服系统，驱动减摇鳍移动到指定位置，同时将输出信号反馈回

43、PLC,构成控制回路。系统改造后的原理如图 2 所示。2.2PLC的选择由于船舶航行在环境瞬息万变的海面上，工作环境非常恶劣， 比如机舱内的温度能够达到 5 5 C ,湿度更可以达到 9 5 % ,并且且 存在各种强烈的冲击、振动和盐雾，这就要求安装在舰船上的减摇 鳍系统有较强的抗干扰能力。而船舶上空间狭小，关于所安装设备的 体积也有一定的要求。由于减摇鳍随动系统工作环图2随动系统改造原理图境的特殊性，关于系统中的 P L C 有较高的要求。考虑到性能指标、 功能、体积和价格等因素，本文选择了松下电工的F P 0 系列可编 程控制器。系统主要囊括电源单元、控制单元和个模拟量输入输 出单元。PL

44、C工作环境温度在05 5 C范围内，工作环境相关于 湿度为3 0% 8 5 %，模拟输入与P L C内部电路之间采用光电 耦合器进行隔离，同时输入输出端设置滤波器，使之契合减摇鳍系 统工作环境的要求。2.3PLC软件实现的功能根据系统要求，程序需要实现以下功能：(1 并且自动报警。(2 摇鳍工作转角不超过其极限值；并且关于控制 信号按一定控制规律进行处理。(3 )在鳍转动工作时，将从鳍角电位计接受到的反馈信号与 输入的控制信号进行比较，构成回路，实现负反馈。将控制信号与 反馈信号综合处理得到的结果作为控制指令发送给输出端口。(4 )检测 PL C 输出给电液伺服阀的信号是否超过额定范围， 如超

45、出则做相应处理， 保证伺服阀和减摇鳍正常安全地工作。(5 )在工作前或停机时根据操作需要随时将减摇鳍运行到零 位或其它需要的位置。随动系统软件功能框图如图 3 所示。2.4系统改造中存在的问题及解决方法系统正常工作时，油温应低于 6 0 C ,油位应大于 3 0 0 mm, 若超出上述指标，设在油箱内部的传感器开关将闭合，输出电压信 号。为实现关于油温和油位的检测，需要将代表油温和油压的两路信 号输入给 P L C 进行检查 这样将占用 P L C 模拟量输入/输出单 元的两个输入端口，增加单元块的数量。考虑到油温和油压变化较 缓慢，没有必要时刻监视其变化，因此用软件设置定时器，控制两 个继电

46、器交替开关，使油温和油压信号只经过一路通道交替输入P L C，在 P L C 内部进行检测，达到降低成本的目的。不同鳍工作 时的饱和角度不同，设计中将鳍的正常工作角度设定在2 5 角在2 5 时关于应的反馈电压是2 .2 V,PL C 关于输入电压信号进行检测的参考值。在 P L C 程序中诀别用十进制数值土 K 4 4 0 表示两个参考电压。P L C 控制信号在输出给电液伺服阀前也要 进行检测，这一步检测的标准不是减摇鳍的工作额定电压，而是电 液伺服阀的额定电流，目的是保证伺服阀可以正常安全工作。伺服 阀工作的定电流为土8mA,线圈电阻为1 0 0 0 1 0 0Q。由 于FP0系列P L

47、 C输出电流范围在02 0mA之间，无法为伺 服阀提供负电流，但P L C的电压输出范围在1 0 V之间，因此 将电压值作为指令信号输入伺服阀。伺服阀串联后线圈电阻为 2 0 0 0 Q，由此得到伺服阀工作的电压可以达到1 6 V。系统设计 中，为使伺服阀始终工作在线性区，将 P L C 关于伺服阀的输入电压限制在8V 以内 在 P L C 程序中诀别用土 K 1 6 0 0 表示两个 参考电压 如指令信号在8 V之内，则正常输出，如果超过8 V 的范围，则依照8 V 输出。 由于松下 F P启动电源初始化设备状态是否正常？设备状态是否正常？否停机、报警、是个扫描指令信号输入周周期依照设定控制

48、信号是否正常?,否值输入是图 3随动系统软件功能框图0 P L C的P I P 控制P L C都先自动 关于各主要寄存器清零， 以消除程序启动时系 统产生不F P 0 型号不提供小数运算，因此关于无法整除的数据 只能采用四0 中的指令信号与鳍角反馈信 号的差值乘以一个十进制的系数（K 4 7）,将得到的数值存储T3 0T3 0中的数据除以一个十进制系数（K 1 0），这样最终得到的数据与 T 2 0中的数值直接乘以4.7后的结果简直完全相同， 有时两者之间会存在一个很小的偏差， 可 以忽略不计。 这样就解决了比例系 数只能是整数的不足， 更准确地 实现了比例控制。2.5随动系统性能分析系 统软

49、件设计完毕后， 按要求安装， 关于各端口进行测试， 确保 可以正常工作后将系统启 动。 给设计完成的 随动系统输入一个幅值 为 1V 的阶跃信号，得到系统的单位阶跃响应如图 4 所示。2 0 . 8 s 3上述各项指标完全契合减摇鳍随动系统的工作要求。6 s ，过渡1 出为 0 .稳态误差小于 2 。 上述各种指标均契合减摇鳍系统关于随动系统的 要求9 8 6 V，4 斶励系炊的单位新尿响应牌根据鳍角与鳍角反馈电压的比例关系图，将输入幅值在0 . 9 V 之间变化的正弦信号作为指令信号，使减摇鳍在指令信号的控制 下，在1 0之间来回摆动。保持指令信号的幅值不变，改变信号的频率，得到被控 系统相

50、应的幅值和相角。根据实验数据可以得到随动系统的幅频特 性和相频特性，诀别如图和图6 所示。需要注意的是，系统频率特 性图中的横坐标不是通常使用的关于数分度1 而是直接使用 观察随动系的幅频特性图可以看出，系统在频率小于0 .3 5 Hz 之前表现出了类似放大环节的特性，且此时系统的输出简直没有 任何鲜明变化，与角频率变0. 3 5 Hz 的增大，系统的幅频特性和相频特性均发生了改变。从整个变化进程来看，系 统表现出类似惯性环节的特性，因此可以将 3 = 0.地认为是系统的转折频率或交接频率。3 5H z 近似与幅频特性相同，随动系统的相频特性图也显示出系统在 3 = 0 . 3 5 H z 之

51、前的相角滞后非常小，在5 以内，可以忽略不计。在0.3 5 H z 之后相角发生了鲜明的变化，整个化趋势也类似于一个惯性环节。但与典范的惯性环节不同，在所认为的转折频率 3 =0 . 3 5 Hz 处，系统的相角没有滞后 4 5。左右，系统也没有象典范惯性环节一样相移a r c t gT 3，与角频率3表现出严格 的反正切关系。从整个系统表现出的幅频特性和相频特性来看， 改造后的随动 系统可以近似地认为由一个放大环节与惯性环节串联组成， 系统 在频率小于0 .3 5 H z的低频段表现出了较好的性能， 契合减摇鳍系统关于随动系统的要 求， 可以很好地工作。由于 PLC 在软件和硬件上具有突出的

52、优点，随动系统的稳定 性和精度都有所提高，系统的安装和修改也更为简单方便。 经过运 行测试， 改造后的随动系统契合设计要求， 能够稳定运行， 确保了 船舶减摇鳍系统的正常工作。 随动系统的改造完成后， 将利用可编程控制器继续完成减摇鳍控制器的设计， 从而形成一套完整的应用 可编程控制器实现的船舶减摇控制系统。i HaR *F IB *1 F9 IMrH L*亦 “I%Mtmb”伙 桃血白H“HA*屆HV/HiH 一S3T;1S3Tapfl，28 / 42参考文献李建 兴可编程序控 制 器应用技 术机械工 业出 版社，2004 ：42-43陈伯时 .电力拖 动自 动控制系统.机械 工业 出版 社

53、，1992： 24-373吴中 俊， 黄永红可编程序控制器的 原 理及应用 第 2 版 机械 工 业 出 版社 ， 2004 ： 137-1574袁任 光 可编程序控制器应用技术及实例 第 2 版 华 南理 工大 学 出 版社 ， 2003 ： 82-102周万珍，高鸿斌.PLC 分析与设计应用电子工业出版社，2004 : 68-80张万忠刘明芹电器与 PLC 控制技术化学工业出版社， 2003: 17-36金如麟， 谢宝昌电机拖动与控制基础上海交通大学出版社， 2002 : 127-137林明星电气控制及可编程控制器机械工业出 版社， 2004: 92-93刘玉敏机床电气线路原理及故障处理.

54、机械工业出 版社 ， 2005: 62-73贺哲荣机床电气控制线路图识图技巧机械工业出版社， 2005: 61-75陈远龄机床电气自动控制第 2 版重庆大学出 版社， 46-52周 四六机电控制基础化学工业出 版社， 2004: 45-56张万忠可编程控制器入门与应用 实例中国电力出版社， 2005: 69-78张万忠刘明芹电器与 PLC 控制技术化学工业出 版社， 2003:17-36 李发海， 王岩电机与拖动基础第 2 版清华大学出 版社， 1994 : 263-281齐占庆机床电气控制技术第 3版.机械工业出版社， 2003: 52-65汪晓平可编程控制器系统开发实例导航人民邮电出版社，

55、 2004: 7-23陈 立 定电 气 控 制 及可 编 程 控制 器 机 械 工 业 出 版 社 ， 2002： 47- 62黄 净 电器 及 PLC控制 技 术 .机 械工 业 出 版社 ， 2002： 32-43廖 常 初可 编 程 序 控 制 器 的 编 程 方法 与 工 程应 用 重 庆 大 学 出 版社 ， 2001 ： 114-11827 / 42 PAGE PAGE 37 /42I附录机器人传感器的网络一般的机械手工程自动化测知和知觉实验室 宾 夕 凡 尼 亚 州 ， 费 城 ， PA 的 大 学 , 美 国 摘 要 : 以 知exteroceptive 为基础的硬未知的物体的

56、定方位判断. 关于 于 队 局 限 的 充 份 和 必 需 的 情 况 被 计 划 . 以 统 计 的 操 作员 和 曲 线 图 搜索运算法则为基础的一个局限和物体追踪方式为与异种的感应器 一 起 本土 化 的 一 队 机 械 手 被 呈 现 . 方 式 在 有 被 装 备 全 方 向 的 录 像 机 和IEEE 802.11b 无 线 网 路 的 像 汽 车 一 样 移 动 的 机 械 手 的 一 个 实 验 的 月台 被 实 现 . 实验 的 结 果 使 方 式 有 效 .关 键 词 : 合作 的 局 限 ; 多 机 械手 形成 ; 分配 了 感 应 器 网 络 ; 感 应 器 数据融合物

57、介绍以使一队移动的机械手自治地在一些里面航行需要了形成而且 更 进 一 步 运 行 像 监视 和 目 标 获 得 这 样 的 合 作 工 作 , 他 们 一 定 能 够 以 形 成 和 一 个 全 球的 叁 考 框 架 本 土 化 他 们 自 己 1,2. 因 此 , 该 如 何 估 计 机 械 手 的 位 置 和定 方 位 ( 姿 势 ) 以 精 确 的 和 有 效 率 的 方 式 是 特 别 兴 趣 . 纸 的 兴 趣 是 在 二 空 间 的 特 别 欧 几 里 得 几 何 的 空 间 SE(2) 中 本 土 化 一队 异 种 的 机 械 手 和 用 从 异 种 的 感 应 器 被 获 得

58、 的 数 据 本 土 化 目 标 . 明 确 地 , 我 们 关于 情 况 感 兴 趣 为 哪 一 个 所 有 的 机 械 手 以 形 成 能 被 本土 化 包 围 . 我 们 的 局 限 方 式 接 近 地 被 讲 到 被 呈 现的那些在某种意义上机械 或一些被相关的数据和数据. 在那一张纸机械手使用分配了测知改善自己的局限或目标局限 1. 因为比较多机械手局限问题藉由联合被使用最少的机械手交 换的数据一致最佳化，过滤器的两者文件的方法学已经呈现解决. 最近的文学使用曲线图做模型感应器网络和合作的控制方案5, 6.论上的结果7-9R2（裁判员.10,11）然而，相关于一点的注意已经一起支 付

59、到网络生观察，这关于照相机的网络是特别地重要的.这一张纸在以统计的操作员和简单的曲线图搜索运算法则为基础的 为 队局限和物体追踪呈现不同的方式此外，不同的早先方法我们 在一个如此的方法中制定问题队局限的问题和物体追踪能被相同的 运算法则解决我们也表示被讲到早先作品的最优性的利益能 如何容易地在我们的方法被吸收为例改善物体追踪在结束，使我们的方法 有效，我们出示实验的结果以有被装备全方向的录像机和一个 802.11b 无线网路的一群五个像汽车一样的自治机械手Fig.1）我们承担一个全方向的发射器和接受器和每个机械手能听的 每个机械手有每隔一机械手.因此，一切的机械手以合作的样子以形成能交换他们的

60、估量而且本土化他们自己. 注意我们不承担任 何类型的固有感 受器数据 , 像是机 械手的来 自任 何的 不活泼 的感 应器 的速度和加 速.2 多 机械手 的 区域 化 形成为了要考虑一队机械手是否能被区域化, 如果这数据是适当的， 融 化来 自 不同 的 感应器 的可 得的数 据 而且 查 证是 必需的 . 关于于 SE(2) 的一 队 n 机械手 , 局限是表示机械手 位置 和定 方 位的 特色 的 3n 坐 标 的 决 心 . 因 此 ， 见 到 是 必 需 的 如 果3n 独 立 的 测 量 是 可 得 的 . 因 为 每 个 测 量 在 3n 坐 标 上 叙 述 一 个 限 制 ,