基于PLC二维数控实验平台设计与实现（机械CAD图纸）

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1、本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 优秀设计基于PLC的二维数控实验台的设计与实现 摘要 本论文课题是基于PLC的二维数控实验台的设计与实现，目的是为了了解二维数控实验台的设计方法和特点，以及如何用PLC控制数控实验台的动作，将所学到的理论知识运用到实际设计之中，理论和实践相结合。 本文首先通过对怎样用PLC控制数控实验台的介绍加深人们对PLC控制的了解。然后对实验台进行分析，最终确定PLC对数控实验台的速度与位移的控制。 在对实验台机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和电机进行了计算、选型、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度，使之满足系统的要求：通过计算，选

2、择了步进电机驱动。 实验台有极限位置限位，当实验台运行过极限位置时，应将主控电路切断。运动控制分自动和手动两种，自动和手动的转换，由操作面板上进行设置。不论是手动还是自动，开始运行时首先启动电机，同时接通IO回路电源。如遇到意外，可按急停按钮，停止电机，同时切断回路电源。 关键字 PLC控制，二维数控实验台PLC-based two-dimensional test-bed CNC Design and Implementation 【Abstract】 In this paper, the subject is based on the PLC of the two-dimensional

3、test-bed CNC Design and Implementation, In order to understand the purpose of test-bed two-dimensional numerical control design method and characteristics of, PLC control, as well as how to test the action of NC, Learned to use the theoretical knowledge to practical design, combination of theory and

4、 practice.In this paper, through the PLC to control how the introduction of NC test-bed to deepen peoples understanding of PLC control. And then an analysis of the test-bed, CNC PLC to finalize the test-bed for the speed and displacement control.In the mechanical structure of the experimental design

5、 process, Vice-principal of the ball screw and motor calculated, selection, checking to ensure the accuracy of mechanical transmission components and stiffness, So as to meet the system requirements: through the calculation, select the stepper motor driver.There is a limit on the location of test-be

6、d limit, When the test-bed run-off limit, the control circuit should be cut off. Motion control of two sub-automatic and manual, automatic and manual conversion, carried out by the operator panel settings. Whether manually or automatically, First of all, start at the beginning of operation of motors

7、, At the same time to connect I / O circuit power. In case of accident, Stop button can stop the motor, at the same time cut off the power circuit.【Key words】 PLC control CNC two-dimensional test-bed目 录第一章 前言11.1设计课题的意义21.2设计任务的介绍21.3 PLC实验台的组成2第二章 方案的确定32.1设计参数32.2机械传动部件的选择32.3控制系统的设计4第三章 机械部分的设计53

8、.1导轨上移部件的重量估算53.2直线滚动导轨副的计算53.2.1滑块承受工作载荷的计算53.2.2导轨额定寿命的计算53.3滚珠丝杠副的计算63.3.1滚珠丝杠副最大动载荷的计算63.3.2初选滚珠丝杠副的型号63.3.3 传动效率的计算63.3.4刚度的校验73.3.5压杆稳定性校验83.4步进电动机的计算83.4.1计算加在电动机转轴上的总惯动惯量83.4.2计算加在电动机转轴上的等效负载转矩93.4.3步进电机最大静转矩的确定103.4.4步进电动机的性能校核10第四章PLC控制系统的设计134.1 PLC的选择134.2 PLC的I/O地址分配154.3 位置控制模块的设计164.3

9、.1定位模块初始化设定164.3.2定位位置和速度设定17 4.4 步进电机驱动器的选择18致谢20附录21参考文献22外文翻译23 本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 第一章 前言1.1 设计课题的意义机电一体化毕业设计在机电一体化专业教学中占有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。因此设计内容选择很重要。基于微型计算机控制的X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的现实研究意义。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计

10、时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在自动控制领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新

11、能力等方面情况尤为突出。如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门所面临的重要任务。所以近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。尽管PLC控制准确、精度高，然而机床精度仍取决于另一方面数控机器人的驱动、执行系统，也就是数控机床的机械系统。所以，研究数控机床的机械系统对提高数控机器人的加工精度、效率和降低成本是很重要的。另外，经济

12、上的发达国家清一色是工业上的强国，这些国家有很多共同点，其中之一便是工业自动化程度高，产品质量好。因此，提高数控加工水准对我国的经济实力、战略水平也是很重要的。使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门所面临的重要任务。1.2 设计任务的介绍本次毕业设计的题目是设计一个基于PLC控制的二维数控实验台的实验装置，开发有关PLC控制数控实验台的实验，并能有相关装置完成控制动作，可以检查实验设计的正确性，又因为具有仿真效果使其更贴近工程实际。绘制总体布局图和机械部分的装配图，并完成相关的I/0接线图以及梯形图。由于本次是

13、设计一个二维数控工作台，既是一个仿真设计实验，不能按实际的大小尺寸来设计，只要能符合设计要求，完成所要求的基本动作就能达到目的，也必能对以后PLC控制二维数控工作台产生积极的促进作用。我选择设计基于PLC控制的二维数控实验台，其中要完成的动作是要PLC控制X、Y工作台电动机的正反转，即Y工作台的左移、右移，X工作台的前移、后移，实现两工作台的点动和连续控制。1.3 PLC实验台的组成二维数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件。基于PLC控制的数控X-Y实验台系统，是为具有两轴联动功能的数控工作台设计，它结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。如数控车床的纵-横向

14、进刀机构、数控铣床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备，特别适合在钻床上，可实现坐标孔系的加工。在小铣床上，可实现二维曲面的加工等。本设计是基于PLC控制的数控X-Y实验台系统，模块化得X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑台、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的落幕带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等以标准化，由专门厂家生产，设计时只需要根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，选用标准的PLC进行控制。第二章 总体方案的确定2.1 设

15、计参数1. 系统分辨率为2. 实验台尺寸：3. 实验台加工范围：4. 最大移动速度：2.2 机械传动部件的选择1. 导轨副的选用 要设计的二维工作台式用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不已爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。2. 丝杠螺母副的选用 伺服电机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。3. 联轴器的选用

16、选择了步进电机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有小间隙机构。为此，本设计决定采用TL1联轴器。4. 伺服电动机的选用 因本设计的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，可以选用性能好一些的步进电机，如混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置，以及伺服电机拟采用相同的型号与规格。2.3 控制系统的设计1设计的二位数控工作台，其控制

17、系统应该有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。2因本设计所选的精度对于步进电机来说不算高，电机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，选用作为控制器和相应的定位模块应该能够满足相关指标。3要设计一台完整的控制系统，在选择控制器后，还需要扩展存储器，键盘与显示电路、I/O接口电路等，并选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。第三章 机械部分的设计计算3.1导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N3.2

18、 直线滚动导轨副的计算 3.2.1滑块承受工作载荷的计算工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本设计的实验台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形势。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大工作载荷为：其中，移动部件重量G=800N，因本设计是数控实验台，所以只考虑其与导轨的摩擦力，摩擦因数代入上式，得最大工作载荷。查表3-41（机电一体化系统设计课程设计指导书），根据工作载荷，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷，额定静载荷。本设计选定实验台面尺寸为，加工范围为，考虑到工作行程应留有一定余量，查表3-35（机电一

19、体化系统设计课程设计指导书），按标准系列，选取导轨的长度为。 3.2.2导轨额定寿命的计算上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过,每根导轨上只配有两只滑块，精度4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36表3-40，分别取硬度系数、温度系数、接触系数、精度系数、载荷系数,代入下式，的距离寿命： 远大于期望值50,故距离额定寿命满足要求。3.3 滚珠丝杠螺母副的计算 3.3.1最大工作载荷的计算如上所述，因本设计是数控实验台，已知移动部件总重量,按矩形导轨进行计算，查表3-29（机电一体化系统设计课程设计指导书），取颠覆力矩影响系数,滚动导轨上的摩擦因数。

20、求的滚珠丝杠副的最大工作载荷： 3.3.2最大动载荷的计算设实验台在承受最大工作载荷时的最快进给速度，初选丝杠导程，则此时丝杠转速。取滚珠丝杠的使用寿命，得丝杠寿命系数（ 单位：）查表3-30（机电一体化系统设计课程设计指导书），取载荷系数1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数1.0，得最大动载荷：根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-31（机电一体化系统设计课程设计指导书），选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为16mm,导程为4mm,精度等级取5级，循环滚珠为3圈1列，额定动载荷为4612N，远大于，满足

21、要求。 3.3.3 传动效率的计算将公称直径导程，得丝杠螺旋升角。将摩擦角，代入。 3.3.4 刚度的校验实验台上下X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式，丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=500mm,钢的弹性模量；查表3-31得滚珠直径，丝杠低径，丝杠截面积。在作用下时拉压变形量：滚珠与螺纹滚道间的接触变形量由（机电一体化系统设计课程设计指导书）式3-27得：式中为滚珠直径，为滚珠总数量因为丝杠加有预警力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取丝杠总变形量本设计中，丝杠的有效行程为330mm,由表3-27（机电一

22、体化系统设计课程设计指导书）知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315-400mm时，行程偏差允许达到25，可见丝杠刚度足够。 3.3.5 压杆稳定性校验由（机电一体化系统设计课程设计指导书）式3-28 失稳时的临界载荷为： 丝杠截面惯量矩查（机电一体化系统设计课程设计指导书）表2-11得于是： 稳得临界载荷，远大于工作载荷，故丝杠符合要求综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。3.4步进电动机的计算 3.4.1 计算加在步进电机转轴上的总转动惯量已知：滚珠丝杠的公称直径，总长，导程，材料密度；移动部件总重量；传动比。选用TL1联轴器(查机械设计实用手册，可查出它转动惯量为0.0004m2，得出4c

23、m2。滚珠丝杠的转动惯量：实验台折算到丝杠上的转动惯量：初选步进电机型号90BYG2502,为两相混合式，步距角为，图3.1查表得该型号电动机转子的转动惯量则加在步进电机转轴的总转动惯量为： 3.4.2 计算加在步进电机转轴上的等效负载转矩分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。1. 快速空载启动时电动机转轴所受的负载转矩：包括三部分：一部分是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩。因为滚珠丝杠副传动效率很高，所以由式： 算出的值很小，相对于和很小，可以忽略不计。则有：

24、 考虑传动链的总效率，计算快速空载启动时折算到电机转轴上的最大加速转矩： 其中，空载最快移动速度，本设计指定为3000mm/min步进电机的步距角，预选电机为脉冲当量， 算得设步进电机由静止到加速至转速所需时间，传动链总效率。则可算得：移动部件时，折算到电机转轴上的摩擦转矩为：由以上可求的快速空载起动时电机转轴所承受的负载转矩：2. 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩包括三部分：一部分是折算到电机转轴上的最大工作负载转矩；一部分是移动部件运动时折算到电机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。则有： 所以： 移动部件运动

25、时折算到电机转轴上的摩擦转矩： 于是： 经过上述计算后，得到加在步进电机转轴上的最大等效负载转矩应为： 3.4.3 步进电机最大静转矩的确定考虑到步进电机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转数会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电机的最大静转矩，需要考虑安全系数。本设计取安全系数,则步进电机的最大静转矩应满足： 上述初选步进电机型号为90BYG2502，由表4-5查得该型号电动机的最大静转矩。可见满足要求。 3.4.4 步进电机的性能校核1）最快工进速度时电动机输出转矩校核本设计给定工作台最快工进速度，脉冲当量，电动机对应的运行频率：。从90BYG2502电

26、动机的运行矩频特性曲线可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩，远远大于最大工作负载转矩，满足要求。图3.22)最快空载移动时电动机输出转矩校核本设计 给定工作台最快空载移动速度，可得电动机对应的运行频率，从上图查的，在此频率下，电动机的输出转矩，大于快速空载起动时的负载转矩，满足要求。3） 最快空载移动时电动机运行频率校核与最快空载移动速度对应的电动机运行频率。查表4-5可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz,可见没有超出上限。4） 起动频率的计算已知电动机转轴上的转动惯量，电动机转子的转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率（查表4-5），则可得步进电机克服惯性

27、负载的起动频率： 由上式可知，要想保证步进电机起动时不丢步，任何时候的起动频率都必须小于。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选的更低，通常只有100Hz(即100脉冲/s)。综上所述，实验台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。第四章 控制系统的设计可编程序控制器，它把计算机技术和自动化技术融为一体，是一种数字运算操作的电子系统，PLC充分利用了微型计算机的原理核技术，既可以用来完成逻辑控制，也可以实现模拟系统，已在很多领域取得了成功的应用。特别是在电梯控制中取代传统的继电器硬界限防护四时限多种逻辑量的控制问题，改造旧时式的继电器控制电路，所形成的控制系统和线路远远比

28、继电器系统简单得多，用软件编程代替了大量而复杂的线路链接，使得更改控制功能非常容易，取得了明显的效果。与计算机控制相比，用PLC控制具有下列特点：（1） 结构简单，减少了数字运算部分，加强了直接控制需要的逻辑运算功能和技术、计时、步进等功能，从而使造价降低。（2） 将输入、输出接口标准化，与控制器组装在一起，采用隔离、绿波的方法加强抗干扰能力，适于生产现场应用。（3） 可将程序固化在专用集成电路中，不易丢失和损坏，而且更换方便。（4） 编程器和控制器分离，编程器可以一机多用，大大降低了成本；编程器具有编程、现场调试、模拟运行、在线测试、故障检测、固化程序和打印程序等多种功能，使用和维修都非常方

29、便。（5） 采用模块化结构，扩展容易，对简单或复杂的控制系统均可应用；并具有向计算机输送数据的能力，可以方便地组成计算机控制系统。（6） 程序编制简单，操作人员经过一段时间学习便可应用自如。（7） 体积小，机构紧凑，接插件少，可靠性高，有停电保护数据和状态的功能。总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量，具有可靠性高，抗干扰能力强，并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备，在数控实验台的控制系统中发挥了重要的作用。4.1 PLC的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的

30、性能价格比。选择时主要考虑以下几点：(一)合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。(二)安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线

31、短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。(三)相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。(四)响应速度要求PLC是为工

32、业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速工0处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。(五)系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。(六)机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：1)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。2)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。3)机型

33、统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 根据以上及实验装置的基本功能要求PLC的I/O点数为11输入，4输出。结合实验要求及装置的扩展性选用三菱具体参数如图4.1所示。图4.14.2 PLC的I/O地址分配具体输入/输出接口功能如下：对应输入接口： 接口X000X007对应按键000007； X000X03对应工作台Y向移动极限位置开关；X004X007对应工作台X向移动极限位置开关；X008X011接控制面板。对应输出接口：接口Y001Y006控制实验台的移动Y000对应Y工作台左移，Y001对应Y工作台的右移，Y002对应Y工作台的自

34、锁，Y003对应Y工作台的自锁；Y004对应X工作台上移，Y005对应X工作台的下移，Y006对应X工作台的自锁；X007对应X工作台的自锁控制程序见附录4.3 位址控制模块的设计 因本设计的是二维数控实验台，其控制系统要实现平面上的定位，所以就应该有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能。对单片机、工控机进行位置控制来说，采用可靠性高，程序编辑、修改和调试便捷的可编程逻辑控制器(PLC)以及定位模块集成进行位置控制，无须花太多的精力放在硬件处理上，采用积木式结构便可很快形成控制系统。定位模块是三菱PLC功能模块之一 ，它可单、双轴控制，脉冲输出最大可达100 KBs。针对定位控制的特

35、点，该模块具有完善的控制参数设定，如定位目标跟踪、运行速度、爬行速度、加减速时间等。这些参数都可通过PLC的FROMTO指令设定。除高速响应输出外，还有常用的输入控制，如正反限位开关、STOP、DOG(回参考点开关信号)、PG0(参考点信号)等。而本设计是二维数控实验台，其有两个方向的控制，因此可以选择三菱QD75P2的双轴控制的定位模块，其规格参数如下表所示：图4.2参考点示意图 4.3.1定位模块初始化设定 在全行程位移x上，定位模块初始化设定完成手动速度最高值设定、回参考点速度和接近速度设定、加减速时间设定、标志和状态显示设定等。其中，回参考点如图4.1所示：图4.3参考点示意图 回参考

36、点功能启动后，滑块先以v1速度快速向参考点方向运动，碰到减速开关SQ2.0产生DOG信号，伺服电机转速迅速降低，滑块以v2接近速度慢速移动。当增量式光电编码器产生一转脉冲(零标志)时，电机停止，滑块所停位置即为参考点位置。回参考点PLC梯形图如图4所示。图4.4考点PLC梯形图 4.3.2 定位位置和速度设定 在这一部分中，主要完成定位位置和速度设定，并在每一定位点执行任务。图5为定位控制和任务执行示意图。图4.5定位控制和任务执行滑块先以速度v1移至位置1，在位置1执行任务A，完成后，再以速度 ：移至位置2，执行任务B。依次类推，直到整个工序完成。相应的PLC梯形图如图6所示。图4.6定位位

37、置和速度设定的PLC梯形图4.4 步进电机驱动器的选择本实验台中X、Y向步进电机均为90BYG2502型，BD28Nb/Fb驱动器采用单脉冲控制方式。由于采用了先进的控制技术并实现了电流的精密传感和精确控制，从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果，是一种高性能、小体积、低价格的驱动器。为确保内置光耦能可靠导通，要求信号提供至少5mA的电流。驱动器内部已串入光耦的限流电阻1K，对应+5V电平。方向控制：1通过面板上的设定开关可设定电机运转方向。2外部输入信号Cw电平变化亦可改变电机运转方向。注：电机的初始运行方向与电机的接线有关，互换任意两相可以改变初始运行的方向二相混合式步进电

38、机。图3.3致 谢毕业设计已接近尾声，我非常感谢这次毕设过程中对我们细心指导的XXX老师，以及学校领导的督促检查。在这次毕业设计中如果没有XXX老师的细心指导和提供设计的一些资料，以及对我们的严格要求，恐怕现在的毕业设计还没有结束。因此，我还要向XXX老师说一声“田老师，谢谢您”当然，四年的学习生活是比较丰富多彩的，是我从一个对机械知识一无所知的学生，经过四念的学习，终于使我懂得和掌握机械控制方面的基础知识，并达到了对机械行业的毕业生的基本要求；而毕业设计，也正好是检验我们四年所学全部知识的掌握情况。使我们对所学的之东西融会贯通。毕业设计这一门课程所占的时间是我们四年学习总课时的的八分之一。由

39、此可见毕业设计在大学中所占的比重有多大！多重要！在即将完成毕业设计时，我明白了，毕业设计的意义，毕业设计是每一位大学学生在离校之前进行的知识总结，在这次设计中集中了大学所学的所有知识，每位学生得到的收获是不一样的，毕业设计过程中曾经遇到困难想退缩，但是都在老师和同学的帮助下度过了困难。在毕业设计中，我学到了很多：1.在学习中提倡独立思考、严肃认真、精益求精的学习精神。2.在方案设计中，需要综合考虑各种因素，采取多种办法进行分析、比较和选择。3.利用已有的资料是学习前人经验，不应该盲目地抄袭要敢于大胆创新。4.每一阶段的设计都要认真检查，避免出现重大错误，影响下一阶段的设计。毕设中我明白了二维数

40、控实验台工作原理和控制过程，了解PLC控制器的的发展，明白了机械控制系统的重要性和必要性。学会了机电一体化的系统设计等。当然这些东西离不开黄老师的指导和耐心的讲解，以及同组同学的共同努力。在此，对那些帮助和指导我完成毕业设计的老师和同学们说声谢谢了！附录PLC程序如下：LD X001OR Y012LD Y001OR X022AND Y011ANBANI X002ANI Y003ANI X020ANI X021ANI Y002OUT Y001ANI X001ANI Y001ANI X022ANI X003ANI Y003ANI X021ANI Y014OUT Y002LD X003LD Y003

41、OR X021AND Y011ANBANI X002ANI Y001ANI X020ANI Y002OUT Y003LD X004OR Y012LD Y004OR X024AND Y011ANBANI X005ANI Y006ANI X020ANI Y005OUT Y004ANI X004ANI Y004ANI X024ANI X006ANI Y006ANI X023ANI Y014OUT Y005LD X006LD Y006OR X023AND Y011ANBANI X005ANI Y004ANI X020ANI X024ANI Y005OUT Y006LD X013OR Y011OR Y0

42、12ANI X014ANI X020OUT Y011参考文献1郭镇邦编.机械工业最新基础标准应用手册.北京：机械工业出版社，19881990 2吴宗泽，罗圣国主编.机械设计课程设计手册.第二版.北京：高等教育出版社，1999 3吴宗泽主编.机械设计师手册（上、下册）.北京：机械工业出版社，2002 4杨叔子主编.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2001 5王卫星，傅立思，孙耀杰. 2002. 可编程控制器原理及应用. 北京：中国水利水电出版社.6袁任光. 2001. 可编程控制器(PC)应用技术与实例. 广州：华南理工大学出版社.7江秀汉，李萍，傅保中. 2001. 可编程序控制器原

43、理及应用. 西安：西安电子科技大学出报社.8余雷声. 电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，20019王兆义. 小型可编程控制器实用技术. 北京：机械工业出版社，200210李景学. 可编程序控制器应用系统设计及方法. 北京：电子工业出版社11杨长能. 可编程控制器（PLC）例题习题及实验指导. 重庆：重庆大学出版社，199912张运波. 工厂电气控制技术. 北京：高等教育出版社，200113尹志强.机电一体化课程设计指导书. 北京：机械工业出版社，200814钟肇新. 可编程控制器原理及应用. 广州：华南理工大学出版社，200215J. W. Fortune. Revolutiona

44、ry Lift Design for Mega-high-Rise Building, Elevator Technology Conf. Nice, France. 1986.16Siiknen M L and Leppala J. Elevator traffic pattern recognition: Proc.4th IFSA Congr,1991APPLICATION OF PLCS AS FRONT-END PRE-PROCESSORS IN FACTORY INFORMATION SYSTEMSD. W. RussellDepartment of Electrical and

45、Computer Engineering, Penn State University,Great Valley, Malvern, PA 19355, USAFactory it rtnation systems (FISs) have grown in acceptance largely because of the successful integration of a variety of data-collection, entry and display devices. The traditional factory computer syste，by and large ig

46、nored the moment-by. oment consequences of production processes, arid focccsed instead on the assistance ofjered by autorrzated shift-end counting and scheduling procedures. Separate .systems handled the various nctions (e.g. orders, raw materials, inventory, schedeeling, etc.) and the assessment of

47、 productivity was left to the findings of endless meetings, negotiations and the interpretation of aged data reports. The data urzder consideration, however carefully collected, was so much after the event that problems forced the factory into a crisi.s- management mode in the hope that some restitu

48、tion could be made. Real-time data is normally available in the process itself but is difficult to condense into a form that is useful for scheduling and FIS functions. Such data contains vital information us to the actual real-tune machine performance on the shop floor, crud if processed correctly

49、can be used to indicate and forecast production problems so that calm, yet timely, cadjustments to schedules, etc. can be made. This paper describes how a PLC (programmable logic controller) was used to collect, pre-process and pass .summat.v results to a low-cost supermicro computer for production

50、monitoring and FIS purposes. This work was undertaken in response to an industry need for low-cost systenz.s that could be retrofitted to factories with mirainul disturbance to their day-to-day operationsKeywords: FIS: PLC; Front-end processing; Production monitoringAccepted for publication: 20 July

51、 1990This paper is a sequel to Production Monitoring一A Proven Productivity Tool, whichappeared in Volume 4 Number 4 (November 1989) of this journal, on pages 335-3451 .IntroductionIn the factory, data is an order, an order number, a machine setting, a fluid pressure and a host of other loosely conne

52、cted factors. Each one is defined in an ideal sense, but in the reality of the environment is often suspect. Wirth 2 comments on the abstraction of reality contained in data inside the computer, so how much more is this true in the hostile factory environment! The causes for the suspicion include no

53、ise, forgetfulness, ageing and dishonesty. Such data must be carefully pre-processed if its information content is to be free of error before posting into FIS applications. The most difficult data to capture are the unrepeatable, noisy, variant electrical signals that occur at the machine level. If

54、the system is operated correctly and honestly, it is possible to have factual job parameters associated with the correct machine, true time-card entries made, etc. These data items are static in some sense of the word, and change only at certain predictable times. Data such as this is handled by exi

55、sting computer systems 3 with minimal operator training. Real-time process data changes so rapidly and unrepeatably that automated collection, processing and dispatch become mandatory 4. When industrial processes are to be monitored, the data is either analogue in nature (e.g. temperature, pressure,

56、 cycle times) or repetitive digital (e.g.counts). Data-acquisition systems require considerable investment in time for programming, tuning and interfacing. In a medium-size factory with, say 50 injection moulding presses, the collection of data by custom ADC/DAC devices is prohibitively expensive if

57、 FIS is ever to be a possibility. Several vendors of production-monitoring systems place smart terminals at each machine that a central processor polls for data. Others use a centralised capability, such as a programmable-logic controller (PLC) with direct I/O connections to the machine motor-contro

58、l centres. In either case, the raw data must be pre-processed if it is to be of any significance as far as information systems are concerned. The advantages of the PLC over other types of processors include analogue processing power, I/O transparency, industrial ruggedness and connectability. PLCs c

59、an be interconnected point to point (e.g. RS-422) or via a network (e.g. MODBUS, ABNET, etc.).The connection of any factory process to the PLC is via standard I/O boards so that the field wiring effort can be minimised, and the connection to host processors is via standard network protocols tosimpli

60、fy data distribution. Commercially available I/O boards handle many of the problems for which ADC/DAC systems have to be modified, and they do so with complete user transparency. The PLC program reads data into I/O buffers, and the PLC operating system maps the data, sampled and conditioned, into pre-defined memory locations. The PLC updates the I/O buffers several times per second or faster, depending upon the local application. The data to be collected by the PLC must be transformed into data structures that are accep