T6113電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第1章 緒論1.1選題的目的和意義由于現(xiàn)代加工技術(shù)的日益提高，對加工機(jī)床特別是工作母機(jī)的要求也越來越高，由此人們也將注意力集中到機(jī)床上來，數(shù)控技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等發(fā)展的產(chǎn)物，他的出現(xiàn)極大的推動(dòng)了制造業(yè)的進(jìn)步。機(jī)床的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣與機(jī)床的加工精度息息相關(guān)，特別是PLC廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域后，已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性?？删幊炭刂破鱌LC已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)控制。在機(jī)械加工領(lǐng)域，機(jī)床的控制上更顯示出其優(yōu)點(diǎn)。由于鏜床的運(yùn)動(dòng)很多、控制邏輯復(fù)雜、相互連鎖繁多，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多、接線復(fù)雜，因此故障多維修困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不僅加大了維修成本，而且影響設(shè)備的功效。采用P

2、LC控制可使接線大為簡化，不但安裝十分方便而且工作可靠、降低了故障率、減小了維修量、提高了功效。1.2 關(guān)于課題的一些介紹和討論1.2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬定解決的關(guān)鍵問題完成對T6113機(jī)床的整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，控制核心是PLC，并使其加工精度進(jìn)一步提高，加工范圍擴(kuò)大，控制更可靠。研究內(nèi)容：（1） T6113的電氣系統(tǒng)（PLC）硬件電路設(shè)計(jì)和在機(jī)床上的布局。（2） PLC程序的編制。解決的關(guān)鍵問題：PLC對機(jī)床各個(gè)工作部分的可靠控制 電氣電路的安全問題的解決1.2.2題目的可行性分析雖然目前數(shù)控機(jī)床以其良好的加工性能得到了人們的肯定，但是其昂貴的價(jià)格是一般用戶望塵莫及的，所以改造現(xiàn)

3、有的機(jī)床以達(dá)到使用要求是比較現(xiàn)實(shí)的，也是必須的。經(jīng)過實(shí)踐證明這樣的改造是可以滿足大多數(shù)情況下的精度和其他加工要求，并且在實(shí)踐中已取得的相當(dāng)好的效益。1.2.3本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處利用PLC作為控制核心，替代傳統(tǒng)機(jī)床的繼電器控制，使得機(jī)床的控制更加靈活可靠，減少了很多中間的機(jī)械故障的可能。利用PLC的可編程功能使得變換和改進(jìn)控制系統(tǒng)成為可能。1.2.4設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域鏜床是一種主要用鏜床刀在工件上加工孔的機(jī)床。通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔。特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體，汽車發(fā)電機(jī)缸體等零件的孔。一般鏜刀的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鏜刀或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在

4、鏜床上除鏜孔外，還可以進(jìn)行銑削、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面等工件。因此鏜床的工作范圍較廣。它可以應(yīng)用于機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域，但因其價(jià)格比一般機(jī)床貴好多，所以在比較大的加工車間才可見到。1.3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的，從最早的手動(dòng)控制到自動(dòng)控制，從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有觸點(diǎn)的硬接線控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的存儲系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。作為生產(chǎn)機(jī)械的電機(jī)拖動(dòng)，已由最早的采用成組拖動(dòng)方式，發(fā)展到今天無論是自動(dòng)化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當(dāng)完善的電氣自動(dòng)

5、化系統(tǒng)。 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是機(jī)床和其他許多機(jī)械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)先進(jìn)電氣控制的基礎(chǔ)。這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用固定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。 從20世紀(jì)30年代開始，生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)備按新的工藝過程運(yùn)行，而繼電接觸器控制系統(tǒng)

6、采取固定接線方式，很難適應(yīng)這個(gè)要求。大型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器的數(shù)量很多，這種有觸點(diǎn)的電器工作頻率很低，在頻繁動(dòng)作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運(yùn)行可靠性降低。為了解決這個(gè)問題，20世紀(jì)60年代初期利用電子技術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。對復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)則采用計(jì)算機(jī)控制，由于這些控制裝置本身存在不足，因此均未能獲得廣泛應(yīng)用。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車（GM）公司，為適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，做成一種能適應(yīng)工作環(huán)

7、境的通用控制裝置，并把編程方法輸入方法簡化。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱PLC），并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。從此以后，許多國家的著名廠商竟相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增強(qiáng)，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。PLC另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高，平均無故障運(yùn)行可達(dá)10萬小時(shí)以上，可以大大減少設(shè)備維修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的核心控制裝置。 電氣控制技術(shù)的發(fā)展始終是伴隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)水平的提高而前進(jìn)的。電

8、氣控制技術(shù)的進(jìn)步反過來又促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高。同時(shí)，電氣控制技術(shù)又是與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等緊密聯(lián)系在一起的。21世紀(jì)電氣控制技術(shù)必將給人類帶來更加繁榮的明天。1.4 PLC的發(fā)展史、優(yōu)勢及特點(diǎn)1.4.1 發(fā)展史 可編程控制器PLC誕生之前，工業(yè)電氣控制主要使用低壓電器構(gòu)成的繼電接觸器電路，它是以接線邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能的。這樣的控制設(shè)備一經(jīng)生產(chǎn)出來，功能就固定了，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件接線，使用起來不靈活，也很麻煩。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應(yīng)速度

9、更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上適用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器由此誕生。可編程控制器自問世以來，發(fā)展極為迅速。1971年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器，1973年，歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器，到現(xiàn)在，世界各國的一些著名的電器工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器。可編程控制器已作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，它采用了一些計(jì)算機(jī)技術(shù)，但簡化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路

10、，對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性較好，指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯計(jì)算的功能。隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，在20世紀(jì)70年代中期，美、日、德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多地引入微機(jī)技術(shù)，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅提高，性能價(jià)格比產(chǎn)生了新的突破。到20世紀(jì)80年代，可編程控制器都采用了微處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機(jī)存儲器（RAM）或是單片機(jī)作為其核心，處理速度大大提高，不僅增加了多種特殊功能，體積還進(jìn)一步縮小。20世紀(jì)90年代末，PLC幾乎完全計(jì)算機(jī)化，其速度更快，各種智能模

11、塊不斷被開發(fā)出來，使其不斷地?cái)U(kuò)展著它在各類工業(yè)控制中的作用。現(xiàn)在，PLC不僅能進(jìn)行邏輯控制，在模擬量閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制系統(tǒng)等各方面都得到了廣泛應(yīng)用。如今，大、中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算功能，有的還具有PID功能。這些功能使PLC在模擬量閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制、速度控制等方面具有了硬件基礎(chǔ)；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應(yīng)的傳感器及伺服設(shè)備，PLC可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制；PLC配合可編程終端設(shè)備，可實(shí)時(shí)顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，為系統(tǒng)分析、研究工作提供依據(jù)，利用PLC的自檢信號還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；PLC具有

12、較強(qiáng)有利的通信功能，可以與計(jì)算機(jī)或其他智能裝置進(jìn)行通訊及聯(lián)網(wǎng)，從而能方便地實(shí)現(xiàn)集散控制。功能完備的PLC不僅能滿足控制要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需要。近年來，可編程控制器的發(fā)展更為迅速。展望未來，可編程控制器在規(guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展：一是大型可編程控制器向高速、大容量和高性能方向發(fā)展；二是發(fā)展簡易經(jīng)濟(jì)的超小型可編程控制器，以適應(yīng)單機(jī)控制及小型自動(dòng)化設(shè)備的需要。另外，不斷增強(qiáng)PLC工業(yè)過程控制的功能（模擬量控制能力），研制采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，使同一工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制設(shè)備，增強(qiáng)可編程控制器的聯(lián)網(wǎng)通信功能，便于分散系統(tǒng)與集中控制的實(shí)現(xiàn)，大力開發(fā)智能I/O模塊、增強(qiáng)可編程控制器的

13、功能等也具有重要意義。1.4.2 PLC的優(yōu)勢和特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。在繼電器接觸器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在PLC系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加上PLC充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，PLC有極高的可靠性。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時(shí)間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時(shí)，有的甚至達(dá)到了幾十萬小時(shí)。2.適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活 由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采

14、用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。更重要的是，PLC系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)，接線很少。3.編程方便，容易使用PLC的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂。4.功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)PLC中含有數(shù)量巨大的可用于開關(guān)量處理的繼電器類軟元件，可輕松的實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的。5.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便PLC中相當(dāng)于繼電器接觸器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，又用程序（軟接線）代替硬接線，安裝接線工作量小，設(shè)計(jì)人員只要具有PLC就可進(jìn)

15、行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電器接觸器系統(tǒng)的調(diào)試是靠在現(xiàn)場改變接線進(jìn)行的，十分煩瑣。6.維修方便，維修工作量小PLC有完善的自診斷，履歷情報(bào)存儲及監(jiān)視功能。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員可以通過它查出故障原因，便于迅速處理。7.PLC體積小，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化第2章 鏜床的概況2.1 T6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)及機(jī)械運(yùn)動(dòng)2.1.1T6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)鏜床是一種精密加工機(jī)床，主要用于加工精密圓柱孔，這些孔的軸線往往要求嚴(yán)格地平行或垂直。相互間的距離也要求很準(zhǔn)確，鏜床本身剛性好，其可動(dòng)部分在導(dǎo)軌上活動(dòng)間隙很小，而且有附加支撐。

16、臥式鏜床用于加工各種復(fù)雜大型工件，如箱體零件、機(jī)床等，是一種功能很大的機(jī)床。除了鏜孔外，還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、絞孔以及車削內(nèi)外螺紋，用絲錐攻螺紋，車外圓柱面和端面。臥式鏜床外形結(jié)構(gòu)如圖中所示：1.床身 2.前立柱 3.主軸箱 4.尾筒工作臺 5.下滑座 6.上滑座 7. 工作臺 8.后立柱 9.懸掛按鈕站 10.固定按鈕站臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端有固定不動(dòng)的前立柱，在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架，它可以上下移動(dòng)，鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進(jìn)給箱與操縱機(jī)構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或裝在平盤的刀具溜板上，在工作過程 ，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，平旋盤

17、只能旋轉(zhuǎn)裝在它的上面刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空心部分，通過各自的傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)，因此可獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。在大部分工作情況下使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時(shí)才使用平旋盤。臥式鏜床后立柱上安裝在尾架，用來夾持裝夾在鏜軸上的鏜桿的末端。它可隨鏜頭架同時(shí)升降，并且某軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上，后立柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整、移動(dòng)。加工時(shí)，工件放在床身中部的工作臺上，工作臺在上滑座上面，上滑座下面是下滑座，下滑座安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿床身導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，上滑座又可沿下滑座上的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，工作臺就可在床身上作前后左右任一方向運(yùn)動(dòng)，并可作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

18、，再配合鏜頭架的垂直運(yùn)動(dòng)，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。加工時(shí)，刀具裝在主軸箱的鏜軸或平旋盤上，由主軸箱可獲得各種轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，主軸箱可沿前立柱的導(dǎo)軌上下移動(dòng)，工件安在工作臺，可與工作臺一起隨上滑座或下滑座作橫向或縱向移動(dòng)，此外，工作臺還可以繞上滑座的圓導(dǎo)軌在水平面內(nèi)移動(dòng)一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，裝在鏜軸上的鏜刀還可以隨鏜軸軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給或調(diào)整刀具的軸位置。當(dāng)鏜軸及刀桿伸出較長時(shí)，可用后立柱來支撐左端，以增加鏜軸和刀桿的剛度。當(dāng)?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架時(shí)，徑向刀架可帶著刀具作徑向進(jìn)給，以車削端面。2.1.2機(jī)械運(yùn)動(dòng) 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；主軸箱垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

19、；工作臺縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工作臺橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；鏜桿的軸向運(yùn)動(dòng)；平旋盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；平旋盤徑向刀架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)：主軸箱、工作臺在進(jìn)給方向的快速調(diào)位運(yùn)動(dòng)，后立柱縱向調(diào)位運(yùn)動(dòng)，后支架的垂直調(diào)位運(yùn)動(dòng)，工作臺的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)。這些輔助運(yùn)動(dòng)可以手動(dòng)，也可以由快速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2電氣控制2.2.1臥式鏜床電力拖動(dòng)及控制要求1.主軸應(yīng)有較大調(diào)速范圍，要求恒功率調(diào)速，采用機(jī)電聯(lián)合調(diào)速；2.變速時(shí)，為使滑移齒輪能順利進(jìn)行嚙合位置，應(yīng)有低速或斷續(xù)變速沖動(dòng)；3.主軸能作正反轉(zhuǎn)低速點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，要求對主軸電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制；4.為使主軸迅速準(zhǔn)確停車，主軸電動(dòng)機(jī)應(yīng)有機(jī)械制動(dòng)；5.主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)由各自

20、傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)，主軸和工作臺除工作進(jìn)給外，還應(yīng)有快速移動(dòng)由另一臺快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；6.鏜床運(yùn)動(dòng)部件多，設(shè)置必要的聯(lián)鎖和保護(hù)。2.2.2 T613臥式鏜床的電氣控制機(jī)床的電氣系統(tǒng)是按三相交流電源設(shè)計(jì)的，其電源電壓與頻率為380V 50Hz.機(jī)床采用可編程控制器（PC）控制，可編程控制器的電源為220V；接觸器的電壓交流110V；電磁閥，電磁離合器為DC24V；信號指示燈為交流6V；手把燈（最大100W）電為24V；均由變壓器供電。機(jī)床照明燈電壓為24V。機(jī)床上裝有五臺交流電動(dòng)機(jī)；主電機(jī)（M1），快速移動(dòng)電機(jī)（M2），后立柱快速移動(dòng)電機(jī)（M3），下滑座液壓油泵電機(jī)（M4），主軸箱液壓油泵電機(jī)（M5）

21、。可編程控制器（PLC）安裝在配電盤下部，配電盤安裝在立柱后面的電器柜內(nèi)。機(jī)床上裝有懸掛按鈕站對機(jī)床進(jìn)行集中操作。各部分簡要說明：（1） 可編程控制器（PLC）本機(jī)床采用SIEMENS S7-200系列可編程控制器對機(jī)床實(shí)行控制，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制的目的。緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。本系統(tǒng)采用的可編程控制器為S7-200系列，CPU 224，外形尺寸為120.5×

22、80×62（單位），程序存儲區(qū)4096字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)2560字節(jié)，掉電保持時(shí)間190小時(shí)，I/O數(shù)量14入/10出，本機(jī)擴(kuò)展模塊7個(gè)，脈沖輸出（DC）為2路20KHz，模擬電位器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘為內(nèi)置，通訊口1RS-485。擴(kuò)展模塊選用的是四塊EM223（8I/8Q）（223-1PH22-0XAO）。2. 輸入信號機(jī)床所使用的按鈕、旋鈕開關(guān)、無觸點(diǎn)開關(guān)、各部的行程開關(guān)及各部的限位開關(guān)、速度繼電器等均作為輸入信號。3. 輸出信號可編程控制器輸出信號分別接通交流接觸器，液壓電磁閥，電磁離合器和信號燈。4. 機(jī)床的程序編制利用STEP7-Micro/WIN軟件來編制，采用梯形圖方式來實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)

23、情況見系統(tǒng)程序編制部分。（2）. 限位、線路保護(hù)說明1. 進(jìn)給和快速移動(dòng)的限位 SQ14、SQ15 主軸箱升降終點(diǎn)限位開關(guān) SQ16、SQ17 上滑座移動(dòng)終點(diǎn)限位開關(guān) SQ18、SQ19 下滑座移動(dòng)終點(diǎn)限位開關(guān)當(dāng)某一移動(dòng)部件達(dá)到極限位置時(shí)，相應(yīng)的限位開關(guān)壓開關(guān)動(dòng)作，切斷進(jìn)給和快速移動(dòng)電路或使換向離合器脫開，可以按相反方向的快速移動(dòng)按鈕，使其復(fù)位。2. 線路保護(hù)和互鎖裝置短路保護(hù)和過載保護(hù) 三極自動(dòng)空氣開關(guān)QF1、QF2、QF3、QF4和熱繼電器FR1、FR2、FR3分別對應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載或短路保護(hù)，電機(jī)自動(dòng)開關(guān)QF5、QF6、QF7、QF8、QF9、QF10、QF11、QF12分別對相應(yīng)的控制

24、電路進(jìn)行短路和過載保護(hù)。主軸保護(hù) 工作臺處于“松開”狀態(tài)，即分配工作臺后指示燈時(shí)，主軸不能旋轉(zhuǎn)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)的互鎖 機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)，快速移動(dòng)不能進(jìn)行；同樣快速移動(dòng)時(shí)，機(jī)床不能機(jī)動(dòng)進(jìn)給。主軸箱前面大手輪狀態(tài)大手輪扳到“微動(dòng)”位置，行程開關(guān)SQ4被壓動(dòng)作，切斷快速移動(dòng)和機(jī)動(dòng)進(jìn)給；大手輪扳到“手大動(dòng)”位置，SQ5被壓動(dòng)作，使按鈕SB23分配到主軸無效，主軸只能手動(dòng)移動(dòng)。保護(hù)接地電氣柜底部設(shè)有總的接地銅排，機(jī)床各部件之間為滑動(dòng)面者，均接有跨接地線，金屬外殼的電器件如電動(dòng)機(jī)等也接有保護(hù)地線，并為樹叉式接法，這些地線均接在銅排上。3. 導(dǎo)軌潤滑說明機(jī)車已放置很長時(shí)間在使用，機(jī)床通電后先按導(dǎo)軌潤滑按鈕SB

25、19，多按幾次（間隔10秒鐘）。每按一次，導(dǎo)軌潤滑泵來一次潤滑導(dǎo)軌，以后導(dǎo)軌自動(dòng)潤滑。（三）. 主電機(jī)制動(dòng)說明：主電機(jī)采用電子制動(dòng)器制動(dòng)，主軸停車快而平穩(wěn)，主電機(jī)的制動(dòng)電流及制動(dòng)時(shí)間均可調(diào)，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，制動(dòng)器的“允許”燈亮，表示制動(dòng)器可以工作了，按下停止按鈕，制動(dòng)器“電源”燈亮、“制動(dòng)”燈亮，兩秒鐘后，“制動(dòng)”和“電源”燈滅，制動(dòng)結(jié)束。主軸沒有剎車，即制動(dòng)器不工作，制動(dòng)器報(bào)警燈亮。 第3章 鏜床電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇3.1概述正確的的選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義，合理的選擇電動(dòng)機(jī)是從驅(qū)動(dòng)機(jī)床的具體對象、加工規(guī)范，也就是要從機(jī)床的使用條件出發(fā)，經(jīng)濟(jì)、合理、安全等多方面考慮，使電動(dòng)機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行。電

26、動(dòng)機(jī)功率的確定是選擇電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵，但也要對轉(zhuǎn)速、使用電壓等級及結(jié)構(gòu)形式等項(xiàng)目進(jìn)行選擇。異步電動(dòng)機(jī)由于它結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、維修方便、造價(jià)低廉，因此在機(jī)床中使用的最為廣泛。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低則體積越大，價(jià)格也越高，功率因數(shù)和效率越低，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)械的要求和傳動(dòng)裝置的具體情況而定。異步電動(dòng)機(jī)的電壓等級是380伏。一般的說金屬切削機(jī)床都采用通用系列的普通電動(dòng)機(jī)。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，也應(yīng)考率機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)條件，對易產(chǎn)生懸浮飛揚(yáng)的鐵屑或廢料，或冷卻液、工業(yè)用水等有損于絕緣的介質(zhì)能侵入電動(dòng)機(jī)的場合，選用封閉式的。按機(jī)床的電氣設(shè)備通用技術(shù)條件中規(guī)定，機(jī)床應(yīng)采用全封閉扇冷式電動(dòng)機(jī)。3.2 鏜床用電動(dòng)機(jī)容量的選擇根

27、據(jù)機(jī)床的負(fù)載功率，（例如切削功率）就可選擇電動(dòng)機(jī)的容量，然而機(jī)床的載荷是經(jīng)常變化的，而每個(gè)負(fù)載的工作時(shí)間也不盡相同，這就產(chǎn)生了使電動(dòng)機(jī)功率如何最經(jīng)濟(jì)的滿足機(jī)床負(fù)載功率的問題。機(jī)床上常用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，Y系列電動(dòng)機(jī)是封閉自扇冷式攏型三相異步電動(dòng)機(jī)3.2.1鏜床主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的選擇多數(shù)機(jī)床負(fù)載情況比較復(fù)雜，切削用量變化很大，尤其是通用機(jī)床負(fù)載種類更多，不易準(zhǔn)確地確定其負(fù)載情況。因此通常采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比法來確定電動(dòng)機(jī)的功率。調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比法分析切削用量，確定切削用量最大值，在同類同規(guī)格的機(jī)床上進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，并測出電動(dòng)機(jī)的輸出功率，再考慮機(jī)床最大負(fù)載情況，以及采用先進(jìn)切削方法及新工藝。類比同類機(jī)

28、床電動(dòng)機(jī)的功率，最后確定所設(shè)計(jì)的機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率來選擇電動(dòng)機(jī)。臥式鏜床主電動(dòng)機(jī)功率 式中 D-鏜桿直徑 D=120mm P=13.698KW取電動(dòng)機(jī)功率15KW 型號Y180L-6 額定電流31.4 效率89.5% 6P極 功率因數(shù)0.81 額定轉(zhuǎn)矩2.0 額定轉(zhuǎn)速970r/min3.2.2快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的選擇 式中 G-移動(dòng)部件的重量 -移動(dòng)速度u-動(dòng)摩擦系數(shù) -效率（機(jī)床傳動(dòng)）G=9500 =0.85 v=2.5m/min 4.565KW取電動(dòng)機(jī)功率5.5KW 型號Y132M2-6 額定電流17 A 效率86% 功率因數(shù)0.78 額定轉(zhuǎn)速960 r/min3.2.3后立柱電動(dòng)機(jī)容量的選擇

29、 式中 G-移動(dòng)部件的重量 -移動(dòng)速度u-動(dòng)摩擦系數(shù) -效率（機(jī)床傳動(dòng)）7.1.2 T619A臥式鏜床的PLC程序編制在程序的編制過程中，選用了定時(shí)器T37T44，另為編程需要還選了M10.0M10.7和M11.0M11.3十二個(gè)輔助繼電器。關(guān)于定時(shí)器的選用：定時(shí)器指令用來規(guī)定定時(shí)器的功能，在編程過程中，基于對T619A臥式鏜床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的考慮，我選用的是接通延時(shí)定時(shí)器和斷開延時(shí)定時(shí)器。編制的過程中使用延時(shí)定時(shí)器是為了使電磁閥有充分的時(shí)間夾緊和松開。在使用過程中注意了以下基本要素：1.編號、類型及分辨率。定時(shí)器有1、10、100三種分辨率，定時(shí)器的編號和類型與辨率有關(guān)。有記憶的定時(shí)器均是接通延

30、時(shí)型的，無記憶的定時(shí)器可通過指令指定為接通延時(shí)和關(guān)斷延時(shí)型。2.預(yù)置值。也叫設(shè)定值。預(yù)置值即編程時(shí)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間的長短。PLC定時(shí)器采用時(shí)基計(jì)數(shù)及與預(yù)置值比較的方式確定延時(shí)時(shí)間是否到達(dá)。時(shí)基計(jì)數(shù)值稱為當(dāng)前值，存儲在當(dāng)前值寄存器中。預(yù)置值在使用梯形圖編程時(shí)，標(biāo)定在定時(shí)器功能框的“PT”端。3.工作條件。從梯形圖的角度看，定時(shí)器功能框中“IN”端連接的是定時(shí)器的工作條件。對于接通延時(shí)定時(shí)器來說，有能流流到“IN”端時(shí)開始計(jì)時(shí)。從無記憶的定時(shí)器來說，工作條件失去，即延時(shí)接通定時(shí)器能流從有變到無時(shí)，無論定時(shí)器計(jì)時(shí)是否達(dá)到預(yù)置值，定時(shí)器均復(fù)位，前邊的計(jì)時(shí)值清零。4.工作對象。工作對象指定時(shí)時(shí)間到時(shí)，利用

31、定時(shí)器的觸點(diǎn)控制的元器件或工作過程。第8章 經(jīng)濟(jì)效益分析機(jī)床是用于生產(chǎn)的，也就是用來為人們創(chuàng)造財(cái)富的，那么它的經(jīng)濟(jì)效益就顯得非常重要了。用PLC作為控制系統(tǒng)的核心，與傳統(tǒng)的繼電器控制有以下幾點(diǎn)好處：首先是從材料方面它比繼電器的耗材少的多，在今天這種科技快速發(fā)展的形勢下，材料特別是金屬材料價(jià)格越來越不菲，使得我們不得不考慮到用材上來，我設(shè)計(jì)的T6113臥式鏜床使用繼電器時(shí)，要使機(jī)床能正常工作所需的繼電器數(shù)目是28個(gè)，而一個(gè)繼電器的耗材和一個(gè)PLC相比，前者多一點(diǎn)。其次從能源方面來講，隨著石油價(jià)格的飛速上漲，石油的緊缺，能源問題已成為威脅人類生存的關(guān)鍵問題，是我們?nèi)祟愐惹薪鉀Q的重大問題。所以也要

32、從能源角度來考慮，電器系統(tǒng)要消耗電能源，大家都知道PLC屬于機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，它的核心仍然是我們熟悉的單片機(jī)，它里面的中間繼電器工作所需的電能是非常少的，最少是相對與將近三十個(gè)繼電器來說，它的耗能是微乎其微的。最后從故障方面來講，機(jī)床屬于工作母機(jī)，它在生產(chǎn)單位里使用頻率是非常高的，平時(shí)的故障和維修是很平常的事，所以故障率是值得考慮的。由于PLC是采用內(nèi)部的邏輯觸點(diǎn)來完成控制功能的，它的壽命大概可達(dá)到幾百萬次到千萬次吧，而繼電器控制的電路，繼電器的壽命是幾天次到萬次，故障就可想而知，如果是一個(gè)工廠的幾千臺機(jī)床來說，這個(gè)效益就大的太多了。結(jié)論本次設(shè)計(jì)基本上完成了預(yù)期的目的，利用PLC做出的控制

33、系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床能快速響應(yīng)動(dòng)作，靈活可靠的完成生產(chǎn)任務(wù)，而故障率要相應(yīng)降低的功能特點(diǎn)。設(shè)計(jì)也確實(shí)從電動(dòng)機(jī)的選擇到控制系統(tǒng)得設(shè)計(jì)及其PLC編程，做到了從始到終的整個(gè)過程，并做了實(shí)物演示，給了設(shè)計(jì)以有力的證明。當(dāng)然，為了機(jī)床使用在實(shí)際生產(chǎn)中的安全，在電路的也充分考慮到電路保護(hù)，從過載保護(hù)到短路保護(hù)，用到了斷路器和熔斷器給機(jī)床以安全的保障。在控制電路設(shè)計(jì)方面，利用了使控制更靈活，能隨著輸入程序的改變而變更控制方式，避免了硬件電路的改動(dòng)，從而節(jié)省了時(shí)間和金錢。在控制互聯(lián)和互鎖方面使用了雙保險(xiǎn)，即采用硬件和軟件雙重作用來保障系統(tǒng)的可靠性。但還有不足的地方，例如機(jī)床的按鈕太多，致使手動(dòng)功能的出錯(cuò)率增加，自

34、動(dòng)化程度太低，位置控制方面欠缺，不能得到精確的位置信息。實(shí)物演示使得我對控制系統(tǒng)得控制結(jié)果有了實(shí)踐性的檢驗(yàn)，制作的過程中也使我對電路有了新的認(rèn)識，付諸于實(shí)際。但演示的方面過于片面，對實(shí)際的情況可能估計(jì)不足，希望以后加以完善。總的設(shè)計(jì)過程經(jīng)歷了將近兩個(gè)月，設(shè)計(jì)結(jié)果已經(jīng)出來了，有滿意的方面，但還有不理想的地方，由于時(shí)間的原因也就只能到此了。致謝將近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將順利完成了，在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多新的知識，得到了身邊的老師、朋友、同學(xué)所給予的無私幫助與精神上的支持。同時(shí)我要特別感謝我的指導(dǎo)教師萬豐，從論文的選題、開題、定題、中期檢查、計(jì)劃的安排到具體研究內(nèi)容的確定以及論文的撰寫，都得

35、到了萬老師的大力支持和幫助，并多次為我細(xì)心指導(dǎo)論文的寫作，提出修改意見。他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度勤奮的工作作風(fēng)對我言傳身教，使我受益匪淺；使我很成功的將我這四年所學(xué)的知識利用在畢業(yè)設(shè)計(jì)上，還讓我對控制系統(tǒng)方面的知識有了更深刻的了解。另一方面，我還非常感謝各位幫助過我的各界人士，特別是圖書館的管理人員，熱心的同學(xué)等，都給過我極大的幫助。在即將踏上生命中另一個(gè)征程之際，我衷心感謝黑龍江科技學(xué)院曾給我們授課的各位老師們，您們不辭辛苦，精心指導(dǎo)，使我們能夠順利完成學(xué)業(yè)，為今后的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在此我再次表示衷心感謝及深深地祝福，祝我敬愛的老師們生活美滿，身體健康，萬事如意。專題PLC在仿生魚鰭隨動(dòng)

36、系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：減搖鰭是最為行之有效的一種主動(dòng)式船舶減搖裝置，它的減搖效率高，經(jīng)過多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各種船舶中。它的減搖原理是：船舶在水中行駛過程中，當(dāng)鰭在水中有一個(gè)速度和傾斜角的時(shí)候，就會產(chǎn)生一個(gè)升力，利用此升力產(chǎn)生的力矩來抵抗海浪的干擾力矩，便可達(dá)到減小船舶橫搖的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，減搖鰭系統(tǒng)正在逐步完善，減搖效果也在不斷提高。 近年來，在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，正普遍利用一種新型控制設(shè)備-可編程控制器()。目前的正在向著精度更高、功能更多、使用更方便的方向發(fā)展。從的發(fā)展趨勢來看，控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。將其引入減搖鰭控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，將進(jìn)一步提

37、高控制系統(tǒng)的靈活性和可靠性。 關(guān)鍵詞：減搖鰭 模擬量 隨動(dòng)系統(tǒng) Summary: Reduce to shake fin is most for go of valid of a kind of active type ships reduce to shake device, it reduces to shake an efficiency high, through the development of more than 60 years, already extensively applied in various ships.Its reducing to shake princi

38、ple BE: The ships drives process in the water in, be the fin has a speed and angle of bank in the water of time, will produce a rise dint, making use of this dint that rises the dint creation to resist the interference dint of the wave, can attain to let up ships then horizontal shake of purpose. Al

39、ong with science technical development, reduce to shake the fin system just at gradually perfect, reduce to shake result also Be raising continuously.In recent years, in the automation control realm of the industrial production, just widespread make use of a kind of new control equipments-programmab

40、le controller(the ).The current is higher just in the facing accuracy, the function is more, usage more convenient direction development. See from the development trend of the , the control technique will become from now on the main means of the industrial automation. Lead it in to reduce to shake t

41、he fin control system in, carry out numeral to turn a control, will raise the vivid and the credibility of control the system further. Keyword: Reduce to shake fin emulation quantity with move system. 減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理減搖鰭的隨動(dòng)系統(tǒng)連接來自控制系統(tǒng)的控制信號，是轉(zhuǎn)鰭機(jī)構(gòu)的中間轉(zhuǎn)換和功率放大環(huán)節(jié)。改造前，每個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)由±穩(wěn)壓電源板、綜合放大板、操縱轉(zhuǎn)換板、液壓控制系統(tǒng)以用轉(zhuǎn)

42、鰭機(jī)構(gòu)、反饋、限位元件等組成。隨動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)盡可能"快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定"地工作。目前，大多數(shù)減搖鰭的隨動(dòng)系統(tǒng)都是"電液隨動(dòng)系統(tǒng)"。本系統(tǒng)以型減搖鰭的閥控式電液隨動(dòng)系統(tǒng)為原型，對其做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。 原有隨動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖如圖所示。首先將來自控制器的信號送到綜合放大電路板（該插件板能對控制信號進(jìn)行隔離），與升力反饋信號進(jìn)行代數(shù)求和、校正、放大，然后再與鰭角反饋信號進(jìn)行二次代數(shù)求和、校正、放大，接著送到鰭機(jī)械組合體上的射流管電液伺服閥，進(jìn)行電液信號轉(zhuǎn)換。電液伺服閥根據(jù)板輸出信號的大小和極性調(diào)節(jié)來自油源機(jī)組的液壓油的流量和流向，使液壓缸的活塞速度和

43、運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，帶動(dòng)鰭機(jī)械組合體上的搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使鰭轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的角度產(chǎn)生相應(yīng)的對抗力矩。鈣造后，以上各功能完全由實(shí)現(xiàn)，原有隨動(dòng)系統(tǒng)中的各電源、插件板也將由各模塊取代。圖1 電液伺服系統(tǒng)原理圖 隨動(dòng)系統(tǒng)的改造 減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)隨動(dòng)系統(tǒng)接收來自控制器的控制信號，經(jīng)過處理后傳遞給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)減搖鰭移動(dòng)到指定位置，同時(shí)將輸出信號反饋回，構(gòu)成控制回路。系統(tǒng)改造后的原理如圖所示。 系統(tǒng)中的選擇由于船舶航行在環(huán)境瞬息萬變的海面上，工作環(huán)境非常惡劣，比如機(jī)艙內(nèi)的溫度能夠達(dá)到，濕度更可以達(dá)到，并且存在各種強(qiáng)烈的沖擊、振動(dòng)和鹽霧，這就要求安裝在艦船上的減搖鰭系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。而船舶上空間狹小，對所

44、安裝設(shè)備的體積也有一定的要求。由于減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)工作環(huán)圖2 隨動(dòng)系統(tǒng)改造原理圖境的特殊性，對系統(tǒng)中的有較高的要求?？紤]到性能指標(biāo)、功能、體積和價(jià)格等因素，本文選擇了松下電工的系列可編程控制器。 系統(tǒng)主要包括電源單元、控制單元和兩個(gè)模擬量輸入輸出單元。工作環(huán)境溫度在范圍內(nèi)，工作環(huán)境相對濕度為，模擬輸入與內(nèi)部電路之間采用光電耦合器進(jìn)行隔離，同時(shí)輸入輸出端設(shè)置濾波器，使之符合減搖鰭系統(tǒng)工作環(huán)境的要求。 軟件實(shí)現(xiàn)的功能根據(jù)系統(tǒng)要求，程序需要實(shí)現(xiàn)以下功能：（）對來自系統(tǒng)油源機(jī)組的信號進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)油溫、油位等出現(xiàn)故障，系統(tǒng)停機(jī)并自動(dòng)報(bào)警。（）對來自控制器的輸入信號進(jìn)行檢測，保證其始終被限定在規(guī)定范圍內(nèi)

45、，以保證減搖鰭工作轉(zhuǎn)角不超過其極限值；并對控制信號按一定控制規(guī)律進(jìn)行處理。（）在鰭轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，將從鰭角電位計(jì)接收到的反饋信號與輸入的控制信號進(jìn)行比較，構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。將控制信號與反饋信號綜合處理得到的結(jié)果作為控制指令發(fā)送給輸出端口。（）檢測輸出給電液伺服閥的信號是否超過額定范圍，如超出則做相應(yīng)處理，保證伺服閥和減搖鰭正常安全地工作。（）在工作前或停機(jī)時(shí)根據(jù)操作需要隨時(shí)將減搖鰭運(yùn)行到零位或其它需要的位置。隨動(dòng)系統(tǒng)軟件功能框圖如圖所示。 系統(tǒng)改造中存在的問題及解決方法系統(tǒng)正常工作時(shí)，油溫應(yīng)低于，油位應(yīng)大于，若超出上述指標(biāo)，設(shè)在油箱內(nèi)部的傳感器開關(guān)將閉合，輸出電壓信號。為實(shí)現(xiàn)對油溫和油位的檢測

46、，需要將代表油溫和油壓的兩路信號輸入給進(jìn)行檢查這樣將占用模擬量輸入輸出單元的兩個(gè)輸入端口，增加單元塊的數(shù)量。考慮到油溫和油壓變化較緩慢，沒有必要時(shí)刻監(jiān)視其變化，因此用軟件設(shè)置定時(shí)器，控制兩個(gè)繼電器交替開關(guān)，使油溫和油壓信號只通過一路通道交替輸入，在內(nèi)部進(jìn)行檢測，達(dá)到降低成本的目的。 不同鰭工作時(shí)的飽和角度不同，設(shè)計(jì)中將鰭的正常工作角度設(shè)定在±°以內(nèi)。根據(jù)真實(shí)鰭角與反饋電壓的比例關(guān)系，可以確定鰭角在±°時(shí)對應(yīng)的反饋電壓是±，將這兩個(gè)電壓值作為對輸入電壓信號進(jìn)行檢測的參考值。在程序中分別用十進(jìn)制數(shù)值±表示兩個(gè)參考電壓?？刂菩盘栐谳敵鼋o電液

47、伺服閥前也要進(jìn)行檢測，這一步檢測的標(biāo)準(zhǔn)不是減搖鰭的工作額定電壓，而是電液伺服閥的額定電流，目的是保證伺服閥可以正常安全工作。伺服閥工作的額定電流為±，線圈電阻為±。由于系列輸出電流范圍在之間，無法為伺服閥提供負(fù)電流，但的電壓輸出范圍在±之間，因此將電壓值作為指令信號輸入伺服閥。伺服閥串聯(lián)后線圈電阻為，由此得到伺服閥工作的電壓可以達(dá)到±。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為使伺服閥始終工作在線性區(qū)，將對伺服閥的輸入電壓限定在±以內(nèi)在程序中分別用±表示兩個(gè)參考電壓如指令信號在±之內(nèi)，則正常輸出，如果超過±的范圍，則按照±輸出。 由

48、于松下圖3 隨動(dòng)系統(tǒng)軟件功能框圖系列的命令不支持負(fù)數(shù)運(yùn)算，所以隨動(dòng)系統(tǒng)控制部分采用自行設(shè)計(jì)的控制命令。每次程序啟動(dòng)前都先自動(dòng)對各主要寄存器清零，以消除程序啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的動(dòng)作。另外由于松下型號不提供小數(shù)運(yùn)算，因此對無法整除的數(shù)據(jù)只能采用四舍五入的處理方法，比例系數(shù)只能設(shè)定成整數(shù)。為了克服這一缺點(diǎn)，程序先將存儲于中的指令信號與鰭角反饋信號的差值乘以一個(gè)十進(jìn)制的系數(shù)（如），將得到的數(shù)值存儲在中，再將中的數(shù)據(jù)除以一個(gè)十進(jìn)制系數(shù)（如），這樣最終得到的數(shù)據(jù)與中的數(shù)值直接乘以后的結(jié)果幾乎完全相同，有時(shí)兩者之間會存在一個(gè)很小的偏差，可以忽略不計(jì)。這樣就解決了比例系數(shù)只能是整數(shù)的不足，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了比例

49、控制。 隨動(dòng)系統(tǒng)性能分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完畢后，按要求安裝，對各端口進(jìn)行測試，確?？梢哉９ぷ骱髮⑾到y(tǒng)啟動(dòng)。給設(shè)計(jì)完成的隨動(dòng)系統(tǒng)輸入一個(gè)幅值為的階躍信號，得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖所示。從圖中可以看到，系統(tǒng)的最大超調(diào)量在以內(nèi)，上升時(shí)間小于，過渡時(shí)間小于，暫態(tài)過程中的振蕩次數(shù)為。上述各項(xiàng)指標(biāo)完全符合減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的工作要求。除了良好的暫態(tài)品質(zhì)以外，還要求足夠的穩(wěn)態(tài)控制精度。穩(wěn)態(tài)控制精度反映了對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性或控制的穩(wěn)態(tài)精度的要求。對于恒值控制系統(tǒng)，在工作中如果給定值不變，要求輸出量也不變，因此注意的是擾動(dòng)量所引起的穩(wěn)態(tài)誤差；而對于隨動(dòng)系統(tǒng)，給定量以任意規(guī)律變化，則要求輸出量以一定的精度跟隨給定量變化

50、，因此注意的是被控量和給定量之間的誤差。在檢測隨動(dòng)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)中，輸入的階躍信號幅值為，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為， 穩(wěn)態(tài)誤差小于。上述各種指標(biāo)均符合減搖鰭系統(tǒng)對隨動(dòng)系統(tǒng)的要求。根據(jù)鰭角與鰭角反饋電壓的比例關(guān)系圖，將輸入幅值在±之間變化的正弦信號作為指令信號，使減搖鰭在指令信號的控制下，在±°之間來回?cái)[動(dòng)。保持指令信號的幅值不變，改變信號的頻率，得到被控系統(tǒng)相應(yīng)的幅值和相角。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到隨動(dòng)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，分別如圖和圖所示。需要注意的是，系統(tǒng)頻率特性圖中的橫坐標(biāo)不是通常使用的對數(shù)分度，而是直接使用。觀察隨動(dòng)系統(tǒng)的幅頻特性圖可以看出，系統(tǒng)在頻率小于之前表現(xiàn)

51、出了類似放大環(huán)節(jié)的特性，且此時(shí)系統(tǒng)的輸出幾乎沒有任何明顯變化，與角頻率變化無關(guān)，非常準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了指令信號的輸出，系統(tǒng)非常穩(wěn)定。從開始，隨著頻率的增大，系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性均發(fā)生了改變。從整個(gè)變化過程來看，系統(tǒng)表現(xiàn)出類似慣性環(huán)節(jié)的特性，因此可以將近似地認(rèn)為是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率或交接頻率。與幅頻特性相同，隨動(dòng)系統(tǒng)的相頻特性圖也顯示出系統(tǒng)在之前的相角滯后非常小，在°以內(nèi)，可以忽略不計(jì)。在之后相角發(fā)生了明顯的變化，整個(gè)變化趨勢也類似于一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。但與典型的慣性環(huán)節(jié)不同，在所認(rèn)為的轉(zhuǎn)折頻率處，系統(tǒng)的相角沒有滯后°左右，系統(tǒng)也沒有象典型慣性環(huán)節(jié)一樣相移，與角頻率表現(xiàn)出嚴(yán)格的反正切關(guān)系

52、。從整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出的幅頻特性和相頻特性來看，改造后的隨動(dòng)系統(tǒng)可以近似地認(rèn)為是由一個(gè)放大環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成，系統(tǒng)在頻率小于的低頻段表現(xiàn)出了較好的性能，符合減搖鰭系統(tǒng)對隨動(dòng)系統(tǒng)的要求，可以很好地工作。由于在軟件和硬件上具有突出的優(yōu)點(diǎn)，隨動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度都有所提高，系統(tǒng)的安裝和修改也更為簡單方便。經(jīng)過運(yùn)行測試，改造后的隨動(dòng)系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，確保了船舶減搖鰭系統(tǒng)的正常工作。隨動(dòng)系統(tǒng)的改造完成后，將利用可編程控制器繼續(xù)完成減搖鰭控制器的設(shè)計(jì)，從而形成一套完整的應(yīng)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)的船舶減搖控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 李建興可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，2004：42-432陳伯時(shí)

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