三維雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

學(xué)校代碼：10128學(xué)校代碼：10128學(xué)號(hào)：201020102008本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（題題目：三維雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械學(xué)院系別：機(jī)械系 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘要在二十一世紀(jì)的今天，工業(yè)的大力發(fā)展來源于機(jī)器的發(fā)展。雕刻機(jī)對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)具有很大的意義，所以說研究雕刻機(jī)具有一定意義。雕刻加工涉及到各行各業(yè)，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等行業(yè)，由于雕刻機(jī)用途廣泛，隨著社會(huì)的發(fā)展，雕刻機(jī)行業(yè)的發(fā)展也是必然的，因此，對(duì)雕刻技術(shù)的創(chuàng)新是十分必要的。首先是對(duì)雕刻機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，雕刻機(jī)一般由X、Y、Z三軸和主軸組成，X、Y、Z三軸的移動(dòng)是通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠來運(yùn)動(dòng)，主軸是通過電主軸帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)。首先要對(duì)總體的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇電氣元件，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。本文研究的是三維雕刻機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用PLC控制。使用的PLC為西門子S7300系列。選用好電氣元件后，連接電路圖，設(shè)計(jì)控制電路。此次設(shè)計(jì)是采用PLC控制，所以必須進(jìn)行PLC的編程。使用的軟件為STEP7，分別對(duì)X、Y、Z三軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，使其實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位和輪廓控制。主軸通過變頻器控制電主軸，使雕刻機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，使雕刻機(jī)可以加工不同類型的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:三維雕刻機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC；AbstractThestrongindustrialdevelopmentinthe21stcenturytoday,fromthedevelopmentofthemachine.Carvingmachinehasgreatsignificanceformodernindustry,sostudycarvingmachinehascertainsignificance.Carvingprocessinginvolvedinallwalksoflife,hasagiftindustry,theadvertisingindustry,thesealindustry,woodprocessingindustry,constructionindustry,art,modelindustry,mechanicalprocessing,toolingandetc,becauseofengravingmachineiswidelyused,withthedevelopmentofthesociety,theengravingmachineindustry'sdevelopmentisalsoinevitable,therefore,innovationofcarvingtechnologyisverynecessary.Firstistoanalyzecarvingmachineoverallstructure,carvingmachinegenerallyconsistsofX,Y,Zofthreeaxisandspindle,X,Y,Zthreeaxismovementisamovementbysteppermotordrivescrew,mainshaftthroughthemotorizedspindledrivetoolmotion.Firstofalltotheoverallcontrolsystemdesign,electriccomponentchoice,circuitdesign.Thispaperstudiesthethree-dimensionalcarvingmachinecontrolsystemdesign,PLCcontrol.UsingthePLCofSiemensS7300series.Choosegoodafterelectricalcomponents,connectiondiagram,designcontrolcircuit.ThisdesignistoadoptPLCcontrol,somustbePLCprogramming.UseofsoftwarefortheSTEP7,respectivelytotheX,Y,Zthreeaxissteppermotortocontrol,makeitsimplementationlevelandprofilecontrol.Mainshaftthroughtheinvertercontrolofmotorizedspindle,makeengravingmachinetorununderdifferentrotationalspeed,theengravingmachinecanprocessdifferenttypesofproducts.Keywords:3dengravingmachine;Controlsystem;PLC;目錄7085引言 引言雕刻加工涉及到各行各業(yè)，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等行業(yè)，由于雕刻機(jī)用途廣泛，隨著社會(huì)的發(fā)展，雕刻機(jī)行業(yè)的發(fā)展也是必然的，因此，對(duì)雕刻技術(shù)的創(chuàng)新是十分必要的。首先是對(duì)雕刻機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，雕刻機(jī)一般由X、Y、Z三軸和主軸組成，X、Y、Z三軸的移動(dòng)是通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠來運(yùn)動(dòng)，主軸是通過電主軸帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)。首先要對(duì)總體的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇電氣元件，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。目前，基于PLC的機(jī)加工控制系統(tǒng)主要有以單片機(jī)為核心組成的控制系統(tǒng)和以可編程序控制器(PLC)為核心組成的控制系統(tǒng)兩種。而由繼電接觸器組成的控制系統(tǒng)因其技術(shù)性能指標(biāo)較差，早己在機(jī)加工控制對(duì)象上停止使用了。單片機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低，程序可更改。但它需要設(shè)計(jì)和制作輸入、輸出接口電路、人機(jī)界面和印刷電路板，設(shè)計(jì)制作工作量大，周期長。且單片機(jī)控制系統(tǒng)抗擾能力較差，給調(diào)試和操作帶來便。可編程控制器((PLC)是在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備。它具有可靠性高，抗擾能力強(qiáng)，編程簡單，設(shè)計(jì)周期短，安裝、接線、調(diào)試工作量小，使用維護(hù)方便，具有很高的靈活性、適應(yīng)性及很強(qiáng)的信息處理能力和多功能、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。因此，PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它的綜合技術(shù)性能最好，因而它己成為包括機(jī)加工控制對(duì)象在內(nèi)的絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)備首選的控制系統(tǒng)。本文控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PLC控制。使用的PLC為西門子S7300系列。選用好電氣元件后，連接電路圖，設(shè)計(jì)控制電路。此次設(shè)計(jì)是采用PLC控制，所以必須進(jìn)行PLC的編程。使用的軟件為STEP7，分別對(duì)X、Y、Z三軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，使其實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位和輪廓控制。主軸通過變頻器控制電主軸，使雕刻機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，使雕刻機(jī)可以加工不同類型的產(chǎn)品。第一章數(shù)控雕刻機(jī)概況1.1雕刻機(jī)工藝與數(shù)控雕刻機(jī)雕刻工藝可以說是一門傳統(tǒng)的工藝，在中國的古代便已經(jīng)有雕刻這門技術(shù)。而如今我們不在是通過手工來進(jìn)行雕刻，而是通過機(jī)器來實(shí)現(xiàn)雕刻工藝。隨著市場需求不斷擴(kuò)大，雕刻工藝涉及到了方方面面，不僅是在首飾、工藝品等行業(yè)，很多日用品也需要雕刻工藝，所以這使得雕刻工藝走向自動(dòng)化發(fā)展成為必然。從工藝上，雕刻可分為全自由度空間雕刻、三維立體雕刻和二維平面雕刻。其中，全自由度空間雕刻主要用于一些形狀復(fù)雜的工藝品或大型藝術(shù)作品的雕刻，如玉雕、冰雕、沙雕等;這些制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的形狀復(fù)雜、隨意性強(qiáng)、工藝性差;因此這類產(chǎn)品只能依靠手工雕刻，迄今為止雕刻機(jī)還無能為力。然而，目前三維立體雕刻和二維平面雕刻大部分已采用雕刻機(jī)完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻的缺陷。按照控制原理的不同，可以將雕刻機(jī)分為仿形雕刻機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī)(采用CNC系統(tǒng))兩大類型。仿形雕刻機(jī)的工作原理類似仿形銑削，在加工前須制作仿形模型，這一過程通常需手工完成，周期長、效率低。數(shù)控雕刻機(jī)是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機(jī)床。與通用的數(shù)控機(jī)床類似，數(shù)控雕刻機(jī)通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化。相比傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、對(duì)零件適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢;同時(shí)借助于專用的雕刻CAD/CAM軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便;因此數(shù)控雕刻現(xiàn)已成為實(shí)現(xiàn)雕刻加工自動(dòng)化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機(jī)的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費(fèi)以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。目前，雕刻機(jī)主要分為兩種:一種是激光雕刻機(jī)，它采用激光作為加工工具進(jìn)行雕刻加工;另一種機(jī)械式雕刻機(jī)，它是采用傳統(tǒng)的銑削式加工方法進(jìn)行雕刻加工。這兩種雕刻機(jī)各有特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。此外，按照伺服驅(qū)動(dòng)控制的類型不同，可分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī);根據(jù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機(jī)分為三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)、五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)等。1.2雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代以來，微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)直接推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，而微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)又帶動(dòng)了整個(gè)高技術(shù)群體的飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)有了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)經(jīng)歷了從2D到2.5D再到3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。國外的雕刻機(jī)，如美國的“雕霸”、法國的“嘉寶”和日本的“御牧”是該行業(yè)的佼佼者，但價(jià)格非常昂貴。隨著近年來我國制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效的促進(jìn)了我國數(shù)控雕刻機(jī)行業(yè)的發(fā)展。我國的數(shù)控雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過十多年的發(fā)展，己形成了多個(gè)國產(chǎn)品牌的雕刻機(jī)，如北京的“精雕”、上海的“啄木鳥”等。1.3雕刻機(jī)的未來發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代以來，微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)直接推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，而微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)又帶動(dòng)整個(gè)高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕刻技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍。功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。高速、高效、高精度、高可靠性、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)所呈現(xiàn)的新的發(fā)展趨勢。隨著嵌入式系統(tǒng)不斷深入到人們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控雕刻機(jī)也將迅速發(fā)展起來。硬件方面，ARM,DSP等高性能運(yùn)動(dòng)控制器逐漸應(yīng)用于雕刻機(jī)系統(tǒng)中，推動(dòng)數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)向著高速、高效、高可靠性的方向發(fā)展;軟件方面隨著叫/OS-II,Linux等免費(fèi)操作系統(tǒng)的推廣，雕刻系統(tǒng)的操作平臺(tái)也跨出Windows，使得雕刻機(jī)系統(tǒng)形式多樣化。由于水平有限，本設(shè)計(jì)中使用的控制系統(tǒng)為PLC。第二章三維雕刻機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1三維雕刻機(jī)組成及工作原理2.1.1三維雕刻機(jī)的組成雕刻機(jī)一般由機(jī)架、工作臺(tái)、刀頭、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻機(jī)工作時(shí)由電機(jī)將動(dòng)力穿給滾珠動(dòng)絲杠，然后帶動(dòng)刀頭相對(duì)工作臺(tái)沿X、Y、Z軸進(jìn)給，并且同時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生切削力。三維雕刻機(jī)的組成如下圖所示：控制裝置主軸變頻器X向步進(jìn)電機(jī)電主軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置X向步進(jìn)電機(jī)Z向步進(jìn)電機(jī)控制裝置主軸變頻器X向步進(jìn)電機(jī)電主軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置X向步進(jìn)電機(jī)Z向步進(jìn)電機(jī)圖2-1三維雕刻機(jī)組成2.1.2三維雕刻機(jī)的工作原理三維雕刻機(jī)的控制主要由軟件對(duì)PC電腦進(jìn)行圖像輸入，然后電腦處理圖像后得到參數(shù)，然后將參數(shù)傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)得到參數(shù)控制各個(gè)工作部件實(shí)現(xiàn)圖形向?qū)嶓w的轉(zhuǎn)化。本文所做的為三維雕刻機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即PLC控制各個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，不做圖像的處理和參數(shù)轉(zhuǎn)化的內(nèi)容。三維雕刻機(jī)是在PLC的控制下的，主要控制對(duì)象有X、Y、Z三軸的步進(jìn)電機(jī)和主軸，主軸采用變頻器控制電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。USB數(shù)據(jù)傳輸接口USB數(shù)據(jù)傳輸接口PC主機(jī)圖形輸入PLCX向步進(jìn)電機(jī)Y向步進(jìn)電機(jī)Z向步進(jìn)電機(jī)X向滾珠絲杠Y向滾珠絲杠Z向滾珠絲杠變頻器電主軸圖2-2三維雕刻機(jī)工作原理2.2電氣元件的選擇2.2.1S7300簡介及PLC的選擇中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。此次設(shè)計(jì)所經(jīng)過考慮選擇了西門子PLC，系列為S7300系列。西門子S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200PLC比較，S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。西門子PLC的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)事穩(wěn)定性和可靠性好，缺點(diǎn)是成本太高。本次所選用的型號(hào)為CPU314C-2DP,實(shí)驗(yàn)室正好有此型號(hào)的PLC，所以可以從實(shí)踐中去進(jìn)行本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。CPU314C-2DP為緊湊型，集成有24個(gè)數(shù)字量輸入接口，16個(gè)數(shù)字量輸出接口，5個(gè)模擬量輸出接口和2個(gè)模擬量輸出接口，工藝功能含有4個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)定位通道。下圖顯示了具有開放式前蓋的CPU的集成數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。CPU314C-2DP集成有4個(gè)用于高速計(jì)數(shù)或高頻脈沖輸出的特殊通道，4個(gè)通道位于CPU314C-2DP集成數(shù)字量輸出點(diǎn)首位字節(jié)的最低四位，這三位通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點(diǎn)來使用。在需要高頻脈沖輸出時(shí)，可通過硬件設(shè)置定義這四位的屬性，將其作為高頻脈沖輸出通道來使用。圖2-3CPU314C-2DP圖2-3CPU314C-2DP數(shù)字量輸入模塊:SM321SM321,可將位于現(xiàn)場的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離和濾波,轉(zhuǎn)化為S7300內(nèi)部信號(hào)電平,而后送至輸入緩沖區(qū)等待CPU采樣。采樣時(shí),信號(hào)經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。具有8位獨(dú)立的輸入點(diǎn),用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光藕隔離。2.2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的選型為森創(chuàng)步進(jìn)電機(jī)，為北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和工作環(huán)境如下圖下表所示：圖2-4步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)和技術(shù)要求如下表所示：表2-1步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)貨物編碼步進(jìn)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角（°）靜態(tài)相電流（A）相電阻（Ω）06253460BYG3250DLS-SASSML-0555相電感（mH）保持轉(zhuǎn)矩（N·m）定位轉(zhuǎn)矩（N·m）電壓（VDC）重量（Kg）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（g·cm）724~701.24802.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇為與步進(jìn)電機(jī)所適配的驅(qū)動(dòng)器，為森創(chuàng)數(shù)字三相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為SD-30807，如下圖所示。圖2-5SD-30807步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器下面簡單的介紹一下該驅(qū)動(dòng)器的功能及使用：1、特點(diǎn)其特點(diǎn)是功能及使用顯著特點(diǎn)采用32位DSP為內(nèi)核的全數(shù)字控制方式，先進(jìn)的空間矢量算法優(yōu)化低速振動(dòng)和高速性能，可以實(shí)現(xiàn)多種電機(jī)的自適應(yīng)匹配尋優(yōu)控制方法，軟件更新、升級(jí)方便。采用了柔性細(xì)分算法，使驅(qū)動(dòng)器無論設(shè)置何種細(xì)分電機(jī)都可保持最佳的運(yùn)行性能，極大的改善了低細(xì)分下的平穩(wěn)性和噪音。即使用戶由于控制系統(tǒng)輸出脈沖頻率的限制不能采用較高的細(xì)分選擇，也可以獲得低速平穩(wěn)性和高速性的兼得，從而降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求，有利于降低系統(tǒng)的整體成本提高性能，實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)、低噪音和低功耗。2、電源電源本驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)型采用直流電源供電，由機(jī)殼正面的指示燈指示。電源電壓在24V~70VDC之間都可正常工作?？紤]到電網(wǎng)的波動(dòng)，采用線性整流電源時(shí)，變壓器副邊空載輸出電壓建議小于50VAC。采用較低的電源電壓會(huì)使電機(jī)高速運(yùn)行力矩下降，但有助于驅(qū)動(dòng)器降低溫升和增加低速時(shí)的運(yùn)行平穩(wěn)性。所加電源的瞬間輸出能力應(yīng)不少于電機(jī)的額定相電流，電源電壓越低則對(duì)電源電流輸出能力的要求越大。接線時(shí)務(wù)必注意電源，切勿反接！2、輸出電流選擇輸出電流選擇本驅(qū)動(dòng)器采用雙極恒流方式，最大輸出電流值為7.0A/相（峰值），通過驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第5，6，7三位開關(guān)的不同組合可以方便的選擇八種電流值，從3.0A到7.0A（詳見下表），注：用戶對(duì)輸出電流的更改必須給驅(qū)動(dòng)器重新上電才可生效。表2-2輸出電流選擇表SW5SW6SW7電流OFFOFFOFF3.0AONOFFOFF3.5AOFFONOFF4.0AOFFOFFON4.5AONONOFF5.0AONOFFON5.5AOFFONON6.0AONONON7.0A3、細(xì)分選擇用戶可以通過驅(qū)動(dòng)器面板上的第1、2、3、4四位撥碼開關(guān)選擇共16種細(xì)分模式，用電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)標(biāo)識(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)常用的兩相步距（如兩相標(biāo)準(zhǔn)半步400步/轉(zhuǎn)）也可以提供類似五相的步距（如五相標(biāo)準(zhǔn)半步1000步/轉(zhuǎn)），用戶可以根據(jù)需要自行選擇細(xì)分（詳見下表）。注：用戶對(duì)細(xì)分模式的更改需要驅(qū)動(dòng)器重新上電方可生效。表2-3細(xì)分模式選擇表SW1SW2SW3SW4每轉(zhuǎn)步數(shù)SW1SW2SW3SW4每轉(zhuǎn)步數(shù)ONONONON30000OFFOFFONOFF3200OFFONONON10000ONONOFFOFF2000ONONONOFF8000OFFONOFFOFF1600ONOFFONON7500OFFONOFFON1000OFFONONOFF6400ONOFFOFFOFF800OFFOFFONON6000OFFONOFFOFF600ONONOFFON5000OFFOFFOFFON500ONOFFONOFF4000OFFOFFOFFOFF4004、單脈沖方式驅(qū)動(dòng)器支持標(biāo)準(zhǔn)單脈沖模式，步進(jìn)脈沖由脈沖端入，由方向端電平高低決定電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。注：驅(qū)動(dòng)器上電10秒后才可接收脈沖。4、自動(dòng)半電流驅(qū)動(dòng)器工作若連續(xù)0.1秒沒有接收到新的脈沖則自動(dòng)進(jìn)入半電流狀態(tài)，相電流降低為標(biāo)準(zhǔn)值的50%，達(dá)到降低功耗的目的，在收到新的脈沖時(shí)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)退出半電流狀態(tài)。5、脫機(jī)功能輸入脫機(jī)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相繞組電流使電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖將不能被響應(yīng)。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的功耗和溫升。脫機(jī)控制信號(hào)撤消后驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)恢復(fù)到脫機(jī)前的相序并恢復(fù)電機(jī)電流。當(dāng)不需用此功能時(shí)，脫機(jī)端可懸空。6、自測模式開關(guān)用戶可以通過驅(qū)動(dòng)器面板上的第8位撥碼開關(guān)選擇自測模式的開放與關(guān)閉，自測模式開放時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將在每次上電之初對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行觀測，并自動(dòng)尋求最優(yōu)控制參數(shù)。自動(dòng)測試功能關(guān)閉時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將調(diào)用上一次測量的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行工作。因此當(dāng)用戶首次使用驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)時(shí)應(yīng)該采用自測模式進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)匹配，之后就可以將開關(guān)設(shè)定為‘OFF’，鎖定當(dāng)前參數(shù)。當(dāng)工作狀態(tài)發(fā)生變化后可以重新自測尋優(yōu)。自測設(shè)定只在每次驅(qū)動(dòng)器上電時(shí)進(jìn)行處理，因此第8位撥碼開關(guān)狀態(tài)的變化只能在驅(qū)動(dòng)器重新上電后生效。7、過壓保護(hù)當(dāng)電源電壓波動(dòng)或電機(jī)制動(dòng)等原因造成直流母線電壓超過80VDC時(shí)，驅(qū)動(dòng)器過壓保護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器報(bào)警燈（紅色）閃爍，驅(qū)動(dòng)器暫停驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需人工斷電再上電才可解除報(bào)警。出現(xiàn)該故障后用戶需要檢查電源電壓，適當(dāng)降低輸入的電源電壓。8、欠壓保護(hù)驅(qū)動(dòng)器檢測到輸入直流母線電壓低于15VDC時(shí)，驅(qū)動(dòng)器欠壓保護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器報(bào)警燈（紅色）閃爍，驅(qū)動(dòng)器將暫停驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需人工斷電再上電才可解除報(bào)警。出現(xiàn)該故障后用戶需要檢查電源電壓和容量，適當(dāng)提高輸入的電源電壓。9、功能狀態(tài)指示黃色LED為電源指示燈，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接通電源時(shí)，該LED常亮；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器切斷電源時(shí)，該LED熄滅。紅色LED為故障指示燈，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，該指示燈以不同方式亮滅。紅色LED不同的亮滅方式代表不同的故障信息，具體關(guān)系如下圖所示：圖2-6功能狀態(tài)指示圖10、控制方式及典型接線圖1）脈沖信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器端置光耦，光耦導(dǎo)通一次被驅(qū)動(dòng)器解釋為一個(gè)有效脈沖。對(duì)于共陽極而言低電平為有效，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器將按照相應(yīng)的時(shí)序驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。單脈沖模式時(shí)此信號(hào)端作為脈沖輸入信號(hào)。為了脈沖信號(hào)的可靠響應(yīng)，光耦每次導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于2μs。本驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)響應(yīng)頻率為200KHz，過高的輸入頻率或不符合標(biāo)準(zhǔn)的脈沖寬度將可能得不到正確響應(yīng)。2）方向信號(hào)輸入單脈沖模式下該信號(hào)作為控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向信號(hào)，該端內(nèi)部光耦的通、斷被解釋為控制電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向?？刂齐姍C(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)至少5μs建立,從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。3）脫機(jī)信號(hào)輸入內(nèi)部光耦處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。光耦關(guān)斷后電機(jī)電流恢復(fù)到脫機(jī)前的大小和方向。當(dāng)不需用此功能時(shí)，脫機(jī)信號(hào)端可懸空。根據(jù)上述對(duì)驅(qū)動(dòng)器的介紹，可以根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的要求選擇恰當(dāng)?shù)碾娏?，也可以根?jù)精度的要求選擇細(xì)分來滿足精度要求。選擇好電流和細(xì)分，然后根據(jù)驅(qū)動(dòng)器提供的接口選擇恰當(dāng)?shù)碾娐方臃?，本設(shè)計(jì)中使用的為共陽極接法，在此不再贅述，在下面會(huì)詳細(xì)介紹。2.2.3變頻器的選擇變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的，正如公式：n=60f(1-s)/p，電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，通過調(diào)節(jié)頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)采用的是西門子MM420變頻器，如下圖所示。圖2圖2-7MM420結(jié)構(gòu)圖2.2.4電主軸的選擇電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。本次設(shè)計(jì)為了將雕刻機(jī)變得簡單和方便使用，故采用電主軸結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)所采用的電主軸為常州市武進(jìn)區(qū)橫林精工電機(jī)廠所生產(chǎn)的電主軸，型號(hào)及參數(shù)如下表所示。表2-4電主軸參數(shù)表型號(hào)外形尺寸(Φm/m)轉(zhuǎn)速（RPM）電壓（V）頻率（HZ）額定功率（KW）GDJ-14Φ80*18010000-240003804004軸承冷卻方式潤滑方式相數(shù)用途夾具（mm）7002C/P4*2水冷油脂3雕刻機(jī)、數(shù)控鉆銑ER16電主軸使用時(shí)，按要求連接電主軸進(jìn)出水管接頭，檢查連接處是否漏水和通暢。水冷電主軸的冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)于機(jī)床的總開關(guān)連接；開機(jī)后至停機(jī)的中間，冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)連續(xù)工作；冷卻液水量按2.5升/千瓦·分鐘計(jì)算，冷卻液流量按3～6升/分鐘，小的電主軸取小值，大的電主軸取大值；冷卻液要求使用單獨(dú)水箱，冷卻液要求每月定期更換；冷卻液的溫度應(yīng)低于環(huán)境溫度3～5℃為宜，最好控制在25℃左右。選擇變頻器應(yīng)與電主軸的電壓、功率、頻率相匹配來配套使用。設(shè)置變頻器首先設(shè)置變頻器的基準(zhǔn)頻率，變頻器的基準(zhǔn)頻率按電主軸的最高頻率設(shè)置。變頻器的最高頻率、轉(zhuǎn)折頻率和對(duì)應(yīng)的電壓按電主軸的頻壓曲線對(duì)應(yīng)設(shè)置；變頻器的電流按電主軸的額定電流設(shè)置；載波頻率按電主軸的功率大小設(shè)置，小于10kw電主軸按8kHz設(shè)置，大于10kw電主軸按5kHz設(shè)置；增、減速時(shí)間按10s左右設(shè)置，如遇到起動(dòng)電流超過額定電流而保護(hù)時(shí)應(yīng)延長增、減速時(shí)間。增、減速時(shí)間過短易造成前螺母松動(dòng)。將變頻器與電主軸三相電源連接，其中變頻器的三相電源線應(yīng)焊接在插頭1(U1)、2(V1)、3(W1)腳上，4腳為地線。然后變頻器與外接電源連接。接通電源后變頻器點(diǎn)動(dòng)，觀察電主軸的旋轉(zhuǎn)方向是否與電主軸指示方向一致，如旋轉(zhuǎn)方向不一致應(yīng)立即關(guān)機(jī)改正，電主軸嚴(yán)禁在錯(cuò)誤的旋轉(zhuǎn)方向上運(yùn)轉(zhuǎn)。電主軸與變頻器連線不宜超過25m。電主軸在安裝刀具時(shí)，應(yīng)清除干凈軸頭錐孔及彈簧夾頭表面的污垢，以免降低精度。裝夾、拆卸刀具時(shí)應(yīng)使用專用工具。注意裝夾、拆卸時(shí)禁止用力過猛。由于精密角接觸球軸承油脂潤滑的極限轉(zhuǎn)速的限制，電主軸不允許超速運(yùn)行。超速運(yùn)行會(huì)造成精密角接觸球軸承燒壞。電主軸正常工作時(shí)做好一聽，二摸，三看三個(gè)環(huán)節(jié)。一聽電主軸有無異常聲出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常聲應(yīng)及時(shí)關(guān)機(jī)檢查。二摸電主軸發(fā)熱、振動(dòng)是否穩(wěn)定，若發(fā)熱、振動(dòng)加劇及時(shí)關(guān)機(jī)檢查。三看被加工的表面質(zhì)量是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定及時(shí)關(guān)機(jī)檢查。2.3控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.3.1步進(jìn)電機(jī)的控制電路本次設(shè)計(jì)采用共陽極接法，即CP+和DIR+接+24V的電源，CP—和DIR—接PLC，控制電路圖如下圖所示：步步進(jìn)電機(jī)CPU314-2DPCP+UCP-VDIR+WDIR- +24V驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 +24V圖2-8步進(jìn)電機(jī)控制圖2.3.2變頻器的控制電路變頻器的控制如圖所示，由CPU向AIN+輸出模擬量實(shí)現(xiàn)控制頻率，5、6、7三個(gè)接口通過程序控制正傳、反轉(zhuǎn)和停止。CPUCPU314C-2DPAIN+U5V6W7-電電主軸變頻器M變頻器MM420圖2-9變頻器控制圖2.3.3PLC的I/O分配表根據(jù)三維雕刻機(jī)的要求，得出PLC的I/O分配表。如下表所示。表2-5輸入接口分配輸入接口分配地址內(nèi)容地址內(nèi)容I0.0X向啟動(dòng)開關(guān)I2.0Y向左極限行程開關(guān)I0.1X向停止開關(guān)I2.1Y向右極限行程開關(guān)I0.2X向正轉(zhuǎn)開關(guān)I2.2Z向啟動(dòng)開關(guān)I0.3X向反轉(zhuǎn)開關(guān)I2.3Z向停止開關(guān)I0.4X向快速進(jìn)給開關(guān)I2.4Z向正轉(zhuǎn)開關(guān)I0.5X向中速進(jìn)給開關(guān)I2.5Z向反轉(zhuǎn)開關(guān)I0.6X向慢速進(jìn)給開關(guān)I2.6Z向快速進(jìn)給開關(guān)I1.7X向左極限行程開關(guān)I2.7Z向中速進(jìn)給開關(guān)I1.0X向右極限行程開關(guān)I3.0Z向慢速進(jìn)給開關(guān)I1.1Y向啟動(dòng)開關(guān)I3.1Z向左極限行程開關(guān)I1.2Y向停止開關(guān)I3.2Z向右極限行程開關(guān)I1.3Y向正轉(zhuǎn)開關(guān)I3.3主軸正轉(zhuǎn)開關(guān)I1.4Y向反轉(zhuǎn)開關(guān)I3.4主軸反轉(zhuǎn)開關(guān)I1.5Y向快速進(jìn)給開關(guān)I3.5主軸加速開關(guān)I1.6Y向中速進(jìn)給開關(guān)I3.6主軸停止開關(guān)I1.7Y向慢速進(jìn)給開關(guān)表2-6輸出接口分配輸出接口分配地址內(nèi)容地址內(nèi)容Q0.0X向脈沖輸出Q0.6Z向方向控制輸出Q0.1Y向脈沖輸出Q0.7變頻器數(shù)字輸入信號(hào)1Q0.2Z向脈沖輸出Q1.0變頻器數(shù)字輸入信號(hào)2Q0.4X向方向控制輸出Q1.1變頻器數(shù)字輸入信號(hào)3Q0.5Y向方向控制輸出PQW754變頻器模擬量輸出第三章STEP7的介紹及硬件組態(tài)3.1STEP7概述STEP7編程軟件用于SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WINAC，是為他們提供編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP7的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了3種基本的編程語言，梯形圖（LAD）、功能塊圖（FDB）和語句表（STL）、復(fù)制和粘貼功能。語句表是一種文本編程語言，使用戶能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲(chǔ)區(qū)域，并且“更接近硬件”。STEP7專業(yè)版的編程語言包括S7-SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）、S7-GRAPH（順序功能圖語言）、S7HIGRAPH和CFC，這四種語言對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。STEP7用符號(hào)表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號(hào)表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)參數(shù)的變化。測試功能和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)監(jiān)測幾個(gè)塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點(diǎn)可以通過輸入符號(hào)名或地址快速查找。STEP7的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開對(duì)話框，按F1鍵便可得到與它們有關(guān)的在線幫助。執(zhí)行菜單命令“HELP”→“CONTENTS”進(jìn)入幫助窗口，借助目錄瀏覽器尋找需要的幫助主題，窗口中的檢索部分提供了按字母順序排列的主題關(guān)鍵詞，可以查找與某一關(guān)鍵詞有關(guān)的幫助。3.2STEP7項(xiàng)目的創(chuàng)建及硬件組態(tài)為了生成一個(gè)新項(xiàng)目，完成系統(tǒng)硬件配置文件并將其下載，完成系統(tǒng)硬件組態(tài)步驟如下：1、雙擊SIMATICManager圖標(biāo)，打開STEP7主畫面。點(diǎn)擊【新建N…】，輸入文件名稱（sanweidiaokeji）和文件夾地址，然后點(diǎn)擊【確定】，系統(tǒng)將自動(dòng)生成（sanweidiaokeji）項(xiàng)目。如圖3-1。 圖3-1新建項(xiàng)目2、點(diǎn)擊【插入】，【站點(diǎn)】，點(diǎn)擊SIMATIC300站點(diǎn)，將生成一個(gè)S7-300的項(xiàng)目。如圖3-2。圖3-2插入站點(diǎn)3、點(diǎn)開左面的【+】，選中SIMATIC300（1），然后選中【硬件】并雙擊，進(jìn)入硬件組態(tài)畫面。

如圖3-3。圖3-3進(jìn)入硬件狀態(tài)4、雙擊SIMATIC300\RACK-300，然后將Rail拖入到左邊空白處。生成空機(jī)架。圖3-4創(chuàng)建機(jī)架5、雙擊PS-300，選中電源PS30710A，將其拖到機(jī)架RACK的第一個(gè)插槽。圖3-5插入電源6、雙擊CPU-300，雙擊CPU-314C-2DP，雙擊6ES7314-6CF01-0AB0，將其拖到機(jī)架RACK的第2個(gè)插槽。圖3-6插入CPU

7、點(diǎn)開SM300，點(diǎn)開DI—300選中SM321DI8DC24V/0.5A模塊,并將其拖入左下面的第4槽中，一個(gè)數(shù)字輸入輸出模塊組態(tài)完畢。圖3-7插入輸入模塊組態(tài)完畢后，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行編譯，硬件的組態(tài)為后續(xù)的編程提供了硬件上的要求。組態(tài)作為編程前最基本也最重要的操作，組態(tài)的正確與否關(guān)系都后續(xù)程序能否傳到PLC當(dāng)中，所以一定要根據(jù)所提供的硬件來組態(tài)。第四章PLC程序的編寫4.1步進(jìn)電機(jī)控制程序的編寫4.1.1硬件設(shè)置要想使這四個(gè)通道輸出高頻脈沖，首先必須進(jìn)行硬件設(shè)置。硬件設(shè)置的過程如下：（1）雙擊SIMATIC300Station下的【硬件】進(jìn)入硬件組態(tài)工具軟件進(jìn)行硬件設(shè)置如圖所示。圖4-1進(jìn)入硬件模式在硬件組態(tài)工具中可以看到CPU314C-2DP集成有24點(diǎn)數(shù)字量輸入（DI24）、16點(diǎn)數(shù)字量輸出（DO16）、5通道模擬量輸入（AI5）和2通道的模擬量輸出（AO2）。另外還有計(jì)數(shù)功能（count），高頻脈沖的屬性設(shè)置就在count中設(shè)置。這里的計(jì)數(shù)器是針對(duì)計(jì)數(shù)頻率要求較高的場合。雙擊count（如圖4-2所示），可進(jìn)行高速計(jì)數(shù)、頻率控制以及高頻脈沖輸出屬性設(shè)置對(duì)話框。圖4-2脈寬調(diào)制設(shè)置脈沖參數(shù)：在上圖的對(duì)話框中選擇【確定】，對(duì)應(yīng)通道被設(shè)置脈寬調(diào)制工作方式，脈沖參數(shù)將被設(shè)置為默認(rèn)值。計(jì)數(shù)器屬性對(duì)話框會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的標(biāo)簽【脈寬調(diào)制】，標(biāo)簽，選擇此標(biāo)簽可對(duì)脈寬參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示。圖4-3參數(shù)設(shè)置4.1.2調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFB491、選中項(xiàng)目下最后一級(jí)子菜單Blocks，并雙擊Blocks中的OB1進(jìn)入程序編輯器，在OB1中，調(diào)用SFB49。過程如下：在指令集工具中，找到library（庫）->standardlibrary（標(biāo)準(zhǔn)庫）->systemFunctionBlocks（系統(tǒng)功能塊）菜單，并雙擊該菜單下的系統(tǒng)功能塊SFB49進(jìn)行調(diào)用。如下圖所示。圖4-4SFB49的調(diào)用2、分配系統(tǒng)功能塊SFB49的參數(shù)。系統(tǒng)功能塊SB49的參數(shù)很多，在使用時(shí)，用戶可根據(jù)自己的控制需要進(jìn)行選擇性填寫。其各個(gè)參數(shù)意義如下表所示。圖4-1輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)類型地址說明取值范圍缺省值LADDRWORD0子模塊的I/O地址，由用戶在"HW配置"中指定。如果I和Q地址不相等，則必須指定二者中較低者。CPU專用W#16#300CHANNELINT2指定的通道號(hào)CPU312C：CPU313C：CPU314C：0到10到20到30SW_ENBOOL4.0軟件門：控制脈沖輸出TRUE/FALSEFALSEMAN_DOBOOL4.1手動(dòng)輸出控制使能TRUE/FALSEFALSESET_DOBOOL4,.2控制輸出TRUE/FALSEFALSEOUTP_VALINT6.0輸出值設(shè)置輸出格式為Permil時(shí)：0~1,000輸出格式位為S7analogvalue時(shí):0~276480~10000~276480JOB_REQBOOL8.0作業(yè)初始化控制端（上升沿有效）TRUE/FALSEFALSEJOB_IDWORD10作業(yè)號(hào)W#16#0=無功能作業(yè)W#16#1=寫周期W#16#2=寫延時(shí)時(shí)間W#16#4=寫最小脈沖周期W#16#81=讀周期W#16#82=讀延時(shí)時(shí)間W#16#0W#16#1W#16#2W#16#4W#16#81W#16#82W#16#0JOB_VALDINT12寫作業(yè)的值(設(shè)置值乘以時(shí)基為實(shí)際時(shí)間值)L#0圖4-2輸出參數(shù)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)類型地址說明取值范圍缺省值STS_ENBOOL16.0狀態(tài)使能端TRUE/FALSEFALSESTS_STRTBOOL16.1硬件門的狀態(tài)（開始輸入）TRUE/FALSEFALSESTS_DOBOOL16.2輸出狀態(tài)TRUE/FALSEFALSEJOB_DONEBOOL16.3可以啟動(dòng)作業(yè)TRUE/FALSETRUEJOB_ERRBOOL16.4故障作業(yè)TRUE/FALSEFALSEJOB_STATWORD18作業(yè)錯(cuò)誤號(hào)W#16#0000至W#16#FFFFW#16#04.1.3SFB49功能塊的參數(shù)確定根據(jù)上述步驟，對(duì)通道0、1、2進(jìn)行硬件設(shè)置，根據(jù)所要求的脈沖速度和其它參數(shù)，對(duì)SFB49功能塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。雕刻機(jī)X、Y、Z三軸分別具有三個(gè)速度，分別為快速、中速和慢速運(yùn)動(dòng)。設(shè)定快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的所發(fā)脈沖的頻率為2500Hz，中速運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)脈沖頻率為1250Hz，慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)脈沖頻率為625Hz?，F(xiàn)對(duì)X軸的速度進(jìn)行設(shè)置，其它軸相同，如下圖所示。圖4-5快速運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置圖4-6中速運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置圖4-7慢速速運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置4.1.4步進(jìn)電機(jī)控制程序根據(jù)I/O分配情況，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制程序進(jìn)行編制，程序如下。圖4-8步進(jìn)電機(jī)PLC控制程序上圖為X軸步進(jìn)電機(jī)的控制程序，其它軸的控制程序與其類似，所以在此不在進(jìn)行論述。下圖為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件電路實(shí)物圖。圖4-9步進(jìn)電機(jī)PLC接線圖4.2變頻器控制程序的編寫4.2.1變頻器控制的要求根據(jù)三維雕刻機(jī)的控制要求，必須實(shí)現(xiàn)電主軸的無極變速，所以必須通過PLC對(duì)變頻器輸入模擬量來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，同時(shí)還必須控制變頻器實(shí)現(xiàn)電主軸的啟動(dòng)、加速、減速、停止一系列運(yùn)動(dòng)。PLC通過模擬量輸出通道接AIN+接口，PLC的Q0.7、Q1.0和Q1.1分別接變頻器5、6、7三個(gè)接口。當(dāng)5、7接口通電電主軸正傳，6通電的電機(jī)反轉(zhuǎn)，7關(guān)閉電機(jī)停轉(zhuǎn)。4.2.2FC106模塊的介紹FC106是處理模擬量（1—5V，4—20MA等常規(guī)信號(hào)）輸出的功能塊。 如下圖所示。圖4-10FC106FC106的參數(shù)很多，在使用時(shí)，用戶可根據(jù)自己的控制需要進(jìn)行選擇性填寫。其各個(gè)參數(shù)意義如下表所示。表4-3FC106參數(shù)參數(shù)描述數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)區(qū)描述EN輸入BOOLI、Q、M、D、L使能輸入端，信號(hào)狀態(tài)為1時(shí)激活該功能。ENO輸出BOOLI、Q、M、D、L如果該功能的執(zhí)行無錯(cuò)誤，該使能輸出端信號(hào)狀態(tài)為1。IN輸入REALI、Q、M、D、L、F、常數(shù)欲轉(zhuǎn)換為整型值的輸入值。HI_LIM輸入REALI、Q、M、D、L、F、常數(shù)以工程單位表示的上限值。LO_LIM輸入REALI、Q、M、D、L、F、常數(shù)以工程單位表示的下限值。BIPOLAR輸入BOOLI、Q、M、D、L信號(hào)狀態(tài)為1表示輸入值為雙極性，信號(hào)狀態(tài)0表示輸入值為單極。OUT輸出INTI、Q、M、D、L、F轉(zhuǎn)換結(jié)果。RET_VAL輸出WORDI、Q、M、D、L、F如果該指令的執(zhí)行沒有錯(cuò)誤，將返回值W#16#0000。對(duì)于W#16#0000以外的其它值，參見"錯(cuò)誤信息"。4.1.3變頻器的控制程序根據(jù)上述信息，最終得到程序，如下圖。圖4-11變頻器控制程序根據(jù)以上程序最終會(huì)產(chǎn)生一條從0V—5V逐漸增加的45度的電壓曲線，實(shí)現(xiàn)通過模擬量控制變頻器頻率，最終實(shí)現(xiàn)電主軸的控制。結(jié)論本文閱讀了大量的文獻(xiàn)資料，主要是通過了解雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)而進(jìn)行雕刻機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行PLC的選型和進(jìn)行軟件的熟悉，繪制控制圖，最后進(jìn)行PLC的編程全文結(jié)論如下：分析雕刻機(jī)的組成和工作原理，進(jìn)行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行PLC、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、變頻器和電主軸的選型，了解控制方式，繪制控制電路圖。了解西門子S7300，并且了解和熟悉STEP7的操作，通過教學(xué)視頻和網(wǎng)上資料了解STEP7編程的操作流程，進(jìn)行硬件組態(tài)，為編寫程序提供前提。通過STEP7編寫梯形圖程序，并且了解模塊的使用和程序的調(diào)試。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到許多新知識(shí)，了解了S7300的PLC的相關(guān)知識(shí)，通過運(yùn)用STEP7編程，初步了解了西門子PLC程序的編寫。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲良多。參考文獻(xiàn)[1]焦生杰,等.工程機(jī)械機(jī)電液一體化[M].北京:人民交通出版社.2000.11[2]朱玉川.摧于PLC控制的某全自動(dòng)裝填電液比例控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2007(5)[3]鐘肇類,馮太合,陳宇駒編著.西門子S7-300系列PLC及應(yīng)用軟件STEP7.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2004.7[4]高鴻斌,孔美靜,赫孟合編著.西門子PLC與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M].北京:,包子工業(yè)出版社,2006.3[5]S7一300可編程序控制器模板規(guī)范參考手冊[6]廖常初.PLC編程與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版讓,2002.9[7]梁為.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003[8]羅萍.PLC模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用[J].變頻器仕界,2007(5)[9]阮友德．電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教程[M]．人民郵電出版社，2006[10]肖明耀．PLC原理與應(yīng)用[M]．中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006[11]劉寶廷．步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997[12]王鴻枉．步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門[M]．同濟(jì)大學(xué)出版社，1990[13]T.J.byers，PLCtechniquediscussionandfuturedevelopment[M].PrincetonUniversity.America.2006[11]JohnSong,D.G.Programmablecontrollersforfactoryautomation[M].N.Y.MarcelDekker,1987[12]DavidG．Johnson．ProgrammableControllersforFactoryAutomation[M].MarcelDekkerInc,2003致謝本論文是在導(dǎo)師武建新教授的悉心指導(dǎo)下完成的。老師對(duì)我們很關(guān)心，從論文選題到論文完成，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、活躍的學(xué)術(shù)思想、對(duì)待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益，在論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷的感謝。感謝各位同學(xué)的耐心，幫我分析我問題，給我講解在PLC相關(guān)知識(shí)、設(shè)置的相關(guān)細(xì)節(jié)問題。感謝老師和同學(xué)的幫助讓我在大學(xué)四年的最后時(shí)間里學(xué)到了很多知識(shí)，從STEP7都不會(huì)到熟練的程度，感覺這幾個(gè)月過的很充實(shí)，忙中有樂。真心感謝關(guān)心我的老師，送給您最深的祝福！我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的