【基于PLC的磨線(xiàn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9100字（論文）】

PAGEPAGE10基于PLC的磨線(xiàn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要隨著自動(dòng)控制理論和PLC技術(shù)的發(fā)展，具有易于使用、功能強(qiáng)大、高可靠性、擴(kuò)展能力強(qiáng)、廣泛的適用性和組成控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性等諸多優(yōu)點(diǎn)的PLC控制技術(shù)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本論文以作者研究的基于PLC的磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)項(xiàng)目和基于PLC的控制系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，從PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，探討PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，完成了如下幾項(xiàng)工作：綜述了PLC控制技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀以及與其他控制技術(shù)的對(duì)比，介紹了磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)個(gè)項(xiàng)目的來(lái)源、背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究意義。探討了廣泛適用的基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。從PLC控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)原則分析入手，重點(diǎn)分析了PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的方法和步驟。實(shí)現(xiàn)了基于PLC的磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，提出了分多段打磨的線(xiàn)徑加工方法，分析了線(xiàn)徑檢測(cè)計(jì)算原理；硬件的設(shè)計(jì)又包括PLC設(shè)備選型、I/O分配、PLC接線(xiàn)圖等內(nèi)容。基于PLC的磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，結(jié)果表明：該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，加工的金屬細(xì)線(xiàn)品質(zhì)好，據(jù)廠(chǎng)家認(rèn)定，其性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平。關(guān)鍵詞：磨線(xiàn)機(jī)；控制系統(tǒng)；

目錄TOC\o"1-3"\h\u12615摘要 I114051緒論 1158511.1研究背景 150461.2研究意義 1313141.3研究現(xiàn)狀 1157292PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2170042.1PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 2283902.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu) 29982.1.2PLC的工作原理 3203652.2PLC控制系統(tǒng)的組成 3324682.3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 4255312.4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 483183磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 573563.1磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 5290873.1.1磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)組成 5129443.1.2磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)工作原理 670693.2磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6237513.2.1線(xiàn)徑檢測(cè)計(jì)算方法 6257313.2.2系統(tǒng)閉環(huán)控制原理 7274133.3磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8163203.3.1PLC設(shè)備選型及I/O分配 89053.3.2PLC接線(xiàn)圖 9168963.3.3線(xiàn)徑檢測(cè)器 9152553.4磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1030865總結(jié) 1210833參考文獻(xiàn) 1326935致謝 14PAGEPAGE101緒論1.1研究背景在過(guò)去的工業(yè)控制中，多使用繼電器，但由于其體積大、耗電大，很難更改生產(chǎn)流程。為了扭轉(zhuǎn)這一局面，美國(guó)通用公司在1960年代末提出了一項(xiàng)要求，并進(jìn)行了公開(kāi)投標(biāo)。后來(lái)美國(guó)數(shù)碼設(shè)備公司開(kāi)發(fā)出了世界上首個(gè)可編程控制器，并在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上得到了成功的應(yīng)用。后來(lái)日本、德國(guó)等國(guó)家紛紛引進(jìn)PLC技術(shù)，國(guó)內(nèi)一些著名企業(yè)紛紛加入，使PLC技術(shù)快速發(fā)展，其中包括日本三菱、松下、OMRON；西門(mén)子，BBC等德國(guó)企業(yè)。目前，全球已有200余家企業(yè)致力于PLC的研發(fā)和生產(chǎn)，已形成400余種不同的系列。早期可編程控制器的指令體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅能實(shí)現(xiàn)序列控制，通常僅具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。微電子技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得PLC技術(shù)得到了快速的發(fā)展。20世紀(jì)80年代末，由16-32位單片機(jī)組成的微機(jī)PLC在概念、設(shè)計(jì)、性?xún)r(jià)比等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?？删幊炭刂破骷↑c(diǎn)操作、函數(shù)操作、高速計(jì)數(shù)、中斷計(jì)數(shù)、PID控制和網(wǎng)絡(luò)控制等多種功能于一身。1.2研究意義在線(xiàn)（本文指金屬細(xì)線(xiàn)及線(xiàn)束等）加工領(lǐng)域，PLC控制技術(shù)也得到了一些應(yīng)用，如：將PLC應(yīng)用在銅線(xiàn)加工中；將PLC應(yīng)用在環(huán)錠捻線(xiàn)機(jī)上等等，但總的來(lái)說(shuō)，在線(xiàn)加工領(lǐng)域PLC控制技術(shù)的應(yīng)用還不太多，因此，本文的研究對(duì)PLC控制技術(shù)在線(xiàn)加工領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的參考意義。1.3研究現(xiàn)狀目前，PLC控制技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于其它行業(yè)，而不僅僅是在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中。楊健等采用PLC技術(shù)，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了凈水工藝控制，采用PLC對(duì)廢水進(jìn)行加藥加氯的控制，達(dá)到了自動(dòng)控制，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了良好的效果；在太陽(yáng)能發(fā)電方面，耿立明等已完成了以PLC為核心的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中PLC可對(duì)液位、電源的通斷、溫度、風(fēng)壓的采集等進(jìn)行控制；在裂紋檢測(cè)方面，由王建國(guó)等人研制的基于PLC的裂縫檢測(cè)儀，充分利用了PLC的穩(wěn)定性和智能化的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)汽車(chē)輪轂等轉(zhuǎn)軸部件進(jìn)行了測(cè)試，取得了較好的結(jié)果；在煤炭行業(yè)，呂書(shū)勇運(yùn)用PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了一套以PLC為基礎(chǔ)的焦化備煤控制系統(tǒng)，使金馬焦化廠(chǎng)的備煤工藝得到了充分的應(yīng)用。在垃圾處置方面，郭瑞國(guó)所研制的以PLC為基礎(chǔ)的垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，易于控制，確保了垃圾焚燒廠(chǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的爐溫和排放控制；在船舶方面，董猛采用PLC技術(shù)，具有很好的抗干擾性，并構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的硬件電路，完成了船舶主機(jī)遠(yuǎn)程控制的主要功能，并以PLC為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了一套以PLC為核心的船舶主機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，尤其適用于中、小型船舶，以及在航船主遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的改造。在國(guó)外，Russell公司在工廠(chǎng)信息化系統(tǒng)中采用PLC進(jìn)行采集、預(yù)處理、向電腦傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，節(jié)省了成本，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，取得了良好的效果；在生物研究方面，F(xiàn)rederico等在不同的氧濃度條件下，利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)氧濃度的自動(dòng)控制，并取得了較好的效果；AtefA.Ata等也將PLC技術(shù)用于色彩識(shí)別領(lǐng)域。2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法2.1PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的組成與計(jì)算機(jī)十分相似，主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等部分組成，如圖2-1所示。輸出接口中央處理器輸入接口電源輸出接口中央處理器輸入接口電源存儲(chǔ)器編程器編程器圖2-1PLC的基本組成簡(jiǎn)圖CPU:CPU是PLC的中心，它負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)程序和從編程器輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和存儲(chǔ)；以?huà)呙璧男问酵ㄟ^(guò)輸入輸出組件來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)的狀況和數(shù)據(jù)；對(duì)PLC內(nèi)部線(xiàn)路的運(yùn)行和程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤進(jìn)行診斷；執(zhí)行用戶(hù)程序，完成各種數(shù)據(jù)的處理、傳輸和存儲(chǔ)；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，更新相應(yīng)標(biāo)記位的狀態(tài)，輸出狀態(tài)寄存器中的信息，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通訊等。目前PLC中普遍使用的CPU有通用微處理器、單片微處理器、比特芯片等。內(nèi)存：PLC內(nèi)存按其在系統(tǒng)中的功能劃分，分為兩個(gè)部分：一個(gè)是系統(tǒng)內(nèi)存，另一個(gè)是用戶(hù)內(nèi)存。系統(tǒng)內(nèi)存是用來(lái)儲(chǔ)存系統(tǒng)的，并且在ROM里固化的，使用者不能隨意修改。該用戶(hù)內(nèi)存包含兩個(gè)部分：一個(gè)是用戶(hù)程序內(nèi)存（程序區(qū)），另一個(gè)是功能內(nèi)存（數(shù)據(jù)區(qū)）。存貯器是根據(jù)特定的控制任務(wù)而編寫(xiě)的，需要經(jīng)常調(diào)試和修改的存儲(chǔ)器，通常采用RAM（帶電源保護(hù)）、EPROM、EEPROM等。而用戶(hù)函數(shù)存貯器通常用于存儲(chǔ)狀態(tài)變量、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。2.1.2PLC的工作原理PLC的硬件構(gòu)成類(lèi)似于電腦的構(gòu)成，并具有CPU、內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源等。PLC有RUN和STOP兩種運(yùn)行模式。在RUN模式中，控制函數(shù)的執(zhí)行是由用戶(hù)程序的執(zhí)行；在STOP模式下，不需要CPU進(jìn)行用戶(hù)程序的操作，可以通過(guò)編程軟件來(lái)生成和編輯用戶(hù)的程序，并將其下載到PLC中。PLC的工作流程大致可以分為五個(gè)步驟：上電初始化、CPU自診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊、掃描、輸入/輸出。圖2-2是PLC操作流程的簡(jiǎn)圖。上電初始化C上電初始化C 網(wǎng) 用P 絡(luò) 戶(hù)U 通 程自 信 序診 處 掃斷 理 描輸入輸出信息處理圖2-2PLC的工作過(guò)程上電啟動(dòng)：在PLC上電后，執(zhí)行系統(tǒng)的初始化，清理內(nèi)部繼電器區(qū)域，重置計(jì)時(shí)器等，并對(duì)電源，PLC內(nèi)部電路，用戶(hù)程序的語(yǔ)法進(jìn)行檢查。CPU自我診斷：為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，PLC必須在每一次的掃描循環(huán)中進(jìn)入CPU的自我診斷。自檢程式定期檢視使用者程式存儲(chǔ)器、輸入/輸出裝置的連接，輸入輸出總線(xiàn)的正確性，定時(shí)重置監(jiān)視計(jì)時(shí)器等。單片機(jī)的控制技術(shù)通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)的采集和工業(yè)控制，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)比普通電腦要簡(jiǎn)單，而且價(jià)格也比較低廉，但是與通用型電腦相同，并不是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制而設(shè)計(jì)的。與普通微機(jī)相同，MCU編程復(fù)雜，難以掌握，需同時(shí)處理大量I/O接口，輸出端的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力很低，需要復(fù)雜的周邊電路來(lái)驅(qū)動(dòng)工業(yè)負(fù)荷。單片機(jī)控制技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，但是由于工業(yè)控制系統(tǒng)需要處理大量的開(kāi)關(guān)量，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分發(fā)揮，其可靠性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上PLC。通常的單片機(jī)控制技術(shù)只能用于一些簡(jiǎn)單的工業(yè)控制流程，以及對(duì)數(shù)據(jù)處理能力要求較高的應(yīng)用。相對(duì)于MCU的控制技術(shù)，PLC更適用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制，但是它的數(shù)據(jù)處理能力要差一些。兩者各有利弊，無(wú)法取而代之。從這一點(diǎn)可以看出，隨著PLC的成本和數(shù)據(jù)處理能力的不斷提高，PLC在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越受到其它控制技術(shù)的挑戰(zhàn)。所以，熟練地掌握PLC的控制技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。2.2PLC控制系統(tǒng)的組成PLC的控制系統(tǒng)分為軟硬件兩大模塊。硬件方面，PLC控制系統(tǒng)的硬件部分，除了滿(mǎn)足系統(tǒng)控制需求的PLC型號(hào)，存儲(chǔ)器容量，輸入/輸出模塊，電源模塊，通信模塊，模擬量輸入/輸出模塊，以及其它特定的功能模塊，以及適當(dāng)?shù)耐獠吭O(shè)備，例如輸入設(shè)備（按鈕，開(kāi)關(guān)，傳感器等），輸出設(shè)備（接觸器，繼電器等），以及由執(zhí)行設(shè)備所控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（電機(jī)，水泵，閥門(mén)等）。PLC控制系統(tǒng)的軟件，包含輸入/輸出、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的應(yīng)用與配置，并按需要進(jìn)行PLC的控制程序、人機(jī)接口等。2.3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則PLC的控制系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝控制，它的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循如下原則：按照工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保能夠達(dá)到被控目標(biāo)的工藝要求，能夠準(zhǔn)確可靠地按照工藝流程工作。既能充分利用PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又能最大限度地降低PLC的硬件開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)保證其設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)。在此基礎(chǔ)上，要對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)充?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)力求簡(jiǎn)單實(shí)用、操作維護(hù)方便、維護(hù)方便、安全可靠。在實(shí)際工程中，PLC的編程方式有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、順序功能圖設(shè)計(jì)、邏輯流程圖設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、時(shí)序圖設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)驗(yàn)式設(shè)計(jì)方法是利用自己的或他人的經(jīng)驗(yàn)，按照系統(tǒng)的流程和控制的需要，對(duì)PLC進(jìn)行編程。有時(shí)候，要經(jīng)過(guò)大量的調(diào)試和修正，才能獲得良好的設(shè)計(jì)效果。這種設(shè)計(jì)方式存在著一定的限制和隨機(jī)性，其設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。經(jīng)驗(yàn)式設(shè)計(jì)方法通常被用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的PLC編程，達(dá)到了很好的效果。在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，經(jīng)驗(yàn)式的設(shè)計(jì)方法是非常少見(jiàn)的。連續(xù)函數(shù)圖形的設(shè)計(jì)方法。在采用連續(xù)函數(shù)圖方法進(jìn)行PLC編程時(shí)，適用于采用連續(xù)函數(shù)圖方法。序列控制是指在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)相應(yīng)的輸入信號(hào)，使每個(gè)執(zhí)行器按時(shí)間和內(nèi)部的狀態(tài)，有序地進(jìn)行操作。序列函數(shù)圖主要由步、向連線(xiàn)、轉(zhuǎn)換、條件和行為（或指令）構(gòu)成。步是指系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，也可以叫做工作步；在由一階到另一階的過(guò)渡過(guò)程中，所產(chǎn)生的一種觸發(fā)條件；這兩個(gè)步驟間的變換由有向連線(xiàn)表示；在每一穩(wěn)定狀態(tài)，也就是一步，可以有一臺(tái)或多臺(tái)PLC的觸頭進(jìn)行操作。在應(yīng)用連續(xù)函數(shù)圖的方法時(shí)，應(yīng)先對(duì)系統(tǒng)的工藝控制流程進(jìn)行梳理，確定各個(gè)階段的轉(zhuǎn)化條件；在此基礎(chǔ)上，精確地繪制出連續(xù)函數(shù)圖，是采用該設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵；最后按照序列函數(shù)圖（通常采用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。使用連續(xù)函數(shù)圖的關(guān)鍵在于熟練地繪制函數(shù)圖形，并按照函數(shù)圖形進(jìn)行編程。2.4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟針對(duì)PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的分析：在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，必須對(duì)受控對(duì)象的工藝和控制需求進(jìn)行全面的了解和分析，以達(dá)到設(shè)計(jì)滿(mǎn)意的目的。決定輸入/輸出裝置：選擇適當(dāng)?shù)妮斎胙b置（控制按鈕，開(kāi)關(guān)，傳感器等），以及輸出裝置（接觸器，繼電器等），并決定PLC所需要的輸入/輸出點(diǎn)。選用PLC：根據(jù)所需輸入輸出點(diǎn)數(shù)和特定的PLC控制系統(tǒng)的功能需求，選用適當(dāng)?shù)腜LC，要綜合考慮PLC的型號(hào)、存儲(chǔ)容量、電源模塊及其它模塊的性能。I/O分布：指定輸入/輸出端與輸出端的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并畫(huà)出輸入/輸出端子的連接線(xiàn)。PLC程序的編寫(xiě)：可根據(jù)控制目標(biāo)及控制需求來(lái)編寫(xiě)PLC。在PLC編程時(shí)，通常會(huì)繪制程序流程，然后進(jìn)行編程。模擬調(diào)試：能用按鍵、開(kāi)關(guān)模擬數(shù)字，用電源或電流源替代模擬，反復(fù)調(diào)試，直到達(dá)到控制要求為止?，F(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)：連接輸入/輸出裝置和PLC。在線(xiàn)調(diào)試：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的輸入/輸出裝置對(duì)PLC編程進(jìn)行調(diào)試，及時(shí)解決故障，達(dá)到控制要求。技術(shù)文件整理：技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，I/O線(xiàn)原理圖，程序清單，元器件明細(xì)表，使用說(shuō)明書(shū)等。3磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1.1磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)組成磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)主要由核心控制器、線(xiàn)徑檢測(cè)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)線(xiàn)系統(tǒng)、磨線(xiàn)伺服系統(tǒng)、收線(xiàn)伺服系統(tǒng)等部分組成。圖3-1為磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖3-1磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖磨線(xiàn)機(jī)的核心控制器由PLC和計(jì)算機(jī)控制臺(tái)組成。PLC對(duì)磨機(jī)的操作過(guò)程進(jìn)行控制，電腦控制臺(tái)可切換多種操作模式，輸入接收數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。線(xiàn)路測(cè)量系統(tǒng)線(xiàn)徑檢測(cè)儀是磨線(xiàn)機(jī)的關(guān)鍵部件，它包括線(xiàn)徑檢測(cè)器和工作功率。磨線(xiàn)機(jī)磨線(xiàn)時(shí)，PLC根據(jù)線(xiàn)徑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取當(dāng)前線(xiàn)徑尺寸，從而確定磨線(xiàn)機(jī)的后續(xù)操作?；匦b置轉(zhuǎn)線(xiàn)裝置包括變頻器、轉(zhuǎn)線(xiàn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)線(xiàn)輪、前后夾緊輪、拉力板等。在研磨機(jī)對(duì)金屬細(xì)線(xiàn)進(jìn)行研磨時(shí)，前、后夾持輪將金屬細(xì)線(xiàn)夾持，拉力板拉緊金屬細(xì)線(xiàn)，轉(zhuǎn)線(xiàn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)線(xiàn)輪和前、后夾持輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使拋光金屬細(xì)線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。研磨機(jī)磨線(xiàn)系統(tǒng)包括：磨線(xiàn)伺服放大器，磨線(xiàn)馬達(dá)，加工臺(tái)。砂帶上、下砂帶在拋光時(shí)夾持，磨線(xiàn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向左、向右移動(dòng)。研磨馬達(dá)轉(zhuǎn)速由伺服放大器控制，拋光時(shí)的位移由PLC進(jìn)行?；厥昭b置收線(xiàn)系統(tǒng)包括收線(xiàn)伺服放大器，收線(xiàn)馬達(dá)，收線(xiàn)輪。收線(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速由伺服放大器控制，而拉絲長(zhǎng)度由PLC控制。3.1.2磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)工作原理圖3-2磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)工作原理圖磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)以PC為上位計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了輸入原始數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)線(xiàn)徑、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、工作方式轉(zhuǎn)換等功能；PLC根據(jù)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，對(duì)磨線(xiàn)機(jī)進(jìn)行操作。圖3-2示出了磨絲機(jī)的工作原理。磨線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)分為手動(dòng)、自動(dòng)、收線(xiàn)三種工作模式，由PC機(jī)進(jìn)行人機(jī)接口的切換。在人工操作方式下，由控制系統(tǒng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)線(xiàn)機(jī)完成裝配過(guò)程。金屬絲從鋼絲圈中抽出，經(jīng)過(guò)后夾輪、工作臺(tái)、前夾輪，再用張力板拉緊，最后完成裝線(xiàn)。在手工操作方式中，可以分別對(duì)前后夾緊輪的夾緊和旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)前后移動(dòng)、上下砂帶的夾緊和放松、砂帶的旋轉(zhuǎn)和張緊。在自動(dòng)工作狀態(tài)下，該系統(tǒng)的主要功能是驅(qū)動(dòng)磨機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)絲線(xiàn)的研磨。首先，驅(qū)動(dòng)研磨電機(jī)，將工作臺(tái)向左移動(dòng)（上、下、下兩個(gè)砂帶均已鎖定）返回起始位置，并確定，再啟動(dòng)操縱馬達(dá)，以高速轉(zhuǎn)動(dòng)金屬絲。在研磨時(shí)，上、下兩條砂帶將金屬細(xì)線(xiàn)夾住，并由工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)砂帶沿金屬細(xì)線(xiàn)進(jìn)行研磨。在該工作方式下，PLC對(duì)該方式的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，例如每一次磨削的線(xiàn)長(zhǎng)、每一段磨削的線(xiàn)徑等，并通過(guò)對(duì)線(xiàn)徑的測(cè)量和實(shí)時(shí)的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)磨線(xiàn)機(jī)的自動(dòng)控制。3.2磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.2.1線(xiàn)徑檢測(cè)計(jì)算方法光源光源線(xiàn)徑檢測(cè)頭橫截面光光源(a) 圖3-3線(xiàn)徑檢測(cè)原理圖線(xiàn)徑檢測(cè)器把改變的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為不同的電壓。圖3-4是線(xiàn)徑探測(cè)原理圖，在圖A是無(wú)線(xiàn)狀態(tài)下，接收來(lái)自光源的全部光的線(xiàn)徑探測(cè)器，在該位置處，輸出的電壓值是最大的；在有線(xiàn)狀態(tài)下，來(lái)自光源的光被一根細(xì)細(xì)的金屬線(xiàn)阻擋，線(xiàn)徑探測(cè)器接收的光線(xiàn)少于無(wú)線(xiàn)信號(hào)，這時(shí)輸出的電壓值會(huì)小于無(wú)線(xiàn)信號(hào)。從上述的分析可以看出，線(xiàn)徑的計(jì)算公式是：Sm：[m] 待檢測(cè)線(xiàn)徑Sr：[m] 標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)徑Uu：[V] 無(wú)線(xiàn)時(shí)電壓值Um：[V] 有待檢測(cè)線(xiàn)時(shí)電壓值Ur：[V] 有標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)時(shí)電壓值3.2.2系統(tǒng)閉環(huán)控制原理從磨線(xiàn)機(jī)械的工作原理上可以看出，在研磨過(guò)程中，每次研磨速度ΔR的大小與研磨速度V1、研磨速度V2、研磨次數(shù)K有關(guān)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，線(xiàn)徑的研磨量也隨之增大；磨線(xiàn)的轉(zhuǎn)速是指砂帶磨線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，很明顯，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度越高，磨料量就越少。從上面的分析可以很容易地得到以下的關(guān)系：其中C為磨削量系數(shù)。由式公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)線(xiàn)速度V1和磨線(xiàn)速度V2都達(dá)到一個(gè)適合速度的情況下，磨削量ΔR主要就取決于打磨次數(shù)K，因此打磨任務(wù)主要在于控制打磨的次數(shù)每段線(xiàn)徑值線(xiàn)徑檢測(cè)器磨線(xiàn)電機(jī)PLC每段線(xiàn)徑值線(xiàn)徑檢測(cè)器磨線(xiàn)電機(jī)PLC圖3-4系統(tǒng)閉環(huán)控制原理圖圖3-4是一種閉環(huán)控制的示意圖，從該圖可以看出，PLC、磨線(xiàn)馬達(dá)、線(xiàn)徑檢測(cè)器組成了一個(gè)閉環(huán)的控制電路。PLC控制研磨系統(tǒng)對(duì)金屬細(xì)線(xiàn)進(jìn)行研磨，當(dāng)研磨作業(yè)結(jié)束時(shí)，由線(xiàn)徑檢測(cè)器將目前的線(xiàn)徑值回饋給研磨機(jī)，如果線(xiàn)徑比最后的線(xiàn)徑小，則由研磨馬達(dá)進(jìn)行研磨；否則，重新調(diào)整現(xiàn)有的部分。3.3磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.3.1PLC設(shè)備選型及I/O分配PLC的選用要從機(jī)型、容量、輸入/輸出模塊、電源模塊選擇等方面進(jìn)行選擇。通過(guò)對(duì)三菱公司FX2N系列PLC的調(diào)研和分析，確定了該系統(tǒng)的控制器。三菱FX2N系列，是FX系列中最高級(jí)的超微型PLC，它不僅具備普通的輸入和輸出功能，還具備模擬量控制和定位控制等特殊功能。FX2N系列PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)是：最多可增加256個(gè)控制點(diǎn)超快的計(jì)算（每步0.08微秒）內(nèi)置8000步內(nèi)存，擴(kuò)展到16000步五相位快速計(jì)數(shù)儀輔助繼電器：3072點(diǎn)；定時(shí)器256;235；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：8000點(diǎn)豐富的功能擴(kuò)充模塊在磨線(xiàn)機(jī)的控制系統(tǒng)中，通過(guò)配置軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可以節(jié)約大量的PLC輸入和輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，磨線(xiàn)控制系統(tǒng)的輸入功率為19點(diǎn)，輸出功率為15點(diǎn)，為今后的調(diào)整及工藝改進(jìn)，通常在實(shí)際的I/O點(diǎn)基礎(chǔ)上增加10%~20%的備用量，故采用FX2N-48MTPLC。表3-1是根據(jù)特定應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的磨線(xiàn)控制系統(tǒng)的PLC輸入/輸出模塊。表3-1磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)PLC輸入/輸出模塊對(duì)應(yīng)用途輸入信號(hào)輸出信號(hào)編號(hào)用途編號(hào)用途X0高速計(jì)數(shù)器C252A相Y0磨線(xiàn)伺服電機(jī)啟停及方向控制X1高速計(jì)數(shù)器C252B相Y1磨線(xiàn)伺服電機(jī)啟停及方向控制X2高速計(jì)數(shù)器C252計(jì)數(shù)器復(fù)位Y2磨線(xiàn)伺服電機(jī)速度控制（砂帶夾持）X3高速計(jì)數(shù)器C253A相Y3磨線(xiàn)伺服電機(jī)速度控制（砂帶放松）X4高速計(jì)數(shù)器C253B相Y5收線(xiàn)伺服電機(jī)啟停及方向控制X5高速計(jì)數(shù)器C253計(jì)數(shù)器復(fù)位Y10轉(zhuǎn)線(xiàn)馬達(dá)控制X10檢測(cè)有否上砂帶傳感器Y11拉力板拉/放控制X11檢測(cè)有否下砂帶傳感器Y12前夾持輪鎖/放控制X12左原點(diǎn)傳感器Y13砂帶夾持/放松X13檢測(cè)前夾持輪是否夾緊傳感器Y14上砂帶旋轉(zhuǎn)X14檢測(cè)砂帶是否夾持傳感器Y15下砂帶旋轉(zhuǎn)X15檢測(cè)后夾持輪是否夾緊傳感器Y16后夾持輪鎖/放控制X16檢測(cè)是否斷線(xiàn)傳感器Y25緊急停止標(biāo)識(shí)燈X20暫停按鈕Y26暫停標(biāo)識(shí)燈X21自動(dòng)過(guò)程退出按鈕Y27正常運(yùn)行標(biāo)識(shí)燈X22自動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)按鈕X25左側(cè)極限保護(hù)微動(dòng)開(kāi)關(guān)X26右側(cè)加工長(zhǎng)度上限微動(dòng)開(kāi)關(guān)X27右側(cè)極限保護(hù)微動(dòng)開(kāi)關(guān)3.3.2PLC接線(xiàn)圖圖3-6為磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)PLC輸入、輸出模塊接線(xiàn)圖，其中X2、X5分別為PLC內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器C252、C253的復(fù)位信號(hào)圖3-5磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)·PLC·輸入/輸出接線(xiàn)圖.3.3.3線(xiàn)徑檢測(cè)器線(xiàn)徑檢測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬絲的線(xiàn)徑的實(shí)時(shí)測(cè)量，并輸出模擬的電壓和電流。圖3-7是一種用于磨線(xiàn)設(shè)備的線(xiàn)徑檢測(cè)裝置的原理圖。在拉絲后，左、右支點(diǎn)和左右支點(diǎn)分別用于固定被測(cè)部分的細(xì)絲，通過(guò)左右支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以精確地調(diào)整兩個(gè)支點(diǎn)之間的細(xì)絲的高度，從而保證細(xì)絲在光源發(fā)出的光束中。圖3-6線(xiàn)徑檢測(cè)器示意圖本系統(tǒng)使用的線(xiàn)徑檢測(cè)器靈敏度、精確度高，對(duì)工作環(huán)境要求嚴(yán)格，詳細(xì)的電氣特性如表3-2所示。表3-2線(xiàn)徑檢測(cè)器電氣特性線(xiàn)徑檢測(cè)范圍0.02mm～0.20mm精確度1m供電電源DC＋15V±5%；－15V±5%電源接腳Pin8：＋15V；Pin6：－15V；Pin3：ground輸出電壓±10V（BNC）輸出電流Max100mA采樣頻率≤30KH噪聲電壓±1mVp-p尺寸175×80×57mm3暖機(jī)時(shí)間10min工作環(huán)境溫度20℃±5℃3.4磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)的需要，主要由PLC編程和人機(jī)接口兩大部分組成。通過(guò)對(duì)磨線(xiàn)機(jī)的工作原理及控制需求的深入分析，本系統(tǒng)的PLC編程采用模塊化的思路，由裝線(xiàn)模塊、磨線(xiàn)模塊、收線(xiàn)模塊、線(xiàn)徑采樣模塊組成。該軟件采用梯形圖形編程方法編制，關(guān)鍵的自動(dòng)磨線(xiàn)部分由步進(jìn)順控制指令完成。由于采用組態(tài)軟件所設(shè)計(jì)的人機(jī)接口進(jìn)行人機(jī)交互控制，所以在PLC編程時(shí)要注意組態(tài)軟件和PLC編程的匹配問(wèn)題。利用三菱GX開(kāi)發(fā)工具Ver.7和GX開(kāi)發(fā)工具SimulatorVer.6對(duì)磨線(xiàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行了PLC程序的編制和調(diào)試。裝線(xiàn)模塊為磨線(xiàn)的預(yù)處理，裝線(xiàn)模塊在磨線(xiàn)自動(dòng)控制指令前面進(jìn)行編程。裝線(xiàn)組件的主要作用是從磨線(xiàn)機(jī)最右側(cè)的鋼絲圈中抽出細(xì)絲，然后依次經(jīng)過(guò)后夾輪、前夾持輪，再用拉板拉至合適的松緊度。圖3-10是裝配線(xiàn)組件的邏輯流程圖。圖3-7裝線(xiàn)邏輯流程圖磨線(xiàn)機(jī)的磨線(xiàn)系統(tǒng)是其關(guān)鍵部件。由于自動(dòng)磨線(xiàn)組件的操作是按順序進(jìn)行的，所以在編寫(xiě)這一節(jié)的過(guò)程中，采用三菱GXDeveloper的步控指令對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行控制，而前面的一個(gè)步驟的終止條件就是接下來(lái)的步驟。通過(guò)仔細(xì)的調(diào)研和分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)連續(xù)的功能圖，顯示了該系統(tǒng)的工作流程。磨線(xiàn)模組程式需要考慮的另外一個(gè)問(wèn)題是，在磨線(xiàn)正常完成或人工按下停止鍵時(shí)，或發(fā)生某些故障時(shí)，磨線(xiàn)工序會(huì)自動(dòng)終止。對(duì)于磨線(xiàn)聯(lián)鎖的停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)該圖中的任何條件符合時(shí)，磨線(xiàn)將會(huì)被終止。切斷電源加工臺(tái)到達(dá)右極限加工臺(tái)到達(dá)左極限斷線(xiàn)磨線(xiàn)結(jié)束切斷電源加工臺(tái)到達(dá)右極限加工臺(tái)到達(dá)左極限斷線(xiàn)磨線(xiàn)結(jié)束按下停止按鈕磨線(xiàn)過(guò)程自動(dòng)停止OR磨線(xiàn)機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面在該系統(tǒng)中，使用亞控科技公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)王6.5來(lái)設(shè)計(jì)人機(jī)界面。組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺(tái)工具，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法。設(shè)計(jì)要求：人工操作：上位機(jī)接口必須能對(duì)加工臺(tái)、砂帶、前后夾緊輪、拉力板等零件進(jìn)行人工操作，并同時(shí)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示。自動(dòng)方式：當(dāng)磨線(xiàn)開(kāi)停條件滿(mǎn)足時(shí)，可利用人機(jī)接口對(duì)磨線(xiàn)的開(kāi)停進(jìn)行控制；磨線(xiàn)時(shí)，需要對(duì)磨線(xiàn)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了磨線(xiàn)的動(dòng)態(tài)顯示。收線(xiàn)方式：該方式下，可由人工逐步完成收線(xiàn)及裝線(xiàn)過(guò)程，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收線(xiàn)資料。參數(shù)設(shè)置功能：可設(shè)置磨削過(guò)程中必要的重要初始參數(shù)，并可向PLC編程。線(xiàn)尺寸校正：必須具有人工取樣和校正功能.系統(tǒng)管理功能：可以設(shè)定管理員和一般用戶(hù)的權(quán)限，密碼等功能.設(shè)計(jì)理念。人機(jī)接口是該系統(tǒng)的最好體現(xiàn)，由于該系統(tǒng)的操作者都是流水線(xiàn)上的員工，因此在人機(jī)接口的設(shè)計(jì)上盡量做到簡(jiǎn)單易用，便于流水線(xiàn)作業(yè)。在磨線(xiàn)機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量做到界面簡(jiǎn)潔、清晰、美觀、大方。盡可能的實(shí)現(xiàn)按鍵的動(dòng)畫(huà)提示。舉個(gè)例子：用鼠標(biāo)左鍵或“F1”快捷鍵，按鍵圖標(biāo)會(huì)變?yōu)榫G色，并帶動(dòng)處理臺(tái)向左移動(dòng)，直至觸碰到左鍵的原點(diǎn)后，按鍵圖標(biāo)再次變?yōu)榛疑?。?dòng)態(tài)演示模擬的真實(shí)行為。比如：在研磨時(shí)，通過(guò)模擬動(dòng)畫(huà)來(lái)展示細(xì)長(zhǎng)的金屬線(xiàn)。在可能出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，采用操作聯(lián)鎖控制，以降低由于使用者操作不當(dāng)所造成的問(wèn)題，比如：在進(jìn)入“自動(dòng)模式”，磨線(xiàn)開(kāi)始后，在磨線(xiàn)結(jié)束前，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行其它操作?？偨Y(jié)本文從PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程