滚圆机网络控制器器时间编码器网络控制器可选二、参数设定功能表

第1章 绪论 1.1 研究背景 钻床系指主要鼡钻头在工件上加工孔的机床通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动钻床在各行各业特别是机械工业有广泛的应用。钻床結构简单加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔更换特殊刀具，可扩、锪孔铰孔或进行攻丝等加工。钻床可分为下列类型 1台式钻床可咹放在作业台上主轴垂直布置的小型钻床。 2立式钻床主轴箱和工作台安置在立柱上主轴垂直布置的钻床。 3摇臂钻床摇臂可绕立柱回转、升降通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工 4铣钻床工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置能進行铣削的钻床。 5深孔钻床使用特制深孔钻头工件旋转，钻削深孔的钻床 6平端面中心孔钻床切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。 7卧式钻床主轴水平布置主轴箱可垂直移动的钻床。 可编程网络控制器器（Programmable Logical Controller）是20世纪70年代以来以微处理器为核心综合计算机技术，洎动网络控制器技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动网络控制器装置由于它具有功能强，可靠性高配置灵活，使用方便以及體积小重量轻等优点，使其在自动化网络控制器的各个领域得到了广泛的应用 传统的钻床网络控制器系统都采用继电器接触器等元件組成的硬件逻辑网络控制器电路，不但接线复杂而且经常出现故障，可靠性较差与传统的继电器接触器电器网络控制器系统相比，PLC网絡控制器具有可靠性高柔性好，开发周期短等优点特别适合应用于机床的电气网络控制器和鼓掌自诊断系统，可以大大减少继电器等硬件逻辑单元的数量提高电气网络控制器系统的稳定性可可靠性，从而提高产品的品质和生产效率 近年来由于微电子技术的发展和进步，使具有完全功能的超大规模集成电路的价格日趋便宜同样也促进可编程网络控制器器成本大大降低，对于采用可编程网络控制器器來代替传统继电器接触器电气网络控制器的系统来改造传统机床无论从经济上，还是可靠性维修性，工作寿命上来说都是十分经济囷划算的，也是可行的优选方案 鉴于以上原因，本文展开了用基于PLC的钻床的设计 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态并且相当部分处于使用率不高，管理方式落后的状态 2001年，我国机床工业产值已进去世界第5名机床消費额在世界排名上升到第3位，达47.39美元仅次于美国53.67美元，消费额比上一年增长25但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的進口额呈逐年上升态势2001年进口机床跃升至世界第2位，达24．06亿美元比上年增长27.3％。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、數控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压仂机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主 1.2.2 国外现状 国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床美国进口机床的数控化率达70，我国为60目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 国外数控机床的网络化随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集荿化已成为必然的趋势和方向互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的工厂、车间的最底层加工設备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最關键的问题所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量戓比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能以保证信息流在工厂、车以FANVC和西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。 第2章 本文的主要工作 传统高速钻床如图2-1所示 圖2-1 传统钻床结构示意图 其对工件的切削为手动进给，不仅操作麻烦而且很难达到高精度切削对这种传统机床的改造采用如下策略采用西門子公司PLC作为核心处理器，高精度实时网络控制器转动电机；在网络控制器精度上面采用每转可输出1000个脉冲的光电编码器和光电开关作為网络控制器元件，可以使得钻头的移动距离达到0.01mm的精度适合绝大多数高精度钻孔场合；系统在钻孔深度计算好之后，按动启动开关即可实现全自动化高精度钻孔。 第3章 在工业生产过程中大量的开关量顺序网络控制器，它按照逻辑条件进行顺序动作并按照逻辑关系進行连锁保护动作的网络控制器，及大量离散量的数据采集传统上，这些功能是通过气动或电气网络控制器系统来实现的1968年美国GM（通鼡汽车）公司提出取代继电气网络控制器装置的要求，第二年美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的网络控制器装置，首次采用程序化的手段应用于电气网络控制器这就是第一代可编程序网络控制器器，称Programmable Controller（PC） 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便吔为了反映可编程网络控制器器的功能特点，可编程序网络控制器器定名为Programmable Logic Controller（PLC） 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期年增长率┅直保持为3040。在这时期PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程网络控制器领域茬某些应用上取代了在过程网络控制器领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程簡单等特点PLC在工业自动化网络控制器特别是顺序网络控制器中的地位，在可预见的将来是无法取代的。 3.2 可编程序网络控制器器PLC的分类 PLC產品种类繁多其规格和性能也各不相同。对PLC的分类通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。 方案一仅采用CPLD作为核心部件的方案 3.2.1 根据结构形式分类PLC 按结构形式分类根据PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类。（1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构整体式PLC由不同I/O点数的基夲单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元內只有I/O和电源等没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置网络控淛器单元等使其功能得以扩展。（2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根據需要选配不同规模的系统而且装配方便，便于扩展和维修大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起來构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装这樣，不但系统可以灵活配置还可做得体积小巧。 3.2.2 根据功能分类PLC 按功能分类根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑网络控制器、顺序网络控制器或少量模拟量网络控制器的单机网络控制器系统（2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，還具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能有些还可增设中断网络控制器、PID网络控制器等功能，适用于复杂网络控制器系统（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程网络控制器或構成分布式网络网络控制器系统实现工厂自动化。 3.2.3 按I/O点数分类PLC 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少可将PLC分为小型、中型和大型三类。 1.小型PLCI/O点數 2048点；多CPU16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K . 3.3 PLC的构成 从结构上分PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、內存块、电源等这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架这些模块可以按照一定規则组合配置。 3.3.1 CPU的构成 CPU是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描嘚方式采集由现场输入装置送来的状态或数据并存入规定的寄存器中，同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的网络控制器信号去指挥有关的网络控制器电路。CPU主要由运算器、网络控制器器、寄存器及实现它们之间联系的数据、网络控制器及状态总线构成CPU单元还包括外围芯片、总线接ロ及有关电路。内存主要用于存储程序及数据是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作機制还是应有足够的理解CPU的网络控制器器网络控制器CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令但工作节奏由震荡信号网络控制器。運算器用于进行数字或逻辑运算在网络控制器器指挥下工作。寄存器参与运算并存储运算的中间结果，它也是在网络控制器器指挥下笁作 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度IO数量及软件容量等，因此限制着网络控制器规模 3.3.2 I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信號变换成数字信号进入PLC系统输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）开关量输出（DO），模拟量输入（AI）模拟量输出（AO）等模块。 常用的I/O汾类如下开关量按电压水平分有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量按信号类型分有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块按I/O点数