机电一体化技术与系统课程设计001.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流机电一体化技术与系统课程设计001.精品文档.郑州电力职业技术学院课程设计说明书题 目 机电一体化技术与系统课程设计 -数控加工中心刀具换刀系统的设计系 别 机电工程系 专 业 机电一体化专业 班 级 09机电一班 姓 名 赵晓伟 设计时间 2011 10 指导教师 刘光定 二一一年二月一日郑州电力职业技术学院课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。斗笠式刀库装6把刀,从上向下看顺时针编号,以机械手位置为基准,刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀;刀号变小连续2把刀采用顺时
2、针旋转换刀。例如:假设1号刀为停留在机械手位置处时,调去1号刀时刀盘不动作;调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转,调去2、3、4号刀时,刀盘逆时针旋转。三、课程设计的参数设置(1)寄存器D0;机械手当前位置寄存器。(2)寄存器D1:程序刀号寄存器。(3)寄存器D3:偏差寄存器。(4)参数K:参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6。四、课程设计过程第一节 PLC基本介绍可编程器的定义和产生:可编程控制器简称PLC于1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念,在1987年2月,国际电工委员会(IEC)在可编程控制器的标准中做可如下定义:“可编程控制器是一种数字运算操
3、作的电子系统,专为在工业环境应用而设计,他采用用可编程序的存储器逻辑运算、顺序控制、定时、技数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出接口。控制各种类型的机械或生产过程,可编程控制器及其有关外围设备易于工业控制系统连成一个整体, 并已于扩充其功能。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logicntroller,PLC),它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种采用微型计算机的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混
4、淆,所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司(DEC)研制出现,现行美国,日本,德国的可编程序控制器质量优良,功能强大。图11PLC简单认识。 图1-1(PLC认识) 可编程控制器的特点:可靠性强,抗干扰能力强,平均无故障的时间可达到30万小时以上;适用性强,应用灵活;编程方便,易于使用;具有各种接口,与外围设备连接方便,适应范围广;功能完善具有模拟和数字输入输出、逻辑运算、定时、计数、数据处理、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能,可实现顺序控制、逻辑控制、顺序控制、位置控制和生产过程控制,通过编程器在线和离线修改程序,就能更改系统的控制功能及要求。可编程控制器的
5、应用:可编程控制器近年来不断发展和完善,目前他已广泛应用于机械制造、石化、冶炼、电力轻纺、汽车、交通及各种机电产品的生产中,其应用类型包括以下几种:顺序控制和时序控制;过程控制;数据处理;联网和显示打印。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:a、电源:PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) ;中央处理单元(CPU)是P
6、LC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的
7、表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。c、存储器:存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路:现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块:如计数、定位等功能模块.f、通信模块:如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。三菱PLC的主要特点为: 结构灵活不受环境的限制,有电即可组建网络,同时可以灵活扩展接入端口
8、数量,使资源保持较高的利用率,在移动性方面可与WLAN媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定;可以很平顺的在线观赏DVD影片,它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps;为了确保QoS,HomePlug AV采用了时分多路访问(TDMA)与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问(CSMA)协议,两者结合,能够很好地传输流媒体。 范围广;无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙,但对于高层建筑来说,其必需布设N多个AP才能满足需求,而且同样不能避免信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络,它的规模
9、之大,是其他任何网络无法比拟的。由此,运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段,将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫,就可以实现因特网接入,电视频道接收节目,打电话或者是可视电话。 低成本;充分利用现有的低压配电网络基础设施,无需任何布线,节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞,避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏,同时也节省了人力。相对传统的组网技术,PLC成本更低,工期短,可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方,其包月使用费用一般为50-80元/月左右,这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。 适用
10、面广;PLC作为利用电力线组网的一种接入技术,提供宽带网络“最后一公里”的解决方案,广泛适用于居民小区,酒店,办公区,监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体,使得PLC具有极大的便捷性,只要在房间任何有电源插座的地方,不用拨号,就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入,来浏览网页拨打电话,和观看在线电影,从而实现集数据、语音、视频,以及电力于一体的“四网合一”。 可编程控制器的分类:根据IO点数和存储器容量的分类,可分为大、中、小、微型机共四个等级。 按结构形状分类:整体式结构、模块式结构、按功能强弱分类:低档机、中档机、高档机。PLC外部结构图1-2所示。图1-2 (PLC外部结构)
11、可编程控制器的基本组成;主要由中央处理单元(CPU)、存储器()、输入输出单元(IO)、电源、编程器等组成、如图1-3所示。图1-3 (PLC组成)可编程控制器的编程语言:梯形图语言;梯形图语言形象直观、逻辑关系明显、实用,电气工程技术人员容易接受,是目前最实用最多的一种PLC|编程语言,梯形图如图1-4。指令语句表编程语言,是和计算机汇编语言类似的助记符语言形式,它由一系列操作指令组成的语句表将控制流程描述出来,并通过编程器送到PLC中,如图1-4助记符程序指令。顺序功能图编程语言,是一种图形说明语言,它用于表示顺序控制的功能。图1-4第二节 阐述PLC的工作原理可编控制器的工作原理:循环扫
12、描工作方式,PLC在通电以后,执行用户程序是它的主要工作,除此之外,还要完成一些辅助的工作,因此PLC实际上是按照分时操作进行工作的,此工作过程的循环扫描工作方式,如图1-5所示。 图1-5(PLC工作循环扫描) 当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即
13、使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序
14、执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。(三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC就进入输
15、出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。 PLC内部运作方式:虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称,但PLC内部并非实体上具有这些硬件,而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑,并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤,“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下: 步骤一“输入状
16、态检查”:PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态(1 或0 代表开或关),并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”:将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算,若程式执行中需要输入接点状态,CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置,暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”:将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点,并且重回步骤一。此三步骤称为PLC之扫描周期,而完成所需的时间称为PLC 之反应时间,PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间,则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前,输出与输入状态会被更新一次,因此称此种运作方式为输出
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