開題報(bào)告---基于plc觸摸屏和變頻器的t68臥式鏜床電氣控制設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　課題名稱 __基于PLC觸摸屏和變頻器的 _</p><p>　　T68臥式鏜床電氣控制設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 電氣學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p>

2、<p>　　班 級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　定稿日

3、期： 2013 年 2月24 日</p><p>　　基于PLC觸摸屏和變頻器的</p><p>　　T68臥式鏜床電氣控制設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：臥式鏜床是鏜床中應(yīng)用最廣泛的一種，它主要用于孔加工，其鏜孔精度可達(dá)IT7級。 PLC是現(xiàn)代工業(yè)控制的基礎(chǔ)部件，是工廠自動化的支柱之一。在工業(yè)自動控制領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)存在比較明顯的缺點(diǎn),使用PLC觸

4、摸屏和變頻器的技術(shù)越來越廣泛。本課題基于PLC觸摸屏和變頻器對T68臥式鏜床進(jìn)行電氣控制方面的研究和設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：臥式鏜床，PLC，變頻器，觸摸屏</p><p><b>　　1 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，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

5、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，它的出現(xiàn)極大的推動了制造業(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。可編程控制器 PLC已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動控制。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)。 鏜床是冷加工中使用比較普遍的設(shè)備它主要用于加工精度、光潔度要求較高的孔以及各孔間的距離要求較為精確的零件（如一些箱體零件） ，

6、屬于精密機(jī)床。主要用于加工工件上的精密圓柱孔。這些孔的軸心線往往要求嚴(yán)格地平行或垂直，相互間的距離也要求很準(zhǔn)確。由于鏜床的運(yùn)動很多、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 PLC 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。</p><p>　　2 選題

7、背景及其意義</p><p>　　PLC 的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：在國內(nèi) PLC 生產(chǎn)廠 30 多家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。 雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的， 近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 在我國應(yīng)用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)百花

8、齊放的態(tài)勢， 但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動化及 OEM 產(chǎn)品采用日本的 PLC 居多。歐美 PLC 在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC 在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢。 我國的 PLC 供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、OEM 用戶、最終用戶。其中，大部分 PLC 是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。在國外也有許多著名的 PLC 公司如施耐

9、德公司，Quantum、Premium、 Momentum 等；羅克韋爾（A-B 公司），SLC、MicroLogix、Control Logix 等； 西門子公司，SIMATI</p><p>　　本課題將采用西門子公司 PLC 進(jìn)行電氣控制設(shè)計(jì)。西門子的S7-300 PLC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；具有一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件

10、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)對話的編程要求大大減少；其具備強(qiáng)大的通信功能，可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。</p><p>　　臥式鏜床的控制電路為繼電器控制，接觸觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障多、操作人員維修任務(wù)較大，為了克服以上缺點(diǎn)，降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備使用效率，我們采用 PLC 控制其繼電器控制電路。

11、目的是使機(jī)床能快速響應(yīng)動作，靈活可靠的完成生產(chǎn)任務(wù)，而故障率要相應(yīng)降低。PLC 以內(nèi)部的邏輯觸點(diǎn)代替了繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)，來控制機(jī)床的動作，邏輯觸點(diǎn)與機(jī)械觸點(diǎn)相比動作時(shí)間大大縮短，連接快而可靠，還有就是它的壽命比機(jī)械觸點(diǎn)有很大幅度的增長，可達(dá)到幾百萬次到千萬次。</p><p><b>　　3 研究內(nèi)容</b></p><p><b>　　3.1鏜床</

12、b></p><p>　　鏜床主要用于孔的精加工，可分為臥式鏜床、落地鏜床、坐標(biāo)鏜床和金鋼鏜床等。臥式鏜床應(yīng)用較多，它可以進(jìn)行鉆孔、鏜孔、擴(kuò)孔、鉸孔及加工端平面等，使用一些附件后，還可以車削圓柱表面、螺紋，裝上銑刀可以進(jìn)行銑削。本畢業(yè)設(shè)計(jì)以T68臥式鏜床為例。</p><p>　　3.2 T68型臥式鏜床的基本工作原理</p><p>　　T68型臥式鏜床共由

13、兩臺三相異步電動機(jī)驅(qū)動，即主拖動電動機(jī)M1和快速移動電動機(jī)M2。熔斷器FU1作電路總的短路保護(hù)，F(xiàn)U2作快速移動電動機(jī)和控制電路的短路保護(hù)。M1設(shè)置熱繼電器作過載保護(hù)，M2是短時(shí)工作，所以不設(shè)置熱繼電器。M1用接觸器KM1和KM2控制正反轉(zhuǎn)，接觸器KM4和KM5作三角型一雙星型變速切換，接觸器KM3用作限制M1的制動電流。M2用接觸器KM6和KM7控制正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖1 T68型臥式鏜床實(shí)物圖&

14、lt;/p><p>　　支承架 2-后立柱 3-工作臺 4-主軸 5-平旋盤 6-徑向刀架 7-前立柱 8-主軸箱 9-床身 10-下滑座 11-上滑座</p><p>　　圖2 T68型臥式鏜床各個(gè)部位</p><p>　　圖3 T68型臥式鏜床電氣主回路</p><p>　　圖3 T68型臥式鏜床電氣控制電路</p>&l

15、t;p>　　圖5 T68型臥式鏜床電氣控制原理圖</p><p>　　3.3可編程序控制器</p><p>　　可編程序控制器簡稱為PLC， 是現(xiàn)代工業(yè)控制的基礎(chǔ)部件，是工廠自動化 FA （ Factory Automation） 的支柱之一。 它是自動控制技術(shù)與通訊技術(shù)三者有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)品，即工業(yè)專用計(jì)算機(jī)。它既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可編程特點(diǎn)（控制功能由軟 件實(shí)現(xiàn)） ，又具有繼電器控

16、制系統(tǒng)的優(yōu)良的抗電噪能力（適應(yīng)工業(yè)控制的各種惡劣的工作環(huán)境）。PLC還具有很強(qiáng)的連網(wǎng)能力和很高的可靠性，不僅可以單機(jī)使用，而且可以與計(jì)算機(jī)結(jié)合組成集散式控制系統(tǒng)。即 PLC 聚集了結(jié)構(gòu)簡單、編程簡單、可靠性高、性能價(jià)格比高、抗干擾能力強(qiáng)、通用靈活、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 本課題中是利用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器在工業(yè)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，去代替 T68 臥式鏜床原有傳統(tǒng)電氣控制電路。

17、</p><p>　　3.4 PLC的基本工作原理</p><p>　　PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。 每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進(jìn)行刷新。 輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行

18、變化而變化的。 掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時(shí)間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?。 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。</p><p>　　表1 輸入、輸出設(shè)備及PLC的I/O元件配置</p><p><b>　　3.5 變頻器</b></p>

19、<p>　　本課題中擬采用西門子 PLC 控制 T68 鏜床原有接觸控制電路。根據(jù)原有的繼電器控制電路圖來設(shè)計(jì) PLC 的控制梯形圖，以實(shí)現(xiàn)臥式銑鏜床的 PLC 控制。這種方法沒有改變系統(tǒng)的外部特性，但卻克服了機(jī)械動作中間繼電器可靠性低、 維修困難等缺點(diǎn)。 對于操作人員來說， 除了控制系統(tǒng)的可靠性提高以外， 對于系統(tǒng)的操作沒有什么區(qū)別，他們不用改變長期形成的操作習(xí)慣。對于 T68 主電路部分， 由于工作臺隨主軸都一臺電機(jī)拖動，

20、 故采用單臺變頻器代替原有主軸電機(jī)電路，在此課題中擬選用西門子變頻器。變頻器是將工頻電源轉(zhuǎn)換成任意頻率、任意電壓交流電源的一種電氣設(shè)備，變頻器的使用主要是調(diào)整電機(jī)的功率、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。變頻器的組成主要包括控制電路和主電路兩個(gè)部分，其中主電路還包括整流器和逆變器等部件。</p><p>　　3.6 變頻器的基本工作原理</p><p>　　通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或

21、頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。 該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時(shí)改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線上的n0，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。 因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。</p><p>　　變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，應(yīng)用了現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，價(jià)格昂貴

22、但性能良好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機(jī)，而是廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　3.6 觸摸屏</b></p><p>　　觸摸屏（touch screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收

23、觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。<

24、;/p><p>　　3.7 觸摸屏基本工作原理</p><p>　　本課題中擬采用海泰克觸摸屏ADP6.0。 本觸摸屏為電阻式觸摸屏，電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它的構(gòu)成是顯示屏及一塊與顯示屏緊密貼合的電阻薄膜屏。這個(gè)電阻薄膜屏通常分為兩層，一層是由玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，其表面涂有透明的導(dǎo)電層；基層外面壓著我們平時(shí)直接接觸的經(jīng)過硬化及防刮處理的塑料層，塑料層內(nèi)部同樣有一層導(dǎo)電層

25、，兩個(gè)導(dǎo)電層之間是分離的。當(dāng)我們用手指或其他物體觸摸屏幕的時(shí)候，兩個(gè)導(dǎo)電層發(fā)生接觸，電阻產(chǎn)生變化，控制器則根據(jù)電阻的具體變化來判斷接觸點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行相應(yīng)的操作。</p><p><b>　　圖6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　4 工作特色及其難點(diǎn)，擬采取的解決措施</p><p>　　4.1 工作特色及其難點(diǎn)</p>

26、<p>　　由于采用西門子PLC設(shè)備， 其電氣控制的編程方面將使用梯形圖來完成。</p><p>　　采用單臺變頻器代替臥式鏜床原有主軸電機(jī)電路。</p><p>　?。?） 使用觸摸屏進(jìn)行操作，使操作得以簡化。</p><p>　　（4） 獨(dú)立完成整個(gè)T68臥式鏜床的PLC電氣控制的梯形圖編程，將會是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。</p><p&g

27、t;　　4.2 擬采取的解決措施</p><p>　　仔細(xì)研究《西門子PLC應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程》中機(jī)械手控制系統(tǒng)這一例子，利用技術(shù)中心的設(shè)備，圖書館和校園網(wǎng)豐富的論文資源進(jìn)行調(diào)試和補(bǔ)充。</p><p>　　5 論文工作量及預(yù)期進(jìn)度</p><p>　　2013年1月---- 2013年2月：收集資料，確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案，翻譯有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻(xiàn)，書寫開題報(bào)告。

28、</p><p>　　2013年1月---- 2013年3月：學(xué)習(xí)西門子PLC及臥式鏜床工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2013年2月---- 2013年3月：進(jìn)行方案論證。</p><p>　　2013年3月---- 2013年4月：進(jìn)行系統(tǒng)總體編程及調(diào)試。</p><p>　　2013年4月---- 2013年5月：與硬件部分的整

29、合。</p><p>　　2013年5月---- 2013年6月：編寫畢業(yè)論文。</p><p>　　2013年5月---- 2013年6月：畢業(yè)答辯準(zhǔn)備和答辯。</p><p>　　6 預(yù)期成果及其可能的創(chuàng)新點(diǎn)</p><p>　　預(yù)期成果：采用西門子 PLC 控制 T68 鏜床原有接觸控制電路, 根據(jù)原有的繼電器控制電路圖來設(shè)計(jì) PLC

30、的控制梯形圖，以實(shí)現(xiàn)臥式銑鏜床的 PLC 控制。</p><p>　　可能的創(chuàng)新點(diǎn)：利用PLC 內(nèi)部的邏輯觸點(diǎn)代替了繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)，來控制機(jī)床的動作，邏輯觸點(diǎn)與機(jī)械觸點(diǎn)相比動作時(shí)間縮短，連接快，可靠性高，壽命長。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 柳春生. 西門子PLC應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程.機(jī)械工業(yè)出版社。

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