基于PLC的PCB数控机床电气控制系统研制

论文摘要

电子工业突飞猛进的发展在世界工业现代化方面产生了巨大的作用,使人民的生活产生根本的变革。PCB行业是电子工业的基础,电路板是各种电子元件的载体,几乎每种电子设备,小到电子手表、计算器,大到计算机,通讯电子设备,军用武器系统,只要有集成电路等电子元器件,为了实现它们之间的电气互连,必须使用印制板。电子产品正在从小型化到微型化过渡,这种过渡很大程度依赖于制板精度的提高。本论文主要对高精度PCB数控机床的电气控制系统进行介绍,分析了现在PCB数控机床的发展方向以及市场需要,提出了电气控制系统总体方案以及设计框架。系统以西门子公司SIMOTION D运动控制系统作为主控制器,以传感器(温度传感器、压力传感器、光栅尺、断刀检测系统和位置检测等)作为检测元件,以电机(伺服电机和高速主轴电机)、电磁阀、气动压脚和机械手作为执行元件来实现这个系统的功能。SIMOTION D通过TCP/IP接口从上位机接收数据和指令,通过PROFIBUS从扩展I/O接收外部信号指挥这个系统运行。本论文详细介绍了高精度PCB数控机床的电气控制系统的硬件设计、软件设计和上下位机的通信原理。本系统以西门子的SIMOTION D运动控制系统作为主控制器,以分布式I/O ET200M作为SIMOTION D的扩展I/O接收外部传感器的数字量和模拟量信号,同时模拟量输出控制机床的主轴变频器。为了实现较高的控制精度,采用SIMOTION D、变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提高生产率,PCB数控机床具有工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测、通信检测(自动建立通信连接)以及刀位检测等多种功能,实现机床监控的自动化。样机研制和实验证明,本论文设计的高精度PCB数控机床的电气控制系统是成功的,具有高的可靠性和抗干扰能力,具备较高的动态特性与快速反应能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 印制电路板概况
• 1.1.1 PCB在电子行业中的地位
• 1.1.2 印制电路板行业的发展现状
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 国内外研究现状
• 第2章 PCB数控机床电气控制系统总体设计
• 2.1 设计目标
• 2.2 机械部分总体设计
• 2.3 控制部分方案选择
• 2.3.1 典型的数控机床控制方式
• 2.3.2 “PC+运动控制器”数控系统
• 2.3.3 控制方式的选择
• 2.3.4 系统功能
• 2.4 电气控制系统组成
• 2.4.1 上位机
• 2.4.2 SIMOTION运动控制器
• 2.4.3 电源模块
• 2.4.4 电机模块
• 2.4.5 伺服电机
• 2.4.6 光栅尺
• 2.4.7 变频器
• 2.4.8 高速主轴
• 2.4.9 扩展I/O ET200M
• 2.4.10 其他传感器
• 2.5 电气控制系统工作原理
• 2.6 上位机软件技术方案
• 2.7 下位机技术方案
• 第3章 PCB数控机床电气控制系统硬件设计
• 3.1 工控机（上位机）与SIMOTION D（下位机）的通信
• 3.2 SIMOTION D控制系统
• 3.3 高速主轴的控制
• 3.4 扩展I/O
• 3.4.1 数字量模块SM323
• 3.4.2 模拟量模块SM334
• 3.5 轴的回零
• 3.6 安全限位
• 3.7 机械传动比
• 3.8 机械手换刀
• 3.9 系统强电配电
• 3.10 断刀检测
• 3.11 深度检测
• 3.12 信号接口板
• 第4章 电气控制系统软件设计
• 4.1 系统总体执行逻辑的设计
• 4.2 建立TCP/IP连接
• 4.4 扩展I/O的组态
• 4.5 轴的组态
• 4.6 系统功能块
• 4.7 自动换刀
• 4.8 数据存储
• 4.9 点动
• 4.10 批量加工
• 4.10.1 选孔加工
• 4.10.2 下钻次数
• 4.11 后台任务
• 4.12 轴位置的上传
• 4.13 报警任务
• 第5章 电气控制系统可靠性设计
• 5.1 环境条件的考虑
• 5.2 电气控制系统的硬件抗干扰设计
• 5.3 软件可靠性设计
• 5.3.1 看门狗
• 5.3.2 通信CRC校验
• 第6章 PCB数控机床的调试
• 6.1 地面电机空载调试
• 6.2 传感器工作参数调试
• 6.2.1 接近开关调试
• 6.2.2 光纤传感器
• 6.2.3 深度检测传感器
• 6.2.4 压力传感器
• 6.2.5 温变电阻
• 6.3 装配后限位开关和回零开关调试
• 6.4 装配后带载调试
• 6.5 光栅尺闭环调试
• 6.6 各种传感器性能调试
• 6.7 主轴调试
• 6.7.1 台达变频器调试
• 6.7.2 主轴调试
• 6.8 自动换刀的调试
• 6.9 上位机控制调试
• 6.10 逻辑调试
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文