基于PLC的内圆磨床控制系统设计

论文摘要

随着磨削技术的高速发展,人们对于磨削加工质量和功能的需求也不断提高。但在目前的国内市场中,磨削设备普遍都是中低端产品,高端设备大多需要依赖进口。对于特殊的磨削加工需求如微型磨削,很难找到合适的加工设备。因此,进行相关磨削设备的研发工作,对于满足国内市场需求,完善产品类型,提升国内机加工水平都有重要意义。本文来源于一个微型内圆磨床的研发项目,专注于其控制系统的设计开发,在保证该设备加工性能的基础上,提升整个加工过程的自动化程度和智能化程度,并且力求使用户获得良好的人机交互感受。研究内容主要包含总体需求分析和方案设计,控制系统的硬件体系结构和软件系统的设计开发以及人机交互界面的设计,接着对伺服运动系统进行理论建模和仿真分析,并完成硬件系统的搭建和软件系统的调试。本文所做的主要工作如下：第1章,明确了本文的研究背景和意义,阐述了国内外内圆磨床的发展状况和趋势,介绍了机加工设备控制系统的发展过程,并概括了本文的研究内容。第2章,首先确定了总体方案的设计目标,并应用公理化设计理论进行了产品功能需求和设计参数分解；然后根据分析结果和设计顺序,设定系统各部分的运动和传动方案,完成了总体方案设计。第3章,首先根据总体方案的设计结果分析了系统的控制需求,明确了控制对象和动作；然后根据控制任务选择了合适的控制单元和控制设备；最后设计了控制系统的硬件连接方案,将所有硬件组合成为一个整体。第4章,根据控制系统的控制内容分析了软件设计需求,设定了人机界面的交互内容；按照软件设计步骤,利用相应的开发工具完成了控制系统软件部分的设计开发。第5章,建立了直线电机的数学模型,制定了合理的控制策略,并利用Simulink做仿真分析,验证了控制策略的合理性。第6章,完成了控制系统的硬件搭建,测试控制系统的工作内容。第7章,总结全文的研究内容,并对有待于做进一步研究的内容作出了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 内圆磨床国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 内圆磨床国外发展及研究现状
• 1.2.2 内圆磨床国内发展及研究现状
• 1.2.3 内圆磨床发展趋势
• 1.3 机床控制系统的发展现状和趋势
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 内圆磨床总体方案设计
• 2.1 内圆磨床总体方案设计概述
• 2.1.1 内圆磨床总体组成
• 2.1.2 内圆磨床总体设计目标
• 2.2 公理化设计理论
• 2.2.1 公理化设计理论简介
• 2.2.2 公理设计过程
• 2.3 基于公理化设计的内圆磨床功能结构设计
• 2.3.1 用户域到功能域
• 2.3.2 功能需求和设计参数分解
• 2.3.3 叶参数和功能需求关系表
• 2.4 内圆磨床运动机构设计
• 2.4.1 主轴传动系统
• 2.4.2 工件传动系统
• 2.4.3 径向进给的实现
• 2.4.4 轴向进给的实现
• 2.5 内圆磨床总体方案
• 2.5.1 总体布局方案
• 2.5.2 结构和运动总体方案
• 2.5.3 自动磨削过程
• 2.6 本章小结
• 3 内圆磨床控制系统硬件设计
• 3.1 控制需求
• 3.1.1 运动控制
• 3.1.2 信号控制
• 3.1.3 测量系统
• 3.1.4 控制对象、动作及控制方法
• 3.1.5 控制系统整体功能
• 3.2 控制方案选择
• 3.2.1 常用控制方案比较
• 3.2.2 控制方案拟定
• 3.3 PLC控制系统硬件设计
• 3.3.1 电机及驱动设备
• 3.3.2 其他输入输出
• 3.3.3 I/O统计
• 3.3.4 PLC选型
• 3.3.5 PLC选型结果
• 3.3.6 触摸屏
• 3.4 控制系统硬件总体
• 3.5 内圆磨床控制系统控制柜设计
• 3.5.1 控制柜简介
• 3.5.2 控制柜设计方法
• 3.6 原理设计
• 3.6.1 设计任务
• 3.6.2 电气原理设计
• 3.6.3 电气元件选型
• 3.7 工艺设计
• 3.7.1 机柜装配布局
• 3.7.2 电气原理图和线缆
• 3.8 本章小结
• 4 内圆磨床控制系统软件设计
• 4.1 需求分析
• 4.1.1 PLC软件设计需求
• 4.1.2 触摸屏软件设计需求
• 4.2 开发工具简介
• 4.2.1 PLC软件系统开发工具
• 4.2.2 触摸屏软件系统开发工具
• 4.3 PLC软件设计
• 4.3.1 初始化程序OB100
• 4.3.2 主程序OB1
• 4.3.3 自动模式FB1
• 4.3.4 手动模式FC2
• 4.3.5 底层子程序
• 4.3.6 中断程序
• 4.4 触摸屏软件设计
• 4.4.1 变量设置
• 4.4.2 总体画面结构
• 4.4.3 各画面设计
• 4.4.4 宏指令
• 4.5 本章小结
• 5 永磁同步直线电机的模糊PID控制
• 5.1 直线电机数学模型
• 5.1.1 坐标系变换
• 5.1.2 永磁同步直线电机电磁和运动方程
• 5.2 直线电机的控制策略
• 5.2.1 电流环
• 5.2.2 速度环
• 5.2.3 位置环
• 5.2.4 控制模型
• 5.3 模糊控制及模糊控制器设计
• 5.3.1 模糊控制理论
• 5.3.2 模糊控制器设计
• 5.4 直线电机控制系统在simulink中的仿真模型
• 5.4.1 直线电机的仿真模型
• 5.4.2 矢量控制的仿真模型
• 5.4.3 PID和模糊PID控制器的仿真模型
• 5.4.4 直线电机控制系统的仿真模型
• 5.5 直线电机控制系统仿真分析
• 5.5.1 仿真模型设置
• 5.5.2 速度环的仿真分析
• 5.5.3 位置环的仿真分析
• 5.6 本章小结
• 6 控制系统的实现
• 6.1 PLC程序的调试
• 6.2 触摸屏程序的调试
• 6.3 控制柜安装与调试
• 6.4 各部分的实现结果
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 论文展望
• 参考文献
• 作者简历