基于plc的单轴数控运动系统

基于PLC的单轴数控运动系统

摘要

以步进电机为动力装置，使用PLC对其进行控制，滚珠丝杆作为传动装置，作为一单轴数控运动系统控制装置，对普通机床进行简易的数控化改造。

关键词单轴数控可编程控制器步进电机滚珠丝杆

目录

第一章单轴数控运动系统的应用领域及特点 (1)

1.1单轴数控运动系统的基本概念 (1)

1.2单轴数控系统的运用领域 (1)

1.3单轴数控运动系统的特点 (3)

1.3.1高速、高精密化 (3)

1.3.2高可靠性 (4)

1.3.3智能化、网络化、柔性化和集成化 (4)

第二章可编程控制器（PLC）与步进电机 (5)

2.1可编程控制器起源与特点 (6)

2.1.1可编程控制器起源 (6)

2.1.2可编程控制器的主要特点 (6)

2.2可编程控制器的语言特点和形式 (7)

2.2.1语言特点 (7)

2.2.2编程语言的形式 (8)

2.3步进电机介绍 (10)

2.4步进电机分类及特点 (11)

2.4.1步进电机分类 (11)

2.4.2步进电机特点 (11)

2.5步进电机结构及工作原理 (12)

2.5.1步进电机结构 (12)

2.5.2步进电机工作原理 (13)

2.6步进电机的PLC直接控制技术 (14)

2.6.1步进电机控制原理 (14)

2.6.2步进电机的驱动器控制 (16)

2.6.3步进电机的PLC直接控制技术 (17)

第三章PLC实现单轴数控运动系统的设计及调试 (19)

3.1设计要求 (19)

3.2步进电机PLC控制系统的硬件设计 (19)

3.3硬件选择 (20)

3.4PLC设计I/O分配 (22)

3.4.1PLC I/O分配 (22)

3.4.2步进驱动器I/O分配 (23)

3.4.3电气接口I/O分配图 (23)

3.5软件设计及调试 (25)

3.5.1PLC梯形图设计 (24)

3,5.2PLC指令编辑图 (27)

第四章PLC单轴数控的展望及未来发展方向 (29)

4.1PLC单轴数控的展望 (29)

4.2PLC单轴数控的未来发展方向 (30)

结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

第一章单轴数控运动系统的应用领域及特点

1.1单轴数控运动系统的基本概念

单轴数控运动系统就是在一个时段内只能控制一个轴运动的运动系统，如点位数控运动系统和直线直线数控运动系统。在点位数控系统中，数控系统仅控制机床运动部件从一点尊却得移动到另一点，在移动过程中不进行加工。在直线数控系统中，除了控制运动部件从一个点到另一点的准确定位外，还要控制两点之间的运动速度和运动轨迹。在移动过程中，刀具只能以制定的进给速度切屑，且运动轨迹平行于机床坐标。

1.2单轴数控系统的运用领域

单轴数控的应用范围很广，如钻床、拉床等，其特点是:机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的精确移动,即准确控制移动部件的终点位置,在移动过程中刀具不切削工件。实现数控系统点位控制的方法。最常见的例如钻床类的摇臂钻床，它操作方便灵活、适用范围广、具有典型性，适用于单件中或批量生产中带有许多孔的大型零件的孔加工，我国摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如;时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。

可编程逻辑控制器简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系

统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统，PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。可靠性高，抗干扰能力强，编程方便，价格低，寿命长。与单片机相比，可靠性高、功能比较丰富、能在各种不同的控制场合使用，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但她们具有以下一些共同的特点.

可靠性高。可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时，例如：西门子、ABB、松下三菱等微小型PLC，而且都有完善的自诊断功能，判断故障的迅速。

灵活组态。PLC是系列化产品。通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。

功能强大。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此PLC几乎是全能的工业控制计算机。编程方便、易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控制流程图语言，使编程更加简单方便。

运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械

动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度则由PLC与PC机之间的差别越来越小。

同时，PLC还具备了网络功能。能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络、可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。

正是由于PLC电气控制系统的种种优点，可以大大提高单轴数控设备的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机，同时，提高了PLC编程水平和时间能力，为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。

1.3单轴数控运动系统的特点

1.3.1高速、高精密化

高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大