一种汽车轴件加工控制系统设计
摘 要现如今，人们对于汽车越来越依赖，不仅仅是家用，更多的是运输行业。这对于汽车制造工业来说，是可遇不可求的发展机会。对于汽车，轴件是重要组成部分，但是运用什么技术去生产是一个很重要的选择。在汽车轴件加工这一生产线上，继电控制系统在工业控制领域中有着广泛的应用，特别是在制造业，但也存在许多问题，不可靠性还有低精度等，这些使得在运用过程中面临很多挑战。这个时候，伺服驱动技术开始引起人们的注意。到了90年代，伺服驱动技术实现了数字化与智能化。而可编程序控制器也在这个时候应运而生它利用了自身的多个特点而受到各类工程师的青睐。可编程序控制器与运动控制模块的完美结合，开创了工业控制的新局面。本文研究的是轴件加工的控制系统，主要从硬件和软件两个方向来考虑。硬件上介绍了两种方案，一个是PC加运动控制卡，还有一个是PLC和位置控制模块EM253。综合考虑，PLC和EM253这一方案更好，它不仅实现了加工的全自动化，而且与过去的加工方式相比，提高了精度，也减少了人工成本。了解了PLC与EM253模块的原理后，将二者结合起来，再利用编程软件STEP7 Micro编程，加上PWM控制来控制工作平台上滑块的各种运动模式从而实现汽车轴件加工控制系统的设计。
Key words：Programmable Controller(PLC);Motion Control;Pulse Width Modulation(PWM); 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2汽车轴件加工控制的背景 1
1.3国内外发展现状 1
第二章 汽车轴件加工控制系统组成 3
2.1加工平台的组成 3
2.2平台控制系统组成 3
2.2.1硬件部分组成 3
2.2.2软件部分 6
第三章 硬件的选择与设计 7
3.1控制方案介绍 7
3.2 PC与运动控制卡 7
3.3 PLC与运动控制模块EM253 7
3.3.1可编程序控制器（PLC）的诞生及发展 7
3.3.2 PLC的软硬件系统组成及工作原理 8
3.3.3 PLC以及CPU型号的确定 10
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.4S7200PLC编程指令和程序结构 11
3.3.5定位模块EM253概述 12
3.3.6EM253模块与伺服驱动器的连接 13
3.3.7主回路原理图与控制回路原理图 14
3.4控制流程 15
第四章 软件的设计 17
4.1编程软件 17
4.1.1STEP7 Micro简介 17
4.1.2STEP7 Micro/WIN组态过程及功能介绍 17
4.2PWM（脉冲宽度调制） 18
4.2.1简介及背景 18
4.2.2PWM控制的基本原理 19
4.2.3PWM控制方法及优点 19
4.3位控模块程序设计 19
第五章 调试与仿真 22
5.1调试准备工作 22
5.2程序编辑与调试 23
5.3接线图 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1引言
随着人类科学技术的火速成长与进步，计算机技术与可编程序控制器在汽车产业中得到了普遍运用。与以往的繁琐的生产方式相比，利用计算机与PLC这种方式更受广大工程师的喜爱，既减轻了生产压力，也提高了生产速度与质量，尤其是在汽车轴件加工这条生产线上起到了很大的作用。汽车已经是越来越不可替代的需求品，可想而知现代社会对其的需求量有多大。因此，PLC的出现可以说是毋庸置疑的，是这个时代的必要产物。
1.2汽车轴件加工控制的背景
汽车工业是一个较为复杂的社会经济系统工程，与普通产品的差别在于，汽车它是一个高度综合的产品，它不仅仅需要组织专业化协作的社会化大生产，还需要相关工业产品与之配套。而汽车轴件作为汽车的主要零件之一，它的生产也是一个值得重视的问题。当代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低资本和高质量的产物，为了餍足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵动性，PLC正好具备了这样的优点。
1.3国内外发展现状
在20世纪70年代的中后期，可编程序控制器渐渐变得实用，计算机技术已完全集成到可编程序控制器当中，使它的功能也变得更加强大。快速计算、占据空间小、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID自整定功能以及很高的性能价格比都使得它在当今世界的工业发展中的地位更加稳固。20世纪80年代初，可编程序控制器已在工业发达的国家被大面积的投入使用。这个期间可编程序控制器发展的特点是广范围、高速性、高性能、产品系列化。在这个阶段还有一个特点就是世界上生产可编程序控制器的国家越来越多，因此产量也呈现上升趋势，这标志着可编程序控制器已开始步入成熟稳定阶段。
自动化正在以极速增长的趋势成为现代社会必不可少的一部分，也成为制造商在短时间内服务全球市场的关键。我国工业发展及自动化应用水平与发达国家对比，落后于它们有着超长的一段时间，照着目前的经济形势来看，我国就要迎来一个时期，在这个期间，PLC市场会以一种极快的速度增长。长久以来，PLC可编程控制器始终处在工业控制自动化领域的前线，为着多种多样的自动化控制设备提供了十分可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了鼎足之势。
目前，世界上有200多厂家生产PLC产品，大概有300多品种，其中，用在汽车方面的PLC产品就占据了一个较大的比例，约23%，可想而知，PLC技术对于汽车制造的重要性有多大。正是如汽车等一些行业直接受国家刺激政策的拉动，才使得对PLC需求只有越来越大，成为了PLC稳步增长的主要力量。
第二章 汽车轴件加工控制系统组成
2.1加工平台的组成
图21加工平台组成
如图所示，一个简易的轴件加工平台，包括了夹具、左右滑台和切刀，以及轴件,在两边滑台的原点处分别有一个伺服驱动器来驱动滑台在不同时段的运动速度。平台中间由夹具夹住需要加工的轴件，然后通过后台的控制系统的操作，来控制左右滑台的快进、工进、慢退、快退等环节，从而利用滑台上的切刀对夹具上的汽车轴件进行一系列的加工。
2.2平台控制系统组成
控制系统主要是包括硬件和软件两部分，由软件产生控制信号，由硬件将控制信号转变为可见信号，从而来控制操作平台上工具的运作。
2.2.1硬件部分组成
硬件部分包括几个部分，一个是控制器，另一个是运动控制模块。还有伺服驱动器和变频器，分别控制左右滑台的前后运行和滑台下方转轴的运转速度。
（1）控制器
按照事先预算好的顺序改变主电路或者控制电路的接线和改变电路中电阻的大小来控制电动机的启动、变速、制动和反向的主令配置被称作为控制器。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器这五个部分组成，它就像是人给身体各部位发布命令的大脑，它给其它组成部分发号施令，指挥着各部分完成相应职责，操作整个计算机系统。
常见的中央控制可以采用单片机、可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或者直接数字控制器（Direct Digital Control，DDC）等来进行控制。
（2）运动控制
运动控制是自动化的其中一种，它使用一些设备如线性执行机或者是电机来控制机械的位置与速度，这些设备统称为伺服机构。运动控制在机器人的研发领域和数控机床的领域内的应用要复杂一点，在包装、印刷、纺织和装配工业中也被用得比较多。
通常，一个完整的运动控制系统包括了下面这几个功能：
Key words：Programmable Controller(PLC);Motion Control;Pulse Width Modulation(PWM); 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2汽车轴件加工控制的背景 1
1.3国内外发展现状 1
第二章 汽车轴件加工控制系统组成 3
2.1加工平台的组成 3
2.2平台控制系统组成 3
2.2.1硬件部分组成 3
2.2.2软件部分 6
第三章 硬件的选择与设计 7
3.1控制方案介绍 7
3.2 PC与运动控制卡 7
3.3 PLC与运动控制模块EM253 7
3.3.1可编程序控制器（PLC）的诞生及发展 7
3.3.2 PLC的软硬件系统组成及工作原理 8
3.3.3 PLC以及CPU型号的确定 10
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.4S7200PLC编程指令和程序结构 11
3.3.5定位模块EM253概述 12
3.3.6EM253模块与伺服驱动器的连接 13
3.3.7主回路原理图与控制回路原理图 14
3.4控制流程 15
第四章 软件的设计 17
4.1编程软件 17
4.1.1STEP7 Micro简介 17
4.1.2STEP7 Micro/WIN组态过程及功能介绍 17
4.2PWM（脉冲宽度调制） 18
4.2.1简介及背景 18
4.2.2PWM控制的基本原理 19
4.2.3PWM控制方法及优点 19
4.3位控模块程序设计 19
第五章 调试与仿真 22
5.1调试准备工作 22
5.2程序编辑与调试 23
5.3接线图 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1引言
随着人类科学技术的火速成长与进步，计算机技术与可编程序控制器在汽车产业中得到了普遍运用。与以往的繁琐的生产方式相比，利用计算机与PLC这种方式更受广大工程师的喜爱，既减轻了生产压力，也提高了生产速度与质量，尤其是在汽车轴件加工这条生产线上起到了很大的作用。汽车已经是越来越不可替代的需求品，可想而知现代社会对其的需求量有多大。因此，PLC的出现可以说是毋庸置疑的，是这个时代的必要产物。
1.2汽车轴件加工控制的背景
汽车工业是一个较为复杂的社会经济系统工程，与普通产品的差别在于，汽车它是一个高度综合的产品，它不仅仅需要组织专业化协作的社会化大生产，还需要相关工业产品与之配套。而汽车轴件作为汽车的主要零件之一，它的生产也是一个值得重视的问题。当代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低资本和高质量的产物，为了餍足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵动性，PLC正好具备了这样的优点。
1.3国内外发展现状
在20世纪70年代的中后期，可编程序控制器渐渐变得实用，计算机技术已完全集成到可编程序控制器当中，使它的功能也变得更加强大。快速计算、占据空间小、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID自整定功能以及很高的性能价格比都使得它在当今世界的工业发展中的地位更加稳固。20世纪80年代初，可编程序控制器已在工业发达的国家被大面积的投入使用。这个期间可编程序控制器发展的特点是广范围、高速性、高性能、产品系列化。在这个阶段还有一个特点就是世界上生产可编程序控制器的国家越来越多，因此产量也呈现上升趋势，这标志着可编程序控制器已开始步入成熟稳定阶段。
自动化正在以极速增长的趋势成为现代社会必不可少的一部分，也成为制造商在短时间内服务全球市场的关键。我国工业发展及自动化应用水平与发达国家对比，落后于它们有着超长的一段时间，照着目前的经济形势来看，我国就要迎来一个时期，在这个期间，PLC市场会以一种极快的速度增长。长久以来，PLC可编程控制器始终处在工业控制自动化领域的前线，为着多种多样的自动化控制设备提供了十分可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了鼎足之势。
目前，世界上有200多厂家生产PLC产品，大概有300多品种，其中，用在汽车方面的PLC产品就占据了一个较大的比例，约23%，可想而知，PLC技术对于汽车制造的重要性有多大。正是如汽车等一些行业直接受国家刺激政策的拉动，才使得对PLC需求只有越来越大，成为了PLC稳步增长的主要力量。
第二章 汽车轴件加工控制系统组成
2.1加工平台的组成
图21加工平台组成
如图所示，一个简易的轴件加工平台，包括了夹具、左右滑台和切刀，以及轴件,在两边滑台的原点处分别有一个伺服驱动器来驱动滑台在不同时段的运动速度。平台中间由夹具夹住需要加工的轴件，然后通过后台的控制系统的操作，来控制左右滑台的快进、工进、慢退、快退等环节，从而利用滑台上的切刀对夹具上的汽车轴件进行一系列的加工。
2.2平台控制系统组成
控制系统主要是包括硬件和软件两部分，由软件产生控制信号，由硬件将控制信号转变为可见信号，从而来控制操作平台上工具的运作。
2.2.1硬件部分组成
硬件部分包括几个部分，一个是控制器，另一个是运动控制模块。还有伺服驱动器和变频器，分别控制左右滑台的前后运行和滑台下方转轴的运转速度。
（1）控制器
按照事先预算好的顺序改变主电路或者控制电路的接线和改变电路中电阻的大小来控制电动机的启动、变速、制动和反向的主令配置被称作为控制器。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器这五个部分组成，它就像是人给身体各部位发布命令的大脑，它给其它组成部分发号施令，指挥着各部分完成相应职责，操作整个计算机系统。
常见的中央控制可以采用单片机、可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或者直接数字控制器（Direct Digital Control，DDC）等来进行控制。
（2）运动控制
运动控制是自动化的其中一种，它使用一些设备如线性执行机或者是电机来控制机械的位置与速度，这些设备统称为伺服机构。运动控制在机器人的研发领域和数控机床的领域内的应用要复杂一点，在包装、印刷、纺织和装配工业中也被用得比较多。
通常，一个完整的运动控制系统包括了下面这几个功能：
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