机械滑台运动控制系统设计【字数：16059】
机械滑台是组合机床的一个重要运动部件，随着制造业的发展，滑台运动控制的柔性和精度日益受到关注。本文基于PLC设计了滑台运动控制的监控系统。控制系统采用上下位机的结构，底层控制器采用Micro850 PLC，主要完成了高速脉冲采集、位移换算、变频驱动功能模块的程序设计，通过控制PowerFlex 525变频器驱动三相交流电机，实现机械滑台加工工艺的灵活控制；上位机采用PanelView 800触摸屏，对机械滑台运行状态和加工工艺进行监测和配置。整个系统采用EtherNet/IP实现信息交互。实验室运行结果表明，滑台控制系统运行稳定，工艺设置灵活，位移控制精确度高，达到了设计要求。
目录
1.绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2课题发展现状 1
1.3课题的主要内容 2
1.4论文章节安排 3
2.滑台控制系统总体方案设计 4
2.1 机械滑台概述 4
2.2实验室模拟滑台构成 5
2.3滑台控制要求分析 5
2.4系统总体方案设计 6
2.4.1控制系统的方案选择 6
2.4.2控制系统总体框架设计 7
3.系统硬件设计 8
3.1硬件选型 8
3.1.1编码器 8
3.1.2变频器选型 8
3.1.3 PLC选型 9
3.1.4触摸屏选型 10
3.2网络构架 10
3.2.1网络架构选择思路 10
3.2.2各个模块的IP设置 11
3.3 PLC的I/O分配表与接线图 14
4.系统软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2控制系统流程图设计 15
4.2.1一次加工流程图 16
4.2.2二次加工流程图 17
4.3主要程序的编写 17
5.上位机监控界面设计 24
5.1监控界面概述 24
5.2监控系统设计思路 24
5.3监控系统与PLC的通讯 25
5.4监控系统的变量连接 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
25
5.5监控系统的画面组态 26
6.系统运行调试 31
6.1 控制系统现场调试 31
6.2 系统调试与运行过程中遇到的问题及解决方法 34
7.总结与展望 35
7.1 总结 35
7.2 不足之处及未来展望 35
参考文献 37
致谢 38
1.绪论
1.1课题的背景与意义
工作台、滑座、传动丝杠与螺母，防屑板等部件组合在一起，构成机械滑台。滑台在滑座上运动，其动力来源于进给箱。进给箱是全齿轮传动，内部装有两个电机，一个电机工作进给使用，另一个电机带有电磁摩擦离合器，实现滑台快速移动和原位停止。机械滑台是组合机床中的一个通用部件，通常用于组成专用机床，组合机床的进给运动也由它来实现。作为组合机床实现进给运动的通用部件，它能够根据需要加工零件的工艺，在滑台上配置多轴箱、动力箱、车、钻、铣、镗、攻丝等工件，也可以在滑台上安装其他工件，组成输送运动控制系统，实现组合机床的工作循环。机械滑台运动控制是现代电气自动化领域中出现的一项新技术，并已受到越来越多的人的关注。
机械滑台能够实现快速进给工作进给快退原位停止这样的典型的机床工作循环，能够满足钻、铣、铰、镗等工艺的需求。然而，对于大部分精密和超精密加工机床来说，高性能的直线运动系统是必需且关键的。机械滑台中的直线运动控制系统，作为一种新型的驱动形式，已经在实际的生产中得到广泛的应用，数控机床的主轴运动，坐标型机械手各自由度的运动等，都能够很好的体现出。近年来控制工程研究的热点问题，是找出使其快速、敏捷、高精度的控制方法[]。
本次课题做的是“机械滑台运动控制系统设计”，设计的主要任务是基于PLC的机械滑台直线运动控制。在设计中，通过改变变频器的频率，从而控制机械滑台的直线运动速度，使滑台能够做加速、减速运动；利用高速计数器，记录脉冲的个数，从而使机械滑台能够进行定位，使滑台的位置能够实现精准定位；绘制人机交互界面，使机械滑台能够通过触摸屏进行控制，从而使机械滑台的控制更加多样化、灵活化，控制起来更加的便捷。
1.2课题发展现状
进入21世纪以来，滑台控制得到了迅猛的发展。随着变频技术的越发成熟，人们设计出了一种变频控制系统，控制丝杠滑台的运动。与之前的滑台控制相比较，凭借高效率、可逆性和摩擦阻力小等优点，滑台丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器的直线传动当中。配合上三相异步电机的使用，能够使控制系统的运行更加稳定，响应也更为迅速。
王浩陈在《基于AB Micro850的滚珠丝杠滑台控制系统》一文中写出，利用可编程逻辑控制（PLC），对滑台二次工作的进给控制进行改进设计，使其能通过控制PLC改变程序,来满足实际工业场所中不同的控制要求，并且运行稳定，安全可靠，使用起来也更加的灵活多变，满足运动控制的柔性要求。与传统的使用许多的中间继电器、接触器的运动控制系统相比，通过PLC控制的滑台运动控制系统，抛弃了以往控制系统出现的触电多，故障率高，可靠性差，维修不方便等缺点，提高了其加工效益[]。
朱振伟在《步进电机和伺服电机在十字滑台控制中的应用》表明，目前的运动控制中，一般采用的都是同步伺服电机，它有大范围的功率，大惯量，因此适用于低速平稳的运行。然而在实际的工程中，需要PLC、编码器、伺服驱动器和交流伺服电动机共同组合，组成一个闭合的控制系统，这样才能有效地控制交流伺服电机的转速和转向。这样的滑台运动控制系统，不仅能实现对全局参数的设置，还能实现对步进电机和伺服电机启动、停止、换向和调速的控制，能够满足现代化工业经济的发展需求[]。
李伟在《基于模糊PID控制液压机床滑台伺服控制稳定性研究》的文章中，讲述了随着数控机床技术的不断发展 ，传统的机床伺服控制系统的不稳定性、高耦合性、多变性等因素的存在，严重影响了机床的加精度，因此，机床加工过程中的每个动作的精确性、稳定性尤为重要。这样，机械滑台的PID控制也随之应运而生。然而，机床滑台位置伺服控制系统中，存在着非线性、多耦合性、不稳定性等缺点，单独的PID控制算法已经难以满足系统的需求，所以提出了模糊控制与PID 控制相结合的控制方法，简称模糊PID控制。模糊PID控制的优点：具有很好的自适应性、响应速度快、稳定性高[]。
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1.绪论 1
1.1课题的背景与意义 1
1.2课题发展现状 1
1.3课题的主要内容 2
1.4论文章节安排 3
2.滑台控制系统总体方案设计 4
2.1 机械滑台概述 4
2.2实验室模拟滑台构成 5
2.3滑台控制要求分析 5
2.4系统总体方案设计 6
2.4.1控制系统的方案选择 6
2.4.2控制系统总体框架设计 7
3.系统硬件设计 8
3.1硬件选型 8
3.1.1编码器 8
3.1.2变频器选型 8
3.1.3 PLC选型 9
3.1.4触摸屏选型 10
3.2网络构架 10
3.2.1网络架构选择思路 10
3.2.2各个模块的IP设置 11
3.3 PLC的I/O分配表与接线图 14
4.系统软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2控制系统流程图设计 15
4.2.1一次加工流程图 16
4.2.2二次加工流程图 17
4.3主要程序的编写 17
5.上位机监控界面设计 24
5.1监控界面概述 24
5.2监控系统设计思路 24
5.3监控系统与PLC的通讯 25
5.4监控系统的变量连接 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
25
5.5监控系统的画面组态 26
6.系统运行调试 31
6.1 控制系统现场调试 31
6.2 系统调试与运行过程中遇到的问题及解决方法 34
7.总结与展望 35
7.1 总结 35
7.2 不足之处及未来展望 35
参考文献 37
致谢 38
1.绪论
1.1课题的背景与意义
工作台、滑座、传动丝杠与螺母，防屑板等部件组合在一起，构成机械滑台。滑台在滑座上运动，其动力来源于进给箱。进给箱是全齿轮传动，内部装有两个电机，一个电机工作进给使用，另一个电机带有电磁摩擦离合器，实现滑台快速移动和原位停止。机械滑台是组合机床中的一个通用部件，通常用于组成专用机床，组合机床的进给运动也由它来实现。作为组合机床实现进给运动的通用部件，它能够根据需要加工零件的工艺，在滑台上配置多轴箱、动力箱、车、钻、铣、镗、攻丝等工件，也可以在滑台上安装其他工件，组成输送运动控制系统，实现组合机床的工作循环。机械滑台运动控制是现代电气自动化领域中出现的一项新技术，并已受到越来越多的人的关注。
机械滑台能够实现快速进给工作进给快退原位停止这样的典型的机床工作循环，能够满足钻、铣、铰、镗等工艺的需求。然而，对于大部分精密和超精密加工机床来说，高性能的直线运动系统是必需且关键的。机械滑台中的直线运动控制系统，作为一种新型的驱动形式，已经在实际的生产中得到广泛的应用，数控机床的主轴运动，坐标型机械手各自由度的运动等，都能够很好的体现出。近年来控制工程研究的热点问题，是找出使其快速、敏捷、高精度的控制方法[]。
本次课题做的是“机械滑台运动控制系统设计”，设计的主要任务是基于PLC的机械滑台直线运动控制。在设计中，通过改变变频器的频率，从而控制机械滑台的直线运动速度，使滑台能够做加速、减速运动；利用高速计数器，记录脉冲的个数，从而使机械滑台能够进行定位，使滑台的位置能够实现精准定位；绘制人机交互界面，使机械滑台能够通过触摸屏进行控制，从而使机械滑台的控制更加多样化、灵活化，控制起来更加的便捷。
1.2课题发展现状
进入21世纪以来，滑台控制得到了迅猛的发展。随着变频技术的越发成熟，人们设计出了一种变频控制系统，控制丝杠滑台的运动。与之前的滑台控制相比较，凭借高效率、可逆性和摩擦阻力小等优点，滑台丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器的直线传动当中。配合上三相异步电机的使用，能够使控制系统的运行更加稳定，响应也更为迅速。
王浩陈在《基于AB Micro850的滚珠丝杠滑台控制系统》一文中写出，利用可编程逻辑控制（PLC），对滑台二次工作的进给控制进行改进设计，使其能通过控制PLC改变程序,来满足实际工业场所中不同的控制要求，并且运行稳定，安全可靠，使用起来也更加的灵活多变，满足运动控制的柔性要求。与传统的使用许多的中间继电器、接触器的运动控制系统相比，通过PLC控制的滑台运动控制系统，抛弃了以往控制系统出现的触电多，故障率高，可靠性差，维修不方便等缺点，提高了其加工效益[]。
朱振伟在《步进电机和伺服电机在十字滑台控制中的应用》表明，目前的运动控制中，一般采用的都是同步伺服电机，它有大范围的功率，大惯量，因此适用于低速平稳的运行。然而在实际的工程中，需要PLC、编码器、伺服驱动器和交流伺服电动机共同组合，组成一个闭合的控制系统，这样才能有效地控制交流伺服电机的转速和转向。这样的滑台运动控制系统，不仅能实现对全局参数的设置，还能实现对步进电机和伺服电机启动、停止、换向和调速的控制，能够满足现代化工业经济的发展需求[]。
李伟在《基于模糊PID控制液压机床滑台伺服控制稳定性研究》的文章中，讲述了随着数控机床技术的不断发展 ，传统的机床伺服控制系统的不稳定性、高耦合性、多变性等因素的存在，严重影响了机床的加精度，因此，机床加工过程中的每个动作的精确性、稳定性尤为重要。这样，机械滑台的PID控制也随之应运而生。然而，机床滑台位置伺服控制系统中，存在着非线性、多耦合性、不稳定性等缺点，单独的PID控制算法已经难以满足系统的需求，所以提出了模糊控制与PID 控制相结合的控制方法，简称模糊PID控制。模糊PID控制的优点：具有很好的自适应性、响应速度快、稳定性高[]。
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