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选题名称 |
摇臂钻床的PLC控制系统设计 |
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研究的目的 及意义 |
传统的摇臂钻床继电器—接触器电气控制系统存在线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。而PLC电气控制系统则具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点，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，而PLC控制系统恰好能弥补这个缺点。所以有必要对传统电气控制系统进行改进设计。 |
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国内外同类 研究概况 |
20世纪70年代初，摇臂钻床如70年代-80年代进入中国的美国公司的MEGA50，德国公司的T30-3-250，B4-H30-C/L，日本高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的。80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开发PLC应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。我国自改革开放起才开始推广PLC应用，起步比国外晚了点。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。目前，我国已经可以生产中小型可编程控制器。列如上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。 |
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研究内容 及计划 |
研究内容： 要求设计研究摇臂钻床PLC控制系统。 完成控制系统的原理图、互连图设计要求。 完成两种型号PLC控制系统的软硬件设计。 研究计划： 开题报告及综述 2周 进行资料的收集整理，对研究现状进行分析，对PLC的功能进行研究。 1周 拟定控制系统总体方案，选择控制系统的设计方法，进行方案的论证对比。 1周 绘出控制对象的结构简图。 1周 设计控制系统的原理图、互连图。 3周 选择两种PLC型号，进行I/O端子分配，设计运行状态图，设计PLC梯形图。 4周 进行程序的调试，进行部分实验验证或仿真。 1周 写出两万字的论文 。 2周 准备答辩 1周 |
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特色与创新 |
取代了传统的继电器—接触器电气控制系统而采用PLC控制系统，易于编程、功能完善、使用方便、安装简单、抗干扰能力和可靠性能力都有了增强。并且使用PLC控制，让其检测过程更为稳定,控制更加方便，生产自动化水平及劳动生产率也有了很大的提升，且实现了完全自动化。 |
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综述
PLC是一种可编程控制器，是一种专用计算机。它直接应用于工业环境，所以具有广泛的适应能力，很强的抗干扰能力和应用范围。
PLC作为一种工业用的计算机，它的结构与我们通常所用的计算机有些不同。按I/O点数容量分类，PLC可分为小型机、中型机和大型机。而按结构形式分类，它又可分为整体式和模块式两种结构。PLC的种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同，它主要是由CPU、存储器、电源和专门设计的输入/输出接口电路等组成。用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过编好的程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换转变为物理实现，并应用于工业现场[1]。
编程语言是PLC的软件组成部分。PLC所提供的编程语言通常有梯形图和语句表等。但由于PLC的生产厂家众多，所以编程语言也存在或大或小的差异，这种差异限制了PLC的开放性、可复用性和互换性，也为用户学习和使用PLC带来了诸多不便。为此国际电工委员会专门为PLC制定了国际标准，在IEC61131d的第三部分中即有关于PLC编程语言的标准[2]。
自1969年第一台PLC控制系统问世以来，PLC在数控、控制、工厂制造自动化等方面得到了广泛应用。随着电脑技术和微电子技术的发展而迅速发展，已经由最初的一位机发展为8位机。而随着CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，现代意义上的PLC才开始形成。进入20世纪80年代后，在大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展下，以16位和32位微处理器所构成的微型PLC得到了快速的发展，让其在很多方面，特别是内涵、设计、价格比以及应用上都有了新的突破[3]。不仅在控制方面有所增强，功耗、体积都有了减小、成本也降低了不少、也提高了系统的可靠性、编程和检测更为方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及人机界面也有了长足的发展。现在PLC不仅能得心应手地应用于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有这些已经使之成为自动化技术领域的三大支柱之一，即使在现代总线技术成为自动化技术应用热点的今天，PLC仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器[4]。
随着现代技术的不断进步，PLC也在寻求自己的发展。但总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术密切结合等方向发展。但其主要发展重点为：
1.使人机界面更加友好
PLC控制系统的制造企业通过一系列的手段，或是收购吞并软件公司，或是大力开发提升软件能力，让大多数的PLC企业成立了专门的软件开发平台。软件和硬件的紧密结合，使系统的性能得到了提高。同时，为用户进行的开发和维护的成本降低了，人机友好的控制系统更加容易形成。目前，这种PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式正被广泛应用。
2.向通信网络化发展
PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。
3.开放性的发展
PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，长年以来一直处于群雄割据的局面，他们各自发展自己的标准，使PLC的兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，于是国际上形成了长时期妥协与竞争并存的过程，并且这一过程还在继续。
4.功能不断增强
PLC一直处于进步的发展状态，它的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛。随着CPU技术和网络技术的发展，它的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力都有了很大大增强，已经不再局限于逻辑控制的应用，而是越来越注重于过程控制方面。有人统计，除石化过程等个别领域外，PLC都有所涉及，且在相当多的应用下取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC＋DCS的模式变成PLC＋IPC模式。
5.与工业以太网的紧密结合
工业以太网的发展对PLC有很重要的影响。以太网与工业网络相比，它的成本非常低，而且应用更为广泛。为此，人们致力于将以太网引进工业控制领域。目前的挑战在于1）硬件上如合适应工业恶劣环境；2）通讯系统如何提高其可靠性。在当今时代，以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，为适应这一发展过程，各PLC厂商纷纷推出额适应以太网的产品或中间产品[5]。
目前，世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品，比较著名的有美国的AB、GE、MODICON，日本的MITSUBISHI、OMRON、FUJI、松下电工、德国的SIEMENS和法国的SCHNEIDER公司等。随着新一代开放式PLC走向市场，国内的生产厂家，比如利时、浙大中控等生产的基于IEC61131-3编程语言的PLC可能会在未来的市场中占有一席之地[7]。
众所周知，机床是机械制造业中的主要加工设备。摇臂钻床是机床的一种，所以摇臂钻床的电气控制线路的设计对于提高机床的自动化水平、提高生产率和产品质量、减轻体力劳动等方面起着很重要的作用。对于现代工业生产也具有及其重要的作用。自我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存，钻床企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份钻床行业企业仅深孔钻床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同年增长了10%以上，另外钻床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口缴费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好[8]。
参考文献
[1]王啸东.PLC控制系统设计方法解析[J].自动化与仪器仪表,13年03期.
[2]吴昌东.湿喷机PLC控制系统设计[D].山东科技大学,2011年.
[3]阳雄,宁振忠.PLC控制系统的可靠性设计研究[J].电子世界,2014年16期
[4]潘勇,高俊雄,王耘波.PLC的应用和发展[J].计算机与数字工程,2007,02:76-78
[5]耿良田.PLC的现状及发展趋势[J].数字化工,2005,08:20-22.
[6]钟肇新.可编程控制器原理及应用（第二版）[M].广州：华南理工大学出版社, 1999
[7]朱志宇.PLC在数控机床电气设计中的应用[J].中国新技术新产品. 2016(04)；p15-p16
[8]崔慧娟.PLC在组合机床中的应用综述[J].价值工程. 2011(28)；p7-p8
[9]冯丛丛.PLC实现工作台自动往返控制[J].职业. 2016(03)；p4-p6
[10]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表,2010,08:45-47
[11]Shi Zhe liu,Li Ping,Zong Yao yao A PLC-based tension training system design[J].Advanced Materials Research,2004,912-914:563-565.
[12]Adam Milik. On Hardware Synthesis and Implementation of PLC Programs in FPGAs[J]. Microprocessors and Microsystems,2016.
[13]Bhatnagar,Manav R.PLC performance analysis assuming BPSK modulation over Nakagami-m additive noise:IEEE Communications Letters[C].//Evolutionary Computation(CEC),2014 IEEE Congress on.IEEE,2014:909-912.
资料编号：[76165]
