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1、高精度數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)設計 摘要 聚四氟乙烯，一般稱作“不粘涂層”，是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時化學穩(wěn)定性﹑電絕緣性﹑潤滑性自潤滑性和耐大氣老化性能優(yōu)良，不燃性能良好，力學強度較高。具有塑料中最耐化學腐蝕，最佳介電性能和寬廣工作溫度范圍等性能。由于這些特點，使得正聚四氟乙烯在生產生活中應用十分廣泛。 現(xiàn)在工業(yè)生產的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機通過加工成為薄膜，加工聚四氟乙烯的旋切機都是改裝過的木工旋切機，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機械控制的旋切機加工很難達到要求，并且這種旋切的結構很

2、復雜，都是由齒輪等機械零件組織傳動的，多的達到了7級傳動，組裝和潤滑要求很高，加工出來的聚四氟乙烯薄膜質量不高，成本效率低。 本文所要研究的內容是:高精度數(shù)控旋切機自動控制系統(tǒng)，它是一個完全拋棄原有機械式或開關量式的數(shù)字化系統(tǒng)。由可編程控制器PLC完成旋切刀具進給量的精確控制，將原來用凸輪完成的工作交給了高性能的PLC完成，這大大提高了控制精度。設計通過PLC技術和傳感技術對聚四氟乙烯的從上料到切斷完全實現(xiàn)了機電一體化和自動控制，提高了傳動的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障，同時減輕了工人調試安裝的工作量，實現(xiàn)自動化操作，提高了生產效率。 關鍵詞：

3、聚四氟乙烯；數(shù)控旋切機；可編程控制器；變頻控制 Abstract PTFE, commonly known as "non stick coating", is a use of the fluorine substituted all hydrogen atoms in polyethylene synthetic polymer materials. This material has the advantages of acid alkali, resistance to various characteristics of organic solvents, insoluble

4、 in all solvents. At the same time, chemical stability, electrical insulation, lubrication self-lubricating property and corrosion resistance performance, not burning performance is good, high mechanical strength. With plastic in the resistance to chemical corrosion, the best dielectric properties a

5、nd wide working temperature range Etc. Because of these characteristics, the PTFE is widely used in the production and life. 現(xiàn)在工業(yè)生產的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機通過加工成為薄膜，加工聚四氟乙烯的旋切機都是改裝過的木工旋切機，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機械控制的旋切機加工很難達到要求，并且這種旋切的結構很復雜，都是由齒輪等機械零件組織傳動的，多的達到了7級傳動，組裝和潤滑要求很高，加工出來的聚四氟乙烯薄膜質量不高，成本效率低。 Now the teflon

6、film industry are using rotary cutting machine through processing to become film, processing PTFE rotary cutting machine is modified wood rotary cutting machine, wood peeling precision, thickness requirements is not high, it is difficult to meet the requirements of cutting machine processing machine

7、ry and control of rotary, structure and the rotary cutting very complex, are composed of gears and other mechanical components organization drive, more than 7 transmission, assembly and lubrication requirements are high, the teflon film quality produced is not high, cost low efficiency. 本文所要研究的內容是:

8、高精度數(shù)控旋切機自動控制系統(tǒng)，它是一個完全拋棄原有機械式或開關量式的數(shù)字化系統(tǒng)。由可編程控制器PLC完成旋切刀具進給量的精確控制，將原來用凸輪完成的工作交給了高性能的PLC完成，這大大提高了控制精度。設計通過PLC技術和傳感技術對聚四氟乙烯的從上料到切斷完全實現(xiàn)了機電一體化和自動控制，提高了傳動的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障，同時減輕了工人調試安裝的工作量，實現(xiàn)自動化操作，提高了生產效率。 The research content of this paper is: automatic control system for high precision NC lathe, it i

9、s an abandoned the original mechanical or switch type full digital system. Precise control is achieved by programmable controller PLC rotary cutter feed, the original cam completed work to the high performance of PLC, which greatly improves the control precision. Design by PLC technology and sensor

10、technology of polytetrafluoroethylene from expected cut completely realizes electromechanical integration and automatic control, to improve the precision of the transmission, but also for the processing of uniform thickness, provided a guarantee, while reducing the workload of workers installation c

11、ommissioning, realize automation, improve production efficiency Keywords: PTFE; NC lathe; programmable controller; frequency control 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章緒論 4 1.1課題的研究背景和研究意義 4 1.2數(shù)控旋切機的國內外研究現(xiàn)狀 5 1.2.1數(shù)控旋切機的國外研究現(xiàn)狀 5 1.2.2數(shù)控旋切機的國內研究現(xiàn)狀 5 1.3方案背景技術簡介 7 1.3.1數(shù)控技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 7

12、 1.3.2可編程控制器（PLC）的現(xiàn)狀與發(fā)展 7 1.3.3無卡軸旋切技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 8 1.4本課題的主要研究內容 9 1.5本章小結 9 第二章數(shù)控旋切機系統(tǒng)特性及控制要求 9 2.1旋切機簡介 9 2.2數(shù)控旋切機的結構形式 10 2.3數(shù)控旋切機的特點 15 2.4數(shù)控旋切機的控制要求 16 第三章數(shù)控旋切機電控系統(tǒng)的硬件設計 16 3.1系統(tǒng)概述 16 3.2數(shù)控旋切機電控系統(tǒng)的方案設計 16 3.3電控系統(tǒng)的下位機硬件設計 18 3.3.1下位機（PLC） 18 3.3.2上位機 20 3.3.3變頻器 21 3.3.4 伺服驅動器 23

13、3.3.5上位機與下位機的通訊接口 25 3.3.6 PLC與變頻器接線 25 3.3.7 PLC與伺服驅動器接線 27 3.4本章小結 29 第四章 數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的軟件設計 29 4.1數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)軟件設計方案 29 4.2下位機PLC程序設計 29 4.3上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計 30 4.3本章小結 32 第五章結論與展望 33 5.1主要研究工作及結論 33 5.2本課題的展望 33 參考文獻 35 致謝 37 附錄 38 第一章緒論 1.1課題的研究背景和研究意義 氟樹脂是聚合物結構中含有氟原子的高聚物的產品的總稱，聚

14、四氟乙烯[1]綜合性能優(yōu)異，其耐熱性﹑耐寒性都很好，具有廣泛的高低溫使用范圍。其化學穩(wěn)定性﹑電絕緣性﹑潤滑性自潤滑性和耐大氣老化性能優(yōu)良，不燃性能良好，力學強度較高。具有塑料中最耐化學腐蝕，最佳介電性能和寬廣工作溫度范圍等性能。正聚四氟乙烯的這些特點，使其在生產生活中應用十分廣泛，包括通用機械，電子電氣和化學工業(yè)等領域[2]。 現(xiàn)在工業(yè)生產的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機通過加工成為薄膜[3]，加工聚四氟乙烯的旋切機都是改裝過的木工旋切機，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機械控制的旋切機加工很難達到要求，并且這種旋切的結構很復雜，都是由齒輪等機械零件組織傳動的，多的達到了7級傳動，組裝和潤滑要求

15、很高，加工出來的聚四氟乙烯薄膜質量不高，成本效率低。 在旋切機的控制方面，絕大多數(shù)生產廠家在薄膜生產過程中，主要采用機械和人工操作相結合，自動控制程度低，勞動強度大，加工精度不高，影響產品的質量。以單片機為核心研制成的圓木旋切機自動控制系統(tǒng)，既可以按加工厚度要求進行薄膜旋切，還可以跟蹤進刀量和圓木旋轉速度來保證薄膜加工厚度均勻性，但由于單片機的特性，在實際加工中還有一些問題沒有辦法解決。如操作、顯示全是數(shù)碼，對具體應用的操作工人來說并不是太方便，故受到一定的限制。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，普通機床已不能滿足加工精度及提高勞動生產率方面的要求。集微電子技術、計算機技術、機械技術于一體的數(shù)控機

16、床的出現(xiàn)使加工精度提高，產品制造周期縮短，且改善了工作環(huán)境，大大提高了勞動生產率，因而數(shù)控技術越來越受到生產企業(yè)的重視，數(shù)控機床得到了廣泛的應用旋切機行業(yè)也不例外，數(shù)控旋切機的研發(fā)和應用勢在必行[4] [5]。 由此我們采用數(shù)控系統(tǒng)來控制旋切機的傳動，這樣就減少了傳動的級數(shù)，提高了傳動的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障；數(shù)控系統(tǒng)友善的人機交互裝置，可以減輕工人調試安裝的工作量，實現(xiàn)自動化操作，提高了生產效率。 1.2數(shù)控旋切機的國內外研究現(xiàn)狀 1.2.1數(shù)控旋切機的國外研究現(xiàn)狀 在工業(yè)發(fā)達國家數(shù)控旋切機的研究已經達到了較高的水平，薄膜的制造精度和加工質量越來越好，如國外精密旋切機

17、旋切薄膜的厚度精度可達0.02mm。為了防止薄膜的開裂和對旋轉木段的制動，目前一些國家已采用輥子壓尺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平壓尺。1970年加拿大進行了游控壓尺的試驗，該壓尺固定安裝，壓尺架用氣動控制，可作水平移動，用這種壓尺對木段加壓穩(wěn)定。法國、美國和加拿大試制了一種振動式旋刀裝置，可提高薄膜質量。日本發(fā)明一種微調裝置，使旋切精度進一步提高。此外，國外幾個主要生產膠合板的國家，在提高旋切速度和提高木材利用率方面都取得了進展。如意大利安格洛克里莫納公司制造的S2P860SF-2020等型號的旋切機是比較先進的，該機帶有自動伸縮雙卡軸和加壓裝置轉速一般為200-300r/min生產效率達70M3/人/日；加

18、拿大的油壓、雙卡軸、并帶有抗彎裝置的旋切機，轉速300r/min；西德、美國、加拿大等國還在旋切機上裝有厚度自動調節(jié)裝置，可縮短改變厚度的調整時間。為了提高旋切機的生產能力，西德、美國、加拿大、芬蘭、意大利等國的旋切機上，均裝有自動伸縮雙卡軸和防止木芯彎曲的加壓裝置，以及木段轉速自動調節(jié)器等，因此可使木芯直徑減小。在理論研究方面，一些國家也取得了很大的進展。如加拿大FORINTEK公司的CHUNPIJ專門研究薄膜旋切基本理論，F(xiàn)ORINTEK公司在薄膜研究上也有很大的成就。法國CHUNG機械加工實驗室的MARCHAL研究了高密度木材旋切的瞬間相位交點改進的變化，他們用大量研究試驗找出了切削速度

19、和切削角對旋切質量的影響，并研究了切削力和這些因素的關系。為了探索新的旋切技術，國外正在研究試驗用超聲波進行薄膜旋切。 1.2.2數(shù)控旋切機的國內研究現(xiàn)狀 在我國，旋切機己有較長的使用歷史。1949年建國以來，我國人造板機械制造業(yè)發(fā)展經歷了一個從無到有，從小到大，從測繪仿制到自行研究的全過程。信陽木工機械有限責任公司是國內最大的人造板與木工機械研究、生產和出口企業(yè)，1973年就已經開始旋切機的研發(fā)，并于1977年成功生產我國第一臺“液壓雙卡軸恒定線速度旋切機”，可加工木材直徑達到12～120cm，加工長度198～275cm，板材厚度可達0.8mm，主軸變速范圍0～180r/min。其驅動電

20、機采用可控硅-直流拖動，可以方便的地實現(xiàn)無級變速，并可在設定轉速范圍內實現(xiàn)恒定線速度，方便與卷板機構配合操作。該設備的成功研制可以極大地提高板材生產效率，并可以實現(xiàn)特定應用區(qū)段恒功率調速，從而滿足旋切機恒功率特性的需求，使電機容量得到充分利用，節(jié)省能源。 近三年，對于數(shù)控旋切機的研究主要如下：浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室的丁攀和浙江農林大學工程學院的趙大旭[6]等提出一種新型數(shù)控旋切機的結構方案，旋切過程中，隨著聚四氟乙烯剩余直徑減小，兩個驅動輥分別沿直線進給，其進給軌跡具有一定夾角，提出了新的旋切公式，這個公式可以兼顧高的木材利用率和寬的加工范圍；廣東城市職業(yè)學院的魯霞和廈門大學的

21、胡國清推導出液壓系統(tǒng)流量計算公式，從而得出旋切過程中液壓缸的流量必須隨刀刃進給速度按一定規(guī)律變化，以保證旋切機正常工作的結論[7] [8]；河南農業(yè)大學機電工程學院的丁攀和河南工程學院的張峻暉等，提出了一種木材產品在線旋切系統(tǒng)的總體設計方案[9]，設計了以PLC為控制核心的變頻調速控制系統(tǒng)，為在線旋切系統(tǒng)的設計生產提供了指導方向與理論基礎；河北工業(yè)大學的張濤對旋切機的進給機構提出了采用變導程絲杠進給的新設計，對旋切機的基本運動及受力參數(shù)進行了相關計算并對關鍵部件進行了有限元分析；漳州職業(yè)技術學院的楊素珍提出一種結合前饋和基于單神經元網絡在線參數(shù)自整定PID控制的復合控制器，仿真結果表明該控制器

22、能有效消除系統(tǒng)干擾，且收斂迅速[10] [11]。 在旋切機的控制方面，絕大多數(shù)膠合板生產廠家在薄膜生產過程中，主要采用機械和人工操作相結合，自動控制程度低，勞動強度大，加工精度不高，影響膠合板產品的質量。以單片機為核心研制成的圓木旋切機自動控制系統(tǒng)，既可以按加工厚度要求進行薄膜旋切，還可以跟蹤進刀量和圓木旋轉速度來保證薄膜加工厚度均勻性，并且使圓木剩余木芯部分直徑減小為40mm左右，但由于單片機的特性，在實際加工中還有一些問題沒有辦法解決。如操作、顯示全是數(shù)碼，對具體應用的操作工人來說并不是太方便，故受到一定的限制。 1.3方案背景技術簡介 1.3.1數(shù)控技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 數(shù)控技術是

23、當今先進制造技術和裝備最核心的技術，機械制造業(yè)的競爭，其實質是數(shù)控技術的競爭[12] [13]。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面： （1）用戶界面圖形化，用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。 （2）科學計算可視化，科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。 （3）內裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)，內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線

24、調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。 （4）模塊化、專門化與個性化是為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點，機床結構模塊化，數(shù)控功能專門化使機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，做成標準化系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。 1.3.2可編程控制器（PLC）的現(xiàn)狀與發(fā)展

25、目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的發(fā)展，PLC已由最初一位機發(fā)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構成的微機化PC，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術已非常成熟，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產過程控制的方向發(fā)展，成為實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的一大支柱[14]。 經過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，應用大致可以歸納為:用于順序控

26、制、用于過程控制、用于運動控制、用于遠程控制、用于信息控制[16]。 現(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產廠家，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色。其中，美國是PLC生產大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。歐洲PLC產品主要制造商有德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國的三星（SAMSUNG）、LG等，這些生產廠家的產品占有80%以上的PLC市場份額。 1.3.3無卡軸旋切技術的現(xiàn)

27、狀和發(fā)展趨勢 近年來，社會各界己明顯意識到森林資源的危困，我國旋切機的研究正在木材高效利用方面做文章，研制出了木材利用率高的旋切機，即無卡軸旋切。這種旋切機與傳統(tǒng)的旋切機不同。傳統(tǒng)的木材旋切薄膜采用有卡軸旋切，軸旋切機，由于存在卡芯，小于一定直徑的木材就無法旋切，這些機械式的單卡木段旋切后的剩余木芯直徑大?？^直徑越大，木段旋切后的剩余木芯直徑也越大，這無疑是給日趨枯竭的木材資源雪上加霜。如果采用卡頭直徑小，在旋切大直徑木段時，由于木段和卡頭的接觸面太小，木段承受不了切削所需的扭矩，而使木段擰芯出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。無卡軸旋切機的研制成功使我國的膠合板設備有了一個較大進步[15] [16]。 近年

28、來，數(shù)控加工技術的應用和計算機技術的普及，預示著高新科技正在向各個領域進軍，無卡軸旋切機將向實現(xiàn)自動控制方向發(fā)展[17]。在旋切過程中，可以根據(jù)旋切材料生產工藝的狀況，預先制定各種工藝參數(shù)，從而自動控制整個生產過程，大大降低了勞動強度，簡化了操作過程，提高了生產率和產品質量。 1.4本課題的主要研究內容 本課題的主要研究內容是基于PLC的數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)設計，包括控制系統(tǒng)的方案設計、硬件設備選型和連接、PLC程序的設計編寫、觸摸屏程序的設計和編寫。 根據(jù)數(shù)控旋切機的控制要求，對整個數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的配電圖和PLC接線圖進行繪制，完成整個系統(tǒng)的電氣設計，并依照電氣設計圖進行配電接線和P

29、LC接線。 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)數(shù)控機床啟?？刂?、數(shù)據(jù)實時顯示、參數(shù)設置、報警信息顯示等功能。 1.5本章小結 本章在介紹課題背景和研究意義的前提下，重點介紹了數(shù)控旋切機的國內外研究現(xiàn)狀，數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀，可編程程控制器PLC發(fā)展現(xiàn)狀等方案背景技術，最后對本課題主要研究內容進行了闡述。 第二章數(shù)控旋切機系統(tǒng)特性及控制要求 2.1旋切機簡介 旋切是旋轉主運動與水平或垂直方向進給運動互相配合，刀具沿切向以片材厚度將棒材連續(xù)展開的一種加工方法。例如，高位式聚氨酯軟泡旋切是將被加工的海綿柱置于張緊的帶刀上方，邊轉動邊慢慢下降進給；低位式則是海綿柱在帶刀下方只轉動不進給，由帶刀向下進給；

30、數(shù)控旋切機和數(shù)控旋切機加工則是使棒料卡在頭軸與尾軸之間被帶動回轉，旋刀沿水平方向向棒料中心線進給，旋刀沿切向旋切出連續(xù)而薄的片帶，頭尾軸回轉一周的旋刀徑向進給量，即為片帶厚。 旋切機主要由卡軸箱、刀床、刀床進給機構、機座、主傳動系統(tǒng)及操縱控制系統(tǒng)等部分組成[18]。卡軸箱分左、右兩部分，用來夾持并帶動木段旋轉。刀床用于安裝旋刀和壓尺，并根據(jù)旋切的薄膜厚度來調節(jié)壓尺位置，以保證所需的壓榨率。刀床進給機構由進給箱及進刀座兩部分組成，進給箱用來改變薄膜的旋切厚度，而進刀座把進給箱輸出軸的旋轉運動變?yōu)榈洞驳闹本€進給運動?，F(xiàn)代大型旋切機還設有防彎壓輥裝置。以上部件都裝在機座上。機座用型鋼焊接或用鑄鐵鑄

31、成箱形結構，具有良好的強度、剛度和抗振性能。還要讓料在旋切過程中不至于轉速變化而影響薄膜厚度，主傳動的功率是旋切機中耗能最大的部位。操縱控制系統(tǒng)主要通過對操縱把柄的位置轉換來實現(xiàn)旋切的各個功能。 旋切機的主要技術參數(shù)包括旋切木段的最大長度、最大直徑、旋切薄膜的厚度、旋切刀片的長度、卡軸和卡爪的直徑、卡軸轉速和主電機功率等。 2.2數(shù)控旋切機的結構形式 一般情況下，數(shù)控機床的機械結構相對于普通型的要簡單一些，但制造精度以及各方面的配合要求較高。本機主要由進給系統(tǒng)、夾持機構、有卡-無卡轉換機構、大卡頭-小卡頭轉換機構、驅動系統(tǒng)、刀頭擺動機構、數(shù)控系統(tǒng)七部份組成[19]，如圖2.1所示。進給

32、步進電機通過大小齒輪以及蝸輪、蝸桿連接滾珠絲桿，驅動刀架，構成減速后的進給系統(tǒng)、主要完成進給切削功能；安裝在擠壓板架上的小摩擦輥和安裝在橫梁上的兩根大摩擦輥由導向機構組成具有夾持功能的機械機構，用于夾持木芯；主驅動電機通過減速機拖動橫梁上的兩根大摩擦輥轉動，經同步鏈輪將動力傳遞到擠壓板架上的小摩擦輥構成木芯驅動系統(tǒng)，通過表面摩擦力帶動木芯旋轉；旋刀安裝在刀架上并由刀頭擺動機構實現(xiàn)切角調整（即改變后角的置，后角控制接近a=A-B/R的值，來實現(xiàn)本課題中切角的調整的目的），刀架上安裝了大刀具，使開始切削時把木頭切圓，以保護主刀具；同時橫梁固定在機座上。底箱內安裝了由數(shù)控系統(tǒng)控制的轉換機構，用以實現(xiàn)

33、有卡、無卡軸的轉換功能；大-小卡頭的轉換裝置安裝在卡軸箱內，用來完成大、小卡頭的轉換功能；底輥安裝在底箱上，在放入木頭時，與三個主輥協(xié)同運轉，自動尋找聚四氟乙烯的中心，實現(xiàn)自動定心功能，整個加工過程中，完全可以達到無人干預，所以整個設備可以封閉化，這樣提高了安全度。 1.機座2.刀床進給點機3.蝸桿4.進刀座5.絲桿6.蝸輪7.側箱8.大刀具9.旋切刀10.刀頭擺動機構11.刀床及擠壓板架12.壓頭（小摩察輥）13.木芯14.大卡頭15.小卡頭16.主摩察輥17.導向機構18.橫梁19.底輥20.壓力感應器 圖2.1數(shù)控旋切機結構示意圖 數(shù)控旋切機中旋切木段的受力情況：旋切時旋刀和壓

34、尺對木段的作用力如圖2.2所示。旋切時旋刀對木段的作用力有切削力F1、劈力F2和對木段的擠壓力F3。切削力與旋刀相對木段的運動方向一致，其大小與木段的樹種、旋切長度以及切削條件等因素有關。劈力是旋刀前面作用于薄膜帶并使它反向彎曲的力，導致木材沿切削力作用方向劈裂，在薄膜背面形成大量裂紋，它主要由切削角、樹種及切削條件等決定。旋切對木段的擠壓力指向并垂直于木段表面，在很大程度上取決于旋切條件，如旋切后角和木段直徑。有壓尺作用時旋刀對木段的作用力與沒有壓尺作用時相比是有些差別的。它還應包括由壓尺引起的附加作用力。旋刀作用于木段的合力R1按平行四邊形合成。 圖2.2旋切和壓尺對木段的作用力

35、 壓尺對木段的作用力有壓榨力F4及摩擦力F5。壓榨力通過旋刀刀刃指向木段，它與壓榨率及壓尺形式有關。壓尺與薄膜的摩擦阻力與壓榨力及薄膜和壓尺間的摩擦系數(shù)有關。壓尺作用于木段的合力為R2。旋刀和壓尺對木段的總作用力R由于影響的因素很多，可按單位旋切長度上的切削阻力來估算，其作用方向與水平面的夾角在40o～70o。 旋切機的工作過程如圖2.3所示：工作時，聚四氟乙烯是卡在兩個固定的驅動輥和不斷向前進給的壓尺輥之間的。驅動輥的作用是給聚四氟乙烯摩擦力使其做旋轉的主運動，同時壓尺輥不斷向前做進給運動，以保證刀具能連續(xù)不間斷的切削聚四氟乙烯。所以當薄膜厚度是個定值時，刀具進給的速度是時間的函數(shù)。

36、這里我們假定板厚為m，聚四氟乙烯的初始直徑為D0，聚四氟乙烯轉速為n，驅動輥與壓尺輥直徑均為d，驅動輥轉速為n0，兩個驅動輥的中心距為a，刀具的進給速度為v，刀刃在平面坐標系上的水平位移坐標為x。 圖2.3旋切機主要工作部分二維示意圖 這里我們假設兩個驅動輥跟聚四氟乙烯之間是沒有相對滑動的，三個驅動輥中，1和2是固定不動的，在旋切機工作過程中，驅動輥3由液壓缸驅動，一邊做自轉運動，提供聚四氟乙烯旋轉的摩擦力，一邊做進給運動，推動聚四氟乙烯直線運動。驅動輥的線速度與聚四氟乙烯的線速度是相等的，即： D×n=d×n0 切刀與驅動輥3固連，并且在驅動輥1和2的水平中心面上，由圖我們得到刀

37、刃的坐標為： x=D2+（D2+d2）2-（a2）2 為了得到刀刃的進給速度，對上式兩邊求導，得： v=dxdt=12×1+D+d(D+d)2-a2×dDdt 由于 D×d=d×n0 dDdt=-2×m×n 所以 v=dxdt=-1+D+d(D+d)2-a2×m×n 從上式可看出，在d、a、m確定的情況下，刀刃進給速度v與圓木直徑D有關，在旋切過程中D越來越小，v隨之越來越大。m值越大，旋切機的刀刃進給速度變化越快。又因為當木材轉一圈時，在水平位移上前進了兩個板厚的位移，所以與v對應旋切時間t的近似計算如下： D×dD=-2×m×n0×d×dt 兩邊積分 D0DD×

38、dD=0t-2×m×n0×d×dt 得 D22-D022=-2×m×n0×d×t 即 t=D02-D24×m×n0×d 由上式可看出，在d、a、no、m確定的情況下，刀刃進給速度V隨時間T的 推移逐漸增大。m越大旋切機的刀刃進給速度增大的越快，用的時間越少。因為在旋切機工作過程中，驅動輥的轉速是不變的，所以隨著聚四氟乙烯由于被切削而直徑變小，聚四氟乙烯的轉速是不斷變大的。為了保證薄膜厚度的均勻性，就要求我們要對刀具的進給速度進行精確的控制。可以看出，隨著時間增加，刀具速度越來越快，為了保證薄膜旋切質量，要求液壓缸的伸出速度能很好地跟蹤其變化[20]。 由于主動輥的存在，那么它的結

39、構形式決定了夾持聚四氟乙烯的最大直徑D其值計算過程如圖2.4所示，這時的壓頭的作用也同樣是一個主動輥。在圖3-4中，已知主動輥1～3的半徑都為r，利用主輥1、2的中心線與主輥3之間的距離為L，可得，聚四氟乙烯的半徑R為： L-R-r2+H2=(R+r)2 得： R=L2+H22L-r 圖2.4無卡旋切機最大夾持示意圖 2.3數(shù)控旋切機的特點 現(xiàn)有的無卡軸旋切機都是采用液壓油缸來推動摩擦輥夾緊木芯進給，因液壓進給系統(tǒng)屬柔性傳動系統(tǒng)，其進給速度會因負載大小而變化。本機采用聚四氟乙烯軸心固定不動，用伺服電機驅動高精度的滾珠絲杠，帶動刀架水平硬性進給，用計算機的實時控制功能，不斷地跟蹤

40、主軸電機轉速，及時地調整進給電機的轉速，最終旋切生產出符合要求的薄膜。 數(shù)控旋切機的特點： （1）旋切速度快，生產效率高。用步進電機驅動，可作無級調速，實現(xiàn)恒線速旋切，充分利用數(shù)控系統(tǒng)的能力，大大提高了生產效率，目前卡軸的最高轉速達400r/min，最大旋切速度達5m/s。 （2）采用可編程控制器，自動控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定，可以根據(jù)不同加工材料、不同加工工藝進行定制控制過程。 （3）采用友好的人機界面，簡單好用，自動化程度高，縮短了輔助操作時間。 （4）整機一體化，自動化程度高，維護方便。對操作者技術素質要求較低，參數(shù)設定好以后，一鍵即可完成全部操作。 2.4數(shù)控旋切機的控制要求

41、用數(shù)控系統(tǒng)來控制旋切機的傳動，主要旋切聚四氟乙烯薄膜，旋切厚度可以達到0.1mm-1mm，主軸轉速達到5-15轉/分，旋切機機床寬度達到1米。 第三章數(shù)控旋切機電控系統(tǒng)的硬件設計 3.1系統(tǒng)概述 數(shù)控旋切機的控制系統(tǒng)主要組成如圖3.1所示。用戶根據(jù)加工的要求產生的加工參數(shù)， 經上位機把數(shù)據(jù)裝入由可編程控制器PLC組成的下位機，根據(jù)機床反饋的信息去控制進給伺服系統(tǒng)、主運動輥的轉動、壓尺輥的反饋狀態(tài)等。 圖3.1 數(shù)控旋切機的基本組成 3.2數(shù)控旋切機電控系統(tǒng)的方案設計 數(shù)控旋切機的電控系統(tǒng)主要有人機交互裝置（PT）、可編程控制器（PLC）、驅動器和電機等構成。 圖3.2數(shù)

42、控旋切機電控系統(tǒng) 如圖3.2所示，數(shù)控旋切機的主要控制對象為主軸驅動電機和進給電機。 伺服電機：為主驅動電機,用來驅動無卡軸旋切機的主動輥的運轉,主要功能讓聚四氟乙烯在不打滑的狀態(tài)下完成設定的運轉形式轉動；聚四氟乙烯的轉動形式是恒線速還是恒轉速 , 在系統(tǒng)的“參數(shù)設置”中是可以設置的 , 默認狀態(tài)為恒轉速[21] [25]。 進給電機:為刀床進給電機,它帶動變速齒輪從而改變了力矩,變速齒輪又帶動絲杠,使絲杠具有足夠的力矩讓刀床按系統(tǒng)指令進行旋切加工,刀床進給速度由卡軸的參數(shù)和薄膜厚度來決定 。 在主電機回路中安裝了相應的傳感器,檢測主電機的電流變化,給控制系統(tǒng)提供控制參考數(shù)據(jù),判斷旋切

43、工況,輸出控制指令給主電機和振動電機,實現(xiàn)振動旋切的同時旋切進刀根據(jù)原材料和加工過程參數(shù)變化而變化,即閉環(huán)加工 , 最終實現(xiàn)柔性旋切。 操作人員通過人機界面給出旋切厚度，顯示所設的參數(shù)和系統(tǒng)運行狀態(tài)，并且計算和查表得到電機轉速值，通過數(shù)模轉換器和放大器變?yōu)橄鄳哪M信號，通過電壓方式控制刀具進給機構驅動設備，或者通過Rs485總線直接送出控制指令控制刀具進給機構驅動設備。刀具進給機構通過反饋測量接口反饋聚四氟乙烯旋切時的直徑，再通過控制PLC的計算和查表得到新的電機轉速值去控制刀具進給機構驅動設備。 刀具進給機構[22]驅動設備是一臺變頻器[23]，控制系統(tǒng)核心可編程控制器PLC，可實現(xiàn)

44、旋切速度控制的變頻通訊器，RS485接口和限位、緊急開關等。聚四氟乙烯在旋切加工過程中的各個開關量以及數(shù)據(jù)存儲傳送通過PLC進行邏輯控制，進給量通過在線傳感器轉換成脈沖量反饋到PLC，由計算機控制系統(tǒng)計算出其相應的頻率，PLC通過PS485接口和變頻通訊器，進給驅動電動機對于給定的對應頻率，實現(xiàn)對旋切加工的實時動態(tài)調速，進給速度再通過檢測反饋系統(tǒng)反應到PLC控制，進給系統(tǒng)的正反轉控制也是通過PLC的集成控制來完成，控制系統(tǒng)的通過頻率脈沖輸入信號，實現(xiàn)了對旋切過程的實時在線變頻控制。 3.3電控系統(tǒng)的下位機硬件設計 3.3.1下位機（PLC） 可編程控制器PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)

45、，它采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行順序控制、邏輯運算、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字量輸入輸出或模擬量輸入輸出，控制各種類型的機械動作過程。PLC的功能非常全面，既可以進行開關量控制，又可以進行模擬量控制，功能模塊化，擴展性好，通用性強，并且還能與計算機聯(lián)成網絡，實現(xiàn)分級控制。是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 歐姆龍SYSMAC-CP系列可編程控制器是一種小型的PLC系統(tǒng)，其功能非常強大，許多功能可以達到大、中型PLC的水平，而其價格卻和其他小型PLC一樣。歐姆龍SYSMAC-CP系列中的CP1H是用于實現(xiàn)高速處理、高功能的程序一體化型PL

46、C。配備與CS/CJ系列共通的體系結構，與以往產品CPM2A 40點輸入輸出型尺寸相同，但處理速度可達到約10倍的性能。CP1H CPU單元包括X（基本型），XA（帶內置模擬量輸入輸出端子），Y（帶脈沖輸入輸出專用端子）3種類型。這里我們使用帶脈沖輸入輸出專用端子Y類型PLC。 歐姆龍CP1H-Y型的技術參數(shù)如下： 1）CPU單元本體，內置輸入12點/輸出8點。 2）CPU單元本體，可實現(xiàn)高速計數(shù)器4軸、脈沖輸出4軸。根據(jù)機種，可配備最大1MHz的高速脈沖輸出，線性伺服也可適用。 3）通過擴展CPM1A系列的擴展I/O單元，CP1H整體可以達到最大300點的輸入輸出。 4）通 過 擴

47、 展CPM1A系列的擴展單元，也能夠進行功能擴展（溫度傳感器輸入等）。 5）通過安裝選件板，可進行RS-232C通信或RS-422A/485通信（PT、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用）。 6）通 過 擴 展CJ系列高功能單元，可擴展向上位/下位的通信功能等。 如圖3.3所示，自帶的4路脈沖輸出，4路高速脈沖計數(shù)器，已經可以實現(xiàn)數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的控制要求了，本控制系統(tǒng)的主要控制對象為一個變頻器和一個伺服驅動器。 圖3.3 CP1H-Y型 CPU單元基本結構 圖3.4 CP1H實物圖 3.3.2上位機 這里上位機使用歐姆龍PLC配套的可編程終端(PT)，歐姆龍公司提供的N

48、P系列的可編程終端，具有多種特色、功能強大，便于快速有效的創(chuàng)建各種直觀的操作畫面，方便工程人員的對界面的修改和維護[24]。 如圖3.5、圖3.6所示，NP系列可編程終端技術參數(shù)：5.7寸觸摸屏，外置6個功能鍵，206.4MHz的32位CPU；內置接口：通信口2個(COM1：RS-232C專用，COM2：RS-485/422切換），USB口2個（USB 畫面?zhèn)魉?，支持U盤）。提供編程組態(tài)軟件NP-Designer給客戶自定義人機界面。 圖3.5 歐姆龍NP5可編程終端正面 圖3.6 歐姆龍NP5可編程終端背面 圖3.7 歐姆龍NP5可編程終端實物圖 3.3.3變頻器

49、 變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。 系統(tǒng)的執(zhí)行機構驅動可以有多種方案。較為簡單的是調壓方式，就是用大功率場效應管或晶閘管交流調壓器直接驅動異步電機，但電磁轉矩與電壓的平方成正比，這樣電機的機

50、械會變軟，則不能滿足本系統(tǒng)的恒轉矩的要求。價格較高，且精度高的方案就是采用交流伺服電機，但這種方案中小型企業(yè)無法實現(xiàn)。本系統(tǒng)衡量了價格和性能兩個方面，決定采用變頻調速方案，也就是采用變頻器作為系統(tǒng)的刀具進給機構的驅動。由于交流變頻調速技術的先天優(yōu)勢和技術逐漸成熟，同時變頻器價格的大幅度下降，使變頻器成為交流異步電機調速的首選。電機調速就是根據(jù)操作者的要求使電機的轉速發(fā)生改變。由電機學可以知道，電機轉速不僅取決于負載扭矩，而且取決于電機的極數(shù)和供電頻率。 N=(60×f/p)×1-s 前一個括號由電機決定，稱為同步轉速N。，后一個括號由負載決定，稱為轉差率。要改變電機的轉速可以通過四種方式：

51、 (1)改變頻率-----變頻器 (2)改變極對數(shù)---變極電機 (3)改變電壓-----PS電機 (4)改變轉差率---纏繞轉子電機 變頻調速的控制模式給出了電機的輸人功率和電機的各輸人參數(shù)的關系，為變頻器的選型提供了依據(jù)。變頻器調速用的電動機都是三相交流電動機。所以，其輸入端是三相交流電源。電動機的輸入功率表示為Pl。 P1=3U1I1cosφ1 上面公式中 P1-----電動機的輸人功率，KW； U1-----定子側的相電壓，V； I1-----定子側的相電流，A； cosφ1:----定子側的功率因數(shù)。 電動機是用來拖動負載旋轉的，因此，其輸出功率便是軸上的機械

52、功率，最關鍵的因數(shù)是轉矩Tm和轉速nm。Tm用于克服負載的阻轉矩，帶動負載旋轉；nm是電磁轉矩Tm和負載阻轉矩TL平衡的結果。 電動機的輸出功率表示為P2。 P2=Tmnm/9550 上面公式中 P2-------電動機輸出的機械功率，KW； Tm-------電動機軸上的轉矩，N·m； nm--------電動機軸上的轉速，r/min； 變頻器輸出頻率的方式主要有下面三種方式:面板給定方式、電位器給定方式、外部給定方式。本系統(tǒng)采用外部給定方式，模擬量給定信號種類為電壓信號0-10V；同時也用到通訊給定MODBUS總線，其主要用于變頻器系統(tǒng)參數(shù)的設定。系統(tǒng)選用上面的給定方式原因在

53、于想通過系統(tǒng)的人機界面完全控制變頻器，這樣可以使系統(tǒng)集成性大大增強。同時使操作者不必再去熟悉了解變頻器的面板操作，也大大方便操作者。 從控制方式、通信方式和進給電機容量考慮ABB公司的ACS400系列通用變頻器比較適合本系統(tǒng)，ACS400系列從2.2KW到37KW都有相應的機型，大大增加了選擇面。 ACS400系列變頻器主要用于2.2KW~37KW鼠籠式電機的速度和轉矩控制。ACS400是目前市場上體積最小的變頻器之一。結構設計中充分考慮了有效的使用面積和盡可能的安裝簡便。鑄鋁件和塑料件的使用，保證了足夠的加工精度。 在使用變頻器前必須保證電機和變頻器是否適合，ACS40O系列變頻器要求

54、電機是三相感應式，額定電壓為40OV，額定頻率為50Hz，額定電流不能超過ACS400變頻器額定輸出電流I2N。 ACS400系列變頻器有多種應用宏，也就是出廠時預先編好的參數(shù)集。同時有25組參數(shù)表，比如99組就是用于起動數(shù)據(jù)的參數(shù)表，01組就是用于運行數(shù)據(jù)的參數(shù)表。 3.3.4 伺服驅動器 伺服驅動器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術的高端產品[26]。 一般伺服都有三

55、種控制方式：速度控制方式，轉矩控制方式，位置控制方式 。 速度控制和轉矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。 1、轉矩控制：轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如

56、饒線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。 2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。應用領域如數(shù)控機床、印刷機械等等。 3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外

57、環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。 本系統(tǒng)需要伺服驅動器控制主軸速度的伺服電機，達到恒速運動，重點在于速度控制，這里我們采用歐姆龍公司的R88D-G系列伺服驅動器。G系列是針對位置控制、速度控制、轉矩控制等廣泛用途所開發(fā)的產品。電機容量可實現(xiàn)應對從小容量的50W到大容量的7.5kW的各種需求。編碼器的標準配備為2500脈沖的增量編碼器規(guī)格和高分辨率的17位絕對值/增量通用編碼器規(guī)格的電機。增益調整功能搭載了實時自動調整功能及適應濾波器功能，并可自動進行復雜

58、的增益調整。并且為了降低操作中出現(xiàn)的機械共振，陷波濾波器也可進行自動設定以實現(xiàn)降低機械的振動。此外，通過安裝了制振控制功能，對于負載剛度較低的振動結構也可實現(xiàn)穩(wěn)定的停止性能。 3.3.5上位機與下位機的通訊接口 歐姆龍CP1H-Y型 PLC最大可安裝2個串行通信選件板（RS-232C×1端口或RS-422A/485×1端口）可實現(xiàn)同時連接計算機、PT、CP1H、各種組件（變頻器、溫度調節(jié)、智能傳感器等）。如圖3.8所示，上位機可編程終端PT通過RS-232C與PLC上的CP1W-CIF01選件板上的RS-232C連接[27]。 圖3.8 PLC與可編程終端PT的連接 3.3.6

59、PLC與變頻器接線 ACS400系列變頻器有多種應用宏，如圖3.9所示，該應用宏提供了與PLC相連接的經濟接口，只需用數(shù)字信號就可以改變傳動裝置的速度[25]。 輸入信號： （1）起動、停止和方向(DI1,2)； （2）升速(DI3)； （3）降速(DI4) ； （4）恒速選擇(DI5)。 輸出信號： （1）模擬輸出AO：頻率； （2）繼電器輸出1：故障； （3）繼電器輸出2：運行。 圖3.9變頻器ACS400與PLC通訊的接口 圖3.10為歐姆龍CP1H型號的PLC與變頻器ACS400的接線圖。 圖3.10 PLC與變頻器ACS400通訊接線圖 3.3.7

60、 PLC與伺服驅動器接線 圖 3.11 PLC與伺服驅動器R88-GT接線圖 這里我們使用脈沖輸出0端口，CW/CCW模式，CW/CCW是雙脈沖工作方式,兩根線都輸出脈沖信號,CW為正轉脈沖信號,CCW為反轉脈沖信號,通常都是差分方式輸出,兩信號相位差90度,根據(jù)相位超前或滯后來決定旋轉方向。脈沖數(shù)決定電機轉動角度。如圖3.12所示，脈沖輸出0、CW/CCW模式對應的輸出端子為CH100.00和CH100.01。 圖3.12 脈沖輸出端子定義 PLC程序系統(tǒng)設定如圖3.13所示。 圖 3.13 PLC程序脈沖輸出0系統(tǒng)設定 3.4本章小結 本章根據(jù)數(shù)控旋切機的控制要求

61、，設計了數(shù)控旋切機的電控方案，根據(jù)電控方案進行了系統(tǒng)硬件設計，重點對控制器、觸摸屏、變頻器、伺服控制器進行了介紹和選型，并對關鍵的電控設備進行了電路連接。 第四章 數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的軟件設計 4.1數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)軟件設計方案 本系統(tǒng)的軟件設計包括下位機PLC程序設計和上位機可編程終端PT的監(jiān)控系統(tǒng)設計兩個部分。系統(tǒng)軟件總體設計如圖4.1所示。 圖4.1 系統(tǒng)軟件總體結構 4.2下位機PLC程序設計 整個控制系統(tǒng)的自動控制流程如圖4.2所示。 圖4.2 系統(tǒng)控制流程圖 程序首先初始化，初始化內容包括設備的運行參數(shù)的下傳，設備工作模式的選擇。運行設備會根據(jù)設置好的運行參數(shù)

62、進行動作。系統(tǒng)主要分為三個模式：復位、加工、手動模式，三種模式具體功能見下文上位機監(jiān)控軟件設計。 4.3上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計 上位機監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)對設備狀態(tài)的監(jiān)控[28] [29]，包括啟動、停止等基本功能。還要對關鍵的運行數(shù)據(jù)進行顯示與設定，故障的顯示等。 本系統(tǒng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用歐姆龍公司提供的NP-Designer完成開發(fā)設計。NP-Designer組態(tài)軟件是專門提供給歐姆龍NP系列可編程終端觸摸屏的，主要用于對生產過程進行監(jiān)控[30]。 圖4.4 是NP-Designer軟件的編程界面，功能強大，操作簡單，配有多種工業(yè)組件模塊，界面設計靈活。 圖4.4 NP-D

63、esigner編程界面 利用NP-Designer軟件對整個控制系統(tǒng)進行了設計開發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)由主監(jiān)控界面和若干輔助監(jiān)控界面組成。主監(jiān)控界面如圖4.5所示，具有復位、加工、手動，設備啟停等功能。 圖4.5 數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)主界面 復位：即回零操作，機床回到出事位置，屏幕X軸坐標歸零，用手指在屏幕上點 C啟動鍵，主軸電機動作，機床主軸回到初始位置，屏幕主軸坐標歸零，此時也是機床設定的初始角度值。 加工：即自動加工，如圖4.6參數(shù)設置界面，當加工參數(shù)選定后，機床準備就緒，用手指在屏幕上點“啟動”鍵 機床處于工作狀態(tài)，只要放入聚四氟乙烯，機床就會自動進行自動旋切加工，直到最終結束為止。

64、 圖4.6 數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)參數(shù)設置 手動：本控制軟件系統(tǒng)為了操作方便，設置手動操作功能，點“手動”鍵以后，可以手動在機器運行的時候點擊“X+”或“X-”按鍵，手動控制進給軸的進給量，方便加工少批量樣品，還可以用來檢測機械性能。 在加工的過程中，操作人員根據(jù)聚四氟乙烯直徑的大小，調整主輥的合適位置，放入聚四氟乙烯，機床根據(jù)放入的聚四氟乙烯，底輥就開紿運轉、配合主輥夾持聚四氟乙烯，并使聚四氟乙烯旋轉，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)聚四氟乙烯的直徑大小，選擇合適的卡頭，卡緊聚四氟乙烯的中心，完成自定心動作；根據(jù)上步的動作同時經計算處理選用合適的工作方法，最終加工出符合要求的薄膜，在加工的過程中，計算機顯示

65、屏上顯示刀具進給的具體位置，以數(shù)字的形式顯示。 4.3本章小結 本章主要敘述了數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的軟件設計，包括下位機PLC程序設計和上位機可編程終端PT的監(jiān)控系統(tǒng)設計兩個部分，并利用CX-ONE軟件編寫PLC控制程序，NP-Designer軟件編寫NP5觸摸屏的人機界面。 第五章結論與展望 5.1主要研究工作及結論 本文基于PLC的數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)進行了設計，包括控制系統(tǒng)的方案設計、硬件設備選型和連接、PLC程序的設計編寫、觸摸屏程序的設計和編寫。研究結論如下： （1）無卡數(shù)控旋切機大部分應用在木材的加工中，旋切厚度都比較厚，如果要用于旋切聚四氟乙烯薄膜上，需要更精確的控制系

66、統(tǒng)控制。PLC在數(shù)控領域中占有很高的比重，高性能的處理器和可編程的軟件使得PLC在工控領域有廣泛的運用。 （2）根據(jù)數(shù)控旋切機的控制要求，對整個數(shù)控旋切機控制系統(tǒng)的配電圖和PLC接線圖進行繪制，完成整個系統(tǒng)的電氣設計，并依照電氣設計圖進行配電接線和PLC接線。 （3）觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)數(shù)控機床啟?？刂?、數(shù)據(jù)實時顯示、參數(shù)設置、報警信息顯示等功能，方便了操作人員的現(xiàn)場操作。 5.2本課題的展望 在本課題的研究中，由于個人能力有限、理論知識和實踐經驗的欠缺，其中已然存在許多不足： （1）對整個系統(tǒng)最重要的進給裝置的控制上[31]，只進行了簡單的電機正反轉控制，后面可以根據(jù)旋切的阿基米德曲線進行精確進給量控制，以便旋切出更薄更均勻的薄膜。 （2）上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面還不夠豐富，功能還不夠完善，后面可以通過添加組態(tài)圖元做到動態(tài)監(jiān)控，這樣人機交互效果更佳。 （3）沒有到現(xiàn)場實踐過，所以現(xiàn)場的熱泵干燥裝置的具體電控要求還不是很清楚，建議以后到工廠實踐下，將本電控系統(tǒng)完善起來。 （4）本文重點在硬件電控上，對一些工藝方面缺少了解，建議以后可以做一些工藝方面的研究，通過對不同材料的不