金华职业技术学院JINHUA COLLEGE OF VOCATION AND TECHNOLOGY毕业教学环节成果（2014届）题目数控钻孔机控制系统设计学院信息工程学院专业电气自动化技术班级自动化112学号201134010350201姓名指导教师2013年12月25日金华职业技术学院毕业教学成果目录摘要 (1)英文摘要 (1)引言 (2)1 数控钻孔机系统简介 (3)2硬件设计 (4)2.1 控制系统结构及工作原理 (4)2.2 主要器件选型 (5)2.3 PLC外围接线图 (6)2.4 控制系统设计原理图 (8)2.5 I/O口分配表 (8)3触摸屏界面设计 (9)4软件设计 (12)4.1 程序流程图 (12)4.2 控制程序的设计 (12)4.3 外围软件信号 (17)5参数整定 (17)5.1伺服电机定位参数设置 (17)5.2伺服系统内部参数设定 (19)6安装与调试 (20)6.1 控制系统接线图 (20)6.2模拟调试 (22)6.3 联机调试 (22)结论与谢辞 (22)参考文献 (23)附件1 (24)元器件清单 (24)附件2 (25)源程序 (25)附件3 (34)实物图 (34)数控钻孔机控制系统设计摘要:本文介绍了基于三菱Q系列PLC的数控钻孔机控制系统，该系统选用昆仑通态TPC7062KS嵌入版的触摸屏来实现人机交互，文中不但给出了数控钻孔机的基本架构，而且还简单分析了钻孔机控制系统的控制系统结构及工作原理与传感器的使用，以及介绍了PLC I/O口及钻孔机控制系统的布局图与接线图。
关键字PLC 钻孔机伺服控制Control system design of NC drilling machine(Information Engineering College of electrical automation technology Jin Ming) Abstract:This paper introduces the control system based on CNC drilling machine Mitsubishi Q series PLC, this system adopts KunLun on state of TPC7062KS embedded touch screen to realize man-machine interaction, this paper not only gives the basic architecture of the CNC drilling machine, but also a simple analysis of the use of drilling machine control system to control the system structure and the work principle and sensor, and introduced PLCI/O port and drilling machine control system layout and wiring diagram.Keywords: PLC drilling machine servo control引言数字控制（Numerical Control）是数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控(NC)。
最初的数字控制系统是由数字逻辑电路构成的，因而称之为硬件数控系统。
随着计算机技术的发展，硬件数控系统被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控系统(ComputerNumerical Control,简称CNC)。
数控技术的广泛使用，给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。
数控技术是国防现代化的重要技术，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性技术。
到目前为止，数控系统的发展主要经历了以下几个阶段：第一代：1952年，美国帕森公司和麻省理工学院合作研制了世界上第一台数控机床，它是一台三坐标数控铣床，用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。
第二代：1959年，美国耐.杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，广泛采用了晶体管和印刷电路板技术，称为“加工中心”。
第三代：电子行业出现了小规模集成电路。
由于体积小、功率低，使数控系统的可靠性进一步提高。
这几代数控系统都是利用逻辑电路来实现控制功能，因此被称之为“硬件“数控。
起功能简单、灵活性差、设计周期长，因此限制着其进一步的发展与应用。
随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统（NC），数控的许多功能由软件来实现。
1970年，数控系统的发展进入了第四阶段，即计算机数控（CNC）阶段。
1974年，数控系统的发展进入了第五阶段，其特征是以微处理器为基础，另外采用超大规模集成电路、大容量磁泡存储器、可编程接口和遥控接口等，功能更为完备，基本上完成了标准型单机系统的开发。
数控系统的发展直到第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格昂贵和应用不方便等关键性问题。
80年代初，便开始推广基于PC的开放式数控系统，但是直到90年代初才得以实现。
也就是数控系统的第六代——基于PC的数控系统。
世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。
其体系结构朝软性化、模块化的方向发展，辅助软件也发展很快，具有交互式对话编程、三维图形校验、实时多任务操作等，并向机床制造厂提供了开发手段，以AI（Artificial Intelligence,人工智能）方式纳入机床制造厂的丰富工艺经验，在产品上实现标准化系列化，可按用户需求来扩充、裁减，以满足不同用户层次的需求。
1.数控钻孔机系统简介其主要结构和功能是利用X轴的正转反转、Y轴的正转反转和Z轴的正转反转来实现定位钻孔，数控钻孔机系统结构如图1和图2所示，整个系统由控制系统和X—Y—Z 三轴构成。
操作人员按下操作界面上的外围启动，伺服放大器得电，这时数控钻孔机就可以运行了，系统运行关闭时，先按系统急停按钮，通过按轴手动控制框里的手动按钮各轴可实现点动运行，通过按数控定位按钮就可实现自动运行。
钻孔电机用50W的伺服电机，由伺服放大器驱动，Y轴用的是100W的伺服电机，X轴用的是50W的伺服电机，都是用伺服放大器驱动。
电机的启停可以通过触摸屏操作界面里的按钮进行控制。
图1 数控钻孔机前视图结构示意图图2 数控钻孔机俯视视图结构示意图2.硬件设计2.1控制系统结构及工作原理基于实际的数控钻孔机系统结构，确定数控钻孔机系统结构。
它由数控钻孔机系统、数控钻孔机控制系统、接口处理模块三部分组成。
PLC输出的控制信号经接口处理模块控制钻孔机的执行机构，控制各个轴的运行。
三轴钻孔机运行过程中，位置传感器的检测信号经接口处理模块输到PLC控制系统，实现闭环控制。
钻孔机控制平台由PLC、QD75P2定位模块、触摸屏、伺服放大器四部分组成如图3。
触摸屏设自动钻孔操作按钮，触摸屏输入操作命令传送到PLC，PLC通过检测轴的状态信息在相应的I/O口输出控制信号。
图3数控控制系统2.2主要器件选型2.2.1可编程控制器的选型PLC的厂家和品种很多，比如说美国的A-B公司、通用电气公司；德国的西门子；法国的TE；日本的、欧姆龙、富士、松下；韩国的LG等。
在本次控制系统中，采用三菱公司的Q模式CPU产品，这款产品有如下特点：（1）可以进行多点输入输出控制，所有CPU均支持可访问安装在基板上的输入输出模块的实际输入输出点数4096点(X／Y0～FFF)。
另外，最多可支持可用于CC—Link数据链接；（2）实现了运算的高速处理(例：LD指令时)通过与GX WORK2的高速通信，提高调试效率, QCPU系列三菱PLC采用RS一232端口，最高能适应11 5．2 kbps的高速通信的需要，缩短了程序写入、读出和监视等的时间，提高了调试时的通信时间效率。
（3）体积小，节省空间。
QCPU和Q系列输入输出模块、智能功能模块实现了小型化，体积比起AnS系列产品更加小。
其安装空间小，占据面积约为AnS系列产品的60％。
（4）只要增加模块，即能够扩展为大规模系统。
QCPU最多可增扩7级，最大可构建安装64块输入输出模块的系统。
（5）可以进行外部输入输出的强制ON／OFF。
即使QCPU处于运行状态，与程序的执行状态无关，可以通过操作GX Developer来进行外部输入输出的强制ON／OFF。
不必将QCPU设置在停止状态，只要对输出实施强制ON／OFF，就可以进行配线和动作试验。
2.2.2触摸屏的选型触摸屏选用昆仑通态TPC7062KS型，它是以嵌入式低功耗CPU为核心（ARM CPU，主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。
该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。
灵敏度较高，而且具有防水防尘。
它可通过RS232、RS485或USB与PLC接口。
它的色彩比较丰富，由65535色7寸屏幕显示，可以增强视觉效果。
触摸屏有丰富资源库，在设计时可以在库里面选择适合元件。
还具有特点：1实现了显示，运算，通讯全方位的高速化；2高亮度（400cd/ m2）显示，提供免受外部光线干扰的完美图像；3 分辨率800×480，65535色TFT液晶显示；4显示尺寸：7英寸；5可视角度：左右70度，上下70/50度。
6 内置64MB标准内存。
2.2.3伺服电机的选择如今的伺服电机市场有很多的伺服电机，现在国内最常用的伺服电机有日系的三菱、松下、安川、三洋等，欧系的有西门子、施耐德、伦次，美国的科尔摩根等，国产的有台湾的台达、东元、大陆的广数、和利时等。
而在我们这里选用的伺服电机是三菱的HF-KP053型，这款伺服电机有以下的特点：（1）体积小，重量轻，大转矩输出。
（2）低惯性，良好的控制性能。
（3）宽广的调速范围，转矩脉动小。
2.2.4伺服放大器的选择在伺服放大器的选择上主要考虑伺服电机的功率，在系统设备中，伺服电机的功率为50W，所以选择三菱公司的MR-J3-10A型的伺服放大器。
此放大器的功率为100W，且设置方便，满足控制要求。
2.3 PLC外围接线图如图4左边的plc输入信号，右边的是plc输出信号。
图4 PLC外围接线图2.4 控制系统设计原理图PLC通过读取触摸屏里个按钮的状态来执行相应的程序，QD75模块通过读取PLC里正在执行的程序，把相应的参数存入QD75模块里，伺服放大器再通过读取QD75模块里的相关的参数来驱动各自对应的伺服电机运行。
伺服电机也会把脉冲数反馈给伺服放大器，伺服放大器又会把收到的数据反馈给QD75模块,判断是否运行到位了，QD75模块也会把收到的数据反馈回PLC里，PLC也会把其收到的数据反馈回触摸屏。