摘要：本设计基于PLC控制的三维雕刻系统，设计出三维雕刻机的驱动系统与硬件电气控制回路，并利用S7-200系列专用编程软件编写实现X、Y、Z三轴控制的轨迹运行程序。通过配置PTO/PWM（高速脉冲输出信号）和配置定位模块EM253额定脉冲输出，通过脉冲控制三轴的方向、脉冲、使能信号，主轴电动机则采用交流变频驱动，在设计中加入限位开关和位置传感器防止运动过程中轨迹偏差或超出限位行程。以雕刻五边形为目标，让系统精确按照计划内的精度雕刻出五边形运动轨迹，从而达到设计的最终目的。

关键词： 三维雕刻机；运动控制；步进驱动；PLC

Design of engraving machine control system based on PLC.

Abstract:This design is based on the PLC motion control of the three-dimensional engraving system, the design of the three-dimensional engraving machine's drive system and hardware electrical control loop, using the S7-200 series dedicated programming software to achieve the X, Y, Z three-axis common control of the trajectory running program. By setting the PTO/PWM (high-speed pulse output signal) and positioning module EM253 gives the rated pulse output to control the direction, pulse, and enable signals of the three axes, the spindle electromechanical is driven by the AC variable frequency, and the limit switches and position sensors are added in the design. Prevent trajectory deviation or limit stroke during movement. With the goal of engraving the pentagon, the system can precisely sculpt the pentagonal motion trajectory according to the accuracy of the plan, so as to achieve the most red-centered design.

Keysword:Three-dimensional engraving machine；sport control；Step drive；Programmable Logic Control

目录

1绪论 1

1.1  课题的意义和目的 1

1.2 国内外发展现状与趋势 1

1.2.1 国内外发展现状 1

1.2.2 发展趋势 2

1.3 课题研究的主要内容 2

2 驱动方案的选择 3

2.1 设计装置平台的选择 3

2.1.1 三自由度十字滑台简介 3

2.1.2 三自由度十字滑台各器件组成的作用简介 3

2.2 三轴驱动方案 5

2.2.1 步进控制系统简介 5

2.2.2 三轴驱动方案选型 5

2.2.3 步进驱动器参数设定 6

2.2.4 驱动器接线 8

2.3 主轴驱动方案的选择 10

2.3.1 主轴电动机的选型 10

2.3.2 交流变频调速器的选型 11

2.3.3 变频器参数设定 12

2.4 小型断路器的选择 14

3 控制电路设计 16

3.1 控制要求 16

3.1.1 手动操作过程 16

3.1.2 X和Y轴控制点 16

3.2 选择PLC型号 17

3.2.1 西门子S7-200系列CPU定型 17

3.2.2 关于CPU226 19

3.2.3 关于定位模块EM253 21

3.2.4 I/O地址分配 21

3.3 主线路接线说明 23

3.4 各控制回路接线说明 24

3.4.1 与驱动器接线说明 24

3.4.2 与交流调速变频器接线说明 24

4 程序设计 26

4.1 编程环境 26

4.1.1 运行环境与安装设置 26

4.2 编程过程 26

4.3 配置PTO／PWM脉冲参数 28

4.3.1 软件配置脉冲参数操作 28

4.3.2 Z轴线性脉冲设置——配置定位模块EM253 32

4.4 程序编写介绍 36

4.5 自动操作过程简介 41

5 总结与展望 42

致谢 43

参考文献 44

附录 45

1.1.1

1绪论

1.1  课题的意义和目的

数字化雕刻机，从一定程度上可以理解为用自动化设备代替工人进行雕刻的设备，从加工的原理上来说一种钻洗组合平台加工工艺。雕刻工艺品已经成为经济市场的一部分，这种需求推动了雕刻艺术的日益精深。随着微电子技术、数控理论、传感器检测技术、计算机数字化控制等技术的快速发展，数控系统不断更新，机械雕刻亦在 20 世纪 90 年代获得了较大发展，并成功诞生于1990年第一台法国嘉宝雕刻机。如今，雕刻机已经在各行各业中得到了广泛的应用及发展，如木工行业、模具雕刻、紫铜和石墨电极加工、石材雕刻等。一些小型的装饰品在生活中也是不可或缺的，因此小型雕刻机作为一种典型的电动机一体化工业品，具有广袤的市场前景。使用PLC进行运动控制相较于单片机，PLC更强调逻辑控制规则；可靠性较高；抗干扰能力较强；完美的错误自检系统，自行检测自行修改。所以，采取 PLC 控制雕刻机，建立运动控制系统，系统会更加平稳好用。