大尺寸多工步自動推料進給裝置及控制數據管理系統(tǒng)設計【含CAD高清圖紙和說明書】

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英文資料翻譯 機0405-33 張明旺 S7--200系列小型PLC（Micro PLC）可應用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結構、低廉的成本以及功能強大的指令集使得S7--200 PLC成為各種小型控制任務理想的解決方案。S7--200產品的多樣化以及基于Windows的編程工具，使您能夠更加靈活地完成自動化任務。 S7--200系列是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLC）。它能夠控制各種設備以滿足自動化控制需求。S7--200的用戶程序中包括了位邏輯、計數器、定時器、復雜數學運算以及與其它智能模塊通訊等指令內容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制目的。緊湊的結構、靈活的配置和強大的指令集使S7--200成為各種控制應用的理想解決方案。 S7--200將信息存于不同的存儲器單元，每個單元都有唯一的地址。您可以明確指出要存取的存儲器地址。這就允許用戶程序直接存取這個信息。表4--1列出了不同長度的數據所能表示的數值范圍。 表4—1 不同長度的數據表示的十進制和十六進制數范圍 數制） 字節(jié)（B） 字（W） 雙字（D 無符號整數 0到255 0到FF 0到65,535 0到FFFF 0到4,294,967,295 0到FFFF FFFF 符號整數 -128到＋127 80到7F -32,768到+32,767 8000到7FFF --2,147,483,648到+2,147,483,647 8000 0000到7FFF FFFF 實數IEEE 32 位浮點數 不用 不用 +1.175495E--38到+3.402823E+38（正數） --1.175495E--38到--3.402823E+38（負數） 若要存取存儲區(qū)的某一位，則必須指定地址，包括存儲器標識符、字節(jié)地址和位號。圖4--3是一個位尋址的例子（也稱為“字節(jié).位”尋址）。在這個例子中，存儲器區(qū)、字節(jié)地址（I代表輸入，3代表字節(jié)3）和位地址（第4位） 之間用點號（“.”）相隔開。 使用這種字節(jié)尋址方式，可以按照字節(jié)、字或雙字來存取許多存儲區(qū)（V、I、Q、M、S、L及SM）中的數據。若要存取CPU中的一個字節(jié)、字或雙字數據，則必須以類似位尋址的方式給出地址， 包括存儲器標識符、數據大小以及該字節(jié)、字或雙字的起始字節(jié)地址，如圖4--4所示。 其它CPU存儲區(qū)（如T，C，HC和累加器）中存取數據使用的地址格式包括區(qū)域標識符和設備號。 存儲區(qū)數據的存取 輸入過程映象寄存器：I 在每次掃描周期的開始，CPU對物理輸入點進行采樣，并將采樣值寫入輸入過程映象寄存器中。可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取輸入過程映象寄存器中的數據： 位： I[字節(jié)地址].[位地址] I0.1 字節(jié)、字或雙字： I[長度][起始字節(jié)地址] IB4 輸出過程映象寄存器：Q 在每次掃描周期的結尾，CPU將輸出過程映象寄存器中的數值復制到物理輸出點上?？梢园次弧⒆止?jié)、字或雙字來存取輸出過程映象寄存器： 位： Q[字節(jié)地址].[位地址] Q1.1 字節(jié)、字或雙字： Q[長度][起始字節(jié)地址] QB5 變量存儲區(qū)：V 您可以用V存儲器存儲程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結果， 也可以用它來保存與工序或任務相關的其它數據。并且可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取V存儲區(qū)中的數據： 位： V[字節(jié)地址].[位地址] V10.2 字節(jié)、字或雙字： V[長度][起始字節(jié)地址] V W100 位存儲區(qū)：M 可以用位存儲區(qū)作為控制繼電器來存儲中間操作狀態(tài)和控制信息。并且可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取位存儲區(qū)： 位： M[字節(jié)地址].[位地址] M26.7 字節(jié)、字或雙字： M[長度][起始字節(jié)地址] MD20 定時器存儲區(qū)：T S7--200 CPU中，定時器可用于時間累計，其分辨率（時基增量）分為1ms、10ms和100ms三種。定時器有兩個變量： 當前值：16位有符號整數，存儲定時器所累計的時間。 定時器位：按照當前值和預置值的比較結果置位或者復位。預置值是定時器指令的一部分。 可以用定時器地址（T＋定時器號）來存取這兩種形式的定時器數據。究竟使用哪種形式取決于所使用的指令： 如果使用位操作指令則是存取定時器位；如果使用字操作指令，則是存取定時器當前值。如圖4--5中所示，常開觸點指令是存取定時器位；而字移動指令則是存取定時器的當前值。 格式： T[定時器號] T24 計數器存儲區(qū)：C 在S7--200 CPU中，計數器可以用于累計其輸入端脈沖電平由低到高的次數。CPU提供了三種類型的計數器：一種只能增計數；一種只能減計數；另外一種既可以增計數，又可以減計數。計數器有兩種形式： 當前值：16位有符號整數，存儲累計值。 計數器位：按照當前值和預置值的比較結果置位或者復位。預置值是計數器指令的一部分。 可以用計數器地址（C＋計數器號）來存取這兩種形式的計數器數據。究竟使用哪種形式取決于所使用的指令：如果使用位操作指令則是存取計數器位；如果使用字操作指令，則是存取計數器當前值。如圖4--6中所示，常開觸點指令是存取計數器位；而字移動指令則是存取計數器的當前值。 格式： C [計數器號] C24 累加器：AC 累加器是可以象存儲器一樣使用的讀寫設備。例如，可以用它來向子程序傳遞參數，也可以從子程序返回參數，以及用來存儲計算的中間結果。S7--200提供4個32位累加器（AC0，AC1，AC2和AC3）。并且您可以按字節(jié)、字或雙字的形式來存取累加器中的數值。被訪問的數據長度取決于存取累加器時所使用的指令。如圖4--7所示，當以字節(jié)或者字的形式存取累加器時，使用的是數值的低8位或低16位。當以雙字的形式存取累加器時，使用全部32位。 格式： AC[累加器號] AC0 特殊存儲器：SM SM位為CPU與用戶程序之間傳遞信息提供了一種手段?？梢杂眠@些位選擇和控制S7--200 CPU的一些特殊功能。例如：首次掃描標志位、按照固定頻率開關的標志位或者顯示數學運算或操作指令狀態(tài)的標志位。（有關SM位的詳細信息參見附錄B）。并且可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取SM位： 位： SM[字節(jié)地址].[位地址] SM0.1 字節(jié)、字或者雙字： SM[長度][起始字節(jié)地址] SMB86 局部存儲器：L S7-200有64個字節(jié)的局部存儲器，其中60個可以用作臨時存儲器或者給子程序傳遞參數。 提示:如果用梯形圖或功能方塊圖編程，STEP7--Micro/WIN保留這些局部存儲器的最后四個字節(jié)。 局部存儲器和變量存儲器很相似，但只有一處區(qū)別。變量存儲器是全局有效的，而局部存儲器只在局部有效。全局是指同一個存儲器可以被任何程序存?。òㄖ鞒绦?、子程序和中斷服務程序）。局部是指存儲器區(qū)和特定的程序相關聯。S7--200給主程序分配64個局部存儲器；給每一級子程序嵌套分配64個字節(jié)局部存儲器；同樣給中斷服務程序分配64個字節(jié)局部存儲器。 子程序或者中斷服務程序不能訪問分配給主程序的局部存儲器。子程序不能訪問分配給主程序、中斷服務程序或者其它子程序的局部存儲器。同樣的，中斷服務程序也不能訪問分配給主程序或子程序的局部存儲器。 S7--200 PLC根據需要分配局部存儲器。也就是說，當主程序執(zhí)行時，分配給子程序或中斷服務程序的局部存儲器是不存在的。當發(fā)生中斷或者調用一個子程序時，需要分配局部存儲器。新的局部存儲器地址可能會覆蓋另一個子程序或中斷服務程序的局部存儲器地址。局部存儲器在分配時PLC不進行初始化，初值可能是任意的。當在子程序調用中傳遞參數時，在被調用子程序的局部存儲器中，由CPU替換其被傳遞的參數的值。局部存儲器在參數傳遞過程中不傳遞值，在分配時不被初始化，可能包含任意數值。 位： L[字節(jié)地址].[位地址] L0.0 字節(jié)、字或雙字： L[長度] [起始字節(jié)地址] LB33 用指針對S7--200存儲區(qū)間接尋址 間接尋址是指用指針來訪問存儲區(qū)數據。指針以雙字的形式存儲其它存儲區(qū)的地址。只能用V存儲器、L存儲器或者累加器寄存器（AC1、AC2、AC3）作為指針。要建立一個指針，必須以雙字的形式，將需要間接尋址的存儲器地址移動到指針中。指針也可以作為參數傳遞到子程序中。 S7--200允許指針訪問以下存儲區(qū)： I、Q、V、M、S、AI、AQ、SMT（僅限于當前值）和C（僅限于當前值）。您無法用間接尋址的方式訪問單獨的位，也不能訪問HC或者L存儲區(qū)。 要使用間接尋址，您應該用“&”符號加上要訪問的存儲區(qū)地址來建立一個指針。指令的輸入操作數應該以“&”符號開頭來表明是存儲區(qū)的地址，而不是其內容將移動到指令的輸出操作數（指針）中。 當指令中的操作數是指針時，應該在操作數前面加上“＊”號。如圖4--11所示，輸入*AC1指定AC1是一個指針，MOVW指令決定了指針指向的是一個字長的數據。在本例中，存儲在VB200和VB201中的數值被移動到累加器AC0中。 脈沖輸出指令 脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0和Q0.1）上控制脈沖串輸出（PTO）和脈寬調制（PWM）功能。 改進的位控向導可以創(chuàng)建為您的應用程序定制的指令，這可以簡化您的編程任務并充分利用S7--200 CPU的特有特性?？梢岳^續(xù)使用舊的PLS指令創(chuàng)建您自己的運動應用，但是只有改進的位控向導創(chuàng)建的指令才支持PTO上的線性斜坡。 PTO可以輸出一串脈沖（占空比50%），用戶可以控制脈沖的周期和個數。 PWM可以輸出連續(xù)的、占空比可調的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬。 S7--200有兩個PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產生一個高速脈沖串或者一個脈寬調制波形。一個發(fā)生器是數字輸出點Q0.0，另一個發(fā)生器是數字輸出點Q0.1。一個指定的特殊寄存器（SM）位置為每個發(fā)生器存儲下列數據：一個控制字節(jié)（8位），一個計數值（32位無符號數）和一個周期或脈寬值（16位無符號數）。 PTO/PWM發(fā)生器與過程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。當在Q0.0或Q0.1上激活PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權，同時普通輸出點功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點強制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當不使用PTO/PWM發(fā)生器功能時，對輸出點的控制權交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的起始和結束狀態(tài)，以高低電平產生波形的啟動和結束。 提示:在使能PTO或者PWM操作之前，將Q0.0和Q0.1過程映象寄存器清0。所有控制位、周期、脈寬和脈沖計數值的缺省值均為0。PTO/PWM的輸出負載至少為10％的額定負載，才能提供陡直的上升沿和下降沿 開環(huán)位控用于步進電機或伺服電機的基本信息 內置于S7-200 PLC的PTO和EM253位控模塊都使用一個脈沖串輸出用于步進電機或伺服電機的速度和位置控制。 使用PTO或模塊用于開環(huán)位置控制需要運動控制領域的專業(yè)技術。本章內容并不用于培訓。而是，提供基礎信息以幫助您使用位控向導為您的應用程序組態(tài)PTO或模塊。 最大速度和啟動/停止速度 向導將提示您應用程序的最大速度（MAX_SPEED）和啟動/停止速（SS_SPEED）。如圖9--3。 MAX_SPEED：該數值是您的應用中操作速度的最大值，它應在電機力矩能力的范圍內。驅動 負載所需的力矩由摩擦力、慣性以及加速/減速時間決定。 位控向導根據指定的MAX_SPEED，計算并顯示位控模塊所能控制的最小速度。 對于PTO輸出，您必須指定期望的啟動/停止速度。由于啟動/停止速度在每次運動指令執(zhí)行時至少會產生一次，所以啟動/停止速度的周期應小于加速/減速時間。 SS_SPEED：輸入該數值滿足您的電機在低速時驅動負載的能力，如果SS_SPEED的數值過低，電機和負載在運動的開始和結束時可能會搖擺或顫動。如果SS_SPEED的數值過高，電機會在啟動時丟失脈沖，并且負載在試圖停止時會使電機超速。 在電機的數據單中，對于電機和給定負載，有不同的方式定義啟動/停止（或拉入/拉出）速度。通常，SS_SPEED值是MAX_SPEED值的5%至15%。請參考電機的數據單，為您的應用選擇正確的速度。圖9--4所示為典型的電機力矩/速度曲線。 輸入加速和減速時間 作為組態(tài)內容的一部分，要設置加速和減速時間。加速時間和減速時間的缺省設置都是1秒。通常，電機可在小于1秒的時間內工作。參見圖9--5。您要以毫秒為單位進行時間設定： ACCEL_TIME：電機從SS_SPEED速度加速到MAX_SPEED速度所需的時間。缺省值=1000ms。 DECEL_TIME：電機從MAX_SPEED速度減速到SS_SPEED速度所需要的時間。缺省值=1000ms。 提示：電機的加速和減速時間要經過測試來確定。開始時，您應輸入一個較大的值。逐漸減少這個時間值直至電機開始失速，從而優(yōu)化您應用中的這些設置。 組態(tài)移動包絡 一個包絡是一個預先定義的移動描述，它包括一個或多個速度，影響著從起點到終點的移動。即使不定義包絡也可以使用PTO或模塊，位控向導為您提供了指令以用于控制移動而無需運行一個包絡。 一個包絡由多段組成，每段包含一個達到目標速度的加速/減速過程和以目標速度勻速運行的一串固定數量的脈沖。如果是單段運動控制或者是多段運動控制中的最后一段，還應該包括一個由目標速度到停止的減速過程。 PTO和模塊支持最多25個包絡。 定義移動包絡 位控向導提供移動包絡定義，在這里，您可以為您的應用程序定義每一個移動包絡。對每一個包絡，您可以選擇操作模式并為每個包絡的各步定義指標。位控向導中可以為每個移動包絡定義一個符號名，其做法是您在定義包絡時輸入一個符號名即可。 選擇包絡的操作模式 您要按照操作模式組態(tài)包絡。PTO支持相對位置和單一速度的連續(xù)轉動。而位控模塊支持絕對位置、相對位置、單一速度連續(xù)轉動和以兩種速度連續(xù)轉動。圖9--6所示為不同的操作模式。 創(chuàng)建包絡中的步 一個步是工件運動的一個固定距離，包括加速和減速時間內的距離。PTO每一包絡最大允許29個步，而模塊的每一包絡最大允許4個步。 您要為每一步指定目標速度和結束位置或脈沖數目，且每次輸入一步。圖9--7所示為一步、兩步、三步和四步包絡。 注意一步包絡只有一個勻速段，兩步包絡有兩個勻速段，依次類推。步的數目與包絡中勻速段的數目一致。 使用PTO輸出 PTO提供一個指定脈沖數目的方波輸出（50%占空比）每一脈沖的頻率或周期隨著加速和減速時的頻率線形變化，而在移動的常頻率段部分保持不變。一旦產生完指定數目的脈沖，PTO輸出變?yōu)榈碗娖?，并且直到裝載一個新的指定值時才產生脈沖。參見圖9--8。 組態(tài)PTO輸出 使用位控向導，為PTO操作組態(tài)一個內置輸出。啟動位控向導，可以點擊操作欄中的工具圖標，然后 雙擊位控向導圖標，或者選擇菜單命令Tools > Position Control Wizard。 1. 為S7-200 PLC選擇選項組態(tài)板載PTO/PWM操作。 2. 選擇Q0.0或Q0.1，組態(tài)作為PTO的輸出。 3. 從下拉對話框中選擇線性脈沖串輸出（PTO）。 4. 若您想監(jiān)視PTO產生的脈沖數目，點擊復選框選擇使用高速計數器。 5. 在對應的編輯框中輸入MAX_SPEED和SS_SPEED速度值。 6. 在對應的編輯框中輸入加速和減速時間。 7. 在移動包絡定義界面，點擊新包絡按鈕允許定義包絡。選擇所需的操作模式。對于相對位置包絡：輸入目標速度和脈沖數。然后，您可以點擊繪制步按鈕，查看移動的圖形描述。若需要多個步，點擊新建步按鈕并按要求輸入步信息。對于單速連續(xù)轉動：在編輯框中輸入單速值。若您想終止單速連續(xù)轉動，點擊子程序編程復選框，并輸入停止事件后的移動脈沖數。 8. 根據移動的需要，您可以定義多個包絡和多個步。 9. 選擇完成結束向導。 大尺寸多工步自動推料進給裝置及控制數據管理系統(tǒng)設計 開題報告 班級：機0405-33 姓名：張明旺 指導教師：李啟光 一、綜述 1、本課題研究的意義 伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的自動推料進給裝置是靠限位開關來控制電機來決定工件是否進給，在實際生產中工件種類多數量也多，這樣對限位開關的有數量多、質量好的優(yōu)點，增加了產品的成本，同時誤差較大，生產的產品成本高質量差，在市場競爭激烈的21世紀是沒有優(yōu)勢的，是對國家資源的浪費。綜上原因提出了“多工步自動推料進給裝置及控制數據管理系統(tǒng)設計”的課題，通過程序來控制步進電機的停轉，實現工件的進給與否，這樣既減低了產品成本且提高了產品質量，有利于提升公司的市場競爭力。 2、進給伺服系統(tǒng)的現狀與展望 進給伺服以數控機床的各坐標為控制對象，產生機床的切削進給運動。為此，要求進給伺服能快速調節(jié)坐標軸的運動速度，并能精確地進行位置控制。具體要求其調速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應快。根據系統(tǒng)使用的電動機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。 （1）步進伺服系統(tǒng) 步進伺服是一種用脈沖信號進行控制，并將脈沖信號轉換成相應的角位移的控制系統(tǒng)。其角位移與脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率可調節(jié)電動機的轉速。如果停機后某些繞組仍保持通電狀態(tài)，則系統(tǒng)還具有自鎖能力。步進電動機每轉一周都有固定的步數，如500步、1000步、50 000步等等，從理論上講其步距誤差不會累計。 步進伺服結構簡單，符合系統(tǒng)數字化發(fā)展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動速度越低。特別是步進伺服易于失步，使其主要用于速度與精度要求不高的經濟型數控機床及舊設備改造。但近年發(fā)展起來的恒斬波驅動、PWM驅動、微步驅動、超微步驅動和混合伺服技術，使得步進電動機的高、低頻特性得到了很大的提高，特別是隨著智能超微步驅動技術的發(fā)展，將把步進伺服的性能提高到一個新的水平。 （2）直流伺服系統(tǒng) 直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎上。與電磁轉矩相關的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵磁電流與電樞電流，可方便地進行轉矩與轉速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，直流伺服系統(tǒng)控制簡單，調速性能優(yōu)異，在數控機床的進給驅動中曾占據著主導地位。 然而，從實際運行考慮，直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經常因碳刷產生的火花而影響生產，并對其他設備產生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上，使得電動機效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 （3）交流伺服系統(tǒng) 針對直流電動機的缺陷，如果將其做“里翻外”的處理，即把電驅繞組裝在定子、轉子為永磁部分，由轉子軸上的編碼器測出磁極位置，就構成了永磁無刷電動機，同時隨著矢量控制方法的實用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性。其寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應及四象限運行等良好的技術性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調速范圍，適應了高性能伺服驅動的要求。 目前，在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現。數字伺服可實現一機多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數均以數字方式設定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機的監(jiān)控程序以軟件實現。使用時可由用戶設定代碼與相關的數據即自動進入工作狀態(tài)。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設代碼即可，故也稱萬能伺服。 交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發(fā)展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。 （4）直線伺服系統(tǒng) 直線伺服系統(tǒng)采用的是一種直接驅動方式(Direct Drive)，與傳統(tǒng)的旋轉傳動方式相比，最大特點是取消了電動機到工作臺間的一切機械中間傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。這種“零傳動”方式，帶來了旋轉驅動方式無法達到的性能指標，如加速度可達3g以上，為傳統(tǒng)驅動裝置的10～20倍，進給速度是傳統(tǒng)的4～5倍。從電動機的工作原理來講，直線電動機有直流、交流、步進、永磁、電磁、同步和異步等多種方式；而從結構來講，又有動圈式、動鐵式、平板型和圓筒型等形式。目前應用到數控機床上的主要有高精度高頻響小行程直線電動機與大推力長行程高精度直線電動機兩類。 直線伺服是高速高精數控機床的理想驅動模式，受到機床廠家的重視，技術發(fā)展迅速。在2001年歐洲機床展上，有幾十家公司展出直線電動機驅動的高速機床，快移速度達100～120m/min，加速度1.5～2g，其中尤以德國DMG公司與日本MAZAK公司最具代表性。2000年DMG公司已有28種機型采用直線電動機驅動，年產1500多臺，約占總產量的1/3。而MAZAK公司最近也將推出基于直線伺服系統(tǒng)的超音速加工中心，切削速度8馬赫，主軸最高轉速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g。所有這些，都標志著以直線電動機驅動為代表的第二代高速機床，將取代以高速滾珠絲杠驅動為代表的第一代高速機床，并在使用中逐步占據主導地位。 二、研究主要內容 1、硬件的設計 利用步進電動機帶動絲桿轉動，利用絲桿的轉動帶動工作臺的前進。對進給裝置電氣傳動系統(tǒng)的關鍵部件進行設計計算，同時也要對進給裝置傳動裝置的關鍵部件進行設計計算。 2、軟件的設計 利用PLC來實現對電機的控制。針對不同的工件調用相應的程序來對電機的運行進行控制，實現多工步自動推料進給。 三、實現方法及預期目標 1、硬件的實現方法 由于是大尺寸多工步自動推料進給裝置，故在工作臺的左右端各置一個推進裝置，且兩推進裝置之間采用同步帶連接，保證了工件在推進過程中的平行運動。 目前面臨的問題：自動推料進給裝置系統(tǒng)的進給裝置傳動部分的設計，主要是如何實現同步轉輪和的動力傳動 2、軟件的實現方法 利用高速脈沖輸出（PTO）發(fā)生器的多段管線功能來實現對步進電動機的脈沖輸出。數據的管理分為數據的存儲與調用。數據的存儲分為工件大小即工件號的存儲和零件步進數的存儲。數據的調用分為工件號的調用和步進數的調用。 注：PTO功能按照給定的脈沖個數和周期輸出一串方波，占空比為50％。PTO可以產生單段脈沖或通過使用脈沖包絡產生多段脈沖。必須為其設定脈沖個數和周期（以微秒或毫秒為單位）。S7-200的高速脈沖硬件發(fā)生器有兩個Q0.1和Q0.0，在使用PTO操作之前需要將兩者的過程映像寄存器清零，在高速脈沖輸出過程中，輸出負載至少為10%的額定負載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。因此在每個輸出波形包括三段：步進電機的加速（第一段）；步進電機的勻速（第二段）；步進電機的減速（第三段）。在這三個階段會產生周期增量，用以下公式來計算每個脈沖周期所使用的周期增量值，以便PTO發(fā)生器來調整： De給定段的周期增量=｜ECT－ICT｜／Q 其中：ECT=該段結束周期時間 ICT=該段開始周期時間 Q=該段的脈沖數量 PTO脈沖串的單段管線 在單段管線模式，需要為下一個脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動了起始PTO段，就必須按照第二個波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行PLS指令。第二個脈沖串的屬性在管線中一直保持到第一個脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲一段脈沖串的屬性。當第一個脈沖串發(fā)送完成時，接著輸出第二個波形，此時管線可以用于下一個新的脈沖串。重復這個過程可以再次設定下一個脈沖串的特性。 PTO脈沖串的多段管線 在多段管線模式，CPU自動從V存儲器區(qū)的包絡表中讀出每個脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入包絡表在V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。時間基準可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡表中的所有周期值必須使用同一個時間基準，而且在包絡正在運行時不能改變。執(zhí)行PLS指令來啟動多段操作。每段記錄的長度為8個字節(jié)，由16位周期值、16位周期增量值和32位脈沖個數值組成。圖1中給出了包絡表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負值將減少周期；輸入0將不改變周期。 當PTO包絡執(zhí)行時，當前啟動的段的編號保存在SMB166（或SMB176） 圖表 1 用指針對S7--200存儲區(qū)間接尋址 間接尋址是指用指針來訪問存儲區(qū)數據。指針以雙字的形式存儲其它存儲區(qū)的地址。只能用V存儲器、L存儲器或者累加器寄存器（AC1、AC2、AC3）作為指針。要建立一個指針，必須以雙字的形式，將需要間接尋址的存儲器地址移動到指針中。指針也可以作為參數傳遞到子程序中。S7--200允許指針訪問以下存儲區(qū)： I、Q、V、M、S、AI、AQ、SMT（僅限于當前值）和C（僅限于當前值）。您無法用間接尋址的方式訪問單獨的位，也不能訪問HC或者L存儲區(qū)。要使用間接尋址，您應該用“&”符號加上要訪問的存儲區(qū)地址來建立一個指針。指令的輸入操作數應該以“&”符號開頭來表明是存儲區(qū)的地址，而不是其內容將移動到指令的輸出操作數（指針）中。當指令中的操作數是指針時，應該在操作數前面加上“＊”號。如圖2所示，輸入*AC1指定AC1是一個指針，MOVW指令決定了指針指向的是一個字長的數據。在本例中，存儲在VB200和VB201中的數值被移動到累加器AC0中。 圖表 2 目前面臨的問題： （1）脈沖該如何輸出的？多段還是單段？ （2）數據該如何存儲？是否應該按工件號對數據進行存儲？ （3）數據該如何調用？可否采用間接尋址？ 3、目前需要解決的問題 （1）如何實現電壓的轉換。（24V轉5V） 解決方案：制作電壓轉換電路板，可以選擇帶公放功能的光耦，也可選擇帶公放功能的繼電器，這要根據實際情況和購買情況決定。 （2）教學設備相關定義（限位圓點定義） 解決方案：用萬用表測每個管腳電壓，逐步定義每個管腳號（根據左右極限時是否有電壓即可判斷左右極限位）注：每個軸的左右限位有可能反，實驗時應檢查。 4、重點難點 （1）數據管理系統(tǒng)的設計，如何找零件； （2）自動推料進給裝置的整體設計； （3）控制界面的設計，如何在屏上顯示； 四、對進度的具體安排 1～3周，按照調研提綱完成調研，寫出調研報告； 4周，擬出設計方案，完成開題報告； 5～７周，擬訂軟件方案、界面與程序通訊框架，完成控制功能初步設計； ８～10周，完成控制功能和界面詳細工程設計，準備總體結構設計； 11～12周，完成電氣和結構圖紙的草圖設計； 13～14周，完成裝配圖的設計； 15～16周，撰寫設計說明書，準備答辯。 五、參考文獻 1、PLC編程及應用； 2、S7-200用戶手冊； 3、BUILD 500用戶手冊； 4、PMAC手冊及網站； 5、siemens 網站； 6．E-VIEW網站。 指導教師： 年 月 日 督導教師： 年 月 日 領導小組審查意見： 審查人簽字 年 月 日 摘 要 推料進給系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。系統(tǒng)控制軟件配合硬件合理的組織、管理數據系統(tǒng)的輸入、數據處理和輸出信息與控制執(zhí)行部件，使數推料進給裝置按照操作者的要求，實現進給。操作者使用上位控制界面E-VIEW觸摸屏對系統(tǒng)進行進給控制。軟件使用西門子S7-200 PLC進行編程，對電機控制采用多段脈沖輸出，數據管理使用間接尋址。機械結構方面采用雙絲桿同時推動，兩根絲桿采用同步帶傳動，保證了工件進給的平穩(wěn)性。 關鍵詞：自動進給；可編程邏輯控制器；E-VIEW觸摸屏；間接尋址；絲桿； Abstract The feeding by pushing system is mainly comprised of hardware and software . System control software with rational hardware organization, the iuput of management data system, data processing and the output of the results and the control the executing assemblys, makes the system feed the material in accordance with the operators’requirements. The operator use the upper control interface E-VIEW touch screen to control the system . The control software is a Siemens S7-200 PLC program, adopting multi-pulse output to control the motor and indirect addressing to manage the data. The mechanical structure is realized by using two screws and the belt among them to ensure the stability of the material feeding. Keyword: automatic feeding; PLC; E-VIEW touch screen; indirect addressing ; screw; 目 錄 第一章 緒論 1．1 PLC在組合機床控制中的應用………………………………………………1 1．2課題的主要任務 ………………………………………………………………5 第二章 設備的測試與轉接板的制作 2．1 設備的測試 …………………………………………………………………6 2．2制作轉接板及電路分析 ……………………………………………………7 第三章 程序的設計 3．1 S7-200的工作原理……………………………………………………………13 3．2 高速脈沖輸出（PTO）…………………………………………………………14 3．3 PLC發(fā)脈沖程序設計 …………………………………………………………16 3.４ 數據在存儲器中的數據類型與間接尋址 ……………………………………17 ３.5 數據管理程序 …………………………………………………………………18 ３.6 分步運動程序分析 ……………………………………………………………19 第四章 大尺寸多工步自動推料進給裝置系統(tǒng)的上位系統(tǒng)設計（E-VIEW） 4．1 E-VIEW及其設計軟件MT500的介紹和使用方法 …………………………20 4．2 上外界面的編寫調試 ………………………………………………………… 20 第五章 大尺寸多工步自動推料進給裝置的結構設計 5．1 絲杠的選型計算及其校核 ……………………………………………………24 5．2 軸承的選型計算及其校核 ……………………………………………………27 5．3 減速器的選型 …………………………………………………………………28 5．4 電機的選型計算及其校核 ……………………………………………………29 5．5 聯軸器的選型計算及其校核……………………………………………………32 5．6 同步帶的選型計算及其校核……………………………………………………33 第六章 總結和心得體會 …………………………………………………………36 結束語 ………………………………………………………………………………37 參考文獻 ……………………………………………………………………………38 II 附件3：計算機程序 大尺寸多工步自動推料進給裝置控制數據管理系統(tǒng)設計 程序狀態(tài)表： 取數據文件號 VW90 存數據文件號 VW80 取數據偏移量 VD40 取數據指針 VD30 存數據偏移量 VD20 存數據指針 VD10 PTO允許位 SM77.7 scan_on_only_first SM0.1 第一次掃描接通，且只接通一次 always_on SM0.0 一直處于通狀態(tài) X_dir Q1.1 X軸方向 X_PLUS Q0.1 X軸脈沖 第五步不為零狀態(tài)位 M4.5 第四步不為零狀態(tài)位 M4.4 第三步不為零狀態(tài)位 M4.3 第二步不為零狀態(tài)位 M4.2 第一步不為零狀態(tài)位 M4.1 初始化開關 M2.6 存數據指示位 M2.5 數據轉化完成標志位 M2.3 取數據完成標志位 M2.2 取數據開關 M2.1 存數據開關 M2.0 第五次進給 M1.5 置一時表示可以進行第五步的進給 第四次進給 M1.4 置一時表示可以進行第四步的進給 第三次進給 M1.3 置一時表示可以進行第三步的進給 第二次進給 M1.2 置一時表示可以進行第二步的進給 第一次進給 M1.1 置一時表示可以進行第一步的進給 退回完成標志位 M0.3 開始加工 M0.2 ready M0.1 初始化完成等待工作 X_left_limit I0.3 X軸左極限位 X_right_limit I0.1 X軸右極限位 急停 M1.7 進給結束標志位 M1.6 進給 M0.5 主程序： TITLE=程序注釋 Network 1 LD M2.6 S M5.0, 1 R M1.6, 1 R M1.7, 1 Network 2 // 電機初始化的中斷條件 LD M5.0 ATCH INT0, 3 ENI R Q0.1, 1 R M2.6, 1 Network 3 // Network Title // 初始化 LD M5.0 LPS A I0.1 CALL SBR0 LPP AN I0.1 S M0.1, 1 Network 4 // 數據存取及禁止此時脈沖輸出 LDN SM77.7 A M0.1 LPS A M2.0 CALL SBR7 LPP A M2.1 CALL SBR8 Network 5 // vb200---vb204為取出的數據緩存區(qū) // vw300---vw304將取出的數據變換為16為后的暫存區(qū) // 并將vw300---vw304的數值轉化為脈沖數 LD M2.2 MOVW +100, VW300 *I VW200, VW300 MOVW +100, VW302 *I VW202, VW302 MOVW +100, VW304 *I VW204, VW304 MOVW +100, VW306 *I VW206, VW306 MOVW +100, VW308 *I VW208, VW308 R M2.2, 1 S M2.3, 1 Network 6 // vw400是將vw300---vw308五個數相加的結果放入，并減去加減速段的脈沖數，并將字轉化為雙字 LD M2.3 MOVW VW300, VW400 +I VW302, VW400 +I VW304, VW400 +I VW306, VW400 +I VW308, VW400 ITD VW400, VD420 R M2.3, 1 Network 7 LD M0.2 CALL SBR1 ATCH INT1, 20 S SM77.7, 1 PLS 1 Network 8 LD M0.3 R SM77.7, 1 PLS 1 R M0.3, 1 S M1.1, 1 R M0.2, 1 Network 9 // X_dirX_dirX_dir // 進行分布加工 LDN Q0.1 A M0.5 LPS A M1.1 CALL SBR2 LRD A M1.2 CALL SBR3 LRD A M1.3 CALL SBR4 LRD A M1.4 CALL SBR5 LRD A M1.5 CALL SBR6 LRD A M1.1 ATCH INT2, 20 LRD A M1.2 ATCH INT3, 20 LRD A M1.3 ATCH INT4, 20 LRD A M1.4 ATCH INT5, 20 LRD A M1.5 ATCH INT6, 20 LRD A I0.1 S SM77.7, 1 LRD PLS 1 LPP R M0.5, 1 Network 10 LD SM77.7 = M3.0 Network 11 LD M1.6 O M1.7 R SM77.7, 1 PLS 1 R M1.1, 1 R M1.2, 1 R M1.3, 1 R M1.4, 1 R M1.5, 1 初始化_復位： Network 1 // 網絡標題 // 設置PTO的控制字節(jié)和每段的周期和脈沖數 LD SM0.0 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD 9910, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 S Q1.1, 1 PLS 1 工作前準備工作： Network 1 // 網絡標題 // 將工作臺根據所調用的文件，將工作臺退回到相應的位置 LD SM0.0 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD VD420, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 第一步： TITLE=子程序注釋 Network 1 LD SM0.0 LPS AW<> VW300, 0 S M4.1, 1 LPP AW= VW300, 0 S M1.2, 1 R M1.1, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 Network 2 LD M4.1 ITD VW300, VD320 -D 90, VD320 Network 3 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M4.1 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +600, SMW178 MOVB 3, VB600 MOVW +50, VW601 MOVW -1, VW603 MOVD 45, VD605 MOVW +5, VW609 MOVW +0, VW611 MOVD VD320, VD613 MOVW +5, VW617 MOVW +1, VW619 MOVD 45, VD621 第二步： TITLE=子程序注釋 Network 1 LD SM0.0 LPS AW<> VW302, 0 S M4.2, 1 LPP AW= VW302, 0 S M1.3, 1 R M1.2, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 Network 2 LD M4.2 ITD VW302, VD330 -D 90, VD330 Network 3 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M4.2 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD VD330, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 第三步： TITLE=子程序注釋 Network 1 LD SM0.0 LPS AW<> VW304, 0 S M4.3, 1 LPP AW= VW304, 0 S M1.4, 1 R M1.3, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 Network 2 LD M4.3 ITD VW304, VD340 -D 90, VD340 Network 3 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M4.3 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD VD340, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 第四步： TITLE=子程序注釋 Network 1 LD SM0.0 LPS AW<> VW306, 0 S M4.4, 1 LPP AW= VW306, 0 S M1.5, 1 R M1.4, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 Network 2 LD M4.4 ITD VW306, VD350 -D 90, VD350 Network 3 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M4.4 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD VD350, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 第五步： TITLE=子程序注釋 Network 1 LD SM0.0 LPS AW<> VW308, 0 S M4.5, 1 LPP AW= VW308, 0 S M1.6, 1 R M1.5, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R Q1.1, 1 Network 2 LD M4.5 ITD VW308, VD360 -D 90, VD360 Network 3 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M4.5 MOVB 16#AC, SMB77 MOVW +500, SMW178 MOVB 3, VB500 MOVW +50, VW501 MOVW -1, VW503 MOVD 45, VD505 MOVW +5, VW509 MOVW +0, VW511 MOVD VD360, VD513 MOVW +5, VW517 MOVW +1, VW519 MOVD 45, VD521 存數據： TITLE=子程序注釋 Network 1 // // vb1000------vb1100 數據存儲區(qū) // vw80 存文件號地址 // vd10 數據存儲區(qū)指針 // vb100-------vb104 存數據緩存區(qū) LD SM0.0 MOVD &VB1000, VD10 ITD VW80, VD20 *D +10, VD20 +D VD20, VD10 BMW VW100, *VD10, 5 R M2.0, 1 S M2.4, 1 Network 2 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD M2.4 TON T37, 20 AN T37 = M2.5 取數據： TITLE=子程序注釋 Network 1 // // vb1000------vb1100 數據存儲區(qū) // vw90 存文件號地址 // vd30 數據存儲區(qū)指針 // vb200-------vb204 存數據緩存區(qū) LD SM0.0 MOVD &VB1000, VD30 ITD VW90, VD40 *D +10, VD40 +D VD40, VD30 BMW *VD30, VW200, 5 S M2.2, 1 R M2.1, 1 初始化結束中斷： Network 1 // Network Title // Network Comment LD SM0.0 R Q1.1, 1 S M0.1, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M5.0, 1 工作前準備工作中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M0.3, 1 S Q1.1, 1 第一步中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M1.2, 1 R M1.1, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M4.1, 1 第二步中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M1.3, 1 R M1.2, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M4.2, 1 第三步中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M1.4, 1 R M1.3, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M4.3, 1 第四步中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M1.5, 1 R M1.4, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M4.4, 1 第五步中斷： Network 1 // 網絡標題 // 網絡注釋 LD SM0.0 S M1.6, 1 R M1.5, 1 R SM77.7, 1 PLS 1 R M4.5, 1 R Q1.1, 1