大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì),尺寸,多工步,自動(dòng),進(jìn)給,裝置,控制,節(jié)制,數(shù)據(jù)管理,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置及控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1．1 PLC在組合機(jī)床控制中的應(yīng)用
一.可編程控制器的定義
可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。
二.PLC的特點(diǎn)
1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
3 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。
4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
5 體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
三.在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺
目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。
1 開關(guān)量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
2 模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。
3 運(yùn)動(dòng)控制
PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。
4 過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
5 數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
6 通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
7 PLC控制的數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)
一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，
伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。
8 控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求而設(shè)計(jì)，主要?jiǎng)澐譃槲宕竽K：即步進(jìn)電機(jī)控制模塊、定位控制模塊、數(shù)據(jù)撥盤輸入及數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)碼輸出顯示模塊、元件故障的自動(dòng)檢測與報(bào)警模塊。
由于整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)較為龐大，脈沖控制器產(chǎn)生0.1秒的控制脈沖，使移位寄存器移位，提供六拍時(shí)序脈沖，通過三相六拍環(huán)形分配器使三個(gè)輸出繼電器Y430、Y431、Y432按照單雙六拍的通電方式控制步進(jìn)電機(jī)。為實(shí)現(xiàn)定位控制，采用不同的計(jì)數(shù)器分別控制粗定位行程和精定位行程，計(jì)數(shù)器的設(shè)定值依據(jù)行程而定。例如，設(shè)刀具或工作臺欲從A點(diǎn)移至C點(diǎn)，已知AC＝200mm，把AC劃分為AB與BC兩段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段為粗定位行程，采用0.1mm/步的脈沖當(dāng)量快速移動(dòng)，利用了6位計(jì)數(shù)器（C660/C661），而BC段為精定位行程，采用0.01mm/步的脈沖當(dāng)量精確定位，利用了3位計(jì)數(shù)器C460，在粗定位結(jié)束進(jìn)入精定位的同時(shí)，PLC自動(dòng)接通電磁離合器輸出點(diǎn)Y433以實(shí)現(xiàn)變速機(jī)構(gòu)的更換。
9 PLC控制系統(tǒng)的接地方法
（1）由于PLC機(jī)柜和操作臺、配電柜等用電設(shè)備的金屬外殼及控制設(shè)備正常不帶電的金屬部分，由于各種原因（如腐蝕、絕緣破損等）而有可能帶危險(xiǎn)電壓，所以應(yīng)該進(jìn)行保護(hù)接地，低于36V供電的設(shè)備，無特殊要求可不做接地保護(hù)。
（2）PLC控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位是各回路工作的參考電位，基準(zhǔn)電位的連接線稱為系統(tǒng)地，通常是控制回路直流電源的零伏導(dǎo)線，系統(tǒng)接地的方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地方式。
（3）為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的屏蔽接地端子應(yīng)做屏蔽接地。其中信號回路接地和屏蔽接地又通稱為工作接地。
一般以上接地方法的控制原則是：保護(hù)地和工作地不能混用，這是由于在每一段電源保護(hù)地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏的電位差，這對低電平信號電路來說是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾。屏蔽地，當(dāng)信號電路是單點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)單點(diǎn)接地，如果電纜的屏蔽層接地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。
本系統(tǒng)采用的接地電阻都需要在規(guī)定的范圍內(nèi)，對于PLC組成的控制系統(tǒng)一般應(yīng)小于4Ω，而且要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，事前都需要進(jìn)行防腐處理。PLC組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置接地系統(tǒng)，也可以利用現(xiàn)場條件進(jìn)行“等電位聯(lián)結(jié)”進(jìn)行接地設(shè)計(jì)。
10 PLC控制梯形圖：
梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例：
它有兩組，第一組用以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止控制。第二組僅一個(gè)END指令，用以 結(jié)束程序。
11 梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系：
助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎耄筝敵觯ê渌幚恚?；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序?yàn)椋?
地址 指令 變量
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000
0004 END
反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖。
12 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：
如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。
有了這個(gè)對應(yīng)關(guān)系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術(shù)對傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。
四、數(shù)控滑臺的PLC控制方法
數(shù)控滑臺的控制因素主要有三個(gè)：
1 行程控制
一般液壓滑臺和機(jī)械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm）
d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）
2 進(jìn)給速度控制
伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)
3 進(jìn)給方向控制
進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。
五.PLC的國內(nèi)外狀況
世界上公認(rèn)的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。
20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。
我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。
六.PLC未來展望
21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。
1．2 課題的主要任務(wù)
1、硬件的設(shè)計(jì)
利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，利用絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)工作臺的前進(jìn)。對進(jìn)給裝置電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)也要對進(jìn)給裝置傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
2、軟件的設(shè)計(jì)
利用PLC來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。針對不同的工件調(diào)用相應(yīng)的程序來對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多工步自動(dòng)推料進(jìn)給。
第二章 設(shè)備的測試與轉(zhuǎn)接板的制作
2．1設(shè)備的測試
1、設(shè)備改造分析
原設(shè)備為PMAC設(shè)備，現(xiàn)在用的是其中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和限位關(guān)系，因此必須了解其中的MYCOM步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)關(guān)系和限位原點(diǎn)定義。
MYCOM步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器說明：
CP11端子：1-------5V
2-------PLUS（脈沖輸入）
3-------5V
4-------DIR（方向輸入）
CP12端子：1-------電機(jī)A向
2-------電機(jī)A/向
3-------電機(jī)B向
4-------電機(jī)B/向
CP13端子：1-------24V
2-------24V
3-------GND
4-------GND
要實(shí)現(xiàn)多工步自動(dòng)推料進(jìn)給，只要電機(jī)要按照規(guī)定的方式轉(zhuǎn)動(dòng)即可，故只需控制脈沖和方向。即只需將外部信號給CP11端子，CP12端子和CP13端子并不會(huì)影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，故可以用原PMAC設(shè)備的部件。
2、設(shè)備限位關(guān)系的測量
限位原點(diǎn)的定義：
經(jīng)過對原設(shè)備的觀察，得知原設(shè)備及限位開關(guān)是點(diǎn)接觸式的限位開關(guān)，故電壓大小不會(huì)影響其工作。
圖1
圖1為原PMAC設(shè)備的限位接控制輸入的十針插座，在各個(gè)位置時(shí)對十針插座的測量結(jié)果如下：
任意位置時(shí)：1、3、4、5、6、7、8、9接通
X電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸帶動(dòng)工作臺到X原點(diǎn)時(shí)：1、3、5、6、7、8、9接通
Y電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸帶動(dòng)工作臺到Y(jié)原點(diǎn)時(shí)：1、3、4、6、7、8、9接通
X電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸帶動(dòng)工作臺到X左極限時(shí)：1、3、4、5、7、8、9接通
X電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸帶動(dòng)工作臺到X右極限時(shí)：1、3、4、5、6、7、9接通
Y 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸帶動(dòng)工作臺到Y(jié)左極限時(shí)：1、3、4、5、6、8、9接通
Y 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸帶動(dòng)工作臺到Y(jié)右極限時(shí)：1、3、4、5、6、7、8接通
注：在測量X 軸向的各個(gè)位置時(shí)Y軸位于非圓點(diǎn)，非極限位：
在測量Y軸向的各個(gè)位置時(shí)X軸位于非圓點(diǎn)，非極限位。
由以上測量結(jié)果分析可知：
（1）、原設(shè)備的限位開關(guān)使用的是限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)；
（2）、原設(shè)備的COM端是1、3即模擬地，而2和10沒有使用；
?。?) 、X軸原點(diǎn)接入點(diǎn)為4，Y軸原點(diǎn)接入點(diǎn)為5，X軸左極限接入點(diǎn)為6，X軸右極限接入點(diǎn)為8，Y軸左極限接入點(diǎn)為7，Y軸右極限接入點(diǎn)為9。
可以得出原設(shè)備的限位接線關(guān)系如圖2 所示：
圖2
2．2制作轉(zhuǎn)接板及電路分析
１、 電路分析
要實(shí)現(xiàn)PLC對步進(jìn)電機(jī)的控制要做以下兩步：
（１）：將PLC的發(fā)出的脈沖和方向信號送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
（２）：將工作臺的限位開關(guān)引入到PLC的輸入點(diǎn)。
２、電路原理圖如圖３
圖３
其中電阻Ｒ１和Ｒ２分別為脈沖和方向的下拉電阻。
下拉電阻Ｒ１的連接說明：
程序編好后，經(jīng)PLC調(diào)試有脈沖輸出，但是當(dāng)它跟ＰＭＡＣ設(shè)備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接后電機(jī)卻不轉(zhuǎn)，為了解決這一問題做了以簡單的檢驗(yàn)設(shè)備，如圖４：
圖４
發(fā)光二極管的最大要求電流是10MA而所要測的電路中兩端電壓是5V，所以取得電阻為500歐姆。
檢驗(yàn)過程如下：
（1）、通過原設(shè)備的手搖設(shè)備使原設(shè)備有脈沖輸出并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，PLC的脈沖輸出是斷開的，經(jīng)檢驗(yàn)，發(fā)光二極管閃爍，得知原設(shè)備輸出的是高低電平脈沖。
（2）、將PLC接通并將程序輸入到PLC中，通過檢驗(yàn)PLC輸出端，此時(shí)輸出端沒有聯(lián)接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，經(jīng)檢查，發(fā)光二極管閃爍，得知PLC輸出的也是高低電平脈沖。
（3）、將PLC輸出端聯(lián)接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，并將檢驗(yàn)電路接到脈沖輸出端和0V之間，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)光二極管也閃爍。
通過以上的檢測，推理得知在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器里應(yīng)該有一個(gè)電容，當(dāng)脈沖處于高電平時(shí)電容充電，當(dāng)脈沖處于低電平時(shí)由于有電容，低電平不能馬上被輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器里，不能被識別所以電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)接一電阻時(shí)起到了將電容電壓拉低的作用，這樣低電平可以輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器里，這樣電機(jī)就可以轉(zhuǎn)了。示意圖如圖５：
圖５
下拉電阻Ｒ２的連接說明：
當(dāng)程序編好進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)不管ＰＬＣ方向控制輸出端是１還是０電機(jī)只是右轉(zhuǎn)，為分析并解決這一問題做以下測試：
（１）、將ＰＬＣ的方向輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器斷開，用萬用表的支流檔來測試ＰＬＣ的方向輸出端電壓是否有變化。測量結(jié)果是當(dāng)ＰＬＣ方向控制輸出端是１時(shí)該端電壓是５伏，當(dāng)ＰＬＣ方向控制輸出端是１時(shí)該端電壓是０伏。
（２）、將原設(shè)備的脈沖方向端接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，通過原設(shè)備的手搖設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。測量結(jié)果是當(dāng)電機(jī)右轉(zhuǎn)時(shí)方向控制端的電壓是５伏，當(dāng)電機(jī)左轉(zhuǎn)是方向輸出端的電壓是０伏，當(dāng)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)方向輸出端的電壓是５伏。
（３）將原設(shè)備的脈沖方向端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上斷開，測的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的方向控制端的電壓是５伏。
對測試結(jié)果分析得知：電壓驅(qū)動(dòng)器上在方向端提供５伏的電壓。故當(dāng)需要電機(jī)左轉(zhuǎn)時(shí)需要一個(gè)下拉電阻來將方向端的電壓拉低，使得電機(jī)可以左轉(zhuǎn)。通過使用ＰＬＣ來控制繼電器來使得電壓拉低。
環(huán)形分配器說明（如圖6）：
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種位電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱為環(huán)型脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)環(huán)型分配的力法有3種：一種是采用計(jì)算機(jī)軟件，利用查表或計(jì)算方法來進(jìn)行脈沖的環(huán)型分配，簡稱軟環(huán)分。該方法能充分利用計(jì)算機(jī)軟件資源，以降低硬件成本．尤其是對多相電動(dòng)機(jī)的脈沖分配具有更大的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟環(huán)分占用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，故會(huì)使插補(bǔ)—次的時(shí)間增加，易影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。另—種足采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)型脈沖分配器。這種方式靈活性很大，可搭接任意通電順序的環(huán)形脈沖型分配器，同時(shí)在工作時(shí)不占用計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間。第三種是采用專用環(huán)型分配器器件，如cH250，即為一種三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)專用環(huán)型分配器，它可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種環(huán)型分配，使用方便，接口簡單。
ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。 該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路 直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。
圖6
高低壓功串放大電路說明（如圖7）：
高低壓功串放大電路為采用脈沖變壓器T1組成的高低壓控制電路原理圖。吳脈沖輸入時(shí)，VT1、VT2、VT3、VT4均截至，電動(dòng)機(jī)繞組W無電流通過，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。
有脈沖輸入時(shí)，VT1、VT2、VT4飽和導(dǎo)通，在VT2由截止到飽和期間，其集電極電流，也就是脈沖變壓器T1的一次電流急劇增加，在變壓器二次側(cè)感生成一個(gè)電壓，使VT3導(dǎo)通，80V的高電壓經(jīng)高壓管VT3加到繞組W上，使電流迅速上升，當(dāng)VT2進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，T1一次側(cè)感電流暫時(shí)恒定，無磁通量變化，二次側(cè)的感應(yīng)電壓為0，VT3截至。這時(shí)，12V低壓電源經(jīng)VD1加到電動(dòng)機(jī)繞組W上并維持繞組中的電流。輸入脈沖結(jié)束后VT1、VT2、VT3、VT4又都截至，儲存在W中的能通過18Ω的電阻和VD2放電，18Ω電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形的后沿。該電路由于采用高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長加快，脈沖電流的前沿變陡，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率都得到提高。
高低壓功串放大電路由于僅在脈沖開始時(shí)的一瞬間接通高壓電源，其余時(shí)間均由低壓供電，故效率很高。又由于電流上升率高，故高速運(yùn)行性能好，但由于電流波形陡，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)震動(dòng)較大（尤其在低速運(yùn)行時(shí)）。
圖7
３、轉(zhuǎn)接板的說明
因?yàn)樵O(shè)備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和限位電纜位于原設(shè)備內(nèi)，要將PLC信號輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器并將限位電纜的限位信號取到PLC中，必須做一個(gè)裝接板，該板的功能有以下幾個(gè)：
（1）、將PLC信號輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
（2）、將限位電纜的限位信號取到PLC中
（3）、將5V電源分別送到PLC輸出端及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的脈沖輸入端
（4）、將電路的線合理的分布，不至于太亂
電路轉(zhuǎn)接板如圖８：
圖８
第三章 程序的設(shè)計(jì)
3．1 S7-200的工作原理
在PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，即以掃描模式工作。PLC的工作步驟一般有7個(gè)，如下：
（１）、讀取輸入
在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映象寄存器。CPU以字節(jié)（8位）為單位來讀寫輸入/輸出過程影響寄存器。
在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入電路的1/0狀態(tài)（或稱ON/OFF狀態(tài)）讀入輸入過程影響寄存器。外部的輸入電路閉合時(shí)，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸電接通，常閉觸電斷開。外接的輸入電路斷開時(shí)，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸電斷開，常閉觸電接通
（２）、執(zhí)行用戶程序
PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。
在執(zhí)行指令時(shí)，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只讀的輸入過程映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。
在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時(shí)，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)。這樣做在程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定；而且由于用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點(diǎn)快得讀哦，可高了程序的執(zhí)行速度。
（３）、通信處理
在通信請求處理階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。
（４）、CPU自診斷測試
自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。
（5）、改寫輸出
CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸電閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸電斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。
（６）、中斷程序的處理
如果在程序中使用了中斷，終端事件發(fā)生時(shí)，CPU停止正常的掃描工作模式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能能夠提高PLC對某些事件的響應(yīng)速度。
（7）、在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器得知被更新。
3．2 高速脈沖輸出（PTO）
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(diào)制（PWM）功能。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(gè)數(shù)。PWM可以輸出連續(xù)的、占空比可調(diào)的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬
S7--200有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個(gè)高速脈沖串或者一個(gè)脈寬調(diào)制波形。一個(gè)發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.0，另一個(gè)發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.1。一個(gè)指定的特殊寄存器（SM）位置為每個(gè)發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個(gè)控制字節(jié)（8位），一個(gè)計(jì)數(shù)值（32位無符號數(shù)）和一個(gè)周期或脈寬值（16位無符號數(shù)）。
PTO/PWM發(fā)生器與過程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0或Q0.1上激活PTO或PWM功能時(shí)，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時(shí)普通輸出點(diǎn)功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點(diǎn)強(qiáng)制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當(dāng)不使用PTO/PWM發(fā)生器功能時(shí)，對輸出點(diǎn)的控制權(quán)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(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生波形的啟動(dòng)和結(jié)束。
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(jì)數(shù)值的缺省值均為0。PTO/PWM的輸出負(fù)載至少為10％的額定負(fù)載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。
PTO按照給定的脈沖個(gè)數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50％）。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡(luò)）。可以指定脈沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。
在單段管線模式，需要為下一個(gè)脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動(dòng)了起始PTO段，就必須按照第二個(gè)波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行PLS指令。第二個(gè)脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個(gè)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(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖串發(fā)送完成時(shí)，接著輸出第二個(gè)波形，此時(shí)管線可以用于下一個(gè)新的脈沖串。重復(fù)這個(gè)過程可以再次設(shè)定下一個(gè)脈沖串的特性。除去以下兩種情況之外，脈沖串之間可以作到平滑轉(zhuǎn)換：時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生了變化或者在利用PLS指令捕捉到新脈沖之前，啟動(dòng)的脈沖串已經(jīng)完成。當(dāng)管線已滿時(shí)，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)寄存器的PTO溢出位（SM66.6或SM76.6）被置1。PLC進(jìn)入RUN模式時(shí)，該位被初始化為0。如果監(jiān)測到溢出，必須手工清除該位。
在多段管線模式，CPU自動(dòng)從V存儲器區(qū)的包絡(luò)表中讀出每個(gè)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(luò)表在V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。時(shí)間基準(zhǔn)可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡(luò)表中的所有周期值必須使用同一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而且在包絡(luò)正在運(yùn)行時(shí)不能改變。執(zhí)行PLS指令來啟動(dòng)多段操作。每段記錄的長度為8個(gè)字節(jié)，由16位周期值、16位周期增量值和32位脈沖個(gè)數(shù)值組成。表1中給出了包絡(luò)表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動(dòng)增減。在周期增量處輸入一個(gè)正值將增加周期；輸入一個(gè)負(fù)值將減少周期；輸入0將不改變周期。當(dāng)PTO包絡(luò)執(zhí)行時(shí)，當(dāng)前啟動(dòng)的段的編號保存在SMB166（或SMB176）。
表1
從包絡(luò)表開始的字節(jié)偏移
包絡(luò)段數(shù)
描述
0
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯(cuò)誤
1
1
初始周期（2~65535個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間單位）
3
每個(gè)脈沖的周期增量（-32768~32767個(gè)時(shí)間單位）
5
脈沖數(shù)（1~4294967295）
9
2
初始周期（2~65535個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間單位）
11
每個(gè)脈沖的周期增量（-32768~32767個(gè)時(shí)間單位
13
脈沖數(shù)（1~4294967295）
17
3
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯(cuò)誤
（繼續(xù)）
繼續(xù)
PLS指令會(huì)從特殊存儲器SM中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲值控制PTO/PWM發(fā)生器。SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。表2對用于控制PTO/PWM操作的存儲器給出了描述。
表2
Q0.0
Q0.1
描述
狀態(tài)字節(jié)
SM66.4
SM76.4
PTO包絡(luò)由于增量計(jì)算錯(cuò)誤而終止：0=無錯(cuò)誤，1=有錯(cuò)誤
SM66.5
SM76.5
PTO包絡(luò)因用戶命令中止：0=不是因用戶命令中止，1=因用戶命令中止
SM66.6
SM76.6
PTO管線溢出：0=無溢出，1=有溢出
SM66.7
SM76.7
PTO空閑位：0=PTO正在運(yùn)行。1=PTO空閑
控制字節(jié)
SM67.0
SM77.0
PTO/PWM更新周期值：1=寫新的周期值
SM67.1
SM77.1
PWM更新脈沖寬度值：1=寫新的脈沖寬度
SM67.2
SM77.2
PTO更新脈沖數(shù)：1=寫新的脈沖數(shù)
SM67.3
SM77.3
PTO/PWM基準(zhǔn)時(shí)間單位：0=1μs,1=1ms
SM67.4
SM77.4
PWM更新方式：0= 異步更新，1=同步更新
SM67.5
SM77.5
PTO操作：0=單段操作（脈沖和周期存在SM寄存器中）1=多段操作（包絡(luò)表存在V寄存器中）
SM67.6
SM77.6
PTO/PWM模式選擇：0= PTO，1= PWM
SM67.7
SM77.7
PTO/PWM有效位：0=無效，1=有效
其
他PTO
/PWM
寄存器
SMW68
SMW78
PTO/PWM周期值（2-65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）
SMW70
SMW80
PWM脈沖寬度值（2-65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）
SMD72
SMD82
PTO脈沖計(jì)數(shù)值（1-4，294，967，295）
SMB166
SMB176
運(yùn)行中的段數(shù)（僅在多段PTO操作中）
SMW168
SMW178
保絡(luò)表的起始位置，從V0開始的字節(jié)偏移量來表示（僅在多段PTO操作中）
SMB170
SMB180
線性包絡(luò)狀態(tài)字節(jié)
SMB171
SMB181
線性包絡(luò)結(jié)果寄存器
SMD172
SMD182
手動(dòng)模式頻率寄存器
可以通過修改SM存儲區(qū)（包括控制字節(jié)），然后執(zhí)行PLS指令來改變PTO或PWM波形的特性，也可以在任意時(shí)刻禁止PTO或者PWM波形，方法為：首先將控制字節(jié)中的使能位（SM67.7或者SM77.7）清0，然后執(zhí)行PLS指令。
PTO狀態(tài)字節(jié)中的空閑位（SM66.7或者SM76.7）標(biāo)志著脈沖串輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時(shí)，您可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。（參考中斷指令和通訊指令中的描述）。如果您使用多段操作，可以在整個(gè)包絡(luò)表完成之后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。
下列條件使SM66.4（或SM76.4）或SM66.5（或SM76.5）置位：
（1）如果周期增量使PTO在許多脈沖后產(chǎn)生非法周期值，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)算術(shù)溢出錯(cuò)誤，這會(huì)終止PTO功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計(jì)算錯(cuò)誤位（SM66.4或者SM76.4）置1，PLC的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂啤?
（2）如果要手動(dòng)終止一個(gè)正在進(jìn)行中的PTO包絡(luò)，要把狀態(tài)字節(jié)中的用戶終止位（SM66.5或SM76.5）置1。
（3）當(dāng)管線滿時(shí)，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲器中的PTO溢出位（SM66.6或者SM76.6）置1。如果想用該位檢測序列的溢出，必須在檢測到溢出后手動(dòng)清除該位。當(dāng)CPU切換至RUN模式時(shí)，該位被初始化為0。
如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72或SMD82）、脈沖寬度（SMW70或SMW80）或周期（SMW68
或SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些值和控制寄存器。如果要使用多段脈沖串操作，在使用PLS指令前也需要裝入包絡(luò)表的起始偏移量（SMW168或SMW178）和包絡(luò)表的值。
3．3 PLC發(fā)脈沖程序設(shè)計(jì)
在軟件編程前，必須根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)與工藝要求進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的“啟動(dòng)頻率”和“停止頻率”的標(biāo)定，步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)和停止時(shí)有一個(gè)加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動(dòng)作越平穩(wěn)。所以，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)—般要經(jīng)歷這樣—個(gè)變化過程：加速一恒速(高速)一減速一低速一停止。其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中—般采用如下運(yùn)行曲線，主要要考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)必須有個(gè)加速緩沖的過程，對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起保護(hù)作用。
其程序如下：
主程序
LD SM0.1
ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3
R Ｑ０.1, 1
CALL 包絡(luò)表子程序
包絡(luò)表子程序
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
PLS 1
初始化結(jié)束中斷
LD SM0.0
R SM77.7, 1
PLS 1
在主程序中先將脈沖輸出端清零(R Ｑ０.1, 1),并設(shè)置相應(yīng)的中斷（３位I0.1的下降沿），在中斷程序中禁止ＰＴＯ。接著調(diào)用相應(yīng)的子程序，在子程序中設(shè)置ＰＴＯ的控制字節(jié)（MOVB 16#AC, SMB77），十六進(jìn)制ＡＣ＝二進(jìn)制10101100,根據(jù)表２得知：ＰＴＯ允許；ＰＴＯ模式；多段操作；異步更新；基準(zhǔn)時(shí)間單位是１ms；寫新的脈沖數(shù)；不寫脈沖寬度；不寫新的周期值。接著在SMW178寄存器中設(shè)置包絡(luò)表的起始位置為vb500，根據(jù)表一設(shè)置包絡(luò)表中的周期值、周期增量和脈沖數(shù)。
計(jì)算包絡(luò)表的值：
周期增量值：De給定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q
其中：ECT=該段結(jié)束周期時(shí)間
ICT=該段初始化周期時(shí)間
Q=該段的脈沖數(shù)量
段的最后一個(gè)脈沖的周期在包絡(luò)中不直接指定，但必須計(jì)算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉(zhuǎn)換，知道段的最后一個(gè)脈沖的周期是有用的。計(jì)算段的最后一個(gè)脈沖周期的公式是：
段的最后一個(gè)脈沖的周期時(shí)間=ICT+（DEL*（Q--1））
其中：ICT=該段的初始化周期時(shí)間
DEL=該段的增量周期時(shí)間
Q=該段的脈沖數(shù)量
周期增量只能以微秒數(shù)或毫秒數(shù)指定，周期的修改在每個(gè)脈沖上進(jìn)行這兩項(xiàng)的影響使對于一個(gè)段的周期增量的計(jì)算可能需要疊代方法。對于結(jié)束周期值或給定段的脈沖個(gè)
數(shù)，可能需要作調(diào)整。在確定校正包絡(luò)表值的過程中，包絡(luò)段的持續(xù)時(shí)間很有用。按照下面的公式可以計(jì)算完成一個(gè)包絡(luò)段的時(shí)間長短：
包絡(luò)段的持續(xù)時(shí)間=Q*（ICT+（（DEL/2）*（Q--1）））
其中：Q=該段的脈沖數(shù)量
ICT=該段的初始化周期時(shí)間
DEL=該段的增量周期時(shí)間
3.４ 數(shù)據(jù)在存儲器中的數(shù)據(jù)類型與間接尋址
二進(jìn)制數(shù)的１位（bit）只有０和１兩種不同的值，可以用來表示開關(guān)量的兩種不同狀態(tài)。如果該位為１ ，則表示梯形圖中對應(yīng)的編程元件的線圈通電，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。以后稱改編程元件為１狀態(tài)。如果該位為０，對應(yīng)的編程元件的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為０狀態(tài)。位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型為BOOL型。
８位二進(jìn)制數(shù)組成１個(gè)字節(jié)，其中第０位為最低位，第７位為最高位。兩個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，兩個(gè)字組成一個(gè)雙字。一般用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號數(shù)，其中最高位為符號位，最高位為０時(shí)為正數(shù)，為１時(shí)為負(fù)數(shù)，最大的正數(shù)為１６＃７ＦＦＦ，１６＃表示十六進(jìn)制數(shù)。
位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，例如I3.2,其中的區(qū)域標(biāo)示符“Ｉ”表示輸入，字節(jié)地址為３，位地址為２，這種存取方式稱為“字節(jié)．位”尋址方式。
相鄰的兩個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，VW100表示由VB100和VB101組成的一個(gè)字，VW100中的Ｖ為區(qū)域標(biāo)示符，Ｗ表示字，１００為起始字節(jié)的地址。
VD100表示由VB100-VB103組成的雙字，V為區(qū)域標(biāo)示符，D表示存取雙字，１００為起始字節(jié)的地址。見圖９
圖９
間接尋址是指用指針來訪問存儲區(qū)數(shù)據(jù)。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(gè)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(dòng)到指針中。指針也可以作為參數(shù)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(dāng)前值）和C（僅限于當(dāng)前值）。您無法用間接尋址的方式訪問單獨(dú)的位，也不能訪問HC或者L存儲區(qū)。
要使用間接尋址，您應(yīng)該用“&”符號加上要訪問的存儲區(qū)地址來建立一個(gè)指針。指令的輸入操作數(shù)應(yīng)該以“&”符號開頭來表明是存儲區(qū)的地址，而不是其內(nèi)容將移動(dòng)到指令的輸出操作數(shù)（指針）中。
當(dāng)指令中的操作數(shù)是指針時(shí)，應(yīng)該在操作數(shù)前面加上“＊”號。如圖4--11所示，輸入*AC1指定AC1是一個(gè)指針，MOVW指令決定了指針指向的是一個(gè)字長的數(shù)據(jù)。在本例中，存儲在VB200和VB201中的數(shù)值被移動(dòng)到累加器AC0中。見圖１０
圖１０
３.5 數(shù)據(jù)管理程序
大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置的控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對指定文件自動(dòng)存取，文件存儲區(qū)的起始地址設(shè)在VB1000，當(dāng)通過上位機(jī)觸摸屏在數(shù)字輸入欄中輸入數(shù)值時(shí)，按下存數(shù)據(jù)鍵，PLC根據(jù)文件號自動(dòng)存到相應(yīng)的存儲區(qū)。當(dāng)需要對工件進(jìn)行加工時(shí)通過上位機(jī)輸入文件號，按下取數(shù)據(jù)鍵時(shí)，PLC根據(jù)文件號自動(dòng)取出相應(yīng)的存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。
其程序如下：
存數(shù)據(jù)子程序：
（vb1000 數(shù)據(jù)存儲區(qū)起始地址；vw80 存文件號地址；vd10 數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針，vb100-------vb104 存數(shù)據(jù)緩存區(qū)）
LD SM0.0
MOVD &VB1000, VD10 指定指針
ITD VW80, VD80 文件號數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換
*D +10, VD80
+D VD80, VD10 將偏移量與指針相加并給指針
BMW VW100, *VD10, 5 將存數(shù)據(jù)緩存區(qū)的５個(gè)數(shù)移到指針指向的地址
取數(shù)據(jù)子程序：
（vb1000 數(shù)據(jù)存儲區(qū)起始地址；vw90 存文件號地址；vd30 數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針；vb200-------vb204 存數(shù)據(jù)緩存區(qū)）
LD SM0.0
MOVD &VB1000, VD30 指定指針
ITD VW90, VD90 文件號數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換
*D +10, VD90
+D VD90, VD30 將偏移量與指針相加并給指針
BMW *VD30, VW200, 5 將指針指向地址以下的５個(gè)數(shù)移到取數(shù)據(jù)緩存區(qū)地址
存取的數(shù)據(jù)均為實(shí)際距離，且都為相對距離，單位是mm，要將距離轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，經(jīng)測量10000個(gè)脈沖電機(jī)走的距離是100mm，取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工進(jìn)給時(shí)要將距離轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，即將距離乘以100并給相應(yīng)的存脈沖數(shù)的寄存器。
３.6 分步運(yùn)動(dòng)程序分析
將取出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，分別放入五步所對應(yīng)的脈沖數(shù)存儲器里，并將第一步進(jìn)給允許位置一。在進(jìn)行第一步進(jìn)給時(shí)設(shè)置脈沖發(fā)送完畢進(jìn)中斷，在中斷程序中將第一步進(jìn)給允許位置0，設(shè)定第二步進(jìn)給允許，當(dāng)再次按下進(jìn)給按鈕，進(jìn)行第二步的進(jìn)給。在進(jìn)行第二步進(jìn)給時(shí)設(shè)置脈沖發(fā)送完畢進(jìn)中斷，在中斷程序中將第二步進(jìn)給允許位置0，設(shè)定第三步進(jìn)給允許，當(dāng)再次按下進(jìn)給按鈕，進(jìn)行第三步的進(jìn)給。第三步、第四部和第五步一樣，在第五步的中斷里設(shè)定進(jìn)給結(jié)束標(biāo)志位，外界知道進(jìn)給結(jié)束。
第四章 大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置系統(tǒng)的上位系統(tǒng)設(shè)計(jì)（E-VIEW）
4．1 E-VIEW及其設(shè)計(jì)軟件MT500的介紹
PLC(Programmable Logical Controller) 通常稱為可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，由于它擁有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性，使它的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)被稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱(即PLC、機(jī)器人和CAD/CAM)之一。
人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機(jī)械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機(jī)界面能夠明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作變的簡單生動(dòng)`，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個(gè)機(jī)器設(shè)備。使用人機(jī)界面還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，同時(shí)也能減少PLC控制器所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)的成本同時(shí)由于面板控制的小型化及高性能，相對的提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。
觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如:自動(dòng)化停車設(shè)備、自動(dòng)洗車機(jī)、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可用于智能大廈管理、會(huì)議室聲光控制、溫度調(diào)整。
隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機(jī)器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機(jī)界面， PLC控制器強(qiáng)大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡便的人機(jī)的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)運(yùn)而生無疑是21世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新。
MT500系列觸摸屏是專門面向PLC應(yīng)用的，它不同于一些簡單的儀表式或其它的一些簡單的控制PLC的設(shè)備，其功能非常強(qiáng)大，使用非常方便，非常適合現(xiàn)代工業(yè)越來越龐大的工作量及功能的需求。日益成為現(xiàn)代工業(yè)必不可少的設(shè)備之一。
一般的人機(jī)界面的軟件主要提供以下幾個(gè)功能:
?? 指示燈(PLC I/O顯示、內(nèi)部節(jié)點(diǎn)顯示、多段指示燈等)
?? 開關(guān) (位狀態(tài)型開關(guān)、多段開關(guān)、切換窗口開關(guān)等)
?? 各種動(dòng)態(tài)圖表 (棒圖、儀表、移動(dòng)元件、趨勢圖等)
?? 數(shù)據(jù)顯示 (數(shù)值顯示、ASCII顯示、文字顯示等)
?? 數(shù)據(jù)輸入 (數(shù)值輸入、ASCII輸入、文字輸入等)
?? 異常報(bào)警 (報(bào)警顯示、跑馬燈顯示、事件顯示等)
?? 靜態(tài)顯示 (直線、圓、矩形、文字等)
4．2 上外界面的編寫調(diào)試
1、開機(jī)界面
其中進(jìn)入按鈕為功能鍵，進(jìn)入下一個(gè)界面。
2、數(shù)據(jù)管理界面
該界面分為數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)調(diào)用，按下按鈕時(shí)分別進(jìn)入相應(yīng)的界面，同時(shí)還有一返回鍵
3、數(shù)據(jù)存儲界面
該界面可以輸入數(shù)據(jù)存儲界面，通過村數(shù)據(jù)按鈕將輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)文件號存入相應(yīng)的寄存器，同時(shí)還有一個(gè)村數(shù)據(jù)完成知識燈。但數(shù)據(jù)輸入完畢后按下“返回”鍵，回到上一界面。
4、數(shù)據(jù)調(diào)用界面
該界面主要完成數(shù)據(jù)的調(diào)用及對所調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工進(jìn)給。輸入文件號，按下“取數(shù)據(jù)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)取出文件號所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)開始加工按鈕按下后，系統(tǒng)會(huì)自行退回到進(jìn)給位置，完成后第一步進(jìn)給等待中，相應(yīng)的指示燈亮，按下進(jìn)給按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行第一步的進(jìn)給，同時(shí)相應(yīng)的進(jìn)給指示燈閃爍，第一步借給結(jié)束后第二步進(jìn)給等待中，相應(yīng)的指示燈亮，操作同第一步進(jìn)給。在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下“急停”按鈕，系統(tǒng)立刻停止進(jìn)給。待緊急情況排除后，可以繼續(xù)進(jìn)給。
第五章 大尺寸多工步自動(dòng)推料進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5．1 絲杠的選型計(jì)算及其校核
滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置,它具有下列特點(diǎn)。
①摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率可達(dá)0.92%～0.96%,是普通華東絲杠螺母機(jī)構(gòu)的3～4倍,而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為華東絲杠螺母機(jī)構(gòu)的四分之一。
②運(yùn)動(dòng)平、摩擦力小靈敏度高、低速時(shí)無爬行 由于主要可以存在是滾動(dòng)摩擦,不僅動(dòng)、靜摩擦系數(shù)都很小,且其差值很小,因而啟動(dòng)
收藏