2432 大尺寸多工步自動推料進(jìn)給裝置及控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2432 大尺寸多工步自動推料進(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,進(jìn)給,裝置,控制,節(jié)制,數(shù)據(jù)管理,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
第 1 頁 共 38 頁大尺寸多工步自動推料進(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（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、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 平均無故障時間高達(dá) 30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。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)故障時可及時發(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、第 2 頁 共 38 頁輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(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)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。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)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(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≈票怼?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)床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(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)動器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動機(jī)構(gòu)等部分組成， 伺服傳動機(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，具有傳動效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動精度高、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)，主要劃分為五大模塊：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、元件故障的自動檢測與報(bào)警模塊。 由于整個軟件結(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，第 3 頁 共 38 頁提供六拍時序脈沖，通過三相六拍環(huán)形分配器使三個輸出繼電器 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，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，PLC 自動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非常嚴(yán)重的干擾。屏蔽地，當(dāng)信號電路是單點(diǎn)接地時，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)有一個以上時，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)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（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、停止控制。第二組僅一個 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 第 4 頁 共 38 頁反之根據(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： 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)?A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進(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、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。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可第 5 頁 共 38 頁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，這個時期發(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)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(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)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(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)電動機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，利用絲桿的轉(zhuǎn)動帶動工作臺的前進(jìn)。對進(jìn)給裝置電氣傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，同時也要對進(jìn)給裝置傳動裝置的關(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)多工步自動推料進(jìn)給。第 6 頁 共 38 頁第二章 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)動關(guān)系和限位原點(diǎn)定義。MYCOM 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器說明：CP11 端子： 1-------5V2-------PLUS（脈沖輸入）3-------5V4-------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-------24V2-------24V3-------GND4-------GND要實(shí)現(xiàn)多工步自動推料進(jìn)給，只要電機(jī)要按照規(guī)定的方式轉(zhuǎn)動即可，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 端子并不會影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，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)，故電壓大小不會影響其工作。第 7 頁 共 38 頁圖 1圖 1 為原 PMAC 設(shè)備的限位接控制輸入的十針插座，在各個位置時對十針插座的測量結(jié)果如下：任意位置時：1、3、4、5、6、7、8、9 接通X 電機(jī)轉(zhuǎn)動，X 軸帶動工作臺到 X 原點(diǎn)時：1、3、5、6、7、8、9 接通Y 電機(jī)轉(zhuǎn)動，Y 軸帶動工作臺到 Y 原點(diǎn)時：1、3、4、6、7、8、9 接通X 電機(jī)轉(zhuǎn)動，X 軸帶動工作臺到 X 左極限時：1、3、4、5、7、8、9 接通X 電機(jī)轉(zhuǎn)動，X 軸帶動工作臺到 X 右極限時：1、3、4、5、6、7、9 接通Y 電機(jī)轉(zhuǎn)動，Y 軸帶動工作臺到 Y 左極限時：1、3、4、5、6、8、9 接通Y 電機(jī)轉(zhuǎn)動，Y 軸帶動工作臺到 Y 右極限時：1、3、4、5、6、7、8 接通注：在測量 X 軸向的各個位置時 Y 軸位于非圓點(diǎn)，非極限位：在測量 Y 軸向的各個位置時 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；（3) 、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：第 8 頁 共 38 頁圖 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：第 9 頁 共 38 頁程序編好后，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)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，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，此時輸出端沒有聯(lián)接到電機(jī)驅(qū)動器上，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)動器上，并將檢驗(yàn)電路接到脈沖輸出端和 0V 之間，此時電機(jī)轉(zhuǎn)動，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)動器里應(yīng)該有一個電容，當(dāng)脈沖處于高電平時電容充電，當(dāng)脈沖處于低電平時由于有電容，低電平不能馬上被輸入到電機(jī)驅(qū)動器里，不能被識別所以電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)接一電阻時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，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時該端電壓是５伏，當(dāng)ＰＬＣ方向控制輸出端是１時該端電壓是０伏。（２） 、將原設(shè)備的脈沖方向端接到電機(jī)驅(qū)動器上，通過原設(shè)備的手搖設(shè)備驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。測量結(jié)果是當(dāng)電機(jī)右轉(zhuǎn)時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)時方向輸出端的電壓是５伏。第 10 頁 共 38 頁（３）將原設(shè)備的脈沖方向端與電機(jī)驅(qū)動器上斷開，測的電機(jī)驅(qū)動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)時需要一個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)行時間，故會使插補(bǔ)—次的時間增加，易影響步進(jìn)電動機(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，同時在工作時不占用計(jì)算機(jī)的工作時間。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)電動機(jī)專用環(huán)型分配器，它可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動機(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 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，VT1 、VT2、VT3 、VT4 均截至，電動機(jī)繞組 W 無電流通過，電動機(jī)不轉(zhuǎn)。有脈沖輸入時，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)第 11 頁 共 38 頁定狀態(tài)后，T1 一次側(cè)感電流暫時恒定，無磁通量變化，二次側(cè)的感應(yīng)電壓為 0，VT3 截至。這時，12V 低壓電源經(jīng) VD1 加到電動機(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，電流增長加快，脈沖電流的前沿變陡，電動機(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的一瞬間接通高壓電源，其余時間均由低壓供電，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，有時還會產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機(jī)運(yùn)行時震動較大（尤其在低速運(yùn)行時） 。圖 7３、轉(zhuǎn)接板的說明因?yàn)樵O(shè)備的電機(jī)驅(qū)動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)動器并將限位電纜的限位信號取到 PLC 中，必須做一個裝接板，該板的功能有以下幾個：（1） 、將 PLC 信號輸入到電機(jī)驅(qū)動器（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：第 12 頁 共 38 頁圖８第 13 頁 共 38 頁第三章 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，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，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，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，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，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)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，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，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，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 指令讀第 14 頁 共 38 頁輸入點(diǎn)的值時，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，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 PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈寬調(diào)制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.0，另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn) 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(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（8 位），一個計(jì)數(shù)值（32 位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（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，PTO/PWM 發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時普通輸出點(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，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(dāng)?shù)谝粋€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(fù)這個過程可以再次設(shè)定下一個脈沖串的特性。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，啟動的脈沖串已經(jīng)完成。當(dāng)管線已滿時，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，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 自動從 V存儲器區(qū)的包絡(luò)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(luò)表在 V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168 或 SMW178）。時間基準(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時間基準(zhǔn)，而且在包絡(luò)正在運(yùn)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(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增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負(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，當(dāng)前啟動的段的編號保存在 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)生致命錯誤1 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）3 1 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位）第 15 頁 共 38 頁5 脈沖數(shù)（1~4294967295）9 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）11 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位132脈沖數(shù)（1~4294967295）17 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產(chǎn)生致命錯誤（繼續(xù)）3繼續(xù)PLS指令會從特殊存儲器 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 2Q0.0 Q0.1 描述SM66.4 SM76.4 PTO包絡(luò)由于增量計(jì)算錯誤而終止：0=無錯誤，1=有錯誤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=有溢出狀態(tài)字節(jié)SM66.7 SM76.7 PTO空閑位：0=PTO 正在運(yùn)行。1=PTO 空閑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)時間單位：0=1μs,1=1msSM67.4 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控制字節(jié)SM67.7 SM77.7 PTO/PWM有效位：0=無效，1=有效SMW68 SMW78 PTO/PWM周期值（2-65535 倍時間基準(zhǔn)）SMW70 SMW80 PWM脈沖寬度值（2-65535 倍時間基準(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)果寄存器其他PTO/PWM寄存器SMD172 SMD182 手動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，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：第 16 頁 共 38 頁（1）如果周期增量使 PTO在許多脈沖后產(chǎn)生非法周期值，會產(chǎn)生一個算術(shù)溢出錯誤，這會終止 PTO功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計(jì)算錯誤位（SM66.4 或者 SM76.4）置 1，PLC 的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂?。?）如果要手動終止一個正在進(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，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清除該位。當(dāng) CPU切換至 RUN模式時，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)在起動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)。所以，步進(jìn)電機(jī)工作時—般要經(jīng)歷這樣—個變化過程：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)電動機(jī)的起動時必須有個加速緩沖的過程，對步進(jìn)電動機(jī)起保護(hù)作用。其程序如下：主程序LD SM0.1ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3R Ｑ０.1, 1CALL 包絡(luò)表子程序包絡(luò)表子程序LD SM0.0MOVB 16#AC, SMB77MOVW +500, SMW178MOVB 3, VB500MOVW +50, VW501MOVW -1, VW503MOVD 45, VD505MOVW +5, VW509MOVW +0, VW511MOVD 9910, VD513MOVW +5, VW517MOVW +1, VW519MOVD 45, VD521PLS 1初始化結(jié)束中斷第 17 頁 共 38 頁LD SM0.0R SM77.7, 1PLS 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)束周期時間ICT=該段初始化周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量段的最后一個脈沖的周期在包絡(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，知道段的最后一個脈沖的周期是有用的。計(jì)算段的最后一個脈沖周期的公式是：段的最后一個脈沖的周期時間=ICT+（DEL*（Q--1））其中：ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間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，周期的修改在每個脈沖上進(jìn)行這兩項(xiàng)的影響使對于一個段的周期增量的計(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)時間很有用。按照下面的公式可以計(jì)算完成一個包絡(luò)段的時間長短：包絡(luò)段的持續(xù)時間=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間DEL=該段的增量周期時間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個字節(jié)，其中第０位為最低位，第７位為最高位。兩個字節(jié)組成一個字，兩個字組成一個雙字。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時為正數(shù)，為１時為負(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。相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，VW100表示由VB100和VB101組成的一個字，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為起第 18 頁 共 38 頁始字節(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(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，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是一個指針，MOVW指令決定了指針指向的是一個字長的數(shù)據(jù)。在本例中，存儲在VB200和VB201中的數(shù)值被移動到累加器AC0中。見圖１０圖１０３.5 數(shù)據(jù)管理程序大尺寸多工步自動推料進(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，按下存數(shù)據(jù)鍵，PLC 根據(jù)文件號自動存到相應(yīng)的存儲區(qū)。當(dāng)需要對工件進(jìn)行加工時通過上位機(jī)輸入文件號，按下取數(shù)據(jù)鍵時，PLC 根據(jù)文件號自動取出相應(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)）第 19 頁 共 38 頁LD SM0.0MOVD &VB1000, VD10 指定指針I(yè)TD 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 SM0.0MOVD &VB1000, VD30 指定指針I(yè)TD 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 20 頁 共 38 頁第四章 大尺寸多工步自動推料進(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`，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:自動化停車設(shè)備、自動洗車機(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)自動化領(lǐng)域里的一個巨大的革新。 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) ? 各種動態(tài)圖表 (棒圖、儀表、移動元件、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)入下一個界面。第 21 頁 共 38 頁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，按下按鈕時分別進(jìn)入相應(yīng)的界面，同時還有一返回鍵第 22 頁 共 38 頁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，同時還有一個村數(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)用界面第 23 頁 共 38 頁該界面主要完成數(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，按下“急?！卑粹o，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 24 頁 共 38 頁第五章 大尺寸多工步自動推料進(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)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置,它具有下列特點(diǎn)。 ①摩擦損失小、傳動效率高 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動效率可達(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)動轉(zhuǎn)矩僅為華東絲杠螺母機(jī)構(gòu)的四分之一。②運(yùn)動平、摩擦力小靈敏度高、低速時無爬行 由于主要可以存在是滾動摩擦,不僅動、靜摩擦系數(shù)都很小,且其差值很小,因而啟動轉(zhuǎn)矩小,動作靈敏,即使在低速情況下也不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。③軸向剛度高、
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