【正文】 數(shù)據(jù)量的修改，其能力比于 STD 工控機(jī)稍差，但是單純從開關(guān)量的控制來說， PLC則是不二選擇。這種軟件繼承了 PLC 廠家的指令系統(tǒng)，而且廠家針對(duì)各自的 PLC 特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的修改和功能增強(qiáng)。相比于單片機(jī) ，天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 他的輸入輸出更加的接近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，不需要再在控制器與設(shè)備之間加更多的轉(zhuǎn)換以及驅(qū)動(dòng)單元，這樣大大節(jié)省了設(shè)備組建的時(shí)間和工程量。機(jī)械臂的控制器如果選用 PLC，不僅能夠減小體積和重量，而且控制方式靈活、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修容易，更重要的是可以便于以后的擴(kuò)展和改造。綜上所述，機(jī)械臂的控制方式選擇 PLC進(jìn)行控制最高效可靠。各部分通過總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成 [9]。硬件系統(tǒng)和軟件程序合二為一組成了一個(gè)完整的 PLC 系統(tǒng)，他們相輔相成，缺了那一部分都不能正常工作。可編程邏輯控制器的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，它是 將程序存儲(chǔ)在自身內(nèi)置的存儲(chǔ)芯片上，根據(jù)用戶存儲(chǔ)在芯片中的程序進(jìn)行控制，如果遇到控制對(duì)象改變或者工藝流程改進(jìn)的話，不需要將整個(gè)系統(tǒng)拆除，只需要將相應(yīng)的線接好然后根據(jù)需要編寫控制程序即可。而且為了讓 PLC 在環(huán)境極為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定工作，工程師們還在其設(shè)計(jì)和制造過程中對(duì) PLC 的硬件層面和軟件層面采用了一系列可靠的抗干擾措施，讓其在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)也能游刃有余。 功能強(qiáng) 現(xiàn)代化的 PLC 不僅具有傳統(tǒng)條件控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且更加強(qiáng)大的是它能夠完成 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等任務(wù)。 但是，可編程序邏輯控制器控制也有其不足的地方，在價(jià)格上高于繼電器，在開發(fā)易用性上不如單片機(jī)，而且程序不通用，不同廠家的 PLC 程序不能通 用，都需要各自的編程軟件和配套的功能模塊。另外，工業(yè)生產(chǎn)中采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計(jì)施工周期，盡快投入生產(chǎn)。價(jià)格相對(duì)于其他兩種控制系統(tǒng)來說不能作為選擇 PLC 品牌的一個(gè)因素，而可靠性和易用性則是選擇 PLC 無可挑剔的重要原因。而且這些功能都是在傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)化程度高通信能力天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 強(qiáng)是 PLC 的發(fā)展目標(biāo)，向下可與多個(gè) PLC 相連，向上可以接入計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等來構(gòu)成整個(gè)工廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械臂的動(dòng)作，相比直流電機(jī)有更好的制動(dòng)效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理，如圖 32 所示。 PLC 通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動(dòng)器光耦的開合，當(dāng) PLC 輸出線圈得電 表 31 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時(shí)間 5 — 1 μs 表 32 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 33 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部確定 動(dòng)態(tài)改細(xì)分 /禁止工作 OFF OFF OFF 表 34 接線信號(hào)描述 信 號(hào) 功 能 天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) PUL 脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步 DIR 方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向， TTL 平驅(qū)動(dòng) OPTO 光耦驅(qū)動(dòng)電源 ENA 使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止 GND 直流電源地 +V 直流電源正極，典型值 +24V A+ 電機(jī) A 相 A 電機(jī) A 相 B+ 電機(jī) B 相 B 電機(jī) B 相 時(shí)，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器光耦導(dǎo)通，當(dāng) PLC 輸出線圈失電時(shí)， 晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動(dòng)器光耦截止。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有 機(jī)電時(shí)間常數(shù) 小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。 伺服驅(qū)動(dòng)器均采用 數(shù)字信號(hào)處理器 （ DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是 ACDCAC 的過程。 可靠性高 要求 數(shù)控機(jī)床 的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng) 等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。機(jī)械臂的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。 行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時(shí)，常開點(diǎn)閉合。 COM 端接 PLC 的傳感器電源負(fù)端。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器，有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作，且每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，需要加方向信號(hào)。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械臂放松；該線圈斷電時(shí)，機(jī)械臂夾緊 [13]。上升到底時(shí)碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。上升到頂時(shí)，碰到上限位開 關(guān)，上升停止。放松后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械臂上升。機(jī)械臂后縮，當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步 進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下降。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。 表 35 PLC 的 I/O 分配表 編程指令的選擇 方案一：使用起保停電路的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會(huì)有很大幫助。 PLC 程序的設(shè)計(jì) 梯形圖見附錄 名稱 輸入 名稱 輸出 右限位 1 步進(jìn)電機(jī) PUL 右限位 2 步進(jìn)電機(jī) DIR 右限位 3 步進(jìn)電機(jī) ENA 左限位 伺服電機(jī)方向 下限位 伺服電機(jī)使能 上限位 伺服電機(jī)脈沖 步進(jìn)限位 夾瓶氣動(dòng)閥 啟動(dòng)按鈕 直流電機(jī) + 復(fù)位按鈕 直流電機(jī) 天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 PLC 的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。初級(jí)與次級(jí)之 間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N 系列可編程控制器，所以有直流 24V 輸出接線端。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 5。機(jī)械臂運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。 組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。 組態(tài)王在 web 發(fā)布方面取得新的突破，全新版的 Web 發(fā)布可以實(shí)現(xiàn)畫面 發(fā)布，數(shù)據(jù)發(fā)布和 OCX 控件發(fā)布，同時(shí)保留了組態(tài)王 Web 的所有功能： IE 瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫面， IE 客戶端與 Web 服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡(luò)您可以在任何地方獲得與 Web 服務(wù)器上相同的畫面和數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表顯示、報(bào)警顯示等，同時(shí)可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的功能。能夠更好地滿足高端客戶對(duì)存儲(chǔ)速度和存儲(chǔ)容量的要求，完全滿足了客戶實(shí)時(shí)查看和檢索歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的要求。 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 圖 42 組態(tài)王 用戶應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 組態(tài)王的主要特性和功能 (1)實(shí)驗(yàn)全部用 軟件 來實(shí)現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成 自動(dòng)控制系統(tǒng) 課程的實(shí)驗(yàn) ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。 (2)數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫 ,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述 工控 對(duì)象的各種屬性 ,比如水位、流量等。它是基于 WIN95/98/NT 視窗結(jié)構(gòu)，能夠快速構(gòu)造和生成數(shù)據(jù)管理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等界面，輕松實(shí)現(xiàn)各種工程曲線、報(bào)表、數(shù)據(jù)瀏覽、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程診斷等功能的先進(jìn)軟件。使用 ActiveDLL 把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)之中，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板、智能模塊、智能儀表、 PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它支持 ActiveX 控件，包括溫控曲線、實(shí)時(shí)曲線、計(jì)劃曲線、歷史曲線、 XY 曲線、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、單行報(bào)表、配方管理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫瀏覽統(tǒng)計(jì)、多媒體輸出等眾多構(gòu)件。 天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢。它還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持 TCP/IP、 MODEM、 485/422/232 等多種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方案，提供 4 級(jí)安全保密機(jī)制。 數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)件可同時(shí)以表格和曲線的形式顯示存盤數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線可以動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定上下限值和時(shí)間的長(zhǎng)短，以便于用戶查詢，同時(shí)提供 EXCEL報(bào)表和姿態(tài)網(wǎng)自由報(bào)表。 主控窗口 設(shè)備窗口 用戶窗口 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 運(yùn)行策略 姿態(tài)網(wǎng)工控組態(tài)軟件 菜單設(shè)計(jì) 設(shè)置工程屬性 設(shè)定存盤結(jié)構(gòu) 添加工程設(shè)備 連接設(shè)備變量 注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 創(chuàng)建動(dòng)畫顯示 設(shè)置報(bào)警窗口 人機(jī)交互界面 定義數(shù)據(jù)變量 編寫控制流程 使用功能構(gòu)件 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 運(yùn)行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài)結(jié)果 數(shù)據(jù)庫 天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 組態(tài)王的編程語言 組態(tài)王組態(tài)軟件，采用 C++語言編制，核心為組態(tài)結(jié)構(gòu)。對(duì)用戶而言 ,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單 ,參數(shù)輸入與修改靈活 ,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力 ,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性 曲線 ,能很直觀地顯示 控制系統(tǒng) 的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲 線 ,這些很強(qiáng)的交互能力使其在 自動(dòng)控制系統(tǒng) 的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了組態(tài)王系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如圖 41 所示。 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 KingHistorian 是亞控新近推出的獨(dú)立開發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。 組態(tài)王在保留了原報(bào)表所有功能的基礎(chǔ)上新增了報(bào)表向?qū)Чδ埽軌蛞越M態(tài)王的歷史庫或 KingHistorian 為數(shù)據(jù)源，快速建立所需的班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表和年報(bào)表。 組態(tài)王 是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的 自動(dòng)化 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。在使用梯形圖指令編程時(shí)，剛開始由于對(duì)梯形圖指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械臂模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時(shí)，機(jī)械臂動(dòng)作不符合控制要求。良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 然發(fā)生的電壓沖擊危害。 接地 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠 [16]。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。 （ 3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉?PLC 輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使 PLC 輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。因此，討論 PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。 STL 指令（步進(jìn)梯形指令）是三菱廠家設(shè)計(jì)的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代碼較短。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長(zhǎng)。故選用和利時(shí) LM3106A 主機(jī)，該機(jī)輸入點(diǎn)為 14 個(gè)，輸出點(diǎn)為 10 個(gè)。至此，機(jī)械臂經(jīng)過八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán) [14]。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下降。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械臂夾緊。機(jī)械臂的動(dòng)作示意圖如圖 36 所示機(jī)械臂若不在原點(diǎn)則 PLC 向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮?；D(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)是通過兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)的。 天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 34 電