【正文】 設(shè)計（論文）題目 基于PLC的數(shù)字程序控制的模擬 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間 日至 日畢業(yè)設(shè)計（論文）進行地點 自動化學院實驗中心 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容及要求：(一)主要內(nèi)容數(shù)字程序控制就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械(如各種加工機床)按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。利用PLC實現(xiàn)直線插補算法，并完成二維數(shù)控平臺模擬控制；利用組態(tài)軟件實現(xiàn)兩個坐標軸步進電機狀態(tài)的監(jiān)控以及繪制直線插補的運動軌跡。（4）設(shè)計PLC直線插補的程序。本文主要研究基于PLC的數(shù)字程序控制的模擬，主要研究內(nèi)容包括：1）逐點比較法直線插補和圓弧插補PLC程序設(shè)計。該組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)擁有良好的人機界面，通用性好，操作簡單、方便、易于實現(xiàn)PLC的集中監(jiān)控和管理等特點，具有較廣泛的應(yīng)用前景。大多數(shù)的自動化控制只是單純的從大的方面節(jié)省人力，而沒有針對各個細節(jié)操作進行分別控制，從而不能有效做到生產(chǎn)產(chǎn)品精確加工和完全自動加工，也造成了人力資源的浪費。 總而言之，在現(xiàn)在的生活、生產(chǎn)中，基于PLC的數(shù)字程序控制有著很廣闊的應(yīng)用前景。在零件加工中，理想加工軌跡是刀具中心軌跡應(yīng)與零件輪廓形狀一致，但實際應(yīng)用時往往用一小段直線或圓弧去逼近，從而使得控制算法簡單，計算量減小。它比較適用于一些以步進電機為驅(qū)動裝置的開環(huán)或閉環(huán)的中等精度或中等速度要求的計算機數(shù)控系統(tǒng)。因此，在實際應(yīng)用中，常常采用一小段直線或圓弧去進行逼近，有些場合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次曲線去逼近(或稱為擬合)。目前數(shù)控技術(shù)已逐步普及，數(shù)控機床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，已成為機床自動化的一個重要發(fā)展方向。這里講的數(shù)控，特指用于機床加工中的數(shù)控（即機床數(shù)控）?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器或?qū)Ｓ梦C的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實現(xiàn)控制邏輯，實現(xiàn)部分或分部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備進行連接，稱為CNC系統(tǒng)，這樣的機床一般稱為CNC機床。數(shù)控機床是數(shù)字控制技術(shù)與機床相結(jié)合的產(chǎn)物，機床數(shù)控技術(shù)是通過數(shù)控機床加工技術(shù)而實現(xiàn)的，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的關(guān)鍵在于學好和用好數(shù)控機床。 課題研究任務(wù)及要求本文針對基于PLC的數(shù)字程序控制的模擬在下位機建立一個PLC可編程控制器系統(tǒng)，完成設(shè)計內(nèi)容及實現(xiàn)的技術(shù)指標如下： 課題研究內(nèi)容，收集有關(guān)資料。第5章具體介紹了組態(tài)監(jiān)控軟件，紫金橋組態(tài)軟件的特點、優(yōu)點、應(yīng)用及其模擬監(jiān)控。 PLC可編程控制器的描述 PLC發(fā)展歷程工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量開關(guān)量順序控制，它邏輯條件進行順序動作，并邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作控制，及大量離散量數(shù)據(jù)采集。PLC定義有許多種，國際電工委員會（IEC）對PLC定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。這時期，PLC處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，某些應(yīng)用上取代了過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治位DCS系統(tǒng)。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸整體。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 I/O模塊PLC與電氣回路接口，是輸入輸出部分（I/O）完成。開關(guān)量是指開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)信號，模擬量是指連續(xù)變化量。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理基本配置能力，即受最大底板或機架槽數(shù)限制。 底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間聯(lián)系，使CPU能訪問底板上所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。：用于永久性存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量電位器，打印機等。多數(shù)PLC具有RS232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議接口。 PLC的優(yōu)點 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。目前，~45Mbps之間。、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞DVD影片，它所提供的14Mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺提供保證。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費用一般為5080元/月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。 PLC應(yīng)用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、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。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(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。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。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?，F(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、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。隨著計算機控制的發(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)。因此S7200系列具有極高的性能/價格比。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。 CPU 221~226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。PPI接口為RS485，可在三種方式 下工作： ：PPI通訊協(xié)議是西門子專門為S7200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。 ：通過內(nèi)置接口連接到MPI網(wǎng)絡(luò)上。S7200PLC可以與任何通訊協(xié)議公開的其他設(shè)備進行通訊。 （選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進行輔助軟件歸檔工作。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。其基本原理是在控制過程中，逐點計算和判斷運動軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進給軸向給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。第三節(jié)拍：偏差計算，刀具進給一步后計算新的加工點與給定輪廓之間的偏差，為下一步偏差判別做準備。因此，逐點比較法插補方式包括直線插補，圓弧插補，拋物線插補，樣條線插補等。 偏差計算公式設(shè)加工第一象限的直線OA，取直線的起點為坐標原點，直線終點坐標為（，），M（，）為加工點（動點）。進給后的新坐標值為： （）則該點的偏差為： （） 終點判別法：設(shè)置X、Y兩個減法計數(shù)器，加工開始前，在X、Y計數(shù)器中存入終點坐標、在X坐標（或Y坐標）進給一步時，就在X計數(shù)器（Y計數(shù)器）中減去1，直到兩個計數(shù)器中的數(shù)減到為零時，便到達終點。當、取絕對值時，偏差計算公式相同，只是坐標進給方向不同。瞬時加工點M（，），與圓心的距離為，比較和R反映加工的偏差。進給后的新坐標值為： （）該點偏差為： （） 終點判別法和直線的判別法相同。該表中、和分別表示第一至第四象限的順圓弧和逆圓弧。 直線插補程序流程圖 直線插補主要程序的設(shè)計及分析本程序共包括1個主程序，1個子程序和3個中斷子程序。，用于實現(xiàn)偏差大于0時偏差的計算。 偏差小于等于0時偏差計算等梯形圖，它們分別完成調(diào)用中斷程序INT_1和INT_2的功能。當已走步數(shù)大于或等于總定位數(shù)時，直線插補完成，總定位數(shù)是由給定終點坐標與起始坐標計算得出。網(wǎng)絡(luò)1：中斷程序INT_2是由中斷程序INT_0中的網(wǎng)絡(luò)4中斷到INT_2網(wǎng)絡(luò)1，Y步進復(fù)位置1 Y軸步進電機步進復(fù)位梯形圖主程序主要實現(xiàn)X軸和Y軸步進電機工作輸出。 圓弧插補程序流程圖 圓弧插補主要程序的設(shè)計及分析本程序共包括1個主程序，1個子程序和3個中斷子程序。，用于實現(xiàn)偏差大于0時偏差的計算。網(wǎng)絡(luò)2：，運行中斷程序19號事件，PLS0脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序INT_1。 終點判斷梯形圖中斷程序INT_1完成X軸步進電機步進復(fù)位置1的功能。網(wǎng)絡(luò)5（）：負X步進置1，X軸步進電機工作。5 基于紫金橋組態(tài)軟件數(shù)字程序監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計本章主要利用紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計數(shù)字程序控制系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，即完成逐點比較法插補和圓弧插補的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 紫金橋組態(tài)軟件主要特點： 客戶服務(wù)優(yōu)秀、服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)良好、擁有強大的數(shù)據(jù)庫處理核心、可靠的冗余系統(tǒng)、豐富的IO驅(qū)動、逼真的圖形系統(tǒng)、功能強大的腳本系統(tǒng)、報表系統(tǒng)、豐富的組件對象、周密的安全管理系統(tǒng)等。從該圖可知串口號選取與PLC一致的COM3，然后點擊配置。從該圖可知，下載第一象限直線插補PLC程序并且運行紫金橋組態(tài)。圖 X軸步進電機工作3. 。從該圖可知，跟據(jù)PLC直線插補程序，X軸步進電機和Y軸步進電機分別進給，車床刀沿直線插補所得直線移動，得出的插補曲線。從該圖可知，下載第一象限逆時針圓弧插補PLC程序并且運行紫金橋組態(tài)。 Y軸步進電機工作3. 。從該圖可知，跟據(jù)PLC直線插補程序，X軸步進電機和Y軸步進電機分別進給，車床刀沿圓弧插補所得曲線移動，得出的插補曲線。所以，在工業(yè)生產(chǎn)過程中常需對工業(yè)車床進行控制和監(jiān)控。 整個課題的開發(fā)過程主要包括了三個方面的內(nèi)容：一、實現(xiàn)上位機與下位機的通信，完成控制信息的上傳與PLC程序的下載；二、采用西門子S7200對數(shù)字程序控制的設(shè)計，從而完成對步進電機插補運動的控制；三、采用紫金橋組態(tài)對PLC的數(shù)字程序控制的仿真模擬，從而完成插補信息顯示、電機運動情況、控制過程趨勢圖以及實時監(jiān)控。有著良好的社會經(jīng)濟效益。再加上本文的分模塊設(shè)計編程思想，從而使得程序?qū)哟畏置?，簡單易懂。每一次點滴的成功都讓我充滿了成就感。再一次對蔣老師致以最衷心的感謝。最后，一并感謝批閱我論文的老師以及答辯的老師們，感謝您們給我設(shè)計的指導(dǎo)，我定將虛心接受并繼續(xù)改進。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。涉密論文按學校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它