【正文】 逐步普及，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，已成為機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序（軟件）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或分部數(shù)控功能，并通過(guò)接口與外圍設(shè)備進(jìn)行連接，稱(chēng)為 CNC系統(tǒng)，這樣的機(jī)床一般稱(chēng)為 CNC 機(jī)床。 課題研究 任務(wù) 及 要求 本文針對(duì) 基于 PLC 的數(shù)字程序控制的模擬在 下位機(jī)建立一個(gè) PLC 可編程控制器系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下： 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 課題研究?jī)?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(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用及其模擬監(jiān)控。 PLC 定義有許多種 ， 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì) PLC 定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。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(gè)不可拆卸整體。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。 開(kāi)關(guān)量是指開(kāi)和關(guān)（或 1和 0）兩種狀態(tài)信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化量。 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間聯(lián)系，使 CPU 能訪問(wèn)底板上所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。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。目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而在~45Mbps 之間。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(wú)法比擬的。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為 5080 元 /月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的 ADSL 包月相持平。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。 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。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)。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 PPI接口為 RS485，可在三種方式 下工作： ： PPI通訊協(xié)議是西門(mén)子專(zhuān)門(mén)為 S7200系列 PLC開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議。 S7200PLC可以與任何通訊協(xié)議公開(kāi)的其他設(shè)備進(jìn)行通訊。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到 200天（ 10年壽命）。 第二節(jié)拍：坐標(biāo)進(jìn)給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果，控制刀具向相應(yīng)坐標(biāo)軸進(jìn)給一步使加工點(diǎn)向給定輪廓靠攏，減小偏差。 這樣 ， 實(shí)際輪廓就由一段段的折線拼接而成 ， 雖然是折線 ， 但是如果 我們每一段走刀線段都非常小 (在精度允許范圍內(nèi) )， 那么此段折線和實(shí)際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的 —— 這就是直線插補(bǔ) 。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 不同象限的直線插補(bǔ) 當(dāng)直線的起點(diǎn)為原點(diǎn)時(shí)，直線有四個(gè)象限的線形，上面討論的是第一象限的直線，對(duì)于第二、三、四象限的直線插補(bǔ)計(jì)算可用相同原理得到。 當(dāng) mF ≥0 時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近圓弧，應(yīng)向 x 方向進(jìn)給一步。 其中逐點(diǎn)比較法又分為第一象限內(nèi)直線插補(bǔ)和第一象限內(nèi)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)， 下面分別進(jìn)行介紹 基于 PLC 的 直線插補(bǔ) 軟件設(shè)計(jì) 直線插補(bǔ) 程序 I/O分配表 根據(jù)二維直線插補(bǔ)控制的要求 I/O 地址分配如表 所示。 當(dāng)偏差值大于 0時(shí)，即此時(shí)實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)在直線的上方，需 要向 X方向給進(jìn) 1，實(shí)際偏差值減去 Y 坐標(biāo)，得出新的偏差值，重新進(jìn)行賦值，已走步數(shù)自加 1重新賦值，輸出 X步進(jìn)。 圖 終點(diǎn)判 斷梯形圖 INT_1 中斷程序 INT_1 完成 X軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位置 1的功能，其梯形圖如圖 所示。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)偏差的計(jì)算和判別。網(wǎng)絡(luò) 4： 是常通 PLC 運(yùn)行后一直接通，運(yùn)行中斷程序 20號(hào)事件， PLS1 脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序 INT_2。網(wǎng)絡(luò) 6（如圖 ） ： 正 Y 步進(jìn)置 1，Y 軸步進(jìn)電機(jī)工作， 輸出脈沖。該中斷 是由中斷程序 INT_0 中的網(wǎng)絡(luò) 2 中斷到 INT_1 網(wǎng)絡(luò) 1， 工作， 負(fù) X步進(jìn)復(fù)位置 1。 當(dāng)偏差值大于 0時(shí)，即此時(shí)實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)在曲線的上方，根據(jù)公式121 ???? mmm xFF 將 X坐標(biāo)乘以 2賦值到 VD40，偏差值減去 VD40，得出新的偏差值，重新進(jìn)行賦值，偏差值自加 1重新賦值， X1 坐標(biāo)減 1 重新賦值到 X1，已走步數(shù)自加 1重新賦值，需要向負(fù) X方向給進(jìn) 1。 網(wǎng)絡(luò) 5（如圖 ） ： X步進(jìn)置1， X 軸步進(jìn)電機(jī)工作， 輸出脈沖。 網(wǎng)絡(luò) 2： 是常通 PLC 運(yùn)行后一直接通，運(yùn)行中斷程序 19 號(hào)事件， PLS0 脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序 INT_1。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)偏差的計(jì)算和判別。 四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)公式 圓弧的象限不同、順逆不同，則插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向也不同。 偏差計(jì)算公式 以第一象限逆圓為例討論偏差計(jì)算 公式。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： ??? ? ????mmmm yy xx11 1 （ ） 則該點(diǎn) 的偏差為： emm yFF ???1 （ ） 當(dāng) mF 0 時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近給定軌跡，應(yīng)向 +y方向進(jìn)給一步。 數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實(shí)際輪廓去走刀的 ， 而是近似地以若干條很小的直線去走刀 ， 走刀的方向一般是 x 和 y方向 。 逐點(diǎn)比較法 逐點(diǎn)比較法又稱(chēng)代數(shù)運(yùn)算法或醉步法 ， 是脈沖增量插補(bǔ)中最典型的算法 。最高傳輸速率為 12Mbit/s。 方 式 ： 通 過(guò) 內(nèi) 置 接 口 連 接 到 MPI 網(wǎng) 絡(luò) 上 。 CPU 221~226各有 2種類(lèi)型 CPU，具有不 同的電源電壓和控制電壓。因此 S7200系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 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。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。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 PLC 應(yīng)用 目前， PLC 在國(guó)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(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。 。 、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(tái)提供保證。 PLC 的優(yōu)點(diǎn) 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(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。 ：用于永久性存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫(xiě)入器、條碼閱讀器，輸入模擬量電位器，打印機(jī)等。 按 I/O 點(diǎn)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(jī)架槽數(shù)限制。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路接口，是輸入輸出部分（ I/O）完成。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)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。這時(shí)期， PLC 處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，某些應(yīng)用上取代了過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治位沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 DCS 系統(tǒng)。 PLC 可編程控制器的描述 PLC 發(fā)展歷程 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量開(kāi)關(guān)量順序控制，它邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作控制，及大量離散量數(shù)據(jù)采集。 。 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制技術(shù)與機(jī)床相結(jié)合的產(chǎn)物，機(jī)床數(shù)控技術(shù)是通過(guò)數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的關(guān)鍵在于學(xué)好和用好數(shù)控機(jī)床。這里講的數(shù)控，特指用于機(jī)床加工中的數(shù)控（即機(jī)床數(shù)控）。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行逼近，有些場(chǎng)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(chēng)為擬合 )。 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(shí)際應(yīng)用時(shí)往往用一小段直線或圓弧去逼近，從而使得控制算法 簡(jiǎn)單，計(jì)算量減小。大多數(shù)的 自動(dòng)化 控制 只是單純的從大的方面節(jié)省人力 ，而沒(méi)有針對(duì)各個(gè) 細(xì)節(jié)操作 進(jìn)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(dòng)加工 ，也造成了 人力 資源的浪費(fèi)。 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(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 和圓弧插補(bǔ) PLC 程序設(shè)計(jì)。利用 PLC 實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)算法，并完成二維數(shù)控平臺(tái)模擬控制；利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控以及繪制直線插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)軌跡。 （二） 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求： （ 1） 閱讀主要參考文獻(xiàn)，收集有關(guān)資料。 在介紹逐點(diǎn)比較法 基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn) 論述了基于西門(mén)子 S7200 的 第一象限直線插補(bǔ)和 逆 圓弧插補(bǔ) 的程序設(shè)計(jì)。 PLC 的數(shù)字程序控制 則針對(duì)各個(gè) 環(huán)節(jié) ，分別 進(jìn)行控制 ，上傳 給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)該 數(shù)字程序控制 對(duì)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行分別 有效 地 調(diào)節(jié) 控制，實(shí)現(xiàn)了 工業(yè)生產(chǎn) 的自動(dòng)化控制，同時(shí)也避免了不必要的資源浪費(fèi)。插補(bǔ)算法是確定刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法；插補(bǔ)計(jì)算就是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)輸入基本數(shù)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 據(jù)（如直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo)，圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心的坐標(biāo)等）運(yùn)用一定的插補(bǔ)算法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可用來(lái)圖形仿真或作為刀的進(jìn)給數(shù)據(jù)。所謂插補(bǔ)是指數(shù)據(jù)密化的過(guò)程。除此之外，數(shù)控還廣泛應(yīng)用于測(cè)量、理化試驗(yàn)與分析、物質(zhì)與信息的沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 傳輸、建筑以及科學(xué)管理等領(lǐng)域。 一個(gè)國(guó)家的機(jī)床數(shù)控率，反映了這個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)水平的高低，同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家科技進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。 ，敘述清楚，有重點(diǎn)地說(shuō)明研究過(guò)程和分析方法； 技術(shù)指標(biāo) PLC控制直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ) ； 課題的內(nèi)容 安排 本論文共分 5章。傳統(tǒng)上，這些功能是氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少組成單元。 I/O 模塊集成了 PLCI/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊集成電路提供工作電源。 PLC 通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 ，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn) HomePlug AV 傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了 200Mbps；為了確保 QoS， HomePlug AV 采用了時(shí)分多路訪問(wèn)（ TDMA）與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（ CSMA）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，節(jié)約了資源。 1. 開(kāi)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(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。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(chǎng)合。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼? 出色表現(xiàn) S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 適用范圍 S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。 /輸出點(diǎn) CPU 221有 6DI/4DO， CPU 222有 8DI/6個(gè) DO， CPU224有 14DI/10DO， CPU 224XP有14DI/10DO， CPU226有 241DI/16DO。 波 特 率 為,。 （選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無(wú)需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 其基本 原理是 在控制過(guò)程中，逐點(diǎn)計(jì)算和判斷運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進(jìn)給軸向給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。因此，逐點(diǎn)比較法 插補(bǔ)方式 包括 直線插補(bǔ) ， 圓弧插補(bǔ) ， 拋物線插補(bǔ) ， 樣條線插補(bǔ)等 。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： ??? ????? 111mmmm yy xx （ ） 則該點(diǎn)的 偏差為： emm xFF ???1 （ ） 終點(diǎn)判別法 ：設(shè)置 X、 Y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，加工開(kāi)始前，在 X、 Y 計(jì)數(shù)器中存入終點(diǎn)坐標(biāo) ex 、 ey ，在 X坐標(biāo)（或 Y坐標(biāo)）進(jìn)給一步時(shí)，就在 X 計(jì)數(shù)器（ Y計(jì)數(shù)器）中減去 1，直到 兩個(gè)