【正文】 計(jì)數(shù)器中的數(shù)減到為零時(shí)，便到達(dá)終點(diǎn)。 圓弧 AB，其圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，已知起點(diǎn)為 A（ 0x ， 0y ），終點(diǎn)為 B（ ex ， ey ），圓弧半徑為 R。歸結(jié)為 8種情況，其插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向見表 。 INT_0 中斷程序 INT_0 用于偏差的計(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 ） ： Y步進(jìn)置 1， Y軸步進(jìn)電機(jī)工作， 輸出脈沖。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 圖 偏差大于 0 時(shí)偏差計(jì)算等梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 3的梯形圖如圖 ， 用于實(shí)現(xiàn)偏差小于等于 0 時(shí)偏差的計(jì)算。 圖 X 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 INT_2 中斷程序 INT_2 是 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位子程序，其梯形圖如圖 所示。 網(wǎng)絡(luò) 5（如圖 ） ： 負(fù) 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。 起 始輸 入 X 0 , Y 0 , N X Y , R N S 置F M = 0 , X M = X 0 , Y M = Y 0F m ≥ 0 ?向 + y 方 向 進(jìn) 給 一 步 向 x 方 向 進(jìn) 給 一 步F m + 1 = F m + 2 Y m + 1 F m + 1 = F m 2 X m + 1調(diào) 用 走 步 控 制 程 序N X Y = 0 ?結(jié) 束N X Y = N X Y 1NNY 圖 圓弧插補(bǔ)程序流程圖 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 圓弧插補(bǔ)主要程序的設(shè)計(jì)及分析 本程序共包括 1 個(gè)主程序 ， 1 個(gè)子程序和 3 個(gè)中斷子程序 。 當(dāng)已走步數(shù)大于或等于總定位數(shù)時(shí)，直線插補(bǔ)完成， 啟動(dòng) ，總定位數(shù)是 由 給定終點(diǎn)坐標(biāo)與起始坐標(biāo)計(jì)算得出。 中斷程序 INT_0 中的 網(wǎng)絡(luò) 1 的梯形圖如圖 所示 ，用于實(shí)現(xiàn)偏差大于 0 時(shí)偏差的計(jì)算 。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 表 圓弧插補(bǔ)的進(jìn)給方向及偏差計(jì)算公式 偏差 圓弧種類 進(jìn)給方向 偏差計(jì)算 坐標(biāo)計(jì)算 mF ≥0 1SR 、2NR y 121 ???? mmm yFF mm xx ??1 11 ??? mm yy 3SR 、4NR +y 1NR 、4SR x 121 ???? mmm xFF 11 ??? mm xx mm yy ??1 3NR 、2SR +x mF 0 1SR 、4NR +x 121 ???? mmm xFF 11 ??? mm xx mm yy ??1 3SR 、2NR x 1NR 、2SR +y 121 ???? mmm yFF mm xx ??1 11 ??? mm yy 3NR 、4SR y 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 4 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)系統(tǒng)的 程序 設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的 PLC 程序是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)可編程控制器邏輯控制的主體部分，因此，在系統(tǒng)的自動(dòng)控制中至關(guān)重要，其中包括： I/O 分配表、程序流程圖、以及程序設(shè)計(jì)。 由第一象限逆圓弧 AB 可知 222 mmm yxR ?? （ ） 20202 yxR ?? （ ） 偏差判別式： 22222 RYXRRF mmmm ????? （ ） 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 若 M 點(diǎn)在圓弧上，則 mF =0； 若 M 點(diǎn)在圓弧外，則 mF 0； 若 M 點(diǎn)在圓弧內(nèi)，則 mF 0。 插補(bǔ)計(jì)算過程 插補(bǔ)過程分四步： ：判斷 mF ≥0 還是 mF 0； ： mF ≥0 ， +X 方向走一步， mF 0， +Y 方向走一步； 算：計(jì)算新的偏差； ：判斷是否插補(bǔ)到了終點(diǎn)。 首先假設(shè)在實(shí)際輪廓起始點(diǎn)處沿 x方向走一小段 (一個(gè)脈沖當(dāng)量 )， 發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)在實(shí)際輪廓的下方 ， 則下一條線段沿 y 方向走一小段 ， 此時(shí)如果線段終點(diǎn)還在實(shí)際輪廓下方 ， 則繼續(xù)沿 y方向走一小段 ， 直到在實(shí)際輪廓上方以后 ，再向 x方向走一小段 ， 依次循環(huán)類推 .直到到達(dá)輪廓終點(diǎn)為止 。 由其插補(bǔ)原理可知數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件每走一步都要經(jīng)過以下四個(gè)節(jié)拍： 第一節(jié)拍：偏差判別，判別刀具當(dāng)前位置相對(duì)于給定輪廓的偏離情況，并以此決定刀具的進(jìn)給方向。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約 5天。 ：是一個(gè)很有特色的功能。 內(nèi)部集成的 PPI接口為用戶提供強(qiáng)大的通訊功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種 機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。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。 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。相對(duì)傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)， PLC 成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。雖然無線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對(duì)于高層建筑來說，其必需布設(shè) N 多個(gè) AP 才能滿足需求，而且同樣不能避面信號(hào)盲區(qū)的存在。 PLC 能夠提供高速的傳輸。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成 一個(gè)統(tǒng)一整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用為 24VAC）。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 CPU 控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 PLC 構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來后，方便，也反映可編程控制器功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn) 在 仍常常將 PLC簡(jiǎn)稱 PC。 第 4章 具體介紹了 PLC 程序的設(shè)計(jì)核心內(nèi)容，包括程序的設(shè)計(jì)思路和方法 等。發(fā)達(dá)國家視數(shù)控技術(shù)為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，而大力推進(jìn)和發(fā)展數(shù)控機(jī)床。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ Computer Numerical Control），簡(jiǎn)稱 CNC。 為解決上述問題，一種靈活、通用、高精度、高效的 “ 柔性 ” 自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備—— 數(shù)控機(jī)床在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)既可以作直線插補(bǔ)，又可作圓弧插補(bǔ)。然而 自動(dòng)控制需要大量的實(shí)踐和對(duì)實(shí)際工業(yè)基礎(chǔ)的了解 ， 所以研究數(shù)字程序控制的模擬 就顯得非常重要 。 采用 紫金橋組態(tài)軟件 完成對(duì) PLC 直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩個(gè)程序的實(shí) 時(shí) 監(jiān)視 和界面模擬。 （ 3） 掌握直線插補(bǔ)的基本原理。數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機(jī)床控制 ,采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床。 （ 6） 畢業(yè)論文要文理通順，敘述清楚，有重點(diǎn)地說明研究過程和分析 方 法； （ 7） 論文要求 20xx0 字左右，且上交 Word 文檔； （ 8） 相關(guān)科技英文翻譯字?jǐn)?shù)不少于 5000 字。所以對(duì) 數(shù)字程序控制 的 模擬 監(jiān)控在現(xiàn)代化生產(chǎn)中顯得尤為重要。在航空航天、軍工和計(jì)算機(jī)等工業(yè)中，零件精度高、形狀復(fù)雜、批量少、經(jīng)常改動(dòng)，加工困難，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難以保證。 在機(jī)床的實(shí)際加工中，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來生成。 數(shù)控的實(shí)質(zhì)是通過特定處理方式下的 數(shù)字信息（ 不斷 變化的數(shù)字量）去自動(dòng)控制機(jī)械裝置進(jìn)行動(dòng)作，它與通過連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行的程序控制（即順序控制），有著截然不同的性質(zhì)。其控制對(duì)象是專門針對(duì)機(jī)床和機(jī)床加工的，這里所說的機(jī)床不僅指金屬切削機(jī)床（臺(tái)車、銑、刨、鉆、磨、鏜等機(jī)床）。 。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 2 PLC可編程控制器 PLC可編程序控制器： PLC英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能原則設(shè)計(jì)。 CPU 構(gòu)成 CPU 是 PLC 核心，起神經(jīng)中樞作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中語法錯(cuò)誤等。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算中間結(jié)果，它也是控制器指揮下工作。 模 擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 一個(gè)自動(dòng)化工程 (特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大 的發(fā)展空間。 PLC 作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò) “ 最后一公里 ” 的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。 本文使用西門子 S7200 進(jìn)行數(shù)字程序控制，下面就著重介紹西門子 S7200 西門子 S7200 簡(jiǎn)介 SIMATICS7200系列 PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 集成的 24V負(fù)載電源，可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器）， CPU 221， 222具有 180mA輸出， CPU 224， CPU 224XP， CPU 226分別輸出 280 mA， 400mA。波特率為 , kbit/s和 kbit/s。波特率最高。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 3 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 本次設(shè)計(jì) 的 PLC 數(shù)字程序控制具體 采用了逐點(diǎn)比較法 插補(bǔ)原理，分別在坐標(biāo)軸第一象限內(nèi)實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)及直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)，第一象限內(nèi)的逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)及圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)。 第四節(jié)拍：終點(diǎn)判別，判斷刀具是否到達(dá)被加工零件的終點(diǎn)，若到達(dá)終點(diǎn)，則結(jié)束插補(bǔ)，否則繼續(xù)插補(bǔ)，如此不斷循環(huán)以上四個(gè)節(jié)拍就可加工出所要求的曲線。若 M 點(diǎn)在直線上，則根據(jù)三角形的關(guān)系可得： eemm yxyx ? （ ） 若 取 直線 插補(bǔ)的偏差判別式 為 ememm yxxyF ?? （ ） 圖 第一象限直線 若 M 點(diǎn)在直線上，則 mF =0；若 M點(diǎn)在直線的上方，則 mF 0；若 M點(diǎn)在直線的下方，則 mF 0。見表 。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： ??? ????? 111mmmm yy xx （ ） 該點(diǎn) 偏差為 ： 121 ???? mmm yFF （ ） 終點(diǎn)判別法 和直線的判別法相同。 起 始置 F m = 0 輸 入 X e ， Y e ， X O YF m ≥ 0 ？+ X 走 一 步F m + 1 = F m Y e+ Y 走 一 步F m + 1 = F m + X eN X Y = 0 ?結(jié) 束調(diào) 用 走 步 控 制 程 序N X Y 223。 當(dāng)偏差值小于等于 0時(shí)，即此時(shí)實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)在直線的下方，需要向 Y 方向給進(jìn) 1，實(shí)際偏差值加 X 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 Y步進(jìn)。 圖 X 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 INT_2 中斷程序 INT_2 是 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位子程序，其梯形圖如圖 所示。該中斷程序共包括 5 個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)已走步數(shù)大于或等于總定位數(shù)時(shí)，直線插補(bǔ)完成， ，總定位數(shù)是有給定終點(diǎn)坐標(biāo)與起始坐標(biāo)計(jì)沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 算得