【導讀】數(shù)字程序控制主要應用于機床控制,采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機床叫。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。閱讀主要參考文獻，收集有關資料。深入學習并掌握PLC和組態(tài)軟件語言編程。畢業(yè)論文要文理通順，敘述清楚，有重點地說明研究過程和分析方法；論文要求20xx0字左右，且上交Word文檔；相關科技英文翻譯字數(shù)不少于5000字。在介紹逐點比較法基本原理的基礎上，重點論述了基于西門子S7-200的第一象限直線插補和逆圓弧插補的程序設計。逐點比較法PLC控制上位機監(jiān)視系統(tǒng)的設計。較廣泛的應用前景。

　　

【正文】 （ ） 當 mF 0 時，為了使加工點逼近圓弧，應向 +y方向進給一步。進給后的新坐標值為： ??? ????? 111mmmm yy xx （ ） 該點 偏差為 ： 121 ???? mmm yFF （ ） 終點判別法 和直線的判別法相同。 插補計算過程 與直線的插補過程相同。 四個象限的圓弧插補公式 圓弧的象限不同、順逆不同，則插補計算公式和進給方向也不同。歸結為 8種情況，其插補計算公式和進給方向見表 。 該表中 1SR 、 2SR 、 3SR 、 4SR 、 1NR 、2NR 、 3NR 和 4NR 分別表示第一至第四象限的順圓弧和逆圓弧。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 19 表 圓弧插補的進給方向及偏差計算公式 偏差 圓弧種類 進給方向 偏差計算 坐標計算 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 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 20 4 逐點比較法插補系統(tǒng)的 程序 設計 本系統(tǒng)軟件設計的 PLC 程序是此次設計的重點，是實現(xiàn)可編程控制器邏輯控制的主體部分，因此，在系統(tǒng)的自動控制中至關重要，其中包括： I/O 分配表、程序流程圖、以及程序設計。 其中逐點比較法又分為第一象限內直線插補和第一象限內逆時針圓弧插補， 下面分別進行介紹 基于 PLC 的 直線插補 軟件設計 直線插補 程序 I/O分配表 根據(jù)二維直線插補控制的要求 I/O 地址分配如表 所示。 表 直線插補 I/O 地址分配表 名 名稱 地址 備注 輸 入 部 分 啟動 開關閉合 完成 常閉 X 軸脈沖給定 X軸步進電機工作 Y 軸脈沖給定 Y軸步進電機工作 輸 出 部 分 X 軸輸出脈沖 X軸步進電機工作 Y 軸輸出脈沖 Y軸步進電機工作 Y軸步進電機 D 相 通電工作 Y軸步進電機 C 相 通電工作 Y軸步進電機 B 相 通電工作 Y軸步進電機 A 相 通電工作 X軸步進電機 D 相 通電工作 X軸步進電機 C 相 通電工作 X軸步進電機 D 相 通電工作 X軸步進電機 A 相 通電工作 公 共 端 1M +24V 在面板中所有輸出公共端 1M 接低電平輸入公共端 1M 接高電平 1L+ 4L+ 5L+ M GND 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 21 第一象限內 的直線插補 流程圖 第一象限的直線插補程序流程圖如圖 所示。 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 束調 用 走 步 控 制 程 序N X Y 223。 N X Y 1YNN 圖 直線插補程序流程圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 22 直線插補 主要程序的設計及分析 本程序 共包括 1 個主程序 ， 1 個子程序和 3 個中斷子程序 。 設計的重點是如何實現(xiàn)偏差的計算和判別。 INT_0 中斷程序 INT_0 用于偏差的計算和判別。該中斷程序共包括 5 個網絡。 中斷程序 INT_0 中的 網絡 1 的梯形圖如圖 所示 ，用于實現(xiàn)偏差大于 0 時偏差的計算 。 當偏差值大于 0時，即此時實際坐標點在直線的上方，需 要向 X方向給進 1，實際偏差值減去 Y 坐標，得出新的偏差值，重新進行賦值，已走步數(shù)自加 1重新賦值，輸出 X步進。 圖 偏差大于 0 時偏差計算 等 梯形圖 網絡 3的梯形圖如圖 所示，用于實現(xiàn)偏差小于等于 0時偏差的計算。 當偏差值小于等于 0時，即此時實際坐標點在直線的下方，需要向 Y 方向給進 1，實際偏差值加 X 坐標，得出新的偏差值，重新進行賦值，已走步數(shù)自加 1 重新賦值，輸出 Y步進。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 23 圖 偏差 小于等于 0 時偏差計算 等 梯形圖 網絡 2和網絡 4的梯形圖如圖 ，它們分別完成調用中斷程序 INT_1和 INT_2 的功能。 網絡 2： 是常通 PLC 運行后一直接通，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。網絡 4： 是常通 PLC 運行后一直接通，運行中斷程序 20 號事件， PLS1 脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序 INT_2。 圖 中斷程序 INT_0 網絡 2 梯形圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 24 圖 中斷程序 INT_0 網絡 4 梯形圖 網絡 5完成終點判斷的功能，其梯形圖如圖 所示。 當已走步數(shù)大于或等于總定位數(shù)時，直線插補完成， 啟動 ，總定位數(shù)是 由 給定終點坐標與起始坐標計算得出。 圖 終點判 斷梯形圖 INT_1 中斷程序 INT_1 完成 X軸步進電機步進復位置 1的功能，其梯形圖如圖 所示。該中斷 是由中斷程序 INT_0 中的網絡 2 中斷到 INT_1 網絡 1， 工作， X 步進復位置 1。 圖 X 軸步進電機步進復位梯形圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 25 INT_2 中斷程序 INT_2 是 Y 軸步進電機步進復位子程序，其梯形圖如圖 所示。 網絡 1：中斷程序 INT_2 是由中斷程序 INT_0 中的網絡 4中斷到 INT_2 網絡 1， 工作， Y步進復位置 1 圖 Y 軸步進電機步進復位梯形圖 MAIN 主程序主要實現(xiàn) X軸和 Y軸步進電機工作輸出。 網絡 5（如圖 ） ： X步進置1， X 軸步進電機工作， 輸出脈沖。網絡 6（如圖 ） ： Y步進置 1， Y軸步進電機工作， 輸出脈沖。 圖 Y 軸步進電機步進復位梯形圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 26 圖 Y 軸步進電機步進復位梯形圖 圓弧插補 PLC 軟件設計 圓弧插補程序 I/O分配表 表 圓弧插補 I/O 地址分配表 名 名稱 地址 備注 輸 入 部 分 啟動 開關閉合 完成 常閉 X 軸脈沖給定 X軸步進電機工作 Y 軸脈沖給定 Y軸步進電機工作 輸 出 部 分 X 軸輸出脈沖 X軸步進電機工作 Y 軸輸出脈沖 Y軸步進電機工作 Y軸 步進電機 D 相 通電工作 Y軸 步進電機 C 相 通電工作 Y軸 步進電機 B 相 通電工作 Y軸 步進電機 A 相 通電工作 X軸 步進電機 D 相 通電工作 X軸 步進電機 C 相 通電工作 X軸 步進電機 B 相 通電工作 X軸 步進電機 A 相 通電工作 公 共 端 1M +24V 在面板中所有輸出公共端 1M 接低電平輸入公共端 1M 接高電平 1L+ 4L+ 5L+ M GND 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 27 第一象限內逆時針圓弧插補流程圖 第一象限 逆時針圓弧 插補程序流程圖如圖 所示。 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 給 一 步 向 x 方 向 進 給 一 步F m + 1 = F m + 2 Y m + 1 F m + 1 = F m 2 X m + 1調 用 走 步 控 制 程 序N X Y = 0 ?結 束N X Y = N X Y 1NNY 圖 圓弧插補程序流程圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 28 圓弧插補主要程序的設計及分析 本程序共包括 1 個主程序 ， 1 個子程序和 3 個中斷子程序 。設計的重點是如何實現(xiàn)偏差的計算和判別。 1. 中斷程序 INT_0 中斷程序 INT_0 用于偏差的計算和判別。該中斷程序共包括 5 個網絡。 中斷程序 INT_0 中的網絡 1 的梯形圖如圖 所示，用于實現(xiàn)偏差大于 0 時偏差的計算。 當偏差值大于 0時，即此時實際坐標點在曲線的上方，根據(jù)公式121 ???? mmm xFF 將 X坐標乘以 2賦值到 VD40，偏差值減去 VD40，得出新的偏差值，重新進行賦值，偏差值自加 1重新賦值， X1 坐標減 1 重新賦值到 X1，已走步數(shù)自加 1重新賦值，需要向負 X方向給進 1。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 29 圖 偏差大于 0 時偏差計算等梯形圖 網絡 3的梯形圖如圖 ， 用于實現(xiàn)偏差小于等于 0 時偏差的計算。 當偏差值小于等于 0時，即此時實際坐標點在曲線的下方，根據(jù)公式 121 ???? mmm yFF 將Y 坐標乘以 2 賦值到 VD36，偏差值加 VD36，得出新的偏差值，重新進行賦值，偏差值自加 1 重新賦值， Y1 坐標加 1重新賦值到 Y1，已走步數(shù)自加 1 重新賦值，需要向正 Y方向給進 1 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 30 圖 偏差大于 0 時偏差計算等梯形圖 網絡 2和網絡 4 的梯形圖如圖 和 所示，它們分別完成調用中斷程序INT_1 和 INT_2 的功能。 網絡 2： 是常通 PLC 運 行后一直接通，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。網絡 4： 是常通 PLC 運行后一直接通，運行中斷程序 20號事件， PLS1 脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序 INT_2。 圖 中斷程序 INT_0 網絡 2 梯形圖 圖 中斷程序 INT_0 網絡 4 梯形圖 網絡 5完成終點判斷的功能，其梯形圖如圖 所示。 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)是有給定終點坐標與起始坐標計沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 31 算得出。 圖 終點判斷梯形圖 INT_1 中 斷程序 INT_1 完成 X 軸步進電機步進復位置 1的功能，其梯形圖如圖 所示。該中斷 是由中斷程序 INT_0 中的網絡 2 中斷到 INT_1 網絡 1， 工作， 負 X步進復位置 1。 圖 X 軸步進電機步進復位梯形圖 INT_2 中斷程序 INT_2 是 Y 軸步進電機步進復位子程序，其梯形圖如圖 所示。 網絡 1：中斷程序 INT_2 是由中斷程序 INT_0 中的網絡 4中斷到 INT_2 網絡 1， 工作， 正 Y步進復位置 1 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 32 圖 Y 軸步進電機步進復位梯形圖 MAIN 主程序主要實現(xiàn) X軸和 Y軸步進電機工作輸出。 網絡 5（如圖 ） ： 負 X步進置 1， X 軸步進電機工作， 輸出脈沖。網絡 6（如圖 ） ： 正 Y 步進置 1，Y 軸步進電機工作， 輸出脈沖。 圖 X 軸步進電機步進復位梯形圖 圖 Y 軸步進電機步進復位梯形圖 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 33 程序調試 PC與 PLC的通訊 PLC 程序與 PC 進行通訊，需要一些參數(shù)的設置，本系統(tǒng)的參數(shù)設置過程如下： PLC 的 CPU 通訊電纜進行連接 ； ，使其與 S7200地址相同，以及 COM口和波特率 如 下圖 可知 PLC 通訊參數(shù)的設置其中接口為 PC/PPI cable（ COM1），協(xié)議為 PPI，模式為11 位，波特