【導(dǎo)讀】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。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。閱讀主要參考文獻(xiàn)，收集有關(guān)資料。深入學(xué)習(xí)并掌握PLC和組態(tài)軟件語(yǔ)言編程。畢業(yè)論文要文理通順，敘述清楚，有重點(diǎn)地說(shuō)明研究過(guò)程和分析方法；論文要求20xx0字左右，且上交Word文檔；相關(guān)科技英文翻譯字?jǐn)?shù)不少于5000字。在介紹逐點(diǎn)比較法基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了基于西門子S7-200的第一象限直線插補(bǔ)和逆圓弧插補(bǔ)的程序設(shè)計(jì)。逐點(diǎn)比較法PLC控制上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。較廣泛的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 （ ） 當(dāng) mF 0 時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近圓弧，應(yīng)向 +y方向進(jìn)給一步。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。 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程 與直線的插補(bǔ)過(guò)程相同。 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。歸結(jié)為 8種情況，其插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向見(jiàn)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(yáng)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(yáng)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)。 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。 表 直線插補(bǔ) I/O 地址分配表 名 名稱 地址 備注 輸 入 部 分 啟動(dòng) 開關(guān)閉合 完成 常閉 X 軸脈沖給定 X軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y 軸脈沖給定 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作 輸 出 部 分 X 軸輸出脈沖 X軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y 軸輸出脈沖 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y軸步進(jìn)電機(jī) D 相 通電工作 Y軸步進(jìn)電機(jī) C 相 通電工作 Y軸步進(jìn)電機(jī) B 相 通電工作 Y軸步進(jìn)電機(jī) A 相 通電工作 X軸步進(jìn)電機(jī) D 相 通電工作 X軸步進(jìn)電機(jī) C 相 通電工作 X軸步進(jìn)電機(jī) D 相 通電工作 X軸步進(jìn)電機(jī) 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(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 第一象限內(nèi) 的直線插補(bǔ) 流程圖 第一象限的直線插補(bǔ)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(jié) 束調(diào) 用 走 步 控 制 程 序N X Y 223。 N X Y 1YNN 圖 直線插補(bǔ)程序流程圖 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 ) 22 直線插補(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 。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)偏差的計(jì)算和判別。 INT_0 中斷程序 INT_0 用于偏差的計(jì)算和判別。該中斷程序共包括 5 個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 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 。 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 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 所示，用于實(shí)現(xiàn)偏差小于等于 0時(shí)偏差的計(jì)算。 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)。 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 ) 23 圖 偏差 小于等于 0 時(shí)偏差計(jì)算 等 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 2和網(wǎng)絡(luò) 4的梯形圖如圖 ，它們分別完成調(diào)用中斷程序 INT_1和 INT_2 的功能。 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。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。 圖 中斷程序 INT_0 網(wǎng)絡(luò) 2 梯形圖 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 ) 24 圖 中斷程序 INT_0 網(wǎng)絡(luò) 4 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 5完成終點(diǎn)判斷的功能，其梯形圖如圖 所示。 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。 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。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， X 步進(jìn)復(fù)位置 1。 圖 X 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 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 ) 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。 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， 工作， Y步進(jìn)復(fù)位置 1 圖 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 MAIN 主程序主要實(shí)現(xiàn) X軸和 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作輸出。 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) 6（如圖 ） ： Y步進(jìn)置 1， Y軸步進(jìn)電機(jī)工作， 輸出脈沖。 圖 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 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 ) 26 圖 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 圓弧插補(bǔ) PLC 軟件設(shè)計(jì) 圓弧插補(bǔ)程序 I/O分配表 表 圓弧插補(bǔ) I/O 地址分配表 名 名稱 地址 備注 輸 入 部 分 啟動(dòng) 開關(guān)閉合 完成 常閉 X 軸脈沖給定 X軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y 軸脈沖給定 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作 輸 出 部 分 X 軸輸出脈沖 X軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y 軸輸出脈沖 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作 Y軸 步進(jìn)電機(jī) D 相 通電工作 Y軸 步進(jìn)電機(jī) C 相 通電工作 Y軸 步進(jìn)電機(jī) B 相 通電工作 Y軸 步進(jìn)電機(jī) A 相 通電工作 X軸 步進(jìn)電機(jī) D 相 通電工作 X軸 步進(jìn)電機(jī) C 相 通電工作 X軸 步進(jìn)電機(jī) B 相 通電工作 X軸 步進(jìn)電機(jī) 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(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 第一象限內(nèi)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)流程圖 第一象限 逆時(shí)針圓弧 插補(bǔ)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(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(yáng)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 。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)偏差的計(jì)算和判別。 1. 中斷程序 INT_0 中斷程序 INT_0 用于偏差的計(jì)算和判別。該中斷程序共包括 5 個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 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。 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。 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 ) 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。 當(dāng)偏差值小于等于 0時(shí)，即此時(shí)實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)在曲線的下方，根據(jù)公式 121 ???? mmm yFF 將Y 坐標(biāo)乘以 2 賦值到 VD36，偏差值加 VD36，得出新的偏差值，重新進(jìn)行賦值，偏差值自加 1 重新賦值， Y1 坐標(biāo)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(jìn) 1 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 ) 30 圖 偏差大于 0 時(shí)偏差計(jì)算等梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 2和網(wǎng)絡(luò) 4 的梯形圖如圖 和 所示，它們分別完成調(diào)用中斷程序INT_1 和 INT_2 的功能。 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。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。 圖 中斷程序 INT_0 網(wǎng)絡(luò) 2 梯形圖 圖 中斷程序 INT_0 網(wǎng)絡(luò) 4 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 5完成終點(diǎn)判斷的功能，其梯形圖如圖 所示。 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(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 算得出。 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。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。 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) 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， 工作， 正 Y步進(jìn)復(fù)位置 1 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 ) 32 圖 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 MAIN 主程序主要實(shí)現(xiàn) X軸和 Y軸步進(jìn)電機(jī)工作輸出。 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) 6（如圖 ） ： 正 Y 步進(jìn)置 1，Y 軸步進(jìn)電機(jī)工作， 輸出脈沖。 圖 X 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 圖 Y 軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖 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 ) 33 程序調(diào)試 PC與 PLC的通訊 PLC 程序與 PC 進(jìn)行通訊，需要一些參數(shù)的設(shè)置，本系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置過(guò)程如下： PLC 的 CPU 通訊電纜進(jìn)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(shè)置其中接口為 PC/PPI cable（ COM1），協(xié)議為 PPI，模式為11 位，波特