【正文】 機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時間，每個掃描周期內(nèi)都包含這個掃描過程。 CPU 在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中， CPU 把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中， CPU 把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。封鎖 I／ O 就是關(guān)閉 I／ O 掃描過程 [ 7]。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入 輸出映像寄存器中。 由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： (1)掃描過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 (3)程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值， 而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結(jié)果或下一個掃描周期的輸出結(jié)果。 (4)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。 自動 焊錫機(jī) 的 發(fā)展方向 全自動焊錫機(jī) ，顧名思義是一種焊錫焊接設(shè)備，所以除了機(jī)械手運(yùn)動功能外，其主要還是要完成焊錫作業(yè)。焊錫系統(tǒng)主要構(gòu)成為自動送錫機(jī)構(gòu)和溫控、發(fā)熱體、烙鐵頭。 現(xiàn)在很多的國家都在研究自動焊錫機(jī)器人，基于 PLC 的理論基礎(chǔ)，從另外的科學(xué)點(diǎn)出發(fā)，找出更加優(yōu)化實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品。隨著自動焊錫機(jī)器人的出現(xiàn)，將會在科學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域再一次刮起一次旋風(fēng)，是很多的平時比較繁雜甚至是危險(xiǎn)的焊錫工作帶來了一次解放 。此外，焊錫機(jī)器人能夠有更高的生產(chǎn)效率 ，提供多種編程指令，采用專門設(shè)計(jì)的烙鐵頭，配合精密的控制系統(tǒng)，使烙鐵的加溫曲線更加平滑，焊接質(zhì)量更為穩(wěn)定。所以，自動焊錫機(jī)以后將會向更加智能化、更加人工模擬化的方式轉(zhuǎn)變 ，通過的系統(tǒng)的管理，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，最優(yōu)生產(chǎn) [10]。 自動焊錫機(jī)的控制過 程為：啟動機(jī)器，除渣機(jī)械手電磁閥得電上升，機(jī)械手上升到位碰 SQ7，停止上升；左行電磁閥得電，機(jī)械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降電磁閥得電，機(jī)械手下降到位碰 SQ8，停止下降；右行電磁閥得電，機(jī)械手右行到位碰 SQ6，停止右行。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框架圖 此次設(shè)計(jì)主要是由 PLC 控制電機(jī)的動作來實(shí)現(xiàn)我們要達(dá)到的目的，其中包括上升下降控制電機(jī)和左行右行控制電機(jī)。整個控制系統(tǒng)是由 PLC 中心控制操作的，在機(jī)械手和焊盤工作時主要是上升下降左行右行，他們之間的關(guān)系表示如圖 21 所示 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 Y 6Y 5Y 4Y 3Y 7Y 0Y 2Y 1錫 爐上 升 限 位 S Q 3下 降 限 位 S Q 4左 限 位 S Q 1 右 限 位 S Q 2 左 限 位 S Q 5 右 限 位 S Q 6上 升 限 位 S Q 7下 降 限 位 S Q 8焊盤機(jī)械手除渣機(jī)械手工 件 焊 盤啟 動 停 止圖 22 自動焊錫機(jī)示意圖 焊錫機(jī)主電路圖 整個控制過程主要是四個電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，包括除渣機(jī)械手的上下左右移動以及焊盤機(jī)械手的上下左右移動，在外部三相電輸入帶動下，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)向的改變來完成控制系統(tǒng)的要求動作， 其中包括 8 個接觸器 KMKM KM KM KM KM KM KM8， KM1 和 KM2 控制機(jī)械手上升下降的電機(jī)正反轉(zhuǎn)， KM3 和 KM4 控制機(jī)械手左行右行的電控的正反轉(zhuǎn)， KM5 和 KM6 控制焊盤機(jī)械手上升下降的電機(jī)正反轉(zhuǎn)， KM7 和 KM8控制焊盤機(jī)械手左行右行的電機(jī)正反轉(zhuǎn)，整個系統(tǒng)主電路圖 如圖 23 所示 。當(dāng)繼電器吸合，相對應(yīng)的觸點(diǎn)將會做出相應(yīng)的動作，然后電機(jī)也會進(jìn)行正反轉(zhuǎn)來達(dá)到系統(tǒng)給予的目標(biāo)動作。 表 21 I/O 點(diǎn)分配 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 啟動按鈕 機(jī)械手電機(jī)上升 停止按鈕 機(jī)械手電機(jī)下降 機(jī)械手上升限行開關(guān) 機(jī)械手電機(jī)左行 機(jī)械手下降限行開關(guān) 機(jī)械手電機(jī)右行 機(jī)械手左行限行開關(guān) 焊盤電機(jī)上升 機(jī)械手右行限行開關(guān) 焊盤電機(jī)下降 焊盤上升限行開關(guān) 焊盤電機(jī)左行 焊盤下降限行開關(guān) 焊盤電機(jī)右行 焊盤左行限行開關(guān) 工件焊接 焊盤右行限行開關(guān) I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點(diǎn)。該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點(diǎn) 6 個數(shù)字輸出點(diǎn) 。一般微型和小型 PLC 的存儲容量是固定的，介于 1— 2KB 之間。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點(diǎn) 6 個數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存 280B，有定時器 6 個，計(jì)時器 2 個，需內(nèi)存 16B，考慮余量后 需要內(nèi)存 370B。全自動洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型 PLC 就能滿足要求了 [ 13]。同時由于該模塊采用交流220V 供電，并且自帶 14 個數(shù)字量輸入點(diǎn)和 10 個數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊 [ 14]。 I/O 地址分配 經(jīng)過上面所有的分析得出以及題目控制要求的表述，我們得出所有的I/O 口的分配地址和對應(yīng)的外部設(shè)備。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 22 自動焊錫機(jī)輸入 /輸出 地址分配表 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 輸出地址 對應(yīng)的作用 啟動按鈕 SB1 機(jī)械手上升 Y0 機(jī)械手上升限位開關(guān) SQ7 機(jī)械手左行 Y2 機(jī)械手左行限位開關(guān) SQ5 機(jī)械手下降 Y1 機(jī)械手下降限位開關(guān) SQ8 機(jī)械手右行 Y3 機(jī)械手右行限位開關(guān) SQ6 焊盤上升 Y4 焊盤上升限行開關(guān) SQ3 焊盤右行 Y7 焊盤右行限位開關(guān) SQ2 焊盤下降 Y5 焊盤下降限位開關(guān) SQ4 焊盤左行 Y6 焊盤左行限 位開關(guān) SQ1 工件焊接 停止按鈕 SB2 外部接線圖 根據(jù)全自動焊錫機(jī) 的控制要求，對系統(tǒng)控制的 I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和PLC 型號進(jìn)行了選擇。 現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)和選擇的 PLC 的外部接線設(shè)計(jì)如圖 24 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) 內(nèi)部元件地址分配表 在 設(shè)計(jì)自動焊錫機(jī)時用到了一些內(nèi)部元件，用他們對系統(tǒng)的控制進(jìn)行更佳的完善， 包括兩個定時器 T3 T38，分別是對工件焊接時間進(jìn)行計(jì)時和工件焊接完成取下焊接好的工件后的延遲時間計(jì)時。 表 31 內(nèi)部元件地址分配表 定時器 對應(yīng)的作用 T37 工件焊接時間計(jì)時 T38 每次動作完成延遲時間計(jì) PLC 順序功能圖設(shè)計(jì) 順序功能圖，它是描述控制系 統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，他是一種通 用的技術(shù)語言，通過他的繪制在直觀上看系統(tǒng)的流程更加清晰透明。 自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng) PLC 控制狀態(tài)流程如 圖 31 所示 。它由觸點(diǎn)、線圈或功能方框等構(gòu)成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。在梯形圖中，洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 可以把左母線看作是提供能量的母線。這種能量流，我們稱之為“能流”。 梯形圖中的基本編程元素有觸點(diǎn)、線圈和方框。觸點(diǎn)閉合 時表示能量可以流過。 線圈：通常代表邏輯“輸出”的結(jié)果。 方框：代表某種特定功能的指令。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)運(yùn)算等。每個梯形圖網(wǎng)絡(luò)由一個或多個梯級組成 [ 16]。每個繼電器器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。 注意：左母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與右母線之間不能有任何 點(diǎn)，應(yīng)直接連接。有些 PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。如果將串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路放下方，則語句增多，程序變長。如果將并聯(lián)觸點(diǎn)多的支路放右邊，則語句增多，程序變長。 根據(jù)以上的梯形圖的基礎(chǔ)知識、注意事項(xiàng)、特點(diǎn)及上節(jié) 中的控制狀態(tài)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 流程圖，現(xiàn)利用 STEP7Micro/WIN 編程軟件 做出自動焊錫機(jī) 控制系統(tǒng)梯形圖。其編寫好的程序可通過專用編程線纜下載的 PLC 中運(yùn)行。 根據(jù)在西門子系統(tǒng)的編寫的程序語言，得出了自動焊錫機(jī)的梯形圖。 S M 0 . 1I 1 . 1M 0 . 0 M 0 . 2M 0 . 1 M 0 . 3M 0 . 2 M 0 . 4M 0 . 3 M 0 . 5M 0 . 4 M 0 . 6M 0 . 5 M 0 . 7( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )M 1 . 4M 0 . 0I 0 . 0M 0 . 1I 0 . 1T 3 8 M 0 . 1M 0 . 2I 0 . 2M 0 . 3I 0 . 3M 0 . 4I 0 . 4M 0 . 5I 0 . 5M 0 . 6M 0 . 0M 0 . 1M 0 . 2M 0 . 3M 0 . 4M 0 . 5M 0 . 6Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 5 圖 32 梯形圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 M 0 . 7M 1 . 0M 1 . 1Q 0 . 4M 1 . 2M 1 . 3I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0M 0 . 6 M 1 . 0M 0 . 7M 0 . 7 M 1 . 1M 1 . 0Q 1 . 0T 3 7 M 1 . 2M 1 . 1M 0 . 5M 1 . 0T 3 7I 0 . 5 M 1 . 1 M 1 . 3Q 0 . 7I 1 . 0 M 1 . 2 M 1 . 4M 1 . 3( )( )( )( )( )( )( )I NP T 1 0 0 m sT O N+ 3 0( ) 圖 33 梯形圖 ( )( )M 0 . 7M 1 . 3I 0 . 7M 1 . 3M 0 . 0M 1 . 4M 1 . 4I NP T+ 5 0T O N1 0 0 m sT 3 8Q 0 . 6 圖 34 系統(tǒng)梯形圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 系統(tǒng)指令語句表 根據(jù)自動焊錫機(jī)控制要求和系統(tǒng)程序梯形圖得出指令表如下： LD A T38 O O AN = LD A O AN AN = = LD A O AN = = LD A O AN = = LD A O AN = = LD A O AN = LD A O AN = = LD A O AN = LD A O AN = 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 = TON T37, +30 LD A T37 O AN = LD O = LD A O AN = = LD A O AN = LD O = LD A O AN = TON T38, +50 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 4 章 組態(tài)設(shè)計(jì) 組態(tài)概述 組態(tài)定義： 在使用工控 軟件 中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，組態(tài)英文是“Configuration”，其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用 應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、機(jī)箱、電源、 CPU、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用BASIC , C , FORTRAN 等）來實(shí)現(xiàn)的。 組態(tài)軟件 的出現(xiàn)，解決了這個問 題。 組態(tài)用途： 組態(tài)軟件是有專業(yè)