【正文】 源 。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求， I/O 點(diǎn)分配情況如 表 所示 ： 表 I/O 分配表 I/O 分配表 輸入 I 輸出 Q 輸入器件 符號(hào) I 輸出器件 符號(hào) Q 動(dòng)作 橫向編碼器 A相 接觸器 KM1 主軸進(jìn)給 縱向編碼器 A相 接觸器 KM2 升降電機(jī)上升 急停按鈕 SB1 接觸器 KM3 升降電機(jī)下降 上限開關(guān) SQ1 接觸器 KM4 刀具電機(jī)正轉(zhuǎn) 下限開關(guān) SQ2 接觸器 KM5 刀具電機(jī)反轉(zhuǎn) 行程開關(guān) SQ3 接觸器 KM6 激光束啟停 高速計(jì)數(shù)器 普通計(jì)數(shù)器受 CPU 掃描速度的影響，是按照順序掃描的方式進(jìn)行工作，在每個(gè)掃描周期中，對(duì) 計(jì)數(shù) 脈沖只能進(jìn)行一次累加： 對(duì)于脈沖信號(hào)的頻率比 PLC 的掃描頻率高時(shí)，如果仍采用普通計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加，必然會(huì)丟失很多輸入脈沖信號(hào)，在 PLC 中對(duì)比掃描頻率高的輸入信號(hào)的計(jì)數(shù)也可使用高速計(jì)數(shù)器指令來實(shí)現(xiàn)。 S7200 PLC 有六個(gè)高速計(jì)數(shù)器，其占有的輸入端子各不相同，且不同的輸入端有專用的功能，如：時(shí)鐘脈沖端、方向控制端、復(fù)位端、啟動(dòng)端等。高速計(jì)數(shù)器共有 12 種工作模式，其工作模式和輸入端子表如表 所示。 高速計(jì)數(shù)器有四種計(jì)數(shù)方式： （ 1）單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加 /減計(jì)數(shù)：即只有一個(gè)脈沖輸入端，通過高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)的第 3 位來控制 做加計(jì)數(shù)或者減計(jì)數(shù)。該位為 1，加計(jì)數(shù)；該位為 0，減計(jì)數(shù)。 （ 2）單路脈沖輸入的外部方向控制加 /減計(jì)數(shù)：即有一個(gè)脈沖輸入端，有一個(gè)方向控12 制端，方向輸入信號(hào)等于 1 時(shí)，加計(jì)數(shù)；方向輸入信號(hào)等于 0 時(shí)，減計(jì)數(shù)。如圖所示為外部方向控制的單路加 /減計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)方式可調(diào)用當(dāng)前值等預(yù)設(shè)值中斷和外部輸入方向改變的中斷。 （ 3）兩路脈沖輸入的單相加 /減計(jì)數(shù)。即有兩個(gè)脈沖輸入端，一個(gè)是加計(jì)數(shù)脈沖，一個(gè)是減計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)值為兩個(gè)輸入端脈沖的代數(shù)和，該計(jì)數(shù)方式可調(diào)用當(dāng)前值等預(yù)設(shè)值中斷和外部輸入方向改變的中斷。 （ 4）兩路脈沖輸入的雙相 正交計(jì)數(shù)。即有兩個(gè)脈沖輸入端，輸入的兩路脈沖 A 相、B 相，相位互差 90176。（正交）， A 相超前 B 相 90176。時(shí)，加計(jì)數(shù)； A 相滯后 B 相 90176。時(shí)，減計(jì)數(shù)。在這種計(jì)數(shù)方式下，可選擇 1x 模式（單倍頻，一個(gè)時(shí)鐘脈沖計(jì)一個(gè)數(shù)）和 4x模式（四倍頻，一個(gè)時(shí)鐘脈沖計(jì)四個(gè)數(shù)）。 控制字節(jié)定義了計(jì)數(shù)器和工作模式之后，還要設(shè)置高速計(jì)數(shù)器的有關(guān)控制字節(jié)。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器均有一個(gè)控制字節(jié)，它決定了計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、 1 和 2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟?jì)數(shù)方向，裝入初始值和預(yù)置值。 系統(tǒng)控制部分有兩個(gè)高速計(jì)數(shù)輸入，根據(jù) 表 ，且計(jì)數(shù)器占用的輸入端子不能另作它用，考慮節(jié)約 I/O 點(diǎn)數(shù)和經(jīng)濟(jì)成本，在滿足控制要求的前提下，選擇高速計(jì)數(shù)器 HSC3 和 HSC5。 表 高速計(jì)數(shù)器工作模式和輸入端子表 HSC 編號(hào)及 其對(duì)應(yīng)的 輸入端子 HSC 模式 功能及說明 占用的輸入端子及其功能 HSC0 HSC4 HSC1 HSC2 HSC3 HSC5 0 單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制 加減計(jì)數(shù)?？刂谱?=0， 減計(jì)數(shù)； =1，加計(jì)數(shù) 脈沖輸 入端 1 復(fù)位端 2 復(fù)位端 啟動(dòng) 3 單脈沖輸入的外部方向控制 加減計(jì)數(shù)。方向控制端 =0， 減計(jì)數(shù)；方向控制端 =1，加計(jì)數(shù) 脈沖輸 入端 方向控 制端 4 復(fù)位端 5 復(fù)位端 啟動(dòng) 6 兩路脈沖輸入的單向加減計(jì)數(shù) 加計(jì)數(shù)有脈沖輸入，加計(jì)數(shù)； 減計(jì)數(shù)有脈沖輸入，減計(jì)數(shù) 加計(jì) 數(shù)脈 沖輸入端 減計(jì)數(shù)脈 沖輸入端 7 復(fù)位端 8 復(fù)位端 啟動(dòng) 9 兩路脈沖輸入的雙向正交計(jì)數(shù)， A相脈沖超前 B 相脈沖，加計(jì)數(shù)； A相脈沖滯后 B 相脈沖，減計(jì)數(shù) A相脈沖 輸入端 B 相脈沖 輸入端 10 復(fù)位端 11 復(fù)位端 啟動(dòng) 13 光電編碼器 光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度測(cè)量被測(cè)物的轉(zhuǎn)角或直線位移量。是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的 機(jī)械 幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或 數(shù)字 量的 傳感器 。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由 光柵盤 和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn) 時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋 轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。的兩路脈沖信號(hào)。 光電編碼器按測(cè)量方式可分為旋轉(zhuǎn)編碼器和直尺編碼器；按編碼方式的分為絕對(duì)式編碼器、增量式編碼器和混合式編碼器。 絕對(duì)式編碼器是用光信號(hào)掃描分度盤上的格雷碼刻度盤以確定被測(cè)物的絕對(duì)位置值，然后將檢測(cè)到的格雷碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以脈沖的形式輸出測(cè)量的位移量。其特點(diǎn)是：輸出的位置數(shù)據(jù)唯一且掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器是用光信號(hào)掃描分度盤，通過檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)信號(hào)的通斷數(shù)量來計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度。其特點(diǎn)是：編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是相對(duì)的，旋轉(zhuǎn)角度的起始位置可以任意設(shè)定，掉電 后數(shù)據(jù)丟失。 混合式旋轉(zhuǎn)編碼器是用光信號(hào)掃描分度盤，通過檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)光信號(hào)的通斷數(shù)量來計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)輸出絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度編碼與相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度編碼。具備絕對(duì)編碼器的旋轉(zhuǎn)角度編碼的唯一性與增量編碼器的應(yīng)用靈活性。 根據(jù)增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器和混合式編碼器的特點(diǎn)，增量式編碼器具有分辨能力強(qiáng)、測(cè)量范圍大且、適應(yīng)大多數(shù)情況且性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)，因此選用增量式編碼器。 編碼器的電路信號(hào)輸出種類，主要是針對(duì)要連接編碼器信號(hào)的計(jì)數(shù)器、 PLC、人機(jī)界面等，它們能接受或要求傳感器輸出信號(hào)。因此選用編碼器必須了解控制器規(guī)格或使用環(huán)境。 系統(tǒng)控制部分電路圖 控制系統(tǒng)的控制電路由 PLC、 TD200、光電編碼器、按鈕、接觸器和行程開關(guān)組成。TD200 人機(jī)界面用來顯示當(dāng)前設(shè)定長(zhǎng)度和寬度數(shù)值，包括用戶界面和相關(guān)操作提示以及啟動(dòng)、停止、參數(shù)設(shè)置按鈕，可以滿足系統(tǒng)啟動(dòng)、停止，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度和寬度等參數(shù)的設(shè)置。按鈕包括急停按鈕，用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的緊急停止。光電編碼器和電機(jī)同軸相連，光電編碼器的 A 相與 PLC 高速計(jì)數(shù)器輸入端相連接，利用高速計(jì)數(shù)器設(shè)置值和當(dāng)前值比較，相等時(shí)14 產(chǎn)生中斷，表示達(dá)到設(shè)定的長(zhǎng)度或?qū)挾?，啟?dòng)激光束切割玻璃板材，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定長(zhǎng)定 寬切割。 PLC 的輸出部分為接觸器線圈，控制橫向電動(dòng)機(jī)水平運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)玻璃板材長(zhǎng)度測(cè)量，驅(qū)動(dòng)縱向電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)定寬運(yùn)動(dòng)，垂直電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)切割刀具向上和向下運(yùn)動(dòng)。PLC 的硬件接線圖如圖 所示。 圖 PLC 接線圖 控制系統(tǒng) HMI 人機(jī)界面 S7200 TD 設(shè)備是一種低成本的人機(jī)界面（ HMI），使操作員能夠與應(yīng)用程序交互?？梢允褂?TD 設(shè)備組態(tài)一組層級(jí)式用戶菜單，從而提供更多應(yīng)用程序交互結(jié)構(gòu)。 TD 設(shè)備與 S7200 系列 PLC 通過 TD/CPU（ RS485 接口）電纜建立通信，默認(rèn) TD 設(shè)備的通信地址為 1， S7200 的地址為 2。同時(shí) S7200 通過電纜為 TD 設(shè)備提供直流 24V15 電源。 TD200、 TD200C 和 TD400C 還可以由獨(dú)立的 24V 直流電源供電。 S7200 TD 設(shè)備是一個(gè) 2 行或 4 行的文本顯示設(shè)備，可以連接到 S7200 CPU。 S7200 TD 設(shè)備可用于查看、監(jiān)視和改變用戶程序的過程變量。 S7200 TD 產(chǎn)品系列提供了四種TD 設(shè)備： TD 100C、 TD200、 TD200C 和 TD400C。查看用戶菜單和屏幕的層級(jí) ，通過這些可以實(shí)現(xiàn)操作員與應(yīng)用程序或過程處理交互 使用 STEP 7Micro/WIN 的文本顯示向?qū)Э梢詣?chuàng)建這些用戶菜單和屏幕，顯示由 S7200 CPU 生成的報(bào)警 文本顯示 (TD) 設(shè)備的功能，可以使用 TD 設(shè)備來執(zhí)行以下任務(wù)： （ 1）使用 STEP 7Micro/WIN 的文本顯示向?qū)Э梢远x這些報(bào)警。 （ 2）修改指定的程序變量。 （ 3）使用 TD 設(shè)備可以將變量定義為文本字符串或數(shù)字字符串。 （ 4）文本字符串 變量中的所有字符均可編輯 。 （ 5）數(shù)字字符串 （ 6） TD 設(shè)備允許定義字、雙字或?qū)崝?shù)類型的變量。 （ 7）強(qiáng)制或取消強(qiáng)制 I/O 點(diǎn) 可以將 S7200 CPU 中的各個(gè) I/O 。 （ 8）點(diǎn)強(qiáng)制設(shè)為開 on 或關(guān) off 僅 TD 200C、 TD200 和 TD 400C。 （ 9）設(shè)置時(shí)間和日期 S7200 CPU 支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 （ 10） TD200C 和 TD 400C 提供其它用于與 S7200 CPU 進(jìn)行交互的功能。 （ 11）可以改變 S7200 CPU 的操作模式 [RUN 運(yùn)行或 STOP 停止 ]。 （ 12）可以對(duì)存儲(chǔ)在 S7200 CPU 存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和編輯。 根據(jù)控制要求，本著在滿足控 制功能的前提下降低成本的原則，選擇 S7200 TD200作為控制系統(tǒng)的人機(jī)界面。 圖 TD200 人機(jī)界面控制面板 16 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 針對(duì)本課題控制要求，設(shè)計(jì)的 PLC 控制系統(tǒng)，通過 HMI 人機(jī)界面完成對(duì)玻璃長(zhǎng)、寬等參數(shù)的設(shè)置，利用 S7200 系列 PLC 對(duì)臺(tái)車電機(jī)、升降電機(jī)、進(jìn)刀電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 所示： 開 機(jī)初 始 化臺(tái) 刀 、 刀 具 復(fù) 位刀 具 下 降 切 割刀 具 進(jìn) 給 切 割刀 具 復(fù) 位臺(tái) 車 前 進(jìn)升 降 到 位 ？臺(tái) 車 編 碼 器 到位 ？進(jìn) 刀 編 碼 器 到位 ？警 示 提 示警 示 提 示延 時(shí) 到 否 ？延 時(shí) 到 否 ？延 時(shí) 到 否 ？警 示 提 示Y參 數(shù) 是 否 變 化 ？NYYYYYYNNNNNN 圖 控制系統(tǒng)主程序流程圖 17 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，完成控制任務(wù)，系統(tǒng)需要 加入定時(shí)安全報(bào)警程序，即每一個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)時(shí)同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，根據(jù)每個(gè)動(dòng)作完成的時(shí)間設(shè)置定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，定時(shí)時(shí)間到而未完成相應(yīng)動(dòng)作，停止后續(xù)動(dòng)作，觸發(fā)報(bào)警動(dòng)作。 定 寬水 平 進(jìn) 給定 寬 切 割定 長(zhǎng) 切 割上 升NM 2 . 0M 1 . 0M 1 . 1M 1 . 2M 1 . 3M 1 . 4M 1 . 5M 1 . 6Q 0 . 4Q 0 . 2Q 0 . 1 / Q 0 . 6Q 0 . 3Q 0 . 5I 0 . 5I 0 . 6長(zhǎng) 寬 是 否 改 變I 0 . 3H S C 3 中 斷S M D 1 3 8 = S M D 1 5 8 = 0H S C 3 中 斷H S C 5 中 斷Y 圖 控制系統(tǒng)主程序順序功能圖 控制系統(tǒng)主要是為了完成玻璃定長(zhǎng)定寬的切割，主程序是控制電動(dòng)機(jī)的設(shè)置長(zhǎng)度和設(shè)置寬度的定尺寸切割運(yùn)動(dòng)，主要完成下降、定寬、橫向進(jìn)給、定長(zhǎng)切割和上升運(yùn)動(dòng)。在常用的梯形圖設(shè)計(jì)方法中有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序功能圖設(shè)計(jì)方法，在此次主程序設(shè)計(jì)中采用順序功能圖設(shè) 計(jì)方法，全部用寄存器位來代表步具有概念清楚、編程規(guī)范、梯形圖易于閱讀和查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。利用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法，按照步及轉(zhuǎn)換條件設(shè)計(jì)出18 主程序的順序功能圖如圖 所示。 根據(jù)控制系統(tǒng)主程序流程圖編寫梯形圖程序，控制程序見附錄 A。 高速計(jì)數(shù)器初始化程序 高速計(jì)數(shù)器指令有兩條：高速計(jì)數(shù)器定義指令 HDEF 和高速計(jì)數(shù)器指令 HSC。 HDEF 指令功能是為某個(gè)要使用的高速計(jì)數(shù)器選定一種工作模式。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器在使用前，都要用 HDEF 指令來定義工作模式，并且只能用一次。它有兩個(gè)輸入端： HSC為要使用的 高速計(jì)數(shù)器編號(hào)，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型，數(shù)據(jù)范圍為 0~5 的常數(shù)，分別對(duì)應(yīng) H~ H