【正文】 設(shè)計(jì)的課題任務(wù)，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)的硬件模塊選擇及配置如圖 31所示。其中 1 號(hào)槽安裝電源模塊，選擇了一塊輸入 AC220V、輸出 DC24V/2A 的電源模塊。 2 號(hào)槽安裝 CPU 模塊。需設(shè)置 CPU 與 PC 通信的接口 MPI的地址為 2，用于下載程序和監(jiān)視程序運(yùn)行。 3 號(hào)槽為接口模塊本設(shè)計(jì)不需要，所以 3 號(hào)槽空出不安裝模塊。 4 號(hào)槽安裝 I/O模塊，安裝本設(shè)計(jì)所需的數(shù)字量輸入輸出模塊。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 31 硬件配置 本設(shè)計(jì)需要定時(shí)器來(lái)控制脈沖輸出已達(dá)到精確定位的目的，因此設(shè)置 CPU 的掃描周期為 150ms,保存時(shí)鐘信號(hào)的位存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器字節(jié)是 10，如圖 32。 圖 32 CPU設(shè)置 本設(shè)計(jì)是通過(guò)控制脈沖輸出來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，在硬件組態(tài)通過(guò)設(shè)置脈沖輸出周期及脈沖寬度的來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)速度?？呻p擊硬件組態(tài)下的計(jì)數(shù)進(jìn)入計(jì)數(shù)器屬性對(duì)話北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 框?qū)ο?應(yīng)的脈沖輸出參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置方式如圖 33所示。 圖 33 脈寬調(diào)制組態(tài) CPU 計(jì)數(shù)模塊作為普通數(shù)字量輸出點(diǎn)使用時(shí)，其系統(tǒng)默認(rèn)地址為 、 、（可自行修改），作為高速脈沖輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的通道分別為 0 通道、 1 通道、 2通道（通道號(hào)為固定值，不能自行修改）。每一通道都可輸出最高頻率為 （周期為 ）的高頻脈沖。在 CPU 計(jì)數(shù)模塊的屬性對(duì)話框中需要調(diào)用通道 0和 1和脈寬調(diào)制功能，相應(yīng)設(shè)置如圖 34。 圖 34 脈寬調(diào)制參數(shù)設(shè)置 1 設(shè)置脈沖參數(shù)：在上圖的對(duì)話框中選擇 OK，對(duì)應(yīng)通道被設(shè)置脈寬調(diào)制工作方式，脈沖參數(shù)將被設(shè)置為默認(rèn)值。計(jì)數(shù)器屬性對(duì)話框會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的標(biāo)簽，脈寬調(diào)制標(biāo)簽，選擇此標(biāo)簽可對(duì)脈寬參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖 35 所示。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 35 脈寬調(diào)制參數(shù)設(shè)置 2 3. 3 I/O分配 通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行的信號(hào)分析及對(duì)輸入輸出設(shè)備的分析、分類和整理，進(jìn)行了相應(yīng)的 I/O 地址分配。本設(shè)計(jì)的 I/O分配如表 33所示。 表 33 I/O 分配表 名稱 類型 符號(hào) 地址 啟動(dòng)按鈕 DI SB1 復(fù)位按鈕 DI SB2 停止按鈕 DI SB3 急停按鈕 DI SB4 上行按鈕 DI SB5 下行按鈕 DI SB6 左行按鈕 DI SB7 右行按鈕 DI SB8 位置傳感器 DI S0 遠(yuǎn) /近程模式選擇開(kāi)關(guān) DI S1 手 /自動(dòng)模式選擇開(kāi)關(guān) DI S2 上限位開(kāi)關(guān) DI SQ1 下限位開(kāi)關(guān) DI SQ2 左限位開(kāi)關(guān) DI SQ3 右限位開(kāi)關(guān) DI SQ4 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 續(xù)表 33 I/O 分 配表 名稱 類型 符號(hào) 地址 步進(jìn)電機(jī) 1 DO M2 步進(jìn)電機(jī) 2 DO M3 步進(jìn)電機(jī) 1方向 DO DIR1 步進(jìn)電機(jī) 2方向 DO DIR2 系統(tǒng)指示燈 DO HL1 報(bào)警指示燈 DO HL2 遠(yuǎn)程控制指示燈 DO HL3 就地控制指示燈 DO HL4 手動(dòng)模式指示燈 DO HL5 自動(dòng)模式指示燈 DO HL6 直流電機(jī) DO M1 3. 4 硬件原理圖 外界電源通過(guò)連接一個(gè) 低壓斷路器作為手動(dòng)通電開(kāi)關(guān)，而后通過(guò)開(kāi)關(guān)電源將引進(jìn)的220V 的電壓轉(zhuǎn)換為 24V 電壓為各設(shè)備供電，為實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制需要連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)與開(kāi)關(guān)電源所引出的兩根電線相連，而直流電機(jī)的控制主要是使用繼電器。電路硬件接線原理圖如圖 36至圖 38。 圖 36 主電路原理圖 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 37CPU接線 圖 38 數(shù)字量輸入 /輸出模塊接線 3. 5 操作面板和控制面板設(shè)計(jì) 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 本設(shè)計(jì)根據(jù)硬件選型中所需電器元件的數(shù)量和尺寸大小，將其在機(jī)架上的安裝位置進(jìn)行了合理化的布置，并繪制相應(yīng)的控制面板布局 圖及操作面板布局圖。如圖 39 至圖310 所示。 圖 39 控制面板布局圖 圖 310操作面板布局圖北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 4 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用梯形圖語(yǔ)言編程，梯形圖編程的優(yōu)點(diǎn)在于中簡(jiǎn)單、直觀、易讀好懂，根據(jù)本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的控制工藝要求可采用模塊化編程可使程序較清晰，便于修改和擴(kuò)充等。 4. 1 程序結(jié)構(gòu) 根據(jù)對(duì)整體控制工藝要求分析，本項(xiàng)目程控制工藝較為復(fù)雜，因而采用模塊化編程將機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目分解成幾個(gè)子系統(tǒng)，編寫各自的子程序進(jìn)行控制。其中在主程序 OB1 設(shè)置各子程序塊調(diào)用條件來(lái)控制調(diào)用個(gè)子程序塊，添加 功能塊FC10 作為急停子程序編寫對(duì)急停按鈕的處理指令， FC20 用來(lái)編寫攝像頭回復(fù)初始位置的子程序， FC30 可作為手動(dòng)控制攝像頭左右及上下移動(dòng)的點(diǎn)動(dòng)子程序， FC40 設(shè)為自動(dòng)子程序用于遠(yuǎn)程監(jiān)控下攝像頭自動(dòng)調(diào)節(jié)的精確定位，而 FC50 用于放映攝像頭到各限位時(shí)的報(bào)警子程序。綜上所訴本設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)框圖如圖 41。 圖 41 程序結(jié)構(gòu)圖 4. 2 主程序分析 主程序 OB1 主要是進(jìn)行各子程序的條件調(diào)用，當(dāng)相應(yīng)的條件滿足后可以調(diào)用相應(yīng)子程序；以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制需求。 主程序 OB1 的程序流程圖如圖 42 所示。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 42 主程 序流程圖 本設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確控制，而在 S7300PLC 中，脈沖輸出的編程需要通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)功能塊 (SFB)進(jìn)行，脈沖輸出功能塊為 SFB49。 控制升降系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出通道設(shè)為 0 通道，控制水平移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出通道采用 1 通道。相應(yīng)程序設(shè)計(jì)如圖 43 所示。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 43 SFB49指令調(diào)用 4. 3 急停子程序 為保障機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)的設(shè)備安全運(yùn)行以及操作人員的人身安全，若遇到任何緊急情況，可按下控制面板上的“急停按鈕”，使各執(zhí)行部件立即停止動(dòng)作，并維持在當(dāng)前狀態(tài)以避免發(fā)生意外。急 停程序如圖 44。 圖 44 急停子程序 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 4. 4 復(fù)位子程序 若按下啟動(dòng)按鈕時(shí)系統(tǒng)指示燈閃亮攝像頭不在初始位置，需按下操作面板上的“復(fù)位按鈕”調(diào)用復(fù)位子程序，開(kāi)始執(zhí)行復(fù)位程序使攝像頭移動(dòng)到初始位置，攝像頭到達(dá)初始位置后系統(tǒng)指示燈變?yōu)槌Ａ?。?fù)位程序如圖 45。 圖 45 復(fù)位程序 4. 5 手動(dòng)子程序 若滿足手動(dòng)子程序調(diào)用條件，可調(diào)用并執(zhí)行手動(dòng)子程序，在手動(dòng)模式下按下操作面板的上行按鈕攝像頭向上運(yùn)行，按下操作面板的下行按鈕攝像頭向下運(yùn)行，按下操作面板的左行按鈕攝像頭向左運(yùn)行，按下操作面板的右行按鈕攝像頭 向右運(yùn)行，這可實(shí)現(xiàn)攝像頭的點(diǎn)動(dòng)控制可以手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的位置。手動(dòng)控制程序如圖 46。 圖 46 手動(dòng)程序 4. 6 自動(dòng)子程序 自動(dòng)子程序是在遠(yuǎn)程模式下才可調(diào)用的，為通過(guò)對(duì)自動(dòng)子程序的編寫來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 機(jī)的精確定位需要進(jìn)行相應(yīng)的分析。 步進(jìn)電機(jī)有步距角，它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)的步距角為 θ=176。它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)步距角進(jìn)行了二分故 α=176。， 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周是 360176。，每轉(zhuǎn)一周需要的脈沖數(shù) / 40 0360N ??? 導(dǎo)軌絲杠的導(dǎo)程 S=8mm，故步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周滑塊移動(dòng) 8mm，則滑塊移動(dòng) 1mm 需要脈沖 / 5 0n N S?? 在硬件組態(tài)的脈寬參數(shù)設(shè)置中脈沖周期 T=4。 滑塊移動(dòng) 1mm 需要時(shí)間 n 20t T ms? ? ? 本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是 S ODT：接通延時(shí)定時(shí)器 ，每個(gè)定時(shí)器占用定時(shí)狀態(tài)的 1位地址空間和定時(shí)時(shí)間值的 16 位地址空間，定時(shí)時(shí)間值以 BCD 碼的格式存放，本設(shè)計(jì)才用的時(shí)間基準(zhǔn)是 10ms,假設(shè)需要移動(dòng)的距離為 X mm 則所需時(shí)間為 2Xms。 在 WinCC 參數(shù)畫面中添加相應(yīng)的“輸入 /輸出域”連接相應(yīng)變量，給定 X 的值，運(yùn)用整數(shù)乘法指令： MUL I 將 X 乘 2 后放進(jìn)另一字節(jié)中如圖 47 所示；調(diào)用轉(zhuǎn)換器 I BCD指令，將整數(shù)轉(zhuǎn)換為 16 位的 BCD 碼轉(zhuǎn)存到 MW20 中如圖 48所示；調(diào)用 S ODT：接通延時(shí)定時(shí)器，將 MW20 放在定時(shí)時(shí)間值輸入端如圖 49 所示。 圖 47 MUL I 指令 圖 48 I BCD指令 圖 49 S ODT指令 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4. 7 報(bào)警子程序 若在手動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)攝像頭到達(dá)各限位觸及限位開(kāi)關(guān)后，若繼續(xù)按下相應(yīng)方向的按鈕開(kāi)關(guān)則報(bào)警燈亮。若在