基于PLC的數(shù)字程序控制的模擬

1、基于plc的數(shù)字程序控制的模擬院 系北方科技學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)b641302學(xué) 號(hào)200514185099姓 名王維興指導(dǎo)教師蔣麗英負(fù)責(zé)教師蔣麗英沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院2010年6月沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書教 學(xué) 部 工學(xué)一部 專業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) b641302 學(xué)號(hào) 200514185099 姓名 王維興 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于plc的數(shù)字程序控制的模擬 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 2010 年 3 月 8 日至 2010 年 7 月 2 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行地點(diǎn) 自動(dòng)化學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求：(一)主要內(nèi)容數(shù)字程序控制就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入

2、的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。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)床叫做數(shù)控機(jī)床。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)利用plc完成雙軸直線切削的直線運(yùn)動(dòng)的數(shù)字程序控制的模擬。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。（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：（1）閱讀主要參考文獻(xiàn)，收集有關(guān)資料。（2）深入學(xué)習(xí)并掌握plc和組態(tài)軟件語(yǔ)言編程。（3）掌握直線插補(bǔ)的基本原理。（4）設(shè)計(jì)plc直線插補(bǔ)的程序。（5）基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)

3、的設(shè)計(jì)。（6）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；（7）論文要求20000字左右，且上交word文檔；（8）相關(guān)科技英文翻譯字?jǐn)?shù)不少于5000字。指導(dǎo)教師簽字 年 月 日負(fù)責(zé)教師簽字 年 月 日沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘 要可編程控制器（簡(jiǎn)稱plc）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。本文主要研究基于plc的數(shù)字程序控制的模擬，主要研究?jī)?nèi)容包括：1）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)plc程序設(shè)計(jì)。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s7-20

4、0的第一象限直線插補(bǔ)和逆圓弧插補(bǔ)的程序設(shè)計(jì)。2）逐點(diǎn)比較法plc控制上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用紫金橋組態(tài)軟件完成對(duì)plc直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩個(gè)程序的實(shí)時(shí)監(jiān)視和界面模擬。該組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)擁有良好的人機(jī)界面，通用性好，操作簡(jiǎn)單、方便、易于實(shí)現(xiàn)plc的集中監(jiān)控和管理等特點(diǎn)，具有較廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：逐點(diǎn)比較法；直線插補(bǔ)；圓弧插補(bǔ)；組態(tài)監(jiān)控abstractprogrammable logic controller (plc) for its versatility, high reliability and simple instruction set, programming easy to ma

5、ster, small size, low maintenance, easy installation and a series of site interfaces, is widely used in industrial automatic control.this paper studies simulation based on digital program control of plc. its main contents include：1. plc program design of the line interpolation operations and the cir

6、cular interpolation operations of point by point comparison method. in introducing the basic principles of point by point comparison method basis，it proposes the line interpolation operations in first quadrant and the circular interpolation operations based on siemens s7-200 system. 2. the design of

7、 pc monitoring system controlled by plc under point by point comparison method. using real bridge software it needs to complete the design of real-time monitoring and interface simulation of two programs including the line interpolation operations and the circular interpolation operations. configura

8、tion monitoring system has many good features such as, good human-machine interface, good commonality, simple and convenient operating, and easy to implement centralized monitoring and management of plc. it has a wider application prospects.keywords: the point by point comparison method, line interp

9、olation, circular interpolation, configuration monitoring70目 錄1緒論11.1 課題背景11.2 研究意義11.2.1 數(shù)控21.2.2機(jī)床數(shù)控與數(shù)控機(jī)床31.3 課題研究任務(wù)及要求31.3.1 課題研究?jī)?nèi)容41.3.2 技術(shù)指標(biāo)41.4課題的內(nèi)容安排42plc可編程控制器52.1 plc可編程控制器的描述52.1.1 plc發(fā)展歷程52.1.2 plc構(gòu)成62.1.3 cpu構(gòu)成62.1.4 i/o模塊62.1.5 電源模塊72.1.6 底板或機(jī)架72.1.7 plc系統(tǒng)其它設(shè)備72.1.8 plc通信聯(lián)網(wǎng)82.1.9 plc的優(yōu)點(diǎn)

10、82.1.10 plc特點(diǎn)92.1.11 plc應(yīng)用102.2 西門子s7-200112.2.1 簡(jiǎn)介112.2.2 出色表現(xiàn)112.2.3 適用范圍112.2.4 詳細(xì)介紹123逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理143.1 逐點(diǎn)比較法143.2 第一象限直線插補(bǔ)原理153.2.1 偏差計(jì)算公式153.2.2 終點(diǎn)判別法163.2.3 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程163.2.4 不同象限的直線插補(bǔ)173.3第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)173.3.1 偏差計(jì)算公式173.3.2 終點(diǎn)判別法183.3.3 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程183.3.4 四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)公式184逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)204.1 基于plc的直線插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)204

11、.1.1 直線插補(bǔ)程序i/o分配表204.1.2 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)流程圖214.1.3 直線插補(bǔ)主要程序的設(shè)計(jì)及分析224.2 圓弧插補(bǔ)plc軟件設(shè)計(jì)264.2.1 圓弧插補(bǔ)程序i/o分配表264.2.2 第一象限內(nèi)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)流程圖274.2.3 圓弧插補(bǔ)主要程序的設(shè)計(jì)及分析284.3程序調(diào)試334.3.1 pc與plc的通訊334.3.2 程序下載運(yùn)行345基于紫金橋組態(tài)軟件數(shù)字程序監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)355.1工業(yè)控制組態(tài)軟件概述355.2 紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件355.3 紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件的應(yīng)用365.3.1與西門子plc s7-200的關(guān)聯(lián)365.3.2 第一象限直線插補(bǔ)組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計(jì)

12、385.3.3 第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)組態(tài)監(jiān)控43結(jié) 論48社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析49致 謝50參考文獻(xiàn)51附錄i 第一象限直線插補(bǔ)程序52附錄ii 第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)程序611 緒論數(shù)字程序控制是一種基本的控制方式，在日常生活、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和汽車工業(yè)等中都廣泛應(yīng)用了這種控制方式。所以對(duì)數(shù)字程序控制的模擬監(jiān)控在現(xiàn)代化生產(chǎn)中顯得尤為重要。1.1 課題背景在工業(yè)自動(dòng)化方面，如工廠車間使用的各種加工車床，以前很多都是人力或是半人力操作控制。大多數(shù)的自動(dòng)化控制只是單純的從大的方面節(jié)省人力，而沒(méi)有針對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)操作進(jìn)行分別控制，從而不能有效做到生產(chǎn)產(chǎn)品精確加工和完全自動(dòng)加工，也造

13、成了人力資源的浪費(fèi)。plc的數(shù)字程序控制則針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)，分別進(jìn)行控制，上傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)該數(shù)字程序控制對(duì)各個(gè)用戶進(jìn)行分別有效地調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，同時(shí)也避免了不必要的資源浪費(fèi)。數(shù)字程序控制是許多行業(yè)的重要工作目標(biāo)之一，不論是日常生活、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和汽車工業(yè)等等，都需要在符合規(guī)定并且合適的條件下盡可能達(dá)到自動(dòng)化，從而節(jié)省人力資源。然而自動(dòng)控制需要大量的實(shí)踐和對(duì)實(shí)際工業(yè)基礎(chǔ)的了解，所以研究數(shù)字程序控制的模擬就顯得非常重要。 總而言之，在現(xiàn)在的生活、生產(chǎn)中，基于plc的數(shù)字程序控制有著很廣闊的應(yīng)用前景。1.2 研究意義隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的迅速發(fā)

14、展，機(jī)械產(chǎn)品日趨復(fù)雜，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來(lái)越高。在航空航天、軍工和計(jì)算機(jī)等工業(yè)中，零件精度高、形狀復(fù)雜、批量少、經(jīng)常改動(dòng)，加工困難，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難以保證。機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)是和智能化適應(yīng)上述發(fā)展特點(diǎn)的最重要手段。在零件加工中，理想加工軌跡是刀具中心軌跡應(yīng)與零件輪廓形狀一致，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往用一小段直線或圓弧去逼近，從而使得控制算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量減小。插補(bǔ)算法是確定刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法；插補(bǔ)計(jì)算就是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)輸入基本數(shù)據(jù)（如直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo)，圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心的坐標(biāo)等）運(yùn)用一定的插補(bǔ)算法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可用來(lái)圖形仿真或作為刀的進(jìn)給數(shù)據(jù)。目前插補(bǔ)算法有很多

15、種，與其它插補(bǔ)方法相比，逐點(diǎn)比較法是一種控制算法簡(jiǎn)單、進(jìn)給速度控制方便的插補(bǔ)算法。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)既可以作直線插補(bǔ)，又可作圓弧插補(bǔ)。它比較適用于一些以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)的中等精度或中等速度要求的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。本文將介紹逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)的基本原理及改進(jìn)后的逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)，最后給出改進(jìn)前后的模擬仿真。在機(jī)床的實(shí)際加工中，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來(lái)生成。然而，對(duì)于簡(jiǎn)單的曲線，數(shù)控裝置易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于較復(fù)雜的形狀，若直接生成，勢(shì)必會(huì)使算法變得很復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也相應(yīng)地大大增加。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行逼近，有些

16、場(chǎng)合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次曲線去逼近(或稱為擬合)。所謂插補(bǔ)是指數(shù)據(jù)密化的過(guò)程。在對(duì)數(shù)控系統(tǒng)輸入有限坐標(biāo)點(diǎn)(例如起點(diǎn)、終點(diǎn))的情況下，計(jì)算機(jī)根據(jù)線段的特征(直線、圓弧、橢圓等)，運(yùn)用一定的算法，自動(dòng)地在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間生成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即所謂數(shù)據(jù)密化，從而自動(dòng)地對(duì)各坐標(biāo)軸進(jìn)行脈沖分配，完成整個(gè)線段的軌跡運(yùn)行，以滿足加工精度的要求。為解決上述問(wèn)題，一種靈活、通用、高精度、高效的“柔性”自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機(jī)床在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。目前數(shù)控技術(shù)已逐步普及，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，已成為機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。1.2.1 數(shù)控1.數(shù)控的意義數(shù)控即數(shù)字控制（numer

17、ical control），是數(shù)字程序控制的簡(jiǎn)稱。數(shù)控的實(shí)質(zhì)是通過(guò)特定處理方式下的數(shù)字信息（不斷變化的數(shù)字量）去自動(dòng)控制機(jī)械裝置進(jìn)行動(dòng)作，它與通過(guò)連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行的程序控制（即順序控制），有著截然不同的性質(zhì)。由于數(shù)控中的控制信息，而處理這些短信息離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，因此將通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)，簡(jiǎn)稱為數(shù)控。這里講的數(shù)控，特指用于機(jī)床加工中的數(shù)控（即機(jī)床數(shù)控）。除此之外，數(shù)控還廣泛應(yīng)用于測(cè)量、理化試驗(yàn)與分析、物質(zhì)與信息的傳輸、建筑以及科學(xué)管理等領(lǐng)域。2.數(shù)控的分類早期的數(shù)控機(jī)床的nc裝置由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機(jī)邏輯電路，是固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種

18、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床一般稱作為nc機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控（computer numerical control），簡(jiǎn)稱cnc?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序（軟件）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或分部數(shù)控功能，并通過(guò)接口與外圍設(shè)備進(jìn)行連接，稱為cnc系統(tǒng)，這樣的機(jī)床一般稱為cnc機(jī)床。1.2.2機(jī)床數(shù)控與數(shù)控機(jī)床1.機(jī)床數(shù)控機(jī)床數(shù)控是指通過(guò)加工程序編制工作，將其控制指令以數(shù)字信號(hào)的方式記錄在信息介質(zhì)上，經(jīng)輸入計(jì)算機(jī)處理后，對(duì)機(jī)床各種動(dòng)作的順序、位移量和速度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一門技術(shù)。其控制對(duì)象是專門針對(duì)機(jī)床和機(jī)床加工的，這里所說(shuō)的機(jī)床不僅指金屬切削機(jī)床（臺(tái)車、銑、

19、刨、鉆、磨、鏜等機(jī)床）。2.數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是一種通過(guò)數(shù)字信息控制機(jī)床按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)電一體化新型加工裝備。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制技術(shù)與機(jī)床相結(jié)合的產(chǎn)物，機(jī)床數(shù)控技術(shù)是通過(guò)數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的關(guān)鍵在于學(xué)好和用好數(shù)控機(jī)床。一個(gè)國(guó)家的機(jī)床數(shù)控率，反映了這個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)水平的高低，同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家科技進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。它對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，促進(jìn)科技進(jìn)步和加速現(xiàn)代化建設(shè)，都有著十分重大的意義。發(fā)達(dá)國(guó)家視數(shù)控技術(shù)為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，而大力推進(jìn)和發(fā)展數(shù)控機(jī)床。1.3 課題研究任務(wù)及要求本文針對(duì)基于plc的數(shù)字程序控制的模擬在下位機(jī)建立一個(gè)plc

20、可編程控制器系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下：1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容1.閱讀主要參考文獻(xiàn)，收集有關(guān)資料。2.深入學(xué)習(xí)并掌握plc和組態(tài)軟件語(yǔ)言編程。3.掌握直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的基本原理。4.設(shè)計(jì)plc直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的程序。5.基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。6.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；1.3.2 技術(shù)指標(biāo)1.通過(guò)plc控制直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；2.通過(guò)組態(tài)監(jiān)控軟件模擬出插補(bǔ)曲線1.4課題的內(nèi)容安排本論文共分5章。第1章概述，介紹數(shù)字程序控制的課題背景，數(shù)字程序控制的發(fā)展現(xiàn)狀以及本課題的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)指標(biāo)；第2章介紹了plc可編程控制器及西門子s7-

21、200的特點(diǎn)、應(yīng)用、優(yōu)點(diǎn)，以及相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)；第3章介紹本文的設(shè)計(jì)原理逐點(diǎn)比較法，直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)等。第4章具體介紹了plc程序的設(shè)計(jì)核心內(nèi)容，包括程序的設(shè)計(jì)思路和方法等。第5章具體介紹了組態(tài)監(jiān)控軟件，紫金橋組態(tài)軟件的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用及其模擬監(jiān)控。最后得出結(jié)論，并做了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析。2 plc可編程控制器plc可編程序控制器：plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶指令，

22、數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2.1 plc可編程控制器的描述2.1.1 plc發(fā)展歷程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量開(kāi)關(guān)量順序控制，它邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作控制，及大量離散量數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。1968年美國(guó)gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)控制裝置，首次采用程序化手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable controller（pc）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱pc）發(fā)展起來(lái)后，方便，也反映可編程控制器功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為pr

23、ogrammable logic controller（plc），現(xiàn)在仍常常將plc簡(jiǎn)稱pc。plc定義有許多種，國(guó)際電工委員會(huì)（iec）對(duì)plc定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序存貯器，用來(lái)其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并數(shù)字、模擬輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。這時(shí)期，plc處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能

24、力到大幅度提高，plc逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，某些應(yīng)用上取代了過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治位dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。plc工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中位，可預(yù)見(jiàn)將來(lái)，是無(wú)法取代。2.1.2 plc構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以一定規(guī)則組合配置。2.1.3 cpu構(gòu)成cpu是plc核心，起神經(jīng)中樞作用，每套plc至少有一個(gè)cpu，它按plc

25、系統(tǒng)程序賦予功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)，去指揮有關(guān)控制電路。cpu主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少組成單元。使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析cpu內(nèi)部電路，但對(duì)各部分工作機(jī)制應(yīng)有足夠理解。cpu控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由

26、震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算中間結(jié)果，它也是控制器指揮下工作。cpu速度和內(nèi)存容量是plc重要參數(shù)，它們決定著plc工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，限制著控制規(guī)模。2.1.4 i/o模塊plc與電氣回路接口，是輸入輸出部分（i/o）完成。i/o模塊集成了plci/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開(kāi)關(guān)量輸入（di），開(kāi)關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。開(kāi)關(guān)量是指開(kāi)和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)信號(hào)，模擬量是指連續(xù)

27、變化量。常用i/o分類如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。上述通用io外，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理基本配置能力，即受最大底板或機(jī)架槽數(shù)限制。2.1.5 電源模塊plc電源用于為plc各模塊集成電路提供工作電源。同時(shí)，有還為輸入電路提供24v工作電源。電源輸入類型

28、有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用為24vac）。2.1.6 底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式plc使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間聯(lián)系，使cpu能訪問(wèn)底板上所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。2.1.7 plc系統(tǒng)其它設(shè)備1.編程設(shè)備：編程器是plc開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制系統(tǒng)工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。2.人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式一體式操作員終端

29、應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。3.輸入輸出設(shè)備：用于永久性存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量電位器，打印機(jī)等。2.1.8 plc通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中重要性越來(lái)越顯著，有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器觀點(diǎn)說(shuō)法。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使plc與plc之間、plc與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議接口。plc通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，iec規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，

30、plc各廠家均有采用。一個(gè)自動(dòng)化工程(特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng))來(lái)講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開(kāi)放，以方便不同設(shè)備集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)形式，這必須較深入了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、機(jī)制前提下進(jìn)行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問(wèn)題，確定不同層次所使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。2.1.9 plc的優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。2.范圍廣電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。plc可以輕松地滲透到每個(gè)家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極

31、大的空間。 3.高速率 plc能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而在4.5m45mbps之間。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于撥號(hào)上網(wǎng)和isdn，比adsl更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的plc產(chǎn)品正在研制之中。 4.永遠(yuǎn)在線 plc屬于即插即用，不用煩瑣的撥號(hào)過(guò)程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！5.便捷不管在家里的哪個(gè)角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有plc帶來(lái)的高速網(wǎng)絡(luò)享受！2.1.10 plc特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動(dòng)性方面可與wlan媲美。2.傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平

32、順的在線觀賞dvd影片，它所提供的14mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺(tái)提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)homeplug av傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200mbps；為了確保qos，homeplug av采用了時(shí)分多路訪問(wèn)（tdma）與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（csma）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。3.范圍廣，無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，其必需布設(shè)n多個(gè)ap才能滿足需求，而且同樣不能避面信號(hào)盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。由此，運(yùn)營(yíng)商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地

33、方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。4.低成本。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，節(jié)約了資源。無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力。相對(duì)傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，plc成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的adsl包月相持平。5.適用面廣。plc作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于

34、居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得plc具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號(hào)，就立即可享受4.545mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)撥打電話，和觀看在線電影，從而實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。2.1.11 plc應(yīng)用目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1. 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及

35、自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.運(yùn)動(dòng)控制plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要pl

36、c廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。4.過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器

37、中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6.通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。本文使用西門子s7-200進(jìn)行數(shù)字程序控制，下面就著重介紹西門子s7-2002.2 西門子s7-2002.2.1 簡(jiǎn)介simatics7-200系列plc適

38、用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。2.2.2 出色表現(xiàn)s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.極高的可靠性 2.極豐富的指令集 3.易于掌握 4.便捷的操作 5.豐富的內(nèi)置集成功能 6.實(shí)時(shí)特性 7.強(qiáng)勁的通訊能力 2.2.3 適用范圍s7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民

39、用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。2.2.4 詳細(xì)介紹s7-200系列plc可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種cpu供使用。 1.cpu單元設(shè)計(jì)集成的24v負(fù)載電源，可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出，cpu 224，cpu 224xp，cpu 226分別輸出280 ma，400ma。可用負(fù)載電源。 2.不同的設(shè)備類型 cpu 221226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。 3.本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn) cpu 221有6di/4do，cpu 222有8di/6個(gè)do，cpu

40、224有14di/10do，cpu 224xp有14di/10do，cpu226有241di/16do。 4.本機(jī)模擬最輸入/輸出點(diǎn) cpu 224xp有2個(gè)ai/1ao。 5.通訊方式 內(nèi)部集成的ppi接口為用戶提供強(qiáng)大的通訊功能。ppi接口為rs485，可在三種方式 下工作： i.ppi方式：ppi通訊協(xié)議是西門子專門為s7-200系列plc開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議。通過(guò)普 通的兩芯屏蔽雙絞電纜進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。波特率為9.6kbit/s,19.2 kbit/s和187.5 kbit/s。cpu上集成的編程口同時(shí)就是ppi通訊聯(lián)網(wǎng)接口。 ii.mpi方式：通過(guò)內(nèi)置接口連接到mpi網(wǎng)絡(luò)上。波特率為19.2kb

41、it/s,187.5kbit/s。s7-200可與s7-300/400通訊，s7-200cpu在mpi網(wǎng)絡(luò)中作為從站，彼此間不能通訊。 iii.自由通訊口方式：是一個(gè)很有特色的功能。s7-200plc可以與任何通訊協(xié)議公開(kāi)的其他設(shè)備進(jìn)行通訊。即可以由用戶自行定義通訊協(xié)議。波特率最高38.4kbit/s。 iv.profibus-dp網(wǎng)絡(luò)：cpu222、224xp、226可以通過(guò)增加em277的方法支持profibus dp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。最高傳輸速率為12mbit/s。 6.eeprom存儲(chǔ)器模塊（選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無(wú)需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 7.電池模塊 用于長(zhǎng)

42、時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。3 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理本次設(shè)計(jì)的plc數(shù)字程序控制具體采用了逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理，分別在坐標(biāo)軸第一象限內(nèi)實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)及直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)，第一象限內(nèi)的逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)及圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)。因此，本章主要介紹逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的基本原理。3.1 逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法又稱代數(shù)運(yùn)算法或醉步法，是脈沖增量插補(bǔ)中最典型的算法。其基本原理是在控制過(guò)程中，逐點(diǎn)計(jì)算和判斷運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進(jìn)給軸向

43、給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。以折線來(lái)逼近直線或圓弧，最大誤差不超過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此，只要脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。由其插補(bǔ)原理可知數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件每走一步都要經(jīng)過(guò)以下四個(gè)節(jié)拍：第一節(jié)拍：偏差判別，判別刀具當(dāng)前位置相對(duì)于給定輪廓的偏離情況，并以此決定刀具的進(jìn)給方向。第二節(jié)拍：坐標(biāo)進(jìn)給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果，控制刀具向相應(yīng)坐標(biāo)軸進(jìn)給一步使加工點(diǎn)向給定輪廓靠攏，減小偏差。第三節(jié)拍：偏差計(jì)算，刀具進(jìn)給一步后#計(jì)算新的加工點(diǎn)與給定輪廓之間的偏差，為下一步偏差判別做準(zhǔn)備。第四節(jié)拍：終點(diǎn)判別，判斷刀具是否到達(dá)被加工零件的終點(diǎn)，若到達(dá)終點(diǎn)，則結(jié)束插補(bǔ)，否則繼續(xù)插補(bǔ)，如此

44、不斷循環(huán)以上四個(gè)節(jié)拍就可加工出所要求的曲線。一個(gè)零件的輪廓往往是多種多樣的，有直線，有圓弧，也有可能是任意曲線，樣條線等。數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實(shí)際輪廓去走刀的，而是近似地以若干條很小的直線去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。因此，逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)方式包括直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，拋物線插補(bǔ)，樣條線插補(bǔ)等。 3.2 第一象限直線插補(bǔ)原理所謂直線插補(bǔ)（line interpolation）就是只能用于實(shí)際輪廓是直線的插補(bǔ)方式(如果不是直線，也可以用逼近的方式把曲線用一段段線段去逼近，從而每一段線段就可以用直線插補(bǔ)了)。首先假設(shè)在實(shí)際輪廓起始點(diǎn)處沿x方向走一小段(一個(gè)脈沖當(dāng)量)，發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)在實(shí)際輪

45、廓的下方，則下一條線段沿y方向走一小段，此時(shí)如果線段終點(diǎn)還在實(shí)際輪廓下方，則繼續(xù)沿y方向走一小段，直到在實(shí)際輪廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循環(huán)類推.直到到達(dá)輪廓終點(diǎn)為止。這樣，實(shí)際輪廓就由一段段的折線拼接而成，雖然是折線，但是如果我們每一段走刀線段都非常小(在精度允許范圍內(nèi))，那么此段折線和實(shí)際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的這就是直線插補(bǔ)。 3.2.1 偏差計(jì)算公式設(shè)加工第一象限的直線oa，取直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線終點(diǎn)坐標(biāo)為（，），m（，）為加工點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)），如圖3.1所示。若m點(diǎn)在直線上，則根據(jù)三角形的關(guān)系可得： （3.1）若取直線插補(bǔ)的偏差判別式為 （3.2）yxa(,)m圖

46、3.1 第一象限直線若m點(diǎn)在直線上，則=0；若m點(diǎn)在直線的上方，則0；若m點(diǎn)在直線的下方，則0。當(dāng)0時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近給定軌跡，應(yīng)向+x方向進(jìn)給一步。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： （3.3）則該點(diǎn)的偏差為： （3.4）當(dāng)0時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近給定軌跡，應(yīng)向+y方向進(jìn)給一步。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： （3.5）則該點(diǎn)的偏差為： （3.6）3.2.2 終點(diǎn)判別法1.第一種方法：設(shè)置x、y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，加工開(kāi)始前，在x、y計(jì)數(shù)器中存入終點(diǎn)坐標(biāo)、，在x坐標(biāo)（或y坐標(biāo)）進(jìn)給一步時(shí)，就在x計(jì)數(shù)器（y計(jì)數(shù)器）中減去1，直到兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)減到為零時(shí)，便到達(dá)終點(diǎn)。2.第二種方法：用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，x和y兩個(gè)坐標(biāo)，從起

47、點(diǎn)到終點(diǎn)的總步數(shù)；x、y坐標(biāo)每進(jìn)給一步，減去，直到為零時(shí)，就到達(dá)終點(diǎn)。3.2.3 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程插補(bǔ)過(guò)程分四步：1.偏差判別：判斷0還是0；2.坐標(biāo)計(jì)算和進(jìn)給：0，+x方向走一步，0，+y方向走一步；3.偏差計(jì)算：計(jì)算新的偏差；4.終點(diǎn)判別：判斷是否插補(bǔ)到了終點(diǎn)。3.2.4 不同象限的直線插補(bǔ)當(dāng)直線的起點(diǎn)為原點(diǎn)時(shí)，直線有四個(gè)象限的線形，上面討論的是第一象限的直線，對(duì)于第二、三、四象限的直線插補(bǔ)計(jì)算可用相同原理得到。當(dāng)、取絕對(duì)值時(shí)，偏差計(jì)算公式相同，只是坐標(biāo)進(jìn)給方向不同。見(jiàn)表3.1。表3.1 直線插補(bǔ)的進(jìn)給方向及偏差計(jì)算公式00；若m點(diǎn)在圓弧內(nèi)，則0。當(dāng)0時(shí)，為了使加工點(diǎn)逼近圓弧，應(yīng)向-x方向進(jìn)給

48、一步。進(jìn)給后的新坐標(biāo)值為： （3.10）該點(diǎn)偏差為： （3.11）當(dāng)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： （3.12）該點(diǎn)偏差為： （3.13）3.3.2 終點(diǎn)判別法和直線的判別法相同。3.3.3 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程與直線的插補(bǔ)過(guò)程相同。3.3.4 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3.2。該表中、和分別表示第一至第四象限的順圓弧和逆圓弧。表3.2 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0、-y、+y、-x、+x0、+x、-x、+y、-y4 逐點(diǎn)比

49、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4.1 基于plc的直線插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)4.1.1 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4.1所示。表4.1 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)i0.0開(kāi)關(guān)閉合完成i0.1常閉x軸脈沖給定i0.2x軸步進(jìn)電機(jī)工作y軸脈沖給定i0.3y軸步進(jìn)電機(jī)工作輸出部分x軸輸出脈沖q0.0x軸

50、步進(jìn)電機(jī)工作y軸輸出脈沖q0.1y軸步進(jìn)電機(jī)工作y軸步進(jìn)電機(jī)d相q2.0通電工作y軸步進(jìn)電機(jī)c相q2.1通電工作y軸步進(jìn)電機(jī)b相q2.2通電工作y軸步進(jìn)電機(jī)a相q2.3通電工作x軸步進(jìn)電機(jī)d相q2.4通電工作x軸步進(jìn)電機(jī)c相q2.5通電工作x軸步進(jìn)電機(jī)d相q2.6通電工作x軸步進(jìn)電機(jī)a相q2.7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 gnd4.1.2 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4.1所示。圖4.1 直線插補(bǔ)程序流程圖4.1.3 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

51、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4.2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4.2 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4.3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

52、賦值，已走步數(shù)自加1重新賦值，輸出y步進(jìn)。圖4.3 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4.4和4.5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：sm0.0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：sm0.0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4.4 中斷程序int_0網(wǎng)絡(luò)2梯形圖圖4.5 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4.6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，i0.1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4.6 終點(diǎn)判斷梯形圖2.中斷程序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4.7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，m3.0工作，x步進(jìn)復(fù)位置1。圖4.7 x軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖3.中斷程序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4.8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，m3.0工作，y步進(jìn)復(fù)位置1圖4.8 y軸步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)復(fù)位梯形圖4.主程序main主