基于ABPLC的多MPS零件加工工作站控制上下位機畢業(yè)設計

1、 PAGE44 / NUMPAGES47本科畢業(yè)論文（設計）基于AB-PLC的多種運行模式的零件加工工作站控制學 院 計算機與信息科學學院 專 業(yè) 自動化（控制） 年 級 2009級 學 號 姓 名 指 導 教 師 成 績 _2013年 4 月 26日 目錄 HYPERLINK l _引言 1.引言 1 HYPERLINK l _2.系統(tǒng)方案設計 2.系統(tǒng)方案設計 3 HYPERLINK l _2.1_PLC的概況與特點介紹 2.1 由控制要求進行PLC選型與I/O配置 6 HYPERLINK l _2.2_系統(tǒng)軟件設計 2.2系統(tǒng)軟件設計 7 HYPERLINK l _2.3_對象仿真動畫優(yōu)

2、化工具軟件AutoCAD 2.3對象仿真動畫優(yōu)化工具軟件AutoCAD10 HYPERLINK l _3._MPS加工站PLC編程 3.MPS加工站PLC程序設計 11 HYPERLINK l _3.1_MPS工作站流程分析 3.1 MPS工作站流程分析 12 HYPERLINK l _3.2_各功能性模塊控制要求的分析與其實現(xiàn) 3.2 各功能性模塊控制要求的分析與其實現(xiàn) 13 HYPERLINK l _3.3_RTO控制時序 3.3 RTO控制時序 20 HYPERLINK l _3.4傳感器的分析與仿真 3.4 傳感器的分析與仿真 21 HYPERLINK l _3.5_工作站多種運行模式

3、的實現(xiàn) 3.5 工作站多種運行模式的實現(xiàn) 24 HYPERLINK l _4.本地服務器的建立與通信 4.本地服務器的建立與通信 27 HYPERLINK l _4.1_創(chuàng)建Configure_Drivers 4.1 創(chuàng)建Configure Drivers 28 HYPERLINK l _4.2_創(chuàng)建OPC_Server 4.2 創(chuàng)建OPC Server 28 HYPERLINK l _4.3_OPC通信與校驗 4.3 OPC通信與校驗 29 HYPERLINK l _5.組態(tài)監(jiān)控界面 5.組態(tài)監(jiān)控界面 30 HYPERLINK l _5.1_項目創(chuàng)建與基礎設定 5.1 項目創(chuàng)建與基礎設定 3

4、0 HYPERLINK l _5.2_監(jiān)控界面 5.2 監(jiān)控界面 32 HYPERLINK l _5.3_演示動畫 5.3 演示動畫 33 HYPERLINK l _5.4_VB編程實現(xiàn)外部調用 5.4 VB編程實現(xiàn)外部調用 39 HYPERLINK l _6_實驗驗證與分析 6.試驗驗證與分析 39 HYPERLINK l _6.1_實驗平臺 6.1實驗平臺 39 HYPERLINK l _6.2_驗證步驟 6.2 驗證步驟 40 HYPERLINK l _6.3_實驗結果與分析 6.3 實驗結果與分析 41 HYPERLINK l _7_結束語 7.結束語 42 HYPERLINK l _

5、參考文獻： 參考文獻 43 HYPERLINK l _致謝 致 44基于AB-PLC的多種運行模式的零件加工工作站控制摘要：本文基于AB-PLC論述了Festo Didactic生產(chǎn)的模塊化生產(chǎn)加工培訓系統(tǒng)MPS(modular production system)的生產(chǎn)加工單元具有多種運行模式的控制仿真設計。硬/軟件配置分別選用了Rockwell Software公司Bul.1764 Micrologix1500 LSP Series C型號的PLC，在RSLinx建立的DH-485仿真通信驅動和OPC服務器通信的基礎上，在RSLogix 500上編程，實現(xiàn)加工單元控制要求。用Rsemu50

6、0仿真PLC運行，還借助了VB和AutoCAD嵌入Rsview32制作氣動控制仿真模擬。設計實現(xiàn)了加工單元多種運行模式的控制仿真。關鍵字：MPS系統(tǒng)；加工工作站；PLC；RSView32；The control of multi-controlpatterns MPS systembased on PLC systemAbstract: The processing station we are using here is the MPS system prodducted by Festo Didactic.To accomplish The control of multi-control

7、patterns MPS systembased on PLC system,we use RSLogix500 by Rockwell Software to build the simulation of the MPS system.The PLC program is programed on the basis of the operating demands.Temporal logix chontrol is based on RTO logix control.OPC server is provided by RSLinx as the communication part

8、and the human-computer interaction.Interface is founded on RSView32. According to the steps above , we simulated the multi-controlpatterns MPS systembased on PLC system successfully.Key Words:MPS system; multi-control patterns; PLC; RSView32引言模塊化加工系統(tǒng)(MPS, Modular Production System)體現(xiàn)了機電一體化的技術實際應用。MP

9、S設備是一套開放式的設備，用戶可根據(jù)身產(chǎn)需要選擇設備組成單元的數(shù)量、類型，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)，而由多個單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動生產(chǎn)線的控制特點。在由多個MPS工作單元組成的系統(tǒng)中，綜合應用了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術（機械傳動、機械連接等）、電工電子技術、傳感應用技術、PLC控制技術、組態(tài)控制技術、信息技術等。利用該系統(tǒng)可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使學員處在一個非常接近于實際的教學設備環(huán)境，從而在學習過程中很自然地就將理論應用到了實際中，實現(xiàn)了理論與實踐的完美結合，從而縮短了理論教學與實際應用之間的距離。1.1 MPS的基本組成多個單元

10、組成的MPS系統(tǒng)可以較為真實地模擬出一個自動生產(chǎn)加工流水線的工作過程。其中，每個工作單元都可以自成一個獨立系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機構主要是氣動執(zhí)行機構和電機驅動機構，這些執(zhí)行機構的運動位置都可以通過安裝在其上面的傳感器的信號來判斷。(如圖1.1所示)圖1.1 多單元組成的MPS系統(tǒng)Fig.1.1 MPS system combined with muliti-stations在MPS設備上應用多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體的通過狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質、物體的高度等。傳感器技術是機電一體化技術中的關鍵技術之一，是現(xiàn)代工作實現(xiàn)高度自動化的前提

11、之一。在控制方面，MPS設備采用PLC進行控制，用戶可根據(jù)需要原則不同廠家的PLC。MPS設備的硬件結構是相對固定的，但學員可以根據(jù)自己對設備的理解、對生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫一定的生產(chǎn)工藝過程，然后再通過編寫PLC控制程序實現(xiàn)該工藝過程，從而實現(xiàn)對MPS設備的控制。MPS模塊化生產(chǎn)培訓系統(tǒng)應用技術11.2 MPS加工工作站的基本功能MPS設備給學員提供了一個開放式的學習環(huán)境，雖然各個組成單元的結構已經(jīng)固定，但是，設備的各個執(zhí)行機構按照什么樣的動作順序執(zhí)行、各個單元之間如何配合、最終使MPS模擬一個什么樣的生產(chǎn)加工控制過程、MPS作為一條自動生產(chǎn)流水線具有怎么樣的操作運行模式等，學員都可根據(jù)自

12、己的理解，運用所學理論知識，設計出PLC控制程序，使MPS設備實現(xiàn)一個最符合實際的自動控制過程。MPS系統(tǒng)中每個單元都具有最基本的功能，學員可在這些基本功能的基礎上進行流程編排設計和發(fā)揮。1.加工檢測站單元如圖1.2所示,有如下幾部分組成：1)旋轉工作臺旋轉工作臺模塊主要是由旋轉工作臺、工作 臺固定底盤、定速比直流電動機、定位塊、電感式接近開關傳感器、漫反射式光電傳感器、支架等組成。在轉動臺上有四個工位，用于存放工件。每個工位下面都有一個圓孔，用于光電傳感器對工件的識別。電感式接近開關傳感器用于判斷工作臺的轉動位置，以便于進行定位控制。2)鉆孔模塊鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機、夾緊氣缸等組

13、成。鉆孔模塊用于實現(xiàn)鉆孔加工過程。在鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝由磁感應式接近開關，分別用于判斷兩個氣缸運動的兩個極限位置3) 檢測模塊檢測模塊用于實現(xiàn)對鉆孔加工結束的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架與磁感應式接近開關組成。圖1.2 多運行模式的加工工作平臺Fig.1.2 MPS system with muliti-control patterns2.系統(tǒng)方案設計可編程控制器(Programmable LogicController)簡稱PLC。它是一種新型通用的自動控制裝。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計

14、，具有功能強、可靠性高、通用性好、編程方便、體積小、重量輕、設計、施工和調試周期短等優(yōu)點，因此在工業(yè)控制方面的應用極為廣泛。本次試驗的仿真對象就是基于PLC程序運行的，因此本論文設計中，也是通過PLC程序的編寫來對其運行流程和模式進行仿真，并通過仿真通訊驅動來建立與組態(tài)軟件的通訊。系統(tǒng)框圖如圖2.1.可編程序控制器技術與應用系統(tǒng)設計2PLC部分由PLC控制器，RSLogix500與仿真RSEmulate500組成。 PLC程序完成對時序控制和功能的實現(xiàn)。電機執(zhí)行機構數(shù)據(jù)的存儲、運算與輸入輸出。RSLinx作為通訊單元，主要由仿真驅動DH-485和OPC服務器組成。提供實現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的交換與更新。

15、 RSView監(jiān)控界面提供實時運行動態(tài)以與操作的執(zhí)行、參數(shù)和值的顯示與賦予。圖2.1 系統(tǒng)結構框圖Fig.2.1 The framework diagram of system design RSView32 組態(tài)界面2.1 PLC選型與I/O配置2.1.1 PLC選型設計所選用的PLC控制器型號是Bul.1764 Micrologix1500 LSP Series C（如圖2.2），MicroLogix 1500 是一種由處理器和擴展輸入輸出模塊組成的微型PLC系統(tǒng)，可隨時按需對系統(tǒng)進行擴展，成本低廉，滿足本次設計的使用需求。該系統(tǒng)處理器型號選用：1764-LSP處理器的存儲器容量為8KB，

16、自帶的嵌入式I/O為12點DI（地址為I:0/0 I:0/11）和12點DO（地址為O:0/0 O:0/11）；處理器單元可單獨更換，無需拆卸電路接線；系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取終端可以監(jiān)視和調節(jié)數(shù)據(jù)；具有和SLC500系列控制器一樣的指令集和編程軟件，便于編輯程序并兼顧軟件的兼容性。可編程控制器教程4圖2.2 ML1500型PLCFig.2.2 MicroLogix1500 PLC2.1.2 I/O模塊擴展與配置MicroLogix 1500處理器和基本單元嵌入在一起從而形成了完整的控制器。處理器和基本單元或者MicroLogix-1500-Introduction是可以分別替換的，允許按需增加嵌入式輸入

17、輸出，存和通訊選項。系統(tǒng)采用1769系列Compact輸入輸出模塊，提供各種各樣的擴展模塊，可以最靈活地擴展控制器的I/O數(shù)量和種類，同時擴展了控制器的本體輸入輸出的點數(shù)。在RSLogix500的主界面中，從I/O Configure中可輕松的調用和配置相應的模擬擴展模塊。系統(tǒng)在擴展卡槽分別使用1769-IQ16與1769-OB32的I/O模塊，在RSLogix500過I/O Configuration也可擴充對應模塊。其功能特性如下。1. 數(shù)字量輸入模塊：1769-IQ162. 數(shù)字量輸出模塊： 1769-OB32輸入點數(shù)：16點； 輸出點數(shù)： 32點；電壓類型：24VDC； 電壓類型：24

18、VDC；輸入信號延遲時間：onoff=2ms； 工作電壓：20.426.4VDC；工作電壓：1030VDC；5V時背板負載電流：300mA；最大導通狀態(tài)電流：2mA； 具有光耦隔離功能；最大斷開狀態(tài)電流：1.5mA； 具有可拆卸端子塊；5V時背板電流：115mA； 具有CSA、UL、CE認證；具有光耦隔離功能；具有可拆卸端子塊；具有CSA、UL、CE認證；在編輯程序時，為了便于編輯，并且實現(xiàn)在仿真界面的動畫演示，使用軟件自動擴充的I/O配置,即64點的I/O輸入輸出，在實際硬件設備的使用時，應當修改程序，使用擴展模塊所提供的接口替換程序中原有的超過I:0/11以與O:0/11的所有工位，并根據(jù)

19、實際的替換結果配置接線表。以下是本程序在仿真模式下的I/O配置，如表2.1。表2.1 I/O接線表Tap 2.1 the chart of I/O modual5對應I/O 設備名稱 設備用途 信號特征I0.1電容式傳感器判斷有無輸入工件信號為1：有輸入工件I0.2急停按鈕系統(tǒng)進入急停狀態(tài)信號為1：系統(tǒng)急停I0.6電磁開關手動控制夾頭夾緊信號為1：夾頭夾緊I0.7電磁開關手動控制夾頭松開信號為1：夾頭松開I0.8電磁開關手動控制鉆孔電機下降信號為1：鉆孔電機下降I0.9電磁開關手動控制鉆孔電機上升信號為1：鉆孔電機上升I0.11電磁開關手動控制旋轉工作臺轉動信號為1：旋轉工作臺轉動I0.12電

20、磁開關手動控制檢測頭下降信號為1：檢測頭下降I0.13電磁開關手動控制檢測頭上升信號為1：檢測頭上升I0.14電容式傳感器手動控制夾緊缸伸出信號為1：夾緊缸伸出I0.15急停按鈕手動控制夾緊缸縮回信號為1：夾緊缸縮回I1.0單步模式按鈕使系統(tǒng)執(zhí)行下一動作信號為1：啟動下一個動作I1.1啟動單步模式啟動單步運行模式信號為1：啟動單步模式I1.2關閉單步模式關閉單步運行模式信號為1：關閉單步模式O0.44電磁開關判斷鉆孔電機的位置信號為1：鉆孔電機上升到位O0.24電磁開關判斷鉆孔電機的位置信號為1：鉆孔電機下降到位O0.45電磁開關判斷檢測頭的位置信號為1：檢測頭縮回到位O0.21電磁開關判斷檢

21、測頭的位置信號為1：檢測頭下探到位O0.46電磁開關判斷夾緊缸的前后位置信號為1：夾緊缸返回到位O0.22電磁開關判斷夾緊缸的前后位置信號為1：夾緊缸伸出到位O0.43電磁開關判斷夾頭是否加緊信號為1：夾頭已夾緊O0.23電容式傳感器判斷夾頭是否松開信號為1：夾頭已松開2.2 AB-PLC軟件平臺2.2.1 RSLogix 500 &R RSLogix Emulate 500RSLOGIX 500經(jīng)由其簡單易用的編輯器、點擊式配置方式、強大的診斷和排錯功能，RSLOGIX 500融合了最新的技術以幫助用戶提高性能和減少開發(fā)的時間。它直觀的界面以與穩(wěn)定的可靠性轉化為生產(chǎn)力的增長。RSLOGIX

22、500允許用戶為自己的SLC 500系列產(chǎn)品，有效的建立、修改、監(jiān)控你的應用程序。Rslogix 500是適用所有小型控制器的標準化編程軟件包，使得編程工作大為簡化。在本次設計中，通過RSLogix 500的編程，以與對I/O模塊的分配和對相對應的Output、Float等工位的邏輯性的準確輸出與賦值，實現(xiàn)對整個MPS系統(tǒng)的流程與功能的模擬。不同的操作模式對應不同的操作按鈕，作用在不同的Input上，按鈕的閉合使系統(tǒng)對其后的語句進行掃描，根據(jù)實際運行情況對語句做出邏輯性的判斷并執(zhí)行相對應的操作與數(shù)值的輸出，以便使上位機上展現(xiàn)對應的畫面。編譯時，在系統(tǒng)提供的梯形圖界面上可以簡單，直觀的對所編輯的

23、邏輯指令進行創(chuàng)建和修改。PLC梯形圖語言編輯軟件的實現(xiàn)8。如圖2.4.Rockwell Automation Technical Books5圖2.3 RSLogix 500 編譯界面Fig 2.3 the interface of RSLogix 5002.2.2 RSLinxRSLin現(xiàn)場設備連接眾多羅克韋爾軟件提供全套的通訊服務，這些軟件包括RSLogix500/5000/RSView32和RSSql等。同時，RSLinx還提供了數(shù)種開放接口用于與第三方人機界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集/分析系統(tǒng)、客戶應用程序軟件進行通訊。RSLinx支持多個應用軟件同時與在不同網(wǎng)絡上的不同設備進行通訊。通過RSL

24、inx使得任意兩點間的通訊變得更加方便。RSLinx提供友好的用戶圖形界面用于指定網(wǎng)之間穿梭的路徑。這意味著通過ControlLogix Gateway就可以把辦公室的以太網(wǎng)絡到控制層網(wǎng)絡的現(xiàn)場服務在本次實驗設計中，通過RSLinx,來作為RSLogix與RSView32之間的通信，建立OPC服務器，從而讀取PLC程序中各工位的數(shù)值，并將數(shù)據(jù)共享提供給上位機。此外，人機界面中的操作，也經(jīng)由RSLinx的數(shù)據(jù)管理，來實現(xiàn)對程序中數(shù)值的修改和邏輯性的控制。圖2.4 RSLinx 編譯界面Fig 2.4 the interface of RSLinx2.2.3 RSView32RSView32是基于

25、Windows環(huán)境的工業(yè)監(jiān)控軟件。利用RSView32可以廣泛的和不同的PLC-包括第三方的PLC建立通訊連接，建立廣闊的監(jiān)控應用。RSView32 Active Display System是用于RSView32的客戶/服務器應用。利用這個系統(tǒng)，你可以從遠程客戶端非常高效實時地監(jiān)控到現(xiàn)場的設備運行狀況-不但可以讀取到實時的數(shù)據(jù)變化，也可以控制現(xiàn)場。作為人機監(jiān)控軟件-HMI，RSView32采用了：全面支持ActiveX的技術，使得用戶可以在顯示畫面中任意簡單地插入ActiveX控件，來豐富應用。開發(fā)了RSView32的對象模型-Object Model，使得用戶可以簡單的將RSView32和

26、其他的基于組件的應用軟件互操作或者集成應用。集成微軟的Visual Basic for Applications (VBA)作為建的腳本語言編輯器?？梢噪S意定制開發(fā)后臺應用程序。同時支持OPC的服務器和客戶端模式。亦即既可以通過OPC和硬件通訊，又可以向其他軟件提供OPC的服務。第一個支持附加件結構-AOA。使得用戶可以將其他的功能模塊直接掛接到RSView32的核心上去，生成一體的應用。圖2.5 RSView32 編譯界面Fig 2.5 the interface of RSView322.3 對象仿真動畫優(yōu)化工具軟件AutoCADAutoCAD（Auto Computer Aided De

27、sign）是美國Autodesk公司首次于1982年開發(fā)的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計?，F(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行。RSView32軟件的設計時間比較早，因而畫面效果在當今看來不夠美觀，生動，且動畫效果簡單、有限，不能實現(xiàn)復雜、曲線運動甚至三維的動畫表現(xiàn)。

28、因此在此次設計時，采用AutoCAD 2011對仿真對象MPS加工工作站進行三維建模，將建立好的3D模型以CAD圖紙的方式在RSView32中打開，對逐步渲染的圖片賦予動畫，實現(xiàn)可運動的三維動畫演示，優(yōu)化監(jiān)控界面，使得操作更簡單、直觀，系統(tǒng)運行狀況表現(xiàn)得更準確，形象。圖2.6 AutoCAD制圖界面Fig 2.6 the drafting surface of AutoCAD3. MPS加工站PLC程序設計加工是在自動化生產(chǎn)中的一個專有詞匯，它表示組裝、變形和機械加工。根據(jù)VDI 2860，檢測單元主要有測量，檢查和提取功能。檢測單元就是確定實際信息(ACTUAL)與所需信(REQUIRED)

29、是否相符，工件接受/不接受，即“Yes/No”。檢測一個元件的重要容就是對信息進行比較。在加工單元中，工件在旋轉平臺上被檢測并加工。旋轉平臺由DC 馬達驅動。平臺的定位由繼電器完成，電感式傳感器檢測平臺的位置。在旋轉平臺上，工件平行地完成檢測和鉆孔的加工。一個帶有電感式傳感器的電磁執(zhí)行裝置來檢測工件是否被放置在正確的位置。在進行鉆孔加工時，電磁執(zhí)行件夾緊工件。加工完的工件通過電氣分支傳送到下一個工作站。 在編程時，首先認識系統(tǒng)分為三大模塊，即旋轉平臺、檢測模塊、加工模塊。因此務必理解透徹三大模塊之間的關系以與整體的運行機制。其次，梳理各個模塊的電機執(zhí)行機構所執(zhí)行的操作和實現(xiàn)的功能，確定模擬其功

30、效的仿真方法。此后，將三大模塊串聯(lián)為整體，測試如何實現(xiàn)真實時序控制的仿真，以與多種操作模式作用下系統(tǒng)對應的工作狀態(tài)，以與各種操作模式之間的切換和系統(tǒng)錯誤時的系統(tǒng)響應。3.1 MPS工作站流程分析根據(jù)FESTO公司提供的MPS系統(tǒng)說明手冊，首先可確立系統(tǒng)在單周期工作情況下的工作流程。如圖3.1（1）如果在進料工位1 中有工件并按下START 按鈕，旋轉平臺旋轉60。（2）檢測模塊的電磁活塞桿下降并檢測工件的開口是否朝上。如果檢測結果為OK(開口朝上)，旋轉平臺旋轉60。（3）夾緊裝置將工件夾緊。鉆機的馬達啟動。無桿缸帶動鉆機下降。（4）當鉆機達到下限位時停止運動。（5）鉆機馬達關閉，夾緊裝置縮回

31、。旋轉平臺旋轉60。（6）電氣分支模塊將工件傳送到下一個工作站。圖3.1 MPS系統(tǒng)流程圖Fig 3.1 the procedure of the MPS system of AutoCAD該順序描述的是一個工件在加工單元的工作順序。一旦在進料工位1 中有工件，加工循環(huán)既啟動。3.2 各功能性模塊控制要求的分析與其實現(xiàn)3.2.1 旋轉平臺模塊旋轉平臺模塊由DC 馬達驅動。旋轉平臺有6 個旋轉位置，電感式傳感器檢測平臺的位置。6 個工件存放槽中的每一個都在中心有一個圓孔，這有利于電容式傳感器進行檢測。如圖3.2圖3.2 旋轉平臺模塊Fig 3.2 the module of the revolv

32、ing stage of AutoCAD對旋轉平臺的控制，首先，在單或多周期自動循環(huán)模式下，旋轉平臺在進料工位檢測有工件進入時，平臺應當旋轉60度，每旋轉3此后，工件將被送達到工件送出位，通往下一平臺。由于所有的硬件傳感器都是虛擬的，不能通過系統(tǒng)自動檢測工位信號，因此，在程序中編輯一個計數(shù)器CTU,以旋轉平臺電機啟動的上升沿作為計數(shù)信號，當進料位為輸出為1，計數(shù)到第一次電機啟動，可認定有工件進入到加工平臺上，設計一個繼電器命名“平臺工作中”并在此時閉合，確保有工件加工時平臺不會重復進料。當計數(shù)滿3次，認定工件即將在本次平臺轉動后離開加工平臺。同時，計數(shù)器的DN位斷開上述繼電器，平臺可繼續(xù)上料，

33、并同時導通計數(shù)器的“”進行計數(shù)復位，為下一周期準備。手動模式時，手動按鈕會單獨啟動平臺電機，使平臺工作。如圖3.3。圖3.3 旋轉平臺程序舉例Fig 3.3 the sample program of the revolving stage of AutoCAD圖中，當有工件位于進料工位時，I;0/1閉合，當平臺未工作時，O;0/0的常閉導通，啟動平臺電機，同時，O;0/0的常閉斷開，此時無法繼續(xù)進料。當電機啟動，T4;0/TT位的上升沿被計數(shù)器C5;0記錄，當計數(shù)滿3次時，C5;0/DN閉合，使得O;0/0失電，同時對自己進行復位，系統(tǒng)結束此次循環(huán)。需要注意的是，對C5;0/DN的調用位置，

34、不可以晚于復位命令或早于C5;0所在的命令行。如圖中，若將03行移至02之前，則在C5;0的復位命令已經(jīng)執(zhí)行后的下一掃描周期，才會讀取C5;0/DN位的值，顯然此時無法達到設計要求。3.2.2 檢測模塊工件存放槽中的工件被檢測是否處于正確的位置上。如果工件的開口向上，檢測模塊的探頭可以達到下限位。當檢測模塊中的活塞桿縮回到上限位時，觸發(fā)電感式傳感器。如圖3.4圖3.4 檢測模塊Fig 3.4 the examination module of AutoCAD 當平臺承載著工件到達檢測位時，檢測桿下降至下限位置檢測頭檢測工件是否放置正確，此后檢測桿上升回到上限。若檢測傳感器檢測放置正確，則加工流

35、程繼續(xù)。在編輯程序仿真時，要特別注意的是在手動模式，以與緊急停止情況下的系統(tǒng)反應。在手動操作時，若旋轉平臺在旋轉時，使檢測桿下降的命令應當禁止執(zhí)行。且當檢測桿出于下限位置時，系統(tǒng)應當阻值旋轉平臺的啟動，避免硬件的損壞。此外，若檢測桿已到達下限/上限時，手動使檢測桿下降/上升的操作應當不可執(zhí)行。上述控制要求，在缺少實時傳感器的仿真程序中，應當落實并能夠在上位機的動畫中表現(xiàn)出來。實例程序如圖3.5.圖3.5 檢測模塊程序舉例1Fig 3.5 the sample program of the examination module 1 of AutoCAD上圖中，T4;0與T4;1分別代表檢測桿的下

36、降與上升動作。每個計時器的完成位，都分別啟動對應的檢測桿下限與檢測桿上限繼電器。由此一來，當檢測桿已到達兩端時，系統(tǒng)不會再次執(zhí)行繼續(xù)移動的操作。此外，為了在人機界面中便于動畫對檢測桿位置的表現(xiàn)，可將兩個計時器的ACC計數(shù)位通過MOV控件，將計數(shù)值送到Float中，并在RSView32中將Float的值表現(xiàn)為圖形對象的垂直滑移，程序如下圖3.6圖3.6 檢測模塊程序舉例2Fig 3.6 the sample program of the examination module 2 of AutoCAD 當鉆機下降時，將ACC位賦予F8;0,當4秒計時完成，F(xiàn)8;0值位4，在監(jiān)控界面中圖形垂直滑移位

37、4。當檢測桿上升時，將4與T4;1/ACC位的差值賦予F8;0。即當上升4秒到達上限時，F(xiàn)8;0為0，監(jiān)控畫面中的圖形垂直位移并返回初始位置。3.2.3 鉆孔模塊鉆孔模塊用于模擬對工件圓孔的拋光。一個電氣夾緊裝置將工件固定。鉆機的進給和縮回由無桿缸帶動。一個電氣馬達驅動無桿缸，一個繼電器回路驅動馬達。鉆機的馬達通過24VDC 而工作，但是速度不能調節(jié)。鉆機的運動末端位置由限位開關檢測。當鉆機達到末端位置時，無桿缸反向運動。如圖3.7圖3.7 鉆孔模塊Fig 3.7 the drilling module of AutoCAD當工件位于鉆孔位置時，首先，夾頭桿伸出，夾頭加緊工件，鉆機下降至下限，

38、此后返回至上限，夾頭松開，夾頭桿縮回，旋轉平臺將工件轉送至出料位置。在采用PLC對其進行仿真的過程中，大體方法與上述的檢測桿的仿真方法近似，只是在無桿缸的垂直運動的流程之外添加夾頭桿和夾頭的動作。不過鉆孔模塊特有的工作要求，是需要程序能夠隨時記錄鉆機的垂直位置。在系統(tǒng)運行時，一旦急停，鉆機應停留在當前的位置，且進入手動單步時，倘若不需要對當前的工件進行鉆孔，或是需要重復鉆孔時，鉆機應當可以根據(jù)控制隨意的上下運動。同樣，和檢測桿相似，當鉆機到達兩端時，應當無法繼續(xù)想端點運動。并且當鉆機出于下限位置時，夾頭桿已伸出或是夾頭已夾緊時，平臺應當無法旋轉，避免硬件的損壞。示意程序如圖3.8.圖3.8 鉆

39、孔模塊程序舉例1Fig 3.8 the sample program of the drilling module 1 of AutoCAD正如上圖所示，大體操作模式與檢測桿類似，計數(shù)器的TT位將ACC的計數(shù)值實時的轉移到F8;1中，在監(jiān)控畫面過對F8;0的值的動畫表示來體現(xiàn)鉆機的運動。I;0/2為手動模式的開關，當I;0/2斷開時，計數(shù)器失電保持，F(xiàn)8；0的值保持斷電前的數(shù)值，使得在監(jiān)控畫面中的等效圖形在運動的中途停止。O;0/18和O;0/19為鉆機下降和上升按鈕所導通的，帶有自鎖的繼電器。這樣一來，在I;02斷開的情況下，對應的Output使計時器重新得電，繼續(xù)未完成的動作。實現(xiàn)在急停后

40、，鉆機可以向任意兩端運動，進行不鉆孔和多次鉆孔的操作方法，如下圖3.9所示。圖3.9 鉆孔模塊程序舉例2Fig 3.9 the sample program of the drilling module 2 of AutoCAD在圖中，O;0/24為鉆機的下限開關，當鉆機已到達下限時，O;0/24的常閉斷開，I;0/8的操作無法導通。而當鉆機在鉆孔結束返回上限的時候突遇急停，T4;7斷電保持，使得其TT位保持導通，則圖3.9的第二行指令導通，將可移動的總距離與已上升的距離相減，將其賦予到T4;6/ACC位，使得鉆機從之前停止的位置反向向下移動。對于反方向的急停情況同理可得。由此而來，便實現(xiàn)了可

41、任意、隨時控制鉆機的上下運動。3.3 RTO控制時序本次設計中，因為系統(tǒng)是全仿真，因此系統(tǒng)運作流程需要計時器的全程引導，且存在急停功能，以與手動的調試，修正，因此必須選用保持型計時器，做到斷電保持。RSLgix 500 的指令中，Timer TON和TOF計時器在梯級條件變假時，累計值和DN位都要被復位，梯級條件變?yōu)檎婧笥种匦掠嫊r,因此采用采用能累積計時的RTO指令。當梯級條件為真時，RTO指令開始計時。當下列任何情況發(fā)生時，RTO指令保持它的累計值：1）梯級變假；2）用戶改變到編程方式；3）處理器出錯或斷電。當處理器重新運行或階梯變真時，RTO計時器從保持的值開始繼續(xù)計時，直到累計值達到預置

42、值。如果需要復位其累計值和狀態(tài)位，可在另一階梯中用RES指令對一樣地址的計時器復位。無論任何情況，復位指令總是優(yōu)先執(zhí)行。即只要使能復位指令，無論計時器是否正在計時，累計值與狀態(tài)位總被復位為0。PLC時間順序循環(huán)控制程序設計常見錯誤分析11。RTO指令的狀態(tài)位的變化情況如下圖3.10狀態(tài)位置位條件保持置位直到下列情況發(fā)生DN累計值=預置值相應的RES指令使能TT梯級為真且累計值預置值梯級變?yōu)榧倩虮籇N置位EN梯級為真梯級變?yōu)榧賵D3.10 RTO指令表Fig 3.10 the RTO instruction chart of AutoCAD3.4傳感器的分析與仿真3.4.1 電容式傳感器(旋轉平臺

43、，工件的檢測)電容式傳感器用于檢測工件，安裝在安裝架，工件存放槽的下方。工件可以改變電容式傳感器的電容。無論顏色和材料，電容式傳感器都可以檢測到工件。電容式傳感器在本工作站用于元件定位，檢測和鉆孔。 對其的仿真比較簡單，設置其位I;0/1,當閉合時則視為有工件請求進入加工平臺。在監(jiān)控界面中，可設置2枚按鈕，對按鈕的執(zhí)行指令分別設置為暫時閉合I;0/1以與置I;0/1為1。這樣，前者可作為單周期的啟動按鈕，而后者則為循環(huán)周期的啟動按鈕。如圖3.11.圖3.11 自動周期按鈕Fig 3.11 the buttons for auto circulate of AutoCAD3.4.2 電感式傳感器

44、(旋轉平臺，定位)電感式傳感器用于確定旋轉平臺是否處于正確的位置。傳感器可以檢測金屬材料。在本設計中，在旋轉平臺模塊的介紹中，已闡述平臺旋轉定位的方法，即用CTU對轉臺電機啟動的上升沿進行計數(shù)，計數(shù)1次對應檢測環(huán)節(jié)，計數(shù)2次對應鉆孔環(huán)節(jié)，計數(shù)滿3次視為運出加工完成的工件。圖3.12 轉盤功能的實現(xiàn)Fig 3.1.2 the program of the revolving stage of AutoCAD在上圖中，三個計時器分別代表在自動運行模式下，平臺搭載工件從進料到檢測、鉆孔、出料的3次旋轉動作，而程序第四行中的T4;11則是為了時刻記錄平臺轉動的角度和位置。比方說，在自動模式下，當系統(tǒng)急

45、停，平臺轉動了一半，那么在T4;11中則計時停留在2秒，此時按下手動按鈕，O;0/20的常開會使計時器繼續(xù)計數(shù)，即完成平臺的轉動動作。程序看似繁雜，其實都是為了弄夠在組態(tài)界面上顯示動畫而設計的，O;0/11的存在，是為平臺正在轉動的指示燈所設計，而T4:11的ACC位則是為逐幀動畫的提供實時數(shù)值所存在的，這一點在下文中會詳細表述。3.4.2微動開關(鉆孔，無桿缸)微動開關用于檢測無桿缸的運動末端位置。微動開關由線性軸驅動。啟動系統(tǒng)，傳感器應當位于正確位置上(提升/降下提升氣缸)。在此前的模塊介紹的舉例程序中，已介紹對于鉆機和檢測桿的上下限位開關的設計。圖3.13 鉆孔模塊程序舉例2Fig 3.

46、13 the sample program of the drilling module 2 of AutoCAD對于檢測桿、鉆機的位置的控制，由于都是使用存儲數(shù)據(jù)到Float位并進行實時更新的方法，因此對于兩者的限位開關，只需對其各自的移動距離進行限定即可。例如上圖中。當鉆機垂直滑移距離為4時，采用EQU指令，在此時開啟下限開關O;0/24.3.5 工作站多種運行模式的實現(xiàn)3.5.1 單周期連續(xù)運行與多周期循環(huán)運行此前在3.4.1中，已闡述通過RSView32對按鈕操作性質的設置，通過對單一進料工位的設置實現(xiàn)了單周期連續(xù)運行與多周期循環(huán)運行。圖3.13 單周期與循環(huán)周期的控制實現(xiàn)Fig 3.

47、13 the program of changing control modes of AutoCAD 當只需要進行自動單周期的運轉時，通過RSView32對I;0/1設置為按下時為1，這樣一來，系統(tǒng)只收到一個工件進入信號，當這個工件加工流程完成后,O;0/0的常閉聯(lián)通后，系統(tǒng)不會重新開啟下一周期。 當需要進行循環(huán)周期的模式時，在組太界面的按鈕中設置I;0/1為置位1。當系統(tǒng)緩沖結束后，O;0/0的常閉斷開，系統(tǒng)不會繼續(xù)響應信號I;0/1,但當本周期結束后，T4;13的DN位會使得程序中第一行重新導通，系統(tǒng)自動進入下一周期。依次循環(huán)。3.5.2 手動調試模式與手動單步模式手動模式的實現(xiàn)主要存在

48、兩個問題。首先是在無工件的情況下，對加工工作站進行手動調試。要求可以單獨執(zhí)行某個動作，即平臺的旋轉、檢測桿的下降與上升、夾頭桿的伸出與縮回、夾頭的加緊與松開、鉆機的下降與上升。此前對周期運行模式的設計時，對單獨的電機執(zhí)行機構都創(chuàng)建了對應的繼電器，因此手動時，只需要啟動導通對應的工位即可。其次，在緊急停止之后，要進行手動單步的操作。這一控制方式要求手動操作時，不但可以導通目標動作的計時器，且當動作完成時，要自動斷開，并保證當前計時器的完成位不會同周期模式中一樣啟動下一動作。此外，手動命令的執(zhí)行與否，也要參照一定的控制要求。例如之前提到的，檢測桿和鉆機在下限位時，不可以執(zhí)行轉盤動作。綜上要求，可以

49、大體確認一些設計思路。因為手動按鈕為彈起開關，因此不可以直接用I;0/X作為導通信號。其次，手動可以在急停時控制系統(tǒng)，因此手動控制的梯形圖應當是跨越急停指令的。此外，為了避免錯誤操作對系統(tǒng)的危害，在手動執(zhí)行的命令語句中，應當與控制位串聯(lián)其導通條件的常開，只有當各類條件都符合時才可執(zhí)行操作。實例如下圖3.13圖3.14 手動控制程序舉例Fig 3.14 the sample program of manual mode of AutoCAD從圖中，T4;5代表夾頭加緊所用的1秒，在監(jiān)控畫面中這一秒的動畫表現(xiàn)則為夾頭夾緊。當I;0/2閉合時，系統(tǒng)進入急停模式，T4;5失電但TT位保持導通，一旦急停

50、結束系統(tǒng)可繼續(xù)當前流程。急停時，按下I;0/6，系統(tǒng)掃描上圖的最后一行，獲取的指令為“在急停的模式下，當夾頭桿已深出；夾頭松開的指令未在進行中；夾頭尚未夾緊”的情況下，可手動控制夾頭進行夾緊動作，此時，O;0/16得電，在圖中第一行中，常開導通，使得T4;5得電繼續(xù)計時。當計時結束，T4;5/DN輸出高電頻。系統(tǒng)掃描至第二行，I;0/2斷開，無法啟動任何動作。系統(tǒng)掃描至第三行，此時O;0/16出于自鎖的條件下，T4;5/DN的常閉斷開，使得O;0/16失電，T4;5也同時失電。第四行，計時完成位執(zhí)行對自身的復位。3.5.3單步運行模式單步運行模式，就是每按下按鈕后，系統(tǒng)按順序執(zhí)行單個動作，具體

51、程序如圖3.15圖3.15 單步運行模式程序舉例Fig 3.14 the sample program of single move mode of AutoCAD如圖中，當單步運行模式啟動后，它所在的常閉會斷開自動模式下的命令行，使得每個動作無法從上個動作的計數(shù)完成位獲得啟動信號。整個周期中共有8個動作，通過對這8個動作計數(shù)，來實現(xiàn)一次執(zhí)行對應的動作。圖中C5:1所在行中，只有當C5:1計數(shù)位為1時，才會導通，執(zhí)行整個周期的第二個動作（第一個動作是平臺旋轉第一次，即工件進入檢測模塊）。同理，檢測桿上升作為第三個動作，它的命令行中C5:1的計數(shù)位要求為2，代表“已執(zhí)行2個動作，現(xiàn)可以執(zhí)行第三個

52、動作”。以此類推，實現(xiàn)整個周期的單步模式的控制。4.本地服務器的建立與通信在本次實驗設計中，通過RSLinx,來作為RSLogix與RSView32之間的通信，建立OPC服務器，從而讀取PLC程序中各工位的數(shù)值，并將數(shù)據(jù)共享提供給上位機。此外，人機界面中的操作，也經(jīng)由RSLinx的數(shù)據(jù)管理，來實現(xiàn)對程序中數(shù)值的修改和邏輯性的控制。4.1 創(chuàng)建Configure Drivers建立程序后，啟動RSLogix Emulate 500進行仿真，因此需要在RSLinx中建立驅動。操作如下圖4.1示。圖4.1 創(chuàng)建Configure DriversFig 4.1 Startup Configure Dr

53、ivers 打開軟件，單擊Communications,在彈出的下拉菜單中選擇SLC500 (DH485)仿真驅動。單擊后，在菜單列表中可看到剛剛創(chuàng)建的驅動，狀態(tài)為Running.至此完成創(chuàng)建。4.2 創(chuàng)建OPC Server利用RSLinx創(chuàng)建的OPC服務器，能夠直接獲取仿真程序中各工位的實時數(shù)據(jù)，提供給上位機，并執(zhí)行上位機的指令，對仿真程序中的參數(shù)進行修改。實施步驟如圖4.2.圖4.2 創(chuàng)建OPC服務器Fig 4.2 Startup OPC server 打開軟件，單擊DDEOPC,在下拉菜單中選中Topic Confiugration.彈出上圖中的界面。在Topic List中右鍵，命名

54、新的服務器，并選中右欄中的Workststion,選擇應用，單擊完成。至此，在Emulate500中的數(shù)據(jù)將可以通過剛剛創(chuàng)建的OPC服務器進行調用和修改。 4.3 OPC通信與校驗在Rslinx軟件中，自帶了檢測工具OPC Test Client,在軟件中，與OPC服務器的建立流程類似，通過add new來建立新的測試項目。具體操作如圖4.3所示。圖4.3 OPC服務器檢測Fig 4.3 Testing OPC server右鍵單擊右側空白處，選擇Add item,彈出圖中的對話框，在Access中填寫自己創(chuàng)建的OPC服務器名稱，在Item Name中填寫對應的工位，選擇OK.若通訊正常，則在

55、列表中會顯示出項目的名稱，當前的值，和通信狀況，Sub Quality顯示Good.5.組態(tài)監(jiān)控界面工業(yè)仿真系統(tǒng)。仿真軟件為用戶操作模擬對象提供了與實物幾乎一樣的環(huán)境。仿真軟件不但節(jié)省了巨大的培訓成本開銷，還提供了實物系統(tǒng)所不具備的智能特性。仿真系統(tǒng)的開發(fā)商專長于仿真模塊的算法，在實時動態(tài)圖形顯示、實時數(shù)據(jù)通訊方面不一定有優(yōu)勢，力控監(jiān)控組態(tài)軟件與仿真軟件間通過高速數(shù)據(jù)接口聯(lián)為一體，在教學、科研仿真應用中應用越來越廣泛。5.1 項目創(chuàng)建與基礎設定啟動新的項目后，要在項目的編輯對話框中，對系統(tǒng)的通道和節(jié)點進行設置。如圖5.1.圖5.1 設置RSView32仿真系統(tǒng)Fig 5.1 Setting R

56、SView32 Emulate system雙擊系統(tǒng)中的通道，網(wǎng)絡類型選擇DH-485，主要通信驅動位之前在RSLinx中建立的EMU00-1。通道設置完成。再雙擊節(jié)點，在數(shù)據(jù)源中選擇“OPC服務器”，節(jié)點名自行設置。服務器名稱點擊瀏覽，選中RSLinx OPC Server，類型為部進程，至此項目的創(chuàng)建以與基礎設置已完成。圖5.2 設置標記數(shù)據(jù)庫Fig 5.2 Setting Tag datebase對于標記數(shù)據(jù)庫的建立，應當注意的是標記數(shù)據(jù)類型的選擇，以與節(jié)點和地址的正確性。由于是仿真系統(tǒng)，通過OPC服務器調用數(shù)據(jù)，因此在標記的地址欄之前都要聲明OPC服務器的名稱。對標記添加準確明了的描述

57、，有助于此后使用標記時能夠簡單快捷的從標記數(shù)據(jù)庫中查找到目標標記與其功能。5.2 監(jiān)控界面在項目編輯器中，單擊圖形-顯示，彈出新的顯示界面，在顯示界面上進行監(jiān)控界面的設計。大體可分為歡迎界面、系統(tǒng)介紹界面，操作監(jiān)控界面，制作人界面。不同的界面之間，用軟件自帶的按鈕進行聯(lián)通。即在按鈕的操作欄選擇命令“display+要顯示的界面名稱”，如下圖5.3.圖5.3 設置界面之間的聯(lián)通Fig 5.3 Setting conncetion between surfaces在各個界面的建立時，因RSView32只支持對24位位圖(.bmp)的復制粘貼，且粘貼的圖片動畫僅限制為觸摸和可見性，所以當需要插入其他

58、格式的圖片時，需要從-文件-打開的渠道打開圖片，轉換為RSView32所支持的圖片格式“.gfx”。不同的圖片，可以通過對其屬性和排列的修改，調整它的線條填充顏色，字體和動畫。以往RSView32制作的界面都比較簡單，畫面表現(xiàn)力不強，僅能以二維圖片、數(shù)字文字的形式表示數(shù)據(jù)。為了表現(xiàn)出更加真實，生動的畫面，在本次設計中我們引入AutoCAD制圖軟件，在CAD 2011中建立仿真對象的三維模型，并將其導入到監(jiān)控界面中，這樣一來，相比于以往的比較簡陋、平面式的畫面，新設計的畫面更加生動形象，細節(jié)體現(xiàn)的更加到位，更方便于操作員與時的了解系統(tǒng)的現(xiàn)況。圖5.4 設置界面Fig 5.4 optimizati

59、onandchanges on surfaces5.3 演示動畫在RSView32中，軟件對對象提供可見性、顏色、高度、寬度、水平滑移、垂直滑移等動畫效果，且每個對象最多僅限擁有2種動畫效果。運用這些簡單的動畫來表現(xiàn)復雜，多控制模式的系統(tǒng)，并不容易，但掌握了動畫的特點，動畫演示的次序，就可以即擺脫傳統(tǒng)界面不真實的二維感，又可以真實的再現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制過程。實現(xiàn)的難點在于動畫的層次設置（為了達到三維物體之間的遮蔽效果），以與運用繪圖軟件AutoCAD制作逼真的模型。PLC電器控制與組態(tài)軟件設計55.3.1 檢測桿和鉆機動畫在之前的文章中，我們已詳細講述檢測桿和鉆機的垂直位移量是將Timer的AC

60、C位的計數(shù)值轉化而來的,因此對于導入的CAD圖像，我們將其轉換為RSView32的指定文件類型.gfx,按需求對各個部分成組，并對該組賦予垂直滑移的動畫，即垂直方向移動的距離為對應標記的實時數(shù)值。設定垂直偏移的最大值像素，進入運行模式可以拖動圖形，查看其移動圍，進行調試，使其移動位置恰好在固定桿的上限和平臺加工面之間。實際設定如圖5.5圖5.5 動畫設置Fig 5.5 animation option55.3.2 旋轉平臺動畫 可見性動畫的使用圍則更加廣泛，靈活，在本設計中應用的更多。在設計中，旋轉平臺上放置工件并進行旋轉，工件的運動軌跡為橢圓而非直線，于是水平和垂直的動畫不再適宜對其的表現(xiàn)。