五金工具自動(dòng)充磁設(shè)備控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

五金工具自動(dòng)充磁設(shè)備控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)周明(自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師：何致遠(yuǎn))摘要：在五金工具生產(chǎn)過程中，為使工具便于實(shí)際應(yīng)用，廣泛采用充磁機(jī)對(duì)五金工具進(jìn)行充磁。目前使用的充磁機(jī)自動(dòng)化程度差，操作過程勞動(dòng)強(qiáng)度大，以至生產(chǎn)效率低，同時(shí)充磁機(jī)中充磁線圈設(shè)計(jì)不盡合理，容易過熱、燒毀等，同時(shí)較小的線圈結(jié)構(gòu)也限制了生產(chǎn)。本文應(yīng)用可編程序控制器（PLC）和觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)了充磁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，建立了友好的人機(jī)操作界面。同時(shí)應(yīng)用電磁場(chǎng)理論和電力電子技術(shù)，完成了充磁線圈的理論設(shè)計(jì)。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，能夠初步滿足實(shí)際生產(chǎn)工藝要求。該系統(tǒng)改進(jìn)了充磁機(jī)的自動(dòng)化程度，提高了可靠性，具備規(guī)?；a(chǎn)能力，人機(jī)界面使操作簡(jiǎn)單、方便，對(duì)五金工具制造行業(yè)自動(dòng)化水平的提高具有積極意義，具備廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:五金工具；充磁機(jī)；PLC；觸摸屏Abstract:Intheproductionprocessofhardware,fillingmagnetismdeviceiswidelyusedinareaoffillinghardwaremagnetism,whichcanbeconvenientlyusedinpracticalapplication.However,theautomationdegreeofactualdeviceissolowatpresent,thattheproductivityislowandthelaborintensionishigh.Furthermore,thewidthofproductionequipmentisnotreasonable,temperatureisveryhigh,thedeviceiseasilydestroyedbythehighheat.Thesmallerwindingfracturerestricttheabilityofproduction.

Thisessaydesignedthefillingmagnetismautomobilesystemandgraphicoperatingpanelwithprogrammablelogiccontroller(PLC)andtouchpanel.Finishedthedesignationofwindingbyusingthetheoryofelectromagnetismfieldandpowerelectronictechnology.Withthedebuggingofprogram,thesystemcouldsatisfytheproductionprocess.Thesystemimprovedtheautomatismandreliabilityoffillingmagnetismdevice.Thedevicehadaabilityofmassproduction.Humanmachinepanelmadeoperationeasyandsimply,itwillmakepositivemeaningtoimprovefillmagnetismdevice’sautomationlevel.Thedevicehadaprofoundforegroundinactualapplication.

Keywords：hardwaretool；fillmagnetismdevice；programmablelogiccontroller；touchpanel

1緒論1.1本課題的意義和目的目前在五金工具生產(chǎn)行業(yè)中，廣泛應(yīng)用充磁裝置對(duì)五金工具部分地方進(jìn)行充磁，使其帶有磁性便于實(shí)際應(yīng)用目前在五金工具行業(yè)中，充磁機(jī)應(yīng)用廣泛，但大部分都以手工操作為主，充磁機(jī)的線圈設(shè)計(jì)較小，使勞動(dòng)強(qiáng)度大而生產(chǎn)效率低，滿足不了工業(yè)發(fā)展的需求，迫切需要改進(jìn)充磁機(jī)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量充磁。五金工具是浙江省的出口創(chuàng)匯的支柱產(chǎn)品之一，目前主要在省內(nèi)溫州、金華和杭州等地的一些中小企業(yè)生產(chǎn)，但目前各企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度較低，勞動(dòng)密度大，生產(chǎn)裝置中充磁線圈設(shè)計(jì)也不盡合理，容易過熱，燒毀等缺憾，可編程序控制器（PLC）在此方面的應(yīng)用較少。五金工具的充磁工業(yè)作為產(chǎn)品性能的主要指標(biāo)之一，其工藝穩(wěn)定度要求高，以前經(jīng)常會(huì)發(fā)生因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)而遭到外商的退貨，這對(duì)五金行業(yè)的發(fā)展起到非常大的阻礙作用，研制一條全自動(dòng)的充磁工藝流水線是解決目前存在問題的關(guān)鍵措施。利用PLC控制的自動(dòng)充磁流水線的研發(fā)可以極大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量充磁，結(jié)合觸摸屏技術(shù)和機(jī)械手技術(shù)節(jié)省了很大的空間，操作方便簡(jiǎn)單解決了行業(yè)所面對(duì)的技術(shù)缺陷，提高這個(gè)行業(yè)的水平。1.2五金工具自動(dòng)充磁設(shè)備研發(fā)的特點(diǎn)與要求在五金工具生產(chǎn)行業(yè)中，廣泛應(yīng)用充磁裝置對(duì)五金工具部分地方進(jìn)行充磁，使其帶有磁性便于實(shí)際應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外及我省對(duì)五金工具充磁的要求實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量充磁，生產(chǎn)效率高，安全可靠。在五金工具充磁中當(dāng)前已經(jīng)開始運(yùn)用PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)來(lái)控制整個(gè)充磁過程,大大提高了生產(chǎn)水平。今后五金工具充磁流水線將更多地利用自動(dòng)化生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，利用工業(yè)機(jī)器人擺脫手工操作，使生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量滿足不同客戶的要求。應(yīng)用自動(dòng)充磁設(shè)備控制系統(tǒng)對(duì)充磁裝置對(duì)五金工具部分部位進(jìn)行充磁，使其帶有磁性便于實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)不僅使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，提高系統(tǒng)的可靠性，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。結(jié)合了觸摸屏技術(shù)使得操作方便，節(jié)省空間，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、批量充磁，提高了自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。解決了行業(yè)所面對(duì)的技術(shù)缺陷，提高這個(gè)行業(yè)的整體水平。PLC是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制器，由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。以后充磁機(jī)將向流水線連續(xù)充磁方向發(fā)展，PLC將起著關(guān)鍵作用。1.3PLC發(fā)展概述世界上第一臺(tái)PLC由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研究成功的，上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。PLC廣泛地應(yīng)用于汽車、航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種，PLC國(guó)際主流產(chǎn)品：Siemens、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。目前中國(guó)PLC市場(chǎng)95%以上被國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)，目前國(guó)產(chǎn)PLC的市場(chǎng)占有率還不到3%，歐美產(chǎn)品在大中型PLC領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，日本產(chǎn)品在小型PLC領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)，中國(guó)本土自主品牌PLC的市場(chǎng)影響非常小，很難形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。國(guó)內(nèi)應(yīng)用Siemens產(chǎn)品的用戶占20.8%，A-B14%左右，OMRON14%左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。如今PLC的指令越來(lái)越豐富，從單一的邏輯控制向時(shí)時(shí)通訊發(fā)展，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC今后將朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的微小型PLC發(fā)展，另外一個(gè)方向?qū)⑾虼笮停?000點(diǎn)以上）、高速（0.2-0.4um/指令）、多功能方向發(fā)展。21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向[1]。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。1.4觸摸屏發(fā)展概述在20世紀(jì)90年代初，出現(xiàn)了一種新的人機(jī)交互作用技術(shù)--觸摸屏技術(shù)，利用這種技術(shù)使用者只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，這樣擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。因此，觸摸屏技術(shù)已成為當(dāng)前最簡(jiǎn)便的人機(jī)交流的輸入設(shè)備。觸摸屏在我國(guó)的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；城市街頭的信息查詢；汽車領(lǐng)域和家電領(lǐng)域也有很大發(fā)展空間；此外還應(yīng)用在手機(jī)領(lǐng)域，特別是現(xiàn)在進(jìn)入3G時(shí)代，智能手機(jī)將是一個(gè)很大的市場(chǎng)，將來(lái)觸摸屏還要走入家庭。國(guó)際主流產(chǎn)品：歐姆龍、富士通、三菱、pro-face、siemens、ABB等。觸摸屏的發(fā)展呈現(xiàn)專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢(shì)。以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用文字、圖像、音樂、解說、動(dòng)畫、錄像等多種形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來(lái)極大的方便?？梢灶A(yù)見，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣，性能會(huì)越來(lái)越好。觸摸屏技術(shù)方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)此普遍給予重視，并投入大量的人力物力進(jìn)行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。利用觸摸筆進(jìn)行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標(biāo)外，還具有利用觸摸筆簽名、標(biāo)記的功能，系統(tǒng)已做到了自動(dòng)辨認(rèn)。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單用的光筆功能大大增強(qiáng)。觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術(shù)，屏幕面積最大，3m×4m是一種壁掛式系統(tǒng)。觸摸板由三部分組成：最底層是中心傳感器，用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸，然后對(duì)信息進(jìn)行處理，中間層提供了交互用的圖形、文字等，最外層是觸摸表層，由強(qiáng)度很高的塑料材料構(gòu)成。當(dāng)手指點(diǎn)觸外層表面時(shí)，在千分之一秒內(nèi)就可以將此信息送到傳感器并進(jìn)行登錄處理。觸摸板與PC機(jī)兼容，它還具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點(diǎn)，因而被應(yīng)用于指點(diǎn)式信息查詢系統(tǒng)（如電子公告板），收到了非常好的效果。總之，觸摸屏的發(fā)展呈現(xiàn)專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢(shì)?？梢灶A(yù)見，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及利用將發(fā)揮重要的作用[2]。1.5本文所做的主要工作按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本論文主要進(jìn)行了下述幾方面的工作：查閱和消化課題研究的相關(guān)資料，研究基于PLC控制的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論方法。調(diào)研目前市場(chǎng)上各個(gè)廠商所生產(chǎn)的PLC、機(jī)械手和觸摸屏類型，比較他們的性能和價(jià)格。設(shè)計(jì)了五金工具自動(dòng)充磁設(shè)備的傳動(dòng)控制電路，進(jìn)行設(shè)備的選型，應(yīng)用歐姆龍PLC進(jìn)行了相關(guān)控制程序的編制，繪制相關(guān)的電氣圖紙。掌握歐姆龍PLC與觸摸屏產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境,完成相關(guān)硬件連接及通訊軟件程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)歐姆龍PLC控制器與觸摸屏之間的通訊，經(jīng)調(diào)試軟硬件達(dá)到預(yù)期要求。2充磁線圈與整流電路設(shè)計(jì)2.1充磁線圈的設(shè)計(jì)2.1.1充磁線圈的計(jì)算充磁線圈的工作原理，是應(yīng)用通電螺線管能產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理，應(yīng)用畢奧—薩伐爾定律計(jì)算如下：如圖2—1所示，載流導(dǎo)線上有一電流元Idl在真空中某點(diǎn)P處的磁感強(qiáng)度dB的大小，與電流元的大小Idl成正比，與電流元Idl到點(diǎn)P的矢量r間的夾角的正弦成正比。并與電流元到點(diǎn)P的距離r的二次方成反比，即：圖2-1電流元的磁感強(qiáng)度的方向（2-1）式中k為比例系數(shù)，它的大小和單位取決于磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)和所選用的單位制。對(duì)于真空中的磁場(chǎng)，如式中各量均用國(guó)際單位制，則比例系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率，其值為。這樣，上式可寫成：（2-2）dB的方向垂直于dl和r所組成的平面，并沿矢積的方向，即由Idl經(jīng)小于180度的角轉(zhuǎn)向r時(shí)的右螺旋前進(jìn)方向。若用矢量式表示，則有：（2-3）e為沿矢量r的單位矢量。式(2-1)就是畢奧—薩伐爾定律。這樣任意載流導(dǎo)線在點(diǎn)P處的磁感強(qiáng)度B可以由式(2-1)求得（2-4）載流直螺線管的磁場(chǎng)計(jì)算圖2-2載流直螺線管的磁場(chǎng)計(jì)算如圖2-2所示，有一長(zhǎng)為L(zhǎng)、半徑為R的載流密繞直螺線管，螺線管的總匝數(shù)為N。通有電流I，設(shè)把螺線管放在真空中，求管內(nèi)軸線上一點(diǎn)處的磁感強(qiáng)度。由于直螺線管上線圈是密繞的，所以每匝線圈可近似當(dāng)作是閉合的圓形電流。于是，軸線上任意點(diǎn)P處的磁感強(qiáng)度B，可以認(rèn)為是N個(gè)圓電流在該點(diǎn)各自激發(fā)的磁感強(qiáng)度的疊加?，F(xiàn)取圖中軸線上的點(diǎn)P為坐標(biāo)原點(diǎn)O。并以軸線為Ox軸，在螺線管上取長(zhǎng)為dx的一小段，匝數(shù)為。其中=n為單位長(zhǎng)度的匝數(shù)，這一小段載流線圈相當(dāng)于通有電流為Indx的圓形線圈。利用圓形載流導(dǎo)線的磁場(chǎng)計(jì)算中式(2-1)?？傻盟鼈?cè)贠x軸上點(diǎn)P處的磁感強(qiáng)度dB的值為：（2-5）dB的方向沿Ox軸正向，考慮到螺線管上各小段載流線圈在Ox軸上點(diǎn)P所激發(fā)的磁感強(qiáng)度的萬(wàn)向相同，均沿Ox軸正向，所以整個(gè)載流螺線管在點(diǎn)P處的磁感強(qiáng)度。應(yīng)為各小段載流線圈在該點(diǎn)磁感強(qiáng)度之和，即：（2-6）為便于積分。用角變量替換x，為點(diǎn)P到小段線圈的連線與Ox軸之間的夾角。從圖2-2(b)可以看出：（2-7）以及：（2-8）把它們代入式（2-5）得：（2-9）和的幾何意義見圖2-2。下面討論幾種特殊情況：如點(diǎn)P處于管內(nèi)軸線上的中點(diǎn)，在這情況下，，，而，則由（2-9）可得：（2-10）若，即很細(xì)很長(zhǎng)的螺線管可看作是無(wú)限長(zhǎng)的。由上式可得管內(nèi)軸線上個(gè)中點(diǎn)處的磁感強(qiáng)度的值為：上述結(jié)果還可以由式直接得到，對(duì)“無(wú)限長(zhǎng)”的螺線管來(lái)說，可以取及，代入式（2-9）。亦得：（2-11）B的方向沿Ox軸正向。如點(diǎn)P處于“無(wú)限長(zhǎng)”載流螺線管的一端，則，或者，，由式（2-9）可得螺線管兩端的磁感強(qiáng)度的值均為（2-12）比較上述結(jié)果可以看出，半“無(wú)限長(zhǎng)”螺線管軸線上端點(diǎn)的磁感強(qiáng)度只有管內(nèi)軸線中點(diǎn)磁感強(qiáng)度的一半。圖2—3長(zhǎng)直螺線管內(nèi)軸線上磁感強(qiáng)度的分布圖2—3給出長(zhǎng)直螺線管內(nèi)軸線上磁感強(qiáng)度的分布,可以看出密繞載流長(zhǎng)直螺線管內(nèi)軸線中部附近的磁場(chǎng)完全可以視作均勻磁場(chǎng)[3]。2.1.2線圈整流電路的的設(shè)計(jì)三相橋式整流電路，這種電路用六個(gè)整流元件，如圖2-4所示。圖2-4三相橋式整流電路1．電路的工作原理從上面三相橋式整流電路圖中可知，不論是a與b，a與c,還是b與c之間，都串接著變壓器次級(jí)繞組的線電壓，實(shí)際上是將次級(jí)繞組的線電壓經(jīng)整流后成為負(fù)載電壓的。在討論三相橋式整流電路的工作情況時(shí)，要分析整流元件的導(dǎo)通情況；何時(shí)導(dǎo)通?同時(shí)有幾個(gè)元件導(dǎo)通?導(dǎo)通次序如何？我們?cè)谟懻撊鄻蚴秸麟娐返墓ぷ髑闆r時(shí)，從圖2—4中可看到，、、三只二極管是共陰極接法，、、三只二極管是共陽(yáng)極接法。那么導(dǎo)通原則為：、、三只二極管中陽(yáng)極電位具有最高正電位的整流元件才能導(dǎo)通，、、三只二極管中陰極電位具有最低負(fù)電位的整流元件才能導(dǎo)通。這樣我們把三相橋式整流電路可看成是由一組共陰極接法的三相半波整流電路（、、）與一組共陽(yáng)極接法的三相半波整流電路(、、)迭合而成的。極接法的三相半波整流電路(、、)迭合而成的。圖2-5三相橋式整流電路的波形2．電壓和電流的關(guān)系負(fù)載上得到的直流電壓，在相同的相電壓條件下為三相半波整流電路中的兩倍。（2-13）通過次級(jí)繞組的電流有效值：（2-14）變壓器總功率：（2-15）3．整流元件的選擇因?yàn)檎髟墙惶婀ぷ鞯模恳凰查g只有兩只管子導(dǎo)通，每個(gè)管子導(dǎo)通通，故流過每個(gè)整流二極管的平均電流是負(fù)載平均電流的三分之一。（2-16）整流二極管所承受的反向峰值電壓等于次級(jí)線電壓的峰值。（2-17）與三相半波整流電路相比，在輸出同樣的負(fù)載直流電壓條件下，三相橋式整流電路中的整流元件承受的電壓較小。3基于PLC與觸摸屏的充磁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC簡(jiǎn)介3.1.1PLC的構(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)不可拆卸的整體。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，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。（1）CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(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)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。

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)系的數(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不可缺少的組成單元。

在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制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，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。（2）I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/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分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：

開關(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。

除了上述通用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所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（3）電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。（4）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)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。（5）PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備

①編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，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)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(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：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。（6）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，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)一的整體，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)議的接口。PLC的通信，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)，PLC各廠家均有采用[4]。3.1.2PLCPLC雖然以微處理器為核心，具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令和中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I／0掃描方式，當(dāng)有鍵按下或I/O動(dòng)作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序，無(wú)鍵按下，則繼續(xù)掃描等待。PLC則是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)作周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第了-條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。如此周而復(fù)始。PLC的工作過程大體可分為輸入刷新、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，并進(jìn)行周期性循環(huán)，工作原理如圖3-1所示。圖3-1PLC掃描工作原理（1）輸入刷新階段PLC在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入鎖存器中讀人所有輸入端子的通斷狀態(tài)或輸人數(shù)據(jù)，并將其存人(寫入)內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)映象寄存器中，這一過程稱為輸人采樣或輸入刷新。隨后關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入端狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)映象寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)改變。變化了的輸人信號(hào)狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入刷新階段被讀入。（2）程序執(zhí)行階段PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令，所需的執(zhí)行條件可從輸入狀態(tài)映象寄存器中和元件狀態(tài)寄存器(存有輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輸出繼電器等PLC各種內(nèi)部元件的狀態(tài))中讀入，經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理后，將結(jié)果再寫入元件狀態(tài)映象寄存器中。因此，對(duì)于每一個(gè)元件來(lái)說，元件狀態(tài)映象寄存器中所存的內(nèi)容會(huì)隨著程序的執(zhí)行進(jìn)程而改變。（3）輸出刷新階段當(dāng)程序所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映象寄存器(元件狀態(tài)映象寄存器中對(duì)應(yīng)輸出繼電器的部分)的通斷狀態(tài)在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過一定輸出方式輸出，推動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這就是PLC的輸出刷新。經(jīng)過輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新這三個(gè)階段，完成一個(gè)掃描周期。這個(gè)過程以同一方式反復(fù)重復(fù)稱為循環(huán)掃描工作方式。在循環(huán)掃描工作方式中，由于輸入刷新過程是在輸出刷新過程后馬上進(jìn)行的，有時(shí)為了簡(jiǎn)便起見，將輸入刷新和輸出刷新過程統(tǒng)稱為I／O刷新。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和I／O刷新外，可編程控制器還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)(自診斷功能)和與編程工具等外部設(shè)備通訊，這些操作稱為“監(jiān)視服務(wù)”，在程序執(zhí)行后進(jìn)行。由于掃描時(shí)間定義為完成一次掃描所需時(shí)間，故一個(gè)掃描周期(I／O刷新、程序執(zhí)行和監(jiān)視服務(wù))的長(zhǎng)短主要取決于三個(gè)因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是每條指令占用的時(shí)間；三是執(zhí)行指令條數(shù)的多少，即用戶程序的長(zhǎng)短。由于采用這種集中采樣、集中輸出的方式，使得在每一個(gè)掃描周期中，PLC只對(duì)輸入狀態(tài)采樣一次，對(duì)輸出狀態(tài)更新一次，在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，即存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象。第一次掃描：由于X0輸入映象寄存器是OFF，則所有輸出Y0、Y1、Y2均處于OFF狀態(tài)。第二次掃描：在輸入采樣階段，由于X0輸入映象寄存器由OFF轉(zhuǎn)為ON，則Y1輸出映象寄存器在執(zhí)行程序后變?yōu)镺N，同時(shí)Y2輸出映象寄存器也變?yōu)镺N。輸出刷新后在輸出端子上Y0=OFF、YI=ON、Y2=ON。第三次掃描：由于YI輸出映象寄存器為ON，所以執(zhí)行程序后Y0也變?yōu)镺N。由上述循環(huán)掃描過程可見，在輸入條件接通后，輸出將出現(xiàn)響應(yīng)延遲。最大延遲時(shí)間有可能占2-3個(gè)掃描周期時(shí)間，所以響應(yīng)延遲時(shí)間與程序長(zhǎng)度、指令執(zhí)行速度有關(guān)。實(shí)際上，輸入／輸出滯后現(xiàn)象除與上面所說PLC的集中輸入／輸出刷新、程序循環(huán)掃描執(zhí)行方式有關(guān)外，還與輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)以及繼電器輸出方式中輸出繼電器的機(jī)械滯后有關(guān)。一般地，PLC幾毫秒乃至幾十毫秒的響應(yīng)延遲，對(duì)響應(yīng)速度要求不高的普通工業(yè)系統(tǒng)或設(shè)備的控制來(lái)講是無(wú)關(guān)緊要的，或者說，這些滯后現(xiàn)象是完全允許的。但在那些需要輸出對(duì)輸入做出快速反應(yīng)的高速系統(tǒng)或設(shè)備的控制中則不能忽視，必須通過合理選擇機(jī)型(例如應(yīng)考慮選用具有快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)及中斷處理功能，而且指令執(zhí)行速度高的PLC)和精心設(shè)計(jì)程序加以解決。雖然PLC的掃描工作方式使系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到一定的影響，但從另外一個(gè)角度卻大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使可靠性增強(qiáng)。這也是PLC的一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)。（4）PLC對(duì)輸入／輸出的處理規(guī)則根據(jù)上述工作特點(diǎn)，可以總結(jié)出，PLC在輸兒輸出處理方面遵循以下規(guī)則：①輸入狀態(tài)映象寄存器中的數(shù)據(jù)，取決于與輸人端子板上各輸入端相對(duì)應(yīng)的輸入鎖存器在上一次刷新期間的狀態(tài)。②程序執(zhí)行中所需的輸入、輸出狀態(tài)，由輸入狀態(tài)映象寄存器和輸出狀態(tài)映象寄存器讀出。③輸出狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容隨程序執(zhí)行過程中與輸出變量有關(guān)的指令的執(zhí)行結(jié)果而改變。④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新階段時(shí)輸出狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容決定。⑤輸出端子板上各輸出端的通斷狀態(tài)，由輸出鎖存器中的內(nèi)容決定[5]。3.1.3PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用（１）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)梯形圖是使用的最多的可編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的高級(jí)語(yǔ)言，可編程控制器語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的高級(jí)語(yǔ)言，可編程控制器在執(zhí)行梯形圖程序是，用解釋程序?qū)⑺胺g“成匯編語(yǔ)言再去執(zhí)行。（2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型可編程控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比?？删幊炭刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供應(yīng)用戶選用，用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能，不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊炭刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)使一般的電磁閥和交流接觸器硬件確定后，可以通過修改應(yīng)用程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制器使用大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器。由于觸電接觸不良，易出現(xiàn)故障?？删幊炭刂破饔密浖娲罅康闹虚g繼電器。僅剩下與輸入輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10至１/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少?？删幊炭刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用與有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可編程控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少可編程控制器用軟件功能取代了中間繼電器，時(shí)間繼電器，計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)，安裝，接線工作量大大減少。可編程控制器的梯形圖一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少的多?？删幊炭刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯?shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入用小開關(guān)來(lái)模擬，通過可編程控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少的多。（6）維修量工作量少，維修方便可編程控制器的故障率低，且有完善的自診斷和顯示功能。可編程控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)可編程控制器上的發(fā)光二極管可編程控制器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。（7）體積小，能耗低對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型的可編程控制器的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)的體積縮小到原來(lái)的1/2至1/10?？删幊炭刂破鞯呐渚€比繼電器控制系統(tǒng)的配線少的多，故可以將省下大量的配線和附件，減少大量的安裝工時(shí)，加上開關(guān)柜的體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用[6]。3.1.4選用PLC的性能目前市場(chǎng)上所可以選用的PLC類型和種類十分繁多,選擇適合具體項(xiàng)目的PLC對(duì)于每一位設(shè)計(jì)者來(lái)說致關(guān)重要,選擇既滿足工程要求,又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC是我們應(yīng)該做到的。這次設(shè)計(jì)五金工具自動(dòng)充磁生產(chǎn)線主要是要求邏輯量的控制，再加上適當(dāng)?shù)哪M量顯示，因此首先從I/O輸入點(diǎn)數(shù)著手，設(shè)計(jì)的數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，輸出為4點(diǎn)，模擬輸入量為3個(gè)輸入，暫時(shí)無(wú)輸出點(diǎn)。在選型期間我收集了很多公司的資料，聽取了他們工程師對(duì)產(chǎn)品的介紹，我收集的產(chǎn)品目錄有西門子、歐姆龍、三菱、松下等四家公司。西門子的產(chǎn)品質(zhì)量大家都是公認(rèn)的，但價(jià)格比較貴，比其它公司的產(chǎn)品要高出很多。歐姆龍?jiān)谖覀兤匠Ｋ玫氖袌?chǎng)分額不是非常高，但是它的功能也是比較齊全的，包含了其它公司產(chǎn)品的大部分功能，其最大的特點(diǎn)是價(jià)格優(yōu)勢(shì)，質(zhì)量也還可以，很適合在環(huán)境不是很惡劣的情況下使用。其他公司的產(chǎn)品相比這兩種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)相對(duì)差一些，因此最終考慮到價(jià)格和質(zhì)量以及所使用的環(huán)境選擇了歐姆龍的產(chǎn)品。歐姆龍也有許多型號(hào)，有CJ系列、CS系列、CP系列等很多款產(chǎn)品，我們這次所需要的I/O點(diǎn)數(shù)在20點(diǎn)左右，但考慮到以后可能要擴(kuò)展功能以及在使用中可能會(huì)出現(xiàn)損壞等情況，因此選擇了比20點(diǎn)更多的點(diǎn)數(shù)的PLC，我們選擇了40點(diǎn)左右的型號(hào)。一般的PLC模擬量模塊需要另外配置，公司的工程師在得知我們需要少量模擬量的要求后像我們推薦了CP1H-XA40DR-A，這臺(tái)PLC和單獨(dú)配置然后擴(kuò)展模塊比較起來(lái)實(shí)惠了很多。經(jīng)過我和何老師以及余紹煥同學(xué)的商量與其它的PLC比較后，最終選擇了CP1H-XA40DR-A。本系統(tǒng)所采用的OMRONCP1H系列PLC,該P(yáng)LC功能豐富能滿足多種需求,我所選的XA型本體搭載4CH輸入2CH輸出,無(wú)需使用擴(kuò)展單元就可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制。這樣既降低了成本又減小了體積，一臺(tái)CP1H-XA就可以應(yīng)對(duì)廣泛的應(yīng)用。它還有高速脈沖輸出功能：標(biāo)準(zhǔn)搭載4軸在高精度定位上發(fā)揮無(wú)窮威力。高速計(jì)速器功能：標(biāo)準(zhǔn)搭載相位差方式4軸多軸控制一臺(tái)足以對(duì)應(yīng)。串行通信功能：標(biāo)準(zhǔn)裝配USB端口、2個(gè)串行端口，可以與各種元器件連結(jié)，親和力更強(qiáng)。提供優(yōu)化的編程環(huán)境，使日趨復(fù)雜的編程簡(jiǎn)單化、縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間：備有豐富的指令用語(yǔ)，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語(yǔ)言，數(shù)值運(yùn)算更簡(jiǎn)單，通訊程序由SmartFB(功能快)庫(kù)提供。CPM系列的擴(kuò)展I/O最大可擴(kuò)展到7臺(tái)，充分實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)等的系統(tǒng)構(gòu)成[7]。所選用CPUCP1H-XA40DR-A的主要參數(shù)：（1）電源電壓：AC100-240V，50/60HZ；（2）允許電源電壓：AC85-264V；（3）消耗電力：100VA以下；（4）浪涌電流：20A以下（AC100-120V），40A以下（AC200-240V）；（5）外部電源：DC24V，300mA；（6）內(nèi)藏輸入輸出點(diǎn)數(shù)：40點(diǎn)（輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)）；（7）輸入點(diǎn)數(shù)：1600點(diǎn)0000.00-0099.15（CPU24點(diǎn)為0000.00-0000.11、0001.00-0001.111）；輸出點(diǎn)數(shù)：1600點(diǎn)0100.00-0199.15（CPU16點(diǎn)為0100.00-0100.07、0101.00-0101.07）；（8）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：32K字；（9）指令執(zhí)行時(shí)間：基本指令：0.1um,應(yīng)用指令：0.15um；（10）共同處理時(shí)間：0.7ms；（11）輸入中斷：8點(diǎn)（輸入中斷計(jì)數(shù)器模式，脈沖捕捉共用）；（13）輸入中斷計(jì)數(shù)器模式：8點(diǎn)（響應(yīng)頻率：所有中斷輸入點(diǎn)5KHZ最大）16位（14）程序容量：20K步；（15）定時(shí)器：4096位；（16）內(nèi)部輔助繼電器：8192點(diǎn)W000.00-W511.15；（17）通訊功能：一個(gè)USB口，一個(gè)RS232口，一個(gè)RS485口；（18）子程序號(hào)碼最大值：256；（19）最大擴(kuò)展I/O數(shù)：CPM1A最大7臺(tái)/CJ：最大2臺(tái)；（20）最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)：320點(diǎn)（=內(nèi)藏40點(diǎn)+擴(kuò)展40點(diǎn)*7臺(tái)）；（21）內(nèi)藏模擬量輸入輸出：AD4點(diǎn)/DA2點(diǎn)；（22）高速計(jì)數(shù)器：4點(diǎn)相位差（4倍速）50KHZ；（23）外部模擬量設(shè)定：1點(diǎn)（分辨率：1/256輸入范圍：0-10V）。具體分布如下圖3-2所示。圖3-2CP1H-XACPU外形圖CP1H的擴(kuò)展單元如圖3-3所示。圖3-3CP1H擴(kuò)展圖3.2觸摸屏簡(jiǎn)介3.2.1觸摸屏的工作原理為了操作上的方便，人們用觸摸屏來(lái)代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行[8]。3.2.2選用的觸摸屏性能介紹前面我們已經(jīng)選擇了CP1H-XA40DR-APLC，在選擇觸摸屏的過程中我們首先考慮的是歐姆龍的產(chǎn)品，我們所用觸摸屏主要是一些控制按鈕和顯示充磁過程中的一些參數(shù)，以提高生產(chǎn)過程中的安全性。觸摸屏有彩色與黑白兩類，像我們這次項(xiàng)目所要求的黑白就可以實(shí)現(xiàn)了，黑白與彩色在價(jià)格上差距也比較大，以前我使用過西門子的TP070。通過與老師的溝通以及各個(gè)產(chǎn)品的性能與價(jià)格之間的比較，最終選擇NT5Z系列的產(chǎn)品。本系統(tǒng)選用的除摸屏是歐姆龍公司的NT5Z-ST121B-EC,用該產(chǎn)品來(lái)與CP1H進(jìn)行通信控制?？梢杂梦谋净驁D形顯示與所連接PLC相關(guān)的操作狀態(tài)和當(dāng)前過程值，并且是相關(guān)機(jī)器和系統(tǒng)易于監(jiān)控和操作。該可編程終端使用NTZ-Designer1.00C（Build1.00C）進(jìn)行編程[12]。NT5Z觸摸屏概況如下圖3-4所示。圖3-4NT5Z觸摸屏概況上圖中各個(gè)部分的字母所代表的如下表所示。表3-1NT5Z-ST121B-EC各部分說明位置編號(hào)說明A顯示區(qū)B觸控屏幕C電源燈狀態(tài)沒有燈光：電源關(guān)閉綠色燈源：正常操作D電源輸入端E擴(kuò)展槽F記憶卡GCOM1HCOM2IUSB3.2.3歐姆龍觸摸屏的主要特點(diǎn)1、支持各廠商的PLC，支持Omron、Siemens、Mitsubishi、Delta等超過二十種不同廠商的PLC。對(duì)于新的PLC，也會(huì)隨時(shí)在軟件中更新對(duì)應(yīng)的通訊協(xié)議。2、支持任意字體的畫面編輯，畫面編輯器除了提供簡(jiǎn)體中文、繁體中文以及英文等各種不同語(yǔ)言版本外，還提供Windows?系統(tǒng)可提供的字體來(lái)編輯。3、便利的運(yùn)算與通信指令，利用宏功能可以有效的幫助PLC處理復(fù)雜的運(yùn)算功能及分擔(dān)PLC控制器的工作量。使用者亦可配合通訊宏指令自行編寫通訊協(xié)議，并通過串行口與特定系統(tǒng)或控制器連接。4、使用USB快速上下載程序，利用USBVer1.1上/下載人機(jī)畫面程序，將大大縮短傳輸資料的時(shí)間。5、便利的配方功能，提供方便好用類似Excel的配方編輯器，讓使用者可以輕松的編輯配方；并且可以同時(shí)輸入多組配方。把配方表資料下載到人機(jī)后，便可利用內(nèi)部存貯器來(lái)切換。使用者根據(jù)不同的方案，如果想變更配方表的資料，亦可單獨(dú)下載更新配方表的內(nèi)容。6、可同時(shí)支持兩個(gè)通訊口連接兩臺(tái)不同或是相同的控制器。7、一臺(tái)人機(jī)對(duì)多臺(tái)PLC聯(lián)機(jī)功能，使用COM2的RS485端口,可串接多臺(tái)的控制器。8、人機(jī)編輯軟件NTZ-Designer提供方便好用的模擬功能。使用者于人機(jī)程序編輯的初期，先行于計(jì)算機(jī)端進(jìn)行程序除錯(cuò)與模擬動(dòng)作。而在人機(jī)軟件里提供兩個(gè)模擬功能，分別為離線模擬與在線模擬。離線模擬功能，當(dāng)使用者編輯與編譯完人機(jī)的程序后，直接使用計(jì)算機(jī)(不連接控制器)進(jìn)行模擬人機(jī)畫面動(dòng)作是否正確。在線模擬功能，當(dāng)使用者編輯與編譯完人機(jī)的程序后，直接使用計(jì)算機(jī)并連接控制器，先行模擬人機(jī)畫面動(dòng)作是否正確。9、SMC卡備份資料，利用SMC卡來(lái)備份資料或是以SMC卡里面的資料，來(lái)開啟另一臺(tái)人機(jī)。開啟后，再把資料傳到FLASH面，如此同樣的資料就不需要用PC來(lái)下載了。歷史資料及警報(bào)信息也可轉(zhuǎn)存在SMC卡，使用者可利用讀卡器來(lái)讀取此文件以提供資料整理及打印。10、多重保密功能，提供密碼保護(hù)功能，保障程序設(shè)計(jì)者之知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)提供編輯元件時(shí)所需的權(quán)限密碼功能，因此只有使用者權(quán)限等級(jí)高于此元件的狀況下，才可以使用此元件。11、多國(guó)語(yǔ)言，當(dāng)人機(jī)規(guī)劃的畫面資料要銷售至任何國(guó)家時(shí)，多國(guó)語(yǔ)言的編輯環(huán)境絕對(duì)是一個(gè)讓使用者可以很方便編輯的利器[7]。3.3控制電路設(shè)計(jì)3.3.1總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是通過觸摸屏以及位置傳感器、溫度傳感器等控制PLC工作，達(dá)到自動(dòng)控制充磁機(jī)充磁的目的。系統(tǒng)以PLC為控制中心，以觸摸屏為人機(jī)交互界面，操作人員可以通過觸摸屏向PLC發(fā)出指令，系統(tǒng)以指令為標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)PLC內(nèi)部程序執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)充磁機(jī)自動(dòng)完成充磁。本系統(tǒng)的主要內(nèi)容：PLC和觸摸屏的程序開發(fā)和調(diào)試。系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：通過操作觸摸屏，PLC控制三相異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、延時(shí)并反轉(zhuǎn)、到起始位置停止。并在電機(jī)停止正轉(zhuǎn)至延時(shí)反轉(zhuǎn)時(shí)間段控制線圈充磁。實(shí)時(shí)檢測(cè)充磁系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù):線圈溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、充磁電流。系統(tǒng)的基本功能：通過位置傳感器和觸摸屏控制PLC工作，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)線圈充磁的目的。根據(jù)系統(tǒng)的要求和性能而設(shè)計(jì)的總體框圖，如圖3-5所示。圖3-5總體框圖3.3.2電氣傳動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體要求，要求在充磁的過程中實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并且能夠在充磁過程中在特定的位置?？浚覀?cè)谝笸？康奈恢梅胖昧宋恢脗鞲衅饕约皽囟葌鞲衅?，把這些信號(hào)輸入到PLC的CPU中去，經(jīng)過PLC對(duì)信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)充磁系統(tǒng)的控制。這次設(shè)計(jì)我們考慮到充磁過程中存在有部分五金工具不能完全充磁的情況，設(shè)計(jì)了兩套方案：?jiǎn)纬浜碗p充。單充時(shí)需充磁工具從一頭進(jìn)去，從另一頭直接出來(lái)下生產(chǎn)線，這種方式適用于充磁比較充分的情況。雙充時(shí)需充磁的工具從一頭進(jìn)去，充磁3秒后向另一頭前進(jìn)，到頭后繼續(xù)返回到充磁線圈充磁3秒，以達(dá)到完全使所有工具充分充磁，充完后從進(jìn)去的一頭下生產(chǎn)線，這種方式適用于充磁不充分的情況下使用。控制系統(tǒng)的作用主要是將PLC所產(chǎn)生的弱電信號(hào)去控制強(qiáng)電的開關(guān)，使控制精度更高。提高控制系統(tǒng)的安全性能?？刂葡到y(tǒng)中的輸入點(diǎn)使用接近開關(guān)來(lái)控制，我們所使用的接近開關(guān)是紅外線控制的。具體控制電路圖如下圖3-6所示。圖3-6控制電路圖圖中利用繼電器控制斷路器的開與關(guān)，KM1控制電機(jī)的正轉(zhuǎn),對(duì)應(yīng)PLC中輸出點(diǎn)100.00,當(dāng)程序中100.00接通時(shí)對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作,KM1吸合電機(jī)開始正轉(zhuǎn)。KM2控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)PLC中輸出點(diǎn)100.01，當(dāng)程序中100.01接通時(shí)對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作，KM2吸合電機(jī)反轉(zhuǎn)。KM3控制充磁線圈的通斷，對(duì)應(yīng)PLC中輸出點(diǎn)100.02，程序中100.02接通時(shí)對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作，KM3吸合斷路器接通開始充磁。KM4對(duì)應(yīng)總電源開關(guān)，對(duì)應(yīng)PLC中100.03，當(dāng)程序中100.03接通時(shí)總電源接通。4基于PLC和觸摸屏的五金充磁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1PLC軟件設(shè)計(jì)4.1.1PLC本歐姆龍PLC是通過CX-Programmer來(lái)編寫PLC程序和進(jìn)行模擬調(diào)試的，該軟件提供了梯形圖和助記符編程編輯器,用來(lái)編寫程序。由于CP系列按照存儲(chǔ)器中保存的指令語(yǔ)言的順序（助記符的順序）來(lái)執(zhí)行各指令，因此，梯形圖必須具有正確的編程概念和正確的執(zhí)行順序。梯形圖由左右母線、連接線、接點(diǎn)、輸出線圈、應(yīng)用指令組成。程序由多電路組成，所謂多電路是指切斷母線時(shí)可以分割的單元（在助記符中由LD/LDNOT指令—LD/LDNOT指令之前的輸出系統(tǒng)指令）。電路以LD/LDNOT指令為前端的電路快構(gòu)成。助記符是指用指令語(yǔ)言記述梯形圖是一系列程序。具有程序地址，一個(gè)程序地址=一個(gè)指令語(yǔ)言。由圖形符號(hào)代表的各種指令，包括以下三個(gè)基本形式：：接點(diǎn)符號(hào)，代表邏輯輸入條件模擬開關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；：線圈符號(hào)，通常代表邏輯輸出結(jié)果模擬燈、馬達(dá)啟動(dòng)器、干預(yù)中繼、內(nèi)部輸出條件等；：方框符號(hào)，代表附加指令，例如計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)指令。梯形圖編輯器的主要特點(diǎn)是梯形邏輯便于新程序員使用。梯形圖編輯器可與SIMATIC和IEC1131-3指令集一起使用，圖形顯示通常很容易理解，在全世界通行，并且始終可以使用語(yǔ)句表編輯器顯示用梯形圖編輯器建立的程序。助記符輸入的方法是由LD/LDNOT指令開始執(zhí)行邏輯開始。從邏輯開始后一個(gè)LD/LDNOT指令之前的指令為止，為一個(gè)電路塊。根據(jù)需要由ANDLD指令對(duì)這個(gè)電路塊進(jìn)行AND連接（將從LD開始的塊作為AND），或由ORLD指令進(jìn)行OR連接（將從LD開始的塊作為OR）后，構(gòu)成一個(gè)電路[9]。同時(shí)CX-Programmer編程軟件還具有程序檢查功能。編程軟件界面如圖4-1所示。圖4-1CX-Programmer界面4.1.2PLCPLC設(shè)計(jì)的程序如下圖4-2所示。圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序續(xù)圖4-2PLC程序程序中常開按鈕0.00控制總電源開，當(dāng)0.00閉合時(shí)100.03接通，總電源開。常閉按鈕0.01控制總電源關(guān)，當(dāng)0.01按下后總電源關(guān)。常開按鈕1.04控制單充開，閉合后進(jìn)入單充狀態(tài)，常開按鈕1.06控制雙充開，閉合后進(jìn)入雙充狀態(tài)，常閉按鈕1.05控制單雙充關(guān)，當(dāng)按下時(shí)，單雙充都結(jié)束。常開按鈕0.02控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，貨物放上去后閉合，100.00接通電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，雙充時(shí)再次到達(dá)這里時(shí)電機(jī)停，在這里使用了計(jì)數(shù)器C0000，設(shè)置計(jì)數(shù)置為2，因此第二次到的時(shí)候停止。常開按鈕0.04控制充磁線圈開關(guān),當(dāng)這個(gè)開關(guān)閉合時(shí)電機(jī)停開始充磁。雙充時(shí)使用了計(jì)數(shù)器C0001，設(shè)置值為2，當(dāng)?shù)?次到達(dá)時(shí)，充磁后反轉(zhuǎn)。程序中還使用了3個(gè)計(jì)時(shí)器，單充時(shí)T0001設(shè)置值為5秒，雙充時(shí)T0002和T0003都設(shè)置成3秒。4.2觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)4.2.1觸摸屏的軟件介紹NTZ-Designer是為CX-Programmer提供的應(yīng)用軟件，可利用此軟件為NT5Z-ST121B-EC創(chuàng)建觸摸屏幕。通過觸摸屏幕的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的控制，由CP1H來(lái)提供我們需要控制對(duì)象的程序。NTZ-Designer應(yīng)用起來(lái)十分方便，給我們帶來(lái)了許多好處，它提供了以下4種按鈕和指示燈元件。儀表、管狀圖可用于顯示特定地址的計(jì)量大小是否超出上限或低于下限,并以不同色深來(lái)區(qū)分以利使用者分辨,曲線圖形和歷史記錄取樣,為用戶提供了很多數(shù)據(jù)以供參考。它還可以提供以下四種報(bào)警形式：1．歷史報(bào)警：將報(bào)警信息正文以歷史報(bào)警報(bào)表元件的形式顯示在屏幕上；2．最新報(bào)警：將報(bào)警信息正文以當(dāng)前報(bào)警報(bào)表元件的形式顯示在屏幕上；3．報(bào)警頻率：將報(bào)警信息正文以報(bào)警頻次表元件的形式顯示在屏幕上；4．將報(bào)警信息正文以走馬燈步進(jìn)的形式顯示在屏幕上。動(dòng)態(tài)按鈕控制可顯示圖象或文本。它還有四個(gè)輔助功能鍵，可以對(duì)PLC進(jìn)行緊急控制,方便實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。對(duì)一些需要保密的可以設(shè)置密碼，以防將一些重要信息泄露[12]。4.2.2NTZ-Designer的啟動(dòng)方法當(dāng)安裝好了NTZ-Designer后，依照下圖選取選項(xiàng)來(lái)執(zhí)行NTZ-Designer。點(diǎn)選Window窗口左下角的開始選項(xiàng)，執(zhí)行OMRON>>NTZ-Designer(Build1.00C)>>NTZ-Designer。當(dāng)你第一次開啟NTZ-Designer應(yīng)用程序時(shí),由于NTZ-Designer應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)安裝USB驅(qū)動(dòng)程序,啟動(dòng)時(shí)會(huì)稍為緩慢,此為正常動(dòng)作,請(qǐng)耐心等待。若你曾經(jīng)執(zhí)行過NTZ-Designer應(yīng)用程序,此時(shí)又再度開啟NTZ-Designer應(yīng)用程序時(shí)，NTZ-Designer應(yīng)用程序會(huì)參考選項(xiàng)里的環(huán)境設(shè)定，若有選取自動(dòng)開啟上一次編輯的設(shè)定，則在執(zhí)行后會(huì)自動(dòng)開啟上次關(guān)閉時(shí)的文件；如果沒有選取或是上次開啟文件后，且關(guān)閉文件的時(shí)候并未儲(chǔ)存文件，此時(shí)因?yàn)闆]有編輯資料，所以NTZ-Designer應(yīng)用程序?qū)?huì)呈現(xiàn)無(wú)編輯文件時(shí)的畫面按下新增一個(gè)編輯專案，NTZ-Designer應(yīng)用程序會(huì)彈出一對(duì)話框。此時(shí)按下確定按鈕,直接執(zhí)行下一步,NTZ-Designer應(yīng)用程序會(huì)建立一新編輯畫面在NTZ-Designer編輯窗口中被分為：功能菜單、工具欄、元件屬性表、輸出欄及畫面編輯區(qū)五個(gè)區(qū)域。NTZ-Designer的編程界面如圖4-3所示。圖4-3NTZ-Designer的編程界面4.2.3觸摸屏程序的編制結(jié)合PLC程序應(yīng)用NT5Z-Designer設(shè)計(jì)的觸摸屏界面簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)出如下畫面，在NT5Z-Designer打開所編程序，其初始畫面如下圖4-4歡迎界面所示。圖4-4歡迎界面進(jìn)入歡迎畫面，這是初始畫面，按下直接進(jìn)入就進(jìn)入充磁控制系統(tǒng)主控制界面?？刂葡到y(tǒng)的畫面如下圖4-5主控界面所示。圖4-5主控界面該畫面有總電源的開與關(guān)，單雙充選擇按鈕，可以檢測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解充磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，工人可根據(jù)數(shù)據(jù)即時(shí)作出反映。點(diǎn)擊開總電源后即可選擇單雙充，點(diǎn)擊單充按鈕后進(jìn)入單充狀態(tài)，如下圖4-6單充界面所示。圖4-6單充界面該界面總共有6個(gè)按鈕：?jiǎn)纬溟_始、單充結(jié)束、充磁控制、貨到右端、手動(dòng)充磁、到達(dá)線圈。電擊單充開始后就進(jìn)入單充狀態(tài)，點(diǎn)擊充磁控制即可對(duì)它進(jìn)行控制，如下圖4-7所示。圖4-7貨物放上當(dāng)貨物放上去后，電機(jī)開始運(yùn)行，向充磁線圈行進(jìn)。點(diǎn)擊返回進(jìn)入上一畫面圖4-6，當(dāng)需要進(jìn)行手動(dòng)充磁時(shí)可點(diǎn)擊手動(dòng)充磁按鈕，進(jìn)入下一畫面圖4-8所示。圖4-8手動(dòng)充磁按手動(dòng)按鈕即可進(jìn)行手動(dòng)充磁，一直按著就一直充，放開者停止充磁。選擇返回回到圖4-6，結(jié)束單充后按單充結(jié)束按鈕，再按返回回到圖4-5主控制界面。需要雙充時(shí)選擇雙充按鈕，進(jìn)入畫面圖4-9。圖4-9雙充界面進(jìn)入此畫面后進(jìn)行雙充，方法和單充差不多，但具體控制略有不同?；氐街骺刂平缑鎴D4-5后，點(diǎn)擊參數(shù)檢測(cè)后，進(jìn)入?yún)?shù)檢測(cè)畫面，如圖4-10所示。圖4-10數(shù)據(jù)檢測(cè)該畫面可檢測(cè)3個(gè)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速、充磁電流、線圈溫度。操作人員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作，以保證充磁系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。在充磁過成中為防止意外發(fā)生，這里利用到了NT5Z的特殊功能鍵F1，按此鍵總電源將被切斷，以確保最快時(shí)間停止運(yùn)行，使損失降到最低,給工人的操作安全問題得到了一定的提升。五金工具充磁系統(tǒng)軟硬件調(diào)試系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試的主要任務(wù)是把PLC與觸摸屏進(jìn)行連機(jī)，綜合本系統(tǒng)所需要的任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，讓整個(gè)系統(tǒng)能很好的運(yùn)行起來(lái)，達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。5.1.1PLC編寫完成PLC程序后用MPI電纜把程序從PC機(jī)下到CP1H的CPU中去。不過首次下進(jìn)去并沒有成功，由于對(duì)CX-Programmer還不夠熟悉一些設(shè)置有些錯(cuò)誤出現(xiàn)，經(jīng)過仔細(xì)閱讀操作手冊(cè)后，繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，讓他們把我的程序以及設(shè)置進(jìn)行了查看，發(fā)現(xiàn)問題出在下載線上，自己就想辦法去買了些材料把下載線又做了一根，最后PLC程序終于能在CPU中順利運(yùn)行了。5.1.2觸摸屏與PLC程序的聯(lián)機(jī)調(diào)試由于NTZ-Designer編程環(huán)境能進(jìn)行脫機(jī)模擬和聯(lián)機(jī)模擬，對(duì)于我調(diào)試程序提供了一定的方便，但在調(diào)試過程中還是存在許多問題的。首先在進(jìn)行脫機(jī)模擬，我編寫完觸摸屏程序后就進(jìn)行了脫機(jī)模擬，這個(gè)過程比較順利，可以在電腦上進(jìn)行各個(gè)按鍵操作。接著進(jìn)行了聯(lián)機(jī)模擬，這個(gè)過程是通過PC和PLC聯(lián)機(jī)，在電腦桌面上控制PLC，這個(gè)過程也是比較順利地實(shí)現(xiàn)了控制。從下載觸摸屏程序開始問題出現(xiàn)了，首先是程序下載不到觸摸屏內(nèi)部去，我反復(fù)查看了觸摸屏的操作手冊(cè)，把里面所有的設(shè)置都按照里面所說的去做了，但還是不行，最后我去買了根USB線將程序下了進(jìn)去。下載的時(shí)候電腦上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，顯示下載進(jìn)度，下載完成后它會(huì)提示下載成功。最終要把系統(tǒng)做出來(lái)去用到生產(chǎn)線，肯定要脫離PC機(jī)，通過通訊線來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的通訊。本以為只要我把PLC與觸摸屏的程序分別調(diào)通，只要連接起來(lái)就馬上可以最后完成調(diào)試，但結(jié)果并不是我想的那么簡(jiǎn)單。我用RS-232通訊線將PLC與觸摸屏聯(lián)起來(lái)后就期待它馬上成功，但一連發(fā)現(xiàn)根本不能實(shí)現(xiàn)通訊，我分別查閱了它們的操作手冊(cè)，設(shè)置參數(shù)也費(fèi)了不少勁，但始終不能成功。接下來(lái)，我通過查詢相關(guān)資料，經(jīng)過2-3天的努力，發(fā)現(xiàn)主要問題出在通訊線上，我讓技術(shù)員給我做了跟通訊線，第二天完成了調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了PLC與觸摸屏的通訊。程序調(diào)試成功后，我對(duì)程序進(jìn)行了改進(jìn)，使外觀更加美觀，將一些不必要的部分刪除，增加一些必要的部分，完善了其中的一些功能，比如安全設(shè)置，利用了觸摸屏上的F1鍵，對(duì)工人操作的安全性有一定好處，降低和避免一些生產(chǎn)過程中發(fā)生的事故，對(duì)安全生產(chǎn)有一定的好處。整個(gè)運(yùn)行過程是這樣的，接通電源后進(jìn)入充磁系統(tǒng)的歡迎界面圖4-4，點(diǎn)擊直接進(jìn)入后進(jìn)入主控制界面圖4-5，點(diǎn)擊開總電源后，100.03置位，總開關(guān)開?？梢赃x擇單充或雙充按鈕，點(diǎn)單充按鈕后進(jìn)入單充界面圖4-6。點(diǎn)擊單充開始后點(diǎn)擊充磁控制，進(jìn)入圖4-7，然后按貨物放上，0.02被置位，電機(jī)正轉(zhuǎn)向充磁線圈行進(jìn)。點(diǎn)擊返回回到圖4-6，點(diǎn)擊到達(dá)線圈后，0.04得電，100.00失電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)100.02得電，充磁電源接通開始充磁，計(jì)數(shù)器T001開始計(jì)時(shí)。5秒后，計(jì)數(shù)器接通，100.02失電停止充磁，同時(shí)100.00得電，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，貨到右邊一點(diǎn)擊0.08得電，同時(shí)100.00失電停止轉(zhuǎn)動(dòng)，充磁結(jié)束，最后點(diǎn)擊單充結(jié)束。點(diǎn)擊返回，回到主控制界面圖4-5。當(dāng)然在充磁過程中我們可以點(diǎn)擊參數(shù)檢測(cè)，觀察充磁的數(shù)據(jù)，進(jìn)入圖4-10工人可以通過此界面來(lái)判斷充磁是否正常，發(fā)現(xiàn)異?？梢詫⒊浯畔到y(tǒng)關(guān)閉進(jìn)行檢查，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。在主界面點(diǎn)擊雙充按鈕后進(jìn)入圖4-9，雙充界面比單充稍復(fù)雜，適用在充磁不充分的情況下使用。點(diǎn)擊雙充開始后進(jìn)入雙充狀態(tài)，點(diǎn)擊充磁控制后進(jìn)入圖4-9，點(diǎn)擊貨物放上后，0.02置位，100.00得電，電機(jī)正轉(zhuǎn)向線圈行進(jìn)，點(diǎn)擊到達(dá)線圈后0.04置位，100.00失電電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)100.02得電，充磁電源接通開始充磁，計(jì)數(shù)器T001開始計(jì)時(shí)。3秒后，計(jì)數(shù)器接通，100.02失電停止充磁，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，貨到右邊一點(diǎn)擊0.08得電，同時(shí)100.01得電電機(jī)反轉(zhuǎn)向線圈。點(diǎn)擊再次回到線圈后0.04得電，100.01失電電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，100.02得電，充磁電源接通開始充磁，計(jì)數(shù)器T002開始計(jì)時(shí)。3秒后，計(jì)數(shù)器接通，100.02失電停止充磁，同時(shí)100.01得電，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊充磁結(jié)束按鍵后，0.02得電，M0.06接通，此時(shí)100.01失電，充磁結(jié)束，將貨取下。同時(shí)，這雖然時(shí)自動(dòng)充磁系統(tǒng)，但有的時(shí)候還是需要手動(dòng)充磁，在單充和雙充都有手動(dòng)充磁按鈕，點(diǎn)擊后進(jìn)入圖4-7，點(diǎn)擊手動(dòng)按鈕后就開始手動(dòng)充磁，按下后就開始充，放手后結(jié)束。以上是整個(gè)充磁系統(tǒng)的調(diào)試過程。同時(shí)為方便工人操作，分別設(shè)置了單雙充時(shí)的幫助按鈕，如下圖5-1和5-2所示。圖5-1圖5-26結(jié)論上述畢業(yè)設(shè)計(jì)在我閱讀了大量PLC與觸摸屏參考文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上經(jīng)過理論論證、程序調(diào)試、上電操作、實(shí)際演試，證明本論文所提出的理論方法是正確的，實(shí)際設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，取得的研究結(jié)果真實(shí)可信。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，通過自己的努力和老師的指導(dǎo)，能夠計(jì)算充磁線圈的部分磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。熟悉并掌握了CX-Programmer和NTZ-Designer的語(yǔ)言編程環(huán)境，在設(shè)計(jì)出繼電控制電氣圖的基礎(chǔ)上，編寫充磁機(jī)控制系統(tǒng)程序，完成編譯、下載、調(diào)試，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)合了觸摸屏技術(shù)使整個(gè)系統(tǒng)的操作更加方便，功能更加靈活多樣，應(yīng)用性更強(qiáng)，設(shè)計(jì)更具人性化。同時(shí)，由于自身能力有限以及時(shí)間原因也應(yīng)該看到，在設(shè)計(jì)過程中也存在不少缺陷和不足，不能完全計(jì)算充磁線圈的空間磁場(chǎng)，只能仿真軸線上的的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。比如軟件程序設(shè)計(jì)還不夠靈活、巧妙，觸摸屏界面流程比較單調(diào),歐姆龍PLC和觸摸屏在這次設(shè)計(jì)中只利用了其中的一部分,還有很多豐富的指令沒得到利用。希望通過自己、老師以及其他同學(xué)今后進(jìn)一步的將本系統(tǒng)完善，認(rèn)真學(xué)習(xí)編程手冊(cè)和操作手冊(cè)將里面一些指令學(xué)會(huì)利用起來(lái),使本傳動(dòng)系統(tǒng)的功能更加實(shí)用方便,創(chuàng)造更多的價(jià)值。致謝在我的整個(gè)四年大學(xué)求學(xué)過程中，我深深感謝我的父母親，是你們一直關(guān)心和支持我，你們是我生存、前進(jìn)的力量。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，至始至終得到我的指導(dǎo)老師何致遠(yuǎn)副教授的悉心指導(dǎo)，何老師在查閱文獻(xiàn)、方案討論、系統(tǒng)分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、論文撰寫及修改定稿都給予了建設(shè)性意見和指導(dǎo)，為我順利完成論文付出了極大的心血，對(duì)此向何老師表示深深的謝意。此外還得學(xué)院其他老師的指導(dǎo)和幫助,對(duì)我學(xué)習(xí)知識(shí)和成長(zhǎng)起到了很大的作用。在此謹(jǐn)向各位老師致以最誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)還要感謝我的同學(xué)余紹煥等在這個(gè)過程中給我的幫助。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)校老師和同班同學(xué)給了我很多幫助，使我學(xué)到了很多知識(shí)，為我研究生階段的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)，特別是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我第一次從頭到尾完成了一個(gè)項(xiàng)目，從中我學(xué)到了很多東西，在此我向所有幫助過我的老師和同學(xué)致以最誠(chéng)摯的謝意。感謝母校浙江科技學(xué)院，大學(xué)四年浙江科技學(xué)院讓我學(xué)到了很多東西，我在這四年中得到了很好的成長(zhǎng)，最后我衷心感謝所有關(guān)心和幫助過的人們！參考文獻(xiàn)[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)科學(xué)出版社，2003.9[2]楊國(guó)棟、沈培宏.觸摸屏技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3[3]馬文蔚.物理學(xué)中冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，1999.10[4]宋建成.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2003.9[5]李國(guó)厚.PLC原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.7[6]郁有文，常健.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.8[7]歐姆龍公司.CP1H操作手冊(cè).上海歐姆龍公司，2006.11[8]歐姆龍公司.NT5Z操作手冊(cè).上海歐姆龍公司，2006.6[9]歐姆龍公司.CP1H編程手冊(cè).上海歐姆龍公司,2006.11[10]溫照方.可編程序控制器教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.5[11]李仁.電器控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5[12]嚴(yán)克寬，張仲超.電氣工程和電力電子技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.4[13]陳立定.電器控制與可編程控制器[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.6[14]王兆義.可編程控制器教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5[15]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2000.4[16]邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.7[17]歐姆龍公司.NT5Z操作手冊(cè).上海，2006.6[18]AI-Khudairy,TahaF,Al-Hashemy,BakirA.R.,A1-Baker,MunqithA.J.DesignofaVMEbus-basedprogrammablelogiccontroller[J].MicroprocessorsandMicrosystems,February,1998[19]謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2002.2[20]廖常初.西門子人機(jī)界面(觸摸屏)組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1[21]高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2004.5[20]張進(jìn)秋等.可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6[21]Sinumerik.CreatingaPLCProgramandOperatingofOMRONCS1W-ETN01/ETN11CJ1W-ETN11.OMRONcompany，2001.5

附錄資料：不需要的可以自行刪除制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理實(shí)踐第一部分：材料管理入庫(kù)之前數(shù)數(shù)看：實(shí)際數(shù)量與<送貨單>一致才能簽名，不對(duì)不能簽。簽完名后才向?qū)Ψ秸f數(shù)量有差異，才提出賠償要求，肯定沒人理睬你。<現(xiàn)品票>要留下：<現(xiàn)品票>是向前工序反饋情報(bào)的重要憑證，也是不良品主要追蹤線索之一，附在不良品上退回給前工序（協(xié)作廠家）時(shí)，更具有說服力。先來(lái)先用亂不得：材料使用的第一原則就是先來(lái)先用，這是防止品質(zhì)產(chǎn)生混亂，保持良好的可追溯性的先決條件之一。材料去向要清楚：不是所有的材料都能組裝出成品，中途分流的材料要有合理的理由，分流的數(shù)量要補(bǔ)回，否則生產(chǎn)計(jì)劃就不能達(dá)成。材料臺(tái)面擺放有學(xué)問：合理的擺放不僅能夠節(jié)約空間，提高取拿準(zhǔn)確度，降低作業(yè)工時(shí)，并能使臺(tái)面3S活動(dòng)得以維持。副料管理決不可是一筆糊涂帳：缺少副料，生產(chǎn)一樣無(wú)法進(jìn)行。副料的好壞不僅直接影響著品質(zhì)，它還在成本中占據(jù)一定比例。不良品退回要確認(rèn)：向前工序退回良品和自責(zé)品，最終失去的將是別人對(duì)你的信任，此外，還浪費(fèi)雙方無(wú)謂的人力和財(cái)力資源。盤點(diǎn)的時(shí)候要仔細(xì)：盤點(diǎn)是一段不得已暫時(shí)中止生產(chǎn)，只有支出沒收入的非常時(shí)期，務(wù)必在短時(shí)間內(nèi)、高精度的加以完成。不用的時(shí)候封存好：不用的材料不等于不要！需要時(shí)，能迅速、準(zhǔn)確、完整無(wú)缺的找到，才不會(huì)延誤生產(chǎn)。10、報(bào)廢大筆揮不得:報(bào)廢就是扔錢!報(bào)廢意味著血本無(wú)歸、破產(chǎn)倒閉，同行競(jìng)爭(zhēng)者巴不得你天天都在報(bào)廢，決對(duì)不會(huì)同情你！11、追加工、選別要有樣品：對(duì)作業(yè)人員來(lái)說，文件遠(yuǎn)不如樣品直觀，只有設(shè)定了上下限樣品，才能進(jìn)行自主判定；才能將作業(yè)差異控制在所要求的范圍內(nèi)。12、庫(kù)存太多是浪費(fèi)，太少又不安全：庫(kù)存好比是吃飯，吃多了，撐著！吃少了，不管飽！不僅要看菜吃飯，還得量肚而行。決定材料庫(kù)存量的基本原則是：適時(shí)、適量、適價(jià)、適地、適質(zhì)。材料的基本訂購(gòu)法有：一次過訂貨、分階段訂貨、現(xiàn)用現(xiàn)訂等三種方法。13、算準(zhǔn)在線庫(kù)存量：?jiǎn)纹凡牧显诰€庫(kù)存太多，說明材料的派發(fā)方法和包裝質(zhì)量有問題。部件在線庫(kù)存過多，說明各工序工時(shí)不平衡，前后銜接失調(diào)。14、部件先行不貪多：如果產(chǎn)品是一列火車，那么部件就是火車頭。只有火車頭先開動(dòng)，整列火車才會(huì)動(dòng)，而且火車頭總是同步領(lǐng)先于后邊的車廂。15、外觀瑕疵真棘手：客戶并不完全拒絕外觀有瑕疵的商品。插手外觀控制的手越多，就越容易形成多重標(biāo)準(zhǔn)，但誰(shuí)都不能真正代表客戶的意愿。16、搬運(yùn)方式要講究：粗暴的搬運(yùn)，會(huì)造成被搬運(yùn)物的破損。適時(shí)、適量、完整無(wú)缺的搬運(yùn)，能為縮短作業(yè)工時(shí)、提高生產(chǎn)效率、降低庫(kù)存提供保證。17、特殊材料，特別管理：之所以特殊，是由于在我們現(xiàn)有的科技力量下不容易大量獲得，即使獲得了，也要通過特別的管理手法，才能確保其品質(zhì)。18、特采不慎是自殺：特采是品質(zhì)下降的開始；是未經(jīng)市場(chǎng)認(rèn)可的冒險(xiǎn)行為，屢試之下，終會(huì)有被市場(chǎng)拒絕的時(shí)候。19、申領(lǐng)手續(xù)要齊全：辦理手續(xù)不僅僅是為了留下一個(gè)憑證，也是為了精確控制數(shù)量和避免浪費(fèi)，使管理人員心中有數(shù)。20、從一開始就降低材料成本：材料成本包括使用量和單價(jià)兩個(gè)要素，要降低材料成本就必須在這兩方面下工夫，但是，其前提條件是要確保品質(zhì)。21、早早反饋不良情報(bào)，救人也救已：因情報(bào)交流不順暢而延誤的時(shí)間成本，比起不良材料自身的價(jià)值要大得多！不早點(diǎn)反饋給別人，就別指望能早日解決！第二部分:人員管理所有的管理活動(dòng)都不能離開最基本的管理目標(biāo)，管理手段只有領(lǐng)先于時(shí)代的要求，企業(yè)才有生存和發(fā)展的可能。現(xiàn)場(chǎng)要管理的對(duì)象（生產(chǎn)要素），從大的方面可分為：人員（Man）、設(shè)備（Machine）、材料（Material）、作業(yè)方法（Method）作業(yè)環(huán)境（Environment）等五大部分，即4M1E。而圍繞其所展開的最基本的目標(biāo)活動(dòng)為：提升品質(zhì)（Quality）、降低成本（Costing）、確保交貨期（Deadline）、確保人身安全（Safety）提高士氣（Morale）等五點(diǎn)，即QCDSM。新人更要耐心去指導(dǎo)：新進(jìn)公司，就像到了國(guó)外一樣，人生地不熟的，門都摸不著，哪談得上對(duì)公司有所貢獻(xiàn)呢！抽象指示聽不懂：沒有具體內(nèi)容的指示，使部下無(wú)所適從，要么不去做，要么靠自己的想象發(fā)揮來(lái)做，必然導(dǎo)致作業(yè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。即發(fā)出的指示里要有5W1H（何人Who、何時(shí)When、何事What、何地Where、何故Why、如何How）。缺席頂位有陷阱：有許多作業(yè)不良，就是由于頂位人員不熟練而造成的。平時(shí)有計(jì)劃地培養(yǎng)全能工，是填平缺席陷阱，避過危機(jī)的有效方法之一。個(gè)別輔導(dǎo)與集中指導(dǎo)相結(jié)合：能力差的要個(gè)別輔導(dǎo)，使其達(dá)到平均水平。集中指導(dǎo)是為了明確集體目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)協(xié)同配合意識(shí)，以及借用眾人的智慧。調(diào)動(dòng)每一個(gè)人的積極性