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 系北方科技學院專 業(yè)自動化班 級b641302學 號200514185099姓 名王維興指導教師蔣麗英負責教師蔣麗英沈陽航空航天大學北方科技學院2010年6月沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文）任務書教 學 部 工學一部 專業(yè) 自動化 班級 b641302 學號 200514185099 姓名 王維興 畢業(yè)設計（論文）題目 基于plc的數(shù)字程序控制的模擬 畢業(yè)設計（論文）時間 2010 年 3 月 8 日至 2010 年 7 月 2 日畢業(yè)設計（論文）進行地點 自動化學院實驗中心 畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容及要求：(一)主要內(nèi)容數(shù)字程序控制就是計算機根據(jù)輸入

2、的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械(如各種加工機床)按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。數(shù)字程序控制主要應用于機床控制,采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機床叫做數(shù)控機床。本畢業(yè)設計主要實現(xiàn)利用plc完成雙軸直線切削的直線運動的數(shù)字程序控制的模擬。利用plc實現(xiàn)直線插補算法，并完成二維數(shù)控平臺模擬控制；利用組態(tài)軟件實現(xiàn)兩個坐標軸步進電機狀態(tài)的監(jiān)控以及繪制直線插補的運動軌跡。（二）畢業(yè)設計的內(nèi)容及要求：（1）閱讀主要參考文獻，收集有關資料。（2）深入學習并掌握plc和組態(tài)軟件語言編程。（3）掌握直線插補的基本原理。（4）設計plc直線插補的程序。（5）基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)

3、的設計。（6）畢業(yè)論文要文理通順，敘述清楚，有重點地說明研究過程和分析方法；（7）論文要求20000字左右，且上交word文檔；（8）相關科技英文翻譯字數(shù)不少于5000字。指導教師簽字 年 月 日負責教師簽字 年 月 日沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計(論文)摘 要可編程控制器（簡稱plc）以其通用性強、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便等一系列優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)自動控制中。本文主要研究基于plc的數(shù)字程序控制的模擬，主要研究內(nèi)容包括：1）逐點比較法直線插補和圓弧插補plc程序設計。在介紹逐點比較法基本原理的基礎上，重點論述了基于西門子s7-20

4、0的第一象限直線插補和逆圓弧插補的程序設計。2）逐點比較法plc控制上位機監(jiān)視系統(tǒng)的設計。采用紫金橋組態(tài)軟件完成對plc直線插補和圓弧插補兩個程序的實時監(jiān)視和界面模擬。該組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)擁有良好的人機界面，通用性好，操作簡單、方便、易于實現(xiàn)plc的集中監(jiān)控和管理等特點，具有較廣泛的應用前景。關鍵詞：逐點比較法；直線插補；圓弧插補；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機床數(shù)控與數(shù)控機床31.3 課題研究任務及要求31.3.1 課題研究內(nèi)容41.3.2 技術指標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構成62.1.3 cpu構成62.1.4 i/o模塊62.1.5 電源模塊72.1.6 底板或機架72.1.7 plc系統(tǒng)其它設備72.1.8 plc通信聯(lián)網(wǎng)82.1.9 plc的優(yōu)點

10、82.1.10 plc特點92.1.11 plc應用102.2 西門子s7-200112.2.1 簡介112.2.2 出色表現(xiàn)112.2.3 適用范圍112.2.4 詳細介紹123逐點比較法插補原理143.1 逐點比較法143.2 第一象限直線插補原理153.2.1 偏差計算公式153.2.2 終點判別法163.2.3 插補計算過程163.2.4 不同象限的直線插補173.3第一象限逆時針圓弧插補173.3.1 偏差計算公式173.3.2 終點判別法183.3.3 插補計算過程183.3.4 四個象限的圓弧插補公式184逐點比較法插補系統(tǒng)的程序設計204.1 基于plc的直線插補軟件設計204

11、.1.1 直線插補程序i/o分配表204.1.2 第一象限內(nèi)的直線插補流程圖214.1.3 直線插補主要程序的設計及分析224.2 圓弧插補plc軟件設計264.2.1 圓弧插補程序i/o分配表264.2.2 第一象限內(nèi)逆時針圓弧插補流程圖274.2.3 圓弧插補主要程序的設計及分析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)的設計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)軟件的應用365.3.1與西門子plc s7-200的關聯(lián)365.3.2 第一象限直線插補組態(tài)監(jiān)控的設計

12、385.3.3 第一象限逆時針圓弧插補組態(tài)監(jiān)控43結 論48社會經(jīng)濟效益分析49致 謝50參考文獻51附錄i 第一象限直線插補程序52附錄ii 第一象限逆時針圓弧插補程序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)自動化、家用電器、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)和汽車工業(yè)等中都廣泛應用了這種控制方式。所以對數(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)的自動化控制只是單純的從大的方面節(jié)省人力，而沒有針對各個細節(jié)操作進行分別控制，從而不能有效做到生產(chǎn)產(chǎn)品精確加工和完全自動加工，也造

13、成了人力資源的浪費。plc的數(shù)字程序控制則針對各個環(huán)節(jié)，分別進行控制，上傳給計算機，計算機通過該數(shù)字程序控制對各個用戶進行分別有效地調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制，同時也避免了不必要的資源浪費。數(shù)字程序控制是許多行業(yè)的重要工作目標之一，不論是日常生活、工業(yè)自動化、家用電器、環(huán)境保護、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到自動化，從而節(jié)省人力資源。然而自動控制需要大量的實踐和對實際工業(yè)基礎的了解，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用前景。1.2 研究意義隨著科學技術和社會生產(chǎn)的迅速發(fā)

14、展，機械產(chǎn)品日趨復雜，對機械產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來越高。在航空航天、軍工和計算機等工業(yè)中，零件精度高、形狀復雜、批量少、經(jīng)常改動，加工困難，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，質(zhì)量難以保證。機械加工工藝過程自動是和智能化適應上述發(fā)展特點的最重要手段。在零件加工中，理想加工軌跡是刀具中心軌跡應與零件輪廓形狀一致，但實際應用時往往用一小段直線或圓弧去逼近，從而使得控制算法簡單，計算量減小。插補算法是確定刀具中心運動軌跡的計算方法；插補計算就是對數(shù)控系統(tǒng)輸入基本數(shù)據(jù)（如直線的起點、終點的坐標，圓弧的起點、終點、圓心的坐標等）運用一定的插補算法計算，計算結果可用來圖形仿真或作為刀的進給數(shù)據(jù)。目前插補算法有很多

15、種，與其它插補方法相比，逐點比較法是一種控制算法簡單、進給速度控制方便的插補算法。逐點比較法插補既可以作直線插補，又可作圓弧插補。它比較適用于一些以步進電機為驅(qū)動裝置的開環(huán)或閉環(huán)的中等精度或中等速度要求的計算機數(shù)控系統(tǒng)。本文將介紹逐點比較法圓弧插補的基本原理及改進后的逐點比較法圓弧插補，最后給出改進前后的模擬仿真。在機床的實際加工中，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應該準確地依照工件的輪廓形狀來生成。然而，對于簡單的曲線，數(shù)控裝置易于實現(xiàn)，但對于較復雜的形狀，若直接生成，勢必會使算法變得很復雜，計算機的工作量也相應地大大增加。因此，在實際應用中，常常采用一小段直線或圓弧去進行逼近，有些

16、場合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次曲線去逼近(或稱為擬合)。所謂插補是指數(shù)據(jù)密化的過程。在對數(shù)控系統(tǒng)輸入有限坐標點(例如起點、終點)的情況下，計算機根據(jù)線段的特征(直線、圓弧、橢圓等)，運用一定的算法，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數(shù)據(jù)，即所謂數(shù)據(jù)密化，從而自動地對各坐標軸進行脈沖分配，完成整個線段的軌跡運行，以滿足加工精度的要求。為解決上述問題，一種靈活、通用、高精度、高效的“柔性”自動化生產(chǎn)設備數(shù)控機床在這種情況下應運而生。目前數(shù)控技術已逐步普及，數(shù)控機床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用，已成為機床自動化的一個重要發(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)字程序控制的簡稱。數(shù)控的實質(zhì)是通過特定處理方式下的數(shù)字信息（不斷變化的數(shù)字量）去自動控制機械裝置進行動作，它與通過連續(xù)變化的模擬量進行的程序控制（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計算機，因此將通過計算機進行自動控制的技術，簡稱為數(shù)控。這里講的數(shù)控，特指用于機床加工中的數(shù)控（即機床數(shù)控）。除此之外，數(shù)控還廣泛應用于測量、理化試驗與分析、物質(zhì)與信息的傳輸、建筑以及科學管理等領域。2.數(shù)控的分類早期的數(shù)控機床的nc裝置由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機邏輯電路，是固定接線的硬件結構，由硬件來實現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種

18、技術實現(xiàn)的數(shù)控機床一般稱作為nc機床。計算機數(shù)控（computer numerical control），簡稱cnc?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器或?qū)Ｓ梦C的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實現(xiàn)控制邏輯，實現(xiàn)部分或分部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設備進行連接，稱為cnc系統(tǒng)，這樣的機床一般稱為cnc機床。1.2.2機床數(shù)控與數(shù)控機床1.機床數(shù)控機床數(shù)控是指通過加工程序編制工作，將其控制指令以數(shù)字信號的方式記錄在信息介質(zhì)上，經(jīng)輸入計算機處理后，對機床各種動作的順序、位移量和速度實現(xiàn)自動控制的一門技術。其控制對象是專門針對機床和機床加工的，這里所說的機床不僅指金屬切削機床（臺車、銑、

19、刨、鉆、磨、鏜等機床）。2.數(shù)控機床數(shù)控機床是一種通過數(shù)字信息控制機床按給定的運動規(guī)律，進行自動加工的機電一體化新型加工裝備。數(shù)控機床是數(shù)字控制技術與機床相結合的產(chǎn)物，機床數(shù)控技術是通過數(shù)控機床加工技術而實現(xiàn)的，應用數(shù)控技術的關鍵在于學好和用好數(shù)控機床。一個國家的機床數(shù)控率，反映了這個國家機床工業(yè)和機械制造業(yè)水平的高低，同時也是衡量一個國家科技進步的重要標志之一。它對于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，促進科技進步和加速現(xiàn)代化建設，都有著十分重大的意義。發(fā)達國家視數(shù)控技術為機械工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點，而大力推進和發(fā)展數(shù)控機床。1.3 課題研究任務及要求本文針對基于plc的數(shù)字程序控制的模擬在下位機建立一個plc

20、可編程控制器系統(tǒng)，完成設計內(nèi)容及實現(xiàn)的技術指標如下：1.3.1 課題研究內(nèi)容1.閱讀主要參考文獻，收集有關資料。2.深入學習并掌握plc和組態(tài)軟件語言編程。3.掌握直線插補和圓弧插補的基本原理。4.設計plc直線插補和圓弧插補的程序。5.基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)的設計。6.畢業(yè)論文要文理通順，敘述清楚，有重點地說明研究過程和分析方法；1.3.2 技術指標1.通過plc控制直線插補和圓弧插補；2.通過組態(tài)監(jiān)控軟件模擬出插補曲線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內(nèi)容和技術指標；第2章介紹了plc可編程控制器及西門子s7-

21、200的特點、應用、優(yōu)點，以及相關的主要技術指標；第3章介紹本文的設計原理逐點比較法，直線插補，圓弧插補等。第4章具體介紹了plc程序的設計核心內(nèi)容，包括程序的設計思路和方法等。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、優(yōu)點、應用及其模擬監(jiān)控。最后得出結論，并做了社會經(jīng)濟效益分析。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)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用一類可編程存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術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械或生產(chǎn)過程。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)過程中，大量開關量順序控制，它邏輯條件進行順序動作，并邏輯關系進行連鎖保護動作控制，及大量離散量數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。1968年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術控制裝置，首次采用程序化手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable controller（pc）。個人計算機（簡稱pc）發(fā)展起來后，方便，也反映可編程控制器功能特點，可編程序控制器定名為pr

23、ogrammable logic controller（plc），現(xiàn)在仍常常將plc簡稱pc。plc定義有許多種，國際電工委員會（iec）對plc定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序存貯器，用來其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并數(shù)字、模擬輸入和輸出，控制各種類型機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快時期，年增長率一直保持為3040%。這時期，plc處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能

24、力到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領域，某些應用上取代了過程控制領域處于統(tǒng)治位dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。plc工業(yè)自動化控制特別是順序控制中位，可預見將來，是無法取代。2.1.2 plc構成從結構上分，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、底板或機架，這些模塊可以一定規(guī)則組合配置。2.1.3 cpu構成cpu是plc核心，起神經(jīng)中樞作用，每套plc至少有一個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)場輸入裝置送來狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中語法錯誤等。進入運行后，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)定任務產(chǎn)生相應控制信號，去指揮有關控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少組成單元。使用者看來，不必要詳細分析cpu內(nèi)部電路，但對各部分工作機制應有足夠理解。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、震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算中間結果，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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關量輸入（di），開關量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。開關量是指開和關（或1和0）兩種狀態(tài)信號，模擬量是指連續(xù)

27、變化量。常用i/o分類如下：開關量：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，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 底板或機架大多數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間聯(lián)系，使cpu能訪問底板上所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間連接，使各模塊構成一個整體。2.1.7 plc系統(tǒng)其它設備1.編程設備：編程器是plc開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、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)場控制運行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。2.人機界面：最簡單人機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、應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。3.輸入輸出設備：用于永久性存儲用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量電位器，打印機等。2.1.8 plc通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡自動化系統(tǒng)集成工程中重要性越來越顯著，有人提出網(wǎng)絡就是控制器觀點說法。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使plc與plc之間、plc與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一整體，實現(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，還未實現(xiàn)互操作性，iec規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，

30、plc各廠家均有采用。一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要。首先，網(wǎng)絡必須是開放，以方便不同設備集成及未來系統(tǒng)規(guī)模擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡形式，這必須較深入了解該網(wǎng)絡標準協(xié)議、機制前提下進行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用網(wǎng)絡標準。2.1.9 plc的優(yōu)點1.實現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡的投資，降低了成本。2.范圍廣電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。plc可以輕松地滲透到每個家庭，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，其傳輸速率依設備廠家的不同而在4.5m45mbps之間。遠遠高于撥號上網(wǎng)和isdn，比adsl更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡上的各種應用。更高速率的plc產(chǎn)品正在研制之中。 4.永遠在線 plc屬于即插即用，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡！5.便捷不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有plc帶來的高速網(wǎng)絡享受！2.1.10 plc特點1.結構靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡，同時可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與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帶寬可以為很多應用平臺提供保證。最新的電力線標準homeplug av傳輸速度已經(jīng)達到了200mbps；為了確保qos，homeplug av采用了時分多路訪問（tdma）與帶有沖突檢測機能的載體偵聽多路訪問（csma）協(xié)議，兩者結合，能夠很好地傳輸流媒體。3.范圍廣，無所不在的電力線網(wǎng)絡也是這種技術的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設n多個ap才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎的網(wǎng)絡，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡接入服務滲透到每一處有電力線的地

33、方。這一技術一旦全面進入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現(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)絡基礎設施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術，plc成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的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，提供寬帶網(wǎng)絡“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，就立即可享受4.545mbps的高速網(wǎng)絡接入，來瀏覽網(wǎng)頁撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。2.1.11 plc應用目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1. 開關量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及

35、自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、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)過程當中，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.運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機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)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4.過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，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處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、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)可以與存儲在存儲器

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≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(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與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(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 簡介simatics7-200系列plc適

38、用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價格比。2.2.2 出色表現(xiàn)s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 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.實時特性 7.強勁的通訊能力 2.2.3 適用范圍s7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民

39、用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。2.2.4 詳細介紹s7-200系列plc可提供4個不同的基本型號的8種cpu供使用。 1.cpu單元設計集成的24v負載電源，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?？捎秘撦d電源。 2.不同的設備類型 cpu 221226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。 3.本機數(shù)字量輸入/輸出點 cpu 221有6di/4do，cpu 222有8di/6個do，cpu

40、224有14di/10do，cpu 224xp有14di/10do，cpu226有241di/16do。 4.本機模擬最輸入/輸出點 cpu 224xp有2個ai/1ao。 5.通訊方式 內(nèi)部集成的ppi接口為用戶提供強大的通訊功能。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開發(fā)的通訊協(xié)議。通過普 通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(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就是ppi通訊聯(lián)網(wǎng)接口。 ii.mpi方式：通過內(nèi)置接口連接到mpi網(wǎng)絡上。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)絡中作為從站，彼此間不能通訊。 iii.自由通訊口方式：是一個很有特色的功能。s7-200plc可以與任何通訊協(xié)議公開的其他設備進行通訊。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：cpu222、224xp、226可以通過增加em277的方法支持profibus dp網(wǎng)絡協(xié)議。最高傳輸速率為12mbit/s。 6.eeprom存儲器模塊（選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進行輔助軟件歸檔工作。 7.電池模塊 用于長

42、時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。3 逐點比較法插補原理本次設計的plc數(shù)字程序控制具體采用了逐點比較法插補原理，分別在坐標軸第一象限內(nèi)實現(xiàn)直線插補及直線插補計算的程序?qū)崿F(xiàn)，第一象限內(nèi)的逆時針圓弧插補及圓弧插補計算的程序?qū)崿F(xiàn)。因此，本章主要介紹逐點比較法直線插補和圓弧插補的基本原理。3.1 逐點比較法逐點比較法又稱代數(shù)運算法或醉步法，是脈沖增量插補中最典型的算法。其基本原理是在控制過程中，逐點計算和判斷運動軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進給軸向

43、給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。以折線來逼近直線或圓弧，最大誤差不超過一個脈沖當量，因此，只要脈沖當量取得足夠小，就可達到加工精度的要求。由其插補原理可知數(shù)控機床的運動部件每走一步都要經(jīng)過以下四個節(jié)拍：第一節(jié)拍：偏差判別，判別刀具當前位置相對于給定輪廓的偏離情況，并以此決定刀具的進給方向。第二節(jié)拍：坐標進給，根據(jù)偏差判別的結果，控制刀具向相應坐標軸進給一步使加工點向給定輪廓靠攏，減小偏差。第三節(jié)拍：偏差計算，刀具進給一步后#計算新的加工點與給定輪廓之間的偏差，為下一步偏差判別做準備。第四節(jié)拍：終點判別，判斷刀具是否到達被加工零件的終點，若到達終點，則結束插補，否則繼續(xù)插補，如此

44、不斷循環(huán)以上四個節(jié)拍就可加工出所要求的曲線。一個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)控機床的刀具往往是不能以曲線的實際輪廓去走刀的，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，逐點比較法插補方式包括直線插補，圓弧插補，拋物線插補，樣條線插補等。 3.2 第一象限直線插補原理所謂直線插補（line interpolation）就是只能用于實際輪廓是直線的插補方式(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了)。首先假設在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段(一個脈沖當量)，發(fā)現(xiàn)終點在實際輪

45、廓的下方，則下一條線段沿y方向走一小段，此時如果線段終點還在實際輪廓下方，則繼續(xù)沿y方向走一小段，直到在實際輪廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循環(huán)類推.直到到達輪廓終點為止。這樣，實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。 3.2.1 偏差計算公式設加工第一象限的直線oa，取直線的起點為坐標原點，直線終點坐標為（，），m（，）為加工點（動點），如圖3.1所示。若m點在直線上，則根據(jù)三角形的關系可得： （3.1）若取直線插補的偏差判別式為 （3.2）yxa(,)m圖

46、3.1 第一象限直線若m點在直線上，則=0；若m點在直線的上方，則0；若m點在直線的下方，則0。當0時，為了使加工點逼近給定軌跡，應向+x方向進給一步。進給后的新坐標值為： （3.3）則該點的偏差為： （3.4）當0時，為了使加工點逼近給定軌跡，應向+y方向進給一步。進給后的新坐標值為： （3.5）則該點的偏差為： （3.6）3.2.2 終點判別法1.第一種方法：設置x、y兩個減法計數(shù)器，加工開始前，在x、y計數(shù)器中存入終點坐標、，在x坐標（或y坐標）進給一步時，就在x計數(shù)器（y計數(shù)器）中減去1，直到兩個計數(shù)器中的數(shù)減到為零時，便到達終點。2.第二種方法：用一個終點計數(shù)器，x和y兩個坐標，從起

47、點到終點的總步數(shù)；x、y坐標每進給一步，減去，直到為零時，就到達終點。3.2.3 插補計算過程插補過程分四步：1.偏差判別：判斷0還是0；2.坐標計算和進給：0，+x方向走一步，0，+y方向走一步；3.偏差計算：計算新的偏差；4.終點判別：判斷是否插補到了終點。3.2.4 不同象限的直線插補當直線的起點為原點時，直線有四個象限的線形，上面討論的是第一象限的直線，對于第二、三、四象限的直線插補計算可用相同原理得到。當、取絕對值時，偏差計算公式相同，只是坐標進給方向不同。見表3.1。表3.1 直線插補的進給方向及偏差計算公式00；若m點在圓弧內(nèi)，則0。當0時，為了使加工點逼近圓弧，應向-x方向進給

48、一步。進給后的新坐標值為： （3.10）該點偏差為： （3.11）當0時，為了使加工點逼近圓弧，應向+y方向進給一步。進給后的新坐標值為： （3.12）該點偏差為： （3.13）3.3.2 終點判別法和直線的判別法相同。3.3.3 插補計算過程與直線的插補過程相同。3.3.4 四個象限的圓弧插補公式圓弧的象限不同、順逆不同，則插補計算公式和進給方向也不同。歸結為8種情況，其插補計算公式和進給方向見表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 圓弧插補的進給方向及偏差計算公式偏差圓弧種類進給方向偏差計算坐標計算0、-y、+y、-x、+x0、+x、-x、+y、-y4 逐點比

49、較法插補系統(tǒng)的程序設計本系統(tǒng)軟件設計的plc程序是此次設計的重點，是實現(xiàn)可編程控制器邏輯控制的主體部分，因此，在系統(tǒng)的自動控制中至關重要，其中包括：i/o分配表、程序流程圖、以及程序設計。其中逐點比較法又分為第一象限內(nèi)直線插補和第一象限內(nèi)逆時針圓弧插補，下面分別進行介紹4.1 基于plc的直線插補軟件設計4.1.1 直線插補程序i/o分配表根據(jù)二維直線插補控制的要求i/o地址分配如表4.1所示。表4.1 直線插補i/o地址分配表名名稱地址備注輸 入 部 分啟動i0.0開關閉合完成i0.1常閉x軸脈沖給定i0.2x軸步進電機工作y軸脈沖給定i0.3y軸步進電機工作輸出部分x軸輸出脈沖q0.0x軸

50、步進電機工作y軸輸出脈沖q0.1y軸步進電機工作y軸步進電機d相q2.0通電工作y軸步進電機c相q2.1通電工作y軸步進電機b相q2.2通電工作y軸步進電機a相q2.3通電工作x軸步進電機d相q2.4通電工作x軸步進電機c相q2.5通電工作x軸步進電機d相q2.6通電工作x軸步進電機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)的直線插補流程圖第一象限的直線插補程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 直線插補程序流程圖4.1.3 直線插補主要程序的設計及分析本程序共包括1個主程序，1個子程序和3

51、個中斷子程序。設計的重點是如何實現(xiàn)偏差的計算和判別。1.中斷程序int_0中斷程序int_0用于偏差的計算和判別。該中斷程序共包括5個網(wǎng)絡。中斷程序int_0中的網(wǎng)絡1的梯形圖如圖4.2所示，用于實現(xiàn)偏差大于0時偏差的計算。當偏差值大于0時，即此時實際坐標點在直線的上方，需要向x方向給進1，實際偏差值減去y坐標，得出新的偏差值，重新進行賦值，已走步數(shù)自加1重新賦值，輸出x步進。圖4.2 偏差大于0時偏差計算等梯形圖網(wǎng)絡3的梯形圖如圖4.3所示，用于實現(xiàn)偏差小于等于0時偏差的計算。當偏差值小于等于0時，即此時實際坐標點在直線的下方，需要向y方向給進1，實際偏差值加x坐標，得出新的偏差值，重新進行

52、賦值，已走步數(shù)自加1重新賦值，輸出y步進。圖4.3 偏差小于等于0時偏差計算等梯形圖網(wǎng)絡2和網(wǎng)絡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2：sm0.0是常通plc運行后一直接通，運行中斷程序19號事件，pls0脈沖發(fā)完，中斷到中斷程序int_1。網(wǎng)絡4：sm0.0是常通plc運行后一直接通，運行中斷程序20號事件，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2梯形圖圖4.5 中斷程序int_0網(wǎng)絡4梯形圖網(wǎng)絡5完成終點判斷的功能，其梯形圖如圖4.6所示。當已走步數(shù)大于或等于總定位數(shù)時，直線插補完成，i0.1啟動，總定位數(shù)是由給定終點坐標與起始坐標計算得出。圖4.6 終點判斷梯形圖2.中斷程序int_1中斷程序int_1完成x軸步進電機步進復位置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2中斷到int_1網(wǎng)絡1，m3.0工作，x步進復位置1。圖4.7 x軸步進電機步進復位梯形圖3.中斷程序int_2中斷程序int_2是y軸步進電機步進復位子程序，其梯形圖如圖4.8所示。網(wǎng)絡1：中斷程序int_2是由中斷程序int_0中的網(wǎng)絡4中斷到int_2網(wǎng)絡1，m3.0工作，y步進復位置1圖4.8 y軸步進電機步進復位梯形圖4.主程序main主