基于PLC的送料切断监控系统的设计.doc

资源描述

目录 1、绪论 1 1.1 该课题研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 本课题研究内容 1 2、设计方案的确定 3 2.1 系统介绍 3 2.1.1 系统内容 3 2.1.2 系统要求 3 2.2 系统组成 3 2.2.1 硬件系统组成 3 2.2.2 软件系统组成 4 2.3 总体方案的确定 4 2.3.1 系统组成框图 4 2.3.2 系统实现方法 5 2.4 方案论证 5 2.4.1 主机的选择 5 2.4.2 人机界面的选择 6 2.4.3 伺服的选择 6 2.4.4 PLC与人机界面通讯方式的选择 7 2.4.5 PLC与PC通讯方式的选择 7 2.4.6 用户权限控制方式的选择 7 2.4.7 PLC程序系统总体框架的选择 8 3、硬件系统配置 9 3.1 PLC的I/O分配 9 3.2 PLC内部继电器、寄存器使用情况 10 3.3 伺服驱动器各端口说明 13 3.3.1 伺服驱动器电源使用端口说明 14 3.3.2 伺服驱动器CN1使用端口说明 14 3.4 伺服驱动器参数设置 14 3.5 Unicon内部寄存器使用 15 4、软件系统的设计 16 4.1 PLC控制程序设计 16 4.1.1 总程序设计 16 4.1.2 程序初始化 17 4.1.3 按键或传感器检测程序编写 18 4.1.4 工作模式程序编写 19 4.1.5 输出程序编写 20 4.1.6 数据换算程序编写 21 4.2 Unicon人机界面软件设计 23 4.2.1 Unicon界面规划 23 4.2.2 登录画面的设计 23 4.2.3 手自动、设置画面的设计 25 I 4.2.4 数据界面的设计 27 5、系统调试 28 5.1 PLC程序的调试 28 5.2 Unicon的调试 29 5.3 伺服的调试 30 5.4 PLC与Unicon联机调试 30 5.5 系统联机调试 31 II 基于PLC的送料切断监控系统的设计摘要目前材料切割工作采用以人工劳动力为主的生产模式显得落后,利用PLC控制技术和人机界面触摸屏技术控制材料切割加工，对提高加工质量、效率和资源的有效利用起到良好推动作用。本课题提出了利用人机界面触摸屏、PLC控制器、伺服系统建立送料定长切断监控系统，利用485通讯线将控制信号送到伺服等执行系统；选择永宏MA机型PLC控制器、Unicon触摸屏、卧龙系列伺服系统，编写了PLC控制程序，绘制了Unicon人机操作界面，搭建好系统后进行了调试。实现了在线监控，Unicon触摸屏上可以实时显示工作台加工情况、用户设置信息、系统状态信息等；操作者可以通过对Unicon画面中组件的操作，经PLC处理后完成对系统的实时控制。关键词： PLC控制，定长切断，人机界面，实时监控 III Abstract At present material cutting work using artificial labor-based production patterns seem backward, the use of PLC control and man-machine interface touch screen control technology material cutting, to improve processing quality, efficient and effective use of resources play a good role in promoting. This paper proposes the use of man-machine interface touch screen, PLC controller, servo system, the establishment of long convinced sent off monitoring system, using 485-line signal to the servo control and other execution system; select models MA Yonghong PLC controller, Unicon touchscreen Wolong series servo system, PLC control program written, drawn Unicon man-machine interface, to build a good system after commissioning. To achieve an online monitoring, real-time display table machining conditions on Unicon touch screen, the user setting information, system status information; the operator can operate Unicon screen components, processed by the PLC to complete real-time control system through. Keywords: PLC control, fixed-length cut, man-machine interface, real-time monitoring IV 1、绪论 1.1 该课题研究背景及意义在大多数的传统工业现场，切割钢筋采用的方法为机械定尺进行切割。该方式以工人操作为主，且定长切断的精度很大程度上会因为定尺的长度变化而受到影响。并且容易出现操作失误：切割长了再需进行一次割，切割短了则原材料沦为废品。工程上如果使用了此类型不合格的钢材，对日后建筑安全的影响造成隐患。在目前科学技术日渐深入各个领域，此种生产方式显得浪费人力成本、效率不高。为此，该课题提出利用永宏PLC系列产品解决传统模式下定尺切割的低效率、浪费人力资源等问题。当下PLC产品应用于工业控制的案例层出不穷，PLC技术日渐融入工业生产，成为工业控制不可缺少的一份子。基于PLC控制的定长切割系统既节省了人力劳动成本，又提高了工业生产效率，可以为整个工业流程创造更多的利润[1][2][3]。 1.2 国内外研究现状国内当前切割机和国外的切割机比起来，存在一定偏差。由于切断机本身含有的技术不多，容易被仿制，其中利润提不高。国内切断机厂家大多以老式生产为主，没有寻求技术突破。国内切断机的偏离轴心的距离较小，在生产时不利于员工操作；在精度、最大负荷、磨损等方面做的没有国外的好；刀片为单螺栓加固，同国外的双螺栓加固比起，刀片在受力和使用寿命等性能较差；切断次数为每分钟30次左右，少于的国外50次，工作效率从而低于先进水平；国内切断机构造分为全开、全闭、半开半闭三类型，采用稀油式润滑、飞溅式润滑；在设备上国外厂家肯下资本，技术水平较高，而国内总体设备老化，生产途中多靠人力等提升利润，机型质量和性能有待提高。目前除物理刀片切割外，激光切断是国家很看重的一项技术。激光切断机以其特有的优点，是切割机发展的方向 1.3 本课题研究内容（1）对本课题背景、国内外发展状况进行相关研究；（2）给出系统设计方案、完成方案论证组建系统；（3）完成PLC、Unicon触摸屏寄存器或I/O口的配置；（4）编写PLC控制程序，绘制Unicon人机画面；（5）完成各部分调试以及联机调试； 2、设计方案的确定 2.1 系统介绍 2.1.1 系统内容利用永宏PLC系列产品对高速送料切断系统进行控制、监视、实时操作等。 2.1.2 系统要求 1）由伺服自带的编码器进行高速脉冲量计数，将位移检测信号信息反馈给驱动器，再与PLC送到驱动器的脉冲频率和脉冲数进行比较达到伺服运转条件[4]。 2）设有俩种工作模式：手动模式、自动模式。自动模式与手动模式自主进行不会相互干扰。模式切换时要考虑实际工程情况，做到不浪费原材料、高效率。 3）系统应该设有原料缺少感应检测功能，当缺少原料时，送料电机停止工作等待加料，以保证正常工作 4）具有生产流程显示，设定/实际速度、设定/实际长度指示，方便工人观察当前运行情况。 5）设计报警界面，当前数据报表、曲线界面。当系统呈现障碍时，应该实时反馈给操作者，以便于操作者及时纠正 2.2 系统组成 2.2.1 硬件系统组成本次设计控制系统控制器用到永宏PLC、人机界面采用永宏HMI系列触摸屏、伺服采用卧龙伺服，伺服驱动器采用配套驱动器，伺服上自带编码器。硬件配置图如图2.1 图2.1 硬件配置图 2.2.2 软件系统组成该课题软件系统分为三大块，一是控制器PLC软件系统，二是人机界面软件系统。PLC软件系统负责对这个工程的控制，如通过对传感器、编码器信号的采集，经过程序处理，控制送料电机是否运转、控制裁刀是否动作。人机界面软件系统主要负责信息的显示、工人实时操作的信号通过通讯线传递到控制器。 2.3 总体方案的确定 2.3.1 系统组成框图图2.2 系统组成框图 2.3.2 系统实现方法本次课题主要实现对送料伺服运行、裁刀的控制和整个系统运行情况的监视。永宏FBs-32MAT-AC有着100KHz脉冲输出能力，可以发送驱动伺服运转的高速脉冲信号。伺服自带编码器可以采集伺服实际走过的位移，反馈到伺服驱动器再由驱动器中的偏差计数器和硬件电路和PLC的高速脉冲输出比较处理后得到位移完成信号，送往PLC可形成闭环控制。控制程序应分为手动模式和自动模式，按下手动按钮后用户可以执行手动模式下相应的操作，如点动送料、点动后退、点动裁剪等。在自动模式下用户只需按下启动键，系统以用户设置的切割数量为限，自动连续的切割，当尚未超过切断限制，但缺少原材料或着有物体靠近裁刀容易发生危险时，系统会发出警报，并且终止各项动作，等待警报解除再继续工作。监视单元用永宏人机界面Unicon来实现，Unicon是一款具有显示实时画面，方便操控，具有精简的编程元件，齐全的驱动、通讯接口等功能的人机界面。在该设备的软件里我们可以编写所需画面，本课题需要手动画面、自动画面、设置画面、数据画面、登录画面等。首先在登录界面可以管理操作用户的权限，有相应密码的用户才可以登入后操作相应的按键；在手自动画面中设置相应的按键，如自动画面中应有启动、停止、暂停等按钮，在手动画面中应有点动送料、点动后退、点动裁剪等按钮；在设置画面中，应具有设置送料速度、设置送料长度、设置切割数量等按钮。上述相应的按键要一一和PLC中相应的元件对应，即按下按钮相应PLC中的寄存器的值要发生变化。同时Unicon中的一些显示元件，如已切割长度值要能读取到PLC中寄存器相应的值。在工程出现异常的时候，操作画面要显示出警报。在数据界面中，应该显示出已切割长度、已加工数量、当前送料速度等。 2.4 方案论证 2.4.1 主机的选择本次设计初定使用永宏公司PLC系列产品，永宏PLC拥有优越的架构：控制芯片采用自主产权的系统单芯片（SOC），整合了CPU、HSC、NC等高阶功能硬件电路与一体，功能强大，性能稳定，响应速度快速。这个品牌的PLC有着超强的硬件拓展能力，单击支持32台拓展机（数字量、模拟量、温度、通讯、LED显示等各种拓展模块），很好地满足了本次课题的控制要求。具体型号的选择有以下俩种方案：方案一：选用永宏MN型主机，该型号主机为NC定位型专用主机，输出口分继电器和晶体管型，支持920KHz的高速计数频率，920KHz的脉冲输出。IO总点数有20、32、44三种类型。MN型主机支持差分接法，可以使用伺服自带编码器。满足课题要求。方案二：选用永宏MA型主机，该型号为通用型主机，按主机IO点数分为10、14、20、24、32、40、60等7种型号，支持100KHz高速计数，100KHz高速脉冲输出。满足课题。综上所述，考虑到实际条件，本次课题控制器主机使用永宏MA型主机。 2.4.2 人机界面的选择永宏人机界面有俩个系列产品，一是C3触摸屏产品，二是Unicon触摸屏产品，方案一：选用永宏经济型人机界面Unicon，该产品为经济型人机界面。可以显示实时画面，方便操控，具有精简的编程元件，齐全的驱动、通讯接口。符合课题要求。方案二：选用C3系列产品。C3系列产品是Unicon产品的升级产物，有着高可靠性、高品质的硬件，主要优化了软件的编程环境，界面的视图效果；增加了背嵌式设计：可以和PLC直接嵌套使用，方便用户对操作空间的布局；提升了软件各项功能。综上所述，本课题使用人机界面时，主要是操作工人和控制系统的互动，不需要很强大的功能，从成本考虑，人机界面使用Unicon经济型中7寸屏幕即可，即选用HU070L-00。 2.4.3 伺服的选择本次课题伺服主要是带动传送带输送原材料，功率大致在1.5KW，可以和选用的PLC配套使用即可。方案一：A3伺服，具有优异的硬件结构可以大幅降低电机脉动转矩，优异的组装工艺可以提高电机工作效率，高精度定位、快速响应功能等方案二：卧龙伺服，具有小、中、大惯量3中类型的伺服，中惯量伺服普遍用于机床（车床、铣床）等机械设备，具有优异的性能。综上所述，本课题重在监控系统的实现，和考虑到实际情况，选用卧龙伺服为本设计的传动装置。 2.4.4 PLC与人机界面通讯方式的选择 PLC和人机界面在一些寄存器值和其它配置参数上需要做实时数据共享，此时我们需要将PLC主机和人机界面进行通讯。有下面俩种通讯方案方案一：使用以太网转485通讯，由于232通讯距离较短，不能解决中控室到操作室距离的问题，此处我们可以用到以太网转485，用水晶头连接人机界面，485端连接从PLC的port 2拓展出的485通讯口（使用FBs-55拓展模块可以拓展出485端口）。方案二：使用232通讯线，将通讯拓展模块FBs-25连接与PLC的port 2口，PLC和人机界面俩端都使用232的9pin串口连接。此方案适合调试时候使用，即当PLC下载程序时，port 0口将会被占用，此时采用这种方案可以解决通讯口不足的现象。方案三：使用9F线，即一端用方孔特用串口连接PLC的Port 0口，另一端使用9pin串口连接人机界面。综上所述，关于PLC与人机界面通讯方式的选择，当程序编写完毕后，实际运行的时候，我们选用方案一；当工程处于调试阶段，我们采用方案二、三 2.4.5 PLC与PC通讯方式的选择 PLC与电脑（PC）通讯主要是在编写程序、调试工程的时候用到，传统方式采用有线连接，随着科技的发展，目前出现了新的方式，具体方法和选择如下：方案一：使用U2C，U2C是标准的电脑USB转化为FBs主机port 0 R232使用，即一端USB口连接电脑，一端专用接口以232方式连接。方案二：Unicon产品支持穿透功能，即使用穿透功能，不需要额外的接线，电脑可以透过HMI间接的连线到PLC，以供设计者或调试人员做程序的修改和参数设定。综上所述，考虑到现有条件和实际工程接线方式，本设计暂用方案一，即PLC和PC的通讯方式采用U2C线通讯。 2.4.6 用户权限控制方式的选择本课题使用的人机界面具有强大的安全机制和知识产权保护能力，给予了用户权限分配的功能。当主管人员不想让访客知道内部参数设置时，可以给访客一个访客账号，访客账号只能浏览部分操作页面。目前Unicon提供俩种安全保护措施，具体实现方案选择如下：方案一：使用用户权限功能，即使用用户组和用户的理念来实现操作权限的限定。本软件可以定义多个用户组，而每个用户组又可以包含多个用户。然后操作权限按用户组为单位划分。当一个用户所在的用户组满足操作某部件或画面的权限时，该用户才可以进行相应的操作。方案二：使用部件等级密码，即用户在操作某一个受保护的部件之前必须输入相应等级的密码才可以操作。高等级的操作者输入一次密码后，后续操作同等级或者低等级的受保护部件不需要再次输入密码。使用该类型安全等级的部件保护可以有效保护设备不被没有权限的人乱操作。综上所述，用户权限划分比部件等级密码保护更符合本课题保护知识产权、防止访客了解关键数据的功能，故本次安全保护措施的选用用户权限功能，即方案一 2.4.7 PLC程序系统总体框架的选择对于PLC控制程序的编写，不同的设计者可能采用不同的方法，但是总的编程框架思路是可以设想的方案一：采用经验设计法[5]，本方法逻辑性强，具有随意性编程者不必居于某些规矩。设计时，需要大量中间元件实现互锁的功能。该方式设计出的程序对后续阅读者有很大的难度，对系统的维修带来了困难。方案二：采用顺控法，即按照生产流程的顺序，由各种信号的触发，自动有序的进行工作。顺控法容易理解，方便维护等综上所述，本环节采用方案二。 3、硬件系统配置在系统设计环节涉及到PLC程序的编写、为伺服运行而准备的伺服驱动器参数的设置等。在编写PLC程序时应做好PLC内部寄存器以及I/O的分配，在使用人机界面前要做好Unicon和PLC配合使用的一些寄存器分配如PLC寄存器表征Unicon软按键的分配。在伺服系统中，要了解好伺服驱动器相关端口的含义以及伺服驱动器的参数设置。 3.1 PLC的I/O分配在程序设计之初，我们应该根据系统功能以及相关操作动作做出PLC控制器的I/O分配[6]。本系统所用到的输入输出分配如下表表3.1 系统控制器I/O分配及功能 PLC I/O 批注描述功能 X0 高速计数1 记录HSC0通道A相脉冲编码器采集的反馈脉冲数以AB相模式反馈到硬件高速计数器的通道0处，即HSC0处 X1 高速计数2 记录HSC0通道B相脉冲编码器采集的反馈脉冲数以AB相模式反馈到硬件高速计数器的通道0处，即HSC0处 X2 手动工作模式切换按键按下后将系统工作模式切换为手动模式 X3 自动工作模式切换按键按下后将系统工作模式切换为自动模式 X4 启动自动模式环节操作按键在系统刚刚开机、暂停、停止后且为自动工作模式下，按下该按键，系统重新开始工作 X5 暂停自动模式环节操作按键在系统运行且为自动工作模式下时，按下该按键系统暂停运行 X6 解除暂停自动模式下操作按键在系统暂时停止运行并为自动工作模式时，按下该按键系统从之前暂停的地方继续运行 X7 停止自动模式环节操作按键在系统开始运行、暂停运行且为自动工作模式下时，按下该按键，系统进入停止运行状态 X8 点动送料手动模式环节操作按键在系统为手动工作模式下,按下该按键传送带向送料方向运转，松开按键传送带停止运转 X9 点动后退手动模式环节操作按键在系统为手动工作模式下,按下该按键传送带向送料反方向运转，松开按键传送带停止运转 X10 点动切割手动模式环节操作按键在系统为手动工作模式下，按下该按键，裁刀执行裁剪动作续表3.1 X11 缺料检测模拟缺料传感器该按键模拟缺料传感器，按下后相当于缺料传感器得电，即系统处于缺料状态 X12 料装好模拟缺料传感器该按键模拟缺料传感器，按下后相当于缺料传感器复位，即系统处于原材料充足状态 X13 人手靠近切刀模拟温度传感器该按键模拟温度传感器，按下后，模拟有温度的物体靠近裁刀，比如人的肢体靠近裁刀时，系统处于警报状态，马上停止所有动作 X14 人手离开切刀模拟温度传感器该按键模拟温度传感器，按下后模拟有温度的物理离开裁刀，系统恢复正常状态 Y0 脉冲输出1 PLC给伺服信号端以P/D脉冲输出模式给伺服脉冲数量信号 Y1 脉冲输出2 PLC给伺服信号端以P/D脉冲输出模式给伺服脉冲方向信号 Y3 切割裁刀动作信号端有输出时，裁刀动作，执行切割 Y4 警报系统状态提示输出端有输出时，系统异常，提示操作人员进行修正 Y5 系统缺料系统状态提示输出端有输出时表示系统处于缺料状态，需操作人员加料后，系统才恢复正常 Y6 人手靠近，有危险系统状态提示输出端有输出时表示系统处于危险状态，系统停止运行，当危险解除时，系统恢复正常 Y7 设置量切割完毕系统状态提示输出端有输出时表示，系统已经完成预定工作量 3.2 PLC内部继电器、寄存器使用情况在PLC程序编写时，在操作信息的输入、控制信号的输出、程序中部分线圈自锁互锁时会用到内部继电器来实现相应功能；在HMI画面中的一些信息显示、PLC换算程序以及高速脉冲输出指令会用到PLC中寄存器来储存相关初值和结果。表3.2 PLC内部继电器线圈分配及功能线圈批注描述功能 M0 手动辅助辅助线圈手动按钮按下后该线圈得电 M1 自动辅助辅助线圈自动按钮按下后该线圈得电 M2 启动辅助辅助线圈启动按钮按下后该线圈得电 M3 暂停辅助辅助线圈暂停按钮按下后该线圈得电 M4 解除暂停辅助辅助线圈解除暂停按钮按下后该线圈得电 M5 停止辅助辅助线圈停止按钮按下后该线圈得电续表3.2 M6 点动送料辅助辅助线圈点动送料按钮按下后该线圈得电 M7 点退辅助辅助线圈点动送料按钮按下后该线圈得电 M8 点切割辅助辅助线圈点动切割按钮按下后该线圈得电 M9 缺料辅助辅助线圈缺料传感器检测到缺料时，该线圈得电 M10 料装好辅助辅助线圈缺料传感器未检测到缺料，该线圈得电 M11 人手靠近刀辅助辅助线圈温度传感器检测到人手靠近时，该线圈得电 M12 人手离开辅助辅助线圈温度传感器未检测到人手靠近时，该线圈得电 M13 切割辅助1 辅助线圈自动模式下需要执行切割时，该线圈得电 M14 切割辅助2 辅助线圈手动模式下需要执行切割时，该线圈得电 M15 运料中辅助线圈传送带运转中，该线圈得电 M16 140错误辅助线圈 140指令出现错误时，该线圈得电 M17 运送完毕辅助线圈规定脉冲长度输送完毕，该线圈得电 M18 设置位移辅助辅助线圈位移设置确认后，该线圈得电 M19 设置速度辅助辅助线圈速度设定确认后，该线圈得电 M30 手动-人机在Unicon中模拟手动按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M31 自动-人机在Unicon中模拟自动按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M32 启动-人机在Unicon中模拟启动按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M33 暂停-人机在Unicon中模拟暂停按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M34 解除暂停-人机在Unicon中模拟解除暂停按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M35 停止-人机在Unicon中模拟停止按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M36 点动送料-人机在Unicon中模拟点动送料按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电续表3.2 M37 点退-人机在Unicon中模拟点动后退按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M38 点切割-人机在Unicon中模拟点动切割按键的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M39 缺料-人机在Unicon中模拟缺料传感器的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M40 料装好-人机在Unicon中模拟缺料传感器的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M41 人手靠近切刀-人机在Unicon中模拟温度传感器的软件辅助线圈按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M42 人手离开切刀-人机在Unicon中模拟温度传感器的软件辅助按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M43 位移设定确认-人机在Unicon中模拟位移设定按键的软件辅助按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M44 速度设定确认-人机在Unicon中模拟速度设定按键的软件辅助按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M45 设置量全部切完辅助线圈设置量全部切完后，该线圈得电 M46 数量确认-人机在Unicon中模拟数量确认按键的软件辅助按下后对应的线圈得电得电，松开失电 M47 计数清零-人机在Unicon中模拟计数清零按键的软件辅助下表3.3为PLC内部寄存器分配以及相关功能表3.3 PLC内部寄存器分配及功能 R100 设置频率频率缓冲器用于动态更改PLC送向伺服的脉冲频率 R200 设置脉冲脉冲数缓冲器用于动态更改PLC送向伺服的脉冲数 R300 设置脉冲的浮点脉冲数浮点缓冲器存放脉冲数整型转化为浮点型的结果 R304 60的浮点数定值浮点缓冲器缓冲器存放60转化为浮点数的结果 R306 齿轮比浮点齿轮比浮点缓冲器存放齿轮比整型转化为浮点后的结果 R308 10000的浮点数定值浮点缓冲器缓冲器存放10000转化为浮点后的结果 R362 当前速度速度缓冲器存放经过程序计算后所得当前速度的结果 R380 用户键入位移用户键入位移缓冲器存放用户键入位移的数值 R382 用户键入速度用户键入速度缓冲器存放用户键入速度的数值 R394 切割长度切割长度缓冲器存放用户工程所需成型后材料的长度 R396 当前已用脉冲数已用脉冲数缓冲器存放当前已经走过的脉冲数 R402 已转圈数已转圈数寄存器存放经过程序计算后所得已转圈数地数值 R406 当前已切割长度已切割长度寄存器存放当前已切割长度数值 R408 输入手动速度手动速度输入寄存器存放输入的手动速度值 R422 手动速度显示手动速度显示寄存器存放手动速度数值 R428 已切割量显示已切割量寄存器存放已切割完毕的工件数量 R430 总切割数键入总切割数量寄存器存放预先设定的总切割数量 R432 总切割数显示总切割数显示寄存器用于显示总切割数量 3.3 伺服驱动器各端口说明伺服驱动器端口主要分为电源端口、控制信号输入/输出端口CN1、编码器信号输入端子CN2[7]。下面主要介绍本设计用到的各端口端子说明。 3.3.1 伺服驱动器电源使用端口说明表3.4 伺服驱动器电源使用端口端子序号代表字母名称功能 1 L1 驱动器电源输入端单相交流AC 220V/50Hz 2 L2 3 FG 6 U 电机连接端与电机电源端子相连 7 V 8 W 9 FG 接地端电机电源和驱动器电源接地 3.3.2 伺服驱动器CN1使用端口说明表3.5 伺服驱动器CN1使用端口端子符号信号名称功能 PLUS+ 指令脉冲输入外部指令脉冲输入端子，由参数PA14设定脉冲输入式，PA14=0，指令脉冲+符号方式 PLUS- SIGN+ 指令符号输入 SIGN- OA+ 编码器A相信号编码器信号差分驱动输出 OA- OB+ 编码器B相信号 OB- 3.4 伺服驱动器参数设置伺服运行之前必须进行对应的参数设置才能运行，主要设置如下表。表3.6 伺服驱动器参数说明序号名称设定值 PA4 控制方式选择 0 PA14 位置指令脉冲输入方式 0 PA53 强制使能 1 本课题是有PLC向伺服输送位置指令脉冲来控制伺服运转，所以控制方式为位置控制即PA4的值等于0；在伺服输入端子控制字为ON时，通俗地将就是强制使能后，输入脉冲才能控制伺服运转。所以PA53为1；本次设计采用脉冲+方向（P/D模式）方式向伺服输送控制脉冲。 3.5 Unicon内部寄存器使用为了方便用户编写HMI工程，Unicon的编程软件UNbuild提供了四大类内部存储器，用户在程序中的临时变量可以用其来充当，调用这些寄存器的方法与访问PLC的寄存器方法是一样的。本次课题在使用用户权限分配时，在自动画面等非登录画面中，会用到注销键，用来注销当前用户权限并返回登录界面。在返回登录界面这个功能上，我们用到Unicon数据存储区（HDW）和系统数据区（HSW）来编写脚本软件以实现画面的跳转。其中用到的HSW10001等于不同的数值代表用户进行各种不同功能的操作，当其值为19时表示用户退出。HDW90设置储存为画面序号[8]。 4、软件系统的设计 4.1 PLC控制程序设计 4.1.1 总程序设计系统PLC控制程序分为初始化、按键或传感器检测环节、自动工作模式环节、手动工作模式环节、结果换算环节、输出环节。初始化负责整个整个系统控制程序的准备工作，将一些必要的数值赋给寄存器，进行一些必要的清零等工作。按键或传感器检测环节，等待操作者的操作，将操作后相应中间继电器得失电情况送往下一环节。手动工作模式环节和自动工作模式环节是重点，根据上述俩个环节的数据，经过该环节程序处理负责控制伺服运转与否，是否警报等各种动作，当然手自动环节是和输出环节配合使用的，手自动环节处理出来的数据输送给结果换算环节，换算出理想格式的数值，由输出环节输出。详细关系参照图4.1 总程序流程图图4.1 总程序流程图 4.1.2 程序初始化在程序运行之前，我们应该进行必要的初始化设置，如PLC向伺服驱动器输送脉冲信号的频率以及数量的初值需要初定一个值；换算环节用到的常数在本环节存放在指定寄存器中；输出环节用于显示的寄存器需要清零；永宏专用NC定位控制指令FUN140指令[9]，该指令中的WR起始缓冲器单元需要清零。具体程序见图4.2。图4.2 程序初始化具体分析：D200为自动环节的高速脉冲输出指令FUN140中的起始缓冲器WR，WR中存放着总步数、输出状态、已经输出控制条件等关键信息，在程序刚刚开始时，这些数据应该都被清零。D400、D600位手动环节的高速脉冲输出指令FUN140的起始缓冲器WR，被清零原理同D200的清零原理。R100、R200中存放的是初始设定的频率，即本系统在操作人员未设置输出高速脉冲频率和脉冲数时，默认输出的脉冲频率为2000Hz，输出8000个脉冲（后续经过数据换算程序可以换算为速度和位移）。R284赋25、R286赋2是在数据换算程序中用到的定值。刚刚开机时，系统未运行，还没有进行切割所以总切割数和当前已切割数为0。在FUN140指令中第一组Pulse Output即Y0、Y1的当前PS位置存放于DR4088，在系统刚刚开机时，当前PS值应该为0[10]。 4.1.3 按键或传感器检测程序编写程序运行之初，要等待操作者按下按钮或有传感器信号输送到PLC输入口，才能进行下一步动作。按钮信号分为实物元件和HMI软元件，操作者对上述俩者的操作都可以经过传输线达到PLC。传感器信号为传感器满足动作条件会发出相应信号传输到PLC。图4.2 按键程序举例如上图4.2，X3为自动模式切换按钮，M31为人机界面的自动模式切换按钮，二者并联，按下其中任意一个都可以使M1得电、M0失电。按下X3或者M31同时动作SET M1 和RST M0是为了电气互锁，手动工作模式和自动工作模式俩者不可同时得电，分开运行，通过上述保护实现了这个功能。图4.3 传感器类程序举例上图4.3是缺料传感器信号输入的程序编写。在实际生活中，当工作台缺料时，传感器有信号输出，并且传感器是一直保持这个状态直至操作人员添加物料后传感器才失电，表示工作台暂不缺料。为了模拟这个真实场景，我们在程序中使用了俩个辅助线圈M9、M10。当按下X11（M39）表示传感器检测到工作台缺料，通过M9常开触点进行自锁，系统一直保持缺料状态；当操作人员按下X12（M40）表示已经添加原材料，工作台不在缺料，M10线圈得电的瞬间会把M9线圈的自锁破坏掉，M9失电，系统处于不缺料状态。 4.1.4 工作模式程序编写本设计系统工作模式有手动工作模式与自动工作模式俩种。俩部分的工作相互不干扰，手动模式下可以随操作者意愿切为自动模式；自动工模式下，可以随操作者意愿切为手动模式，但是有一个地方应该注意：自动模式换到手动模式时，要等待自动模式下正在加工的元件加工完毕后才能跳转到自动模式，否则会造成原材料的浪费。图4.4 手自动功能表图手自动工作环节遵循上图4.4功能表图，系统刚刚开机时M1924发出一个脉冲触发S0得电，系统等待按钮或传感器环节的信号到来；当操作者按下手动按钮，M1得电S0跳转条件满足，S0失电S21得电系统进入自动工作模式；在系统不缺料、设置切割量未切割完毕时，当操作者按下启动按钮S21失电，S22得电，系统进入传送带运行阶段，在S21得电期间，如果操作者想换会手动工作模式按下相应按键即可切换；当S22中FUN140指令规定的脉冲数发送完毕后且操作者没有按下暂停系统没有异常情况下，S22失电S23得电，系统切断传送带工作准备进行切割裁剪动作，切割裁剪动作完成后即T200计时到返回S0后继续下一轮循环。在系统刚刚开机时，操作者按下手动按钮后系统进入S24步即手动工作模式，操作者按下相应的按钮就会有相应的输出，如点动送料、点动切割。此状态当操作者按下自动工作模式按钮系统会进入自动工作模式。 4.1.5 输出程序编写输出信号有驱动伺服的信号、驱动裁刀工作的信号、驱动提示灯工作的信号。驱动伺服工作的信号有Y0、Y1输出，由FUN140指令控制。先在编写FUN140指令之前应该在程序编程软件的IO组态选项中设置Y0、Y1高速脉冲输出模式为P/D模式即脉冲加方向，配图4.5 图4.5 高速脉冲输出设定在输出设定完毕后，可以进行编写FUN140指令，FUN140的编写有三点注意项：1、Ps，PS为使用第几组输出口输出，本次设计用到Y0、Y1为第0组，故Ps为0。2、SR，定位程序起始缓冲器，在FUN140中程序的运行定位会用到一些缓冲器，自动工作模式下的FUN140的SR定为D100。3、WR，指令运行程序起始缓冲器，程序的定位状态由该缓冲器提供，自动工作模式下的WR定位D200。做完这些工作后，下面进行伺服命令表格的编写，这个是伺服是否运转

展开阅读全文