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1、第一章第一章 概述概述1.1 PLC 的基本概念與基本結(jié)構(gòu)的基本概念與基本結(jié)構(gòu)1.1.1 PLC 的的基本概念的的基本概念隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)多品種、小批量的、供貨時(shí)間快、低成本的產(chǎn)品有很大的需求，為了滿足市場(chǎng)的要求，需要不斷提高生自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備的加工多樣性，靈活性?？煽刂凭幊唐鞯某霈F(xiàn)能夠滿足這些要求，在工業(yè)自動(dòng)化控制中有很的的應(yīng)用。PLC 在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，提高了工業(yè)自動(dòng)化水平，可以搭建起大型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制，由于 PLC 的運(yùn)行穩(wěn)定性較好，價(jià)格比較合理，在工業(yè)控制方面上，是其他的控制器無(wú)法比擬的。PLC 是一種可編程的控制器，數(shù)字化運(yùn)算操的電子操作系統(tǒng)，適用于

2、工業(yè)控制中，它主要有可編程的存儲(chǔ)器，可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序執(zhí)行程序、計(jì)數(shù)與定時(shí)功能，具有較多 I/O 端口，可以控制較多的點(diǎn)位，并且 PLC 可以組態(tài)成一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)觸屏或者計(jì)算機(jī)終端可以向 PLC 傳輸指令和網(wǎng)絡(luò)變量，PLC 還可以與其他軟件進(jìn)行通訊，只要在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，PLC 還具有豐富的擴(kuò)展模塊，例如通信模塊、I/O 模塊等，可以搭建一個(gè)較大的智能控制系統(tǒng)，PLC 的通信功能比較強(qiáng)大，可以和機(jī)械手臂以及伺服電機(jī)設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定可靠地通信。此實(shí)驗(yàn)是以三菱公司的 PLC 為基礎(chǔ)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。1.1.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)PLC 的模塊較多，但是主要有電源模塊、CP

3、U 模塊，輸入輸出模塊組成，針對(duì)于不同的控制要求選用不同的控制模塊。1.CPU 模塊PLC 的 CPU 模塊和其他控制結(jié)構(gòu)相似，處理器的芯片，和存儲(chǔ)器構(gòu)成，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)檢測(cè)輸入點(diǎn)位的信號(hào)來(lái)執(zhí)行用戶編寫的邏輯程序，并給出輸出端口的信號(hào)，控制其他執(zhí)行部件進(jìn)行動(dòng)作。存儲(chǔ)器的作用是存儲(chǔ)程序和存儲(chǔ)程序計(jì)算過(guò)程產(chǎn)生的中間變量。在 PLC 啟動(dòng)時(shí)，PLC 并開始循環(huán)檢測(cè)并讀取存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行順序執(zhí)行，當(dāng)檢測(cè)到外部有輸入信號(hào)，程序會(huì)對(duì)此做出響應(yīng)，控制外部輸出。PLC 與計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，硬件圖如下圖所示，有輸入單元、輸出單元、編程器、用戶程序存儲(chǔ)器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、中央處理單元、電源等硬件。C

4、PU 控制器主要是讀取指令，邏輯分析指令與執(zhí)行指令。PLC 的工作速度有晶振頻率控制。運(yùn)算器主要是進(jìn)行數(shù)字和邏輯運(yùn)算，存儲(chǔ)器主要是把運(yùn)算器的結(jié)果存儲(chǔ)在寄存器里，方便存儲(chǔ)。CPU 的組成部分如上述所示，至于他們的具體結(jié)構(gòu)組成沒(méi)必要分析，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，只需能夠正常使用即可。PLC 的 CPU 模塊上有信號(hào)顯示燈，有電源指示燈、運(yùn)行指示燈、故障指示燈。除了這些指示燈意外，還具有以太網(wǎng)接口，RS485 通信接口，可以擴(kuò)展 I/O 模塊，一個(gè) PLC 可以擴(kuò)展到八個(gè) I/O 模塊。有模擬量輸入、輸出模塊，數(shù)字量輸入、輸出模塊。PLC 還可以擴(kuò)展通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)與變頻器進(jìn)行 PROFIBUS 進(jìn)行通信。

5、能夠通過(guò)指令進(jìn)行控制伺服電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)。2.I/O 模塊PLC 能夠提供較多的 I/O 端口資源，其他類型的控制器輸出單口資源較少，一般只有 20 多個(gè)端口，但是 PLC 可以進(jìn)行擴(kuò)展，能夠擴(kuò)展到 200 多個(gè)端口，行程一個(gè)較大控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)。由于隨著輸入輸出端的點(diǎn)位增多，可以控制的外部執(zhí)行單元就比較多，在一般的工程可能幾十的 I/O 端口的就可以滿足控制要求，在大型的項(xiàng)目中需要上百個(gè)的 I/O 端口資源。3.編程器編程器主要是用來(lái)存儲(chǔ)、編輯、檢測(cè)、監(jiān)控 PLC 設(shè)備的平臺(tái)。4.電源PLC 采用 220V 交流電源和 24V 直流電源。其內(nèi)部的開關(guān)電源為其外部接口提供了不同

6、的電壓，一般來(lái)說(shuō)，PLC 的外部直流電壓為用戶提供。1.2 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域1.2.1 PLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾強(qiáng)。（2）功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。（3）編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修改。（4）配套齊全，使用方便（5）耐用、功耗低、方便攜帶。（6）系統(tǒng)的使用方便簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。1.2.2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域PLC 具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如性價(jià)比高，目前應(yīng)用各個(gè)行業(yè)得到廣泛認(rèn)同，根本在于以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)字量邏輯控制（2）運(yùn)動(dòng)控制（3）閉環(huán)過(guò)程控制（4）數(shù)據(jù)處理（5）聯(lián)網(wǎng)通信第二章第二章 PLC 的硬件與工作原理的硬件與工作原理2.1 PLC 的硬件的硬件2.1.

7、1 PLC 的物理結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)PLC 的硬件分類主要有：模塊、整體、混合等 3 個(gè)模式。1.整體式 PLC本模式的特點(diǎn)在于體積小、低廉，箱體式主要包括 CPU、I/O、內(nèi)存條、顯示器等部件，其規(guī)格和型號(hào)可以根據(jù) CPU 類別、I/O 接口類型進(jìn)行區(qū)分。任何一種結(jié)構(gòu)的 PLC 系統(tǒng)，都是開放式結(jié)構(gòu)，即是開發(fā)人員可以通過(guò)其 I/O 接口擴(kuò)展系統(tǒng)功能。2.模塊式 PLC大中型 PLC 常用模塊式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由機(jī)架以及各個(gè)模塊構(gòu)成，用戶可以選擇不同設(shè)備的 CPU 類型、I/O 接口。2.1.2 CPU 模塊中的存儲(chǔ)器模塊中的存儲(chǔ)器一般的，儲(chǔ)存器有用戶程序存儲(chǔ)器和系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序功能時(shí)讓 P

8、LC能夠智能的執(zhí)行 PLC 控制程序的各種命令功能，系統(tǒng)程序是不可訪問(wèn)的，它固化在 ROM 中，一般的用戶設(shè)計(jì)的程序代碼是根據(jù)用戶需求來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)某種特定的功能，以字節(jié)的形式存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM 的內(nèi)容為只讀屬性。2.隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）RAM 中的內(nèi)容可以使用用戶程序訪問(wèn)，其內(nèi)容可以進(jìn)行讀寫。其優(yōu)點(diǎn)是性能強(qiáng)、性價(jià)比高。3.EEPROM 只讀存儲(chǔ)器主要是用于存儲(chǔ)用戶程序和一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息。2.1.3 I/O 接口用 LED 燈顯示 I/O 端口的通斷電狀態(tài)，PLC 通過(guò)接線端子與外部接口選通。輸入模塊:主要是采集輸入信號(hào)，可以是控制器、或者是外部負(fù)載等。一般為了消除外

9、部輸入抖動(dòng)或者是受外部脈沖干擾，采用 RC 平滑電路結(jié)構(gòu)。輸出模塊：由各種放大元器件構(gòu)成，主要是放大各種信號(hào)，傳輸給外部接口使用。使用繼電器驅(qū)動(dòng)供電，負(fù)載電源由外設(shè)部件提供。2.2 PLC 的工作原理的工作原理PLC 是由繼電器控制系統(tǒng)演變而來(lái)的，它的程序梯形圖還有命名方式、功能上，都與繼電器有著相似之處。運(yùn)行和停止是 PLC 系統(tǒng)的 2 個(gè)基本狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC 執(zhí)行用戶控制程序。在此區(qū)間，用戶程序不斷地重復(fù)執(zhí)行，主要是讓 PLC 系統(tǒng)響應(yīng)各種實(shí)時(shí)變化的輸入信號(hào)，直到切換到停止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)，每次循環(huán)的過(guò)程，PLC 還要完成讀取輸入、執(zhí)行用戶程序、自診斷檢查、改寫輸出等（如圖 2）。這種周

10、而復(fù)始過(guò)程就是 PLC 系統(tǒng)的掃描過(guò)程。PLC 的停止?fàn)顟B(tài)，需要執(zhí)行讀取輸入、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查、改寫輸出等操作。PLC 的存儲(chǔ)器包括映象寄存器和輸出映象寄存器，分別保存輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)。其中 PLC 梯形圖元件映射存儲(chǔ)器中。PLC 程序是由一系列的編號(hào)順序排列的，CPU 按照編號(hào)的順序執(zhí)行。程序執(zhí)行時(shí)通過(guò)映像存儲(chǔ)器或者元件存儲(chǔ)器中讀取元件狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。輸出階段為，CPU 傳送映象寄存器的 0、1 狀態(tài)到輸出鎖存器，信號(hào)通過(guò)放大電路放大之后驅(qū)動(dòng)相關(guān)負(fù)載。3 傳送帶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3 傳送帶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 傳送帶硬件框圖及控制要求分析3.1 傳送帶

11、硬件框圖及控制要求分析根據(jù)論文設(shè)計(jì)的要求和依據(jù)論文要求選擇的電氣元件，如圖 3.1 所示：圖 3.1 傳送帶系統(tǒng)硬件框圖本課題設(shè)計(jì)是兩級(jí)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別為一級(jí)傳動(dòng)帶，二級(jí)傳送帶傳送物料，首先二級(jí)傳送帶運(yùn)行，使二級(jí)傳動(dòng)帶能夠把傳動(dòng)帶上的物料傳送到放料位，然后再啟動(dòng)一級(jí)傳送帶進(jìn)行傳送物料，這樣安排的主要原理是一級(jí)傳動(dòng)先啟動(dòng)后再啟動(dòng)二級(jí)傳送帶時(shí)出現(xiàn)物料再二級(jí)傳動(dòng)帶上產(chǎn)生堆積現(xiàn)象。所以在傳送帶進(jìn)行工作時(shí)，首先讓二級(jí)傳送帶工作起來(lái)后再驅(qū)動(dòng)一級(jí)傳送帶工作。根據(jù)以上工作要求可以分析，整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要采用按鍵進(jìn)行控制，當(dāng)操作人員操作按鈕時(shí)，就給 PLC 控制信號(hào)，PLC 掃描輸入端口信號(hào)，根據(jù)信號(hào)

12、來(lái)控制輸出端口，此系統(tǒng)采用了伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制傳動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)都采用伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，電機(jī)主軸通過(guò)聯(lián)軸器與傳送帶帶輪進(jìn)行連接。3.2 可編程控制器的選型3.2 可編程控制器的選型現(xiàn)有的 PLC 品種繁多，高達(dá)數(shù)百個(gè)種類，根據(jù)其性能、品牌不同，價(jià)格也不盡相同。在基于 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要更具系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行選擇合理的類型。控制系統(tǒng)需要保證生產(chǎn)的安全可靠，工作穩(wěn)定性較強(qiáng)，通信可靠。如果生產(chǎn)對(duì)系統(tǒng)的可靠性有較高的要求，需要在冗余控制的 PLC 進(jìn)行選擇。如果控制系統(tǒng)要求具有遠(yuǎn)程控制的要求，則需要系統(tǒng)通信能力較強(qiáng)并且穩(wěn)定性高的 PLC，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的控制要求和硬件端口來(lái)選

13、擇相應(yīng)的控制模塊，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司的 S7-1200 機(jī)型。如圖 4 所示：圖 3.2 西門子 S7-12003.3 主控制系統(tǒng)電路3.3 主控制系統(tǒng)電路圖中選用的是西門子 PLC，CPU 型號(hào)為 1212C，晶體管輸出的類型，并且擴(kuò)展了一個(gè) 16 輸入 16 輸出端 I/O 模塊，外部選用電源模塊進(jìn)行給 PLC24V 電壓進(jìn)行供電。PLC 的 L 端子與 M 端子分別并聯(lián)后接入 24V 電源的正負(fù)極。PLC 的端子與步進(jìn)電機(jī)的接線主要是通過(guò) Q0.0 與 Q0.4 端口進(jìn)行控制，在 S7-1200 中 Q0.0、Q0.1、Q0.2 為高速脈沖輸出端口，因此 S7-1200 最多可以控

14、制到三軸的運(yùn)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，把 Q0.0、Q0.1 分陪給了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的脈沖端子。用它們給電機(jī)發(fā)送脈沖，步進(jìn)電機(jī)的控制不僅需要脈沖端子，還需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制端子，把 Q0.4 作為步進(jìn)電機(jī)的方向控制端子。伺服電機(jī)的控制需要用 PLC 于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接，本設(shè)計(jì)采用西門子的 V90 的驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器采用四個(gè)端子與 PLC 進(jìn)行連接，傳動(dòng)帶控制按鈕設(shè)計(jì)有八個(gè)，分別是二級(jí)電機(jī)上電按鈕、一級(jí)傳送帶正傳按鈕、一級(jí)傳送帶反轉(zhuǎn)按鈕、一級(jí)傳送帶停止按鈕、二級(jí)傳送帶正傳按鈕、二級(jí)傳送帶反轉(zhuǎn)按鈕、二級(jí)傳送帶停止按鈕、一級(jí)電機(jī)上電按鈕。如圖 5 所示：圖 3.3 PLC 硬件電路圖3.4 步進(jìn)電

15、機(jī)系統(tǒng)電路3.4 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)電路圖 3.3 PLC 與步進(jìn)電機(jī)接線圖圖 3.3 為 PLC 與步進(jìn)電機(jī)的接線圖，驅(qū)動(dòng)器采用 24V 電壓進(jìn)行供電，驅(qū)動(dòng)器的脈沖正與方向正分別接線到 PLC 的 Q0.0 與 Q0.4，端口上，驅(qū)動(dòng)器的脈沖負(fù)于方向負(fù)共線后接電源負(fù)極，電機(jī)選用四線制的，一般按照電機(jī)端子線顏色把電機(jī)接入驅(qū)動(dòng)器，紅（A+）綠（A-）黃（B+）藍(lán)（B-）。AC 與 BC 為公共端。3.5 伺服電機(jī)系統(tǒng)電路3.5 伺服電機(jī)系統(tǒng)電路圖 3.4 PLC 與伺服驅(qū)動(dòng)器 V90 接線圖伺服電機(jī)的控制要比步進(jìn)電機(jī)的控制要復(fù)雜一些，在此系統(tǒng)中不采用 PLC 給伺服驅(qū)動(dòng)指令進(jìn)行控制，采用 PLC 與伺

16、服之間進(jìn)行端子接線進(jìn)行控制。由于采用 PLC 給伺服電機(jī)脈沖信號(hào)，因此選擇外部脈沖位置控制模式，具體的控制模式見表 3.1 所示：表 3.1 V90 控制模式在確定好伺服電機(jī)的工作模式之后，需要對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，一般設(shè)置參數(shù)有兩種方式。第一種是采用 USB 線把伺服驅(qū)動(dòng)器與電腦進(jìn)行連接，在電腦上安裝 V90 的驅(qū)動(dòng)程序，可以通過(guò)程序來(lái)設(shè)置參數(shù)。第二種方式在面板上進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，通過(guò)參數(shù) P29003這個(gè)參數(shù)進(jìn)行選擇模式。參數(shù)值見表 3.2 所示。表 3.2 模式選擇V90 伺服驅(qū)動(dòng)器具有 10 個(gè)數(shù)字量輸入（DI1DI10）和 6 個(gè)數(shù)字量輸出（DO1DO6）端口，下面是伺服驅(qū)動(dòng)器

17、的 I/O 功能表。表 3.3 I/O 功能表根據(jù)端口信號(hào)連接好 PLC 與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的端子線，下面需要設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器在 PTI 模式下的參數(shù)，主要設(shè)置下表的 P29003(選擇外部脈沖位置控制模式)、P29014(設(shè)置的脈沖輸入通道)，一般選擇 24V 單端脈沖輸入通道，P29010 設(shè)置為 0，PLC 給驅(qū)動(dòng)器的方式是脈沖與方向控制信號(hào)。完成了以上配置后，需要保存伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，然后重新給伺服驅(qū)動(dòng)器上電，只有重新啟動(dòng)后，伺服驅(qū)動(dòng)器才能有效的進(jìn)行工作。以上完成了傳送帶硬件接線圖的設(shè)計(jì)。表 3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)配置4 傳送帶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4 傳送帶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 輸入輸出

18、設(shè)計(jì)4.1 輸入輸出設(shè)計(jì)在編寫程序之前，需要建立好程序所要用到的變量，根據(jù)第三章的內(nèi)容可知，二級(jí)傳送帶總共有 14 個(gè)點(diǎn)位，6 個(gè)輸出點(diǎn)位，8 個(gè)輸入點(diǎn)位，輸入點(diǎn)位主要是控制一級(jí)傳送帶、二級(jí)傳送的正傳、反轉(zhuǎn)、停止，以及電機(jī)上電使能、正向速度使能、反向速度使能、電機(jī)停止使能，這些使能的作用主要是用于激發(fā)對(duì)電機(jī)組態(tài)后的運(yùn)動(dòng)模塊，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組態(tài)在后續(xù)會(huì)有描述。下表列出了程序設(shè)定的輸入輸出端口和電機(jī)使能變量。表 4.1 變量表4.2 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組態(tài)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組態(tài) 以前的編程中我們需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行脈沖數(shù)進(jìn)行給定來(lái)設(shè)置電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以控制目標(biāo)移動(dòng)的位置，通過(guò)給定電機(jī)的脈沖頻率來(lái)設(shè)定電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，現(xiàn)在，本

19、課題采用博途自動(dòng)?xùn)|軟件對(duì) PLC 進(jìn)行編程，這是一款功能強(qiáng)大，高度集成的自動(dòng)化軟件，可以在此程序中選擇不同型號(hào)的硬件設(shè)備，包括 PLC 類型 s7-200/s7-200smart,s7-300/400,s7-1200,s7-1500。還有各種通信模塊，I/O 輸入輸出模塊可供用戶選擇，還可以選擇需要的觸摸屏等作為人機(jī)交互的設(shè)備等。此設(shè)計(jì)中我們選擇了 s7-1200CPU 模塊，一個(gè) 16 點(diǎn)位的 I/O 模塊，在編程中，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行組態(tài)，這中控制電機(jī)的方式很簡(jiǎn)便，只要電機(jī)運(yùn)動(dòng)組態(tài)好，后面編程中直接調(diào)用程序的控制模塊，給模塊一個(gè)使能并設(shè)置好運(yùn)動(dòng)參數(shù)，電機(jī)就會(huì)按照設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。4.2.1

20、步進(jìn)電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)組態(tài)步進(jìn)電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)組態(tài) （1）基本參數(shù)設(shè)置 圖 4.1 基本參數(shù)設(shè)置基本參數(shù)設(shè)置中包括軸的名稱設(shè)置，脈沖選擇，以及脈沖的形式，此處選擇為脈沖加方向，確定脈沖的輸出端口為 Q0.0，輸出方向?yàn)?QO.4，單位選擇為每秒/脈沖。（2）擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置 圖 4.2 基本參數(shù)設(shè)置設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的使能端口，在這里，選擇 PLC 的 Q8.0 作為輸出，由于此課題的步進(jìn)電機(jī)使能采用低電平使能。因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能端不用加 24V 電壓。（3）運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置 圖 4.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置此對(duì)話框需要設(shè)置一級(jí)傳送帶的最大運(yùn)動(dòng)速度和加減速時(shí)間。以上完成了電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)控制的組態(tài)，在主程序中只需調(diào)用電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)控

21、制函數(shù)即可。讓電機(jī)控制變得簡(jiǎn)潔。（4）電機(jī)控制函數(shù)編寫 圖 4.4 驅(qū)動(dòng)器上電函數(shù)功能塊在主程序中直接調(diào)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上電函數(shù)功能塊，需要設(shè)置三個(gè)參數(shù)，電機(jī)軸的參數(shù)設(shè)置，此處組態(tài)的是軸 1，上電使能需要設(shè)置相對(duì)變量，停止模式此處設(shè)置為 0，急停的運(yùn)動(dòng)模式。圖 4.5 驅(qū)動(dòng)器相對(duì)移動(dòng)函數(shù)功能塊此功能模塊控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特定的相對(duì)距離，主要設(shè)置 5 個(gè)參數(shù)，步進(jìn)電機(jī)軸的選擇，函數(shù)功能塊的激發(fā)端，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，通過(guò)寫入 DB 塊的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)傳送帶速度的控制。以上完成了主要的 PLC 程序編寫，運(yùn)行后，可以通過(guò)按鈕進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。4.2.2 伺服電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)組態(tài)伺服電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)組態(tài)（1

22、）基本參數(shù)設(shè)置 圖 4.6 基本參數(shù)設(shè)置基本參數(shù)設(shè)置中包括軸的名稱設(shè)置，脈沖選擇，以及脈沖的形式，此處選擇為脈沖加方向，確定脈沖的輸出端口為 Q0.1，把脈沖輸入給伺服驅(qū)動(dòng)器的 36 針 PTIA,輸出方向?yàn)?QO.5，把方向信號(hào)輸出給伺服驅(qū)動(dòng)器的 38 針 PTIB,單位選擇為每秒/脈沖。（2）擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置 圖 4.7 基本參數(shù)設(shè)置設(shè)置伺服電機(jī)的使能端口，在這里，選擇 PLC 的 Q0.2 作為輸出，由于此課題的伺服電機(jī)使能采用高電平使能。因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能端加 24V 電壓。（3）運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置 圖 4.8 運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置此對(duì)話框需要設(shè)置二級(jí)傳送帶的最大運(yùn)動(dòng)速度和加減速時(shí)間。以上完成了電

23、機(jī)軸運(yùn)動(dòng)控制的組態(tài)，在主程序中只需調(diào)用電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)即可。讓電機(jī)控制變得簡(jiǎn)潔。（4）電機(jī)控制函數(shù)編寫 圖 4.9 驅(qū)動(dòng)器上電函數(shù)功能塊在主程序中直接調(diào)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上電函數(shù)功能塊，需要設(shè)置三個(gè)參數(shù)，電機(jī)軸的參數(shù)設(shè)置，此處組態(tài)的是軸 2，上電使能需要設(shè)置相對(duì)變量，停止模式此處設(shè)置為 0，急停的運(yùn)動(dòng)模式。圖 4.10 驅(qū)動(dòng)器相對(duì)移動(dòng)函數(shù)功能塊此功能模塊控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)特定的相對(duì)距離，主要設(shè)置 5 個(gè)參數(shù)，伺服電機(jī)軸的選擇，函數(shù)功能塊的激發(fā)端，以及電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定，可以通過(guò)改寫 DB 塊相應(yīng)的數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。以上完成了主要的 PLC 程序編寫，運(yùn)行后，可以通過(guò)按鈕進(jìn)行伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控

24、制。4.3 傳送帶的正常工作狀態(tài)4.3 傳送帶的正常工作狀態(tài) 傳送帶在運(yùn)行的時(shí)候，首先需要做些準(zhǔn)備的工作，首先需要給電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行上電，然后再進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，或者對(duì)電梯停止控制。傳送帶的啟動(dòng)也要有先后順序，首先是驅(qū)動(dòng)第二級(jí)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，先把殘留在二級(jí)傳送帶上物料傳送完畢，等第二級(jí)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，在啟動(dòng)第一級(jí)傳送帶，開始運(yùn)輸物料，這種啟動(dòng)順序?yàn)榱吮苊舛?jí)傳送帶上有物料堆積等現(xiàn)象出現(xiàn)。4.3.1 伺服電機(jī)控制伺服電機(jī)控制 （1）伺服驅(qū)動(dòng)器上電 在驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，首先需要進(jìn)行給伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行上電操作，然后再啟動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)傳送帶進(jìn)行傳動(dòng)。PLC 程序首先循環(huán)檢測(cè)輸入按鈕信號(hào)，當(dāng)操作人員按下

25、二級(jí)電機(jī)上電輸入按鈕信號(hào)后，PLC 檢測(cè)到二級(jí)電機(jī)上電輸入按鈕后，會(huì)按照下面程序自上向下，自左至右的順序執(zhí)行。程序首先會(huì)把二級(jí)伺服電機(jī)上電使能與伺服電機(jī)的 MC_enable 變量置位為高電平，程序段 9 執(zhí)行完畢后下面執(zhí)行程序段 10，通過(guò)程序段 9 的執(zhí)行后，激發(fā)程序段的上電函數(shù)功能模塊，上電使能模塊需要設(shè)置四個(gè)參數(shù)，二級(jí)伺服電機(jī)上電使能、選擇運(yùn)動(dòng)軸、伺服電機(jī) MC_enable 和停止模式選擇。程序段 9 已經(jīng)設(shè)置好二級(jí)伺服電機(jī)上電使能與伺服電機(jī) MC_enable，在編寫程序時(shí)只需要設(shè)置好組態(tài)的運(yùn)動(dòng)軸和停止運(yùn)動(dòng)模式即可。這兩段程序執(zhí)行后，伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)上電。等待后面的執(zhí)行程序。圖 4.

26、11 伺服電機(jī)上電程序 （2）伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 PLC 執(zhí)行完成程序段 9 與程序段 10 之后，伺服電機(jī)已經(jīng)上電，現(xiàn)在需要設(shè)置伺服電機(jī)的的轉(zhuǎn)送速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向參數(shù)，首先執(zhí)行程序段 11，從程序可以看出，二級(jí)傳送帶的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕不能同時(shí)按下，需要在程序中進(jìn)行處理，分別用一個(gè)常開和一個(gè)常閉。這樣每次按下正轉(zhuǎn)按鈕的時(shí)候，按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，PLC 程序不會(huì)對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)。程序會(huì)對(duì)二級(jí)伺服電機(jī)正向速度使能和伺服電機(jī)的 Velocity_active 進(jìn)行置位為高電平。執(zhí)行完程序段 11 后，程序會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到程序段 12，由于程序段 11 的置位，激發(fā)了二級(jí)傳送帶正向轉(zhuǎn)動(dòng)速度模塊，速度模塊需要

27、設(shè)置四個(gè)參數(shù)，其中兩個(gè)參數(shù)在程序段 11 中已經(jīng)設(shè)置好了，現(xiàn)在需要設(shè)速度模塊的控制組態(tài)軸和伺服電機(jī)的 Velocity_value 的值，軸選用組態(tài)好第二軸，伺服電機(jī)的 Velocity_value 值可以設(shè)置為正值也可以設(shè)置為負(fù)值，輸入正值，速度模塊控制電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入負(fù)值，速度模塊控制電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，需要注意，輸入的速度值不能超過(guò)前面電機(jī)組態(tài)的設(shè)定值，如果超過(guò)了，電機(jī)將不會(huì)響應(yīng)。圖 4.12 傳送帶速度控制程序（3）伺服電機(jī)停機(jī)控制當(dāng)操作人員需要停止傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下二級(jí)傳送帶停止按鈕即可。PLC 檢測(cè)到二級(jí)傳送帶停止按鈕時(shí)，程序?qū)?huì)對(duì)二級(jí)伺服電機(jī)停止使能與伺服電機(jī)的 Halt

28、進(jìn)行置位。執(zhí)行完程序段 15 后面進(jìn)入程序段 16，電機(jī)停止模塊比較簡(jiǎn)單只需要控制三個(gè)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，程序段15 已經(jīng)設(shè)置好了兩個(gè)電機(jī)停止模塊中的兩個(gè)參數(shù)，現(xiàn)在只需要設(shè)置組態(tài)的軸就可以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的命令。圖 4.13 傳送帶停機(jī)控制程序4.3.2 步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)控制 （1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上電 在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，首先需要進(jìn)行給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行上電操作，然后再啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)傳送帶進(jìn)行傳動(dòng)。PLC 程序首先循環(huán)檢測(cè)輸入按鈕信號(hào)，當(dāng)操作人員按下一級(jí)電機(jī)上電輸入按鈕信號(hào)后，PLC 檢測(cè)到一級(jí)電機(jī)上電輸入按鈕后，會(huì)按照下面程序自上向下，自左至右的順序執(zhí)行。程序首先會(huì)把一級(jí)步進(jìn)電機(jī)上電

29、使能與步進(jìn)電機(jī)的 MC_enable 變量置位為高電平，程序段 1 執(zhí)行完畢后下面執(zhí)行程序段 2，通過(guò)程序段 1 的執(zhí)行后，激發(fā)程序段的上電功能模塊，上電使能模塊需要設(shè)置四個(gè)參數(shù)，一級(jí)步進(jìn)電機(jī)上電使能、選擇運(yùn)動(dòng)軸、伺服電機(jī) MC_enable 和停止模式選擇。程序段 1 已經(jīng)設(shè)置好一級(jí)步進(jìn)電機(jī)上電使能與步進(jìn)電機(jī) MC_enable，在編寫程序時(shí)只需要設(shè)置好組態(tài)的運(yùn)動(dòng)軸和停止運(yùn)動(dòng)模式即可。這兩段程序執(zhí)行后，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)上電。等待后面的執(zhí)行程序。圖 4.11 步進(jìn)電機(jī)上電程序 （2）步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 PLC 執(zhí)行完成程序段 1 與程序段 2 之后，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)上電，現(xiàn)在需要設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)送速

30、度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向參數(shù)，首先執(zhí)行程序段 3，從程序可以看出，一級(jí)傳送帶的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕不能同時(shí)按下，需要在程序中進(jìn)行處理，分別用一個(gè)常開和一個(gè)常閉。這樣每次按下正轉(zhuǎn)按鈕的時(shí)候，按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，PLC 程序不會(huì)對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)。程序會(huì)對(duì)一級(jí)步進(jìn)電機(jī)正向速度使能和步進(jìn)電機(jī)的 Velocity_active 進(jìn)行置位為高電平。執(zhí)行完程序段 3后，程序會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到程序段 4，由于程序段 3 的置位，激發(fā)了一級(jí)傳送帶正向轉(zhuǎn)動(dòng)速度模塊，速度模塊需要設(shè)置四個(gè)參數(shù)，其中兩個(gè)參數(shù)在程序段 3 中已經(jīng)設(shè)置好了，現(xiàn)在需要設(shè)速度模塊的控制組態(tài)軸和伺服電機(jī)的 Velocity_value 的值，軸選用組態(tài)好一軸，步進(jìn)

31、電機(jī)的Velocity_value 值可以設(shè)置為正值也可以設(shè)置為負(fù)值，輸入正值，速度模塊控制電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入負(fù)值，速度模塊控制電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，需要注意，輸入的速度值不能超過(guò)前面電機(jī)組態(tài)的設(shè)定值，如果超過(guò)了，電機(jī)將不會(huì)響應(yīng)。圖 4.12 傳送帶速度控制程序（3）步進(jìn)電機(jī)停機(jī)控制當(dāng)操作人員需要停止傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下一級(jí)傳送帶停止按鈕即可。PLC 檢測(cè)到一級(jí)傳送帶停止按鈕時(shí)，程序?qū)?huì)對(duì)一級(jí)步進(jìn)電機(jī)停止使能與伺服電機(jī)的 Halt 進(jìn)行置位。執(zhí)行完程序段 7 后面進(jìn)入程序段 8，電機(jī)停止模塊比較簡(jiǎn)單只需要控制三個(gè)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，程序段 4已經(jīng)設(shè)置好了兩個(gè)電機(jī)停止模塊中的兩個(gè)參數(shù)，現(xiàn)在只需要設(shè)置

32、組態(tài)的軸就可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的命令。圖 4.13 傳送帶停機(jī)控制程序5.程序的仿真及調(diào)試5.程序的仿真及調(diào)試本課題采用 TIA Portal V13 版本的博途自動(dòng)化軟件進(jìn)行編寫，這個(gè)軟件的功能要比 STEP 7-Micro/Win 軟件功能更為強(qiáng)大，更加先進(jìn)。它可以針對(duì)多種 PLC程序進(jìn)行編程，并且可以選擇多種模塊進(jìn)行組態(tài)，還可以選擇電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器等模塊搭建一個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。首先需要在程序中建立項(xiàng)目并組態(tài)硬件，然后進(jìn)行電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)組態(tài)，設(shè)置好參數(shù)，在軟件中進(jìn)行仿真，通過(guò)軟件按鈕給電機(jī)發(fā)脈沖，看脈沖計(jì)數(shù)器是否正常工作，如果脈沖計(jì)數(shù)器能夠計(jì)數(shù)，說(shuō)明電機(jī)主軸的組態(tài)完全正確。運(yùn)動(dòng)組態(tài)完成后就可

33、以調(diào)用電機(jī)的控制模塊，主要有驅(qū)動(dòng)器上電模塊、電機(jī)電動(dòng)模塊、速度控制模塊、相對(duì)位移控制模塊、絕對(duì)位移控制模塊等。在主程序中根據(jù)需要調(diào)用所需要的模塊。編寫完成后，需要對(duì)整個(gè)程序編譯進(jìn)行下載。5.1 創(chuàng)建項(xiàng)目5.1 創(chuàng)建項(xiàng)目 首先在軟件中建立一個(gè)新的項(xiàng)目，在創(chuàng)建好的新項(xiàng)目中，添加新設(shè)備，新設(shè)備主要是指控制系統(tǒng)選用的控制器、人機(jī)界面 HMI，控制器主要有西門子系列的 PLC，有 S7-1200、S7-1500、S7-300、S7-400。根據(jù)不同的控制要求選擇不同的核心控制器，本文選擇用 S7-1200 系列的 PLC，并且根據(jù) CPU 的型號(hào)確定 PLC 的訂貨號(hào)。選擇完成后程序自動(dòng)生成一個(gè)機(jī)架和選

34、型好的 CPU，然后在硬件目錄中選取相應(yīng)的模塊，模塊種類比較多，主要有信號(hào)板，通信班，電池板，DI、DQ、AI、AI/AQ 等模塊，本文選擇一個(gè) 16 點(diǎn)位的輸入輸出模塊，并把它拖放到第二槽位上，以上完成了硬件的組態(tài)。新建文件，設(shè)定 PLC 類型，如圖 17 所示：圖 17 項(xiàng)目的創(chuàng)建5.2 程序的編寫5.2 程序的編寫首先在項(xiàng)目樹中建立 PLC 變量，例如第三章介紹到的控制按鈕，輸出點(diǎn)位等按鈕變量以及程序的使能，變量建立完成后需要建立步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)塊，在調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制模塊時(shí)需要用到這些工具塊的內(nèi)容。前期準(zhǔn)備工作完畢后，就可以進(jìn)行編寫程序，更具控制邏輯編寫主程序，根據(jù)需要調(diào)用已經(jīng)組態(tài)好

35、的運(yùn)動(dòng)控制模塊。圖 18 程序的輸入5.2 下載程序5.2 下載程序程序編寫完成編譯通過(guò)后就可以實(shí)現(xiàn)程序的下載，下載程序的方式較多，本文采用以太網(wǎng)接口并用網(wǎng)線進(jìn)行下載程序，在下載前需要進(jìn)行設(shè)置 PG/PC 接口的類型，此處需要注意一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是需要設(shè)置好下載的 IP 地址，設(shè)置 PLC 的 IP 地址要和計(jì)算機(jī)在同一個(gè)網(wǎng)段上才能順利的下載程序，軟件檢測(cè)到 PLC 的 IP 地址是 192.168.0.2，下載計(jì)算機(jī)的 IP 地址是 192.168.0.1，這樣保證了再同一個(gè)網(wǎng)段中，可以實(shí)現(xiàn)順利的下載程序。圖 18 程序的下載5.2 程序仿真5.2 程序仿真在下載完成后，如果 PLC 的 RUN/STOP 的指示燈為綠色，說(shuō)明下載的程序已經(jīng)在 PLC 中運(yùn)行起來(lái)了，電機(jī)程序界面上的轉(zhuǎn)為在線的按鈕，程序可以實(shí)時(shí)對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控，如圖所示，例如點(diǎn)擊一級(jí)電機(jī)上電輸入按鈕，并強(qiáng)行置位，可以激發(fā)程序的執(zhí)行，可以方正程序運(yùn)行是否正確。圖 18 程序的仿真