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大尺寸多工步自動推料進給裝置及控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計
第一章 緒論
1．1 PLC在組合機床控制中的應(yīng)用
一.可編程控制器的定義
可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。
二.PLC的特點
1 可靠性高，抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2 配套齊全，功能完善，適用性強
PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
3 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。
4 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
5 體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。
三.在組合機床自動線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺
目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)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(guān)量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)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(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。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(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，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PLC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(yīng)用。
5 數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)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?。?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(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
7 PLC控制的數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)
一般組合機床自動線中的數(shù)控滑臺采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)伺服機構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進電機驅(qū)動器、步進電機和伺服傳動機構(gòu)等部分組成，
伺服傳動機構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優(yōu)點，但成本較高且不能自鎖。
8 控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求而設(shè)計，主要劃分為五大模塊：即步進電機控制模塊、定位控制模塊、數(shù)據(jù)撥盤輸入及數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)碼輸出顯示模塊、元件故障的自動檢測與報警模塊。
由于整個軟件結(jié)構(gòu)較為龐大，脈沖控制器產(chǎn)生0.1秒的控制脈沖，使移位寄存器移位，提供六拍時序脈沖，通過三相六拍環(huán)形分配器使三個輸出繼電器Y430、Y431、Y432按照單雙六拍的通電方式控制步進電機。為實現(xiàn)定位控制，采用不同的計數(shù)器分別控制粗定位行程和精定位行程，計數(shù)器的設(shè)定值依據(jù)行程而定。例如，設(shè)刀具或工作臺欲從A點移至C點，已知AC＝200mm，把AC劃分為AB與BC兩段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段為粗定位行程，采用0.1mm/步的脈沖當量快速移動，利用了6位計數(shù)器（C660/C661），而BC段為精定位行程，采用0.01mm/步的脈沖當量精確定位，利用了3位計數(shù)器C460，在粗定位結(jié)束進入精定位的同時，PLC自動接通電磁離合器輸出點Y433以實現(xiàn)變速機構(gòu)的更換。
9 PLC控制系統(tǒng)的接地方法
（1）由于PLC機柜和操作臺、配電柜等用電設(shè)備的金屬外殼及控制設(shè)備正常不帶電的金屬部分，由于各種原因（如腐蝕、絕緣破損等）而有可能帶危險電壓，所以應(yīng)該進行保護接地，低于36V供電的設(shè)備，無特殊要求可不做接地保護。
（2）PLC控制系統(tǒng)中的基準電位是各回路工作的參考電位，基準電位的連接線稱為系統(tǒng)地，通常是控制回路直流電源的零伏導(dǎo)線，系統(tǒng)接地的方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地方式。
（3）為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的屏蔽接地端子應(yīng)做屏蔽接地。其中信號回路接地和屏蔽接地又通稱為工作接地。
一般以上接地方法的控制原則是：保護地和工作地不能混用，這是由于在每一段電源保護地線的兩點間會有數(shù)毫伏，甚至幾伏的電位差，這對低電平信號電路來說是一個非常嚴重的干擾。屏蔽地，當信號電路是單點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)單點接地，如果電纜的屏蔽層接地點有一個以上時，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。
本系統(tǒng)采用的接地電阻都需要在規(guī)定的范圍內(nèi)，對于PLC組成的控制系統(tǒng)一般應(yīng)小于4Ω，而且要有足夠的機械強度，事前都需要進行防腐處理。PLC組成的控制系統(tǒng)進行單獨設(shè)置接地系統(tǒng)，也可以利用現(xiàn)場條件進行“等電位聯(lián)結(jié)”進行接地設(shè)計。
10 PLC控制梯形圖：
梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為數(shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例：
它有兩組，第一組用以實現(xiàn)啟動、停止控制。第二組僅一個END指令，用以 結(jié)束程序。
11 梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系：
助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為：
地址 指令 變量
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000
0004 END
反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖。
12 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：
如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應(yīng)于接點，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。
有了這個對應(yīng)關(guān)系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術(shù)對傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。
四、數(shù)控滑臺的PLC控制方法
數(shù)控滑臺的控制因素主要有三個：
1 行程控制
一般液壓滑臺和機械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來實現(xiàn)；而數(shù)控滑臺的行程則采用數(shù)字控制來實現(xiàn)。由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進電機的總轉(zhuǎn)角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個數(shù)：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機構(gòu)的位移量（mm）
d ——伺服機構(gòu)的脈沖當量（mm/脈沖）
2 進給速度控制
伺服機構(gòu)的進給速度取決于步進電機的轉(zhuǎn)速，而步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機構(gòu)的進給速度(mm/min)
3 進給方向控制
進給方向控制即步進電機的轉(zhuǎn)向控制。步進電機的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉(zhuǎn);當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。
五.PLC的國內(nèi)外狀況
世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。
20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。
我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。
六.PLC未來展望
21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進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)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(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。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(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)揮越來越大的作用。
1．2 課題的主要任務(wù)
1、硬件的設(shè)計
利用步進電動機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，利用絲桿的轉(zhuǎn)動帶動工作臺的前進。對進給裝置電氣傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進行設(shè)計計算，同時也要對進給裝置傳動裝置的關(guān)鍵部件進行設(shè)計計算。
2、軟件的設(shè)計
利用PLC來實現(xiàn)對電機的控制。針對不同的工件調(diào)用相應(yīng)的程序來對電機的運行進行控制，實現(xiàn)多工步自動推料進給。
第二章 設(shè)備的測試與轉(zhuǎn)接板的制作
2．1設(shè)備的測試
1、設(shè)備改造分析
原設(shè)備為PMAC設(shè)備，現(xiàn)在用的是其中的電機驅(qū)動電路和限位關(guān)系，因此必須了解其中的MYCOM步進電機的驅(qū)動關(guān)系和限位原點定義。
MYCOM步進電機的驅(qū)動器說明：
CP11端子：1-------5V
2-------PLUS（脈沖輸入）
3-------5V
4-------DIR（方向輸入）
CP12端子：1-------電機A向
2-------電機A/向
3-------電機B向
4-------電機B/向
CP13端子：1-------24V
2-------24V
3-------GND
4-------GND
要實現(xiàn)多工步自動推料進給，只要電機要按照規(guī)定的方式轉(zhuǎn)動即可，故只需控制脈沖和方向。即只需將外部信號給CP11端子，CP12端子和CP13端子并不會影響電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，故可以用原PMAC設(shè)備的部件。
2、設(shè)備限位關(guān)系的測量
限位原點的定義：
經(jīng)過對原設(shè)備的觀察，得知原設(shè)備及限位開關(guān)是點接觸式的限位開關(guān)，故電壓大小不會影響其工作。
圖1
圖1為原PMAC設(shè)備的限位接控制輸入的十針插座，在各個位置時對十針插座的測量結(jié)果如下：
任意位置時：1、3、4、5、6、7、8、9接通
X電機轉(zhuǎn)動，X軸帶動工作臺到X原點時：1、3、5、6、7、8、9接通
Y電機轉(zhuǎn)動，Y軸帶動工作臺到Y(jié)原點時：1、3、4、6、7、8、9接通
X電機轉(zhuǎn)動，X軸帶動工作臺到X左極限時：1、3、4、5、7、8、9接通
X電機轉(zhuǎn)動，X軸帶動工作臺到X右極限時：1、3、4、5、6、7、9接通
Y 電機轉(zhuǎn)動，Y軸帶動工作臺到Y(jié)左極限時：1、3、4、5、6、8、9接通
Y 電機轉(zhuǎn)動，Y軸帶動工作臺到Y(jié)右極限時：1、3、4、5、6、7、8接通
注：在測量X 軸向的各個位置時Y軸位于非圓點，非極限位：
在測量Y軸向的各個位置時X軸位于非圓點，非極限位。
由以上測量結(jié)果分析可知：
（1）、原設(shè)備的限位開關(guān)使用的是限位開關(guān)的常閉觸點；
（2）、原設(shè)備的COM端是1、3即模擬地，而2和10沒有使用；
?。?) 、X軸原點接入點為4，Y軸原點接入點為5，X軸左極限接入點為6，X軸右極限接入點為8，Y軸左極限接入點為7，Y軸右極限接入點為9。
可以得出原設(shè)備的限位接線關(guān)系如圖2 所示：
圖2
2．2制作轉(zhuǎn)接板及電路分析
１、 電路分析
要實現(xiàn)PLC對步進電機的控制要做以下兩步：
（１）：將PLC的發(fā)出的脈沖和方向信號送給步進電機驅(qū)動器；
（２）：將工作臺的限位開關(guān)引入到PLC的輸入點。
?。?、電路原理圖如圖３
圖３
其中電阻Ｒ１和Ｒ２分別為脈沖和方向的下拉電阻。
下拉電阻Ｒ１的連接說明：
程序編好后，經(jīng)PLC調(diào)試有脈沖輸出，但是當它跟ＰＭＡＣ設(shè)備的電機驅(qū)動器連接后電機卻不轉(zhuǎn)，為了解決這一問題做了以簡單的檢驗設(shè)備，如圖４：
圖４
發(fā)光二極管的最大要求電流是10MA而所要測的電路中兩端電壓是5V，所以取得電阻為500歐姆。
檢驗過程如下：
（1）、通過原設(shè)備的手搖設(shè)備使原設(shè)備有脈沖輸出并驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，PLC的脈沖輸出是斷開的，經(jīng)檢驗，發(fā)光二極管閃爍，得知原設(shè)備輸出的是高低電平脈沖。
（2）、將PLC接通并將程序輸入到PLC中，通過檢驗PLC輸出端，此時輸出端沒有聯(lián)接到電機驅(qū)動器上，經(jīng)檢查，發(fā)光二極管閃爍，得知PLC輸出的也是高低電平脈沖。
（3）、將PLC輸出端聯(lián)接到電機驅(qū)動器上，并將檢驗電路接到脈沖輸出端和0V之間，此時電機轉(zhuǎn)動，發(fā)光二極管也閃爍。
通過以上的檢測，推理得知在電機驅(qū)動器里應(yīng)該有一個電容，當脈沖處于高電平時電容充電，當脈沖處于低電平時由于有電容，低電平不能馬上被輸入到電機驅(qū)動器里，不能被識別所以電機不轉(zhuǎn)。當接一電阻時起到了將電容電壓拉低的作用，這樣低電平可以輸入到電機驅(qū)動器里，這樣電機就可以轉(zhuǎn)了。示意圖如圖５：
圖５
下拉電阻Ｒ２的連接說明：
當程序編好進行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)不管ＰＬＣ方向控制輸出端是１還是０電機只是右轉(zhuǎn)，為分析并解決這一問題做以下測試：
（１）、將ＰＬＣ的方向輸出端與電機驅(qū)動器斷開，用萬用表的支流檔來測試ＰＬＣ的方向輸出端電壓是否有變化。測量結(jié)果是當ＰＬＣ方向控制輸出端是１時該端電壓是５伏，當ＰＬＣ方向控制輸出端是１時該端電壓是０伏。
（２）、將原設(shè)備的脈沖方向端接到電機驅(qū)動器上，通過原設(shè)備的手搖設(shè)備驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。測量結(jié)果是當電機右轉(zhuǎn)時方向控制端的電壓是５伏，當電機左轉(zhuǎn)是方向輸出端的電壓是０伏，當電機不轉(zhuǎn)時方向輸出端的電壓是５伏。
（３）將原設(shè)備的脈沖方向端與電機驅(qū)動器上斷開，測的電機驅(qū)動器的方向控制端的電壓是５伏。
對測試結(jié)果分析得知：電壓驅(qū)動器上在方向端提供５伏的電壓。故當需要電機左轉(zhuǎn)時需要一個下拉電阻來將方向端的電壓拉低，使得電機可以左轉(zhuǎn)。通過使用ＰＬＣ來控制繼電器來使得電壓拉低。
環(huán)形分配器說明（如圖6）：
步進電動機的各相繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種位電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱為環(huán)型脈沖分配器。實現(xiàn)環(huán)型分配的力法有3種：一種是采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環(huán)型分配，簡稱軟環(huán)分。該方法能充分利用計算機軟件資源，以降低硬件成本．尤其是對多相電動機的脈沖分配具有更大的優(yōu)點。但由于軟環(huán)分占用計算機的運行時間，故會使插補—次的時間增加，易影響步進電動機的運行速度。另—種足采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)型脈沖分配器。這種方式靈活性很大，可搭接任意通電順序的環(huán)形脈沖型分配器，同時在工作時不占用計算機的工作時間。第三種是采用專用環(huán)型分配器器件，如cH250，即為一種三相步進電動機專用環(huán)型分配器，它可以實現(xiàn)三相步進電動機的各種環(huán)型分配，使用方便，接口簡單。
ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。 該電路的特點如下：ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路 直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。
圖6
高低壓功串放大電路說明（如圖7）：
高低壓功串放大電路為采用脈沖變壓器T1組成的高低壓控制電路原理圖。吳脈沖輸入時，VT1、VT2、VT3、VT4均截至，電動機繞組W無電流通過，電動機不轉(zhuǎn)。
有脈沖輸入時，VT1、VT2、VT4飽和導(dǎo)通，在VT2由截止到飽和期間，其集電極電流，也就是脈沖變壓器T1的一次電流急劇增加，在變壓器二次側(cè)感生成一個電壓，使VT3導(dǎo)通，80V的高電壓經(jīng)高壓管VT3加到繞組W上，使電流迅速上升，當VT2進入穩(wěn)定狀態(tài)后，T1一次側(cè)感電流暫時恒定，無磁通量變化，二次側(cè)的感應(yīng)電壓為0，VT3截至。這時，12V低壓電源經(jīng)VD1加到電動機繞組W上并維持繞組中的電流。輸入脈沖結(jié)束后VT1、VT2、VT3、VT4又都截至，儲存在W中的能通過18Ω的電阻和VD2放電，18Ω電阻的作用是減小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形的后沿。該電路由于采用高壓驅(qū)動，電流增長加快，脈沖電流的前沿變陡，電動機的轉(zhuǎn)矩和運行頻率都得到提高。
高低壓功串放大電路由于僅在脈沖開始時的一瞬間接通高壓電源，其余時間均由低壓供電，故效率很高。又由于電流上升率高，故高速運行性能好，但由于電流波形陡，有時還會產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機運行時震動較大（尤其在低速運行時）。
圖7
３、轉(zhuǎn)接板的說明
因為原設(shè)備的電機驅(qū)動器和限位電纜位于原設(shè)備內(nèi)，要將PLC信號輸入到電機驅(qū)動器并將限位電纜的限位信號取到PLC中，必須做一個裝接板，該板的功能有以下幾個：
（1）、將PLC信號輸入到電機驅(qū)動器
（2）、將限位電纜的限位信號取到PLC中
（3）、將5V電源分別送到PLC輸出端及電機驅(qū)動電路的脈沖輸入端
（4）、將電路的線合理的分布，不至于太亂
電路轉(zhuǎn)接板如圖８：
圖８
第三章 程序的設(shè)計
3．1 S7-200的工作原理
在PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，即以掃描模式工作。PLC的工作步驟一般有7個，如下：
（１）、讀取輸入
在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映象寄存器。CPU以字節(jié)（8位）為單位來讀寫輸入/輸出過程影響寄存器。
在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入電路的1/0狀態(tài)（或稱ON/OFF狀態(tài)）讀入輸入過程影響寄存器。外部的輸入電路閉合時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點的常開觸電接通，常閉觸電斷開。外接的輸入電路斷開時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點的常開觸電斷開，常閉觸電接通
（２）、執(zhí)行用戶程序
PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。
在執(zhí)行指令時，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只讀的輸入過程映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。
在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實際的I/O點。這樣做在程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定；而且由于用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點快得讀哦，可高了程序的執(zhí)行速度。
（３）、通信處理
在通信請求處理階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當?shù)臅r候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。
（４）、CPU自診斷測試
自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。
（5）、改寫輸出
CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸電閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出點的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸電斷開，外部負載斷電，停止工作。
（６）、中斷程序的處理
如果在程序中使用了中斷，終端事件發(fā)生時，CPU停止正常的掃描工作模式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能能夠提高PLC對某些事件的響應(yīng)速度。
（7）、在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀輸入點的值時，相應(yīng)的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令改寫輸出點時，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器得知被更新。
3．2 高速脈沖輸出（PTO）
脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0和Q0.1）上控制脈沖串輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。PTO可以輸出一串脈沖（占空比50%），用戶可以控制脈沖的周期和個數(shù)。PWM可以輸出連續(xù)的、占空比可調(diào)的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬
S7--200有兩個PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈寬調(diào)制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點Q0.0，另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點Q0.1。一個指定的特殊寄存器（SM）位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（8位），一個計數(shù)值（32位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（16位無符號數(shù)）。
PTO/PWM發(fā)生器與過程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。當在Q0.0或Q0.1上激活PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時普通輸出點功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點強制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當不使用PTO/PWM發(fā)生器功能時，對輸出點的控制權(quán)交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的起始和結(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生波形的啟動和結(jié)束。
在使能PTO或者PWM操作之前，將Q0.0和Q0.1過程映象寄存器清0。所有控制位、周期、脈寬和脈沖計數(shù)值的缺省值均為0。PTO/PWM的輸出負載至少為10％的額定負載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。
PTO按照給定的脈沖個數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50％）。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡(luò)）?？梢灾付}沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。
在單段管線模式，需要為下一個脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動了起始PTO段，就必須按照第二個波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行PLS指令。第二個脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲一段脈沖串的屬性。當?shù)谝粋€脈沖串發(fā)送完成時，接著輸出第二個波形，此時管線可以用于下一個新的脈沖串。重復(fù)這個過程可以再次設(shè)定下一個脈沖串的特性。除去以下兩種情況之外，脈沖串之間可以作到平滑轉(zhuǎn)換：時間基準發(fā)生了變化或者在利用PLS指令捕捉到新脈沖之前，啟動的脈沖串已經(jīng)完成。當管線已滿時，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)寄存器的PTO溢出位（SM66.6或SM76.6）被置1。PLC進入RUN模式時，該位被初始化為0。如果監(jiān)測到溢出，必須手工清除該位。
在多段管線模式，CPU自動從V存儲器區(qū)的包絡(luò)表中讀出每個脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入包絡(luò)表在V存儲器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。時間基準可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡(luò)表中的所有周期值必須使用同一個時間基準，而且在包絡(luò)正在運行時不能改變。執(zhí)行PLS指令來啟動多段操作。每段記錄的長度為8個字節(jié)，由16位周期值、16位周期增量值和32位脈沖個數(shù)值組成。表1中給出了包絡(luò)表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負值將減少周期；輸入0將不改變周期。當PTO包絡(luò)執(zhí)行時，當前啟動的段的編號保存在SMB166（或SMB176）。
表1
從包絡(luò)表開始的字節(jié)偏移
包絡(luò)段數(shù)
描述
0
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯誤
1
1
初始周期（2~65535個基準時間單位）
3
每個脈沖的周期增量（-32768~32767個時間單位）
5
脈沖數(shù)（1~4294967295）
9
2
初始周期（2~65535個基準時間單位）
11
每個脈沖的周期增量（-32768~32767個時間單位
13
脈沖數(shù)（1~4294967295）
17
3
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯誤
（繼續(xù)）
繼續(xù)
PLS指令會從特殊存儲器SM中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲值控制PTO/PWM發(fā)生器。SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。表2對用于控制PTO/PWM操作的存儲器給出了描述。
表2
Q0.0
Q0.1
描述
狀態(tài)字節(jié)
SM66.4
SM76.4
PTO包絡(luò)由于增量計算錯誤而終止：0=無錯誤，1=有錯誤
SM66.5
SM76.5
PTO包絡(luò)因用戶命令中止：0=不是因用戶命令中止，1=因用戶命令中止
SM66.6
SM76.6
PTO管線溢出：0=無溢出，1=有溢出
SM66.7
SM76.7
PTO空閑位：0=PTO正在運行。1=PTO空閑
控制字節(jié)
SM67.0
SM77.0
PTO/PWM更新周期值：1=寫新的周期值
SM67.1
SM77.1
PWM更新脈沖寬度值：1=寫新的脈沖寬度
SM67.2
SM77.2
PTO更新脈沖數(shù)：1=寫新的脈沖數(shù)
SM67.3
SM77.3
PTO/PWM基準時間單位：0=1μs,1=1ms
SM67.4
SM77.4
PWM更新方式：0= 異步更新，1=同步更新
SM67.5
SM77.5
PTO操作：0=單段操作（脈沖和周期存在SM寄存器中）1=多段操作（包絡(luò)表存在V寄存器中）
SM67.6
SM77.6
PTO/PWM模式選擇：0= PTO，1= PWM
SM67.7
SM77.7
PTO/PWM有效位：0=無效，1=有效
其
他PTO
/PWM
寄存器
SMW68
SMW78
PTO/PWM周期值（2-65535倍時間基準）
SMW70
SMW80
PWM脈沖寬度值（2-65535倍時間基準）
SMD72
SMD82
PTO脈沖計數(shù)值（1-4，294，967，295）
SMB166
SMB176
運行中的段數(shù)（僅在多段PTO操作中）
SMW168
SMW178
保絡(luò)表的起始位置，從V0開始的字節(jié)偏移量來表示（僅在多段PTO操作中）
SMB170
SMB180
線性包絡(luò)狀態(tài)字節(jié)
SMB171
SMB181
線性包絡(luò)結(jié)果寄存器
SMD172
SMD182
手動模式頻率寄存器
可以通過修改SM存儲區(qū)（包括控制字節(jié)），然后執(zhí)行PLS指令來改變PTO或PWM波形的特性，也可以在任意時刻禁止PTO或者PWM波形，方法為：首先將控制字節(jié)中的使能位（SM67.7或者SM77.7）清0，然后執(zhí)行PLS指令。
PTO狀態(tài)字節(jié)中的空閑位（SM66.7或者SM76.7）標志著脈沖串輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時，您可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。（參考中斷指令和通訊指令中的描述）。如果您使用多段操作，可以在整個包絡(luò)表完成之后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。
下列條件使SM66.4（或SM76.4）或SM66.5（或SM76.5）置位：
（1）如果周期增量使PTO在許多脈沖后產(chǎn)生非法周期值，會產(chǎn)生一個算術(shù)溢出錯誤，這會終止PTO功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計算錯誤位（SM66.4或者SM76.4）置1，PLC的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂啤?
（2）如果要手動終止一個正在進行中的PTO包絡(luò)，要把狀態(tài)字節(jié)中的用戶終止位（SM66.5或SM76.5）置1。
（3）當管線滿時，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲器中的PTO溢出位（SM66.6或者SM76.6）置1。如果想用該位檢測序列的溢出，必須在檢測到溢出后手動清除該位。當CPU切換至RUN模式時，該位被初始化為0。
如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72或SMD82）、脈沖寬度（SMW70或SMW80）或周期（SMW68
或SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些值和控制寄存器。如果要使用多段脈沖串操作，在使用PLS指令前也需要裝入包絡(luò)表的起始偏移量（SMW168或SMW178）和包絡(luò)表的值。
3．3 PLC發(fā)脈沖程序設(shè)計
在軟件編程前，必須根據(jù)實際控制系統(tǒng)與工藝要求進行步進電機的“啟動頻率”和“停止頻率”的標定，步進電機能響應(yīng)而不失步的最高步進頻率稱為“啟動頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)斷，步進電機不沖過目標位置的最高頻率。步進電機在起動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)。所以，步進電機工作時—般要經(jīng)歷這樣—個變化過程：加速一恒速(高速)一減速一低速一停止。其中步進電動機在運行過程中—般采用如下運行曲線，主要要考慮步進電動機的起動時必須有個加速緩沖的過程，對步進電動機起保護作用。
其程序如下：
主程序
LD SM0.1
ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3
R Ｑ０.1, 1
CALL 包絡(luò)表子程序
包絡(luò)表子程序
LD SM0.0
MOVB 16#AC, SMB77
MOVW +500, SMW178
MOVB 3, VB500
MOVW +50, VW501
MOVW -1, VW503
MOVD 45, VD505
MOVW +5, VW509
MOVW +0, VW511
MOVD 9910, VD513
MOVW +5, VW517
MOVW +1, VW519
MOVD 45, VD521
PLS 1
初始化結(jié)束中斷
LD SM0.0
R SM77.7, 1
PLS 1
在主程序中先將脈沖輸出端清零(R Ｑ０.1, 1),并設(shè)置相應(yīng)的中斷（３位I0.1的下降沿），在中斷程序中禁止ＰＴＯ。接著調(diào)用相應(yīng)的子程序，在子程序中設(shè)置ＰＴＯ的控制字節(jié)（MOVB 16#AC, SMB77），十六進制ＡＣ＝二進制10101100,根據(jù)表２得知：ＰＴＯ允許；ＰＴＯ模式；多段操作；異步更新；基準時間單位是１ms；寫新的脈沖數(shù)；不寫脈沖寬度；不寫新的周期值。接著在SMW178寄存器中設(shè)置包絡(luò)表的起始位置為vb500，根據(jù)表一設(shè)置包絡(luò)表中的周期值、周期增量和脈沖數(shù)。
計算包絡(luò)表的值：
周期增量值：De給定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q
其中：ECT=該段結(jié)束周期時間
ICT=該段初始化周期時間
Q=該段的脈沖數(shù)量
段的最后一個脈沖的周期在包絡(luò)中不直接指定，但必須計算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉(zhuǎn)換，知道段的最后一個脈沖的周期是有用的。計算段的最后一個脈沖周期的公式是：
段的最后一個脈沖的周期時間=ICT+（DEL*（Q--1））
其中：ICT=該段的初始化周期時間
DEL=該段的增量周期時間
Q=該段的脈沖數(shù)量
周期增量只能以微秒數(shù)或毫秒數(shù)指定，周期的修改在每個脈沖上進行這兩項的影響使對于一個段的周期增量的計算可能需要疊代方法。對于結(jié)束周期值或給定段的脈沖個
數(shù)，可能需要作調(diào)整。在確定校正包絡(luò)表值的過程中，包絡(luò)段的持續(xù)時間很有用。按照下面的公式可以計算完成一個包絡(luò)段的時間長短：
包絡(luò)段的持續(xù)時間=Q*（ICT+（（DEL/2）*（Q--1）））
其中：Q=該段的脈沖數(shù)量
ICT=該段的初始化周期時間
DEL=該段的增量周期時間
3.４ 數(shù)據(jù)在存儲器中的數(shù)據(jù)類型與間接尋址
二進制數(shù)的１位（bit）只有０和１兩種不同的值，可以用來表示開關(guān)量的兩種不同狀態(tài)。如果該位為１ ，則表示梯形圖中對應(yīng)的編程元件的線圈通電，其常開觸點接通，常閉觸點斷開。以后稱改編程元件為１狀態(tài)。如果該位為０，對應(yīng)的編程元件的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為０狀態(tài)。位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型為BOOL型。
８位二進制數(shù)組成１個字節(jié)，其中第０位為最低位，第７位為最高位。兩個字節(jié)組成一個字，兩個字組成一個雙字。一般用二進制補碼表示有符號數(shù)，其中最高位為符號位，最高位為０時為正數(shù)，為１時為負數(shù)，最大的正數(shù)為１６＃７ＦＦＦ，１６＃表示十六進制數(shù)。
位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，例如I3.2,其中的區(qū)域標示符“Ｉ”表示輸入，字節(jié)地址為３，位地址為２，這種存取方式稱為“字節(jié)．位”尋址方式。
相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，VW100表示由VB100和VB101組成的一個字，VW100中的Ｖ為區(qū)域標示符，Ｗ表示字，１００為起始字節(jié)的地址。
VD100表示由VB100-VB103組成的雙字，V為區(qū)域標示符，D表示存取雙字，１００為起始字節(jié)的地址。見圖９
圖９
間接尋址是指用指針來訪問存儲區(qū)數(shù)據(jù)。指針以雙字的形式存儲其它存儲區(qū)的地址。只能用V存儲器、L存儲器或者累加器寄存器（AC1、AC2、AC3）作為指針。要建立一個指針，必須以雙字的形式，將需要間接尋址的存儲器地址移動到指針中。指針也可以作為參數(shù)傳遞到子程序中。
S7--200允許指針訪問以下存儲區(qū)： I、Q、V、M、S、AI、AQ、SMT（僅限于當前值）和C（僅限于當前值）。您無法用間接尋址的方式訪問單獨的位，也不能訪問HC或者L存儲區(qū)。
要使用間接尋址，您應(yīng)該用“&”符號加上要訪問的存儲區(qū)地址來建立一個指針。指令的輸入操作數(shù)應(yīng)該以“&”符號開頭來表明是存儲區(qū)的地址，而不是其內(nèi)容將移動到指令的輸出操作數(shù)（指針）中。
當指令中的操作數(shù)是指針時，應(yīng)該在操作數(shù)前面加上“＊”號。如圖4--11所示，輸入*AC1指定AC1是一個指針，MOVW指令決定了指針指向的是一個字長的數(shù)據(jù)。在本例中，存儲在VB200和VB201中的數(shù)值被移動到累加器AC0中。見圖１０
圖１０
３.5 數(shù)據(jù)管理程序
大尺寸多工步自動推料進給裝置的控制數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)要實現(xiàn)對指定文件自動存取，文件存儲區(qū)的起始地址設(shè)在VB1000，當通過上位機觸摸屏在數(shù)字輸入欄中輸入數(shù)值時，按下存數(shù)據(jù)鍵，PLC根據(jù)文件號自動存到相應(yīng)的存儲區(qū)。當需要對工件進行加工時通過上位機輸入文件號，按下取數(shù)據(jù)鍵時，PLC根據(jù)文件號自動取出相應(yīng)的存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。
其程序如下：
存數(shù)據(jù)子程序：
（vb1000 數(shù)據(jù)存儲區(qū)起始地址；vw80 存文件號地址；vd10 數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針，vb100-------vb104 存數(shù)據(jù)緩存區(qū)）
LD SM0.0
MOVD &VB1000, VD10 指定指針
ITD VW80, VD80 文件號數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換
*D +10, VD80
+D VD80, VD10 將偏移量與指針相加并給指針
BMW VW100, *VD10, 5 將存數(shù)據(jù)緩存區(qū)的５個數(shù)移到指針指向的地址
取數(shù)據(jù)子程序：
（vb1000 數(shù)據(jù)存儲區(qū)起始地址；vw90 存文件號地址；vd30 數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針；vb200-------vb204 存數(shù)據(jù)緩存區(qū)）
LD SM0.0
MOVD &VB1000, VD30 指定指針
ITD VW90, VD90 文件號數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換
*D +10, VD90
+D VD90, VD30 將偏移量與指針相加并給指針
BMW *VD30, VW200, 5 將指針指向地址以下的５個數(shù)移到取數(shù)據(jù)緩存區(qū)地址
存取的數(shù)據(jù)均為實際距離，且都為相對距離，單位是mm，要將距離轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，經(jīng)測量10000個脈沖電機走的距離是100mm，取出的數(shù)據(jù)進行加工進給時要將距離轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，即將距離乘以100并給相應(yīng)的存脈沖數(shù)的寄存器。
３.6 分步運動程序分析
將取出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，分別放入五步所對應(yīng)的脈沖數(shù)存儲器里，并將第一步進給允許位置一。在進行第一步進給時設(shè)置脈沖發(fā)送完畢進中斷，在中斷程序中將第一步進給允許位置0，設(shè)定第二步進給允許，當再次按下進給按鈕，進行第二步的進給。在進行第二步進給時設(shè)置脈沖發(fā)送完畢進中斷，在中斷程序中將第二步進給允許位置0，設(shè)定第三步進給允許，當再次按下進給按鈕，進行第三步的進給。第三步、第四部和第五步一樣，在第五步的中斷里設(shè)定進給結(jié)束標志位，外界知道進給結(jié)束。
第四章 大尺寸多工步自動推料進給裝置系統(tǒng)的上位系統(tǒng)設(shè)計（E-VIEW）
4．1 E-VIEW及其設(shè)計軟件MT500的介紹
PLC(Programmable Logical Controller) 通常稱為可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，由于它擁有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、維護方便等優(yōu)點，特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性，使它的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)被稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱(即PLC、機器人和CAD/CAM)之一。
人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設(shè)備目前的狀況，使操作變的簡單生動`，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備。使用人機界面還可以使機器的配線標準化、簡單化，同時也能減少PLC控制器所需的I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)的成本同時由于面板控制的小型化及高性能，相對的提高了整套設(shè)備的附加價值。
觸摸屏作為一種新型的人機界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡單易用，強大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如:自動化停車設(shè)備、自動洗車機、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可用于智能大廈管理、會議室聲光控制、溫度調(diào)整。
隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機界面， PLC控制器強大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡便的人機的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)運而生無疑是21世紀自動化領(lǐng)域里的一個巨大的革新。
MT500系列觸摸屏是專門面向PLC應(yīng)用的，它不同于一些簡單的儀表式或其它的一些簡單的控制PLC的設(shè)備，其功能非常強大，使用非常方便，非常適合現(xiàn)代工業(yè)越來越龐大的工作量及功能的需求。日益成為現(xiàn)代工業(yè)必不可少的設(shè)備之一。
一般的人機界面的軟件主要提供以下幾個功能:
?? 指示燈(PLC I/O顯示、內(nèi)部節(jié)點顯示、多段指示燈等)
?? 開關(guān) (位狀態(tài)型開關(guān)、多段開關(guān)、切換窗口開關(guān)等)
?? 各種動態(tài)圖表 (棒圖、儀表、移動元件、趨勢圖等)
?? 數(shù)據(jù)顯示 (數(shù)值顯示、ASCII顯示、文字顯示等)
?? 數(shù)據(jù)輸入 (數(shù)值輸入、ASCII輸入、文字輸入等)
?? 異常報警 (報警顯示、跑馬燈顯示、事件顯示等)
?? 靜態(tài)顯示 (直線、圓、矩形、文字等)
4．2 上外界面的編寫調(diào)試
1、開機界面
其中進入按鈕為功能鍵，進入下一個界面。
2、數(shù)據(jù)管理界面
該界面分為數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)調(diào)用，按下按鈕時分別進入相應(yīng)的界面，同時還有一返回鍵
3、數(shù)據(jù)存儲界面
該界面可以輸入數(shù)據(jù)存儲界面，通過村數(shù)據(jù)按鈕將輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)文件號存入相應(yīng)的寄存器，同時還有一個村數(shù)據(jù)完成知識燈。但數(shù)據(jù)輸入完畢后按下“返回”鍵，回到上一界面。
4、數(shù)據(jù)調(diào)用界面
該界面主要完成數(shù)據(jù)的調(diào)用及對所調(diào)數(shù)據(jù)進行加工進給。輸入文件號，按下“取數(shù)據(jù)”按鈕，系統(tǒng)自動取出文件號所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。當開始加工按鈕按下后，系統(tǒng)會自行退回到進給位置，完成后第一步進給等待中，相應(yīng)的指示燈亮，按下進給按鈕，系統(tǒng)進行第一步的進給，同時相應(yīng)的進給指示燈閃爍，第一步借給結(jié)束后第二步進給等待中，相應(yīng)的指示燈亮，操作同第一步進給。在出現(xiàn)緊急情況時，按下“急停”按鈕，系統(tǒng)立刻停止進給。待緊急情況排除后，可以繼續(xù)進給。
第五章 大尺寸多工步自動推料進給裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5．1 絲杠的選型計算及其校核
滾珠絲杠螺母機構(gòu)是回轉(zhuǎn)體運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置,它具有下列特點。
①摩擦損失小、傳動效率高 滾珠絲杠螺母機構(gòu)的傳動效率可達0.92%～0.96%,是普通華東絲杠螺母機構(gòu)的3～4倍,而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩僅為華東絲杠螺母機構(gòu)的四分之一。
②運動平、摩擦力小靈敏度高、低速時無爬行 由于主要可以存在是滾動摩擦,不僅動、靜摩擦系數(shù)都很小,且其差值很小,因而啟動