基于PLC的送料切断监控系统的设计

1、福建工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺保证书本人郑重承诺： 本篇毕业设计（论文）的内容真实、可靠。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。学生签名：年 月 日福建工程学院本科毕业设计（论文）指导教师承诺保证书本人郑重承诺：我已按有关规定对本篇毕业设计(论文)的选题与内容进行了指导和审核，且提交的毕业设计（论文）终稿与上传至“大学生论文管理系统”检测的电子文档相吻合，未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。指导教师签名：年 月 日目录1、绪论11.1 该课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本课题研究内容12、设计方案的确定32.1 系统介绍3 2.1

2、.1 系统内容3 2.1.2 系统要求32.2 系统组成3 2.2.1 硬件系统组成3 2.2.2 软件系统组成42.3 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52.4 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83、 硬件系统配置93.1 PLC的I/O分配93.2 PLC内部继电器、寄存器使用情况103.3 伺服驱动器各端口说明13 3.3.1

3、 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143.4 伺服驱动器参数设置143.5 Unicon内部寄存器使用154、软件系统的设计164.1 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214.2 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25II 4.2.4 数据界面的设计275、系统调试285.

4、1 PLC程序的调试285.2 Unicon的调试295.3 伺服的调试305.4 PLC与Unicon联机调试305.5 系统联机调试31III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

5、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IVAbstractAt present material cutting work using artificial labor-based production patterns seem backward, the use of PLC control and man-machine interface touch screen contro

6、l 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

7、 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, rea

8、l-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 interfa

9、ce, real-time monitoringV1、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，

10、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123。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

11、、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

12、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

13、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

14、 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

15、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

16、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、

17、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

18、.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

19、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

20、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

21、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H

22、MI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

23、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

24、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

25、，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

26、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

27、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3.1X11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1PLC给

28、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2PLC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、

29、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3.2M6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

30、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M16140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

31、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

32、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3.2M37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

33、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 PL

34、C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R30460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R30810000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

35、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

36、端口、控制信号输入/输出端口CN1、编码器信号输入端子CN27。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1L1驱动器电源输入端单相交流AC 220V/50Hz2L23FG6U电机连接端与电机电源端子相连7V8W9FG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

37、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0PA14位置指令脉冲输入方式0PA53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UNbu

38、ild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

39、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

40、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

41、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010。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

42、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

43、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

44、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

45、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

46、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、如何运转的关键所在。图4.6 自动模式下伺服命令表格上图中SPD R100 DRV ADR,+,R200，Ps MEND表示以R100寄存器中的数值为频率，以相对值坐标定位方式，输出以R200寄存器中数值为个数的

47、正向脉冲，直到脉冲输出完毕该程序完成。手动工作模式下的高速输出脉冲程序于此相似，值得注意的是，当点动后退是把图4.6中的“+”方向改为“-”方向即可。驱动裁刀工作的信号、驱动提示灯工作的信号的输出中切割信号Y3是控制裁刀工作，缺料指示Y5、设置量已切割完毕指示Y7、人手靠近裁刀指示Y6、警报Y4用于HMI触摸屏显示。如下图4.7图4.7 用于HMI画面显示的部分输出程序M9、M11在按钮或传感器检测环节被决定是否得电，M45在切割计数模块记满用户设定总切割数量时得电。M9、M11、M45得电后HMI画面应该有输出指示。4.1.6 数据换算程序编写从卧龙伺服指导书上可以查到伺服速度计算公式： （

48、41）其中是电子齿轮比，由用户设定，本系统设定为25:2，即知道PLC送向伺服的高速脉冲输出信号的频率后即可以由公式4-1求得对应的伺服旋转速度。伺服转正旋转圈数计算公式： （42）同理知道PLC送向伺服的高速脉冲输出信号的脉冲个数后即可求出伺服转正的旋转圈数。在计算当前自动模式下的传送带运行速度、已切割长度、已切割数量，手动工作模式下的运行速度等会出现浮点数， 永宏基本数学运算指令FUN11加法指令、FUN12减法指令、FUN13乘法指令、FUN14除法指令不支持浮点运算，故我们需要将浮点型结果数据在永宏FUN200、FUN201、FUN202、FUN203、FUN204、FUN205指令中

49、完成，FUN200指令是将整型数据转化为浮点型数据、FUN201指令是将浮点型数据转化为整型数据（用于HMI显示用，HMI只支持整型数据显示）FUN2002到FUN205分别对应浮点加法、浮点减法、浮点乘法、浮点除法。如下图4.8为已切割长度显示换算程序。图4.8 已切割长度显示程序换算首先将FUN140指令中存放Ps当前位置，即已经发出的脉冲数的寄存器R4088中的整型数值存放于R396，再利用FUN200指令将R396中的整型数据转化为浮点型数据并将结果存放于R398，在根据上述公式42利用FUN204浮点乘法指令和FUN205浮点除法指令算出伺服转子已转圈数存放于R402中，再将R402

50、中的转子旋转圈数乘以转子的周长得出转子转子走过的路径并存放于R404，再利用FUN201浮点转化整型指令将已切割长度转化为HMI可以显示的数据类型并用于HMI显示。在实际工程中转子走过的路径乘以机械齿轮传动比才等于已切割的长度，本设计默认伺服旋转圈数比传送带前进举例为1:1，故不做考虑。4.2 Unicon人机界面软件设计4.2.1 Unicon界面规划在实际工程中，考虑到用户对知识产权的保护，要设计用户权限，有密码的用户登入后才可以进行对应用户组所拥有操作权限的按键操作。对权限不够的操作，系统无反应或者提示权限不够。故本设计第一个画面为用户登录界面。登录之后，用户可以看到自动画面以及相应自动

51、工作模式下的相应按钮和指示，在该页面，用户可以选择跳转任意界面或者选择注销权限返回登录界面；当用户跳转到手动界面时，可以看到手动工作模式界面以及手动工作模式下相应的操作按键和显示窗口；当用户跳转到数据界面时，用户可以看到切割原材料的动态曲线，总切割数量，已切割数量，以及历史速度、切割长度设定值。当用户跳转到设置界面时，用户可在该界面设置自动工作模式下切割速度、切割长度和总切割量。在上述除登录界面外任一一个界面可以相互跳转，但要注意的是其它界面跳转到设置界面时，要有足够的权限进行跳转，这一功能模拟在实际工程中，管理人员可以进行一些管理操作而普通操作人员以及更低级的访客人员是不能进行操作的。4.2

52、.2 登录画面的设计在登录界面，我们应该设有登录按键、用户操作提示窗口、系统状态提示窗口、进入系统按键。在设计登录功能之前，我们需要先规划好用户权限。用户权限设定方法如下：在Unicon设置中找到工程参数中的特殊功能拓展，勾选其中的用户权限管理进行配置会跳出如图4.9的对话框。图4.9 用户权限配置在该对话框中我们可以新增用户和用户组，并对用户所属用户组进行分配。每个用户可以设置自己独立的密码，用于登录系统。Unicon中的部件操作权限是按用户组划分的，即用户所在的用户组有权限操作的部件，该用户在输入自己密码进入系统后才可以操作，对于用户所属用户组无权限操作的部件，即使用户成功登入系统也无权限

53、操作。在设置好用户权限后，就可以开始进行登入功能的实现。首先，画一个位按钮，其功能为按下后弹出子画面1011如图4.10，在该画面中用户可以选择自己的用户名，输入密码时会弹出键盘方便用户输入密码，而后按下登入键完成登录。在该子画面用到HMI系统保留寄存器的功能。如登入键按下后写入的地址是HSX10000.0，而系统保留寄存器功能是已经内定好的，即按下登录键给HSX1000.0赋1就相当于用户进入系统。图4.10 系统内置子画面-用户登录用户在用户权限方面进行各种操作时，所有操作结果都以HSW10001的值来表征。如HSW10001为1时表示操作权限不足，HSW10001为3时表示密码错误。这样

54、我们只需新建一个字显示窗口监控HSW10001的值，设定HWS10001为何值时在文本显示窗口显示对应的文字。如图4.11图4.12 系统状态显示设置当用户密码输入错误时，HSW10001的值为3，此时通过如图4.11字状态显示的设置，字状态显示窗口会显示密码错误，在文本的具体状态设置中我们可以设置显示字的颜色大小等属性。需要系统提示操作权限不足的时候，设置方法等同上述密码错误的设置方法。当用户工程登入系统后就可以选择按下进入键进入系统。绘制进入键时选用功能开关如图4.13。图4.13跳转键设置方式4.2.3 手自动、设置画面的设计在手自动画面中主要设置的是速度、长度显示，工作状态指示、和相应的操作按钮以及跳转画面按键等。速度、长度显示用Unicon中的数值显示部件实现。如图4.14。点开编辑对话框在读取地址栏选定应显示项目对应PLC中的寄存器即可实现。图4.14 速度长度等显示方式状