毕业设计论文-基于PLC的钢管定长剪切交流伺服系统控制设计

沈阳理工大学学士学位论文PAGEPAGE45摘要定长剪切控制是工业应用中常见的问题，原料的定长切割作为生产线所必需的一道工序，其自动化程度和精度对整条生产线的产量和成品质量以及原料的利用率都起着重要的作用。本文在分析和研究了定长剪切控制和可编程控制器的应用现状后，提出了基于PLC的定长剪切控制系统。定长剪切控制系统的核心是运动控制。该系统采用了西门子S7-200PLC，以交流伺服驱动器控制锯车运动，提高了剪切的精度与可靠性。文中在分析控制要求的基础上，详细论述了相关数学模型的建立、PLC外电路的设计、人机交互界面的设计以及PLC控制程序的设计。其中的数学建模主要包括启动残长计算、实时速度和实时长度计算以及交流伺服电动机多段速度曲线的控制模型。PLC控制设计的重点是程序结构设计、高速计数脉冲的读取、交流伺服电动机的线性加减速控制以及基于PLC的PTO功能的高速脉冲输出控制。本系统主要的模块有人机交互模块和运动控制模块。在人机交互模块中显示器件采用LCD触摸屏，操作简单、界面友好。运动控制模块中主要的工作是交流伺服电机的脉冲发送、方向控制以及输入输出信号的处理等。系统控制灵活可靠，编程简洁。关键字：定长剪切；PLC；交流伺服；人机交互AbstractConstantlengthcutcontroliscommoninindustrialapplicationanditisanimportantprocedureintheproductionline.Thedegreeofautomatistandprecisionofconstantlengthcutofrawmaterialplayanimportantroleinimprovingtheyieldofthewholeproductionline,thequalityoffinishedproductsandtheutilizationofrawmaterial.Inthisthesis,IanalyzethecurrentsituationoftheapplicationofConstantlengthcutcontrolandProgrammablecontrol,andthenintroduceasystembasedonPLCconstantlengthcutcontrol.Thecoreofconstantlengthcutcontrolsystemismotioncontrol.Inthissystem,IadoptSiemensS7-200PLC,controlingtheSawcarmovementwithAcservodrive，whichimprovetheaccuracyandprecisionofthecut.Basedonanalyzingtherequirementofthecontrol,IillustratethefoundationofrelatedmathematicalmodelandthedesignofPLCexternalcircuit,MSMMIandPLCcontrolprogramindetails.Amongthese,mathematicalmodelexecutescalculationofstartingresiduallong,real-timespeedandreal-timelength,aswellascontrolmodelofmulti-stagespeedcurveofACservomotor.ThekeypointofPLCcontroldesignisthedesignofprogramdesign,thereadofhigh-speedcounterpulse,thelinearaccelerationdecelerationcontrolofACservomotorandhigh-speedcounterpulseoutputcontrolbasedonPLCwithPTOfunction.Man-machineinteractivemoduleandMotioncontrolmodulearethemainmodulesinthesystem.Intheman-machineinteractivemodule,LCDtouchscreenisappliedforitssimplicityofoperationandfriendlyinterface.Andtheprimarychoreofmotioncontrollocatesinthepulsetransmission,directioncontrolandsignalproceedingofinputandoutputofACservomotor.Thecontrolofthesystemisreliableandflexiblewithconciseprogram.Keywords：Constantlengthcut；PLC；ACservomotor；Man-machineinteractivemodule目录1绪论 11.1定长剪切系统的国内外发展现状 11.2PLC的概述 21.3本课题的来源及意义 21.4任务分析 31.5总体的设计方案 32数学模型的建立 52.1启动残长的计算 62.2实时长度的计算 72.3加速度的转换计算 73人机交互界面设计 93.1人机交互系统的意义 93.2触摸屏的选择 93.3界面的设计 104PLC与交流伺服驱动器的选型 125外电路与气动回路设计 135.1系统外电路设计 135.2锯车气动回路设计 136PLC控制程序设计 156.1PLC端子分配图 156.2主程序设计 166.2测速子程序设计 166.3计算子程序设计 186.3.1实时长度的计算程序设计 186.3.2启动残长计算子程序设计 196.3.3加速度转换计算子程序设计 206.4加速追踪子程序设计 216.5执行子程序设计 246.6返回零点子程序设计 256.7自动运行子程序设计 266.8模拟运行子程序设计 276.9手动运行子程序设计 28结束语 30致谢 31参考文献 32附录A英文原文 33附录B中文翻译 411绪论本章首先对PLC的应用现状及定尺飞锯的发展现状进行了简要的分析介绍，之后引出了本课题的研究意义，并对本文的主要内容做出简要概括。1.1定长剪切系统的国内外发展现状在线定长切割系统是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，它必须保证在不影响轧制线正常生产的前提下，将连续延伸的型材、管材在线动态切割成要求的长度、并要保证一定的定长精度。这一课题一直是冶金企业、机械工业及科研院所致力于解决的难题。于是出现了各种各样的定长切割系统，在高频制管行业通常称为定尺飞锯。飞锯的同步驱动方式一般有气动式、液动式、直流（交流）电机驱动方式等，控制方式一般有继电一接触器控制、单片机控制、PLC控制等。国内近年来比较主流的三种飞锯控制方案性能对比见下表1.1所示。表1.1飞锯控制系统控制方案[1]控制方案精度/mm精度控制因素夹具夹紧方式钢管表面质量稳定性抗干扰小车驱动应用继电器接触器控制±50时间继电器灵敏度动夹紧硬接线不好低气缸驱动逐步淘汰微机控制±5测速辊采样周期静夹紧软接线较好较高电机驱动齿轮传动广泛/研发中PLC控制±5码盘采样周期动夹紧软接线好高电机驱动气缸驱动较广泛之前一直使用机械定尺剪切，精度控制相当困难，国内80年代推出了微机控制定尺飞锯，主要为Z80单板机控制的，这种飞锯的锯车采用低惯量的电机齿条传动，有电气调速系统。控制系统还是多年前得老产品。加装了单板机系统的飞锯比前代产品性能有了提高，但单板机电路元件分离整个控制系统的电路布线复杂，使用多年的飞锯折本还会出现抗干扰性差，定尺精度下降，故障率高等问题，经常延误用户生成。进入90年代，国外最新的飞锯产品在控制系统上已经淘汰Z80单板机，采用高性能单片机或带有PID模块的PID控制系统，同时将电气调速系统的模拟调节器融入软件，即飞锯控制系统全数字化。国内飞锯控制系统正在逐步淘汰Z80单板机，向用高性能单片机为主的控制系统发展，控制系统部分采用PID调节，电气调速系统仍以应急按电路实现。1.2PLC的概述PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，是一种以计算机为基础的专用控制装置，专为工业环境下应用设计。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式输入输出，控制各类机械和生产过程。可编程控制器和它的有关设备，应按易于和工业控制系统连成一体，并易于扩充功能的设计原则。[2]利用PLC作为该定尺剪切系统的控制器，是考虑到其控制的编程简洁性，与伺服系统的易连接性，对外环境的要求较低，并且价格低廉。1.3本课题的来源及意义本课题根据实际生产的需要来进行设计的。目前在实际生产中使用的飞锯机种类繁多，由于它们各自具有自身的特点，所以应用在各种不同的工作场合。在连续式轧制生产作业线上，机械定尺的飞锯机已经不能满足生产的精度要求，由于其生产效率过低，已经在连续生产线上逐步退出，而高精度，高效率的随管剪切控制系统应运而生。随着现代话钢材生产的品种不断增加，要求轧钢生产想高速、连续化生产方式发展的今天，飞锯机的需求不断增加，自然而然对飞锯机的设计和制造质量提出了更高的要求由于是在运动中对轧件实施剪切，本文中就介绍了基于PLC的钢管随管定尺剪切交流伺服控制系统，仅从上面所述来看，对钢管定长剪切的系统研究具有重要的理论意义及研究价值。1.4任务分析通过对课题的初步分析，在线切割要求钢管连续行进，脉冲编码器与测速辊同轴连接，测速辊每转一周脉冲编码器发出固定值得脉冲数，这一脉冲信号经PLC采集并处理后作为求出钢管的长度，通过运算得出钢管的速度并显示。当残长（钢管剩余长度）达到启动残长时，PLC送出给定信号，锯车开始以等加速追踪钢管，当速度与管速相等时启动落锯-锯切-抬锯过程完成锯切，然后返回原位等待下次启动信号。设定长度，锯车加速度由人机交互系统触摸屏输入，经过计算转换存入PLC备用。锯车的工作循环是严格按照一定的时序动作的，如果有个一个环节出现差错，都将导致工作的失败：轻则节拍时空，重则打锯片，因此，严格各时序的发生将是非常重要的。1.5总体的设计方案系统设计有两个脉冲编码器，一个与钢管测速辊同轴连接用于测量钢管位置与管速，另一个测量锯车的位置与速度，分别用高速脉冲计数器HSC0与HSC1将脉冲送入PLC。锯车的脉冲输出由PLC的PTO（高速脉冲输出）完成。系统共设计了三种工作模式：自动运行模式、模拟演示运行模式、手动运行模式。自动运行模式即为工业生产中的工作模式，有脉冲编码器测得管速，由管速，加速度计算启动残长，当实时长度等于启动残长时启动锯车追踪管速，达到追踪目的启动执行程序，锯切完成时返回零点等待下次启动。该模式的流程图见图1.1。模拟演示模式用于检测教学用，其管速非编码器测得，而由外部输入，然后又输入的管速，加速度计算实时长度，直接启动锯车（因为不用计算启动残长），并进行空锯锯切过程。手动模式用于维修排障时用，点“手动正冲”时锯车正向运行并直接追踪管速，执行锯切直至减速至零。点“手动反冲”时锯车反向回零位（调用返回子程序）。图1.1自动模式流程图2数学模型的建立锯切小车在一个锯切过程中需要经过等待、加速追踪、同步运行并执行、同步运行、减速停止和反向回原点等运动，如图2.1所示。等待段OA，飞锯车静止在零位，当产品相对于锯车的伸出量达到启动值时，PLC发出脉冲指令，是飞锯车以固定加速度启动进入追踪段。追踪段AB，锯车以恒定加速度追踪管速，直至达到管速进入同步段。同步段BC，锯车夹紧钢管保证同步，并进行执行过程落锯，锯切，抬锯。正向减速段CD，PLC接到锯切完成的信号后，通过发送减速脉冲，是锯车减速停止，直至速度降至零。反向运行段D~G，通过记录上次锯切过程的全程脉冲进行精确的三段管线设置使锯车返回至零位准备下次锯切。图2.1锯车的运动过程2.1启动残长的计算在这里，数学模型的关键所在是启动残长的计算，也就是当钢管端面超过锯车零位多少时启动锯车，当锯车按照既定的加速度追踪至管速时，锯车前的长度正好等于需要的设定长度L0。[3]我们以E表示启动残长也就是当飞锯启动是钢管已经移过锯口得距离，在飞锯启动过程中，钢管以速度VG运动，设B为飞锯启动过程中（加速过程）钢管运动距离超过飞锯运动的距离的值，L0为设定长度，则当飞锯加速到与钢管同步时，应存在如下关系：L0=E+B（2.1）数学模型如图2.2所示。图2.2数学模型示例图中粗虚线为启动残长E，在这时启动锯车，锯车行进s2时，钢管行进vGt达到下面的情况，此时锯车前端的距离正好为设定长度L0。设要求的飞锯的加速度为a，则开始启动并加速达到与钢管速度相同是飞锯运行的距离为：s=（2.2）如图2.2所示飞锯的距离相当于图中三角形的面积，而钢管则移动了如图中矩形面积的距离，即2s，所以上面提到的B=2s-s。所以要求E=L0-s时，即当钢管超过锯车E=L0-s时锯车以a加速追踪钢管，正好在钢管超过锯车L0时加速至与钢管同步，综合式子2.1、2.3得出：（2.3）图2.3钢管移动距离与锯车移动距离的关系由于其中的各单位如下：设定长度L0（mm）、锯车加速度a（m/s2）、钢管管速VG（mm/s）。将量纲单位统一后得到如下式子：（2.4）2.2实时长度的计算在工作过程中需要将钢管伸出锯车长度实时的显示在人机交互界面上，我在这里设定的是在抬锯信号到位时将管脉冲内数值清零，这是钢管已经伸出飞锯锯口s的长度了，这个s是表示上次切割过程中锯车移动的总距离，所以实时长度的表达公式如下式表示：（2.5）其中：L：实时长度，mm；s：上次锯切的全程长度，mm；m：锯车的脉冲当量，mm/脉冲；n：脉冲计数器的当前值。2.3加速度的转换计算在PLC的PTO多段速度管线包络表中需要的加速度形式为周期增量形式，单位应该为，而通过人机界面输入的加速度应为物理加速度a，单位为mm/s2。需要将这个加速度转换成。我们进行下面的运算：通过测速程序测得的管速VG（m/s）除以m（脉冲当量）得到以频率表示的速度（HZ），取倒数得到周期表示的速度（s）。通过VG与加速度（m/s2）计算得到加速过程的距离如式子2.2所示：将这个距离除以脉冲当量m,得到加速过程中的脉冲数量m1，由上面的周期形式表示的管速除以这个m1得到的就是要求的脉冲增量形式的加速度。这将在后面的计算程序中进行详细计算。3人机交互界面设计3.1人机交互系统的意义人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动`，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如:自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机的出现，触摸屏的应运而生无疑是21世纪自动化领域里的一个巨大的革新。3.2触摸屏的选择MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单的控制PLC的设备，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求。日益成为现代工业必不可少的设备之一。在本系统采用了MT500触摸屏做人机交互系统。3.3界面的设计在触摸屏的设计中需要将各显示元件的地址对应到PLC的相应单元，比如说：速度显示缓冲区应为VD30双字单元。具体的各个显示单元与PLC单元的对应，如表3.1所示。表3.1人机显示单元与PLC单元的对应关系人机显示PLC对应单元管脉冲SMB38实时管速(m/s)VD30加速度(m/s2)VD50实时长度VD80设定长度VD90模拟运行模式选择M3.1启动M3.2停止M3.3自动模式选择M3.0前次运行全程脉冲VD120在画面中需要下列显示单元：加速度得输入，设定长度的输入，实时速度的显示，实时长度的显示，完成的数量，自动运行与模拟运行的选择，启动、停止开关，输入用小键盘。设置过程与模拟显示如图3.1、图3.2所示。图3.1设置过程中的人机界面图3.1人机交互自动运行画面4PLC与交流伺服驱动器的选型运动控制器+伺服驱动器+伺服电机的控制系统，其中的运动控制器可以使PLC，单片机，也可以是专用的定位控制单元或模块。综合考虑PLC控制性能与成本我们在这里选用了西门子S7-200PLC，伺服驱动器选用较为常用的三菱的MR-J2S-100A，伺服电机采用与伺服驱动器相配套的三菱伺服电机[4]。伺服驱动器的连接如图4.1所示。图4.1PLC与伺服驱动器的接线5外电路与气动回路设计5.1系统外电路设计该系统利用三个编码器组成闭环控制系统，其中编码器1用于检测钢管的运行状态，包括钢管的行进距离与行进速度的测量，用于计算启动长度与实时长度，编码器3同时用于检测锯车的运行状态，用于确定锯车的行进位置与检测锯切长度，编码器3位于伺服电机的尾端，用于确定电机的速度也就是锯车的速度控制。其中编码器3反馈至PLC组成位置环，编码器3反馈至伺服驱动器组成速度环，具体的伺服系统如图3所示.[5]。图5.1控制系统5.2锯车气动回路设计执行回路中可以利用液压回路与气动回路，考虑到液压回路环境不好，容易将液压油泄露，并且液压回路的反应相对气压回路较为不灵敏，所以综合考虑这里用了气动回路，利用三位五通电磁换向阀控制气路换向。气动回路位于执行部分，用于控制锯车的夹紧、松夹、落锯、抬锯。我们利用电磁继电器控制换向阀，由PLC输出信号Q0.3~Q0.6分别控制夹紧、松夹、落锯、抬锯。由于需要夹紧与松夹用的是一个气缸，所以我们这里选用了双向气缸。气动回路如图5.2所示[6]图5.2执行部分气动回路6PLC控制程序设计6.1PLC端子分配图在进行程序设计之前，需要将PLC的各个端子分配给各个输入输出量。经过分析，我们需要的输入量有下面的几个：HSC0的脉冲输入、HSC1的脉冲输入、启动信号、停止信号、抬举信号、自动运行模式选择、手动运行模式选择、模拟运行模式选择、落锯信号、手动正冲输入、手动反冲输入，PTO脉冲输出、方向控制、启动锯片、夹紧、松夹、落锯、抬锯。具体的端子分配如图6.1所示。图6.1PLC端子分配图6.2主程序设计主程序主要负责对各种工作模式的选择包括：手动运行，自动运行，模拟运行。程序梯形图如图6.2所示。选择不同的工作模式，由主程序调用相应的子程序。[7]图6.2主程序梯形图6.2测速子程序设计测速子程序主要负责对钢管管速的测量，运用S7-200的高速计数模块HSC每隔5ms查询一次HSC当前值，并做差后除以5ms即为当前脉冲速度（脉冲/ms）将这个值乘以1000×m（脉冲当量）即为当前管速（m/s）。具体的程序梯形图如图6.3所示。有两个临时寄存器VD100及VD104，分别寄存5ms前后的HSC当前值。T32延时5ms后从当前值寄存器SMD38中取出新的当前值至VD104，将此两值做差，并除以5ms。得到的是脉冲速度（/ms），将这个脉冲速度乘以脉冲当量，并转换成s的量纲，得到的就是单位为（m/s）的速度。图6.3测速子程序梯形图6.3计算子程序设计计算程序主要负责对系统内各参数的计算，包括实时长度，启动残长，加速度转换。6.3.1实时长度的计算程序设计按照第三章中数学模型中的计算实时长度由下式表达[8]：（6.1）式中：s：上次锯切过程中的锯车运行全距离（mm），存于VD120单元。m：该系统的脉冲当量，n：管脉冲当前值。是系统特殊寄存器SMB38相应的程序梯形图如图6.4所示。图6.4实时长度计算子程序6.3.2启动残长计算子程序设计依照第三章中的数学模型中的计算启动残长由下式表达[7]：（6.2）式中：L0：钢管设定长度（mm）存入PLC的VD90单元；v：由编码器测得的管速（m/s）存入PLC的VD30；a：由外部输入的加速度（m/s2）存入PLC的VD50。相应的程序梯形图如图6.5所示图6.5启动残长计算子程序6.3.3加速度转换计算子程序设计由外部输入的加速度值量纲为m/s2但在追踪过程中需要以周期增量存在的加速度，所以在此需要将加速度进行转化具体的转化过程如下：通过测速程序测得的管速VG（m/s）除以m（脉冲当量）得到以频率表示的速度（HZ），取倒数得到周期表示的速度（s）。通过VG与加速度（m/s2）计算得到加速过程的距离如式子2.2所示。将这个距离除以脉冲当量m,得到加速过程中的脉冲数量m1，由上面的周期形式表示的管速除以这个m1得到的就是要求的脉冲增量形式的加速度。相应的程序段如图6.6所示。图6.6转换加速度程序段程序中VD108中存储的内容为脉冲速度（脉冲/s），如测速子程序中所述。最终VD54中存储的便是以周期增量表示的加速度。在该程序中还对加速脉冲长度进行计算用于PTO多段管线包络表的编写并通过异或逻辑运算计算了反向加速度用于减速控制。在这个程序中还对输入的加速度进行去相反数操作，用于正向减速与反向减速。由于这里都是带符号的整数，最高位为符号位，我们只要将最高位更改即可，我在这里用加速度寄存器与16进制的8000进行异或运算。见图6.7图6.7加速度换向程序段6.4加速追踪子程序设计这是整个控制系统的关键部分，运用S7-200的高速脉冲功能控制锯车通过设定好的加速度追踪管速，并在追踪达到时启动执行程序锯切钢管，锯切过程完成后锯车减速至速度为零等待返回零点。该程序不能简单运用PTO多段管线的包络表编程，因为在追踪过程结束时要启动执行程序，而且匀速过程的长度不是事先已知的，无法编写包络表，所以程序中将各个过程分开并通过几个中间记忆单元（如m0.5,m0.6,m0.7）与中断程序进行进程转换。第一段为加速过程通过上面加速度计算程序中的过程，已经有了加速的脉冲长度，脉冲周期增量，与末速度。满足PTO包络表的条件，设置中断程序INT_0连接19号事件，等待脉冲输出完成信号，进入中断，在中断服务中将匀速过程使能信号M0.5置位。具体的程序梯形图如图6.8，6.9所示。而在匀速过程中，由于结束信号应为锯切执行程序中的抬锯信号I0.3，不能事先知晓脉冲长度，所以在包络表的脉冲长度中设置了一个足够长的脉冲串，保证在抬锯信号使能前锯车能够一直匀速前进。见图6.10在模拟运行子程序的主体部分，在抬锯信号有效时会给M0.5复位。保证程序的可靠连续性。见图6.10。图6.10匀速过程的包络表图6.11复位M0.5在正向减速段所使用的加速度大小与加速过程中的加速度相同仅方向相反，所以其脉冲长度与加速过程中相同，可以借用加速包络表，PTO输出完成后激发中断INT_1。在中断中将回零点信号M0.6置位，并用M0.6的常闭触点关闭正向减速网络。如图6.12所示。图6.8加速子程序段图6.9中断INT_0图6.12中断INT_16.5执行子程序设计控制锯片的动作，执行切割过程：启动锯片延时10ms，夹紧钢管，落锯，落锯到位信号使能后松夹并抬锯。严格按照上述的时序执行，采用“启——保——停”电路[5]。执行程序的具体梯形图如图6.13所示。图6.13执行子程序6.6返回零点子程序设计由于在正向过程中已经知晓匀速与加减速过程的脉冲长度，所以在返回子程序中需要填写标准的包络表。包络表程序见图6.14。当执行程序过程中抬举到位信号I0.3使能，则进入该程序，通过改写包络表内容，改变锯车的控制信号。使锯车按照预定的运动状态返回至零点，为编程简洁起见，这里的加速减速加速度与追踪过程中的加速度保持一致，即返回过程是追踪过程的反演。具体的程序梯形图如图6.14所示。图6.14返回子程序6.7自动运行子程序设计一种程序的运行模式，由主程序分支调用，在该程序中对HSC0，HSC1进行初始化，如图6.15所示。判断是否首切，若为首切的话则直接启动追踪程序进行首次切割，切料为废料，然后从新开始计算管脉冲，判断是否达到启动长度，并在适当的时候调用追踪子程序，通过锯切完成信号调用返回子程序。图6.15自动运行子程序中的对HSC初始化的程序段利用一个比较指令判断实时长度寄存器的内容与启动残长寄存器里的内容是否一致，当一致时调用追踪程序，程序段如图6.16所示。其中VW12为切割个数寄存器，该寄存器在每次抬锯信号到位时（一次切割完成），自加一。在这里我们借用其作为首切标志，当其中内容为零时表示这是首切，应该直接调用追踪程序，其他不为零的情况则表示正常作业中。需要判断残长才可以追踪。图6.16判断是否达到启动残长的程序段6.8模拟运行子程序设计另一种运行模式，由主程序调用执行，该程序中的管速来源不是测速子程序，而是通过外部旋转钮直接输入的，直接调用追踪程序，以这个“管速”追踪，并完成锯切过程，用于模拟演示用途。由于除了管速的来源不同外，其他的控制要求应该与自动模式相同，所以相应的程序如图6.17所示图6.17模拟运行子程序6.9手动运行子程序设计另一种运行模式，由主程序调用执行，手动程序有两个手动触点：手动正冲和手动反冲。具体的控制要求如下：按动手动正冲按钮，锯车正向追踪管速，通过按动手动夹紧、手动落锯、手动松夹、手动抬锯来执行锯切过程，送开手动正冲按钮，则减速至零；按动手动反冲按钮，程序调用返回程序，使锯车返回零点。我们在追踪子程序中设置了选择触点，当I0.5（手动模式选择）有效时，关闭其他回路，追踪程序只为手动服务。如图6.18所示图6.18手动模式的相应触点在追踪子程序中的位置与作用在执行手动程序中需要手动点动锯切过程各个开关执行各动作。具体的手动程序如图6.19所示。图6.19手动运行子程序结束语经过三个月的学习和工作，完成了基于PLC的钢管定长剪切交流伺服系统的设计。在这个系统设计中，我完成了以下工作：1：对锯车的运动建立了相关的数学模型，计算了启动残长，加速度转换，实时长度计算；2：设计了PLC的外电路连接以及交流伺服系统的设计；3：设计了人机交互系统，做出了人机交互触摸屏界面：4：设计了系统的各部分的PLC程序，共包括主程序、自动运行程序、模拟运行程序、手动运行程序、测速程序、计算程序、加速追踪程序、返回程序、以及三个中断服务程序。该系统能完成实时测量管速；实时显示管速与实时长度；自动追踪管速，自动完成锯切工作；模拟运行追踪管速，用于演示示例；手动分步工作。运用了控制部件+交流伺服驱动器系统，较于市场上的机械定尺飞锯会更加适合于批量生产。采用伺服电机编码器反馈至驱动器的闭环系统，更加能够满足生产中对精度的高要求，并且相对于PC控制的超高精度的定尺锯切设计，PLC控制更加经济性，可以满足一般以及部分高精度工厂作业。致谢在毕业设计期间，无论是确定工作方案、收集资料还是撰写论文，我都得到了陈白宁老师的全力帮助和耐心指导。陈老师学识渊博、治学严谨、平易近人，是我们学习和生活的榜样，在此我特向陈老师表示最崇高的敬意和由衷的感谢。大学几年的生活转眼就要结束了，这几年是我人生中最重要的学习时间。在大学的校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，也学到了终身受用的学习知识和积极的生活态度，通过对课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益非浅。母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩。各位老师的悉心授课使我对机电一体化专业有了更多、更丰富的认识，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。此时此刻，我要感谢机电专业的全体老师几年来对我的指导和帮助，他们广博精湛的学识，严谨的治学态度使我得到的不仅是知识，还有他们对知识孜孜不倦的追求精神及做人的品质，这将使我终身受益，尤其是对陈老师表示由衷的感谢。陈老师在百忙之中对我的设计给予了细心的指导和耐心的指导，她在学术上精益求精、一丝不苟的精神和工作上严谨求实的作风，以及忘我的学习态度给我留下了深刻的印象。另外在设计过程中还得到了周围同学的大力帮助，在此表示感谢，我将在以后的工作中不断努力学习，在不久的将来成为一名优秀的技术人才。最后再次感谢母校对我的栽培和陈白宁老师对我在设计上的帮助和支持。参考文献[1]隋振有、隋凤香.可编程控制器应用解析.2006第一版.中国电力出版社。2006[2]程宪平.机电传动与控制.华中理工大学出版社，2001.12[3]熊有伦.机器人技术基础.华中理工大学出版社，1996.08[4]唐文彦.传感器.机械工业出版社，2006.07[5]左健民.液压与气压传动.机械工业出版社，2007.05[6]陈白宁,段志敏，刘文波.机电传动控制基础.东北大学出版社，2008.09[7]龚仲华.S7200/300/400PLC应用技术通用篇.人民邮电出版社，2007.06[8]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护.机械工业出版社，2008.03[9]成大先.机械设计手册（第五版）第一卷.化学工业出版社，2007.11[10]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2002.11[11]郭洪红.工业机器人技术.西安电子科技大学出版社，2006.04[12]谢存禧，张铁.机器人技术及其应用.煤炭工业出版社，2004.03[13]蔡春源.机械零件设计手册（第三版）.冶金工业出版社，1994.11[14]王孝华，陆鑫盛.气动元件.机械工业出版社，1991.12[15]成大先.机械设计手册（第五版）第五卷.化学工业出版社，2007.11附录A英文原文PLCtechniquediscussionandfuturedevelopmentAlongwiththedevelopmentoftheages,thetechniquethatisnowadaysisalsograduallyperfect,thecompetitionplaysmoremorestrong;theoperationthatlistdependstheartificialhasalreadycan'tsatisfiedwiththecurrentmanufacturingindustryforeground,alsocan'tguaranteetherequestofthehigherquantityandhighnewtheimageofthetechniquebusinessenterprise.Thepeopleseeinproducepractice,automatebroughtthetremendousconvenienceandtheproductquantitiesforpeopleupofassurance,alsoeasedthepersonnel'slaborstrength,reducetheestablishmentonthepersonnel.Thetargetcontrolofthehardrealizationinmanycomplicatedproductionlines,wholeandexcellentturn,thebestdecisionetc.,well-trainedoperationwork,technicalpersonnelorexpert,governorbutcanjudgeandoperateeasily,canacquirethesatisfiedresult.Theresearchtargetoftheartificialintelligencemakesuseofthecalculatorexactlytocarryout,imitatetheseintelligencesbehavior,moderatingtheworkthroughperson'sbrainandcalculators,withthemodethatperson'smachinecombine,forresolvetheverycomplicatedproblemtolookforthebestpath.Wecomeinsightofthecontrolthatlinksaftertheelectricappliancesinvarioussituation,thatisalreadythethattimegenerationpast,nowofafteruseinthemoldaperhapssimpleequipmentsofgrass-rootscontrolthattheelectricappliancescandoforthelowlevelonly;AndthePLCemergencealsobecametheepoch-makingtopic,addingthevividsoftwarecontrolthroughaveryandstablehardware,makingtheautomationheadforthenewhightide.ThePLCbiggestcharacteristicsliein:Theelectricalengineeringteacheralreadynolongerelectrichardwareuptoomanycalculationsesofcost,aslongasordertheimportationthatthebuttonswitchortheimportationofthesensorsordertolinkthePLCupcansolveproblem,passtooutputtoordertheconjunctioncontactmachineorcontrolthestartequipmentsofthebigpoweraftertheelectricappliances,buttheexportationequipmentsdirectconjunctionofthesmallpowercan.PLCinternalcontainmenthavetheCPUoftheCPU,andtaketohaveanI/Oforexpandofexteriortoconnectapeople'saddressandsavingmachinethreebigpiecestoconstitute,CPUcoreisfromanormanyistiredtoaddthemachinetoconstitute,mathematicsthattheyhavethelogicoperationability,andcanreadtheproceduresavethecontentsofthemachinetodrivethehomologoussavingmachineandI/Ostoconnectafterpassthecalculation;TheI/Oaddinnerpartistiredtheinputandoutputsystemofthemachineandexteriorlink,anddeposittherelateddataintotheproceduresavingmachineordatasavingmachine;ThesavingmachinecandepositthedatathattheI/Oinputinthesavingmachine,andinworkadjustingtobecometiredtoaddthemachineandI/Ostoconnect,savingmachineseparatelysavingmachineRAMoftheproceduresavingmachineROManddatas,theROMcancandodepositofthedatapermanenceinthesavingmachine,butRAMonlyfortheCPUcomputesthetemporarycalculationusageofhourofbufferspace.ThePLCanti-interferenceisveryandexcellent,ourrootneednotconcernitsservicelifeandtheworksituationbad,theseallproblemshavealreadynolongerbecomethetopicthatwefail,butstaytoourisaconcerntocometointernalresourcesofmakeuseofthePLCtostrengthenthecontrolabilityoftheequipmentsforus,makeourequipmentsmoregentle.PLClanguageisnotweimagineofeditcollectedmaterialsthelanguageorlanguageofCstocarryonweavingthedistance,butthetrapezoiddiagramthattheadoptionisoriginalaftertheelectricappliancestocontrol,maketheelectricalengineeringteacherwhileweavingtowritetheprocedureveryeasycomprehendedthePLClanguage,andalotofnon-electricityprofessionalalsoveryquicklyknowandgodeepintotothePLC.IsPLConeoftheadvantageaboveandonly,thisisalsoonepartthatthepeoplecomprehendmoreandeasily,inalotofequipmentses,thepeoplehavealreadynolongerhopedtoseetoomanycontrolbuttons,theydamagenotonlyandeasilyandproducetheartificialerroreasiest,smallisnotamainerrorperhapsyoucanstillaccept;Butleadevenisafatalerrorgreatlyiswhatwecan'tistolerantof.Newtechniquealwaysforbringingmoresafeandconvenientoperationforus,makewealotofproblemsforfaceonsweepbutlight,doyouunderstandtheHMI?SaystheHMIhereyoubasicallynotclearwhatitis,alsohavenointerestunderstanding,changeoneinsidetextexplainsitintothetouchtoholdorman-machineinterfaceyouknew,itcombineswiththePLCtoourlargerspace.HMIthecontrolnotonlyonlyisreducedthecontrolpressbutton,increasethevividofthecontrol,moremainofitiscansequenceof,andatcanthechangedatainputtooutputthefeedbackwithdata,controlinthetemperaturecurveofimitatebutalsocankeepthemanifestationofviewtocomeout.Andcanwritethefunctionhelpprocedurethroughaplaittoprovidethehelpofvariouswhatliesinone'spower,theonewhomakeoperatereducestheotioseerror.CurrentlytheHMIfactoryisalsomoreandmore,thefunctionisalsomoreandmorestrong,thepriceisalsomoreandmorelow,thenoodlesoftheusagearewidemoreandmore.TheHMIforegroundcansaythatthink°tobegoodvery.Atalotofsituations,thelistisisasmoothmovementthatcan'tguaranteetheequipmentsbythecontrolofthesinglemachine,butpasstheinformationexchangesoftheequipmentsandequipmentstoattaintheresultthatwewant.Forexampleforepackandtheexaminationoftheempressworkpreface,wewillarrivewrappinginformationfeedbacktoexaminetheplace,andexaminetheinformationoftheplacetoalsowantthefeedbacktopacking.Passtheinformationsharethustomakeboththechainconnect,becomingatotalbody,thematchofyourthatthusmakeismoreclose,ateachotherattaintoreflecttheresultthatmutuallyflick.ThePLCcorrespondencehasalreadycomemoremorebodynowitsvalue,atthePLCandcorrespondencebetweenPLCs,canpassthecommunicationoftheinformationandtheshareofthedatastoguaranteethatoftheequipmentsmoderatesmutually,theresultthatarrivealreadytorepairwitheachother.DataconversiontheadoptionRS232betweenPLCconnecttocometothetransmissiondata,buttheRS232pickupapeopleandcanguarantee10metersonlyofdeliverthedistance,ifinthedistanceof1000meterswecanpasstheRS485tocarryonthecorrespondence,thelongerdistancecanpasstheMODELonlytocarryondeliver.ThePLCdatatransmissionisjusttobecalledaformtoitinapieceofandcontinuousaddressthatthedataoftheinnerpartdeliverstheotherparty,we,thePLCoftheotherpartypassestoreaddatainthewatchtocarryontheoperation.Ifthedatathatdatainthewatchisatoestablishgenerally,thatisjustthegeneraldatatransmission,forexampletodayofoilpricerise,Iwanttodeliverthepriceoftheoilpricetolosetheoilallyonboard,thatistheshareofthedata;ButtakedatainthewatchforaninstructionprocedurethatcontrolsthePLC,thathadthedifficultyverymuch,forexampleyouhavetocontrolonepedestalrobottopresstheactionworkthatyouimagine,youwilldrawupforittheformthataprocedurecombinewiththedatasendsouttopassby.Theformthatinformationtransportcontainsinglework,thehalfaworkandthedifferenceofaworkses.Themeaningofthesingleworkalsoistosayboth,acansendoutonly,butacanreceiveonly,forexampleaspyhecanreceivethedesignationofthesuperioronly,butcan'tgivethesuperiorreply;Aworkofhalfisalso2andcancansendoutsimilartoacceptthedata,butcan'tsendoutandacceptatthesametime,forexamplewhenyoumakeaphonecallistocan'tanswerthephone,theotherpartyalso;Butwholepairworksisbothcansendoutandacceptthedata,andcansendoutandacceptatthesametime.BeliketheInternetisatypicalexample.Theprocessthatinformationtransportalsohassynchronousanddifferentstepcent:Thedatalineandtheclocklinesaresynchronouswhensynchronousmeaninglieinsendingoutthedata,isalsothedatasignalandtheclocksignalstobecarryonbytheCPUtosendoutatthesametime,thisneedstoallwantthespecializedclocksignaleachothertocarryonthetransmissionandconnecttosend,andisconstrained,thecharacteristicsofthiskindofmethodliesinitsspeedveryquick,butcorrespondworktimeoftakeuptheCPUandalsowanttobelongoppositely,atthesametimethetechniquedifficultyalsoverybig.Itsrequestliesincan'tinghaveanerrormarginsinadatasdeliver,otherwisethewholepieceaccordingtocomparetheoccurrencemistake,thisonthehardwareisabiggerdifficulty.Appliedmoreandmoreextensiveinsomeappropriativeequipmentses,beliketheappropriativemedicaltreatmentequipments,thenumericalsignalequipments...etc.,incomparetheonedatadeliver,itsresultisverygood.Andthedifferentstepisanapplicationthemostextensive,thisreceivebenefitinitoftechniquedifficultyisoppositeandwanttobesmall,atthesametimenotneedtopreparethespecializedclocksignal,itscharacteristicstoliein,itsdataispartition,thelong-lostsendoutandaccept,betheCPUistoobusyoftimecangrindtoastopsextowork,alsoreducedthedifficultyonthehardware,thedatathrowtoloseatthesametimeoppositewanttobelittle,wecanpasstheexaminationofthedatatoobservewhetherthedatathatwesendouthasthemistakeornot,belikestrangeaccidentallythemethod,tiredadditionandeightefficaciesmethodetc.,canusetohelpswhetherthedatathatweexaminetosendouthaveornotthemistakeoccurrence,passthefeedbacktocarryonthediscriminator.Alineoftransmissionoftheinformationcontainastringofandcombinethecentof:TheusualPLCis8machines,certainlyalsohaving16machines.Wecanbeanatthetimeofsendingoutthedataasendouttotheotherparty,alsocanbe88sendoutthedatatotheotherparty,anand8differentiationsesarealsotheasthatwesaytosendoutthedataandcombinesendsoutthedata.Aspeedismoreandslowly,butaslongas2orthreelinescansolveproblem,andcanusethetelephonelinetocarryonthelongrangecontrol.Butcombinetheosculartransmissionspeedisveryquickof,itisastringofoscularof25600%,occupytheadvantageintheshortdistance,theinviewofthefactTTLelectricityiseven,beinglimitedbythescopeofonemetergenerally,itcombineunwellusedforthedatatransmissionofthelongpull,thusthecostistooexpensive.Underalotofcircumstanceswearetotaltoliketoadoptthestringtocombinetheconversionchiptocarryondeliver,underthiskindofcircumstancenotneedustocarryontodeposittedthemachinetoestablishtooandcomplicatedly,butcarryonthedataexchangesthroughthedatatransmissioninstructiondirectly,butisnotaveryviablewayinthecorrespondence,becausethePLCo