基于ABPLC的多MPS零件加工工作站控制上下位机毕业设计

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1、 本科毕业论文（设计）基于AB-PLC的多种运行模式的零件加工工作站控制学 院 计算机与信息科学学院 专 业 自动化（控制） 年 级 2009级 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 _2013年 4 月 26日 目录1.引言 12.系统方案设计 32.1 由控制要求进行PLC选型与I/O配置 62.2系统软件设计 72.3对象仿真动画优化工具软件AutoCAD103.MPS加工站PLC程序设计 113.1 MPS工作站流程分析 123.2 各功能性模块控制要求的分析与其实现 133.3 RTO控制时序 203.4 传感器的分析与仿真 213.5 工作站多种运行模式的实现 244.本地服务器

2、的建立与通信 274.1 创建Configure Drivers 284.2 创建OPC Server 284.3 OPC通信与校验 295.组态监控界面 305.1 项目创建与基础设定 305.2 监控界面 325.3 演示动画 335.4 VB编程实现外部调用 396.试验验证与分析 396.1实验平台 396.2 验证步骤 406.3 实验结果与分析 417.结束语 42参考文献 43致 44基于AB-PLC的多种运行模式的零件加工工作站控制摘要：本文基于AB-PLC论述了Festo Didactic生产的模块化生产加工培训系统MPS(modular production system)

3、的生产加工单元具有多种运行模式的控制仿真设计。硬/软件配置分别选用了Rockwell Software公司Bul.1764 Micrologix1500 LSP Series C型号的PLC，在RSLinx建立的DH-485仿真通信驱动和OPC服务器通信的基础上，在RSLogix 500上编程，实现加工单元控制要求。用Rsemu500仿真PLC运行，还借助了VB和AutoCAD嵌入Rsview32制作气动控制仿真模拟。设计实现了加工单元多种运行模式的控制仿真。关键字：MPS系统；加工工作站；PLC；RSView32；The control of multi-controlpatterns MP

4、S systembased on PLC systemAbstract: The processing station we are using here is the MPS system prodducted by Festo Didactic.To accomplish The control of multi-controlpatterns MPS systembased on PLC system,we use RSLogix500 by Rockwell Software to build the simulation of the MPS system.The PLC progr

5、am is programed on the basis of the operating demands.Temporal logix chontrol is based on RTO logix control.OPC server is provided by RSLinx as the communication part and the human-computer interaction.Interface is founded on RSView32. According to the steps above , we simulated the multi-controlpat

6、terns MPS systembased on PLC system successfully.Key Words:MPS system; multi-control patterns; PLC; RSView3244 / 47引言模块化加工系统(MPS, Modular Production System)体现了机电一体化的技术实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，用户可根据身产需要选择设备组成单元的数量、类型，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械

7、技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感应用技术、PLC控制技术、组态控制技术、信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员处在一个非常接近于实际的教学设备环境，从而在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。1.1 MPS的基本组成多个单元组成的MPS系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。其中，每个工作单元都可以自成一个独立系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信

8、号来判断。(如图1.1所示)图1.1 多单元组成的MPS系统Fig.1.1 MPS system combined with muliti-stations在MPS设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质、物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要原则不同厂家的PLC。MPS设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对M

9、PS设备的控制。MPS模块化生产培训系统应用技术11.2 MPS加工工作站的基本功能MPS设备给学员提供了一个开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS作为一条自动生产流水线具有怎么样的操作运行模式等，学员都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，学员可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计和发挥。1.加工检测站单元如图1.2所示,有如下几部分组成：1)旋转工作

10、台旋转工作台模块主要是由旋转工作台、工作 台固定底盘、定速比直流电动机、定位块、电感式接近开关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。在转动台上有四个工位，用于存放工件。每个工位下面都有一个圆孔，用于光电传感器对工件的识别。电感式接近开关传感器用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。2)钻孔模块钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、夹紧气缸等组成。钻孔模块用于实现钻孔加工过程。在钻孔气缸的两端、夹紧气缸的两端都安装由磁感应式接近开关，分别用于判断两个气缸运动的两个极限位置3) 检测模块检测模块用于实现对钻孔加工结束的模拟检测过程。检测模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架与磁感应式

11、接近开关组成。图1.2 多运行模式的加工工作平台Fig.1.2 MPS system with muliti-control patterns2.系统方案设计可编程控制器(Programmable LogicController)简称PLC。它是一种新型通用的自动控制装。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、可靠性高、通用性好、编程方便、体积小、重量轻、设计、施工和调试周期短等优点，因此在工业控制方面的应用极为广泛。本次试验的仿真对象就是基于PLC程序运行的，因此本论文设计中，也是通过PLC程序的编写来对其运行流程和模式进行仿真，并通过仿真通

12、讯驱动来建立与组态软件的通讯。系统框图如图2.1.可编程序控制器技术与应用系统设计2PLC部分由PLC控制器，RSLogix500与仿真RSEmulate500组成。 PLC程序完成对时序控制和功能的实现。电机执行机构数据的存储、运算与输入输出。RSLinx作为通讯单元，主要由仿真驱动DH-485和OPC服务器组成。提供实现数据数据的交换与更新。 RSView监控界面提供实时运行动态以与操作的执行、参数和值的显示与赋予。图2.1 系统结构框图Fig.2.1 The framework diagram of system design RSView32 组态界面2.1 PLC选型与I/O配置2.

13、1.1 PLC选型设计所选用的PLC控制器型号是Bul.1764 Micrologix1500 LSP Series C（如图2.2），MicroLogix 1500 是一种由处理器和扩展输入输出模块组成的微型PLC系统，可随时按需对系统进行扩展，成本低廉，满足本次设计的使用需求。该系统处理器型号选用：1764-LSP处理器的存储器容量为8KB，自带的嵌入式I/O为12点DI（地址为I:0/0 I:0/11）和12点DO（地址为O:0/0 O:0/11）；处理器单元可单独更换，无需拆卸电路接线；系统数据存取终端可以监视和调节数据；具有和SLC500系列控制器一样的指令集和编程软件，便于编辑程序

14、并兼顾软件的兼容性。可编程控制器教程4图2.2 ML1500型PLCFig.2.2 MicroLogix1500 PLC2.1.2 I/O模块扩展与配置MicroLogix 1500处理器和基本单元嵌入在一起从而形成了完整的控制器。处理器和基本单元或者MicroLogix-1500-Introduction是可以分别替换的，允许按需增加嵌入式输入输出，存和通讯选项。系统采用1769系列Compact输入输出模块，提供各种各样的扩展模块，可以最灵活地扩展控制器的I/O数量和种类，同时扩展了控制器的本体输入输出的点数。在RSLogix500的主界面中，从I/O Configure中可轻松的调用和配

15、置相应的模拟扩展模块。系统在扩展卡槽分别使用1769-IQ16与1769-OB32的I/O模块，在RSLogix500过I/O Configuration也可扩充对应模块。其功能特性如下。1. 数字量输入模块：1769-IQ162. 数字量输出模块： 1769-OB32输入点数：16点； 输出点数： 32点；电压类型：24VDC； 电压类型：24VDC；输入信号延迟时间：onoff=2ms； 工作电压：20.426.4VDC；工作电压：1030VDC；5V时背板负载电流：300mA；最大导通状态电流：2mA； 具有光耦隔离功能；最大断开状态电流：1.5mA； 具有可拆卸端子块；5V时背板电流：

16、115mA； 具有CSA、UL、CE认证；具有光耦隔离功能；具有可拆卸端子块；具有CSA、UL、CE认证；在编辑程序时，为了便于编辑，并且实现在仿真界面的动画演示，使用软件自动扩充的I/O配置,即64点的I/O输入输出，在实际硬件设备的使用时，应当修改程序，使用扩展模块所提供的接口替换程序中原有的超过I:0/11以与O:0/11的所有工位，并根据实际的替换结果配置接线表。以下是本程序在仿真模式下的I/O配置，如表2.1。表2.1 I/O接线表Tap 2.1 the chart of I/O modual5对应I/O 设备名称 设备用途 信号特征I0.1电容式传感器判断有无输入工件信号为1：有输

17、入工件I0.2急停按钮系统进入急停状态信号为1：系统急停I0.6电磁开关手动控制夹头夹紧信号为1：夹头夹紧I0.7电磁开关手动控制夹头松开信号为1：夹头松开I0.8电磁开关手动控制钻孔电机下降信号为1：钻孔电机下降I0.9电磁开关手动控制钻孔电机上升信号为1：钻孔电机上升I0.11电磁开关手动控制旋转工作台转动信号为1：旋转工作台转动I0.12电磁开关手动控制检测头下降信号为1：检测头下降I0.13电磁开关手动控制检测头上升信号为1：检测头上升I0.14电容式传感器手动控制夹紧缸伸出信号为1：夹紧缸伸出I0.15急停按钮手动控制夹紧缸缩回信号为1：夹紧缸缩回I1.0单步模式按钮使系统执行下一动

18、作信号为1：启动下一个动作I1.1启动单步模式启动单步运行模式信号为1：启动单步模式I1.2关闭单步模式关闭单步运行模式信号为1：关闭单步模式O0.44电磁开关判断钻孔电机的位置信号为1：钻孔电机上升到位O0.24电磁开关判断钻孔电机的位置信号为1：钻孔电机下降到位O0.45电磁开关判断检测头的位置信号为1：检测头缩回到位O0.21电磁开关判断检测头的位置信号为1：检测头下探到位O0.46电磁开关判断夹紧缸的前后位置信号为1：夹紧缸返回到位O0.22电磁开关判断夹紧缸的前后位置信号为1：夹紧缸伸出到位O0.43电磁开关判断夹头是否加紧信号为1：夹头已夹紧O0.23电容式传感器判断夹头是否松开信

19、号为1：夹头已松开2.2 AB-PLC软件平台2.2.1 RSLogix 500 &R RSLogix Emulate 500RSLOGIX 500经由其简单易用的编辑器、点击式配置方式、强大的诊断和排错功能，RSLOGIX 500融合了最新的技术以帮助用户提高性能和减少开发的时间。它直观的界面以与稳定的可靠性转化为生产力的增长。RSLOGIX 500允许用户为自己的SLC 500系列产品，有效的建立、修改、监控你的应用程序。Rslogix 500是适用所有小型控制器的标准化编程软件包，使得编程工作大为简化。在本次设计中，通过RSLogix 500的编程，以与对I/O模块的分配和对相对应的Ou

20、tput、Float等工位的逻辑性的准确输出与赋值，实现对整个MPS系统的流程与功能的模拟。不同的操作模式对应不同的操作按钮，作用在不同的Input上，按钮的闭合使系统对其后的语句进行扫描，根据实际运行情况对语句做出逻辑性的判断并执行相对应的操作与数值的输出，以便使上位机上展现对应的画面。编译时，在系统提供的梯形图界面上可以简单，直观的对所编辑的逻辑指令进行创建和修改。PLC梯形图语言编辑软件的实现8。如图2.4.Rockwell Automation Technical Books5图2.3 RSLogix 500 编译界面Fig 2.3 the interface of RSLogix 5

21、002.2.2 RSLinxRSLin现场设备连接众多罗克韦尔软件提供全套的通讯服务，这些软件包括RSLogix500/5000/RSView32和RSSql等。同时，RSLinx还提供了数种开放接口用于与第三方人机界面系统、数据采集/分析系统、客户应用程序软件进行通讯。RSLinx支持多个应用软件同时与在不同网络上的不同设备进行通讯。通过RSLinx使得任意两点间的通讯变得更加方便。RSLinx提供友好的用户图形界面用于指定网之间穿梭的路径。这意味着通过ControlLogix Gateway就可以把办公室的以太网络到控制层网络的现场服务在本次实验设计中，通过RSLinx,来作为RSLogi

22、x与RSView32之间的通信，建立OPC服务器，从而读取PLC程序中各工位的数值，并将数据共享提供给上位机。此外，人机界面中的操作，也经由RSLinx的数据管理，来实现对程序中数值的修改和逻辑性的控制。图2.4 RSLinx 编译界面Fig 2.4 the interface of RSLinx2.2.3 RSView32RSView32是基于Windows环境的工业监控软件。利用RSView32可以广泛的和不同的PLC-包括第三方的PLC建立通讯连接，建立广阔的监控应用。RSView32 Active Display System是用于RSView32的客户/服务器应用。利用这个系统，你可

23、以从远程客户端非常高效实时地监控到现场的设备运行状况-不但可以读取到实时的数据变化，也可以控制现场。作为人机监控软件-HMI，RSView32采用了：全面支持ActiveX的技术，使得用户可以在显示画面中任意简单地插入ActiveX控件，来丰富应用。开发了RSView32的对象模型-Object Model，使得用户可以简单的将RSView32和其他的基于组件的应用软件互操作或者集成应用。集成微软的Visual Basic for Applications (VBA)作为建的脚本语言编辑器。可以随意定制开发后台应用程序。同时支持OPC的服务器和客户端模式。亦即既可以通过OPC和硬件通讯，又可以

24、向其他软件提供OPC的服务。第一个支持附加件结构-AOA。使得用户可以将其他的功能模块直接挂接到RSView32的核心上去，生成一体的应用。图2.5 RSView32 编译界面Fig 2.5 the interface of RSView322.3 对象仿真动画优化工具软件AutoCADAutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文

25、档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。RSView32软件的设计时间比较早，因而画面效果在当今看来不够美观，生动，且动画效果简单、有限，不能实现复杂、曲线运动甚至三维的动画表现。因此在此次设计时，采用AutoCAD 2011对仿真对象MPS加工工作站进行三维建模，将建立好的3D模型以CAD图纸的方式在RSView32中打开，对逐步渲染的图片赋予动画，实现可运动的三维动画演示，优化监控界面，使得操作更简单、直观，系统运行状况表现

26、得更准确，形象。图2.6 AutoCAD制图界面Fig 2.6 the drafting surface of AutoCAD3. MPS加工站PLC程序设计加工是在自动化生产中的一个专有词汇，它表示组装、变形和机械加工。根据VDI 2860，检测单元主要有测量，检查和提取功能。检测单元就是确定实际信息(ACTUAL)与所需信(REQUIRED)是否相符，工件接受/不接受，即“Yes/No”。检测一个元件的重要容就是对信息进行比较。在加工单元中，工件在旋转平台上被检测并加工。旋转平台由DC 马达驱动。平台的定位由继电器完成，电感式传感器检测平台的位置。在旋转平台上，工件平行地完成检测和钻孔的加

27、工。一个带有电感式传感器的电磁执行装置来检测工件是否被放置在正确的位置。在进行钻孔加工时，电磁执行件夹紧工件。加工完的工件通过电气分支传送到下一个工作站。 在编程时，首先认识系统分为三大模块，即旋转平台、检测模块、加工模块。因此务必理解透彻三大模块之间的关系以与整体的运行机制。其次，梳理各个模块的电机执行机构所执行的操作和实现的功能，确定模拟其功效的仿真方法。此后，将三大模块串联为整体，测试如何实现真实时序控制的仿真，以与多种操作模式作用下系统对应的工作状态，以与各种操作模式之间的切换和系统错误时的系统响应。3.1 MPS工作站流程分析根据FESTO公司提供的MPS系统说明手册，首先可确立系统

28、在单周期工作情况下的工作流程。如图3.1（1）如果在进料工位1 中有工件并按下START 按钮，旋转平台旋转60。（2）检测模块的电磁活塞杆下降并检测工件的开口是否朝上。如果检测结果为OK(开口朝上)，旋转平台旋转60。（3）夹紧装置将工件夹紧。钻机的马达启动。无杆缸带动钻机下降。（4）当钻机达到下限位时停止运动。（5）钻机马达关闭，夹紧装置缩回。旋转平台旋转60。（6）电气分支模块将工件传送到下一个工作站。图3.1 MPS系统流程图Fig 3.1 the procedure of the MPS system of AutoCAD该顺序描述的是一个工件在加工单元的工作顺序。一旦在进料工位1

29、中有工件，加工循环既启动。3.2 各功能性模块控制要求的分析与其实现3.2.1 旋转平台模块旋转平台模块由DC 马达驱动。旋转平台有6 个旋转位置，电感式传感器检测平台的位置。6 个工件存放槽中的每一个都在中心有一个圆孔，这有利于电容式传感器进行检测。如图3.2图3.2 旋转平台模块Fig 3.2 the module of the revolving stage of AutoCAD对旋转平台的控制，首先，在单或多周期自动循环模式下，旋转平台在进料工位检测有工件进入时，平台应当旋转60度，每旋转3此后，工件将被送达到工件送出位，通往下一平台。由于所有的硬件传感器都是虚拟的，不能通过系统自动检

30、测工位信号，因此，在程序中编辑一个计数器CTU,以旋转平台电机启动的上升沿作为计数信号，当进料位为输出为1，计数到第一次电机启动，可认定有工件进入到加工平台上，设计一个继电器命名“平台工作中”并在此时闭合，确保有工件加工时平台不会重复进料。当计数满3次，认定工件即将在本次平台转动后离开加工平台。同时，计数器的DN位断开上述继电器，平台可继续上料，并同时导通计数器的“”进行计数复位，为下一周期准备。手动模式时，手动按钮会单独启动平台电机，使平台工作。如图3.3。图3.3 旋转平台程序举例Fig 3.3 the sample program of the revolving stage of Au

31、toCAD图中，当有工件位于进料工位时，I;0/1闭合，当平台未工作时，O;0/0的常闭导通，启动平台电机，同时，O;0/0的常闭断开，此时无法继续进料。当电机启动，T4;0/TT位的上升沿被计数器C5;0记录，当计数满3次时，C5;0/DN闭合，使得O;0/0失电，同时对自己进行复位，系统结束此次循环。需要注意的是，对C5;0/DN的调用位置，不可以晚于复位命令或早于C5;0所在的命令行。如图中，若将03行移至02之前，则在C5;0的复位命令已经执行后的下一扫描周期，才会读取C5;0/DN位的值，显然此时无法达到设计要求。3.2.2 检测模块工件存放槽中的工件被检测是否处于正确的位置上。如果

32、工件的开口向上，检测模块的探头可以达到下限位。当检测模块中的活塞杆缩回到上限位时，触发电感式传感器。如图3.4图3.4 检测模块Fig 3.4 the examination module of AutoCAD 当平台承载着工件到达检测位时，检测杆下降至下限位置检测头检测工件是否放置正确，此后检测杆上升回到上限。若检测传感器检测放置正确，则加工流程继续。在编辑程序仿真时，要特别注意的是在手动模式，以与紧急停止情况下的系统反应。在手动操作时，若旋转平台在旋转时，使检测杆下降的命令应当禁止执行。且当检测杆出于下限位置时，系统应当阻值旋转平台的启动，避免硬件的损坏。此外，若检测杆已到达下限/上限时，

33、手动使检测杆下降/上升的操作应当不可执行。上述控制要求，在缺少实时传感器的仿真程序中，应当落实并能够在上位机的动画中表现出来。实例程序如图3.5.图3.5 检测模块程序举例1Fig 3.5 the sample program of the examination module 1 of AutoCAD上图中，T4;0与T4;1分别代表检测杆的下降与上升动作。每个计时器的完成位，都分别启动对应的检测杆下限与检测杆上限继电器。由此一来，当检测杆已到达两端时，系统不会再次执行继续移动的操作。此外，为了在人机界面中便于动画对检测杆位置的表现，可将两个计时器的ACC计数位通过MOV控件，将计数值送到F

34、loat中，并在RSView32中将Float的值表现为图形对象的垂直滑移，程序如下图3.6图3.6 检测模块程序举例2Fig 3.6 the sample program of the examination module 2 of AutoCAD 当钻机下降时，将ACC位赋予F8;0,当4秒计时完成，F8;0值位4，在监控界面中图形垂直滑移位4。当检测杆上升时，将4与T4;1/ACC位的差值赋予F8;0。即当上升4秒到达上限时，F8;0为0，监控画面中的图形垂直位移并返回初始位置。3.2.3 钻孔模块钻孔模块用于模拟对工件圆孔的抛光。一个电气夹紧装置将工件固定。钻机的进给和缩回由无杆缸带动

35、。一个电气马达驱动无杆缸，一个继电器回路驱动马达。钻机的马达通过24VDC 而工作，但是速度不能调节。钻机的运动末端位置由限位开关检测。当钻机达到末端位置时，无杆缸反向运动。如图3.7图3.7 钻孔模块Fig 3.7 the drilling module of AutoCAD当工件位于钻孔位置时，首先，夹头杆伸出，夹头加紧工件，钻机下降至下限，此后返回至上限，夹头松开，夹头杆缩回，旋转平台将工件转送至出料位置。在采用PLC对其进行仿真的过程中，大体方法与上述的检测杆的仿真方法近似，只是在无杆缸的垂直运动的流程之外添加夹头杆和夹头的动作。不过钻孔模块特有的工作要求，是需要程序能够随时记录钻机的

36、垂直位置。在系统运行时，一旦急停，钻机应停留在当前的位置，且进入手动单步时，倘若不需要对当前的工件进行钻孔，或是需要重复钻孔时，钻机应当可以根据控制随意的上下运动。同样，和检测杆相似，当钻机到达两端时，应当无法继续想端点运动。并且当钻机出于下限位置时，夹头杆已伸出或是夹头已夹紧时，平台应当无法旋转，避免硬件的损坏。示意程序如图3.8.图3.8 钻孔模块程序举例1Fig 3.8 the sample program of the drilling module 1 of AutoCAD正如上图所示，大体操作模式与检测杆类似，计数器的TT位将ACC的计数值实时的转移到F8;1中，在监控画面过对F8

37、;0的值的动画表示来体现钻机的运动。I;0/2为手动模式的开关，当I;0/2断开时，计数器失电保持，F8；0的值保持断电前的数值，使得在监控画面中的等效图形在运动的中途停止。O;0/18和O;0/19为钻机下降和上升按钮所导通的，带有自锁的继电器。这样一来，在I;02断开的情况下，对应的Output使计时器重新得电，继续未完成的动作。实现在急停后，钻机可以向任意两端运动，进行不钻孔和多次钻孔的操作方法，如下图3.9所示。图3.9 钻孔模块程序举例2Fig 3.9 the sample program of the drilling module 2 of AutoCAD在图中，O;0/24为钻

38、机的下限开关，当钻机已到达下限时，O;0/24的常闭断开，I;0/8的操作无法导通。而当钻机在钻孔结束返回上限的时候突遇急停，T4;7断电保持，使得其TT位保持导通，则图3.9的第二行指令导通，将可移动的总距离与已上升的距离相减，将其赋予到T4;6/ACC位，使得钻机从之前停止的位置反向向下移动。对于反方向的急停情况同理可得。由此而来，便实现了可任意、随时控制钻机的上下运动。3.3 RTO控制时序本次设计中，因为系统是全仿真，因此系统运作流程需要计时器的全程引导，且存在急停功能，以与手动的调试，修正，因此必须选用保持型计时器，做到断电保持。RSLgix 500 的指令中，Timer TON和T

39、OF计时器在梯级条件变假时，累计值和DN位都要被复位，梯级条件变为真后又重新计时,因此采用采用能累积计时的RTO指令。当梯级条件为真时，RTO指令开始计时。当下列任何情况发生时，RTO指令保持它的累计值：1）梯级变假；2）用户改变到编程方式；3）处理器出错或断电。当处理器重新运行或阶梯变真时，RTO计时器从保持的值开始继续计时，直到累计值达到预置值。如果需要复位其累计值和状态位，可在另一阶梯中用RES指令对一样地址的计时器复位。无论任何情况，复位指令总是优先执行。即只要使能复位指令，无论计时器是否正在计时，累计值与状态位总被复位为0。PLC时间顺序循环控制程序设计常见错误分析11。RTO指令的

40、状态位的变化情况如下图3.10状态位置位条件保持置位直到下列情况发生DN累计值=预置值相应的RES指令使能TT梯级为真且累计值预置值梯级变为假或被DN置位EN梯级为真梯级变为假图3.10 RTO指令表Fig 3.10 the RTO instruction chart of AutoCAD3.4传感器的分析与仿真3.4.1 电容式传感器(旋转平台，工件的检测)电容式传感器用于检测工件，安装在安装架，工件存放槽的下方。工件可以改变电容式传感器的电容。无论颜色和材料，电容式传感器都可以检测到工件。电容式传感器在本工作站用于元件定位，检测和钻孔。 对其的仿真比较简单，设置其位I;0/1,当闭合时则视

41、为有工件请求进入加工平台。在监控界面中，可设置2枚按钮，对按钮的执行指令分别设置为暂时闭合I;0/1以与置I;0/1为1。这样，前者可作为单周期的启动按钮，而后者则为循环周期的启动按钮。如图3.11.图3.11 自动周期按钮Fig 3.11 the buttons for auto circulate of AutoCAD3.4.2 电感式传感器(旋转平台，定位)电感式传感器用于确定旋转平台是否处于正确的位置。传感器可以检测金属材料。在本设计中，在旋转平台模块的介绍中，已阐述平台旋转定位的方法，即用CTU对转台电机启动的上升沿进行计数，计数1次对应检测环节，计数2次对应钻孔环节，计数满3次视为

42、运出加工完成的工件。图3.12 转盘功能的实现Fig 3.1.2 the program of the revolving stage of AutoCAD在上图中，三个计时器分别代表在自动运行模式下，平台搭载工件从进料到检测、钻孔、出料的3次旋转动作，而程序第四行中的T4;11则是为了时刻记录平台转动的角度和位置。比方说，在自动模式下，当系统急停，平台转动了一半，那么在T4;11中则计时停留在2秒，此时按下手动按钮，O;0/20的常开会使计时器继续计数，即完成平台的转动动作。程序看似繁杂，其实都是为了弄够在组态界面上显示动画而设计的，O;0/11的存在，是为平台正在转动的指示灯所设计，而T4

43、:11的ACC位则是为逐帧动画的提供实时数值所存在的，这一点在下文中会详细表述。3.4.2微动开关(钻孔，无杆缸)微动开关用于检测无杆缸的运动末端位置。微动开关由线性轴驱动。启动系统，传感器应当位于正确位置上(提升/降下提升气缸)。在此前的模块介绍的举例程序中，已介绍对于钻机和检测杆的上下限位开关的设计。图3.13 钻孔模块程序举例2Fig 3.13 the sample program of the drilling module 2 of AutoCAD对于检测杆、钻机的位置的控制，由于都是使用存储数据到Float位并进行实时更新的方法，因此对于两者的限位开关，只需对其各自的移动距离进行限

44、定即可。例如上图中。当钻机垂直滑移距离为4时，采用EQU指令，在此时开启下限开关O;0/24.3.5 工作站多种运行模式的实现3.5.1 单周期连续运行与多周期循环运行此前在3.4.1中，已阐述通过RSView32对按钮操作性质的设置，通过对单一进料工位的设置实现了单周期连续运行与多周期循环运行。图3.13 单周期与循环周期的控制实现Fig 3.13 the program of changing control modes of AutoCAD 当只需要进行自动单周期的运转时，通过RSView32对I;0/1设置为按下时为1，这样一来，系统只收到一个工件进入信号，当这个工件加工流程完成后,O

45、;0/0的常闭联通后，系统不会重新开启下一周期。 当需要进行循环周期的模式时，在组太界面的按钮中设置I;0/1为置位1。当系统缓冲结束后，O;0/0的常闭断开，系统不会继续响应信号I;0/1,但当本周期结束后，T4;13的DN位会使得程序中第一行重新导通，系统自动进入下一周期。依次循环。3.5.2 手动调试模式与手动单步模式手动模式的实现主要存在两个问题。首先是在无工件的情况下，对加工工作站进行手动调试。要求可以单独执行某个动作，即平台的旋转、检测杆的下降与上升、夹头杆的伸出与缩回、夹头的加紧与松开、钻机的下降与上升。此前对周期运行模式的设计时，对单独的电机执行机构都创建了对应的继电器，因此手

46、动时，只需要启动导通对应的工位即可。其次，在紧急停止之后，要进行手动单步的操作。这一控制方式要求手动操作时，不但可以导通目标动作的计时器，且当动作完成时，要自动断开，并保证当前计时器的完成位不会同周期模式中一样启动下一动作。此外，手动命令的执行与否，也要参照一定的控制要求。例如之前提到的，检测杆和钻机在下限位时，不可以执行转盘动作。综上要求，可以大体确认一些设计思路。因为手动按钮为弹起开关，因此不可以直接用I;0/X作为导通信号。其次，手动可以在急停时控制系统，因此手动控制的梯形图应当是跨越急停指令的。此外，为了避免错误操作对系统的危害，在手动执行的命令语句中，应当与控制位串联其导通条件的常开

47、，只有当各类条件都符合时才可执行操作。实例如下图3.13图3.14 手动控制程序举例Fig 3.14 the sample program of manual mode of AutoCAD从图中，T4;5代表夹头加紧所用的1秒，在监控画面中这一秒的动画表现则为夹头夹紧。当I;0/2闭合时，系统进入急停模式，T4;5失电但TT位保持导通，一旦急停结束系统可继续当前流程。急停时，按下I;0/6，系统扫描上图的最后一行，获取的指令为“在急停的模式下，当夹头杆已深出；夹头松开的指令未在进行中；夹头尚未夹紧”的情况下，可手动控制夹头进行夹紧动作，此时，O;0/16得电，在图中第一行中，常开导通，使得T

48、4;5得电继续计时。当计时结束，T4;5/DN输出高电频。系统扫描至第二行，I;0/2断开，无法启动任何动作。系统扫描至第三行，此时O;0/16出于自锁的条件下，T4;5/DN的常闭断开，使得O;0/16失电，T4;5也同时失电。第四行，计时完成位执行对自身的复位。3.5.3单步运行模式单步运行模式，就是每按下按钮后，系统按顺序执行单个动作，具体程序如图3.15图3.15 单步运行模式程序举例Fig 3.14 the sample program of single move mode of AutoCAD如图中，当单步运行模式启动后，它所在的常闭会断开自动模式下的命令行，使得每个动作无法从上

49、个动作的计数完成位获得启动信号。整个周期中共有8个动作，通过对这8个动作计数，来实现一次执行对应的动作。图中C5:1所在行中，只有当C5:1计数位为1时，才会导通，执行整个周期的第二个动作（第一个动作是平台旋转第一次，即工件进入检测模块）。同理，检测杆上升作为第三个动作，它的命令行中C5:1的计数位要求为2，代表“已执行2个动作，现可以执行第三个动作”。以此类推，实现整个周期的单步模式的控制。4.本地服务器的建立与通信在本次实验设计中，通过RSLinx,来作为RSLogix与RSView32之间的通信，建立OPC服务器，从而读取PLC程序中各工位的数值，并将数据共享提供给上位机。此外，人机界面

50、中的操作，也经由RSLinx的数据管理，来实现对程序中数值的修改和逻辑性的控制。4.1 创建Configure Drivers建立程序后，启动RSLogix Emulate 500进行仿真，因此需要在RSLinx中建立驱动。操作如下图4.1示。图4.1 创建Configure DriversFig 4.1 Startup Configure Drivers 打开软件，单击Communications,在弹出的下拉菜单中选择SLC500 (DH485)仿真驱动。单击后，在菜单列表中可看到刚刚创建的驱动，状态为Running.至此完成创建。4.2 创建OPC Server利用RSLinx创建的OP

51、C服务器，能够直接获取仿真程序中各工位的实时数据，提供给上位机，并执行上位机的指令，对仿真程序中的参数进行修改。实施步骤如图4.2.图4.2 创建OPC服务器Fig 4.2 Startup OPC server 打开软件，单击DDEOPC,在下拉菜单中选中Topic Confiugration.弹出上图中的界面。在Topic List中右键，命名新的服务器，并选中右栏中的Workststion,选择应用，单击完成。至此，在Emulate500中的数据将可以通过刚刚创建的OPC服务器进行调用和修改。 4.3 OPC通信与校验在Rslinx软件中，自带了检测工具OPC Test Client,在软

52、件中，与OPC服务器的建立流程类似，通过add new来建立新的测试项目。具体操作如图4.3所示。图4.3 OPC服务器检测Fig 4.3 Testing OPC server右键单击右侧空白处，选择Add item,弹出图中的对话框，在Access中填写自己创建的OPC服务器名称，在Item Name中填写对应的工位，选择OK.若通讯正常，则在列表中会显示出项目的名称，当前的值，和通信状况，Sub Quality显示Good.5.组态监控界面工业仿真系统。仿真软件为用户操作模拟对象提供了与实物几乎一样的环境。仿真软件不但节省了巨大的培训成本开销，还提供了实物系统所不具备的智能特性。仿真系统的

53、开发商专长于仿真模块的算法，在实时动态图形显示、实时数据通讯方面不一定有优势，力控监控组态软件与仿真软件间通过高速数据接口联为一体，在教学、科研仿真应用中应用越来越广泛。5.1 项目创建与基础设定启动新的项目后，要在项目的编辑对话框中，对系统的通道和节点进行设置。如图5.1.图5.1 设置RSView32仿真系统Fig 5.1 Setting RSView32 Emulate system双击系统中的通道，网络类型选择DH-485，主要通信驱动位之前在RSLinx中建立的EMU00-1。通道设置完成。再双击节点，在数据源中选择“OPC服务器”，节点名自行设置。服务器名称点击浏览，选中RSLin

54、x OPC Server，类型为部进程，至此项目的创建以与基础设置已完成。图5.2 设置标记数据库Fig 5.2 Setting Tag datebase对于标记数据库的建立，应当注意的是标记数据类型的选择，以与节点和地址的正确性。由于是仿真系统，通过OPC服务器调用数据，因此在标记的地址栏之前都要声明OPC服务器的名称。对标记添加准确明了的描述，有助于此后使用标记时能够简单快捷的从标记数据库中查找到目标标记与其功能。5.2 监控界面在项目编辑器中，单击图形-显示，弹出新的显示界面，在显示界面上进行监控界面的设计。大体可分为欢迎界面、系统介绍界面，操作监控界面，制作人界面。不同的界面之间，用软

55、件自带的按钮进行联通。即在按钮的操作栏选择命令“display+要显示的界面名称”，如下图5.3.图5.3 设置界面之间的联通Fig 5.3 Setting conncetion between surfaces在各个界面的建立时，因RSView32只支持对24位位图(.bmp)的复制粘贴，且粘贴的图片动画仅限制为触摸和可见性，所以当需要插入其他格式的图片时，需要从-文件-打开的渠道打开图片，转换为RSView32所支持的图片格式“.gfx”。不同的图片，可以通过对其属性和排列的修改，调整它的线条填充颜色，字体和动画。以往RSView32制作的界面都比较简单，画面表现力不强，仅能以二维图片、数

56、字文字的形式表示数据。为了表现出更加真实，生动的画面，在本次设计中我们引入AutoCAD制图软件，在CAD 2011中建立仿真对象的三维模型，并将其导入到监控界面中，这样一来，相比于以往的比较简陋、平面式的画面，新设计的画面更加生动形象，细节体现的更加到位，更方便于操作员与时的了解系统的现况。图5.4 设置界面Fig 5.4 optimizationandchanges on surfaces5.3 演示动画在RSView32中，软件对对象提供可见性、颜色、高度、宽度、水平滑移、垂直滑移等动画效果，且每个对象最多仅限拥有2种动画效果。运用这些简单的动画来表现复杂，多控制模式的系统，并不容易，但掌握了动画的特点，动画演示的次序，就可以即摆脱传统界面不真实的二维感，又可以真实的再现整个系统的控制过程。实现的难点在于动画的层次设置（为了达到三维物体之间的遮蔽效果），以与运用绘图软件AutoCAD制作逼真的模型。PLC电器控制与组态软件设计55.3.1 检测杆和钻机动画在之前的文章中，我们已详细讲述检测杆和钻机的垂直位移量是将Timer的ACC位的计数值转化而来的,因此对于导入的CAD图像，我们将其转换为RSView32的指定文件类型.gfx,按需求对各个部分成组，并对该组赋予垂直滑移的动画，即垂直方向移动的距离为对应标