基于可编程控制器的台板开槽机_控制系统设计机械毕业设计.doc

JIUJIANG UNIVERSITY毕 业 设 计 题 目 基于可编程控制器的台板开槽机控制系统设计 英文题目 Cutting Machine Control System Design Based On PLC 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及自动化 姓 名 周永生 年 级 2012（机材A1233） 指导教师 梁伟杰 二零一六 年 五 月 本科生毕业论文（设计）独创性声明本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 指 导 教 师 签 名： 日期： 本科生毕业论文（设计）使用授权声明九江学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权九江学院可以将本科毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。论文（设计）作者签名： 日期： 指 导 教 师 签 名： 日期： 摘要现代机械控制工程技术发展越来越快，台板开槽机被广泛的应用到工业制造与加工的各种场合，使工厂的制造能力与效益得到了很大的提高，代替了原先的手动操作，台板开槽机是由程序控制，它的精度较高、关节活动灵活。同时这也使得小型台板开槽机的发展进入了加速阶段，各种小型台板开槽机的结构设计和控制程序也在不断的发展和创新，这些小型台板开槽机的结构简单、控制灵活、容易加工制造，得到了许多加工过程需要台板开槽机的工厂的青睐，并在不同的加工场合得到了广泛的应用。这次毕业设计的主要内容是对台板开槽机的液压系统控制回路的设计和PLC控制程序的编程设计；并根据当前的控制领域的最新发展和研究方向，采用触摸屏做为控制界面，增强了台板开槽机的使用性能和适用范围。主要依据使台板开槽机的结构简单、控制灵活、实现容易、易于制造的原则，设计出依靠液压传动作为驱动来源的液压控制回路和应用日本三菱公司FX系列的PLC控制程序，分别进行了液压系统仿真和PLC控制程序仿真；并应用三菱公司的触摸屏画面设计软件设计出触摸屏的控制画面，然后利用相应的PLC及触摸屏仿真软件进行了PLC程序与触摸屏的综合模拟仿真。最后给出台板开槽机各个模块的连接方法和整体系统的连接示意图。【关键词】台板开槽机；液压传动；可编程控制器；人机界面 注意页码的标注方式，有些地方不需要页码。AbstractWith the development of engineering technology of modern mechanical control, more and more manipulators which have a high precision process control, flexible joints and so on, are applied to various work sites of the industrial manufacturing and processing, so that the plant manufacturing and processing efficiency has been further improved, replaced the manual labor and the workers. Also this will make a small manipulator development into the acceleration phase, and a variety of the structural design and control procedures of small manipulator also continues to develop. These small manipulator which have the simple structure, the flexible control and easy processing and manufacture, gain favor of a number of processing plants and different processing situations have been widely applied. This design mainly feed the control circuit of hydraulic manipulator drive and write the design of PLC control programming, and touch screen used as the control panel which in accordance with the current direction of development of control areas. With the structure of manipulator is simple, flexible control, easy to implement and easy-to-manufacturing, this design amply the control program in Japan Mitsubishi FX Series PLC and rely on the hydraulic transmission as the driving source of the hydraulic control circuit, and design a touch screen control interface with the apply of the Mitsubishi touch screen design software.【Key words】 Feeding Manipulator; Hydraulic Drive; PLC; HMI IV 目录前言1第一章 绪论21.1 开槽机概述21.2 液压传动系统概述21.3 可编程控制器（PLC）概述31.4 人机界面（HMI）和触摸屏概述41.5 本文的主要研究工作6第二章 开槽机的总体控制方案设计72.1 开槽机的功能设计72.2 开槽机的总体控制设计72.2.1 开槽机的工作过程72.2.2开槽机的控制界面方案82.3 开槽机的抓手动作简述8第三章 开槽机的PLC控制系统设计93.1 PLC控制系统设计的基本原则和设计步骤93.1.1 PLC控制系统设计的基本原则93.1.2 PLC控制系统设计的设计步骤93.3 开槽机的PLC控制系统的硬件配置93.3.1 PLC控制系统的输入输出（I/O）设备及I/O点确定与分配93.3.3 PLC控制系统的PLC硬件配置113.4.1 PLC控制系统程序设计方法123.4.2 PLC控制系统程序的功能流程图和顺序功能图123.5 送料开槽机的PLC控制程序调试193.5.1 PLC控制程序的调试简介193.5.2 送料开槽机的PLC控制程序模拟仿真20第四章 送料开槽机的系统控制界面设计234.1 触摸屏控制界面的画面设计234.1.1 三菱触摸屏的画面234.1.2 三菱触摸屏的画面设计244.2 触摸屏控制界面的画面仿真274.2.1 三菱触摸屏的画面仿真工具274.2.2 三菱触摸屏的画面仿真274.3开槽机的整体系统连接314.3.1PLC控制系统与开槽机基体的连接314.3.2PLC控制系统与触摸屏的连接314.4小结32第五章 总结与展望33结束语34参考文献35谢 辞37前言现今，人们的生活节奏越来越快，对生产力的要求也随之提高。由于微电子技术和计算机技术的迅速发展和现代控制理论的不断更新，使开槽机越来越高效和自动化，其中液动开槽机系统因为其材料选择种类多，以及传动力较大、零件价格便宜、维护使用方便等优点，已深入机械领域的各个部门，在机械行业发展中起着难以替代地位置。在小型开槽机的结构设计和控制方面有很多的不同的应用实例，如开槽机的结构有采用的旋转圆柱坐标式，还有就是固定基座的开槽机臂的单向伸缩式；在开槽机的驱动来源方面有液压传动，气压传动或者是伺服电机、直线电机、交流电动机、步进电机驱动等；在开槽机的控制方面有基于继电器-接触器控制的系统，基于单片机的控制系统，或者是基于PLC的控制系统；在开槽机的操控面板方面有按钮式的，旋钮式的以及现在迅速发展的人机界面方向的触摸屏式的。从当前的工控领域发展方向上来说，在开槽机的几种驱动来源上都是各自具有各自的优势，而且都在进一步的延伸发展，但是在控制方面来说，发展方向就是基于PLC的控制系统逐渐的代替基于继电器-接触器的控制系统。本文也将第一次的尝试使用触摸屏做为控制送料开槽机的操控界面，并完成控制界面的画面设计、编写、仿真、模拟下载和连接。本文的设计方法是在综合考虑开槽机的实际使用工况的条件下，进行总体的综合控制方案设计、简述抓手的运动创新设计、液压系统的整体设计、液压系统的综合模拟仿真、PLC的选型、PLC的整体编程、PLC的模拟仿真、触摸屏的选型、触摸屏的界面设计、触摸屏的模拟仿真等几个步骤完成。实验设计主要是根据当前实验室的设备情况，充分利用有限条件，在能够更好的显示设计结果的前提下，完成液压控制系统的软件模拟仿真，PLC的编程、模拟下载和仿真以及触摸屏的画面软件模拟下载与仿真。本文的主要目的是对当前的正在使用的开槽机的驱动系统和控制系统进行一次改进和优化升级。 第一章 绪论1.1 开槽机概述 （1）开槽机的概念开槽机是指能够自动切割、操作等动作的装置，一般用在自动化生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。开槽机一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成，主要完成切割等动作。（2）开槽机的结构组成开槽机主要有执行系统，驱动系统，控制系统和人工智能系统等四大部分组成，而每个部分又不是很严格的分割的，都有一些交互相容的地方。 执行系统主要有圆柱坐标的机械本体，可以抓取和放松的开槽机臂，X轴的伸缩式结构和Y轴的升降式结构，Z轴的转动转盘结构等组成。 驱动系统主要有液压系统控制回路，包括液压油箱，液压泵，压力控制阀，电磁换向阀，液压缸（包括伸缩式和旋转式）和液压管路等液压辅件。 控制系统主要有PLC或单片机，控制面板（可以是一般按钮式操控面板或者是触摸屏式界面）和各种限位开关。 人工智能系统主要包括基于人机工程学科的各种智能化设备，它们具有更加人性化的设计、结构的使用更加合理和操作方式简便易行等等。1.2 液压传动系统概述（1）液压传动系统的概念液压传动系统（简称液压系统）就是指液压传动回路，也就是由几种典型的液压基本回路组成的驱动回路。主要是利用液压传动技术来完成驱动功能的。而液压传动技术是指以流体（主要是液压油液）作为工作介质对液压泵输出的能量进行传递和控制的一种传动技术。由于液压传动的介质主要来自于工业液压油，工程实现容易，和电力拖动和机械传动相比，液压传动具备输出力大，质量轻，惯性小，调速便利和容易控制等长处，所以在工程机械，修建机械和机床等设备上被普遍使用，这是实现工业自动化的重要手段。（2）液压传动系统的优点液压元件可自由组合。液压设备（包括电磁阀，电气元件）和可编程控制器等控制器，易于组装成各中样式自动化机械。 流量控制阀调整简便，可以实现无级调速。 液压系统中装有溢流阀，可以保障系统安全，不会有过载的危险，减少系统的故障发生率。1.3 可编程控制器（PLC）概述（1）可编程控制器（PLC）的概念PLC是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，而且采用“面向用户的指令”即编程方便，功能强大。目前，PLC的应用领域已经渗透到产业界的每个角落，包括机械制造、装卸、造纸、纺织、钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、汽车、建材、船舶、高层建筑、交通运输、食品、环保和娱乐等行业5。（2）PLC的特点与分类在当前工控领域，PLC已经是一种通用的工业自动化设备，不但满足了工业自动化的需求，而且还具备许多适合工业控制的独特优点。 PLC的生产厂家在硬件和软件方面都采用了一些抗干扰措施，使得其抗干扰能力强，可靠性高。 PLC产品多种多样，满足了用户的各种不同要求，适应性强，应用灵活。 PLC的通信接口和扩展总线接口均已实现标准化，可以实现工业控制接口的方便连接。 PLC采用梯形图语言编程，容易掌握和编写，并且各个生产厂家均已推出自己的编程软件和仿真软件，使得控制系统的设计，调试更加方便。 PLC能够进行自诊断，使用和维修都很方便。PLC产品的种类繁多，其规格和性能也各不相同。按其硬件的结构大致形式可分为：整体式、模块式和混合式。而按照其控制规模（主要指输入/输出的点数）可分为：微型（I/O总点数小于64）、小型（I/O总点数大于64小于256）、中型（I/O总点数大于256小于2048）和大型（I/O总点数大于2048）5。一般地，微型和小型PLC采用整体式结构，即将所有电路安装于1个机箱内作为基本单元外，可以通过并行接口电路连接I/O扩展单元。而中型以上的PLC多采用模块式结构。（3）基于PLC控制的开槽机现在开槽机已经普遍应用于自动化生产，总的趋势是采用PLC控制逐渐取代传统的体积大、易出故障的继电器-接触器控制。基于PLC控制的开槽机，控制程序的梯形图编程方便灵活，可以完成各种规定的工序活动和动作控制，可以简化控制线路、节省成本、提高劳动生产率，使控制系统结构紧凑，控制可靠，并综合满足了在不同工作条件下对开槽机工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性的要求6。1.4 人机界面（HMI）和触摸屏概述（1）人机界面（HMI）的概念人机界面（Human-Machine Interface,简写HMI，又称用户界面或使用者界面或人机接口）是人与机器之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是机器设备控制系统的重要组成部分。（2）人机界面的功能 过程可视化。在人机界面上会显示动态的过程数据（即PLC现场实时采集的数据）。 操作员对生产过程的控制。生产过程可以由操作员来控制。例如操作员可以在界面上修改系统的输入、输出参数，或者通过按钮来启动机器等。 显示报警。生产过程到达临界状态会自动触发报警，例如当变量超出设定值时或工作位置超出极限时。 记录功能。实时记录系统的过程值和报警信息，也可以查看以前的生产数据。 生成生产过程数据和报警信息记录。如可以在生产时查看某一项的具体数据。 生产过程和设备的参数管理。将生产过程和设备的参数存储在调配方案中，可以一次性将这些参数从人机界面下载到PLC，以便改变产品的品种7。（3）人机界面的应用步骤 根据生产要求选择合适的人机界面的类型，对监控画面进行组态。 设置人机界面的通信功能，传输接口。 将人机界面与PLC连接好，将项目文件编译和下载到人机界面里。 进行调试和运行，并根据实际情况作进一步的修订。（4）触摸屏的概念和特点触摸屏（Touch Screen）又称为触控面板，是个可接收触头或按压等输入信号的感应式液晶显示装置。当手指接触到了屏幕上的图形或输入框时，触控面板的组态程序由触觉反馈系统驱动。它完全可以代替机械式的键盘按钮，并且由液晶显示画面制造出生动的视觉效果。所以说触摸屏可以作为人机界面的显示器。触摸屏不仅仅适用于多媒体信息查询和视觉感官直接的发展趋势，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术用户只要用手指轻轻地碰触摸显示屏上的图符或文字就能操作设备，从而使人机交互简单易操作，大大方便了那些不熟悉电脑的用户。随着互联网时代的到来，触摸屏以其交互方式友好、易操作，等优点，使得愈来愈多控制系统设计师们感受到触摸屏的优越性7。（5）触摸屏的工作原理和类型为了在控制操作上的简单方便，人们逐渐用触摸屏来代替按钮或旋钮式的控制面板。工作之前，我们要采用专门的组态软件进行触摸屏画面的设计和编译，主要是对各种操作对应的程序设置变量并把它与设备进行连接和通讯。工作时，当手指接触触摸屏，系统会自动计算出手指的位置信息来定位选择信息输入，然后根据这个输入的信息进行相应的动作。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器两部分组成。触摸检测部件是检测触摸的位置，手指与其接触被安装在显示器屏幕前面，当接受到信息后将信息送到触摸屏控制器；而触摸屏控制器的是接收触摸信息，经过算法将它转换成能够被CPU识别的坐标信息，CPU接受发来的命令并执行相应的响应。触摸屏从技术原理可分为五种类型：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏和表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已经被淘汰；由于红外线技术触摸屏的价格很低，但其外框易碎，很容易产生光干扰，曲面条件下易失真，已退出市场；电容技术触摸屏的图像很容易失真也淘汰了；电阻技术触摸屏的虽定位准确，价格颇高，但很容易磨损坏掉；表面声波触摸屏的优点是解决了以往触摸屏的各种问题，响应灵敏且不容易被损坏，适于各种场合，缺点是受环境影响很大，屏幕表面如果有异物触摸屏的响应会不灵敏，甚至是失灵。而按照触摸屏的工作原理和传输信息的条件，触摸屏又可以分为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。总的来说，每一种类型的触摸屏都各有优缺点，可根据触摸屏的工作原理与特点决定哪种场合要用哪种触摸屏。1.5 本文的主要研究工作本文的主要研究工作是对一种液动开槽机的结构进行修改和优化，增加其使用性能和适用能力；对这种整体结构的开槽机进行液压系统的设计；对基于这种结构和液压驱动的开槽机进行PLC控制程序的设计；对开槽机的触摸屏的画面进行组态设计；利用对应的专用仿真软件工具对开槽机进行液压系统仿真、PLC编程仿真和触摸屏控制仿真。具体研究的问题有：（1）基于液压驱动的开槽机的液压系统回路设计，主要液压回路设计、液压组件的基本参数、选型，及系统模拟仿真；（2）基于PLC控制的开槽机的PLC选型、程序设计、编程、模拟下载与连接及系统仿真；（3）基于触摸屏的操控界面的选型、画面组态设计、编译、模拟下载与连接及画面仿真；（4）基于液压驱动和PLC控制的送料开槽机的各个模块部分的连接及整体系统的连接，绘制整体系统的连接示意图。第二章 开槽机的总体控制方案设计2.1 开槽机的功能设计快速、准确地夹紧放松和搬运物件是机械手的基本要求。液压驱动机械手具备以下特性：高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度以及在任意工作位置都能自动定位。液动机械手设计的要求是：充分了解和分析产品的结构性能状况，设计出最合理的工作工序，并且满足系统功能要求和环境条件。 开槽机顾名思义就是完成材料的转送，但这里的材料不仅仅是指一种材料，而讲的是广义上的材料，所以它可以是某种设备的一部分，零件或是产品。送料而不仅仅是送，还要考虑到送的过程中的许多问题，比如运行时的稳定性，可靠性，灵活性，通用性等等。2.2 开槽机的总体控制设计2.2.1 开槽机的工作过程（1）确定完成的动作及顺序 送料开槽机为把工作台1上的物体或工件准确转送到工作台2上，需要以下几个动作： 前移当光电传感器检测到工作台1上有待转送的物体或工件时，此时工件前移，为工件后退做好准备。 后退当工件前移到前限位置时，触碰到限位开关，此时工件开始后退动作，为抓取工件做好准备。 抓取工件并保持一定时间当工件后退到达极限位置时，触碰到限位开关，抓手抓取工件并且夹紧定时。 工件上升当抓手抓取工件并保持到一定时间后，定时器动作使工件开始上升。 工件右移当工件上升到达极限位置同时，触碰到限位开关，此时工件右移。工件下移当工件到极限位置时，触碰到限位开关，此时工件向下移动。 放松工件并保持一定时间当工件前移到达极限位置时，触碰到限位开关，此时抓手放松工件并且放松定时。 工件左移当工件放松到极限位置时，触碰到限位开关，此时工件左移。2.2.2开槽机的控制界面方案如前文中所述，根据当前工控领域的发展趋势以及人机工程学科和触摸屏使用技术的逐渐成熟，又充分考虑到送料开槽机的整体系统连接的简便与方便和可操作性，本文的送料开槽机的控制界面采用触摸屏式的控制界面。2.3 开槽机的抓手动作简述 其工作过程是：（1）夹紧工件当送料开槽机的手臂伸缩缸伸出到达极限位置时，控制送料开槽机的抓手结构动作的液压缸的三位四通电磁换向阀左位得电，抓手的小型液压缸的活塞向右方向运动，抓手连杆尾部张开，头部闭合，手指抓紧工件。（2）放松工件当手臂伸缩缸到达工作台2时，伸出到达极限位置，控制抓手的液压缸的三位四通电磁换向阀右位得电，抓手的小型液压缸的活塞向图中的左方向运动，抓手连杆尾部缩合，头部张开，手指放松工件。 第三章 开槽机的PLC控制系统设计3.1 PLC控制系统设计的基本原则和设计步骤3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统设计总体的设计原则是：根据控制任务，在最大限度地满足生产机械或生产工艺对电气控制要求的前提下，运行稳定，安全可靠，经济实用，操作简单，维护方便。在设计PLC控制系统时，设计要求如下：（1）最大程度地实现被控对象提出的各项性能指标。（2）使系统能够稳定运行。（3）力求控制系统的简单简洁。3.1.2 PLC控制系统设计的设计步骤 PLC控制系统程序设计的基本内容可遵循以下五步进行：（l）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的循环顺序。（2）配置输入输出设备，设备的输入、输出与对应的PLC信号想匹配，绘制PLC控制系统的外部I/O连接图。（3）选择合适的PLC型号，设计出PLC控制程序并编写出梯形图或指令语句表。梯形图必须是被控系统按照正确的顺序所要求的全部功能和相互关系。（4）实现用编程软件对PLC的梯形图直接编程。（5）对编译好的程序进行调试（模拟仿真和现场运行）。3.3 开槽机的PLC控制系统的硬件配置3.3.1 PLC控制系统的输入输出（I/O）设备及I/O点确定与分配（1）输入设备输入设备是用以产生输入控制信号的设备，PLC控制系统中主要有：控制运行方式选择开关；急停、启动和停止按钮；手动运行操作方式下的各个手动开关；工作台1上的光电感应开关；各极限位置上的磁性限位开关；控制界面触摸屏。 （2）I/O点的确定与分配表3-1 PLC控制系统的PLC的I/0编号分配表输入点（端子）按钮符号初始状态功能说明X012SA2-1常开（或常闭）手动操作运行方式X013SA2-2常开（或常闭）回原位操作运行方式X014SA2-3常开（或常闭）单步运行方式X015SA2-4常开（或常闭）单周期运行方式X016SA2-5常开（或常闭）连续循环运行方式X017SB1常开回原点启动按钮X020SB2常开启动按钮X021SB3常开停止按钮X0SQ1常开前限位开关X1SQ2常开后限位开关X2SQ3常开左限开关X3SQ4常开右限开关X4SQ5常开上限开关X5SQ6常开下限开关X23SQ7常开夹紧右限开关X24SQ8常开夹紧左限开关X6SQ9常开手动操作-前移X025SQ10常开手动操作-后移X7SQ11常开手动操作-左移X026SQ12常开手动操作-右移X10SB5常开手动操作-上移X027SB6常开手动操作下移X011SB7常开手动操作夹紧X030SB8常开手动操作放松X022SB9常开急停输出点（端子）线圈符号初始状态功能说明Y01YA前进电磁阀Y12YA后退电磁阀Y23YA左行电磁阀Y34YA右行电磁阀Y45YA上升电磁阀Y56YA下降电磁阀Y67YA原点指示灯Y78YA夹紧电磁阀Y0209YA放松电磁阀Y1010YA自动运行指示灯Y1111YA急停指示灯Y1212YA回原点操作指示灯Y1313YA+手动运行指示灯Y1414YA单步运行指示灯Y1515YA单周期运行指示灯Y161KM连续循环运行指示灯Y1716YA电源指示灯Y2117YA原点指示灯另外需说明：SB17泵电动机启动按钮；SB18泵电动机停止按钮；SB19急停按钮。KM0泵电动机的线圈。3.3.3 PLC控制系统的PLC硬件配置根据输入元件和输出元件的型号和数量，确定PLC的硬件配置，包括PLC机型的容量的选择，输入模块的电压和接线方式，输出模块的输出形式等。根据前文的预选PLC的型号，可以确定已经满足了控制系统的要求，所以确定PLC的型号为FX2N-64MR-ES/UL，一台。PLC的机型结构选择整体式的基本单元，因为这已经能够满足要求了。其他配置均按照上文的说明。 3.4 开槽机的PLC控制系统程序设计3.4.1 PLC控制系统程序设计方法PLC控制系统程序设计方法是以指令为基础，结合被控对象工艺流程、控制要求、现场信号，对照PLC继电器编号，画出流程图，然后进行编程。PLC的控制功能是以程序的方式体现出来，程序是各部件之间链接的重要部分，所以程序设计是一个重要的环节。PLC的程序设计方法一般可分为经验设计法、继电器-接触器控制电路移植法、顺序控制设计法等。3.4.2 PLC控制系统程序的功能流程图和顺序功能图（1）设计功能流程图 划分工作阶段，确定步 确定工作步，由开槽机的顺序工作过程可知，开槽机一次工作循环中包含8个阶段：工件前移，工件后移，夹紧工件，工件上移，工件右移，工件下移，工件放松，工件左移。可将这8个工作阶段作为8个工作步。表3-2 送料开槽机的工作阶段及负载序号顺序工作阶段选定的状态继电器负载0开槽机位于初始位置S2系统静止，原点指示灯亮1前进S201YA得电，运行指示灯亮2后退S213YA得电3夹紧S225YA得电，定时器1得电4上升S232YA和4YA同时得电，工件5右移S247YA得电，工件6下移S259YA得电，工件7放松S261YA得电，工件8左移S273YA得电，工件 （2）将功能流程图转换成顺序功能图（状态转移图）自动运行操作方式下，初始化状态继电器选用S2，工作步的状态继电器选用S20S27， M8041继电器和M8044继电器是从程序自动运行的初始步S2转换到下一步S20的转换条件，M8044要在初始化程序中设定。 图3-1 自动运行操作方式的状态转移图在GX Developer中编写对应的初始化操作方式的梯形图图3-2 初始化程序的梯形图初始化程序设置了初始状态和原点位置条件。指令中的S20和S27用来指定在自动运行操作方式中用到的最小和最大状态继电器的元件号，IST指令的源操作数X000用来指定与工作方式有关的输入继电器的首元件，它实际上指定的是X000X007这8个输入继电器，见表3-1（I/O点的编号分配表）。当IST指令满足条件时，初始状态继电器和特殊辅助继电器自动被指定为以下功能。若IST指令的执行条件变成OFF，这些元件的功能仍保持不变。当IST指令执行时，控制系统自动完成的手动、回原点、自动（单周期、单步、连续循环）工作方式的转换。表3-3 辅助元件表特殊辅助继电器M功能状态继电器S功能M8040禁止转换S0手动操作初始状态继电器M8041转换启动S1回原点操作初始状态继电器M8042启动脉冲S2自动操作初始状态继电器M8043回原点完成M8044原点条件M8047STL监控有效（2）手动运行操作方式程序S0为手动运行操作方式的初始状态。手动运行操作方式的立柱上升和下降、手臂的伸出和缩回、抓手的夹紧和放松、立柱的顺转和逆转、基座的移出和移回是由相应的按钮来完成的。在GX Developer中编写对应的手动运行操作方式的梯形图，图3-3 手动运行操作方式的梯形图（3） 回原点运行操作方式程序图3-4 回原点运行操作方式的状态转移图 在GX Developer中编写对应的回原点运行操作方式的梯形图，如图所示。 图3-5 回原点运行操作方式的梯形图（4）自动运行操作方式程序自动运行操作方式程序包括了单步、单周期和连续循环3种工作方式。IST指令规定了自动运行操作方式程序的初始步为S2。初始步S2向下一步转换的条件之一是原点位置M8044为ON，条件之二是开始转换特殊辅助继电器M8041为ON，二者缺一不可。M8041的置位由“启动按钮”通过系统程序来完成，用户编程不必再考虑。单周期和连续循环方式的区别就是通过M8041体现出来。而单步工作方式和单周期、连续循环工作方式的区别主要是通过系统程序驱动禁止转移特殊辅助存储器M8040体现出来，自动运行操作的状态转移图已经在前文绘出，如图3-6所示。自动运行操作状态下对应的梯形图： 图3-6 自动运行操作方式的梯形图3.5 送料开槽机的PLC控制程序调试3.5.1 PLC控制程序的调试简介（1）程序的模拟调试（模拟仿真）模拟调试即利用基于计算机的模拟仿真软件进行调试模拟，在PLC的各部分程序设计完成以后即可进行。（2）程序的联机（现场）统调联机统调是在模拟调试和现场施工完成后进行，整个系统调试前应首先按要求将电源、I/O端子等外部接线连接好，必须对系统的接线和电源系统作仔细的检查，外部接线一定要准确无误。可以用事先编写好的程序来检查接线故障。出于安全问题的考虑，提前将主电路关闭，等确认接线无误后再打开主电路电源，将模拟的程序输入进存储器，让其处于监控或运行状态，使其各部分的功能都正常，能完整的控制其功能。3.5.2 送料开槽机的PLC控制程序模拟仿真三菱FX系列PLC的模拟仿真软件是基于GX Developer与Simulator的结合，它们为调试程序提供了直观的和细致的观察和分析手段。用GX Developer完成梯形图的录入和编译后，在编辑窗口状态转换工具栏上单击“梯形图逻辑测试启动/结束”按钮即可进入仿真状态，当再次单击该按钮式就退出仿真状态。（1）梯形图窗口仿真送料开槽机的PLC控制程序的梯形图窗口仿真步骤如下： 单击“梯形图逻辑测试启动/结束”按钮即可进入仿真状态，稍候片刻，出现“模拟CPU”窗口和“监视状态”窗口，如图4-7所示。“模拟CPU”窗口指示程序是否运行，指示程序运行是否有错，可以设置程序的运行状态。 在标准工具栏中，单击“软元件测试”按钮，启动软元件状态设置窗口，如图4-14所示。将“急停”常闭按钮X022置ON，“急停”指示灯熄灭，“电源”指示灯接通，然后将“X10、X12、X13、X1开槽机、X20”常开触点和辅助继电器M100均“强制ON”。满足了初始化的要求，特殊辅助继电器被M8044置ON，线圈Y12得电，回原点运行指示灯亮。 如果工作方式选择开关被拨到手动运行操作方式（即将梯形图的X000置为ON），IST指令将状态寄存器S0置为ON，此时按下梯形图中的“手动操作”各个按钮，均可实现相应的动作。回原点操作梯形图仿真：图3-7手动运行操作方式下的梯形图窗口仿真（部分） 如果选择开关被拨到回原点运行操作方式（即将IST指令的X001置为ON），IST指令将状态寄存器S1置为ON，此时按下梯形图中的“回原点启动”（X005置ON）操作按钮，均可实现回原点的动作。完成回原点操作后程序将特殊辅助继电器M8043置为ON，并将返回到S1初始步。图3-8回原点运行操作方式下的梯形图窗口仿真（部分） 如果选择开关被拨到自动运行操作方式（单步、单周期或连续循环），IST指令将状态寄存器S2置为ON，接下来选择具体是自动的什么方式。单步（X002置为ON）、单周期（X003置为ON）或连续循环（X004置为ON）。单步运行时，由于在原点M8044为ON，未按启动按钮时M8040为ON、M8041为OFF，按下启动按钮SB3后M8040变为OFF，M8041变为ON，活动步转移到S20，开槽机的立柱下降；直到压下下限位开关后由于M8040已经为OFF，状态不会自动转移，只能等待再次按下启动按钮。如此为单步运行方式。单周期运行时，M8041仅在按下启动按钮时接通，然后为OFF。完成一个工作循环后，活动步由S31转换到S2时，由于M8041已经为OFF，所以S2不能自动转移到S20，从而完成单周期运行。 连续循环运行时，IST指令使M8041一直为ON，M8040一直为OFF，开槽机回到原点后活动工作步就能够自动通过S2转移到S20，自动循环工作一直进行下去，直到按下停止按钮SB4为ON，M8041打开自锁变为OFF，开槽机回到原点位置后停止运行。物体检测光电感应开关检测到工作台1有工件时置ON。图3-9自动运行操作方式下的梯形图窗口仿真（部分） 停止程序仿真运行，再次单击“梯形图逻辑测试启动/结束”按钮，退出仿真状态。退出仿真状态后，编辑窗口处于“读出模式”，如果要修改程序，单击“写入模式”按钮，使编辑窗口处于“写入模式”状态。第四章 送料开槽机的系统控制界面设计4.1 触摸屏控制界面的画面设计 4.1.1 三菱触摸屏的画面GT Simulator2是利用GT Designer2编制的工程数据，在个人电脑上仿真GOT操作的一种产品。GT Simulator2具有如下特点：（1）在个人电脑上仿真GOT的画面通过在个人电脑上仿真GOT的操作，可以在没有GOT本体的情况下也能进行数据的调试。此外，通过与GX Simulator配合使用可以进行画面调试，如果在同一台个人电脑上安装GX Simulator与GT Designer2，仅用一台个人电脑就可以进行从画面制作到画面调试的全过程操作。需要修改画面时，通过GT Designer2进行画面修改后，可以立即用GT Simulator2确认变更结果，因此可以大幅度地提高设计效率。（2）在特殊模块及网络对象的操作环境下也能适用对于那些用GX Simulator不能进行调试的特殊模块及网络对象，在GT Simulator2中通过将个人电脑的CPU与PLC的CPU直接连接，就可对特殊模块及网路对象进行PLC监视及写入操作。可以在GT Designer2上确认GOT中所显示的画面图像。此外，也可以通过窗口显示状态进行确认。如图4-1为GT Designer2的基本窗口。图4-1 GT Designer2的基本窗口4.1.2 三菱触摸屏的画面设计（1）首页画面设计动作说明：按下触摸屏首页画面的任何位置都可以进入到系统的主控页画面。因此在首页画面上增加“画面切换开关”，将其拉伸至全屏，并且设定属性为：处于前面画面，图形为无（即透明），切换到“基本画面2主控页画面（初始化与选择控制方式画面）”，首页画面为基本画面，画面的背景色设为黑色。初始化与选择控制方式画面的“控制系统初始化状态”区域主要是：指示控制系统的初始化状态，有“急停按钮”、“急停指示灯”、“电源指示灯”和“原点指示灯”。动作说明：初始化状态时（即触摸屏初始启动时），“急停”指示灯亮，系统处于急停状态。按下“急停”按钮，“急停”指示灯熄灭，“电源”指示灯亮，系统处于通电状态，可以进行系统运行。 图4-2首页画面的设计效果图如果“原点”指示灯是熄灭的，说明现在送料开槽机没有处于原点状态，要进行手动和自动的各个操作的话，那就必须先使开槽机回到原点。所以首先进行的是“回原点”运行操作方式，按下“回原点”运行操作方式按钮SA-2，“回原点”运行指示灯亮起，点击“回原点画面”的画面切换按钮就可以到回原点画面去操作了。如果“原点”指示灯是点亮的，说明现在送料开槽机处于原点状态，可以进行手动和自动的各个操作的。按下“手动”运行操作方式按钮SA-1，“手动”运行操作指示灯亮起，点击“手动操作画面”的画面切换按钮就可以到手动画面去操作了。按下自动运行操作方式按钮SA-3（单步）、SA-4（单周期）、SA-5（连续），各个对应的运行操作指示灯亮起，点击“模拟运行画面”的画面切换按钮就可以到自动运行画面去操作了。 图4-3初始化与选择控制方式3）手动运行操作方式画面的主要内容就是：完成在手动运行操作方式下的开槽机各个不同的动作，并且指示动作时的运行情况。画面设计：开槽机工作过程中的8个不同的动作的启动按钮，工作状态指示灯和相应的手动限位开关。动作说明：按照开槽机的顺序工作过程进行操作或者在回原点后进行各个动作的单独操作。不同的动作按钮共有8个，按下相应的按钮，对应的动作指示灯亮起，直到按下该动作的限位开关后，指示灯熄灭。 如图4-4为手动运行操作方式画面的设计效果图（4）回原点运行操作方式画面设计回原点运行操作方式画面的主要内容就是：完成开槽机不在原点状态时，按下回原点启动按钮，可以使开槽机自动退回到原点位置状态，并且指示动作时的运行情况。画面设计：回原点动作主要就是指4个动作下回到极限位置，即抓手放松并且缩回到极限位、手臂缩回到极限位、立柱上升到上限位、立柱逆转到极限位、基座移回到极限位。设计这4个动作的极限位开关和工作时的指示灯，然后加入“回原点启动”按钮和系统“启动”和“停止”按钮。动作说明：按下“启动”按钮，系统启动并可以开始转换。到按下“回原点启动”按钮时，“夹紧放松”指示灯亮起并直到按下“夹紧左限”开关后熄灭；然后“工件左移”指示灯亮起直到按下“左限”开关后熄灭；然后“工件下降”指示灯亮起直到按下“下限”开关后熄灭；然后“工件后退”指示灯亮起直到按下“后限”开关后熄灭；同时“原点”指示灯亮起，回原点运行操作结束。 如图4-5为回原点运行操作方式画面的设计效果图（5）自动运行操作方式画面设计自动运行操作方式画面的主要内容是：运行操作方式选择在“单步”、“单周期”或“连续”各个不同方式时，按下相应的按钮可以实现开槽机的各个操作方式下的运行，并有相应的指示灯来指示动作时的运行情况。画面设计：在自动运行操作方式下，要完成开槽机的全部工作过程，设计互不相同的8个动作过程的指示灯及相应的限位开关。在抓手夹紧工件或者放松工件时有定时效果，所以分别设计一个液位棒体来展示T0和T1的定时效果。动作说明：自动运行前提是开槽机回到原点位置，如果自动运行操作方式工作在“单步”运行下，工作台1有物体时，“物体检测光电感应”按钮闭合，每按下一次“启动”按钮，开槽机只向下动作一个动作，直到再次回到原点位置。如果工作在“单周期”运行下，工作台1有物体时，“物体检测光电感应”按钮闭合，按下“启动”按钮一次，开槽机工作一个循环过程直到回到原点位置。如果工作在“连续”运行下，工作台1有物体时，“物体检测光电感应”按钮闭合，按下“启动”按钮一次，开槽机自动进行无数次的连续循环的工作，直到按下“停止”按钮为止。最后增加“回主控画面”的画面切换按钮，用于完成自动运行操作后回到主控画面。 图4-6 为自动运行操作方式画面的设计效果图4.2 触摸屏控制界面的画面仿真4.2.1 三菱触摸屏的画面仿真工具GT Simulator2是利用GT Designer2编制的工程数据，在个人电脑上仿真GOT操作的一种产品。4.2.2 三菱触摸屏的画面仿真（1）首页画面仿真启动三菱触摸屏的画面仿真软件GT Simulator2，。点击工具栏中的“打开”按钮，找到用GT