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基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 I 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 摘 要 本设计研究的是一种基于 PLC 控制系统的高性能电磁阀吸力特性测试装置，本 文首先对电磁阀及其吸力特性进行了简介，然后提出两种设计方案，并对其进行论 证，然后确立一种总体方案进行设计。其次是系统硬件设计，本文详细介绍了系统 的硬件组成和主要设备及元器件的选型，并给出系统的硬件接线图。最后进行软件 设计，软件设计分为下位机控制程序设计和上位机程序性设计，本文给出了下位机 控制程序自动和手动过程的详细流程图，并对它们进行行详细的分析，并对上位机 程序部分的监控画面设计和变量链接做了详细的介绍。最后，通过对本系统进行联 机调试，本系统基本上可以实现设计要求。实验证明，该装置可以精确地描述高性 能电磁阀吸力特性，并且自动化程度和检测效率得到了很大的提高。 关键词 PLC；高性能电磁阀；吸力特性；测试装置 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 II PLC CONTROL SYSTEM BASED ON SUCTION CHARACTERISTICS OF THE ELECTROMAGNETIC VALVE TEST DEVICE ABSTRACT This design studies a device for testing features of high-performance suction valve based on PLC control system. First , This paper introduced the characteristics of the electromagnetic valve and suction. Second is the system hardware design, this paper introduces the hardware and the main equipment and component selection, and gives the system hardware hookup. The design of the software, software design into the control program design and PC procedural design, this paper presents the process of automatic and manual control program, and the detailed flow of their lines, and detailed analysis on PC monitor screen design part program and variable links are described in detail. Finally, through this system, this system basically online adjustment can realize the design requirements. Experiments have proved that this device can accurately describe electromagnetic valve, high automation degree and the suction and detection efficiency has been greatly improved.detection efficiency has been greatly improved. KEY WORDS： high performance solenoid valve,PLC,Suction,test equipment 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 绪论.1 1.1 电磁阀及电磁机构吸力特性简介.1 1.1.1 工作原理.1 1.1.2 电磁机构的吸力特性.1 1.2 课题背景和意义.2 1.3 本设计完成的主要工作.3 2 系统方案论证及总体方案设计.4 2.1 本设计要求.4 2.2 基于 LABVIEW 的方案.4 2.3 基于 PLC 和组态软件的方案.4 2.4 最终方案的确定和总体设计.5 2.4.1 系统总体方案设计.5 3 硬件系统设计.7 3.1 系统硬件组成.7 3.1 系统 I/O 分析.7 3.3 系统主要硬件选择.8 3.3.1 PLC.8 3.3.2 模拟量输入模块.8 3.3.3 步进电机及其驱动器.9 3.3.4 编码器.10 3.3.5 力传感器.11 3.4 系统硬件接线图.11 4 系统控制程序设计.12 4.1 顺序功能图(SFC).12 4.2 S7-200PLC 高速计数和高速脉冲输出介绍.12 4.2.1 高速计数.12 4.2.2 高速脉冲输出.13 4.3 系统 I/O 及变量分配.14 4.3.1 系统 I/O 口分配.15 4.3.1 系统变量分配.15 4.4 系统控制程序框架及典型环节介绍.16 4.4.1 控制程序框架.16 4.4.2 典型环节介绍.16 4.5 控制程序分析.18 5 上位机程序设计.20 5.1 工业组态产生的背景.20 5.2 力控 FORCECONTROLV6.1 监控组态软件.20 5.3 本系统上位机部分设计.20 5.3.1 工程及画面的建立.20 5.3.2 定义外部设备和变量.22 5.3.3 X-Y 曲线组件和数据表格组件的插入.23 5.3.4 数据变量的连接.24 6 系统联机调试及结果分析.26 6.1 硬件调试.26 6.2 软件调试.27 6.3 结果及分析.27 结束语.29 致 谢.31 参考文献.32 附 录.33 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 1 1 绪论 电磁阀近年来广泛应用于纺织、轻工、城建等领域，更重要是它也应用在那些 精度要求高的领域，如汽车领域和航天领域。随着自动化的飞速发展，电磁阀在自 动化系统中的应用数量和种类也越来越多，并且对电磁阀质量的要求也越来越高。 因此本节将对电磁阀及电磁机构的吸力特性进行简单的介绍，并叙述了本课题研究 的现状和背景。 1.1 电磁阀及电磁机构吸力特性简介 电磁阀是用来控制 流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于 机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。 1.1.1 工作原理 电磁阀的基本原理：当线圈接通电流，便产生了磁性，跟磁铁相互吸引，磁铁 就会拉动顶杆。关闭电源，磁铁和顶杆就复位了，即当线圈通电或断电时，磁芯的 运转将导致液体通过阀体或被切断， 以达到改变流体方向的目的。 电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔 中间是阀，两面是两块 电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通 过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就 会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆， 活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。 1.1.2 电磁机构的吸力特性 电磁机构的电磁吸力 1可以按下式 1.1 求得： F= （1.1）SB 2 7 8 10 式 1.1 中 F 为电磁吸力（ N），B 为气隙中磁感应强度（ T），S 为磁极截面积 （） 。当端面积 S 为常数时，吸力 F 与磁密强度成正比，也可以认为 F 与磁 2 m 2 B 通 成正比，如式 1-2 所示。 2 F （1.2） 2 电磁机构的吸力特性反映的是其电磁吸力与气隙长短之间的关系。直流电磁机 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 2 构有直流电源激磁，稳态时，磁路对电路无影响，所以可认为其激磁电路不受气隙 变化的影响。即其磁势 IN 不受气隙变化的影响，电路在恒磁势下工作。此时 F （1/） (1.3) 22 即直流电磁机构的吸力 F 与气隙 的平方成反比。其吸力特性曲线如图 1-1 所示。 可以看出特性曲线比较陡峭，它表明衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小吸力则 越大。 图 1-1 电磁机构吸力特性曲线 由于衔铁闭合前后激磁线圈的电流不变，所以直流电磁机构适合于动作频繁的 场合，且吸合后电磁吸力大，工作可靠性高。 1.2 课题背景和意义 平时我们在商场里见到的那些全自动洗衣机，插上电源以后就会自动把水加满， 洗完以后自己把水放掉，然后再自动加水冲洗，洗完后再把水放掉把衣服甩干，全 部过程都是自动完成的，可方便了。其中很重要的一个因素就是全自动洗衣机含有 一个关键部件电磁阀。电磁阀是管道自动控制系统中常用的执行元件，它是以 电磁力为动力，来实现管道中水流的开启或关闭，由于电磁阀具有耗能小、体积小、 性能稳定、维修方便等优点，因此在管道自动控制方面，扮演着重要的角色。 电磁阀不仅仅在全自动洗衣机上有应用，并且广泛应用在那些精度要求高的领 域，如汽车领域和航天领域。随着汽车控制技术的发展,汽车电磁阀的应用数量和种 类越来越多,对电磁阀质量要求也越来越 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 3 高。 在现代汽车制造技术里,汽车的油路、气路通断控制和汽车的制动,无处不见电 磁阀的身影。电磁阀性能的好坏直接关系汽车的操作性能，甚至关系到驾驶人的安 全。因此，电磁阀特别是高性能电磁阀的质量检测就显得十分重要了。 长期以来，电磁阀的性能检测方法是采用简易的人工检测，这种检测台操作复 杂，对检测人员要求较高，操作人员的劳动强度非常大，速度也较慢。尤其在检测 精度方面，效果不能使人满意。发达国家使用的电磁阀检测仪都是自主开发的自动 检测台，没有通用的产品。因此，研发具有我国自主知识产权的具有自动化水平很 高的电磁阀性能检测台，对我们提高生产力和自动化程度具有重要的意义。 1.3 本设计完成的主要工作 第一、了解电磁阀的工作原理及电磁机构的吸力特性。 第二、针对高性能电磁阀吸力特性的测试要点，提出若干设计方案，并对它们 进行全方位的方案论证，最后在满足设计要求的情况下，综合其自动化程度、经济 性等因素确定出一种最佳方案。 第三、针对选出的最佳设计方案，我们首先要对其硬件系统进行设计，对方案 中用到的重要设备及元器件进行选型，并画出硬件组成图。 第四、在硬件系统确立的基础上，接下来我们进行系统软件部分的设计，软件 部分要按照操作方便、系统安全性等原则设计。 第五、系统软硬件设计完成后，我们要进行系统联机调试，针对调试过程中出 现的问题进行分析、修正和优化，最后完成本次设计。 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 4 2 系统方案论证及总体方案设计 在设计任何一个系统，我们首先要做的就是系统方案论证，即在满足设计基本 要求的情况下对提出的若干方案进行论证，谋求一种在满足设计要求的基础上，在 综合各方面因素的情况下，选择一种最佳方案，然后对其进行详细介绍。 2.1 本设计要求 本设计研究的是高性能电磁阀吸力特性测试装置，即绘制电磁阀吸力与吸合行 程之间的关系曲线。因此，本设计的要求为：第一、系统应该不仅具有手动测试部 分，并且最重要的是还要有自动测试部分。第二、在程序的编写过程中，要充分考 虑到任何可能发生的情况，特别是异常情况，并针对上述情况编写安全性高的程序。 第三、设计的系统应该能够精确地采集到电磁阀的吸力和吸合行程两组数据。第四、 能够直观地在计算机上显示它们的关系曲线。 2.2 基于 LABVIEW 的方案 LabVIEW 是 NI 推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程 方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快 捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW 程序又称 为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但 LabVIEW 程序很容易改 变设置和功能。LabVIEW 是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库， 包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有 目前十分热门的网络功能因此，本装置可以采用 LABVIEW 软件与采集板卡组成 LABVIEW 控制系统组成目标系统，采集板卡负责吸力和吸合行程两组数据的实时 采集，LABVIEW 软件负责数据的处理和电磁阀吸力特性关系曲线的绘制。 虽然 LabVIEW 能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁 琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接 起来，能够节省 85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，省时简便。 但是，LabVIEW 一般适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和 设备的参数和功能的场合，以及对信号进行分析研究、传输等场合。最主要的是这 样的一个系统花费的代价一般是是非常昂贵的。 2.3 基于 PLC 和组态软件的方案 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 5 我们也可以采用 PLC 加组态软件完成目标系统，PLC 是一种专门为在工业环境 下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在 其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能 通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有 关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则 而设计。因此，PLC 是当今自动化控制系统领域中的重要支柱之一。 PLC 控制系统具有以下特点： （一）可靠性高、抗干扰能力强 （二）配套齐全、功能完善、适用性强 （三）系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造 （四）体积小、重量轻、能耗低 随着 PLC（Soft-PLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有 SoftPLC 组态软件和基于工业 PC 控制系统的市场的份额正在逐步得到增长，这些事 实使传统 PLC 供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传 统 PLC 的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。 在基于 PLC 和组态软件的方案中，我们可以用 PLC 采集电磁阀吸力和吸合行 程这两组数据，然后采用组态软件对这两组数据进行处理后，最终利用组态软件含 有的控件绘制出电磁阀吸力特性曲线。 2.4 最终方案的确定和总体设计 上面提出的两种方案各有各自的特点，都能满足设计要求。但是，由于 LabVIEW 系统一般适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设 备的参数和功能的场合，且价格一般很昂贵，再有本装置安装在工业现场并且需求 量大，所以，我们不得不考虑成本及性价比问题。PLC 加组态软件系统成本低、可 靠性高，最重要的是其性价比高，因此，在两种方案都能满足设计要求的情况下， 综合各方面因素进行取舍，最终我选用 PLC 加组态软件完成目标系统。 2.4.1 系统总体方案设计 本设计研究的是高性能电磁阀吸力特性测试装置，即绘制电磁阀吸力与行程之 间的关系曲线。我们选用 PLC 作为核心控制器，然后利用 PLC 强大的数据处理功 能完成底层吸力和吸合行程两组数据的采 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 6 集和处理，最后利用组态软件对这两组数据进行分析和处理，设计监控画面并借用 计算机特有的曲线控件绘制出电磁阀吸力特性曲线，直观地将其显示在计算机屏幕 上。整个系统组成图如图 2-1 所示。 电磁阀吸力 电磁阀吸合行程 PLC 控制器 工控机 图 2-1 系统组成图 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 7 3 硬件系统设计 既然要测电磁阀的吸力特性曲线，因此我们必须要得到电磁阀吸力和行程两组 数据，然后利用组态软件基于这两组数据绘制力与行程特性曲线。下面重点针对系 统的硬件组成，I/O 点分析，硬件选型方面进行介绍。 3.1 系统硬件组成 该装置主要包含有控制器 PLC、步进电机及其驱动器、编码器、力传感器、放 大器和模拟量输入模块组成。系统组成图如下图 3-1 所示。 PLC 编 码 器 力传感器 步进电机 模拟量模块 放大器 驱动器 图 3-1 系统组成图 系统工作过程：PLC 利用周期可调的高速脉冲输出 PWM 驱动步进电机转动， 经机械传动系统带动安装在力传感器上的顶针向下顶电磁阀的阀芯，与此同时，编 码器输出高速脉冲，PLC 记录高速脉冲的个数，通过计算得出准确的行程，力传感 器输出模拟信号经运算放大器输出 420mA 标准信号电流，经过模拟量输入模块变 换成数字量，经 PLC 计算得出吸力和吸合行程后，我们就可以利用组态软件绘制出 吸力和行程的特性曲线。 3.1 系统 I/O 分析 在设计任何一个 PLC 控制系统之前，我们做的首要工作就是确定 I/O 点数。本 设计含有一个模拟量即电磁阀吸力，编码器输入口，控制步进电机脉冲输出口，控 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 8 制步进电机方向输出口。再有控制部分分自动部分和手动部分，手动部分含有手动 上升、手动下降和手动停止控制，自动部分含有自动测试开始和步进电机运行上限 控制。算得本系统含有 6 个数字量输入、两个数字量输出和一个模拟量输入。 3.3 系统主要硬件选择 本系统硬件选择主要包括控制器，模拟量输入模块，驱动器，步进电机、编码 器、力传感器的选择，由于篇幅所限其他诸如继电器、电源等硬件的选择在此不做 一一介绍。 3.3.1 PLC 目前流行的 PLC 种类有很多，市场占有率较高的有德国西门子 PLC 和日本的 三菱、欧姆龙 PLC，其中它们各自都有自己的优缺点，本系统我们选用西门子 PLC，之所以选用西门子 PLC 是因为其品牌、价格、市场占有率高等优势，最重要 的是其功能强大，系统模块化强，更加容易扩展和系统的维护。 西门子 PLC 分为小型、中型和大型 PLC2，由于本系统是一个小型系统，并且 I/O 点数少，所以我们选用西门子小型 S7-200 系列 PLC。S7-200CPU 是将一个微处 理器、一个集成电源和数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功 能强大的微型 PLC。在下载了程序之后，S7-200 将保存多需的逻辑，用于监控应用 程序中的输入输出设备。 首先，S-7200PLC 输出类型有晶体管（DC） 、继电器（DC/AC）和晶闸管三种 输出方式，考虑到本系统要利用高速脉冲输出 PWM 驱动步进电机和采集高速脉冲 序列来精确计算吸力和吸合行程这两种功能，开关频率高，因此我们选用晶体管输 出方式，它可以输出最大可达 20kHz 的高频脉冲序列，可以驱动步进电机和伺服电 机以实现准确定位任务。 其次，系统的 I/O 点数。经过分析本系统需要一个高速脉冲输入口和五个普通 输入 I/O 口，一个高速脉冲输出口和一个普通输出 I/O 口，考虑到普通数字开关量 不能和高速输入口分在一组内，以免对高速脉冲造成干扰，致使测得特性曲线不准 确，并且在满足够用的情况下，应该留下一定的冗余。因此，参照西门子 S7-200 产 品目录及市场的实际价格，选用主机为 CPU224（14 输入/8 输出晶体管输出）一台， 加一台扩展的模拟量模块，这样的配置是最经济和适用的。 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 9 3.3.2 模拟量输入模块 因所选 CPU224 本身无模拟量处理的功能，因此我们需要配备一个模拟量输入 模块配合 PLC 处理模拟量。模拟量输入模块处理模拟量数据的原理很简单，传感器 采集到模拟量信号，经变送器将此信号转换成 4-20mA 电流或 1-5V 电压标准的电信 号，然后经模拟量输入模块转换为数字信号，最后经过标度处理后，然后用数学运 算 ，将结果在触摸屏或者文本显示器上显示即可。本系统有一路模拟量信号即力传 感器信号，因此考虑在满足冗余的情况下，考虑到经济的因素，我们选用西门子 PLC 配套的专用模拟量输入模块 EM231，附带有四路模拟量输入。 3.3.3 步进电机及其驱动器 步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。其主要优点是有较高 的定位精度，无位置累积误差；特有的开环运行机制，与闭环控制系统相比降低了 系统成本，提高了可靠性，广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机 器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。其实物图如图 3-2 所示。 控制换相顺序，通电换相。这一过程称为“脉冲分配”。例如：四相步进电机的 单四拍工作方式，其各相通电顺序为 A-B-C-D。通电控制脉冲必须严格按照这一顺 序分别控制 A、B、C、D 相的通断，控制步进电机的转向。如果给定工作方式正序 换相通电，则步进电机正转;如果按反序换相通电，则电机就反转。 控制步进电机的速度。如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一 个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整控制器 发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 可编程逻辑控制器内含有独特的 PWM 高速脉冲输出功能，并设置了相应的控 制指令，可以很好地对步进电机进行直接控制。这种控制的优点是大大减小系统设 计的工作量，没有各部分接口信号的匹配问题提高了系统的可靠性。 本系统系统选用北京和利时电机技术有限公司的两相混合式步进电机 86BYG250BN，步距角为 1.8，具有定位精确，转速范围大，分辨率高，低速运行 稳定，功耗低等优点。 本系统选用 DL-025MAC 步进电机驱动器，该驱动器是瑞得集团北京瑞业科技 发展公司制造的 DL 系列中的新产品，用 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 10 于驱动两相或者四相混合式步进电机。体积更小、性能更加稳定。低频特性有很大 提高。我门设置参数为：单脉冲模式，脉冲正输入端；单脉冲模式，方向电平的正 输入端；每转 400 步（步距角 0.9 度） 。其接线方法如图 3-3 所示。 图 3-2 步进电机 图 3-3 驱动器 3.3.4 编码器 编码器（encoder）是将信号（如 比特流）或数据进行编制、转换为可用以 通讯、传输和存储的信号形式的设备 。按照工作原理编码器可分为增量式和绝 对式两类。旋转编码器是工业自动化控制过程中测量电机转速，精确定位的重要电 气部件。随着现代自动化的程度的逐年上升，编码器在自动化控制中的运用也日趋 广泛。本系统选用欧姆龙公司的 E6B2（A6B2）增量式编码器，其实物图如图 3-4 所示。其电源电压 DC5-24V，2000P/R 的高分辨率，附有逆转、负荷短路保护电路， 提高了可靠性。 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 11 图 3-4 编码器 由设计好的传动系统得知，电机转一圈带动轴移动距离为 5mm，我们编码器输 出 2000 个脉冲，因此我们要得到的吸力行程=HS0（编码器输出脉冲个数）*5/2000 *1000，单位为微米。 3.3.5 力传感器 本系统就采用了一款电阻应变式传感器 YZC-516 力传感器。电阻应变式传感器 是一种利用电阻应变效应，将力学量转换为电信号的传感器。电阻应变式传感器具 有精度高，性能稳定，测量范围宽，可制成各种机械量传感器；并且结构简单，体 积小，重量轻。可在超低温、强振动、强磁场等恶劣环境下工作等特点。YZC-516 力传感器，采用“S”型结构，精度高，抗偏载能力强。由于采用优质的弹性材料和科 学的工艺以及精心的补偿措施，使其产品具有优良的长期稳定性，体积小，外形美 观，全密封防水，有铝合金，合金钢及不锈钢三种型式 适用于各种配料秤，包装秤， 电子称量及各种测力系统。广泛应用于冶金机械、电子、轻工、纺织、石油、矿山、 建筑、交通等各个领域。其实物图如 3-5 图所示。 图 3-5 力传感器实物图 3.4 系统硬件接线图 系统硬件接线图见附录 3。 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 12 4 系统控制程序设计 本节将对顺序功能图编程语言及西门子 PLC 高速计数和高速脉冲输出功能指令 进行简单介绍，并重点对控制程序中的典型环节进行重点介绍。 4.1 顺序功能图(SFC) 顺序功能图具有图形编程语言（LD/FBD）的特点，也具有文本编程语言 （ST/IL）的特点，SFC 在可编程序控制器国际标准编程语言 IEC 61131-3 中将其作 为公共元素使用。SFC 是一种强大的描述控制流程顺序行为特征的图形化语言，能 对复杂的过程或操作由顶到底地进行整体开发。对于一个顺序控制问题，不管多么 复杂，SFC 都可以将这个复杂的问题逐层分解为若干个图形化的状态。通过 SFC 使 多种编程语言融合，实现程序的优化设计，特别适合于具有并发顺序和选择顺序的 控制过程中，也适合于多进程时序混和型复杂控制。SFC 是未来工业编程语言的首 选。 4.2 S7-200PLC 高速计数和高速脉冲输出介绍 4.2.1 高速计数 一般来说，高速计数器 HSC 和编码器配合使用，在现代自动控制中实现精确定 位和测量长度。它可用来累计比可编程逻辑控制器的扫描频率高得多的脉冲输入， 利用其产生的中断事件完成预定的操作。 高速计数器指令如图 4-1 和图 4-2 所示。 图 4-1 图 4-2 其中 HSC 表示高速计数器编号，为 05 的常数，属字节型；MODE 表示工作 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 13 模式，为 012 的常数，数字节型。 高速计数器的使用方法： （一）选择高速计数器 （二）设置控制字节 （三）执行 HDEF 指令 （四）设定初始值和预定值 （五）设置中断事件并开全局中断 （六）执行 HSC 指令 其中 HSC 使用的特殊标志寄存器如下表 4-1 所示。 表 4-1 HSC 使用的特殊标志寄存器 高速计数器编号状态字节控制字节初始值预设值 HSC0SMB36SMB37SMD38SMD42 HSC1SMB46SMB47SMD48SMD52 HSC2SMB56SMB57SMD58SMD62 HSC3SMB136SMB137SMD138SMD142 HSC4SMB146SMB147SMD148SMD152 HSC4SMB146SMB157SMD158SMD162 4.2.2 高速脉冲输出 高速脉冲输出功能是指在可编程序逻辑控制器的某些输出端产生高速脉冲，用 来驱动负载实现精准控制，这在运动控制中具有广泛的应用。使用高速脉冲输出功 能时，PLC 主机应选用晶体管输出型，以满足高速输出的频率要求。 高速脉冲输出有高速脉冲串输出 PTO 和宽度可调脉冲输出 PWM 两种输出方式。 本系统使用的是 PWM 输出方式，它可以输出一串占空比可调的脉冲序列，用户可 以控制脉冲的周期和脉宽。如图 4-3 所示。 周期 脉宽 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 14 图 4-3 高速脉冲 PWM 输出方式 高速脉冲输出指令如图 4-4 所示。 图 4-4 其中 Q0.X 代表 PLC 输出口选择，可以使 Q0.0 或 Q0.1。 PWM 的使用步骤： （一）确定脉冲发生器 它包含两方面的工作，即根据控制要求，一是选用高速 脉冲输出端；二是选择工作模式为 PWM。 （二）设置控制字节 按控制字节要求设置特殊寄存器 （三）写入周期值和脉冲宽度值 按控制要求将脉冲周期和脉宽分别写入相应的 特殊寄存器。 （四）执行 PLS 指令 经以上设置并执行指令后，即可用 PLS 指令启动 PWM， 并有 Q0.0 或 Q0.1 输出。 其中相关寄存器功能表如表所示。 表 4-2 HSC 使用的特殊标志寄存器 Q0.0 的寄存器Q0.1 的寄存器名称及功能描述 SMB36SMB76状态字节，在 PTO 方式下，跟踪脉冲串输出状态 SMB67SMB77控制字节，控制 PTO/PWM 脉冲输出地基本功能 SMW68SMW78 PTO/PWM 的周期值，范围 265535ms 或 1065535us SMW70SMW80PWM 的脉宽值，范围 065535(ms 或 us) SMD72SMD82PTO 的脉冲数，范围SMB166SMB176段号，多段管线 PTO 进行中的段的编号 SMW168SMW178多段管线 PTO 包络表起始字节的地址 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 15 4.3 系统 I/O 及变量分配 在编写控制程序之前，我们首先要对 I/O 和变量进行地址分配，这样我们就可 以进行程序的编写。 4.3.1 系统 I/O 口分配 系统 I/O 分配表如表 4-3 所示。 表 4-1 系统 I/O 口分配表 序号备注地址 1编码器输入I0.0 2手动上升I1.0 3手动下降I1.1 4手动停止I1.2 5自动测试开始信号I1.3 6步进电机运行上限位I1.4 7步进电机脉冲输出Q0.0 8步进电机方向输出Q0.1 4.3.1 系统变量分配 本系统变量包含下位机和上位机变量两部分，分配方案如下： M10.0 自动测试标志 V1000.0 初始状态指示 V1000.0 自动开始 上位机 V1118.0 上升 上位机 V1118.1 下降 上位机 V1118.2 停止 上位机 V1118.3 可以开始自动测试标志 V4001.0 防止 VD1106 的误动作 VW1120 手动步进电机周期 VW4120 手动步进电机脉宽 VW1122 自动步进电机周期 VW4122 自动步进电机脉宽 VW4220 为自动测试过程中用于设定当前值小于峰值多少才跳转 VW4222 为自动测试过程中用于设定当前值大于谷值多少时才跳转 基于 PLC 控制系统的电磁阀吸力特性测试装置 16 VW6008 经毛刺处理后的当前力值 VW6050 原始采集到的力值 VW6216 转换为实数的原始采集到的力值 VD1106 经标定后的力值 单位 KG VD1132 上位机连接的力值 单位 KG VD1128 计算后的行程值 单位微米 4.4