EMID标签卷盘机电气控制系统设计毕业设计说明书.doc

计算机信息工程学院毕业设计说明书 基基于于 P PL LC C 和和触触摸摸屏屏的的 E EM MI ID D 标标签签卷卷盘盘机机电电气气控控制制系系统统设设计计 摘摘 要要 EMID 标签是 RFID 标签和非晶磁条标签混合而成的标签 如今 RFID 越来越普及 在图书馆界 RFID 替代传统开放式图书馆管理模式已经成为发展趋势 本文应用 RFID 欧姆龙 PLC 工业触摸屏和步进电机等技术设计实现一台 EMID 标签卷盘机电气控制系统 实现自动生产 EMID 标签 首先简介 EMID 标 签卷盘机设计的工作原理 研究目的 意义和主要内容 接下来介绍此系统的硬件电 路设计 简介 PLC 控制电路设计 这其中包括电源接线图 步进电机和裁切电机接线 图 PLC 接线图 然后介绍此电气控制系统 的 PLC 软件设计 简介实现系统各功能的 PLC 梯形图程序 这其中包括开机设置 动作段 参数设置 错误段等模块 其次介 绍触摸屏的接线图 触摸屏软件结构图 最后介绍此系统的调试工作环境要求 关键词 关键词 RFID 欧姆龙 PLC 触摸屏 步进电机 DESIGN OF EMID LABEL REEL ELECTRICAL CONTROL SYSTEM BASED ON PLC AND TOUCH SCREEN Abstract EMID labels are a mixture of RFID tags and amorphous magnetic stripe label RFID is now becoming increasingly popular alternative to traditional open library management mode RFID in the library community has become a trend In this paper RFID Omron PLC industrial touch screen and stepper motor technology designed to achieve a EMID label reel electrical control system to achieve automatic production EMID label First Introduction EMID label reel machine design works purpose meaning and the main content then describes the hardware circuit design of this system Introduction PLC control circuit design which includes the power supply wiring diagram stepper motors and cutting motor wiring Figure PLC wiring diagram and then introduces the PLC electrical control system software design Introduction to realize various functions of the system PLC ladder program including the power to set the action section parameter setting error segment modules Secondly it introduces touch screen wiring diagrams touch screen software structure diagram Finally this system debugging environment requirements Key words RFID OMRON PLC touch screen stepper motor 计算机信息工程学院毕业设计说明书 I 目目录录 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究目的及意义 3 1 3 研究主要内容 3 第第 2 章章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 7 2 1 系统总体结构 7 2 2 PLC 控制电路设计 7 2 3 EMID 电器原理图介绍 7 第第 3 章章 PLC 软件设计软件设计 16 3 1 开机检测 16 3 2 开机设置初值 17 3 3 手动保持 手动送料和手动切断 18 3 4 急停按钮设置 19 3 5 送料电机 1 设置初值 20 3 5 1 周期时长控制 21 3 5 2 脉冲输出 PLUS 指令 21 3 5 3 速度输出 SPED 指令 23 3 6 光标延时 26 3 7 产量计数 26 3 8 裁切 27 3 9 ERROR 段梯形图设计 28 3 10 参数设置段梯形图设计 29 第第 4 章章 触摸屏软件设计触摸屏软件设计 32 4 1 触摸屏画面设计 32 第第 5 章章 调试调试 36 计算机信息工程学院毕业设计说明书 II 5 1 系统工作环境要求 36 5 2 控制系统中干扰及其来源 36 结结论论 39 致谢致谢 40 参考文献参考文献 41 计算机信息工程学院毕业设计说明书 III 前前言言 随着人们的生活水平不断提高 消费者 对各种服务的要求也越发变高 目前 超市 图书馆 展览馆等场所绝大多数都采用开架服务方式 在为消费者提供便利服务的同时 也 为行窃者提供了机会 因此这些场所大都引入各种防盗系统加以防范 目前 RFID 标签 和非晶体磁条标签是最好的选择之一 不仅能起到防盗的作用 而且此组合的隐蔽性 是世界上最好的标签之一 所以在提高管理效率的同时也避免了消费者的抵制情绪 EMID 标签还是目前世界上价格最低廉的标签 之一 这也符合了用户的 最低成本原 则 可谓是一举多得 18 本文共分五章 第一章 绪论 简介有关课题的一些背景知识和课题内容 介绍有关 PLC 技术 工业触摸屏技术 RFID 技术的知识 了解 PLC RFID 的发展 以及工作原 理 第二章 系统硬件电路设计 简介此电气系统的工作原理和硬件的设计方案 系统总 体框图和功能流程图 第三章 PLC 程序设计 详细讲解各模块的程序设计 第四章 触摸屏设计 详细讲解触摸屏的界面设计 第五章 调试 主要介绍该系统的工作环境要 求 由于本人的时间和能力有限 将此课题的有关知识做到完完全全的理解和应用不可 能在短短几个月内完成 所以很多地方还有待完善 而本文中的不足 疏漏和错误也不 可能完全避免 殷切希望各位老师和专家批评指正 计算机信息工程学院毕业设计说明书 1 第第 1 1 章章 绪绪论论 1 1 研研究究背背景景 在我国 第一代 EAS 商品电子防盗系统英文简称 系统在上海交通大学消磁实验 室于 1980 年研制成功 上海交通大学图书馆也由此成为我国第一家依靠 EAS 系统实行 开架管理的图书馆 后来各高等院校各自的 EAS 科研成果也不断地向企业转化 为我国 图书馆实现开架式管理的普及奠定了基础 现如今 RFID 越发的普及 在图书馆界 RFID 取代传统开放式图书管理模式已经成为发展趋势 3 4 条形码的局限提到标签 人们自然会联想起条形码 条形码在相当长的一段时间内 都担任着重要的角色 但是 RFID 技术的普及将大幅度提高条形码原来的作用 而 RFID 的应用就会用到 EMID 标签 本系统中提到的 EMID 磁条是非晶态的 使用非晶态合金 的好处是制成的磁场传感器仅需非常简单的电子电路 就可得灵敏度很高的磁条 并且 其抗干扰性和热稳定性也明显优于同类的半导体传感器 这样所制作出的传感器不止有 着简单的结构 低廉的成本 而且可靠性高 金属防盗标签使用的传感材料是铁基非晶合金 因为其具有价格低廉 易于隐藏 和配套检测设备简单等优点 非晶态合金磁性标签的特性 1 磁导率高和饱和磁感应强度低的特点决定了它可以降低励磁功率 2 磁致伸缩系数小 减少机械应力对磁性标签性能的影响 3 机械尺寸小 这样可以增加标签的隐藏性 4 标签材料的特殊性决定其难于被仿制 从上面这些特点来看 像这样的非晶态合金材料的磁性标签非常适合于这种用途 很容易就能粘贴在书脊里头或藏在被监测物品的隐藏处 一般情况下发射线圈产生的 交变激励磁场和包括地磁场在内的恒定杂散磁场两部分构成了磁场 如果监测通道中 有磁性标签的话 等于说检测系统磁场的范围内有另一种磁场进入 从而干扰了检测 系统磁场的稳定性 那么检测机构的接收线圈感应电压就会产生变化 即可判断磁性 标签在监测通道中出现了 这种用于图书防盗的金属防盗标签由若干段间隔的高碳钢 条 非晶合金磁条通过两层双面胶带叠 合粘贴而成 5 目前 图书或商品有大有小 内夹缝粘贴的标签都是由人工手动切割生产的 这 就出现了个问题 很多没有按照参数生产的标签成为废品 使得磁条良品率很低 成 本很高 标签质量不稳定 达不到要求 对于这种情况 本文讨 论研制一种自动按照 所设定参数进行切割生产标签的标签卷盘 机 这使得在后面的工厂生产标签时 自 动 切割生产标签变得可能 计算机信息工程学院毕业设计说明书 2 最终所切割生产出的标签样品如下图 1 1 所示 这是我们自己设置的钢带长 段 数以及段长等参数 当然生产出的标签参数是可以修改的 当设置参数完后就可以进 行自动生产了 图 1 1 复合磁条示意图 整套设备主要是由机架 料盘及料盘架 钢铁进给 刚逞剪刀 产品分切 检测 装置及控制系统等几个部分构成 主要的工序流程分别是由 2 台步进电机驱进行送料 有一套计算机控制机构进行协调动作钢刀进行切割 并最后进行标签的贴合与卷盘 在开机运行前 首先在对应的料架上安装绕有原料的料盘 胶带料架上配有胶带 放带装置 胶带放带装置位于垂直平台上 在开机运行后 计算机会先对各个装置进行复位 然后检查各个供料口的供料情 况 如果一切正常 系统会进行自动式循环的工作根据用户所设定的产品参数 产品 的参数包括产品长度 钢带段数等 当然这些参数用户是可根据实际情况任意设定的 在每个自动循环工作中都要采用非接触检测技术检测 用于检测供料情况及机器状态 如果某一个料盘供料异常 例如没有料或断了料 主机就会自动停止运转 机器里有一个切割装置 用于切割最后导出的成品 切割装置在运行时都是由步进 电机驱动生产制造业中常用的偏心轮及连杆机构 当偏心轮转一圈时 切刀完成了上 下的运动 从而完成一次切割 只要调整刀座侧面的螺丝 即可调节动刀和定刀之间的 压力和间隙 而且经过调整固定后 再更换切刀时 就不需要再进行大幅度的调整 更 换裁切刀时 只需把相应固定螺丝拧松即可 若刀片损坏或者不再锋利需要更换时 只 需将刀片座取下 将新刀片后重新装入即可 计算机信息工程学院毕业设计说明书 3 1 2 研研究究目目的的及及意意义义 随着社会的发展 自动化技术日新月异 绝大部分的工业机器由手工控制逐渐转 变为全自动控制 EMID 标签自动卷盘机控制系统的引入 在很大程度上使得使用此标 签的公司的人力资源开支的减少 工人的人数 管理人员的人数 也使管理方面的 漏洞大大的得到了弥补 从而提高了厂商的效率 效益以及信誉度 同时EMID 标签 目前在世界上的最优隐蔽性也降低了消费者的抵制心理 EMID 标签可切割成各种尺寸 用于不同的货物 图书上从而达到防盗效果 目前此种标签还是世界上价格较为低廉 的标签的其中之一 所有的这些 EMID 的优点都说明本系统设计具有很多优点 强大的 功能 良好的通用性 高度的可靠性 简单的接线 较强的抗干扰能力 参数修改方 便 重量轻 体积小 低功率消耗等 因此 我觉得 EMID 标签自动卷盘机 电气控 制系统的设计是多么的刻不容缓 1 3 研研究究主主要要内内容容 EMID 标签卷盘机控制系统主要是以 PLC 技术为核心 PLC 控制系统是机电一体化 系统 CPM2A PLC 控制 1 个异步交流电机启停控制 驱动 2 个步进直流电机 有启动 停止 复位按钮 为了使系统变得更加人性化 和功能完善化 本系统新加入了触摸屏 技术 人机界面的设计不仅为用户提供方便 同时也使得硬件之间的连线得到了简化 如果硬件按钮发生故障 屏幕可以继续操作系统 同样 屏幕如果失灵 硬件按钮也 可继续操作 1 从而降低了生产故障的发生率 提高了 生产的工作效率 由触摸屏控 制器和显示屏幕两部分组成触摸屏 由触摸屏表面的触摸检测元件 来检测触摸的位置 并将检测到的信号传送到触摸屏控制器中 之后触摸屏控制器会将接受到的信号转换 成触摸点坐标并通过通信线缆将坐标传送给 CPM2A PLC 的 CPU 单元 CPU 单元经过通 信线缆将 PLC 中的相关信息传送给触摸屏控制器 以此来将信息显示在触摸屏上 7 这个控制系统是由 RFID 标签技术 PLC 可编程逻辑控制器技术 触摸屏技术以 及 非晶磁条标签技术共同组合而成的 系统框图如下 图 1 2 PLC 的系统框图 步进电机 开始停止急停复位 P L C 传感器 步进电机异步电机直流电机 直流电机 直流电机 触摸屏 计算机信息工程学院毕业设计说明书 4 从上图 1 2 中我们可以看出本课题首先要分析可编程控制器 PLC 的控制结构 重点研究 实现与触摸屏数据传递的方法 来实现机电一体化 生产方便化 生产效率化 工厂效 益最大化 为了满足宏观市场的需求 解决目前市场供需不平衡问题 研究如何进行自 动机械化批量生产 EMID 标签并将 RFID 技术 可编程逻辑控制器 PLC 技术 触摸屏技 术和非晶技术结合在一起 1 1 4 4 触触摸摸屏屏 P PL LC C 和和 R RF FI ID D 简简介介 1 1 触触摸摸屏屏简简介介 触摸屏的种类现在主要有电阻屏 电容屏 红外屏 和超声屏 四种屏幕 人们用触摸屏来代替鼠标或键盘以达到操作更直接 便捷的目的 这种新 型的人机交互输入方式与传统的键盘和鼠标输入方式相比 触摸屏的输入更直观 触摸屏系统一般包括两个部分 触摸监测装置和触摸屏控制 器 触摸检测装置的 作用是检测用户的触碰位置安装在显示屏幕前端 之后将相关的信息传送至触摸屏控 制器 而触摸屏控制器的主要功能是从触摸点检测装置上接收触摸信息 并将它转换成 触点坐标 再传送给 CPU 同时也能接收 CPU 发来的命令并加以执行 当 人或动物用手 指或者其它物体触碰安设在显示屏幕前面的触摸屏时 所触碰的位置由触摸屏控制器 检测 并通过接口 例如 RS 232 串行口 送到主机 现今触摸屏已由原来的单点触 屏发展到多点触屏了 6 工业触摸屏 顾名思义 就是在工业领域通过工业显示器作为人机交互界面 踏 有效的替代了传统工业控制中的按钮和指示灯的操作显示终端 他可以用来显示工业 生产的数据以此达到监控设备状态的目的 设置工业生产的参数 并且以静态画面 图标 动态画面等形式描绘自动化控制生产过程 拥有更加便捷和表现能力更强的特 点 也可以简化 PLC 控制程序 营造出更加人性化 更加友好的人机交互界面 2 2 P PL LC C 简简介介 PLC 的中文全称是可编程逻辑控制器 ProgrammableLogicController PLC 它内部使用一类可编程的存储器来存储程 序 可以执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等操作指令 并 可以控制 各种类型的机械或生产过程通过数字或模拟式输入 输出 2 PLC 是一个有着以微处理器为核心的数字运算操作 功能的电子系统装置 以工业 现场应用的目的而设计 它使用可编程的存储器 用它在其内部完成存储执行逻辑运 算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指令 并 可以控制 8 各种类型的机械或生产过程通过数字式或模拟式的输入 输出接口 PLC 是由微 机技术与传统继电接触控制技术相结合 而产生的 它克服了传统继电接触控制系统中 的机械触点的接线复杂性 较低的可靠性 较低的通用性 较低的灵活性和高功耗性 等缺点 充分运用了微处理器的种种优点 还能顾及电气操作维修人员的技能与习惯 特别是 PLC 程序的编制 不需要技术人员必须有专门的计算机编程语言的基础 因为 PLC 程序是采用了一套以梯形图为基础的简单指令形式 令技术人员程序编制形象 直观 方便易学 调试方便 查错简单 用户在购买符合自己需要的 PLC 后 只需要 计算机信息工程学院毕业设计说明书 5 按说明书的提示 做少量的接线 工作和简单的用户程序编制 即可在生产实践中灵活 方便应用 PLC 9 10 以下是欧姆龙 PLC 的实物外观图 图 2 1 欧姆龙 PLC 外观图 本系统采用欧姆龙 CPM2A 小型 PLC 主要特点是功能较为齐全并且价格便宜 具 有极高的性价比 3 3 R RF FI ID D 简简介介 射频识别即 RFID Radio Frequency Identification 技术 又 被称为无线射频识别 是一种通信技术 通过无线电 信号识别指定的目标并读写相关 数据而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触 常用的有低频 125k 134 2K 高频 13 56Mhz 超高频 微波等技术 当前正以其独特的性 能和优势引发一场流通化的信息化革命 11 以图书馆中图书流通和盘点管理系统的设 计与实现为例 RFID 技术与传统条码技术相比之下 其优点是无需接触识别 识度 距离远 信息存储量大 读写速度快 读取准确和安全可靠 采用 RFID 中间件技术 能够更好地完成物流自助流通和智能盘点管理系统的构建 12 非接触识别是射频识别系统最大优点 它能穿透冰 雾 雪 油漆涂料 灰尘和 在各种条形码无法使用的恶劣环境 中阅读标签 并且阅读速度达到十毫秒级 有源式 射频识别系统的速写能力也是 RFID 的重要优点 可把这类技术用于流程跟踪和维修 跟踪等交互式业务中 13 RFID 技术的发展 使得非常薄小的芯片可以嵌入粘性标贴中 标贴非常容易地固 定在书本上 这一发展配合图书馆信息系统 为创造数字化 自动化的图书馆提供了 非常美好的机会 14 在图书馆领域 目前已有美国 新加坡等多个国家在图书馆管理中使用到了这项 技术 在我国图书馆领域 RFID 技术还未广泛地被应用 其应用目前仅限于射频卡的 使用 图书馆把射频卡 用于标识读者身份 与管理软件相结合 实现图书馆的 无 人管理 但对图书馆资料的标识还是依旧使用条形码 如果在这方面使用 RFID 技 术 采用电子标签标识图书 就可以有效地解决一系列因为条码技术局限而产生的在 图书馆管理工作过程中的问题 15 计算机信息工程学院毕业设计说明书 6 在国际上 图书馆业 RFID 规模化应用已走过了 12 年历程 在中国图书馆业也经 历了 7 个春秋 图书馆业 RFID 应用是逐步推广的 在各业 RFID 应用 物联网迅猛发 展的大潮之中 图书馆 RFID 应用并没有引起特别关注 但它确实提前给公众带来初级 物联网的新感受 由于 RFID 应用特别适用于图书馆业的各类作业 解决了以往图书馆 业多少年希望解决的问题 而且创新不断涌现 使得今天图书馆业异军突起 能够跑 在超市零售业之前成为推进 RFID 应用的探路先锋 16 国内的集美大学诚毅学院开始筹建国内第一家 RFID 馆藏管理系统并于 2006 年 2 月 20 日正式对外开放 中国最大的 RFID 项目的图书馆是深圳图书馆 目前为止 国 内在继集美大学诚毅学院图书馆及深圳图书馆后 已有厦门市少年儿童图书馆 上海 市长宁区图书馆 武汉图书馆 汕头大学图书馆 国家图书馆 上海图书馆 南京图 书馆 广州图书馆纷纷采用了 RFID 技术 另外还有许多新建图书馆也 在规划实施中 已经采用 RFID 技术的图书馆通过采用此技术 图书馆的服务水平得到了大幅提高 节省了大量的人力和物力 取得了良好的经济效益和社会效益 如今已有越来越多的 图书馆已充分认识到 RFID 技术所带来的伟大变革 17 计算机信息工程学院毕业设计说明书 7 第第 2 章章 系系统统硬硬件件电电路路设设计计 2 1 系系统统总总体体结结构构 EMID 标签卷盘机控制系统主要是以 PLC 技术为核心 辅之以触摸屏技术 步进电 机等共同协作完成 在信息时代为了追求操作机器的方便性 此系统加入了触摸屏技术 此技术的加 入使得本系统的人机交互界面更加良好 操作者可以在触摸屏上直接进行生产参数的 设定与修改 之后可以通过触摸屏技术会将设置好的参数值传送到 PLC PLC 接收到 信号后会把设置好的钢带长度和磁条长度换算成脉冲来控制系统的运作 设置好参数 后 系统开始运送非晶磁条 胶带 以及钢带 先将上面的胶带有粘性的一面和非晶 磁条粘合 下面的胶带有粘性的那面和钢带粘合 然后再由送料电机将两者压实复合 最后将成型的非晶磁条按照设置好的参数长度切断 最后由直流电机完成自动卷盘工 作 这样一个 EMID 标签的生产过程就结束了 具体的动作又是怎么完成的呢 当送钢带的步进电机完成一段钢带的传送后会向 PLC 发送一个信号让 PLC 中的激进信号知道已经送完钢带 负责传送磁条的步进电机 会收到一个信号 让其驱动器驱动电机完成送定长磁条的动作 然后切割电机会收到 一个 切割 信号 对两者完成切割动作 最后由直流电机完成自动收卷工作 从而 完成一个动作过程 2 2 PLC 控控制制电电路路设设计计 PLC 的设计包裹开始 停止 急停 复位按钮的设计和送料电机 磁带 钢带传送 切割异步电机的设计 裁切电机原点的设计 还有对触摸屏的设计 2 3 EMID 电电器器原原理理图图介介绍绍 EMID 电气原理图包包括 2 个送料步进电机 1 个裁切交流电机 3 个直流电机 供电器 OMRON CPM2A 40CDT D 触摸屏 下面是供电器保护开关以及散热的接线图 我们可以看出这是一个简单的电气接 线图 图中有 2 个散热风扇 分别接上 220V 交流电 负责控制此供电系统的温度 还 用到一个空气开关 它是非常重要的一种电器在低压配电网络和电力拖动系统中 它 有着控制和多种保护的作用 除了能完成接触和断开电路的工作外 还能对电路或电 气设备发生的严重过载 欠电压以及短路等进行保护 计算机信息工程学院毕业设计说明书 8 图 2 1 供电系统保护开关以及散热接线图 下面是供电系统开关电源的接线图 可以看出 2 个电源开关分别采用 SYN 100 S24 兵装电源 24V 5A 100W AC DC 开关电源和台湾明玮 D 50B 双路输出开关电 源 前者负责直流电源的供应 后者负责交流电源的供应 计算机信息工程学院毕业设计说明书 9 图 2 2 供电系统保护开关电源接线图 下面是供电系统变压器接线图 顾名思义 这 2 个变压器就是用来改变电压的 因为系统外接电源是 220V 的交流电源 为了满足系统中各组件不同电压的用电需求 所以需要变压器来完成电压转换的这一工作 计算机信息工程学院毕业设计说明书 10 图 2 3 供电系统变压器接线图 下图是系统送料电机 1 的接线图 在整个系统中有 2 个送料电机 送料电机 1 和送 料电机 2 从图可知 PLC 和送料电机 1 之间传递信号需要电机驱动器来为它们作中介 为了 既能满足产生需要 又可最大限度的降低成本 我们选用了性价比很高的四海电机作为 系统的送料步进电机 驱动器的 CP DIR FREE 端口接 24V 直流电源 CP 端口通 过一个 1 8K 电阻连接 PLC 的输出端子台的 IR1000 端口 DIR 端口通过 1 8K 电阻连接 PLC 的输出端子台的 IR1001 端口 FREE 端口通过 1 8K 电阻连接 PLC 的输出端子台的 IR1004 端口 电机驱动器上的 A A B B 分别于送料电机上的 1 2 3 4 接口相接 然后是电机驱动器上的两个 AC 接口分别连接变压器上的 T AC1 接口和 R AC1 接口 到这就完成了送料电机 1 的接线 计算机信息工程学院毕业设计说明书 11 图 2 4 系统送料电机 1 接线图 从图 2 4 和图 2 5 可知 送料电机 2 与送料电机 1 接线图基本一样 驱动器的 CP DIR FREE 端口接 24V 直流电源 CP 端口通过一个 1 8K 电阻连接 PLC 的输出 端子台的 IR1002 端口 DIR 端口通过 1 8K 电阻连接 PLC 的输出端子台的 IR1003 端 口 FREE 端口通过 1 8K 电阻连接 PLC 的输出端子台的 IR1004 端口 电机驱动器上 的 U V W 分别于送料电机上的 1 2 3 接口相接 然后是电机驱动器上的两个 AC 接 口分别连接变压器上的 T AC2 接口和 R AC2 接口 到这就完成了送料电机 2 的接线 计算机信息工程学院毕业设计说明书 12 图 2 5 系统送料电机 2 接线图 图 2 6 系统裁切交流电机接线图 上图是裁切单相交流电机的电气连线图 从图可以看出 单相交流电机因为需要从 外部供电 所以它的一个电源线接口是通过一个正极接 24V 直流电源 负极连接了 PLC 计算机信息工程学院毕业设计说明书 13 输出端子台 IR1006 端口的 24V 继电器与供电电源的零线相接 另一个电源接口先与正 极接 24V 直流电源 负极连接了 PLC 输出端子台 IR1005 端口的固态继电器 美格尔 MGR 1 相连 然后通过其与另一个 24V 继电器相连 最后通过第二个继电器与供电电 源火线相连 到这 裁切单相交流电机的接线就完成了 图 2 7 系统卷盘直流电机接线图 从上图可以看出卷盘直流电机一个电源线接口通过一个正极接了 24V 直流电源 负极接了 PLC 输出端子台的 IR1007 端口的继电器与供电电源的 24V 直流电源线相连 电机的另一个电源线接口与供电电源的接地线相连 另外 2 个卷盘直流电机也是类似 的接线方式 此处就不一一解释了 计算机信息工程学院毕业设计说明书 14 图 2 8 OMRON PLC 接线图 上图是显示的是本系统所用的 OMRON CPM2A 40CDT D PLC 的连线图 这是一款小 型 PLC 它的 CPU 单元自带 RS 232C 口 有 40 点 CPU 单元 DC24V 24 点入 16 点晶体 管输出 图中的 D SUB 9F 是用来连接触摸显示屏的 PLC 输入端子台的电源正负极端 口分别于 24V 直流供电电源线和地线相连 COM 端口与 24V 直流供电电源线相连 开 始 停止 复位和急停按钮 光标 裁切电机原点分别于输入端子台的 IR0000 IR0001 IR0002 IR0003 IR0005 IR0007 端口相连 而 PLC 输出端子台的 所有 COM 端口全部接地 IR1000 端口与送料电机 1 驱动器的 CP 端口相连 IR1001 与 送料电机 1 驱动器的 DIR 端口相连 IR1002 与送料电机 2 驱动器的 CP 端口相连 IR1003 与送料电机 2 驱动器的 DIR 端口相连 IR1004 与 2 个送料电机驱动器的 FREE 端口相连 IR1005 端口与裁切电机模块中的固态继电器 美格尔 MGR 1 负极相连 IR1006 与裁切电机模块中的一个 24V 继电器负极相连 IR1007 IR1100 IR1101 端 口分别与收卷直流电机 1 2 3 模块中的 24V 继电器负极相连 到这里 PLC 连线工作就 完成了 计算机信息工程学院毕业设计说明书 15 下图显示的是触摸屏与 PLC 的连线情况 可以看出触摸屏与 PLC 之间的信息传递 是靠传送 接收 接地三根线完成的 在工业触摸显示屏上设置的钢带长度 段数 通 过连接线将这些数据发送给 PLC PLC 将这些数据转换成脉冲控制系统中各模块的工 作 这样简洁方便的人机互动界面就完成了 而接地线的作用是为了保护电器的安全 可靠 防止仪器的意外损坏 增加其寿命 图 2 9 触摸屏与 OMRON PLC 接线图 到此 系统硬件电路设计已简介完毕 计算机信息工程学院毕业设计说明书 16 第第 3 章章 PLC 软软件件设设计计 3 1 开开机机检检测测 如图 3 1 所示 系统在第一次执行任务时 块设置指令 BSET 071 会被执行 将 数据 0 传送到 H0 H1 D0 D7 D8 D30 H8 H30 即 H0 0000 H1 0000 之后的 D0 D30 以此类推 为的是将这些通道清零 传送指令 MOV 021 也将会被执行 将 数据 8000 1000 0000 0000 0000 传送到 H2 通道中 梯形图在开机检测时会完成一 次原点检测和搜寻 若开机时检测到不在原点 会搜寻原点然后回到原点 如图3 2 所示 图 3 1 开机检测设计梯形图 计算机信息工程学院毕业设计说明书 17 图 3 2 原点搜寻 3 2 开开机机设设置置初初值值 图 3 3 设置初值 如上图 3 3 所示 本系统在设置初值前先要设法确定本型号 PLC 的比例系数 K 方法是 先发送一定数量 N 个脉冲 然后精确测量它所走的长度 然后根据 N K 段长 用 N 除以段长就能算出比例系数 K 了 以后如果还是使用这类机型 只需要在触摸屏 计算机信息工程学院毕业设计说明书 18 上设置好段长的数据 PLC 就能自动算出 N 的值 如梯形图所示 先将 1 0000 0000 0000 0001 传送到寄存器 D8 中 触摸屏上设置好的参数值经过 PLC 运算后 得出结 果 就是段长 钢带长 段数 分别存在寄存器 D400 D402 D404 中 开始工作时 PLC 会执行传送指令 MOV 021 将这些运算结果分别存到寄存器 D500 DM502 DM504 中 并且将寄存器 D410 和 D411 中的数据分别存放到寄存器 D510 和 D511 中 图 3 4 定时器设置 如图 3 4 所示 系统第一次执行任务开始时 因为 P First Cycle Task 1 T0001 0 所以 TIM0001 输入条件为 ON 定时器开始对 100ms 脉冲计数 30s 后 TIM0001 的触点 T0001 动作 T0001 1 TIM 输入条件变为 OFF 定时器复位 当前值 回复为 300 T0001 0 12 14 0 图 3 5 定时器工作时 如图 3 5 所示 触点 T0001 动作时 执行传送 MOV 021 指令 将 2 0000 0000 0000 0010 传送给寄存器 D8 替换前面的 D8 中的值 1 3 3 手手动动保保持持 手手动动送送料料和和手手动动切切断断 如图 3 6 所示 当进入手动模式时 15 00 从 1 变为 0 12 00 的下降沿微分指令 被执行 12 00 1 一个扫描周期内 此时 12 01 1 IL 002 输入条件为 ON 图 3 6 手动保持 如下图 3 7 所示 当 IL 002 输入条件为 ON 是 执行 IL 002 与 ILC 计算机信息工程学院毕业设计说明书 19 003 之间的程序 当 15 01 0 15 02 0 15 03 1 时 12 02 的下降沿指令被执行 开始手动送料 2 动作 当 15 01 1 15 02 0 15 03 0 时 12 02 的下降沿指令被执行 开始送料 1 动作 当 15 02 1 15 01 0 15 03 0 时 12 03 1 开始手动切断 1 动作 之后当 15 07 1 T0030 0 时 12 08 1 开始收卷动作 TIM0030 输入条件变为 ON 定时器开始对 100ms 脉冲计数 2s 后 TIM0030 的触点 T0030 动作 T0030 1 12 08 此时变为 0 结束收卷动作 手动收卷 2 和手动收卷 3 类似 在此不作一一解释 图 3 7 手动送料 切断 收卷 3 4 急急停停按按钮钮设设置置 计算机信息工程学院毕业设计说明书 20 图 3 8 急停按钮的设置 如上图 3 8 所示 如果有紧急情况出现时 机器需要紧急停止时 急停按钮程序 设计如图 当紧急事件处理完成后 急停可以解除 急停自保 H8 00 变为 OFF H8 01 1 H8 02 1 急停接触 同时可以向送料 1 和送料 2 发送脉冲 继续工 作 3 5 送送料料电电机机 1 设设置置初初值值 图 3 9 送料电机 1 的初值设置梯形图 如图 3 9 所示 步进电机控制的两个重要指令发脉冲数设定 PLUS 指令与脉冲速 度输出 SPED 指令 PLC 发射的脉冲为上升沿的时候 210 00 1 即送料步进电机 1 出 瞬间或手动送料 1 内为 ON 而且 H8 05 为 OFF 时 PLC 设置送料步进电机 1 的段长脉冲 数和脉冲频率 之后使步进为 ON 再设置脉冲数以及脉冲频率 这时送料 步进电机 1 的第一次送料参数就设置好了 同样的 送料电机 2 设置的是钢带长的脉冲数和脉冲 频率 程序和送料电机 1 的类似 区别是送料电机 1 段长脉冲数存放在寄存器 D300 里 脉冲频率存放在寄存器 D302 里 而送料电机 2 的钢带长脉冲数存放在寄存器 D304 脉冲频率存放在寄存器 D306 里 这里就不详细解释送料电机 2 了 计算机信息工程学院毕业设计说明书 21 3 5 1 周周期期时时长长控控制制 图 3 10 脉冲输出梯形图 如图 3 10 所示 此段程序是 PLC 的时序控制 设置的是 PLC 的扫描周期时间长度 机器周期 是由循环移位寄存器 SFT 010 来进行设置 首先 T0000 0 TMHH 540 超高速定时器输入条件 变为为 ON 经过寄存器 D80 中的周期定时时长后 TMHH0000 的触点 T0000 1 TMHH0000 的输 入条件变为 OFF 定时器被复位 T0000 1 时 14 11 1 产生移位脉冲 16 00 1 因为之前设置的 H0 H1 H2 通道中的值分别为 0000 0000 8000 所以这 3 个通道组成的数据段是 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 共 48 位 产生脉冲时 移位寄存器 SFT 010 开始工作 每次将 1 移动一位 如果脉冲保持没有被停止 将一直循环执行 以此挖成循环自动 工作 3 5 2 脉脉冲冲输输出出 PLUS 指指令令 图 3 11 PULS 的梯形图符号及操作数数据区域 梯形图符号中的 N 和 N 1 不能在不同的数据区域 DM6144 DM6655 不能被用于 N PULS 65 用于设置脉冲输出的脉冲数目 这些脉冲的输出在之后的程序中用 SPED 64 指令或 ACC 指令启动 用 PULS 65 设置的脉冲输出的脉冲数都是以独立 模式输出 脉冲在被输出期间其脉冲数目不能改变 一般来说 当脉冲数目需要被设 计算机信息工程学院毕业设计说明书 22 定时 PULS 65 指令只需执行一次 用微分形式变量 PULS 65 或者用一个置 ON 只为一个周期时间的输入条件 端端口口定定义义 P P 端口定义指明了脉冲输出位置 C 和 N 中参数设置将被用于下一条 指定相同端口输出位置的 SPED 64 指令或者 ACC 指令 如下表 3 1 所示 表 3 1 脉冲输出位置 P P脉冲输出位置脉冲输出位置 000不带加速度或减速度 输出口地址 01000 的单相脉冲输出口 0 或不带梯形加 减速度的单 相脉冲输出口 0 输出口地址 01000 和 01001 010不带加速度或减速度 输出 0100 的单相脉冲输出 1 这个设置仅 CPM2A CPM2C PC 支持 控控制制数数据据 C 脉冲的类型 相对的或绝对的 由控制数据决定 如下表 3 2 所示 表 3 2 脉冲类型表 C脉脉冲冲类类型型 000相对脉冲规定 001绝对脉冲规定 仅当绝对坐标系统被使用时有效 仅 CPM2A CPM2C PC 支持这个设置 输输出出脉脉冲冲数数 N 和和 N 1 N 和 N 1 包含被设置为在独立模式下的脉冲输出的 8 个字 BCD 输出 脉冲数 输出脉冲数的范围可以在 16 777 215 和 16 777 215 之间 N 1 的第 15 位数被当作符号位 如果第 15 位置 ON 脉冲数就是负的 反之脉冲数即为正的 正 0 16 777 215 0000 0000 1677 7215 负 16 777 215 0 9677 7215 8000 0000 N 1 保存有最左 4 个数 N 保存有最右 4 个数 动动程程的的脉脉冲冲数数 由脉冲类型 C 和输出脉冲数 N 和 N 1 共同决定 如下表 3 3 所示 表 3 3 动程的脉冲数表 坐坐标标系系统统动动程程的的脉脉冲冲数数 相对动程的脉冲数 输出脉冲数 绝对脉冲类型 相对 C 000 动程的脉冲数 脉冲输出数 脉冲类型 绝对 C 001 仅适用于 CPM2A CPM2C PC 动程的脉冲数 脉冲输出数 PV 在 PULS 65 已被执行后 即使执行 INI 61 指令来改变脉冲输出 PV 计算的动程 脉冲数目也将不会被改变 显而易见 一个能引起动程超出允许 PV 范围 16 77 215 16 777 215 的脉冲数如果要定义也能定义 假如计算的动程脉冲数是 计算机信息工程学院毕业设计说明书 23 0 PULS 65 将不会被执行 并且会出现一个错误 SR25503 置 ON 当不带加 减 速度的脉冲输出 在独立模式下被执行而且传输脉冲数为负时 将会强制使用动程脉冲数的绝对值 例 假如动 程脉冲数是 100 将使用 100 这个值 ERROR 1 超出数据区域 2 间接寻址字 DM 不存在 字 DM 中的内容不是 BCD 码或者超出了范围 3 P 非 000 或 010 4 C 非 001 或 000 C 不能被设置为 001 当相对坐标的时候 5 脉冲输出数的范围不在 16 777 215 和 16 777 215 之间 6 当在主程序中使用一个脉冲 I O 或高速计数器 INI 61 PRV 62 CTBL 63 SPED 64 PULS 65 ACC PWM 或 SYNC 时 PULS 65 被用在一个中断子程序中 7 在指令 PULS 65 被执行后 动程的脉冲数的绝对值范围不在 1 和 16 777 215 之间 3 5 3 速速度度输输出出 SPED 指指令令 图 3 12 SPED 的梯形图符号和操作数数据区域 梯形图中的 F 在 CPM1A 中 必须是 BCD 类型 0002 0200 或者 0000 在 CPM2A CPM2C 中 F 必须是 BCD 类型 0001 1000 或者 0000 DM6144 DM6655 不能用 在 F 上 设置输出脉冲频率与指定输出位的脉冲输出启动 时使用 SPED 64 当执行条件是 OFF 时 SPED 64 将不会被执行 当执行条件是 ON 时 P M 决定的输出模式所决定的输出位的脉冲 频率由 SPED 64 来设置 一般而言 每当脉冲数需要被设置时 PULS 65 需要且只需被执行一 次 使用微分形式变量 PULS 65 或者使用一个置 ON 只为一个周期时间的输入条件 端端口口定定义义 P 指明将输出脉冲的输出位 如 下表5 4所示 表 3 4 脉冲输出位置 P P脉冲输出位置脉冲输出位置 s s 000不带加速度或减速度 输出口地址 01000 的单相脉冲输出口 0 010不带加速度或减速度 输出 0100 的单相脉冲输出 1 这个设置仅 CPM2A CPM2C PC 支持 计算机信息工程学院毕业设计说明书 24 输输出出模模式式 M M的值决定输出模式 如 下表3 5所示 表 3 5 脉冲类型表 M M脉脉冲冲类类型型 000独立模式 001连续模式 下面将对连续模式和独立模式下的操作进行说明 目目标标频频率率 F F的4位BCD值设定以10Hz为单位的脉冲频率 如5 6表所示 F设置为0000将从 指定输出位停止脉冲输出 表 3 6 目标频率 P PC CF F 的的可可能能值值 CPM1A0000 停止脉冲输出 或 0002 0200 20Hz 2kHz CPM2A CPM2C0000 停止脉冲输出 或 0001 1000 10Hz 10kHz 一一般般操操作作 在下列列出的任一情况发生前 由SPED 64 启动的脉冲输出将会持续输出 1 执行带有C 0003的INI 61 指令 2 在独立模式下 脉冲输出数已达到由PULS 65 指定的数目 在SPED 64 之前会执行PULS 65 3 再次执行带F被设置为 0000的SPED 64 指令 4 PC 被切换到编程模式 脉冲可以在两个输出位独立和同时地输出 当输出脉冲在独立模式下时 将由预先执 行的 PULS 65 来指定脉冲的数目 每当脉冲输出已经 停止 需要用 PULS 65 再次指 定输出脉冲数 当脉冲从已经由 ACC 或者 PWM 指定的输出位输出时 不可 以 用 SPED 64 来改变其频率 如果在这些环境下 SPED 64 被执行 将会出现错误而且 SR25503 会被置 ON 在在独独立立模模式式下下操操作作 在独立模式下 只由 PULS 65 指定的输出脉冲数将会被输出 需 要通过执行 PULS 65 来指定输出脉冲数在执行 SPED 64 之前 假如输出脉冲数没 有被预先指定 脉冲将不会 被输出 如果计算的动程脉冲数是负数的 将使用动程 脉冲数的绝对值 例 假如动程脉冲数是 100 将使用 500 这个值 如下图 4 13 所示 计算机信息工程学院毕业设计说明书 25 图 3 13 独立模式下操作 连连续续模模式式下下的的操操作作 在连续模式下 直到执行 C 003的INI 61 指令前 脉冲按定义的值输出或者 PC切换到编程模式或者再次执行F 0000的SPED 64 指令将才会停止 如下图4 14所示 图 3 14 连续模式下操作 ERROR 1 超出数据区域 2 间接寻址字 DM 不存在 字 DM 中的内容不是 BCD 码或者超出了范围 3 P 非 010 或者 000 C 非 001 或者 000 F 非 0000 1000 范围内的数 4 在主程序中使用一个脉冲 I O 或者高速计数器指令 INI 61 PRV 62 CTBL 63 SPED 64 PULS 65 ACC PWM 或 SYNC 时 或者在一个中断子程序中执行了 SPED 64 指令 计算机信息工程学院毕业设计说明书 26 3 6 光光标标延延时时 图 3 15 光标延时梯形图 在送料步进电机 1 送完料之后要等一段时间 原先在磁条上已经有打好的光标 在机器上有一个能够识别光标的机构 在送料 步进电机 1 送完料 送料步进电机 2 继 续送料 送料步进电机 2 送完料前还有一段时间 这个时间段就是光标延时所产生的 时间 当没有光标输入时 上升沿微分 DIFU 013 触发 上升沿微分出发后 继而 触发 INI 880 模式控制指令 它的作用是开始和终止计