说明书-基于PLC控制的相交管道接口切割机仿真设计.doc
基于PLC控制的相交管道接口切割机仿真设计含SW三维及10张CAD图带开题
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基于PLC控制的相交管道接口切割机仿真设计含SW三维及10张CAD图带开题,基于,PLC,控制,相交,管道,接口,切割机,仿真,设计,SW,三维,10,CAD,开题
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XXXXX设计（论文）任务书 学院 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题：基于PLC控制的相交管道接口切割机仿真设计2 学生设计（论文）时间：自20XX年 03月09日开始至 20XX 年 05 月20日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：3.1 根据毕业设计题目的技术要求查阅相关论文等技术资料；3.2 熟悉相关PLC控制技术的设计；3.3 了解国家管道材料以及金属切削所使用的产品规格。3.4 熟悉设计所用的专业软件。4 设计（论文）应完成的主要内容：4.1、切割机结构设计；4.2 切割机运动系统设计；4.3 切割机PLC控制系统及程序；4.4 装配及零件图绘制。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：5.1 切割机设计说明书；5.2 PLC控制系统及控制程序；5.3 各零件及装配图。 发题时间： 2015 年 03 月 09 日指导教师： （签名） 学 生： （签名）摘 要随着工业水平的不断提高，生产生活中对管型钢材的需求量越来越大，这些需求中往往涉及到两管相交焊接，相交焊接的前提是进行定向切割。国内外切割技术不断发展突破，等离子切割技术、数控火焰切割、激光切割等自动化切割技术设备发展比较完善。本设计以相贯线数学模型为理论基础,将三维相贯线曲线转换为二维平面曲线，对切割曲线进行插补算法分析，在外部硬件进行参数设定，利用PLC编程实现控制算法的切割机。关键词：管材 切割机 相贯线 插补 PLC编程 ABSTRACT With the continuous improvement of industrial level, there is a large tubular steel demand in production and living. These requirements often involve the two pipe intersecting welding and intersection is the premise of welding for directional cutting. Because there is a great breakthrough in cutting technology development at home and abroad, plasma cutting technology, numerical control flames cutting, laser cutting and cutting automation technology and equipment development are comparatively perfect. The design is based on the theory of phase line mathematical model, and the curve will turn three-dimensional curve into two-dimensional plane curve, on the analysis of cutting curve interpolation algorithm and for parameter setting in the external hardware, using PLC programming to control algorithm.Key words: Tube Stock; Cutting Machine; Intersecting Line; Interpolation; PLC Programming.目 录第一章 绪论.11.1背景意义.11.2国内外现状.11.3目标和方向.1第二章 系统结构设计.2 2.1 SolidWorks软件.22.2支撑架设计.42.3主机设计.5第三章 插补算法设计.63.1相贯线函数模型建立.63.1.1相贯线概念.63.1.2三维函数模型建立.63.1.3二维函数模型转变.93.2插补算法设计.113.2.1插补概念.113.2.2插补算法分析设计.11第四章 系统硬件设计.144.1角度传感器.144.2模数转换模块.154.3数值拨码开关.164.4 PLC模块.174.4.1 PLC介绍.174.4.2 PLC的选型.184.4.3 PLC的I/O端子分配.184.5步进电机选型及配件选型.19III4.6步进驱动器选型.21第五章 控制程序设计.225.1切割系统程序流程图.225.2软件介绍.23 5.2.1编程软件.23 5.2.2仿真软件.235.3模拟量转换程序.245.3.1读写指令.245.3.2 模块初始化BFM单元.255.3.3 本课题的读取A/D程序.255.4 PID运算程序.265.4.1 PID运算指令.265.4.2 PID控制逻辑.27 5.4.3本课题PID控制程序.275.5手动点动程序.285.6自动运行程序.29第六章 总结.31参考文献.32致谢.33附录A 电气原理图.34附录B 系统总程序.35第一章 绪论1.1 研究背景意义 随着国民经济的持续增长，工业水平的不断提高，经济生产中对钢结构应用得非常广泛，其中有很大一部分属于直径较大且普遍用于化工，油气，地下水管网等工程项目中，这些项目中往往涉及到两管甚者多管相交焊接。国内外对大型管材的切割技术不断发展突破，等离子切割技术，数控火焰切割，激光切割等自动化切割技术设备，但是对相交管的相贯线的切割普遍由大型多轴（5轴、6轴联动的）数控机床，或是采用机械手、机械臂，配备相应的控制柜，控制辅助软件，实行自动切割。但存在以下几点不足：1. 大型机床，机械手臂成本昂贵，中小企业无法承担；2. 控制算法及编程复杂，软件成本高；3. 操作复杂，工人上手慢，学习时间长；市面上已有的爬管式切割机只能实现管材的切断，不能实现圆弧、相贯线的切割。本设计在市场上已有的切割机基础上进行改进，仿真设计一种基于PLC程序控制的爬管式切割机，具有切割相贯线，圆弧等功能；成本较低，简单易懂，适合中小企业。1.2 国内外现状 国内外对大型管材的切割技术不断发展突破，等离子切割技术，数控火焰切割，激光切割技术等自动化切割技术设备不断发展成熟。数控切割加工具有效率高、质量好、成本低等诸多优势而为国内众多的机械加工及周遍行业所青睐，我国引入数控切割技术及相关设备时间并不长，经过近十余年的消化吸收，国内一批有规模、有实力的生产企业开始推出拥有完全自主知识产权的数控切割机品牌，并得到了国内外市场的认可。从全球行业比较来看，主要数控切割机床生产基地主要分为亚洲、欧盟、美洲三大地区，其中欧盟以欧洲数控切割机床协会最具代表性，而亚洲主要生产国为中国、韩国、日本，两大基地几乎占据全世界生产总值，而三大生产基地同时也是三大主力消费市场。1.3 目标和方向 目标：实现设定参数之后的自动切割；方向：本设计以相贯线数学参数模型为理论基础,将三维相贯线曲线转换为二维平面曲线，对切割曲线进行插补算法分析，在外部硬件数值开关对切割参数中的主管支管直径R、r以及主管支管之间的夹角进行设定，选用适合做定位控制的FX3U-48MT类型PLC，对算法进行编程控制，从而对钢管相贯线进行切割；本设计的关键问题在于解决切割机的结构设计、插补算法设计、PLC程序编写这三个问题。第二章 结构方案设计2.1 SolidWorks软件 SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件产品。其简单清晰的界面，易学易懂的对话框设计，深受广大三维设计爱好者的青睐，其主界面如图2.1图2.1 SolidWorks主界面图 零件建模：新建一个零件part选基准面草图的绘制特征的操作参数的设定确认打钩。图2.2 SolidWorks零件建模界面新建装配体的步骤：新建一个装配体assembly插入零部件浏览文件夹选中零件约束配合确认打钩。图2.3 SolidWorks装配体建模界面图2.4 SolidWorks装配体建模示例2.2支撑架设计支撑架用来支撑大管径钢管，在本设计中，为了防止管子在切割的过程中不发生轴向移动和径向转动，采用两组支撑架对称布置，在支撑架的末端采用结合面为夹角150。的永磁吸盘，2 x 2组四个永磁吸盘，只要转动永磁吸盘的手柄就可以保证管材牢牢贴合在吸盘上，吸盘和支撑架采用销轴连接，间隙配合，管子放到支撑架上可以随着支撑架角度的调节自行调整角度。当需要切割的管子直径不在设定的范围300mm-800mm之内，转动调节手轮3，带动丝杠2旋转，顺时针夹角缩小，逆时针夹角扩大，不断调试找到最佳角度，另一个支撑架同理。以下是设计三维示意图，基于SolidWorks2012绘制。 图2.5 支撑架简图 图2.6 支撑架简图 1、永磁吸盘 2.、丝杠 3、手轮 1、管材 2.、支撑架 3、底座 图2.7 支撑架效果图 图2.8 永磁吸盘 2.3主机设计图2.9 支撑架简图 1、预紧旋钮 2、预紧弹簧 3、齿轮电机 4、丝杠电机 5、滚轮 6、从动齿轮 7、主动齿轮 8、丝杠 9、焊枪 10、弹性联轴器 图2.10 总装效果图1、主机 2、链条第三章 插补算法设计3.1相贯线函数模型建立3.1.1相贯线概念石油、化工、电力行业经常需要有不同直径的大型管材的联接需要焊接。不同或相同直径的管材之间的表面形成的交线称作相贯线，相贯线为两个立体之间的分界线，同时相贯线也是两空间立体的共有点，相贯线一般为一段封闭的复杂的空间曲线，在特殊情况下也可以是一段平面曲线或直线，也可能不是封闭的，在本研究中不考虑该特殊情况。由于相贯线是一条空间曲线，其计算比较复杂，尤其是两管斜相贯时，因而目前大部分管件相贯线的研究都采用了计算有限点、放样划线的方法，这样不仅效率低，准确性也难以保证，所以采用建立相贯线函数模型的方法进行数学建模研究分析。鉴于本科阶段科研能力有限，在此毕业设计中仅考虑两圆管的对心垂直相交以及对心斜相交两种情况，而忽略两管及两管以上的多管相交、两管偏心相交、圆管与方管相交等特殊情况。 图3.1 垂直相交 图3.2 对心斜相交3.1.2相贯线函数模型建立 3.1.2.1对心垂直相交图3.3 垂直相交坐标系 如图3.1所示，主管直径R，支管直径r ，主管和支管对心垂直相交，以相贯线的最高点和为一横截面平面，半径为r的支管的中心线与平面的交点为坐标系原点，建立如图所示的XYZ直角坐标系。在XOY平面内取一夹角，故支管的参数方程为：.（3.1）.（3.2） 而主管在此坐标系的方程为：.（3.3） 由于主支管相交，只有主管的上半部分有相贯线，下半部分无相贯线，选其中任意一点分析，如图3.4所示： 图3.4 垂直相交任意截面坐标系 所以有.（3.4） 代入式（3.1）得：.（3.5） 因为相贯线任意一点必同时满足主管和支管方程，因此垂直相交圆柱体相贯线方程为： .（3.6）3.1.2.1对心斜相交图3.5 对心斜交坐标系 如图3.5所示，建立新的坐标系，主管、支管对心斜相交，交角为，主管半径为R，支管半径r 。图3.6 双坐标系 按照同样的方法，建立新的坐标系，由于主支管相交，只有主管的上半部分有相贯线，下半部分无相贯线，选其中任意一点分析。故新截面上的椭圆在原坐标系中的参数方程为：.（3.7） 同理，相贯线任意一点必同时满足主管和支管方程，故对心斜相交在XYZ坐标系中的参数方程为：.（3.8） 讨论：当，、，所以有等效于。所以，三维空间模型方程综合有： .（3.9）3.1.3二维函数模型转变 利用SolidWorks中钣金设计工具建立如图3.7（a）所示的相贯线主管的模型，利用钣金设计中的展开工具，将三维的模型转换为二维的平面模型如图3.7（b），建立如图3.7（c）的坐标系： （a） （b） （c） 图3.7 三维展开转换二维 相贯线展开曲线坐标系由管件的轴向方向Y以及周长方向S所构成。由式（3.9）可得主管相贯线展开方程如下:.（3.10） 其中：R: 主管半斤；r : 支管半径；: 相贯线上任意一点在支管上的圆心角；: 主管与支管的交角。 将（3.10）式中的 变换可得： .（3.11） 代入（3.10）式中的得:.（3.12）3.2插补算法设计3.2.1插补概念插补最初应用于数控加工零件。一个零件的轮廓往往是多种多样的，有直线，有圆弧，也有可能是任意曲线，样条线等。数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的，而是近似地以若干条很小的直线去走刀，走刀的方向一般是在XOY平面内沿X和Y方向。按照插补线条样式可以分为：直线插补，圆弧插补，抛物线插补，样条线插补等。按照插补原理的不同可以分为基准脉冲插补、数据采样插补。基准脉冲插补(reference-pulseinterpolator)又称行程标量插补或脉冲增量插补。这种插补算法的特点是每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每个脉冲插补的实现方法较简单（只有加法和移位）可以用硬件实现。目前，随着计算机技术的迅猛发展，多采用软件完成这类算法。脉冲的累积值代表运动轴的位置，脉冲产生的速度与运动轴的速度成比例。由于脉冲增量插补的转轴的最大速度受插补算法执行时间限制，所以它仅适用于一些中等精度和中等速度要求的经济型计算机数控系统。典型的代表如：数字脉冲乘法器插补法；2、逐点比较法；3、数字积分法；4、矢量判别法；5、比较积分法；6、最小偏差法。数据采样插补(sampled-wordinterpolator)又称为时间标量插补或数字增量插补。这类插补算法的特点是数控装置产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字。插补运算分两步完成。第一步为粗插补，它是在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度L都相等，且与给定进给速度有关。粗插补在每个插补运算周期中计算一次，因此，每一微小直线段的长度L与进给速度F和插补周期T有关，即FTl。第二步为精插补，它是在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作，这一步相当于直线的脉冲增量插补。典型代表如：1、直接函数法；2、扩展数字积分法；3、二阶递归扩展数字积分圆弧插补法；4、圆弧双数字积分插补法；5、角度逼近圆弧插补法。 在本研究中采用的是数据采样插补中的直接函数法。3.2.2插补算法分析设计分析：在本次研究的目标对象中，有固定的目标函数，故采用直接函数法可以极大地简化算法。如图？所示，只需每次在Y向进给相同的脉冲当量，将Y的当前坐标值代入目标函数，得出S的坐标值，S向的函数的差值就是S向插补的距离，下一次重复之前将Y值与支管直径d的值比较，只要不大于d即进行下一次Y向插补，同时进行S向的检验，将S向差值与0进行比较，大于0则S向的函数的差值就是S向插补的距离，否则S向的函数的差值的负数就是S向插补的距离。插补过程的如图3.8所示： 图3.8 插补流程图图3.9 插补示意图第四章 系统硬件设计4.1倾角传感器：倾角传感器就是将主机相对于水平面夹角转为电信号，是开机调零至机械原点中至关重要的一个模块，同时也作为模拟量模块的FX3U-4AD的输入，PLC实时检测夹角值来控制是否需要调整齿轮电机。在调节机械原点时，当夹角大于或者小于0度，就调整齿轮电机，以保证主机水平，只有当夹角等于0度时，齿轮电机停止转动。传感器理论基础：理论基础是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。 倾角传感器原理：当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。 图4.1传感器原理图 图4.2传感器实物图 硬件选型为BWM416是北微传感公司单轴倾角传感器，该产品采用最新技术微机电生产工艺倾角单元，体积小、功耗低、一致性和稳定性很高，主要性能参数如表4-1所示： 表4-1 传感器参数表单轴倾角测量宽温工作-40+85供电电压（9-35V ）IP67 防护等级量程90/180可选电压输出（010v）分辨率0.02小体积914026mm（可定制）4.2 模数转换模块PLC能处理只有数字信号，所以从倾角传感器传过来的模拟信号要经过模数转换才能到PLC内进行处理。三菱PLC内部没有A/D转换需要外接一个A/D转换模块。模拟转换模块就选择三菱FX3U-4AD模拟量输入模块。该模块有四个模拟量输入通道，可以通过对其的设置来选择。模拟量输入有三个范围的信号，分别为-10v10v、4mA20mA和-20mA20mA。使用之前必须对其通道进行设置，设置这个通道的通道字为BFM#0单元，只有设置好了通道，并且按正的接线方式才能得到所要的结果。电压输入时的分辨率为0.3125mv，电流输入的分辨率为0.5mA。具体特性曲线关系如图4.3、4.4所示： 图4.3 电压输入/数字输出曲线 图4.4 电流输入/数字输出曲线模拟量输入模块FX3U-4AD就是把输入该通道的模拟量转为15位二进制+符号1位(电压)的数字量储存起来，等待PLC对其读取数据。它的转换速度可以选择。如果需要改变速率只需对内部BFM#15单元进行设置。该模块的工作电压为直流24v，输入的模拟量和输出的数字量之间采用了光耦隔离以消除干扰。同时为了避免干扰，模拟量输入信号最好用双绞屏蔽电缆接到该模块，电缆应远离电源线或其他可能产生电气干扰的导线。如果传输过程中有电压波动，或外部接线中有电气干扰，可接一个0.1uF0.47uF的电容在其两端。如果是电流输入，必须将端子V+与I+连接。因为本设计中压力传感器输出的为010v电压信号，只需要FX3U-4AD选择通道CH1为电压输入，具体接线如图4.5所示： 图4.5 模拟量输入模块接线图4.3 数值拨码开关拨码开关是指，使写有数字的圆盘状部件（转盘）转动来选择数值，通过组合多个接点电路的导通/断开信号，将其转换为2进制、10进制、16进制等代码后输出的设定用开关。拨码开关（指拨开关）最开始是日本OMRON研发出来的，随着用途广泛起来,目前市面上用量最广泛的是台湾生产的。大陆目前也有很多厂家加入到此行列当中。如果将多个拨码开关连在一起，就能实现多位数设定。用来选择数值的转盘的驱动机构有以手指操作的类型（转盘操作式）和按下按钮的类型（按钮操作式）。而且，拨码开关还可以按照外形尺寸、安装方法及引脚形状等分为多种类型。这种开关也被称为指轮开关及拨盘开关。 在本设计中，应用拨码开关可以实现在外部硬件更改参数，在变换参数的情况下，只需要更改拨码开关的数字即可，而不需要更该相应的程序，实现模块化管理和设计。图4.6 拨码开关实物图图4.7 拨码开关内部原理图4.4 PLC模块4.4.1 PLC介绍PLC的基本结构主要由中央处理单元、储存器、I/O接口电路、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。其中中央处理单元是PLC的核心，I/O接口电路是连接现场I/O设备和中央处理单元之间的桥梁，通信接口用于与编程器、计算机等外围设备连接。PLC的基本结构如图3.8所示。输出接口中央处理单元输入接口接收驱动现场信号负载电源图4.8 PLC基本结构PLC具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展、兼容性强等特点。1、 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以具有很高的可靠性。如三菱公司的F系列PLC的平均无故障时间高达30万h以上。2、 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的各种功能单元大量涌现，是PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、 系统的设计、构建工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减小了控制设备外部的接线，使控制系统设计及构建的周期大为缩短，同时维护也变得容易。同时，还有超小型PLC体积小，重量轻，功耗仅有数瓦，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。4.4.2 PLC的选型本设计选用的核心控制器为三菱FX3U型PLC，FX3U型是FX系列PLC运算速度最快，功能最强的PLC。在定位控制上，FX3U的功能特点有：1. 不需要专用的定位模块就能完成定位控制任务；2. 可以独立3轴，最大输出100KHZ的脉冲频率；3. 本身配备有8种定位指令和2种脉冲输出指令，可执行7种定位控制运行模式。由于2N系列运算速度太慢，只有最大输出20KHZ的脉冲频率；只有脉冲输出指令而没有定位控制指令，故不适合做定位控制。在本次硬件上选用FX3U系列PLC，结合实际情况，选型具体为三菱FX3U-48MT的PLC，其中48表示它的输入、输出总点数为48点，输入和输出各24点，MT表示晶体管输出型。4.4.3 PLC的I/O端子分配表4.1 I/O口分配表功能解释代码I/O地址输入信号开启SB0X0急停SB1X1点动左SB2X2点动右SB3X3左极限SLLX4右极限SLRX5手动模式SB4X6自动模式SB5X7数字拨码开关输入R 值X10X13数字拨码开关输入r 值X14X17数字拨码开关输入值X20X23输出信号S向电机脉冲数量Y0S向电机脉冲方向Y1S向电机脱机控制Y2Y向电机脉冲数量Y4Y向电机脉冲方向Y5Y向电机脱机控制Y64.5 步进电机选型及配件选型 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 图4.9步进电机实物图 在本次研究中采用的是开环控制方式，且电机应用的场合不需要承受大于20N.m的扭矩，电机需要的转速在2000RPM以下，故电机选型为步进电机控制。具体型号为研控步进电机 YK57HB76-03A具体参数如表4-2所示： 表4.2 步进电机参数表额定电压 3.0V步距角 1.8步距精度 5%额定电流 3.0A温 度 80 Max耐 压 500V AC 1minute环境温度 -2050径向跳动 最大0.02mm(450g负载)绝缘电阻 100M Min 500VDC轴向跳动 最大0.08mm(450g负载)丝杠选型分析：查文献发现，丝杠的标准螺距D有1、2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40（mm），在本次研究中，为方便计算和分析，选型丝杠的标准螺距为D=10mm.减速机选型分析：为了增加步进电机的输出力矩和转动惯量，提高步进电机的机械特性，在步进电机的输出端加减速机，选型为苏州锦通的减速机。减速比K=2.2相混合式步进电机步距角一般为=0.90/ 1.8；3相混合式步进电机步距角一般为=0.75/ 1.5；5相混合式步进电机步距角一般为=0.36/ 0.72 ；在本次研究中采用2相混合式的步进电机，步距角=1.8, 细分数m=10. Y向脉冲当量的计算：.（4.1） 得：链轮的参数选型分析：在本次设计中，链轮用于传动，结合具体情况分析，链轮选型参数：模数m=4；齿数Z=15；分度圆直径=60S向脉冲当量的计算：.（4.2） 得： 4.6 步进驱动器选型由于各厂家研制的步进电机的规格和型号不同，步进驱动器必须和步进电机配套使用，故步进驱动器必须选用研控系列，具体选型为YKA2404MA. 图4.10步进驱动器实物及接线图具体参数如表4-3所示：表4-3 步进驱动器参数表第五章 控制程序设计5.1切割系统程序流程图图5.1切割系统程序流程图5.2软件介绍 5.2.1编程软件GX-Developer是三菱PLC的编程软件。GX-Developer-8.86目前GX Developer的最新版本，该软件适用于FX、Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。图5.2 三菱PLC的编程软件该软件具有以下的优点：1. 软件的共通化 GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU）,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。 此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档； 2. 利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用； 3. 程序的标准化；4. 能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定；5. 能够用各种方法和可编程控制器CPU连接；6. 丰富的调试功能。 5.2.2仿真软件GX-simulator是三菱全系列仿真调试软件，主要有以下特点：1. GX-simulator是内嵌在GX-Developer编程软件仿真软件；2. 能对GX-Developer的梯形图进行逻辑测试；3. 不能仿真高速处理指令。图5.3 三菱PLC仿真软件5.3模拟量转换程序 5.3.1读写指令 压力传感器的模拟量要经过FX3U-4AD模块传给PLC，BFM为模拟量模块FX3U-4AD的缓冲存储器，16位的存储形式，与PLC之间通过读写指令进行数据交换，所以模拟量转换程序主要是PLC对FX3U-4AD特殊功能模块BFM的数据读取，主要涉及读写两个指令，具体使用如下： 解读：FROM为读指令符，n1为模块编号，n2为模块BFM单元首地址，S为PLC存储单元首地址，n为传输数据个数。当条件X0闭合时，把1#模块BFM#2单元的值存入PLC的D0单元。注意：模块编号从零开始以此类推，最靠近PLC的为0号模块。解读：TO为写指令符，其他各字符表示的意思同上，当X0条件闭合时把PLC中D0-D3的4个存储内容写到1#模块BFM=1到BFM=4的四个单元里。5.3.2 模块初始化BFM单元 （1）通道字即使用哪个通道，在BFM#0中写入。 设置方法：H x x x x CH4 CH3 CH2 CH1 通道其中，x=0表示该通道为（-10v+10v）电压输入 x=1表示该通道为（420mA）电流输入 x=2表示该通道为（-20+20mA）电流输入 x=3表示关闭该通道；（2）采样字平均值滤波的平均次数 设置方法：在模拟量模块的BFM#1BFM#4分别写入CH1CH4的采样 次数取值范围14096 （3）数据读取单元读取A/D转换的结果值 设置方法：BFM#5BFM#8单元分别存CH1CH4单元的平均值 （4）识别和查错保护单元每一种特殊模块都有一个识别码，其固化在BFM#30单元，而FX3U-4AD的识别码为K3030；在BFM#29单元存有故障状态信息，不同的位置标示不同的故障，其单元的b0=1表示有电源或硬件故障，b10=1表示数值范围出错。5.3.3 本课题的读取A/D程序本课题中FX3U-4AD为#0号模块，就只有一个通道CH1设置为电压（-10v +10v）电压输入。用PLC的D0读取CH1的对应值，开始读识别码存入D50然后利用比较指令与K3030比较，当模块识别码正确，第二步设定通道字H3330为CH1通道电压输入，CH2CH4通道关闭；第三步查错，当b0和b10无错时才读取AD转换值存入D60中，具体如下： 图5.4 A/D模块程序段5.4 PID运算程序5.4.1 PID运算指令 三菱FX系列PLC自带了PID调节指令，AD转换的结果要在PLC里进行PID运算，首先要了解PID运算指令。 解释：PID为PID运算指令符，S1为目标值，S2为测量值，S3为参数设定值首地址，D为输出结果。当X0条件闭合时表，当前测量值为D0中的数，给定值为D500的值，PID的参数通过D100D125来设置，PID调节输出的结果存到数据寄存器D150中。s3中参数设置如表5.1所示。表5.1 PID参数设置寄存器号数参数名或符号设定内容S3采样时间Ts设定范围132767(ms)S3+1动作方向（ACT）bit0=0，正动作；bit0=1，逆动作bit1=0，输入变化量报警无效；bit1=1输入变化报警有效bit2=0，输出变化量报警无效；bit2=1输出变化报警有效bit3不可使用bit4=0，不执行自动调节；bit4=1，执行自动调节bit5=0,输出上下限设定无效，bit5=1，有效bit6bit15不可用S3+2输入滤波常数099%，设定为0时无输入滤波S3+3比例增益Kp132767%S3+4积分时间Ti032767（x10ms）设为0时无积分处理S3+5微分增益Kd0100%设为0时无微分增益S3+6微分时间Td032767（x100ms），设定为0时无微分处理S3+7-S3+19PID运算内部占用S3+20输入变化（增向）报警设定值032767（动作方向ACT的bit1=1有效）S3+21输入变化（减向）报警设定值032767（动作方向ACT的bit1=1有效）S3+22输出变化（增向）报警设定值032767（动作方向ACT的bit2=1，bit5=0有效）S3+23输出变化（减向）报警设定值032767（动作方向ACT的bit2=1，bit5=0有效）S3+24报警输出bit0=1，输入变化量（增向）溢出报警bit1=1，输入变化量（减向）溢出报警bit2=1，输出变化量（增向）溢出报警bit3=1，输出变化量（减向）溢出报警5.4.2 PID控制逻辑 PID控制逻辑逆动作：被控物理量增加时，要求电机转速减小，如恒压供水；正动作：被控物理量增加时，要求电机转速增加，如空调。5.4.3 本课题PID控制程序 本课题PID控制程序本课题PID程序设计如下：倾角传感器的输入范围是90/180，在本研究中选量程1即90，可选对应的输出010V。主机的最终位置0，其对应的输出为5V，由图-3.3中电压输入/数字输出特性曲线，其对应的数字量是K16000,所以把设定值为16000传给D300；主机的初始位置值由传感器读出，其对应的输出由模拟量转换模块计算得出，通过模拟量模块存在D0中，D120D124为参数设定值，其中采样时间30ms（K30），动作方向为逆动作（K1），输入滤波常数10%（K10），比例增益为70（K70），积分时间10x100ms（K10），微分增益设为10%（K10），其他默认，具体程序如下：图5.5 PID调节程序段5.5手动点动程序图5.6 手动点动程序段 5.5.1相对定位指令DDRVI FX3U系列PLC自带相对定位指令，表示下一个位置相对前一个位置的相对位移量，指令格式如下： 指令解读：当X0接通时，通过PLC的Y0和Y5输出口输出脉冲数量为10000，脉冲频率为1000HZ的脉冲信号给电机驱动器，其中，S3必须为Y0、Y1、Y2，这三个高速输出端口。 5.5.1结束标志位M8029 FX3U系列PLC中M8029是脉冲发送结束标志位，每当一次脉冲指令发送结束，M8029都会有一个上升沿。格式如下： 指令解读：当DDRVI指令执行完成以后M8029自动接通对M50进行复位操作。5.6自动运行程序 5.6.1 四则运算指令DEADD 、DESUB、 DEMUL、 DEDIV（+ - x ） 指令解读：FX3U系列PLC中：DE表示对浮点型数据进行处理运算，当X0成立时，D1和D1进行四则运算，处理结果放到D3寄存器当中。 5.6.2 比较指令CMP 指令格式如下： 指令解读：当X0成立时，开始进行比较，对M继电器进行输出；1.当D1D2 M100输出；2.当D1=D2 M101输出；3.当D1D2 M102输出；.（请详见附录B）. 图5.7 自动运行程序段 第六章 总结1. 方向偏了，定位模块 第一次接触PLC，一下子就选了一个定位控制设计，刚开始自己网上找资料的时候发现可以用定位模块20GM加FX2N系列PLC定位，结果发现越走越偏，因为20GM编程难度非常大，且参数设置繁多，毕业设计时间有限，不得不放弃重新选一种方案，即本研究中的FX3U系列P
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