学位论文—基于plc的数字程序控制的模拟设计.doc

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1、基于PLC的数字程序控制的模拟院 系北方科技学院专 业自动化班 级B641302学 号200514185099姓 名王维兴指导教师蒋丽英负责教师蒋丽英沈阳航空航天大学北方科技学院2010年6月沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）任务书教 学 部 工学一部 专业 自动化 班级 B641302 学号 200514185099 姓名 王维兴 毕业设计（论文）题目 基于PLC的数字程序控制的模拟 毕业设计（论文）时间 2010 年 3 月 8 日至 2010 年 7 月 2 日毕业设计（论文）进行地点 自动化学院实验中心 毕业设计（论文）内容及要求：(一)主要内容数字程序控制就是计算机根据输入

2、的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。数字程序控制主要应用于机床控制,采用数字程序控制系统的机床叫做数控机床。本毕业设计主要实现利用PLC完成双轴直线切削的直线运动的数字程序控制的模拟。利用PLC实现直线插补算法，并完成二维数控平台模拟控制；利用组态软件实现两个坐标轴步进电机状态的监控以及绘制直线插补的运动轨迹。（二）毕业设计的内容及要求：（1）阅读主要参考文献，收集有关资料。（2）深入学习并掌握PLC和组态软件语言编程。（3）掌握直线插补的基本原理。（4）设计PLC直线插补的程序。（5）基于组态软件的监控系统

3、的设计。（6）毕业论文要文理通顺，叙述清楚，有重点地说明研究过程和分析方法；（7）论文要求20000字左右，且上交Word文档；（8）相关科技英文翻译字数不少于5000字。指导教师签字 年 月 日负责教师签字 年 月 日沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计(论文)摘 要可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。本文主要研究基于PLC的数字程序控制的模拟，主要研究内容包括：1）逐点比较法直线插补和圆弧插补PLC程序设计。在介绍逐点比较法基本原理的基础上，重点论述了基于西门子S7-20

4、0的第一象限直线插补和逆圆弧插补的程序设计。2）逐点比较法PLC控制上位机监视系统的设计。采用紫金桥组态软件完成对PLC直线插补和圆弧插补两个程序的实时监视和界面模拟。该组态监控系统拥有良好的人机界面，通用性好，操作简单、方便、易于实现PLC的集中监控和管理等特点，具有较广泛的应用前景。关键词：逐点比较法；直线插补；圆弧插补；组态监控AbstractProgrammable Logic Controller (PLC) for its versatility, high reliability and simple instruction set, programming easy to ma

5、ster, small size, low maintenance, easy installation and a series of site interfaces, is widely used in industrial automatic control.This paper studies simulation based on digital program control of PLC. Its main contents include：1. PLC program Design of the line interpolation operations and the cir

6、cular interpolation operations of point by point comparison method. In introducing the basic principles of point by point comparison method basis，it proposes the line interpolation operations in first Quadrant and the circular interpolation operations based on Siemens S7-200 system. 2. The design of

7、 PC monitoring system controlled by PLC under point by point comparison method. Using Real bridge software it needs to complete the design of Real-time monitoring and interface simulation of two programs including the line interpolation operations and the circular interpolation operations. Configura

8、tion monitoring system has many good features such as, good human-machine interface, good commonality, Simple and convenient operating, and easy to implement centralized monitoring and management of PLC. It has a wider application prospects.Keywords: the point by point comparison method, line interp

9、olation, circular interpolation, Configuration Monitoring70目 录1绪论11.1 课题背景11.2 研究意义11.2.1 数控21.2.2机床数控与数控机床31.3 课题研究任务及要求31.3.1 课题研究内容41.3.2 技术指标41.4课题的内容安排42PLC可编程控制器52.1 PLC可编程控制器的描述52.1.1 PLC发展历程52.1.2 PLC构成62.1.3 CPU构成62.1.4 I/O模块62.1.5 电源模块72.1.6 底板或机架72.1.7 PLC系统其它设备72.1.8 PLC通信联网82.1.9 PLC的优点

10、82.1.10 PLC特点92.1.11 PLC应用102.2 西门子S7-200112.2.1 简介112.2.2 出色表现112.2.3 适用范围112.2.4 详细介绍123逐点比较法插补原理143.1 逐点比较法143.2 第一象限直线插补原理153.2.1 偏差计算公式153.2.2 终点判别法163.2.3 插补计算过程163.2.4 不同象限的直线插补173.3第一象限逆时针圆弧插补173.3.1 偏差计算公式173.3.2 终点判别法183.3.3 插补计算过程183.3.4 四个象限的圆弧插补公式184逐点比较法插补系统的程序设计204.1 基于PLC的直线插补软件设计204

11、.1.1 直线插补程序I/O分配表204.1.2 第一象限内的直线插补流程图214.1.3 直线插补主要程序的设计及分析224.2 圆弧插补PLC软件设计264.2.1 圆弧插补程序I/O分配表264.2.2 第一象限内逆时针圆弧插补流程图274.2.3 圆弧插补主要程序的设计及分析284.3程序调试334.3.1 PC与PLC的通讯334.3.2 程序下载运行345基于紫金桥组态软件数字程序监控系统的设计355.1工业控制组态软件概述355.2 紫金桥监控组态软件355.3 紫金桥监控组态软件的应用365.3.1与西门子PLC S7-200的关联365.3.2 第一象限直线插补组态监控的设计

12、385.3.3 第一象限逆时针圆弧插补组态监控43结 论48社会经济效益分析49致 谢50参考文献51附录I 第一象限直线插补程序52附录II 第一象限逆时针圆弧插补程序611 绪论数字程序控制是一种基本的控制方式，在日常生活、工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等中都广泛应用了这种控制方式。所以对数字程序控制的模拟监控在现代化生产中显得尤为重要。1.1 课题背景在工业自动化方面，如工厂车间使用的各种加工车床，以前很多都是人力或是半人力操作控制。大多数的自动化控制只是单纯的从大的方面节省人力，而没有针对各个细节操作进行分别控制，从而不能有效做到生产产品精确加工和完全自动加工，也造

13、成了人力资源的浪费。PLC的数字程序控制则针对各个环节，分别进行控制，上传给计算机，计算机通过该数字程序控制对各个用户进行分别有效地调节控制，实现了工业生产的自动化控制，同时也避免了不必要的资源浪费。数字程序控制是许多行业的重要工作目标之一，不论是日常生活、工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等等，都需要在符合规定并且合适的条件下尽可能达到自动化，从而节省人力资源。然而自动控制需要大量的实践和对实际工业基础的了解，所以研究数字程序控制的模拟就显得非常重要。 总而言之，在现在的生活、生产中，基于PLC的数字程序控制有着很广阔的应用前景。1.2 研究意义随着科学技术和社会生产的迅速发

14、展，机械产品日趋复杂，对机械产品质量和生产率的要求越来越高。在航空航天、军工和计算机等工业中，零件精度高、形状复杂、批量少、经常改动，加工困难，生产效率低，劳动强度大，质量难以保证。机械加工工艺过程自动是和智能化适应上述发展特点的最重要手段。在零件加工中，理想加工轨迹是刀具中心轨迹应与零件轮廓形状一致，但实际应用时往往用一小段直线或圆弧去逼近，从而使得控制算法简单，计算量减小。插补算法是确定刀具中心运动轨迹的计算方法；插补计算就是对数控系统输入基本数据（如直线的起点、终点的坐标，圆弧的起点、终点、圆心的坐标等）运用一定的插补算法计算，计算结果可用来图形仿真或作为刀的进给数据。目前插补算法有很多

15、种，与其它插补方法相比，逐点比较法是一种控制算法简单、进给速度控制方便的插补算法。逐点比较法插补既可以作直线插补，又可作圆弧插补。它比较适用于一些以步进电机为驱动装置的开环或闭环的中等精度或中等速度要求的计算机数控系统。本文将介绍逐点比较法圆弧插补的基本原理及改进后的逐点比较法圆弧插补，最后给出改进前后的模拟仿真。在机床的实际加工中，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成。然而，对于简单的曲线，数控装置易于实现，但对于较复杂的形状，若直接生成，势必会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加。因此，在实际应用中，常常采用一小段直线或圆弧去进行逼近，有些

16、场合也可以用抛物线、椭圆、双曲线和其他高次曲线去逼近(或称为拟合)。所谓插补是指数据密化的过程。在对数控系统输入有限坐标点(例如起点、终点)的情况下，计算机根据线段的特征(直线、圆弧、椭圆等)，运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，即所谓数据密化，从而自动地对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，以满足加工精度的要求。为解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效的“柔性”自动化生产设备数控机床在这种情况下应运而生。目前数控技术已逐步普及，数控机床在工业生产中得到了广泛应用，已成为机床自动化的一个重要发展方向。1.2.1 数控1.数控的意义数控即数字控制（Numer

17、ical Control），是数字程序控制的简称。数控的实质是通过特定处理方式下的数字信息（不断变化的数字量）去自动控制机械装置进行动作，它与通过连续变化的模拟量进行的程序控制（即顺序控制），有着截然不同的性质。由于数控中的控制信息，而处理这些短信息离不开计算机，因此将通过计算机进行自动控制的技术，简称为数控。这里讲的数控，特指用于机床加工中的数控（即机床数控）。除此之外，数控还广泛应用于测量、理化试验与分析、物质与信息的传输、建筑以及科学管理等领域。2.数控的分类早期的数控机床的NC装置由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路，是固定接线的硬件结构，由硬件来实现数控功能，称作硬件数控，用这种

18、技术实现的数控机床一般称作为NC机床。计算机数控（Computer Numerical Control），简称CNC。现代数控系统是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或分部数控功能，并通过接口与外围设备进行连接，称为CNC系统，这样的机床一般称为CNC机床。1.2.2机床数控与数控机床1.机床数控机床数控是指通过加工程序编制工作，将其控制指令以数字信号的方式记录在信息介质上，经输入计算机处理后，对机床各种动作的顺序、位移量和速度实现自动控制的一门技术。其控制对象是专门针对机床和机床加工的，这里所说的机床不仅指金属切削机床（台车、铣、

19、刨、钻、磨、镗等机床）。2.数控机床数控机床是一种通过数字信息控制机床按给定的运动规律，进行自动加工的机电一体化新型加工装备。数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，机床数控技术是通过数控机床加工技术而实现的，应用数控技术的关键在于学好和用好数控机床。一个国家的机床数控率，反映了这个国家机床工业和机械制造业水平的高低，同时也是衡量一个国家科技进步的重要标志之一。它对于实现生产过程自动化，促进科技进步和加速现代化建设，都有着十分重大的意义。发达国家视数控技术为机械工业发展的战略重点，而大力推进和发展数控机床。1.3 课题研究任务及要求本文针对基于PLC的数字程序控制的模拟在下位机建立一个PLC

20、可编程控制器系统，完成设计内容及实现的技术指标如下：1.3.1 课题研究内容1.阅读主要参考文献，收集有关资料。2.深入学习并掌握PLC和组态软件语言编程。3.掌握直线插补和圆弧插补的基本原理。4.设计PLC直线插补和圆弧插补的程序。5.基于组态软件的监控系统的设计。6.毕业论文要文理通顺，叙述清楚，有重点地说明研究过程和分析方法；1.3.2 技术指标1.通过PLC控制直线插补和圆弧插补；2.通过组态监控软件模拟出插补曲线1.4课题的内容安排本论文共分5章。第1章概述，介绍数字程序控制的课题背景，数字程序控制的发展现状以及本课题的研究内容和技术指标；第2章介绍了PLC可编程控制器及西门子S7-

21、200的特点、应用、优点，以及相关的主要技术指标；第3章介绍本文的设计原理逐点比较法，直线插补，圆弧插补等。第4章具体介绍了PLC程序的设计核心内容，包括程序的设计思路和方法等。第5章具体介绍了组态监控软件，紫金桥组态软件的特点、优点、应用及其模拟监控。最后得出结论，并做了社会经济效益分析。2 PLC可编程控制器PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是一种数字运算操作电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户指令，

22、数字或模拟式输入/输出控制各种类型机械或生产过程。2.1 PLC可编程控制器的描述2.1.1 PLC发展历程工业生产过程中，大量开关量顺序控制，它逻辑条件进行顺序动作，并逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散量数据采集。传统上，这些功能是气动或电气控制系统来实现。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术控制装置，首次采用程序化手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，方便，也反映可编程控制器功能特点，可编程序控制器定名为Pr

23、ogrammable Logic Controller（PLC），现在仍常常将PLC简称PC。PLC定义有许多种，国际电工委员会（IEC）对PLC定义是：可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序存贮器，用来其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并数字、模拟输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快时期，年增长率一直保持为3040%。这时期，PLC处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能

24、力到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，某些应用上取代了过程控制领域处于统治位DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC工业自动化控制特别是顺序控制中位，可预见将来，是无法取代。2.1.2 PLC构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以一定规则组合配置。2.1.3 CPU构成CPU是PLC核心，起神经中枢作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC

25、系统程序赋予功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描方式采集由现场输入装置送来状态或数据，并存入规定寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定任务产生相应控制信号，去指挥有关控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少组成单元。使用者看来，不必要详细分析CPU内部电路，但对各部分工作机制应有足够理解。CPU控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由

26、震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算中间结果，它也是控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC重要参数，它们决定着PLC工作速度，IO数量及软件容量等，限制着控制规模。2.1.4 I/O模块PLC与电气回路接口，是输入输出部分（I/O）完成。I/O模块集成了PLCI/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指开和关（或1和0）两种状态信号，模拟量是指连续

27、变化量。常用I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理基本配置能力，即受最大底板或机架槽数限制。2.1.5 电源模块PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同时，有还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型

28、有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用为24VAC）。2.1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间联系，使CPU能访问底板上所有模块，机械上，实现各模块间连接，使各模块构成一个整体。2.1.7 PLC系统其它设备1.编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制系统工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2.人机界面：最简单人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式一体式操作员终端

29、应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3.输入输出设备：用于永久性存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量电位器，打印机等。2.1.8 PLC通信联网依靠先进工业网络技术可以迅速有效收集、传送生产和管理数据。网络自动化系统集成工程中重要性越来越显著，有人提出网络就是控制器观点说法。PLC具有通信联网功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议接口。PLC通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，

30、PLC各厂家均有采用。一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要。首先，网络必须是开放，以方便不同设备集成及未来系统规模扩展；其次，针对不同网络层次传输性能要求，选择网络形式，这必须较深入了解该网络标准协议、机制前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用网络标准。2.1.9 PLC的优点1.实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。2.范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极

31、大的空间。 3.高速率 PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而在4.5M45Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。 4.永远在线 PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！5.便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！2.1.10 PLC特点1.结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。2.传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平

32、顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。3.范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地

33、方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。4.低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。5.适用面广。PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于

34、居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。2.1.11 PLC应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及

35、自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PL

36、C厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器

37、中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。本文使用西门子S7-200进行数字程序控制，下面就着重介绍西门子S7-2002.2 西门子S7-2002.2.1 简介SIMATICS7-200系列PLC适

38、用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。2.2.2 出色表现S7-200系列出色表现在以下几个方面： 1.极高的可靠性 2.极丰富的指令集 3.易于掌握 4.便捷的操作 5.丰富的内置集成功能 6.实时特性 7.强劲的通讯能力 2.2.3 适用范围S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民

39、用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。2.2.4 详细介绍S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。 1.CPU单元设计集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280 mA，400mA。可用负载电源。 2.不同的设备类型 CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 3.本机数字量输入/输出点 CPU 221有6DI/4DO，CPU 222有8DI/6个DO，CPU

40、224有14DI/10DO，CPU 224XP有14DI/10DO，CPU226有241DI/16DO。 4.本机模拟最输入/输出点 CPU 224XP有2个AI/1AO。 5.通讯方式 内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。PPI接口为RS485，可在三种方式 下工作： I.PPI方式：PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。通过普 通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为9.6kbit/s,19.2 kbit/s和187.5 kbit/s。CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。 II.MPI方式：通过内置接口连接到MPI网络上。波特率为19.2kb

41、it/s,187.5kbit/s。S7-200可与S7-300/400通讯，S7-200CPU在MPI网络中作为从站，彼此间不能通讯。 III.自由通讯口方式：是一个很有特色的功能。S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。即可以由用户自行定义通讯协议。波特率最高38.4kbit/s。 IV.PROFIBUS-DP网络：CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUS DP网络协议。最高传输速率为12Mbit/s。 6.EEPROM存储器模块（选件） 可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。 7.电池模块 用于长

42、时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。3 逐点比较法插补原理本次设计的PLC数字程序控制具体采用了逐点比较法插补原理，分别在坐标轴第一象限内实现直线插补及直线插补计算的程序实现，第一象限内的逆时针圆弧插补及圆弧插补计算的程序实现。因此，本章主要介绍逐点比较法直线插补和圆弧插补的基本原理。3.1 逐点比较法逐点比较法又称代数运算法或醉步法，是脉冲增量插补中最典型的算法。其基本原理是在控制过程中，逐点计算和判断运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差控制进给轴向

43、给定轮廓靠近，缩小偏差，使加工轮廓逼近给定轮廓。以折线来逼近直线或圆弧，最大误差不超过一个脉冲当量，因此，只要脉冲当量取得足够小，就可达到加工精度的要求。由其插补原理可知数控机床的运动部件每走一步都要经过以下四个节拍：第一节拍：偏差判别，判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况，并以此决定刀具的进给方向。第二节拍：坐标进给，根据偏差判别的结果，控制刀具向相应坐标轴进给一步使加工点向给定轮廓靠拢，减小偏差。第三节拍：偏差计算，刀具进给一步后#计算新的加工点与给定轮廓之间的偏差，为下一步偏差判别做准备。第四节拍：终点判别，判断刀具是否到达被加工零件的终点，若到达终点，则结束插补，否则继续插补，如此

44、不断循环以上四个节拍就可加工出所要求的曲线。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x和y方向。因此，逐点比较法插补方式包括直线插补，圆弧插补，抛物线插补，样条线插补等。 3.2 第一象限直线插补原理所谓直线插补（Line Interpolation）就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式(如果不是直线，也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近，从而每一段线段就可以用直线插补了)。首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段(一个脉冲当量)，发现终点在实际轮

45、廓的下方，则下一条线段沿y方向走一小段，此时如果线段终点还在实际轮廓下方，则继续沿y方向走一小段，直到在实际轮廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循环类推.直到到达轮廓终点为止。这样，实际轮廓就由一段段的折线拼接而成，虽然是折线，但是如果我们每一段走刀线段都非常小(在精度允许范围内)，那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的这就是直线插补。 3.2.1 偏差计算公式设加工第一象限的直线OA，取直线的起点为坐标原点，直线终点坐标为（，），M（，）为加工点（动点），如图3.1所示。若M点在直线上，则根据三角形的关系可得： （3.1）若取直线插补的偏差判别式为 （3.2）YXA(,)M图

46、3.1 第一象限直线若M点在直线上，则=0；若M点在直线的上方，则0；若M点在直线的下方，则0。当0时，为了使加工点逼近给定轨迹，应向+x方向进给一步。进给后的新坐标值为： （3.3）则该点的偏差为： （3.4）当0时，为了使加工点逼近给定轨迹，应向+y方向进给一步。进给后的新坐标值为： （3.5）则该点的偏差为： （3.6）3.2.2 终点判别法1.第一种方法：设置X、Y两个减法计数器，加工开始前，在X、Y计数器中存入终点坐标、，在X坐标（或Y坐标）进给一步时，就在X计数器（Y计数器）中减去1，直到两个计数器中的数减到为零时，便到达终点。2.第二种方法：用一个终点计数器，X和Y两个坐标，从起点到终点的总步数；X、Y坐标每进给一步，减去，直到为零时，就到达终点。3.2.3 插补计算过程插补过程分四步：1.偏差判别：判断0还是0；2.坐标计算和进给：0，+