防盜標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、摘要防盜標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是防盜磁條標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)，其中包括了單片機(jī)，PLC和人機(jī)界面等方面的知識(shí)。本文首先介紹的是防盜磁條標(biāo)簽機(jī)的工藝要求和發(fā)展前景，對(duì)于單片機(jī)、PLC和人機(jī)界面的基本原理做了一個(gè)簡要的說明，設(shè)計(jì)了防盜標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的框架圖和系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)PLC的控制電路、89C51單片機(jī)系統(tǒng)和觸摸屏進(jìn)行的初步的設(shè)計(jì)制作。后面對(duì)步進(jìn)電機(jī)、PLC控制電路和C51單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了觸摸屏的原理圖，最后編寫了單片機(jī)和PLC具體控制程序。關(guān)鍵詞： PLC；單片機(jī)；觸摸屏；防盜磁條；標(biāo)簽機(jī)常州工學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書THE DESIGN A

2、ND IMPLEMENTATION OF THE ANTI-THEFT MAGNETIC LABELING MACHINE CONTROL SYSTEMAbstractThis article is designed to achieve an anti-theft magnetic labeling machine control system, including the knowledge of microcontroller, PLC and HMI. This paper describes the process requirements and the development p

3、rospects of the anti-theft magnetic automatic labeling machine, makes a brief description of the basic principles of SCM, PLC and HMI,we designed the systems framework map and the structural design of security tags, then we du an preliminary design of the PLC control circuit, 89C51 microcontroller s

4、ystem and touch screen production. After all we finish the stepper motor, PLC control circuits and C51 microcontroller systems hardware design and the design of the touch screen, finally we prepared the control program of microcontroller and PLC .Key words: PLC；microcomputer ; touch screen ;Anti-the

5、ft magnetic；labeling machine畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄第1章 緒論11.1 研究背景11.2 研究的目的及意義31.3 研究的主要內(nèi)容4第2章 PLC和單片機(jī)的簡介52.1 PLC的簡介52.1.1 可編程控制器結(jié)構(gòu)52.1.2 可編程控制器的硬件系統(tǒng)。52.1.3 可編程控制器的軟件系統(tǒng)82.1.4 可編程控制器的工作過程和工作原理92.2 89C51單片機(jī)的簡介122.2.1 89C51單片機(jī)的總體結(jié)構(gòu)12第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)143.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)143.2 PLC控制電路設(shè)計(jì)153.3 89C51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)163.4 觸摸屏的設(shè)計(jì)16第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)184.

6、1 送料、切料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)184.1.1 送料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)184.1.2 切料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)194.2 PLC的控制電路設(shè)計(jì)204.3 89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)214.4 單片機(jī)控制原理圖設(shè)計(jì)22第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)245.1 89C51單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)245.1.1 主程序流程圖245.1.2 定時(shí)器中斷流程圖245.1.3 外部中斷流程圖255.2 PLC的軟件設(shè)計(jì)265.2.1 開機(jī)設(shè)置初值275.2.2 動(dòng)作段梯形圖設(shè)計(jì)285.2.3 ERROR段梯形圖設(shè)計(jì)315.2.4 參數(shù)設(shè)置段梯形圖設(shè)計(jì)315.2.5 錯(cuò)誤處理子程序段梯形圖設(shè)計(jì)33結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)3

7、6I前言隨著科技水平的不斷發(fā)展，非晶態(tài)材料以其自身的優(yōu)越性能逐漸取代晶態(tài)材料而在工業(yè)制造中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。在本次的設(shè)計(jì)中，我們系統(tǒng)的磁條就是由非晶態(tài)材料制成的。非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長序結(jié)構(gòu)。這種非晶合金具有許多獨(dú)特的優(yōu)秀性能，如導(dǎo)磁率高、機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的影響小、隱藏性高、難以仿制等，因此從80年代以來國內(nèi)外材料科學(xué)界的研發(fā)重點(diǎn)就是非晶材料。全文共分五章：第一章 緒論，簡要介紹一下關(guān)于課題的背景及發(fā)展?fàn)顩r。第二章主要是有關(guān) PLC和單片機(jī)的基礎(chǔ)介紹，這些單片機(jī)和PLC類型的知識(shí)數(shù)據(jù)可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)。第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行

8、過程，每一步的工作內(nèi)容和原理。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，介紹的是硬件的設(shè)計(jì)方案和工作原理，包括一些經(jīng)常用到的元器件。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，講述了系統(tǒng)的主流程和各個(gè)模塊的流程。由于本人的能力和時(shí)間問題，無法將所有功能都一一實(shí)現(xiàn)，因此本文中不可避免的會(huì)出現(xiàn)不足和疏漏，請(qǐng)各位老師指正。III第1章 緒論1.1 研究背景 現(xiàn)代開放式零售模式的普及，實(shí)現(xiàn)了商品與顧客的“零距離”接觸，為顧客營造了輕松愉悅的購物體驗(yàn)，直接帶動(dòng)了商場人流量與商品銷售量大幅度增長。但是接二連三的失竊與內(nèi)盜已經(jīng)成為現(xiàn)代零售的一塊“心病”。為了降低失竊率，最好的方法就是采用標(biāo)簽-報(bào)警系統(tǒng)，防盜標(biāo)簽用于商品在經(jīng)過探測門時(shí)識(shí)別商品，防盜標(biāo)

9、簽幾乎適用于所有商品。防盜標(biāo)簽既為賣家節(jié)省了大量用于防盜的人力成本，又為顧客提供了更為舒適的購物環(huán)境。用作磁性標(biāo)簽的磁芯，如果被勵(lì)磁線圈、飽和交流磁化，就會(huì)產(chǎn)生非線形調(diào)制，使次級(jí)接受線圈中出現(xiàn)高次諧波，利用這一現(xiàn)象，可以構(gòu)成磁性防盜系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，激勵(lì)電源為發(fā)射線圈提供一個(gè)高頻電流，使之產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的激勵(lì)磁場。接收線圈和發(fā)射線圈在空間相距一定的距離，形成一個(gè)適當(dāng)寬度檢查通道。當(dāng)人們攜帶被檢測的物品經(jīng)過檢查通道時(shí)，藏在物品中的磁性標(biāo)簽被發(fā)射線圈產(chǎn)生的激勵(lì)磁場飽和磁化。由于磁性標(biāo)簽飽和交流磁化時(shí)的非線形調(diào)制作用，便會(huì)在接收線圈的輸出電壓中形成高次諧波。一般檢測特定諧波存在與否主要是依靠防盜儀來判

10、斷是否發(fā)生失竊。這種磁性防盜方法，經(jīng)濟(jì)、安全，可以廣泛用于圖書館、超市等地方。其實(shí)際效果與磁性標(biāo)簽的性能關(guān)系極大。幾年前的磁性標(biāo)簽主要材料是矩磁材料，缺點(diǎn)是隱藏性差、勵(lì)磁功率大和誤報(bào)率高，這些缺點(diǎn)對(duì)于這種技術(shù)的發(fā)展和推廣是非常不利的。而磁性防盜技術(shù)的迅猛發(fā)展所依靠的就是非晶態(tài)材料的發(fā)明。磁性標(biāo)簽如果用非晶態(tài)合金材料制做的話不止可以克服傳統(tǒng)磁性標(biāo)簽的不足之處，且更具不少長處，如可擦除、難仿制等。因此，由非晶態(tài)材料制作而成的磁性標(biāo)簽使得磁性防盜的應(yīng)用范圍從原來的公共圖書館增加到了藝術(shù)品陳列館、百貨公司和超級(jí)市場等地方。非晶態(tài)合金磁性標(biāo)簽的特性：1） 標(biāo)簽材料特殊，仿制極為困難；2） 機(jī)械尺寸小，標(biāo)

11、簽的隱藏性大大提高；3） 磁導(dǎo)率高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低，大大降低了勵(lì)磁功率；4） 磁致伸縮系數(shù)小，降低了機(jī)械應(yīng)力對(duì)磁性標(biāo)簽性能產(chǎn)生的影響。以上優(yōu)點(diǎn)可以表明，非晶態(tài)合金材料幾乎是為磁性標(biāo)簽量身定做的。圖書的書脊或者此類類似的地方都可以用來粘貼這種磁性標(biāo)簽且能保持相當(dāng)好的隱蔽性。磁場一般由發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變激勵(lì)磁場和包括地磁場在內(nèi)的恒定雜散磁場兩部分構(gòu)成的，如果通道中有磁性標(biāo)簽（有另一種磁場進(jìn)入了檢測系統(tǒng)磁場的范圍），磁性標(biāo)簽會(huì)干擾了原本穩(wěn)定的磁場導(dǎo)致磁場不穩(wěn)定，電壓的變化被檢測器的接收線圈感應(yīng)到并提示，我們就可以知道未經(jīng)消磁的磁性標(biāo)簽出現(xiàn)在通道中。典型磁性防盜系統(tǒng)的主要組成部分是勵(lì)磁線圈、振蕩器、

12、接收線圈、電流放大器、接收線圈、選頻放大器和報(bào)警器。在這個(gè)系統(tǒng)中，振蕩器產(chǎn)生交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成交變電流需要經(jīng)過電流放大器，通過電容傳送到勵(lì)磁線圈上，這樣就形成了一個(gè)交變磁場用來覆蓋整個(gè)需要監(jiān)測的區(qū)域。一旦檢測信號(hào)（由接收線圈產(chǎn)生）發(fā)現(xiàn)檢查區(qū)域中有出現(xiàn)干擾磁場時(shí)，經(jīng)過選頻、放大和比較鑒別等步驟轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)和報(bào)警信號(hào)，表示監(jiān)測區(qū)域里出現(xiàn)了未經(jīng)消磁的物品，這樣就防止了物品被帶出去。以書本舉例，書中放入磁性標(biāo)簽后，標(biāo)簽用不干膠紙貼住固定，通過固定對(duì)磁性標(biāo)簽產(chǎn)生的束縛力，當(dāng)未被消磁的磁條進(jìn)入防盜通道時(shí)，磁條被磁化，防盜接收系統(tǒng)將產(chǎn)生的多次諧波處理放大，使報(bào)警器開始工作。防盜儀的靈敏度還受到磁性標(biāo)簽的

13、寬度、厚度的影響。 我們最終設(shè)計(jì)完成的防盜磁條的樣品如圖11所示：下面是設(shè)置的鋼帶長、段長和段數(shù)，設(shè)置完后才能進(jìn)行生產(chǎn)操作。圖11 圖書防盜磁條示意圖如下圖12所示，負(fù)責(zé)傳送非晶帶的是12、10、9三個(gè)光帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，4是負(fù)責(zé)傳送膠帶的漲力機(jī)構(gòu)，而8、11是負(fù)責(zé)拉出鋼帶的鋼扣機(jī)構(gòu)，當(dāng)開動(dòng)機(jī)器的時(shí)候，負(fù)責(zé)傳送鋼帶的7送鋼帶機(jī)構(gòu)，當(dāng)6切鋼帶機(jī)構(gòu)收到被傳送過來的鋼帶的時(shí)候，切鋼帶機(jī)構(gòu)使被漲力機(jī)構(gòu)傳送過來的膠帶與鋼帶壓制復(fù)合，并切斷將滿足長度要求的鋼帶，而與此同時(shí)，非晶帶正在被12、10、9導(dǎo)向機(jī)構(gòu)傳送，在5處與之復(fù)合，接下來復(fù)合的非晶帶、鋼帶繼續(xù)被傳送，已復(fù)合的非晶帶、鋼帶在在3復(fù)合機(jī)構(gòu)處被完全復(fù)合形

14、成了初步的磁條，非晶磁條被2送料機(jī)構(gòu)把壓緊復(fù)合傳送給1切料機(jī)構(gòu)將磁條切斷。在傳送磁條的同時(shí)傳送鋼帶，因?yàn)殇搸чL比我們所設(shè)置的磁帶長度短一些，但是送磁條和傳送鋼帶是同步進(jìn)行的，此時(shí)我們給傳輸鋼帶的步進(jìn)電機(jī)的脈沖需要比送鋼帶的短的時(shí)候才可以保2個(gè)傳送可以同時(shí)進(jìn)行，每切完一次鋼帶繼續(xù)送鋼帶，依次循環(huán)，當(dāng)切割四次鋼帶結(jié)束的時(shí)候， 1切料機(jī)構(gòu)就切出了一條完成的磁條，此時(shí)15落料導(dǎo)板上的就是完整的磁條了。圖12 非晶磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)的機(jī)械總圖1.2 研究的目的及意義防盜系統(tǒng)最重要的部分就是非晶磁條，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，非晶磁條也不斷發(fā)展。由于非晶磁條未被機(jī)械化地大批量生產(chǎn)，導(dǎo)致從全國來看非晶磁條還處于起

15、步階段，普及率不高，由于缺少成熟的制作工藝，大多數(shù)的公司的生產(chǎn)效率非常低，市場上不斷加大的需求也無法對(duì)這樣的生產(chǎn)效率滿意。非晶磁條標(biāo)簽機(jī)就為了解決非晶磁條生產(chǎn)效率極低的問題而被制造出來。二十一世紀(jì)以來，社會(huì)安全意識(shí)隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的迅猛發(fā)展而不斷增強(qiáng)。非晶標(biāo)簽制作公司能節(jié)省大部分的人力和財(cái)力就是因?yàn)榉蔷Т艞l自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，非晶磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)不止為公司提高了生產(chǎn)效率，增加效益，而且?guī)?dòng)了工業(yè)的更快發(fā)展，大力推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。市場需求的膨脹也被大量生產(chǎn)的非晶磁條趕上，使非晶磁條的使用者大大喘了一口氣并且提高了收益和信譽(yù)度。一切都說明了設(shè)計(jì)具有接線簡單、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、通用性好、

16、可靠性高、使用調(diào)整（速度參數(shù)修改）方便、重量輕、體積小、功耗低等顯著優(yōu)點(diǎn)的“防盜磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)”控制系統(tǒng)是具有的重大意義。1.3 研究的主要內(nèi)容PLC技術(shù)是防盜磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)控制系統(tǒng)的絕對(duì)核心，但是因?yàn)镻LC有一個(gè)不足之處，它只可以控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行，而完成防盜標(biāo)簽機(jī)的設(shè)計(jì)需要至少四個(gè)步進(jìn)電機(jī)，只有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足設(shè)計(jì)的需求，需再加兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，因此只能依靠單片機(jī)來控制另外兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)。因?yàn)椴⒉皇撬腥硕季ㄓ?jì)算機(jī)的操作，所以為了擁有簡潔方便的人機(jī)界面，觸膜屏技術(shù)也被加入其中。PLC的控制下的整個(gè)控制系統(tǒng)成本不高，體積小巧，具有十分優(yōu)秀的市場前景。圖13 系統(tǒng)簡化圖從上圖13中

17、可以看出分析可編程控制器PLC的控制結(jié)構(gòu)是本課題的首要任務(wù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)與89C51單片機(jī)的信息交換和觸摸屏數(shù)據(jù)傳遞方面深入鉆研，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，提高效率，方便使用者，填補(bǔ)了管理方面的不足，增加效益；研究如何將PLC、89C51單片機(jī)技術(shù)和觸摸屏技術(shù)結(jié)合在一起，使之能夠流暢的運(yùn)行；研究如何擴(kuò)大防盜磁條的生產(chǎn)使之滿足市場的需求，解決供遠(yuǎn)小于需的問題。35第2章 PLC和單片機(jī)的簡介2.1 PLC的簡介2.1.1 可編程控制器結(jié)構(gòu)PLC是一個(gè)數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，它以微處理器為核心的，采用可編程存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)操作的指令，如需要控制各種類型的機(jī)

18、械或生產(chǎn)過程，只需要通過模擬或者數(shù)字式的輸入輸出。2.1.2 可編程控制器的硬件系統(tǒng)。PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、輸入輸出擴(kuò)展部件及外部設(shè)備組成。圖21為PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。中央處理器電 源輸入部件輸出部件存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序外設(shè)I/O接口I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展單元基本單元外部設(shè)備接受現(xiàn)場信號(hào)用戶程序驅(qū)動(dòng)受控元件 圖21 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1. 主機(jī)系統(tǒng) PLC的主機(jī)系統(tǒng)由中央處理單元、輸入單元、輸出單元、輸入輸出擴(kuò)展接口、存儲(chǔ)單元、外圍設(shè)備接口和電源等七大部分組成。各部分之間的連接依靠的是內(nèi)部的系統(tǒng)總線，如上圖2-1所示。（1） 中央處理單元（Central Processing Uni

19、tCPU） PLC的核心部分就是CPU，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心就是CPU的具體作用， 計(jì)算機(jī)指令并處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)依靠的就是CPU。運(yùn)算器、寄存器、控制器、實(shí)現(xiàn)三者之間聯(lián)系的總線就構(gòu)成了CPU。 CPU的工作流程是先在存儲(chǔ)器中取出指令，然后存入指令寄存器，進(jìn)行編譯并執(zhí)行指令。PLC多使用2種微處理器，即8位和16位微處理器。單片機(jī)是一塊集成了部分存儲(chǔ)器、微處理器、部分輸入輸出的接口和連接它們的控制接口電路等功能的處理器，具有集功能強(qiáng)、可靠性高、成本低、成度高、速度快等各種優(yōu)點(diǎn)。（2） 存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是由ROM、只讀存儲(chǔ)器組成的以存放

20、系統(tǒng)程序的解釋編譯程序。是只供廠家使用的，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器內(nèi)部的內(nèi)容不可以更改，斷電以后內(nèi)容不消失。用戶存儲(chǔ)器則是由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）組成的，它分為工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及用戶程序存儲(chǔ)區(qū)兩大部分。這是提供給用戶所使用的。但是斷電后里面的內(nèi)容會(huì)消失。鋰電池作為一種常用的高效電池一直作為存儲(chǔ)器的后備電源，電池壽命大約為35年。（3） 輸入/輸出部件輸入/輸出端口是現(xiàn)場I/O設(shè)備和PLC或者另外的外部設(shè)備之間的連接的功能部件。外部設(shè)備(如開關(guān)、按鈕、傳感器)的狀態(tài)或信息通過PLC的輸入端口被讀入CPU，如果需要把結(jié)果傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則需要用戶程序的操作和運(yùn)算通過輸出端口執(zhí)行。在I/O接口電路中，為了實(shí)現(xiàn)

21、信號(hào)的無失真?zhèn)鬟f和內(nèi)外部的各種信號(hào)的匹配，一般均配有光耦合器、電子變換、阻容濾波等電路，PLC能實(shí)現(xiàn)信號(hào)與電平的轉(zhuǎn)換正是依靠這種接口。LED二極管則具體用來顯示某一路輸入端子是否有信號(hào)輸入。而PLC的I/O擴(kuò)展接口可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。PLC輸入/輸出模塊的電路框圖如圖2-2所示濾波器濾波器濾波器光電隔離光電隔離光電隔離信號(hào)接收回路外部輸入信號(hào)輸入狀態(tài)寄存器a) 輸入接口保持器保持器保持器光電隔離器光電隔離器光電隔離器功率放大功率放大功率放大信號(hào)發(fā)送回路輸出狀態(tài)寄存器外部設(shè)備b) 輸出接口圖22 I/O接口電路結(jié)構(gòu)框圖（4） 輸入輸出擴(kuò)展接口PLC通過自身配有的通信接口可與其它PLC、編程器、計(jì)

22、算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。為了實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂埔部梢越M成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)。（5） 外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口是一種令PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話或者機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。PLC與一些外部設(shè)備相連，如編程器，也可以和其他PLC或者上位計(jì)算機(jī)相連。外部設(shè)備接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，該接口的功能是串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。對(duì)于一些小型PLC，外部設(shè)備接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。（6） 電源單元PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造

23、也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。PLC的電源一般采用開關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、質(zhì)量輕、效率高、抗干擾性能好。2. 輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)當(dāng)用戶所需點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)所允許的范圍時(shí)可以使用輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)，通過添加輸入輸出擴(kuò)展環(huán)來解決。一般擴(kuò)展環(huán)節(jié)可以簡單型和智能型兩種。智能型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)因?yàn)樽詭PU，可以是靠所自帶的CPU管理的，不用特別靠近主機(jī)，智能型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)通常用在大型PLC的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)。簡單型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)是則依賴于主機(jī)的程序掃描過程，必須通過并行接口和主機(jī)相通，常用在小型

24、PLC輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)，。3. 外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備主要有編程設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入輸出設(shè)備等。（1）編程設(shè)備 編程器是一個(gè)將數(shù)據(jù)寫到可編程的集成電路上的外部設(shè)備,主要用于存儲(chǔ)器和單片機(jī)之類芯片的程序編寫。編程器可分為兩種：專用編程器和通用編程器，其中專用型編程器適用芯片種類較少但是價(jià)格最低，適用范圍較窄，如僅僅需要對(duì)PLC系列編程。PLC的工作狀態(tài)還可以通過編程器來進(jìn)行跟蹤和監(jiān)視，有利于調(diào)試用戶程序。（2） 監(jiān)控設(shè)備除了不能改變PLC的用戶程序以外，監(jiān)控設(shè)備和編程器相當(dāng)類似，但是監(jiān)控設(shè)備簡單明了，可以直觀的觀察PLC的各種情況，監(jiān)控設(shè)備是一個(gè)使用PLC很好的界面。這種外部設(shè)備已經(jīng)

25、越來越多的出現(xiàn)在PLC身上。（3）存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備可以永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，防止用戶的程序發(fā)生丟失。存儲(chǔ)設(shè)備包括只讀存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)卡、軟磁盤和存儲(chǔ)磁帶等等，相應(yīng)的也有ROM寫入器、軟驅(qū)、存卡器和磁帶機(jī)等來連接相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備。PLC在這方面的配套設(shè)施相當(dāng)普遍。（4）輸入輸出設(shè)備通常輸入輸出設(shè)備用來輸出或者接收信號(hào)，便于與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。輸入輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話更方便，可在現(xiàn)場條件下實(shí)現(xiàn)，并便于使用。2.1.3 可編程控制器的軟件系統(tǒng)PLC的軟件系統(tǒng)通?？煞譃閮纱蟛糠郑合到y(tǒng)程序和用戶程序， PLC所使用的程序的集合就是軟件系統(tǒng)。PLC基本功能由PLC系統(tǒng)程序決定，主要有系統(tǒng)程序調(diào)用、功能程序、系

26、統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序等部分。系統(tǒng)程序主要用來控制PLC的運(yùn)行，由于系統(tǒng)程序是重要數(shù)據(jù)并且需要長期保存，所以其采用EPROM存儲(chǔ)器或ROM。用戶載入的PLC應(yīng)用程序稱為用戶程序，由于載入初期的用戶程序修改與調(diào)試較為頻繁，為了方便用戶調(diào)試所以存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)。1. 系統(tǒng)程序監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等構(gòu)成了系統(tǒng)程序。監(jiān)控程序（管理程序），主要發(fā)揮的是管理全機(jī)的功能。編譯程序的功能是將程序語言翻譯成機(jī)器語言。診斷程序的功能是診斷機(jī)器的故障。系統(tǒng)程序是由PLC的制造商編制，固化在PROM或EPROM中，隨PLC一起提供給用戶使用。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序，用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用

27、的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。2. 用戶程序用戶程序是用戶利用企業(yè)提供的程序編譯語言編制出符合生產(chǎn)要求的程序的應(yīng)用程序。模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序、開關(guān)量邏輯控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等都被包括在用戶程序中。（1） 開關(guān)量邏輯控制程序PLC用戶程序中最重要的一部分就是開關(guān)量邏輯控制程序，不同的PLC的制造企業(yè)其編程語言也并不相同，一般公司主要采用梯形圖、助記符或功能表圖等編程語言編制，全部兼容的編程語言尚未被研發(fā)完成。（2） 模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序在大中型PLC上實(shí)施的程序通常是模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序，用戶的程序編制主要根據(jù)的是所需PLC提供的軟硬件功能。編程語言基本采用匯編語言和高級(jí)語言，

28、一些公司也有提供相應(yīng)編程軟件以方便用戶編程。（3） 操作站系統(tǒng)程序大型PLC系統(tǒng)通過通信的聯(lián)網(wǎng)為進(jìn)行信息的管理和交換而編制的程序被稱為操作站系統(tǒng)程序。操作站系統(tǒng)程序包括了各類畫面的操作顯示程序，基本采用高級(jí)語言，用戶可憑借制造商提供的軟件使用的說明進(jìn)行人機(jī)界面操作和操作站的系統(tǒng)編制和畫面組態(tài)等相應(yīng)的應(yīng)用程序。2.1.4 可編程控制器的工作過程和工作原理1. 可編程控制器的工作原理PLC工作的要點(diǎn)是可靠物理實(shí)現(xiàn)和出入信息交換。出入信息交換的實(shí)現(xiàn)主要依靠運(yùn)行位PLC內(nèi)存中的程序。這程序既有系統(tǒng)的，又有用戶的。系統(tǒng)程序不僅為用戶程序提供運(yùn)行和編輯的平臺(tái)，同時(shí)，系統(tǒng)程序還進(jìn)行必要的公共處理，包括I/O

29、刷新、自檢、與上位計(jì)算機(jī)和外設(shè)或其他PLC通訊等處理。用戶可以根據(jù)自己的需求自行設(shè)計(jì)用戶程序。需要什么控制就可以編制什么用戶程序。可靠物理實(shí)現(xiàn)一般通過輸入（I、 INPUT）和輸出（O、OUTPUT）電路。每個(gè)I或O電路都處在一個(gè)輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)上面。PLC的I/O系統(tǒng)由若干模版集成而成，這些模版依靠若干個(gè)輸入輸出電路集成。PLC體積的大部分都是由這些模版組成，但由于這些模版都是高度集成化的，所以PLC的體積并不是很大。PLC的I/O電路的寄存器也可以說是輸出鎖存器和輸入暫存器。輸出鎖存器和輸入暫存器通過PLC的 I/O總線和運(yùn)行PLC系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)與PLC內(nèi)存交換信息。接受模擬信號(hào)的輸入電路和可

30、接收開關(guān)的輸入電路這些功能PLC都有。知識(shí)接受模擬信號(hào)的輸入電路需要先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后在將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號(hào)存入PLC中的內(nèi)存單元中。如果要進(jìn)行模擬量的輸出，那么模擬量的輸出電路是必不可少的，靠模擬量的輸出電路對(duì)PLC之中的內(nèi)存單元里面的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生輸出。PLC工作過程簡單來說是是：輸入刷新運(yùn)行用戶程序輸出刷新，輸入刷新運(yùn)行用戶程序輸出刷新，反復(fù)順序地運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)用PLC的控制也正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)過程?？砂演斎腚娐穫魉偷妮斎胄畔⑼ㄟ^輸入刷新存入PLC里面的輸入映射區(qū)內(nèi)；輸出映射區(qū)通過運(yùn)行用戶程序得到經(jīng)過變換的信息；再通過輸出刷新，輸出鎖存器可以通過輸出電路產(chǎn)

31、生相應(yīng)的輸出來顯示輸出映射區(qū)的狀態(tài)。反復(fù)順序地運(yùn)行，所以，輸入的變化總能依靠輸出來反映出來。只有一個(gè)缺點(diǎn)就是響應(yīng)的時(shí)間上略有滯后，不過由于控制器的工作速度非?？炜欤詼髸r(shí)間極短，大約也就是幾毫秒不超過200毫秒。2. 可編程控制器的工作過程啟動(dòng)初始化監(jiān)視定時(shí)器（WDT）與編程器交換信息與數(shù)字處理器交換信息與外部設(shè)備交換信息執(zhí)行用戶程序輸入輸出信息處理處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷圖23 PLC工作過程2.2 89C51單片機(jī)的簡介2.2.1 89C51單片機(jī)的總體結(jié)構(gòu)1. 89C51單片機(jī)片上硬件資源89C51為典型的ROM型單片機(jī)，內(nèi)部硬件資源有：1）. 面向控制的8位中央處理

32、器；2）. 4K字節(jié)掩膜ROM程序存貯器；3）. 128字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器；4）. 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5）. 1個(gè)全雙工的異步串行口；6）. 5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器；7）. 時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為1.2MHz12MHz2. 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)89C51采用模塊式的結(jié)構(gòu)，有多個(gè)存貯空間，其結(jié)構(gòu)框圖如圖24所示。P0P1P2P3數(shù)據(jù)存貯器程序存貯器內(nèi)部中斷時(shí)鐘OSCALECPU串行口4K字節(jié)RAM48 I/O口128字節(jié)RAM中斷控制外部中斷定時(shí)器1定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)脈沖總線控制-PSENTXDRXD圖24 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖3. 89C51單片機(jī)引腳圖89C51單片機(jī)引腳

33、圖如圖2-5圖2-54. 89C51單片機(jī)中CPU的工作原理CPU在執(zhí)行程序過程中起關(guān)鍵作用，它是由運(yùn)算器和控制器組成?？刂破鞲鶕?jù)指令碼產(chǎn)生控制信號(hào)，使存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和輸入/輸出端口之間能協(xié)調(diào)地工作；運(yùn)算器進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算數(shù)及位操作處理等。CPU通過對(duì)控制器和運(yùn)算器的控制與管理，讓單片機(jī)完成指定任務(wù)。5. 單片機(jī)執(zhí)行程序的過程單片機(jī)擁有的中央處理器CPU是單片機(jī)的核心，8位數(shù)據(jù)寬度的處理器使CPU能處理8位二進(jìn)制代碼或數(shù)據(jù)，中央處理器進(jìn)行調(diào)度、控制和指揮單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出的操作。CPU通過單片機(jī)的內(nèi)部總線，將單片機(jī)內(nèi)的各部分：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM)、

34、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、并行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起。內(nèi)部總線有三種：控制總線用來傳送CPU各種控制命令，以便CPU統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)工作，數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線用來傳送地址信息，選中各操作單元。完成程序所需要執(zhí)行的功能。CPU執(zhí)行程序主要包括兩個(gè)過程：一是取指過程，CPU從ROM中取出指令，指令的地址由PC指針提供， PC指針將在CPU取指后加一，所以PC指針總指向接下來一個(gè)要執(zhí)行的操作數(shù)或指令代碼。這樣能保證程序順序地往下執(zhí)行。二是執(zhí)指過程，取出的指令代碼被送到CPU控制器里面的指令寄存器，通過指令譯碼器編譯成各個(gè)電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)指令的各種功能。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)系

35、統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：本圖是整個(gè)系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)思想，逐步完善了初步設(shè)計(jì)。GP37W2觸摸屏89C89C89C51單片機(jī)OMRONCPM2A-40CDT-D送鋼帶步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)送磁條步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)送鋼帶步進(jìn)電機(jī)送磁條步進(jìn)電機(jī)切鋼帶步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)切磁條步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)切鋼帶步進(jìn)電機(jī)切磁條步進(jìn)電機(jī)圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖防盜磁條控制系統(tǒng)由89C51單片機(jī)、PLC可編程邏輯控制器、步進(jìn)電機(jī)和觸摸屏技術(shù)等各個(gè)部件合作完成的，圖12表示的是防盜磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)機(jī)械總圖：信息時(shí)代的便捷被觸摸屏技術(shù)展現(xiàn)得淋漓盡致，整個(gè)系統(tǒng)就是因?yàn)樗陌l(fā)明和使用才能擁有優(yōu)秀的人機(jī)界面。正常使用觸摸屏的操作離不開所加入的開關(guān)電源，磁條的長

36、度、鋼帶的長度和段數(shù)可以直接在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)定，PLC接收到的信息就是用戶在觸摸屏上所設(shè)置的，用戶設(shè)置的磁條長度和鋼帶長度通過PLC換算成脈沖，非晶磁條、膠帶和鋼帶在設(shè)置完成后才能傳送，膠帶有黏性的一面?zhèn)魉偷侥硞€(gè)點(diǎn)與非晶磁條黏合，下方膠帶有黏性的一面?zhèn)魉偷搅硗庖粋€(gè)點(diǎn)跟切斷的鋼帶黏合，再由送料步進(jìn)電機(jī)將黏合鋼帶的膠帶以及黏合非晶磁條的膠帶壓實(shí)復(fù)合，最后將成型的非晶磁條按規(guī)定的長度切斷，到此非晶磁條的生產(chǎn)過程結(jié)束。OMRONCPM2A-40CDT-D啟動(dòng)復(fù)位停止急停裁切電機(jī)1原點(diǎn)接近開關(guān)裁切電機(jī)2原點(diǎn)接近開關(guān)傳感器1傳感器2送料電機(jī)1驅(qū)動(dòng)送料電機(jī)2驅(qū)動(dòng)裁切電機(jī)1裁切電機(jī)289C51單片機(jī)指示燈觸摸

37、屏GP37W2電源3.2 PLC控制電路設(shè)計(jì)圖32 PLC控制電路框圖如上圖32所示：PLC的設(shè)計(jì)包括開始、停止、急停、復(fù)位按鈕的設(shè)計(jì)，與89C51單片機(jī)之間的設(shè)計(jì)，對(duì)切鋼帶、磁條電機(jī)原點(diǎn)的設(shè)計(jì)，與送鋼帶、磁條以及切鋼帶、磁條步進(jìn)電機(jī)之間的設(shè)計(jì)和觸摸屏的設(shè)計(jì)。3.3 89C51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖33所示。光電隔離89C51單片機(jī)施密特觸發(fā)器（整形）功率放大器電源輸入端輸出端圖33 89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3.4 觸摸屏的設(shè)計(jì)隨著近年來多媒體信息查詢次數(shù)的與日俱增，人們?cè)絹碓蕉嗟亟佑|到觸摸屏上，因?yàn)橛|摸屏作為作為一種先進(jìn)的輸入設(shè)備，觸摸屏是目前最方便

38、、簡單、快捷且又適用于中國多媒體信息查詢情況的輸入設(shè)備，觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流。利用觸摸屏技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地指碰計(jì)算機(jī)屏幕上的文字、圖標(biāo)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的操作，從而使人機(jī)界面更為直截了當(dāng)，這種觸摸屏技術(shù)極大便利了那些不懂電腦操作的用戶。這種人機(jī)交互方式將嶄新的面貌賦予給了多媒體。觸摸屏是富有吸引力的全新的多媒體交互設(shè)備。1. 觸摸屏技術(shù)的簡介由于便于操作，鼠標(biāo)鍵盤這種傳統(tǒng)輸入設(shè)備被觸摸屏所取代。觸摸屏控制器和觸摸檢測部件構(gòu)成了觸摸屏的主要部分。觸摸屏前方的觸摸檢測部件的作用是檢測用戶的觸摸位置，然后將位置信息傳送給觸摸屏控制器;觸摸點(diǎn)檢測裝置上傳送過來的信

39、息通過觸摸屏控制器運(yùn)算成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再傳送給CPU。同時(shí)CPU發(fā)來的命令也可以被觸摸屏控制器接收并進(jìn)行操作。觸摸屏技術(shù)是一種全新的數(shù)據(jù)輸入方式，相對(duì)于鼠標(biāo)鍵盤這種傳統(tǒng)的輸入方式，觸摸屏可以更加清晰地顯示輸入情況，同時(shí)觸摸屏對(duì)與不懂電腦操作的用戶來說更加友好，觸摸屏加上識(shí)別軟件還可以通過手寫進(jìn)行輸入。2. 觸摸屏技術(shù)的工作原理觸摸屏是一種用于定位的設(shè)備，我們可以通過在在顯示器上安裝觸摸屏來向信息處理系統(tǒng)中輸入信息。當(dāng)手指觸摸到顯示器前面的觸摸屏?xí)r，觸摸屏控制器檢測到手指所觸摸的位置并發(fā)送信號(hào)，并通過USB接口等傳輸部件傳送至主機(jī)。觸摸屏系統(tǒng)包括控制器和檢測裝置這兩大部分?？刂破骷捌潆娫纯煞譃閮?nèi)置式

40、和外掛式兩種。控制器上安裝有CPU和監(jiān)控程序，而監(jiān)控程序是固化的，它的作用是從觸摸點(diǎn)上接收觸摸信息，將其轉(zhuǎn)化為觸點(diǎn)坐標(biāo)后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，控制器同樣可以接收并執(zhí)行主機(jī)的命令。顯示器前端的觸摸檢測裝置可以檢測用戶的觸摸位置信息，觸摸屏控制器接收到的就是來自觸摸監(jiān)測裝置的信息。3. PLC和觸摸屏的連接設(shè)計(jì)圖34 觸摸屏與PLC的連接圖上圖34表示的是觸摸屏靠傳送、接收、接地三根線來完成與PLC之間的連接與通訊。通過在觸摸屏上設(shè)置所需鋼帶的長度、磁條的長度和段數(shù)，PLC通過觸摸屏技術(shù)收到來自觸摸屏上用戶設(shè)置的信息，需要將這些信息轉(zhuǎn)化成脈沖信息，觸摸屏接收到這些控制信息的脈沖，這樣設(shè)計(jì)完成的基于PLC的

41、人機(jī)界面就具有簡單而又方便的特點(diǎn)。而接地線的使用可以防止儀器損壞，保護(hù)容器的安全可靠的性能而又增加儀器的壽命。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 送料、切料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)圖41 送料步進(jìn)電機(jī)1電氣圖4.1.1 送料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)送料步進(jìn)電機(jī)在設(shè)計(jì)的過程中一共分送鋼帶步進(jìn)電機(jī)和送磁條步進(jìn)電機(jī)兩大類。下面的是送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線：通過上圖41我們可了解到，PLC通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來傳送信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)，為了使步進(jìn)電機(jī)能夠保持正常的工作，價(jià)格適宜、功能強(qiáng)大的四海電機(jī)系列的產(chǎn)品就是我們的首選。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器其中OPTO端口接的是5V DC，DIR連接接PLC的IR1002，F(xiàn)REE連接的是

42、PLC的IR1003，CP與PLC的IR1000相連，A+、A-、B+、B-則與步進(jìn)電機(jī)中的S1A+、S1A-、S1B+、S1B-相連，注意S1A+接口內(nèi)是紅顏色的長線，S1A-接口內(nèi)是綠顏色長線，S1B+接口內(nèi)是黃顏色的長的線，而S1B-接口內(nèi)是藍(lán)顏色的長線，最重要的一點(diǎn)紅色短線和綠色短線必須懸空，黃短線和藍(lán)短線全部連接懸空，不能剪短電機(jī)中原來就有的引線。接下來是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的兩個(gè)AC端口接變壓器上的T_AC1、R_AC1兩個(gè)。這樣就設(shè)計(jì)完成了送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線。設(shè)計(jì)完成送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線后，設(shè)計(jì)送磁條步進(jìn)電機(jī)的接線只需改變?nèi)齻€(gè)端口的接線就可以完成了，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的DIR接口接P

43、LC的IR1004接口，F(xiàn)REE接口接PLC上的IR1005接口，CP接口接PLC上的IR1001接口，A+、A-、B+、B-則與步進(jìn)電機(jī)的S2A+、S2A-、S2B+、S2B-四個(gè)接口相連，接下來是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的兩個(gè)AC端口接變壓器上的T_AC2、R_AC2端口，剩下來的接線與送鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)完全相同。4.1.2 切料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)切料步進(jìn)電機(jī)的接線情況還是根據(jù)上圖41中來設(shè)計(jì)。送料步進(jìn)電機(jī)可以分為兩大類：送磁條步進(jìn)電機(jī)和送鋼帶步進(jìn)電機(jī)，相應(yīng)的切料步進(jìn)電機(jī)也可以分為切鋼帶步進(jìn)電機(jī)和切磁條步進(jìn)電機(jī)兩種。首先，我們要將切料步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、切料步進(jìn)電機(jī)和上圖41中的送料步進(jìn)電機(jī)

44、驅(qū)動(dòng)器、送料步進(jìn)電機(jī)替換，實(shí)際所替換的步進(jìn)電機(jī)沒區(qū)別，只是名字變化，接線信息都沒有發(fā)生改變，接下來是切料步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)連接而不再是與PLC的連接，需要單片機(jī)加入是因?yàn)橛蒔LC只有兩個(gè)控制步進(jìn)電機(jī)的端口。接下來是設(shè)計(jì)切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的端口接線：匹配步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源的是5V直流電壓，因此步進(jìn)電機(jī)上的OPTO接口接的是5V DC。DIR端口接著89C51單片機(jī)上的P0.2端口，F(xiàn)REE接口接的是89C51單片機(jī)上的P0.1接口，CP接口接的是單片機(jī)上的P0.0接口，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上面的兩個(gè)AC接口接的事變壓器上的T_AC3、R_AC3，A+、A-、B+、B-這四個(gè)接口則分別與切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的Q1

45、A+、Q1A-、Q1B+、Q1B-這四個(gè)端口相連，必須注意Q1A+、Q1A-、Q1B+、Q1B-的內(nèi)線的要求和S1A+、S1A-、S1B+、S1B-內(nèi)的要求完全相同的，另外紅色綠色黃色藍(lán)色四根短線接懸空，不能剪短電機(jī)內(nèi)原有的引線。切磁條步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)可以用切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)來當(dāng)模板：我們需要將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的DIR接口改接到89C89C51單片機(jī)上的P2.2端口上，F(xiàn)REE接口接89C51單片機(jī)上的P2.1接口，CP接口接到89C51單片機(jī)的P2.0接口，Q1A+、Q1A-、Q1B+、Q1B-這幾個(gè)接口換成Q2A+、Q2A-、Q2B+、Q2B-幾個(gè)接口就完成了接線設(shè)計(jì)，所需注意的地

46、方和切鋼帶步進(jìn)電機(jī)接線設(shè)計(jì)大致相同，只需要把變壓器上的T_AC3、R_AC3接口改接到T_AC4、R_AC4接口上。這樣就完成了送料跟切料步進(jìn)電機(jī)的接線設(shè)計(jì)。4.2 PLC的控制電路設(shè)計(jì)圖42 PLC控制電路框圖如圖42所示的是有關(guān)PLC的控制電路的設(shè)計(jì)：PLC之間的通訊通過PLC上的D-SUB-9F連接觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。PLC上COM端口和電源的正極接24V DC，負(fù)極則接DC GND端口，PE直接接地這樣能保證PLC不會(huì)因?yàn)殡娏窟^大的原因而損壞。開始按鈕由IR0000來負(fù)責(zé)控制，停止按鈕由IR0001負(fù)責(zé)控制，復(fù)位按鈕由IR0002負(fù)責(zé)控制，急停按鈕由IR0003負(fù)責(zé)控制，鋼帶切割的完成情況可

47、以由89C51上的P0.3接口和IR0004接口相連來確定，磁條切割的完成情況可以由89C51單片機(jī)上的P2.3接口和IR0005接口相連來可以確定，SENSOR1、SENSOR2和IR0007、IR0009這兩個(gè)接口連接，切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的原點(diǎn)可以由IR0011接SENSOR3來確定，切磁條步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)可以由IR0101端口接SENSOR4來確定，送鋼帶步進(jìn)電機(jī)上的CP接口與PLC的IR1000接口相連，接下來剩下的COM端口都接DC GND，送磁條步進(jìn)電機(jī)上的CP接口接IR1001接口，接送鋼帶步進(jìn)電機(jī)上的DIR、FREE接口分別連接PLC上的IR1002、IR1003兩個(gè)端口，送磁條步進(jìn)電

48、機(jī)上的DIR、FREE兩個(gè)接口連接IR1004、IR1005接口，裁切鋼帶步進(jìn)電機(jī)89C51單片機(jī)上的P1.0、P1.1接口則接剩下PLC上的IR1006、IR1007兩個(gè)端口，而切磁條步進(jìn)電機(jī)89C51單片機(jī)上的P1.2、P1.3兩個(gè)接口可以和IR1100、IR1101兩個(gè)端口相連，控制切料步進(jìn)電機(jī)的停止與否的E-STOP函數(shù)可以通過89C51單片機(jī)上的P1.4接口的PLC上的IR1102端口的連接來設(shè)置，開始燈、停止燈、復(fù)位燈用來連接最后的PLC上的IR1105、IR1106、IR1107三個(gè)接口，24V DC和三個(gè)燈的另外一端相接。這樣就完成了對(duì)PLC的控制電路的設(shè)計(jì)。4.3 89C51

49、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖43 89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖圖4-3顯示的是89C51單片機(jī)原理圖。我們選擇的是功率放大驅(qū)動(dòng)器芯片DT62003A、施密特觸發(fā)器芯片74HC14和光電隔離器芯片PC817。下圖4-4表示的是光電隔離器PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖44 PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖PC817所起的作用是當(dāng)PC817中的1腳接+5V時(shí)，P1.0輸入一個(gè)低電位，此時(shí)光電二極管導(dǎo)通和15、16腳導(dǎo)通（0.3V左右）與89C51單片機(jī)上的1腳上同時(shí)輸入一個(gè)低電位。下圖4-5表示的是施密特觸發(fā)器74HC14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖45 74HC14內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-5所示，74HC14則是一個(gè)施密特觸發(fā)器。這個(gè)設(shè)

50、計(jì)中89C51單片機(jī)發(fā)出的高低電壓需要通過施密特觸發(fā)器來進(jìn)行反相操作，同時(shí)施密特觸發(fā)器需要對(duì)波形進(jìn)行整形操作使波形符合系統(tǒng)的要求LED二極管被驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。圖4-6表示的是功率放大驅(qū)動(dòng)器DT62003A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖46 DT62003A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DT62003A是一個(gè)功率放大器，功率放大器需要對(duì)通過74HC14反相器的輸出信號(hào)再反相一次并進(jìn)行放大操作使之能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載。4.4 單片機(jī)控制原理圖設(shè)計(jì)如圖4-7則表示的是89C51單片機(jī)控制原理圖，89C51單片機(jī)上的+5V接DC5P、GND接DC GND，切鋼帶步進(jìn)電機(jī)上的CP、FREE、DIR三個(gè)接口和P0接口上的P0.0、P0.1、P0.2三個(gè)

51、接口相連接，PLC上的IR0004端口則與P0.3端口連接；切磁條步進(jìn)電機(jī)上的CP、FREE、DIR三個(gè)接口連接P2口上的P2.0、P2.1、P2.2三個(gè)接口，另外PLC上的IR0005接口連接P2.3接口；PLC上IR1006、IR1007、IR1100、IR1101這四個(gè)端口連接P1接口上的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3接口，切鋼帶步進(jìn)電機(jī)的原點(diǎn)和P1接口的P1.5接口連接，切磁條步進(jìn)電機(jī)的原點(diǎn)連接P1.6接口；接下來就是將P3.2端口連接上PLC上的IR1102端口就能完成設(shè)計(jì)。這樣就設(shè)計(jì)完成了89C51單片機(jī)控制原理圖。圖47 89C51單片機(jī)控制原理圖畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第5章 系

52、統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 89C51單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)5.1.1 主程序流程圖圖51 主程序流程圖如上圖5-1所示：單片機(jī)上面接的兩根線表示這樣有四個(gè)狀態(tài)，但在這個(gè)系統(tǒng)中只用了高速01和低速10這兩種狀態(tài)，10低速一般在測試系統(tǒng)階段中使用，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序出現(xiàn)的各類問題，整個(gè)系統(tǒng)完成后再改用01高速狀態(tài)。如上圖所示：先進(jìn)行讀狀態(tài)操作判斷是01狀態(tài)還是10狀態(tài)，若是10狀態(tài)的話就按10低速所要的要求進(jìn)行設(shè)置初值的操作，然后將定時(shí)器打開之后等待。若是狀態(tài)01高速則其他要求與10相同。5.1.2 定時(shí)器中斷流程圖如圖5-2所示：圖52 定時(shí)器中斷流程圖5.1.3 外部中斷流程圖如圖5-3所示：圖53 外部

53、中斷流程圖5.2 PLC的軟件設(shè)計(jì)圖54 開機(jī)檢測設(shè)計(jì)梯形圖如下圖5-4所示：移位寄存器共計(jì)七位，分別是是HR0HR6，現(xiàn)在把HR0HR5這六個(gè)移位寄存器進(jìn)行初值設(shè)定的操作設(shè)為0，而HR6的初值則設(shè)為1。如上梯形圖中設(shè)計(jì)表示的是開機(jī)時(shí)進(jìn)行一次檢測操作或原點(diǎn)搜尋操作，只有在搜到原點(diǎn)之后才能開始工作。5.2.1 開機(jī)設(shè)置初值圖55 開機(jī)設(shè)置初值梯形圖如上圖5-5所示：系數(shù)K需要在初值設(shè)置這個(gè)操作之前算出，我們通過下面的方法來確定在一種型號(hào)的機(jī)子上系數(shù)K的具體數(shù)值的：精確測量100個(gè)脈沖信號(hào)在發(fā)出后所走的長度，根據(jù)N=K*段長這個(gè)式子確定K，系數(shù)K通過用脈沖數(shù)除以段長被精確地計(jì)算出來，這樣就精確計(jì)算

54、了系數(shù)K的數(shù)值，從此以后只要是這類機(jī)型，只要在觸摸屏上設(shè)置一下段長N，N對(duì)應(yīng)的數(shù)值就會(huì)被PLC迅速的計(jì)算出來。如上圖所示：寄存器DM400、DM402、DM404中存放的就是觸摸屏上設(shè)置的參數(shù)值在PLC中的運(yùn)算結(jié)果即總長數(shù)、鋼帶長和段數(shù)，三個(gè)寄存器DM500、DM502、DM504就是操作的過程中就將這些具體的運(yùn)算結(jié)果存放的地方。圖56 PLC控制觸摸屏換頁寄存器設(shè)計(jì)的梯形圖 如上圖56所示：開機(jī)后等一段時(shí)間(即定時(shí)器1所設(shè)置值)然后使觸摸屏進(jìn)行換頁操作。PLC控制觸摸屏換頁的寄存器就是DM8，它的作用是從開機(jī)界面轉(zhuǎn)換成工作界面。各個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過手動(dòng)段梯形圖的設(shè)計(jì)來獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)，這樣就不用對(duì)整個(gè)系

55、統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，只需要對(duì)需要改動(dòng)的部分進(jìn)行調(diào)試，極大的方便了調(diào)試工作。5.2.2 動(dòng)作段梯形圖設(shè)計(jì)DM6619用來設(shè)置的是PLC掃描周期的長度：一個(gè)周期的長度，一共要走周期數(shù)量。循環(huán)移位寄存器這個(gè)寄存器可以用來設(shè)置機(jī)器周期。PLUS發(fā)脈沖指令和SPED脈沖速度指令是用來控制步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)重要指令。圖57 送料電機(jī)1的初值設(shè)置梯形圖如上圖57所示：設(shè)置210.00端口的時(shí)間是PLC所發(fā)射的脈沖為剛好上升沿的時(shí)候，這個(gè)時(shí)間也是送料步進(jìn)電機(jī)1設(shè)定手動(dòng)送料1內(nèi)為on步進(jìn)為off的時(shí)候，則送料電機(jī)1的脈沖頻率和脈沖數(shù)就可以用PLC來設(shè)置。設(shè)置完成之后進(jìn)行操作使得步進(jìn)為on，再重新設(shè)置脈沖頻率和脈沖數(shù)，此時(shí)設(shè)置完成送料電機(jī)1的第一次送料。圖58 連續(xù)送料設(shè)計(jì)梯形圖如上圖58所示：送料這個(gè)過程是連續(xù)過程，中途不能停止，因此接下來需要做的