基于PLC實現激光打標時流水線的全自動控制

摘 要：本文介紹了一種將激光打標機與工業現場的流水線設備PLC進行互聯互通，實現自動控制的一種方法。這種方法充分利用了打標軟件對外部動態庫插件的支持功能，通過動態庫實現打標軟件對Excel文件的讀取與RS232串口通訊功能的實現，PLC通過串口通訊功能，實現了對PC機數據的實時讀取，實現了對流水線移動距離的實時控制，很好地滿足了工業生產現場的自動化控制要求，達到了增產增效，降低成本的目的。

關鍵詞：激光打標 動態庫 Excel 串口通訊 PLC

一、概述

激光打標是一種利用激光的高能量在物體上進行燒蝕，從而在物體表面上刻畫出各種文字、符號及各種各樣的圖案。它的特點是：字跡清晰、不易擦除，標刻時工作速度快，一致性好，而且是非接觸的工作方式，可保證工件不會被損壞。振鏡式激光打標的基本工作原理是，激光通過X、Y振鏡鏡片的反射，經平場透鏡聚焦后在工件表面形成高能量激光點，通過控制X、Y振鏡的不同位置及激光的開關，實現激光點在工件表面上的移動，從而形成圖案。X、Y振鏡的運動及激光的開關，都是通過計算機上的激光打標控制軟件進行控制的。

本次流水線的控制采用三菱FX2N系列PLC，流水線上的控制功能包括：①一個伺服電動機及伺服電動機驅動器，用于控制流水線的運動。②三個電磁閥，其中兩個電磁閥用于控制兩個汽缸，一個電磁閥用于控制切割吹氣。③兩個汽缸，每個汽缸上各有2個位置傳感器，用于檢測汽缸抻出到位與縮回到位信號。④流水線位置傳感器有位置傳感器1，用于檢測流水線上是否有工件（紙帶），若是從無到有，則說明有工件上了流水線，若是從有到無，則說明流水線上沒有工件，當最后一個工件完成后，需要發出警示。

本次系統要將兩個設備聯動起來，控制過程為：當用戶選用不同打標數據后，打標機開始打標，完成后流水線自動移動與打標數據相對應的距離，到位后，自動切斷工件（紙帶），開始下次打標數據選擇。要實現打標工件與流水線的全自動控制，關鍵要解決的問題包括：①打標軟件對不同打標數據的動態讀取，②打標軟件與PLC之間的數據通信。

二、上位PC機中打標軟件對不同打標數據的讀取

根據打標要求，要實現的打標數據與流水線移動距離的關系可用表1所示的方式來建立數據關系，打標圖形的中心距離前端指定的距離為B，總字帶的長度為A。

A和B值由客戶自己填寫，相對應的打標文件內容由客戶自己定義。當客戶要做1號產品時，點擊1號后，相對應的A、B以及文件內容都傳送給PLC和打標機，完成1號的產品。當客戶要做3號產品時，點擊3號后，相對應的A、B以及文件內容都傳送給PLC和打標機，完成3號的產品。

為了實現這樣的要求，這個數據關系采用Excel格式來存放，并編寫一個動態鏈接庫，以插件的形式嵌入到打標軟件中，實現對Excel文件的讀取。

動態庫采用VC6.0作為開發工具，Excel文件的讀取過程如下：

①利用VC6.0中類向導中的自動化工具（Automation）加載一個新類，指向Microsoft Office的安裝目錄中的excel.exe，然后從列表中選取_Application、_Workbook、_WorkSheet、Range、Workbooks、Worksheets 共6項。

②直接在類函數里定義Excel表格操作所需要的上步加載的六個函數變量：

ApplicationExcelApp； Workbooks wbsMybooks； _workbookwbMyBook；

Worksheets wssMySheets； Worksheet wsMySheet； Range MyRange

③實現對Excel文件讀取的主要操作：

CoUninitialize（）；//初始化COM支持庫

ExcelApp.CreateDispatch（\"Excel.Applic-ation\"，NULL）///啟動EXCELL

ExcelApp.SetVisible（FALSE）；

///利用模板文件建立新文檔

strPath1.Format（\"%s＼＼11.xls\"，strPath）；///要操作的EXCEL文件名11.xls

wbsMybooks.AttachDispatch（ExcelApp.GetWork-books（），TRUE）；

wbMyBook.AttachDispatch（wbsMybooks.Add（_variant_t（strPath1）））；

wssMySheets.AttachDispatch（wbMyBook.GetWorksheets（），true）；

wsMySheet.AttachDispatch（wssMySheets.GetItem（_variant_t（\"sheet1\"）），true）；

MyRange.AttachDispatch（wsMySheet.GetCel-ls（），true）；

CString sMsg；

ExcelToString（row，1，sMsg）；///讀取Row行Column列的數據到 sMsg中。

此時，sMsg中的數據即為指定行列中的數據，可由打標軟件使用，實現指定數據的讀取調用。

三、PC機與PLC之間的通訊實現

打標軟件讀取Excel文件中指定數據后，要實現打標機與PLC之間的聯動，就要實時進行相互通訊。在本系統中，PLC采用FX2N-232-DB通訊模塊與PC機的串口通過RS232C協議進行通訊。

PC機上的串口通訊采用調用Windows的API函數的方式通過四個步驟來實現通訊。

1.打開串口

用API函數CreateFile來打開串口COM1；

mCOM1=CreateFile （\"COM1，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN_EXISTING，0，NULL）；

if（hCom== INVALID_HANDLE_VALUE）

{AfxMessageBox（\"打開COM失?。"）； return FALSE； }

2.配置串口

在打開通訊設備句柄后，需要通過一個DCB結構對串口進行一些初始化配置工作。DCB結構包含了諸如波特率、數據位數、奇偶校驗和停止位數等信息。同時還需設置I/O緩沖區的大小和超時。Windows用I/O緩沖區來暫存串口輸入和輸出的數據。主要實現函數如下：

SetupComm（hCom，1024，1024）； //輸入輸出緩沖區大小都是1024

SetCommTimeouts（hCom，TimeOuts）； //設置超時

SetCommState（hCom，dcb）；//設置BCD結構

PurgeComm（hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）； //清空緩沖區，準備讀寫

3.讀寫串口

使用API函數ReadFile和WriteFile讀寫串口：

（1）串口讀函數主要實現如下所示。

char str[100]；

DWORD wCount；//讀取的字節數

BOOL bReadStat；

bReadStat=ReadFile（hCom，str，100，wCount，NULL）；

if（！bReadStat）

{AfxMessageBox（\"讀串口失敗！\"）；return FALSE；}

（2）串口寫函數的主要實現如下所示。

char lpBuffer[100]；

DWORD dwBytesWrite=100；

COMSTAT ComStat；

DWORD dwErrorFlags；

BOOL bWriteStat；

ClearCommError（hCom，dwErrorFlags，ComStat）；

bWriteStat=WriteFile（hCom，lpOutBuffer，dwBytesWrite， dwBytesWrite，NULL）；

if（！bWriteStat）

{ AfxMessageBox（\"寫串口失??！\"）； }

PurgeComm（hCom， PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT |PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）；

4.關閉串口

當整個程序退出使用時，要關閉打開的串口，串口關閉通過調用CloseHandle來實現：

if（mCOM1） CloseHandle（mCOM1）； //如串口COM1打開，則關閉。

四、PLC串口的通訊命令及設置

FX2N系列PLC中，對于串口通訊的設定有專門的數據寄存器D8120—D8129，其中需要用戶設定的寄存器有：D8120用于設定通信形式，D8121用于設定局號，D8129用于設定超時時間。PLC對于通訊的數據格式也有嚴格的要求，PC向PLC進行數據的讀寫要嚴格按照其要求進行。

1.4個通信命令

FX系列PLC有4個通信命令，它們是讀命令（30H）、寫命令（31H）、強制通命令（37H）、強制斷命令（38H）。

2.5個通信控制字符

FX系列PLC采用面向字符的傳輸規程，常用的5個通信控制字符為：STX（02H）為數據塊的起始標志，ETX（03H）為數據塊的結束標志，ENQ（05H）為計算機的查詢信號，ACK（06H）為無校驗錯誤時的應答信號，NAK（15H）為有校驗錯誤時的應答信號。

3.地址初始值分配

PLC中各軟元件地址在讀寫狀態時地址初始值分配為：輸入繼電器X：0080H；輸出繼電器Y：00A0H；狀態寄存器S：0000H；輔助繼電器M：0100H；數據寄存器D：1000H。此地址就是PC機要通過串口進行數據讀取或寫入時的入口。

4.報文格式

PC機向PLC發送信息必須按照PLC所規定的格式發送，PLC才可以接收，PC機發送信息的報文格式為：STX+CMD+數據+ETX+SUMH+SUML，其中數據段的格式為：字節1～4表示軟繼電器首地址，字節5～6表示讀寫的字節數，后面接要收發的數據位，高位在前，低位在后。當寫命令時數據段中的數據位有數據，當讀命令時數據段的數據位則無數據；讀寫字節數最大為40H（64）個。

根據如上所述FX2N的命令格式，PC機要寫數據給PLC，則按通訊格式及寫命令格式調用串口寫函數，即可將數據放入指定PLC地址。

如要讀取PLC數據，則按通訊格式及讀命令調用串口寫命令，則會觸發PLC向PC發送數，實現PC機對PLC數據的讀取。

五、PLC對流水線的控制編程

PLC對流水線的控制有嚴格的順序要求，所以在編程方面采用步進順序控制指令STL來實現編程，由于篇幅所限，在此僅列出主要PLC控制程序的狀態流程圖，如圖1所示。

六、結論

以上介紹的控制系統，充分利用了PC機與PLC的串口通訊功能，實現了上位主控PC機打標軟件與下位PLC之間的數據傳遞，達到了對工件的智能化、自動化的控制要求。兩個系統的完善融合，在實際生產過程中，極大提高了生產效率，產生了極好的經濟效益。

（作者單位：廣東省機械技師學院）