基于PLC實現(xiàn)激光打標(biāo)時流水線的全自動控制

摘 要：本文介紹了一種將激光打標(biāo)機(jī)與工業(yè)現(xiàn)場的流水線設(shè)備PLC進(jìn)行互聯(lián)互通，實現(xiàn)自動控制的一種方法。這種方法充分利用了打標(biāo)軟件對外部動態(tài)庫插件的支持功能，通過動態(tài)庫實現(xiàn)打標(biāo)軟件對Excel文件的讀取與RS232串口通訊功能的實現(xiàn)，PLC通過串口通訊功能，實現(xiàn)了對PC機(jī)數(shù)據(jù)的實時讀取，實現(xiàn)了對流水線移動距離的實時控制，很好地滿足了工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制要求，達(dá)到了增產(chǎn)增效，降低成本的目的。

關(guān)鍵詞：激光打標(biāo) 動態(tài)庫 Excel 串口通訊 PLC

一、概述

激光打標(biāo)是一種利用激光的高能量在物體上進(jìn)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(biāo)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(biāo)的基本工作原理是，激光通過X、Y振鏡鏡片的反射，經(jīng)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(guān)，實現(xiàn)激光點在工件表面上的移動，從而形成圖案。X、Y振鏡的運(yùn)動及激光的開關(guān)，都是通過計算機(jī)上的激光打標(biāo)控制軟件進(jìn)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(jī)及伺服電動機(jī)驅(qū)動器，用于控制流水線的運(yùn)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(dāng)最后一個工件完成后，需要發(fā)出警示。

本次系統(tǒng)要將兩個設(shè)備聯(lián)動起來，控制過程為：當(dāng)用戶選用不同打標(biāo)數(shù)據(jù)后，打標(biāo)機(jī)開始打標(biāo)，完成后流水線自動移動與打標(biāo)數(shù)據(jù)相對應(yīng)的距離，到位后，自動切斷工件（紙帶），開始下次打標(biāo)數(shù)據(jù)選擇。要實現(xiàn)打標(biāo)工件與流水線的全自動控制，關(guān)鍵要解決的問題包括：①打標(biāo)軟件對不同打標(biāo)數(shù)據(jù)的動態(tài)讀取，②打標(biāo)軟件與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

二、上位PC機(jī)中打標(biāo)軟件對不同打標(biāo)數(shù)據(jù)的讀取

根據(jù)打標(biāo)要求，要實現(xiàn)的打標(biāo)數(shù)據(jù)與流水線移動距離的關(guān)系可用表1所示的方式來建立數(shù)據(jù)關(guān)系，打標(biāo)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(yīng)的打標(biāo)文件內(nèi)容由客戶自己定義。當(dāng)客戶要做1號產(chǎn)品時，點擊1號后，相對應(yīng)的A、B以及文件內(nèi)容都傳送給PLC和打標(biāo)機(jī)，完成1號的產(chǎn)品。當(dāng)客戶要做3號產(chǎn)品時，點擊3號后，相對應(yīng)的A、B以及文件內(nèi)容都傳送給PLC和打標(biāo)機(jī)，完成3號的產(chǎn)品。

為了實現(xiàn)這樣的要求，這個數(shù)據(jù)關(guān)系采用Excel格式來存放，并編寫一個動態(tài)鏈接庫，以插件的形式嵌入到打標(biāo)軟件中，實現(xiàn)對Excel文件的讀取。

動態(tài)庫采用VC6.0作為開發(fā)工具，Excel文件的讀取過程如下：

①利用VC6.0中類向?qū)е械淖詣踊ぞ撸ˋutomation）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(shù)里定義Excel表格操作所需要的上步加載的六個函數(shù)變量：

ApplicationExcelApp； Workbooks wbsMybooks； _workbookwbMyBook；

Worksheets wssMySheets； Worksheet wsMySheet； Range MyRange

③實現(xiàn)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(shù)據(jù)到 sMsg中。

此時，sMsg中的數(shù)據(jù)即為指定行列中的數(shù)據(jù)，可由打標(biāo)軟件使用，實現(xiàn)指定數(shù)據(jù)的讀取調(diào)用。

三、PC機(jī)與PLC之間的通訊實現(xiàn)

打標(biāo)軟件讀取Excel文件中指定數(shù)據(jù)后，要實現(xiàn)打標(biāo)機(jī)與PLC之間的聯(lián)動，就要實時進(jìn)行相互通訊。在本系統(tǒng)中，PLC采用FX2N-232-DB通訊模塊與PC機(jī)的串口通過RS232C協(xié)議進(jìn)行通訊。

PC機(jī)上的串口通訊采用調(diào)用Windows的API函數(shù)的方式通過四個步驟來實現(xiàn)通訊。

1.打開串口

用API函數(shù)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(shè)備句柄后，需要通過一個DCB結(jié)構(gòu)對串口進(jìn)行一些初始化配置工作。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息。同時還需設(shè)置I/O緩沖區(qū)的大小和超時。Windows用I/O緩沖區(qū)來暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)。主要實現(xiàn)函數(shù)如下：

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

SetCommTimeouts（hCom，TimeOuts）； //設(shè)置超時

SetCommState（hCom，dcb）；//設(shè)置BCD結(jié)構(gòu)

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

3.讀寫串口

使用API函數(shù)ReadFile和WriteFile讀寫串口：

（1）串口讀函數(shù)主要實現(xiàn)如下所示。

char str[100]；

DWORD wCount；//讀取的字節(jié)數(shù)

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(shù)的主要實現(xiàn)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（\"寫串口失敗！\"）； }

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

4.關(guān)閉串口

當(dāng)整個程序退出使用時，要關(guān)閉打開的串口，串口關(guān)閉通過調(diào)用CloseHandle來實現(xiàn)：

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

四、PLC串口的通訊命令及設(shè)置

FX2N系列PLC中，對于串口通訊的設(shè)定有專門的數(shù)據(jù)寄存器D8120—D8129，其中需要用戶設(shè)定的寄存器有：D8120用于設(shè)定通信形式，D8121用于設(shè)定局號，D8129用于設(shè)定超時時間。PLC對于通訊的數(shù)據(jù)格式也有嚴(yán)格的要求，PC向PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫要嚴(yán)格按照其要求進(jìn)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(qiáng)制通命令（37H）、強(qiáng)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(guī)程，常用的5個通信控制字符為：STX（02H）為數(shù)據(jù)塊的起始標(biāo)志，ETX（03H）為數(shù)據(jù)塊的結(jié)束標(biāo)志，ENQ（05H）為計算機(jī)的查詢信號，ACK（06H）為無校驗錯誤時的應(yīng)答信號，NAK（15H）為有校驗錯誤時的應(yīng)答信號。

3.地址初始值分配

PLC中各軟元件地址在讀寫狀態(tài)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(tài)寄存器S：0000H；輔助繼電器M：0100H；數(shù)據(jù)寄存器D：1000H。此地址就是PC機(jī)要通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭霑r的入口。

4.報文格式

PC機(jī)向PLC發(fā)送信息必須按照PLC所規(guī)定的格式發(fā)送，PLC才可以接收，PC機(jī)發(fā)送信息的報文格式為：STX+CMD+數(shù)據(jù)+ETX+SUMH+SUML，其中數(shù)據(jù)段的格式為：字節(jié)1～4表示軟繼電器首地址，字節(jié)5～6表示讀寫的字節(jié)數(shù)，后面接要收發(fā)的數(shù)據(jù)位，高位在前，低位在后。當(dāng)寫命令時數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)位有數(shù)據(jù)，當(dāng)讀命令時數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)位則無數(shù)據(jù)；讀寫字節(jié)數(shù)最大為40H（64）個。

根據(jù)如上所述FX2N的命令格式，PC機(jī)要寫數(shù)據(jù)給PLC，則按通訊格式及寫命令格式調(diào)用串口寫函數(shù)，即可將數(shù)據(jù)放入指定PLC地址。

如要讀取PLC數(shù)據(jù)，則按通訊格式及讀命令調(diào)用串口寫命令，則會觸發(fā)PLC向PC發(fā)送數(shù)，實現(xiàn)PC機(jī)對PLC數(shù)據(jù)的讀取。

五、PLC對流水線的控制編程

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

六、結(jié)論

以上介紹的控制系統(tǒng)，充分利用了PC機(jī)與PLC的串口通訊功能，實現(xiàn)了上位主控PC機(jī)打標(biāo)軟件與下位PLC之間的數(shù)據(jù)傳遞，達(dá)到了對工件的智能化、自動化的控制要求。兩個系統(tǒng)的完善融合，在實際生產(chǎn)過程中，極大提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了極好的經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：廣東省機(jī)械技師學(xué)院）