滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì).doc

目次1、緒論.31.1選題背景及意義.312國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀.31.3本文的主要工作.42滑塊厚度檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu).521檢測(cè)對(duì)象.522測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu).523滑塊的檢測(cè)原理.624分類機(jī)構(gòu).73檢測(cè)平臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).831控制系統(tǒng)的工藝要求.832系統(tǒng)的控制要求.933控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配.934PLC系統(tǒng)的選型.1135控制系統(tǒng)的硬件組成.113.6控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通信接口.124控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).1341上位機(jī)軟件.1342PLC控制軟件.15421PLC主控軟件設(shè)計(jì).15422步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制.164221前級(jí)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出特性.前級(jí)驅(qū)動(dòng)部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特性.分類步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性.分類步進(jìn)電機(jī)控制器特性.184225PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方法.184PLC與工控機(jī)的通信設(shè)計(jì).234PLC控制軟件的功能設(shè)計(jì).主程序Main.初始化程序Initial.2分類子程序Micro_SORT.2Run_Motor1.2Stop_Motor1.2報(bào)警程序Alarm.2自啟動(dòng)子程序Reset.285系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì).295.1系統(tǒng)接地.295.2接近開關(guān).295.2.1接近開關(guān)的主要功能.295.2.2接近開關(guān)的定位精度.305.3PLC的輸出端保護(hù).315.4SSR及電機(jī)的保護(hù).315.5分類口分布的優(yōu)化設(shè)計(jì).315.6軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì).325.7系統(tǒng)聯(lián)調(diào).326全文總結(jié).33結(jié)論.34致謝.35參考文獻(xiàn).361、緒論1.1選題背景及意義滑塊是空氣壓縮機(jī)及空調(diào)中的一個(gè)關(guān)鍵性部件，其幾何尺寸、表面粗糙度、形位公差等精度的高低，嚴(yán)重影響空調(diào)制冷制熱效果的好壞。如今隨著市場(chǎng)對(duì)空調(diào)及空氣壓縮機(jī)需求的擴(kuò)大，對(duì)滑塊的需求量也越來越大，精度要求也越來越高。目前，在加工生產(chǎn)后，主要依靠人工檢測(cè)的方法，對(duì)滑塊是否合格進(jìn)行檢驗(yàn)。由于檢測(cè)精度很高，人工檢測(cè)的方法存在檢測(cè)速度慢、效率低、人為因素影響大等問題，檢測(cè)成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵性一環(huán)。為此，研制了這套滑塊自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)。12國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀可編程控制器(PLC)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，成為實(shí)現(xiàn)單機(jī)、車間、工廠自動(dòng)化的核心設(shè)備。PLC的控制功能由簡(jiǎn)單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制，并將微機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)通信能力也集成在一起，成為自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一1。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能更加完善和豐富，但成本卻在下降。目前在國(guó)內(nèi)外，PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、建筑、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)16。在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用方面，廣泛使用PLC實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理和與其它智能控制設(shè)備組成分布式控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域，PLC以其抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛用于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。在機(jī)電系統(tǒng)中，PLC作為底層控制命令的執(zhí)行者，執(zhí)行管理層的命令。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比如：電機(jī)控制，具有控制精確性高、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。例如：有的使用PLC對(duì)機(jī)床主軸實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)定位控制，實(shí)質(zhì)是對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行脈動(dòng)控制。通過使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)較低的平均速度下實(shí)現(xiàn)主軸定位，大大提高了定位系統(tǒng)的可靠性，取得很好的定位效果19。有的以交流異步電動(dòng)機(jī)的PLC邏輯控制、位置控制、過程控制、變頻控制、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信的典型應(yīng)用實(shí)例，闡述了PLC在交流異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和重要作用20。有的使用PLC對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行控制，提高了可靠性，減小了控制電路的體積21。還有很多文章是基于PLC的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)22。計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱DCS)，DCS以其分散控制、集中監(jiān)控的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)迅速得到了企業(yè)界的認(rèn)可，并得以大規(guī)模的推廣應(yīng)用。DCS采用分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)，即從系統(tǒng)工程出發(fā)，考慮功能分散、危險(xiǎn)分散、提高可靠性、強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性、減少設(shè)備的復(fù)雜性與投資成本。尤其在一些流程工業(yè)復(fù)雜控制對(duì)象的控制中，計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)的作用十分明顯。利用PLC構(gòu)成集散控制系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)管理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)與PLC成本低、控制功能強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，取得了良好的效果。將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)過程的監(jiān)控，也是PLC的重要應(yīng)用之一23。運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與PLC和回路調(diào)節(jié)器相配合，按照工藝流程的要求，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線中的各種電機(jī)、閥門等開關(guān)和溫度、壓力、液位等模擬量進(jìn)行檢測(cè)控制。用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和管理提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和競(jìng)爭(zhēng)能力。在本項(xiàng)目中，PLC作為直接的控制命令執(zhí)行者，不但要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，還要精確控制后級(jí)分類機(jī)構(gòu)電機(jī)的輸出相位。因此、這就需要對(duì)PLC的輸出進(jìn)行編程。在Simens公司生產(chǎn)的S7-200系列小型PLC中，專門集成了針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方式PTO（高速脈沖輸出）。這樣，只需要用戶軟件編程就實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制，大大簡(jiǎn)化硬件電路的構(gòu)成24。1.3本文的主要工作依據(jù)滑塊厚度檢測(cè)的工藝和檢測(cè)方法，本文主要在以下幾個(gè)方面展開了工作：（1）根據(jù)系統(tǒng)的控制功能要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的總體方案，并對(duì)其可行性進(jìn)行分析并論證；（2）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路，并分析硬件的可靠性和安全性；（3）設(shè)計(jì)和編制控制系統(tǒng)的軟件，并通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試證明軟件設(shè)計(jì)的合理性和完善性；（4）定義完善的PLC與上位機(jī)的通信協(xié)議，并在調(diào)試種對(duì)其完整性和合理性進(jìn)行分析驗(yàn)證；（5）對(duì)步進(jìn)電機(jī)的性能進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)較為合理的步進(jìn)電機(jī)控制方案。2滑塊厚度檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)21檢測(cè)對(duì)象滑塊是空調(diào)和空氣壓縮機(jī)中的一個(gè)關(guān)鍵部件。本系統(tǒng)所要檢測(cè)的對(duì)象滑塊的正面形狀如圖2.1所示：圖2.1滑塊滑塊在檢測(cè)過程中主要檢測(cè)滑塊的厚度、兩表面的平行差等參量。經(jīng)研究討論設(shè)計(jì)為檢測(cè)每一表面的兩對(duì)角線上三個(gè)點(diǎn)作為判定依據(jù)，計(jì)算滑塊是否合格，并根據(jù)厚度、平行差是否超限分為七類（詳細(xì)分類見4.2.2）。對(duì)滑塊的平面度和厚度檢測(cè)有一定要求，測(cè)量精度較高，測(cè)量分辨率要求達(dá)到0.1m。測(cè)量傳感器采用密封式光柵位移傳感器，測(cè)量精度達(dá)到0.025m，滿足測(cè)量精度的要求。其幾何尺寸如圖2.2所示：圖2.2滑塊的幾何尺寸22測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有測(cè)量平臺(tái)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其整體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。機(jī)械結(jié)構(gòu)是整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)的基體。圖2.3中，1是測(cè)量傳感器安裝位置；2是傳動(dòng)輪；3是出料口。測(cè)量平臺(tái)是整個(gè)測(cè)量用的定位基準(zhǔn)面。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶與相應(yīng)類型的帶輪配合，并在齒槽中套接滑塊外夾具固定滑塊完成滑塊在流水線上的測(cè)量傳送。在測(cè)量完畢后，在出料口，由于滑塊的自身重力，而脫離夾具，并由滑道傳送至分類機(jī)構(gòu)。夾具布滿整個(gè)工作導(dǎo)軌，并隨傳動(dòng)帶循環(huán)運(yùn)動(dòng)，滑塊從入料口進(jìn)入傳送軌道，在某一時(shí)刻必定有一夾具與之配合。圖2.3測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)23滑塊的檢測(cè)原理測(cè)量平臺(tái)分為上下兩層，滑塊隨傳送帶運(yùn)動(dòng)，分別檢測(cè)其上下表面。測(cè)量平臺(tái)是滑塊幾何量測(cè)量的基準(zhǔn)，為避免測(cè)量平臺(tái)的精度引入測(cè)量誤差，測(cè)量平臺(tái)的表面加工精度遠(yuǎn)高于滑塊的表面要求精度?；瑝K的檢測(cè)原理如下：圖2.4滑塊的檢測(cè)原理滑塊測(cè)量過程中，滑塊相對(duì)于工作臺(tái)以速度V作滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。為保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)引入附加的測(cè)量誤差，造成測(cè)量結(jié)果的失真。傳動(dòng)裝置采用同步帶傳送，并在測(cè)量傳感器前加裝加緊裝置，避免傳送帶的跳動(dòng)引入額外的測(cè)量誤差，從而大大減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)測(cè)量過程的影響?；瑝K的每一表面要測(cè)量?jī)蓪?duì)角線上五個(gè)點(diǎn)（中心交叉處可看作一個(gè)）。因此,滑塊在運(yùn)動(dòng)中不但要做1度旋轉(zhuǎn)，還要翻轉(zhuǎn)180度。在測(cè)量平臺(tái)上刻畫合適的曲線使滑塊完成旋轉(zhuǎn)1角度（見其他人的論文）?；瑝K的180度翻轉(zhuǎn)，則通過設(shè)計(jì)流水線的空間結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。如圖2.4所示，滑塊隨傳送帶運(yùn)動(dòng)到下面的測(cè)量平臺(tái)時(shí)，剛好翻轉(zhuǎn)了180度。出料口V24分類機(jī)構(gòu)滑塊通過一個(gè)滑道傳送至分類機(jī)構(gòu)。分類機(jī)構(gòu)是帶開口的勻質(zhì)圓盤，可繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在開口槽的兩側(cè)沿圓周方向均勻分布7個(gè)出口。在圓盤中心處安裝吸力電磁鐵。在圓盤開口處連接分類滑道，每一個(gè)滑道裝有一個(gè)接近開關(guān)（記為分類完成信號(hào)），共有七個(gè)。分類機(jī)構(gòu)由PLC依據(jù)接收到的分類信息控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，將滑塊分類出去。PLC對(duì)分類電機(jī)的控制是通過PTO（高速脈沖串輸出）的方式。PTO方式中，可輸出多個(gè)脈沖串，并允許脈沖串排隊(duì)，以形成管線。依據(jù)管線的實(shí)現(xiàn)方