畢業(yè)設計（論文）開題報告-滑塊厚度綜合檢測平臺--控制系統(tǒng)軟件部分.doc

南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名：段振偉學 號：0101170113專 業(yè)：測控技術與儀器設計(論文)題目：滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)軟件部分指 導 教 師:狄長安2005年 4 月 2 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；4有關年月日等日期的填寫，應當按照國標gb/t 740894數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述滑塊是空氣壓縮機及空調中的一個關鍵性部件，其幾何尺寸、表面粗糙度、形位公差等精度的高低，嚴重影響空調的制冷制熱效果的好壞。如今隨著市場對空調及空氣壓縮機的需求的擴大，對滑塊的需求量也越來越大，精度要求也越來越高。目前，在加工生產后，主要依靠人工檢測的方法，對滑塊是否合格進行檢驗。 由于檢測精度很高，檢測成為制約生產的關鍵性一環(huán)。人工檢測的方法存在檢測速度慢、效率低、人為因素影響大等問題，為此，由寧波市科技局與南京理工大學合作研制了這套滑塊自動化檢測系統(tǒng)。本課題主要是針對滑塊厚度進行檢測。本文主要介紹滑塊厚度檢測綜合檢測平臺的控制系統(tǒng)，以西門子公司s7-200系列plc和工業(yè)控制計算機為核心，將plc驅動能力強、高可靠性、優(yōu)良的性價比、使用方便等特點與工業(yè)控制計算機數據處理能力強、人機界面友好、管理水平高的特點結合起來，構成了滑塊厚度綜合檢測平臺測控系統(tǒng)，實現了滑塊厚度檢測和分類全過程的自動化，提高了工廠生產的自動化水平，取得了良好的經濟效益。1、plc的應用狀況可編程控制器(plc)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數字運算電子系統(tǒng)，它將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現單機、車間、工廠自動化的核心設備。plc的控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復雜的連續(xù)控制和過程控制，并將微機的數據處理能力強和網絡通信能力也集成在一起，成為自動化領域的三大技術支柱(plc、機器人、cad/cam)之一1。隨著微電子技術的發(fā)展，plc的功能更加完善和豐富，但成本卻在下降。目前在國內外，plc已廣泛應用于鋼鐵、采礦、建筑、石油、化工、電力、機械制造、汽車、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)16。在工業(yè)自動化應用方面，廣泛使用plc實現運動控制、過程控制、順序控制、數據處理和與其它智能控制設備組成分布式控制系統(tǒng)的通信網絡。在現場控制領域，plc以其抗干擾能力強、可靠性高、結構簡單和通用性強的特點，廣泛用于實現生產過程的自動化。在機電系統(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)生產過程中，控制驅動系統(tǒng)比如：電機控制，具有控制精確性高、使用方便的優(yōu)點。例如：有的使用plc對機床主軸實現脈動定位控制，實質是對電動機進行脈動控制。通過使電動機的轉速穩(wěn)定在一個較低的平均速度下實現主軸定位，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機的plc邏輯控制、位置控制、過程控制、變頻控制、數據處理和數據通信的典型應用實例，闡述了plc在交流異步電動機自動化控制領域的廣泛應用和重要作用20。有的使用plc對三相異步電機進行控制，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的計算機集散控制系統(tǒng)22。計算機集散控制系統(tǒng)(簡稱dcs)，dcs以其分散控制、集中監(jiān)控的獨特優(yōu)勢迅速得到了企業(yè)界的認可，并得以大規(guī)模的推廣應用。dcs采用分級遞階結構，即從系統(tǒng)工程出發(fā)，考慮功能分散、危險分散、提高可靠性、強化系統(tǒng)應用靈活性、減少設備的復雜性與投資成本。尤其在一些流程工業(yè)復雜控制對象的控制中，計算機集散控制系統(tǒng)的作用十分明顯。利用plc構成集散控制系統(tǒng)，將計算機管理能力強的優(yōu)點與plc成本低、控制功能強的特點結合起來，取得了良好的效果。將plc應用于生產過程的監(jiān)控，也是plc的重要應用之一23。運用計算機控制技術與plc和回路調節(jié)器相配合，按照工藝流程的要求，對整個生產線中的各種電機、閥門等開關和溫度、壓力、液位等模擬量進行檢測控制。用計算機對生產工序進行自動監(jiān)控和管理提高了企業(yè)的生產管理水平和競爭能力。在本項目中，plc作為直接的控制命令執(zhí)行者，不但要對系統(tǒng)運行過程中的各種狀態(tài)進行檢測，還要精確控制后級分料機構的電機的輸出相位。因此、這就需要對plc的輸出進行編程。在simens公司生產的s7-200系列小型plc中，專門集成了針對步進電機的控制方式pto（高速脈沖輸出）。這樣，只需要用戶軟件編程就實現了對步進電機的精確控制，大大簡化硬件電路的構成24。2、項目概況滑塊厚度綜合檢測平臺主要由自動檢測平臺、分類機構和控制部分三部分組成?；瑝K的測量和數據處理在上位機完成，控制系統(tǒng)主要完成滑塊的傳送和分類。本測控系統(tǒng)是基于微機-plc模式構成的一個集散控制系統(tǒng)。一般來說，集散控制系統(tǒng)可分為三層。頂層管理層，其任務是實現對整個系統(tǒng)的管理工作。中間層為集中監(jiān)控層，其任務是實現對整個系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、調度等工作。底層是分散執(zhí)行層。其任務是完成局部的控制工作。在本系統(tǒng)中，工控機作為監(jiān)控管理層承擔了頂層和中間層的任務；plc作為控制執(zhí)行層，承擔底層控制任務。工控機把管理決策、控制任務、控制參數和調度命令通過通信電纜傳送給控制層plc，plc也要通過電纜把控制過程的參數、控制進程和控制數據傳送給管理層?？刂葡到y(tǒng)的上位機軟件設計采用面向對象的windows應用程序，用bland c+編譯器編寫，可在windows 98/2000/xp下運行，具有很好的可擴充性、可維護性和可靠性。plc的控制軟件采用step7-micro/win32編程軟件編寫。step7-micro/win32編程軟件是基于windows的應用軟件，由西門子公司專門為s7-200系列可編程控制器設計開發(fā)。它功能強大，主要為用戶開發(fā)程序使用，同時也可以實時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。本系統(tǒng)經加工、安裝、調試證明系統(tǒng)設計合理，具有適應性強、智能化自動化程度高、移植性通用性強的特點，并且軟件采用模塊化設計，通過軟件升級可實現多臺測量平臺的網絡化，構成網絡化測控系統(tǒng)，具有很高的升級空間。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1. 滑塊厚度綜合檢測平臺的總體設計滑塊厚度綜合檢測平臺主要由自動檢測平臺、分類機構和控制部分三部分組成。本測控系統(tǒng)是基于微機-plc模式構成的一個集散控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，工控機作為監(jiān)控管理層承擔了頂層和中間層的任務；plc作為控制執(zhí)行層，承擔底層控制任務。工控機把管理決策、控制任務、控制參數和調度命令通過通信電纜傳送給控制層plc，plc也要通過電纜把控制過程的參數、控制進程和控制數據傳送給管理層。整個系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。pc/ppi控制信號分類/控制信號狀態(tài)信息脈沖輸出控制傳感器信號測量工作平臺工控機rs-232plc rs485分類控制系統(tǒng)電機1電機2狀態(tài)信息圖1系統(tǒng)整體結構1.1自動檢測平臺 自動檢測平臺由測量平臺和傳動機構組成。測量平臺是滑塊幾何量測量的基準，其精度遠高于滑塊的精度?；瑝K測量過程中，相對于工作臺作滑動運動。為保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動機構的震動引入附加的測量誤差，造成測量結果的失真。傳動測量機構采用了分體結構的設計，將測量工作臺與傳動機構分離，從而大大減少了傳動機構對測量過程的影響?；瑝K的每一表面要測量兩對角線上五個點（中心交叉處可看作一個）。因此，滑塊在運動中不但要做90度旋轉，還要翻轉180度。通過在測量平臺上刻畫合適的曲線使滑塊能夠按照預先設定的軌跡作適當的角度旋轉?；瑝K的180度翻轉，則通過設計流水線的空間結構來實現。1.2分類機構滑塊通過一個滑道傳送至分類機構。分類機構由plc依據接收到的分類信息控制步進電機旋轉相應的角度，將滑塊分類出去。plc對電機的控制是通過pto（高速脈沖串輸出）的方式。pto方式中，可輸出多個脈沖串，并允許脈沖串排隊，以形成管線。依據管線的實現方式分為單段管線和多段管線。本系統(tǒng)中采用多段管線的方式，通過在變量存儲區(qū)建立包絡表的方式，控制輸出脈沖的周期和脈沖數，從而達到對步進電機的速度和轉動角度精確控制的目的。在分類的過程中，plc通過對安裝在系統(tǒng)中的感應開關來判斷分類過程中的各種狀態(tài)。如：滑塊到達、定位信號、分類完成等等。如果發(fā)現非正常狀態(tài)，則向工控機發(fā)出相應的報警信號告知工作人員，以方便排除故障。1.3控制部分控制部分是以plc為控制核心，通過與工控機的通信，執(zhí)行工控機的命令。在工控機與plc接口時，由于plc采用的是rs-485標準與工控機rs-232標準不兼容，必須通過pc/ppi電纜進行轉接。工控機是整個系統(tǒng)的管理者，控制測量傳感器測量流水線上滑塊的幾何參量，并通過計算得出滑塊分類信息。plc是整個系統(tǒng)的控制執(zhí)行核心，主要完成系統(tǒng)驅動控制、狀態(tài)檢測、命令執(zhí)行等功能。plc通過接收工控機的分類信息和控制信息控制分類機構和傳動機構的運行。2、 控制系統(tǒng)的總體設計2.1系統(tǒng)的控制要求為使整個系統(tǒng)完成滑塊的檢測、傳送和正確分類，要求系統(tǒng)應完成如下功能：(1)能完成滑塊在流水線上穩(wěn)定傳送，保證滑塊在流水線上按進入流水線的先后形成的隊列傳送，并且要充分保證隊列的有序性和完整性。(2)前級傳動機構的速度不應快于后級分類機構，且至少應保證在分類機構沒有完成分類時，沒有滑塊進入分類機構。(3)保證分類機構能夠自動復位，當步進電機失步時，分類機構能夠自動復位。(4)當出現有多于一個滑塊進入分類機構時，要告知工作人員系統(tǒng)故障，同時，能判斷分類電機的工作是否正常，輸出角位移是否正確。(5)系統(tǒng)應有一定的容錯能力，當出現一般性錯誤時，系統(tǒng)能夠自我修復，不影響系統(tǒng)的正常工作。當出現嚴重錯誤時，能夠提示錯誤的可能種類或者故障的大致方位。2.2控制系統(tǒng)的工作原理控制系統(tǒng)主要是由plc為中心的電機驅動部分、通信部分、狀態(tài)檢測部分和報警部分組成?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖2。 2.2.1步進電機與驅動部分步進電動機是將plc輸出的電脈沖轉換成與電脈沖成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。前級傳動部分步進電機主要完成流水線的速度控制，后級分類機構則要精確控制步進電機的輸出角位移和方向。步進電機在運行時可能會出現失步現象，可在后級增加光電編碼器對電動機的輸出相位做出控制，以確保與實際的輸出相一致。后級分類電機采用正轉反轉定位的方式，以消除電機的累計誤差，保證電動機每次都從零位置起輸出一定的角度。方向控制pc/ppii0.2i1.7 i0.0 i0.1inputplc 226 output q0.5 q0.2 q 0.1 q0.0電機驅動器電機1電機驅動器電機2報警指示狀態(tài)檢測傳感器手動輸入控制通信口pc圖2 控制系統(tǒng)2.2.2狀態(tài)檢測及報警設計通過安裝在系統(tǒng)各個位置的感應開關判斷系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)，是否與已設定的狀態(tài)一致。當出現異常時，系統(tǒng)應發(fā)出警報。報警方式設計為聲光報警的方式，依據錯誤的嚴重性而不同。2.2.3 plc與上位機的通信plc與上位機的通信通過對plc的通信口編程來實現，主要包括波特率、校驗位、數據幀的長度等的統(tǒng)一。在本系統(tǒng)中，通信協(xié)議充分考慮了各種情況，將各種狀態(tài)分別編碼。數據幀的長度定義為一個字節(jié)，其高兩位為a7a6特征位，a7a6=00時，表示為正常分類狀態(tài)；a7a6=01：表示為控制代碼；a7a6=10：錯誤種類；a7a6=11：備用。3、 系統(tǒng)的軟件設計上位機軟件采用面向對象的windows應用程序，用bland c+編譯器編寫，具有精美的人機交互界面和多級菜單設計，操作十分簡單。可在windows 98/2000/xp下運行，具有很好的可擴充性、可維護性和可靠性。plc的控制軟件采用step7-micro/win32編程軟件編寫。step7-micro/win32編程軟件是基于windows的應用軟件，由西門子公司專門為s7-200系列可編程控制器設計開發(fā)。它功能強大，主要為用戶開發(fā)程序使用，同時也可以實時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。上位機軟件和plc控制軟件通過定義統(tǒng)一的通信協(xié)議完成雙方的信息交換、狀態(tài)指示等。2.1 plc主控軟件設計plc控制軟件結構上可分為主程序main、正常分類程序micro_sort、自動復位程auto_reset、中斷處理程序interrupt、初始化程序ini_install和錯誤及故障處理程序error_dispose等。各子程序統(tǒng)一由主程序依據工控機或外部命令決定其是否被調用。其主要控制流程框圖如圖3所示。nnyynyn啟動電機2進行復位yny系統(tǒng)初始化，自檢正常啟動傳送電機1傳感i8是否有信號？查詢分類號，并啟動電機2旋轉i角度。q4失電，彈出滑塊。電機反轉i，復位。結束i2.0=1?i1.7=1?滑塊堆積報警分類接收傳感器i是否收到？停機？電機1停機電機1停機分類錯誤報警系統(tǒng)上電后，首先調用初始化程序完成對整個系統(tǒng)的初始化及各感應開關的掃描，并依此判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。如否，則向工控及發(fā)出初始化失敗信息，并等待操作人員處理；如正常，則在初始化完成后，向工控機發(fā)出準備就緒信號，工控機收到后，啟動系統(tǒng)工作。工作過程中，plc不斷掃描各感應開關，監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當有滑塊到達分類機構依據工控機發(fā)出的分 圖3 控制流程框圖類信號，控制分類機構將滑塊分類出去。由于多個分類的存在，可能出現因電機失步而導致誤分類。因此，在彈出滑塊后，plc要依據分類信息和收到的分類完成信號，判斷他們是否一致。如一致，則表明分類正確；否則應報警，告知分類錯誤，同時中止系統(tǒng)的運行。2.2軟件的容錯策略面對復雜的