印刷在線檢測系統(tǒng).doc

緒論.課題背景 目前我國印刷機(jī)械技術(shù)與國際先進(jìn)印刷機(jī)械技術(shù)水平相比有較大差距，印刷機(jī)械逐步向高度自動(dòng)化發(fā)展。由于任何彩色印刷品均由四種基色構(gòu)成，這就注定了彩色印刷品在印刷過程中必然分為多道工序。如果每道工序定位不準(zhǔn)，則容易造成混色，嚴(yán)重影響印刷品質(zhì)。在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)系統(tǒng)就是在印刷過程中，自動(dòng)檢測不同工序的定位基準(zhǔn)，并根據(jù)相鄰兩個(gè)工序定位基準(zhǔn)的檢測結(jié)果，調(diào)整本工序的定位基準(zhǔn)，從而套準(zhǔn)前一道工序的基準(zhǔn)，提高印刷品質(zhì)。從國際上看，僅在歐美國家，極少數(shù)國際知名品牌的印刷設(shè)備中采用了在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)系統(tǒng)，如德國的海德堡。在國外的技術(shù)中，使用光學(xué)掃描頭監(jiān)測印在紙張表面的菱開形定位標(biāo)記。當(dāng)平均定位誤差大于定位誤差最大值時(shí)，系統(tǒng)會啟動(dòng)橫向或徑向馬達(dá)來修正誤差。通過在控制系統(tǒng)中輸入相關(guān)的控制參數(shù)，比如定位標(biāo)記位置、印刷格式、定位允許誤差等。印刷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，掃描頭搜尋并追蹤印刷在紙上的定位標(biāo)記，然后將數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)操作界面，控制系統(tǒng)利用來自掃描頭的數(shù)據(jù)監(jiān)測印刷定位標(biāo)記的位置和品質(zhì)，判斷是否有標(biāo)記錯(cuò)位。該技術(shù)上涉及自動(dòng)檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)、印刷技術(shù)、圖像模式識別技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)等多門學(xué)科，且科技含量較高，在國內(nèi)，此項(xiàng)技術(shù)仍屬空白，國內(nèi)印刷設(shè)備均沒有采用此項(xiàng)技術(shù)。在強(qiáng)調(diào)國際先進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化的今天，研究印刷設(shè)備的在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)系統(tǒng)，尤其重要。跟蹤研究國外先進(jìn)技術(shù)，自主開發(fā)印刷機(jī)械在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制系統(tǒng)，填補(bǔ)此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的空白，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先幫助國內(nèi)印刷機(jī)械制造能力達(dá)到國際水平。綜上所述，該項(xiàng)目研究的主要意義是從根本上解決國內(nèi)相關(guān)印刷機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)和研究單位在在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制技術(shù)的空白，提高印刷機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，提高我國印刷機(jī)械產(chǎn)品與國際印刷機(jī)械產(chǎn)品的競爭力。國外同類設(shè)備其價(jià)格為數(shù)拾萬元人民幣。經(jīng)測算，我們自主研發(fā)生產(chǎn)的在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制系統(tǒng)預(yù)計(jì)成本為十萬元以下。1.2課題研究目標(biāo)和內(nèi)容研究目標(biāo)：該研究的目標(biāo)是研究在高速印刷的環(huán)境下，采集套準(zhǔn)圖像標(biāo)記，研究和設(shè)計(jì)快速圖像識別和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測取代手工檢測，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制的生產(chǎn)效率和質(zhì)量的大幅度提高。功能上，該裝置通過攝像頭采集圖像標(biāo)記及控制系統(tǒng)控制相關(guān)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)印刷套準(zhǔn)的自動(dòng)控制，從而印刷套準(zhǔn)操作的步驟及時(shí)間，減低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。并且該系統(tǒng)，能夠填補(bǔ)此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的空白，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。效率指標(biāo)：通過點(diǎn)套準(zhǔn)標(biāo)碼可以測量套準(zhǔn)偏差，由于它們體積小，可以縱向或橫向地放置，節(jié)省空間。實(shí)時(shí)完整顯示，可以實(shí)現(xiàn)操作過程中的套準(zhǔn)質(zhì)量檢測。通過強(qiáng)大的運(yùn)算處理系統(tǒng)，可以對顯示的數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)評估。利用高放大倍率CCD攝像頭，可以滿足條件苛刻的使用環(huán)境。能對各類高速多色印刷機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)套準(zhǔn)檢測和修正，其套準(zhǔn)控制精度達(dá)0.lmm；識別范圍：周長方向10mm；印刷機(jī)最大運(yùn)行速度10m/s或15000張/小時(shí)。研究內(nèi)容：該項(xiàng)目主要完成印刷過程中的定位色差基準(zhǔn)的自動(dòng)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果自動(dòng)完成修正定位基準(zhǔn)，提高印刷品質(zhì)。因此，該項(xiàng)目的研發(fā)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用。涉及的相關(guān)技術(shù)包括有：自動(dòng)檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、印刷技術(shù)、圖像模式識別技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。主要研究內(nèi)容有：（1）怎樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測每個(gè)顏色的定位圖像。（2）檢測到的圖像怎樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像進(jìn)入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。（3）數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)中的圖像模式識別處理。（4）將識別的結(jié)果與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通信。（5）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。1.3課題的意義特色：課題是為了解決國產(chǎn)印刷機(jī)械的快速、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測和控制印刷品套準(zhǔn)質(zhì)量，推動(dòng)我國印刷機(jī)械的自動(dòng)化發(fā)展。該課題涉及印刷技術(shù)、圖像模式識別、數(shù)字圖像處理、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件及軟件技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、印刷技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)。該課題開發(fā)的在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于多種印刷機(jī)上，實(shí)現(xiàn)印張的自動(dòng)套準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用和推廣價(jià)值。創(chuàng)新： 該課題的研發(fā)創(chuàng)新屬于國內(nèi)首創(chuàng)，是填補(bǔ)國內(nèi)的技術(shù)空白。創(chuàng)新內(nèi)容包括印刷套準(zhǔn)檢測工藝創(chuàng)新；印刷套準(zhǔn)控制系統(tǒng)創(chuàng)新。最終成果形式：1、具有較高自動(dòng)化的在線自動(dòng)檢測的套準(zhǔn)控制系統(tǒng)軟件一套；2、自動(dòng)套準(zhǔn)控制裝置一套；3、新型印刷套準(zhǔn)標(biāo)記和套準(zhǔn)工藝；預(yù)期水平：該課題研究水平的目標(biāo)是達(dá)到國際先進(jìn)，國內(nèi)領(lǐng)先。該課題開發(fā)的在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制系統(tǒng)可應(yīng)用在各類多色印刷設(shè)備上，使我國的印刷設(shè)備能有自己的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該課題研制的“基于圖像模式識別的印刷在線自動(dòng)檢測套準(zhǔn)控制系統(tǒng)”可應(yīng)用于各類多色印刷設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)多色的自動(dòng)套準(zhǔn)，大大提高印刷設(shè)備的自動(dòng)化程度，具有很好的推廣價(jià)值。轉(zhuǎn)化措施 ：該課題的立項(xiàng)是直接立足于企業(yè)的需求，產(chǎn)品的開發(fā)研究將與企業(yè)密切合作，調(diào)試和實(shí)驗(yàn)均與企業(yè)合作，因此，該項(xiàng)目成果將直接轉(zhuǎn)化為企業(yè)的應(yīng)用產(chǎn)品。 社會效益： 該課題研究的主要意義是從根本上解決國內(nèi)印刷機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)和研究單位在自動(dòng)套準(zhǔn)檢測和控制工藝技術(shù)的落后問題，提高高自動(dòng)化的印刷機(jī)械的生產(chǎn)能力。該課題的研究屬于國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)國內(nèi)的技術(shù)空白。 經(jīng)濟(jì)效益：國外同類產(chǎn)品價(jià)格為數(shù)十萬元人民幣。經(jīng)測算，我們自主研發(fā)生產(chǎn)該系統(tǒng)預(yù)計(jì)成本為18萬元。產(chǎn)品定型后預(yù)計(jì)成本為4萬元，市場價(jià)格定位為6萬元，全國有數(shù)百家印刷機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)對該產(chǎn)品有需求，按年產(chǎn)100套計(jì)算，年利稅為200萬元。2.1印刷機(jī)原理2.1.1印刷機(jī)的分類一般而言，承印物不同，采取的印刷方式也不同，承印物材料有下列幾類：1、紙張：這是最常見的印刷，新紀(jì)元印務(wù)就是在紙張或和紙張相類的材質(zhì)上印刷。2、塑料印刷：多見于包裝袋的印刷。3、特種材料：指在玻璃、金屬、木材等材料上的印刷。印刷機(jī)種類有：1、膠印印刷機(jī)：一般采用平版印刷，多用于四色紙張印刷， 使用的就是膠印印刷機(jī)。膠印印刷還用于鐵皮等薄板材質(zhì)上的印刷，這種機(jī)器稱為印鐵機(jī)。2、凹版印刷：指用凹版(一般指鋼版)印刷，多用于塑料印刷。3、柔性版印刷：指用柔性材料版(一般指樹脂版等)印刷，這實(shí)際上是凸版印刷，多用 于大批量不干膠商標(biāo)印刷。4、絲網(wǎng)印刷：可以在各種材料上（尤其是非平面材質(zhì)上）印刷，多用于禮品、容器等印刷。2.1.2單張紙膠印機(jī)結(jié)構(gòu)及原理印刷機(jī)的種類較多，但原理都是差不多，就以膠印機(jī)為例。膠印機(jī)又分為單紙張膠印機(jī)和輪轉(zhuǎn)機(jī)。單張紙膠印機(jī)是指印刷紙張是一張張、平鋪進(jìn)入機(jī)器印刷的。輪轉(zhuǎn)機(jī)是指紙張是用卷筒紙進(jìn)行印刷的一種大型印刷機(jī)械，多用于大批量書刊、報(bào)紙的印刷。兩種膠印機(jī)，其原理是一樣的，只是輸紙、傳遞、收紙方式不同罷了。所以，以單張紙四色膠印機(jī)為例，講講膠印機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理。下圖（圖2.1）是海德堡GTO四色膠印機(jī)側(cè)剖面圖。印刷機(jī)型號不同，機(jī)器結(jié)構(gòu)不同，但基本構(gòu)造大同小異，原理是一樣的。 圖2.1 海德堡GTO四色膠印機(jī)側(cè)剖面圖1）傳動(dòng)部分就是把印刷機(jī)原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過皮帶、齒輪、鏈條等傳輸?shù)接∷C(jī)各工作部分，使各個(gè)工作機(jī)件能按照工作要求，作周期性的、緊密協(xié)調(diào)的、準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成印刷動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。印刷機(jī)的原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)方式一般有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)三種方式。其中帶傳動(dòng)（用皮帶傳動(dòng)）精度最低，一般印刷機(jī)的原動(dòng)機(jī)（馬達(dá)）和下一個(gè)從動(dòng)輪之間，采用帶傳動(dòng)；齒輪傳動(dòng)精度最高，在印刷機(jī)側(cè)面機(jī)墻內(nèi)，使紙張傳遞、墨輥組、水輥組、滾筒運(yùn)行的，一般采用齒輪傳動(dòng)；鏈傳動(dòng)（鏈條傳動(dòng)）用于精度要求較高，但又不方便使用齒輪傳動(dòng)的部分，一般用于輸紙部分和收紙部分。印刷精度要求極高，我們要求印刷品上圖文誤差在幾絲（1絲0.01毫米），而決定印刷品誤差的，就是印刷機(jī)的傳動(dòng)部分的精度，而傳動(dòng)部分的精度，取決于機(jī)械加工精度和金屬材質(zhì)。僅僅加工精度高還不行，許多印刷機(jī)，新機(jī)器時(shí)還差強(qiáng)人意，但使用一段時(shí)間就不行了，那是因?yàn)榻饘俨馁|(zhì)的緣故。在當(dāng)今世界，印刷機(jī)制造業(yè)是一個(gè)國家機(jī)械制造業(yè)水平的標(biāo)尺。我們國家到目前為止，進(jìn)口著名品牌印刷機(jī)仍然是免稅的，但即使免稅，價(jià)格依然很昂貴，就是因?yàn)槲覀儑覚C(jī)械制造業(yè)水平問題，這常使業(yè)內(nèi)人士痛心疾首。2）輸紙、傳遞及收紙部分。下圖（圖2.2）上的紅線是紙張?jiān)谟∷C(jī)內(nèi)通過的路線。 圖 2.2紙張?jiān)谟∷C(jī)內(nèi)通過的路線。待印紙張放在印刷機(jī)前端紙臺上（俗稱輸紙臺，圖2.2中注1），印刷機(jī)自動(dòng)將紙張分離成單張，逐張將它輸送到規(guī)矩部件處（圖2.2中注5），這部分叫輸紙部分（海德堡稱之為飛達(dá)）；紙張到規(guī)矩部件處被定位，紙張?jiān)谶@里要“停頓”一下，然后由叼牙抓住紙張前端紙邊，送入印刷機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過結(jié)構(gòu)相同（油墨不同）的四個(gè)色組印刷，這過程叫紙張傳遞過程。紙張傳遞過程實(shí)際上是由相互配合的一個(gè)個(gè)滾筒上的一排排叼牙相互轉(zhuǎn)接的過程。最后，已經(jīng)印刷過的紙張被整齊地平放在收紙臺上，這部分叫收紙部分。所謂叼牙，就是在印刷機(jī)滾筒或鏈條上橫放的一排排周期性張開、閉合的鋼牙，當(dāng)然它的張開和閉合是需要非常準(zhǔn)確的。 3）規(guī)矩部分規(guī)矩、出血、咬口、前規(guī)、側(cè)規(guī)（靠身、靠外），版芯尺寸、大套、自翻、大滾翻規(guī)矩線形式如圖2.3，一個(gè)完整規(guī)矩線，有內(nèi)規(guī)矩線和外規(guī)矩線。我們以內(nèi)規(guī)矩線裁切（見圖2.4井字線），得到的印刷品成品上就沒有規(guī)矩線了，我們就得到一張干凈的印刷品。 圖 2.3 圖 2.4但是，設(shè)計(jì)的印刷文件上的圖文不能只作到內(nèi)規(guī)矩線，因?yàn)橛∷⒑蟮牟们惺怯姓`差的（這里包含裁切時(shí)刀的誤差，和紙張因?yàn)橛∷⒍闈q產(chǎn)生的誤差），難以保證一刀切下去，正好在圖文邊上，如果一刀切在圖文外，就會留下一條白線，損害了印刷品的美觀。所以我們要把圖文（一般只是圖）做到與外規(guī)矩線相齊，超出內(nèi)規(guī)矩線的部分叫出血。習(xí)慣上，出血是3mm，所以內(nèi)規(guī)矩線和外規(guī)矩線之間相距一般也是3mm。規(guī)矩線的作用不僅僅是為了裁切，主要作用還是印刷時(shí)的對版。在彩印中，藍(lán)（C）、紅（M）、黃（Y）、黑（K）四塊版上都有規(guī)矩線，要讓這四個(gè)色的規(guī)矩線完全重合在一起，這樣的印刷品才會是鮮亮、合格的，這就是印刷的“套準(zhǔn)”。一張紙，被飛達(dá)送入機(jī)器，是經(jīng)過很多次轉(zhuǎn)接，被印刷上四色圖文，所以這種轉(zhuǎn)接的精度要求就很高。許多印刷設(shè)備本身誤差較大，它們的校正也很麻煩。用戶拿到的印刷品是成品，看不到規(guī)矩線，另外，由于人的裸眼視覺辨別精度有限，你不會覺得圖文沒有套準(zhǔn)。套合不準(zhǔn)的印刷品，會給人一種虛的、霧蒙蒙的感覺，當(dāng)然，一些印刷品把單眼皮的人印刷成雙眼皮了，那就不是虛的、霧蒙蒙的感覺了。紙張被飛達(dá)送到規(guī)矩部件處，將被定位，紙張?jiān)谶@里要“停頓”一下，然后由叼牙抓住紙張前端紙邊，送入印刷機(jī)內(nèi)部。這是為了使紙張以同一狀態(tài)進(jìn)入機(jī)器被印刷，使前后印刷出來的印張，圖文是在紙張的一個(gè)固定位置上。即使印刷機(jī)傳遞紙張很準(zhǔn)確，我們得到了一張張清晰的印刷品，但前后印張上圖文不在一個(gè)位置，裁切是一沓沓裁切的，這樣參差不齊的印刷品。規(guī)矩機(jī)構(gòu)由一個(gè)前規(guī)、左右兩個(gè)側(cè)規(guī)組成。機(jī)器運(yùn)行時(shí)，前規(guī)和一個(gè)側(cè)規(guī)動(dòng)作，另一個(gè)側(cè)規(guī)得關(guān)閉。前規(guī)是在第一排叼牙前的一排扇動(dòng)的金屬擋片，紙張到達(dá)前規(guī)，被擋住，這時(shí)開啟的一個(gè)側(cè)規(guī)動(dòng)作，將紙張向左（或向右）拉動(dòng)紙張，使紙張到達(dá)一個(gè)固定的位置，至此紙張定位完成。站在印刷機(jī)進(jìn)紙正前方，面對機(jī)器，機(jī)器的常用操作按鈕和操作手柄，大部分在機(jī)器左側(cè)，操作人員一般在機(jī)器的左側(cè)活動(dòng)，所以左邊叫靠身，左邊規(guī)矩叫靠身規(guī)矩，反之，另一邊叫靠外、靠外規(guī)矩。紙張被前規(guī)擋住、將被叼牙叼的邊叫咬口。一張單面印刷品印刷時(shí)，隨便選用靠身規(guī)矩還是靠外規(guī)矩都可以，只要印后，把印張按咬口和側(cè)規(guī)整齊后再裁切，就能得到滿意的印刷品了。 2.2 自動(dòng)套準(zhǔn)系統(tǒng)中的主要硬件簡介在整個(gè)自動(dòng)套準(zhǔn)系統(tǒng)中的主要硬件涉及CCD攝像頭，計(jì)算機(jī)，PLC，RS-232計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信線，以及步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)。 2.2.1 CCD攝像頭 攝像頭的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過預(yù)中放電路放大、AGC自動(dòng)增益控制，于由圖像處理芯片處理的是數(shù)字信號，所以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)字信號處理IC（DSP）。同步信號發(fā)生器主要產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號（由晶體振蕩電路來完成），即產(chǎn)生垂直和水平的掃描驅(qū)動(dòng)信號，到圖像處理IC。然后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過輸出端子輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號。2.2.2計(jì)算機(jī)1）計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢是向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。巨型化(或功能巨型化)巨型化是指其高速運(yùn)算、大存儲容量和強(qiáng)功能的巨型計(jì)算機(jī)。其運(yùn)算能力一般在每秒百億次以上、內(nèi)存容量在幾百兆字節(jié)以上。巨型計(jì)算機(jī)主要用于尖端科學(xué)技術(shù)和軍事國防系統(tǒng)的研究開發(fā)。微型化(或體積微型化)二十世紀(jì)七十年代以來，由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，微處理器芯片連續(xù)更新?lián)Q代，微型計(jì)算機(jī)連年降價(jià)，加上豐富的軟件和外部設(shè)備，操作簡單，使微型計(jì)算機(jī)很快普及到社會各個(gè)領(lǐng)域并走進(jìn)了千家萬戶。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)將發(fā)展得更加迅速，其中筆記本型、掌上型等微型計(jì)算機(jī)必將以更優(yōu)的性能價(jià)格比受到人們的歡迎。網(wǎng)絡(luò)化(或資源網(wǎng)絡(luò)化)網(wǎng)絡(luò)化是指利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以達(dá)到所有用戶都可共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源的目的?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在交通、金融、企業(yè)管理、教育、郵電、商業(yè)、工控等各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。智能化(或處理智能化) 智能化就是要求計(jì)算機(jī)能模擬人的感覺和思維能力，也是第五代計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。90年代以來，隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱的信息技術(shù)的發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)格局發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一個(gè)統(tǒng)一的一體化市場，經(jīng)濟(jì)循環(huán)加大、加快，市場競爭日趨激烈.同時(shí)，工業(yè)產(chǎn)品由傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化產(chǎn)品、信息電子產(chǎn)品方向發(fā)展，技術(shù)含量大為增高；社會的消費(fèi)觀念也不斷發(fā)生變化，產(chǎn)品的功能已不再是消費(fèi)者決定購買的最主要因素.產(chǎn)品的創(chuàng)新性、外觀造型、宜人性、環(huán)保性等因素愈來愈受到重視，在競爭中占據(jù)突出地位. 這種趨勢促使企業(yè)在著手進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)把面向產(chǎn)品的創(chuàng)新性、外觀造型、人機(jī)工程等的設(shè)計(jì)提到一個(gè)新的高度，從而也迫切要求對工業(yè)設(shè)計(jì)的研究能有進(jìn)一步的突破，以提高企業(yè)形象、產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和市場競爭力. 正因如此，對于工業(yè)控制領(lǐng)域的研究逐漸受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注.特別是近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的日新月異，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展和CAD/CAM應(yīng)用的逐步深入，現(xiàn)代工業(yè)控制理論與方法的研究有了長足的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)，先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).計(jì)算機(jī)的巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化將使的工業(yè)控制無一不向其靠攏。2）一臺計(jì)算機(jī)的主要由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成微型機(jī)的運(yùn)算器、控制器和內(nèi)存儲器是構(gòu)成主機(jī)的核心部件，它們都置于主機(jī)箱中。主機(jī)以外的其他部件常被統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備或周邊設(shè)備。 （1）中央處理器。中央處理器，英文縮寫CPU（Central Processing Unit)，也稱中央處理單元，主要由控制器和運(yùn)算器組成。對微型機(jī)來說，中央處理器做在一個(gè)芯片上，稱為微處理器。它是計(jì)算機(jī)的核心。（2）內(nèi)存儲器。內(nèi)存儲器(memory/storage unit)也叫主存儲器，簡稱內(nèi)存，安裝在計(jì)算機(jī)的主板上。 內(nèi)存儲器用來存放計(jì)算機(jī)當(dāng)前工作所需的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存的容量直接影響計(jì)算機(jī)的性能，PC系列機(jī)的內(nèi)存容量已由早期的640KB，發(fā)展到16MB、32MB、64MB、128MB，有的甚至超過3GB。 內(nèi)存儲器分為隨機(jī)存儲器（RAM)和只讀存儲器(ROM)。隨機(jī)存儲器中存儲的信息可以由用戶進(jìn)行更改，關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，隨機(jī)存儲器中存儲的信息將全部消失。只讀存儲器中存儲的信息是由計(jì)算機(jī)廠家確定的，用戶只能讀出，不能更改，斷電后信息不會丟失。 （3）總線?？偩€(bus)是信息傳送的公共通路或通道，是連接計(jì)算機(jī)有關(guān)部件的一族公共信號線。總線可以用來傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信號，相應(yīng)地被稱為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，在微型機(jī)中它們常被統(tǒng)稱為系統(tǒng)總線。 計(jì)算機(jī)中采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳送線的條數(shù)和提高CPU與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸率。 （4）計(jì)算機(jī)常用的輸入輸出設(shè)備。包括鍵盤，鼠標(biāo)，顯示器等。2.2.3 RS232串行通信線 2.2.3.1串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。其只要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信， 連接設(shè)備接口有SATA，USB，RS232等理論上并行速度比較快，但是串行口線間干擾小，稍遠(yuǎn)的距離速度不低于并行口。由于在實(shí)際應(yīng)用中PLC與計(jì)算機(jī)之間通常是遠(yuǎn)距離傳輸所以我們采用串行通信其中工業(yè)控制中RS232最為廣泛。其外行如圖 9線制RS232 25線制RS232RS232接口是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對連接器的每個(gè)引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。DB25的串口一般只用到的管腳只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25針很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管腳比DB25有所變化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。2.2.3.2計(jì)算機(jī)上的串口1）計(jì)算機(jī)后面接線部分有各種接頭，其中有兩個(gè)9針的接頭區(qū)，或者25針的串行通信端，而且是公接頭?？梢詮牟僮飨到y(tǒng)中查看，開始/設(shè)置/控制面版/系統(tǒng)/設(shè)備管理器。如圖步奏： 可根據(jù)所需要的參數(shù)在下圖紅框修改：一般能達(dá)到1152000BPS，2）串口端口腳位的定義計(jì)算機(jī)上的RS232常常被用來與調(diào)制解調(diào)器連接，所以腳位的定義也是依據(jù)調(diào)制解調(diào)器的實(shí)際連接而制定的，如表管腳簡寫意義載波檢測（Carrier Detcet）接收字符（Receive）傳輸字符（Transmit）數(shù)據(jù)端就緒（Data Terminal Ready）地線（Ground）數(shù)據(jù)就緒 （Data Set Ready）要求傳輸（Request To Send）清除傳送（Clear To Send）響鈴檢測（Ring Indicator） 有一些設(shè)備用的是RS232的25針的排列，其與9針RS232之間的對應(yīng)關(guān)系如表針針：計(jì)算機(jī)與之間的RS232連線。如圖3 圖 32.2.4步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器2.2.4.1步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。詳細(xì)的講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。圖4反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的六個(gè)磁極，磁極上繞有繞組。兩個(gè)相對的磁極組成一組，聯(lián)法如圖所示。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式：單拍、雙拍、單雙拍三種方式。例如上圖的三相電機(jī)，單拍為當(dāng)脈沖信號一個(gè)一個(gè)發(fā)來時(shí)，如果按ACBA的順序通電；雙拍為每次都是兩相通電，即按A、BB、CC、AA、B的順序通電；單雙拍為按AA、CCC、BBB、AA的順序通電。步進(jìn)電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速（1）步距角的的大小由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)以及通電方式?jīng)Q定它們的關(guān)系如下：360/(Zmc)其中為狀態(tài)系數(shù)，如單拍或雙拍通電方式1，單雙拍則為2。（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由z,m,c以及頻率f決定它們之間的關(guān)系如下：60f (Zmc)在一定的脈沖頻率下，相數(shù)和齒數(shù)越多，步距角越小，轉(zhuǎn)速越小 三、自動(dòng)套準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件部分3.1 計(jì)算機(jī)VB軟件Visual Basic 是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，以用動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與世隔嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。隨著版本的提高，Visual Basic的功能也越來越強(qiáng)。5.0版以后，Visual Basic 推出了中文版，與前個(gè)版本相比，其功能有了很大提升。Visual Basic 6 有學(xué)習(xí)版、專業(yè)版和企業(yè)版三種版本，以滿足不同的開發(fā)需要。學(xué)習(xí)版適用于普通學(xué)習(xí)者及大多數(shù)使用 Visual Basic 開發(fā)一般 Windows 應(yīng)用程序的人員；專業(yè)版適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)開發(fā)人員，包括了學(xué)習(xí)版的全部內(nèi)容功能以及Internet控件開發(fā)工具之類的高級特性；企業(yè)版除包含專業(yè)版全部的內(nèi)容外，還有自動(dòng)化構(gòu)件管理器等工具，使得專業(yè)編程人員能夠開發(fā)功能強(qiáng)大的組骨子里分布式應(yīng)用程序。 3.1.1 VB中的常用控件作用簡紹圖3.1 1） 文本框控件文本框控件在工具箱中(圖3.1)的名稱為TextBox,在VB中使用其作為輸入控件,在運(yùn)行時(shí)接收用戶輸入的數(shù)據(jù). 設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)如圖3.22）卷標(biāo)控件VB工具箱中(圖3.1)的卷標(biāo)控件(Lable),專用于提供顯示文字和數(shù)字之用.但運(yùn)行時(shí)不能對文本進(jìn)行編輯. 設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)如圖3.2 3）按鈕控件命令按鈕(CommandButton) 在工具箱中(圖3.1)是VB應(yīng)用程序中使用最多的控件之一,常用來接受用戶的操作信息,激發(fā)相應(yīng)的事件過程,是用戶與程序交互最簡單的方法 設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)如圖3.2. 圖3.2 4）單選項(xiàng)控件選項(xiàng)按鈕在工具箱中(圖3.1)的名稱為OptionButton,該控件用于提供一個(gè)可以打開或者關(guān)閉的選項(xiàng).在使用時(shí)可以將幾個(gè)選項(xiàng)放在一組,在同一組中只能選中一項(xiàng).運(yùn)行時(shí)同組中的其他選項(xiàng)按鈕會自動(dòng)取消選擇. 設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)如圖3.35） 框架按鈕框架在工具箱中的名稱為Frame,主要用做控件容器,多用于修飾界面.作用是對控件進(jìn)行分組,放在容器里的跟容器同時(shí)移動(dòng)或刪除. 設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)如圖3.3 圖3.3 3.1.2串行通信組件介紹VB的版本分為學(xué)習(xí)版、專業(yè)版和企業(yè)版，每一個(gè)版本適應(yīng)不同的用戶對象。學(xué)習(xí)版適合剛剛學(xué)習(xí)可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人，而專業(yè)版及企業(yè)版則適合專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員。串行通訊的組件是包含在專業(yè)及企業(yè)版中，如果使用的是學(xué)習(xí)版的話，是無法使用串行通信控件來做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作，即使是將此組件由其它的計(jì)算機(jī)中復(fù)制過來也是不行的。3.1.2.1通信控件的引用在工程開始設(shè)計(jì)之前，依次選擇/工程/部件，指定MSCOMM32.OCX，并打開舊檔，如圖3.4點(diǎn)擊/應(yīng)用，就可以完成該控件的引用。引用成功的通信控件，在工具箱中的位置如圖3.5： 圖3.4 圖3.5如果無法在/部件/中成功地引用該組件，也可以使用該程序中的/瀏覽/功能，到WindowsSystem目錄下去找MSComm32.ox，并打開文件。 3.1.2.2通信控件的屬性MSComm 控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，不必去花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語言中均可使用。 Microsoft Communications Control（以下簡稱MSComm）是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。具體的來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動(dòng)(Eventdriven)方法，一是查詢法。 1）MSComm控件兩種處理通訊的方式 MSComm控件提供下列兩種處理通訊的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。 a. 事件驅(qū)動(dòng)方式 事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時(shí)需要得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有字符，或者 Carrier Detect (CD) 或 Request To Send (RTS) 線上一個(gè)字符到達(dá)或一個(gè)變化發(fā)生時(shí)。在這些情況下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處理這些通訊事件。OnComm 事件還可以檢查和處理通訊錯(cuò)誤。所有通訊事件和通訊錯(cuò)誤的列表，參閱 CommEvent 屬性。在編程過程中，就可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。每個(gè)MSComm 控件對應(yīng)著一個(gè)串行端口。如果應(yīng)用程序需要訪問多個(gè)串行端口，必須使用多個(gè) MSComm 控件。 b. 查詢方式 查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的。例如，如果寫一個(gè)簡單的電話撥號程序，則沒有必要對每接收一個(gè)字符都產(chǎn)生事件，因?yàn)槲ㄒ坏却邮盏淖址钦{(diào)制解調(diào)器的“確定”響應(yīng)。 2)MSComm 控件的常用屬性 MSComm控件有很多重要的屬性，但首先必須熟悉幾個(gè)屬性。 CommPort：設(shè)置或傳回通信連接端口代號。程序必須指定所要使用的串行端口的號碼。Windows系統(tǒng)會使用所設(shè)置的通信端口與外界進(jìn)行通信。程序也可通過此屬性讀回所使用的連接口號碼。在此所設(shè)置的通信端口號由1開始往上遞增，Mscomm控件的最大值16，當(dāng)使用的通信端口號碼超過16時(shí)，此控件會通知錯(cuò)誤信息。其錯(cuò)誤顯示如圖3.6所示：圖 3.6 Windows操作系統(tǒng)可容納256個(gè)串行通信口，不過VB的MSComm控件則是有16個(gè)的限制。16個(gè)串行通信口號碼并不是每一個(gè)都被我們所正常使用。所以必須確定通信端口存在才能設(shè)置相應(yīng)的號碼，才能保證可以讓通信組件拿來正常使用。通信端口的正常與否可以參考/設(shè)備管理器/的通信連接項(xiàng)目 如圖3.7 圖3.7如不正常，系統(tǒng)會以一個(gè)黃色的驚嘆號予以表示。在上圖中打印機(jī)連接口（LPT1）是正常的，其他串口也是正常的，則串行端口（ COM1到COM10）也在其中。Setting:以字符串的形式設(shè)置或傳回連接速度、奇偶校檢、數(shù)據(jù)位、停止位4個(gè)參數(shù)。其格式為“bbbb,p,d,s”其中bbbb為連接速度，p為校檢方式，d為數(shù)據(jù)位數(shù)，s為停止位數(shù)。在本軟件的程序中使用的參數(shù)是“9600，n,7,1”那么通信端口的速度為每秒9600bit的速度作傳輸，不作奇偶校檢，每個(gè)元是8個(gè)bit，而停止位是1個(gè)bit。4項(xiàng)的順序不能換。連接速度可為110、3009600、14400、19200、28800等更上面的由計(jì)算機(jī)芯片決定。奇偶校檢值如下表3.1 設(shè) 定 說 明E偶數(shù)M記號N默認(rèn)None無奇偶校檢Odd奇數(shù)Space空白 表3.1正確的數(shù)據(jù)位值有：4、5、6、7、8（默認(rèn)）。日本系列的產(chǎn)品多用7位的數(shù)據(jù)位，而歐美的產(chǎn)品多采用8位的數(shù)據(jù)位。三菱是日本產(chǎn)品所以本軟件采用7位。正確的停止位有1、1.5、2。Settings設(shè)置完成后。使用RS-232通信雙方的settings必須完全是一樣。否則雙方無法完成信號傳輸。Portopen:設(shè)置或傳回通信連接端口的狀態(tài)。使用前必須打開 通常有True(打開)和False(關(guān)閉)。Input 從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符。 Output 向傳輸緩沖區(qū)寫一個(gè)字符串。 Handshaking:指定雙方的握手協(xié)議。表3.2 設(shè) 置 值 說 明Comnone 0沒有握手協(xié)議Comxonoff 1(xon/xoff)握手協(xié)議(軟件)Comrts 2Rts/cts握手協(xié)議(硬件)Comrtsonoff 3Request to send和xon/xoff握手協(xié)議表 3.2 inbuffercount:傳回在接收寄存器的字符數(shù)。 outbuffercount:傳出在送出寄存器的字符3.2 軟硬件之間由程序到執(zhí)行到硬件動(dòng)作的完成，VB有兩種方式其步驟圖如下3.8。 圖 3.8使用通訊組件的方式看起來要比直接調(diào)用API要復(fù)雜，但是，程序的編寫卻簡單的多。在操作系統(tǒng)方面，Windows使用通信驅(qū)動(dòng)程序Comm.drv,以便于應(yīng)用程序能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的Windows API函數(shù)來傳送和接收數(shù)據(jù)。串行外圍設(shè)備制造商則提供硬件驅(qū)動(dòng)程序，以便讓其硬件能與Windows連接。使用MSComm控件時(shí)，實(shí)際上就是使用了API函數(shù)，API函數(shù)將被Comm.drv解釋并傳輸給外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。3.2 PLC部分3.2.1、PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義： PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，基本有半導(dǎo)體的地方就有PLC “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。3.2.2、PLC的特點(diǎn) 1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3）易學(xué)易用 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 3.2.3、PLC基礎(chǔ)1）PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 3.2.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6)通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 3.2.5. PLC的國內(nèi)外狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺PLC. 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 3.2.6. PLC未來展望 21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制