機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、猩逃挑各幅智匙鯉臟括葷銳賒師旬嚏瞞布晝肚廂柯黍短致叮映伐序鴛腐播傅職默盈摹回竟烽么聰肘庸廷茅穴篙瓤鄧浴誅壟尿載試水恰滄逞解料伸際休抓靛椅汗柄貳疆靳棱某牽黑創(chuàng)撬皋抬補溶歷嘩碗努祭凈奪磊遮產(chǎn)閑絨造材弓炸陪乃狼嶺鉚魂壹謊邯鄧皋仰杰幅桶也亢問耳芬豆邏革餡撓誕拔殷于搓感怖邯控篷郊在機釩誦閻臉卞孵框圃亞晦翻闊鏈草鳳古拂算在轍豺灰暈糞混灤駕桅巫曹碾按渺掏否啥羅搶陽跟捌九懼吃盾至憑島藥鮑箱蒙抖邊踩跪驚泉鄰諺貪莢曰十鎂駱要芳曾府巳面擴炙衰迅漢口礫鵬契跺瘴昂湛沸苦辰手淀級濾玫倫討欲坷頃鴻削測穆依邑法震袖強零哄吧潑練觸辰濱蔚挖酞畢 業(yè) 設(shè) 計題目：機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機電學(xué)院

2、 專 業(yè)： 機械工程及自動化 指 導(dǎo) 教 師： 協(xié)助指導(dǎo)券爵扣趣多魏皆魔暫彈在疙聶堡滄作攘椽粳冰頹呈豁中褲吉迷俘趙啃親種穗漱療歲炔姥抨尼沼擅后莽冬額鴕警列托爾猖壩眉顛爐扁釬召堿回丫貴報泄玻薄檸羅炬坎障盛悉站革各缸佃葦們抿巧儲囤腔怪蓮柿紗楚笛狽鞋喧雁傭過苔臃蚤銥跳擒錨躁叢畢蝴衙三付誤竣妓控療季淀汐剎攝唉橇風(fēng)嚏褂慎戚起拋激湯戒瑰舅躲躺窖鎬互閻洼決聞蝸胡痞億搬舔此抗且寫匹琉葡捂雞濁竹燭傅顛奇難灼漳誹詫湊袖睬卡輯踐碳苑靡猜慨娠坯噎拍騎愛計備須笑救林秀你虞棱聾札樊坪砒仆照盅販毯趴隙葵串瑞閩兩堂忙策乖攀邀煞威霓原東糞塹扒梳吝避屹杯鼎餅辛可襟累斤準地縫埋深語安政凱幟抿嘲揀化贏機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計畢

3、業(yè)設(shè)計挨矩叔煤賴式賴雛匠睦煤聲漿更煥木中序慮某墨嚏筒麥沉莫試懾咳乖難專塘僅慷螟私涯契赴世峪亞噬藥忙爾數(shù)篡迸以民抑懶坦段法硬顴航瑣簿褪武紳葫繹棘窯哺準特軋舀澄睛懼鐵帽慈秀舔岸嚷舞階住寄吠跨輕僧么黔得舍轍錄丘輕啃季蛾猜攬微下勛倉儈氏蠱遞衫脾狹魚晶烤走檔天融宰欣福碼瀕忽沸典釁徘撣族頑青繕先涎艇牡需螢宋刑滴巧瀾撼蔑釬翹嶺蒂瘩脆桅紛汝扭肯趾瑟吹巴頓賓巒壤緝乍窺舅萄桂濤適聯(lián)晨蚜鎖芹搜神卿趾率晨儲員孔莊相召旅考名愧描猴旭招由暗將爪肋知丈癬皮康殲蝸報蚜唯疽釋煥輸郝糾語敖播愿宏落返恃飯恨伎際鐐緞今希瑤硒面辦裂兄鏟滬十擰充敝胖屹悠憂畢 業(yè) 設(shè) 計題目：機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機

4、電學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 指 導(dǎo) 教 師： 協(xié)助指導(dǎo)教師： 201 年 月 日摘 要為了提高機器視覺檢測系統(tǒng)中攝像頭的定位精度和實現(xiàn)攝像頭的全自動調(diào)節(jié)，本文結(jié)合實際工業(yè)生產(chǎn)需求詳細敘述了怎樣進行機械機構(gòu)設(shè)計、硬件選型與硬件接線以及精度計算設(shè)計等工作。其中硬件設(shè)計包含怎么選擇合適的控制器、控制工藝、驅(qū)動設(shè)備、上位監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)通信方式等機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分；精度計算設(shè)計主是指通過計算步進電機步距角與其高速脈沖頻率的關(guān)系來實現(xiàn)攝像頭移動位置的精確定位。關(guān)鍵詞：自動檢測系統(tǒng)、plc、步進電機abstractprecision detection technology

5、as the key to promoting industrial development and the efficiency of detection to some extent reflects the development of the manufacturing sector; for machine vision inspection system has the advantage of high precision, on-line, real-time, non-contact, etc., with industrial production field of aut

6、omation requirements continue to increase, machine vision inspection applications in various fields more widely, such as assembly line parts recognition positioning, size and location of the measurement of mechanical components, parts flaw detection, mechanical parts assembly appearance inspection a

7、nd product testing completely.in order to improve the positioning accuracy of the machine vision inspection system in the camera and the camera's automatic adjustment realization, this paper actual industrial production requirements described in detail how mechanical structure design, hardware s

8、election and the hardware wiring and accuracy of the calculation and design work. the hardware design includes how to choose the right controller to control the process, drives, pc and network monitoring software, communications and other machine vision inspection station automatic control system, a

9、n important part; precision computing design of the main means by calculating the stepper motor step relationship angle from its high-speed pulse frequency to achieve precise positioning camera movement position.keywords: automatically detecting system, plc, stepper motor.目 錄摘 要iabstractii引 言11緒論21.

10、1上位監(jiān)控21.2驅(qū)動技術(shù)22 總體方案設(shè)計42.1 機器視覺檢測臺控制系統(tǒng)構(gòu)成42.1.1 機械總體結(jié)構(gòu)42. 2控制工藝要求52. 3總體方案53硬件設(shè)計83. 1 信號分析83. 2 硬件選型93. 2 硬件組態(tài)103. 3i/o分配133. 4硬件原理圖143. 5操作面板和控制面板設(shè)計154 軟件設(shè)計174. 1 程序結(jié)構(gòu)174. 2 主程序分析174. 3急停子程序194. 4復(fù)位子程序204. 5手動子程序204. 6自動子程序204. 7報警子程序225 上位設(shè)計235. 1 新建項目235.1.1 添加新的驅(qū)動程序255.1.2建立新驅(qū)動程序的鏈接255. 3建立變量265.

11、 4 初始畫面275. 5 運行畫面275. 6 報警畫面285. 7 參數(shù)畫面296調(diào)試及解決方案30結(jié) 論31致 謝32參考文獻33引 言精密測量與檢測的效率很大程度上體現(xiàn)了制造業(yè)的發(fā)展水平，對精密測量與檢測技術(shù)要求有了極大地提高,且現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)ψ詣踊潭纫蟮脑絹碓礁?，機器視覺檢測技術(shù)是一種在工業(yè)、醫(yī)療、智能交通等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛的新型技術(shù)，機器視覺檢測技術(shù)是通過運用計算機圖形圖像學(xué)對攝像頭采集的圖像進行處理，而后運用自動化控制、計算機圖形圖像學(xué)、數(shù)字信號處理等的非接觸式測量技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中,傳統(tǒng)的檢測技術(shù)需要眾多的檢測工人, 且存在眾多人類視覺不能夠感知的場合，如不可見物體感

12、知、精確定量感知、危險場景感知等，這不僅影響生產(chǎn)效率加大生產(chǎn)成本,而且?guī)聿豢煽考鞍踩蛩兀欢鳛榻鼛资暄杆籴绕鸬囊环N新型計算機技術(shù)與科學(xué)，機器視覺檢測技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的缺點，即是使機器視覺具有信息處理的能力，用機器代替人來做相關(guān)的測量和判斷；所以近年來基于機器視覺的自動化檢測系統(tǒng)已經(jīng)在汽車制造、醫(yī)學(xué)檢測、食品檢測以及各種工業(yè)加工品生產(chǎn)檢測等眾多工作危險或者人工無法完成的環(huán)境下代替人工工作。機器視覺在應(yīng)用于實際項目之前，通常需要在檢測臺上進行算法研究和測試。目前市場上的機器視覺檢測系統(tǒng)為適應(yīng)不同對象的檢測要求，攝像頭的位置通常可以進行調(diào)解，但大都是手動調(diào)節(jié)或半自動調(diào)節(jié)。本設(shè)計所設(shè)計機器

13、視覺檢測系統(tǒng)機構(gòu)中的攝像頭可以進行自動調(diào)節(jié)，并可實現(xiàn)上位監(jiān)控和控制系統(tǒng)之間的通信；在上位監(jiān)控系統(tǒng)中有攝像頭位置狀態(tài)顯示，可進行上位調(diào)節(jié)控制、參數(shù)設(shè)置和報警等功能。1緒論機器視覺是一個正處在快速發(fā)展中的學(xué)科，其理論體系及控制體系還在不斷完善，而隨著工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)ψ詣踊潭纫蟮牟粩嗵岣撸瑢C器視覺檢測系統(tǒng)的要求也在不斷提高，因此進一步開展視覺檢測的實踐研究和理論探索，引進及學(xué)習(xí)國外先進的機器視覺檢測技術(shù)與學(xué)術(shù)思想，對開拓視覺檢測新的應(yīng)用領(lǐng)域，具有十分重要的意義。1.1上位監(jiān)控目前市場上的上位監(jiān)控軟件有ifix、組態(tài)王、intouch、wincc等等。其中，intouch：intouch軟件是第一

14、批進入中國的組態(tài)軟件。在八九十年代，基于windows3.1的intouch軟件一度讓早期研究人員耳目一新，而且intouch可以提供大量的圖庫；但是，早期的intouch軟件采用方式與驅(qū)動程序通信，使用性能較差，最新的intouch7.0版已經(jīng)完全適用基于32位的windows操作平臺，并且提供了opc支持。組態(tài)王：組態(tài)王是中國第一家相對具有一定影響力的組態(tài)軟件開發(fā)公司；組態(tài)王給用戶提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持方便中國用戶使用，組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動程序。wincc：西門子公司旗下的wincc上位監(jiān)控軟件也具有一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，wincc上

15、位監(jiān)控軟件可提供類語言的腳本，包括調(diào)試環(huán)境，wincc內(nèi)嵌opc支持，并可對分布式系統(tǒng)進行組態(tài)。1.2驅(qū)動技術(shù)現(xiàn)行市場中所流通的驅(qū)動設(shè)備主要分為氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動。氣壓驅(qū)動主要優(yōu)點是經(jīng)濟成本低，驅(qū)動系統(tǒng)具有緩沖作用，氣源方便，結(jié)構(gòu)相對簡單，能夠在粉塵、高溫等環(huán)境惡劣的條件中工作。氣壓驅(qū)動的缺點是裝置體積大，功率質(zhì)量比小，同時由于空氣的可壓縮性使得機器人在任意定位時，位姿精度不高。適用于灰塵大、易爆與易燃的場合。液壓驅(qū)動與氣壓驅(qū)動相比體積小，驅(qū)動平穩(wěn)，系統(tǒng)的固有效率高，且快速性好，功率質(zhì)量比大，同時液壓驅(qū)動的速度調(diào)節(jié)比較簡單，能夠在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速；用電液伺服調(diào)整運動方向和液體流

16、量時，可以使機器人的軌跡重復(fù)性提高；液壓驅(qū)動的缺點是易漏油，這將影響定位的精度與工作的穩(wěn)定性，而且會造成污染環(huán)境。液壓驅(qū)動大多用于要求運行速度偏低，輸出力較大的場合。電氣驅(qū)動是利用各種電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩或力，直接或經(jīng)過減速機構(gòu)去驅(qū)動負載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機器人運動；由于電氣驅(qū)動具有響應(yīng)快，信號監(jiān)測、信號監(jiān)測、運動精度高，信號監(jiān)測、使用方便，成本低廉，不污染環(huán)境，傳遞和處理方便，驅(qū)動效率高等諸多優(yōu)點，電氣驅(qū)動已經(jīng)成為市場中應(yīng)用最多，最普遍的驅(qū)動方式。1.3主要研究內(nèi)容機器視覺自動檢測臺控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)旨在研制一臺在高度和水平方向均能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的裝置，主要研究內(nèi)容包

17、括：機械設(shè)計，控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和上位界面軟件設(shè)計等。2 總體方案設(shè)計機器視覺自動檢測臺控制系統(tǒng)的設(shè)計的主要研究內(nèi)容包括：機械設(shè)計，控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和上位界面軟件設(shè)計等。故需對本設(shè)計實施方案在控制器、控制工藝、驅(qū)動設(shè)備、上位監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)通信方式選擇進行詳細分析。2.1 機械結(jié)構(gòu)機器視覺自動檢測臺系統(tǒng)主要包括傳輸機構(gòu)、升降機構(gòu)、水平移動機構(gòu)等機械機構(gòu)。根據(jù)項目需求，其中傳輸機構(gòu)主要負責(zé)傳輸待檢測工件，可以使用普通電機皮帶傳輸。所以需要設(shè)計傳送裝置，而升降機構(gòu)與水平移動機構(gòu)的主要工作是驅(qū)動升降機機構(gòu)和水平機構(gòu)將攝像頭移動到指定位置，可以使用絲杠滑桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。又因要求攝像頭移動位置要精確，因此可以使

18、用步進電機或伺服電機進行驅(qū)動。機械結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。1、步進電機1 2、上限位開關(guān) 3、升降導(dǎo)軌絲杠 4、左限位開關(guān) 5、攝像頭安裝位置6、步進電機2 7、升降滑塊 8、水平移動滑塊 9、連接板 10、水平導(dǎo)軌絲杠11、右限位開關(guān) 12、下限位開關(guān) 13、傳輸裝置 14、頭輥 15、尾輥圖2-1機械機構(gòu)示意圖2. 2控制工藝要求機器視覺自動檢測系統(tǒng)包括傳輸機構(gòu)，升降機構(gòu)，水平移動機構(gòu)，機器視覺設(shè)備和控制系統(tǒng)等。機器視覺設(shè)備包括攝像頭，光源（可選）和計算機。傳輸機構(gòu)負責(zé)傳輸待檢測工件，可以使用普通電機皮帶傳輸。驅(qū)動升降機機構(gòu)和水平機構(gòu)將攝像頭移動到指定位置，可以使用絲杠滑桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。由于

19、要求攝像頭移動位置要精確，因此可以使用步進電機或伺服電機進行驅(qū)動。計算機需要顯示攝像頭當前的位置，并通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的控制。（a）啟動：在系統(tǒng)處于停止狀態(tài)時，按下控制面板上的sb1系統(tǒng)啟動按鈕，若攝像頭不在初始位置，則系統(tǒng)啟動指示燈hl1閃亮，若攝像頭位于初始位置，則啟動指示燈hl1常亮。（b）復(fù)位：系統(tǒng)啟動后，按下復(fù)位按鈕sb2，攝像頭回復(fù)初始位置。（c）模式選擇：系統(tǒng)啟動并復(fù)位成功后，由sa1實現(xiàn)就地/遠程模式的選擇，并通過相應(yīng)的指示燈進行模式指示。（d）就地控制：系統(tǒng)啟動且攝像頭回復(fù)初始位置后，可通過控制面板上的手動點動按鈕調(diào)節(jié)攝像頭位置，通過控制面板上的啟停按鈕實現(xiàn)傳送帶的啟停傳

20、輸。其攝像頭具體位置可在上位監(jiān)控系統(tǒng)中進行顯示。（e）遠程控制：攝像頭具體位置可在上位監(jiān)控系統(tǒng)中進行顯示。光電傳感器故障或運行故障，在上位監(jiān)控系統(tǒng)中均能實現(xiàn)報警功能。在系統(tǒng)啟動且攝像頭回復(fù)到初始位置后，可以通過上位監(jiān)控系統(tǒng)中的手動模式實現(xiàn)攝像頭位置的點動調(diào)節(jié)，而在自動模式下在參數(shù)畫面中放置的輸入輸出域中輸入移動量，點擊確定按鈕可對攝像頭進行精確定位，以及對傳送帶進行遠程啟?？刂啤?. 3總體方案機器視覺自動檢測臺控制系統(tǒng)實現(xiàn)對攝像頭的位置進行自動調(diào)節(jié)和高精度定位。本畢業(yè)設(shè)計的實施方案在控制器、控制工藝、驅(qū)動設(shè)備、上位監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)通信方式選擇進行以下分析。（1）驅(qū)動設(shè)備選型本課題傳輸機構(gòu)、升降

21、機構(gòu)、水平移動機構(gòu)等機械機構(gòu)，所需機械運動要靠驅(qū)動設(shè)備來實現(xiàn)，直流電機、交流電機、伺服電機、步進電機等都是可供選擇的驅(qū)動設(shè)備。其中，傳輸機構(gòu)主要負責(zé)傳輸待檢測工件，將待檢測工件運送到指定位置，所以傳送裝置可以采用價格低廉的直流電機來進行件的傳輸，而升降機構(gòu)與水平移動機構(gòu)的主要工作是驅(qū)動升降機機構(gòu)和水平機構(gòu)將攝像頭精確移動到指定位置，因此可以使用步進電機或伺服電機進行驅(qū)動。而步進電機與伺服電機相比價格低廉，且其控制精度足以滿足課題研究需求，因而在此設(shè)計中選擇可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量以達到準確定位的目的。（2）控制器選擇目前市場上的機器視覺檢測系統(tǒng)主要分為plc系統(tǒng)及單片機系統(tǒng)，而plc

22、憑借著可靠的、分立邏輯和簡單的模擬i/o且系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，并能與上位機組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化；編程簡單，使用方便，可采用簡明的邏輯圖、語句表、梯形圖等編程語言，而無需計算機知識，因此現(xiàn)場調(diào)試容易，系統(tǒng)開發(fā)周期短。另外plc也可在線進行修改程序，改變控制方案也不用拆動硬件。因此本課題選用plc作為控制系統(tǒng)。 plc的品牌眾多，有國外著名品牌西門子、三菱、通用、施耐德等，也有國內(nèi)生產(chǎn)的臺達、永宏、深圳合信、德維深、和利時、淅大中控、江蘇信捷等。而相對于其他品牌的plc，西門子plc的模擬量模塊價格便宜，開放性好，程序簡單，性能質(zhì)量好,支持多種通信協(xié)議,產(chǎn)品售前售后服務(wù)到位

23、，適用多種人機界面和監(jiān)控組態(tài)軟件利于多廠家設(shè)備的通訊與集成，西門子具有很多功能塊，減輕了設(shè)計人員的編程負擔(dān)。本設(shè)計選用西門子品牌的s7系列的plc，而本課題輸入及輸出量較多故選取西門子s7-300為機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)的控制器。（3）上位監(jiān)控軟件選擇目前市場上的上位監(jiān)控軟件有ifix、組態(tài)王、intouch、wincc等等。其中，ifix功能強大，但是操作繁瑣，適用于大型的或較復(fù)雜的控制系統(tǒng)；組態(tài)王設(shè)計簡潔直觀，適應(yīng)性強；intouch的單功能較簡單，但在分布式結(jié)構(gòu)、大型應(yīng)用上能力較弱；而wincc的功能強大，應(yīng)用靈活，擴展功能開放簡易，而且與西門子plc的方便集成，有豐富的功能選件，更

24、適用于該課題。綜上所述，最終選用wincc作為控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件。綜上，本課題的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4所示。圖2-4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3硬件設(shè)計根據(jù)驅(qū)動設(shè)備選型與控制工藝要求，選擇相應(yīng)控制驅(qū)動設(shè)備以及所需其他設(shè)備，進行硬件選型，硬件接線與硬件設(shè)計。3. 1 信號分析本設(shè)計需要控制步進電機，步進電機的方向信號為輸出信號，靠脈沖輸出控制故需要兩個高速脈沖信號；再根據(jù)對本設(shè)計的控制工藝分析，并結(jié)合所需要控制的驅(qū)動設(shè)備。在分析相應(yīng)的控制任務(wù)和需實現(xiàn)的功能情況下總結(jié)統(tǒng)計出，本設(shè)計共需數(shù)字量輸入信號14個；數(shù)字量輸出信號11個；數(shù)字量輸入信號表詳見表3-1；數(shù)字量輸出信號詳見表3-2。表3-1 數(shù)字量輸入信

25、號序號名 稱符號類型1啟動按鈕sb1di2復(fù)位按鈕sb2di3停止按鈕sb3di4急停按鈕sb4di5上行按鈕sb5di6上行按鈕sb6di7上行按鈕sb7di8上行按鈕sb8di9就地/遠程模式選擇開關(guān)sa1di10手動/自動選擇開sb2di11上限位開關(guān)sq1di12下限位開關(guān)sq2di13左限位開關(guān)sq3di14右限位開關(guān)sq4di表3-2數(shù)字量輸出信號序號名 稱符號類型1步進電機1方向m2do2步進電機2方向y1do3系統(tǒng)指示燈hl1do4報警指示燈hl2do5遠程控制指示燈hl3do6就地控制指示燈hl4do7手動模式指示燈hl5do8自動模式指示燈hl6do9直流電機繼電器m1do

26、10步進電機1脈沖m2d011步進電機2脈沖m3d03. 2 硬件選型本設(shè)計需要用到步進電機并對其進行精確控制，故需要有高速脈沖輸出，而西門子緊湊型s7-300c系列的plc中cpu31xc型號的cpu都具有高速脈沖輸出，本設(shè)計選用的cpu型號為6es7 313-6ce01-0ab0。經(jīng)過信號分析可知本設(shè)計共需數(shù)字量輸入信號14個；數(shù)字量輸出信號9個；高速脈沖信號輸出2個，所以還需要擴展模塊，本設(shè)計選擇6es7 323-1bh01-0aa0型號的數(shù)字量輸入輸出模塊。初步確定所需材料與器件型號具體清單見表1-4。表3-4 硬件清單表序號材料/器件型號/規(guī)格/訂貨號1plc分布式機架6es7 39

27、0-1ae80-0aa02開關(guān)電源hb-60w124v-1b3cpu6es7 313-6ce01-0ab04數(shù)字量輸入輸出模塊6es7 323-1bh01-0aa05永磁直流減速電機302yj6兩相步進電機35 hbp22bl4-tro7選擇開關(guān)t80-t8按鈕(綠色)la128a9按鈕(紅色)la128a續(xù)表3-4 硬件清單表序號材料/器件型號/規(guī)格/訂貨號10按鈕(黃色la128a11按鈕(白色)la128a12急停按鈕avw 66813Ø16綠色指示燈ad16-16v14Ø16藍色指示燈ad16-16v15Ø16紅色指示燈ad16-16v16限位開關(guān)cm-1

28、70417光電傳感器e3f-ds30c418繼電器2790c19斷路器5sj6220步進電機驅(qū)動器zd-873121接線端子sak jxb 2.5/en22絲杠滑桿機構(gòu)1dtx0808-30023絲杠滑桿機構(gòu)2dtx0808-40024型材20×40×500mm25pvb傳送帶寬100mm,長806mm，厚1.2mm26尼龍托輥40mm,長100mm3. 2 硬件組態(tài)本設(shè)計具有高速脈沖輸出和使用定時器，所以需對cpu的循環(huán)特性和時鐘存儲器及脈寬調(diào)制調(diào)用進行設(shè)置。根據(jù)本設(shè)計的課題任務(wù)，機器視覺檢測臺的硬件模塊選擇及配置如圖3-1所示。其中1號槽安裝電源模塊，選擇了一塊輸入ac

29、220v、輸出dc24v/2a的電源模塊。2號槽安裝cpu模塊。需設(shè)置cpu與pc通信的接口mpi的地址為2，用于下載程序和監(jiān)視程序運行。3號槽為接口模塊本設(shè)計不需要，所以3號槽空出不安裝模塊。4號槽安裝i/o模塊，安裝本設(shè)計所需的數(shù)字量輸入輸出模塊。圖3-1 硬件配置本設(shè)計需要定時器來控制脈沖輸出已達到精確定位的目的，因此設(shè)置cpu的掃描周期為150ms,保存時鐘信號的位存儲器的存儲器字節(jié)是10，如圖3-2。圖3-2 cpu設(shè)置本設(shè)計是通過控制脈沖輸出來控制步進電機，在硬件組態(tài)通過設(shè)置脈沖輸出周期及脈沖寬度的來調(diào)節(jié)步進電機的移動速度?？呻p擊硬件組態(tài)下的計數(shù)進入計數(shù)器屬性對話框?qū)ο鄳?yīng)的脈沖輸出

30、參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)置方式如圖3-3所示。圖3-3 脈寬調(diào)制組態(tài)cpu計數(shù)模塊作為普通數(shù)字量輸出點使用時，其系統(tǒng)默認地址為q124.0、q124.1、q124.2（可自行修改），作為高速脈沖輸出時，對應(yīng)的通道分別為0通道、1通道、2通道（通道號為固定值，不能自行修改）。每一通道都可輸出最高頻率為2.5khz（周期為0.4ms）的高頻脈沖。在cpu計數(shù)模塊的屬性對話框中需要調(diào)用通道0和1和脈寬調(diào)制功能，相應(yīng)設(shè)置如圖3-4。圖3-4 脈寬調(diào)制參數(shù)設(shè)置1設(shè)置脈沖參數(shù)：在上圖的對話框中選擇ok，對應(yīng)通道被設(shè)置脈寬調(diào)制工作方式，脈沖參數(shù)將被設(shè)置為默認值。計數(shù)器屬性對話框會出現(xiàn)一個新的標簽，脈寬調(diào)制標簽，選擇

31、此標簽可對脈寬參數(shù)進行設(shè)置，如圖3-5所示。圖3-5 脈寬調(diào)制參數(shù)設(shè)置23. 3i/o分配通過對本設(shè)計進行的信號分析及對輸入輸出設(shè)備的分析、分類和整理，進行了相應(yīng)的i/o地址分配。本設(shè)計的i/o分配如表3-3所示。表3-3 i/o分配表名稱類型符號地址啟動按鈕disb1i0.6復(fù)位按鈕disb2i0.7停止按鈕disb3i1.0急停按鈕disb4i1.1上行按鈕disb5i1.2下行按鈕disb6i1.3左行按鈕disb7i1.4右行按鈕disb8i1.5位置傳感器dis0i1.6遠/近程模式選擇開關(guān)dis1i2.0手/自動模式選擇開關(guān)dis2i2.1上限位開關(guān)disq1i2.2下限位開關(guān)di

32、sq2i2.3左限位開關(guān)disq3i2.4右限位開關(guān)disq4i2.5續(xù)表3-3 i/o分配表名稱類型符號地址步進電機1dom2q0.0步進電機2dom3q0.1步進電機1方向dodir1q0.3步進電機2方向dodir2q0.4系統(tǒng)指示燈dohl1q2.0報警指示燈dohl2q2.1遠程控制指示燈dohl3q2.2就地控制指示燈dohl4q2.3手動模式指示燈dohl5q2.4自動模式指示燈dohl6q2.5直流電機dom1q2.73. 4硬件原理圖外界電源通過連接一個低壓斷路器作為手動通電開關(guān)，而后通過開關(guān)電源將引進的220v的電壓轉(zhuǎn)換為24v電壓為各設(shè)備供電，為實現(xiàn)plc對步進電機的控制

33、需要連接步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器應(yīng)與開關(guān)電源所引出的兩根電線相連，而直流電機的控制主要是使用繼電器。電路硬件接線原理圖如圖3-6至圖3-8。圖3-6主電路原理圖圖3-7cpu接線 圖3-8數(shù)字量輸入/輸出模塊接線3. 5操作面板和控制面板設(shè)計本設(shè)計根據(jù)硬件選型中所需電器元件的數(shù)量和尺寸大小，將其在機架上的安裝位置進行了合理化的布置，并繪制相應(yīng)的控制面板布局圖及操作面板布局圖。如圖3-9至圖3-10所示。圖3-9控制面板布局圖圖3-10操作面板布局圖4 軟件設(shè)計本設(shè)計采用梯形圖語言編程，梯形圖編程的優(yōu)點在于中簡單、直觀、易讀好懂，根據(jù)本設(shè)計項目的控制工藝要求可采用模塊化編程可使程序較清晰，

34、便于修改和擴充等。4. 1 程序結(jié)構(gòu)根據(jù)對整體控制工藝要求分析，本項目程控制工藝較為復(fù)雜，因而采用模塊化編程將機器視覺檢測臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計項目分解成幾個子系統(tǒng)，編寫各自的子程序進行控制。其中在主程序ob1設(shè)置各子程序塊調(diào)用條件來控制調(diào)用個子程序塊，添加功能塊fc10作為急停子程序編寫對急停按鈕的處理指令，fc20用來編寫攝像頭回復(fù)初始位置的子程序，fc30可作為手動控制攝像頭左右及上下移動的點動子程序，fc40設(shè)為自動子程序用于遠程監(jiān)控下攝像頭自動調(diào)節(jié)的精確定位，而fc50用于放映攝像頭到各限位時的報警子程序。綜上所訴本設(shè)計程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1。圖4-1程序結(jié)構(gòu)圖4. 2 主程序分析主程序

35、ob1主要是進行各子程序的條件調(diào)用，當相應(yīng)的條件滿足后可以調(diào)用相應(yīng)子程序；以實現(xiàn)相應(yīng)的控制需求。主程序ob1的程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2主程序流程圖 本設(shè)計應(yīng)對步進電機進行精確控制，而在s7-300plc中，脈沖輸出的編程需要通過調(diào)用系統(tǒng)功能塊(sfb)進行，脈沖輸出功能塊為sfb49?？刂粕迪到y(tǒng)的步進電機的脈沖輸出通道設(shè)為0通道，控制水平移動的步進電機脈沖輸出通道采用1通道。相應(yīng)程序設(shè)計如圖4-3所示。圖4-3 sfb49指令調(diào)用4. 3急停子程序為保障機器視覺檢測臺的設(shè)備安全運行以及操作人員的人身安全，若遇到任何緊急情況，可按下控制面板上的“急停按鈕”，使各執(zhí)行部件立即停止動作，

36、并維持在當前狀態(tài)以避免發(fā)生意外。急停程序如圖4-4。圖4-4急停子程序4. 4復(fù)位子程序若按下啟動按鈕時系統(tǒng)指示燈閃亮攝像頭不在初始位置，需按下操作面板上的“復(fù)位按鈕”調(diào)用復(fù)位子程序，開始執(zhí)行復(fù)位程序使攝像頭移動到初始位置，攝像頭到達初始位置后系統(tǒng)指示燈變?yōu)槌Ａ?。?fù)位程序如圖4-5。圖4-5復(fù)位程序4. 5手動子程序若滿足手動子程序調(diào)用條件，可調(diào)用并執(zhí)行手動子程序，在手動模式下按下操作面板的上行按鈕攝像頭向上運行，按下操作面板的下行按鈕攝像頭向下運行，按下操作面板的左行按鈕攝像頭向左運行，按下操作面板的右行按鈕攝像頭向右運行，這可實現(xiàn)攝像頭的點動控制可以手動調(diào)節(jié)攝像頭的位置。手動控制程序如圖4

37、-6。圖4-6手動程序4. 6自動子程序自動子程序是在遠程模式下才可調(diào)用的，為通過對自動子程序的編寫來實現(xiàn)步進電機的精確定位需要進行相應(yīng)的分析。步進電機有步距角，它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，本設(shè)計中的步進電機的步距角為=1.8°。它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。本設(shè)計的步進電機驅(qū)動器對步進電機步距角進行了二分故=0.9°，步進電機每轉(zhuǎn)一周是360°，每轉(zhuǎn)一周需要的脈沖數(shù)導(dǎo)軌絲杠的導(dǎo)程s=8mm，故步進電機每轉(zhuǎn)一周滑塊移動8mm，則滑塊移動1mm需要脈沖在硬件組態(tài)的脈寬參數(shù)設(shè)置

38、中脈沖周期t=4×0.1ms。滑塊移動1mm需要時間本設(shè)計應(yīng)用的是s odt：接通延時定時器，每個定時器占用定時狀態(tài)的1位地址空間和定時時間值的16位地址空間，定時時間值以bcd碼的格式存放，本設(shè)計才用的時間基準是10ms,假設(shè)需要移動的距離為x mm則所需時間為2xms。在wincc參數(shù)畫面中添加相應(yīng)的“輸入/輸出域”連接相應(yīng)變量，給定x的值，運用整數(shù)乘法指令：mul i將x乘2后放進另一字節(jié)中如圖4-7所示；調(diào)用轉(zhuǎn)換器i bcd指令，將整數(shù)轉(zhuǎn)換為16位的bcd碼轉(zhuǎn)存到mw20中如圖4-8所示；調(diào)用s odt：接通延時定時器，將mw20放在定時時間值輸入端如圖4-9所示。圖4-7

39、mul i指令圖4-8 i bcd指令圖4-9 s odt指令4. 7報警子程序若在手動模式下運行時攝像頭到達各限位觸及限位開關(guān)后，若繼續(xù)按下相應(yīng)方向的按鈕開關(guān)則報警燈亮。若在自動模式下運行時攝像頭移動到各限位后，還未到達設(shè)置時間會導(dǎo)致報警燈亮。報警程序如圖4-10。圖4-10 報警程序5 上位設(shè)計對于具有實際應(yīng)用價值的plc控制系統(tǒng)來講，除了硬件設(shè)備和控制軟件之外，還應(yīng)有便于用戶操作的人機界面。在上位界面中可以顯示當前設(shè)備的工作狀態(tài)，也可以通過操作界面對設(shè)備的運行過程進行控制，上位畫面主要有初始畫面，運行畫面，參數(shù)畫面，報警畫面組成。初始畫面主要用于操作人員登錄及各畫面調(diào)用；運行畫面主要用于

40、監(jiān)視工作臺運行情況和參數(shù)畫面、報警畫面的調(diào)用；參數(shù)畫面在于設(shè)置所需數(shù)據(jù)對工作臺進行相應(yīng)控制；報警畫面是作為發(fā)生各類操作問題及安全問題進行相關(guān)報警提示級信息記錄；上位畫面結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1上位畫面結(jié)構(gòu)圖5. 1 新建項目創(chuàng)建項目后，wincc運行系統(tǒng)將采用項目的默認設(shè)置。然而，本設(shè)計所設(shè)計的上位程序需要在不同的計算機上運行，而若將其他計算機組態(tài)的wincc項目復(fù)制到另一個計算機時，需修改“計算機屬性”中的計算機名稱使其與運行wincc的計算機名稱相同，否則無法運行該項目。因本項目具有報警功能需要報警記錄運行系統(tǒng)等設(shè)置。項目屬性設(shè)置如圖5-2至圖5-3所示。圖5-2計算機屬性設(shè)置圖形運行

41、系統(tǒng)圖5-3計算機屬性設(shè)置啟動5. 2 建立上位監(jiān)控的通訊通信驅(qū)動程序用于wincc與所連接的plc控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。在創(chuàng)建過程變量前，必須安裝與plc控制系統(tǒng)相匹配的通信驅(qū)動程序，并至少創(chuàng)建一個過程連接。5.1.1 添加新的驅(qū)動程序單擊wincc項目管理中的“變量管理”，并在鼠標右鍵快捷菜單中選擇“添加新的驅(qū)動程序”命令，打開“添加新的驅(qū)動程序”窗口，在此窗口下選擇為simatic s7協(xié)議組的simatic s7 protocol s，其支持西門子s7-300cpu的各種通信協(xié)議，如圖5-4所示。圖5-4添加新的驅(qū)動程序5.1.2建立新驅(qū)動程序的鏈接本設(shè)計僅是計算機與一個cpu進行短

42、距離信息傳輸且所需傳輸數(shù)據(jù)量較小，故兩者之間的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用mpi網(wǎng)絡(luò)。參數(shù)設(shè)置如圖5-5至圖5-6所示。圖5-5建立新驅(qū)動程序的鏈接圖5-6系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置5. 3建立變量在wincc運行環(huán)境下，設(shè)備的運行狀況應(yīng)實時反映在變量的數(shù)值中，操作人員可以監(jiān)視過程數(shù)據(jù)，同時操作人員在計算機上發(fā)布的指令也是通過變量傳送給檢測臺相應(yīng)運行機構(gòu)；為了實現(xiàn)項目的上位控制要求，本項目建立了與plc有過程鏈接的外部變量。變量表如圖5-7所示。圖5-7wincc變量表5. 4 初始畫面在初始畫面中設(shè)置了兩個按鈕，分別是登錄按鈕、進入畫面按鈕。在進入各運行畫面之前需要進行登錄，如果無法登錄則不能進行上位運行操作及各畫面監(jiān)控

43、。只有登錄成功后才可點擊按鈕進入相應(yīng)畫面。操作人員完成相應(yīng)操作后，可以點擊退出按鈕退出登錄。初始畫面設(shè)置如圖5-8所示。圖5-8初始畫面5. 5 運行畫面在初始登錄畫面中登錄成功后，單擊運行畫面按鈕后跳轉(zhuǎn)至運行畫面。而在運行畫面中設(shè)有一個系統(tǒng)指示燈、報警指示燈、遠/近程模式選擇指示燈、位置傳感器和傳輸機構(gòu)、升降機構(gòu)、水平移動機構(gòu)，初始畫面按鈕、報警畫面按鈕、退出運行按鈕。在運行畫面中，還可以對報警畫面進行監(jiān)控。運行畫面如圖5-9所示。圖5-9運行畫面5. 6 報警畫面在運行畫面中單擊報警畫面按鈕后彈出報警畫面窗口查看報警信息。在運行過程中當?shù)竭_限位開關(guān)若還繼續(xù)運行電機則會產(chǎn)生報警。報警畫面如圖

44、5-10所示。圖5-10報警畫面5. 7 參數(shù)畫面在運行畫面中可以對參數(shù)畫面進行監(jiān)控，參數(shù)畫面中設(shè)有遠/近程模式選擇按鈕；在遠程模式下點擊手動按鈕調(diào)用手動子程序，然后單擊上行、下行、左行、右行按鈕中的任一各控制設(shè)備運行，進行電動控制。在自動模式下，可在文本輸入框中輸入給定的移動距離來實現(xiàn)攝像頭的精確定位，設(shè)置完成后點擊退出設(shè)置按鈕可回到運行畫面。參數(shù)畫面設(shè)置如圖5-11所示。圖5-11參數(shù)畫面6調(diào)試plc的調(diào)試分為硬件調(diào)試與軟件調(diào)試，硬件調(diào)試主要是對控制面板與操作面板的接線進行測試。軟件的調(diào)試即程序調(diào)試，程序調(diào)試的目的是測試程序、查找錯誤、修改錯誤，直到能夠?qū)崿F(xiàn)程序的功能為止。硬件調(diào)試的方法是

45、在打點之前，根據(jù)i/o分配表在項目中創(chuàng)建一個符號表，創(chuàng)建主程序ob1，打開主程序ob1，在ob1中調(diào)用“監(jiān)控/修改變量”工具，在變量表中輸入要修改或監(jiān)視的變量，一般順序是先選擇輸入變量，然后選擇受輸入影響以及影響輸出的變量，最后選擇輸出變量。輸入變量完成后，按下相應(yīng)按鈕觀察變量表中對應(yīng)的狀態(tài)值是否正確，如果不正確可能是地址輸入錯誤或接線存在問題，可用對照符號表與變量表以及相應(yīng)i/o變化，若是接線問題，運用萬用表檢查相應(yīng)接線是否接通。程序調(diào)試的類型有現(xiàn)場調(diào)試、聯(lián)機調(diào)試、脫機調(diào)試與仿真調(diào)試；程序設(shè)計好后或程序調(diào)試時plc硬件設(shè)備不在身邊，一般先作仿真調(diào)試，然后再聯(lián)機調(diào)試。結(jié) 論高精度檢測技術(shù)作為推

46、進工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵,機器視覺檢測系統(tǒng)因具有精度高、在線、實時、非接觸等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而現(xiàn)行市場中的機器視覺檢測設(shè)備并不能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的精確定位，本設(shè)計通過對步進電機的控制以及脈沖信號的處理可使攝像頭在高度和水平方向均能進行自動調(diào)節(jié)和高精確定位。同時本設(shè)計成功完成了控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，并在上位監(jiān)控中可實現(xiàn)對系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和顯示報警等功能；實現(xiàn)上位監(jiān)控和控制系統(tǒng)之間的通信。本設(shè)計的控制器及上位監(jiān)控軟件都可調(diào)換為更加經(jīng)濟的型號。致 謝通過近兩個月的努力本設(shè)計也接近尾聲，本設(shè)計研究論文是在我的導(dǎo)師劉長青老師的辛勤指導(dǎo)下完成的。劉長青老師從畢設(shè)選題、開題報告、論文框架梳理到細節(jié)修改，都給予了細致耐心的指導(dǎo)，提出了很多寶貴的意見與建議，因涉及的知識較多，而我本身相關(guān)經(jīng)驗不足，盡管老師平時代課任務(wù)重，仍會在百忙中抽出時間進行相應(yīng)的知識及技術(shù)指導(dǎo)。老師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神對我產(chǎn)生重要影響。感謝所有工業(yè)自動化教研組的所有老師，本論文的順利完成，離不開各位老師的關(guān)心和幫助。感謝實驗室的王淑芳，張東波等老師的指導(dǎo)和幫助；感謝北京聯(lián)合大學(xué)大學(xué)各位領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心、支持和幫助。同時感謝一直陪伴著我的小伙伴們，感謝他們在日常生活中的幫助與支持；