滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計.doc

目次1、緒論.31.1選題背景及意義.312國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀.31.3本文的主要工作.42滑塊厚度檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu).521檢測對象.522測量傳動機構(gòu).523滑塊的檢測原理.624分類機構(gòu).73檢測平臺的控制系統(tǒng)設(shè)計.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)與上位機的通信接口.124控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.1341上位機軟件.1342PLC控制軟件.15421PLC主控軟件設(shè)計.15422步進電機的開環(huán)運動控制.164221前級驅(qū)動步進電機的輸出特性.前級驅(qū)動部分步進電機驅(qū)動器的特性.分類步進電機的矩頻特性.分類步進電機控制器特性.184225PLC對步進電機的控制方法.184PLC與工控機的通信設(shè)計.234PLC控制軟件的功能設(shè)計.主程序Main.初始化程序Initial.2分類子程序Micro_SORT.2Run_Motor1.2Stop_Motor1.2報警程序Alarm.2自啟動子程序Reset.285系統(tǒng)的可靠性設(shè)計.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.315.4SSR及電機的保護.315.5分類口分布的優(yōu)化設(shè)計.315.6軟件的優(yōu)化設(shè)計.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.361、緒論1.1選題背景及意義滑塊是空氣壓縮機及空調(diào)中的一個關(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，嚴重影響空調(diào)制冷制熱效果的好壞。如今隨著市場對空調(diào)及空氣壓縮機需求的擴大，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(chǎn)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，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，檢測成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵性一環(huán)。為此，研制了這套滑塊自動化檢測系統(tǒng)。12國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀可編程控制器(PLC)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，成為實現(xiàn)單機、車間、工廠自動化的核心設(shè)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(shù)據(jù)處理能力強和網(wǎng)絡通信能力也集成在一起，成為自動化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱(PLC、機器人、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。目前在國內(nèi)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(xiàn)運動控制、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。在現(xiàn)場控制領(lǐng)域，PLC以其抗干擾能力強、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單和通用性強的特點，廣泛用于實現(xiàn)生產(chǎn)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(chǎn)過程中，控制驅(qū)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(xiàn)脈動定位控制，實質(zhì)是對電動機進行脈動控制。通過使電動機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個較低的平均速度下實現(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機的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)通信的典型應用實例，闡述了PLC在交流異步電動機自動化控制領(lǐng)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(jié)構(gòu)，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(shè)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(gòu)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(jié)合起來，取得了良好的效果。將PLC應用于生產(chǎn)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(shù)與PLC和回路調(diào)節(jié)器相配合，按照工藝流程的要求，對整個生產(chǎn)線中的各種電機、閥門等開關(guān)和溫度、壓力、液位等模擬量進行檢測控制。用計算機對生產(chǎn)工序進行自動監(jiān)控和管理提高了企業(yè)的生產(chǎn)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類機構(gòu)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(chǎn)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(xiàn)了對步進電機的精確控制，大大簡化硬件電路的構(gòu)成24。1.3本文的主要工作依據(jù)滑塊厚度檢測的工藝和檢測方法，本文主要在以下幾個方面展開了工作：（1）根據(jù)系統(tǒng)的控制功能要求設(shè)計控制系統(tǒng)的總體方案，并對其可行性進行分析并論證；（2）設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件電路，并分析硬件的可靠性和安全性；（3）設(shè)計和編制控制系統(tǒng)的軟件，并通過現(xiàn)場調(diào)試證明軟件設(shè)計的合理性和完善性；（4）定義完善的PLC與上位機的通信協(xié)議，并在調(diào)試種對其完整性和合理性進行分析驗證；（5）對步進電機的性能進行分析，設(shè)計較為合理的步進電機控制方案。2滑塊厚度檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)21檢測對象滑塊是空調(diào)和空氣壓縮機中的一個關(guān)鍵部件。本系統(tǒng)所要檢測的對象滑塊的正面形狀如圖2.1所示：圖2.1滑塊滑塊在檢測過程中主要檢測滑塊的厚度、兩表面的平行差等參量。經(jīng)研究討論設(shè)計為檢測每一表面的兩對角線上三個點作為判定依據(jù)，計算滑塊是否合格，并根據(jù)厚度、平行差是否超限分為七類（詳細分類見4.2.2）。對滑塊的平面度和厚度檢測有一定要求，測量精度較高，測量分辨率要求達到0.1m。測量傳感器采用密封式光柵位移傳感器，測量精度達到0.025m，滿足測量精度的要求。其幾何尺寸如圖2.2所示：圖2.2滑塊的幾何尺寸22測量傳動機構(gòu)測量傳動機構(gòu)主要有測量平臺和傳動機構(gòu)組成。其整體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。機械結(jié)構(gòu)是整個檢測平臺的基體。圖2.3中，1是測量傳感器安裝位置；2是傳動輪；3是出料口。測量平臺是整個測量用的定位基準面。傳動機構(gòu)采用同步齒形帶與相應類型的帶輪配合，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量傳送。在測量完畢后，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構(gòu)。夾具布滿整個工作導軌，并隨傳動帶循環(huán)運動，滑塊從入料口進入傳送軌道，在某一時刻必定有一夾具與之配合。圖2.3測量傳動機構(gòu)23滑塊的檢測原理測量平臺分為上下兩層，滑塊隨傳送帶運動，分別檢測其上下表面。測量平臺是滑塊幾何量測量的基準，為避免測量平臺的精度引入測量誤差，測量平臺的表面加工精度遠高于滑塊的表面要求精度。滑塊的檢測原理如下：圖2.4滑塊的檢測原理滑塊測量過程中，滑塊相對于工作臺以速度V作滑動運動。為保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動機構(gòu)的振動引入附加的測量誤差，造成測量結(jié)果的失真。傳動裝置采用同步帶傳送，并在測量傳感器前加裝加緊裝置，避免傳送帶的跳動引入額外的測量誤差，從而大大減少了傳動機構(gòu)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1度旋轉(zhuǎn)，還要翻轉(zhuǎn)180度。在測量平臺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）。滑塊的180度翻轉(zhuǎn)，則通過設(shè)計流水線的空間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。如圖2.4所示，滑塊隨傳送帶運動到下面的測量平臺時，剛好翻轉(zhuǎn)了180度。出料口V24分類機構(gòu)滑塊通過一個滑道傳送至分類機構(gòu)。分類機構(gòu)是帶開口的勻質(zhì)圓盤，可繞其中心軸轉(zhuǎn)動，在開口槽的兩側(cè)沿圓周方向均勻分布7個出口。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，每一個滑道裝有一個接近開關(guān)（記為分類完成信號），共有七個。分類機構(gòu)由PLC依據(jù)接收到的分類信息控制步進電機旋轉(zhuǎn)相應的角度，將滑塊分類出去。PLC對分類電機的控制是通過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(jù)管線的實現(xiàn)方