藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計

46頁 20000字數(shù)+論文說明書+任務書+18張CAD圖紙【詳情如下】

AD轉(zhuǎn)換過程.dwg

VA11簡圖.dwg

不同軸的主要情形.dwg

不平衡與不對中變化形式.dwg

不平衡的振動頻譜.dwg

任務書.doc

信號復原.dwg

偏態(tài)和峭度.dwg

外文翻譯--平面度測量.doc

總圖.dwg

概率密度函數(shù)的定義.dwg

模擬信號數(shù)字處理過程.dwg

正弦函數(shù).dwg

測診系統(tǒng)組成框圖.dwg

混頻現(xiàn)象.dwg

激振力.dwg

激振力1.dwg

相對判斷標準.dwg

離散傅里葉變換的圖解分析.dwg

藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計開題報告.doc

藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計論文.doc

試驗臺簡圖.dwg

幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計

目  錄

中文摘要 I

英文摘要 II

1  緒論 1

1.1測試系統(tǒng)的設計特點 1

1.2  課題設計背景簡介 1

1.3  本課題完成的主要工作 2

2 系統(tǒng)方案論證及總體設計 3

2．1  系統(tǒng)方案論證 3

2.1.1  系統(tǒng)的設計要求 3

2.1.2  系統(tǒng)方案選擇 4

2.2  系統(tǒng)總體設計 6

3  硬件系統(tǒng)設計 8

3.1 系統(tǒng)I/O分析 8

3.2  硬件系統(tǒng)主要設備及元器件選擇 9

3.2.1  S7-200PLC CPU及擴展模塊的選用 9

3.2.2  電動閥的選用 10

3.2.3  壓力傳感器的選用 11

3.3  硬件系統(tǒng)設計 12

4  系統(tǒng)程序設計 13

4.1  系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 13

4.2  系統(tǒng)的框架和工作過程 13

4.3 PLC系統(tǒng)I/O地址分配 15

4.4 部分關(guān)鍵程序的設計 20

4.4.1  模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 20

4.4.2  模擬量值處理程序 23

5  系統(tǒng)的設計 24

5.1  系統(tǒng)實現(xiàn)的的功能 24

5.2  系統(tǒng)的框架和工作過程 25

6  系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 30

6.1  硬件調(diào)試及結(jié)果分析 30

6.2  聯(lián)機調(diào)試及結(jié)果分析 32

7  結(jié)論 34

致謝 35

參考文獻 36

摘    要

本課題主要完成的是藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計試裝置的整體設計。本文首先對課題的提出和要求進行了簡介，然后對其控制方案進行了論證。隨后從硬件和上、系統(tǒng)設計進行了介紹。在控制系統(tǒng)硬件設計中，給出了詳細的硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖和電氣原理圖，并對主要設備及元器件進行了選擇；軟件設計分兩大部分敘述，在控制系統(tǒng)程序設計部分，給出了詳細的軟件結(jié)構(gòu)，并對典型環(huán)節(jié)的程序設計進行了分析討論；在程序部分，對組態(tài)程序畫面的程序設計即實現(xiàn)的功能進行了全方位的介紹。

在系統(tǒng)設計完成后，對其進行了簡單的調(diào)試，對試驗調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和結(jié)果進行了分析討論。結(jié)果證明，本設計軟硬件系統(tǒng)設計基本合理，能夠完成對藥筒幾何誤差氣密性測試的任務。

關(guān)鍵詞：電動閥；氣密性；可編邏輯控制器；力控

ABSTRACT

The main issue is the complete PLC control system based on pressure vessels leak test device's overall design. This article first raised the subject and requirements of the profile, then its control program were demonstrated. Then from the hardware and on the lower computer system was introduced. In the control system hardware design, gives a detailed chart of the hardware systems and electrical schematics, and major equipment and components were selected; software design partial description of two parts, the next position control system design part of the program, to out a detailed software architecture, and typical programming session were discussed; in some PC programs on the configuration screen of the programming process to achieve the functionality of the full presentation. 

    In the system design is complete, its for a simple debugging, debugging of the test problems and results are discussed. The results show that the design of hardware and software system design is rational, the pressure to complete the task of testing airtight container

KEY WORDS：electric valve，programmable Logic Controller，F(xiàn)orce control 

1  緒論

本課題藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計是基于當今航空航天領(lǐng)域中對于航天器材的耐壓性和密封性檢測而提出的，特別是在軍事工業(yè)檢測控制需求的基礎(chǔ)上提出的。課題起初的提出是為了檢測戰(zhàn)斗機導彈發(fā)射的作動筒的耐壓性和密封性，但是試驗證明對于其它普通器件檢測也完全能達到要求，因此它也具有通用性。為了把壓力元件測試過程及控制系統(tǒng)的流程更系統(tǒng)全面的展示給大家，特介紹如下。

1.1測試系統(tǒng)的設計特點

藥筒幾何誤差測試是一個綜合性的技術(shù)問題，它與測試系統(tǒng)的精密測試、人身安全、設備安全、仿真模擬、通用測試以及PLC與組態(tài)的綜合利用等技術(shù)問題有密切的關(guān)系，也是人們利用力控軟件為實際工程設計應用的一項重要應用技術(shù)，具有理論研究與實踐經(jīng)驗密切結(jié)合的特點，因而是力控軟件與PLC應用實現(xiàn)安全與經(jīng)濟運行的基本技術(shù)應用。

藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控也一直是電子工作者十分關(guān)注的課題之一，藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控的設計必須與整個系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃進行技術(shù)經(jīng)濟比較，必須全面考慮其技術(shù)和經(jīng)濟指標。隨著PLC電子技術(shù)的迅速發(fā)展和工控質(zhì)量要求的提高，選擇一種有效的藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控應經(jīng)成為十分必要的。

1.2  課題設計背景簡介

本課題的提出是為了解決航天軍工中對于多個藥筒幾何誤差在同一壓力值下同時測試和對同一個容器進行不同壓力值的測試。具體要求是同時可以進行5個以上的作動筒密封性檢測；同時可以進行5個以上的產(chǎn)品密封性檢測；試驗進行過程具備可靠的安全保護功能；能夠精確測試壓力范圍在0.1～35MPa的各種產(chǎn)品的密封性試驗、耐壓性試驗。對于耐壓性要求氣路系統(tǒng)分別充壓30Mpa，保壓10min檢測無明顯泄漏。充壓15Mpa± 0.2Mpa，保壓24h檢測壓力泄漏不大于1Mpa。

藥筒幾何誤差氣密性測試及監(jiān)控的確定是一個系統(tǒng)工程、不同地區(qū)、工業(yè)控制、不同發(fā)展階段和不同測試對象，考慮的側(cè)重點不同。是針對高標準的軍用藥筒幾何誤差產(chǎn)品性能測試要求而設計的，它與一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比有幾個特別之處。其一，高壓氣源從管道一端流進，大約8秒鐘測試完畢一次，要求采集速率為5次/秒以上；其二，由于藥筒幾何誤差產(chǎn)品眾多，分門別類設計相應的測試平臺不太現(xiàn)實，另行設計一個通用的測試平臺；其三，測試介質(zhì)壓力極高給設備選型帶來一定的困難，特別是適合高壓的電控調(diào)節(jié)閥的選型非常困難，本項目設計實施過程中，把高壓手動調(diào)節(jié)閥改成了電控調(diào)節(jié)閥。

工作人員把需要測試的閥安裝到測試平臺上，調(diào)節(jié)各個開關(guān)設置。檢查整個控制電路。 檢查PLC設置與力控軟件。輸入密碼或者直接使用，可以根據(jù)用戶要求選擇。當我們確定無誤后，可以執(zhí)行以下操作：

(1)．打開開始按鈕，進入運行程序。 

(2)．若無報警，調(diào)節(jié)控制閥開度，可以直接由鍵盤輸入。

(3)．按下顯示曲線按鈕，生成曲線。

(4)．觀察曲線，判斷測試閥是否合格。

整個設計系統(tǒng)，我們把整個控制系統(tǒng)由S7-200 PLC控制，電機的脈沖控制由按鈕產(chǎn)生。電機所轉(zhuǎn)的脈沖經(jīng)過編碼器采集，脈沖數(shù)在程序中有高速計數(shù)器計數(shù)。調(diào)節(jié)目標由鍵盤人為輸入控制。組態(tài)系統(tǒng)由力控軟件和自己購買的元器件打架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。結(jié)合各個元器件的共同云霞下實現(xiàn)藥筒幾何誤差。本系統(tǒng)硬件部分由工控機（IPC）、PLC CPU-224及其他電氣元件組成，全部裝配到一個電氣控制柜中。系統(tǒng)需要采集的信號包括8個模擬量和多個數(shù)字量，前后壓力變送器及流量計信號全部接入EM231中，PLC完成調(diào)節(jié)閥開度的自調(diào)節(jié)，并且采集一路壓力信號。整個系統(tǒng)操作靈活，方便。

藥筒幾何誤差裝置的實用性和方便性已經(jīng)使廣大的消費者既超越了現(xiàn)在所面臨的經(jīng)濟和知識門檻，又享受到了全自動測試系統(tǒng)的方便和快捷。因此藥筒幾何誤差平臺有著巨大的潛在市場，有待我們進一步開發(fā)和培育。因此基于藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是一個有效的，方便的，可實施的系統(tǒng)。下面將提供一個關(guān)于基于藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的可行的設計方案。

1.3  本課題完成的主要工作

本課題主要完成的任務是：第一，依照課題的技術(shù)要求對系統(tǒng)整體方案進行論證，并初步形成一個總體的設計方案。第二，對方案中的硬件部分進行設計、并對主要設備選型，以求達到設計的要求。第三，對系統(tǒng)的控制系統(tǒng)程序進行設計，編制。第四，對系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件進行再開發(fā)，設計滿足系統(tǒng)整體要求的平臺。第五，對已成型的系統(tǒng)進行硬件安裝調(diào)試，和聯(lián)機調(diào)試，以期達到事先希望得到的穩(wěn)定的控制任務。

2 系統(tǒng)方案論證及總體設計

7  結(jié)論

本設計是在綜合相關(guān)已有成果的基礎(chǔ)上，針對藥筒幾何誤差裝置的設計問題進行的研究和開發(fā)。經(jīng)過調(diào)試和改進之后，系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了既定的功能，甚至在某些方面還預留了一些冗余，以備以后在開發(fā)使用。

本課題藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計試裝置的設計，在功能上完全達到了預期的目標，在過程順序控制中，完成了以下控制功能：

（1）實現(xiàn)了在四個不同壓力范圍下測試氣密性的要求。

（2）完成了對5路藥筒幾何誤差耐壓性、密封性按照預設的測試。

根據(jù)工藝設定的目標參數(shù)，由程序自動完成試驗過程中實時監(jiān)控、調(diào)整的判斷、完成需要的各種控制功能。自動控制氣路中相應的電動閥的開閉，實現(xiàn)自動控制壓力的效果，并可在上顯示生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)。

（3） 強大的人機界面交互功能

在設置人機交互畫面，采用高級語言編寫計算機程序界面，可以完成系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整、生產(chǎn)過程控制、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集等主要功能。數(shù)據(jù)的輸入及數(shù)據(jù)的顯示，觀測方便，操作簡便，界面布局合理、美觀。

（4）具有一定的保護功能

實驗開始的時候檢測各種執(zhí)行部件的工作狀態(tài)，檢測藥筒幾何誤差的壓力；在實驗的過程中也嚴格的根據(jù)工藝的要求進行各項操作，一旦出現(xiàn)異常情況自動報警，設置緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)異常情況，可以隨時中止系統(tǒng)并退出試驗。

系統(tǒng)雖然基本完成了既定的技術(shù)功能，但是，由于設計過程時間較短，以及本人的知識、技術(shù)水平較為淺薄，因此設備再某些方面還需進一步改進，譬如聯(lián)機反映速度方面。

從設計的結(jié)果可以看出,對于一項工業(yè)控制系統(tǒng)，都包含了多方面的技術(shù)支持。而且對于任何一項系統(tǒng)只要我們肯努力去探討都可以尋找到更加切實有效的行使方案，可以使整個系統(tǒng)的功能和應用再上了一個新臺階。所以這必將使工業(yè)控制系統(tǒng)在未來不遠的時間內(nèi)朝著更加完善、實用、全面、健康的方向持續(xù)的發(fā)展。 

致    謝

經(jīng)過半年多的查資料、整理材料、系統(tǒng)設計、寫作論書，今天終于可以順利的完成說明書最后的謝辭了，想了很久，要寫下這一段謝詞，自己想想求學期間的點點滴歷歷涌上心頭，時光匆匆飛逝，四年的努力與付出，隨著論文的完成，大學的學習生活，也宣告結(jié)束。

在畢業(yè)設計這段時間讓我對基于PLC的藥筒幾何誤差控制系統(tǒng)設計有了清晰的認識，同時讓我對PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的應用有了更深層次的了解。從一開始的課題分析，到元器件的選型和采購，再到硬件的設計和軟件的調(diào)試。一路走來，我學到了很到課本上學不到的知識和提高了自己的動手實踐能力。通過這次畢業(yè)設計，我不僅大大提高了模型規(guī)劃、系統(tǒng)設計和軟件編程的能力，自身的各方面的素質(zhì)也得到了提高。同時也培養(yǎng)了我的團隊協(xié)作精神。這次課程設計也提高自學的能力與軟件應用能力，為今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

這半年的時間，我學到了許多東西，不但有學習方面得，更學到了許多作人得道理，對我來講受益非淺．作為一個即將踏入社會得年輕人來講，什么都不懂，沒有任何社會經(jīng)驗。這就要求要有一套學習知識的系統(tǒng)，遇到問題自己能通過相關(guān)途徑自行解決能力。因為在工作中遇到問題各種各樣，并不是每一種情況都能把握。在這個時候要想把工作做好一定要有良好的學習能力，通過不斷的學習從而掌握相應技術(shù)，來解決工來中遇到的每一個問題。

在畢業(yè)設計期間，最需要感謝的是我的指導老師王永華教授，是他的耐心指引讓我眼前一亮，引領(lǐng)我領(lǐng)略到知識的奇妙，開拓我的視野；是他的平易近人與親切讓我們更懂得如何團結(jié)互助；是他給了我們戰(zhàn)勝編程開發(fā)過程中的種種困難的勇氣，是他的諄諄教導帶給我們積極探索的追求。

飲其流時思其源，成吾學時念吾師。在本科學業(yè)就將完成的時刻，我謹向我的指導老師王永華教授以及學院的老師們表示誠摯的謝意和崇高的敬意。大學之大，不在大樓，而在老師。老師們才高八斗，學富五車，授我以專業(yè)知識；老師們高屋建瓴，寧靜致遠，予我以嚴謹之邏輯；大師們博聞多識，學高身正，是我學習的楷模。我祝愿老師們工作順利，再育桃李！在我的周圍總有一群風華正茂的有志青年在幫助我，謝謝你們，我的同窗好友，祝愿你們?nèi)f事順意，宏圖大展，前程似錦。

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畢業(yè)設計任務書 學 院、系 ： 機械自動化 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 學 號： 設計題目 ： 藥筒幾何誤差自動檢測 裝置控制系統(tǒng)設計 起 迄 日 期 : 設 計 地 點 : 機械工程與自動化學院 指 導 教 師 : 系 主 任 : 發(fā)任務書日期 : 2011年 2 月 21日 任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng) 學生所在系 的負責人 審查、系領(lǐng)導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一 周內(nèi)填好并發(fā)給學生； 2． 任務書內(nèi)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(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3． 任務書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導審批后方可重新填寫； 4． 任務書內(nèi)有關(guān)“學院、系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號（如 0201140102,為 10 位數(shù)），不能只寫最后 2位或 1位數(shù)字； 5． 有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按 照國標 7408— 94《數(shù)據(jù)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(shù)字書寫。如“ 2004年 3月 15 日”或“ 2004 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1．畢業(yè)設計課題的任務和要求： 該同學承擔“ 藥筒幾何誤差自動檢測 裝置控制系統(tǒng)設計 ” 的 任務。 設計要求：能實現(xiàn) 激光探測器對 藥筒 的底面和錐面的形位公差和尺寸公差的檢測 。 2．畢業(yè)設計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 具體工作內(nèi)容： （ 1）制定總體控制方案； （ 2）設計控制系統(tǒng)硬件線路； （ 3）設計控制軟件； （ 4）翻譯外文資料； 技術(shù)要求： 根據(jù)產(chǎn)品線設計要求 （ 1）年生產(chǎn)任務 6萬件 （ 2）年有效工作天數(shù)為 250 天 （ 3）每班有效工作小時為 6 小時 設計檢測系統(tǒng)節(jié)拍為：每班產(chǎn)品量＝ 60000/250＝ 240 件，每小時生產(chǎn)產(chǎn)品為240/6=40 件，則每個產(chǎn)品生產(chǎn)時間＝ 3600/40＝ 90 秒 為此設計系統(tǒng)的檢測速度為： 90 秒 /件。設每件產(chǎn)品的輔助檢測時間為： 30 秒，直焊縫最大長度為： 600每秒檢測速度為 20。 被檢工件： 圖 1 工件 運動 方式： 工件旋轉(zhuǎn)，探測器 相對工件 沿徑向和軸向的運動， 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對畢業(yè)設計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計、圖紙、實物樣品等 )： （ 1）控制原理圖 1 張 （ 2）調(diào)試通過的控制軟件 1 套 （ 3）設計說明書 1 份 （ 4）英文翻譯資料 1 份 （ 5） 件設計圖 1 份 4．畢業(yè)設計課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2011 年 2月 21 日 ~ 3月 18 日 3月 19 日 ~ 5月 31 日 6月 01 日 ~ 6月 10 日 6月 11 日 ~ 6 月 20 日 撰寫開題報告，確定技術(shù)方案 完成具體設計 撰寫設計說明書 畢業(yè)設計答辯 學生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 to MM It or If as be To of ? of ? of of he is to is to is on of is in - of he is by of 1) is by of of 2) of to it An is by 1 2, (is of by is of on is is of of of be on on a in by A is by a of as is - ? is at is ? I is . be is (to of of ? II is I. be in of in ? V be so on on ? of be of d2 at I) if it is as in is so to is o of a a of to be of ? he of a be as of to of as . - a of a be in is to as . - of 955 a of a as a in a of on of be in a on of or of of of of be in as . - of of on a it is to on to be to (or to in a as is a of a of in - of is a to be An as is to To ? ? up ? up ? a ? ? up ? as of of . be to A 'of be on or 2. on be by .5 1.5 of to as . be to a as - of . To of be at 08 of on be to at 5 3 as . 4. of be an of a on be it be of is as to as as In be if of to % of in a of an 5. . of . on is be 2. to to a at 3 5 1 of as . 3. So be as , on of a so is is is A is a of , 5, 6, 7 1. 1. a of as A A H G G F E C of as in of - A - A - H - G - G - F 0 - E 1 - C to he be by or by on on of ? ? on in In - he on of to to to to in is on is a in of of as of as in of If be as - on to of by be by (5o 5o (5o). - on to to to K. . an of of - n to in of B D. as - n be n to of is a no of of an of of If is m , be to If is to be of he of of of s in of to in 0 100 50 1 54 7 be by An .5 is to a 0.5 mm m. of of of an As be as as a be or or so of ny of or of a by a To to a be to of be to be to (0.2 on a 平面度測量 平面度測量步驟 平面度測量是用于檢查 作臺和劃線臺的平面度。它測定平面是否存在明顯的突起或者凹槽并進行量化。如果這些存在明顯的誤差，則可能必須進行如刮研等的補救工作。 了解平面度測量的基本原理和方法請參考： 1,平面度測量的 原理 2,評定平面度的標準方法 平面度測量的原理 使 用 平 面 度 測 量 鏡 組 進 行 測 量 。 其 中 角 度 干 涉 鏡 （ 和轉(zhuǎn)向鏡（ 接在一起，角度反射鏡（ 接在選定的平面度底座（ 部。角度干涉鏡放置在激光頭和角度反射鏡路徑之間。 圖一：測量原理圖 激光束經(jīng)角度干涉儀內(nèi)部的分光鏡分為兩道。其中一道光束（測量光束 接通過干涉儀并經(jīng)角度反射器中的一個反射鏡反射回干涉儀并回到激光頭。 另一道光束（測量光束 過角度干涉儀的展望鏡射向第二個反射鏡并經(jīng)干涉鏡返回激光光。 角度測量通過比較光束 光路差別（測量結(jié)果與激光頭和干涉鏡的距離無關(guān)）。軟件顯示的“平面度”讀數(shù)是由安裝在平面度底座上的角度反射鏡前、后點的增量高度。這個增量高度由角度測量和平面度底座前后點中心點距離計算。這個距離，稱為點距，必須在測量開始前輸入到校準軟件中。 對于每一道測量線（見平面度測量的標準方法），角度干涉鏡（安裝在平面度轉(zhuǎn)向鏡）保持靜止，而反射鏡（安裝在平面度底座）沿著檢測路徑以根據(jù)點距定義的增量脈沖移動 。 平面度測量是通過采集一系列當角度反射鏡沿著檢測路徑移動的增量高度讀數(shù)實現(xiàn)的 。 圖 2：圖示測量增量變化 如上圖 2 示 ? 位置 I 為開始位置，在該點處干涉儀讀數(shù)為正常值 ? 位置 位置 I 有一個點距距離的位置。干涉儀讀數(shù)將增加一個 距離表示平面度底座“前”、“后”點之間的高度差（沿著數(shù)據(jù)線方向） ? 位置 涉儀的讀數(shù)將變?yōu)?”、“后”點之間的高度差。 ? 同理，在位置Ⅳ讀數(shù)將為 他沿測量路徑的所有順序位置也是如此。 ? 測量路徑 的實際平面度將是讀數(shù) 上數(shù)據(jù)位置點 I 的讀數(shù)，如果沒有則為零）的代數(shù)總和。 注意：當進行平面度測量時，沒有需要進行環(huán)境補償，因為兩道光束間在路徑方向上的偏差很小，因而由環(huán)境引起的誤差可以被忽略。 平面度測量的標準方法 為測量一個表面的平面度，必須在表面上定義一系列的測量路徑（ 平面度測量有兩種標準方法： 穆迪法 柵格法 表面的平面度可以定義為兩個包圍著被檢測表面的相互平行平面到表面公共軌線（ 偏差值。如圖 1 所示 。 圖 1：平 面度的定義 一個已知表面的平面底偏差可以和國際標準中的允差進行比較 穆迪法 使用穆迪法，測量被限制在如圖 2 所示的八條指定檢測路徑 圖 2：平面的穆迪圖 穆迪法首次由 1955 年提出并隨后獲得廣大的認同。該方法提供了一個相對快捷的方式檢測一個平面，檢測結(jié)果表示為沿著八條檢測路徑的輪廓線。是一種可被接受的檢測方式。 這種方法有一個缺點――在所有的八條檢測線上的所有點都必須進行測量并標定（ 這樣就給定義一個滿足該要求的點距帶來困難，尤其是在狹小的臺面或是表面，槽（ 的位置可能和平面底座所要求的某個點距重疊。 柵格和半柵格法 使用柵格法，任意數(shù)量的路徑將被分為如圖 3 所示覆蓋整個表面的兩個正交方向。 圖 3：表面的柵格圖 使用柵格法，該測量方法的增量原則要求特定路徑上的所有點都必須進行測量，因而允許對測量路徑進行修改以避免障礙（例如：槽）或在特定區(qū)域提供更多的細節(jié)。 如圖 4 所示的半柵格法是當在一個方向上（如 X 軸）進行一系列的測量時，柵格法中的一種特例，但在直角方向上只有輪廓線可使用該方法。 圖 4：表面的半柵格圖 兩種柵格法的共有缺點是它們要求定義一個參考平面。而在其 他方法如穆迪未予是不需要對參考平面進行定義的 使用穆迪進行平面度測量，執(zhí)行如下步驟： 平面度測量前的工作臺準備工作 設置平面度數(shù)據(jù)采集軟件 安裝激光頭及光鏡 平面度光束準直步驟 數(shù)據(jù)采集 對其他七個測量路徑的安裝及測量 分析采集的平面度數(shù)據(jù)。根據(jù)影響平面度測量精確度的因素一節(jié)檢查數(shù)據(jù)中的測量誤差 平面度測量準備及設置 該節(jié)討論的是使用穆迪法進行平面度測量的準備工作。相似的方法也可用于柵格法。 平面工作臺準備 全面清潔工作臺并停放，與便達到和環(huán)境相平衡的溫度。使用鉛筆或粉筆在工作臺表面上標示 出測量路徑“圖”。 41.5 偏離，作為如圖 1 所示的底座縱向邊界通過前、后點到中線的距離。注意不要在工作臺上標示平面度點所經(jīng)過的點，這樣將可能產(chǎn)生測量誤差。 圖 位置 所示，為方便轉(zhuǎn)向鏡的安裝，預置邊界線在和激光束平等的一邊應最少距離平面工作臺的邊界 108最少距離其他三條邊界 753. 這就對可測量的工作臺面積進行的限定，有可能不能夠?qū)Ρ砻娴娜棵娣e進行標示。當使用穆迪法時，該限定將因為要同時應用于兩個對角軸線及直角軸線上而要求更加嚴格。在實際使用中，如果對角軸線的限定值小于點距的 1%，則通?？梢匀〉幂^滿意的閉合誤差。雷尼紹數(shù)據(jù)采集軟件可以對任意給定點距和工作臺尺寸選擇適合的目標點個數(shù)（即有郊的工作臺面積）提供的支持。 激光頭及光鏡的安裝 定激光頭是水平的，定位后不要移動激光頭。 光 束就最少距離預置邊界線 831 距離平面工作臺 25 1 如圖 2 所示。 圖 2 有的測量路徑都可以在不移動 光器下進行測量，按如圖 3 所示在平面度轉(zhuǎn)向鏡底座上安裝角度干涉鏡。按使帶有單個光鏡孔的面朝向位子，兩個光鏡孔的面朝向角度反射鏡安裝角度干涉鏡。這將在所有測量路徑上使用。第二個平面度轉(zhuǎn)向鏡是用在要求更大光束折射的測量路徑上，見圖 4，5， 6, 7 及 11. 圖 3 測量路徑的選擇及采集 按如下順序沿著每個測量路徑進行測量。 對角軸線 置邊界 線 心線 置邊界線 置邊界線 心線 置邊界線 角軸線 每一個測量路徑上對測量全長進行光鏡對齊 采集每個測量路徑上的數(shù)據(jù) 如何減小測量誤差將在影響平面度測量精度的因素一節(jié)中討論。 穆迪法測量路徑的設置 圖 對角軸線 預置邊界線 中心線 預置邊界線 預置邊界線 中心 線 預置邊界線 圖 對角軸線 集測量路徑的數(shù)據(jù) 安裝并測量其他七條測量路徑 分析采集的數(shù)據(jù)，檢查在“影響平面度測量精度的因素”中討論的測量誤差數(shù)據(jù)。 平面度分析 0 分析軟件包含根據(jù)采集數(shù)據(jù)繪制穆迪圖或者柵格圖的工具 。 分析軟件 我們可以通過點擊平面度數(shù)據(jù)采集軟件菜單欄上的數(shù)據(jù) /分析菜單或是點擊工具欄上的 按鈕使用分析軟件。 在菜單欄中選擇分析選項，可使用如下選項： ? 穆迪圖或者柵格圖 ? 打印穆迪法或者柵格法的數(shù)據(jù) 穆迪法 或是柵格法選項是否可用取決于裝載的文件數(shù)據(jù)。在下面的例子中，使用的是穆迪法 圖 1：穆迪平面度輪廓圖 在輪廓圖上的控制面板使你可以選擇線或是點進行分析。使用方向鍵選擇你想要進行分析的位置。將顯示選定線或點的以微米為單位的平面度誤差。點擊完成鍵，可以隱藏控制面板。 在三維的表面輪廓圖下方的表格中，都有對穆迪法或是柵格法關(guān)于“平面度范圍”的特性表征。該“范圍”定義的所測量表面平面度就是在“測量平面度的標準方法”中討論的包圍被測量表面的平面間距。 這其中也定義了閉合誤差。 若選用柵格圖，顯示的圖將變?yōu)槿缦拢? 圖 2：柵格平面度輪廓圖 圖形選項 在菜單欄中的圖形 /下面圖和旋轉(zhuǎn)選項使你可以改變圖形有景象。當選擇該選項時你將看到下圖： 通過拖拉交點，你可以調(diào)整圖形高度和旋轉(zhuǎn)角。該效果可通過圖 3（對應的高度和旋轉(zhuǎn)角為 45 ? 和 75 ? ） 和圖 1（兩者都是 35 ? ）進行比較 。 圖 3：改變景象的穆迪圖 菜單欄上的圖形 /單位選項可以改變使用的單位。當使用該選項時，如下圖所示： 使 用鼠標選擇使用的單位并點擊 合誤差 典型的平面度等高線圖如圖 1 和圖 2 所示。閉合誤差是測量數(shù)據(jù)有效性的表現(xiàn)。 圖 在穆迪圖中，有兩種閉合誤差，對應對角軸線和路徑 D 交點的讀數(shù)誤差。兩個誤差分別為閉合誤差 7 和誤差 8. 圖 在柵格法中，定義了四個參考點，通過這些點的 X 軸和 Y 軸則為參考路徑。對應于兩個非參考路徑的交點數(shù)量，將會有 N 個閉合誤差。屏幕將顯示最大的誤差。 在使用半柵格法時，將不會有閉合誤差，因為只有的兩個 Y 軸都是參考路徑。 閉合誤差的最大 值預示測量數(shù)量的有效性。量結(jié)果將被視為是另人滿意的。如果閉合誤差大于這個數(shù)值，那么測量及分析可能需要重新進行。 影響平面度測量精確度的因素 下列因素可以影響測量的精確度： 光束準直誤差； 角度光鏡誤差； 平面度底座點的微分延展系數(shù)； 測量的重復性； 光束準直誤差 正如在光束準直步驟中討論的，光束準直線和測量路徑的偏差將影響測量的精確度。為保證測量精度允許的最大準直偏差如下表所示： 0 100 50 1 54 7 準直過程可通過目測完成 注意： 準直誤差和 m 的準直誤差是相等的 平面度底座點的微分延展 平面度底座前、后點的微分延展將引入誤差。在測量過程中應盡可能少的接觸 安裝著角度反射鏡的平面度底座，同時使其遠離過熱或過冷的表面及空氣對流以保持溫度的穩(wěn)定。 測量的重復性 任何在平面度底座下的污點或是微塵都可能引入測量誤差。測量誤差通常以閉合誤差形式表現(xiàn)。為減小測量誤差，把反射鏡移動到測量路徑中點并將激光測量系統(tǒng)置零，然后將反射鏡沿著測量路徑重復從一頭移動到另一頭幾次，觀察激光器讀數(shù)。 如果讀數(shù)在 祄 (0.2 復，則表明工作臺有一個干凈良好的表面。 畢業(yè)論文開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 系 別 ： 專 業(yè) ： 論 文 題 目 ： 藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 指 導 教 師 : 2011 年 03 月 06 日 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文獻綜述 一、本課題研究背景及意義 藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 在計量科學領(lǐng)域，人們根據(jù)被測對象幾何形狀的復雜程度，將工業(yè)領(lǐng)域中的測量問題分為箱體類工件測 量和具有復雜幾何形狀工件測量。所謂箱體類工件就是指那些由基本幾何元素（點、線、面、圓、圓柱、圓錐、球）組成的幾何工件，包括齒輪箱工件，發(fā)動機箱體，機床加工部件或者是由簡單的自由形狀曲面組成的沖壓模、鑄模、玻殼工件等等。與箱體類工件相對應的是復雜幾何形狀工件，這類工件主要由具有明確數(shù)學定義的復雜曲線曲面構(gòu)成，例如各種類型的齒輪，齒輪加工刀具，凸輪軸，配對螺旋壓縮機轉(zhuǎn)子部件，蝸桿蝸輪以及步進齒輪 藥筒 等等。 (一 )國外研究現(xiàn)狀 德國 ，通過高性能、高精確度的 斷解決來自工業(yè)各個領(lǐng)域的高精度和復雜幾何形狀的計量需求。要從事研制、開發(fā)、制造超高精度坐標測量機，包括在世界高精度三坐標測量機的發(fā)展歷史上具有里程碑意義的 于 時使用性能上具備長期運行的穩(wěn)定性。因此 ,000臺，其中有近百臺服務于中國各大精密加工企業(yè)，例如航空航天部件生產(chǎn)企業(yè)、汽車部件生產(chǎn)企業(yè) 以及高精度齒輪加工企業(yè)。 低單件工件檢測的測量成本，于 2001年成功地推出了目前世界性能最好的 動態(tài)指標分別為最大測量加速度3000 2, 最大測量速度 400 , 平均觸測頻率 40點 /秒。在主機結(jié)構(gòu)形式上，為了實現(xiàn)測量系統(tǒng)極高測量精度和測量性能的長期穩(wěn)定性， 在主機部件材料選擇上，采用具有長期穩(wěn)定性和對溫度變化不敏感的材質(zhì)構(gòu)成，例如在整體基座，移動平臺和 結(jié)構(gòu)支撐立柱采用鑄鐵材料。為了實現(xiàn)系統(tǒng)測量性能的長期穩(wěn)定性， 框架：整體花崗巖的主機基座，移動工作臺，鑄鐵立柱以及花崗巖橫梁組成高強度的閉式結(jié)構(gòu)。由于 此測量系統(tǒng)即使在加速 /減速，或是環(huán)境存在某種振動的情況下仍能保持極高的測量精度。 (二 )國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在傳統(tǒng)測量方法選擇上，人們主要依靠下述兩種測量手段完成工業(yè)領(lǐng)域上述工件的測量，即通過三坐標測量機執(zhí)行箱體類工件的檢測，通過專用測量設備，例如專用齒輪檢測儀、專用凸輪檢測設備等完成具 有復雜幾何形狀工件的測量。因此對于從事生產(chǎn)復雜幾何形狀工件的企業(yè)來說，完成上述產(chǎn)品的質(zhì)量控制企業(yè)不僅需要配置通用測量設備，例如三坐標測量機，通用標準量具、量儀，同時還需要配置專用檢測設備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業(yè)的計量部門需要配置多類型的計量設備和從事計量操作的專業(yè)檢測人員，因此企業(yè)無法實現(xiàn)柔性、通用計量檢測，計量設備使用效率較低，同時企業(yè)負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設備使用和維護費用。因此，如何降低企業(yè)的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設備的使用和維修費 用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業(yè)具備生產(chǎn)過程的實時質(zhì)量控制能力。這將關(guān)系到企業(yè)在市場活動中的應變能力，對幫助企業(yè)建立并維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。 三、本課題相關(guān)理論綜述 (一 )測量裝置結(jié)構(gòu) 由于測量機的各個運動軸，在機械結(jié)構(gòu)上彼此獨立，因此在整個測量過程中，三個坐標軸獨立運動，使得系統(tǒng)在整個測量空間內(nèi)具有相同量精度性能。光柵尺的布置盡量靠近被測工件，有效的消除了阿貝誤差的影響。中央布置驅(qū)動系統(tǒng)，消除了坐標軸在運動過程中扭轉(zhuǎn)和偏移。傳動系統(tǒng)上采用伺服電機、高精密循環(huán)滾珠絲杠，保證 測量系統(tǒng)即使在很高系統(tǒng)加速度的情況下，仍然具有穩(wěn)定的定位精度。探測系統(tǒng)采用 3維模擬掃描測頭，不但能夠提供性能優(yōu)良的連續(xù) 3維動態(tài)掃描功能，而且測量系統(tǒng)還能夠進行精度極高的觸發(fā)測量。在測量過程中，探針始終沿被測工件表面的法向矢量方向進行觸測。因此，即使在配制較長的測桿加長桿的情況下，測量系統(tǒng)也能夠自動補償測頭系統(tǒng)的形變和彎曲。采用國際權(quán)威機構(gòu)認證，具有確定熱膨脹系數(shù)的金屬光柵系統(tǒng)，由于光柵系統(tǒng)具有與被測金屬工件相近的熱膨脹系數(shù)，確保系統(tǒng)即使在比較大的測量范圍內(nèi)，仍然具有極高的測量精度。同時測量系統(tǒng)具有非常小的系 統(tǒng)分辨率，保證了測量數(shù)據(jù)具 有穩(wěn)定的重復精度。由于 此整機系統(tǒng)具有非常小的長度測量示值誤差 信號處理的時頻分析理論 (二 )幾何形狀誤差 測量坐標誤差工件齒輪復雜幾何形狀工件的計量上表依據(jù) 692標準規(guī)定，模數(shù)6～ 10，齒寬 20～ 40旋齒輪齒向誤差 面形狀誤差 fβ 此 輪直徑，能夠執(zhí)行依據(jù) 規(guī)定一級齒輪的檢測任務。 齒輪、螺旋傘齒輪、冠裝齒輪等等。在測量過程中，通過 維矢量測頭的不同測桿組合，完成齒輪檢測工作。例如，單測針完成正齒輪檢測， 86于在測量過程中，采用多種測針組合，完成檢測任務，因此標測量機在執(zhí)行具有復雜幾何形狀工件檢測任務的過程中不需要額外附加旋轉(zhuǎn)工作臺。測量機在執(zhí)行具有回轉(zhuǎn)軸線的復雜幾何形狀的檢測任務方面，與傳統(tǒng)專用檢測設備 或者是坐標測量機與轉(zhuǎn)臺相結(jié)合的測量系統(tǒng)相比較存在下述明顯的優(yōu)勢。 四、作者的觀點和主要思路 測量機與 業(yè)計量軟件相結(jié)合，在工業(yè)計量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了完全意義的通用計量檢測設備。不但能夠執(zhí)行箱體類工件的高精度檢測，而且能夠執(zhí)行具有復雜幾何形狀工件的計量檢測任務。標測量機能夠執(zhí)行各種類型齒輪工件檢測，齒輪加工刀具的檢測，螺旋壓縮機轉(zhuǎn)子部件的檢測，氣輪機葉片的檢測以及蝸輪蝸桿的檢測。在復雜幾何形狀的制造領(lǐng)域， 精度坐標測量機與工業(yè)級測量軟件 結(jié)合，對生產(chǎn)企業(yè)的測量技術(shù)革新，測量效率 的提高以及整體生產(chǎn)成本的降低發(fā)揮著越來越重要的革新作用， 能實現(xiàn)激光探測器對藥筒的底面和錐面的形位公差和尺寸公差的檢測。 參考文獻 : [1] of (0): 235～255 [2] 莊葆華 李真 北京：機械工業(yè)出版 社 3] 謝竹銘 北京：中國計量出版社 4] of 4(6): 39～ 41 [5] 范會敏，李晉惠 北京：科學出版 社 [6] 戶手冊 遠自動化系統(tǒng)公司 7] 列光柵細分數(shù)據(jù)采集卡用戶手冊 北京：北京中科恒業(yè)中自技術(shù)有限公司 8] 鄭阿奇 ++實用教程 京：電子工業(yè)出版社 [9] 王超龍，陳志華 ++入門與提高 人民郵電出版社， 2007， 7 [10] 潘新民，王燕芳 北京：高等教育出版社， 11] 譚浩強 序設計 清華大學出版社 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、本課題要研究或解決的問題 (一 )藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計的理論數(shù)據(jù)研究。 (二 )為實現(xiàn)理論數(shù)據(jù)進行試驗探究驗證結(jié)論，繪制出初步方案圖。 二、擬采用的研究手段 (一 )文獻綜述法：本人查閱了與課題相關(guān)的研究成果和文獻資料，收集整理了有關(guān)方面的數(shù)據(jù)和資料，并將查找到的資料進行歸類整理及加工，為自己的論點服務，以支撐自己的觀點。 (二 )對比分析法：本文運用對比，分析比較了藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)。 (三 )系統(tǒng)綜合研究法：本文通過系統(tǒng)綜合研究方法，綜合上述研究藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計。 如下： 自動檢測裝置控制系統(tǒng) 設計是整個 藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng) 的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高藥筒整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前 藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng) 廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及 發(fā)展之后，提出了采用 控制方法。 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 控制部分可分為 4 個部分：感知器、環(huán)境、任務、控制器。 藥筒 是由各種機構(gòu)組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指藥筒所處的周圍環(huán)境；任務是指藥筒要完成的操作，它需要適當?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機中，隨著系統(tǒng)的不同，任務的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當于藥筒的大腦，它以計算機或?qū)Ｓ每刂破鬟\行程序的方式來完成給定的任務。 控制系統(tǒng)的硬件一般包括 3 個部分： (1)感知部分 用來收集藥筒的內(nèi)部和外部的 信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受藥筒的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受藥筒的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。 (2)控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。 (3)驅(qū)動部分 為了使藥筒完成操作及移動功能，藥筒各關(guān)節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。 控制系統(tǒng)的性能要求 對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化 控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一就是在兼顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。 根據(jù)本設計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測藥筒動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成藥筒對物料的識別。 控制系統(tǒng) 選型及控制原理 制系統(tǒng)設計的基本原則 一、 型 的選擇 型選擇的基本原則是在滿足功能 要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 ／ 體積相對較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 功能擴展靈活方便 ,在 I／ 入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I／ 維修方便，一般于較復雜的控制系統(tǒng)。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 結(jié)構(gòu)形式較為合適 。 (2) 確定合理的 安裝方式 統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I／ O 式以及多臺 網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設置驅(qū)動遠程 I／ 統(tǒng)反應快、成本低；遠程 I／ 統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅(qū)動器和遠程 I／ O 電源；多臺 網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 必須要附加通訊模塊。 在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 （ 3) 滿足 相應的 功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) 有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設備都可滿足。 對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) 算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 是中、高檔 格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 可。 (4) 滿足 響 應速度 要求 為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次 響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮 選用具有高速 I／ 選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的 。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選 用具有高速 I／ O 處理功能的 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對于一般系統(tǒng) 可靠性均能滿足。對可靠性要求很高 的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) 夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 (6) 機型 盡量 統(tǒng) 一 一個企業(yè)，應盡量做到 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設備 可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng) 類及型號選擇 類較多，主要有西門子、三菱、 芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得 最廣泛的的主要是西門子、三菱、 據(jù)前面確定的 數(shù)：實際輸入點 28 點，實際輸出點 12 點，綜合對比三菱 列（包括 ）、西門子系列、 列中 I/O 點數(shù)為 48點各型號的 價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇 號為： 4001， 合計總數(shù) 64 點 — 32 點輸入， 32 點繼電器輸出；尺寸（ 220× 87× 90，其性能、價格都優(yōu)于其他 列是 列 族中最先進的系列，它 能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號 32 個輸入節(jié)點， 32 個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 部接線圖 根據(jù)表 配輸入 /輸出信號與 入 /輸出接口分配情況及 所 選定的到 外部接線 圖 如圖： 圖 部接線圖 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告 指導教師意見 ： 指導教師： 2010 年 03 月 20 日 所在系審查意見： 教學主任： 2010 年 03 月 23 日 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 目 錄 中文摘要 ....................................................................... I 英文摘要 ...................................................................... 緒論 ...................................................................... 1 試系統(tǒng)的設計特點 ..................................................... 1 課題設計背景簡介 ...................................................... 1 本課題完成的主要工作 .................................................. 2 2 系統(tǒng)方案論證及總體設計 ................................................ 2 2． 1 系統(tǒng)方案論證 .......................................................... 3 系統(tǒng)的設計要求 .................................................... 3 系統(tǒng)方案選 擇 ...................................................... 4 系統(tǒng)總體設計 ........................................................... 6 3 硬件系統(tǒng)設計 ............................................................ 8 統(tǒng) I/O 分析 ............................................................ 8 硬件系統(tǒng)主要設備及元器件選擇 ........................................ 9 擴展模塊的選用 ................................... 9 電動閥的選用 ..................................................... 10 壓力傳感器的選用 ................................................. 11 硬件系統(tǒng)設計 .......................................................... 12 4 系統(tǒng)程序設計 ........................................................... 13 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 ....................................................... 13 系統(tǒng)的框架和工作過程 ................................................. 13 統(tǒng) I/O 地址分配 .................................................. 15 分關(guān)鍵程序的設計 .................................................... 20 模擬量值和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 ..................................... 20 模擬量值處理程序 ................................................. 23 5 系統(tǒng)的設計 ............................................................. 24 系統(tǒng)實現(xiàn)的的功能 ..................................................... 24 系統(tǒng)的框架和工作過程 ................................................. 25 6 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 ................................................... 27 硬件調(diào)試及結(jié)果分析 ................................................... 28 聯(lián)機調(diào)試及結(jié)果分析 ................................................... 30 7 結(jié)論 ..................................................................... 32 致謝 ........................................................................... 33 參考文獻 ...................................................................... 34 I 摘 要 本 課題 主要 完成的是藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置的整 體 設計 。本文首先對課題的提出和要求進行了簡介，然后對其控制方案進行了論證。隨后從硬件和上、系統(tǒng)設計進行了介紹。在控制系統(tǒng)硬件設計中，給出了詳細的硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖和電氣原理圖 ，并對主要設備及元器件進行了選擇；軟件設計分兩大部分敘述，在控制系統(tǒng)程序設計部分，給出了詳細的軟件結(jié)構(gòu)，并對典型環(huán)節(jié)的程序設計進行了分析討論；在程序部分，對組態(tài)程序畫面的程序設計即實現(xiàn)的功能進行了全方位的介紹。 在系統(tǒng)設計完成后，對其進行了簡單的調(diào)試，對試驗調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和結(jié)果進行了分析討論。結(jié)果證明，本設計軟硬件系統(tǒng)設計基本合理，能夠完成對藥筒幾何誤差氣密性測試的任務。 關(guān)鍵詞 ：電動閥； 氣密性； 可編邏輯控制器；力控 he is LC on s of on In a of of of to a in C on of to of In is a of of is to of 1 緒論 本課題 藥筒幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 是基于當今航空航天領(lǐng)域中對于航天器材的耐壓性和密封性檢測而提出的，特別是在軍事工業(yè)檢測控制需求的基礎(chǔ)上提出的。課題起初的提出是為了檢測戰(zhàn)斗機導彈發(fā)射的作動筒的耐壓性和密封性，但是試驗證明對于其它普通器件檢測也完全能達到要求，因此它也具有通用性。為了把壓力元件測試過程及控制系統(tǒng)的流 程更系統(tǒng)全面的展示給大家，特介紹如下。 試 系統(tǒng) 的設計特點 藥筒幾何誤差 測試是一個綜合性的技術(shù)問題，它與測試系統(tǒng)的精密測試、人身安全、設備安全、仿真模擬、通用測試以及 組態(tài)的綜合利用等技術(shù)問題有密切的關(guān)系，也是人們利用力控軟件為實際工程設計應用的一項重要應用技術(shù)，具有理論研究與實踐經(jīng)驗密切結(jié)合的特點，因而是力控軟件與 用實現(xiàn)安全與經(jīng)濟運行的基本技術(shù)應用。 藥筒幾何誤差 工業(yè)監(jiān)控也一直是電子工作者十分關(guān)注的課題之一， 藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控的設計必須與整個系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃進行技術(shù)經(jīng)濟比較， 必須全面考慮其技術(shù)和經(jīng)濟指標。隨著 子技術(shù)的迅速發(fā)展和工控質(zhì)量要求的提高，選擇一種有效的 藥筒幾何誤差 工業(yè)監(jiān)控應經(jīng)成為十分必要的。 課題設計背景 簡介 本課題的提出是為了解決航天軍工中對于多個 藥筒幾何誤差 在同 一 壓力值下同時測試和對同一個容器進行不同壓力值的測試。具體要求是同時可以進行 5 個以上的作動筒密封性檢測；同時可以進行 5 個以上的產(chǎn)品密封性檢測；試驗進行過程具備可靠的安全保護功能；能夠精確測試壓力范圍在 35各種產(chǎn)品的密封性試驗、耐壓性試驗。對于耐壓性要求氣路系統(tǒng)分別充壓 30壓 10測無明顯泄漏。充壓 15壓 24h 檢測壓力泄漏不大于 1 藥筒幾何誤差 氣密性測試及監(jiān)控的確定是一個系統(tǒng)工程、不同地區(qū)、工業(yè)控制、不同發(fā)展階段和不同測試對象，考慮的側(cè)重點不同。是針對高標準的軍用 藥筒幾何誤差 產(chǎn)品性能測試要求而設計的，它與一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比有幾個特別之處。其一，高壓氣源從管道一端流進，大約 8 秒鐘測試完畢一次，要求采集速率為 5 次 /秒以上；其二，由于 藥筒幾何誤差 產(chǎn)品眾多，分門別類設計相應的測試平臺不太現(xiàn)實，另行設計一個通用的測試平臺；其三，測試介質(zhì) 壓力極高給設備選型帶來一定的困難，特別幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 是適合高壓的電控調(diào)節(jié)閥的選型非常困難，本項目設計實施過程中，把高壓手動調(diào)節(jié)閥改成了電控調(diào)節(jié)閥。 工作人員把需要測試的閥安裝到測試平臺上，調(diào)節(jié)各個開關(guān)設置。檢查整個控制電路。 檢查 置與力控軟件。輸入密碼或者直接使用，可以根據(jù)用戶要求選擇。當我們確定無誤后，可以執(zhí)行以下操作： (1)．打開開始按鈕，進入運行程序。 (2)．若無報警，調(diào)節(jié)控制閥開度，可以直接由鍵盤輸入。 (3)．按下顯示曲線按鈕，生成曲線。 (4)．觀察曲線，判斷測試閥是否合格。 整個設計系統(tǒng)，我們 把整個控制系統(tǒng)由 制，電機的脈沖控制由按鈕產(chǎn)生。電機所轉(zhuǎn)的脈沖經(jīng)過編碼器采集，脈沖數(shù)在程序中有高速計數(shù)器計數(shù)。調(diào)節(jié)目標由鍵盤人為輸入控制。組態(tài)系統(tǒng)由力控軟件和自己購買的元器件打架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。結(jié)合各個元器件的共同云霞下實現(xiàn) 藥筒幾何誤差 。本系統(tǒng)硬件部分由工控機（ 其他電氣元件組成，全部裝配到一個電氣控制柜中。系統(tǒng)需要采集的信號包括 8 個模擬量和多個數(shù)字量，前后壓力變送器及流量計信號全部接入 成調(diào)節(jié)閥開度的自調(diào)節(jié)，并且采集一路 壓力 信號。整個系統(tǒng)操 作靈活，方便。 藥筒幾何誤差 裝置的實用性和方便性已經(jīng)使廣大的消費者既超越了現(xiàn)在所面臨的經(jīng)濟和知識門檻，又享受到了全自動測試系統(tǒng)的方便和快捷。因此 藥筒幾何誤差 平臺有著巨大的潛在市場，有待我們進一步開發(fā)和培育。因此基于 藥筒幾何誤差 工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是一個有效的，方便的，可實施的系統(tǒng)。下面將提供一個關(guān)于基于 藥筒幾何誤差 工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的可行的設計方案。 本課題完成的 主要 工作 本課題主要完成的任務是：第一， 依照課題的 技術(shù)要求對系統(tǒng)整體方案進行論證，并初步形成一個總體的設計方案。第二，對方案中的硬件部分進行設計 、并對 主要設備 選型，以求達到設計的要求。第三，對系統(tǒng)的控制系統(tǒng)程序進行設計，編制。第四，對系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件進行 再 開發(fā)，設計滿足系統(tǒng)整體要求的平臺。第五，對已成型的系統(tǒng)進行硬件安裝 調(diào)試 ，和聯(lián)機調(diào)試，以期達到事先希望得到的穩(wěn)定的控制任務。 2 系統(tǒng)方案論證及總體設計 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 對于一個系統(tǒng)設計方案的確定是設計工作的開始也是整個系統(tǒng)最重要的一步，將方案建立之后，下一步就應該對系統(tǒng)總體流程，各部分之間的連接進行一個總的設計。為本課題樹立一個主干。以后的各部分就可以順其自然的一點一點的進行設計，進行完成系統(tǒng)要求的各項指標。 2． 1 系統(tǒng)方案論證 設計方案結(jié)構(gòu)完整、經(jīng)濟高效、性能穩(wěn)定就會為設計的順利完成打下了牢固的基礎(chǔ)，相反如果選擇了不夠完善的設計方案，設計過程中會漏洞百出，甚至導致課題的玩法完成。 系統(tǒng)的設計要求 （ 1）年生產(chǎn)任務 6 萬件 （ 2）年有效工作天數(shù)為 250 天 （ 3）每班有效工作小時為 6小時 設計檢測系統(tǒng)節(jié)拍為：每班產(chǎn)品量＝ 60000/250＝ 240 件，每小時生產(chǎn)產(chǎn)品為 240/6=40 件，則每個產(chǎn)品生產(chǎn)時間＝ 3600/40＝ 90 秒 為此設計系統(tǒng)的檢測速度為： 90 秒 /件。設每件產(chǎn)品的輔助檢測時間為： 30秒，直焊縫 最大長度為： 600每秒檢測速度為 20。 被檢工件： 圖 2氣路系統(tǒng)原理圖 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 對于一個系統(tǒng)必須滿足系統(tǒng)的設計目標。在本系統(tǒng)中要求如下：入口連接 35入口安裝手動截止閥，控制整個氣路系統(tǒng)的總氣源，便于在斷電、檢修等情況下使用；在手動截止閥之后設置過濾器，以防止氣源中多余物流入系統(tǒng)從而導致閥門及其它零、部件損壞的現(xiàn)象。該系統(tǒng)通過計算機設置充放氣時間及保壓時間，同時通過工業(yè)計算機還可以設置和檢測試驗時的充放氣次數(shù)，該系統(tǒng)氣路支路分四路：高壓一路（最上側(cè)一路）采用電動調(diào)節(jié)閥控制，由 于該路出口壓力為 27～ 35前還沒有出口壓力高于 27減壓器，所以該支路壓力由氣源直接提供。當測試壓力為 10～ 27則采用第四支路，即圖 2下側(cè)支路，該支路采用電磁減壓器控制，可以很穩(wěn)定的給被測試產(chǎn)品提供相應的壓力。當測試壓力為 1～ 10則采用第三支路，該支路采用電磁減壓器兩級減壓控制，可以很穩(wěn)定的給被測試產(chǎn)品提供相應的壓力。當測試壓力為 1則采用第二支路，該支路采用電磁減壓器兩級減壓控制，可以很穩(wěn)定的給被測試產(chǎn)品提供相應的壓力?？紤]到若停電無法操作的問題我們在系統(tǒng) 出口均安裝了手動截止閥（圖 2 保證了即使在停電的情況下也可將被測試件泄壓，既保證了設備和人身安全。各單向閥的使用則有效防止了高壓氣體的回流而導致的電動調(diào)節(jié)閥的損壞現(xiàn)象。 系統(tǒng)方案選擇 針對這些設計要求 和當今比較通用的系統(tǒng)設計方案， 我們無非有兩種選擇：一種是借助功能強大的 司推出的 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 平臺虛擬儀器 者就是利用我們熟悉的 制系統(tǒng)。 虛擬儀器 臺實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于圖形化編程和數(shù)據(jù)流驅(qū)動是虛擬儀器 速數(shù)據(jù)采集軟件這兩個特點，程語言學習起來相對容易些，可減少開發(fā)時間。但客觀地講，習慣了文本式編程語言的程序員使用圖形表達程序，還需要一段思維轉(zhuǎn)變和適應過程。 件平臺 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?？沙浞职l(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 而且，對于那些數(shù)學和邏輯運算過程較復雜的程序，圖形語言就不如文本語言更容易表達，此類情況，用戶可以選擇使用 者 開發(fā)工具將數(shù)學 分析和處理過程編寫為專用的動態(tài)鏈接庫，供了專門的接口函數(shù)可以調(diào)用之。這樣，可以結(jié)合圖形語言和文本語言幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 各自的優(yōu)點，更為靈活、高效、易用。缺點是虛擬儀器 是一個投入較為昂貴的平臺。 制系統(tǒng)是依托于 實現(xiàn)對現(xiàn)場設備進行控制的要求?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器并不針對某一具體工業(yè)應用。在實際應用時，其硬件應根據(jù)具體需要進行選配，軟件則根據(jù)實際的 控制要求或生產(chǎn)工藝流程進行設計。具有編程簡單、使用方便、通用性強、可靠性高、體積小、易于維護等優(yōu)點，在自動控制領(lǐng)域應用得十分廣泛。目前已從小規(guī)模的單機順序控制發(fā)展到過程控制、運動控制等諸多領(lǐng)域。而且它可靠性高，能夠適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。具有進行各種算術(shù)運算、 節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡通信、遠程 I/O 和高速數(shù)據(jù)處理能力， 了具有 存儲器以外，還有豐富的 I/O 接口模塊。對于工業(yè)現(xiàn)場的不同信號， 有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備直接連接。統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比無論從軟件方面還是從實際 投入的硬件設備講，投入都較少， 質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高。因此， 無論是老設備的技術(shù)改造還是新系統(tǒng)的開發(fā)，大多數(shù)設計人員都傾向于采用它來進行設計。 運用兩個方案均能實現(xiàn)我們的硬件要求和數(shù)據(jù)采集的需求，雖然虛擬儀器 發(fā)平臺靈活，高效，且功能強大，但是 統(tǒng)投入明顯較少經(jīng)濟高效性價比較好，同時運用 統(tǒng)對于開發(fā)和調(diào)試也較為方便。因此我選擇了利用 系統(tǒng)選擇好后，我們就要選擇 品牌，因為我的設計是基于航天和軍工產(chǎn)品測試的，所以系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求異常的高。綜合多方面因素考 慮，這里我選用了價格不是很高但穩(wěn)定性最好的西門子公司生產(chǎn)的 列及擴展模塊。 為了對系統(tǒng)進行監(jiān)控和組態(tài)， 接下來便 需要去進行組態(tài)軟件的 選擇。選擇一個功能強大、經(jīng)濟高效的 組態(tài) 軟件平臺可以給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行打上良好的基礎(chǔ)。對本設計來說目前市場上常見的組態(tài)監(jiān)控都能滿足系統(tǒng)的要求，但是各有各的優(yōu)缺點。 目前的組態(tài)軟件均是通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件，它的主要特點： (1)延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級 ； 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 (2)封裝性（易學易用）。通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能； (3)通用性。每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（ 能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O 放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。 三維力控方便、靈活的開發(fā)環(huán)境 ，提供各種工程、畫面模板、大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量；高性能實時、歷史數(shù)據(jù)庫，快速訪問接口在數(shù)據(jù)庫 4 萬點數(shù)據(jù)負荷時，訪問吞吐量可達到 20000 次 /秒；強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復功能；支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；強大的 件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調(diào)用對象的方法、屬性；力控軟件內(nèi)嵌分布式實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備良好的開放性和互連功能，可以與 信息化系統(tǒng)進行基于 B 等接口方式進行互連，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時地傳送到以上系統(tǒng)內(nèi)。且它是國產(chǎn)軟件中的佼佼者，在相同的系統(tǒng)水平上，它的性價筆比是很高的，因此它很受一些不是特別大的系統(tǒng)的青睞。 西門子公司 推出 的 態(tài)軟件它通用的應用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用 ；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于 續(xù)延展，采用開放性標準，集成簡便；集成的 統(tǒng)作為 商務集成的平臺；可 用選件和附加件進行擴展 ； “全集成自動化 ” 的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。特別是當它用于大型系統(tǒng)時，它的系統(tǒng)穩(wěn)定性是出類拔萃的，但是 控軟件還無法做到 “貧民化 ”，價格較為昂貴。在小系統(tǒng)中人們一般會采用國內(nèi)較好的軟件，在大型系統(tǒng)中 較高的市場占有率。 因此，經(jīng)過對比我們不難發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的需求來講使用國產(chǎn)的力控作為設計平臺是較為經(jīng)濟高效的，也完全能滿足系統(tǒng)的要求。 系統(tǒng)總體設計 氣密性測試試驗臺控制系統(tǒng)由電源供給系統(tǒng)、現(xiàn)場 I/O 系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、控制幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng) 4 個子系統(tǒng)組成 ，四個系統(tǒng)各自實現(xiàn)各自的功能，且彼此之間相互協(xié)調(diào)，共同完成課題的各項指標。 圖 2系統(tǒng)原理示意圖 現(xiàn)場 I/O 系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)壓力信號的采集及處理，各個閥體的控制動作；電源供給系統(tǒng)負責給系統(tǒng)中各儀表、傳感器、開關(guān)電源（ 24電磁閥供電、 制器和工控機 220電電源。監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的信息監(jiān)控主要完成 藥筒幾何誤差 性能測試的數(shù)據(jù)處理、信息查詢、故障報警等功能；控制系統(tǒng) 制子系統(tǒng)可以根據(jù)實際現(xiàn)場產(chǎn)品性能測試需要，實現(xiàn)自動測控任務。 其中開發(fā)環(huán)境選用三維力控組態(tài)軟件，根據(jù)系統(tǒng)要求，開發(fā)系統(tǒng)檢測畫面，確定檢測的條件，完成權(quán)限登陸、參數(shù)設定、檢測狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)實時顯示、系統(tǒng)報警、數(shù)據(jù)記錄、報表打印、數(shù)據(jù)查詢及回放等功能。 控制系統(tǒng) 用德國西門子公司的 配備相應擴展模塊。利用 譯環(huán)境編寫 用程序，實現(xiàn)課題提出的自動測試任務。 壓力傳感器 電動減壓閥 其它設備 西門子 制系統(tǒng) 三維力控 電動閥 電氣控制系統(tǒng) 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 3 硬件系統(tǒng)設計 一個系統(tǒng)順利、穩(wěn)定、高效的按照我們在軟件中編制的方案完成既定的任務是我們每個設計人員最強烈的希望，但是，要達成這 個希望首先便需要良好的硬件系統(tǒng)的支持，一個良好的硬件系統(tǒng)的選擇給以后的調(diào)試工作會帶來很多方便。 在本部分內(nèi)容中主要介紹了我在系統(tǒng)設計中的過程。首先我對系統(tǒng)的 I/O 點進行了分析和統(tǒng)計，然后針對這一統(tǒng)計數(shù)字對電動閥、 型號、 擴展模塊的型號以及壓力傳感器型號進行了選擇。對于其他諸如電源、導線、繼電器、工控機等設備由于文章篇幅所致，沒有一一進行說明。系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖 3示。 圖 3系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖 統(tǒng) I/O 分析 在本課題硬件設計中我們首先要解決的問題就是，計算好整個系 統(tǒng)中對各類 I/為 I/O 在 線端子上的地址分配是進行 制系統(tǒng)設計的基礎(chǔ)。對軟件設計來說， I/O 地址分配以后才可以進行編程；對控制柜及 圍接線來說，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，才可以根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 再者只有明確了 I/O 分配，才能把系統(tǒng)設計的高效，合理，性價比較高。因此對系統(tǒng)的 I/O 分配分析見表 3 表 3系統(tǒng)的 I/O 分配分析 序號 名稱 數(shù)量 信號類型 1 電動閥 5 15×（ 2 2 壓力傳感 器 8 電動減壓器 3×（ 2 4 按鈕 1 1 蜂鳴器 1 1力傳感器 8 路 5 路 擴展模塊 繼電器 工控機 電動閥 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 6 I/O 點總計 7 5 從表格可以看出，每個電動閥和減壓器都有上限和下限兩個數(shù)字量輸入，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車三個數(shù)字量輸出，每個傳感器有一個模擬量輸入。這樣計算下來系統(tǒng)需要數(shù)字量輸入 37 點，數(shù)字量輸出 55 點，模擬量輸入 8 點。因此我們需要選擇合適的模塊來包容這些輸入 /輸出點。因為我選用的是西門子的 統(tǒng)，而且為了能達 到在可靠夠用的前提下盡量實現(xiàn)經(jīng)濟高效，我選用了 塊（ 322、 8 塊（ 4 圖 3模塊排列圖 在這些模塊最大使用程度下，所有 I/O 點加起來為 46， 58， 8。因此完全可以滿足系統(tǒng)需求的 I/O 點數(shù)，略有一點冗余。 硬件系統(tǒng)主要 設備及 元器件 選擇 硬件主要器件的選擇是整個系統(tǒng)成功穩(wěn)定運行的重要一步，這部分主要介紹了 擴展模塊的選擇， 電動閥的選擇以及壓力傳感器的選擇。對于其他部分的硬件選擇，本文由于篇幅所限沒有進行深入的研究。 擴展模塊的選用 （ 1） 選用 列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性極豐富的指令集易于掌握便捷的操作豐富的內(nèi)置集成功能實時特性強勁的通訊能力豐富的擴展模塊。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域。 列 提供 4個不同的基本型號的 8種 其中 24集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點?？蛇B接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 6 個獨立的C/ 繼（ 2） 繼（ 4） 223） 何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 302 路獨立的 20有 制器。 1 個 編程口，具有 訊協(xié)議、 訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 （ 2）． 數(shù)字量和模擬量擴展模塊的選用 數(shù)字量輸入需要 37 點，輸出需要 55 點，而西門子 200 系列 大的輸入 /輸出模塊是 322加上 帶的 140以還需要兩個 塊，這樣才能滿足系統(tǒng)點數(shù)的需要。為了節(jié)約成本我們選用了 點輸出模塊。 模擬量輸出模塊 24道模擬量輸入模塊，其功耗為 2W，消耗電流20 L+為 60圈電壓范圍 指示差分輸入。輸入類型電源狀態(tài)為亮表示電源正常為滅表示電源故障。電壓輸入 (單極性 )0～ 10V 和 0～ 5V，電流輸入為 0～ 20 據(jù)字格式單極性全量程 0～ 32000，雙極性，全量程 2000，模數(shù)轉(zhuǎn)換時間小于 300μs，模擬量輸入響應時間 共模抑制 40DC 0模電壓信號電壓 +共模電壓 (必須小于等于 12V)，輸入阻抗不小于 10大輸入電壓 30V， 換器分辨率 12 位，最大輸入電流 30此，對于八個壓力傳感器的八個模擬量信號，采用兩個 擬量輸入模塊便可以完全滿足。 電動閥的選用 電動閥通常由電動執(zhí)行機構(gòu)和 閥門 連接起來，經(jīng)過安裝調(diào)試后成為電動閥。電動閥使用電能作為動力來接通電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動閥門，實現(xiàn)閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)動作。從而達到對管道介質(zhì)的開關(guān)或是調(diào)節(jié)目的。電動閥用于氣體和風系統(tǒng)管道介質(zhì)流量的模擬量調(diào)節(jié)，是 制。在大型閥門和風系統(tǒng)的控制中也可以用電動閥做兩位開關(guān)控制。電動閥的驅(qū)動一般是用電機，開或關(guān)動作完成需要一定的時間模擬量的，可以做調(diào)節(jié)。 電動閥的驅(qū)動一般是用電機，比較耐電壓沖擊。電磁閥是快開和快關(guān)的，一般用在小流量和小壓力，要求開關(guān)頻率大的地 方電動閥反之。電動閥閥的開度可以控制，狀態(tài)有開、關(guān)、半開半關(guān)，可以控制管道中介質(zhì)的流量而電磁閥達不到這個要求。 電動減壓閥是電動調(diào)節(jié)閥在壓力控制領(lǐng)域的典型應用。電動減壓閥通過調(diào)節(jié)一次側(cè)流體的動壓頭，達到控制減壓閥后壓力的目的。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。電動減壓閥是減壓設備、壓力調(diào)節(jié)設備的一種典型應用。電動減壓閥廣泛應用于換熱站熱源及生產(chǎn)工藝設備前蒸汽壓力調(diào)節(jié)。暖通空調(diào)、給排水系統(tǒng)或設備水力壓力調(diào)節(jié)。藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 液位控制。電動減壓閥特點是：電動無級調(diào)節(jié)，二次壓力穩(wěn)定，控制精度高。操作簡便，只需通過控制器修改二次 壓力設定。運行平穩(wěn)，使用壽命長。 列電動式減壓閥是電動調(diào)節(jié)閥在壓力控制領(lǐng)域的典型應用。通過調(diào)節(jié)一次側(cè)流體的動壓頭，達到控制減壓閥后壓力的目的。 在本課題選擇電動閥時，我為了滿足軍事工業(yè)的需要選擇了軍工產(chǎn)品 壓力傳感器的選用 壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，如電阻應變片壓力傳感器 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可 以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器 。如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。 因為我們本系統(tǒng)是基于航天軍工產(chǎn)品而設計的，所以對設備的精度，穩(wěn)定要求較高。最終我們選用了軍工產(chǎn)品 701 所生產(chǎn)的 應變式 壓力傳感器。 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 硬件系統(tǒng) 設計 底層 硬件系統(tǒng)是由西門子的 電器、電動閥等組成，系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖。 圖 3系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖 在本系統(tǒng)中，我利用 氣控制作為整個系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，通過對 控制實現(xiàn)對壓力傳感器模擬信號的處理 ，通過 動來控制繼電器的輸出，同時來控制電動閥、電動解壓閥的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。 壓力傳感器 電動減壓閥 動閥 電氣控制系統(tǒng) 現(xiàn)場 I/O 系統(tǒng) 筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 4 系統(tǒng)程序設計 系統(tǒng)是實現(xiàn)系統(tǒng)既定控制任務的主要部分，設計一個完整，穩(wěn)定的 制系統(tǒng)需要將系統(tǒng)各方面要求綜合考慮，對系統(tǒng)的技術(shù)和工藝要求一條一條的對應設計，最后進行整體考慮形成最終的系統(tǒng)總體初型。 在這部分中我首先對系統(tǒng)各方面的要求進行了逐條審核，對它要求實現(xiàn)的功能進行了一一過濾，然后針對這些要求進行了逐個的程序編制，最后將所有得單獨程序通篇考慮進行了編制融合，加入主程序中，最后形成了整體的控制程 序。 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 控制程序需要實現(xiàn)的主要功能有： (1)同時可以進行 5 個產(chǎn)品的密封性 ，耐壓性 檢測； (2)實現(xiàn)模擬量的顯示； (3)實現(xiàn)壓力傳感器的斷線檢測； (4)實現(xiàn)模擬量的過大過小的處理 (5)能夠精確測試壓力范圍在 35壓性試驗。 系統(tǒng)可以進行對 5 個以下產(chǎn)品的檢測，但是必須是同一壓力之下。在檢測時需要將 8 個壓力模擬量轉(zhuǎn)化以后顯示出來。同時系統(tǒng)還得實現(xiàn)對壓力傳感器是否斷線進行檢測。當模擬量過大或過小時，將其進行處理，超過 20 20算。 系統(tǒng)的框架和工作過程 系統(tǒng)入口連接 35源，在入口安裝手動截止閥，控制整個氣路系統(tǒng)的總氣源，便于在斷電、檢修等情況下使用；在手動截止閥之后設置過濾器，以防止氣源中多余物流入系統(tǒng)從而導致閥門及其它零、部件損壞的現(xiàn)象。 整個氣路系統(tǒng)由三大部分組成，第一部分是氣源進氣部分，用于為后續(xù)部分提供測試壓力。第二部分是 4 路壓力選擇支路： 當測試壓力為 10～ 27采用 級減壓 ； 當測試壓力為 1～ 101則采用二級減壓 ， 通過 減壓器分別將壓力調(diào)節(jié)到 1～ 101第三部分是 5條測試支路，屬于比較復雜的并發(fā)事件，也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)要求五路功能相同，均用于測試被測件的氣密性能。它們可以同時工作，也可以單獨工作。 5條測試支路壓力的調(diào)節(jié)，是通過電動調(diào)節(jié)閥 打開和關(guān)閉以及限流孔板共同完成的。壓力變送器8 實時監(jiān)測各路壓力的變化，完成穩(wěn)壓及保壓的要求。電動調(diào)節(jié)閥 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 保壓結(jié)束以及系統(tǒng)漏氣情況下，進行放氣。調(diào)節(jié)閥，回到初始狀態(tài)。 總 開 始打 開 D K 1打 開 D K 2第2路第3路第4路第 1 路4 條 選 擇 支 路第 1 路 開 始打 開 D K 4 ， P 4 到 設 定 值關(guān) 閉 D K 4第 1 路 穩(wěn) 壓第 1 路 保 壓打 開 D K 9 進 行 放 氣放 氣 完 畢 ， 關(guān) 閉 D K 9第 一 路 結(jié) 束 嗎 ？等 待 D K 1 ， 進 行 排 氣 ， 然 后 關(guān) 閉 其 他 電 機總 結(jié) 束測試第2路測試第3路測試第4路測試第5路5 條 測 試 支 路測 試 第 1 路圖 4程序流程圖 測試開始前，首先必須選擇被測件的壓力等級，即確定 4 路選擇支路哪一路有效。這里假定選擇的是 27~35路，即第 1 支路。按下總開始按鈕，電動調(diào)節(jié)閥開，然后 開。 開后程序處于選擇等待狀態(tài)。當按下第一路開始按鈕后，第一路氣密性檢測開始。打開 ，氣體通過限流孔緩慢到達 ，當達到第一路設定的壓力值時，關(guān)閉 達下限位，開始第一路穩(wěn)壓，穩(wěn)壓完畢自動開始保壓，保壓時間到，打開 行放氣；當 壓力下降到關(guān)閉值（ ，關(guān)閉 一路一次氣密性檢測過程結(jié)束，重新設定參數(shù)后，可以開始第二次測試。點擊第一路結(jié)束按鈕，第一路在進行完這次試驗后自動處于等待狀態(tài)。其他幾路工作過程同第一路，它們可以和第 1 路同時工作，互不影響。當五路都結(jié)束后，系統(tǒng)自動排氣，排氣完畢，關(guān)閉所有電動閥。 程序梯形圖見附錄 2. 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 統(tǒng) I/O 地址分配 對 統(tǒng)來說，要想讓其依據(jù)我們設計的方式來處理現(xiàn)場信號，就必須合理安排 I/O 地址，把其分配到 端口，這樣就確保了 輸入輸出與我們想實現(xiàn)的內(nèi)容相對應。 表 3數(shù)字量輸入 口 地址 輸入點含義 1 ) 14 3 4 5 6 7 8 9 停按鈕信號輸入 10 1M 輸入信號公共端（ 004） 11 限（全關(guān)） 12 限（全開） 13 限（全關(guān)） 14 限（全開） 15 限（全關(guān)） 16 限（全開） 17 2M 外部電源 0V（ 008） 18 ) 329 限（全關(guān)） 20 限（全開） 21 限（全關(guān)） 22 限（全開） 23 限（全關(guān)） 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 24 限（全開） 25 限（全關(guān)） 26 限（全開） 27 限（全關(guān)） 28 限（全開） 29 限（全關(guān)） 30 限（全開） 31 限（全關(guān)） 32 限（全開） 33 限（全關(guān)） 34 限（全開） 35 限（全關(guān)） 36 限（全開） 37 限（全關(guān)） 38 限（全開） 39 限（全關(guān)） 40 限（全開） 41 限（全關(guān)） 42 限（全開） 43 限（全關(guān)） 44 限（全開） 45 限（全關(guān)） 46 限（全開） 47 限（全關(guān)） 48 限（全開） 49 0 1M， 2M 外部電源 0V（ 008） 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 表 3數(shù)字量輸出 口 地址 輸出點 1 ) 10 2 1L 4 點輸出端公共端 3 轉(zhuǎn) 4 轉(zhuǎn) 5 車 6 轉(zhuǎn) 7 2L 3 輸出端公共端 8 轉(zhuǎn) 9 車 10 轉(zhuǎn) 11 3L 3 輸出端公共端 12 轉(zhuǎn) 13 車 14 轉(zhuǎn) 15 ) 8 16 1L 4 輸出端公共端 17 0 轉(zhuǎn) 18 1 車 19 2 轉(zhuǎn) 20 3 轉(zhuǎn) 21 2L 4 輸出端公共端 22 4 車 23 5 轉(zhuǎn) 24 6 轉(zhuǎn) 25 7 車 26 ) 322 27 1L 11 輸出端公共端 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 28 轉(zhuǎn) 29 轉(zhuǎn) 31 車 32 轉(zhuǎn) 33 轉(zhuǎn) 34 車 35 轉(zhuǎn) 36 轉(zhuǎn) 37 1.. 車 38 轉(zhuǎn) 39 轉(zhuǎn) 40 2L 11 輸出端公共端 41 車 42 轉(zhuǎn) 43 轉(zhuǎn) 44 車 45 轉(zhuǎn) 46 轉(zhuǎn) 47 車 48 轉(zhuǎn) 49 轉(zhuǎn) 50 車 51 轉(zhuǎn) 52 3L 10 輸出端公共端 53 轉(zhuǎn) 54 車 55 轉(zhuǎn) 56 轉(zhuǎn) 57 車 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 58 轉(zhuǎn) } 59 轉(zhuǎn) } 60 車 } 61 62 15 ) 8 16 1L 4 輸出端公共端 17 0 轉(zhuǎn) } 18 1 轉(zhuǎn) } 19 2 車 } 20 3 轉(zhuǎn) } 21 2L 4 輸出端公共端 22 4 轉(zhuǎn) } 23 5 車 } 24 6 鳴器 25 7 表 3模擬量輸入 號 模塊端口 地址 備 注 ) 1 1 力變送器 1 2 2 力變送器 2 3 3 力變送器 3 4 4 力變送器 4 ) 5 1 力變送器 5 6 2 力變送器 6 7 3 力變送器 7 8 4 力變送器 8 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 分關(guān)鍵程序的設計 本系統(tǒng)的程序是一個較為龐大的系統(tǒng)，某些程序段是本設計中特有的且某些程序段在本程序整體設計中占有很重要的地位，甚至起到至關(guān)重要的作用，通過把這些子程序有機的組還在一 起從而形成了整個 統(tǒng)的程序部分。 模擬量值和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 在本氣密性臺控制系統(tǒng)設計中，有對多個壓力值的控制。這些壓力值都是模擬量值，無法用控制數(shù)字量的方法來對它們進行控制。這就需要我們把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，即用 A/D 轉(zhuǎn)換來解決這一問題。 在這里假設模擬量的標準電信號是 m（如： 4—20 A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)值為 m（如： 6400—32000），設模擬量的標準電信號是 A， A/D 轉(zhuǎn)換后的相應數(shù)值為 D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系 A＝ f（ D）可以表示為數(shù)學方程： A＝（ D－ ×（ （ （ 4 根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù) D 值計算出 A 值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系 D＝ f（ A）可以表示為數(shù)學方程： D＝（ A－ ×（ （ （ 4 在 藥筒幾何誤差 控制系統(tǒng)設計中，測試用的壓力變送器，當壓力達到滿量程60，壓力變送器的輸出電流是 20數(shù)值是 32000?？梢?，每毫安對應的 A/D 值為 32000/20，測得當壓力為 0，壓力變送器的電流應為 4（ 32000/20） ×4 ＝ 6400。由此得出， 數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際壓力值（單位為 計算公式為： 藥筒 幾何誤差自動檢測裝置控制系統(tǒng)設計 試裝置 圖 4模擬量顯示 值＝ (值－ 6400)(60－ 0)/(32000－ 6400)＋ 0 （ 4 即： 值＝ 60* (值－ 6400) /25600 （ 4 壓力傳感器斷線檢測程序 在系統(tǒng)測試中很大部分依賴于壓力傳感器的準確、穩(wěn)定的測量，因此對壓力傳感器的正常工作與否顯得至關(guān)重要。