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上海電機學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 基于PLC的自動送料控制系統(tǒng) 學 院 電氣學院 專 業(yè) 自動化 班 級 BG0805 學 號 081001130504 姓 名 聶飛 指導教師 劉天羽 定稿日期： 2011年 12月15 日 基于PLC的自動送料控制系統(tǒng) 摘要：可編程序控制器（Programmable controller）簡稱PLC，由于PLC的可靠性高、環(huán)境適應性強、靈活通用、使用方便、維護簡單，所以PLC的應用領域在迅速擴大。本文對送料小車系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)進行研究和設計。并針對送料小車應達到的控制要求利用PLC進行了小車控制的具體程序設計。 關鍵詞：PLC，送料小車，控制，程序設計 1 文獻綜述 1.1PLC研究現(xiàn)狀、應用及前景 隨著社會迅速的發(fā)展，各機械產(chǎn)品層出不窮?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，應用范圍涉及各個領域，例如：機械、化工、汽車制造、交通、軍事、民用等。長期以來，計算機控制和PLC控制一直是工業(yè)控制領域的兩種主要控制方法[1]。PLC自1969年問世以來，以其功能強、可靠性高、使用方便、體積小等優(yōu)點在工化領域得到迅速推廣，成為工業(yè)自動化領域中極具競爭力的控制工具。 而對當今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來，PLC的成本下降，功能又不段增強，所以目前PLC在國內(nèi)外已被廣泛應用于各個行業(yè)。20世紀末期,可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。隨著系統(tǒng)能力的提高,PLC提供系統(tǒng)通信的能力,構成了可編程控制系統(tǒng),人機界面逐步完善,具有離散量和模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控能力[2、3]。從控制規(guī)模上來說,這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；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)了各種人機界面單元、通信單元,使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易[4、5、6]。目前,可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設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)設備及產(chǎn)品中不斷擴大PLC的應用。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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(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[7、8、9]?？梢灶A期,隨著我國現(xiàn)代化進程的深入,PLC在我國將有更廣闊的應用天地。 目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類： 1）開關量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應用領域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路, 實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、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,必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉換模塊, 使可編程控制器用于模擬量控制。 3）運動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構,現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、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。盡管傳統(tǒng)PLC被應用于離散過程控制領域,但現(xiàn)在,PLC已被廣泛應用于連續(xù)過程控制領域,而且基于連續(xù)過程控制技術的發(fā)展趨勢正在進一步得到增長。作為工業(yè)控制計算機, 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用。盡管離散和連續(xù)過程控制應用都使用了同樣的硬件產(chǎn)品和網(wǎng)絡系統(tǒng),可能還需要額外增加一些特殊模件,但它們之間始終存在著一些不同的差異。只要將不同類型的應用軟件裝入到同樣的系統(tǒng)之中,就能夠完成不同的過程控制應用。 5）數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、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,或將它們打印制表。數(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與其它智能設備間的通信。現(xiàn)在,越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口部件。隨著計算機控制的發(fā)展, 工廠自動化網(wǎng)絡發(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)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,通信非常方便。 1.2觸摸屏應用及前景 觸摸屏技術是隨著計算機技術的發(fā)展,為了滿足非專業(yè)計算機用戶操作計算機的需要而逐漸成熟與完善起來的。觸摸屏技術是計算機的一種輸人技術。由用戶通過顯示屏輸人信息以實現(xiàn)對計算機的控制。從計算機與人組成的人機系統(tǒng)來講,觸摸屏是一種交互輸人設備[10、11]。計算機的交互輸入設備非常多,例如鍵盤、鼠標器、跟蹤球、操縱桿、數(shù)字化輸人板等,但它們都是為專業(yè)人員或具有一定計算機基礎的用戶而提供的。觸摸屏技術則是面向非計算機專業(yè)人員或沒有接觸過計算機的用戶[12、13、14]。由于觸摸屏技術的應用, 而且系統(tǒng)提供了良好且友善的交互界面, 消除了用戶操作計算機時面對諸如鍵盤等交互設備時的畏懼、困惑心理。他們只需利用手指或光筆等點觸屏幕上需要的內(nèi)容即可控制計算機的運行,操作非常簡單,提高了用戶的興趣,并且因為感受到了計算機對信息處理的強大功能,從而激發(fā)起用戶學習、掌握計算機技術的積極性。觸摸屏技術對于計算機技術的普及利用可以發(fā)揮非常重要的作用[15、16]。下面主要以國外的有關使用情況進行說明： 1） 商店付款系統(tǒng)。現(xiàn)在許多商店的結算柜臺使用了計算機交互式終端設備。顧客通過 操作觸摸屏即可打印出標有貨物名稱、價格的付款單，而且可以根據(jù)購物的種類及購物次數(shù)給以折扣。在終端機上可以利用滿屏的視頻圖像為產(chǎn)品促銷，顧客根據(jù)自己的需要可以對商品進行查詢。商店管理者通過分析柜臺機構銷商品的數(shù)據(jù)以確定顧客的需要。 2）入場券查詢預訂系統(tǒng)。過去看棒球比賽要到售票處排長隊買票，既費時間又費精力。最新推出的使用觸摸屏的人場券查詢預訂系統(tǒng)完全解決了這一問題。在系統(tǒng)屏幕上顯示出可預訂的座位,你可以通過觸摸選擇其中一個座位,這時屏幕上就會顯示出你從這一位置觀看比賽場地的效果。如果感到效果不理想再選擇另外一個。當你確定預訂的座位之后, 將你的信用卡放進系統(tǒng)中即可完成預訂過程[17、18]。 3）視頻音樂點播機。視頻音樂點播機中儲存有2500首帶有畫面的歌曲、250首視頻音樂及卡拉OK歌曲,通過觸摸屏可以對這些內(nèi)容進行選擇。有些視頻音樂點播機還有供你選用的游戲軟件,你只需觸摸屏幕即可以玩這些生動有趣的游戲。與視頻音樂庫聯(lián)網(wǎng)的視頻音樂點播機則可供選擇使用的內(nèi)容更加豐富。 4）CD預覽系統(tǒng)。到超級商場準備購買音樂CD時,你就會遇到帶有觸摸屏的交互式查詢演示系統(tǒng)—CD預覽系統(tǒng)。通過觸摸顯示屏幕,選擇音樂的種類、演唱者或者主題內(nèi)容,CD 預覽系統(tǒng)就會對你的購買提供幫助。 5)游戲。使用觸摸屏的游戲機與視頻撲克機的數(shù)量正在逐漸增加。這些具有友好交互性 的系統(tǒng)在不使用令人感到迷惑的按鈕組的情況下,操作更加簡單,一臺機器可存放多種游戲,使用者僅需用手指點觸屏幕即可進入生動有趣的游戲王國。這種游戲控制方式更加適合初學者,節(jié)奏感增強,因而深受游戲愛好者的歡迎。 6）金融交易。在金融交易中,速度與準確性是極為重要的兩個因素。觸摸屏的使用為用戶提供輕松與迅速處理瞬息變化的信息的手段,用戶不需要經(jīng)過培訓,根據(jù)屏幕的顯示內(nèi)容作出決斷,并隨即點觸屏幕即完成決策。因此觸摸屏可以讓使用者將精力完全集中在交易上,而不需要思考如何操作交易系統(tǒng)。 7）工業(yè)自動化。在工廠車間中,觸摸屏是首選的接口設備,因為它具有很強的適應性而比鍵盤、鼠標、軌跡球更有優(yōu)越性。觸摸屏易于使用、易于掌握、低操作故障率是任何其它輸人設備所無法比擬的。當觸摸屏工作在惡劣的環(huán)境下,如灰塵、油污、潮濕、磨損劃傷等,都不會造成觸摸屏的損壞。因此在工業(yè)自動化中觸摸屏可以發(fā)揮很好的作用。 8）自助快餐。在主要的快餐連鎖店中,顧客可以通過自己的操作預訂快餐。帶有觸摸屏的顯示器顯示了逼真的快餐圖片與價格,你只需簡單地觸摸你喜歡的品種即完成預訂。這種系統(tǒng)的應用提高了服務人員的工作效率, 并且避免了高峰時間例如午餐因就 餐人數(shù)增多、快餐銷售緊張的情況。 9）電子付款銷售系統(tǒng)。大多數(shù)酒店經(jīng)營者們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)帶有觸摸屏的終端比采用傳統(tǒng)的現(xiàn)金登記具有更多優(yōu)越性觸摸輸人設備成本低、辦理事務的速度快、減少了培訓時間、便于使用者集中精力思考問題、提高了雇員的工作效率。并且系統(tǒng)在軟件的支持下,系統(tǒng)顯示菜單項目的內(nèi)容與價格很容易修改。由于通過顯示器辦理業(yè)務,不用現(xiàn)金交易, 因而降低了錯誤率。 從我國觸摸屏應用領域看,主要是進行演示、查詢等,工業(yè)、商業(yè)、金融、娛樂等方面的應用尚處于起步階段[19、20]。 從前通過介紹觸摸屏的應用現(xiàn)狀可以看出觸摸屏技術的發(fā)展趨勢： 1）專業(yè)化。專業(yè)化的含義是指性能的專業(yè)化與應用的專業(yè)化。由于早期觸摸屏的技術不十分成熟, 因而影響了觸摸屏的靈敏度與分辨率,僅能在精度與速度要求不高的Kiosk領域、演示系統(tǒng)中應用,功能非常單一。隨著觸摸屏技術的成熟及新技術的不斷推出,觸摸屏已可用來進行繪畫、書寫等,而這種應用是計算機的其它輸人設備無法完成 的。利用觸摸屏技術的應用領域已呈專業(yè)化趨勢發(fā)展, 如商業(yè)、金融、娛樂、教育、自動化等,各種專業(yè)性觸摸屏的應用必將極大地促進觸摸屏技術的發(fā)展。 2)電容式。電容式觸摸屏具有靈敏度高、分辨率高、清晰度高的特點,其技術的發(fā)展?jié)摿艽?因而目前推出的觸摸屏大都是電容式的。隨著與觸摸屏相關技術的發(fā)展, 電容式觸摸屏的性能將更加完善、種類還會逐漸增多,應用范圍更加廣泛。 3）傳感器的使用。在最新推出的觸摸屏中大都使用了各種類型的傳感器, 從而提高了觸摸屏的性能。各種專業(yè)性觸摸屏的出現(xiàn), 離不開傳感器的應用。觸摸屏技術的需要也將推動傳感器技術的發(fā)展。 4）多媒體技術的應用觸摸屏技術將與多媒體密切結合。觸摸屏技術的優(yōu)勢是輸入簡便, 多媒體技術的優(yōu)勢是對信息表現(xiàn)靈活。觸摸輸人操作方便了人們對多媒體信息的控制,多媒體信息的呈現(xiàn)大大提高了觸摸屏輸人的表現(xiàn)效果從趣味性在各種專業(yè)化觸摸屏應用中屏幕所呈現(xiàn)的不再是單一視覺信息,語音提示、背景音樂、動畫、視頻等多種媒體信息將為你提供一個立體、豐富多彩的感覺空間。 5）自然交互。觸摸屏技術的發(fā)展目標是實現(xiàn)人與討一算機的自然交互。計算機為用戶提供了易于操作、友好、生動形象的交互界面。當用戶迷航時, 計算機能對用戶的行為進行分析, 并對用戶的操作提供有效的幫助。如計算機能夠接收川戶的語音輸人,則將會大大拓寬觸摸屏的應用范圍。 6）立體化。所謂立體化,是指計算機屏幕內(nèi)容呈現(xiàn)的立體化、多媒體聲音信息的立體化。在這種輸人環(huán)境中,將會極大地調(diào)動起用戶的興趣與積極性,從而增強觸摸屏的使用效果。 7）大屏幕。隨著屏幕顯示技術的成熟,觸摸屏將向人屏幕發(fā)展。大屏幕呈現(xiàn)信息將提高信息呈現(xiàn)的逼真度和感染力,并將會在廣告、Kiosk系統(tǒng)、教育等領域得到廣泛應用。 2 選題背景及其意義 隨著時代的進步和發(fā)展，PLC技術已經(jīng)普及到我們的生活、工作、科研，各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。隨著社會的發(fā)展,知識的更新,各行各業(yè)的需要帶動了電子產(chǎn)品的發(fā)展,未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向,更希望成為現(xiàn)代社會應用廣泛的計算工具。 送料小車是基于PLC控制系統(tǒng)來設計的，控制系統(tǒng)的每一步動作都直接作用于送料小車的運行，因此，送料小車性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關系。送料小車能否正常運行、工作效率的高低都與控制系統(tǒng)密不可分。所以，對送料小車控制系統(tǒng)的設計要予以重視。 相信在使用并掌握了PLC技術后，不管在今后開發(fā)或是工作上，一定會帶來意想不到的驚喜。 3 研究內(nèi)容 1） PLC工作原理，對其有相對的了解，并會使用編程語言對其進行編程；掌握對各個程序的編寫，并使其能夠正常運行； 2） 掌握組態(tài)軟件的使用，將PLC控制與觸摸屏相結合，實現(xiàn)良好的人機互交功能，觸摸屏可以顯示小車當前的工作狀態(tài)，同時人也可對小車的工作狀態(tài)進行控制。 3）生產(chǎn)流水線送料小車主要工作過程，如下圖所示： 小車送料示意圖 4) 在充分分析自動送料小車的工作過程，并能夠把每一步都分解開一步一步的去編寫程序。在編程過程中涉及到的一些相關技術和一些動作的語言要熟悉使用，程序編程是PLC編程的重要內(nèi)容，也是一種提高程序設計質量的關鍵技術。 5) 生產(chǎn)流水線送料小車自動程序的順序功能圖，如下圖 4 工作特色及其難點，擬采取的解決措施 4.1 工作特色 送料小車控制系統(tǒng)采用了PLC控制。此送料小車電氣控制系統(tǒng)設計具有手動和自動兩種工作方式。在程序設計上采用了模塊化的設計方法，這樣就省去了工作方式程序之間復雜的連鎖關系，從而在設計和修改任何一種工作方式的程序時，不會對其他工作方式的程序造成任何影響，使得程序的設計，修改和故障查找工作大為簡化。 4.2 難點 1）小車自動與手動控制的PLC程序編寫。 2）上位機觸摸屏與小車工作狀態(tài)的實時顯示及控制。 3）系統(tǒng)的總體調(diào)試。 4.3 擬采取的解決措施 1）分部編寫并調(diào)試自動控制與手動控制程序，調(diào)試成功后再實現(xiàn)兩者的合理融合。 2）實際設計過程中，注意各部分的銜接以及中間繼電器合理使用，解決硬件設計、軟件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試等問題。 5 論文工作量及預期進度 2011年11月---2011年12月： 收集資料，確定設計系統(tǒng)總體方案，翻譯有關外文資料及閱讀技術文獻，撰寫開題報告 2011年12月---2012年1月： 熟悉送料小車控制系統(tǒng)的工作過程，監(jiān)控和故障處理過程 2012年1 月---2012 年2月： 學習PLC軟件，進行系統(tǒng)控制軟件的編程 2012年2 月---2012 年3月： 進行軟件調(diào)試 2012年3 月---2012 年4月： 撰寫畢業(yè)設計報告 2012年4 月---2012 年5月： 畢業(yè)設計答辯，交最終定稿 6 預期成果及其可能的創(chuàng)新點 預期成果：小車控制順利運行，按指定方式進行送料工作。 可能的創(chuàng)新點：采用手動控制和自動控制相結合；有急停功能，當急停解除后，設備能從急停處繼續(xù)工作。  參考文獻： [1] 林小峰.《可編程控制器原理及應用》[M].北京:高等教育出版社.1994. 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