畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告-滑塊厚度綜合檢測平臺--控制系統(tǒng)軟件部分.doc

南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名：段振偉學(xué) 號：0101170113專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器設(shè)計(論文)題目：滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)軟件部分指 導(dǎo) 教 師:狄長安2005年 4 月 2 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標gb/t 740894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?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述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)的制冷制熱效果的好壞。如今隨著市場對空調(diào)及空氣壓縮機的需求的擴大，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，檢測成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵性一環(huán)。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，為此，由寧波市科技局與南京理工大學(xué)合作研制了這套滑塊自動化檢測系統(tǒng)。本課題主要是針對滑塊厚度進行檢測。本文主要介紹滑塊厚度檢測綜合檢測平臺的控制系統(tǒng)，以西門子公司s7-200系列plc和工業(yè)控制計算機為核心，將plc驅(qū)動能力強、高可靠性、優(yōu)良的性價比、使用方便等特點與工業(yè)控制計算機數(shù)據(jù)處理能力強、人機界面友好、管理水平高的特點結(jié)合起來，構(gòu)成了滑塊厚度綜合檢測平臺測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了滑塊厚度檢測和分類全過程的自動化，提高了工廠生產(chǎn)的自動化水平，取得了良好的經(jīng)濟效益。1、plc的應(yīng)用狀況可編程控制器(plc)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)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(fù)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(luò)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(yīng)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(yīng)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(luò)。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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用靈活性、減少設(shè)備的復(fù)雜性與投資成本。尤其在一些流程工業(yè)復(fù)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(yīng)用于生產(chǎn)過程的監(jiān)控，也是plc的重要應(yīng)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料機構(gòu)的電機的輸出相位。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。2、項目概況滑塊厚度綜合檢測平臺主要由自動檢測平臺、分類機構(gòu)和控制部分三部分組成?；瑝K的測量和數(shù)據(jù)處理在上位機完成，控制系統(tǒng)主要完成滑塊的傳送和分類。本測控系統(tǒng)是基于微機-plc模式構(gòu)成的一個集散控制系統(tǒng)。一般來說，集散控制系統(tǒng)可分為三層。頂層管理層，其任務(wù)是實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理工作。中間層為集中監(jiān)控層，其任務(wù)是實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、調(diào)度等工作。底層是分散執(zhí)行層。其任務(wù)是完成局部的控制工作。在本系統(tǒng)中，工控機作為監(jiān)控管理層承擔(dān)了頂層和中間層的任務(wù)；plc作為控制執(zhí)行層，承擔(dān)底層控制任務(wù)。工控機把管理決策、控制任務(wù)、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過通信電纜傳送給控制層plc，plc也要通過電纜把控制過程的參數(shù)、控制進程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層。控制系統(tǒng)的上位機軟件設(shè)計采用面向?qū)ο蟮膚indows應(yīng)用程序，用bland c+編譯器編寫，可在windows 98/2000/xp下運行，具有很好的可擴充性、可維護性和可靠性。plc的控制軟件采用step7-micro/win32編程軟件編寫。step7-micro/win32編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為s7-200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)。它功能強大，主要為用戶開發(fā)程序使用，同時也可以實時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。本系統(tǒng)經(jīng)加工、安裝、調(diào)試證明系統(tǒng)設(shè)計合理，具有適應(yīng)性強、智能化自動化程度高、移植性通用性強的特點，并且軟件采用模塊化設(shè)計，通過軟件升級可實現(xiàn)多臺測量平臺的網(wǎng)絡(luò)化，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)，具有很高的升級空間。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1. 滑塊厚度綜合檢測平臺的總體設(shè)計滑塊厚度綜合檢測平臺主要由自動檢測平臺、分類機構(gòu)和控制部分三部分組成。本測控系統(tǒng)是基于微機-plc模式構(gòu)成的一個集散控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，工控機作為監(jiān)控管理層承擔(dān)了頂層和中間層的任務(wù)；plc作為控制執(zhí)行層，承擔(dān)底層控制任務(wù)。工控機把管理決策、控制任務(wù)、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過通信電纜傳送給控制層plc，plc也要通過電纜把控制過程的參數(shù)、控制進程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層。整個系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。pc/ppi控制信號分類/控制信號狀態(tài)信息脈沖輸出控制傳感器信號測量工作平臺工控機rs-232plc rs485分類控制系統(tǒng)電機1電機2狀態(tài)信息圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1.1自動檢測平臺 自動檢測平臺由測量平臺和傳動機構(gòu)組成。測量平臺是滑塊幾何量測量的基準，其精度遠高于滑塊的精度。滑塊測量過程中，相對于工作臺作滑動運動。為保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動機構(gòu)的震動引入附加的測量誤差，造成測量結(jié)果的失真。傳動測量機構(gòu)采用了分體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將測量工作臺與傳動機構(gòu)分離，從而大大減少了傳動機構(gòu)對測量過程的影響。滑塊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90度旋轉(zhuǎn)，還要翻轉(zhuǎn)180度。通過在測量平臺上刻畫合適的曲線使滑塊能夠按照預(yù)先設(shè)定的軌跡作適當(dāng)?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)。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)。1.2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)由plc依據(jù)接收到的分類信息控制步進電機旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，將滑塊分類出去。plc對電機的控制是通過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)方式分為單段管線和多段管線。本系統(tǒng)中采用多段管線的方式，通過在變量存儲區(qū)建立包絡(luò)表的方式，控制輸出脈沖的周期和脈沖數(shù)，從而達到對步進電機的速度和轉(zhuǎn)動角度精確控制的目的。在分類的過程中，plc通過對安裝在系統(tǒng)中的感應(yīng)開關(guān)來判斷分類過程中的各種狀態(tài)。如：滑塊到達、定位信號、分類完成等等。如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)，則向工控機發(fā)出相應(yīng)的報警信號告知工作人員，以方便排除故障。1.3控制部分控制部分是以plc為控制核心，通過與工控機的通信，執(zhí)行工控機的命令。在工控機與plc接口時，由于plc采用的是rs-485標準與工控機rs-232標準不兼容，必須通過pc/ppi電纜進行轉(zhuǎn)接。工控機是整個系統(tǒng)的管理者，控制測量傳感器測量流水線上滑塊的幾何參量，并通過計算得出滑塊分類信息。plc是整個系統(tǒng)的控制執(zhí)行核心，主要完成系統(tǒng)驅(qū)動控制、狀態(tài)檢測、命令執(zhí)行等功能。plc通過接收工控機的分類信息和控制信息控制分類機構(gòu)和傳動機構(gòu)的運行。2、 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1系統(tǒng)的控制要求為使整個系統(tǒng)完成滑塊的檢測、傳送和正確分類，要求系統(tǒng)應(yīng)完成如下功能：(1)能完成滑塊在流水線上穩(wěn)定傳送，保證滑塊在流水線上按進入流水線的先后形成的隊列傳送，并且要充分保證隊列的有序性和完整性。(2)前級傳動機構(gòu)的速度不應(yīng)快于后級分類機構(gòu)，且至少應(yīng)保證在分類機構(gòu)沒有完成分類時，沒有滑塊進入分類機構(gòu)。(3)保證分類機構(gòu)能夠自動復(fù)位，當(dāng)步進電機失步時，分類機構(gòu)能夠自動復(fù)位。(4)當(dāng)出現(xiàn)有多于一個滑塊進入分類機構(gòu)時，要告知工作人員系統(tǒng)故障，同時，能判斷分類電機的工作是否正常，輸出角位移是否正確。(5)系統(tǒng)應(yīng)有一定的容錯能力，當(dāng)出現(xiàn)一般性錯誤時，系統(tǒng)能夠自我修復(fù)，不影響系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)出現(xiàn)嚴重錯誤時，能夠提示錯誤的可能種類或者故障的大致方位。2.2控制系統(tǒng)的工作原理控制系統(tǒng)主要是由plc為中心的電機驅(qū)動部分、通信部分、狀態(tài)檢測部分和報警部分組成?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖2。 2.2.1步進電機與驅(qū)動部分步進電動機是將plc輸出的電脈沖轉(zhuǎn)換成與電脈沖成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。前級傳動部分步進電機主要完成流水線的速度控制，后級分類機構(gòu)則要精確控制步進電機的輸出角位移和方向。步進電機在運行時可能會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，可在后級增加光電編碼器對電動機的輸出相位做出控制，以確保與實際的輸出相一致。后級分類電機采用正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)定位的方式，以消除電機的累計誤差，保證電動機每次都從零位置起輸出一定的角度。方向控制pc/ppii0.2i1.7 i0.0 i0.1inputplc 226 output q0.5 q0.2 q 0.1 q0.0電機驅(qū)動器電機1電機驅(qū)動器電機2報警指示狀態(tài)檢測傳感器手動輸入控制通信口pc圖2 控制系統(tǒng)2.2.2狀態(tài)檢測及報警設(shè)計通過安裝在系統(tǒng)各個位置的感應(yīng)開關(guān)判斷系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)，是否與已設(shè)定的狀態(tài)一致。當(dāng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出警報。報警方式設(shè)計為聲光報警的方式，依據(jù)錯誤的嚴重性而不同。2.2.3 plc與上位機的通信plc與上位機的通信通過對plc的通信口編程來實現(xiàn)，主要包括波特率、校驗位、數(shù)據(jù)幀的長度等的統(tǒng)一。在本系統(tǒng)中，通信協(xié)議充分考慮了各種情況，將各種狀態(tài)分別編碼。數(shù)據(jù)幀的長度定義為一個字節(jié)，其高兩位為a7a6特征位，a7a6=00時，表示為正常分類狀態(tài)；a7a6=01：表示為控制代碼；a7a6=10：錯誤種類；a7a6=11：備用。3、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計上位機軟件采用面向?qū)ο蟮膚indows應(yīng)用程序，用bland c+編譯器編寫，具有精美的人機交互界面和多級菜單設(shè)計，操作十分簡單?？稍趙indows 98/2000/xp下運行，具有很好的可擴充性、可維護性和可靠性。plc的控制軟件采用step7-micro/win32編程軟件編寫。step7-micro/win32編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為s7-200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)。它功能強大，主要為用戶開發(fā)程序使用，同時也可以實時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。上位機軟件和plc控制軟件通過定義統(tǒng)一的通信協(xié)議完成雙方的信息交換、狀態(tài)指示等。2.1 plc主控軟件設(shè)計plc控制軟件結(jié)構(gòu)上可分為主程序main、正常分類程序micro_sort、自動復(fù)位程auto_reset、中斷處理程序interrupt、初始化程序ini_install和錯誤及故障處理程序error_dispose等。各子程序統(tǒng)一由主程序依據(jù)工控機或外部命令決定其是否被調(diào)用。其主要控制流程框圖如圖3所示。nnyynyn啟動電機2進行復(fù)位yny系統(tǒng)初始化，自檢正常啟動傳送電機1傳感i8是否有信號？查詢分類號，并啟動電機2旋轉(zhuǎn)i角度。q4失電，彈出滑塊。電機反轉(zhuǎn)i，復(fù)位。結(jié)束i2.0=1?i1.7=1?滑塊堆積報警分類接收傳感器i是否收到？停機？電機1停機電機1停機分類錯誤報警系統(tǒng)上電后，首先調(diào)用初始化程序完成對整個系統(tǒng)的初始化及各感應(yīng)開關(guān)的掃描，并依此判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。如否，則向工控及發(fā)出初始化失敗信息，并等待操作人員處理；如正常，則在初始化完成后，向工控機發(fā)出準備就緒信號，工控機收到后，啟動系統(tǒng)工作。工作過程中，plc不斷掃描各感應(yīng)開關(guān)，監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)有滑塊到達分類機構(gòu)依據(jù)工控機發(fā)出的分 圖3 控制流程框圖類信號，控制分類機構(gòu)將滑塊分類出去。由于多個分類的存在，可能出現(xiàn)因電機失步而導(dǎo)致誤分類。因此，在彈出滑塊后，plc要依據(jù)分類信息和收到的分類完成信號，判斷他們是否一致。如一致，則表明分類正確；否則應(yīng)報警，告知分類錯誤，同時中止系統(tǒng)的運行。2.2軟件的容錯策略面對復(fù)雜的