畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)--論文

1、摘要河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE IV PAGE 11基于PLC的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，而目前我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)備品種繁多、規(guī)格復(fù)雜，產(chǎn)品鑒定采用傳統(tǒng)方法檢測(cè)周期長(zhǎng)、工作量大、效率低。為了使農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械在大批量生產(chǎn)和投放市場(chǎng)之前達(dá)到國(guó)家規(guī)定的性能指標(biāo)和要求，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求和系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，采用數(shù)據(jù)采集技術(shù)和PLC控制技術(shù)研究和設(shè)計(jì)了農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件。本文首先概述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和PLC在工業(yè)控制中的重要性，分析了農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量現(xiàn)狀。其二，介紹了數(shù)據(jù)采集技術(shù)及PLC控制技術(shù)

2、。其三，提出了檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)的硬件。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡PCL813采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)工控機(jī)的PCI數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)傳給上位工控機(jī)，工控機(jī)與下位機(jī)PLC之間采用RS232C進(jìn)行串行通信，PLC控制農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械的性能檢測(cè)系統(tǒng)，PLC與變頻器之間通過(guò)RS485串口通信，變頻器通過(guò)改變交流變頻電動(dòng)機(jī)的頻率從而控制交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制原料的流量。本文所設(shè)計(jì)的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能均能可靠實(shí)現(xiàn)，結(jié)果證明該系統(tǒng)方案切實(shí)可行。關(guān)鍵詞： PLC控制，數(shù)據(jù)采集，串行通信，變頻器 The Hardware Design of Agri

3、cultural Products Processing Mechanical Property Examination System Based on PLCABSTRACTWith the development of the society and the progress of technology, peoples request to the agricultural products processing mechanical products is more and more high, but agricultural products processing machines

4、 are various in style and complicated in specification in our country. Products examination with traditional method exist the following questions: long measure cycle, heavy work load, low efficiency. In order to make the agricultural products processing machines can reach the performance and require

5、ment that the country stipulates before producing in enormous quantities and putting on market, this article adopts data acquisition technology and PLC control technology to research and design the hardware of performance examination system about agricultural products processing machines in foundati

6、on the require live and systematic technical indicator.Firstly, this article summed up the importance for the computer control system and PLC in industrial control and analyzed the quality current situation of agricultural products processing machines. Secondly, the article recommended the data acqu

7、isition technology and PLC control technology. Thirdly, the article proposed the overall design scheme of the examination system, designed the hardware of the examination system. Data acquisition card PCL813 gathers the data transmitted by the testing scenes each sensor, and then the data are transm

8、itted to the industrial personal computer(IPC) by the data bus PCI of IPC, RS232C realizes the serial communication between the IPC and lower position machine PLC, PLC controls the performance examination system of agricultural products processing machines, RS485 realizes the serial communication be

9、tween PLC and the variable-frequency driver(VFD), VFD changes the alternative variable frequency motors frequency, thus which control the flow of raw materials.The performance examination system about agricultural products processingmachines run steadily, every control function of the system can be

10、realized reliably. It proves the scheme of this system is feasible.KEY WORDS：PLC Control, Data Acquisition, Serial Communication, Variable-Frequency Driver目錄目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc169691570 前 言 PAGEREF _Toc169691570 h 1 HYPERLINK l _Toc169691571 第1章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和PLC控制技術(shù) PAGEREF _Toc169691571 h

11、 3 HYPERLINK l _Toc169691572 1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù) PAGEREF _Toc169691572 h 3 HYPERLINK l _Toc169691573 1.1.1 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc169691573 h 4 HYPERLINK l _Toc169691574 1.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾個(gè)主要考慮因素 PAGEREF _Toc169691574 h 5 HYPERLINK l _Toc169691575 1.1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則 PAGEREF _Toc169691575 h 6 HYPERLINK l _Toc

12、169691576 1.2 PLC控制技術(shù) PAGEREF _Toc169691576 h 7 HYPERLINK l _Toc169691577 1.2.1 可編程控制器的組成及功能 PAGEREF _Toc169691577 h 7 HYPERLINK l _Toc169691578 1.2.2 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc169691578 h 8 HYPERLINK l _Toc169691579 1.2.3 PLC的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc169691579 h 10 HYPERLINK l _Toc169691580 第2章 檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 PAGE

13、REF _Toc169691580 h 12 HYPERLINK l _Toc169691581 2.1 檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc169691581 h 12 HYPERLINK l _Toc169691582 2.2 檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求 PAGEREF _Toc169691582 h 12 HYPERLINK l _Toc169691583 2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的組成及工作原理 PAGEREF _Toc169691583 h 14 HYPERLINK l _Toc169691584 第3章 檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc169691584 h 16 H

14、YPERLINK l _Toc169691585 3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc169691585 h 16 HYPERLINK l _Toc169691586 3.1.1 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc169691586 h 16 HYPERLINK l _Toc169691587 3.1.2 稱(chēng)重傳感器與其信號(hào)調(diào)理電路 PAGEREF _Toc169691587 h 17 HYPERLINK l _Toc169691588 3.1.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 PAGEREF _Toc169691588 h 17 HYPERLINK l _Toc169691589

15、3.1.4 上位工控機(jī) PAGEREF _Toc169691589 h 19 HYPERLINK l _Toc169691590 3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc169691590 h 21 HYPERLINK l _Toc169691591 3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc169691591 h 21 HYPERLINK l _Toc169691592 3.2.2 下位機(jī)PLC PAGEREF _Toc169691592 h 24 HYPERLINK l _Toc169691593 3.2.3 上位工控機(jī)與下位機(jī)PLC之間的通信 PAGE

16、REF _Toc169691593 h 25 HYPERLINK l _Toc169691594 3.2.4 變頻器 PAGEREF _Toc169691594 h 27 HYPERLINK l _Toc169691595 結(jié)論 PAGEREF _Toc169691595 h 31 HYPERLINK l _Toc169691596 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc169691596 h 32 HYPERLINK l _Toc169691597 致謝 PAGEREF _Toc169691597 h 34 HYPERLINK l _Toc169691598 附錄 PAGEREF _Toc169

17、691598 h 35河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械是對(duì)農(nóng)業(yè)生物資源進(jìn)行加工所使用的各種機(jī)械和設(shè)備的總稱(chēng)，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)的載體。長(zhǎng)期以來(lái)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)下形成的農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)體系與當(dāng)前我們面臨的形勢(shì)很不適應(yīng)，無(wú)論是在農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的設(shè)置、基礎(chǔ)建設(shè)還是在有關(guān)政策等方面，都還跟不上形勢(shì)發(fā)展的要求，存在著大量亟需解決的問(wèn)題。因此，完善能有效提高農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的農(nóng)產(chǎn)品安全檢驗(yàn)檢測(cè)體系已迫在眉睫。為了對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械(如碾米機(jī)、榨油機(jī)、茶葉加工機(jī)、飼料機(jī)等)的性能進(jìn)行檢測(cè)和鑒定，使其在大批量生產(chǎn)和投放市場(chǎng)之前達(dá)到國(guó)家規(guī)定的性能指標(biāo)和要求，必須有一個(gè)完善的檢測(cè)和鑒定系統(tǒng)對(duì)農(nóng)

18、產(chǎn)品加工機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)和鑒定。本設(shè)計(jì)的研究目的是設(shè)計(jì)農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)，在檢測(cè)過(guò)程中用自動(dòng)化控制和通信的技術(shù)來(lái)測(cè)定被測(cè)機(jī)械的相關(guān)性能參數(shù)，然后再把這些測(cè)得的性能參數(shù)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷該被測(cè)機(jī)械的性能好壞。該檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用使農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械在大批量生產(chǎn)之前先確定其性能好壞，從而避免性能不合格的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械流入市場(chǎng)，擾亂農(nóng)產(chǎn)品加工市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集和PLC工業(yè)控制系統(tǒng)的基本理論研究和實(shí)踐，掌握數(shù)據(jù)采集和PLC工業(yè)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制方法。通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC控制系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和基本管理、質(zhì)量管理等。本設(shè)計(jì)研究了PLC控制技術(shù)，在熟悉PL

19、C基本原理的基礎(chǔ)上完成農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；（2）工控機(jī)與下位機(jī)PLC之間的通信實(shí)現(xiàn)；（3）PLC與變頻器之間通信實(shí)現(xiàn)。具體每一章的內(nèi)容如下：第一章介紹數(shù)據(jù)采集技術(shù)和PLC控制技術(shù)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集的概念和方法、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本功能和性能參數(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則；介紹PLC的基本組成及各部分功能以及PLC的工作原理和主要特點(diǎn)。第二章闡述農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案。總體設(shè)計(jì)方案包括系統(tǒng)的功能要求與技術(shù)要求、檢測(cè)系統(tǒng)的組成及工作原理。第三章介紹檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳

20、感器的選型、稱(chēng)重傳感器的信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡的選型、上位工控機(jī)，PLC控制系統(tǒng)包括下位機(jī)PLC的設(shè)備選型、控制系統(tǒng)中PLC的輸入輸出、上位工控機(jī)與下位PLC之間的RS-232C串口通信、變頻器VFD-M的性能介紹、變頻器參數(shù)重新設(shè)定、PLC與變頻器的連接等。第1章 標(biāo)題 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和PLC控制技術(shù)隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的可靠性和性能/價(jià)格比越來(lái)越高，這使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分，系統(tǒng)的主要功能是對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示、記錄和報(bào)警，對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。而PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)

21、物，它按照用戶程序存儲(chǔ)器中預(yù)先編制的控制程序，通過(guò)輸入接口采用現(xiàn)場(chǎng)信息，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運(yùn)算，進(jìn)而通過(guò)接口控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。本章主要介紹數(shù)據(jù)采集技術(shù)及PLC控制技術(shù)。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集與處理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要分支，主要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理及控制等內(nèi)容。70年代以來(lái)，由于微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及其在軍、民用工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尤其是適于通用微機(jī)（如IBM PC系列）使用的板卡級(jí)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的大量出現(xiàn)，以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)在的微機(jī)，只需在其擴(kuò)展槽內(nèi)插上一塊數(shù)據(jù)采集板，并輔以應(yīng)用軟件，即可組成一套微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息處理和實(shí)時(shí)控制功能。數(shù)

22、據(jù)采集與處理技術(shù)主要研究模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D、D/A）、數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題，需要計(jì)算機(jī)硬件電路和軟件編程知識(shí)。 “數(shù)據(jù)采集”是指為對(duì)溫度、壓力、流量、速度、位移、振動(dòng)、噪聲等物理量進(jìn)行測(cè)控，首先通過(guò)傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，而后由A/D-D/A板將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間、數(shù)值上量化且離散的數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集的核心是A/D轉(zhuǎn)換。 “數(shù)據(jù)處理”是指計(jì)算機(jī)根據(jù)被測(cè)控對(duì)象的需要，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析運(yùn)算，處理結(jié)果一方面送至顯示器、打印機(jī)等外設(shè)，一方面由A/D-D/A板將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)輸出，對(duì)外部物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。數(shù)據(jù)處理的核心是數(shù)值處理和D/A轉(zhuǎn)換。1.1.1 微型計(jì)

23、算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由傳感器、模擬多路開(kāi)關(guān)、程控放大器、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)及外設(shè)等部分組成。各部分的作用如下：1. 傳感器各種待轉(zhuǎn)換的物理量，如溫度、壓力、位移、流量等都是非電量。首先要把這些非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后才能進(jìn)一步的處理。把各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件稱(chēng)為傳感器。2. 模擬多路開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往要對(duì)多路模擬量進(jìn)行采集。在不要求高速采集的場(chǎng)合，一般采用公共的A/D轉(zhuǎn)換器，分時(shí)對(duì)各路模擬量進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，目的是簡(jiǎn)化電路，降低成本。可以用模擬多路開(kāi)關(guān)來(lái)輪流切換各路模擬量與A/D轉(zhuǎn)換器間的通道，使得在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號(hào)輸入到A/D

24、轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。3. 程控放大器在數(shù)據(jù)采集時(shí)，來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)一般都是比較弱的低電平信號(hào)。程控放大器的作用是將微弱的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，以便充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。例如，傳感器的輸出信號(hào)一般是毫伏數(shù)量級(jí)，而A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入電壓多數(shù)是2.5V，5V或10V，且A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是以滿量程電壓為依據(jù)確定的。為了能充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率，即轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字位數(shù)，就要把模擬輸入信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換器滿量程電壓相應(yīng)的電平值。一般通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均支持多路模擬通道，而各通道的模擬信號(hào)電壓可能有較大差異，因此最好是對(duì)各通道采用不同的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，即放大器的放

25、大倍數(shù)可以實(shí)時(shí)控制改變，這樣，在多路開(kāi)關(guān)改變其通道序號(hào)時(shí)，程控放大器也由相應(yīng)的一組數(shù)碼控制改變放大倍數(shù)，即為每個(gè)模擬通道提供最合適的放大倍數(shù)，它的使用大大拓寬了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適應(yīng)面。4. 采樣/保持器A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)希望A/D轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號(hào)電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。這可以用采樣/保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)，采樣/保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。5. A/D轉(zhuǎn)換器因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換功能的器件是A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心，因此，A/D轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度

26、的主要因素之一。6. 接口電路該電路用來(lái)將傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形或電平調(diào)整，然后再傳送到計(jì)算機(jī)的總線。7. 微機(jī)及外部設(shè)備它們負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進(jìn)行管理和控制，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)做必要的處理,然后根據(jù)需要來(lái)顯示和打印。8. 定時(shí)與邏輯控制電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各部件的定時(shí)關(guān)系是比較嚴(yán)格的，如果定時(shí)不合適，就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的精度。例如，模擬多路開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間是800ns；在模擬多路開(kāi)關(guān)切換期間，程控放大器同時(shí)切換放大倍數(shù)，大約是800ns；從程控放大器的一個(gè)新放大倍數(shù)到產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出大約是400ns；那么，從程控放大器倍數(shù)開(kāi)始切換到采樣/保持器開(kāi)始跟蹤至少需要1.2us。若采樣/保持

27、跟蹤時(shí)間是6us，A/D轉(zhuǎn)換至少再延時(shí)6us后才能開(kāi)始。1.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾個(gè)主要考慮因素對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不同的工作環(huán)境對(duì)其就有不同的要求，但總有一些主要性能指標(biāo)是必須要考慮的。以下給出幾個(gè)主要性能指標(biāo)的含義。1. 系統(tǒng)分辨率：是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨出的最小的輸入信號(hào)的變化量。通常用最低有效位置（LSB）占系統(tǒng)滿度信號(hào)的百分比表示，或直接用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值來(lái)表示，有時(shí)也用滿度信號(hào)可分級(jí)數(shù)來(lái)表示。2. 采集速率：又稱(chēng)為系統(tǒng)通過(guò)速率，是指在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)的前提下，系統(tǒng)對(duì)輸入模擬信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的采集次數(shù)1。3. 動(dòng)態(tài)范圍：某個(gè)物理量的變化范圍。信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是指信號(hào)的

28、最大幅值數(shù)和最小幅值數(shù)之比的分貝數(shù)。對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的高精度采集時(shí)，還要用到“瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍”這樣一個(gè)概念。它是指某一時(shí)刻系統(tǒng)所能采集到的信號(hào)的不同頻率分量幅值之比的最大值。4. 系統(tǒng)精度：是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采樣速率下，每個(gè)離散采樣的轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。而實(shí)際情況是，系統(tǒng)精度往往達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換器的精度，這是因?yàn)?，系統(tǒng)精度取決于系統(tǒng)各部分的精度綜合效應(yīng)，只有系統(tǒng)各部分精度都達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器的精度時(shí)，系統(tǒng)總的精度才能達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器的精度，而這是不可能實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值和理論輸出值之差，它是各種系統(tǒng)誤差的總和。通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。5. 非線性失真

29、：也稱(chēng)諧波失真。當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為f的正弦波時(shí)，其輸出中出現(xiàn)很多頻率為kf（k為整數(shù)）的頻率分量的現(xiàn)象，成為非線性失真。1.1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則1. 確保性能指標(biāo)的完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)是系統(tǒng)所要達(dá)到的性能指標(biāo)，主要應(yīng)考慮系統(tǒng)輸入信號(hào)的特征，如輸入信號(hào)的通道數(shù)是模擬量還是數(shù)字量、信號(hào)的強(qiáng)弱和動(dòng)態(tài)輸入范圍、信號(hào)的輸入方式是周期信號(hào)還是瞬態(tài)信號(hào)、信號(hào)的頻帶寬度、信號(hào)的噪聲及其共模電壓的大小、信號(hào)源的阻抗等等。2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理與否，對(duì)系統(tǒng)的可靠性、性價(jià)比等有直接影響。首先是硬件及軟件功能的合理分配，原則上盡可能的“以軟代硬”，其次考慮系統(tǒng)布局及接口特征。接口

30、特征包括：采用什么樣的總線、采樣數(shù)據(jù)的輸出形式（串行或并行）、數(shù)據(jù)編碼格式等。3. 安全可靠，具有一定的抗干擾能力要保證在一定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)具有最大的穩(wěn)定性，可靠的工作；保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)精度，同時(shí)也要保證使用系統(tǒng)的工作人員的安全。 PLC控制技術(shù)可編程控制器(PLC)是在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備。它具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)周期短，安裝、接線、調(diào)試工作量小，使用維護(hù)方便，具有很高的靈活性、適應(yīng)性及很強(qiáng)的信息處理能力和多功能、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。因此它己經(jīng)成為絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)備首選的控制系統(tǒng)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在

31、可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。 可編程控制器的組成及功能可編程控制器是一種以微型計(jì)算機(jī)為主體、具有強(qiáng)大控制功能和抗干擾能力的工業(yè)控制裝置。所以它的組成與一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本一致，有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、I/O接口部分、電源、通信接口、編程工具等2。下面分別介紹它們的功能：1. 中央處理單元(CPU)CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀

32、取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU模塊是可編程控制器的核心，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)：（1）接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；（2）檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；（3）當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)；（4）讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算；（5）根據(jù)用戶程序的執(zhí)行結(jié)果，更新有關(guān)狀態(tài)標(biāo)志位的狀態(tài)輸出和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。2. 存儲(chǔ)器可編程控制器存儲(chǔ)器中配有兩種存儲(chǔ)系統(tǒng)，即用

33、于存放系統(tǒng)程序的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和存放用戶程序的用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要用來(lái)存儲(chǔ)可編程控制器內(nèi)部的各種信息。在大型可編程控制器中，又可分為寄存器存儲(chǔ)器、內(nèi)部存儲(chǔ)器和高速緩存存儲(chǔ)器。在中、小型可編程控制器中，常把這三種功能的寄存器混合在一起，統(tǒng)稱(chēng)為功能存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM。 由用戶編的程序稱(chēng)為用戶程序。用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中，用戶程序存儲(chǔ)器的容量不大，主要存儲(chǔ)可編程控制器內(nèi)部的輸入輸出信息，以及內(nèi)部繼電器、移位寄存器、累加器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的動(dòng)作狀態(tài)。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存

34、儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫(xiě)的RAM。由于RAM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲(chǔ)的PLC，都有后備電池(鋰電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。若用戶程序已經(jīng)完全調(diào)試好，并且一段時(shí)間內(nèi)不需要改變功能，也可將其固化到EPROM中。但是用戶程序存儲(chǔ)器中必須有部分RAM，用以存放一些必要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。3. I/O單元I/O單元也稱(chēng)為I/O模塊。PLC通過(guò)I/O單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)、光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等信號(hào)，并通過(guò)輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸

35、出單元將CPU送出的弱電控制信號(hào)通過(guò)輸出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件3。 PLC的工作原理可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。因?yàn)閷?zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用，所以采用了循環(huán)掃描的工作方式，整個(gè)工作過(guò)程如圖1-1所示。在正常情況下，一個(gè)用戶程序掃描周期由三個(gè)階段組成。PLC通上電后，CPU首先使 I/O狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常以后，就采用循環(huán)掃描工作方式執(zhí)行用戶程序。 圖1-1 可編程控制器工作過(guò)程圖三個(gè)階段的工作過(guò)程是：1. 輸入處理階段 又稱(chēng)為輸入采樣。在此階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描

36、，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息關(guān)到I/O狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/O狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行4。2. 程序處理階段又稱(chēng)為程序執(zhí)行。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全進(jìn)入I/O狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編過(guò)程控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/O狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫(xiě)入I/O狀態(tài)表的輸出狀態(tài)寄存器中。3. 輸出處理階段又稱(chēng)為輸出刷新。這個(gè)階段 CPU對(duì)用戶程序己掃描處理完畢。并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到I/O狀態(tài)表中的輸出狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸出信號(hào)

37、從輸出狀態(tài)寄存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。PLC的一個(gè)工作周期主要有上述三個(gè)階段，但嚴(yán)格說(shuō)還應(yīng)該包括下述四個(gè)過(guò)程：（1）系統(tǒng)自監(jiān)測(cè)。（2）與編程器交換信息。（3）與數(shù)字處理器交換信息。（4）網(wǎng)絡(luò)通信。值得注意的是在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)CPU進(jìn)入程序處理階段后，輸入端被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行新的掃描，這就是所謂集中采樣，即在CPU工作的一個(gè)掃描周期內(nèi)，定時(shí)集中對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描。在用戶程序中如果對(duì)輸出多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)

38、掃描周期內(nèi)，只是在輸出處理階段將輸出信息從輸出寄存器中送出去，而在其它階段，輸出值一直保留在輸出寄存中，即輸出也采取集中定時(shí)輸出的方式。輸出寄存器中的狀態(tài)在用戶程序中也可作為中間結(jié)果或輸入條件來(lái)使用?？删幊绦蚩刂破魉捎玫募胁蓸?，集中輸出的工作方式，使得CPU工作時(shí)的大多數(shù)時(shí)間與外設(shè)隔離，因而從根本上提高了它的抗干擾能力，增強(qiáng)了可靠性，但響應(yīng)滯后、速度慢，也就是說(shuō)PLC以降低速度求得高可靠性。1.2.3 PLC的主要特點(diǎn)可編程控制器的種類(lèi)雖然千差萬(wàn)別，但為了在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，它們都有許多共同的特點(diǎn)。1. 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，有

39、些PLC的平均故障時(shí)間可以達(dá)到幾十萬(wàn)小時(shí)以上。絕大多數(shù)的用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，因此PLC在許多硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。硬件方面：（1）隔離，在微處理與 1/O電路之間采用光電隔離減少外部干擾源對(duì)PLC的影響。（2）濾波，對(duì)供電系統(tǒng)以及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。且有些模塊設(shè)置了連鎖保護(hù)、自診斷電路等。軟件方面：（1）設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。（2）當(dāng)軟件的故障條件出現(xiàn)時(shí)，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。這樣，一旦外界調(diào)整正常后，便可以恢復(fù)故障發(fā)生前的狀態(tài)，恢復(fù)原來(lái)的工作。2. 編程

40、簡(jiǎn)單、使用方便。目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些 PLC還根據(jù)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。3. 設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。4. 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 REF _Ref168484390 r h 錯(cuò)誤！未找到引用源。 REF _Ref168484424 h 錯(cuò)誤！未找到引用源。 PAGE 6 PAGE 15 檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械的性能檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大部分組成。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡、研華工控

41、機(jī)等設(shè)備組成；PLC控制系統(tǒng)由臺(tái)達(dá)DVP系列的PLC、變頻器等設(shè)備組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的有關(guān)參數(shù)并在研華工控機(jī)的人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示；PLC控制系統(tǒng)主要完成在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械的啟停、被測(cè)機(jī)械的軸承溫度、撥板給料電動(dòng)機(jī)的原料流量等的控制。2.1 檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求針對(duì)目前我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)備品種繁多、規(guī)格復(fù)雜(如各類(lèi)型碾米機(jī)、榨油機(jī)、飼料機(jī)等)、產(chǎn)品鑒定采用傳統(tǒng)方法檢測(cè)周期長(zhǎng)、工作量大、效率低的現(xiàn)狀，為使農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械在大批量生產(chǎn)和投放市場(chǎng)之前達(dá)到國(guó)家規(guī)定的性能指標(biāo)和要求， 避免性能不合格的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械流入市場(chǎng)，擾亂農(nóng)產(chǎn)品加工市場(chǎng)，使人們放心食用高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械產(chǎn)品。必

42、須有一個(gè)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械進(jìn)行性能檢測(cè)的系統(tǒng)，且要求本農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械性能檢測(cè)系統(tǒng)具備以下功能要求：（1）能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)。（2）能夠自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械的啟停及原料的流量控制。（3）當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，使系統(tǒng)功能完善、使用方便、操作簡(jiǎn)單。（4）能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并儲(chǔ)存。2.2 檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求檢測(cè)系統(tǒng)除了要滿足以上功能要求以外，還需要滿足技術(shù)性能指標(biāo)的要求。檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)包括硬件的精度要求、分路測(cè)量精度要求、數(shù)據(jù)采集方面的要求。1. 硬件精度要求硬件精度要求如表2-1所示。表2-1硬件的精度要求硬件名稱(chēng)量程精度質(zhì)量傳感器101000.05%

43、溫度傳感器500kg0.5三相功率儀30kW0.5%電壓表380V2級(jí)電流表80A2級(jí)大氣壓力傳感器80106Pa0.1kPa轉(zhuǎn)速儀5000r/min1r/min濕度傳感器0100%1%2. 分路測(cè)量精度要求（1）質(zhì)量測(cè)量精度：1%（2）溫度測(cè)量精度：1 （3）電壓測(cè)量精度：3%（4）電流測(cè)量精度：3%（5）濕度測(cè)量精度：2%（6）轉(zhuǎn)速測(cè)量精度：5r/min（7）電功率測(cè)量精度：1%3. 控制方面的要求（1）料斗加料控制裝置：要求采用程序自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種形式。（2）料流量控制裝置：要求采用自動(dòng)和手動(dòng)雙重控制形式。既能手動(dòng)控制閥門(mén)的大小，又能根據(jù)被測(cè)試機(jī)械的生產(chǎn)率自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)的大?。贿€能根

44、據(jù)事先給定的測(cè)試原料質(zhì)量的參數(shù)自動(dòng)啟動(dòng)閥門(mén)。4. 數(shù)據(jù)采集方面的要求（1）采集數(shù)據(jù)保留兩位小數(shù)。（2）各相關(guān)測(cè)試參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)工作狀況實(shí)現(xiàn)同步采集控制。（3）原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果均能保存和打印。（4）具有查找歷史數(shù)據(jù)的搜索功能，可按被測(cè)機(jī)器型號(hào)、檢測(cè)日期進(jìn)行搜索并顯示、打印等。2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的組成及工作原理檢測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器（變送器）、數(shù)據(jù)采集卡、上位工控機(jī)等設(shè)備組成，PLC控制系統(tǒng)由下位機(jī)PLC、變頻器等設(shè)備組成。其系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。圖2-1 檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器（變送器）把現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)量的信號(hào)從非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化成電

45、量信號(hào)；稱(chēng)重傳感器測(cè)量原料質(zhì)量和成品質(zhì)量；非接觸紅外線溫度傳感器測(cè)量軸承溫度，溫度變送器測(cè)量成品溫度；溫、濕度變送器測(cè)量環(huán)境溫度、環(huán)境濕度；壓力變送器測(cè)量大氣壓力；電功率變送器測(cè)量被測(cè)電動(dòng)機(jī)的電功率；電壓變送器測(cè)量電源電壓；電流變送器測(cè)量電源電流等等。以上傳感器、變送器測(cè)量所得的電信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)傳送到上位工控機(jī)。PLC控制系統(tǒng)中的核心器件PLC作為下位機(jī)，上位工控機(jī)與下位工控機(jī)PLC之間通過(guò)RS-232串口進(jìn)行串行通信，PLC控制檢測(cè)系統(tǒng)電機(jī)的啟停以及原料的流量控制。光電耦合隔離傳感器測(cè)量被測(cè)電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速經(jīng)光電耦合隔離傳感器轉(zhuǎn)換

46、成電脈沖信號(hào)并傳送到PLC的高速計(jì)數(shù)端X2、X3，由PLC內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)器CR237、CR238統(tǒng)計(jì)光電耦合隔離傳感器傳來(lái)的脈沖數(shù)，從而采集被測(cè)機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速I(mǎi)和主軸轉(zhuǎn)速I(mǎi)I。PLC與變頻器之間通過(guò)RS-485串口進(jìn)行串行通信，變頻器改變撥板給料電動(dòng)機(jī)（異步交流電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的流量控制。第3章 REF _Ref168484495 h 錯(cuò)誤！未找到引用源。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） PAGE 31 檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)整個(gè)硬件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大部分組成。下面分別介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)3.1.1 傳感器的選擇在本控

47、制系統(tǒng)中選擇的傳感器的名稱(chēng)、型號(hào)、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、等主要技術(shù)性能指標(biāo)以及所測(cè)量的物理量如表3-1所示。表3-1 各傳感器的主要技術(shù)性能指標(biāo)與其所測(cè)的物理量器件名稱(chēng)型號(hào)測(cè)量范圍測(cè)量精度模擬量輸出測(cè)量的 物理量稱(chēng)重傳感器BHR-4B(0500)kg40.05%FS0100mV原料質(zhì)量 成品質(zhì)量非 接 觸 紅 外 溫 度 傳 感 器ST-AB-A-015-M28/10/2501501%F.S420mA軸承溫度Pt 鉑 電 阻 二 線 制 變 速 器WLB-101000.5420mA成品溫度溫度變送器WLHT-IS0800.5420mA環(huán)境溫度濕度變送器WLHI-IS0100%RH420mA環(huán)境濕

48、度壓力變送器BP8000.1K0.35Mpa0.5%F.S420mA大氣壓力功率傳感器HRP114S9130kw0.5級(jí)420mA功率電壓傳感器HRV417U01500V0.2級(jí)420mA電壓電流傳感器HR1417S4100.2級(jí)420mA電流光電耦合隔 離傳感器E3T-FD1205000Hz3HzFS脈沖主軸轉(zhuǎn)速3.1.2 稱(chēng)重傳感器與其信號(hào)調(diào)理電路BHR-4B傳感器采用空心圓柱體應(yīng)變筒和剪切式結(jié)構(gòu)作為彈性敏感元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)變測(cè)量可靠等特點(diǎn)，有一定的抗沖擊振動(dòng)穩(wěn)定性，有優(yōu)良的靜態(tài)性能和良好的動(dòng)態(tài)性能，配用電子稱(chēng)、數(shù)字電壓表或電阻應(yīng)變儀可在自動(dòng)化系統(tǒng)中作為稱(chēng)重測(cè)力自動(dòng)控制元件。主要技術(shù)

49、有： （1）輸入范圍：05mV或更大 （2）電源：220VAC特殊電壓可定制 （3）精度：0.1% （4）放大器零點(diǎn)：可調(diào) （5）放大倍數(shù)：可調(diào) （6）允許環(huán)境溫度：1050度 （7）重量：0.5kg （8）尺寸：1159055（mm） 但是稱(chēng)重傳感器的輸出信號(hào)是0100mV的微弱信號(hào)，且含有干擾噪聲，故選擇SY-2C有源放大器作為信號(hào)調(diào)理。SY-2C有源放大器集放大器、供電電源于一體 ，可直接與各種電阻應(yīng)變式傳感器配套使用，最顯著的特點(diǎn)是能避免用戶電源和出廠調(diào)試電源之間而引起的系統(tǒng)誤差，其工作原理圖如圖3-1所示。圖3-1 SY-2C有源放大器的工作原理3.1.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇根據(jù)控制各

50、傳感器、變送器的主要技術(shù)要求及采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的精度要求，選擇了12位32路A/D數(shù)據(jù)采集卡PCL-813。該采集卡能對(duì)每路模擬量輸入提供電壓保護(hù)，是工業(yè)測(cè)量和監(jiān)控的理想解決方案。該卡良好的接地的四層PCB上提供了32路模擬量輸入和2個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。每路模擬量輸入的增益都可以軟件編程。光隔離在模擬量輸入和PC之間提供了500VDC的支流隔離保護(hù)，能夠防止PC機(jī)外設(shè)被輸入線上的高電壓損壞。具有價(jià)位低、靈活性好、穩(wěn)定性高以及高隔離保護(hù)的特點(diǎn)。其主要技術(shù)指標(biāo)如表3-2所示。表3-2 PCL-813B主要技術(shù)指標(biāo)A/D通道數(shù)單端32路補(bǔ)償誤差05V:1LSB +5V,010V:2LSB輸入信號(hào)范圍0

51、10V,05V,02.5V,01.25V精度0.01% of reading 1 LSB最大允許輸入電壓30V電源功耗+5V 660mA max， +12V 140mA max轉(zhuǎn)換器A/D574工作溫度050分辨率12 bits (SAR)隔離電壓500VDCA/D觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸程序控制采樣速率最高25KHz，僅軟件控制A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間25S相對(duì)濕度(5%95%)RH輸入阻抗10M存儲(chǔ)溫度-2065程控增益1、2、4、8溫漂25PPM/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接示意圖如圖3-2所示。圖3-2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接示意圖數(shù)據(jù)采集卡PCL-813B插入工控機(jī)的數(shù)據(jù)總線PCI插槽中，通過(guò)PCI插槽將采集到的信號(hào)傳

52、送到工控機(jī)。在本控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡PCL-813B的主要功能有以下兩個(gè)：（1）由多路切換開(kāi)關(guān)完成多點(diǎn)多通道信號(hào)的分時(shí)采樣，時(shí)間連續(xù)信號(hào)x(t)經(jīng)過(guò)采樣后變?yōu)殡x散時(shí)間序列x(n)，n=0，1，2（2）將信號(hào)采樣值由逐次逼近型A/D574轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為幅值離散化的數(shù)字量，然后經(jīng)過(guò)光電隔離電路對(duì)系統(tǒng)總線和模擬信號(hào)之間進(jìn)行光電隔離，以免相互間干擾，同時(shí)使得被測(cè)量系統(tǒng)與工控計(jì)算機(jī)之間完全電氣隔離，以適應(yīng)于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和工控機(jī)的正常工作。3.1.4 上位工控機(jī)工業(yè)控制機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)工控機(jī)，是用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)(Industrial Personal Computer簡(jiǎn)稱(chēng)IPC )。工控機(jī)有以

53、下特點(diǎn)：（1）機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。（2）機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)用底版，底版上有PCI和ISA插槽。（3）機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)門(mén)電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。工控機(jī)的應(yīng)用對(duì)象及使用環(huán)境的特殊性，決定了它的性能主要有以下特點(diǎn)和要求：（1）實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)性是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能在限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)事件作出反應(yīng)的能力。為了滿足實(shí)時(shí)控制的要求， 通常既要滿足從信息采集到生產(chǎn)設(shè)備受到控制作用的時(shí)間盡可能短，又要求系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的各種工藝參數(shù)，并進(jìn)行在線修正，對(duì)緊急事故能及時(shí)處理。因此，工業(yè)控制機(jī)應(yīng)具有較完善的中斷處理系統(tǒng)以及快速信號(hào)通道。（2）高可靠性。工業(yè)控制機(jī)直接控制著工業(yè)過(guò)程的操作，如果其

54、質(zhì)量不高，運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，又沒(méi)有相應(yīng)的冗余措施，則輕者使生產(chǎn)停頓，重者可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。很多生產(chǎn)過(guò)程是日夜不停地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這便要求與這些過(guò)程相連的工業(yè)控制機(jī)也必須無(wú)故障地連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的正確控制。另外，工業(yè)控制機(jī)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境惡劣，震動(dòng)、沖擊、噪聲、高頻輻射及電磁波干擾往往十分嚴(yán)重，以上這一切都要求工業(yè)控制機(jī)具有高質(zhì)量和很強(qiáng)的抗干擾能力，并且具有較長(zhǎng)的平均物故障間隔時(shí)間。（3）硬件配件的可裝配可擴(kuò)充性。工業(yè)控制機(jī)的使用場(chǎng)合千差萬(wàn)別，系統(tǒng)性能、容量要求、處理速度等都不一樣，特別是與現(xiàn)場(chǎng)相連接的外圍設(shè)備的接口種類(lèi)、數(shù)量等差別更大，因此宜采用模塊化設(shè)計(jì)方法。硬件模板功能單一化，模板

55、品種多樣齊全并盡量采用各種板級(jí)產(chǎn)品，使硬件配件有最靈活的裝配性和可擴(kuò)充性，硬件開(kāi)發(fā)周期降到最小。（4）可維護(hù)性。工業(yè)控制機(jī)應(yīng)有很好的可維護(hù)性，這要求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于維修，系統(tǒng)使用的板級(jí)產(chǎn)品一致性好，更換模板后，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和精度不受影響；軟件和硬件的診斷功能強(qiáng)，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能快速準(zhǔn)確地定位。另外，模塊化模板上的信號(hào)應(yīng)加上隔離措施5。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用工控機(jī)作為處理機(jī)。工控機(jī)是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它使整個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)作為一個(gè)智能化的有機(jī)整體，在軟件引導(dǎo)下按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)采集與存儲(chǔ)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析與處理，指令以適當(dāng)形式輸出、顯示或記錄測(cè)量結(jié)果。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象及使用

56、環(huán)境的特殊性，以及控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、高可靠性、可維護(hù)性、硬件配件的可裝配可擴(kuò)充性以及經(jīng)濟(jì)合理性等方面的要求，本控制系統(tǒng)中選擇了研華工控機(jī)。以研華工控機(jī)作為處理機(jī)的PC總線測(cè)控系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）軟件、硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單快捷。使用PC機(jī)的用戶對(duì)其軟件、硬件已比較熟悉，因而PC機(jī)用戶能比較快的組建PC總線測(cè)控系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好。當(dāng)測(cè)控系統(tǒng)需要增加功能時(shí)，只需加相應(yīng)的功能模塊，插入擴(kuò)展槽中， 再配上相應(yīng)的軟件即可6。（3）可維修性好。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，先運(yùn)行診斷程序，按照結(jié)果換下己換模板，插上功能相同的模板即可。（4）易于升級(jí)換代。因?yàn)镻C機(jī)的升級(jí)產(chǎn)品都能兼容下級(jí)產(chǎn)品，所以當(dāng)需要給PC機(jī)升級(jí)時(shí)

57、，只需要換上新的模塊，有時(shí)可能要安裝新的操作系統(tǒng)，改裝之后再對(duì)原來(lái)的軟件稍加調(diào)試即可。 PLC控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)首先啟動(dòng)提升電動(dòng)機(jī)將原料提升到在半空的容器中，將原料質(zhì)量加到1000Kg時(shí)，停止提升電動(dòng)機(jī)加料，再啟動(dòng)被測(cè)電動(dòng)機(jī)。對(duì)被測(cè)電動(dòng)機(jī)分別進(jìn)行35次的空載測(cè)量和負(fù)載測(cè)量，通過(guò)對(duì)一定量的原料進(jìn)行加工與實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出被測(cè)機(jī)的純工作小時(shí)生產(chǎn)率、噸料電耗、成品溫升、軸承溫升、出成品率等參數(shù)值，然后將這些參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，從而得知被測(cè)機(jī)的機(jī)械性能好壞。其中一些參數(shù)的定義如下：1. 純工作小時(shí)生產(chǎn)率Ec：（1）單次試驗(yàn)純工作小時(shí)生產(chǎn)率

58、Ei： Ei= (kg/h) (3-1) Qi=單次試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的原料質(zhì)量(kg)單次結(jié)束時(shí)的原料質(zhì)量(kg)（2）純小時(shí)生產(chǎn)率Ec： Ec= (kg/h) (3-2)式中：n-測(cè)量次數(shù) 2. 噸料電耗Gn：（1）單次實(shí)驗(yàn)噸料電耗Gi： Gi= 1000 (kWh/t) (3-3)（2）噸料電耗Gn： Gn= (kWh/t) (3-4)3. 出成品率ds：（1）單次實(shí)驗(yàn)出成品率dsi： dsi= 100% (3-5)（2）出成品率ds：ds= (3-6) 負(fù)載測(cè)量時(shí)，通過(guò)可編程控制器PLC與變頻器的RS-485串口通信可以實(shí)時(shí)改變變頻器的頻率指令，隨著變頻器輸出頻率的變化，撥板給料電動(dòng)機(jī)的頻率也

59、跟著變化，撥板給料電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著它的電源頻率的變化而變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率之間的關(guān)系表達(dá)式：額定轉(zhuǎn)速/額定頻率=實(shí)際轉(zhuǎn)速/工作頻率因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨變頻器頻率的變化而變化，使由撥板給料電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的葉片旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)的轉(zhuǎn)速也跟著變化，從而達(dá)到控制原料流量的目的。 電路工作原理：LD是電源指示燈，LD1是被測(cè)電動(dòng)機(jī)工作的指示燈，LD2是提升電動(dòng)機(jī)工作的指示燈，LD3為報(bào)警指示燈。TA、TA1、TA2為停止按鈕，是常閉開(kāi)關(guān)；Q1、Q2是啟動(dòng)按鈕，是常開(kāi)開(kāi)關(guān)；C1、C2是交流接觸器，有主觸點(diǎn)、吸引線圈、輔助觸點(diǎn)；RJ1、RJ2熱繼電器，有常閉觸點(diǎn)。（1）啟動(dòng)被測(cè)電動(dòng)機(jī)：手動(dòng)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕Q1，交流接觸

60、器C1吸引線圈得電，其主觸點(diǎn)C1閉合，被測(cè)電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)。同時(shí)，C1的輔助觸點(diǎn)自鎖閉合，被測(cè)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)指示燈LD1亮。自動(dòng)時(shí)，只要PLC-Y0輸出高電平，交流接觸器C1的吸引線圈得電，其主觸點(diǎn)得電，被測(cè)電動(dòng)機(jī)M1工作，指示燈LD1亮。（2）停止被測(cè)電動(dòng)機(jī)：當(dāng)按停止按鈕TA1時(shí)，接觸器C1的吸引線圈失電，C1的主觸點(diǎn)斷開(kāi)，被測(cè)電動(dòng)機(jī)M1失電停轉(zhuǎn)。同時(shí)，C1的輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，消除自鎖電路，清除“記憶”。（3）過(guò)載保護(hù)：當(dāng)負(fù)載過(guò)載或電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí)，熱繼電器RJ1動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)RJ1控制電路斷開(kāi)，接觸器C1吸引線圈失電，切斷被測(cè)電動(dòng)機(jī)主電路使被測(cè)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指示燈LD1滅。（4）欠壓保護(hù)：