基于plc和io的小容量重力測(cè)試力機(jī)控制設(shè)計(jì)

基于plc和io的小容量重力測(cè)試力機(jī)控制設(shè)計(jì)

0plc的應(yīng)用在重量重量于通用的重量負(fù)荷機(jī)構(gòu)中，目前的調(diào)速器主要采用雙速交流電機(jī)。由于調(diào)解性能的薄弱，慣性性能影響了測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是在大型負(fù)荷機(jī)構(gòu)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件,由于其快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn),同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,廣泛應(yīng)用在加卸載荷機(jī)構(gòu)中。在加卸載荷機(jī)構(gòu)的控制中,通常采用各種開(kāi)關(guān)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。但此控制系統(tǒng)的工藝性差,運(yùn)行的可靠性與安全性較差。而PLC以其高的可靠性,緊湊的結(jié)構(gòu),靈活的配置,強(qiáng)大的功能且維修方便成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。為了提高加卸載荷機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性,利用步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性和寬的調(diào)速性能,并用PLC和工業(yè)I/O控制卡設(shè)計(jì)了小容量的凈重測(cè)試力機(jī)的控制系統(tǒng)。1載荷的施加凈重測(cè)試力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。系統(tǒng)主要組成部分有:砝碼、步進(jìn)電機(jī)、減速裝置、測(cè)試工作臺(tái)面。在凈重測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)試總?cè)萘繛?6kg,對(duì)測(cè)試產(chǎn)品施加的載荷由四塊砝碼組成,其砝碼串從下到上重量依次為:2kg、2kg、4kg、8kg,每級(jí)砝碼的間距為10mm,需測(cè)試的產(chǎn)品安裝在測(cè)試臺(tái)上,系統(tǒng)根據(jù)不同的產(chǎn)品容量及測(cè)試規(guī)程,對(duì)測(cè)試產(chǎn)品逐點(diǎn)慢速或快速施加不同的載荷到產(chǎn)品上,每次施加載荷結(jié)束后,上位機(jī)自動(dòng)采集產(chǎn)品的讀數(shù)。2上位機(jī)系統(tǒng)故障測(cè)試方法測(cè)試力機(jī)設(shè)置兩種運(yùn)行狀態(tài):手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)工作狀態(tài),并設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),用于手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)的切換。手動(dòng)狀態(tài)用于檢修,設(shè)置上行卸載荷和下行加載荷按鈕的低速點(diǎn)動(dòng)控制,自動(dòng)狀態(tài)為正常的測(cè)試流程工作狀態(tài)。在測(cè)試過(guò)程中,PLC需要和上位機(jī)通訊來(lái)獲取逐點(diǎn)施加不同載荷的信息,計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)所需的脈沖頻率和脈沖個(gè)數(shù)。由于本系統(tǒng)中無(wú)模擬量的輸入輸出,為了上位機(jī)和PLC的通訊更直觀(guān)可靠,且便于維修,上位機(jī)和PLC之間的通訊采用工業(yè)I/0控制卡的數(shù)字量的輸入和輸出作為中間量來(lái)進(jìn)行信息交換,上位機(jī)根據(jù)測(cè)試產(chǎn)品的容量及測(cè)試流程,加載或卸載不同的載荷和I/O控制卡的輸出口相對(duì)應(yīng),而I/O控制卡的輸出點(diǎn)則為PLC的輸入點(diǎn),達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的,PLC根據(jù)輸入點(diǎn)的變化確定施加在在測(cè)試產(chǎn)品上的不同載荷。因此,此測(cè)試力機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1控制卡控制器設(shè)計(jì)I/O控制卡設(shè)置在計(jì)算機(jī)的PCI槽內(nèi),通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制其控制程序,主要功能是用于PLC和計(jì)算機(jī)之間的信息交換,通過(guò)在計(jì)算機(jī)上安裝控制卡的驅(qū)動(dòng)程序,在控制卡的運(yùn)行環(huán)境中實(shí)時(shí)監(jiān)控它的輸入點(diǎn)的變化,也可在調(diào)試階段直接置位它的輸出點(diǎn)。根據(jù)測(cè)試要求,控制卡共要求有1個(gè)輸入,5個(gè)輸出數(shù)字信號(hào),選用PCI-1750的工業(yè)I/O控制卡。PCI-1750提供了16個(gè)隔離數(shù)字量的輸入通道和16個(gè)隔離數(shù)字量輸出通道,每個(gè)I/0對(duì)應(yīng)PCI/O端口的一位,這使得對(duì)PCI-1750編程非常容易。2.2plc的i/o地址分配PLC控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)兩部分組成。PLC為控制系統(tǒng)的核心,來(lái)自PCI控制卡、操作盒、原點(diǎn)位置等外部信號(hào)通過(guò)輸入接口送入PLC,PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理,在經(jīng)過(guò)輸出單元分別向步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出相應(yīng)的脈沖頻率和個(gè)數(shù)以及步進(jìn)電機(jī)的方向信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)上行、下行、快速、慢速、停止、復(fù)位等信號(hào),經(jīng)過(guò)計(jì)算,現(xiàn)場(chǎng)PLC需要10個(gè)輸入數(shù)字信號(hào),1個(gè)脈沖輸出和2個(gè)數(shù)字輸出信號(hào),因此選用S7-200CPU224XPDC的可編程控制器的基本單元(14入,10出),其中輸出點(diǎn)有兩個(gè)點(diǎn)用于脈沖的輸出,完全可以滿(mǎn)足控制要求。PLC的I/O地址分配以及和PCI控制卡輸入輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示,對(duì)測(cè)試產(chǎn)品施加的載荷對(duì)應(yīng)的PLC輸入地址狀態(tài)如表2所示。由于是逐點(diǎn)對(duì)測(cè)試產(chǎn)品施加載荷,按照從下到上的砝碼串順序,表中的載荷2kg對(duì)應(yīng)第一塊2kg的砝碼,載荷4kg對(duì)應(yīng)兩塊2kg的砝碼,載荷8kg對(duì)應(yīng)兩塊2kg和一塊8kg的砝碼,載荷16kg對(duì)應(yīng)全部的砝碼。2.3帶常閉控制開(kāi)關(guān)的脈沖輸出在測(cè)試機(jī)構(gòu)的上行和下行分別安裝限位形成開(kāi)關(guān),用于保護(hù)機(jī)構(gòu)在制定的區(qū)間內(nèi)運(yùn)行,開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)直接接入到PLC的脈沖輸出端,當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí),直接快速切斷脈沖的輸出端,步進(jìn)電機(jī)停止。2.4i0.2控制卡的輸出測(cè)試力機(jī)的工作流程為:開(kāi)始測(cè)試時(shí),PCI控制卡通過(guò)DO0輸出給PLC開(kāi)始測(cè)試信號(hào)I0.1,PLC接收此信號(hào)后,開(kāi)始運(yùn)行,先通過(guò)I0.0信號(hào)判斷此時(shí)力機(jī)的位置是否在原位,如果不在原位,自動(dòng)復(fù)位,到達(dá)原位后經(jīng)輸出點(diǎn)Q0.4給控制卡到位信號(hào),計(jì)算機(jī)接收到相對(duì)應(yīng)的信號(hào)DI0后,根據(jù)產(chǎn)品容量和測(cè)試流程,經(jīng)DO1、DO2、DO3的不同組合給出不同的載荷,相應(yīng)地PLC經(jīng)過(guò)輸入點(diǎn)I0.2、IO.3、IO.4的變化來(lái)計(jì)算確定電機(jī)的方向以及脈沖的個(gè)數(shù)和頻率。每當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到位后,PLC的經(jīng)輸出點(diǎn)Q0.4給控制卡到位信號(hào),PCI控制卡對(duì)應(yīng)的DI0為高電平時(shí),則計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集。若整個(gè)測(cè)試流程的數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,PCI控制卡的輸出DO4置位,PLC接受對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)I0.5時(shí),執(zhí)行到回原位動(dòng)作,當(dāng)PLC檢測(cè)到原位信號(hào)IO.0后停止電機(jī),整個(gè)測(cè)試過(guò)程結(jié)束。其計(jì)算機(jī)的PCI-1750控制卡控制流程如圖3所示,PLC的控制流程如圖4所示。如圖4,PLC的測(cè)試流程中,SMD72為PLC的特殊寄存器,裝載PLC發(fā)送的脈沖數(shù),脈沖數(shù)據(jù)決定電機(jī)運(yùn)行的距離;SMB68為PLC的特殊寄存器,裝載脈沖周期,脈沖周期決定電機(jī)運(yùn)行的快慢,周期越小,速度越快。由于每級(jí)砝碼的距離為10mm,絲桿的導(dǎo)程為7mm,升降機(jī)的減速比為1∶8,因此電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈升降平臺(tái)的距