基于PLC和觸摸屏控制的上料單元設(shè)計(jì)

摘要

本文介紹餓觸摸屏結(jié)合PLC在上料單元系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對改控制系統(tǒng)中的觸摸屏頁面設(shè)計(jì)和PLC的原理及作用進(jìn)行了分析。系統(tǒng)改造中，一PLC作為空系統(tǒng)的核心，以觸摸屏作為人機(jī)界面，系統(tǒng)界面友好，簡單直觀，易于操作，并著重介紹了PC和觸摸屏的硬件和軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用說明PLC的使用提高餓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾觸摸屏的使用減少了大量的硬件設(shè)施以及由此而帶來的故障。

關(guān)鍵詞：傳送帶，人機(jī)界面，三菱編程器，變頻器，上料機(jī)

Abstract

ThispaperintroduceshungrytouchscreencombiningPLCinfeedingunitsystem,theapplicationofchangecontrolsystemofthetouch-screenpagedesignandPLCprincipleandeffectareanalyzed.Systemreform,aPLCasemptythecoreofthesystem,aswithtouchscreenman-machineinterface,systemfriendlyinterface,simple,intuit[NextPage]ive,andeasytooperate,andintroducesmainlythePCandtouchscreenandthedesignofhardwareandsoftwaresystemsinstructionsPLCcontrolsystemusingimprovehungrystabilityandanti-jammingoftouchscreenusingreducedthehardwarefacilities,andthusbroughtthefault.

Keywords:conveyorbelt,man-machineinterface,mitsubishiprogrammer,inverter,feedingmachine

第一章緒論

1.1選題背景

可編程邏輯控制器已成為工業(yè)自動化三大技術(shù)支柱（即PLC.機(jī)器人和CAD/CAM）之一，被喻為工業(yè)控制的靈魂，隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機(jī)器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機(jī)界面，PLC控制器強(qiáng)大的功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也呼喚一種功能與之匹配而操作有簡單的人機(jī)界面的出現(xiàn)，觸摸屏的應(yīng)用而生無疑是21世紀(jì)自動化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新。

1.2相關(guān)研究現(xiàn)狀及前景

PLC是以[NextPage]微處理器為核心，不僅能夠處理數(shù)字量，還能都處理模擬量，具有邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算功能，現(xiàn)在的PLC還具有良好的通訊功能，易于和其他職能設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制。

觸摸屏控制即工業(yè)人機(jī)界面，簡稱HMI，是一種智能化操作控制顯示裝置，工業(yè)人機(jī)界面特殊設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)32未RISCCPU芯片核心，在STN、TFT液晶顯示或EL電發(fā)光顯示器上罩有透明的電阻網(wǎng)絡(luò)式觸摸屏。觸動屏幕時(shí)，電阻網(wǎng)絡(luò)上的電阻和電壓發(fā)生變化，并由軟件計(jì)數(shù)出觸摸屏位置，HMI的主要功能有：書記的輸入與顯示；系統(tǒng)或設(shè)備的操作狀態(tài)方面的實(shí)時(shí)信息顯示；在HMI上設(shè)置觸摸屏控件可把HMI作為操作面板運(yùn)行控制操作；報(bào)警處理及打印。此外，新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)登陸及配方等只能花控制功能。

1.3內(nèi)容章節(jié)概述

本文主要從PLC,硬件結(jié)構(gòu)，界面設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)四個(gè)方面闡述"基于PLC和觸摸屏控制的上料單元設(shè)計(jì)"。開始概述PLC的發(fā)展歷程及其應(yīng)用，硬件設(shè)計(jì)介紹本次設(shè)計(jì)系的統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，觸摸屏界面概述操作界面，程序設(shè)計(jì)主要說明PLC操作過程的詳細(xì)動作

目錄

第一章緒論III

1.1選題背景III

1.2相關(guān)研究現(xiàn)狀及前景III

1.3內(nèi)容章節(jié)概述III

第二章可編程控制器概述2

2.1可編程控制器的產(chǎn)生及定義2

2.2可編程控制器的分類[NextPage]及特點(diǎn)2

2.3可編程控制器的應(yīng)用4

2.4PLC控制系統(tǒng)的分類4

第三章可編程控制器原理6

3.1ＰLC的組成與基本結(jié)構(gòu)6

3.2ＰＬＣ各組成部分7

3.3ＰＬＣ的基本工作原理8

3.4ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ滯后現(xiàn)象9

第四章步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動9

4.1步進(jìn)電機(jī)簡介9

4.2BS86HB80-04高性能二相混合式步進(jìn)電機(jī)12

4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器簡介12

4.4YKA2608MC高性能二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動13

第五章變頻器17

5.1變頻器簡介17

5.2FR-D700變頻器18

第六章傳感器和氣動元件19

第七章人機(jī)界面20

7.1編輯界面20

第九章總結(jié)23

附錄程序設(shè)計(jì)24

參考文獻(xiàn)33

致謝34

第二章可編程控制器概述

2.1可編程控制器的產(chǎn)生及定義

2.1.11969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國通用汽車公司（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（programmablelogiccontroller）。

2.1.270年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量[NextPage]的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmableontroller）。但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personalcomputer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。

2.1.31985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：

可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。

2.1.4PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。

2.1.5PLC是集自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

2.2可編程控制器的分類及特點(diǎn)

2.2.1從組成結(jié)構(gòu)形式分

一體化整體式ＰＬＣ、模塊式結(jié)構(gòu)化ＰＬＣ

2.2.2從組成結(jié)構(gòu)形式分

超小型ＰＬC、小型ＰＬＣ、中型ＰＬＣ、大型ＰＬＣ、超大型ＰＬＣ

2.2.3按輸出形式分

[NextPage]繼電器輸出：為有觸點(diǎn)輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負(fù)載

圖片2-1繼電器輸出

晶體管輸出：為無觸點(diǎn)輸出方式，適用于高頻小功率直流負(fù)載

圖2-2晶體管輸出型（NPN集電極開路）

圖2-3晶體管輸出型（PNP集電極開路）

晶閘管輸出：為無觸點(diǎn)輸出方式，適用于高速大功率交流負(fù)載

圖2-4晶閘管輸出型

特點(diǎn)：

*可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

*編程簡單、使用方便

*設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少

*功能完善、通用性好，可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動控制）這三電集于一體。

*體積小、能耗低

*性能價(jià)格比高

2.3可編程控制器的應(yīng)用

*開關(guān)量的邏輯控制

*位置控制

*過程控制

*數(shù)據(jù)處理

*通信聯(lián)網(wǎng)

*ＣＩＭＳ的應(yīng)用

2.4PLC控制系統(tǒng)的分類

2.4.1集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)是用一個(gè)PLC控制一臺或多個(gè)被控設(shè)備。主要用于輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較少，各被控設(shè)備所處的位置比較近，且相互間的動作有一定聯(lián)系的場合。其特點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單。

圖2-4集中式控制系統(tǒng)

2.4.2遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng)是指控制單元遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場，PLC通過通信電纜與被控設(shè)備進(jìn)行信息傳遞。該系統(tǒng)一般用于被控設(shè)備十分分[NextPage]散，或工作環(huán)境比較惡劣的場合。其特點(diǎn)是需要采用遠(yuǎn)程通信模塊，提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

圖2-5遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

2.4.3分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)即采用幾臺小型PLC分別獨(dú)立控制某些被控設(shè)備，然后再用通信線將幾臺PLC連接起來，并用上位機(jī)進(jìn)行管理。該系統(tǒng)多用于有多臺被控設(shè)備的

大型控制系統(tǒng)，其各被控設(shè)備之間有數(shù)據(jù)信息傳送的場合。其特點(diǎn)是系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、控制范圍大，但需要增加用于通信的硬件和軟件，系統(tǒng)的復(fù)雜性也更大。

圖2-6分布控制系統(tǒng)

第三章可編程控制器原理

3.1ＰLC的組成與基本結(jié)構(gòu)

ＰＬＣ主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成，其中ＣＰＵ是ＰＬＣ的核心，Ｉ／Ｏ部件是連接現(xiàn)場設(shè)備與ＣＰＵ之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機(jī)連接。對于整體式ＰＬＣ，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)；對于模塊式ＰＬＣ，各功能部件獨(dú)立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。不同廠商生產(chǎn)的不同系列產(chǎn)品在每個(gè)機(jī)架上可插放的模塊數(shù)是不同的，一般為3－10塊。可擴(kuò)展的機(jī)架數(shù)也不同，一般為2－8個(gè)機(jī)架?；緳C(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的距離不宜太長，一般不超過10M。

圖2.1硬件結(jié)構(gòu)

3.2ＰＬＣ各組成部分

3.2.1中央處理單元ＣＰＵ

ＣＰＵ通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，[NextPage]并根據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。

一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)，一個(gè)是字處理器，它是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，內(nèi)部計(jì)數(shù)器，內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。另一個(gè)為位處理器，也稱布爾處理器，它是從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)ＰＬＣ編程語言向機(jī)器語言轉(zhuǎn)換。

ＣＰＵ處理速度是指ＰＬＣ執(zhí)行1000條基本指令所花費(fèi)的時(shí)間。

3.2.2存儲器

存儲器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

ＰＬＣ所用的存儲器基本上由ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ及ＲAM等組成。

輸入／輸出部件

輸入／輸出部件又稱Ｉ／Ｏ模塊。ＰＬＣ通過Ｉ／Ｏ接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為ＰＬＣ對控對象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。同時(shí)ＰＬＣ又通過Ｉ／Ｏ接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實(shí)現(xiàn)控制。

3.2.3編程裝置和編程軟件

ＰＬＣ是以順序執(zhí)行存儲器中的程序來完成其控制功能的。

3.2.4電源部件

3.3ＰＬＣ的基本工作原理

3.3.1ＰＬＣ的循環(huán)掃描

ＰＬＣ的ＣＰＵ是采用分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動作接一個(gè)動作順序地進(jìn)行，這種分時(shí)操作進(jìn)程稱為ＣＰＵ對程序的掃描。[NextPage]ＰＬＣ的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。ＣＰＵ從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。

3.3.2ＰＬＣ工作過程

1）、公共操作

公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行的自檢。

2）、數(shù)據(jù)Ｉ／Ｏ操作

數(shù)據(jù)Ｉ／Ｏ操作也稱為Ｉ／Ｏ狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：

1）采樣輸入信號，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容

2）送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路

3）、執(zhí)行用戶程序操作

4）、處理外設(shè)請求操作

外設(shè)的請求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷

圖3-2PLC的掃描工作過程

3.4ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ滯后現(xiàn)象

造成Ｉ／Ｏ響應(yīng)滯后的原因：

◆掃描方式

◆電路慣性

◆輸入濾波時(shí)間常數(shù)和輸出繼電器觸點(diǎn)的機(jī)械滯后

◆與程序設(shè)計(jì)安排有關(guān)

第四章步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動

4.1步進(jìn)電機(jī)簡介

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度

、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的[NextPage]簡單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

圖4-1步進(jìn)電機(jī)詳圖

4.1.1三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理

A、結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯(cuò)開1/3て，C與齒3向右錯(cuò)開2/3て，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖：

圖4-2定轉(zhuǎn)子展開圖

B、旋轉(zhuǎn)：如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場作用，齒1與A對齊