送料小车毕业设计开题报告新.doc

上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 基于PLC的自动送料控制系统 学 院 电气学院 专 业 自动化 班 级 BG0805 学 号 081001130504 姓 名 聂飞 指导教师 刘天羽 定稿日期： 2011年 12月15 日基于PLC的自动送料控制系统摘要：可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。本文对送料小车系统中的控制系统进行研究和设计。并针对送料小车应达到的控制要求利用PLC进行了小车控制的具体程序设计。关键词：PLC，送料小车，控制，程序设计1 文献综述1.1PLC研究现状、应用及前景随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：机械、化工、汽车制造、交通、军事、民用等。长期以来，计算机控制和PLC控制一直是工业控制领域的两种主要控制方法1。PLC自1969年问世以来，以其功能强、可靠性高、使用方便、体积小等优点在工化领域得到迅速推广，成为工业自动化领域中极具竞争力的控制工具。而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。随着系统能力的提高,PLC提供系统通信的能力,构成了可编程控制系统,人机界面逐步完善,具有离散量和模拟量数据采集系统的监控能力2、3。从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易4、5、6。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大PLC的应用。目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外,无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家7、8、9。可以预期,随着我国现代化进程的深入,PLC在我国将有更广阔的应用天地。目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类：1）开关量的逻辑控制。这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路, 实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2）模拟量控制。在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块, 使可编程控制器用于模拟量控制。3）运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4）过程控制。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域,但现在,PLC已被广泛应用于连续过程控制领域,而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。作为工业控制计算机, PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。尽管离散和连续过程控制应用都使用了同样的硬件产品和网络系统,可能还需要额外增加一些特殊模件,但它们之间始终存在着一些不同的差异。只要将不同类型的应用软件装入到同样的系统之中,就能够完成不同的过程控制应用。5）数据处理。现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6）通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。现在,越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。随着计算机控制的发展, 工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。1.2触摸屏应用及前景触摸屏技术是随着计算机技术的发展,为了满足非专业计算机用户操作计算机的需要而逐渐成熟与完善起来的。触摸屏技术是计算机的一种输人技术。由用户通过显示屏输人信息以实现对计算机的控制。从计算机与人组成的人机系统来讲,触摸屏是一种交互输人设备10、11。计算机的交互输入设备非常多,例如键盘、鼠标器、跟踪球、操纵杆、数字化输人板等,但它们都是为专业人员或具有一定计算机基础的用户而提供的。触摸屏技术则是面向非计算机专业人员或没有接触过计算机的用户12、13、14。由于触摸屏技术的应用, 而且系统提供了良好且友善的交互界面, 消除了用户操作计算机时面对诸如键盘等交互设备时的畏惧、困惑心理。他们只需利用手指或光笔等点触屏幕上需要的内容即可控制计算机的运行,操作非常简单,提高了用户的兴趣,并且因为感受到了计算机对信息处理的强大功能,从而激发起用户学习、掌握计算机技术的积极性。触摸屏技术对于计算机技术的普及利用可以发挥非常重要的作用15、16。下面主要以国外的有关使用情况进行说明：1） 商店付款系统。现在许多商店的结算柜台使用了计算机交互式终端设备。顾客通过操作触摸屏即可打印出标有货物名称、价格的付款单，而且可以根据购物的种类及购物次数给以折扣。在终端机上可以利用满屏的视频图像为产品促销，顾客根据自己的需要可以对商品进行查询。商店管理者通过分析柜台机构销商品的数据以确定顾客的需要。2）入场券查询预订系统。过去看棒球比赛要到售票处排长队买票，既费时间又费精力。最新推出的使用触摸屏的人场券查询预订系统完全解决了这一问题。在系统屏幕上显示出可预订的座位,你可以通过触摸选择其中一个座位,这时屏幕上就会显示出你从这一位置观看比赛场地的效果。如果感到效果不理想再选择另外一个。当你确定预订的座位之后, 将你的信用卡放进系统中即可完成预订过程17、18。3）视频音乐点播机。视频音乐点播机中储存有2500首带有画面的歌曲、250首视频音乐及卡拉OK歌曲,通过触摸屏可以对这些内容进行选择。有些视频音乐点播机还有供你选用的游戏软件,你只需触摸屏幕即可以玩这些生动有趣的游戏。与视频音乐库联网的视频音乐点播机则可供选择使用的内容更加丰富。4）CD预览系统。到超级商场准备购买音乐CD时,你就会遇到带有触摸屏的交互式查询演示系统CD预览系统。通过触摸显示屏幕,选择音乐的种类、演唱者或者主题内容,CD 预览系统就会对你的购买提供帮助。5)游戏。使用触摸屏的游戏机与视频扑克机的数量正在逐渐增加。这些具有友好交互性的系统在不使用令人感到迷惑的按钮组的情况下,操作更加简单,一台机器可存放多种游戏,使用者仅需用手指点触屏幕即可进入生动有趣的游戏王国。这种游戏控制方式更加适合初学者,节奏感增强,因而深受游戏爱好者的欢迎。6）金融交易。在金融交易中,速度与准确性是极为重要的两个因素。触摸屏的使用为用户提供轻松与迅速处理瞬息变化的信息的手段,用户不需要经过培训,根据屏幕的显示内容作出决断,并随即点触屏幕即完成决策。因此触摸屏可以让使用者将精力完全集中在交易上,而不需要思考如何操作交易系统。7）工业自动化。在工厂车间中,触摸屏是首选的接口设备,因为它具有很强的适应性而比键盘、鼠标、轨迹球更有优越性。触摸屏易于使用、易于掌握、低操作故障率是任何其它输人设备所无法比拟的。当触摸屏工作在恶劣的环境下,如灰尘、油污、潮湿、磨损划伤等,都不会造成触摸屏的损坏。因此在工业自动化中触摸屏可以发挥很好的作用。8）自助快餐。在主要的快餐连锁店中,顾客可以通过自己的操作预订快餐。带有触摸屏的显示器显示了逼真的快餐图片与价格,你只需简单地触摸你喜欢的品种即完成预订。这种系统的应用提高了服务人员的工作效率, 并且避免了高峰时间例如午餐因就餐人数增多、快餐销售紧张的情况。9）电子付款销售系统。大多数酒店经营者们已经发现带有触摸屏的终端比采用传统的现金登记具有更多优越性触摸输人设备成本低、办理事务的速度快、减少了培训时间、便于使用者集中精力思考问题、提高了雇员的工作效率。并且系统在软件的支持下,系统显示菜单项目的内容与价格很容易修改。由于通过显示器办理业务,不用现金交易, 因而降低了错误率。从我国触摸屏应用领域看,主要是进行演示、查询等,工业、商业、金融、娱乐等方面的应用尚处于起步阶段19、20。从前通过介绍触摸屏的应用现状可以看出触摸屏技术的发展趋势：1）专业化。专业化的含义是指性能的专业化与应用的专业化。由于早期触摸屏的技术不十分成熟, 因而影响了触摸屏的灵敏度与分辨率,仅能在精度与速度要求不高的Kiosk领域、演示系统中应用,功能非常单一。随着触摸屏技术的成熟及新技术的不断推出,触摸屏已可用来进行绘画、书写等,而这种应用是计算机的其它输人设备无法完成的。利用触摸屏技术的应用领域已呈专业化趋势发展, 如商业、金融、娱乐、教育、自动化等,各种专业性触摸屏的应用必将极大地促进触摸屏技术的发展。2)电容式。电容式触摸屏具有灵敏度高、分辨率高、清晰度高的特点,其技术的发展潜力很大,因而目前推出的触摸屏大都是电容式的。随着与触摸屏相关技术的发展, 电容式触摸屏的性能将更加完善、种类还会逐渐增多,应用范围更加广泛。3）传感器的使用。在最新推出的触摸屏中大都使用了各种类型的传感器, 从而提高了触摸屏的性能。各种专业性触摸屏的出现, 离不开传感器的应用。触摸屏技术的需要也将推动传感器技术的发展。4）多媒体技术的应用触摸屏技术将与多媒体密切结合。触摸屏技术的优势是输入简便, 多媒体技术的优势是对信息表现灵活。触摸输人操作方便了人们对多媒体信息的控制,多媒体信息的呈现大大提高了触摸屏输人的表现效果从趣味性在各种专业化触摸屏应用中屏幕所呈现的不再是单一视觉信息,语音提示、背景音乐、动画、视频等多种媒体信息将为你提供一个立体、丰富多彩的感觉空间。5）自然交互。触摸屏技术的发展目标是实现人与讨一算机的自然交互。计算机为用户提供了易于操作、友好、生动形象的交互界面。当用户迷航时, 计算机能对用户的行为进行分析, 并对用户的操作提供有效的帮助。如计算机能够接收川户的语音输人,则将会大大拓宽触摸屏的应用范围。6）立体化。所谓立体化,是指计算机屏幕内容呈现的立体化、多媒体声音信息的立体化。在这种输人环境中,将会极大地调动起用户的兴趣与积极性,从而增强触摸屏的使用效果。7）大屏幕。随着屏幕显示技术的成熟,触摸屏将向人屏幕发展。大屏幕呈现信息将提高信息呈现的逼真度和感染力,并将会在广告、Kiosk系统、教育等领域得到广泛应用。2 选题背景及其意义随着时代的进步和发展，PLC技术已经普及到我们的生活、工作、科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。随着社会的发展,知识的更新,各行各业的需要带动了电子产品的发展,未来的智能化计算器将是我们的发展方向,更希望成为现代社会应用广泛的计算工具。送料小车是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。所以，对送料小车控制系统的设计要予以重视。相信在使用并掌握了PLC技术后，不管在今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。3 研究内容1） PLC工作原理，对其有相对的了解，并会使用编程语言对其进行编程；掌握对各个程序的编写，并使其能够正常运行；2） 掌握组态软件的使用，将PLC控制与触摸屏相结合，实现良好的人机互交功能，触摸屏可以显示小车当前的工作状态，同时人也可对小车的工作状态进行控制。3）生产流水线送料小车主要工作过程，如下图所示： 小车送料示意图4) 在充分分析自动送料小车的工作过程，并能够把每一步都分解开一步一步的去编写程序。在编程过程中涉及到的一些相关技术和一些动作的语言要熟悉使用，程序编程是PLC编程的重要内容，也是一种提高程序设计质量的关键技术。5) 生产流水线送料小车自动程序的顺序功能图，如下图4 工作特色及其难点，拟采取的解决措施4.1 工作特色送料小车控制系统采用了PLC控制。此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的连锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其他工作方式的程序造成任何影响，使得程序的设计，修改和故障查找工作大为简化。4.2 难点1）小车自动与手动控制的PLC程序编写。2）上位机触摸屏与小车工作状态的实时显示及控制。3）系统的总体调试。4.3 拟采取的解决措施1）分部编写并调试自动控制与手动控制程序，调试成功后再实现两者的合理融合。2）实际设计过程中，注意各部分的衔接以及中间继电器合理使用，解决硬件设计、软件调试、系统调试等问题。5 论文工作量及预期进度2011年11月-2011年12月： 收集资料，确定设计系统总体方案，翻译有关外文资料及阅读技术文献，撰写开题报告2011年12月-2012年1月： 熟悉送料小车控制系统的工作过程，监控和故障处理过程2012年1 月-2012 年2月： 学习PLC软件，进行系统控制软件的编程2012年2 月-2012 年3月： 进行软件调试2012年3 月-2012 年4月： 撰写毕业设计报告2012年4 月-2012 年5月： 毕业设计答辩，交最终定稿6 预期成果及其可能的创新点预期成果：小车控制顺利运行，按指定方式进行送料工作。可能的创新点：采用手动控制和自动控制相结合；有急停功能，当急停解除后，设备能从急停处继续工作。 参考文献：1 林小峰.可编程控制器原理及应用M.北京:高等教育出版社.1994.2 朱熀秋,黄永红,吴中俊,刘贤兴.可编程序控制器原理及应用课程实践教学研究J.实验技术与管理,2005,(12).3 田瑞庭.可编程控制器应用技术M.北京: 机械工业出版社.1994.4 何衍庆,俞金寿.可编程控制器原理及应用技巧M.北京:化学工业出版社.1998.5 伊连云. 2MCGS与PLC现场通信设置的研究J. 山西能源与节能, 2008,(02) .6 王士兰.可编程序逻辑控制器（PLC）的发展概况及其应用J.安徽工学院学报,1995,(01).7 华容.PLC在集散控制系统中的应用及其发展趋势J.东北大学学报（自然科学版）,2008,(06).8 Denis Tvorogov, Xue - Jie Wang, Roy Zent, and Graham Carpenter J. Cell Sci., Feb 2005; 118: 601 - 610.9 Yan-Yun Pan, Xin Wang, Li-Geng Ma, and Da-Ye Sun Plant Cell Physiol., Oct 2005; 46: 1657 - 1665.10 刘瑞.触摸屏技术及其性能分析J.装备制造技术,2010,(03).11 Hal Philipp.不断发展的触摸屏技术J.世界电子元器件,2008,(04).12 陈驰,陈昌斌,余可文,吴琦.电阻式触摸屏在遥测站置数键盘设计中的应用J.人民长江,2010,(07).13 程燕,郭术义,郝用兴.基于触摸屏技术的信息查询系统开发研究J.中国水运(下半月),2009,(06).14 冯奕红. MCGS组态软件在PLC实验教学中的应用J. 实验室科学, 2008,(01) .15 董士海著计算机用户界面及其工具M.北京:科学出版社.1994,7.16 程景云、倪亦泉等编