基于PLC的网球自动发射机课程设计说明书

1、 西华大学课程设计说明书 摘要摘要：针对目前网球自动发射机发射模式单一的情况，本文提出了一种针对不同层 次锻炼者的设计。本设计提供三种不同的模式供锻炼者选择，即手动模式，自动模式 一和自动模式二。本设计在两种不同方案的基础上选择了使用 plc 控制发射机的方案。 通过对输入输出信息的分析确定了使用什么型号的 plc 控制器件。然后对发射机工艺 流程进行分析，从而确定了整个程序的结构，利用顺序编程的方法编写控制程序，使 用梯形图测试功能初步验证了程序的正确性。使用易控组态软件对整个程序进行模拟 验证，进而进一步确定编程的正确性。使用 mx component 进行了综合测试，验证了 组态软件与

2、gx developer 成功通信。本设计完成了设计目标，实现了网球自动发射机 主要功能。 关键词：关键词：网球自动发射机，plc，gx developer，易控组态软件，mx component abstract: in order to improve the insufficient that the present automatic transmitter launch mode was single ，this design proposed a design for different levels of exercisers.this design provided three

3、 different patterns for the exercisers to choose, namely, manual mode, automatic mode and automatic mode.on the basis of two different schemes，this design chose plc control transmitter scheme. a according to the analysis of the input and output information， we determined the type of plc controller d

4、evice.and then analyze the transmitter process, to determine the structure of the whole program, the method of using sequential programming write control program . using ladder diagram test functions preliminary verifies the correctness of the program.using inspec for simulating the whole program ve

5、rification, and further to determine the correctness of the programming.using mx component has carried on the comprehensive test to verify the configuration software and gx developer communication success.this design completed the target of the design , and realized main the function of the tennis a

6、utomatic transmitter . keywords: tennis automatic transmitter, plc, gx developer, inspec, mx component 西华大学课程设计说明书 目录目录 1 1 前言前言.1 2 2 网球自动发射机方案设计网球自动发射机方案设计.3 2.1 网球自动发射机设计要求.3 2.2 网球自动发射机方案设计.4 2.2.1 方案一 基于 plc 的网球自动发射机.4 2.2.2 方案二 基于 vb 和单片机的网球自动发射机.4 2.3 网球自动发射机的方案论证.5 2.3.1 方案一.5 2.3.2 方案二.5 2.

7、4 网球自动发射机的方案选择.6 3 3 基于基于 plcplc 的网球自动发射机系统分析的网球自动发射机系统分析 .7 3.1 基于 plc 的网球自动发射机功能分析.7 3.2 基于 plc 的网球自动发射机工艺流程图.7 3.2.1 总体工艺流程图.8 3.2.2 手动模式工艺流程图.8 3.2.3 自动模式一工艺流程图.9 3.2.4 自动模式二工艺流程图.11 3.3 基于 plc 的网球自动发射机输入控制信息分析.12 3.4 基于 plc 的网球自动发射机输出控制信息分析.12 3.5 基于 plc 的网球自动发射机 plc 输入输出表设计.12 3.6 基于 plc 的网球自动

8、发射机的 plc 选型.13 4 基于基于 plc 的网球自动发射机硬件设计的网球自动发射机硬件设计.14 4.1 网球自动发射机工作电路图设计.14 4.2 plc 外部接线图设计.15 4.3 基于 plc 的网球自动发射机的 plc 选型.15 4.4 基于 plc 的网球自动发射机的电机选型.16 4.5 基于 plc 的网球自动发射机的光电开关选型.16 4.6 元器件表 .16 西华大学课程设计说明书 5 5 基于基于 plc 的网球自动发射机软件设计的网球自动发射机软件设计.18 5.1 中间元件表的制定.18 5.2 网球发射机程序顺序功能图设计.20 5.2.1 网球发射机主

9、程序顺序功能图设计.20 5.2.2 网球发射机手动模式程序顺序功能图设计.21 5.2.3 网球发射机自动模式一程序顺序功能图设计.21 5.2.4 网球发射机自动模式二程序顺序功能图设计.23 5.3 plc 编程平台 gx developer介绍.24 5.4 基于 plc 的网球自动发射机程序设计.24 5.5 基于 plc 的网球自动发射机程序调试.28 6 6 基于基于 plc 的网球自动发射机上位监控系统设计的网球自动发射机上位监控系统设计.30 6.1 易控组态软件介绍.30 6.2 上位监控系统界面设计.31 6.3 易控变量组设置.32 6.4 易控 fx 串口设置.34

10、7 7 基于基于 plc 的网球自动发射机综合调试的网球自动发射机综合调试.36 7.1 综合调试平台说明.36 7.2 综合调试的步骤.38 7.3 整体的综合调试.38 8 8 总结总结.39 9 9 致谢致谢.40 参考文献参考文献.41 附录附录 基于基于 plcplc 的网球自动发射机元件表的网球自动发射机元件表.42 西华大学课程设计说明书 第 0 页 1 1 前言前言 plc 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可 以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算 术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制

11、各种类型的机械 或生产过程。plc 已经广泛应用于钢铁、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，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功 能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（programmable logic controller,plc） ， 它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的 工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编 程控制器，简称 pc。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆， 所以

12、将可编程序控制器简称 plc。plc 自 1969 年美国数据设备公司（dec）研制出现， 现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 自 1969 年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台 plc 问世以来，迄今 已近 30 多年了 ，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又比同于顺序 控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领 域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机 常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础地形 象编程语言和模块化地软件结构，使用程序地编制清晰直观、方

13、便易学，调试和查错 都很容易。 用户买到所需 plc 后，只需按说明书或提示，座少量地安装接线和用户程序地编制工 作，就可以灵活而方便地将 plc 应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试 不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了”电脑“的神秘感，推动了计算 机技术的普遍运用。可编程控制器 plc 在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进 控制技术。 plc 现已成为工业控制三大支柱（plc、cad/cam、robot）之一，以其可靠性高、 逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机 接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能

14、，日益取代 由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统，在 机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应 用。plc 应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。 西华大学课程设计说明书 第 1 页 近年来，随着国民经济的增长，人民生活水平的提高，生活也变得越来越繁忙了。 随之而来的竞争压力也越来越大，平时人们都为了使自己不被淘汰而拼命努力的工作 和学习，从而导致身体没有得到应该有的锻炼。很多现代化的锻炼方式也随之出现， 网球运动是多数人们都喜欢的锻炼方式，为了给想提高网球运动水平的练习人员提供 方便，网球训练机便应运而生。简单

15、的说，所谓网球训练机就是用一块铁绑着绳子， 绳子的另一头系上网球，那绳子要有弹性的，那样拍出去的球就还能再回来。本文针 对网球训练项目中的技术要求和存在的问题,提出了设计网球自动发射机的想法。该机 器主要是利用 plc 编程系统和机械的结合而构成的。该发射机设计了三种模式供用户 选择，手动模式适用于初学者或者技术一般的锻炼者，模式一适用于有一定基础的锻 炼者，模式二适用于有一定能力基础较好的锻炼者。三种模式由三个选择开关控制。 西华大学课程设计说明书 第 2 页 2 2 网球自动发射机方案设计网球自动发射机方案设计 2.12.1 网球自动发射机设计要求网球自动发射机设计要求 根据实际的经验，网

16、球自动发射机大致要求如下： （1）要求设计的网球训练器可以发射出一定质量的球。 （2）要求每隔 5 秒发射一球。 （3）需设置发射器的左右上下极限。 （4）每执行一步发射就自动检测改时候是否发射筐中有网球，如果没有就自动关断 电源，等待装入网球，如果检测有，就继续发射。 发射机主要有六部分组成： （1）球框：存装待发射球。 （2）发射电机 m1：发射网球，功率 0.45kw。 （3）发射管：球框中的球通过发射管发射。 （4）电机 m2：上下移动发射机，功率 0.2kw。 （5）电机 m3：左右移动发射机，功率 0.2kw。 （6）发射架：支撑整个发射机，可控制整个发射机的高度。 设计模型结构图

17、如图 2.1。 发射电机 m1 发射机上下移动电机 m2 发射机左右移动电机 m3 西华大学课程设计说明书 第 3 页 图 2.1 网球发射机结构 2.22.2 网球自动发射机方案网球自动发射机方案设计设计 2.2.12.2.1 方案一方案一 基于基于 plc 的网球自动发射机的网球自动发射机 利用上位机控制 plc，通过电机动作，作用于球，将球发射出去，通过上下移动控 制电机以及左右移动控制电机控制发射机的位置，从而能够发出不同档次的网球，这 样的设计使得用户范围得以扩大。通过光电检测开关检测框中有无网球，反馈到上位 控制系统控制发射机动作。该方案的方框图如图 2.2。 控制器执行器对象 检

18、测元件 +- 上位机控 制系统 通信 图 2.2 基于 plc 的网球自动发射机系统方框图 2.2.22.2.2 方案二方案二 基于基于 vb 和单片机的网球自动发射机和单片机的网球自动发射机 将 vb 程序引入 pc 机，pc 机作用于单片机，单片机输出作用于歩进电机，从而控 制网球发射机的发射筒，进而也能发射不同位置的网球。通过光电传感器，检测框中 是否有球，将信号反回给单片机，通过单片机控制发射机动作。该系统方框图如图 2.3。 西华大学课程设计说明书 第 4 页 pc机（vb界面） 单片机系统 rs232 步进电机驱动 步进电机 位置传感器 （光电开关和微 动开关） 图 2.3 基于

19、vb 和单片机的网球自动发射机系统方框图 2.32.3 网球自动发射机的方案论证网球自动发射机的方案论证 2.3.12.3.1 方案一方案一 （1）控制程序可变，具有良好的柔韧性：对于一个工厂或用户来说，需求不会是 一层不变的，总会随着外界的变化而变化，而 plc 正好能满足这个条件，只需改动 plc 程序，而不需要改动硬件，就能实现工艺的变形，满足要求。 （2）具有高度可靠性，适用与恶劣环境：plc 对环境要求低，据研究表明，plc 故 障间隔时间长达 5 年以上，所以是相当可靠的。可靠性决定了它的生产效益，只有稳 定的运行，才能保证生产的持续和高效。 （3）功能健全，可以应用于各种环境：p

20、lc 具有数字和模拟量的输入/输出、逻辑 运算、算术运算、定时、计数、顺序控制等多种功能。可以运用在大多数场合，所以 适用性相当强、 （4）操作简单，易于维护：一旦做好 plc，便可通过上位控制 plc 的运行，操作简 单，如果遇到大改动，只需变更 plc 内部程序就可以实现功能的改变。 （5）体形小巧，功能强大，耗电量小：对于其他控制系统，plc 更加便捷，体积小， 耗电量低，对于小型生产更加适用。 （6）性价比高：随着科技的发展，plc 的生产费用日益降低，功能却日益强大，让 更多的生产部门能够承担，低廉的造价和强大功能相对比，plc 逐渐被广大人群接受。 西华大学课程设计说明书 第 5

21、页 2.3.22.3.2 方案二方案二 （1）体积相当小：单片机体积相当小，耗电量极低，可以用在生活中的各种小物品 上，例如遥控器，手机等。体积过小，则功能相对 plc 不够完善，无法代替 plc 运用 与大型生产。 （2）变动方便：当需要根据环境变化改变单片机时，只需更改程序，便可以实现功 能的改变。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品。 （4）单片机可靠性高，可工作到 106 107小时无故障。 （5）控制功能强。 2.42.4 网球自动发射机的方案选择网球自动发射机的方案选择 plc 和单片机相比较，有很多相同的优点，但是单片机就目前看来很难在户外场合 稳定运行。单片机的运行受到室

22、外各种不利因素的影响较大，如温度骤降，风雨雷电 等天气因素，突然的冲击等等。plc 与之相比，承受此类不利因素的能力相比较高。由 于本设计需要的输入输出点位比较多，单片机一般难以达到。而且工程项目一般很少 完全依赖单片机完成，应用 plc 解决功能比较复杂的系统设计使得系统电路更为简单。 而且 plc 的可行性，现场升级维护与替换都比单片机更为方便。综合上述因素选择方 案一较为妥当。 西华大学课程设计说明书 第 6 页 3 3 基于基于 plcplc 的网球自动发射机系统的网球自动发射机系统分析分析 3.13.1 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的网球自动发射机功能分析功能分析 基于

23、plc 的网球自动发射机总体上由三个电机，一个球框，一根发射管和一个支 架构成。用两个电机分别调节发射机的上下和左右运动，再用一个电机控制球的发射。 在球框中安装一个光电检测开关，检测筐中是否有球，无球时停止动作。发射机上安 装有控制面板，用户可以根据需要选择不同模式发射网球。该发射机设计了三种模式 供用户选择，手动模式适用于初学者或者技术一般的锻炼者，模式一适用于有一定基 础的锻炼者，模式二适用于有一定能力基础较好的锻炼者，三种模式由三个选择开关 控制。当用户按下启动键启动发射机时，如果发射机有球那么正常运行灯就点亮，如 果没有球，那么无球报警灯就点亮，在运行中如果没有球了，那么正常运行灯熄

24、灭， 无球报警灯就点亮。设计模型简图如图 3.1。 图 3.1 基于 plc 的网球自动发射机简图 3.23.2 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的网球自动发射机工艺流程图工艺流程图 通过控制电机 m1 、m2 的旋转，将发射机移动到特定的九个位置，并在该点完成 发球。需要控制发射机的启停和发球时间间隔，以及发射机移动过程的循环方式。 西华大学课程设计说明书 第 7 页 3.2.13.2.1 总体工艺流程图总体工艺流程图 当用户按下启动按钮，光电检测开关检测框中是否有球，有则亮起正常运行灯， 否则停止执行命令并亮起无球报警灯。正常运行时，默认发射机每次停止时都在场地 中间位置。用户需要

25、根据自身实际能力选择不同的运行模式来控制发射机运行。每次 执行完一次子程序系统返回主程序。总体工艺流程如图 3.2。 手动模式自动模式二 检测是否有球 发射机置中 模式选择 自动模式一 停止 启动 n y 图 3.2 总体工艺流程图 3.2.23.2.2 手动模式工手动模式工艺流程图艺流程图 当用户按下手动按钮后，程序进入手动模式。通过按下向左、向右、向下、向上 按钮控制发射机的位置，按下发射按钮发射网球。手动模式工艺流程图如图 3.3。 西华大学课程设计说明书 第 8 页 y y n n y 是否按下向上 开始发球 m2正转 m2反转m3正转m3反转 是否到上极限是否到下极限是否到左极限是否

26、到右极限 是否按下发球 m2停止m2停止m3停止m3停止 n y n y n y n y 是否按下向下是否按下向左是否按下向右 n n y n y 图 3.3 手动模式工艺流程图 3.2.33.2.3 自动模式一工艺流程图自动模式一工艺流程图 当用户按下自动模式一时，发射机开始自动执行模式一程序。首先从起点向上移 动到达上极限开始发球，发射完设定的数目后往下到达中间点，如此将上下左右中五 个点走遍。自动模式一流程图如图 3.4。 西华大学课程设计说明书 第 9 页 m2正转，发射 器上升 m2停止，m1启 动发球 是否到达上限 是否发射了三次 m2反转，发射 器下降 是否到达中间位置 m2停止

27、，m1启 动发球 是否发射了三次 m2反转，发射 器下降 是否到下限 m2停止，m1启 动发球 是否发射了三次 m2正转，发射 器上升 是否到达中间位置 m2停止，m1启 动发球 是否发射了三次 m3正转，发射 器左移 是否到达左极限 m3停止，m1启 动发球 是否发射了三次 m3反转，发射 器右移 是否到中间位置 m3停止，m1启 动发球 是否发射了三次 m3反转，发射 器右移 是否到右极限 m3停止，m1启 动发球 是否发射了三次 m3正转，发射 器左移 是否到中间位置 a n y n y n y n y n y n y n y n y n y n y n y n y n y n y n

28、y a 图 3.4 自动模式一流程图 西华大学课程设计说明书 第 10 页 3.2.43.2.4 自动模式二工艺流程图自动模式二工艺流程图 当用户按下自动模式二时，发射机开始自动执行自动模式二程序。首先从起点斜 向运行到左上极限点开始发球，发射完设定数目后开始右移到右上极限点，如此直到 回到起点。自动模式二工艺流程图如图 3.5。 m2正转，m3正 转 是否达到左上极限 m2停，m3停， 发球3次 是否发射了三次 m3反转 是否达到右上极限 m3停，发球3 次 是否发射了三次 m2反转 是否到达右下极限 m2停，发球3 次 是否发射了三次 m3正转 是否达到左下极限 m3停，发球3 次 是否发

29、射了三次 m2正转，m3反 转 是否居中 b b n y n y n y n y n y n y n y n y n y 图 3.5 自动模式二流程图 西华大学课程设计说明书 第 11 页 3.33.3 基于基于 plcplc 的网球自动发射机输入控制信息分析的网球自动发射机输入控制信息分析 根据基于 plc 的网球自动发射机的系统需求，系统需要的输入控制信号有以下几 种：发射机启动停止信号（由启动停止开关产生） ；手动模式、自动模式一、自动模式 二选择信号（由手动模式、自动模式一、自动模式二选择开关产生） ；手动模式控制发 射机信号（由按键向上、向下、向左、向右产生） ；九个点位的信号（由九

30、个行程开关 产生） ；手动发球信号（由发球按键产生） ；有无球信号（由光电检测开关产生） 。其中 启动停止开关用于控制整个系统的开启与停止，模式选择开关用于用户选择不同模式， 九个行程开关用于系统判定发射机是否到达预定位置，手动方向按键用于用户选择发 射机将要到达的位置，手动发射键用于用户选择到达位置后是否发射网球，光电检测 开关用于判断框中是否有球。 3.43.4 基于基于 plcplc 的网球自动发射机输出控制信息分析的网球自动发射机输出控制信息分析 根据基于 plc 的网球自动发射机的系统功能，系统输出信息有如下几个：输出到 控制网球自动发射机发射电机的启停信号 y0，输出到控制网球自动

31、发射机向上运动的 电机启停信号 y1，输出到控制网球自动发射机向下运动的电机启停信号 y2，输出到控 制网球自动发射机向左运动的电机启停信号 y3，输出到控制网球自动发射机向右运动 的电机启停信号 y4，输出到控制网球自动发射机运行灯点亮熄灭的信号 y5，输出到控 制网球自动发射机无球报警灯点亮熄灭的信号 y6。 3.53.5 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的网球自动发射机 plcplc 输入输出表设计输入输出表设计 根据输入输出信息的分析，将输入输出信息制定了两张表格，并且分析了大概的 作用。输入输出表如表 3.1。 表 3.1 输入输出信息表 元件符号端子名称名称及作用 sb1x

32、0 总启动开关 sb2x1 总停止开关 sb3x2 手动电机 m2 正转开关 sb4x3 手动电机 m2 反转开关 sb5x4 手动电机 m3 正转开关 sb6x5 手动电机 m3 反转开关 西华大学课程设计说明书 第 12 页 sb7x6 手动发球开关 sb8x7 自动模式一开关 sb9x10 自动模式二开关 sb10x24 手动模式开关 s1x12 上极限限位开关 s2x13 下极限限位开关 s3x14 左极限限位开关 s4x15 右极限限位开关 s5x16 左上极限限位开关 s6x17 左下极限限位开关 s7x20 右下极限限位开关 s8x21 右上极限限位开关 s9x22 网球检测开关

33、 s10x23 中间限位开关 km0y0 发球电机 m1 状态 km1y1 电机 m2 正转状态 km2y2 电机 m2 反转状态 km3y3 电机 m3 正转状态 km4y4 电机 m3 反转状态 km5y5 无球报警灯状态 km6y6 运行指示灯状态 3.63.6 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的的网球自动发射机的 plcplc 选型选型 根据上文的分析，本设计共有 20 个输入信号以及 7 个输出信号，参照 fx2 系列的 基本单元与扩展单元表格（见表于 p113，郑萍主编.现代电气控制技术.重庆：重庆大 学出版社，2001） ，选择有 24 个输入点以及 24 个输出点的 f

34、x2-48mr 即可完成功能。 西华大学课程设计说明书 第 13 页 4 基于基于 plc 的网球自动发射机硬件设计的网球自动发射机硬件设计 4.14.1 网球自动发射机工作电路图设计网球自动发射机工作电路图设计 系统由 3 台电机以及接触器等元件构成。电机 m1 是控制发射机发球，功率为 0.45kw，电机 m2 正、反转控制发射管向上、下移动，m3 正、反转控制发射管向上、下 移动，空气开关与接触器额定电流略大于电机额定电流。网球自动发射机工作电路图 如图 4.1。 图 4.1 网球自动发射机工作电路图 西华大学课程设计说明书 第 14 页 4.24.2 plcplc 外部接线图设计外部接

35、线图设计 plc 端口与对应开关相连接，从而控制输出端口，实现 plc 与硬件的连接。具体接 线图如图 4.2。 图 4.2plc 外部接线图 4.34.3 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的的网球自动发射机的 plcplc 选型选型 本设计共有 20 个输入信号以及 7 个输出信号，参照 fx2 系列的基本单元与扩展单 元表格，选择有 24 个输入点以及 24 个输出点的 fx2-48mr 即可完成功能。 西华大学课程设计说明书 第 15 页 4.44.4 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的电机选型的网球自动发射机的电机选型 我们需要三个电机，一个电机控制发射管的上下移动，一

36、个电机控制发射管的左 右移动，再有一个电机控制网球的发射，由于网球发射机的三个电机都没有大的负载， 所以只需要小型电机即可。 4.54.5 基于基于 plcplc 的网球自动发射机的光电开关选型的网球自动发射机的光电开关选型 我们需要一个光电开关随时检测网球发射机的篮筐中是否有球，所以需要一个良 好的光电检测开关，当框中无球时，能触发光电检测开关断开，以实现停止网球发射 机。 4.64.6 元器件表元器件表 整个设计所用到的各种元件记录表见表 4.1。 表 4.1 元器件型号表 序号元件代号 元件名称 元件型号 单位数量 01m1交流电机sgmgh-05a台1 02m2交流电机sgmgh-02

37、a台1 03m3交流电机sgmgh-02a台1 04qf1空气开关c65n-3pc16a个1 05qf2.qf3空气开关c65n-3pc10a个1 06fr1热继电器tk-e02r-c只1 07fr2.fr3热继电器tk-e02m-c只2 08fu1熔断器rt14-20只3 09fu2-fu4熔断器rt14-20只8 10fu5熔断器rt14-20只2 11plc可编程控制器fx2n-48mr台1 12sb1启动开关xb2ba31c个1 13sb2停止开关xb2ba41c个1 14sb3-sb6手动控制按键xb2ba61c个4 15sb7手动发球xb2ba21c个1 16sb8自动模式 1xb

38、2ba51c个1 西华大学课程设计说明书 第 16 页 17sb9自动模式 2xb2ba51c个1 18sb10手动模式开关xb2ba51c个1 19km1-km5交流接触器eb9-30-1个6 20s1-s8限位开关zck-d59c个8 21s9光电开关e3jk-ds30m1个1 22s10居中限位开关zck-d59c个1 23l无球报警灯led个1 24l运行指示灯led个1 西华大学课程设计说明书 第 17 页 5 5 基于基于 plc 的网球自动发射机的网球自动发射机软件设计软件设计 5.15.1 中间元件表的制定中间元件表的制定 根据程序设计需要，分析整个程序流程图结合发射机的工艺流

39、程，需要使用不少 的中间元件，一部分用于控制电机运动，一部分用于控制发球时间，还有一部分用于 控制发球次数。根据不同类型的中间元件的功能与作用我们将选择的原件列表如下表 5.1。 表 5.1 中间元件表 序号中间元件功能作用 00m0 开机状态标识 01m1 触发电机 m2 正转自锁 02m2 触发电机 m2 反转自锁 03m3 触发电机 m2 再次反转自锁 04m4 触发电机 m2 再次正转自锁 05m5 触发电机 m3 正转自锁 06m6 触发电机 m3 反转自锁 07m7 触发电机 m3 再次反转自锁 08m8 触发电机 m3 再次正转自锁 09m9 触发电机 m2 再次正转自锁 10m

40、10 触发电机 m2、m3 正转自锁 11m11 触发电机 m3 反转自锁 12m12 触发电机 m2 反转自锁 13m13 上限位发球结束标志 14m14 中限位发球结束标志 15m15 下限位发球结束标志 16m16 中限位再次发球结束标志 西华大学课程设计说明书 第 18 页 17m17 左极限发球结束标志 18m18 中限位第 3 次发球结束标志 19m19 右极限发球结束标志 20m20 左上极限发球结束标志 21m21 右上极限发球结束标志 22m22 右下极限发球结束标志 23m23 左下极限发球结束标志 24m24 触发电机 m2 正转、m3 反转自锁 25m25 手动电机 m

41、2 正转自锁 26m26 手动电机 m2 反转自锁 27m27 手动电机 m3 正转自锁 28m28 手动电机 m3 反转自锁 29m29 启动状态标志 序号中间元件功能作用 01t0 上限位发球计时 02t1 中限位发球计时 03t2 下限位发球计时 04t3 中限位再次发球计时 05t4 左极限发球计时 06t5 中限位第 3 次发球计时 07t6 右极限发球计时 08t7 左上极限发球计时 09t8 右上极限发球计时 10t9 右下极限发球计时 11t10 左下极限发球计时 12c1 上限位发球计数 13c2 中限位发球计数 14c1 下限位发球计数 西华大学课程设计说明书 第 19 页

42、 5.25.2 网网 球球发发 射射机机 程程序序 顺序功能图设计顺序功能图设计 5.2.15.2.1 网球发射机主程网球发射机主程序顺序功能图设计序顺序功能图设计 通过主程序的启动开关控制整个程序的启动，由于每次开机发射机都处于中间位 置，此时，当启动发射机后，通过面板按键选择需要进入的程序，发射机执行对应的 程序使发设机工作。选择自动模式一后，发射机进入模式一自动运行状态；选择自动 模式二后，发射机进入模式二自动运行状态；选择手动模式后，发射机等待用户手动 按键命令。系统主程序顺序功能图如图5.1。 x24 x22 call p3 m8002 set y6 m0 m29 x0 x1 set

43、 y5 rst y6 rst m29 rst y5 rst y6 rst m29 x22x1 call p2call p1 x7 x10 fend 图5.1 主程序控制顺序功能图 15c3 中限位再次发球计数 16c4 左极限发球计数 17c5 中限位第 3 次发球计数 18c6 右极限发球计数 19c7 左上极限发球计数 20c8 右上极限发球计数 21c9 右下极限发球计数 22c10 左下极限发球计数 西华大学课程设计说明书 第 20 页 5.2.25.2.2 网球发射机手动模式程序网球发射机手动模式程序顺序功能图设计顺序功能图设计 用户通过按键选择手动模式后，发射机等待用户按键选择需要

44、移动的方向。当按 下向上按键的时候，发射机向上移动直到抵达上极限，然后停止，等待用户按下发射 键执行发射命令；当按下向下按键的时候，发射机向下移动直到抵达下极限，然后停 止，等待用户按下发射键执行发射命令；当按下向左按键的时候，发射机向左移动直 到抵达左极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令；当按下向右按键的时 候，发射机向右移动直到抵达右极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令。 手动模式程序顺序功能图如图 5.2。 m25 x22 x2 x12 x12 x6 y1 set y0 m26 x22 x3 x13 x13 x6 y2 set y0 m27 x22 x4 x14 x1

45、4 x6 y3 set y0 m28 x22 x5 x15 x15 x6 y4 set y0 x24 图 5.2 手动模式程序顺序功能图 5.2.35.2.3 网球发射机自动模式一程序网球发射机自动模式一程序顺序功能图设计顺序功能图设计 用户按下自动模式一按键后，系统自动开始运行。发射机从起始位（就是中间位 置）开始向上移动，到达上极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次 球后发射机开始往下移动；到达中间位置后运动电机停止，发球电机启动开始发球， 发完三次球后发射机再次开始往下移动；到达下极限后运动电机停止，发球电机启动 开始发球，发完三次球后发射机开始再次往上移动；到达中间位置后运

46、动电机停止， 发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往左移动；到达左极限后运动电机 西华大学课程设计说明书 第 21 页 停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往右移动；到达中间位置后 运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始再次往右移动；到 达右极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始再次往 左移动回到中间位置。自动模式一程序顺序功能图如图 5.3。 x7x12 k50 t0c0 k3 m1 x12t0 set y0 t0 y1 m2y2 x23t1 set m13 rst c0 c0 rst t0 c1 t1c1 set y0 t

47、1 set m14 rst c1 c1 rst t1 c1 t2c2 m3y2 set y0 t2 set m15 rst c2 c2 rst t2 c2 x13t2 t3c3 m4y1 set y0 t3 set m16 rst c3 c3 rst t3 c3 x23t3 m5y3 set y0 t4 set m17 rst c4 c4 rst t4 c4 x14t4 t4c4 m6y4 set y0 t5 set m18 rst c5 c5 rst t5 c5 x23t5 t5c5 m7y4 set y0 t6 set m19 rst c6 c6 rst t6 c6 x15t6 t6c6

48、m8y3 x23 rst y3 k50 k3 k50 k3 k50 k3 k50 k3 k50 k3 k50 k3 图 5.3 自动模式一程序顺序功能图 西华大学课程设计说明书 第 22 页 5.2.45.2.4 网球发射机自动模式二程序网球发射机自动模式二程序顺序功能图设计顺序功能图设计 用户按下自动模式二按键后，系统自动开始运行。发射机从起始位（就是中间位 置）开始向左上方移动，到达左上极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发 完三次球后发射机开始往右移动；到达右上极限后运动电机停止，发球电机启动开始 发球，发完三次球后发射机开始往下移动；到达右下极限后运动电机停止，发球电机 启动开始

49、发球，发完三次球后发射机再次开始往左移动；到达左下极限后运动电机停 止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往右上方向移动直到回到起始 位置。自动模式二程序顺序功能图如图 5.4。 m10 x10x16 k50 k3 t7c7 x16t7 set y0 t07 c7 c7 set m20 rst c7 rst t7 x21 y1 t8c8 set y0 t8 c8 c8 set m21 rst c8 rst t8 m11 y4 x21t8 x20 t9c9 set y0 t9 c9 c9 set m22 rst c9 rst t9 m12 y2 x20t9 set y0 t10 c10

50、 c10 set m23 rst c10 rst t10 m9 x17t10 x17 t10c10 k50 k3 k50 k3 k50 k3 x23 y3 y3 set y1 set y4 x23 rst y1 rst y4 图 5.4 自动模式二程序顺序功能图 西华大学课程设计说明书 第 23 页 5.35.3 plc 编程平台编程平台 gxgx developerdeveloper 介绍介绍 gx developer 是三菱 plc 的编程软件。适用于 q、qnu、qs、qna、ans、ana、fx 等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、sfc、 st 及 fb、label 语言程序设

51、计， 网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 plc 程序功能。 gx developer 具有以下特点： (1) 软件的共通化 gx developer 能够制作 q 系列，qna 系列，a 系列（包括运动 控制（scpu） ）,fx 系列的数据,能够转换成 gppq,gppa 格式的文档。 此外，选择 fx 系 列的情况下，还能变换成 fxgp(dos),fxgp(win)格式的文档。 (2)利用 windows 的优越性，使操作性飞跃上升能够将 excel,word 等作成的说明 数据进行复制，粘贴，并有效利用。 (3)程序的标准化：用标号编程制作可编程控制器程序的

52、话，就不需要认识软元件 的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作 为实际的程序来使用；功能块（以下，略称作 fb） fb 是以提高顺序程序的开发效率 为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使 得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时 的顺序输入错误；只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到 文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利 用了。 (4)能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂 的系统的情况下也能够简单的

53、设定。 (5)能够用以下各种方法和可编程控制器 cpu 连接： 经由串行通讯口; 经由 usb; 经由 melsecnet/10(h)计算机插板; 经由 melsecnet()计算机插板; 经由 cc-link 计 算机插板; 经由 ethernet 计算机插板;经由 cpu 计算机插板;经由 af 计算机插板。 (7)丰富的调试功能：由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试 作业，没有必要再和可编程控制器连接， 没有必要制作条使用的顺序程序；在帮助中 有 cpu 错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序 制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况

54、下提供非常大的便利；数据制作中 发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩 短。 西华大学课程设计说明书 第 24 页 5.45.4 基于基于 plcplc 的网球自动发射机程序设计的网球自动发射机程序设计 考虑到程序功能并不复杂而且程序段相似，采用顺序控制指令，通过主程序调用 子程序实现系统功能。由于采用的中间继电器为断电无法保持类型，无需使用条件转 移指令即可实现功能。采用先编写主程序后编写子程序的思想，使用 call 指令调用子 程序从而实现用户按键选择不同模式的功能。整个程序结构比较简单，所以后期调试 也较为方便。这样使得程序结构清晰明了。主程序以及部分

55、子程序如下图 5.5。 西华大学课程设计说明书 第 25 页 西华大学课程设计说明书 第 26 页 西华大学课程设计说明书 第 27 页 图 5.5 主程序及部分子程序 西华大学课程设计说明书 第 28 页 5.55.5 基于基于 plcplc 的网球自动发射机程序调试的网球自动发射机程序调试 三菱 fx 系列 plc 所采用的编程平台 gx developer 下可安装 gx simulink 仿真模 块，在程序编辑完成后，可在 gx 平台上启动仿真平台。程序将被吸入到在内存虚拟出 现的一个 plc 内。编辑界面转入到监控界面，并出现梯形图逻辑测试工具。在窗口选 择“工具菜单” ，添加 x

56、，y，t，m 软元件内存监视窗口，界面设置如图 5.6。 图5.6 梯形图逻辑测试窗口 仿真调试时，x 、y 、m和t分别对应plc的输入、输出和中间继电器。跟据需要 置数的x标号，用鼠标左键点击对应的x，强制x等于1，然后查看y、t、m的变化是否 满足预期。通过这种强制置数方式，从而达到仿真效果。用这种方法分别调试主程序， 手动程序，自动模式一程序，自动模式二程序，以此来验证程序的正确性。 初期调试时，在仿真过程中，会遇到执行子程序1时，其它子程序使用的常开继电 器也被置一，后来发现是主程序结束后忘记加上fend指令，导致子程序标记无效。由 于很多点的行程开关继电器同时出现在不同子程序，所以

57、观察程序是否正确要准确找 到不同的观察点来判定。 西华大学课程设计说明书 第 29 页 6 6 基于基于 plc 的网球自动发射机上位监控系统设计的网球自动发射机上位监控系统设计 6.16.1 易控组态软件介绍易控组态软件介绍 易控（inspec） 是一套通用的监控和数据采集（scada）软件，亦称人机界面 （hmi/mmi）软件，俗称组态软件。 易控以通讯的方式和控制系统相连，能读写控制系统内部的信息，并以图形和动 画等直观形象的方式呈现这些信息，以方便对控制流程的监视。也可以通过易控直接 对控制系统发出指令、设置参数干预控制流程。易控能对控制系统的数据进行运算处 理，将结果返回给控制系统，

58、协助控制系统完成复杂的控制功能，易控还能对从控制 系统得到的以及自己产生的数据进行存储、报表等等其他功能，从而延伸控制系统的 能力和弥补控制系统的不足。比如易控可以作为中间桥梁，将控制系统和工厂的企业 管理信息系统联接起来，将多个控制系统联接起来，使他们之间能交换数据、共享资 源，协助和管理曾经是各自孤立的控制系统。从而在更大范围内优化了控制结构，提 高综合自动化效率。 易控可以应用于机械制造、化工、电力、冶金等任何涉及自动化控制的领域，它 本身没有行业的限制，只要它和控制系统之间能进行数据交换即可。易控内设置了常 见的 plc、dcs、pc 板卡、智能仪表等设备的支持。 易控可以下挂多个控制

59、系统，同时和多个系统连接，并在他们之间转发数据，控 制模式图如图 6.1。 易控（inspec） 组态式监控系统 plc 等控制系统plc 等控制系统plc 等控制系统其他的控制系统 西华大学课程设计说明书 第 30 页 图 6.1 易控控制模式图 6.26.2 上位监控系统界面设计上位监控系统界面设计 （1）新建一个工程，工程名为“网球自动发射机” 。 （2）工程栏里新建画面 1 并打开。 （3） “图形”栏内选择“常用”并选择 10 个大小相同的“button”并依次排好。 （4）分别右键单击每一个“button”选择“属性”栏目中“文本”修改名称为“启动” ， “停止” ， “模式一”

60、， “模式二” ， “手动” ， “上升” ， “下降” ， “向左” ， “向右” ， “发球” 。 （5） “图库”中选择“指示。仪表”并选择两个二极管在桌面上布好，以作运行指示 灯，故障灯之用。 （6） “图库”栏“指示。仪表”中选择 9 个指示灯并按 4 个正方形形式布置。 （7) 将上述图形在桌面上按一定顺序布置好并保存，控制界面如图 6.3。 西华大学课程设计说明书 第 31 页 图 6.3 控制界面图 6.36.3 易控变量组设置易控变量组设置 打开易控，新建变量组，并在变量表中新建变量组，并依此与输入输出 i/o 表对 应起始地址，单元长度，寄存器类型，数据类型，变量组等。 易