新型智能旋转餐桌的设计与分析

1、第25卷第5期（总第117期）机械管理开发2010年10月新型智能旋转餐桌的设计与分析*刘学敏，周军超，祝军军，王宏达（襄樊学院机械与汽车工程学院，湖北襄樊441053）【摘要】介绍了基于PLC控制的一种新型智能餐桌，可以手动或自动方式对餐桌上的八个餐位进行精确定位。该餐桌以三菱CC-Link网络通讯方式进行主站和从站餐桌间的实时通讯，并可实现转角和速度的精确控制功能;文中从设计要求、PLC选型、系统硬件配置、系统软件设计等方面进行了阐述。【关键词】智能餐桌；设计；PLC；CC-Link【中图分类号】TP18【文献标识码】A【文章编号】1003-773X（2010）05-0079-030引言目

2、前，餐饮市场旋转餐桌种类虽有很多，但是集智能、低成本、高效益的餐桌还很少见。文中使用PLC系统对餐桌的8个座位转台进行精确定位是一种低成本、高精度的控制方式，见图1；餐桌是以三菱CC-Link网络通讯方式进行主站和从站餐桌间的实时通讯的，餐桌台系统要求餐桌台在一定范围内实现转角与速度的精确控制，并将定位结果及时反馈给PLC进行相应调整。图1中的8个圆形按钮均布于旋转餐桌台的下方层面，要求各餐位之间能够自由精确地转换位置，各餐位的餐桌台要具有真空、吹气、清洗、按照设定速度旋转的功能。按此功能，选用PLC系统和编码器脉冲计数方式，进行餐桌台的位置控制设计。图1餐桌工作台示意图1设计要求控制系统根据

3、餐桌工作流程的需要来设定定位角度，图1餐桌台有8个餐位，各餐位的位置能按就餐人的控制要求自由转换，例如：操作l号工位的承片台旋转到2号工位进行该工位的工艺加工。所以系统可实现的功能有：工作台旋转实现各餐位的位置转换；各个承片台能按照设定的速度值旋转；工作台需有在任一位置回零和微调角度的功能；系统运行过程出现异常时，能实时报警并停止工作；操作人员（服务人员）可通过确认按钮解除报警信号；还要具有手动自动两种控制方式，以及备有试验测试功能。2PLC选型选择PLC应考虑它的性能价格比，选择可靠性高、功能相当、负载能力合适、经济实惠的PLC。在该设备整体方案选用了三菱CC-Link网络通讯系统的基础上，

4、针对餐桌台控制系统的输入、输出点数、负载能力等要求，选用日本三菱公司FX2N-64MT型PLC。3系统硬件配置为实现手动/自动控制，PLC需要不少于输入23点，输出27点的I/O单元，因此选用三菱公司的FX2N-64MT型可编程序控制器作为主控单元，有32个输入点和32个输出点，输入端为光电隔离，输出端为晶体管源型，机型结构紧凑、体积小、质量轻，具有很强的抗干扰能力和负载能力，可满足设计需求。由于设备控制系统采用三菱的现场总线网CC-Link网络通讯方式，负责主站对从站发送从控制平台获取的控制信息、从站对主站的反馈信息、以及处理各从站间的信息交换，实现各台PLC间的无差错适时自动化运作；因此工

5、作台控制系统作为整个设备的一部分，需要选用CC-Link扩展模块，实现和主站设备的远程通讯，从主站获取控制信号以执行各部分的动作。为了实现餐桌台的精确定位，选用能输出高频脉冲的定位扩展模块FX2N10GM，它是三菱公司的单轴定位单元，属于带CPU的智能模块，它可实现完善的位置控制功能，与PLC并行工作，提高了速度，简化了编程。根据定位精度选择伺服系统作为执行机构，由于机械传动机构产生的间隙和回程差等因素导致的旋转误差，为了测量和补偿这些误差，将一个增量式旋转编码器与工作台同轴安装，伺服电机带动工作台转动的同时，编码器以同样的角速度转动，产生两路相位相差90°的脉冲，通过判断相位超前滞

6、后的关系，确定餐桌工作台的旋转方向，工作台的每转动一个位置对应一个脉冲计数值，根据设计需要将工作台的各个位置对应的角度换算成相应的脉冲数，通过比较判断所记录的脉冲数就可实现工作台的定位控制1。这是工作台定位设计的核心，主要依靠软件实现，其结构，见图2。图2旋转工作台控制系统收稿日期：2010-04-22项目介绍：襄樊学院大学生科研项目（编号:2009DXS024）作者简介：刘学敏（1987-），男，湖北咸宁人，在读本科生，研究方向：机电一体化。·79·第25卷第5期（总第117期）机械管理开发2010年10月FX2N-4DA各餐位工作台的旋转动作采用模拟量控制模块4数字信号

7、并转换成等价的模拟信号，个输出通道，来控制相应伺服系统的转速。即可外接4个伺服电机，4DA模块有最大分辨率是输出通道接受12位。基于输入/输出的电压电流通过用户配线完成，可选用的模拟值范围是直流电压5分别选择控制各电机转速。mV)，或者020mA(分辨率：2010uA)，可被每个通道10V(分辨率：所以图3示出系统硬件结构框图。控制系统是由与上位机通讯的CC-Link扩展模块、定位模块、模拟量控制模块、动作执行机构、增量式编码器、外围控制电路、核心器件PLC组成，PLC是集信号采集、信号输出、逻辑控制于一体，与电力拖动系统一起实现了工作台以及各个餐位工作台的所有功能2。图3系统硬件结构框图44

8、.1系统软件设计控制程序流程图图4旋转工作台控制系统流程图基于工作台控制系统的工艺要求，软件设计分为：·80·手动状态；测试状态；自动状态。1）手动状态下可以单独控制每个执行机构的动作，主要有：餐桌工作台82个餐位之间的位置转换；旋转工作台的手动回零。作台的允许范围内相对零点的任意角度旋转和对八个）测试状态主要是根据工艺需要，操作各个餐位在工餐位转动角度的微调；因为实际的需求可能要求各个餐位之间的旋转角度会有所不同，例如需要1号餐位旋转119°或别的角度至2号餐位，微调测试就可将其角度值重新调整并确定，以适应不同就餐人员的就餐需求。3）自动状态分为单程循环和自动循

9、环，指在循环条件满足的状况下，按照系统的工艺流程自动执行的过程，图4为具体流程图3。软件核心是工作台餐位转换时要准确进行餐位检测及判断各餐位的具体位置，以进行相应的转向控制。因为选用的是低成本经济型控制方式，加之机械设计结构的限制，工作台只能在一定的角度范围内旋转定位(图1的左、右极限范围内)。在软件设计过程中要考虑到：无论手动还是自动状态，控制工作台餐位的转换，都需要先判断各承片台相对零点的位置后，再执行正转或反转的动作，否则会导致系统极限位报警。图5是操作1号餐位的承片台旋转至2号餐位时的软件流程，当接受到餐位旋转的控制要求后，判断原点、承片台位置，如果在l号位，工作台逆向旋转45

10、6;后，发送定位结束信号就完成了一个餐位的转换4。4.2控制系统的通讯方式图5工作台餐位旋转流程图5编写程序时，PLC用FROM/TO指令对定位扩展模块10GM进行读写操作。10GM的m码指令为与PLC进行信息交流提供了方便，它能实现定位、回零等的操作；PLC还有类似于的，不是直接操作。读写m码信息是通过PLC的基本逻辑指令和功能指令。FX2N_4DA10GM和的缓冲存储器进行PLC之间也是通过其内部缓冲存储器，用FROM和TO指令来传输数据。将4DA设置为电压模拟量控制方式，PLC根据控制系统的需求读写它的内部缓冲存储器BFM，分别设置各通道的模拟电压值，以控制每个承片台伺服电机的转速。PL

11、C与CC-Link扩展模块同样是用FROM/TO指令实现与主站设备的远程通讯。用FROM语句从主站获取控制信号以执行相应动作，用TO语句传送工作台的状态信息。第25卷第5期（总第117期）刘学敏，等：新型智能旋转餐桌的设计与分析2010年10月4.3编程说明本系统软件主要是在三菱公司的PLC编程软件环境FXDEVELOPER7.0下，用梯形图方式编写；FX2N-10GM的编程软件FXVPS-E100用于编写定位模块的程序。5实验分析及改进方法本系统应用增量式旋转编码器反馈工作台的旋转角度值，在软件设计中补偿定位精度，但在程序实验运行过程中发现，影响工作台定位精度的因素除机械传动造成的间隙外，还

12、有以下因素：1）工作台转动惯性和继电器动作延时，使得工作台定位结束需要一定的延时时间t1.2）程序中对应的定位系统计数脉冲值，只有在控制器扫描时才被刷新，当程序较复杂时，扫描时间大于脉冲宽度时，程序中读取的脉冲数值就不是一个连续变化的数，即扫描间隔会造成一定的死区时间t2.3）从发出停止指令到输出端口状态的刷新，存在一定的延时时间t3。综上所述，工作台定位结束时间应该是：t=t1+t2+t3，因此，考虑到影响工作台定位精度的各种因素，在程序设计中，进行了以下改进措施：（1）为了减小累计误差，可在工作台到达零限位时对计数器清零复位。（2）通过编制延时程序、记录延时时间及脉冲变化值，对多组实验数据

13、求平均值的方法，得到工作台定位结束所需的时间，在定位程序中增加延时，以保证工作台定位精度。（3）采用中断的方式增加扫描频率，减小刷新延时时间。（4）实验证明，采用改进的方式后，工作台定位精度达到±0.045°，实现了良好的运行效果。6结束语本文使用PLC为核心的旋转台定位控制系统，硬件电路结构简单，软件设计合理可靠。实践应用证明，该设计方案能够准确实现旋转台的定位精度，操作简便，易于维护、成本较低。12345参考文献高金刚，陈建春，刘雄伟.数控系统的软PLC系统开发J.计算机测量与控制.2004，12(3):254-256.AbdallahS，Al-DahwiA.Ameth

14、odtodesignanautomatedpumpPlantswithPLCcontrolC.Jordan:TheInternationalEngineeringConference"Mutah2004”，2004.王勇.基于单片机控制的电动旋转餐桌研制J.机电产品开发与创新，2006（11）6：70-71.邓星钟.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社，2007.刘双力，赵延军.CC-Link网络在PLC与变频器信号传输中的应用J.控制工程，2009，9（16）：78-82.AIntelligentRotatingDesignandAnalysisofDining-tableLI

15、UXue-min，ZHOUJun-chao，ZHUJun-jun，WANGHong-da（SchoolofMachineryandAutomobileEngineering，XiangfanUniversity，Xiangfan441053，China）AbstractThearticleintroducesanewintelligenttablebasedonPLC.Theeightseatsofthetablecanbepreciselypointedmanuallyorautomatically.Thoughtherealtimecommunicationbetweenmainstati

16、onandfromthestationsonthebasisofMitsubishiCC-Linknetwork，itenablesthefunctionssuchastheprecisecontrolofrotationangleandspeedwithacertainrange.Thearticleillustratesdesignrequirement，PLCselection，systemconfigurationandsystemsoftwarehardware-relatedaspectsofsetdesign.KeywordsIntelligenttable；Design；PLC

17、；CC-Link（上接第78页）4内啮合珩齿法的国内研究简况1）国内研究内啮合珩齿工艺最早的是湖南五一机械厂，他们经过了十几年的试验和使用，初步掌握了内珩齿的一些基本规律，发展了将珩轮进行修正分组等一些提高珩齿精度的有效方法，使生产效率比磨齿调高了310倍，珩齿精度已稳定在7级（JB17983），最高可达6级，光洁度在D10以上。2）上海起重运输机械厂也对内啮合珩齿加工进行了试验研究，并研制出了弹性膨化内齿珩轮，采用淬硬精滚珩齿工艺，将齿形精度提高了14级，稳定地达到了7级，齿向精度提高到了7级以上。3）大连机床厂也对内珩齿工艺进行了试验研究，其特点是利用引进设备解决了内珩轮的修磨问题。4）对

18、内啮合珩齿进行深入理论研究的是哈尔滨工业大学，他们在工业试验中珩出了鼓形齿。5）实践表明，内啮合珩齿法是一种很有发展前途的齿轮精加工方法。12参考文献高英杰.淬硬齿轮内啮合超硬珩齿工艺的研究D.太原：太原理工大学，1990：5-10.阮光珊.内啮合珩齿原理及生产应用J.制造技术与机床，1995（7）：15-17.ToothAnalysisonStatusofToothHoningProcessTechnology(1.CollegeofMechanicalEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China;2.ShanXiTransportationProfessionalTechnologyCollege，Taiyuan030031，China)AbstractAlongwiththehigherandhigherdemandsofthehardenedgear，thehardenedgearmachiningtechnologieshavegottenthefurtherdevelopment.Alongwithscienceandtechnologyuncea