MGA电机检测装置设计论文

1、 . 华中科技大学文华学院毕业设计论文题目：MGA电机检测装置设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电

2、子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，

3、同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 与格 不与格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 与格 不与格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 与格 不与格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的

4、合理性 优 良 中 与格 不与格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 与格 不与格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ 优 良 中 与格 不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ 优 良 中 与格 不与格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 与格 不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 与格 不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 与格 不与格建议成绩：优 良 中 与格 不与格（在所选等级前的画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日

5、28 / 39评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ 优 良 中 与格 不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ 优 良 中 与格 不与格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 与格 不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 与格 不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 与格 不与格建议成绩：优 良 中 与格 不与格（在所选等级前的画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）与教学系意见教研室（或答辩小组）评

6、价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 与格 不与格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 与格 不与格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 与格 不与格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ 优 良 中 与格 不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ 优 良 中 与格 不与格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 与格 不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 与格 不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 与格 不与

7、格评定成绩：优 良 中 与格 不与格（在所选等级前的画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目 录摘要1Abstract21、绪论11.1MGA电机与其速度检测台的基本情况11.2国外研究现状21.3 选题背景21.4 本文工作容简介32、总体方案设计32.1 检测台系统概述32.2 总体设计思路32.3 检测系统硬件主要配置53、系统硬件设计53.1 电源系统设计53.1.1 电源选择53.1.2 电源主要技术参数63.1.3 电源存在的问题与使用方法63.2 检测系统设计73.2.1 传感器选择73.2.2 传感器性能参数83.2.

8、3 传感器存在问题与使用83.3 控制系统硬件设计93.3.1 PLC的相关信息93.3.2 PLC的特点133.3.3 PLC的编程方法133.3.4 PLC的选型原则133.4 辅助系统设计 143.4.1 显示部分设计 143.4.2 辅助检测部分设计 163.4.3 机械部分设计 184、系统总成204.1 主要设备连接 204.2 辅助设备 20结束与展望23参考文献24致25MGA电机检测装置设计摘 要MGA电机主要应用于汽车部温度控制系统，即为汽车部空调专用的风扇驱动电机，其性能的高低会影响到汽车的舒适度，甚至一定程度上影响到了汽车驾驶的安全性。同时，现代汽车的性能比较在很大程度

9、上是对汽车附属装置的比较来进行的，因此对该电机性能的检测就存在了巨大的必要性。本文研制的MGA电机速度测试台也出于上述目的。该测试台功能包括MGA电机在2V、5.2V下的转速的检测，在14.5V电压下的超速检测，与其转速的实时显示和检测结果的显示。该测试台检测系统以FS-M1H对射式光纤传感器为核心元件，控制系统以西门子S7-200PLC为核心，实现了电机转速的自动化检测。本文的主要工作容包括：设计电机驱动电源、检测系统硬件设计、装夹系统设计。本文的工作重点在于：检测系统硬件设计。本文已经成功实现了系统中各项功能的自动检测，并己应用于企业检测线上，大大提高的企业的检测效率，节省了企业的开支。关

10、键词：MGA电机； 测试台；电源； PLCMGA Motor detection deviceAbstractMGA motor is used primarily for internal temperature control system, which is air-conditioned vehicle for the internal fan drive motor, the performance will affect the level of vehicle comfort, or even to a certain extent, affected the car drivi

11、ng safety. At the same time, the performance of car in comparison to a large extent on the car subsidiary device to carry out the comparison, the electrical properties of the existence of an enormous need.This paper developed by MGA motor speed test Taiwan has for the above purpose. The test bed in

12、the motor functions including MGA 2 V, 5.2V under the speed of detection, 14.5 V voltage speeding detection, and real-time display of speed and the test results show. The test-detection system to FS-M1H the core components for fiber optic sensors, the control system to Siemens S7-200PLC as the core,

13、 the realization of the motor speed automatic detection.The main work includes: design motor drive power detection system software design, hardware design detection system, clamping system design.This paper focus on the work: hardware design detection system. This paper has been successfully achieve

14、d in the various functions of the system of automatic detection, and online testing has been used in enterprises, enterprises greatly enhance the detection efficiency, saving the company's expenses.Key words:MGA motor; test bed; power; PLC1 绪 论随着电子技术的发展，汽车部电子产品的应用越来越多，辅助功能也越来越丰富，逐渐成为现代汽车质量、性能竞争的

15、一个重要方面。其部器件的质量可靠性也是越来越重要1。本文出于该方面的需要，结合厂家的需求，提出了并设计了汽车部制冷系统中风扇电机性能的检测台。实现了自动检测、质量报警的功能，为其质量提供了可靠的检测。1.1MGA电机与其速度检测台的基本情况MGA电机为汽车部温度控制系统所用的风扇驱动电机，该电机应用于东风贝洱热系统生产的所有车用空调中，其图片1.1图1.1 MGA电机该电机于风扇在测试过程中与风扇连为一体，其风扇共有39个叶片，外壳为黑色塑料，正常工作时额定电压为2V和5.2V，在两电压下的额定功率分别为5W和30W。该电机所用风扇与普通吹风风扇不同，其叶片与电机转子平行，其从四周进风，而从中

16、间部分向电机对侧吹风，正好能够实现汽车部空间要求与空气流动线路。MGA电机速度检测台能够实现该电机在额定电压下转速是否合格，并通过了超速检测，实现了电机风扇偏心的检测。该测试台需测试的额定电压为2V和5.2V，在该额定电压下的合格转速分别为大于200rpm和大于1850rpm小于2350rpm。在超速检测时，电压为14.5V，其转速要大于5400rpm，若电机风扇存在偏心等质量问题，该风扇会碰触到夹具上伸出的销钉而报废2。1.2 国外研究现状电机速度测试台已经有一定的历史，但是针对不同电机的测试却存在很大的差别。各种测试台的的设计目的和功能也就有着巨大的差别。基于上述测试的特殊性，在国市场上上

17、没有针对该电机的检测设备。在国际上，由于该MGA电机为法国进口产品，其性能质量可靠，在法国的这家公司有该种测试装置，但是要进口到国，各种费用相加大约在30000美元左右，价格相当昂贵。1.3 选题背景我国是汽车消费大国，也是汽车生产的大国，但不是汽车生产的强国。虽然在全国各地汽车零部件生产厂家与汽车组装厂多如牛毛，但是我们仍然不能生产高档车，我们生产的汽车产品在质量、品种、外观和档次方面与国际现金水平还是有很大差距的。造成这种现状的主要原因出了生产设备达不到国际先进水平外，我们还有在汽车产品的检测领域比较落后。汽车产品的生产检测向来是消耗大、投资大，如何在现有条件下，用最少的资源实现最大功能是

18、我们面临的一个切实的问题。在工业控制领域中，经常会对发电机、电动机、汽轮机等旋转设备的主轴转速进行测量，并对这些高速旋转设备进行监控。由于高速旋转设备要求具有很高的可靠性和安全性，转速是该类设备运行的一个重要参数，相应地要求转速检测系统不仅能精确的测量转速，而且应保证测量的实时性以与具有在线显示和数据传输的功能。转速测量方法一般分为机械式、模拟式和数字式三种。机械式利用转速与离心力的关系来测量转速，模拟式采用测速发电机得到电压信号，而数字式采用旋转编码盘、接近开关等得到脉冲信号3。随着计算机技术的发展，机械式和模拟式逐步被数字脉冲式所取代。PLC以其可靠性高、适应性强、通用性好等特点被广泛应用

19、于工业控制的各个领域，但其高速计数单元在很大程度上被用于检测距离以与驱动凸轮控制器4。本课题就是基于东风贝洱热系统自动化检测系统的研发与配套，以取代国外昂贵检测设备，并且实现最大程度的自动化，节省劳动力。该产品在这方面达到了上述目的，并且在提高企业生产率和提高经济效益上面也有这举足轻重的作用。1.4本文工作容简介根据东风贝洱热系统提供的技术功能要求，设计出系统总体框架，提出总体方安案，然后根据系统要求进行硬件设计。2 总体方案设计2.1检测台系统概述MGA电机检测系统的硬件设备部分一般由主控制器、电源、信号采集器、开关网络、连接装置以与定位设备等组成。从普通电机检测系统发展现状可知道，高性能的

20、传感器、电源、控制器与PC机的自动化程度已经很高。通用的测试系统可以借鉴，而且国际上已有不少成熟的成套设备的设计经验。2.2 总体设计思路（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，利用电机所驱动的风扇的扇齿，其两侧分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通39次，利用此信号做为脉冲计数所需。（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每0.2秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行0.2秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。（3）对于脉冲记数，有

21、测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的5。整个检测系统的由PC机、显示器、PLC控制器、光纤传感器、电源和控制面板组成。整个系统的结构如图2.1所示:PC机S7-200液晶显示器光纤传感器MGA电机直流电源报警器阀门控制面板图2.1 MGA电机系统结构图PLC S7-200通过控制电源选择开关，来控制MGA电机所得到的电压，从而控制了电机

22、的转动状态。在每一个不同的转动状态下，光纤传感器都会获得电机的转速情况，该转速值将分别传输到液晶显示器以进行实时的显示和传输到S7-200进行处理，以判断转速是否合格。S7-200将转速处理过程中将数据实时的传输给PC机，以便进行监控。在PLC处理数据完成后，将处理结果通过报警器进行报警。此外，电机在14.5V电压下的超速转动，会存在破坏性试验，为保护检测人员与其他人员设备的安全，此时的电机夹具的通风口要关闭三分之二，也是通过PLC对电磁阀的控制实现的。（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既

23、光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方

24、式对高频的精度还是很高的。2.3 检测系统硬件主要配置PC机、PLC S7-200、光纤传感器FS-M1H对射式光纤传感器、显示器FK8-R51、机械支架等。3系统硬件设计3.1电源系统设计电源系统的设计主要任务是完成MGA电机各个检测阶段的电源设计，本小节主要介绍MGA电源的设计问题。3.1.1 电源选择根据MGA电机使用中实际情况需要，该电源能够提供最大14.5V直流电源，提供电流为15A，同时为了实现以后扩展使用和保护电源，所选电源输出稳压值为030V，输出恒流值为050A。现在市场上电源生产厂家众多，如艾德克斯专业生产各类直流电源产品，沃森专业生产大功率直流电源，恒瑞电气研发生产直流电

25、源，新能力专业生产开关电源,邮科电源设备等等。在众多电源厂家和电源类型中，我们选择了邮科电源设备的AD-3050型可调稳压恒流直流开关电源。该电源交流输入电压经“输入陷波”电路后到“整流滤波”电路，得到高压（300V）直流电压。“功率转换”将高压直流逆变成约32kHz高频交流，经高频变压器变换到输出所需的电压，再经高频整流滤波得到输入电压。控制电路对输出电压和输出电流取样，闭环反馈后产生脉宽调制（PWM）信号控制“功力转换”电路，使输出电流保持稳定。其工作原理框图如图3.1输入陷波整流滤波功力转换整流滤波辅助电源控制电路电压取样保护电路电流取样输入输出图3.1 AD-3050工作原理图输入稳压

26、和恒流都是从输出侧取样，因而能够做到高度稳定可靠6。3.1.2电源主要技术参数1、 输入电压：AC（180240）V，50Hz±10当输出电压降低时允许输入电压下限相应下降。2、 输出稳压值可调围：（030）V。3、 输出恒流值可调围：（050）A。4、 电源电压调整率：稳压0.5。5、 负载调整率：稳压1%，恒流1。6、 整机效率：86。7、 输出电压：显示准确度±1.5；输出电流：显示准确度±2.0。8、 开机输出电压过冲：0.5。9、 平均无故障时间：50000h。10、 外形尺寸：300*68*210mm。3.1.3电源存在的问题与使用方法根据所选的输出可

27、调电源，使用三套，分别将输出电压值调整在2V、5.2V、14.5V，输出电压经过电压器进行核实调整，以保证输出电压的实际值，输出电流调整为40A，以保证在各电压下电机能够稳定转动。在进行设计的过程中发现，该电源接通时，对交流电源要求很高，其接通瞬间，经过测量，其冲击电流达到上百安，而根据这个电流选择电源供电电路的空气开关时，需要的额定电流很大，费用很高，而且会反馈影响到其他机器的运行。为了防止这种现象造成的危害并能够顺利使用，本设计采用了温度电阻。该电阻在低温状况下，电阻值很大，而在电流通过一段时间后，其温度上升，电阻值很小，从而即防止了开机电流的冲击，又在正常工作过程中不会产生电能的浪费。在

28、设计的电路中，电源通过一个有三个三孔插孔的插座进行控制其通电状态，三孔插座之前通过一个空气开关对其进行控制，通过三个电磁继电器来控制其输出的选择，其电路如图3.2：图3.2 电源控制电路图中KB、KC、KD分别有三个继电器控制，该三个继电器由PLC根据检测时提供的电压而控制。3.2 检测系统设计3.2.1 传感器选择检测系统核心为传感器，该系统传感器可选择接近开关、光纤传感器等，由于该测试存在高速破坏性测试，故采用接近开关不易实现，所以最终选择光纤传感器7。目前市场上存在多种多样的光纤传感器，本传感器要求光路发射极与接受极之间的距离为25cm，为满足实际中的应用，本设计选择了嘉准电子科技的FS

29、-M1H对射式光纤传感器，为保证能够在25cm距离下获得稳定的信号，在光纤的发射极和接受极都安装了放大器，以保证信号的强度和准确性8。3.2.2 传感器性能参数1、光源： 红色LED。2、响应时间： 20us（Fine模式）/50us（Turbo模式）。3、操作模式： 光通/光断（通过开关选择）。4、电源： 1224VDC±10。5、电流耗：35mA6、工作温度： -1050。7、工作湿度： 3585。8、重量： 约75g。3.2.3传感器存在问题与使用。在使用过程中，两检测光头之间的距离为25cm左右，对该传感器来说属于测量距离较大，为满足该使用环境要求，需要在各个光头上面安装放大

30、器。此外光纤传感器工作模式应该设定为TURBO模式，在该模式下，FS-M1H的检测距离可以扩大一倍。该工作模式选择在传感器控制板上可以设定。在使用中，我们采用的是光路通时传感器输出正电压信号，光路阻断时输出0电压信号，即通过在DARK ON和LIGHT ON选项中选择LIGHT ON选项，设计方式同上。在延时选项中，我们为保证测量实时性，不采取延时项，即选择Output timer OFF选项，设定方法如上9。在测试过程中，为了达到最佳的测量效果，需要根据实际的工作状况来调整灵敏度，通过提供的Risin screw-driver来调整Sensitivity adjustment trimmer

31、，来使输出信号达到最大有不出现误采集情况10。传感器连接方式：NPNLoadLoadBrownBlackOrangeBlue1224VDC图3.3 FS-M1H连接方式图3.4 FS-M1H电路连接图3.3 控制系统硬件设计为满足工作过程中检测、控制的稳定性，保证检测结果的准确性，以与经济性，本设计控制系统的核心选择了PLC，本节对PLC进行相关的介绍。3.3.1 PLC的相关信息(l)PLC的定义可编程序控制器(Programable Logic controller)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型通用工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、编程方便、

32、可靠性高、耐恶劣环境能力强等优点，已广泛应用于工业自动化生产的各个领域，成为工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，与机器人技术、CAD/CAM并列称为工业生产自动化的三大支柱11。国际电工委员会(IEC)对PLC定义如下:PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC与其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一体、易于扩展其功能的原则设计12。(2)可编程序控制器的基本结构从广义上讲，PLC是

33、一种计算机系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，具有更适用于控制的编程语言，具有更适应工业环境的抗干扰性能。其结构和计算机控制系统十分相似，一般由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(FO)接口、电源等部分组成。由于PLC的中央处理器都是由微处理器、单片机或位片计算机组成，存储器和1/0部件也形式多样，因此也可将PLC的组成以微机控制系统常用的总线的结构形式表示，如图3.4所示。由图可见PLC采用了典型的计算机结构，主要由CPU、存储器和FO单元等三大部分组成，其部采用总线结构，进行数据和指令的传输。按照结构形式的不同，PLC还可以分为整体式结构和单元式结构

34、。区别在于整体式的结构将CPU、RAM、ROM、FO单元等组装成一个主体，构成主机。单元式的结构组成PLC的各个部分都是高度集中的单元，分别做成相应的电路板或模块，模块之间通过底板上的总线相互连接。无论是那种结构类型的PLC，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输入到部寄存器中，经PLC部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量。图3.4 PLC单总线结构框图PLC的系统程序和用户程序都存放在存储器中，现场输入信号经过FO单元传送至CPU，CPU按照用户程序存储器里的指令，执行逻辑或算术运算，并发出相应的控

35、制指令，该指令通过FO单元传送至现场，驱动相应的执行机构动作，从而完成相应的控制任务13。(3)PLC的基本工作原理和主要技术指标PLC的工作方式与微型计算机的中断处理方式相比，有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，PLC则采用循环扫描的工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程如图3.5所示。这个过程分为数据输入与处理阶段、程序执行阶段、数据输出与处理阶段三个阶段。整个过程进行一次所需的时间成为扫描周期。图3.5 PLC扫描工作过程图在数据输入与处理阶段，PLC以扫描方式读入所有输

36、入端的通/断状态并存入输入到输入映像存储区中，接着转入用户程序执行阶段。在非输入采样阶段，无论输入状态如何变化，输入映像存储区的容都保持不变，直到进入下一个扫描周期的输入采样阶段，PLC才会将输入端的状态读入输入映像存储区中。在程序执行阶段，根据梯形图程序先左后右、先上后下的扫描原则，顺序执行用户程序指令。程序执行结果并不直接输出，而是将其写入输出映像存储区。输出映像存储区中的每一位会随着程序执行的进程而变化。输出数据与处理阶段，在户程序执行完，集中把输出映像存储区中的继电器通/断状态传送至输出状态锁存器，再经输出驱动电路，进行隔离和功率放大，去驱动外部负载。根据上述PLC的扫描工作过程，扫描

37、周期是PLC一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。从PLC输入端有一个输入信号发生变化到输出端对该变化做出反应，需要一段时间，这段时间就称为PLC的响应时间或滞后时间。影响FO滞后的主要原因有:输入滤波的时间常数，输出继电器的机械滞后，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的响应滞后是允许的，但是对某些FO快速响应的设备，则应采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速计数模块以与不同的中断处理等措施减少滞后时间。对用户来说，选择了一个PLC，合理的编制程序是缩短响应时间的关键1

38、4。在八十年代至九十年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。1993年IEC也为PLC颁布可编程序控制器的国际标准IEC1131。国PLC生产厂约三十家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。国外主要以西门子、三菱和欧姆龙等厂家生产的PLC为主导。以上我们称之为硬PLC。本课题所用到的西门子S7-200就是最具代表性的硬PLC之一。过去个人计算机主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端，如果用于工业控制现场，必须使用加固型的工业个人计算机，一般称为工业控制计算机。但随着个人计算

39、机(PC)的价格越来越便宜，又有很强的数据运算、数据处理、通信和人机交互的功能，一种能在PC机上运行具有PLC功能的软PLC也随之产生。软PLC技术是近几年国际工业自动化领域逐渐兴起的一项基于PC的新型控制技术。与传统硬PLC相比，软PLC具有更强的数据处理能力和强大的网络通讯能力并具有开放的体系结构15。目前传统硬PLC控制系统已广泛应用于机械制造、工程机械、农林机械、矿山、冶金、石油化工、交通运输、海洋作业、军事器械以与航空航天和原子能等技术领域。但是，随着近几年计算机技术、通讯和网络技术、微处理器技术、人机界面技术等迅速发展，工业自动化领域对开放式控制器和开放式控制系统的需求更加迫切，硬

40、件和软件体系结构封闭的传统硬PLC遇到了严峻的挑战。软PLC采用开放式体系结构，具有良好的网络通讯能力，能够完成比较复杂的控制任务，可以满足和实现当前和今后工业自动化领域控制系统开放性和柔性的要求，为将来工业自动化向第1章绪论更高层次的集成提供了可靠的技术保障。目前美国、德国等一些西方发达国家都非常重视软PLC技术的研究与应用，并开始有成熟的产品出现。目前已有多家厂商推出了在PC机上运行的可实现PLC功能的软件包，如同拓公司等的推出的eMbiz低成本开放式控制与自动化方案套装软件，包含通用与嵌入式人机界面、符合IEC11313标准的软逻辑控制与Internet功能。俄华通仪表技术的TRANCE

41、 MODE工控组态软件的逻辑控制(即开关量控制)部分、亚控公司的King PLC、研华公司的基于PC的软逻辑控制器ADAM5501/P31，均是按IEC11313标准设计的软件PLC，后者可在PC上用梯形图、顺序功能图和功能块图这3种IEC11313标准的图形语言来编程。GEFanuc公司推出了一种外形上类似于笔记本电脑的个人计算机，它用液晶显示器(LCD)作人机界面，以Windows CE为操作系统，可实现PLC的CPU模块的功能，可与以太网和I/O模块通信，可以在工业现场使用，这可能是今后高档PLC的发展方向。计算机的以太网卡比PLC的以太网通信模块便宜得多，计算机显示器的显示效果比一般的

42、触模屏要好得多，“软PLC”的性能价格比比传统的“硬PLC”更高16。3.3.2 PLC的特点PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商用、家用微机不同。由于控制对象的复杂性、使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使PLC在设计上有许多优点:l)可靠性高。在FO环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的应用程序都是用EZPROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。2)控制性能强。PLC所采用的CPU一般具有较强处理功能的位处理机，为了增强其复杂控制功能和联网通行等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。3)编程方便易学。第一编程语

43、梯形图是一种图形编程语言，与多年来工业使用的电器控制图非常相似，理解方式也一样，非常适合现场人员的学习。4)适用于恶劣的工业环境。采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。5)与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合多种电气规格。6)体积小、重量轻、功耗低。7)性价比高。与其他控制方式相比，性价比较高。8)模块化结构，扩展能力强。根据现场需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个FO到几百个FO点的控制系统。9)维修方便，功能更改灵活。程序的修改就意味着控制功能的修改，因此功能的改变非常灵活。3.3.3 PLC的编程

44、方法早期的PLC可以采用梯形图和指令码两种方式对PLC进行编程，梯形图是PLC所特有的一种编程方法。它是由正母线、负母线和期间的PLC器件符号与连线等组成。编好后的梯形图或指令码可由PLC编程软件编译与CPU所能识别的机器码，控制PLC的运行。随着PLC技术的发展，现在的PLC除采用梯形图和指令码两种编程方式外，还可以采用功能模块图和结构化文本方式(高级语言方式)进行编程17。3.3.4 PLC的选型原则目前各种型号的PLC在市场上大量出现，不同品种的PLC，由于存在性能上的区别、价格上的差异，对用户选择造成困难。所以这里就如何来选择PLC与注意的问题作一阐述。PLC的选择一般从基本性能、特殊

45、功能和通信联网三方面考虑。选择的基本原则是在满足控制要求的前提下力争最好的性能价格比，并且有一定的先进性和良好的售后服务。对于大型金相试样切割机的控制系统而言，工艺切割过程固定、环境条件一般，维修量比较小等，选用整体式结构的PLC机型比较合适。(1)规模要适当1/0点数的数目可衡量PLC的规模的大小。一台PLC的1/0点数应是直接可输入输出点数的总和。用户可根据被控现场的实际选择相应的FO点的PLC，并且要留有一定的余地。(2)功能要相当、结构要合理用于开关量控制的场合，只要选择由继电器逻辑功能的PLC就可以，像F一40、S5一IOIU、GE一1。若被控对象是以开关量为主，并有少量模拟量处理，

46、这时就要选择既有继电器功能，还要具有加减运算、刀D、D/A转换、BCD功能处理的PLC，像M84、KZN、K3N即属于这种类型。PLC的结构有整体式和插件式两种，整体结构的PLC把CPU与FO、电源封装在不同的印刷板上，形成以大阪为核心的盒式形状，它的特点是结构简单、节省插头、体积小等优点;插件结构的PLC构成灵活，易于扩充、维修方便，但造价比较高，大型复杂的工业设备比较适用。(3)编程方便最常用的还是梯形图和语句表法。梯形图法用人们熟悉的继电器符号编程，不需要计算机知识，这种方法比较适合我国的国情。语句表法比梯形图难掌握。可以这样说，继电器控制的人喜欢梯形图编程，而计算机专业的人用语句法编程

47、感到比较顺手。是否在线编程也是选择PLC时要注意的一个问题。众所周知，用改变程序的方法来改变控制方式是PLC的一大优点。但是在改变程序过程中，有的PLC要脱机离线编程，有的可在线编程。离线编程的特点是编程器盒主机用一个CPU，在编程器硕卜论文离器肌刨日机仁料机械手研发上带有“编程/远行”开关。编程开关在“编程”档，这时CPU失去对现场的控制，只为编程服务，称为离线;当编程开关打在“运行”档，CPU只对现场控制，对编程指令不做响应。在线编程的PLC，其硬件和软件都比较复杂。主机和编程器各有一个CPU，分别完成控制和编程功能，主机在完成现场控制的同时，在一个扫描周期的末尾要和编程器通讯，接受编程器

48、送来的程序，这就是所谓的在线编程。很显然，控制参数不能经常变更，产品定型的设备或现场，应该选用离线编程PLC，反之选用在线编程PLC，这类PLC应用围广泛18。3.4 辅助系统设计3.4.1显示部分设计本设计产品在控制柜上面安装有实时显示装置，由于最高转速在5000r/min左右，所以本设计采用五位液晶显示器。经过比较后，最终选择了北崎FK系列智能拨码数字测速表。其FK系列智能多功能仪表，可以作为频率、转速、线速度使用，FK系列仪表具有单/双拨码设定，三路继电器带回差报警输出。可广泛应用于化工、机械、轻工、冶金、纺织等行业。基本特点：1、 可作为频率、转速、线速表2、 单排5位LED数码管显示

49、3、 采用高性能的MICROCHIP芯片为控制CPU4、 输出、输入光电隔离，抗干扰能力强5、 E PROM地动掉电数据保护（停电记忆最少10年）技术参数：1、 输入信号： 脉冲信号 方波、正弦波：5H30V，0L2V,上升沿触发2、 输入阻抗： 10K3、 频率测量围： 0.17000HZ4、 显示围： 0.000999995、 倍率设定围： 根据显示位数变化比率设定围变化0.00019999.96、 外供辅助电源： 12VDC±10 50mA max7、 输出类型： 具电器触点输出8、 继电器触点容量： 250VAC/3A或30VDC/5A9、 绝缘电阻： 100M10、 供电电

50、源： AC110V/220V或90250VAC/DC显示器使用的核心问题是根据电机风扇的齿数，对显示器运行模式与运行模式设定值的设定。图3.6 液晶显示器连接电路输出数据设定与计算如下：要求显示输出转速，在按照接线图要求接好电源线与信号线后，通上电源，进入菜单P设定模式。由于该电机寻在39个齿，则系数=1/（每圈脉冲数据39），因转速=测量值*系数*60，再跟实际使用相应调整其他各项参数使显示器能够显示转速（即P=1/39*60），最终设定P=1.538.3.4.2 辅助检测部分设计该设计所需检测部分，除了主要检测系统的转速检测外，还需要对夹具设备中挡板的位置进行检测。由于挡板选择钢板材料，而

51、且仅作直线运动，在检测过程中只需要检测两个位置，所以为了检测方便选择了接近开关。接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以与适应恶劣的工作环境等19。一、 性能特点在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。二、 种类因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：1、涡流式接近开关这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能