通用感应加热装置控制及参数管理系统设计

1、通用感应加热装置控制及参数管理系统设计摘 要本设计是以PLC为控制核心，以台达触摸屏为控制面板的通用感应加热装置控制系统。首先在触摸屏面板上输入各工位的操作指令以通信功能传送给PLC，PLC接受操作指令后，将控制信息传递给工作现场来完成所需加工工件的传送，固定、旋转、加热、冷却淬火等多道工序，实现了人机界面与通用感应加热装置控制系统的有机连接。使生产人员可以在触摸屏上方便安全的完成生产操作。在人机界面可以实现生产的历史信息记录查询功能，故障报警功能，实时监控控制画面功能，以及参数管理配方选择的功能。利用PLC的内存功能可以存储多种工件加工配方，在触摸屏界面，可以选择下载不同工件的加工配方，还可

2、以现场输入新配方上传到配方数据库中，完成同一系统多种工件的淬火加工。大大增加了加热装置的应用性，并且提高了生产效率。关键词：PLC，台达触摸屏，人机界面，配方The Design of General Induction Heating Device Control and Parameter Management System ABSTRACTThe design is based on PLC for the control of the core, Delta touch screen control panel ge

3、neric induction heating control system. Each station is first input operating instructions on the touch screen panel to transmit a communication function to PLC, PLC operation instruction after receiving the control informati

4、on to send the work site of the work piece to accomplish the desired, fixed, rotation, heating, cooling and quenching multi-channel processes, to achieve the organic connection with the common man-machine interface control system of induction heating devi

5、ce. So that production can be completed to facilitate the production of safe operation on the touch screen. In the man-machine interface can be achieved record production of historical information query function, fault a

6、larm function, real-time monitoring control screen functions, and parameter management formula selected function. Using PLC memory function can store a variety of work piece recipes, touch screen interface, you can choose to download d

7、ifferent work pieces recipes, recipes can also be uploaded to the site to enter a new recipe database, complete the same system, a variety of work pieces quenching process. Greatly increasing the use of the heating means

8、, and improves productivity.KEY WORDS: PLC, Delta Touch Screen, HMI, Recipe 10目录前言1第1章 设计方案31.1 设计的目的31.2 设计的原理41.2.1 触摸屏51.2.2 PLC介绍与特点61.2.3 感应加热器原理71.3 设计方案分析81.3.1 方案介绍81.3.2 方案结论10第2章 系统硬件设计112.1 系统结构图112.2 主电路图122.3 硬件介绍及选型132.3.1 触摸屏选型132.3.2 PLC的选型132.3.3 RS485152.3.4 感应加热器162.3.5

9、A/D、D/A转换器17第3章 软件设计203.1 软件顺序功能图203.2 梯形图21第4章 触摸屏设计264.1 仿真软件介绍264.2 触摸屏模块功能设计264.2.1 用户登录界面设计264.2.2 菜单画面设计274.2.3 机床操作画面284.2.4 监控画面304.2.5 报警信息与测试画面314.2.6 历史数据画面32第5章 参数配方管理功能335.1 配方功能335.2管理配方设计34第6章 触摸屏仿真结果36结论39谢 辞40参考文献41附录42外文资料翻译45前言随着社会的不断进步，以及科技的不断发展，人们需要更多的精密仪器和智能设备来代替人们完成一些高难度，复杂环境的

10、工作。这样就对很多生产制造工艺的要求越来越高。PLC作为在很多工业都要用到的一种控制方式，其控制设备的复杂程度也会越来越高，这样就不仅增加了操作人员的负担，使他们需要记住更多复杂的操作方式，而且也增加了误操作的概率，使设备在运行过程中出现故障，对于人员的安全也是一种威胁。特别是在加工不同工件时，需要对PLC中的程序加以更改来适应不同工件的工艺要求，这样就使工作人员需要掌握更多的技能来完成他们的工作，比如编程，当工艺参数稍微有些差错就会造成工件的报废，甚至导致多个工件达不到生产要求而产生不必要的浪费，对于生产效率的提高就产生了一种阻碍。目前国内外对于通用感应加热淬火的研究都在朝着柔性化发展，即一

11、台加热设备可以完成多种工件的不同工艺参数的淬火加工，德国研制出一种曲轴淬火机床，对法兰件感应淬火柔性加工系统调整后，就能处理不同尺寸的相似工件;对于一些淬火要求相似的轴类零件，淬火机床能自动编制多种程序，识别进机零件，Robotron.Eiotherm还推出了双主轴立式淬火机，可以在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火，不仅能处理轮轴、三槽套件还能处理其他万向节件，转换工件只需25min，用计算机编程，根据工件编号可以在2分钟内就调出有关的工艺数据;其数控淬火设备通用性强、自动化程度，在复杂零件上可实现多段变功变速，编程容易、操作方便。我国研究的通用淬火机床方面，一汽技术中心开发出卧式数控

12、淬火机床，其主驱动采用交流伺服电机拖动，移动速度稳定均匀、定位准确、重复精度高;工件的旋转采用变频调速，能够适应多个方面的工艺要求;采用能量和数控技术对不同性能要求的不同零件感应加热淬火，甚至在同一零件上实现多段变功变速，编程容易可操作性强。而为了增加生产效率，和产品的质量，更好的完成淬火流程，人们试着通过触摸屏来完成人机交互，控制PLC完成生产工作，使用触摸屏连接PLC控制现场可以减少PLC控制设备的面板按钮和其他部件的操作。在触摸屏界面可以选择生产的工件型号，在PLC内存中读取本型号工件的生产工艺数据，下载到当前任务中，完成工件生产要求。在需要更改新工件的生产数据时，可以直接在触摸屏的数据

13、控制面版上更改，上传到PLC内存中以便下次调用。在触摸屏面板上还可以集成一些非常便利有用的功能，比如：登陆界面，可以设置一些权限，防止非专业操作人员的误操作而发生生产事故；报警功能，系统自动检测设备运行中产生的故障，并在运行不正常的时候通过报警通知操作人员排查故障，降低损失等。另外还可以增加更多人机交互的功能，使工作更加方便简洁。在设计中，我们需要完成的问题就是了解淬火机床的整个运行流程，和触摸屏模块的设计，以及触摸屏与PLC之间的通信连接。通过查找大量的资料，以及实际设备的观察，还有和老师之间的交流，上述问题慢慢的得到解决，使本设计得以顺利的进行。 第1章 设计方案1.1 设计的目的感应淬火

14、装置主要由中高频电源、淬火机床、控制系统、监控系统、冷却系统等组成。立式通用淬火机床是众多感应淬火机床之一。本设计详细论述了HMI通用淬火机床控制系统的设计方法和研制过程，主要解决了目前国内大量需求的立式通用淬火机床的自动化控制问题。该机床在控制上可以实现控制方式选择，控制配方选择以及监控生产等功能。可向电源发出加热、淬火、冷却等控制信号，通过配方的不同改变工位的不同控制，实现工件的自动移动，旋转等功能。可以广泛应用于汽车、工程机械、农业机械、机床行业的感应热处理领域，对半轴、传动轴、凸轮轴等各种轴类零件表面淬火，齿轮类、环类及平面类零件的感应淬火的自动加工，节省了以往需要太多专用机床的高额费

15、用。由于采用经济型数控系统单台费用较其他数控系统降低。该系统在操作上可以实现手动操作及全自动操作，并且操作简单，不需要再编程，适用于一般操作人员，便于调试。并能用于单件及批量生产。通过与触摸屏的连接，使得控制方法更加简便，减少了误操作，可以实现以下几种功能。1. 实时控制通常的淬火机床控制更多的需要操作员工的经验，通过观察传感器的指示灯来控制各开关的开通关断，这样对于操作人员的要求很高，而且在更换加工工件时需要更改不同的程序和操作方式，往往容易出现误操作，生产效率提不高。而在人机交互画面，通过触摸屏控制可以比较清晰的知道工件的加工状态，按钮开关集成到触摸屏上直观的减少了误操作频率，通过触摸屏输

16、入操作指令也减少了加工现场对于员工的潜在危险。2. 监控功能在人机交互画面可以实时观察通过现场感应器发出来的信号，比如现场温度，工作电压，工作电流等。工作区的条件是否达到了生产要求，都可以通过监控画面使操作人员清晰的了解。3. 数据查询生产过程中，历史数据记录功能会将运行中记录下的数据传送到指定的地方储存起来，方便人们了解生产记录，对于生产中出现的问题进行汇总，解决一些生产问题。4. 报警功能在一些不利于生产的因素产生时，比如温度过高，电压不稳定，或者感应器工作不正常时，会产生报警。及时通知工作人员检查工作设备，通知检修人员查询报警原因，减少因为一些因素出现时间过长而导致的生产目标完不成等事件

17、发生、提高了效率。5. 配方功能对于不同的生产工件会有不同的生产配方，在PLC内部可以存储一些平时生产需要的配方，通过触摸屏可以调用，当出现新的生产工件时，可以通过U盘将新的生产配方导入PLC内部，还可以通过触摸屏输入新的配方上传到PLC存储区。更改配方更简单，降低了工作人员的工作强度和要求。 1.2 设计的原理 本设计是采用以PLC为控制中心，台达触摸屏为人机界面的控制系统。其系统原理图如图1-1所示：图1-1 系统原理图在该系统中，PLC的作用是采集现场的实时生产信息，将采集到的各类生产数据传送至人机界面，比如：各工位的开关信号，限位信号，以及感应器的工作状态，各类传感器信号灯。在人机界面

18、可以以图形的形式显示出现场的工作状态，并且对PLC发出控制信号，使PLC各I/O点做相应控制，达到控制现场的目的，这样使工作人员对工件状态一目了然，也可以方便的控制系统的运行。1.2.1 触摸屏 本设计的要点就在于触摸屏的使用，所以触摸屏的选择很关键。台达触摸屏主要分为三种：标准功能型DOP-A、简易轻巧型DOP-AS和进阶扩展型DOP-AE。其外观如图1-2所示；图1-2台达触摸屏DOP触摸屏主要具有以下功能：1. 支持多家厂商PLC。（台达、西门子、欧姆龙、三菱等）；2. 支持任意字体的画面编辑器；3. 便利的运算和通信宏指令；4. USB功能；5. 便利的配方功能；6. 强大的联机功能；

19、7. 模拟功能。1.2.2 PLC介绍与特点PLC可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1. 电源:可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去2. 中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、

20、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。3. 存储器:存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4. 输入输出接口电路：现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控

21、制器与现场控制的接口界面的输入通道;现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5. 功能模块：如计数、定位等功能模块。6. 通信模块：在PLC的CPU单元或者专用通信模块上，集成有RS-232或者RS-485口，可以和上位机、监视器等外部设备连接，实现设备间的数据交换。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。1. 可靠性高，抗干扰能力强。2. 灵活性强，控制系统具有良好的柔性。3. 使用方便，编程简单。4. 控制系统易于实现，开发工作量少，周期短。5. 维修方便。6. 体积小，能耗低。7. 功能强，性价

22、比高维修工作量小，维修方便。1.2.3 感应加热器原理感应加热器的工作原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (300-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000，而心部温度升高很小。在感应加热的过程中，温度升高的只是被加热工件的金属部分，感应加热器本身也会有热量，大多感应器使用工作中需要通入冷却水降温，被加热工件的非金属部分并不发热。淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重

23、要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件千差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火(对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火)；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。感应加热原理图如题1-3所示。图1-3 感应加热原理图1.3 设计方案分析1.3.1 方案介绍根据本设计系统的实际需要，我们采用CNC（Computerized Numerical Control 计算机数字化控制）控制系统方法来实现。CNC数控机床是一种由程序控制的自动化机床。其控制原理图如图1

24、-4所示。图1-4 CNC控制原理图该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，通过计算机将其译码，从而使机床执行规定好了的动作，通过感应器的加热将工件加工成半成品成品零件。数控机床一般由下列几个部分组成：1. 主机，他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种工件进给退走的机械部件。与PLC连接后可以通过输入输出程序与感应加热工艺过程的执行机构对接。2. 基于工控PC的数控装置，是数控机床的核心，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3. 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主

25、轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。读取PLC控制信息后，可以通过电气或电液伺服系统完成工件的主轴和进给。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。4. 辅助装置，它包括液压和气动装置、冷却装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括报警及监控检测装置等。5. 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。与普通机床相比数控机床有以下几个特点：1. 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；2. 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；3. 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；4. 批量

26、化生产，产品质量容易控制；5. 对操作人员的专业素质要求较低，对维护人员的技术要求较高。同样的，CNC也有一些不利的地方，当更换一种加工工件时，就要对此工件进行相应的工艺编程，需要经过培训的专业人员操作，比较麻烦费时。而且数控机床存储空间有限，存贮够一定程序后就必须清除一些才能继续写入。简单的PLC控制系统不宜采用上位监控计算机PC与PLC通信的方式进行参数设置，不仅使投资成本增加，而且上位机的工作环境复杂多变，不便于操作人员对生产过程的在线控制。所以我们采用了触摸屏系统使得控制更加简洁紧凑，提高了控制程序和人机交互的灵活性，由于触摸屏作为显示终端，可以随时将设备当前状态及故障信息用文字直观显

27、示，便于操作人员掌握设备状态，快速处理故障。同时，省去了大量的现场按钮、指示灯等要经常更换的器件，使硬件连接简化，系统可靠性大为提高。1.3.2 方案结论因为触摸屏输入完全摒弃了键盘的繁琐输入，使得人机交互仅需手指轻松触碰即可，而且它不限制用户类型，对不懂电脑操作和编程的人员也可以使用。另外，触摸屏控制操作方便、使用灵活、输入速度快、接触分辨率高、可靠性高、能适应比较复杂的环境，不受尘埃、强光、潮湿等环境影响，特别适用于工业现场。触摸屏组态软件功能丰富，操作简单，可以通过组态软件将整个系统的现场数据集中在触摸屏上显示，方便观察，自动记录，另外其体积相对较小，安装方便，便于维护，成本也较低。因此

28、将触摸屏与感应加热控制相结合是一个很好的方案。第2章 系统硬件设计2.1 系统结构图本设计是在面板控制的通用感应淬火机床的基础上进行改进的控制系统，该系统由原来的按键式控制面板换成了现在的触摸屏控制，这样不仅减小了操作空间，而且使原来的操作变的简单易懂，直观的画面可以对员工的要求不再那么高，可以减少培训时间和经费，让他们在短时间掌握对系统的操作。系统的结构图如图2-1所示。 图2-1 系统结构图HMI是台达触摸屏界面，集成了一下几个画面：操作界面、实时动画、登录界面、实时曲线、历史记录等。它通过RS485通信电缆与PLC相连，实时发布操作指令，并且通过I/O接口控制现场开关，电磁阀，电动机等完

29、成控制，控制现场通过模拟量的输入完成对PLC的反馈。电磁阀是由PLC发出指令来控制的开关，控制固定工件的装置，和工件的传送。电动机的功能是传送工件，和在加热时控制工件的旋转。现场感应控制开关：是在现场工作步骤达到目标后进行开关控制，代替人力完成一些特殊环境下的控制。感应器用来对工件进行感应加热，并通过A/D转换将模拟量变成数字量传到PLC中，再由PLC通过通信传给触摸屏;同时，PLC将触摸屏的操作指令通过数模转换，传递给感应器。2.2 主电路图生产过程中，工件的传送，旋转需要通过伺服电机来完成，其中伺服电机的速度和转速通过PLC控制器来控制，其控制电路图如图2-2所示。图2-2 伺服电机电路图

30、PLC通过RS485通信控制伺服控制器，达到控制伺服电机正反转和转速的目的，EM253是S7-200PLC的扩展模块，其功能是给伺服控制器提供脉冲、方向、使能。2.3 硬件介绍及选型2.3.1 触摸屏选型本设计选用的是台达DOP-A系列的DOP- A10THTD1触摸屏，其具有三个常用的串行通讯口:COM1(RS-232)、COM2(RS-232/RS-485/RS-422)和COM3(RS-232/RS-422/RS-485)，10.4寸电阻式触摸屏，完全可以满足本设计要完成的功能且有盈余。触摸屏与西门子S7-200的链接方式：台达DOP已经集成了西门子S7-200系列的PPI协议，通过一条

31、通讯电缆和软件相关设置就可以完成通讯。其通讯电缆图如图2-3所示：图2-3 触摸屏连接电缆图2.3.2 PLC的选型输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对控制柜以及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。根据本设计需要实现的功能来看，可选用西门子S7-200系列中的CPU 224，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，通过扩展单元，可以满足本设计需要的15个输入点和14个输出点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13

32、K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。本设计用到的I/O输入输出表如表2-1所示。表2-1 I/O输入输出分配表输入信号输出信号自动开始按钮SB1I0.0上行指示灯Q0.0红外感应开关I0.1下行指示灯Q0.1推送物料到工作台SB2I0.2加热指示灯Q0.2立轴上升按钮SB3I0.3冷却指示灯Q0.3立轴下降按钮SB4I0.4 淬火Q0.4立轴上限开关SQ1I0.5感应加热Q0.5

33、立轴下限开关SQ2I0.6冷却Q0.6立轴旋转按钮SB5I0.7立轴上升Q0.7轴向固定开关SB6I1.0立轴下降Q1.0加热开关SB7I1.1立轴旋转Q1.1淬火开关SB8I1.2固定电磁阀Q1.2冷却开关SB9I1.3推送物料液压阀Q1.3推出加工好的工件SB10I1.4推出物料液压阀 Q1.4停止按钮SB11I1.5手动开始按钮SB12I1.6根据I/O输入输出表可以做出I/O接线图如图2-4所示。图2-4 I/O接线图2.3.3 RS485 智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一

34、个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题。触摸屏和PLC之间通需要通过RS485接口连接，485通讯接口一个对通讯接口的硬件描述，它只需要两根通讯线，既可以在两个或两个以上的设备之间进行数据传输。这种数据传输的连接，是半双工的通讯方式。在某一个时刻，一个设备只能进行发送数据或接收数据。硬件通讯接口建立后，在进行数据传输的仪表之间需要约定一个数据协议，以使接收端能够解析收到的数据，这便是“协议”的概念。通讯协议有统一标准的协议格式，如“ModB

35、us”协议，标准的协议内容全面，包含的内容很多，但不易理解。由此，可以定义一种协议，简单实用，这便是“自定义协议”。RS485各引脚及其功能介绍如表2-2所示。表2-2 RS485引脚介绍RS485接口面板引脚号信号含义1屏蔽屏蔽2M2424V输出电压参考点3RXD/TXD-P*接收-/发送数据-P4CNTR-P中继器控制信号-P5DGND*数据参考点6VP*中端电阻供电电压（5V）7P2424V输出电压8RXD/TXD-N*接收-/发送数据-N9CNTR-N中继器控制信号-N2.3.4 感应加热器 感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。高频(10KH

36、Z以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等；中频(110KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热；工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径Ø300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于加热的厚度，而加热的厚度又取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度的关系，有如下经验公式：=20/f(20°C)；=500/f(800°C)。式中：f为频率，单位为Hz

37、；为加热深度，单位为毫米（mm）。2.3.5 A/D、D/A转换器A/D转换器：A/D转换就是模数转换，也可以是整流。顾名思义，就是通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位、14位和16位等。其主要技术指标有6条：1. 分辨率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。2. 转换速率(

38、Conversion Rate) 是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表 示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。3. 量化误差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辨率而引起的误

39、差，即有限分辨率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率AD（理想AD）的转移特 性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。4. 偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。5. 满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。6. 线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性

40、，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。D/A转换器介绍：D/A转换器即数模转换器。简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。同样的D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：1. 分辨率 指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分

41、辨率为1/(2N-1)。在实际使用中，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。2. 线性度 用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。3. 转换精度 D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。在D/

42、A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。A/D和D/A转换器的工作原理图如图2-5所示。图2-5 A/D和D/A工作原理图19第3章 软件设计3.1 软件顺序功能图顺序功能图是根据系统的工艺流程设计的，可以依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段，只需处理简单的逻辑关系。本设计的顺序功能图如图3-1所示。图3-1 顺序功能图在初始状态，将工件传送到工作台；等待一秒后上升到感应加热区，到达上限后，固定好工件，

43、开始旋转，开始旋转的同时工件感应加热，加热时间由配方给出，此处记做60S；加热完成后工件开始淬火，淬火时间也由配方给出，此处记做30S：淬火完成开始冷却，冷却时间也由配方给出，此处记做30S：冷却完成后，立轴下降推出工作区，达到下限后，旋转停止，固定阀打开，将加工好的工件传送出来，然后开始红外检测是否有工件，如果有工件则直接上升到感应加热区，如果没有则重复第一步骤。3.2 梯形图根据此顺序功能图可以做出自动控制的梯形图如图3-2所示。第4章 触摸屏设计4.1 仿真软件介绍台达DOP触摸屏的组态软件为Screen Editor，它能对三种不同型号的触摸屏进行组态，它内置有丰富的组态图库和自建图库

44、功能，支持文字与图形的编辑工具。Screen Editor通过多功能库和Windows操作界面，能日益满足工业领域的各种需求。4.2 触摸屏模块功能设计要设计系统的各画面时，首先要在工作界面画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，然后调整颜色，属性连接，因为画面上的属性数据由下位机PLC提供，所以人机界面模拟制作起来非常简便快捷，实际运行中，就需要添加一些开关选择内容了。触摸屏人机界面要求整个控制界面流畅简洁，能够让使用者直观的得到PLC反馈的数据，或者对于制作工艺对控制淬火参数的下达要看到控制结果，这就要求对整个控制过程能够在线或者离线模拟调试，制作过程中就要有动画效果使使用者能看到操作流程

45、。4.2.1 用户登录界面设计欢迎画面使开启触摸屏的第一个界面，需要简便大方，能够让使用者一目了然的明白你需要控制的是什么。具体制作方法如下：1. 双击Screen Editor图标进入触摸屏界面。2. 单击新建项目按钮，会自动弹出新方案的对话框，在人机界面种类上选择DOP-A10THTD1 65536 Colors选项，控制器选择S7-200然后点击确定。3. 在图形库中汇入选择好的图片，在Screen-1画面选择此图片作为欢迎画面，在画面上方添加走马灯信息显示，显示出控制的的题目“通用感应加热装置控制及参数管理系统设计”。左下角添加登陆密码（其宏指令见附录）限制一些非专业人员的误操作。做出

46、如图4-1所示的画面。4.2.2 菜单画面设计在Screen-1画面做好以后，点击设置新画面，命名为Screen-2，其具体设计步骤如下：1. 在Screen-2页面上方添加静态文字“菜单界面”，并可以根据喜好设置不同的背景颜色。2. 在此页面继续添加七个换画面按钮，以此命名为：参数设定、系统设置、监控画面、报警信息、机床操作、流程画面和历史数据。具体换画面的页数可以根据做好以后的仿真画面选择。另外可以更改外观来使使用者用着更舒服。3. 在右下角再设置一个换画面按钮，命名为返回，改变画面的编号设置为Screen-1，使使用者可以退出系统。4. 右上角可以设置时间日期显示框，让使用者可以知道具体

47、日期。通过以上步骤最后做出如图4-2所示的画面。图4-2 仿真菜单画面4.2.3 机床操作画面设置完菜单界面以后添加两个子画面Screen-3和Screen-4，分别是登陆界面密码正确和错误后的提示。然后是Screen-5、Screen-6和Screen-7。做的是参数配方功能（后面详解）。接着是Screen-8，机床操作画面。机床操作界面是用来代替键盘控制的，用交替型屏幕按钮代替实际键盘，简化了操作界面并且可以适应更多的环境，防止一些复杂环境对设备的损坏。这个过程应用相当广泛，而且此触摸屏操作界面省去了操作人员操作复杂的编程器的麻烦，使不熟悉电脑的操作人员也可以胜任，另外，它操作简便，使用灵

48、活，输入速度快，接触分辨率高，可靠性高，特别适用于工业现场。具体实现步骤如下：1. 在Screen-8画面下，更改背景颜色，是画面看起来更轻快。2. 加入选择配方，和交替型的自动控制、人工控制按钮，选择配方以后才可以开始加工，另外设置一个交替型的开始按钮，一个ON型的停止按钮，再多种复制六个交替型按钮，分别实现工件上升、工件旋转、开始加热、开始喷液、工件下降、注冷却水等功能。分别做指示灯显示工作状态。3. 做一个检测工作状态的报警按钮，当感应器工作不正常时弹出报警信息，提示工作人员注意。4. 最后做一个操作说明，一个时间显示，一个换画面按钮返回菜单界面。最后实现的操作画面如图4-3所示。图4-

49、3 机器操作界面4.2.4 监控画面在操作过程中，需要检测某个数据参数是否达到标准，当不满足时可以及时的知道并且人为设置更改。具体的设置步骤如下：1. 首先在画面设置一个X/Y轴曲线图，设置X轴为时间，Y轴为温度，并设置其水平读取地址为C100，竖直读取地址为C105。采样点为五个。2. 设置一个数值输入按钮，写入地址设置为C100并多重复制为一行五个，在C100下面设置一个写入地址为C105的数值输入按钮，也复制为一行五个，用来模拟采样点的数值。3. 最关键的一点就是设置一个写入地址为C2的常数值按钮，此按钮是PLC寄存器中用来采样的，正好实现曲线的绘制。4. 设置温度报警和换页面按钮。温度

50、监控画面仿真如图4-4所示。图4-4 仿真监控画面4.2.5 报警信息与测试画面该画面可以测试几个报警信号，并记录，报警时通知操作人员谨慎操作，及时检测报警原因，并排除。报警测试的时候，触碰下面“电压过高”“温度过高”“感应器故障”三个按钮，就会显示出标致这个错误的提示信息。具体设置步骤如下。1. 首先在工具栏选项下拉菜单中选择报警设置，地址设置为“$100”，采样周期一秒，走马灯启动上部。报警信息区域设置三个报警画面，分别为“screen-14”、“screen-15”、“screen-16”。2. 将报警显示三个功能块放到面板上，设置大小形状和显示的格式。3. 设置三个交替型按钮为报警测试

51、按钮。分别显示“电压过高”、“温度过高”、“感应器工作不正常”。并设置两个常数值按钮，地址用到“C1”的第四位和第五位，作为记录清零按钮。其显示画面如图4-5所示。图4-5 报警信息与测试画面 4.2.6 历史数据画面历史数据功能可以将历史生产信息通过报表的形式储存起来，当我们需要检查历史生产数据以方便改进生产的时候，就可以在此画面来操作，查询短期内的数据时，将触摸屏面板的指针放在数据曲线图上就可以读出当前状态的数据，查询更早的数据则可以在预先设置储存数据的地方查找CSV和History文件夹，里面有DAT文件，就是数据记录。制作步骤如下。1. 首先在选项下拉菜单中选中历史缓冲区设置，设置两个

52、历史缓冲区，地址为“$0”和“$30”，数值单位和采样点数为“5,1000”、“1,10”。2. 在画面布置三个数据采样功能块，分别设置大小，缓冲区。并在右侧设置两个数据输入按钮，模拟温度，电压数据采样。3. 设置画面Cycle宏，使画面可以离线模拟。宏指令见附录。历史数据具体画面如图4-6所示。图4-6 历史数据画面 第5章 参数配方管理功能5.1 配方功能配方功能最主要的是提供使用者大批数值参数的需求，而将数据存放在人机界面中，众多时间，温度的变化可以利用人机提供的配方功能来达到配方变数的要求。其目的是减少控制器的负担，使控制器的寄存器有更大的运行空间，更减轻了操作者的负担。配方功能具体设

53、计步骤如下。1. 在工具下拉菜单下点击配方功能，勾选启动配方功能，地址设置为“T100”，长度为8，组数为5，并在下面五组配方中输入配方数据。2. 对每组的数据进行设定，设定完成后选择确定。具体画面如图5-1所示。图5-1 配方功能设置3. 设置一个选择配方按钮，数值输入按钮地址为“RCPNO”，继续设置一个数值输入按钮，地址为“RCP0”，多重复制为8个，分别作为配方的不同条件如“加热温度”、“加热时间”等。另外设置两个常数值按钮，地址设置为“C5”，分别选第二位和第三位，作为上传和下载功能。4. 继续设置八个数值输入按钮，地址分别为“T100”到“T107”在这里可以将写入的数值经过上传按

54、钮上传到触摸屏。最后设置一个换画面按钮，转换到配方管理页面。本设计的流量温度参数设置画面如图5-2所示。图5-2 流量温度参数设置画面5.2管理配方设计便利的配方功能提供类似Excel的配方编辑器，让使用者可以轻松的编辑配方：并可以同时输入多组的配方。把配方表资料下载到人机后，便可以利用内部存储器来切换。使用者根据不同的项目，选择不同的配方资料，亦可以单独下载更新配方表的内容。设置步骤如下。1. 设置一个数值输入按钮，地址设置为“RCP0”，多重复制为8列、6行。第一行作为当前配方使用。2. 下面五组配方可以随时更改，汇入汇出到触摸屏和PLC。3. 设置两个汇入汇出配方功能按钮，使配方功能更完

55、善。最后做好的配方管理画面如图5-3所示。图5-3 配方管理界面在此界面可以清楚的看到当前配方所对应的参数，另外在此画面还可以录入新的配方上传到存储区，通过汇入配方功能可以将U盘中的数据读取到系统中，并存储到存储区，也可以将系统中的配方汇出到U盘中。第6章 触摸屏仿真结果最终的流程图画面中可以演示电机的旋转，管道的流向，加热，淬火和冷却动画。使整个工序过程更加的形象，逼真，易于生产人员了解当前的生产状况。在系统流程图画面，各设备之间的运行关系如图6-1所示。图6-1 系统流程图画面点击流程图左上角的按钮，进入淬火冷却画面。在此画面，将两个不同颜色的方块图当作淬火液和冷却液的箱子，与箱子相同颜色的管道可以显示液体流动的状态。在水管处设置两个阀门，分别标注阀门1、阀门2以区分冷却液阀门和淬火液阀门，阀门处设置两个指示灯，当按钮接通时，阀门处的指示灯亮起，在面板右侧设置三个交替型的按钮，分别标注电机转动、淬火、冷却。并设置和液箱相同的颜色以便区分。按下转动按钮时，位于工作台上的两台电机开始旋转，带动工作台上的工件旋转，使淬火和冷却均匀。当淬火或冷却按钮按下时，首先对应按钮的阀门打开，位于管道中的液体开始模拟运行，流动到工作台上旋转的工件，对其进行淬火或冷却。画面形象的反映了工件加工过程中的一些生产