联合大学机器视觉检测台自动控制系统设计(编辑修改稿)

联合大学机器视觉检测台自动控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

主要研究 内容包括：机械设计，控制系统硬件设计和上位界面软件设计等。 北京联合大学 毕业设计 4 2 总体方案设计 机器视觉自动检测台控制系统的设计的主要研究内容包括：机械设计，控制系统硬件设计和上位界面软件设计等。 故需对本设计实施方案在控制器、控制工艺、驱动设备、上位监控软件及网络通信方式选择进行详细分析。 机械结构 机器视觉自动检测台系统主要包括传输机构、升降机构、水平移动机构等机械机构。 根据项目需求，其中传输机构主要负责传输待检测工件，可以使用普通电机皮带传输。 所以需要设计传送装置，而升降机构与水平移动机构的主要工作是驱动升降 机机构和水平机构将摄像头移动到指定位置，可以使用丝杠滑杆结构实现。 又因要求摄像头移动位置要精确，因此可以使用步进电机或伺服电机进行驱动。 机械结构示意图如图 21所示。 步进电机 1 上限位开关 升降导轨丝杠 左限位开关 摄像头安装位置 步进电机 2 升降滑块 水平移动滑块 连接板 水平导轨丝杠 1右限位开关 1下限位开关 1传输装置 1头辊 1尾辊 图 21 机械机构示意图 北京联合大学 毕业设计 5 2. 2 控制工艺要 求 机器视觉自动检测系统包括传输机构，升降机构，水平移动机构，机器视觉设备和控制系统等。 机器视觉设备包括摄像头，光源（可选）和计算机。 传输机构负责传输待检测工件，可以使用普通电机皮带传输。 驱动升降机机构和水平机构将摄像头移动到指定位置，可以使用丝杠滑杆结构实现。 由于要求摄像头移动位置要精确，因此可以使用步进电机或伺服电机进行驱动。 计算机需要显示摄像头当前的位置，并通过控制系统实现对电机的控制。 （ a）启动：在系统处于停止状态时，按下控制面板上的 SB1 系统启动按钮，若摄像头不在初始位置，则系统启动指示灯 HL1闪亮，若摄像头位于初始位置，则启动指示灯 HL1 常亮。 （ b）复位：系统启动后，按下复位按钮 SB2，摄像头回复初始位置。 （ c）模式选择：系统启动并复位成功后，由 SA1 实现就地 /远程模式的选择，并通过相应的指示灯进行模式指示。 （ d）就地控制：系统启动且摄像头回复初始位置后，可通过控制面板上的手动点动按钮调节摄像头位置，通过控制面板上的启停按钮实现传送带的启停传输。 其摄像头具体位置可在上位监控系统中进行显示。 （ e）远程控制：摄像头具体位置可在上位监控系统中进行显示。 光电传感器故障或运行故障，在上位监控系统 中均能实现报警功能。 在系统启动且摄像头回复到初始位置后，可以通过上位监控系统中的手动模式实现摄像头位置的点动调节，而在自动模式下在参数画面中放置的输入输出域中输入移动量，点击确定按钮可对摄像头进行精确定位，以及对传送带进行远程启停控制。 2. 3 总体方案 机器视觉自动检测台控制系统实现对摄像头的位置进行自动调节和高精度定位。 本毕业设计的实施方案在控制器、 控制工艺、驱动设备、上位监控软件及网络通信方式选择进行以下分析。 （ 1）驱动设备选型 本课题传输机构、升降机构、水平移动机构等机械机构，所需机械运动要靠驱动 设备来实现，直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机等都是可供选择的驱动设备。 其中，传输机构主要负责传输待检测工件，将待检测工件运送到指定位置，所以传送装置可以采用价格低廉的直流电机来进行件的传输，而升降机构与水平移动机构的主要工作是驱动升降机机构和水平机构将摄像头精确移动到指定位置，因此可以使用步进电机或北京联合大学 毕业设计 6 伺服电机进行驱动。 而步进电机与伺服电机相比价格低廉，且其 控制精度 足以满足课题研究需求，因而在此设计中选择可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的。 （ 2）控制器选择 目前市场上的机器视觉检测系 统主要分为 PLC 系统 及 单片机 系统，而 PLC 凭借着可靠的、分立逻辑和简单的模拟 I/O 且 系统构成灵活，扩展容易，并能与上位机 组成 复杂的控制系统，实现生产过程的自动化 ； 编程简单，使用方便， 可 采用简明的逻辑图 、 语句表 、 梯形图等编程语言，而无需计算机知识，因此现场调试容易，系统开发周期短。 另外 PLC 也 可在线 进行 修改程序，改变控制方案 也 不 用 拆动硬件。 因此本课题选用 PLC作为控制系统。 PLC 的品牌众多，有国外著名品牌西门子、三菱、通用、施耐德等，也有国内生产的台达、永宏、深圳合信、德维深、和利时、淅大中控、江苏信 捷等。 而相对于其他品牌的 PLC，西门子 PLC 的模拟量模块价格便宜， 开放性好， 程序简单， 性能质量好 ,支持多种通信协议 ,产品售前售后服务到位，适用多种人机界面和监控 组态软件 利于多厂家设备的通讯与集成，西门子 具有 很多功能块，减 轻 了设计人员的 编程 负担。 本设计选 用西门子品牌的 S7 系列的 PLC，而本课题输入及输出量较多故选取西门子 S7300 为 机器视觉检测台自动控制系统 的控制器。 （ 3）上位监控软件选择 目前市场上的 上位监控软件有 iFIX、组态王、 InTouch、 WinCC 等等。 其中， iFIX功能强大，但是操作繁琐，适用于大型的或较复杂的控制系统；组态王设计简洁直观，适应性强； InTouch 的单功能较简单，但在分布式结构、大型应用上能力较弱；而 WinCC的功能强大，应用灵活，扩展功能开放简易，而且与西门子 PLC 的方便集成，有丰富的功能选件，更适用于该课题。 综上所述， 最终选用 WinCC 作为控制系统的上位监控软件。 综上，本课题的系统结构框图如图 24所示。 图 24 系统结构框图 北京联合大学 毕业设计 7 3 硬件设计 根据驱动设备选型与控制工艺要求，选择相应控制驱动设备以及所需其他设备，进行硬件选型，硬件接线与硬件设计。 3. 1 信号分析 本设计需要控制步进电机，步进电机的方向信号为输出信号，靠脉冲输出控制故需要两个高速脉冲信号；再根据对本设计的控制工艺分析，并结合所需要控制的驱动设备。 在分析相应的控制任务和需实现的功能情况下总结统计出，本设计共需数字量输入信号14 个；数字量输出信号 11 个；数字量输入信号表详见表 31；数字量输出信号详见表32。 表 31 数字量输入信号 序号 名 称 符号 类型 1 启动按钮 SB1 DI 2 复位按钮 SB2 DI 3 停止按钮 SB3 DI 4 急停按钮 SB4 DI 5 上行按钮 SB5 DI 6 上行按钮 SB6 DI 7 上行按钮 SB7 DI 8 上行按钮 SB8 DI 9 就地 /远程模式选择开关 SA1 DI 10 手动 /自动选择开 SB2 DI 11 上限位开关 SQ1 DI 12 下限位开关 SQ2 DI 13 左限位开关 SQ3 DI 14 右限位开关 SQ4 DI 北京联合大学 毕业设计 8 表 32 数字量输出信号 序号 名 称 符号 类型 1 步进电机 1方向 M2 DO 2 步进电机 2方向 Y1 DO 3 系统指示灯 HL1 DO 4 报警指示灯 HL2 DO 5 远程控制指示灯 HL3 DO 6 就地控制指示灯 HL4 DO 7 手动模式指示灯 HL5 DO 8 自动模式指示灯 HL6 DO 9 直流电机继电器 M1 DO 10 步进电机 1脉冲 M2 D0 11 步进电机 2脉冲 M3 D0 3. 2 硬件选型 本设计需要用到步进电机并对其进行精确控制，故需要有高速脉冲输出，而西门子紧凑型 S7300C 系列的 PLC 中 CPU31XC 型号的 CPU 都 具有高速脉冲输出，本设计选用的CPU 型号为 6ES7 3136CE010AB0。 经过信号分析可知本设计共需数字量输入信号 14 个；数字量输出信号 9个；高速脉冲信号输出 2个，所以还需要扩展模块，本设计选择 6ES7 3231BH010AA0 型号的数字量输入输出模块。 初步确定所需材料与器件型号具体清单见表 14。 表 34 硬件清单表 序号 材料 /器件 型号 /规格 /订货号 1 PLC 分布式机架 6ES7 3901AE800AA0 2 开关电源 HB60W124V1b 3 CPU 6ES7 3136CE010AB0 4 数字量输入输出模块 6ES7 3231BH010AA0 5 永磁直流减速电机 302YJ 6 两相步进电机 35 HBP22BL4TRO 7 选择开关 T80T 8 按钮 (绿色 ) LA128A 9 按钮 (红色 ) LA128A 北京联合大学 毕业设计 9 续表 34 硬件清单表 序号 材料 /器件 型号 /规格 /订货号 10 按钮 (黄色 LA128A 11 按钮 (白色 ) LA128A 12 急停按钮 AVW 668 13 216。 16 绿色指示灯 AD1616V 14 216。 16 蓝色指示灯 AD1616V 15 216。 16 红色指示灯 AD1616V 16 限位开关 CM1704 17 光电传感器 E3FDS30C4 18 继电器 2790C 19 断路器 5SJ62 20 步进电机驱动器 ZD8731 21 接线端子 SAK JXB 22 丝杠滑杆机构 1 DTX0808300 23 丝杠滑杆 机构 2 DTX0808400 24 型材 20 40 500mm 25 PVB 传送带 宽 100mm,长 806mm，厚 26 尼龙托辊 φ 40mm,长 100mm 3. 2 硬件组态 本设计具有高速脉冲输出和使用定时器，所以需对 CPU 的循环特性和时钟存储器及脉宽调制调用进行设置。 根据本设计的课题任务，机器。