基于plc和触摸屏的电动机速度pid控制系统的设计(编辑修改稿)

基于plc和触摸屏的电动机速度pid控制系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

电机驱动器的选择 驱动器的基本原理 1)工作原理 步进电机驱动器接受系统发出的脉冲信号（一般为 PLC 或单片机）并将其转化为步进电动机的角位移 ,也就是步进驱动器 没接收一个脉冲信号 ,就驱动步进电机旋转一个步距角。 所以步进电动机的转速与脉冲信号的频率成正比。 故控制脉冲信号的频率，就可以对电机进行精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机进行精确定位。 2)细分 步进驱动器的细分就是把步进电机的转矩角进行细分，如 57BYG 系列步进电机，转矩角为 176。 ，西分数为 10 的话，转矩角就变成 176。 ，也就是步进电机一步只能转动 176。 ，是原来的十分之一。 通过细分，可以提高电机的分辨率，更精确的控制步进电机的位置。 步进驱动器细分的优点 1）完全 消除了电机的低频震荡 2）提高了电机的输出转矩 3）提高了电机的分辨率 根据系统要求，选择了一款与 57BYG 系列电机相匹配的带有细分功能的混合式步进电机驱动器 SJ2H30M5，驱动器相数 2相，最大电流 3A，电压 DC 2410V，细分数 2/5/10/40,共阳极接法 OPTO CP DIR FREE， OPTO 公共端， CP脉冲输入端 ， DIR 方向脉冲输入端 ，FREE 脱机信号输入端。 PLC 的选择 PLC 简介及特点 PLC 是可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller）的简称。 PLC 采用可编程的存储器，用于储存内部程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 特点： 1）使用方便，编程简单 2）功能强大、性价比高 3）用户使用方便，适应性强 4）系统的设计、安装、调试工作量小 5）维护方便 临沂大学 2020 届本科毕业设计 4 PLC 中 PID 的计算 三菱 FX2N系列 PLC具有模拟量功能模块 ,如 FX2N 4AD、 FX2N 4DA、 FX2N 2DA,根据 PLC提供的 PID过程控制模块 ,我们设定好 PID参数并运行，就能求得输出控制值 ,实现过程控制。 PID指令的源操作数 [ S1 ]、 [ S2 ]、 [ S3 ]和目标操作数均为 D， 16位运算占 9个程序步。 [ S1 ]和 [ S2 ]分别用来存放给定值 GD和当前测量到的反馈值 FK, [ S3 ] ～ [ S3 ] + 6存放控制参数的值 ,运算结果 JG存放在 [ D ]中。 源操作数 [ S3 ]占用从 [ S3 ]开始的 25个数据寄存器。 PID指令用于闭环模拟量控制 ,在开始之前 ,使用 MOV指令 将参数设定值预先写入数据寄存器中。 如果目标操作数有断电保持功能 ,应使用初始化脉冲 M8002的常开触点将它复位。 [ S3 ] ～ [ S3 ] + 6被用来存放采样周期 TS、动作方向、输入滤波常数α、比例增益 KP、积分时间 TI、微分增益α D和微分时间 TD。 PID指令占用 [ S3 ] + 7 ～ [ S3 ] + 19, [ S3 ] + 20～ [ S3 ] + 23用于输入、输出变化量增加、减少的报警设定值。 [ S3 ] + 24的 0～ 3位用于报警输出。 PID指令可以用于定时中断、子程序、步进梯形指令区和转移 指令中 ,但是在执行 PID 指令之前应使用 MOV指令将 [ S3 ] + 7清零 . PLC 选型 1）输入输出点的估计。 根据系统的设计任务、使用的元器件的数量预估算输入输出 口得数量。 2）存储容量的估算。 存储容量大小根据系统的复杂程度选择合适的。 3）控制功能的选择。 包括运算功能，控制功能的选择，通信、编程、诊断和处理速 度等性能的选择。 根据系统的复杂程度、输入输出点的数量、信号输出方式为高频脉冲所以要选晶体管输出方式的 PLC、负载功耗等因素，选择了 三菱 FX2N32MT001 型号的 PLC， 16 点输入 /16 点输出，内置 8K 容量的 RAM 存储器可扩展为最大 16K， CPU 运算处理速度，可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块，最高 20KHz 的输出频率。 触摸屏 触摸屏的工作原理及特性 触摸屏的工作原理是：用手指或其他物体触摸触控屏时，所触摸的位置将以坐标的形式被触摸屏控制器检测，通过接口 (如 RS173。 232 串行口 )送到 CPU，从而确定输入的信息。 触摸屏系统由触摸屏控制器和触摸检测装置两部分组成。 触控屏控制器的主要功能是接收在触摸点检测 到的触摸信息，并将信息以坐标的形式传送给 CPU，同时触控屏控制器接收 CPU 发来的命令并加以执行；触摸检测装置一般位于显示器的前端，主要功能是检测并传送用户的触摸位置给触控屏控制器。 触摸屏有三大特性：一是透明性，触摸屏的临沂大学 2020 届本科毕业设计 5 操作界面是透明的。 二是触摸屏是绝对坐标系统，绝对坐标系统的特点是每一次的定位都是独立的。 从物理学角度讲触摸屏是独立的坐标定位系统，触摸屏上的坐标都是每一次触摸的数据通过校准数据转化而成的。 三是检测触摸并定位，每次一的触摸，触摸屏都会理解检测到，并对触摸点进行坐标定位，然后在进行数据处理。 触摸屏的分类 触摸屏的分类方法有很多种，在这里只做简单的介绍，不做深入的探讨。 根据触摸屏的技术原理可分为 5 个基本类型：矢量压力传感技术触摸屏、电阻式触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。 矢量压力传感技术触摸屏已经退出了人们的视野；电阻式触摸屏定位准确，但其价格昂贵且易损坏；电容技术触摸屏设计合理，但容易失真且无法根本解决此问题；红外线技术触摸屏价格低廉但是易损坏、反光；表面声波技术触摸屏，解决了以往存在的问题与缺陷，适用于任何场合，但是对屏幕清洁程度要求较高，如果屏幕上有灰尘， 将反应迟钝甚至不工作。 综合系统设计的环境、触摸屏的价格适用场合等因素，选用三菱 F930GOTBWDC型号的触摸屏，其 寸单色蓝白显示器 清澈优良的高解像度液晶显示器，厚度为 49mm。 具有简易的背景灯光更换，优良的耐酸环境、防尘、防水、耐油，保密功能、数据传输功能、时钟功能一应俱全。 旋转编码器 旋转编码器工作原理介绍 旋转编码器是将角位移或直线位移进行转换的一种装置，并以电信号的形式输出，前者称为码盘，后者称为码尺。 根据读出方式的不同，编码器可以分为接触式和非接触式两类。 采用电刷输出方式的是接触式，用电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“ 1”还是“ 0”。 接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件的是非接触式，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“ 1”还是“ 0”。 旋转装编码器的分类 1）增量式编码器 增量式编码器是用周期性的电信号表示位移，再用计数脉冲表示电信号，即最终将位移的大小用脉冲的个数表示。 绝对式编码器的每一个位置与确定的数字码一一对应，因此它的示值只和测量的起点和终点位置有关，而与过程无关。 2）绝对值式编码器 因为绝对值式编码器 的每一个位置是绝对唯一的，抗干扰性强，不需要断电记忆，所以被广泛的用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。 绝对编码器的光码盘上刻有很多道刻线，每道刻线依次以 2线、 4线、 8 线、 16 线编排，如此，编码器的每一个位置，都可以通过读取每道刻线的通、暗获得。 编码器的位置是由码盘的机械位置临沂大学 2020 届本科毕业设计 6 决定的，不受停电、干扰的影响。 根据设计系统要求。 脉冲频率、电机转速等因素，选择了欧姆龙的 E6A2CW5C 型编码器，这是一款通用型、两项输出的编码器。 每转一圈发出 200p/r,其外径 25mm，具有IP50 的防护等级，采用 4mm 不锈钢旋转轴。 该型号编码器总共有 4 根导线：黑线、白线分别对应 A、 B 两项输入，我们用 PLC的高速脉冲计数器 C251，其对应输入端为 A 相 X0，B相 X1。 褐色线对应直流 24V 正极；蓝线对应负极（ PLC 输入端的 口与之对应）。 拨码盘、滑台 BCD 拨码盘由拨码盘和接线端子组成。 BCD 拨码盘有根导线，一根公共端，其余 4跟分别表示 8421。 拨码盘可以表示 09， 10 个数字，是非常便捷的数字量输入设备。 表 1 BCD 拨码盘状态表 位置 8 4 2 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 本设计使用一行程为 600mm 的珠丝滑台上的滑块为控制对象，用联轴器将步进电机与滑台珠丝杆链接，步进电机转动带动滑台做匀速、加减速的自动往返运行。 滑台两端按装有两对微动开关，一对用于自动换向，当滑块触碰到任意一个微动开关，自动换向；另一对用于限位，如果系统出现故障，不能进行换向而是继续前行，那 么滑块只要触碰任意一个微动开关，整个系统将断电，此时需要检查、维修。 在滑台的另一端与步进电机同轴安装一旋转编码器，实时测算步进电机的转速，并将测量的数据传输给 PLC 进行处理，最后通过触摸屏显示当前转速。 临沂大学 2020 届本科毕业设计 7 3 硬件电路的设计 步进电机与步进驱动器的连接 A + A B + B + 5 V0 1细 分 数放 大O P T OC P D I R脉冲信号方向信号+ S J 2 H 3 0 M 55 7 B Y G 5 0 1+ 2 4 V876543212 4 V+ 图 2：步进电机与步进驱动器连接 脉冲信号与方向信号由 PLC发出，外接 5V 直流驱动电源驱动脉冲信号与方向信号接收端，外接 24V 直流电源驱动步进电机。 步进电机 A+， A， B+， B分别对应接入步进电机驱动器。 细分数的设置，“ ON”为 0，“ OFF”为 1。 4,、 5 一般为 OFF，即拨到 1的位置； 3是步距角的细分数，细分数 2/5/10/40 分别对应 000/001/010/100； 8为电机电流的细分数。 PLC 与触摸屏、拨码盘的连接 通过触摸屏按钮对系统进行启动、停止、加速、减速控制，并在触摸屏上显示当前行进方向，全程走过了多少。 PLC 通过与触摸屏连接的数据线进行通信，接受到触摸屏的命令后立即响应并发出相应的脉冲指令给步进电机驱动器。 通过拨码盘可以对 电机当前转速进行设定，拨动按键输入数值后 PLC 立即读取并执行。 触摸屏也可以对电机当前速度进行设定， PLC 也会立即响应。 临沂大学 2020 届本科毕业设计 8 启 动 停 止 加 速减 速下 一 页上 一 页行 程 显 示+。