自动装车送料控制系统设计论文

自动装车送料控制系统设计论文内容摘要：

豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了 ， 因此，单片机的学习、开发 与应用将 将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、 硬度、元素、压力等物理量的测量。 采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大 ；但是单片机对环境要求较高，不适合在恶略环境下工作。 单片机主要应用于测试和控制领域，在国际上，多把单片机称为微控制器。 方案确定 单片机控制系统电路中需要加入 A/D， D/A 转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。 而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。 另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技术的人员才能修复 ，所以在此也不易用单片机来实现。 由于 可编程控制器 PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以 毕业设计用纸 共 30 页 第 9 页 上 ； 安装，操作和维护也较容易；编程简单， PLC 的基本指令不多，编程器使用比较方便 ，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济 效益。 此外 PLC 内部定时、计数资源丰富，可以方便地实现对送料小车的控制。 比较单片机和可编程控制器的特点得到如下结论： 1）因为体积小而且廉价．所以单片机方案适合大批量重复生产的民用消费品。 特别是仪器仪表以及小型控制系统。 2 ） PLC 比单片机更适合于工作母机控制和工业过程控制。 3）对于单项工程或者重复数极少的项目 ，采用 PLC 方案是明智、快捷的途径，成功率高、可靠性好。 但成本较高。 4 ）对于量大的配套项目．采用单片机系统具有成本低、效益高的优点．但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。 5 在单片机方案和 PLC 方案都适用的前提下．若控制系统对于稳定性和抗干扰性要求很高， 即使设计成本较高也应采用 PLC 方案。 因此，最终 我 选择了用可编程控制器 PLC 来实现 送料小车 系统的 控制 ，完成本次的 设计 题目。 毕业设计用纸 共 30 页 第 10 页 第二章 可编程控制器的概述 可编程控制器（简称 PLC 或 PC）是随着现代社会的发展和技术进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱 PLC 的产生与发展趋势 一种新型的控制装置和先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。 1968 年，美国通用汽车公司（ GM）为改造汽车生产设备的传统控制方式，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著 名的十条技术指标在社会上招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，它应具有以下特点（十条技术指标）： 1. 编程方便，可在现场修改程序； 2. 维修方便，最好是插件式； 3. 可靠性高于继电器控制柜； 4. 体积小于继电器控制柜； 5. 可将数据直接送入管理计算机； 6. 在成本上可与继电器控制竞争； 7. 输入可以是交流 115V； 8. 输出为交流 115V/2A 以上，能直接驱动电磁阀； 9. 在扩展时，原有系统只要很小变更； 10. 用户程序存储容量至少能扩展到 4K 字节。 于是可编程控制器应运而生。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）根据上述要求成功研制世界第一台可编程序控制器 PDP14，并在 GM 公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。 接着美国 MODICON 公司也研制出 084 控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。 1971 年，日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器 DSC18。 1973 年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 我国从 1974 年开始研制， 1977年开始工业推广应用。 进入 20 世纪 70 年代，随着微电子技术的发展，尤其是 PLC 采用通讯微处理器之后，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。 进入 20 世纪 80 年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16 位和少数 32 位微处理器构成的微机化 PLC，使 PLC 的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。 PLC 的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。 可编程控制器大致有以下几个发展趋势： 1. 系列化、模板（块）化 2. 小型机功能强化 3. 中、大型机高速度、高功能、大容量 4. 低成本 毕业设计用纸 共 30 页 第 11 页 5. 多功能 PLC 的定义 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “ PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ” 该定义强调了可编程控制器是数字运算的电子系统，它是一种计算机，是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算 机。 PLC 的特点 PLC 的种类虽然千差万别，但为了在工业环境中使用，它们都有许多共同的特点。 ，可靠性提高 、施工、调试周期短 PLC 的结构 可编程控制器 其本质是工业控制专用计算机。 它的软、硬件配置与计算机极为类似。 PLC的硬件主要由中央处理单元（ CPU 模块），存储器，输入 /输出单元，电源组成。 其结构框图如图 21 编程器 中央处理单元 （ CPU） 输 入 单元 系统程序存储器 用户程序存储器 输 出 单元，电 路 电源 毕业设计用纸 共 30 页 第 12 页 图 21 PLC 结构简化框图 一、 PLC 的硬件 1. 中央处理单元（ CPU 模块） CPU 模块是 PLC 的控制中枢，是核心部件，其性能决定了 PLC 的性能。 组成：由微处理器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器的输入、输出接口电路相连。 常用芯片：通用微处理器、单片机、位片式微处理器。 作用：处理和运行用户程序；进行逻辑和数学运算；控制整个系统，使之协调的工作。 2. 存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路。 组成：由多个寄存器组成。 将一个寄存器作为一个存储单元，使用 N 个寄存器可构成 N个存储单元。 1 位寄存器只能存放一位 1 位数字。 常用存储器类型： RAM(随机存取存储器 )、 ROM(只读存储器 )、 EPROM(可擦除 只读存储器 )、 EEPROM(可电擦除只读存储器 )。 作用：存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。 3. 输入 /输出单元 （ I/O 模块） I/O 模块是 PLC 与工业生产设备或工业生产过程连接的接口，是联系外部现场和 CPU模块的桥梁。 （ 1）输入模块 作用：用来接收和采集输入信号（输入信号有开关量输入信号和模拟量信号两类）。 还需将这些各式各样的电平信号转换成 CPU 能够接收和处理的数字信号。 输入类型：直流输入，交流输入，交直流输入。 输入接口采用光电耦合电路，目的是把 PLC 与现场电路隔离，提高 PLC 的抗干扰能力。 接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。 各 PLC 生产厂 家都提供了多种形式的I/O 部件或模块供用户选用。 （ 2）输出模 块 作用：接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件能够接收的信号。 输出类型：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。 输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。 输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。 4．电源 作用：将交流电转换成 PLC 内部所需的直流电源。 类型：目前大部分 PLC 采用开关式稳压电源供电。 二、 PLC 的软件 PLC 的软件分为两大部分 ： 1． 系统监控程序 用于控制可编程控制 器本身的运行。 主要 有 管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。 由 PLC 生产厂家编写，并固化到只读式存储器 ROM 中，用户不能访问。 2. 用户程序 用于控制被控装置的运行。 用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。 由用户启动运行。 通过编程器输入到 PLC 的随机存储器 RAM 中，允许修改。 随着 PLC 在工业控制中的广泛应用发展，为了增强 PLC 的功能，扩大其应用范围。 生 毕业设计用纸 共 30 页 第 13 页 产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块。 （ 1） 模拟量输入输出模块 （ 2） 高速计数器模块 （ 3） PID 过程控制功能模块 （ 4） 中断输入模块与快速响应模块 （ 5） 运 动控制模块 （ 6） 通信模块 PLC 的主要功能 可编程控制器是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构，按照一定规律进行动作。 其主要功能有： /数和数 /模转换 PLC 的应用 PLC 作为一种通用的工业控制器，它可用于几乎所有的工业领域。 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等 各个领域。