基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機課程設(shè)計說明書

word格式.摘要：針對目前網(wǎng)球自動發(fā)射機發(fā)射模式單一的情況，本文提出了一種針對不同層次鍛煉者的設(shè)計。本設(shè)計提供三種不同的模式供鍛煉者選擇，即手動模式，自動模式一和自動模式二。本設(shè)計在兩種不同方案的基礎(chǔ)上選擇了使用PLC控制發(fā)射機的方案。通過對輸入輸出信息的分析確定了使用什么型號的PLC控制器件。然后對發(fā)射機工藝流程進行分析，從而確定了整個程序的結(jié)構(gòu)，利用順序編程的方法編寫控制程序，使用梯形圖測試功能初步驗證了程序的正確性。使用易控組態(tài)軟件對整個程序進行模擬驗證，進而進一步確定編程的正確性。使用MXComponent進行了綜合測試，驗證了組態(tài)軟件與GXDeveloper成功通信。本設(shè)計完成了設(shè)計目標，實現(xiàn)了網(wǎng)球自動發(fā)射機主要功能。關(guān)鍵詞：網(wǎng)球自動發(fā)射機，PLC，GXDeveloper，易控組態(tài)軟件，MXComponentAbstract:Inordertoimprovetheinsufficientthatthepresentautomatictransmitterlaunchmodewassingle，thisdesignproposedadesignfordifferentlevelsofexercisers.Thisdesignprovidedthreedifferentpatternsfortheexerciserstochoose,namely,manualmode,automaticmodeandautomaticmode.Onthebasisoftwodifferentschemes，thisdesignchosePLCcontroltransmitterscheme.Accordingtotheanalysisoftheinputandoutputinformation，wedeterminedthetypeofPLCcontrollerdevice.Andthenanalyzethetransmitterprocess,todeterminethestructureofthewholeprogram,themethodofusingsequentialprogrammingwritecontrolprogram.Usingladderdiagramtestfunctionspreliminaryverifiesthecorrectnessoftheprogram.UsingINSPECforsimulatingthewholeprogramverification,andfurthertodeterminethecorrectnessoftheprogramming.UsingMXComponenthascarriedonthecomprehensivetesttoverifytheconfigurationsoftwareandGXDevelopercommunicationsuccess.Thisdesigncompletedthetargetofthedesign,andrealizedmainthefunctionofthetennisautomatictransmitter.Keywords:Tennisautomatictransmitter,PLC,GXDeveloper,INSPEC,MXComponent目錄184261前言 1231652網(wǎng)球自動發(fā)射機方案設(shè)計 3102202.1網(wǎng)球自動發(fā)射機設(shè)計要求 3236572.2網(wǎng)球自動發(fā)射機方案設(shè)計 496042.2.1方案一基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機 481132.2.2方案二基于VB和單片機的網(wǎng)球自動發(fā)射機 4217912.3網(wǎng)球自動發(fā)射機的方案論證 570772.3.1方案一 5234412.3.2方案二 5188222.4網(wǎng)球自動發(fā)射機的方案選擇 6322293基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機系統(tǒng)分析 740293.1基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機功能分析 741703.2基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機工藝流程圖 7254943.2.1總體工藝流程圖 8177373.2.2手動模式工藝流程圖 8159063.2.3自動模式一工藝流程圖 9101573.2.4自動模式二工藝流程圖 1194613.3基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機輸入控制信息分析 1273793.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機輸出控制信息分析 12312803.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機PLC輸入輸出表設(shè)計 12236333.6基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的PLC選型 13205614基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機硬件設(shè)計 14296554.1網(wǎng)球自動發(fā)射機工作電路圖設(shè)計 14242314.2PLC外部接線圖設(shè)計 15251504.3基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的PLC選型 15324704.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的電機選型 1663084.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的光電開關(guān)選型 1629194.6元器件表 1614835基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機軟件設(shè)計 1894765.1中間元件表的制定 18186555.2網(wǎng)球發(fā)射機程序順序功能圖設(shè)計 2047805.2.1網(wǎng)球發(fā)射機主程序順序功能圖設(shè)計 20100735.2.2網(wǎng)球發(fā)射機手動模式程序順序功能圖設(shè)計 2173035.2.3網(wǎng)球發(fā)射機自動模式一程序順序功能圖設(shè)計 21181905.2.4網(wǎng)球發(fā)射機自動模式二程序順序功能圖設(shè)計 23323125.3PLC編程平臺GXDeveloper介紹 24301255.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機程序設(shè)計 24135385.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機程序調(diào)試 28207936基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 30200296.1易控組態(tài)軟件介紹 303236.2上位監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計 31187986.3易控變量組設(shè)置 32283916.4易控FX串口設(shè)置 34244457基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機綜合調(diào)試 3666297.1綜合調(diào)試平臺說明 36308797.2綜合調(diào)試的步驟 38233707.3整體的綜合調(diào)試 38319208總結(jié) 39108779致 4024714參考文獻 4124503附錄基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機元件表 421前言PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC），它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（PersonalComputer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國、日本、德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。自1969年針對工業(yè)自動控制的特點和需要而開發(fā)的第一臺PLC問世以來，迄今已近30多年了，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又比同于順序控制器和通用的微機控制裝置。它不僅充分利用微機處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)地形象編程語言和模塊化地軟件結(jié)構(gòu)，使用程序地編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說明書或提示，座少量地安裝接線和用戶程序地編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計算機編程語言知識。這樣就破除了”電腦“的神秘感，推動了計算機技術(shù)的普遍運用?？删幊炭刂破鱌LC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術(shù)。PLC現(xiàn)已成為工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、以易與計算機接口、能對模擬量進行控制，具備高速計數(shù)與位控等性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電—接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個國家工業(yè)先進的重要標志之一。近年來，隨著國民經(jīng)濟的增長，人民生活水平的提高，生活也變得越來越繁忙了。隨之而來的競爭壓力也越來越大，平時人們都為了使自己不被淘汰而拼命努力的工作和學(xué)習，從而導(dǎo)致身體沒有得到應(yīng)該有的鍛煉。很多現(xiàn)代化的鍛煉方式也隨之出現(xiàn)，網(wǎng)球運動是多數(shù)人們都喜歡的鍛煉方式，為了給想提高網(wǎng)球運動水平的練習人員提供方便，網(wǎng)球訓(xùn)練機便應(yīng)運而生。簡單的說，所謂網(wǎng)球訓(xùn)練機就是用一塊鐵綁著繩子，繩子的另一頭系上網(wǎng)球，那繩子要有彈性的，那樣拍出去的球就還能再回來。本文針對網(wǎng)球訓(xùn)練項目中的技術(shù)要求和存在的問題,提出了設(shè)計網(wǎng)球自動發(fā)射機的想法。該機器主要是利用PLC編程系統(tǒng)和機械的結(jié)合而構(gòu)成的。該發(fā)射機設(shè)計了三種模式供用戶選擇，手動模式適用于初學(xué)者或者技術(shù)一般的鍛煉者，模式一適用于有一定基礎(chǔ)的鍛煉者，模式二適用于有一定能力基礎(chǔ)較好的鍛煉者。三種模式由三個選擇開關(guān)控制。2網(wǎng)球自動發(fā)射機方案設(shè)計2.1網(wǎng)球自動發(fā)射機設(shè)計要求根據(jù)實際的經(jīng)驗，網(wǎng)球自動發(fā)射機大致要求如下：（1）要求設(shè)計的網(wǎng)球訓(xùn)練器可以發(fā)射出一定質(zhì)量的球。（2）要求每隔5秒發(fā)射一球。（3）需設(shè)置發(fā)射器的左右上下極限。（4）每執(zhí)行一步發(fā)射就自動檢測改時候是否發(fā)射筐中有網(wǎng)球，如果沒有就自動關(guān)斷電源，等待裝入網(wǎng)球，如果檢測有，就繼續(xù)發(fā)射。發(fā)射機主要有六部分組成：（1）球框：存裝待發(fā)射球。（2）發(fā)射電機M1：發(fā)射網(wǎng)球，功率0.45KW。（3）發(fā)射管：球框中的球通過發(fā)射管發(fā)射。（4）電機M2：上下移動發(fā)射機，功率0.2KW。（5）電機M3：左右移動發(fā)射機，功率0.2KW。（6）發(fā)射架：支撐整個發(fā)射機，可控制整個發(fā)射機的高度。發(fā)射電機M1發(fā)射機上下移動電機M2發(fā)射機左右移動電機M3設(shè)計模型結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。發(fā)射電機M1發(fā)射機上下移動電機M2發(fā)射機左右移動電機M3 圖2.1網(wǎng)球發(fā)射機結(jié)構(gòu)2.2網(wǎng)球自動發(fā)射機方案設(shè)計2.2.1方案一基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機利用上位機控制PLC，通過電機動作，作用于球，將球發(fā)射出去，通過上下移動控制電機以及左右移動控制電機控制發(fā)射機的位置，從而能夠發(fā)出不同檔次的網(wǎng)球，這樣的設(shè)計使得用戶圍得以擴大。通過光電檢測開關(guān)檢測框中有無網(wǎng)球，反饋到上位控制系統(tǒng)控制發(fā)射機動作。該方案的方框圖如圖2.2。圖2.2基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機系統(tǒng)方框圖2.2.2方案二基于VB和單片機的網(wǎng)球自動發(fā)射機將VB程序引入PC機，PC機作用于單片機，單片機輸出作用于歩進電機，從而控制網(wǎng)球發(fā)射機的發(fā)射筒，進而也能發(fā)射不同位置的網(wǎng)球。通過光電傳感器，檢測框中是否有球，將信號反回給單片機，通過單片機控制發(fā)射機動作。該系統(tǒng)方框圖如圖2.3。圖2.3基于VB和單片機的網(wǎng)球自動發(fā)射機系統(tǒng)方框圖2.3網(wǎng)球自動發(fā)射機的方案論證2.3.1方案一（1）控制程序可變，具有良好的柔韌性：對于一個工廠或用戶來說，需求不會是一層不變的，總會隨著外界的變化而變化，而PLC正好能滿足這個條件，只需改動PLC程序，而不需要改動硬件，就能實現(xiàn)工藝的變形，滿足要求。（2）具有高度可靠性，適用與惡劣環(huán)境：PLC對環(huán)境要求低，據(jù)研究表明，PLC故障間隔時間長達5年以上，所以是相當可靠的?？煽啃詻Q定了它的生產(chǎn)效益，只有穩(wěn)定的運行，才能保證生產(chǎn)的持續(xù)和高效。（3）功能健全，可以應(yīng)用于各種環(huán)境：PLC具有數(shù)字和模擬量的輸入/輸出、邏輯運算、算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制等多種功能。可以運用在大多數(shù)場合，所以適用性相當強、（4）操作簡單，易于維護：一旦做好PLC，便可通過上位控制PLC的運行，操作簡單，如果遇到大改動，只需變更PLC部程序就可以實現(xiàn)功能的改變。（5）體形小巧，功能強大，耗電量?。簩τ谄渌刂葡到y(tǒng)，PLC更加便捷，體積小，耗電量低，對于小型生產(chǎn)更加適用。（6）性價比高：隨著科技的發(fā)展，PLC的生產(chǎn)費用日益降低，功能卻日益強大，讓更多的生產(chǎn)部門能夠承擔，低廉的造價和強大功能相對比，PLC逐漸被廣大人群接受。2.3.2方案二（1）體積相當小：單片機體積相當小，耗電量極低，可以用在生活中的各種小物品上，例如遙控器，手機等。體積過小，則功能相對PLC不夠完善，無法代替PLC運用與大型生產(chǎn)。（2）變動方便：當需要根據(jù)環(huán)境變化改變單片機時，只需更改程序，便可以實現(xiàn)功能的改變。（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（4）單片機可靠性高，可工作到10^6～10^7小時無故障。（5）控制功能強。2.4網(wǎng)球自動發(fā)射機的方案選擇PLC和單片機相比較，有很多相同的優(yōu)點，但是單片機就目前看來很難在戶外場合穩(wěn)定運行。單片機的運行受到室外各種不利因素的影響較大，如溫度驟降，風雨雷電等天氣因素，突然的沖擊等等。PLC與之相比，承受此類不利因素的能力相比較高。由于本設(shè)計需要的輸入輸出點位比較多，單片機一般難以達到。而且工程項目一般很少完全依賴單片機完成，應(yīng)用PLC解決功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計使得系統(tǒng)電路更為簡單。而且PLC的可行性，現(xiàn)場升級維護與替換都比單片機更為方便。綜合上述因素選擇方案一較為妥當。3基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機系統(tǒng)分析3.1基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機功能分析基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機總體上由三個電機，一個球框，一根發(fā)射管和一個支架構(gòu)成。用兩個電機分別調(diào)節(jié)發(fā)射機的上下和左右運動，再用一個電機控制球的發(fā)射。在球框中安裝一個光電檢測開關(guān)，檢測筐中是否有球，無球時停止動作。發(fā)射機上安裝有控制面板，用戶可以根據(jù)需要選擇不同模式發(fā)射網(wǎng)球。該發(fā)射機設(shè)計了三種模式供用戶選擇，手動模式適用于初學(xué)者或者技術(shù)一般的鍛煉者，模式一適用于有一定基礎(chǔ)的鍛煉者，模式二適用于有一定能力基礎(chǔ)較好的鍛煉者，三種模式由三個選擇開關(guān)控制。當用戶按下啟動鍵啟動發(fā)射機時，如果發(fā)射機有球那么正常運行燈就點亮，如果沒有球，那么無球報警燈就點亮，在運行中如果沒有球了，那么正常運行燈熄滅，無球報警燈就點亮。設(shè)計模型簡圖如圖3.1。圖3.1基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機簡圖3.2基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機工藝流程圖通過控制電機M1、M2的旋轉(zhuǎn)，將發(fā)射機移動到特定的九個位置，并在該點完成發(fā)球。需要控制發(fā)射機的啟停和發(fā)球時間間隔，以及發(fā)射機移動過程的循環(huán)方式。3.2.1總體工藝流程圖當用戶按下啟動按鈕，光電檢測開關(guān)檢測框中是否有球，有則亮起正常運行燈，否則停止執(zhí)行命令并亮起無球報警燈。正常運行時，默認發(fā)射機每次停止時都在場地中間位置。用戶需要根據(jù)自身實際能力選擇不同的運行模式來控制發(fā)射機運行。每次執(zhí)行完一次子程序系統(tǒng)返回主程序?？傮w工藝流程如圖3.2。圖3.2總體工藝流程圖3.2.2手動模式工藝流程圖當用戶按下手動按鈕后，程序進入手動模式。通過按下向左、向右、向下、向上按鈕控制發(fā)射機的位置，按下發(fā)射按鈕發(fā)射網(wǎng)球。手動模式工藝流程圖如圖3.3。圖3.3手動模式工藝流程圖3.2.3自動模式一工藝流程圖當用戶按下自動模式一時，發(fā)射機開始自動執(zhí)行模式一程序。首先從起點向上移動到達上極限開始發(fā)球，發(fā)射完設(shè)定的數(shù)目后往下到達中間點，如此將上下左右中五個點走遍。自動模式一流程圖如圖3.4。圖3.4自動模式一流程圖3.2.4自動模式二工藝流程圖當用戶按下自動模式二時，發(fā)射機開始自動執(zhí)行自動模式二程序。首先從起點斜向運行到左上極限點開始發(fā)球，發(fā)射完設(shè)定數(shù)目后開始右移到右上極限點，如此直到回到起點。自動模式二工藝流程圖如圖3.5。圖3.5自動模式二流程圖3.3基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機輸入控制信息分析根據(jù)基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的系統(tǒng)需求，系統(tǒng)需要的輸入控制信號有以下幾種：發(fā)射機啟動停止信號（由啟動停止開關(guān)產(chǎn)生）；手動模式、自動模式一、自動模式二選擇信號（由手動模式、自動模式一、自動模式二選擇開關(guān)產(chǎn)生）；手動模式控制發(fā)射機信號（由按鍵向上、向下、向左、向右產(chǎn)生）；九個點位的信號（由九個行程開關(guān)產(chǎn)生）；手動發(fā)球信號（由發(fā)球按鍵產(chǎn)生）；有無球信號（由光電檢測開關(guān)產(chǎn)生）。其中啟動停止開關(guān)用于控制整個系統(tǒng)的開啟與停止，模式選擇開關(guān)用于用戶選擇不同模式，九個行程開關(guān)用于系統(tǒng)判定發(fā)射機是否到達預(yù)定位置，手動方向按鍵用于用戶選擇發(fā)射機將要到達的位置，手動發(fā)射鍵用于用戶選擇到達位置后是否發(fā)射網(wǎng)球，光電檢測開關(guān)用于判斷框中是否有球。3.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機輸出控制信息分析根據(jù)基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的系統(tǒng)功能，系統(tǒng)輸出信息有如下幾個：輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機發(fā)射電機的啟停信號Y0，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機向上運動的電機啟停信號Y1，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機向下運動的電機啟停信號Y2，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機向左運動的電機啟停信號Y3，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機向右運動的電機啟停信號Y4，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機運行燈點亮熄滅的信號Y5，輸出到控制網(wǎng)球自動發(fā)射機無球報警燈點亮熄滅的信號Y6。3.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機PLC輸入輸出表設(shè)計根據(jù)輸入輸出信息的分析，將輸入輸出信息制定了兩表格，并且分析了大概的作用。輸入輸出表如表3.1。表3.1輸入輸出信息表元件符號端子名稱名稱及作用SB1X0總啟動開關(guān)SB2X1總停止開關(guān)SB3X2手動電機M2正轉(zhuǎn)開關(guān)SB4X3手動電機M2反轉(zhuǎn)開關(guān)SB5X4手動電機M3正轉(zhuǎn)開關(guān)SB6X5手動電機M3反轉(zhuǎn)開關(guān)SB7X6手動發(fā)球開關(guān)SB8X7自動模式一開關(guān)SB9X10自動模式二開關(guān)SB10X24手動模式開關(guān)S1X12上極限限位開關(guān)S2X13下極限限位開關(guān)S3X14左極限限位開關(guān)S4X15右極限限位開關(guān)S5X16左上極限限位開關(guān)S6X17左下極限限位開關(guān)S7X20右下極限限位開關(guān)S8X21右上極限限位開關(guān)S9X22網(wǎng)球檢測開關(guān)S10X23中間限位開關(guān)KM0Y0發(fā)球電機M1狀態(tài)KM1Y1電機M2正轉(zhuǎn)狀態(tài)KM2Y2電機M2反轉(zhuǎn)狀態(tài)KM3Y3電機M3正轉(zhuǎn)狀態(tài)KM4Y4電機M3反轉(zhuǎn)狀態(tài)KM5Y5無球報警燈狀態(tài)KM6Y6運行指示燈狀態(tài)3.6基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的PLC選型根據(jù)上文的分析，本設(shè)計共有20個輸入信號以及7個輸出信號，參照FX2系列的基本單元與擴展單元表格（見表于P113，萍主編.現(xiàn)代電氣控制技術(shù).：大學(xué)，2001），選擇有24個輸入點以及24個輸出點的FX2-48MR即可完成功能。4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機硬件設(shè)計4.1網(wǎng)球自動發(fā)射機工作電路圖設(shè)計系統(tǒng)由3臺電機以及接觸器等元件構(gòu)成。電機M1是控制發(fā)射機發(fā)球，功率為0.45KW，電機M2正、反轉(zhuǎn)控制發(fā)射管向上、下移動，M3正、反轉(zhuǎn)控制發(fā)射管向上、下移動，空氣開關(guān)與接觸器額定電流略大于電機額定電流。網(wǎng)球自動發(fā)射機工作電路圖如圖4.1。圖4.1網(wǎng)球自動發(fā)射機工作電路圖4.2PLC外部接線圖設(shè)計PLC端口與對應(yīng)開關(guān)相連接，從而控制輸出端口，實現(xiàn)PLC與硬件的連接。具體接線圖如圖4.2。圖4.2PLC外部接線圖4.3基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的PLC選型本設(shè)計共有20個輸入信號以及7個輸出信號，參照FX2系列的基本單元與擴展單元表格，選擇有24個輸入點以及24個輸出點的FX2-48MR即可完成功能。4.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的電機選型我們需要三個電機，一個電機控制發(fā)射管的上下移動，一個電機控制發(fā)射管的左右移動，再有一個電機控制網(wǎng)球的發(fā)射，由于網(wǎng)球發(fā)射機的三個電機都沒有大的負載，所以只需要小型電機即可。4.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機的光電開關(guān)選型我們需要一個光電開關(guān)隨時檢測網(wǎng)球發(fā)射機的籃筐中是否有球，所以需要一個良好的光電檢測開關(guān)，當框中無球時，能觸發(fā)光電檢測開關(guān)斷開，以實現(xiàn)停止網(wǎng)球發(fā)射機。4.6元器件表整個設(shè)計所用到的各種元件記錄表見表4.1。表4.1元器件型號表序號元件代號元件名稱元件型號單位數(shù)量01M1交流電機SGMGH-05A臺102M2交流電機SGMGH-02A臺103M3交流電機SGMGH-02A臺104QF1空氣開關(guān)C65N-3PC16A個105QF2.QF3空氣開關(guān)C65N-3PC10A個106FR1熱繼電器TK-E02R-C只107FR2.FR3熱繼電器TK-E02M-C只208FU1熔斷器RT14-20只309FU2-FU4熔斷器RT14-20只810FU5熔斷器RT14-20只211PLC可編程控制器FX2N-48MR臺112SB1啟動開關(guān)XB2BA31C個113SB2停止開關(guān)XB2BA41C個114SB3-SB6手動控制按鍵XB2BA61C個415SB7手動發(fā)球XB2BA21C個116SB8自動模式1XB2BA51C個117SB9自動模式2XB2BA51C個118SB10手動模式開關(guān)XB2BA51C個119KM1-KM5交流接觸器EB9-30-1個620S1-S8限位開關(guān)ZCK-D59C個821S9光電開關(guān)E3JK-DS30M1個122S10居中限位開關(guān)ZCK-D59C個123L無球報警燈LED個124L運行指示燈LED個15基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機軟件設(shè)計5.1中間元件表的制定根據(jù)程序設(shè)計需要，分析整個程序流程圖結(jié)合發(fā)射機的工藝流程，需要使用不少的中間元件，一部分用于控制電機運動，一部分用于控制發(fā)球時間，還有一部分用于控制發(fā)球次數(shù)。根據(jù)不同類型的中間元件的功能與作用我們將選擇的原件列表如下表5.1。表5.1中間元件表序號中間元件功能作用00M0開機狀態(tài)標識01M1觸發(fā)電機M2正轉(zhuǎn)自鎖02M2觸發(fā)電機M2反轉(zhuǎn)自鎖03M3觸發(fā)電機M2再次反轉(zhuǎn)自鎖04M4觸發(fā)電機M2再次正轉(zhuǎn)自鎖05M5觸發(fā)電機M3正轉(zhuǎn)自鎖06M6觸發(fā)電機M3反轉(zhuǎn)自鎖07M7觸發(fā)電機M3再次反轉(zhuǎn)自鎖08M8觸發(fā)電機M3再次正轉(zhuǎn)自鎖09M9觸發(fā)電機M2再次正轉(zhuǎn)自鎖10M10觸發(fā)電機M2、M3正轉(zhuǎn)自鎖11M11觸發(fā)電機M3反轉(zhuǎn)自鎖12M12觸發(fā)電機M2反轉(zhuǎn)自鎖13M13上限位發(fā)球結(jié)束標志14M14中限位發(fā)球結(jié)束標志15M15下限位發(fā)球結(jié)束標志16M16中限位再次發(fā)球結(jié)束標志17M17左極限發(fā)球結(jié)束標志18M18中限位第3次發(fā)球結(jié)束標志19M19右極限發(fā)球結(jié)束標志20M20左上極限發(fā)球結(jié)束標志21M21右上極限發(fā)球結(jié)束標志22M22右下極限發(fā)球結(jié)束標志23M23左下極限發(fā)球結(jié)束標志24M24觸發(fā)電機M2正轉(zhuǎn)、M3反轉(zhuǎn)自鎖25M25手動電機M2正轉(zhuǎn)自鎖26M26手動電機M2反轉(zhuǎn)自鎖27M27手動電機M3正轉(zhuǎn)自鎖28M28手動電機M3反轉(zhuǎn)自鎖29M29啟動狀態(tài)標志序號中間元件功能作用01T0上限位發(fā)球計時02T1中限位發(fā)球計時03T2下限位發(fā)球計時04T3中限位再次發(fā)球計時05T4左極限發(fā)球計時06T5中限位第3次發(fā)球計時07T6右極限發(fā)球計時08T7左上極限發(fā)球計時09T8右上極限發(fā)球計時10T9右下極限發(fā)球計時11T10左下極限發(fā)球計時12C1上限位發(fā)球計數(shù)13C2中限位發(fā)球計數(shù)14C1下限位發(fā)球計數(shù)15C3中限位再次發(fā)球計數(shù)16C4左極限發(fā)球計數(shù)17C5中限位第3次發(fā)球計數(shù)18C6右極限發(fā)球計數(shù)19C7左上極限發(fā)球計數(shù)20C8右上極限發(fā)球計數(shù)21C9右下極限發(fā)球計數(shù)22C10左下極限發(fā)球計數(shù)5.2網(wǎng)球發(fā)射機程序順序功能圖設(shè)計5.2.1網(wǎng)球發(fā)射機主程序順序功能圖設(shè)計通過主程序的啟動開關(guān)控制整個程序的啟動，由于每次開機發(fā)射機都處于中間位置，此時，當啟動發(fā)射機后，通過面板按鍵選擇需要進入的程序，發(fā)射機執(zhí)行對應(yīng)的程序使發(fā)設(shè)機工作。選擇自動模式一后，發(fā)射機進入模式一自動運行狀態(tài)；選擇自動模式二后，發(fā)射機進入模式二自動運行狀態(tài)；選擇手動模式后，發(fā)射機等待用戶手動按鍵命令。系統(tǒng)主程序順序功能圖如圖5.1。圖5.1主程序控制順序功能圖5.2.2網(wǎng)球發(fā)射機手動模式程序順序功能圖設(shè)計用戶通過按鍵選擇手動模式后，發(fā)射機等待用戶按鍵選擇需要移動的方向。當按下向上按鍵的時候，發(fā)射機向上移動直到抵達上極限，然后停止，等待用戶按下發(fā)射鍵執(zhí)行發(fā)射命令；當按下向下按鍵的時候，發(fā)射機向下移動直到抵達下極限，然后停止，等待用戶按下發(fā)射鍵執(zhí)行發(fā)射命令；當按下向左按鍵的時候，發(fā)射機向左移動直到抵達左極限，然后停止，等待用戶按下發(fā)射鍵執(zhí)行發(fā)射命令；當按下向右按鍵的時候，發(fā)射機向右移動直到抵達右極限，然后停止，等待用戶按下發(fā)射鍵執(zhí)行發(fā)射命令。手動模式程序順序功能圖如圖5.2。圖5.2手動模式程序順序功能圖5.2.3網(wǎng)球發(fā)射機自動模式一程序順序功能圖設(shè)計用戶按下自動模式一按鍵后，系統(tǒng)自動開始運行。發(fā)射機從起始位（就是中間位置）開始向上移動，到達上極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往下移動；到達中間位置后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機再次開始往下移動；到達下極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始再次往上移動；到達中間位置后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往左移動；到達左極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往右移動；到達中間位置后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始再次往右移動；到達右極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始再次往左移動回到中間位置。自動模式一程序順序功能圖如圖5.3。圖5.3自動模式一程序順序功能圖5.2.4網(wǎng)球發(fā)射機自動模式二程序順序功能圖設(shè)計用戶按下自動模式二按鍵后，系統(tǒng)自動開始運行。發(fā)射機從起始位（就是中間位置）開始向左上方移動，到達左上極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往右移動；到達右上極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往下移動；到達右下極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機再次開始往左移動；到達左下極限后運動電機停止，發(fā)球電機啟動開始發(fā)球，發(fā)完三次球后發(fā)射機開始往右上方向移動直到回到起始位置。自動模式二程序順序功能圖如圖5.4。圖5.4自動模式二程序順序功能圖5.3PLC編程平臺GXDeveloper介紹GXDeveloper是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QNU、QS、QNA、ANS、ANA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。GXDeveloper具有以下特點：(1)軟件的共GXDeveloper能夠制作Q系列，QNA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。(2)利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。(3)程序的標準化：用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用；功能塊（以下，略稱作FB）FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤；只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。(4)能夠簡單設(shè)定和其他站點的由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。(5)能夠用以下各種方法和可編程控制器CPU連接：經(jīng)由串行通訊口;經(jīng)由USB;經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板;經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計算機插板;經(jīng)由CC-Link計算機插板;經(jīng)由Ethernet計算機插板;經(jīng)由CPU計算機插板;經(jīng)由AF計算機插板。(7)豐富的調(diào)試功能：由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)，沒有必要再和可編程控制器連接，沒有必要制作條使用的順序程序；在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的容的情況下提供非常大的便利；數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。5.4基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機程序設(shè)計考慮到程序功能并不復(fù)雜而且程序段相似，采用順序控制指令，通過主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。由于采用的中間繼電器為斷電無法保持類型，無需使用條件轉(zhuǎn)移指令即可實現(xiàn)功能。采用先編寫主程序后編寫子程序的思想，使用CALL指令調(diào)用子程序從而實現(xiàn)用戶按鍵選擇不同模式的功能。整個程序結(jié)構(gòu)比較簡單，所以后期調(diào)試也較為方便。這樣使得程序結(jié)構(gòu)清晰明了。主程序以及部分子程序如下圖5.5。圖5.5主程序及部分子程序5.5基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機程序調(diào)試三菱FX系列PLC所采用的編程平臺GXDeveloper下可安裝GXSIMULINK仿真模塊，在程序編輯完成后，可在GX平臺上啟動仿真平臺。程序?qū)⒈晃氲皆诖嫣摂M出現(xiàn)的一個PLC。編輯界面轉(zhuǎn)入到監(jiān)控界面，并出現(xiàn)梯形圖邏輯測試工具。在窗口選擇“工具菜單”，添加X，Y，T，M軟元件存監(jiān)視窗口，界面設(shè)置如圖5.6。圖5.6梯形圖邏輯測試窗口仿真調(diào)試時，X、Y、M和T分別對應(yīng)PLC的輸入、輸出和中間繼電器。跟據(jù)需要置數(shù)的X標號，用鼠標左鍵點擊對應(yīng)的X，強制X等于1，然后查看Y、T、M的變化是否滿足預(yù)期。通過這種強制置數(shù)方式，從而達到仿真效果。用這種方法分別調(diào)試主程序，手動程序，自動模式一程序，自動模式二程序，以此來驗證程序的正確性。初期調(diào)試時，在仿真過程中，會遇到執(zhí)行子程序1時，其它子程序使用的常開繼電器也被置一，后來發(fā)現(xiàn)是主程序結(jié)束后忘記加上FEND指令，導(dǎo)致子程序標記無效。由于很多點的行程開關(guān)繼電器同時出現(xiàn)在不同子程序，所以觀察程序是否正確要準確找到不同的觀察點來判定。6基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計6.1易控組態(tài)軟件介紹易控（INSPEC）是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件，亦稱人機界面（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件。易控以通訊的方式和控制系統(tǒng)相連，能讀寫控制系統(tǒng)部的信息，并以圖形和動畫等直觀形象的方式呈現(xiàn)這些信息，以方便對控制流程的監(jiān)視。也可以通過易控直接對控制系統(tǒng)發(fā)出指令、設(shè)置參數(shù)干預(yù)控制流程。易控能對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行運算處理，將結(jié)果返回給控制系統(tǒng)，協(xié)助控制系統(tǒng)完成復(fù)雜的控制功能，易控還能對從控制系統(tǒng)得到的以及自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲、報表等等其他功能，從而延伸控制系統(tǒng)的能力和彌補控制系統(tǒng)的不足。比如易控可以作為中間橋梁，將控制系統(tǒng)和工廠的企業(yè)管理信息系統(tǒng)聯(lián)接起來，將多個控制系統(tǒng)聯(lián)接起來，使他們之間能交換數(shù)據(jù)、共享資源，協(xié)助和管理曾經(jīng)是各自孤立的控制系統(tǒng)。從而在更大圍優(yōu)化了控制結(jié)構(gòu)，提高綜合自動化效率。易控可以應(yīng)用于機械制造、化工、電力、冶金等任何涉及自動化控制的領(lǐng)域，它本身沒有行業(yè)的限制，只要它和控制系統(tǒng)之間能進行數(shù)據(jù)交換即可。易控設(shè)置了常見的PLC、DCS、PC板卡、智能儀表等設(shè)備的支持。易控（INSPEC）易控（INSPEC）組態(tài)式監(jiān)控系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)其他的控制系統(tǒng)圖6.1易控控制模式圖6.2上位監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計新建一個工程，工程名為“網(wǎng)球自動發(fā)射機”。工程欄里新建畫面1并打開?！皥D形”欄選擇“常用”并選擇10個大小相同的“button”并依次排好。（4）分別右鍵單擊每一個“button”選擇“屬性”欄目中“文本”修改名稱為“啟動”，“停止”，“模式一”，“模式二”，“手動”，“上升”，“下降”，“向左”，“向右”，“發(fā)球”。（5）“圖庫”中選擇“指示。儀表”并選擇兩個二極管在桌面上布好，以作運行指示燈，故障燈之用。（6）“圖庫”欄“指示。儀表”中選擇9個指示燈并按4個正方形形式布置。（7)將上述圖形在桌面上按一定順序布置好并保存，控制界面如圖6.3。圖6.3控制界面圖6.3易控變量組設(shè)置打開易控，新建變量組，并在變量表中新建變量組，并依此與輸入輸出I/O表對應(yīng)起始地址，單元長度，寄存器類型，數(shù)據(jù)類型，變量組等。易控變量組設(shè)置見表6.3和6.4。表6.3變量組設(shè)置表6.4變量組設(shè)置6.4易控FX串口設(shè)置打開易控，新建I/O通信，并在串口設(shè)置中選擇虛擬設(shè)備，再選擇PLC，然后選擇型號為三菱FX系列編程口基本屬性設(shè)置等。易控FX串口設(shè)置見圖6.4和圖6.5。圖6.4串口設(shè)置圖圖6.5串口設(shè)置圖7基于PLC的網(wǎng)球自動發(fā)射機綜合調(diào)試7.1綜合調(diào)試平臺說明綜合調(diào)試，就是將PLC和易控連接起來，運行易控，通過控制易控按鍵，實現(xiàn)動畫的動作，從而驗證整個設(shè)計的成功與否。級聯(lián)需要通過軟件MXComponent連接PLC與易控。具體設(shè)置如圖7.1以及圖7.2。圖7.1MXComponent設(shè)置圖7.2MXComponent設(shè)置在實際中微機作為PLC的編程硬件平臺，GXDeveloperVersion7作為編程的軟件平臺，轉(zhuǎn)換器為JH-04或者SC-08將微機的RS-232串口進行轉(zhuǎn)換，使得PLC與微機進行相關(guān)通信，系統(tǒng)連接圖如圖7.3。 圖7.3級聯(lián)示意圖軟件測試中微機就被易控軟件以及虛擬存單元代替了，軟件MXcomponent代替了轉(zhuǎn)換器起到易控與GXDeveloper的作用，綜合仿真的連接示意圖如圖7.4。圖7.4軟件綜合仿真示意圖7.2綜合調(diào)試的步驟首先按照上述進行MXComponent的程序設(shè)置，然后運行GXDeveloper，打開網(wǎng)球自動發(fā)射機的程序，點擊梯形圖測試按鈕開始仿真，最后打開易控組態(tài)軟件，運行網(wǎng)球自動發(fā)射機，當運行工程時，界面下方會編譯輸出，如果沒有輸出警告或者錯誤，說明易控設(shè)計成功，如圖7.5。圖7.5易控編譯輸出界面7.3整體的綜合調(diào)試在完成上訴準備后，點擊模擬界面按鈕查看運行狀態(tài)，通過觀察GXDeveloper繼電器存監(jiān)視窗口里面的變化確定是否成功。界面如圖7.6。圖7.6綜合調(diào)試8總結(jié)通過兩個周的努力，我們利用PLC和易控組態(tài)軟件設(shè)計出了網(wǎng)球自動發(fā)射機。通過實驗，可以實現(xiàn)發(fā)射機在9個不同位置發(fā)球。該發(fā)射機可以根據(jù)用戶的需要調(diào)節(jié)不同難度的模式進行發(fā)球，是一個能滿足大多數(shù)人需要的簡易網(wǎng)球自動發(fā)射機。但是，本設(shè)計還存在很多需要改善的地方。最大缺陷是本實驗設(shè)計的網(wǎng)球發(fā)射機不能滿足高水平運動員的運動需求，不能隨機不規(guī)律的發(fā)球，發(fā)射出去的球落地點比較單一，而且發(fā)射機移動需要一定時間，對于專業(yè)人員的訓(xùn)練不是很好。如果進行相關(guān)改進后應(yīng)用與實際，能夠改善目前網(wǎng)球自動發(fā)射機發(fā)射方式單一的不足。在這兩周的時間里我們又重溫了電氣技術(shù)與PLC的相關(guān)知識，進一步了解了用相關(guān)知識進行PLC設(shè)計的相關(guān)方法和步驟。在對問題全面思考的能力上有了一定的提升，對課本知識的理解與運用的能力也得到了提升。課程設(shè)計前期大家都顯得比較迷茫，熟話說的好嘛，萬事開頭難。經(jīng)過大家對以往知識的復(fù)習，從網(wǎng)上收集相關(guān)資料，慢慢開始有了頭緒。首先對系統(tǒng)功能的分析與工藝流程的探討確定了系統(tǒng)大概的運行流程，進而分析出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，然后根據(jù)具體的基本要求從而討論除了系統(tǒng)的模式劃分。在模式確定了的基礎(chǔ)上友探討出了各個模式的運行過程框圖，從而得出了輸入輸出表。然后根據(jù)自身實際以及時