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基于PLC和觸摸屏控制的上料單元設計

摘要

本文介紹餓觸摸屏結合PLC在上料單元系統(tǒng)中的應用，并對改控制系統(tǒng)中的觸摸屏頁面設計和PLC的原理及作用進行了分析。系統(tǒng)改造中，一PLC作為空系統(tǒng)的核心，以觸摸屏作為人機界面，系統(tǒng)界面友好，簡單直觀，易于操作，并著重介紹了PC和觸摸屏的硬件和軟件設計系統(tǒng)使用說明PLC的使用提高餓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾觸摸屏的使用減少了大量的硬件設施以及由此而帶來的故障。

關鍵詞：傳送帶，人機界面，三菱編程器，變頻器，上料機

Abstract

ThispaperintroduceshungrytouchscreencombiningPLCinfeedingunitsystem,theapplicationofchangecontrolsystemofthetouch-screenpagedesignandPLCprincipleandeffectareanalyzed.Systemreform,aPLCasemptythecoreofthesystem,aswithtouchscreenman-machineinterface,systemfriendlyinterface,simple,intuit[NextPage]ive,andeasytooperate,andintroducesmainlythePCandtouchscreenandthedesignofhardwareandsoftwaresystemsinstructionsPLCcontrolsystemusingimprovehungrystabilityandanti-jammingoftouchscreenusingreducedthehardwarefacilities,andthusbroughtthefault.

Keywords:conveyorbelt,man-machineinterface,mitsubishiprogrammer,inverter,feedingmachine

第一章緒論

1.1選題背景

可編程邏輯控制器已成為工業(yè)自動化三大技術支柱（即PLC.機器人和CAD/CAM）之一，被喻為工業(yè)控制的靈魂，隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的機器與現(xiàn)場操作都趨向于使用人機界面，PLC控制器強大的功能及復雜的數(shù)據處理也呼喚一種功能與之匹配而操作有簡單的人機界面的出現(xiàn)，觸摸屏的應用而生無疑是21世紀自動化領域里的一個巨大的革新。

1.2相關研究現(xiàn)狀及前景

PLC是以[NextPage]微處理器為核心，不僅能夠處理數(shù)字量，還能都處理模擬量，具有邏輯運算、順序運算、計時計數(shù)、算術運算功能，現(xiàn)在的PLC還具有良好的通訊功能，易于和其他職能設備實現(xiàn)聯(lián)合控制。

觸摸屏控制即工業(yè)人機界面，簡稱HMI，是一種智能化操作控制顯示裝置，工業(yè)人機界面特殊設計的計算機系統(tǒng)32未RISCCPU芯片核心，在STN、TFT液晶顯示或EL電發(fā)光顯示器上罩有透明的電阻網絡式觸摸屏。觸動屏幕時，電阻網絡上的電阻和電壓發(fā)生變化，并由軟件計數(shù)出觸摸屏位置，HMI的主要功能有：書記的輸入與顯示；系統(tǒng)或設備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；在HMI上設置觸摸屏控件可把HMI作為操作面板運行控制操作；報警處理及打印。此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程，對輸入的數(shù)據進行處理，數(shù)據登陸及配方等只能花控制功能。

1.3內容章節(jié)概述

本文主要從PLC,硬件結構，界面設計和程序設計四個方面闡述"基于PLC和觸摸屏控制的上料單元設計"。開始概述PLC的發(fā)展歷程及其應用，硬件設計介紹本次設計系的統(tǒng)結構框圖，觸摸屏界面概述操作界面，程序設計主要說明PLC操作過程的詳細動作

目錄

第一章緒論III

1.1選題背景III

1.2相關研究現(xiàn)狀及前景III

1.3內容章節(jié)概述III

第二章可編程控制器概述2

2.1可編程控制器的產生及定義2

2.2可編程控制器的分類[NextPage]及特點2

2.3可編程控制器的應用4

2.4PLC控制系統(tǒng)的分類4

第三章可編程控制器原理6

3.1ＰLC的組成與基本結構6

3.2ＰＬＣ各組成部分7

3.3ＰＬＣ的基本工作原理8

3.4ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ滯后現(xiàn)象9

第四章步進電機及驅動9

4.1步進電機簡介9

4.2BS86HB80-04高性能二相混合式步進電機12

4.3步進電機驅動器簡介12

4.4YKA2608MC高性能二相混合式步進電機驅動13

第五章變頻器17

5.1變頻器簡介17

5.2FR-D700變頻器18

第六章傳感器和氣動元件19

第七章人機界面20

7.1編輯界面20

第九章總結23

附錄程序設計24

參考文獻33

致謝34

第二章可編程控制器概述

2.1可編程控制器的產生及定義

2.1.11969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應用在美國通用汽車公司（GM）的生產線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（programmablelogiccontroller）。

2.1.270年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，使PLC從開關量[NextPage]的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmableontroller）。但由于PC容易與個人計算機（personalcomputer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。

2.1.31985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：

可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。

2.1.4PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。

2.1.5PLC是集自動控制技術、計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

2.2可編程控制器的分類及特點

2.2.1從組成結構形式分

一體化整體式ＰＬＣ、模塊式結構化ＰＬＣ

2.2.2從組成結構形式分

超小型ＰＬC、小型ＰＬＣ、中型ＰＬＣ、大型ＰＬＣ、超大型ＰＬＣ

2.2.3按輸出形式分

[NextPage]繼電器輸出：為有觸點輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負載

圖片2-1繼電器輸出

晶體管輸出：為無觸點輸出方式，適用于高頻小功率直流負載

圖2-2晶體管輸出型（NPN集電極開路）

圖2-3晶體管輸出型（PNP集電極開路）

晶閘管輸出：為無觸點輸出方式，適用于高速大功率交流負載

圖2-4晶閘管輸出型

特點：

*可靠性高、抗干擾能力強

*編程簡單、使用方便

*設計、安裝容易，維護工作量少

*功能完善、通用性好，可實現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）這三電集于一體。

*體積小、能耗低

*性能價格比高

2.3可編程控制器的應用

*開關量的邏輯控制

*位置控制

*過程控制

*數(shù)據處理

*通信聯(lián)網

*ＣＩＭＳ的應用

2.4PLC控制系統(tǒng)的分類

2.4.1集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)是用一個PLC控制一臺或多個被控設備。主要用于輸入、輸出點數(shù)較少，各被控設備所處的位置比較近，且相互間的動作有一定聯(lián)系的場合。其特點是控制結構簡單。

圖2-4集中式控制系統(tǒng)

2.4.2遠程式控制系統(tǒng)

遠程式控制系統(tǒng)是指控制單元遠離控制現(xiàn)場，PLC通過通信電纜與被控設備進行信息傳遞。該系統(tǒng)一般用于被控設備十分分[NextPage]散，或工作環(huán)境比較惡劣的場合。其特點是需要采用遠程通信模塊，提高了系統(tǒng)的成本和復雜性。

圖2-5遠程控制系統(tǒng)

2.4.3分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)即采用幾臺小型PLC分別獨立控制某些被控設備，然后再用通信線將幾臺PLC連接起來，并用上位機進行管理。該系統(tǒng)多用于有多臺被控設備的

大型控制系統(tǒng)，其各被控設備之間有數(shù)據信息傳送的場合。其特點是系統(tǒng)靈活性強、控制范圍大，但需要增加用于通信的硬件和軟件，系統(tǒng)的復雜性也更大。

圖2-6分布控制系統(tǒng)

第三章可編程控制器原理

3.1ＰLC的組成與基本結構

ＰＬＣ主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成，其中ＣＰＵ是ＰＬＣ的核心，Ｉ／Ｏ部件是連接現(xiàn)場設備與ＣＰＵ之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機連接。對于整體式ＰＬＣ，所有部件都裝在同一機殼內；對于模塊式ＰＬＣ，各功能部件獨立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上。不同廠商生產的不同系列產品在每個機架上可插放的模塊數(shù)是不同的，一般為3－10塊?？蓴U展的機架數(shù)也不同，一般為2－8個機架?；緳C架與擴展機架之間的距離不宜太長，一般不超過10M。

圖2.1硬件結構

3.2ＰＬＣ各組成部分

3.2.1中央處理單元ＣＰＵ

ＣＰＵ通過輸入裝置讀入外設的狀態(tài)，由用戶程序去處理，[NextPage]并根據處理結果通過輸出裝置去控制外設。

一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)，一個是字處理器，它是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，內部計數(shù)器，內部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調位處理器及輸入輸出。另一個為位處理器，也稱布爾處理器，它是從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機器操作系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)ＰＬＣ編程語言向機器語言轉換。

ＣＰＵ處理速度是指ＰＬＣ執(zhí)行1000條基本指令所花費的時間。

3.2.2存儲器

存儲器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程序及工作數(shù)據。

ＰＬＣ所用的存儲器基本上由ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ及ＲAM等組成。

輸入／輸出部件

輸入／輸出部件又稱Ｉ／Ｏ模塊。ＰＬＣ通過Ｉ／Ｏ接口可以檢測被控對象或被控生產過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據作為ＰＬＣ對控對象進行控制的信息依據。同時ＰＬＣ又通過Ｉ／Ｏ接口將處理結果送給被控設備或工業(yè)生產過程，以實現(xiàn)控制。

3.2.3編程裝置和編程軟件

ＰＬＣ是以順序執(zhí)行存儲器中的程序來完成其控制功能的。

3.2.4電源部件

3.3ＰＬＣ的基本工作原理

3.3.1ＰＬＣ的循環(huán)掃描

ＰＬＣ的ＣＰＵ是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行，這種分時操作進程稱為ＣＰＵ對程序的掃描。[NextPage]ＰＬＣ的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。ＣＰＵ從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。

3.3.2ＰＬＣ工作過程

1）、公共操作

公共操作是在每次掃描程序前進行的自檢。

2）、數(shù)據Ｉ／Ｏ操作

數(shù)據Ｉ／Ｏ操作也稱為Ｉ／Ｏ狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：

1）采樣輸入信號，即刷新輸入狀態(tài)表的內容

2）送出處理結果，即用輸出狀態(tài)表的內容刷新輸出電路

3）、執(zhí)行用戶程序操作

4）、處理外設請求操作

外設的請求命令包括操作人員的介入和硬件設備的中斷

圖3-2PLC的掃描工作過程

3.4ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ滯后現(xiàn)象

造成Ｉ／Ｏ響應滯后的原因：

◆掃描方式

◆電路慣性

◆輸入濾波時間常數(shù)和輸出繼電器觸點的機械滯后

◆與程序設計安排有關

第四章步進電機及驅動

4.1步進電機簡介

步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度

、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的[NextPage]簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

圖4-1步進電機詳圖

4.1.1三相反應式步進電機原理

A、結構：電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉子的展開圖：

圖4-2定轉子展開圖

B、旋轉：如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊