【正文】 TIAN CHENGJUN。Chan， .。盡管如此，本設(shè)計還存在許多缺陷及不完美處，在軟件方面，若增加與上游環(huán)節(jié)機械臂的信息通信通道，則可更輕易的完成載物轉(zhuǎn)臺及整個流水線的工作狀態(tài)監(jiān)控，有助于使生產(chǎn)活動更安全、高效。 SIMULINK是MATLAB的一大特色部分，其強大的電路仿真功能被電氣工程師所喜愛，它可以不用復(fù)雜的語言編程，只需要用到在元件庫中跟實際元件相吻合的模擬元件，然后按電路設(shè)計的圖紙相連接，就可以實現(xiàn)電路的仿真。這樣一來可以在模擬運行中檢測出較為明顯的錯誤，降低在實際運行中的錯誤率。它們是運行時非常重要的監(jiān)控數(shù)據(jù)，一旦溫度傳感器超過顯示溫度，觸摸屏報警。畫面的右半邊是手動和自動模式的切換按鈕，在運行過程中，這兩個按鈕使不顯示出來的，因為在系統(tǒng)的運行過程中，手動和自動模式是不能相互切換的，必須在系統(tǒng)停止以后，才能在手動和自動模式之間切換。MCGS元素的排列不僅僅是一維排列，還可以在二維空間里排列，這就是層的概念。界面第二行是畫面編輯操作菜單。在項目中，我們要選擇的所用觸摸屏的大小，型號是TCP1063E，選擇以后就會出現(xiàn)一個適合本屏幕應(yīng)用的窗口供我們在上面編輯畫面。進行組態(tài)設(shè)計時,控制策略是必不可少的。主控窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略的組態(tài)屬軟件組態(tài)范疇,設(shè)備窗口的組態(tài)屬硬件組態(tài)范疇。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。 MCGS觸摸屏軟件設(shè)計 MCGS軟件介紹計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠程監(jiān)控及診斷、雙機熱備等先進技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面，MCGS工控組態(tài)軟件將為您提供強有力的軟件支持。在圖410中，IN端是接受到的模擬量輸入端子的地址。操作系統(tǒng)在設(shè)定的間隔后調(diào)用OB35時，如果上一次執(zhí)行的OB35仍未結(jié)束，則操作系統(tǒng)將調(diào)用OB80（循環(huán)中斷錯誤）。 循環(huán)中斷程序流程設(shè)計循環(huán)中斷(看門狗）用于在一定的間隔執(zhí)行程序塊。如果新的OB塊調(diào)用FB和FC, 則每一個塊的處理數(shù)據(jù)將被存儲在塊堆棧中(B堆棧)。當(dāng)比當(dāng)前執(zhí)行的程序優(yōu)先級更高的OB被調(diào)用時，在當(dāng)前指令結(jié)束后產(chǎn)生中斷。這些塊除了OB以外，各個塊之間均可以互相調(diào)用。轉(zhuǎn)臺在手動工作模式后，全部的運行由人員參與，但是旋轉(zhuǎn)和位置檢測依然由程序來完成，這樣可以保證旋轉(zhuǎn)精度。完成信號給出后，PLC控制電機倒轉(zhuǎn)，傳感器檢測轉(zhuǎn)臺的位置信息。復(fù)位信號正確信號給出后，機械臂開始動作，把物件裝到轉(zhuǎn)臺固定的位置，同時程序不斷檢測物件是否裝滿8個。自動程序運行時，不需要人員的參與，完全由PLC自動檢測各個環(huán)節(jié)，自動運行。作為自動化機械臂流程的一部分，在系統(tǒng)開始運行前需要檢測機械載物轉(zhuǎn)臺是否在正確位置，如果不是，則需要手動調(diào)節(jié)使轉(zhuǎn)臺復(fù)位。最重要的是模擬量I/O、數(shù)字量I/O的地址已經(jīng)分配好并且固定不變，在以后的編程中，可以隨時觀看硬件組態(tài)里顯示的地址信息。第二槽放置CPU模塊。硬件組態(tài)是S7300型以上的西門子PLC才需要做的。左邊一塊是項目樹，在它里面可以找到所有需要設(shè)計的內(nèi)容還可以更改設(shè)計好的內(nèi)容，非常方便操作[22]。在調(diào)試過程中，能同時監(jiān)測硬件和軟件，大大方便了安裝調(diào)試人員的工作強度和難度。軟件設(shè)計中，按軟件實現(xiàn)的功能將軟件劃分成若干具有一定功能的程序模塊，這樣就可將一個較大較復(fù)雜的程序劃分為若干小地方簡單的程序來處理，這對我們的編程是簡單的。 數(shù)字量輸出模塊的接線如圖311a、311b所示。在選用的溫度傳感器和編碼器都為四線制電流型的，所以在設(shè)置時，應(yīng)將量程卡選在C處，相應(yīng)的軟件設(shè)置在下面做出解釋。在模擬量模塊的接線和配置中有很多需要注意的地方。 數(shù)字量、模擬量輸入模塊地址分配SM321數(shù)字量輸入模塊一共有32個輸入點，在整個設(shè)計中用不到這么多，留下備用作為以后系統(tǒng)的升級和產(chǎn)品的換代使用。 主電路設(shè)計 圖 37 主電路設(shè)計主電路采用三相380VAC/單相220VAC分開的設(shè)計思路，主要目的是：動力電380VAC中的諧波成分比較大，加濾波器后可以有所改善，但是三相電的功率因數(shù)會隨著負載電動機的運行而降低，不穩(wěn)定；220VAC主要是為PLC的電源模塊供電，電源模塊的供電質(zhì)量決定其輸出24VDC的穩(wěn)定程度，要想PLC和其它傳感器、繼電器可靠工作，穩(wěn)定的電源是必不可少的；所以三相電源和兩相電源分開，一則增加整個設(shè)備的穩(wěn)定，二則可以使PLC穩(wěn)定工作。 編碼器選型編碼器在載物轉(zhuǎn)臺中主要是檢測電機的轉(zhuǎn)速，所以用旋轉(zhuǎn)編碼器就可以實現(xiàn)。故障現(xiàn)象： 旋轉(zhuǎn)編碼器壞（無輸出）時，變頻器不能正常工作，變得運行速度很慢，而且一會兒變頻器保護，顯示“PG斷開”...聯(lián)合動作才能起作用。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的?，F(xiàn)在編碼器的廠家生產(chǎn)的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型編碼器、機床專用編碼器、伺服電機專用型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設(shè)備通訊。 編碼器的工作原理 編碼器的工作原理及作用：它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測量直線位移。1℃調(diào)整方式：電位器電源電壓：24VDC177。%FS熱電偶/mV：177。功能特點：變送器信號電源同為兩根普通導(dǎo)線，節(jié)省了熱電偶專用補償導(dǎo)線，降低了線路干擾帶來的誤差。由分析可知，載物轉(zhuǎn)臺的類型屬于恒轉(zhuǎn)矩負載；選用施耐德AVT71DLM3XZ型號變頻器，其技術(shù)特點為： 1. 電壓380V三相，額定功率75KW； 2. 環(huán)境溫度：運行：10C+50C,不降容，最高可達60C,降容； 可緊湊式并排安裝，考慮降容； 3. 儲存：25C+70C； 4. 相對濕度：595%，無凝露或滴水； 5. 最大工作高度：1000米，不降容； 6. 10003000米，每升高100米，降容1％； 7. 線路板帶有三防涂層，還可以定購帶加強涂層的產(chǎn)品； 8. 全中文操作界面； 9. 完美的抱閘控制邏輯，制動狀態(tài)反饋； 10. 高速提升和稱重功能； 11. 5種電機控制模式，ENA系統(tǒng)； 12. 故障禁止和緊急撤離； 13. 欠壓管理和直流母線供電； 溫度傳感器的選擇在整個檢測環(huán)節(jié)，溫度傳感器的選擇尤為重要，它可以偵測到所檢測部件是否超過工作允許的最大溫度。變轉(zhuǎn)矩負載：負載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的函數(shù):在低速下需要較小的轉(zhuǎn)矩, 而在高速下需要較大的轉(zhuǎn)矩。輸出電壓波形為脈沖波，其形成機制稱為脈寬調(diào)制技術(shù)。當(dāng)直流母線電壓超過某規(guī)定電壓時,制動晶體管導(dǎo)通,降低到另一規(guī)定電壓后,。直流電抗器是串聯(lián)在直流中間回路的一個或兩個扼流圈, 因其通過的電流為直流電流, 故亦成為直流扼流圈。儲能濾波：變頻器運行過程中需要相對穩(wěn)定的直流母線電壓，用儲能電容保證。上電緩沖：上電瞬間，對儲能電容快速充電。圖34 變頻器原理圖整流部分：D1D6六個功率二極管組成變頻器的全橋整流電路。變頻器的使用滿足了電能節(jié)約和電機速度的要求，但是大功率變頻器會給電網(wǎng)造成很大的噪聲污染，使地區(qū)的電網(wǎng)出現(xiàn)無功功率比較大，諧波較高的情況，所以大功率變頻器安裝的同時，必須要有就地補償電抗器，這樣就可以抵消變頻器的不足之處。 使用變頻器的壞處： A．對其他設(shè)備干擾大。 使用變頻器的好處： A．調(diào)速方便（相對與調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電子調(diào)速等）。 控制模式：變頻器一般有三種基本方式可選擇： 1．有速度傳感器矢量控制，閉環(huán)矢量。 異步電動機的的轉(zhuǎn)速公式為： (31) 其中： n：電機轉(zhuǎn)速（r/min） f：電源頻率（HZ） p：電機磁極對數(shù) s：轉(zhuǎn)差率從以上公式看，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最佳方法是調(diào)節(jié)供電電源的頻率，調(diào)節(jié)電源頻率的設(shè)備就稱作變頻器，變頻器的英文標識為VSD, VFD, Converter, Inverter, Speed Drive等等。電機按電能的類型可以分為：直流電機；交流電機。通用變頻器已在各行各業(yè)中的各種設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，并成為當(dāng)今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的主要手段之一。為了保證這一可靠切斷，行程開關(guān)必須被驅(qū)動超過額定行程。在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。可用于直接與PLC編程器相通信，漏電流和電壓降完全適合PLC的輸出要求。接頭方式從圓形3毫米到方形80*40*100毫米；。3RG4電感式接近開關(guān)能可靠快速的檢測金屬物體，同時具備特別高的開關(guān)精度和操作頻率以及長使用壽命。 選用MCGS型號為TPC1062K的觸摸屏，分辨率為800*480,，ARM CPU ,主頻400MHz，64M DDR2內(nèi)存，128M NAND Flash。，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。其中的“實時數(shù)據(jù)庫”是整個系統(tǒng)的核心。3. 實時性與并行處理。MCGS工控組態(tài)軟件的功能和特點可歸納如下：1．概念簡單，易于理解和使用。觸摸屏結(jié)合PLC的使用在變頻調(diào)速節(jié)能環(huán)節(jié)的應(yīng)用，讓操作者可以直觀的設(shè)定某些數(shù)據(jù)如壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等，更加方便快捷，提高生產(chǎn)效率[13]。AI8*12位；（訂貨號：6ES7 3317NF000AB0）。 技術(shù)數(shù)據(jù)為：1. 輸出點數(shù)：32點 2. 電纜長度：非屏蔽600M,屏蔽1000M。西門子數(shù)字量輸出模塊SM322。其屬性為：32點數(shù)字量輸入，16組電氣隔離，額定輸入電壓為24V適用于開關(guān)及2/3/4線接近開關(guān)（BERO）。實際選擇時一般還需留有10%～15%的I/O余量。4. 戶外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和3152DP。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。S7300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。 S7300系列模塊的選擇SIMATIC S7300 PLC S7300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。第3章 載物轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC可編程控制器的選型 德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。正確的選擇接地地點和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 ，遠高于其他各種機型。 ，容易維修。以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化[8]。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)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。，預(yù)算投入過大。工控機自身的優(yōu)點：工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。為AT開關(guān)電源，平均無故障運行時間達到250,000小時。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計算機[5]。比較其他控制器其缺點：用單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強,開發(fā)周期長。單片機包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無）、128B 容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲