基于自整定模糊-PID控制的直流无刷电机调速系统设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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毕 业 设 计（论 文） 设计 (论文 )题目： 基于 蓝牙无线遥控物料传送分拣装置 学生姓名： 李旭峰 学 号： 1404102056 专 业： 电气工程及其自动化 所在学院： 机电 工程学院 指导教师： 周洪 职 称： 讲师 2018 年 4 月 4 日 目录 摘 要 . 3 1 绪论 . 4 1.1 课题背景 . 4 1.2 课题意义 . 4 1.3 本文研究内容 . 5 2 设计要求 . 6 2.1 通过 PLC 可以对物料进行分拣 . 6 2.2 通过蓝牙控制传送带速度和启停 . 6 3 总体设计及设备选择 . 7 3.1 物料分拣 PLC 模块系统方案的选择 . 7 3.2 蓝牙无线遥控单片机模块 . 16 3.3 系统电气原理图 . 16 4 系统硬件电路与软件设计 . 17 4.1 系统硬件电路设计 . 17 4.2 系统软件设计 . 24 5 实验测试 . 29 5.1 实验测试平台的介绍 . 29 5.2 系统功能测试 . 31 6 总结 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 36 摘 要 自动分拣控制系统广泛应用于社会各行各业，如：火力发电厂、物流配送中心、邮局、采矿、港口、码头、仓库该控制系统的应用可以大大提高企事业单位该环节的生产效率。通过查阅大量资料，对自动分拣系统及其相关的技术发展、现状和趋势作了一个比较全面的总结。在熟悉了自动分拣系统的原理的基础上，根据一定的分拣要求以三菱 PLC 为控制核心， Mcgs 组态软件为监控软件，设计出物料分拣控制系统。该物料分拣系统以 PLC为主控制器 ,结合气动装置、传感器技术、组态监控等技术 ,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、分拣精 度高、易控制的特点 ,对不同的分拣对象 ,稍加修改本系统即可实现要求。 并且 可以通过蓝牙进行无线遥控，这样可以增加物料分拣的使用性。 关键词： 物料分拣 ; 组态监控；传感器；控制软件 1 绪论 1.1 课题背景 自动分拣系统是指能够识别物品属性并对物品进行分类传输的自动系统。自动分拣系统由传输供件同步导入装置、识别及控制系统、机械分拣机构及信息处理系统等组成 。 机电一体的综合程度主要体现在柔性生产、智能制造等生产自动化的应用水平上，自动化生产线（ Automatic production line， APL）是一种能够实现产品自动化生产的综合系统， APL 技术的成熟，推动了相关制造业的快速发展。近年来，随着周边相关技术的不断进步，工艺水平的不断提高，自动化设备得到广泛的使用，满足了控制对象不断变化的企业现场需要，社会分工的越来越细致，通过精准化生产和柔性化生产最终实现工厂的高度自动化是社会发展的必然趋势。 智能装备的制造是我国在实现工业强国战略上的首要发展目标，工业设备制造中自动化技术（ Automation technology）的发展将成为装备制造业的有力护航， 现代制造技术和产品生产工艺水平的大力支撑，企业和工厂应用新型设备进行自动化生产越来越广泛。为适应经济社会的发展和实现企业生产更大规模的自动化，自动化生产技术需要向更高程度的柔性和综合性方向发展。 PLC 凭借其高性价比和强大的抗扰能力和系统稳定性，被工程技术人员广泛采用到现代的自动化生产设备当中，担任系统的指挥中心 。 1.2 课题意义 设计目的就是为企业减少劳动力，增加生产速度，大大加大企业的经济效益。PLC 课程设计是电气控制类专业学生需要完成的教学实践任务，计方法，掌握 PLC各元器件的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。基本任务是设计一个物料分拣控制系统。主要是通过使用 PLC 语言设计规定任务的电气控制装置，是有关专业教学重要的实践环节。其主要目的是通过本课程，培养、启发学生的创造性思维，进一步 PLC 编程及应用的概念，掌握简单 PLC 编程的设计。 本课题试图开发 PLC 对物料与分拣物料的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣，适用于可变换生产品种的中小批量自 动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用 PLC 控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对物料传感器，气缸进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低了安装和转换工作的费用。 1.3 本文研究内容 对 物料 分拣系统 进行了设计，并能 通过 蓝牙 进行无线遥控 。 本课题设计的物料自动分拣系统是基于人工分拣和流水作业线分析的基础上，本文设计的 MASS 主要由五个单元组成：供料单元站、检测单元站、搬运单元站、分拣单元站和不合格品回收站，是一个柔性的检测分拣系统。所有的工作站均安装在合金导轨式台面上，本设计中，执行单元采用了气源驱动，运用各类传感器实现工件的检测，利用变频器驱动皮带运行等，组建了一个经典的材料分拣平台。本设计应用了两台 PLC 作为其程序控制单元，两台 PLC 通过 RS485实现通信。同时，为了显示和改写皮带的即时运行频率， PLC 与变频器之间还应进行通信，本文讨论的主要是无协议通信方式。具体研究内容如下： 1、三菱 PLC 的原理及编程应 用 2、变频器技术应用 3、 PLC 间的通信以及 PLC 与变频器的通信 4、触摸屏技术 5、气动结构与机械执行装置 6、传感器检测技术 7、系统的基本组成 8、系统的功能设计及实现 9、送料站结构与系统设计 10、检测站结构与设计 11、分拣站结构设计 2 设计要求 2.1 通过 PLC 可以对物料进行分拣 1 按下零点启动按钮，机械手回到原点。机械手原点位置状态为：机械手处于皮带位置的垂直上方，机械手爪处于松开状态。 2 按下启动按钮，系统开始工作，给料机构动作，送料至传送带，然后根据工件的性质进行分拣，若机械手处于非零点状态，则按下启动按钮，系统不能运行。 3 按下停止按钮或急停开关动作时，系统停止，停止指示灯亮。 2.2 通过 蓝牙 控制 传送带速度 和启停 通过手机端 ， 发送 指令给蓝牙，控制传送带 的 速度和 启动 停止。 3 总体设计及设备选择 3.1 物料 分拣 PLC 模块 系统方案的选择 3.1.1 PLC 概述 （ 1） PLC 概述 可编程序控制器，简称 PLC，它起源于 20 世纪 70 年代的美国，现已被广泛应用于现场控制领域。鉴于它强大的功能、相当高的可靠性、可灵活配置、操作方便简单以及体积小、重量轻等优点，已快速成为工业自动化制造行业的支柱产品。近年来，由 PLC 构建的系统正越来越多地替代传统的继电 -接触控制系统应用在国产的机床设备和工业现场上，我们国产的 PLC 在稳定性上可以与外国品牌相媲美，在市场上的占有率也在逐年上升。 (2)PLC 的由来和定义 为了配合汽车企业生产流程及工艺不断更新的需要， 20 世纪 60 年代中期，美国通用汽车公司（ GM）提出了一种设想：研制一种性能强大、适用性强而且造价不高的新型工业现场控制装置取代这种传统的继电器控制系统，应用在汽车制造生产线上，并据此列出了这种新型电气控制装置的 10 条招标要求。其中主要的技术要求包括：系统工作可靠，要比继电器系统稳定；价格上具有明显的优势；必须易于编程；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；可以直接驱动相应的执行机构；信息处理能够被直接输送等。美国 DEC 公司依照公布的招标要求，于 1969 年研制成功了世界首台可编程序控制器 PDP-14，并成功应用在通用公司的汽车装配线上 。这项技术的成功运用，掀起了 PLC 发展的大潮。日本在 1971 年开始引进这项新技术，加紧研究，并很快研制出了属于他们的首台可编程控制器。 19731974 年，德、法两国的可编程控制器也相继研究成功。我国第一台以 MC14500 为核心的 PLC，于 1974 年开始研制， 1977 年在工业控制中获得成功应用。现在， PLC 技术广泛应用于工业控制的各个领域， PLC 可编程控制器技术、 CAD/CAM 技术和机器人技术共同构成了工业自动化控制领域的三大支柱。本节将以应用较广泛的三菱公司产品 FX2N 系列 PLC 芯片为背景，介绍 PLC 的原理及应用技术。 3.1.2 可编程控制器的发展 可编程控制器及其配套的技术产品随着经济社会的不断发展，其结构在不断的完善，功能日趋强大，性价比在不断的提高。 1.PLC 技术在用户体验和性能指标方面的发展主要表现在以下几方面： （ 1）向高速、大容量方向发展。目前， PLC 产品的高速扫描可达到 0.1us/步，用户程序的存储容量能够达几十兆字节，容量之大和速度之快正响应人们对复杂系统控制的要求。 （ 2）加强联网和通信能力。 PLC 间、 PLC 与其他设备的网络通信是目前 控制系统发展的主流，在各工业企业和施工单位中得到了广泛应用。为加强 PLC 的通信和可扩展能力，各个品牌的 PLC 产品都在加紧开发适合于自己的通信软件和通信模块。各生产厂家为构成更大的网络系统，正在努力协议制订通用的通信标准， PLC 已成为现场控制的关键技术。 （ 3） I/O（输入 /输出）模块趋向于智能化发展。智能 I/O 模块是一种多 CPU 系统，占用主 CPU 的时间少，以微处理器为核心功能部件。 （ 4）故障检测与处理的能力得到提高。根据目前的工业应用案例统计，在 PLC 控制系统的故障报告中， 80%的故障来自于 PLC 外部，其中传感器占 45%,执行器件占 30%，线路占 5%，这些都是无法通过 PLC 自诊断处理。因此，为进一步提高系统运行的稳定性和可控性，发展专用于检测自身故障的专用智能模块显得尤为迫切。 （ 5）编程语言的多样化。编程语言简单化、多样化是 PLC 编程软件的发展方向。目前较为简单易学的梯形图语言局限于逻辑控制领域，面向顺序控制的步进顺控语句等也已出现并成熟运用，很好的适应了各种控制需要。 2.在经济层面和产品规格方面的方向 （ 1）研制大型 PLC。系统庞大、技术成熟和功能强大是大型 PLC 的主要特点，但价格偏向昂贵且需求量小。 （ 2）性价比高的微型小 PLC 受青睐。工业控制系统中，控制系统复杂多变，简易与微型 PLC 以其品种规格多、应用面广、价格便宜的绝对优势，备受中小企业工程技术人员的青睐。 3.1.3 PLC 的结构特点与选型 1 PLC 的特点 PLC 由于其高可靠性、安全、灵活等优点，较好地解决了工业大量应用上的需求问题，在 19 世纪 70 年代以来得到了高速发展。以下是其主要的特点。 (1)良好的抗扰能力和高稳定性 PLC 是一 款专业的逻辑控制器，主要服务于工业控制现场。据实验统计 PLC 的平均 故障间隔时间可达几十万小时以上，高可靠性和良好的抗干扰能力是其显著的特点。 软件故障和硬件故障常常发生在数字化的控制设备上，这种设备一般由程序控制，其中软故障通常是由于环境的信号干扰、工作温度主和过电压等引起的未破坏系统硬件的暂时性故障，硬故障是由多种因素导致硬件的损坏，属于严重故障。 循环读取数据的处理方法能够使 PLC 大大的避免了软故障的发生。除此之外，某些高品质的 PLC 配备两个 CPU 模板（俗称双机）同步处理，可以实现就算其中的某个模板发生错误，整个系统也可以继续当前工作，此时，还可以处理发生错误的 CPU 模板，及时维修。例如：欧姆龙公司的 C 系产品中 2000H 被广泛应用于对双机要求较为严格且控制对象什么重要的工业现场中，其内部的备用 CPU 和稳定性很好的转换模块连接，这个转换单元可以做到稳性的切换，程序执行可以无保留地转至备用 CPU 中。此外， PLC 在 处理系统的抗扰性，还运用了各种方法： 硬件方面 :抑制干扰普遍采用的是安全隔离法，高压电是其主要的外部干扰源，为有效抑制外部高压干扰可以在 CPU 与 I/O 电路之间，采取光电隔离方法。此外，通过滤波的处理，也可以很的的抑制干扰信号，高频干扰可通过对电源接入单元采取各种方式的滤波进行处理。应用质优的导电材料屏蔽 CPU，系统物理线路上干扰源也可以有效的抑制。 软件方面 : 设置故障检测与诊断程序。通过系统内置的单元检测，在 PLC 的扫描周期内，处理并检查相关硬件设备的工作状态，如锂电 池的工作电压是否过低，单元外面有没有断路等。 设置状态信息保存功能。能够在软故障情况出现时第一时间封存现状态信息，禁止对内部存储单元作其他危害系统稳定的读 /写相关操作，防止故障前存储的相关数据被洗，确保在第一时间恢复故障现场。 采取上述的措施， PLC 的稳定性和抵抗相关干扰的能力显著提升，能够很好的抵抗其幅值为 1000V，时间为 1 ns 的干扰信号脉冲。 (2)编程简单、易于掌握 这是 PLC 的又一重要特点。当前，大部份的 PLC 应用的是梯形图式的编程方法，这种方法是一种面向 用户的，迎合了一般电气设计师的知识体系和读图习惯，能为电气相关从业员快速掌握。 (3)系统设计、施工容易，维护简单 由 PLC 构成的可编程序系统，在工程开发和工程施工方面有着其他继电接触系统无法比拟的优势， PLC 产品的系列化、标准化和通用化能使设计部门在规格繁多的 PLC 系列中，十分容易的选出高性价比产品。与传统的继电器 -接触器控制系统相比， PLC 用软件实现了大量中间继电器、时间继电器和计数器的替代，安装接线大量减少。 PLC 自带的软件仿真功能使得用户可以在实验室中进行程序调试，通过调试仿真再 移植程序到现场可以大大
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