开题报告-实验轨道小车运动控制系统设计.doc

毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 学 号： 学 院： 机电工程学院 专业年级： 10级机械设计制造及其自动化12班 题 目： 实验轨道小车运动控制系统设计 指导教师： 日 期： 2014年4月1日 开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇；4有关年月日等日期，按照如“2012年4月26日”方式填写。中南林业科技大学本科毕业设计开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500字左右的文献综述（包括研究进展，选题依据、目的、意义）文 献 综 述1、研究进展早期试验轨道小车电气控制系统多为继电器接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将PLC应用1到轨道小车电气控制系统，可实现轨道小车的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC轨道小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，轨道小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。目前，轨道小车的控制系统的发展状况，最早被应用的技术是基于单片机的控制系统。在单片机的基础上，通过研发实现了一种以光电传感器为敏感原件以AT89C51单片机为控制核心的电动循轨小车的智能控制系统；在基于单片机的基础上，使小车的电动机采用PID算法闭环调速，形成了对小车调速的另一种控制系统。随着智能控制的不断发展，继而又有人提出了模糊PID控制算法2，是控制系统的性能又有了进一步的提升；当然，还有在工业中被普遍应用的PLC控制系统。针对控制系统，PLC系统在工业控制中有着非常中重要的作用，由于PLC的功能非常强大，能够抵抗较强的干扰，可靠性比较高，同时编程简单，操作方便，因此在工业控制中的应用越来越广泛。目前，随着科技的不断进步，自动控制系统技术已经越来越多的呗应用于各种行业当中，西门子控制电机，基于PLC系统的电机自动控制采用国际标准PROFIBUS现场总线标准3，保证了系统的高效性与实时性，不但能够实现对设备数据采集的独立完成，同时其抗干扰性的能力比较强，可靠性高，具有非常高的控制精度。将PLC应用到轨道小车电气控制系统4，可实现轨道小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；PLC选型；确定系统的I/O5设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。PLC在轨道小车控制系统中的应用，已经在国内外工程6、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。实验轨道小车可以认为是半自动控制7小车的一种，而自能控制小车将是未来的总体趋势。目前市场上有应用于物流的运料只能控制小车，传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器8，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多PLC的品牌中，西门子、三菱及omron9占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的PLC产品，而rockwell/ab10、ge-fanuc11和富士等品牌也占有相当的市场份额。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2.选题依据虽然目前轨道小车很多，但是具有局限性，针对不同的用途和环境等都有着较大的影响。本次选题是针对国家高速列车实验室试验用途针对性设计的实验轨道小车控制系统设计。基于PLC的控制系统能够精确的控制轨道小车的运行速度和运行距离，并且操作简单，运行平稳，安全性较好，能够满足轨道小车装载精密仪器在实验室条件下的各项具体参数要求。3.选题目的通过参考其他比较好的控制系统，基于PLC的试验轨道小车运动控制系统设计能够满足国家高速列车实验室试验用途，提高测试条件下小车的运行平稳精度，为测试条件下测试所得数据更加可靠和简便，改善试验条件下参数的可靠性和准确性。4选题意义PLC运动控制系统广泛应用于工业控制领域。虽然试验轨道小车运动控制系统设计还只是满足实验室用，但基于PLC的控制系统会被运用在各个行业，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。参考文献1汪志峰PLC控制器原理及应用M北京电子工业出版社2007。2杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究J.微计算机信息,2010,26(2-1):62-64.3徐世许可编程控制器原理应用网络M长沙：中国科学技术大学出版社,2000。4W.Bolton.Programmable Logic Controllers andControl System M.Journal of computerand structure2007。5张强,文怀兴,陈婵娟.数字量I/O卡在快速成型机多轴控制中的应用J.控制与检测,2008,4（64）:64-70.6薛开,王平,王文斌.基于多轴运动控制器的二轴转台控制系统J.哈尔滨工程大学学报,2006,27(4):570-573.7刘建峰.基于PAC的多轴运动控制系统的研究J.机械制造与自动化,2007(6):125-127.8朱华征,范大鹏,庞新良.基于可编程多轴控制器的三轴转台控制系统J.兵工自动化,2004,23(01):55-57.9MatsushitaElectricWorksLtd,AutomationControlGroup.FPOprogrammingmanualEB/OL.(2004-10-05)2008-09-10.10秦琴,王忠庆.利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.电气技术.2009(3).11Heyongyi.AControlSystemofMaterialHandlinginFMS.Journalofshanghaiuniversity.Vol.1.No.1.1997.12RenSheng-le.DevelopmentofPLC-basedTensionControlSystem.ChineseJournalofAeronautics20(2007)266-271.13松下PLC（中国）FP系列用户手册.201014松下PLC（中国）FP系列编程手册.201015魏大忠,徐健,吴任东等.基于MCT运动控制器的快速成型机数控系统研究J.组合机床与自动化加工技术,2003(4).16 MS-3直流无刷电机控制器技术资料M.上海:常州迈控有限公司 2014.07.17邓则名,邝穗芳等.电器与可编程控制器应用技术M.北京:机械工业出版社,2004,102-199.18 松下GT系列参考手册.201019 松下GT系列触摸屏编程软件GTWIN操作手册.2010 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 实验轨道小车运动控制系统设计是基于松下PLC的闭环控制系统设计。采用松下PLC逻辑控制器实现对实验轨道小车运动速度V、运行距离S检测并反馈的全闭环控制。松下PLC控制器已经使用比较成熟，采用Mewtocol通讯协议且稳定性和安全性可靠，经济性好，可以选为控制系统的硬件设备。该控制系统可以有效地解决控制复杂、操作不便，控制输出不稳定、控制精度不高等控制系统问题。 本控制系统可以大概分为五个部分：PLC逻辑控制器部分、直流无刷电机控制器部分、编码器检测反馈部分、触摸屏人机交互界面部分、外部硬件控制部分。 PLC逻辑控制器部分：实时接收和处理从编码器、外部触发硬件传送过来的信号，内部计算处理数据形成相应的参数分别输送至模拟量插件：形成相对应的控制电压，再将控制电压输送至直流无刷电机控制器调控电机转速n；直流无刷控制器：前进、后退和制动数据信号。直流无刷控制器部分：接收模拟量插件和PLC传输过来的信号，控制电机的转速n、前进、后退和制动，即控制实验轨道小车的运行速度V、前进、后退和制动。编码器检测反馈部分：实时检测实验轨道小车的运行速度V和运行距离S并将数据反馈至PLC逻辑控制器。触摸屏人机交互界面部分：参数设置小车运行速度V和运行距离S参数，软件按钮控制实验轨道小车的前进、后退和制动，并实时显示小车的运行速度V和运行距离S。外部硬件控制部分：包括前进、后退中的行程开关和紧急制动按钮。通过人机交互界面触摸屏设定运行速度V和运行距离S并以最大且恒定的加速度加速启动，编码器开始不断的检测反馈，比较是否达到了设定运行速度和运行距离，若没有达到时则继续以加速，当达到时则保持运行速度运行直至达到指定运行距离制动停止。该运行过程中触摸屏可实时显示运行速度V和运行距离S，运行遇危险时刻可按下硬件的紧急制动按钮，同时轨道两端安装了行程开关，小车不能在指定地点制动而触碰到行程开关时，行程开关被触发发出制动信号，直流无刷控制器控制小车制动停止。闭环反馈控制系统通