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厚度 综合 检测 平台 控制系统 软件 部分 部份

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1 i i of 210094 086) 025 of of of It by LC to of in of It C. It LC C. It in of in be be in is a in of as of of is of of is of So we 7is by of We of we We of of of on I of is up of In a be is is is is In to as as . to LC by to by of is as . 2 of he is up of is of s of is of of In to to in to of of of to of by a We to on of it be in In 0 80 on on we to to of by of B he is to by of to LC LC in to to It be . in to of to LC by in LC it to C LC is of of by of LC is we C/. is of to of on to of LC is of it of so LC of by of he of of In to of to as 1) of in of by of TO C/ 3 2) of be at t is no 3)of 4) be in In be it is 5) it by or B of is up of in LC as : ) is LC to or is in to of of of in be to of of to of 2) he of be by in of t of is in as of 3) of LC of of of LC he of he of + 7LC It to at to of . A he LC be , , , in be by to or as . to of of as 26 C/4 in if LC to to If LC to be to of n LC to of of LC to to to it it in of of So LC if be be be to as B. n of of In an an of by of of it to of in to of In to of in of to of to In of in in in So it is to of of be in in of so be In be by of to of t of It be by to of 1 “2004. 2 “7200 Y N Y N N Y Y N ? 8 Q4 ? N i ? i i, N 19, 3, 004 469. he of a on is on LC by of by LC in as to a 02 LC is up 5% of as a in of of of in in 1, 2as on to a 3. in to to 49. to 10it is to 1113. 14, 15dc of of a dc a to 16, of an on an 17. of an LC , 2002. by is 5773, a of 18. to ac dc a to a 19. a a of 20of an of 21in of A a LC to to 3. a or of 22of of , on/In a a be to a a It of on in LC to by S LC is a in It of 23, 24LC be to a , to be of to is LC 1)4$ 2004 N 19, 3, 0041. of a it LC to LC is of of a a a , a a be or F 2, of be A a by an LC An a is in LC a is by a b) be a) by On c) if is is a . a dc a is to a to a is to a dc 25 I. 2. of F 71dc to is to of is to is on a , 2628. LC to As a is up 2937:of LC V.A is a is a is to 32. of dc is an is of to of on of of 0500-k LC a 4 V is as as a As 2, of a an an a a a of a as as LC in a is LC a S s is on of 3. of on a on or to“or (1( a is LC a in of on a to be is in 33, 34. is so be or by of to of , is on LC is N 19, 3, 004(I), Q), M). is , %Q, M (LC a in to 3)by to in ). is of in )in to of LC at of to or , 18 (000 a 000 a PC)to to of to on an to to on LCs C to LC LC is it is of to 4, of is of at it is LCs of 4. of If is to IM to OM as IM In LC of by of If or LC by PU or of as a of F 735. of is of PI) is by to As a to OM to of to At by a on IM 010 V)is a IM is to OM at of A m). to V)5, of is it is to of by be is At no if is 0% or r/At an , 4 N m (40% of , a 0%or r/If is , 0 N m (if 00% In in is 6, of is is is by to , 5 A. be be by of is to be is s if is on LC to a 80 V, 50no 1, 0 N m) in II:a) by LC b) by of of to of LC as in in 001500 r/is 7. N 19, 3, 0046. of b) a) in 1400 r/00% in of r/0%, to be r/a) b) a I as LC is at 3%of of 8, is as of As 8, a) in a b). at op量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 于 感应电动机监控系统设计与实现 玛丽亚 G 劳尔尼兹 摘要： 本文描述了基于可编程控制器技术的感应电动机监控系统的实现 方法 。同时，介绍了通过 对感应电动机的性能 测量实现其速度控制和保护的软件和硬件。在正常操作和出现故障的条件下， 照使用者所要求的速度运行参数监控系统的运行。对由变换器驱动和 制的感应电动机系统进行了测试，结果表明与常规的 V/f 控制系统相比，前者在速度调节上具有更高的精确性。在高速时， 5%。因此， 通过 试验证明了 电气驱动控制方面是一个通用性和有效性的工具。 关键词： 计算机控制系统，计算机化监控，电气驱动，感应电动机，运动控制，可编程控制器（ ,变频驱动器，电压控制 I 前言 随着电气驱动器运动控制技术的广泛应用，可编程控制器（ 随着工业电子学在电机中的应用被引进到自动化制造业中来 1, 2。这种应用具有在 启动 时电压下降较低、控制电动机和其他设备实际整功率因数等优点 3。很多工厂在自动化生产过程中使用 49。其他应用包括应用 机的计算机数字控制精确度 10。 为了获得精确的工业电气驱动系统，将 人计算机（ 其他电气设备连接起来是必要的 1113。然而，这 些技术的应用， 使设备变得更加完善、复杂和昂贵 14, 15。 很少看到关于 们的文章都是关于使用 发电机组速度控制的模糊方法 16与基于自校正调节器技术的自适应控制装置和现有的工业 17。其它类型的设备与 要连接。因此，使用一个工业 轴转 子位置、方向和速度 控制步进电机，简化了电路结构、降低了成本和提高 了 可靠性 18。为了把磁阻电动机转换为可调速度的直流或者交流驱动器，使用了一个单片逻辑控制器控制扭矩和速度，并通过 19。其他的应用有：在乘客电梯的线性感应电动机的控制中，应用 20；为了监控电源状态量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 确认破坏电气车间生产的干扰 ， 使用两个 21。 在利用 制感应电动机领域只有很少的文章发表。他们主要在以下方面：三相感应电动机的功率因数控制器利 用 改进功率因数和保持它的电压在整个控制条件下频率比率稳定 3；矢量控制集成电路使用复杂逻辑控制器件(电压整数算法或者三相脉宽调制 (换器的 电流 /电压 调节 22。 感应电动机的很多应用除了需要电机控制的函数性之外，还要有多个详细的模拟和数字 I/O 操作，进站标志，差错信号，打开 /关闭 /反向命令。在这种情况下，一个包括 控制单元必须添加在系统结构中。本文介绍了一个基于 三相感应电动机监控系统，描述了系统的软件和硬件配置的设计和实现 方法 。依据对感应电动机性能测试获得的结果 表明 ： 在变量装载恒速控制操作中，改进了工作效率，提高了精确性。因此，在正常操作和出现故障的条件下， 据和控制运行参数达到用户所需要的设定值并监控感应电机系统的运行。 一个在工业环境中为自动化生产过程而设计的基于微控制器的控制系统。它利用可编程存储器内部存储用户指令，执行具体的操作，比如：算法、计算、逻辑运算、排序和定时 23, 24。可通过编程使 断、触发和控制工业设备。因此， 有与电气信号接口的一定数目的 I/O 点。在加工过程中，输入设备和输出设 备与 连接，控制程序则下载到 储器中（图 1）。 图 1 在我们的应用中，依据模拟和数字输入， 出 的 变化控制感应电机恒定负荷速度的操作。同时， 停的监控输入和依据控制程序启动输出。本 以直接插入专用总线：一个中央入 控制 程序 输出 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 理单元（ 电源供给单元、输入输出模块和可编程终端。这样一个模块化处理的优点是，随着将来的应用可以扩展初始配置、构成多机系统或者与计算机相连等。 应电机控制系统 实验系统的结构 图见图 2。配置如下所述： a) 一个恒速运行的闭环控制系统由速度反馈和负载电流反馈组成。由变换器馈送的感应电机驱动的变动负荷， 。 b)一个变速运行的开环控制系统。由变换器恒定 V/ c) 标准变速运行。恒定恒压频率标准三相电源馈送的感应电机驱动变动负荷。 将闭环配置 a)去掉速度和负荷反馈后，可得到开环配置 b)。另一方面，将整个控制系统旁路后，就是操作 c)。 针对绕线转子感应电机，对控制系统进行了 试验 和测试，其详 细技术说明见表 I。感应电机驱动提供可变载荷的直流发电机。三相供电电源与三相主开关连接后与的三相热过载继电器相连接。三相热过载继电器提供电流过载保护。继电器的输出与整流器相连接。整流器校正三相电压并对绝缘栅场效应晶体管（ 换器提供直流输入。它的详细技术说明总结如表 25。 驱动 感应电机定子。另一方面，变换器与基于 表 I 感应电机的详细技术说明 连接类型 /Y 输入电压 380/660 V 入电流 额定功率 入频率 50极数目 4 额定速度 1400量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 2. 实验系统的电气框图 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 变换器详细技术说明 输出电压 380,460 V 出频率 出电流 输出过载 150% 60s 电源供给电压 380,460V 入电流 3A 耗散功率 46W 本控制器 是 在一个标准模块系统上 完成的 5, 2628。 。作为一个基于微控制器的系统， 2937。 中央控制单元 ( 离散输出模块 ( 离散输入模块 ( 模拟输出模块 ( 模拟输入模块 ( 电源； 有关 使用一个速度传感器作为速度反馈，而电流传感器则作为负荷电流反馈，另一个电流传感器与定子电路相连接。因此，通过使用负荷电流传感器、速度传感器和 测速发电机（永磁铁直流电机）用来测速。感 应式电机机械地驱动轴旋转，并产生与旋转速度成正比的电压输出。极性取决于旋转的方向。测速发电机 输出的电压信号必须与指定的 0C 200阻）。其他 4 为了人工控制，本方案设计了启动、停止和差错按键，同时还有正向和反向选择开关。如图 2所示，所有描述的部分：主开关、自动三相开关、自动单相开关、三相热过载继电器、负荷自动开关，信号灯（正向、反向、启动、停止、差错），点动开关（启动、停止、切断）、选择开关（正向和反向旋转选择），速度 选择量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 、增益选择器， 序通过个人电脑的 且程序的执行是支配逻辑而不是数字计算机的规则系统。大部分的编程操作是简单的双态“开或关”，这些交替的可能性分别与“真或假”（逻辑形式）“ 1或 0”相对。因此，对组建使用模拟设备的基于电气电路继电器的控制系统， 图 表 可用数目 使用 数 离散输入（ %I） 32 8 离散输出（ %Q） 16 9 模拟输入（ % 8 7 模拟输出（ % 8 6 寄存器存储（ %M） 540 编程方法使用的是梯形图语言。 这个环境中，可以开发、检验、调试和诊断并在主机终端上运行。 首先，用梯形图控制模式 停止 模式 扫描输入 存储状态 梯形程序执行： 速度控制软件 保护软件 切断 /重启电机软件 刷新输出 扫描循环 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 写高级程序 33, 34。然后，将梯形图转换为二进制指令代码存储在 每一个与 出点作为 I/据与输入、输出和存储器的直接关联方法是建立三个区域：输入映像存储器（ I）、输出映像存储器（ Q）和内部存储器（ M）。每一个存储单元可以用 %I, %Q, 和 %表 表 块和 I/O 描述 母板 模块 1 模块 2 模块 3 模块 4 模块 5 模拟输入模块( 离散输入模块 (模拟输出模块( 离散输出模块( 入） 1. 速度反馈信号（显示） 2. 电源 2. 速度设定点信号（显示） 行） 入） 示） 4. 速度设定点信号 载继电器 6. 点 8. 24样对输入的变化进行周期性的监视（图 3）。程序循环对系统输入进行扫描并把他们的状态存储在固定存储器的特定量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 域（输入映像存储器）。梯形图程序 就 这样循环执行。 决定输出的状态。实时的输出状态存储在固定存储区域（输出映像存储器）。输出值保存在存储器中，在 时输出到 于给定的 成一圈的扫描时间或者扫描时间是 (1000步 )并且最大的程序容量是 1000步。 开发系统的主机 (过 机提供文本编辑、存储、打印和程序操作监控的软件环境。程序的开发过程是使用编辑器编写梯形图程序源代码并转换为可以在 过 控制机械系统时， A. 速度控制软件流程图见图 4。 图 软件调节速度并监视等速控制而忽略 扭矩的变化。同时，作为电机电源的变换器也开始执行，并且由 有 制回路的反馈，仅一个变换器无法保持速度恒定。 在控制面板上，操作者选择速度设定点 后，通过按下手动启动按键就可以启动电机。如果按下停止按键，电机 将被 停止。相应的输入信号与 出信号与 表 读取输入： 正向 /反向信号 启动信号 速度设定信号 速度反馈信号 停止信号 计算速度误差信号 误差 =0？ N 校正 V/f 刷新变换器 Y 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 定子电流传感器接收差错信号 速发电机的速度反馈信号和来自控制面板的 号。这样， 取设定速度和电机的实际速度。操作者的设定速度与电机的实际速度的差值给出误差信 号。如果误差信号不为零，是大或者小，据 计算执行减小或增大变换器的 就 这样校正了电机的速度。 图 5.执行 的 控制是比例和整型（ （也就是错误信号要乘以增益 综合和添加到所要求得速度）。结果，控制信号传送到 且连接到变换器的数字输入去控制 V/f 的变化。首先，操作者通过安装在控制面板上（增益调节）的可变电阻器选择增益 且由 取其电压降落作为控制器的增益信号（ 0 通过一个可变电 阻器选择设定速度 且由 取这个信号。这个值被发送到 在控制面板上显示（速度设定点显示）。控制面板上的第二个显示器指示了来自速度反馈信号的计算的实际速度。第三个显示器指示了来自负荷电N Y Y N N N Y Y Y N N Y 读取输入： 正向 /反向信号 启动信号 速度设定信号 负荷电流 定子电流 速度反馈信号 锁定旋转方向 500 切断电机 N 速度控制模式 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 信号的负荷扭矩，以牛顿 N*m）表示。他们的通信信号输出到 B. 监控和保护软件 软件的流程图见图 5。在电机操作过程中，不可能通过改变开关的位置使其旋转方向反向。在改变方向前，必须先按下停止按键，使电机停下来。为了保护电机，防止在启动和装载时电流过载，在软件中编写了如下命令。 i)正向 /反向信号输入到 速度设定信号 荷电流 子电流 在没有负载 果速度调整点低于 20%或者 度控制 模块 Y 点亮差错指示灯 打开自动三相开关 将实际速度显示设 0 关闭启动指示灯（绿色） 打开停止指示灯（红色） 打开负荷自动开关 等待 3s 关闭差错指示灯（黄色） 释放热继电器 启动电机 监控和保护模式 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 ，配置 a)比配置 b)具有更高的效率。同时，在负荷高于 70%下操作，标准化效率(1，意味着 80V,50据图形显示， 0从理论的观点来看，如果我们忽略磁化电流，效率的近似值为： 1 1 图 7可以看出， a）只有很缓慢的滑移，近似于 0。在所有速度和载荷条件下，配置 a)比配置 b）的滑移更小。因此，证明了其具有更高的效率，尤其是在高速和高频下。在低频时，磁通量增大，因此导致了磁化电流的增加，损耗也随之增加。 图 9显示了与图 7在相同的速度和转矩范围内，利用 子电压和定子频率之间是常数关系。然而，这种与电机通量相关的关系，随着频率由 502从 图 10 图 7. 扭矩试验性能 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 率 所示。因此，由图 7可以看出，有效转矩由 50 100% 减少到 20 0%，当电压和频率都增加时，磁通量随着增加同时最大有用转矩减小了。 图 9. 有 在图 11中，绘出了在所有速度和转矩 范围内调整器的增益 曲线。结果显频率 定子电压 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 ，在可变载荷下， 在每个曲线之间有很小的位移。 图 10. 定子电压与定子电流的比率 图 11. 速度设定点 增益 频率 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 统在利用 V/现出相似的动态响应。它的瞬态响应性能由于扭矩的震动而受到限制，并且这种现象限制了这个系统只能在低速度变化的情况下应用。 由 前 面描述的方案获得的成功 实验结果表明 ： 变换器驱动和 基于 6%。使用 的感应电机的开环配置有了增加。尤其是在高速和负载下， 0尽管使用简单的速度控制方法，本系统提出： 在变化负荷扭矩时恒速； 在较宽的范围内全扭矩有效； 在闭环速度控制方案中很好的精确性； 较高的效率； 过载保 护； 因此，证明了 感谢 作者对雅典国 家 技术大学在经济上和实验系统的构建、实验室测试和测量等方面的支持表示非常感激！ 参考 文献 1 G. “992. 29, 4748, 1992. 2 , “993. 30, 5860, 1993. 3 A. R. M. M. . “A a 3 2, 2000, 10651072. 4 A. . M. “of a 1997, 2025. 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 5 K. T. “ 15, 1417, 1996. 6 B. S. . “ 3, 1997, 12861291. 7 A. . “ 111999, 106113. 8 J. E. . M. “of , 1995, 395400. 9 Z. D. X. . “in , 1 3, 1996, 15511556. 10 K. S. . “of on NC 3, 1994, 18981905. 11 D. P. “ 1, 1998, 125128. 12 J. J. J. D. . M. “A LC PU to 162, 1995, 874877. 13 T. . “A 1998, 399402. 14 M. . “of 373, 1998, 33053310. 15 P. F. . B. “ANs 1, 1997, 2328. 16 A. M. . “LC 4, 2000, 24752480. 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 17 A. A. M. E. . E. “of an a DC an LC 313, 1996, 15671574. 18 A. S. l “LC in 2, 1996, 974978. 19 A. . “A 303, 1995, 19171921. 20 J. F. P. D. I. J. . “of an a 54, 1993, 58. 21 V. E. A. A. . P. “ 26, 620626, 1990. 22 “A WM 29 1, 262268. 23 : 1992. 24 N 611311994. 25 1997. 26 N. Y. S. T. . “A 231, 1997, 187199. 27 I. “ 14, 5359, 1994. 28 0 1997. 29 : 1994. 30 N 611311995. 31 A. J. 2nd 量转换学报 2004 年 9 月 第 3 号 19 卷 基于 感应电动机监控系统设计与实现 08854$ 2004 1997. 32 M. G. . J. “C 6, 469475, 1991. 33 : 1993. 34 N 611311993. 35 M. G. . M. 2000. 36 L. . “LC of 1998. 37 M. G. P. J. . A. “C 61990, 975979. 玛丽亚 G 劳尔尼兹 (S85M860)毕业于 希腊雅典 的 雅典国家技术大学（ 子工程系 。现在，她是 驱动器教授。她的研究方向包括电子机构控制，可更新能源系统，小型或特种电 动机，电磁器件和电动机新材料， 境、影响、人的冒险因素和电气动力工业的影响。她是许多期刊、会议学报，论著、专利、技术报告和社论的作者。她 也 是希腊政府、欧共体和美国在很多研究项目中的 首席负责人和顾问。 南 京 理 工 大 学 学生毕业设计（论文）中期检查表 学生姓名 段振伟 学 号 0101170113 指导教师 狄长安 选题情况 课题名称 滑块厚度综合检测平台 控制系统软件部分 难易程度 偏难 适中 偏易 工作量 较大 合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定：优 所在专业 意见： 负责人： 年 月 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计（论文）任务书 学 院（系）： 机械工程学院 专 业 ： 测控技术与仪器 学 生 姓 名： 段振伟 学 号： 0101170113 设计 (论文 )题目 ： 滑块厚度综合检测平台 控制系统软件部分 起 迄 日 期 : 2005年 2 月 19日 2005年 6 月 20 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学 指 导 教 师 : 狄长安 专 业 负 责人 : 周 严 发任务书日期 : 2005 年 2 月 19 日 任务书填写要求 1毕业设计（ 论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业的负责人 审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书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，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文 全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（ 2000 级为 10位数），不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度自动综合检测平台。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 滑块是空调器中的关重件，本课题拟研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度自动综合检测平台。该系统由检测平台设计、自动分料机构设计、自动检测系统、自动控制系统等组成。 要求： 1）进行国内外相关技术调研及综述 2）进行滑块厚度综合检测平台的控制功能设计要求及分析 3）进行滑块厚度综合检测平台的控制总体方案论证及设计 4）简述硬件系统实现流程 5）系统控制软件 总体结构设计 6）进行相关软件的编制 7）系统联机调试 要求将该仪器用于滑块检测，能实现滑块检测及分类的自动化。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 完成开题报告、外文翻译、软件设计及毕业设计论文，提供实物图。 4主要参考文献： 1 齐从谦，王士兰 术及应用 械工业出版社， 2000 2 廖常初 程及应用 械工业出版社， 2002 3 周美兰 气控制与组态设计 学出版社， 2003 4 周万珍 , 高鸿斌 析与设计应用 子工业出版社， 2004 5 汪晓平等 编程控制器系统开发实例导航 民邮电出版社， 2004 6 周晓平 制技术在城市固体废料处理系统中的应用研究： 学位论文 ，南京：南京理工大学， 2004 7 倪伟 学位论文 ，南京：南京理工大学， 1999 8 欧阳光 程方法的研究： 学位论文 ，南京：南 京理工大学， 1999 9 廖常初 程及应用 械工业出版社， 2002 10 冯杰 学位论文 ，南京：南京理工大学， 2003 11 荣大龙，顾启民等 南京：东南大学出版社， 2003 12 周万珍 , 高鸿斌 析与设计应用 子工业出版社， 2004 13 汪晓平等 编程控制器系统开发实例导航 民邮电出版社， 2004 14 苏少钰 场总线的卷烟自动分拣系统设计与研 究： 学位论文 ，南京：南京理工大学， 2004 15 件可靠性工程手册 子工业出版社， 1997 16 王永华等 用技术 2004 17 列 统手册 004 18 . 001 19 欧阳三泰等 基于 主轴脉动控制电路 湖南工程学院电气与信息系 20 朱连官， 路林吉 交流异步电动机的 制及当前技术发展 上海交通大学，上海 21 周佩娟 可编程控制器在三相异步电动机控制中的应用 湖南吉首大学 22 吴建国等 基于 计算机集散控制系统设计 南通工学院自动化系 23 陆 刚 陈维广 生 产 过程监控系统 哈尔滨林业机械厂 24 7统手册 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2005 年 3 月 15 日 3 月 18 日 3 月 19 日 3 月 26 日 3 月 27 日 4 月 4 日 4 月 5 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 14 日 6 月 15 日 6 月 18 日 6 月 19 日 6 月 20 日 接受毕业设计课题，了解其内容 开题报告 外文翻译 编写软件及硬件集成 初步完成毕业设计论文撰写 修改 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 2005 年 2 月 28 日 学院（系）意见： 院（系）领导： 2005 年 3 月 1 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 段振伟 学 号： 0101170113 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 测控技术与仪器 设计 (论文 )题目 : 滑块厚度综合检测平台 控制系统软件部分 指导教师 : 狄长安 讲师 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2005 年 5 月 注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料 合订成册 ，并统一存放在学生“ 毕业设计（论文）资料袋 ”中（打印件一律用 型）。 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 段振伟 学 号： 0101170113 专 业 ： 测控技术与仪器 设计 (论文 )题目 ： 滑块厚度综合检测平台 控制系统软件部分 指 导 教 师 : 狄长安 2005 年 4 月 2 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（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计（论 文）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 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 滑块是空气压缩机及空调中的一个关键性部件，其几何尺寸、表面粗糙度、形位公差等精度的高低，严重影响空调的制冷制热效果的好坏。如今随着市场对空调及空气压缩机的需求的扩大，对滑块的需求量也越来越大，精度要求也越来越高。目前，在加工生产后，主要依靠人工检测的方法，对滑块是否合格进行检验。 由于检测精度很高，检测成为制约生产的关键性一环。人工检 测的方法存在检测速度慢、效率低、人为因素影响大等问题，为此，由宁波市科技局与南京 理工大学合作研制了这套滑块自动化检测系统。本课题主要是针对滑块厚度 进行检测。 本文主要介绍滑块厚度检测综合检测平台的控制系统，以西门子公司 列工业控制计算机为核心，将 动能力强、高可靠性、优良的性价比、使用方便等特点与工业控制计算机数据处理能力强、人机界面友好、管理水平高的特点结合起来，构成了滑块厚度综合检测平台测控系统，实现了滑块厚度检测和分类全过程的自动化，提高了工厂生产的自动化水平，取得了良好的经 济效益。 1、 应用状况 可编程控制器 (一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备。 控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，并将微机的数据处理能力强和网络通信能力也集成在一起，成为自动化领域的三大技术支柱 (器人、 一 1。 随着微电子技术的发展， 功能更加完善和丰富，但成本却在下降。目前在国内外， 广泛应用于钢铁、采矿、建筑、 石油、化工、电力、机械制造、汽车、纺织、环保和娱乐等行业 16。 在工业自动化应用方面，广泛使用 现运动控制、过程控制、顺序控制、数据处理和与其它智能控制设备组成分布式控制系统的通信网络。在现场控制领域， 靠性高、结构简单和通用性强的特点，广泛用于实现生产过程的 自动化。 在机电系统中， 为底层控制命令的执行者，执行管理层的命令。尤其是在工业生产过程中，控制驱动系统比如：电机控制，具有控制精确性高、使用方便的优点。例如：有的使用 机床主轴实现脉动定位控制，实质是对电 动机进行脉动控制。通过使电动机的转速稳定在一个较低的平均速度下实现主轴定位，大大提高了定位系统的可靠性，取得很好的定位效果 19。有的以交流异步电动机的 辑控制、位置控制、过程控制、变频控制、数据处理和数据通信的典型应用实例，阐述了 交流异步电动机自动化控制领域的广泛应用和重要作用 20。有的使用 高了可靠性，减小了控制电路的体积 21。 还有很多文章是基于 计算机集散控制系统 22。计算机集散控制系统 (简称 其分散控制、集中监控的独特 优势迅速得到了企业界的认可，并得以大规模的推广应用。 用分级递阶结构，即从系统工程出发，考虑功能分散、危险分散、提高可靠性、强化系统应用灵活性、减少设备的复杂性与投资成本。尤其在一些流程工业复杂控制对象的控制中，计算机集散控制系统的作用十分明显。利用 成集散控制系统，将计算机管理能力强的优点与 本低、控制功能强的特点结合起来，取得了良好的效果。 将 用于生产过程的监控，也是 重要应用之一 23。运用计算机控制技术与 回路调节器相配合，按照工艺流程的要求，对整个生产线中的 各种电机、阀门等开关和温度、压力、液位等模拟量进行检测控制。用计算机对生产工序进行自动监控和管理提高了企业的生产管理水平和竞争能力。 在本项目中， 为直接的控制命令执行者，不但要对系统运行过程中的各种状态进行检测，还要精确控制后级分料机构的电机的输出相位。因此、这就需要对 司生产的 列小型 ，专门集成了针对步进电机的控制方式 速脉冲输出）。这样，只需要用户软件编程就实现了对步进电机的精确控制，大大简化硬件电路的构成 24。 2、项目概 况 滑块厚度综合检测平台主要由自动检测平台、分类机构和控制部分三部分组成。滑块的测量和数据处理在上位机完成，控制系统主要完成滑块的传送和分类。本测控系统是基于微机 式构成的一个集散控制系统。一般来说，集散控制系统可分为三层。 顶层管理层，其任务是实现对整个系统的管理工作。中间层为集中监控层，其任务是实现对整个系统的监视、控制、调度等工作。底层是分散执行层。其任务是完成局部的控制工作。在本系统中，工控机作为监控管理层承担了顶层和中间层的任务； 为控制执行层，承担底层控制任务。工控机把管理决策、控制 任务、控制参数和调度命令通过通信电缆传送给控制层 要通过电缆把控制过程的参数、控制进程和控制数据传送给管理层。 控制系统的上位机软件设计采用面向对象的 用程序，用 +编译器编写，可在 8/2000/运行，具有很好的可扩充性、可维护性和可靠性。控制软件采用 程软件编写。 程软件是基于 应用软件，由西门子公司专门为 列可编程控制器设计开发。它功 能强大，主要为用户开发程序使用，同时也可以实时监控程序的执行状态。 本系统经加工、安装、调试证明系统设计合理，具有适应性强、智能化自动化程度高、移植性通用性强的特点，并且软件采用模块化设计，通过软件升级可实现多台测量平台的网络化，构成网络化测控系统，具有很高的升级空间。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1. 滑块厚度综合检测平台的总体设计 滑块厚度综合检测平台主要由自动检测平台、分类机构和控制部分三部分组成。 本测控系统是基于微机 式构成的一个集散控制系统。在本系统中，工控机作为监控管理层承担了顶层和中间层的任务； 为控制执行层，承担底层控制任务。工控机把管理决策、控制任务、控制参数和调度命令通过通信电缆传送给控制层 制进程和控制数据传送给管理层。整个系统的功能框图如图 1 所示。 图 1 系统整体结构 动检测平台 自动检测平台由测量平台和传动机构组成。测量平台是滑块几何量测量的基准，其精度远高于滑块的精度。滑块测量过程中，相对于 工作台作滑动运动。为保证传送过程中的平稳性，避免传动机构的震动引入附加的测量误差，造成测量结果的失真。传动测量机构采用了分体结构的设计，将测量工作台与传动机构分离，从而大大减少了传动机构对测量过程的影响。滑块的每一表面要测量两对角线上五个点（中心交叉处可看作一个）。因此，滑块在运动中不但要做 90 度旋转，还要翻转 180 度。通过在测量平台上刻画合适的曲线使滑块能够按照预先设定的轨迹作适当的角度旋转。滑块的 180 度翻转，则通过设计流水线的空间结构来实现。 类机构 滑块通过一个滑道传送至分类机构。分类机构由 据接收到的分类信息控制步进电机旋转相应的角度，将滑块分类出去。 电机的控制是通过 速脉冲串制信号 分类 /控制信号 状态信息 脉冲输出控制 传感器信号 测量工作平台 工 控 机 类控制系统 电机 1 电机 2 状态信息 输出）的方式。 式中，可输出多个脉冲串，并允许脉冲串排队，以形成管线。依据管线的实现方式分为单段管线和多段管线。本系统中采用多段管线的方式，通过在变量存储区建立包络表的方式，控制输出脉冲的周期和脉冲数，从而达到对步进电机的速度和转动角度精确控制的目的。 在分类的过程中， 过对安装在系统中的感应开关来判断分类过程中的各种状态。如：滑块到达、定位信号、分类完成等等。如果发现 非正常状态，则向工控机发出相应的报警信号告知工作人员，以方便排除故障。 制部分 控制部分是以 控制核心，通过与工控机的通信，执行工控机的命令。在工控机与 口时，由于 用的是 准与工控机 准不兼容，必须通过 缆进行转接。工控机是整个系统的管理者，控制测量传感器测量流水线上滑块的几何参量，并通过计算得出滑块分类信息。 整个系统的控制执行核心，主要完成系统驱动控制、状态检测、命令执行等功能。 过接收工控机的分类信息和控制信息控制分类机构和传 动机构的运行。 2、 控制系统的总体设计 统的控制要求 为使整个系统完成滑块的检测、传送和正确分类，要求系统应完成如下功能： (1)能完成滑块在流水线上稳定传送，保证滑块在流水线上按进入流水线的先后形成的队列传送，并且要充分保证队列的有序性和完整性。 (2)前级传动机构的速度不应快于后级分类机构，且至少应保证在分类机构没有完成分类时，没有滑块进入分类机构。 (3)保证分类机构能够自动复位，当步进电机失步时，分类机构能够自动复位。 (4)当出现有多于一个滑块进入分类机构时，要告知工作人员系统故障，同时，能判断分类电机的工作是否正常，输出角位移是否正确。 (5)系统应有一定的容错能力，当出现一般性错误时，系统能够自我修复，不影响系统的正常工作。当出现严重错误时，能够提示错误的可能种类或者故障的大致方位。 制系统的工作原理 控制系统主要是由 中心的电机驱动部分、通信部分、状态检测部分和报警部分组成。控制系统框图如图 2。 进电机与驱动部分 步进电动机是将 出的电脉冲转换成与电脉冲成正比的角位移或直线位移