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学校代码： 10410 序 号： 050368 本 科 毕 业 设 计 题目： 脐橙分级设备电控系统设计 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 杨智鹏 学 号 ： 20050368 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 2005 级 指导教师 ： 刘仲 寿 二 年 五 月 脐橙分级设备电控系统设计 指导老师：刘仲寿 工学院 机制 051班 杨智鹏 一 自动分拣系统设计 自动分拣系统功能 提升系统设计 输送系统设计 上料系统设计 控制系统及视觉系统设计 自动分拣系统功能 分拣误差率极低，因此要求系统拥有很高的稳定性 。 能够持续工，同样要求高的稳定性。 自动化生产。 提升系统设计 概念：提升就是将脐橙输送到上料部分，通过电机带动装置输送。其中包含控制继电器及提升电机。 输送系统设计 概念：输送就是将脐橙输送到分拣设备的过程。 括继电器及电机的选择问题。 上料系统设计 是将提升上来的脐橙输送到分拣部分的系统。 为传送稳定避免脐橙 滑落，所以采用 ，所以需要两个电机 。 控制系统及视觉系统设计 视觉系统就是利用摄像头拍摄脐橙的信息，然后传送给电脑。 电脑进行分级， 给出指令开启电磁阀， 对脐橙进行分级。 二 电控系统设计 输入 输出 输送、上料、提升 输入 本系统就是计算机对 规定将脐橙分为五个级别。 输出 工作原理 气压缩机吹 气从而对脐橙进行分级。 输送、上料、提升 工作原理即 电磁阀 中磁感应线圈通电， 触发继电器， 使电机正常运转工作。 三电控系统中 硬件的组成 硬件的组成 I/ 电源模块 输入 /输出模块 主控模块 选用西门子 特点： 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力 丰富的扩展模块 分） 致谢！ 衷心祝愿各位老师 工作顺利、生活愉快！ 脐橙分级设备电控系统设计 - 1 - 摘要 随着工业的迅猛发展，自动化越来越凸显出重要性， 1946 年，美国福特公司的机械工程师 自动化 ” 一词，并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程 。 “ 自动化 ( 是美国人 1936 年提出的他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是 “ 自动化 ” 。 自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息 技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器 (包括计算机 )不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。 今天看来自动化的上述概念也还不完善。把自动化的功能目标看成是用机器代替人的体力劳动或脑力劳动是比较狭窄的理解。这种理解甚至在某种程度上阻碍了自动化技术的发展，例如，有人就认为，中国人多，搞自动化没有很大的必要。 自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个 系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程 。 机械制造自动化 这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。 20 世纪 60 年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库 等。 本篇论文所要设计的就是脐橙分级，根据脐橙的大小对脐橙进行分级，如果人工分级的话，即浪费劳动力效率又底。如果采用自动化系统的话，效率就会高很多，即减少了雇佣劳动力的成本，又提高了工作效率。而且还能减小误差。 脐橙分级设备电控系统设计 - 2 - 关键词：自动化、自动分拣系统、 自动化 ：（ 机 器 或装置在无人干预的情况下按规定的 程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是 “ 稳，准，快 ” 。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把 人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志 。 现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。 70 年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动 调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。 自动分拣系统 ： (自动分拣系统是二次大战后在美国、日本的物流中心中广 泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经广泛用于工业、农业、军事 等方面。 即可编程控制器（ 中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程 可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导 体的地方就有 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 脐橙分级设备电控系统设计 - 3 - or in of by or to or of is in so of as as of of to an of as as a 70s of of in to a as of to to as be a in in as in 橙分级设备电控系统设计 - 4 - by in s is in an in so （ a of in It a of of as or of or is is a of in a is a is a in to It be to in of as be or of of or be in is to a to of 脐橙分级设备电控系统设计 - 5 - 目录 前 言 . - 6 - 一 脐橙自动分拣系统设计 . - 7 - . - 7 - . - 7 - . - 9 - 统设计 . - 10 - 制子系统及视觉系统设计 . - 10 - 二 电控系统设计 . - 12 - . - 12 - 2. 2输出部分 . - 12 - 料、提升部分 . - 13 - . - 13 - . - 13 - . - 14 - 三 电控系统中 计 . - 15 - . - 15 - . - 15 - 制系统与其他工业控制系统的比较 . - 16 - 制系统与计算机系统的比较 . - 16 - 制系统的组成 . - 18 - . - 18 - . - 19 - . - 21 - 附 图） . - 23 - 四 总结 . - 23 - 参 考 文 献 . - 24 - 脐橙分级设备电控系统设计 - 6 - 前 言 脐橙品质优良、色泽鲜艳，是世界各国竞相栽培的柑桔良种。 脐橙营养丰富，含有人体所必需的各类营养成份。据检测，每 100含：热量 207 焦耳，蛋白质 肪 基酸 生素 生素 生素 生素 富含钙、铁、磷等元素， 脐橙果汁中含可溶性固型物 11，每 100 毫升果汁中含糖 ，含柠檬酸 ， 维生素 克。此外还含有丰富的维生素 生素 生素 P、胡萝卜素、钙、磷、铁、镁、钾、钠，还含有（ R）柠檬油、香豆素、黄酮类化合物、柠檬苦素类似物、类胡萝卜素、甘油糖 脂质、 Y 啶酮、果胶等防 癌物质。为优良的保健营养绿色食品，经常食用具有降低胆固醇、分解脂肪、减少有色金属和放射性元素在人体内积累、清火养颜、防癌抗癌、延年益寿之功效。成熟果实果皮的油胞和果肉的汁胞中含有高级醇、醛、酮、挥发性有机酸及萜烯类等，散发出诱人的香气，置之幽香满室，食之清香盈口，是深受人们喜爱的果品。 为了提高脐橙的出产效率，并且使脐橙规格划分更加准确，效率更高，需要设计一种自动的等级分拣机。 自动分拣机是将混在一起而去向不同的物品，按设定要求自动进行分发配送的设备，它主要由输送装置、分拣机构、控制装置等组成。当分拣物到达 分拣口时，通过推拉机构、拨块、倾倒、输送等方式，使分拣物滑动或传输到分拣口，可实现多品种、小批量、多批次、短周期的物品分拣和配送作业。自动分拣机的种类很多，但较为先进的主要有三种：滑靴式分拣机、翻盘 /翻板式分拣机、交叉带式分拣机。 在该自动分拣机的帮助下，脐橙的分级不再是单纯依靠采摘人员的大致分类，而是可以在更严格的分级标准下，快速准确的分出等级，对产品的质量有更明确的保证，增加劳动生产率，提高产品的市场竞争力。利用该自动分拣系统，可以省去专人进行脐橙的等级划分，减少工人的劳动强度，节约劳动成本，并且可以实现连续的生产，很大程度的提高生产效率，取得更大的利益。 脐橙分级设备电控系统设计 - 7 - 一 脐橙自动 分拣系统设计 橙自动 分拣系统功能 1）分拣误差率极低。因此要求系统拥有很高的稳定性，以及对产品信息采集要有较高的准确性。 2）能够持续工作。同样要求控制系统有极高的稳定性。 3）自动化生产。基本实现无人化作业。 现将脐橙按照其尺寸及色泽分为五种规格。 产品经送料系统送入排队系统，在此等待，并依次经过光耦。光耦在传送系统配合下，采集每个脐橙的信息，并且将该信息送入 根据 预装的程序判断该产品属于规格几。判断完成后，根据结果向每种规格所对应的继电器发出信号。并转换成指令送入 收到产品的规格指令后，经过一定时间延迟，打开各个规格出料口的电磁阀，产品在空气压缩机的气压作用下出料，将不同规格的产品经不同出料口送出分拣机，分拣任务完成。 考虑到产品的特殊性，产品在分拣机的各部分中不能有强烈的碰撞等，因此产品在进出料时由空气压缩机提供气压使产品移动。 升 子 系统设计 提升就是将脐橙输送到上料部分，通过电机带动装置输送。其中包含控制继电器及提升电机。 根据系统性能要求及成本考虑，可以选择固态继电器。作为固态继电器，其拥有以下特点： 1） 灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好 :固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 2）快速转换 :固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。 3） 电磁干扰小 :固态继电器没有输入 线圈 ，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。 4） 高寿命， 高可靠 :有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 考虑到该电机功率要求， 选用美格尔电子电器有限公司的 号继电脐橙分级设备电控系统设计 - 8 - 器。该型号继电器具有以下参数： 控制电流 10A， 输入控制电压 3输出控制电压 400V。 系统电磁阀控制 系统送料、出料部分由电磁阀控制。共需要 4 个。选用美格尔公司的 美格尔公司生产的 电器，是采用先进的技术和器件制造的一种性能优良的新型无触点电子开关。其输入端仅要求很小的控制电流，能与各集成电路较好地兼容；而输出回路则采用可控硅或大功率晶体管接通和断开负载电流。输入和输出之间采用光电耦合，通断没有可动接触部件，因此具有工作可靠、开关速度快、无噪音、寿命长、体积小、耐蚀防爆抗震等特点。 电机的选择：选择上海锐进减速机有限公司生产电机，入转速为 1400比为 速范围为 850出扭矩为 类电机具有高效低噪等特 点，转矩启动性能好，使用及维护方便，性价比高。 断路器选择： 低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。 系统总线用断路器，选用 65N 系列 小型断路器，定电 流 25A，额定电压 400V，类型 3P，宽度 54 “ 国内低压电器行业最为耀眼和客户最为信赖的品牌。其技术水平一直处于低压电器制造业的顶端。 其生产的 列断路器拥有卓越的限流特性，意味着当发生短路时 不仅提高了电气系统的安全性，减小了故障对系统和设备的影响，而且也减小了短路对断路器本身的影响，大大提高了其电气寿命。 同时，该产品拥有优良的分段特性。断路器在极限分段情况下的可靠性，关系到低压系统、设备甚至人身的安全。 列断 路器在快速分段、灭弧技术等方面的改进不仅大大提高了 且也增强了极限分段情况下的安全可靠性。 列断路器采用的是快速闭合设计，触头的闭合与操作者操作方式无关，这种设计将显著降低操作时电弧对触头的影响，提高断路器电气寿命。 该系列产品的主要功能有：短路保护、过载保护、控制、隔离等。 脐橙分级设备电控系统设计 - 9 - 送 子 系统设计 输送即为分拣过程 其中也包括继电器及电机的选择问题。 根据设计生产效率及脐橙的重量，并且 要求电机效率高，运转平稳、振动小、质量轻， 所以输送电机我选择上海锐进减速机有限公司生产 的型号为 的电机，这个电动机有以下特点 . 1） 在加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动，屋后座历。 2） 变速比均为 1： 5，即输出转速可在 1： 45 至 1： 间任意变化。 3） 调速精度为 。 4） 本机的传动部件都经过特殊的热处理，精密度加工摩檫部位，润滑良好，运行平稳、噪音低、寿命长。 5） 输入轴、输出轴同向旋转，体积小、重量轻。 6） 本机可与各种类型减速机组合，实现低转速，大扭规的变速效果。 7） 在允许负载的情况下，调定的转速恒定； 8） 全机密封，可适用于潮湿、多尘、有轻度腐蚀性的工作环境。 其技术参 数功率为 考虑到该电机功率要求， 选用美格尔电子电器有限公司的 号继电器。该型号继电器具有以下参数： 控制电流 10A， 输入控制电压 3输出控制电压 400V。 该系统中断路器与提升系统断路器相同。 选用 65N 系列 小型断路器， 定电流 25A，额定电压 400V，类型 3P，宽度 54 脐橙分级设备电控系统设计 - 10 - 料 子 系统设计 上料输送即为排队，是将提升上来的脐橙输送到分拣部分的系统。 为避免脐橙传送 稳定，避免滑落，所以系统采用 要 两 个电机带动。 根据传动所需，我选择 2电机具有以下特点： 具有设计新颖、造型美观、噪音低、效率、转矩高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等特点。整机采用 按国际惯例的绝缘结构评定方法设计，从而大大提高了整机安全可靠性。达到了国外同类产品九十年代初期先进水平。 此类电机 广泛应用于机床、风机、水泵、压缩机和交通运输、农业、食品加工等各类机械传动设备 。 考虑到该电机功率要求， 选用 美格尔电子电器有限公司的 号继电器。该型号继电器具有以下参数： 控制电流 10A， 输入控制电压 3输出控制电压 400V。 制 子 系统及视觉系统设计 控制系统及视觉摄像头需要24V 直流电源。视觉系统的采集灯以及采集卡需要 12V 直流电源。 作为产品等级划分的指令输出部分，采集卡及采集灯需要稳定的电源供应，以满足系统的稳定性要求，来保证产品规格划分的可靠性。考虑到控制系统的保护，所选交直流转换器要求很高的转换准确度。 交直流转换有热电变换、电动系、静电系、电子系等方法。考虑到系统所需要的 高稳定性，脐橙分级设备电控系统设计 - 11 - 以及要求小的误差，较高的灵敏度，因此选用热电变换。 因此需要一交直流转换器来满足需要。由所需电压及考虑使用环境和成本，选用德力西公司生产的 换器采用了拥有专利的薄膜量程电阻器，能够提供非比寻常的转换准确度，其总不确定度低达 2% ， 并且 能够提供较宽的电压范围和宽频率范围。该转换器拥有良好的温度稳定性和快速的稳定时间，可以在更快的时间内进行测量。 并且该产品在保证良好的性能之外，拥有比同规格产品要低的价格。具有较高的性价比，适合在我们的番茄分拣机上使用。 以下为其功能参数： 温度稳定度 在使用环境中可达 12个小时稳定时间 预热时间 上电 15分钟，达到稳定 温度性能 工作： 11 C 至 35 C; 校准： 18 C 至 28 C; 储存： C 至 50 C 输入低端隔离电压 20V 到机箱 地隔离 10V 到 入端或机箱。 脐橙分级设备电控系统设计 - 12 - 二 电控系统设计 入 部分 本篇设计就是将混合的脐橙分成大小成色不同的五个级别，所以信号输入中需要四个继电器进行调节，因为系统输送的信号为弱电输入，所以必须采用继电器输送。 本系统中继电器共需要 4个。选用美格尔公司的 号直流控直流继电器。 此类直流固态继电器广泛应用于计算机与外部设备的输出接口，使用与控制或开关直流负载， 本系统工作原理为，信息采集卡采集到经过脐橙的成色大小把信息反馈给计 算机，然后计算机发出信号给继电器，信号经过继电器传送到 出 部分 在本系统中，接收由 后经过继电器对电磁阀进行控制，从而对脐橙分级。 电磁阀选择如下， 脐橙的重量一般为 300g 左右 ， 因此 流量 可满足需要。选用司的 5A 号电磁阀 4 个。 门公司是北美最大的电磁阀生产厂，专业生产气动电磁阀。 磁阀因其独特的结构设计及卓越的性能品质，在北美有 26%的市场占有率 。 电磁阀结合了阀门高速运动所需的所有设计理 念及 60年的阀门制造经验 ,公司将阀门脐橙分级设备电控系统设计 - 13 - 的性能发挥到您无法相信的极限 ,可以满足您任何速度及精确度上的严格要求 ,是您在高速、精确的应用中唯一的选择 ,最重要的是原厂 18个月不限次数品质保证，寿命特长，价格合理。 其主要特点 ： 1、 平衡 式阀门设计，反应时间不受压力变化影响 ； 2、 阀芯防卡死保护设计，避免电线圈烧毁； 3、 电线圈吸力大，确保动作快速，精确 ， 每分钟精确作动速度最高可达 14000 次以上 。 4、 自动补偿磨损，增长阀门的使用寿命； 5、 电线圈与空气隔离，增长线圈的寿命 。 本系统 工作原理为，由计算机输出的信号经过 析，分析经过视觉采集器的脐橙的大小及成色，对其分级，然后 号经过继电器传给电磁阀，电磁阀启动，空气压缩机吹气，从而对脐橙进行分级。 送、上料、提升 部分 该系统由电机及继电器组成。工作原理即为出指令，使电磁阀中磁感应线圈通电，触发继电器，使电机正常运转工作。 制面板部分 设计系统供电电压为 220，电流 10此选择德力西公司生产的 开关 适用于交流 50 60电压 380V 及以下，直流电压 220V 及以下的电磁起动器、接触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用；其中带灯式按钮（ 光）还适用于需要灯光信号指示的场合。 其技术参数为： 带灯钮（ 光寿命： 30000h 信号灯额定工作电压： 脐橙分级设备电控系统设计 - 14 - 24V、 220V 相比漏电起痕指数 00, 阻燃 按钮：机械寿命： 10010 4 次 电寿命： 5010 4 次 旋钮：机械寿命： 2010 4 次 电寿命： 1010 4 次 电寿命： 1010 4 次 绝缘电阻 50接触电阻 50号灯 选用德 力西公司生产的 50e=224V） ,该信号灯 适用于电讯、电器等设备的线路中作指示信号、预告信号、事故信号及其它指示用信号，它采用 光源，具有寿命长、可靠性高、耐振动等优点，是原钨丝和氖泡信号灯的最佳更新换代产品 。 脐橙分级设备电控系统设计 - 15 - 三 电控系统中 计 用 围设备少，占地空间小，是实现集控的良好设备。 起源与发展 在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域，继电器控制系统通常可 以看成 由输入电路，控制电路，输出电路和生产现场这 4个部分组成的。其中输入电路也是由按钮，行程开关，限位开关，传感器等构成。用已向系统送入控制信号。输出电路部分是由接触器，电磁阀等执行元件构成，用以控制各种被控制对象，如电动机，电炉，阀门等。继电器控制电路部分是控制系统的核心部分。它通过导线将各个分立的继电器，电子元器件连接起来对工业现场实施控制；生产现场是指被控制的对象（如电动机等）或生产过程。 美国通用汽车公司（ 1968 年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想，第二年，即 1969年美国数字设备公 司（ 研制出了世界上第一台可编程序控制器。在这一时期，可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算，定时，计数等顺序控制功能。所以人们将可编程序控制器称之为 ，即可编程序逻辑控制器： 20 世纪 70 年代末 80 年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊，如浮点运算，函数运算，查表等。这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。以 16 位和32位 微处理器构成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展，使之在概念上，设计上，性能价格比等方面有了重大突破。可编程序具有了高速计数，中断技术，时联网通信功能也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会（ 定了 给出了它的定义。 “可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等才操作 ，并通过数字式，模拟式的输入与输出，控制各类的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。” 综上所述， 以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。这种装置具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，得到了用户的公认和好评。他经过短短的几十年发展后，脐橙分级设备电控系统设计 - 16 - 现在已成为现代工业控制的三大支柱（ 器人和 一，被广 泛地应用于机械，冶金，化工交通，电力等领域中。 制系统与其他工业控制系统的比较 比较项目 继电器控制系统 控制功能的实现 由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能 各种控制功能是通过编制的程序来实现的 对生产工艺过程变更的适应性 适应性差。需要重新设计，改变继电器和接线 适应性强，只需对程序进行修改 控制速度 低。靠机械动作实现 极快。靠微处理器进行处理 计数及其他特殊功能 一般没有 有 安装，施工 连线多，施工繁 安装容易，施工 方便 可靠性 低，触点多，故障多 高，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施 寿命 短 长 可扩展性 困难 容易 维护 工作量大，故障不易查找 有自诊能力，维护工作量小 结论：由于 制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被 制系统与计算机系统的比较 20世纪 60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小 型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，代之 的却是 出现。通过 计算机与 理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下表。 比较项目 通用计算机系统 工作目的 科学计算，数据管理等 工业自动控制 工作环境 对工作环境要求比较高 对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作 工作方式 中断处理方式 循环扫描方式 系统软件 需配备功能较强的系统的软件 一般只需要简单的监控程序 采用的特殊 掉电保护等一般性措施 采用多种抗干扰措施，自诊断，断电脐橙分级设备电控系统设计 - 17 - 措施 保护，可在线维修 编程语言 汇编语言，高级语言 梯形图，助记 符语言， 准化语言 对操纵人员的要求 需专门培训，并具有一定的计算机基础 一般技术人员，稍加培训即可操作使用 对内存的要求 容量大 容量小 价格 价格高 价格较低 其他 若用于控制，一般需自行设计 机种多，模块种类多，易于集成系统 结论：一般情况下，在工业自动化工程中采用 便，易于维护。 进入 20 世纪 70 年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与 过较长时间是实践，人们又发现， 原 因是 为在工业环境下的应用而设计，在 光电耦合隔离和 效地防止了干扰信号的进入。 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。 具有良好的自诊断功能可对 旦出错，立即报警。 对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。 对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。 采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型 采用了双 余系统，或三 随着构成 元器件性能的提高， 可靠性也在相应的提高。一般 些 后生产 为对 讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现 感器，执行机构引起的，而不是 另外， 学易懂易维护，更适合于工程技术人员。因此，为工业控制中的主流。但是 必须指出的是：计算机在信息处理方面还是优于 以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来， 算机做上位机信息处理。计算机与 样相辅相成，构成一个功脐橙分级设备电控系统设计 - 18 - 能较强的完整的控制系统。 制系统的组成 是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指 身及其外围设备，软件是指管理 程语言和 编程支持工具软件。是由 入 /输出（ I/O）电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。 （ 1）主控模块 控制中枢，它由控制器和运算器组成。 实现对现场各个设备的控制。 执行接受，存储用户程序的操作指令。 用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。 执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制信号，完成用 户指令规定的各种操作。 响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。 存储器： 户程序和工作状态数据。 系统程序存储区：采用 片存储器。它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和 户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。 脐橙分级设备电控系统设计 - 19 - 存储器区：工作数据是 要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器 据存储区包括输入，输出数据映象区，定 时器 /计数器预置和当前数值的数据。 用户程序存储区：用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用 储器，用户可檫写重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表 常，小型机小于 8型机小于 50大型机可以在 50 通信接口：主控模块通常有一个或一个以上的通信接口（简称通信口），用以与计算机，编程器相连，实现编程，调试，运行，监视等功能。 （ 2）输入 /输出模块 与工业生产过程的联系是通过 I/产过 程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的 I/这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入 /输出模块有：数字量输入 /输出模块，开关量输入 /输出模块，模拟量输入 /输出模块，交流新号输入 /输出模块， 220输出模块。还有智能模块，它本身带 储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块， 节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块 和智能 I/ （ 3）电源模块 该模块将交流电源转换成供 整个 的好坏直接影响到 功能和可靠性。目前，大多数 普通电源相比， 干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供 24于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。 I/采集被控对象的各种信号。经过 过执行装置实现控制。输入电 路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向 出电路的功能就是接受 被孔对象执行控制任务。 件的组成 用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。 脐橙分级设备电控系统设计 - 20 - 统软件是 作所必须的软件。在系统软件的支持西， 用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。 现以 上图在没有扫描之前， 应保证自身的完好性。接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行清零或复位处理，检查 I/执行一段程序。使它涉及到各种指令和内存单元，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身完好，否则系统关闭。上述操作完成后，将时间监视定时复位，才允许扫描用户程序。 脐橙分级设备电控系统设计 - 21 - 公共操作是在每次扫描程序前又一次自检，若发现故障，除了报警显示灯亮之外，还判断故障性质。一般性故障，只报警 不停机，等待处理；对于严重故障，则停止运行用户程序，此时 数据输入 /输出操作有的称为 I/O 状态刷新。它包括两种操作：一是采样输入信号（即刷新输入状态的内容）；二是送出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）。 ： 1）