1201190216-胡俊-基于PLC技术的拉伸试验机控制系统设计

引言1拉伸实验是评估材料机械功能的测试，基本上，对材料进行取样，加工成一定形状的样品，然后用拉伸试验机进行连续单向轴向拉伸，同时测量和处理测试样品的应力和应变过程，获得了表示材料性能的各种参数。现在，PLC成为可以作为微处理器连接到internet的控制器，从而形成统一的生产流程和开发环境。1980年左右，PLC技术开始出现在汽车修理等行业。随着时间的推移，PLC变得越来越强大，现在可以在典型的电气设备上看到PLC的外观。PLC技术将成为未来社会生产中不可缺少的力量，甚至主导力量。1.1拉伸试验机的研制随着社会的发展，人类文明的进步。我们对材料的要求也越来越严格，对不同设备的制造材料的特性也要详细了解。为此，为了获取材料的详细特性，必须通过获取材料的相关属性值的试验过程，拉伸试验机才会出现。最早的拉伸试验器是欧洲发明的，试验钢或其他金属材料的拉伸强度试验1时，使用了加重力的方法。现在，研究材料特性的工作基本上在拉伸试验机上。最古老的拉伸试验机通常与机器主体进行数据收集和处理，添加饲料系统。现在拉力试验机发展到了最先进的阶段，其工艺是通过机器首次操纵的。之后发展成了液压控制系统，现在发展成了最先进的计算机控制系统。近年来随着我国产业技术的发展，我国的拉伸试验机也突飞猛进，但与世界发达国家的技术还有很大差距。现在我国的拉伸试验机技术还落后，其精度要求达不到国际水平，机器运行速度比较慢。我国拉力试验机行业没有创新意识，盲目模仿和抄袭，其他企业直接盗用其他企业的成果等多种原因，导致我国拉力试验机市场停滞，企业经营的缺失是阻碍企业增长的重要因素。目前比较先进的拉伸试验机都有发展方向，加强智能或其计算能力，一些国家正在把拉伸试验机的开发作为重要工作。为此，我国也为了满足今后产业发展的要求，开始加强对拉伸试验机研发的投资。随着技术的发展，我们对伸展试验机的开发也要紧跟世界的脚步，与时俱进，我们的产业才能成为主导地位。仅仅几年来，由于环境恶化，我国以发展我国产业为前提，加强了对绿色产业的投资，以免污染我们生活的环境。拉伸试验机的出现正是通过对材料特性的认识，观察装置对环境的影响的发展机会。价格现在不是决定是否销售一种产品的唯一因素。质量保证、优质服务、节能和环境保护要求是最重要的因素。当今企业之间的竞争现在不仅仅是技术领先，更重要的是满足客户的需求，在此基础上，最大限度地保证环境保护要求，实现节能减排的目的。岛津企业管理(中国)有限公司开发的AG-Xplus系列垂直电子万能试验机是目前岛津生产的最先进的电子万能试验机，具有目前最好的测量技术，操作方法更简单、更容易理解，可以对金属、非金属、复合材料等各种材料进行拉伸试验。其工作原理是拉伸材料，通过传感器获得的数据确定材料的相关属性3。1.2 PLC技术发展前景在工业生产和发展要求下，高工业控制要求，PLC制造商开始在PLC技术中应用最新的硬件和软件结果，不断提高和扩展PLC的功能，下一代PLC具有无可估量的市场潜力和非常广阔的发展前景。第一，更强大的计算能力。随着IT技术的快速发展，小型高速存储设备的容量越来越大，PLC技术的持续更新需要加强，数据交换的能力和要求也不断提高，价格低廉，但可靠性更高。第二，编程方法越来越完善和丰富。现在阶梯语言已经成为主要的编程语言，但是新的编程语言不断出现。随着PLC技术的不断增强，PLC的编程语言也在向多种语言方向发展。第三，网络通信能力将大大提高。提高PLC的网络性能和通信功能是当前PLC技术发展和进步的关键方向。但是，标准通信网的响应速度仍然慢，难以满足实时控制要求，需要加强PLC技术和internet的连接。第四，多种品种。目前，PLC类型以中小型为主，为了满足市场需求，PLC必须从多方面发展，尤其是最先进、最便宜的方面；第五，智能模块将更加丰富多彩。通过指向计算机的链接实现智能控制，控制系统丰富，各种智能模块层出不穷。1.3 PLC技术的研究与开发从改革开放开始，我国引进了PLC技术研究。1980年左右，我国开始将PLC技术应用于中央设备。随着国民经济的持续发展，我国的PLC应用领域变得多种多样，如化学产业、机械制造产业、冶金钢铁产业、汽车制造产业等。今天，我国可以熟练地使用相对简单的可编程控制设备。近年来，我国的许多工业生产已产生了PLC技术的应用，许多工厂也投资于PLC技术的发展，随着PLC技术(例如机械加工、零件加工、其他工业生产)的发展，与PLC技术5密不可分。随着国民经济和信息技术的不断发展，PLC技术将在所有行业中发挥不可替代的价值实现中发挥重要作用。首先启动的PLC有很多缺点，例如软件和软件的无缝组合，该系统是相对固定的结构。存在的问题也很多。例如：设备通信网络与I/O模块不匹配，机架和电源模板不同，但相同的阶梯创建过程不同。因此，PLC之间的互补兼容性是当前各公司要突破的问题。目前，PLC为了统一PLC技术，开始实施开放政策。许多机器与PLC技术相结合，随着社会的进步和发展，PLC技术将成为今后企业控制的主流，成为代表国家产业发展的标志。1.4摘要和增强功能基于PLC技术的拉伸试验机控制系统设计该测试平台可以完成各种金属材料的性能测试，还具有收集分析数据、制作测试报告等功能。此外，在测试系统设计过程中，充分利用PLC技术功能，准确可靠，通过程序的模块化层次优化了程序设计效率和测试效果。2完整案例2.1完整计划概述材料拉伸试验机控制系统是以PLC为核心的实时测量控制电路，组成了新的测量控制系统，取代了原来的测量控制系统，新的测量控制系统在PC的命令控制下通过可编程顺序控制器实现了计算机控制正、反向无级调速负载；本设计主要控制拉伸试验机的启动运行和停止运行。编写PLC程序，实现步进电机旋转，引导螺杆旋转，通过钢丝旋转控制夹具的上下运动，对夹具的工件进行拉伸测试，满足控制要求。设计过程如下：(1)通过触摸屏控制PLC。单击“开始程序”按钮，检查夹具进入下一步时是否夹紧工件。否则，暂停并夹紧工件。(2)启动步进电动机，调整速度。判断转速是否正常。正常情况下，下一步操作开始。如果不正常，请继续调整，直到变为正常。(3)开始拉力测试。拉伸试验机在工件达到拉伸(力传感器)或拉伸试验机的极限拉伸长度时暂停工作。此时，数据(位移和力)被记录在人机界面中，拉伸试验机参数被调整。(4)松开工件，测试结束。图2.1垂直拉伸试验机如图2.1所示，本主题设计了拉伸试验机的整体结构图。包括固定装置、滚珠丝杠、螺栓、挡板、机架、底座、步进电动机、力传感器和位移传感器。工作原理是用步进电机的旋转驱动滚珠丝杠旋转，然后驱动夹具的上下移动，完成拉伸测试，然后比较力传感器和位移传感器记录的数据，比较测试数据。2.2必要硬体PLC技术具有抗干扰能力、易于安装和维护、良好的可扩展性和良好的可靠性等优点。因此，通常使用分布式控制系列控制系统。因此，通常会选择西门子S7-200可编程逻辑控制器。S7-200是Siemens系列中功能最强大、速度最快的可微编程顺序控制器，具有128个功能命令以满足系统要求，具有非常强大的通信功能，可实现PC和PLC之间的互连和通信，从而构成持续智能PLC控制系统。图2.2硬件组合图图2.2是这次毕业的垂直拉伸试验机的硬件组合图，通过此图可以生动地看到拉伸试验机的硬件配置形式。还可以知道这次毕业的拉伸试验机的各硬件是如何配置的，可以比较简单地表示拉伸试验机的基本机械系统。3选择硬件3.1选择步进电动机步进电机是此次设计的最主要动力，在此次设计中发挥了关键作用。在一般运行条件下，控制电动机的速度是有条件的，这都是通过脉冲信号的频率和脉冲数来控制电动机的速度。也可以用于控制步进电动机的静止位置，在此过程中，载荷的变化不起作用，如果步进驱动器接受脉冲信号摄取，驱动步进电动机就会接受该命令，避免一定量的角度，称为“步进角度”，以一定角度进行步进旋转。步进电机的每次位移主要控制脉冲数，执行生产所需的工作。另外，为了速度控制设置，可以控制脉冲的频率，从而控制步进电动机的速度和加速度。步进电动机是特定的感应应试电动机，使用电子电路作为工作原理工作，工作过程中不同时供电的多阶段时序控制电流分割直流旋转，步进电动机使用此电流工作，步进电动机可以执行能量工作，能够执行此工作的硬件称为驱动器。图3.1步进电动机步进电动机主要分为三种形式：(1)反应性步进电动机。定子有绕组，其转子的组合物是软磁式的。一般结构相对简单，成本低，台阶角度小。动态性能下降、操作效率低下、散热、可靠性低等缺点。(2)永磁步进电动机。它的电子一般是用永磁体制造的，其电子和定子的极数几乎相同。动态性能优于反应式，输出速度也比这大的优点，但也有精度不高，步长角度太大的缺点。(3)混合步进电动机。具有反应式和永磁体的共同点。转子是用永磁制造的，转子和定子都结合了多个笑齿轮，提高了步进精度。其优点是输出力矩大，动态性能好，步进角度最小，结构复杂，制作成本高。毕业项目要给我们设计一个小型拉伸试验机，所以我们只需出于经济等原因选择反应步进电动机。3.2步进电动机驱动程序选择图3.2步进电动机驱动器以将控制系统生成的脉冲信号转换为步进电动机的每个位移的方式工作，并且只要控制系统生成脉冲信号，驱动器就根据接收到的信号工作。步进电机的启动和停止是由脉冲信号管理的。所以只有控制步进电动机的脉冲信号频率，才能完成步进电动机的控制。为确定步进电动机的位置而输出的步进脉冲数。步进电动机有多种电源类型，因此必须根据要求选择最合适的驱动器。图3.2集成步进电动机在这次毕业项目中，我们要设计小型拉力试验机，所以我们考虑了经济便利性等。我们决定选择电动机驱动集成步进电动机，以满足我们的要求。3.3张力传感器选择如图3.3所示，力传感器以将电信号转换为力信号的方式工作。张力传感器主要由以下三个要素组成：(1)力感应元件是由铝合金、合金钢和不锈钢材料组成的元件。(2)转换元件中最多的是电阻应变计。(3)电路部分配置比较简单，漆包线配置环，PCB板配置控制板；图3.3拉动传感器这次毕业设计采用了DJSX-16拉力传感器表3.1拉动传感器属性表额定负载输出灵敏度最大激励电压极限超载250N1.0/2.010%MV/V24VDC/AC150%F.S3.4位移传感器选择图3.4中所示的位移传感器也可以称为根据物体的位移量表示机器基本特性的线性传感器。位移表示从初始位置到测试结束位置的距离，唯一的测量方法很多，步骤也很复杂。常用模式包括：(1)应变，(2)电感，(2)差动变压器，(3)涡流，(4)霍尔传感器。有监视小位移的模式，也有监视大位移的模式。范例：一般情况下为17，例如感应式、光电灌嘴、容器灌嘴、磁滞等。图3.4位移传感器这次毕业设计使用了RLR系列位移传感器。表3.2位移传感器属性表机器日程表迭代精度最大激励电压线性精度30毫米0.013mm24VDC/AC3.5选择PLC和相关模块这次毕业项目(毕业项目)选择了Siemens S7-200系列PLC作为控制软件。其优点包括：Siemens S7-200系列PLC是目前最先进的PLC系列，支持在不同行业和不同情况下进行自动检测、监控和控制。S7-200系列可通过与网络相结合的强大性能完成指定的控制功能，无论您是在单独工作。因此，S7-200系列具有非常好的属性/性价比。S7-200系列的优点包括：(1)具有同一阶级的高可靠性。(2)指令集也比较丰富。(3)价格简单易懂。(4)操作比较方便。(5)内置集成功能丰富多样。(六)实时变更和记录的特点；(七)通信能力强；(8)。扩展模块变得更加丰富。S7-200系列在自动控制系统中充