322 樱桃西红柿分拣机控制系统设计【任务书+毕业论文+cad图纸+答辩ppt】【机械全套资料】
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322 樱桃西红柿分拣机控制系统设计【任务书+毕业论文+cad图纸+答辩ppt】【机械全套资料】,樱桃,西红柿,分拣,控制系统,设计,任务书,毕业论文,cad,图纸,答辩,ppt,机械,全套,资料
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桃番茄分拣机控制系统的设计 指导老师：刘仲寿 班 级：机制 051 姓 名：王继理 言 樱桃番茄是一种热带作物，鲜红碧透，味清甜，无核，口感好，营养价值极高。伴随着人们生活水平的提高，其消费量逐渐增加 。 在不断增长的市场需求刺激下，我国的樱桃西红柿产业正快速发展，目前已经形成一定规模。并且伴随着国际市场的需求增大，作为一种高档蔬菜的樱桃番茄将会有一个长足的发展。 为了提高樱桃西红柿的出产效率，并且使樱桃番茄规格划分更加准确，效率更高，需要设计一种自动的等级分拣机。 在该自动分拣机的帮助下，樱桃番茄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。 录 功能描述 电控设计 系统 结束语 能描述 一、分拣机介绍 对于自动分拣系统，首先必须实现以下基本条件： 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。采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行。同样要求控制系统有极高的稳定性。 3、自动化生产。建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻 人员的劳动强度，提高人员的使用效率，基本实现无人化作业。 能描述 二、功能实现 现将樱桃番茄按照其尺寸及色泽分为规格一和规格二两种。 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，采集每个樱桃番茄的信息，并且将该信息送入 根据预装的程序判断该产品属于规格一或者规格二。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，打开规格一或者规格二出料口的电磁阀，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。 能描述 三、排队部分 使产品可以依次经过光耦进入输送部分 排队输送机构采取电机带动。电机轴上功率 P=求电机效率高，运转平稳、振动小、质量轻，故选用90定功率 率 50压 200V，输出转速 1意选择 )。 选用浙江佳雪微特电机集团生产的 90产品具有高精度、低噪声等优点，并且拥有良好的加工工艺，整体适应性良好。 与电机相适配的是浙江微特电机生产的 产品采用 流负反馈技术，实现恒力矩无级调速，具有运转平稳，起动迅速，控制精度高等特点。 能描述 四、输送部分 产品经过光耦后，经由输送系统送到出料口 电机功率 P=择由上海锐进电机公司生产的 级齿轮减速，减速比为 1： 5）。 该电机主要由压紧的主动轮装置、摩檫传动机构、调速控制机构组成，并具有以下的特点： （ 1） 加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动，无后坐力。 （ 2） 速比均为 1： 5，即输出转速可在 1： 45至 1： （ 3） 速精度为 （ 4） 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。 能描述 五、视觉系统 视觉系统主要包括光耦、采集卡、摄像灯、摄像头等，主要完成对产品信息的采集功能。 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。 选用德力西公司生产的 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。 控设计 一、输入部分 产品信息由光耦采集 出两种规格结果并输入给 于采集卡给出信号为弱电输入，不足以作为指令信号输送给 此这里需要两个继电器进行调节。 需要直流控直流继电器作为 载电流为 5此选用 2个美格尔公司的10型号固态继电器。 美格尔公司生产的 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。 控设计 二、输出部分 系统的进料、出料部分由 制电磁阀完成。 樱桃番茄的重量一般为 10此流量 用 5A 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。 控设计 三、控制面板 系统共设置总行、送料、输送、手 /自动转换四个控制按钮。 输送电机为三相交流电机，所需继电器负载电压为 24V，负载电流为 40A。选用美格尔电子电器公司生产的 80 排队电机为单相电机，所需继电器的负载电压为 24V,负载电流为 10A，因此选用美格尔公司的 4810交流固态继电器。 控设计 设计系统供电电压为 220，电流 10用江阴长江电器公司的 该开关适用于交流 50 60电压 380流电压 220触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用 。 寿命指标： 按钮：机械寿命： 100 104次 电寿命： 50 104次 旋钮：机械寿命： 20 104次 电寿命： 10 104次 电寿命： 10 104次 信号灯，选择江阴长江电器公司的 1（ 号灯，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 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 。 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。 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，特别是高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使其在一般的工业自动化系统中得到了广泛的应用。 据分拣机功能要求，并考虑到成本等，整体集中式小型的 此选用西门子 该 种场合中的检测、监测及控制的自动化。 相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 价格比。 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 束语 本控制系统设计完成后，经过安装、检测，实际使用表明，能够可靠、快速的完成产品的分拣任务。并且该控制系统性能稳定可靠，操作简便，经济实用且灵活性强，可以应用于其他类似的分拣机构中。 但是该控制系统也存在着很多不足，目前的生产效率为 3个 /秒，还有待提高。希望各位老师提出更多的不足之处，我一定尽快改正！ 1 学校代码： 10410 序 号： 050377 本 科 毕 业 设 计 题目： 樱桃西红柿分拣机控制系统设计 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 王 继 理 学 号： 20050377 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 2 江西农业大学毕业设计 (论文 )任务书 设计（论文） 课题名称 樱桃番茄分拣机控制系统设计 学生姓名 王继理 院（系） 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 刘仲寿 职 称 副教授 学 历 本科 毕业设计（论文）要求： 设计樱桃番茄分拣机的控制系统，要求能够准确可靠、快速的对樱桃番茄的规格做出分类，能够实现持续的生产工作以及自动化无人操作。 并根据系统性能要求，合理选择各控制元件，要 求做到经济适用，既能够保证性能，又具有很高的经济性。 毕业设计（论文）内容与技术参数： 首先根据总体功能要求，设计各功能模块。能够通过各模块的协作，实现分拣机的功能要求。其次针对各功能模块设计其控制部分，然后进行总体控制系统的设计。最后根据设计完成的控制系统，结合各模块功能，合理选择各模块控制元件。 毕业设计（论文）工作计划： 第一步，仔细了解分拣机分拣系统的设计原则。第二步，选择市场上已有的与我们需求的分拣功能相类似的分拣系统进行研究，以此设计实现樱桃番茄分拣功能的各功 能模块以及控制系统。第三步，合理选择各控制元件，做到经济适用。 接受任务日期 2009 年 1 月 7 日 要求完成日期 2009 年 5 月 20 日 学 生 签 名 2009 年 2 月 10 日 指导教师签名 年 月 日 院长（主任）签名 年 月 日 3 摘要 本论文介绍了樱桃西红柿分拣机的工作机理及其简单的工艺流程，主要针对其控制系统做详细说明。 本文对该分拣机进行了总体方案设计，采用 结合的技术实现了樱桃西红柿的自动分选。根据实际生产需求以及设计生产效率，合理选择各动力及控制元件。并且编制控制程序。 实测结果表明，该分拣机分级效果良好，该控制系统性能稳定可靠，操作简便，经济实用且灵活性强。 关键词 自动分拣机；控制系统；可编程逻辑控制器； 电器。 4 of in is on of of to of it by it is to or of as a of to of of 5 目录 1、前言 . 6 2、总体功能介绍 . 7 队部分 . 8 机选择 . 8 子无级速度控制器选择 . 9 送部分 . 9 机的选择 . 9 机工作情况 . 10 觉系统 . 11 3、电控设计 . 12 入部分 . 12 出部分 . 13 制面板 . 13 送、排队继电器 . 14 钮开关 . 14 号灯 . 15 4、系统 择 . 15 介 . 15 起源与发展 . 15 制系统与其他工业控制系统的比较 . 16 制系统的硬件组成 . 18 制系统的软件组成 . 20 择 . 23 5、总结 . 24 6、参考文献 . 25 6 1、前言 樱桃 西红柿 又名葡萄番茄、圣女果、珍珠番茄，在国外又有 “ 小金果 ” 、 “ 爱情果 ” 之称。它既是蔬菜又是水果，色泽艳丽、形态优美， 并且 味道适口、营养丰富，除了含有番茄的所有营养成分之外，其维生素含量比普通番茄高。被联合国粮农组织列为优先推广的 “ 四大水果 ” 之一 。 圣女果是一种热带作物，鲜红碧透，味清甜，无核，口感好，营养价值 极高 。伴随着人们生活水平的提高，其消费量逐渐增加 。 圣女果一般单重 10 20g， 果实横径 2 厘米左右 。 在不断增长的市场需求刺激下，我国的樱桃西红柿产业正快速发展，目前已经形成一定规模。并且伴随着国际市场的需求增大，作为一种高档蔬菜的樱桃番茄将会有一个长足的发展。 为了提高樱桃西红柿的出产效率，并且使樱桃番茄规格划分更加准确，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，樱桃番茄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，可以省去专人进行樱桃番茄的等级划分，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。 7 2、总体功能介绍 对于自动分拣系统，首先必须实现以下基本条件： 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。 建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻 人员的劳动强度，提高人员的使用效率 ， 基本实现无人化作业。 现将樱桃番茄按照其尺寸及色泽分为规格一和规格二两种。 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 每个樱桃番茄的信息，并且将该信息送入 的采集卡。 根据预装的程序判断该产品属于规格一或者规格二。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 据程序设计，在收到产品的规格指令后，经过一定时间延迟，打开规格一或者规格二出料口的电磁阀，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。 以下是为实现自动分拣机的上述功能的各种控制要求。 送料、出料部分，由一台空气压缩机提供气压，电磁阀控制，共需要三个电磁阀。 产品的输送及依次排队由电机提供动力。这里需要两个继电器对电机进行控制。 产品规格信息由视觉系统采集后送给 行分析，并将分级结果转换为指令送入控制系统。 系统的主要控制功能将由 现。 系统设计 4 个控制开关：总行、送料、输送、手 /自动转换。 下面对分拣机各功能模块进行设计说明： 8 队部分 产品经进料口送入分拣机后，需要使其可以依次经过光耦进入输送部分， 而排队部分就是实现这一功能的。功能的具体实现如下图： 机选择 排队输送机构采取电机带动。根据设计生产效率及小番茄重量，需要电机轴上功率 P=且 要求电机效率高，运转平稳、振动小 、 质 量 轻 ， 故 选 用90齿轮减速电子调 速 电 动 机 ， 额 定 功 率 50压200V ， 输 出 转 速1意选择 )。 选用浙江佳雪微特电机集团生产的 90产品具有 高精度、低噪声 等优点，并且拥有良好的加工工艺，整体适应性良好，属于小功率齿轮 减速、电子调速电机 ，具有较高的性价比。 排队电机的安装线路图： 9 子无级速度控制器选择 在现代工业系统中， 电动机是主要的驱动设备，目前在电动机拖动系统中已大量采用晶闸管 (即可控硅 )装置向电动机供电的 D 拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的 F D 系统 ，并且伴随着电子技术的发展， 促使电机调速逐步从模拟化向数字化转变 。 选择浙江微特电机 生产的 子无级速度控制器。该产品 采用 例调节器，电流负反馈技术 ， 实现恒力矩无级调速，具有运转平稳，起动迅速，控制精度高等特点 。 并且该产 品 结构简单，能与主电路同步，能平稳移相且有足够的移相范围，控制角调整量可达 10000 步，能够实现电机的无级平滑控制，脉冲前沿陡且有足够的幅值，脉宽可设定，稳定性与抗干扰性能好 。 以下为其接线图： 送部分 产品经过光耦后，经由输送系统送到出料口，由电机带动滚轮来实现。 机的选择 该电机的线路图如下所示： 10 根据传送带设计所需转速，以及生产效率，确定在输送部分所需电机功率 P=择由上海锐进电机公司生产的 级齿轮减 速，减速比为 1： 5）。 该电机 主要由压紧的主动轮装置、摩檫传动机构、调速控制机构组成 ，并具有以下的特点。 （ 1） 加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动， 无后坐力 。 （ 2） 速比均为 1： 5，即输出转速可在 1： 45 至 1： 间任意变化。 （ 3） 速精度为 。 （ 4） 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） 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， 大扭矩 的变速效果。 （ 7） 定的转速恒定； （ 8） 适用于潮湿、多尘、有轻度腐蚀性的工作环境。 机工作情况 工作温度：部件磨合（空机运转）开始时，温升可高于环境温度的 40 当运转 60时后，温度逐渐降低，温度约高于环境温度 25，并保持恒定。 工况系数表： 调速方式：手动调速（分快慢手轮、指针手轮两种） 配直角器调速 电动调速 K 工作情况 1 均匀、匀速负载、单向旋转、无惯性 等冲击、脉动负载、常反转、中惯性 等冲击、脉动负载、常反转、大惯性 重冲击、脉动负载、常反转、大惯性 11 觉系统 视觉系统主要包括光耦、采集卡、摄像灯、摄像头等，主要完成对产品信息的采集功能。 下面是视觉系统安装线路： 视觉摄像头需要 24V 直流电源。 视觉系统的摄像灯以及采集卡需要 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。系统需要高稳定性，低误差，较高的灵敏度，因此选用热电变换。 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 号交直流转换器。 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; 12 校准： 18 C 至 28 C; 储存： C 至 50 C 3、电控设计 本设计主要针对自动分拣机控制系统的设计，以下就对该部分设计进行 详细的说明。 入部分 产品信息由光耦采集， 析后，给出两种规格结果，并输入给 于采集卡给出信号为弱电输入，不足以作为指令信号输送给 此这里需要两个继电器进行调节。 右图为产品规格信息的输入线路图： 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）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， 高 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。 （ 2）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。 （ 3）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。 （ 4）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。 需要直流控直流继电器作为 令的输入，负载电流为 5A 左右，因此选用 2 个美格尔公司的 10 型号固态继电器。 美格尔公司生产的 固态继电器，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 13 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。 出部分 系统的进料、出料部分由 出指令，控制电磁 阀完成。产品分两种规格，因此一共需要三个电磁阀。电磁阀安装在分拣机的进料、出料口，因此电磁阀的远距离控制，需要三个继电器实现。下面是电磁阀输出的线路图： 樱桃番茄的重量一般为 10此 流量 可满足需要。选用司的 5A 号电磁阀，三个。 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。 0年的阀门制造经验 ,公司将阀门的性能发挥到 极限 ,可以满足 任何速度及精确度上的严格要求 ,是 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 。 电磁阀 工作电压 220V，电流 10A 左右，因此选用美格尔公司的 号直流控直流继电器。 制面板 系统共设置 总行、送料、输送、手 /自动转换四个控制按钮。 下图为这些控制按钮的信号输入图： 14 送、排队继电器 输送电机为三相交流电机，并且考虑到该电机功率要求，所需负载电压为24V，负载电流为 40A。选用乐清市美格尔电子电器公司生产的 80相交流固态继电器。 排队电机为单相电机，所需控制继电器的负载电压为 24V,负载电流为 10A，因此选用美格尔公司的 4810 交流固态继电器。 美格尔公司该系列的继电器，不仅能够良好的实现系统的功能需求，拥有较高的质量，并且方便继电器的维护等。 钮开关 设计系统供电电压为 220，电流 10A 左右，选用江阴长江电器公司的 该开关 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。 其技术指标为： 带灯钮（ 光寿命： 30000h 信号灯额定工作电压： 24V、 220V 颜色：红、绿、黄、白、蓝、黑（ 选红色 ） 相比漏电起痕指数 00, 阻燃 15 寿命指标： 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 选择江阴长江电器公司的 1（ 号灯，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 。 其性能指标为： 连续工作寿命 30000h 光亮度： 40 60cd/允许瞬间电压波动 20%（ 110V 以上）； 相比漏电起痕指数 00，阻燃 交流频率 50工频耐压： 发光颜色：红、绿、黄、白、蓝 绝缘电阻： 0V 为 50V 60V 为50、系统 择 用 行控制，外围设备少，占地空间小，是实现集控的良好设备。 介 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承由输入电路，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 16 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，制等功能，同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 标准，并给出了它的定义。 “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，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 继电器控制系统的比较 继电器控制系统比较表 比较项目 继电器控制系统 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 17 安装，施工 连线多，施工繁 安装容易，施工方便 可靠性 差，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 制系统所代替是大势所趋。 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，代只的却是 出现。通过计算机与 身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下表。 计算机系统比较表 比较项目 通用计算机系统 制系统 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 采用的特殊措施 掉电保护等一般性措施 采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，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 靠，方便，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 8 共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践，人们又发现， 一般的工业控制计算机相比， 是有着较强的优势，其原因是 为在工业环境下的应用而设计，在 采用了如下的硬件和软件措施： 错误 !未找到引用源。 光电耦合隔离和 波器，有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 内部电路进行检测，一旦出错，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 采用了双成冗余系统，或三 成表决式系统。 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 生产厂家甚至宣布， 今后生产 再标明可靠性这一指标，因为对 讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现 统在使用中发生的故障大是是由于 外部开关，传感器，执行机构引起的，而不是 身发生的。 另外， 序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。因此，工业控制方面获得了极大成功，成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， 下位机进行现在控制，计算机做上位机信息处理。计算机与 间通过通信线 路实现信息的转换和交换。这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。 制系统的硬件组成 制系统的硬件是由 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。 统 19 （ 1）主控模块 控制中枢，它由控制器和运算器组成。 控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。 具体作用如下： 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： 统中的存储器主要用于存放系统程序，用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 硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的 程序。 存储器区：工作数据是 行过程中经常变化的，需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 标称容量。通常，小型机小于 8型机小于 50大型机可以在 50上。 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 控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过 I/O 模块实现的。生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/O 模块作为 工业生产现场的桥梁。且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， 220V 交流输入 /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/O 模块。 （ 3）电源模块 该模块将交流电源转换成供 储器所需的直流电源，是整个 统的 20 能源供给中心。它的好坏直接影响到 功能和可靠性。目前，大多数 普通电源相比， 电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供 24稳压电源， 用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/O 电路 基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过 理后，通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 控制指令。输出电路的功能就是接受 出的控制信号，对被孔对象执行控制任务。 制系统的软件组成 制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分 组成。 统软件与工作过程 统软件是 作所必须的软件。 在系统软件的支持下， 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。 这种工作方式就称之为循环扫描。 现以 机为例来说明 描的工作过程： 如下图在没有扫描之前， 先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/O 单元连接是否正确，再执行一段程序。 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。 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 断一切输出。 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。 21 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）。 据 I/O 示意图如下： 22 输入映象存储器及刷新。由上图所示可知送入 子上的输入信号，经过电隔离，电平转换，滤波处理后，进入缓冲器内 采样。在 存储器有一个专门存放 I/O 数据区，其中对应输入端子的数据区，称之为输入映象存储器。当 样时，输入信号由缓冲区进入映象区。接着就是数据输入或输出状态刷新。 只有在采样刷新的时刻，输入映象存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路固有的惯性和滤波滞后影响）一致，其他时间范围输入信号变化是不 会影响映象存储器的内容的。由于 描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样时间很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差。即认为输入信号一旦变化，就能立即进入输入映象的存储器内。 输出映象存储器及输出状态刷新。同样道理， 能直接驱动负载。按用户程序要求及当前输入状态，要保持到下次刷新为止。同样，对于变化较慢的控制过程来说，因为两次刷新的时间间隔和输出电路的惯性时间常数一般才几十毫秒，可以认为输出信号是及时的。 应用软件 制系统的应用软件是指为完成 际控制任务而编制的各种软 件。随着 用领域范围的不断扩大，应用水平的提高， 用软件也大大丰富起来了。 用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同， 用软件有以下几个特点： 应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。 应用软件与硬件紧密相关。软件设计人员不能抛开硬件配置和系统孤立地考虑软件设计。设计必须根据硬件系统，接口的实际情况进行相应的程序
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