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含图和文档 自动 配料 装车 控制系统 设计 文档

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毕 业 设 计 题 目： PLC自动配料装车控制系统设计 院、 系： 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2016年 4月19日 摘 要现代科学技术的发展快速，使社会的生产能力不断提高，人们生活水平也不断提高，开始追求更高的标准，所以对产品提出了更严苛的要求。企业需要在设备上提高自动化，这样可以节省生产劳动力，可以提高工作效率，也可以提高和控制产品的质量，维护企业的信誉。自动配料装车控制设备大量应用于粮食行业、化工行业、水泥行业等，企业对产品包装称重的要求很严格，准确度必须提高。自动配料装车技术经历了手工称重方式、继电器控制方式、仪表称重控制方式、可编程控制器控制方式。现代自动配料装车系统都是用可编程控制器和人际界面共同组成系统，这样可以提高设备自动化程度和设备控制的精度。本设计详细介绍了称重传感器以及自动配料装车控制系统的工作原理，并对控制系统的硬、软件设计进行了详细的分析。通过PLC控制称重仪再对称重过程进行控制。关键词：自动配料，PLC，触摸屏 AbstractWith the rapid development of modern science and technology, the production capacity of the society has been improved, peoples living standards have been improved, the pursuit of higher standards, so the product has put forward more stringent requirements. Enterprises need to improve the automation of the equipment, which can save labor, improve work efficiency, but also can improve and control the quality of products, maintaining the credibility of enterprises. Bulk material weighing and packaging equipment is widely used in food industry, chemical industry, cement industry, and so on. The weighing technology of bulk material packaging has experienced the manual weighing method, the relay control mode, the instrument weighing control mode and the programmable controller control mode. Modern bulk material packaging and weighing system is a system which is composed of a programmable controller and a human interface, which can improve the automation degree of equipment and the precision of equipment control.This paper introduces the design of the weighing sensor and the weighing control system of bulk materials, and analyzes the hardware and software design of the control system in detail. Control of re symmetric weight of weighing instrument by PLC control.Keywords: weighing instrument, PLC, touchscreen目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1自动配料装车系统研究的目的和意义11.2 国内外研究现状及发展趋势21.3 自动配料装车控制系统的控制要求21.4 自动配料装车控制系统的设计任务3第2章 自动配料装车控制系统总体设计42.1自动配料装车控制系统的工艺流程42.2自动配料装车系统用称重仪控制原理52.3自动配料装车控制系统的总体设计思路7第3章 自动配料装车控制系统硬件设计93.1PLC原理及选型93.1.1PLC的概况93.1.2PLC的特点103.1.3PLC的应用103.1.4PLC的选用133.2可编程控制器硬件接线图设计163.3系统辅助控制接线图设计18第4章 自动配料装车系统软件设计214.1 PLC软件系统设计的方法224.2可编程控制器的I/O点分配224.3自动配料装车系统的程序设计234.3.1程序设计总体思路254.2.2自动配料装车系统的具体程序设计27第5章 致谢28参考文献2922第1章 绪论1.1自动配料装车系统研究的目的和意义微型计算机和电子技术的迅猛发展，促进了控制技术和微型计算机测量的广泛应用。在国家建设重大项目上，航空航天项目一直到民用的电梯，工厂生产系统等都用到微机测控技术。在工厂生产中的自动配料装车控制系统控制就是典型的微机测控技术的应用。自动配料装车控制系统包括称重和逻辑控制两个部分设计。散料配料装车是贸易流通和工业生产中的重要环节。称重是工业生产中不可缺少的应用功能，也是不可缺少的计量工具。随着社会日益发展和商品流通的发展，称重仪的作用越来越重要，而且需求量也越来越大。在以前使用的杠杆式秤明显不能满足现代社会的需要，随着六十年代后的电力电子技术和传感器技术的发展，电子秤越来越重要，技术发展也越来越成熟。到了七十年代后，微机处理器的出现和发展让电子秤重的技术得到进一步的发展。现代称重系统中测量精确，人为误差的消除，使用方便快速和功能丰富多样成了主要的特点。现代称重仪是提供物品重量的重要工具，而且作为商业管理系统和工业控制系统的一个重要组成部分，让工业生产现代化和自动化发展快速，对操作环境进行改善，以人为本，提高了产品的效率和质量，改善了企业经营管理，降低了各种成本和能源消耗。如图1-1所示，为自动配料装车设备的示意图。图1-1 自动配料装车设备示意图1.2 国内外研究现状及发展趋势国外研究大致情况：电子称重技术是集材料、管理、信息、机械、电子、为一个整体的技术，是一项系统的工程。在相当长的时间，发到国家比较重视电子秤重技术的应用，已经把电子秤重技术提高到设备制造的高度来重视。所仪将研究的重点转移到生产过程的称重控制系统和自动化控制领域，让计量功能不断发展，从单项的计量扩展到控制系统的应用。世界上重要的包装机械出口国，如法国、意大利、美国等，他们也是称重控制设备的主要出口国家，每年的出口总额也我国的工业工业年产值差不多。主要原因是在电子称重系统和电子秤重控制器的产品生产研究和设计，在不断吸取现代最新科技。特别是先进的工艺和制造技术。从60年代初的机电结合式电子秤重控制器出现以来，不断改善和创新。国内的研究在50年代中期就开始发展，应用电子技术，在六十年代结合型机电发展到现在的数字智能型电子秤重控制器，我国的称重控制器研究和检测方法基本达到了国际的水平，电子称重控制器的制造和应用也得到了发展。电子秤重技术重点向动态称重发展，计量方法也从开始的模拟量发展到现在的数字量，测量的特点从单参数测量向多参数测量发展，特殊设备是对快速称重和动态称重的方法研究。总体上说，我国的电子秤重控制产品数量和质量都还有明显的差距，主要的差距是技术和工艺有待提高，工业设备和测试设备开发不足，品种较少，功能也不完善。1.3 自动配料装车控制系统的控制要求自动配料装车控制系统在运行过程中，自动配料装车控制系统由可编程控制器进行信号采集和控制输出，散料给料方式采用二级给料方式，在粗给料时，给料流量大，用短时间加入额定重量的9095，在细给料时，给料流量小, 为额定重量的5%至10%，由于细进料门有机械动作过程，为保证给料精度，在给料量达到98%时开始关闭细进料门，而不是等到达到100%才关闭细进料门，这样这样即可保证速度, 又可保证精度。 控制系统每次称量工作前，都测试称斗的净重，以消除由于物料粘附在料斗内壁而引起的误差，停机时设置相应的处理功能，保证停机排空称斗内物料。要保证在下次运行的时候料斗内没有散料，要尽量避免散料在长时间的停留下凝结在料斗壁上。在细加料的结束后，等待散料稳定后才能进行检测称重，这样得到的误差可以循环进行补偿。自动配料装车系统的电机转速可以进行单闭环控制，达到自动配料装车的准确目的。第2章 自动配料装车控制系统总体设计2.1自动配料装车控制系统的工艺流程自动配料装车控制系统由可编程控制器进行信号采集和控制输出，散料给料方式采用二级给料方式，在粗给料时，给料流量大，用短时间加入额定重量的9095，在细给料时，给料流量小, 为额定重量的5%至10%，由于细进料门有机械动作过程，为保证给料精度，在给料量达到98%时开始关闭细进料门，而不是等到达到100%才关闭细进料门，这样这样即可保证速度, 又可保证精度。 自动配料装车控制系统在称重的工作之前，都要测试料斗的重量，这样就可以消除散料粘在料斗上壁，引起的称重误差，在设备停车时，就要对此误差造成的因素进行相应的处理，要保证料斗内没有物料。细加料信号完毕后，待其稳定进行实测，以便得到误差，以使下一个循环进行补偿校正。工艺流程图如图2-2所示。图2-2 自动配料装车系统工艺流程图 由工艺流程图可知系统功能为：（1）、对物料重量实现自动控制，其设定值在触摸屏上；（2）、放料工作完成后，要进行称斗的净重检测修正；（3）、对称量误差进行自动补偿；（4）、自动包装和系统应该设置有相应的故障检测、报警信号。系统工作原理：称量工作开始，当储料斗中物料足够，在重力的作用下进入重力供料装置，PLC控制器控制储料斗大、小进料阀均完全打开料门进入大（粗）给料状态。当到达给定大给料重量（设定阈值如90%要求重量）时，关闭大进料阀，进入小（细）给料状态，达设置重量时，关闭小进料阀门，达称量斗稳定（可以设置比较环节程序或延时来实现），称量工作完成。并且卡袋机构卡紧时，卸料门打开，物料进入放料斗，再落入袋内，延时（设定一时间根据料来确定，通过程序来处理，可灵活实现）关闭，释放夹袋并关闭卸料阀，并打开皮带传送系统，完成一个包装循环，并传送到下一环节。2.2自动配料装车系统用称重仪控制原理图2-3 自动配料装车系统图本控制系统采用托利多B8520称重仪，此称重仪有四种称重模式分别是：无斗模式、PLC模式、有斗模式、散粮模式。根据工厂需要本系统采用有斗模式，该模式的称重过程将在称量斗中完成，当称量完毕后，在夹袋信号到位后，控制器将完成包装过程。在放料后，可由控制器进行拍打振实等功能。图2-4 有斗称重模式时序图 从时序图中可以看出只要IN8口采集到斗门关闭产生的一个上升沿信号，称重控制器依次发出慢进料、中进料、快进料，同时设置延时时间，当IN3口收到夹带请求，称重控制仪依次发出放料、拍打、夹带输出控制。PLC部分要实现的控制很少，只有启动、关闭、急停、读取毛重净重、写入目标值等，这无疑给编程带来极大方便，自动化程度得到提升。该工作流程图如图2-4，方案采用三速加料，一般称重仪市场价格差不多，所以本方案采用PLC控制托利多B8520再通过托利多B8520控制执行机构。图2-5控制流程图2.3自动配料装车控制系统的总体设计思路自动配料装车控制系统主要由配料称重仪、仪表控制柜、低压开关柜、现场操作盘以及工业控制的计算系统及设备监控系统软件几部分组成。1)配料称重仪称重仪器对经过散料的料斗物料进行连续称量和自动累计，此配料称重仪具有运输、计量功能。称重部分的工作原理是采用电阻应变式，多托辊杠杆式结构。在实际工作时，控制放料电磁阀，通过调节电磁阀来改变散料流量。 2)仪表控制柜仪表控制柜主要包括各种各样的仪表，重点是称重仪表。仪表重点接受称重传感器的模拟量信号，根据信号通过系统计算出流量和累计量，并将流量信号以010伏模拟电压的形式送给PLC，PLC将重量信号与机内设定值比较后，根据一定的控制规则输出010伏调节信号，控制现场放料电磁阀，从而构成单机闭环系统，达到控制某种物料流量的目的。3)低压开关柜低压开关柜配置有断路器、电流互感器、电压表、刀开关、电流表、隔离变压器等器件为各控制柜和配煤系统动力部分提供电源，同时检测动力电源部分的相间电压和线电流。4)现场操作盘配煤系统电机的现场控制部件，装有控制按钮、指示灯，可在机旁对现场皮带机和给料设备的启停进行控制、指示PLC对电机的命令状态。第3章 自动配料装车控制系统硬件设计 该系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。通过对托利多B8520IN1口输入电平的控制来实现手动控制和自动控制切换，当IN1口为高电平时系统启动工作，当为低电平时系统停止工作并进入手动控制状态。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单独进行操作控制。自动操作要求按一下自动/手动选择开关，机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机器继续完成一个周期的动作，回到初始状态后自动停止。控制系统框图如图3-1所示。图3-1控制系统框图3.1S7-200PLC原理及选型3.1.1PLC的概况随着科技的不断进步，PLC的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现:1.控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。2.组成模块的增多，现在PLC己经新增了很多模块，如PDI控制、温度以及运动模块等等。3. 在PLC的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放性和互操作性大大发展，各厂商都意识到开放是发展的一个趋势，并形成了长时期的妥协与竞争。4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。5.联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。3.1.2PLC的特点1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2)配套齐全，功能完善，适用性强3)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.1.3PLC的应用1)PLC开关量的逻辑控制这是PLC开关量的逻辑控制是基本的控制方法。它可以实现各种逻辑控制工艺，顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。PLC的开关量逻辑控制基本取代了接触器-继电器电路，广泛应用于各行各业，如注塑机、订书机械、机床、仓库生产线、灌装流水线等。2)PLC模拟量控制由于自然界存在许多连续变化的物理量，比如压力、温度、流量、液位等都是模拟量。要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换为模拟量。3)PLC数据处理可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完成实际数据处理，数据传送和转换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。4)PLC过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是模拟量闭环控制系统中，使用很频繁的调节方法。可编程控制器具有专用的PID子程序。5)PLC通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC由三个基本部分组成：外部输入采样单元、内部逻辑计算处理单元、处理结果输出执行单元。可编程控制器的结构框图如图3-2可知。逻辑处理输出接口输入接口M 图3-2 PLC基本组成框图SBQAKA1ARtHLKA2A可编程控制器的I/O输入单元包含主令按钮、限位开关、检测器等外部输入主令接口，可编程控制器在对外部I/O输入单元收集的各种逻辑信号和模拟量采样数据，以及主令台的各种命令等信息进行储存和处理。可编程控制器根据所设计的程序对这些输入信号进行处理计算，并将结果通过输出单元进行输出。通常下都是输出给继电器，继电器通过动作来控制外面的执行单元。可编程控制器可根据外部工程需要建立通讯控制，通过通讯可以将某执行机构的具体数据进行采样和监控，并计算和输出。如图2-2所示，可编程控制器的原理框图。由图可知，外部输入变量都有开关量，模拟量，通讯接口传送的变量数据，以及编程执行器等。CPU开关量I/O接口RAM 、 ROM模拟量I/O接口EPROM/E2ROM通迅接口编程器电源图3-3 可编程控制器原理框图编程工具一般就是电脑设计的编程软件，我门可以根据编程软件对可编程控制器进行硬件组态设计，输入输出点的分配设计，程序编写设计，可以通过在线连接进行监控，通过监控可以调试程序，并修改程序。当可编程控制器启动运行后，我们可以根据外部动作情况来判断程序的错误和需要完善的地方。这也是现场调试工程师必须具备的技能。可编程控制器编程软件都是各自厂家自主研发的，对这些软件必须学习，了解指令含义和编程原则，技巧等。我们在编程时，一般要对系统进行总体设计，总体设计可以保证编程的思路清晰，明朗。总体设计完后进行分布设计，对各种功能实现进行单独编程，有必要的时候对程序进行模块化设计，节省编程空间和时间。分布设计完毕后，就进行系统的调试阶段，在调试时，首先必须对系统调试步骤进行了解，对系统工艺进行了解，以免调试时出现差错。1简易编程器简易编程器就是很简单的编程工具，在编程工具上我们可以看到功能输入键，各种指令输入键，各种指令地址数字输入键，还有显示屏显示当前编程的具体情况。在编程时首先简易编程器就可以直接接在可编程控制器的端口上，用专用的通讯电缆与可编程控制器进行连接，通过设置可以对可编程控制器进行程序设计调试工作。在编程时，首先对各种按键进行熟悉，在编程过程中必须进行记录，以便后面的调试修改。在编程的时候必须对输入输出点的地址分配进行详细说明，以免编写程序过程中，思路混乱。在编写程序结束后，就要对系统进行调试，调试的时候，必须判断系统功能实现是否准确，如果不准确，对相应部分进行修改。使其准确。如果修改完毕，程序运行正常，就可以将简易编程器拔下，保存。2图形编程器常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。3用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能随着PC的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的PC上实现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是：充分利用PC机的软、硬件资源(如：硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序，存贮、打印程序文件(清单)，与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后，PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。输入输出数字输入624 数字输出416模拟输入1632 模拟输出828输入输出映像（可扩展）128输入 128输出硬件扩展最多7台扩展模块中断输入4脉冲数出2（20k100k）CPU特性8个PID控制器 最多2个串行端口实时时钟 运行中编辑浮点运算 状态LED指示CPU处理时间位处理：0.22us程序存储器425k数据存储器210k定时器256温度模块16位分辨率网络扩展串行通讯 AS-interfaceMPI Profibus-DP从站Modbus主站/从站通讯速率PPI/MPI：187.5kbps自由口：115.2kbps编程软件Step7-MicroWIN安装方式IEC导轨工作电压DC24V/AC220V根据本系统控制要求，选用S7-200CPU226CN可编程控制器。24个DC输入点，16个DC晶体管输出点。订货号：6ES7 216-2AD23-0XB0。3.1.4PLC的选用我国市场上流行的有如下几家PLC产品： 施耐德公司，目前有Quantum、Momentum、Premium等产品； 罗克韦尔公司PLC产品，目前有SLC、ControlLogix、 MicroLogix等产品； 西门子公司的产品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列产品； GE公司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。本次设计选用西门子S7-200型PLC。车床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能，西门子S7-200系列PLC非常适用于单机自动化控制系统。现选择西门子S7-200 CPU226型PLC控制，AC220V供电，DC24V 6点输入，继电器型交流3点输出。图3-4 西门子S7-200型PLCS7-200可编程控制器是小型化的PLC，对于社会各种行业，各种场合的逻辑控制，自动检测和运算功能都适用。S7-200可编程控制器具有强大的运算功能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。S7-200可编程控制器提供了4个不同的型号，8中CPU类型可以选择使用。本次设计选择的是采用CPU226类型可编程控制器。CPU226类型的可编程控制器可以集成24输入和16输出共计40个I/O点。可以扩展7个模块，最大扩展至248路数字量I/O或者35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，具有PID控制器，具有2路独立的20KHz高速计数器输出。RS485通讯编程口共有两个，具有PPI和MPI通讯协议，I/O端子很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统。共有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能的更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。3.2可编程控制器硬件接线图设计根据自动配料装车控制系统的控制要求以及工艺流程，设计了可编程控制器的硬件接线图。可编程控制器选用西门子S7-200PLC，CPU226，选用模拟量输入输出扩展模块，分别用于称重仪的模拟量输入，传送带速度给定输出。具体设计如下图所示。图3-7 CPU226硬件接线图图3-8 扩展模块EM231.EM232接线图3.3系统辅助控制接线图设计自动配料装车系统的辅助控制主要包括变压器，开关电源，电磁阀接线等。辅助控制部分设计的目的就是为了安全保护，完善系统控制等。如下图所示。图3-10 辅助控制电路设计图第4章 自动配料装车系统软件设计4.1 PLC软件系统设计的方法PLC软件系统设计的方法主要有图解法编程、经验法编程、计算机辅助设计编程。图解法编程主要是通过画梯形图来对PLC程序进行设计。经验法编程主要是运用自己和别人的设计经验来进行设计。设计前先选择和自己设计要求相视的程序，然后结合自己的设计要求情况，对梯形图程序进行适当的修改，使它符合自己的设计要求。计算机辅助设计编程主要是在计算机上通过PLC编程软件进行程序设计和编程、在线仿真调试等。在本次设计中，采用的是梯形图法编程。 4.2可编程控制器的I/O点分配散料包装控制系统的输入信号有启动按钮、停机按钮、急停按钮、斗门检测信号、斗门关闭按钮、斗门打开按钮、放料旋钮、拍打旋钮、夹带旋钮、输送带启动及停止。输出信号包括系统运行输出、急停输出、粗加料电磁阀输出、细加料电磁阀输出、夹带电磁阀输出、放料电磁阀输出、皮带电机运行、拍打电磁阀输出。输入输出器件的名称见表1所列。 序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.0SD启动（SD）2I0.1SQ1运料车到位检测3I0.2SQ2运料车物料检测4I0.3S1料斗物料检测Q0.0M1电机M15Q0.1M2电机M2Q0.2M3电机M3Q0.3M4电机M4Q0.4L1允许进车6Q0.5L2运料车到位指示Q0.6D1运料车装满指示Q0.7D2料斗下料7Q1.0D3料斗物料充足指示8Q1.1D4料斗进料14 主机1M、面板V+接电源+24V电源正端15主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端4.3自动配料装车系统的程序设计4.3.1程序设计总体思路自动配料装车控制系统软件设计用程序语言描述系统的工作任务。结合自动配料装车控制系统的工作内容。程序设计有以下几大任务。 1）、在上位机上通过PLC将快进料、慢进料、提前量、目标值写入托利多B520称重控制仪内。 2）、将称重系统的当前值即毛重和在托利多B520处理过的即净重值通过PLC反映在触摸屏上，简单的说就是读出毛重和净重并在触摸屏上显示。 3）、系统正常工作的调控过程。本控制系统指的是快、中、慢进料门的开与关、夹袋操作、斗门的开与关的控制过程。在程序设计过程中，SM0.0指令是只要上电其就导通， PLC的每个扫描周期都必须调用MBUS_CTRL指令，才能确保连续地监控MODBUS网络。只有在MODBUS_CTRL指令无错误地被执行后，才能启用消息传递指令实现MODBUS通信。MODBUS_CTRL指令完成后，Done将输出能流。如执行有错误，则错误代码将被送至“Error”所指向的内存变量（字节）中。MODE：选着通信协议。“1”-通信端口被定义为MODBUS协议；“0”-通信端口恢复成缺省的PPI协议。Baud：设置波特率（必须与MODBUS从站设置的波特率一致）。可选为1200、2400、4800、9600、19200、348700或115200.Parity:设置奇偶校验形式（必须与MODBUS从站选择的奇偶校验形式一致）。“0”奇校验，“1”偶校验。Timeout：设置等待从站响应时间（ms）。可选值为1到32767。典型值=1000（ms）。ETH0_CTRL指令用于初始化和监控CP 243-1模块，指令中的“0”表示模块所处的位置。PLC在每个扫描周期的开始调用一次该指令，才可确保对CP 243-1的监控。CP_Ready:当CP 243-1模块准备就绪时，CP_Ready输出能流。CH_Ready:由CP 243-1模块返回的8个连续通道的状态。CH_Ready的操作数是字，8个连续通道的状态实际上存放在低字节中，第0位代表连接0的接通状态，第7位表示连接7的接通状态。当某个连接通道接通时，对应位为“1”，未接通为“0”。ERROR:由CP 243-1模块返回的错误代码。4.2.2自动配料装车系统的具体程序设计在程序中， 按下启动按钮SB1，I0.0接通，MO.O导通自锁，Q0.0导通,IN1口输入为高电平，称重仪启动开始工作。若按下SB2，I0.1常闭触点断开，Q0.0断电，IN1口输入低电平，称重仪停止工作。当称量漏斗门关闭到位时，I0.4接通，Q0.2通电，称重仪为高电平，称重系统开始工作，当放料开始即称重仪OUT4输出为高电平时I1.0常闭触点断开，此时斗门限位开关SQ打开，I0.4断开，Q0.2断电，IN8口为低电平。按下SB6按钮，Q0.3通电自锁，斗门关闭，放料信号，夹带输出信号和关斗门实现互锁，当放料开始到夹带输出为低电平即OUT5输出低电平为止，斗门都是打开的，也就是说斗门无法关闭。当斗门限位开关关闭时I0.4接通PLC开始读取毛重和净重，工作过程和写程序相似。当系统启动、斗门到位且慢进料门关闭信号为低电平时，开始计时，1s过后即稳态判断时间到（在称重仪上设置），T36常闭触点接通，SUB_R减法指令将VD2000中的值即毛重和VD1000中的值即目标值相减，所得值放入VD3000中，若结果为负则SM1.2接通，若为正则SM1.1接通，结果若大于1或者小于-1则Q1.0通电，即IN4口为高电平，接收超差。T36接通，M2.0通电自锁，M2.0常开触点接通，断电延时定时器T37常开触点关闭，常闭触点断开，Q0.4导通，IN3端口为高电平发出夹带请求信号，T37开始计时，0.5秒后T37常闭触点闭合，常开触点断开，夹带请求延时时间（在称重中设置）到。Q1.1控制传送带，当夹带输出信号为高电平I2.0常闭触点断开时，Q1.1断电，传送带停止，网络22是当放料信号开始时置零C31，网络23是当拍打开始时，OUT6输出脉冲信号，M0.1通电自锁，斗门开关输出Q0.3互锁M0.1。M0.1导通且夹带输出信号为低电平时，Q0.3通电，斗门关闭，开始新的一次工作。具体程序编写如下：第5章 致谢为期一个学期的毕业设计已近接近尾声，大学生活也即将结束。这次的毕业设计是在XXX老师悉心指导下完成的，回顾这次做毕业设计的过程，我庆幸我选了一个好老师。从开始编程到调试结束，老师都细心指导，老师只要有时间就在实验室指导我们做毕业设计.这种敬业负责精神值得我去学习，同时在调试过程中我向老师学到了许多东西，小的方面有，每次调试程序归类，以日期为名字命名程序。大的方面有，遇到问题要懂得砖研，查资料解决。总之一句话，没有老师的细心知道我的毕业设计不可能完成。再一次真诚的向老师说一声，谢谢。这次毕业设计不仅使我对PLC有了更深的了解，还提高了我的自学能力，和动手能力。每次一个问题解决，眼看就要成功时又会有新的问题出现，这无疑考验了我的耐心和承受能力。再次我也要感谢大学四年来所有的老师，对我知识的传授，同时还要感谢所有的同学们，在平时的学习和生活中对我的鼓励和帮助。 参考文献1 可编程序控制器及其网络通信 邱赤东 主编 大连海事大学出版社2 电气控制与PLC应用技术 黄永红 主编 机械工业出版社3 工业自动化技术 陈瑞阳 主编 机械工业出版社4 可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列） 武红军 张万忠 编著 中国电力出版社5 PLC控制系统和人机对话 傅钟庆 编著 中国电力出版社6 托利多B520称重仪说明书7 胡春海 张金泉 淀粉称重包装控制器的设计实现 燕山大学学报第24卷 第2期 2000年4月8 百瑞祥 董英杰 卢佩 PLC在定量称重和自动包装控制系统中的应用 自动化与仪表 第12卷 第5期 1997年自动配料装车系统控制一、 实训目的1. 掌握增/减计数器指令的使用及编程2. 掌握自动配料装车控制系统的接线、调试、操作二、 实训设备序号名 称型号与规格数量备注1实训装置THPFSM-1/212实训挂箱A1313导线3号若干4通讯编程电缆PC/PPI1西门子5实训指导书THPFSM-1/216计算机（带编程软件）1自备三、 面板图四、 控制要求1. 总体控制要求：如面板图所示，系统由料斗、传送带、检测系统组成。配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动停止配料。料斗物料不足时停止配料并自动进料。2. 打开“启动”开关，红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若物料检测传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。3. 当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过1S后，再启动M3，再经2S后启动M2，再经过1S最后启动M1，再经过1S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。4. 当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4在M3停止1S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。5. 关闭“启动”开关，自动配料装车的整个系统停止运行。五、 功能指令使用及程序流程图1. 增/减计数器指令使用增/减计数指令（CTUD），在每一个增计数输入（CU）从低到高时增计数；在每一个减计数输入（CD）从低到高时减计数。当当前值大于或者等于预置值（PV）时，计数器位（C0）接通。否则，计数器关断。当复位输入端（R）接通或者执行复位指令时，计数器被复位。当达到预置值（PV）时，CTUD计数器停止计数。2. 程序流程图六、 端口分配及接线图1. 端口分配及功能表序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.0SD启动（SD）2I0.1SQ1运料车到位检测3I0.2SQ2运料车物料检测4I0.3S1料斗物料检测Q0.0M1电机M15Q0.1M2电机M2Q0.2M3电机M3Q0.3M4电机M4Q0.4L1允许进车6Q0.5L2运料车到位指示Q0.6D1运料车装满指示Q0.7D2料斗下料7Q1.0D3料斗物料充足指示8Q1.1D4料斗进料14主机1M、面板V+接电源+24V电源正端15主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端2. PLC外部接线图七、 操作步骤1. 检查实训设备中器材及调试程序。2. 按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实训模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。3. 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用PC/PPI通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。4. 打开“启动”开关后，将S1开关拨至OFF状态，模拟料斗未满，观察下料口D2、D4工作状态。5. 将SQ1拨至ON，SQ2拨至OFF，模拟货车已到指定位置，观察L1、L2和电动机M1、M2、M3及M4的状态。6. 将SQ1拨至ON，SQ2拨至ON，模拟货车已装满，观察电动机M1、M2、M3及M4的工作状态。7. 将SQ1拨至OFF，SQ2拨至OFF，模拟货车开走。自动配料装车系统进入下一循环状态。8. 关闭启动开关后，自动配料装车系统停止工作。八、 实训总结1. 总结增/减计数指令的使用方法。2. 总结记录PLC与外部设备的接线过程及注意事项。第42卷 增刊2 0 06年5月机械工程学报CH】NESEJ O UR NALOFMECHAN ICAL EN GINE ERn 呵GVO1.42Ma ySuP P.20 0 6产品造型设计思维模型与应用谭浩赵江洪王巍“张军“( l.湖南大学现代车身技术教育部重点实验室长沙4 10 082;2.湖南大学设计艺术学院长沙40 1082 )摘要:产品造型设计是一个病态结构域 的问题求解过程,一般通过设计者 的专家知识和经验来完成造型设计 问题求解,其思维过程和模式是设计研究的难点。针对上述问题,通过基于口语分析法的产品造型设计认知试验研究,提出一个具有 自下而上和自上而下设计信息的加工过程的产 品造型思维模型,该模型说明造型设计是一个具有 自下而上和自上而下设计信息的加工过程。同时在此基础上,初步建立了基于产品造型的思维模型的计算机辅助工业设计系统,并运用系统进行了实际的设计工作。关键词:产品造型设计思维模型认知试验口语分析数控机床中图分类号:T P 39 1T H 12 20月日青以产品造型设计为核心的工业设计是创新设计和概念设计的核心技术,是振兴我国制造业、建立中国品牌的关键共性技术之一,而国内以汽车、数控机床为核心的制造业的大力发展更加迫切需要产品造型设计技术的推广和应用1 一3 。近年来,产品设计思维、方法的研究成为国内外设计研究的热点阵7 ,但对于产品造型设计,特别是造型设计思维的研究还比较不足。l Lu 8 对设计者在设计产品外形时的心理现象进行研究,初步建立了一个产品形态和心理反应的映射关系。GE RO等9 I 对造型设计的问题求解过程进行了分析,指出类比推理 是造 型设计 创造性产生的重 要手段。s AKoL等0 提出了基于设计知识和用户知识的造型设计方法,并建立造型设计中知识转化模型。在国内,主要有赵江洪、苏建宁等”一,2 提出了基于意象的设计方法等。这些研究从各个角度对造型思维进行阐述,但没有能够建立一个可以操作运用的设计系统。从研究产品造型设计师进行产品造型设计 的思维出发,通过一个产品造型设计认知的试验,提出一个通用的产品造型设计思维模型,并在此基础上,建立一个计算机辅助造型设计系统,并运用该系统进行具体的产品造型设计。1产品造型设计的问题求解产品造型设计是一个广义的问题求解过程,设计的结果可能不是一个实际问题的具体最终解,而是某种从初始问题状态到最终解 的一个“中间”解。随着问题情景的变化,解也相应进行调整和改变。如图1所示,对于同一设计 问题,可能由于场景不同,解决方案发生了变化。1、且J叫佗 夕 F1 1门户乙今门、川1一习l门月之J洲声矛气问题尸1对应的解为51,问题凡对应的解为又P 二尹2,51与又因为场景不同而不同国家“十五攻关(200一B A203B 13一0 3)和 国家863计划( 2004 AA 4 24 5 30 )资助项目。2 005 102 7收到初稿,2 0 05 12 15收到修改稿同时,产品造型设计问题求解的问题域是一种典型的病态结构域。在这样的情况下,问题的初始状态(造型设计的要求)、问题的目标状态(产品造型的结果)和问题的操作方式(造型设计的规则)都不明2 006年5月谭浩等:产品造型设计思维模型与应用确,因此产品造型设计 问题很难通过规则推理来解决,需要通过设计者的专家知识和经验来完成问题求解的过程。而造型设计的专家知识和经验和其他领域(如产品可靠性、工艺性等)的专家知识和经验相比,具有更大的不确定性和模糊性汇1。很多造型设计采取的策略就是通过对过去或他人设计案例的分析,产生新的造型设计的创意# l 。因此产品造型设计的问题求解是一个典型的类比推理的过程,如图2所示,从情境1中的求解方式S到情境2中的求解方式夕。扮扮扮扮扮扮扮扮扮A A A A A A AB B B B B B B B Bl情境2 2 2 2C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C CD D D D D数控车床为设计对象,提供某款机床工程图样、Si o ldW6k rs模型以及相关的设计参考资料,要求被试进行造型设计工作。试验采用实时口语报告和追述口语报告结合的方式。试验要求被试将 自己的思维过程和注意的焦点用言语说出来,并现场全程录音、录像。同时在设计任务完成后,通过问卷的方法,由被试追述设计过程 中遇到的困难和解决方法,作为前面口语报告的补充和验证。. 24试验分析在试验完成后,对收集来的口语材料进行编码和分析。编码分析分为三个阶段:首先,按照口语分析的编码原则1 7,对被试思考问题的问题域范围和层次进行编码。然后,根据具体设计任务的特点,从造型设计的对象和问题的思维方式两个方面建立口语编码表,对用户的口语材料进行编码。最后,根据前面编码的结果,结合对造型设计任务分析和问卷分析,建立被试的设计思维过程流程表。检索表某被试设计思维分析 (部分)十设计完成任务造型设计造型任务描述图2产品造型设计类比推理A一情境1中问题的初始状态B一情境1中问题的目标状态C一情境2中问题的初始状态S一情境1中的问题求解方法D一情境2中问题的目标状态了一情境2中的问题求解方法任务层次水平3(因素关系)2(设计因素)2(设计因素)问题思维方式CO(咨询)PS(提出方案)O u t(侧面轮廓)2产品造型设计的认知试验研究. 2 1试验目的通过产品造型设计认知试验,详细了解产品造型设计的思维模式和关键流程,建立符合造型设计的思维模型,并确定今后计算机辅助造型设计系统的流程模型和设计模型。. 2 2试验方法试验 以一种典型的工业产品数控机床为设计对象,采用心理学研究中关于“过程研究”的试验方法口语分析法,又称为口语报告法。口语分析法要求被试(试验对象)在解决某一个问题或做出判断与决策时,根据问题的特点和要求,报告自己的分析和思考过程;研究者对口语报告进行录音或录像,然后,通过分析被试的口语报告,获取被试的认知活动信息“一6。. 2 3试验过程试验分为两个阶段,第一阶段试验(200 4年1 1月6一7日)在湖南大学进行,第二阶段试验(200 5年1月10一22日)在沈阳第一机床厂、大连机床厂、济南第一机床广等全国7家机床主机厂进行。试验共选取巧名具有机床造型设计经验的设计者,以某款EV(评估方案)Ou t(侧面轮廓)l(细节)R(需求)AN(分析)C0(咨询)Out 侧面轮廓)Ou t(侧面轮廓)查询结构和外壳关系绘制侧面轮廓观察绘制的轮廓,感到不满意分析 设计不合理的地方需要机床侧视结构图通过对试验记录的编码和分析,发现产品造型设计过程中的思维规律,并为产品造型思维模型的建立奠定了基础。在本研究中,样本并不是一个总体的严格样本,而是一个专家样本,专家样本是一种能够对研究主题提供最完整描述的样本,这也是研究人的思维和认知试验的特点f,“一9。3产品造型设计的思维模型通过对试验数据的分析发现,在进行产品造型设计过程中,按照被试的知识背景,主要存在两种不同的造型思维模型:具有工程技术知识背景的设计者在熟悉设计内容后,试 图把设计任务分解成为若干个子任务,比如,将机床造型任务分解成侧面轮廓造型、门窗造型、数控面板造型、机床布局、机械工程学报第42卷增刊人机关系和色彩搭配等子任务。然后,分别对若干子任务进行解答,最后综合形成最后设计方案如图3所示。具有艺术知识背景的设计者,更倾向于通过语义概念,如曲面的、直面的、统一的和变化的等词语来描述 自己在设计过程中的设计方案,然后是以特有的把握造型语义和艺术性的能力,结合产品设计定位,进行逐步的优化设计,如图4所示。留在任务层次水平上看,如果除去“了解设计对象”和“最后总结”阶段,具有工程技术知识背景的设计者遵循一种从低抽象水平向高抽象水平进行设计的特点,具有艺术知识背景的设计者遵循一种从高抽象水平向低抽象水平进行设计的特 点,如图5所示。因此具有工程技术知识背景的设计者的思维模式是一个 自下而李的过程。自下而上的设计思维推理过程为针对设计任务按照造型特征进行有层次的分析,将其分解成若干子任务,然后寻找子任务的解答方式,最后整合得到结果。具有艺术知识背景的设计者的造型设计思维推理过程是自上而下的过程。自上而下的认知过程由概念引导对设计内容进行信息加工,从整体形态出发,通过设计语意,寻找突破口,结合自己所具有的设计知识,提出具有创造性的设计方案。螂件节坏冻噢半/一 一 一J0山了解设计对象具体设计阶段(共4个子阶段)设针君结图5不同知识背景的设计者设计过程思维差异艺术知识背景一一一一工程知识背景图3工程技术知识背景的设计者的思维方式总的来说,产品造型的思维模型是一个具有 自下而上和自上而下设计信息的加工过程,在这个过程中,把设计者的知识外在化为产品造型。分析设计任务4应用实例基于网络的计算机辅助数控机床工业设计系统定位造型语义类比现有方案结合设计定位提出初步方案寻找突破方案细化方案改进与优化决策/比较确定最后方案图4艺术知识背景的设计者的思维方式产品造型设计思维模型研究的目的是为指导产品造型设计,或者说是发现产品造型设计实践中可以遵循和利用的基本规律并为以后的设计工作提供有据可依的操作思路和手段。为此针对数控机床的造型设计,建立数控机床I以o r(功temet一b ase dc om-pu te:aidedindust rialdesign,基于互联网的计算机辅助工业设计)系统,分别对自下而上和自上而下的设计过程进行建模,并运用系统进行实际的设计工作。. 41自下 而上的系统建模自下而上设计思维的系统建模主要是支持侧面轮廓绘制的草图器。试验结果显示,在自下而上的设计中,工程技术知识背景的设计者习惯于 以侧视2 006年5月谭浩等:产品造型设计思维模型与应用图和侧面轮廓为设计起点。系统采用Fla shAc-it on sr icP t和v几b交互技术,构建一个侧面轮廓草图绘制和三维概念生成的系统,如 图6所示。将侧面轮廓定义为若干关键节点组成的连接线,并预先设定若干关键的造型控制点。设计者可根据需要调节控制点及其连接线的曲率等参数来获取预想的侧面轮廓,然后模拟出立体的造型效果。为便于设计师使用,根据机床种类、结构和造型特点,提取了8种典型的侧面轮廓造型,可直接调用。同时,还根据GB1000 0一1988中国成年人人体尺寸建立人体模板,方便造型设计中的人机关系分析等,为进一步具体设计提供依据。在选定侧面轮廓后,可检索到与侧面轮廓匹配的若干造型设计方案,供设计参考。. 4 3数控机床IC AI D系统的运用在数控机床I CAID系统 中,以侧面轮廓和意象尺度图可以衍生出200 0个方案的数控机床整机和50 0个方案的部件造型图库。系统还针对造型设计的特点,提供了造型设计知识库和造型实践案例库,供设计者参考。研究者利用I CAI D系统为沈阳机床股份有限公司、大连机床集团有限责任公司、南京数控机床有限公司等国内9家机床主机厂进行数控机床造型设计,其 中,为南京数控机床有限公司设计 的e K144o数控车床造型(图8)在2005年北京国际机床展上展出,验证了基于自下而上和自上而下的产品造型思维模型,并说明了基于此模型构建的数控机床 I CAI D系统的可行性。图6ICA ID系统中的草图器图8CK14 4O数控车床造型设计. 42自上而 下的系统建模自上而下设计思维的系统建模主要体现在系统中的意象尺度 图上,如图7。意象尺度图通过造型意象分析试验2 0 ,提取 出机床造型设计的两个主要意象维度:直一曲、对比变化一简洁统一,然后对机床造型意象进行量化,形成意象尺度表,并按照坐标排布在意象尺度空间中,形成意象尺度图。图7的Ic AI D系统中的意象尺度图中的若干点分别代表对应该点坐标意象的机床造型。设计者可通过选取意象尺度图中符合预想意象的坐标点,检索到匹配的若干造型设计方案,进一步深化设计。图7ICI AD系统中的意象尺度图5结论(l )针对产品造型设计这个病态结构域的广义问题求解的特点,用一种较科学的方法探索了设计思维的研究方法,进行产品造型设计认知试验研究。( 2 )提出基于自下而上和自上而下知识加工的产品造型的思维模型,并以此开发了该思维模式的初步应用形式数控机床C IAD I系统。( 3 )在产品造型的思维模型基础上建立起来的数控机床C IAD I系统,实现对造型设计中自下而上和自上而下两种思维模式的辅助,并已经开始在数控机床产品造型设计领域运用,并取得初步的成效。由于产品造型设计的复杂性,为进一步完善本思维模型的运用,还需要进一步研究思维模型在辅助设计系统中的实现方式以及具体设计对象(数控机床)的造型问题,为设计者进行造型设计提供更好的支持和辅助。参考文献zM I跳B.prod uetde si郎:apra ei tea l四idetosystema ticmeh todofne wPo rd uetde veloPm en tM.Lo ndon:Cha P-ma n&Hall,199 6.102机械工程学报第 2 4卷增刊2KA甩U,S T EVENE.po rd uctde si助a nd dv eelopmen tM.3d redU S:McG ra w一H IllCom Pa nie s,n Ie.,200 4.3 赵江 洪.未来的起 点在过去:从现代设计与社会经济的关系看2 1世纪的工业设计 J .装饰,199 9,4:12一1 4.仁4Hsl胡sH,CH OUJ R.Aere ativi y t一ba sedde si即pro c-e ssf o r山n ovi a tver Pod uc tde si助J.In t的i a to n al Jo u r naloflndusit ralEIgo nom正 cs,2D04,3 4:421一443.5BE盯oLA只T EIX EIR AJC.De si即a sak now ledgeagen t:Howde sig uasa知owledgePr oeess15em bed dedintoog ra niz atio n stof osterin no vationJ.DesignSu tdies,20 03,24(2):182一194.f6e HI阴sF,F LEMMING U.De si g n印a cev n aiga ti oninge neria tv ede sig nsys ternsJ.Auto mi a to ni nCo nst r Ui c to n,2002,11:1一22.门谢 友柏.现代设 计理论和方法 的研究 J J.机械工程学报,200