基于PLC的网球自动发射机课程设计说明书.doc
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1、摘要:针对目前网球自动发射机发射模式单一的情况,本文提出了一种针对不同层次锻炼者的设计。本设计提供三种不同的模式供锻炼者选择,即手动模式,自动模式一和自动模式二。本设计在两种不同方案的基础上选择了使用PLC控制发射机的方案。通过对输入输出信息的分析确定了使用什么型号的PLC控制器件。然后对发射机工艺流程进行分析,从而确定了整个程序的结构,利用顺序编程的方法编写控制程序,使用梯形图测试功能初步验证了程序的正确性。使用易控组态软件对整个程序进行模拟验证,进而进一步确定编程的正确性。使用MX Component进行了综合测试,验证了组态软件与GX Developer成功通信。本设计完成了设计目标,实
2、现了网球自动发射机主要功能。 关键词:网球自动发射机,PLC,GX Developer,易控组态软件,MX ComponentAbstract: In order to improve the insufficient that the present automatic transmitter launch mode was single ,this design proposed a design for different levels of exercisers.This design provided three different patterns for the exercise
3、rs to choose, namely, manual mode, automatic mode and automatic mode.On the basis of two different schemes,this design chose PLC control transmitter scheme. According to the analysis of the input and output information, we determined the type of PLC controller device.And then analyze the transmitter
4、 process, to determine the structure of the whole program, the method of using sequential programming write control program . Using ladder diagram test functions preliminary verifies the correctness of the program.Using INSPEC for simulating the whole program verification, and further to determine t
5、he correctness of the programming.Using MX Component has carried on the comprehensive test to verify the configuration software and GX Developer communication success.This design completed the target of the design , and realized main the function of the tennis automatic transmitter .Keywords: Tennis
6、 automatic transmitter, PLC, GX Developer, INSPEC, MX Component 目录1 前言12 网球自动发射机方案设计32.1 网球自动发射机设计要求32.2 网球自动发射机方案设计42.2.1 方案一 基于PLC的网球自动发射机42.2.2 方案二 基于VB和单片机的网球自动发射机42.3 网球自动发射机的方案论证52.3.1 方案一52.3.2 方案二52.4 网球自动发射机的方案选择63 基于PLC的网球自动发射机系统分析73.1 基于PLC的网球自动发射机功能分析73.2 基于PLC的网球自动发射机工艺流程图73.2.1 总体工艺流程图
7、83.2.2 手动模式工艺流程图83.2.3 自动模式一工艺流程图93.2.4 自动模式二工艺流程图113.3 基于PLC的网球自动发射机输入控制信息分析123.4 基于PLC的网球自动发射机输出控制信息分析123.5 基于PLC的网球自动发射机PLC输入输出表设计123.6 基于PLC的网球自动发射机的PLC选型134 基于PLC的网球自动发射机硬件设计144.1 网球自动发射机工作电路图设计144.2 PLC外部接线图设计154.3 基于PLC的网球自动发射机的PLC选型154.4 基于PLC的网球自动发射机的电机选型164.5 基于PLC的网球自动发射机的光电开关选型164.6 元器件表
8、165 基于PLC的网球自动发射机软件设计185.1 中间元件表的制定185.2 网球发射机程序顺序功能图设计205.2.1 网球发射机主程序顺序功能图设计205.2.2 网球发射机手动模式程序顺序功能图设计215.2.3 网球发射机自动模式一程序顺序功能图设计215.2.4 网球发射机自动模式二程序顺序功能图设计235.3 PLC编程平台GX Developer介绍245.4 基于PLC的网球自动发射机程序设计245.5 基于PLC的网球自动发射机程序调试286 基于PLC的网球自动发射机上位监控系统设计306.1 易控组态软件介绍306.2 上位监控系统界面设计316.3 易控变量组设置3
9、26.4 易控FX串口设置347 基于PLC的网球自动发射机综合调试367.1 综合调试平台说明367.2 综合调试的步骤387.3 整体的综合调试388 总结399 致谢40参考文献41附录 基于PLC的网球自动发射机元件表421 前言 PLC是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。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,它具有高可靠性、抗
10、干扰能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司(DEC)研制出现,现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良,功能强大。 自1969年针对工业自动控制的特
11、点和需要而开发的第一台PLC问世以来,迄今已近30多年了 ,它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变,但又比同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础地形象编程语言和模块化地软件结构,使用程序地编制清晰直观、方便易学,调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后,只需按说明书或提示,座少量地安装接线和用户程序地编制工作,就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编
12、程语言知识。这样就破除了”电脑“的神秘感,推动了计算机技术的普遍运用。可编程控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。 PLC现已成为工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一,以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制,具备高速计数与位控等性能模块等优异性能,日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统,在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。 近年来,随着
13、国民经济的增长,人民生活水平的提高,生活也变得越来越繁忙了。随之而来的竞争压力也越来越大,平时人们都为了使自己不被淘汰而拼命努力的工作和学习,从而导致身体没有得到应该有的锻炼。很多现代化的锻炼方式也随之出现,网球运动是多数人们都喜欢的锻炼方式,为了给想提高网球运动水平的练习人员提供方便,网球训练机便应运而生。简单的说,所谓网球训练机就是用一块铁绑着绳子,绳子的另一头系上网球,那绳子要有弹性的,那样拍出去的球就还能再回来。本文针对网球训练项目中的技术要求和存在的问题,提出了设计网球自动发射机的想法。该机器主要是利用PLC编程系统和机械的结合而构成的。该发射机设计了三种模式供用户选择,手动模式适用
14、于初学者或者技术一般的锻炼者,模式一适用于有一定基础的锻炼者,模式二适用于有一定能力基础较好的锻炼者。三种模式由三个选择开关控制。2 网球自动发射机方案设计 2.1 网球自动发射机设计要求根据实际的经验,网球自动发射机大致要求如下: (1)要求设计的网球训练器可以发射出一定质量的球。 (2)要求每隔5秒发射一球。 (3)需设置发射器的左右上下极限。 (4)每执行一步发射就自动检测改时候是否发射筐中有网球,如果没有就自动关断电源,等待装入网球,如果检测有,就继续发射。发射机主要有六部分组成: (1)球框:存装待发射球。 (2)发射电机M1:发射网球,功率0.45KW。 (3)发射管:球框中的球通
15、过发射管发射。 (4)电机M2:上下移动发射机,功率0.2KW。 (5)电机M3:左右移动发射机,功率0.2KW。 (6)发射架:支撑整个发射机,可控制整个发射机的高度。发射电机M1发射机上下移动电机M2发射机左右移动电机M3设计模型结构图如图2.1。 图2.1 网球发射机结构2.2 网球自动发射机方案设计2.2.1 方案一 基于PLC的网球自动发射机 利用上位机控制PLC,通过电机动作,作用于球,将球发射出去,通过上下移动控制电机以及左右移动控制电机控制发射机的位置,从而能够发出不同档次的网球,这样的设计使得用户范围得以扩大。通过光电检测开关检测框中有无网球,反馈到上位控制系统控制发射机动作
16、。该方案的方框图如图2.2。图2.2 基于PLC的网球自动发射机系统方框图2.2.2 方案二 基于VB和单片机的网球自动发射机 将VB程序引入PC机,PC机作用于单片机,单片机输出作用于歩进电机,从而控制网球发射机的发射筒,进而也能发射不同位置的网球。通过光电传感器,检测框中是否有球,将信号反回给单片机,通过单片机控制发射机动作。该系统方框图如图2.3。图2.3基于VB和单片机的网球自动发射机系统方框图2.3 网球自动发射机的方案论证2.3.1 方案一 (1)控制程序可变,具有良好的柔韧性:对于一个工厂或用户来说,需求不会是一层不变的,总会随着外界的变化而变化,而PLC正好能满足这个条件,只需
17、改动PLC程序,而不需要改动硬件,就能实现工艺的变形,满足要求。 (2)具有高度可靠性,适用与恶劣环境:PLC对环境要求低,据研究表明,PLC故障间隔时间长达5年以上,所以是相当可靠的。可靠性决定了它的生产效益,只有稳定的运行,才能保证生产的持续和高效。 (3)功能健全,可以应用于各种环境:PLC具有数字和模拟量的输入/输出、逻辑运算、算术运算、定时、计数、顺序控制等多种功能。可以运用在大多数场合,所以适用性相当强、 (4)操作简单,易于维护:一旦做好PLC,便可通过上位控制PLC的运行,操作简单,如果遇到大改动,只需变更PLC内部程序就可以实现功能的改变。 (5)体形小巧,功能强大,耗电量小
18、:对于其他控制系统,PLC更加便捷,体积小,耗电量低,对于小型生产更加适用。 (6)性价比高:随着科技的发展,PLC的生产费用日益降低,功能却日益强大,让更多的生产部门能够承担,低廉的造价和强大功能相对比,PLC逐渐被广大人群接受。2.3.2 方案二 (1)体积相当小:单片机体积相当小,耗电量极低,可以用在生活中的各种小物品上,例如遥控器,手机等。体积过小,则功能相对PLC不够完善,无法代替PLC运用与大型生产。 (2)变动方便:当需要根据环境变化改变单片机时,只需更改程序,便可以实现功能的改变。 (3)低电压,低功耗,便于生产便携式产品。 (4)单片机可靠性高,可工作到106 107小时无故
19、障。 (5)控制功能强。2.4 网球自动发射机的方案选择PLC和单片机相比较,有很多相同的优点,但是单片机就目前看来很难在户外场合稳定运行。单片机的运行受到室外各种不利因素的影响较大,如温度骤降,风雨雷电等天气因素,突然的冲击等等。PLC与之相比,承受此类不利因素的能力相比较高。由于本设计需要的输入输出点位比较多,单片机一般难以达到。而且工程项目一般很少完全依赖单片机完成,应用PLC解决功能比较复杂的系统设计使得系统电路更为简单。而且PLC的可行性,现场升级维护与替换都比单片机更为方便。综合上述因素选择方案一较为妥当。3 基于PLC的网球自动发射机系统分析3.1 基于PLC的网球自动发射机功能
20、分析基于PLC的网球自动发射机总体上由三个电机,一个球框,一根发射管和一个支架构成。用两个电机分别调节发射机的上下和左右运动,再用一个电机控制球的发射。在球框中安装一个光电检测开关,检测筐中是否有球,无球时停止动作。发射机上安装有控制面板,用户可以根据需要选择不同模式发射网球。该发射机设计了三种模式供用户选择,手动模式适用于初学者或者技术一般的锻炼者,模式一适用于有一定基础的锻炼者,模式二适用于有一定能力基础较好的锻炼者,三种模式由三个选择开关控制。当用户按下启动键启动发射机时,如果发射机有球那么正常运行灯就点亮,如果没有球,那么无球报警灯就点亮,在运行中如果没有球了,那么正常运行灯熄灭,无球
21、报警灯就点亮。设计模型简图如图3.1。 图3.1 基于PLC的网球自动发射机简图3.2 基于PLC的网球自动发射机工艺流程图 通过控制电机M1 、M2的旋转,将发射机移动到特定的九个位置,并在该点完成发球。需要控制发射机的启停和发球时间间隔,以及发射机移动过程的循环方式。3.2.1 总体工艺流程图 当用户按下启动按钮,光电检测开关检测框中是否有球,有则亮起正常运行灯,否则停止执行命令并亮起无球报警灯。正常运行时,默认发射机每次停止时都在场地中间位置。用户需要根据自身实际能力选择不同的运行模式来控制发射机运行。每次执行完一次子程序系统返回主程序。总体工艺流程如图3.2。 图3.2 总体工艺流程图
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