基于PLC的自动加工控制系统设计开题报告.doc

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：
基于PLC的自动加工模拟控制系统设计

学生姓名
唐僧点秋香
学　号
09070203XX
教学院系
电气信息学院
专业年级
电气工程及其自动化2009级
指导教师
青小渠
职　称
副教授
完成日期
2013.4.9

1、课题研究的意义
可编程程序控制器是近二十几年发展起来的一种新型工业控制器，由于他把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，所以它在工业生产过程控制中的应用越来越广泛。另一方面，
随着计算机技术、自动控制技术的发展及现代工业生产过程的需求，越来越多的计算机监控系统正在广泛应用与各种工业生产过程。其特点是集控制和管理于一身，形成顺序生产过程的集成控制系统。
以PC机作为上位机，以PLC作为基本控制单元的集控制和管理于一身的控制系统在现代化生产及管理中越来越显示出优越性，因此研究基于PLC的自动加工监控系统具有非常实用的意义。
2、 总体方案设计
本次设计的任务是基于PLC的自动加工监控系统。要求实现以下功能：
（1）实现控制功能
通过可编程控制器进行编程，对生产加工的运行情况进行监控与控制。通过传感器调节机械手的旋转角度和长度，对物料进行准确抓取和输送。
（2）实现远程监控
通过监控画面实现远程监控，及时调整参数设置，对整个生产加工实现监控与控制。
而本设计作为工业生产，既要求提高生产效率降低生产成本，又要求控制系统的控制精度高、响应时间短。为此将采用上位PC机和PLC工具箱一起来模拟基于PLC的自动加工监控系统的运行。
该监控系统采用分三级控制的方案。分别为监控级、控制级和现场级。监控级采用VB编程语言在上位机上实现，也可用ControlLogix系统构建。控制级采用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件进行程序控制。现场级主要采用的利用PLC工具箱上的步进电机的正转、反转及灯亮来模拟生产加工过程。
总体设计方案框图如图所示：

上
位
机
通
讯
接
口
控
制
器
生
产
线

图2.1总体设计方案框图
3、可编程控制器的选择
自动加工监控系统的设计是为了能够大大提高生产效率降低生产成本，但这必须是在控制系统的控制精度足够高、响应时间足够快的基础上才可能实现的。所以就对监控系统的控制提出了较高的要求，即系统选择什么样的可编程控制器（PLC）为控制核心。为解决这些问题，以下提出了两种控制方案。
3.1三菱可编程控制器
三菱PLC具有结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络,传输质量高、速度快带宽稳定，能够高质量的传输采集到的数据和信息，范围广，成本低的特点, 适用面广，编程简单。而三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
由于三菱PLC拥有这么多的优点，我们采用三菱PLC。同时整个控制系统的监控级采用的是实时仿真监控系统采用VB编程语言在上位微机上实现，为了便于控制器同监控级的网络通信以及信息数据的传输，所以本设计选择配套的PLC实验箱。
3.2罗克韦尔可编程控制器
罗克韦尔控制系统的生产流水线模型采用了与实际系统相同机械结构，包括气动机械手、传送带、传感器组、变频器、气动推料机构、步进电机及其驱动器、直线导轨、交流电机等，各机构由PLC控制驱动。这样可以直观方便的观察生产流水线的工作情况，及时对加工的工作情况进行控制。
罗克韦尔的可编程控制器采用Logix多功能控制引擎，带浮点协处理器的32位多任务（事件任务、连续任务和周期任务）实时控制内核，在高速逻辑运算以及复杂回路控制（0.08ms/K典型混合程序）等方面表现同样出色。可以采用多种编程方法，如梯形图LD、功能块图FBD、顺控表SFC以及语句表ST。支持最大30个本地I/O，可以实现多处理器/上位机联网以及分布式I/O控制。
3.3方案对比
通过以上可编程控制器的比较，根据本次设计的控制要求，打算采用三菱可编程控制器对监控系统进行控制可以满足控制精度高，响应时间快的要求。而且还可以同时对自动加工的工作情况进行控制，使资源能够得到最大化的利用。同时整个控制系统用上位微机仿真监控，为了便于控制器同监控级的网络通信以及信息数据的传输，所以本设计选择配套的PLC实验箱。
4仿真监控系统的实现
4.1 采用VB编程语言实现
VB是真正的面向对象编程，简答易学，是开发人员在维护系统运行时只须修改很少的代码，加快了系统的开发速度；其拥有可视化的编程方法及向导功能；数据访问的特性，允许对其他的大本数据库格式建立数据库和前端应用程序，以及可调整的服务器部件等；通过ActiveX技术可使用其他应用程序提供的功能。同时已完成的应用程序是真正的.exe文件，可以直接发布。而微软公司Visual Basic 6.0作为编程工具，它已经发展成为当前基于Windows平台上最方便、最快捷的软件开发工具。
4.2 利用ControlLogix系统构建
ControlLogix系统是基于机架的系统，可以提供对使用顺序控制、过程控制、运动控制和驱动控制的控制系统进行组态的选项，还可提供通信I/O 功能。该系统集中了Logix 通用平台的多种优点---通用的编程环境、通用的通讯网络、通用的控制引擎---提供了一个既能满足您高性能应用需求又易于使用的环境。其次，Controllogix 系统在编程软件、控制器和输入输出诸方面的紧密集成降低了在试运行和正常操作的开发成本和时间。

4 .3方案对比
通过对两种工具的了解，VB编程语言和ColtrolLogix系统显然各自具有自身的优点，而本设计选用VB编程语言在上位机上实现仿真监控系统，因为选择VB有以下优势：
（1）VB不需要编写大量的代码来描述界面元素的外观和位置，而只要把预先简历的对象拖放到屏幕上的某一点即可。这就是VB最显著的特点，即可视化的编程方法。
（2）VB是一种在计算机技术发展历史上应用最为广泛的语言。它继承了Basic语言易学易用的特点，特别适合初学Windows系统的编程。
（3）Visual Basic是一个功能强大的Windows平台上的开发工具，初学者只要掌握几个关键词就可以建立使用的应用程序。

5、 最终方案的选定
通过以上探讨，本次设计最终选用VB编程语言在上位机上实现实时仿真监控，可编程控制器选择三菱PLC工具箱，采用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件进行程序控制，共同完成自动加工系统的现场仿真与控制。而微机与PLC通过RS232/RS485接口连接并实现通信。
以下是实际系统结构图：
模拟对象
P
L
C
模块

模拟对象
转换器
PC上位机
RS232 RS485

而系统的运行结构框图如下：
开始

初始化

接受上位机命令

采集现场数据

数据处理与输出、显示、传输

故障处理

是否停机

否

是
停机

图5.2监控系统图
6效果预测及难点分析
6.1 系统整体效果预测
在本设计中，采用三菱可编程控制器进行编程，对自动加工的运行情况进行控制。该系统采用闭环控制，由传感器检测被控变量，经变送传送到控制器，控制器将传送来的信号与设定值进行比较后，发出指令来控制执行器，从而达到自动控制的目的。而整个过程的运行，都可以在上位机上实现仿真监控。
6.2 技术关键和难点分析
本设计的技术关键：（1）三菱可编程控制器编程；（2）VB与PLC之间的通信；（3）上位机上的模拟监控系统界面的编程；（4）运行、自检、点动上、点动下等按钮功能的实现。
本设计的难点：（1）不熟悉PLC的原理及运行；（2）不熟悉VB的编程方法；（3）不了解VB环境与PLC之间的通信原理。
7、设计的进程安排

序 号
起 止 时 间
内 容
1
2013.03.30—2013.04.14
资料收集、开题报告、开题答辩
2
2013.04.15—2013.04.21
方案论证与设计、控制程序编程
3
2013.04.22—2013.04.30
装置安装，调试
4
2013.05.01—2013.05.31
模拟仿真软件的编制及联机调试
5
2013.06.01—2013.06.10
使用说明书，设计说明书撰写
6
2013.06.11—2013.05.13
毕业设计成果审阅评阅
7
2013.06.13—2013.06.15
毕业设计修改，答辩准备
8
2013.06.16—2013.06.19
毕业设计答辩
8、参考文献
[1] 徐世许，《可编程序控制器原理应用网络》，中国科学技术出版社.
[2] 郭宗仁等，《可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术》，人民邮电出版社
[3] 常晓玲，《电气控制系统与可编程控制器》，机械工业出版社.
[4] 谢克明等，《可编程控制器原理与程序设计》，电子工业出版社
[5] 雷建和等，《VISUAL BASIC环境中PLC和上位机的通信实现》，《测控技术》2000年19卷第五期，p45-47；
[6] 张树兵，《Visual Basic 6.0》，清华大学出版社；
[7] 程长东，《利用VB制作控制系统上位机仿真监控软件》，《计算机工程与应用》，1999.5.期，P109-110；
[8] MISTUBISHI ELECTRIC Itd.CO.（三菱公司）《fx系列PLC使用手册》 。
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