畢業(yè)設(shè)計渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題目 渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院 電氣與自動化工程學(xué)院 </p><p>　　年 級 2011級 專 業(yè) 自動化 </p><p>　　班 級 自動化113 學(xué)

2、號 160111126 </p><p>　　學(xué)生姓名 俞雷 </p><p>　　校內(nèi)導(dǎo)師 毛麗民 職 稱 實驗師 </p><p>　　校外導(dǎo)師 朱廣海 職 稱 工程師 </p><p>　　論文提交日期

3、 2015-05-12 </p><p>　　常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)誠信承諾書</p><p>　　本人鄭重聲明： 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(論文)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識

4、到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。</p><p>　　常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)使用授權(quán)說明</p><p>　　本人完全了解常熟理工學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(論文)工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)設(shè)計(論文)被查閱和借閱；學(xué)?？梢詫厴I(yè)設(shè)計(論文)的全部或部分內(nèi)

5、容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計（論文），并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。</p><p>　　保密的畢業(yè)設(shè)計(論文)在解密后遵守此規(guī)定。</p><p>　　渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　渦輪增壓

6、器作為提高功率、節(jié)能減排的裝置，正被越來越多的應(yīng)用到各種各樣的現(xiàn)代汽車中，正因為如此，對渦輪增壓器的需求量也越來越大。</p><p>　　針對目前的現(xiàn)狀，提高對渦輪增壓器的裝配效率以及裝配質(zhì)量必將成為渦輪增壓器裝配的重要研究方向。為了提高裝配系統(tǒng)對裝配流程變化的適應(yīng)能力，加強裝配系統(tǒng)的可靠性，本課題將結(jié)合渦輪增壓器裝配的特點，集成應(yīng)用S7-300PLC、OPC、PROFIBUS-DP、Ethernet、LabV

7、IEW、工業(yè)控制機以及圖像處理等相關(guān)技術(shù)。設(shè)計出對渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)，以高效地實現(xiàn)裝配任務(wù)。本課題將主要研究如何有效地裝配渦輪增壓器的以下組件：Bearing、Shroud、Pin、SWA（Shaft Wheel Assembly)、TSA（Shaft Wheel Assembly）等。</p><p>　　經(jīng)實踐證明，本文設(shè)計的渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)提高了裝配效率以及質(zhì)量，有效地降低了生產(chǎn)的

8、成本，間接地提高了產(chǎn)業(yè)效益。該設(shè)計也在實際應(yīng)用過程中滿足了現(xiàn)實需求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：渦輪增壓器 S7-300PLC LabVIEW OPC PROFIBUS-DP 圖像處理</p><p>　　Design of an Assembly and Testing System of Turbocharger Components</p><p>

9、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　Turbocharger as a device to improve the power, energy saving and emission reduction, is being applied more and more to a variety of modern car. Because of this, the de

10、mand for the turbocharger is also growing. </p><p>　　In view of the current situation, to improve efficiency and quality of turbocharger assembly will become an important research direction of turbocharger a

11、ssembly. In order to improve the system to adapt to changes in the assembly process capability and strengthen the reliability of assembly systems, this design will combine the characteristics of the turbocharger assembly

12、, integrated and applied S7-300PLC, OPC, PROFIBUS-DP, Ethernet, LabVIEW, industrial control machine and image processing and o</p><p>　　The practice proved that the assembly and testing system of turbocharge

13、r components designed in this paper improves the assembly efficiency and quality, effectively reduce the cost of production, and indirectly improve the industrial efficiency. In the actual application process, the design

14、 meets the practical needs.</p><p>　　Key words: Turbocharger; S7-300PLC; LabVIEW; OPC; PROFIBUS-DP; image processing</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b>

15、;</p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 研究意義1</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容2</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)3</b></p><p>　　2. 系統(tǒng)方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計概

16、述4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)裝配組件介紹4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作流程5</p><p>　　2.2 本章小結(jié)6</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件介紹7</p><p>　　3.1 S7-300PLC介紹7</p><p>　　3.1.1 工作原理7<

17、/p><p>　　3.1.2 組成部分7</p><p>　　3.2 Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)8</p><p>　　3.2.1 電動螺絲刀8</p><p>　　3.2.2 螺絲刀控制器8</p><p>　　3.3 電磁閥島9</p><p>　　3.4 電缸及控制器9</

18、p><p>　　3.4.1 電缸控制器9</p><p>　　3.4.2 電缸10</p><p>　　3.5本章小結(jié)11</p><p>　　4. 系統(tǒng)硬件與電氣設(shè)計12</p><p>　　4.1系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)框圖12</p><p>　　4.2 S7-300PLC控制器I/O設(shè)計12

19、</p><p>　　4.2.1 S7-300PLC數(shù)字I/O分配表12</p><p>　　4.2.2 S7-300PLC的接線圖13</p><p>　　4.3 電缸控制系統(tǒng)設(shè)計15</p><p>　　4.3.1 電缸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析15</p><p>　　4.3.2 電缸控制器接線15</p&

20、gt;<p>　　4.3.3 電缸控制器的設(shè)置與地址分配16</p><p>　　4.4 螺絲刀控制系統(tǒng)設(shè)計18</p><p>　　4.4.1 螺絲刀系統(tǒng)通信18</p><p>　　4.4.2 螺絲刀控制器操作18</p><p>　　4.5系統(tǒng)電氣設(shè)計23</p><p>　　4.6 本章

21、小結(jié)24</p><p>　　5．系統(tǒng)通信設(shè)計25</p><p>　　5.1系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計25</p><p>　　5.2 OPC通信介紹26</p><p>　　5.3 Profibus-DP現(xiàn)場總線26</p><p>　　5.4 Ethernet通信26</p><p>

22、　　5.5 本章小結(jié)27</p><p>　　6.人機界面與檢測技術(shù)設(shè)計28</p><p>　　6.1 人機界面設(shè)計28</p><p>　　6.1.1 人機界面概念介紹28</p><p>　　6.1.2 人機界面展示28</p><p>　　6.1.3 PLC與HMI通訊30</p>&

23、lt;p>　　6.1.4 PLC與HMI數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)31</p><p>　　6.2 檢測技術(shù)設(shè)計32</p><p>　　6.2.1 有無檢測32</p><p>　　6.2.2 尺寸檢測32</p><p>　　6.3 檢測流程設(shè)計33</p><p>　　6.4 本章小結(jié)34</p>

24、<p>　　7.總結(jié)、展望與影響35</p><p><b>　　7.1 總結(jié)35</b></p><p><b>　　7.2 展望35</b></p><p>　　7.3對環(huán)境及社會可持續(xù)發(fā)展的影響35</p><p>　　7.3.1 對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的影響35</p&g

25、t;<p>　　7.3.2 對社會可持續(xù)發(fā)展的影響35</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p>　　附錄一 系統(tǒng)氣路圖38</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)主電源回路設(shè)計圖39</p>&l

26、t;p>　　附錄三 PLC主程序64</p><p>　　附錄四 系統(tǒng)實物圖68</p><p><b>　　致謝69</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>

27、;　　渦輪增壓技術(shù)的出現(xiàn)，可謂是掀開了內(nèi)燃機發(fā)展史上的新篇章。渦輪增壓技術(shù)在許多方面發(fā)揮了重要的作用，其作用體現(xiàn)在對于節(jié)能減排、提高內(nèi)燃機的功率以及提升燃油的經(jīng)濟(jì)性等方面。</p><p>　　然而在渦輪增壓技術(shù)出現(xiàn)后的一段時間里并沒有應(yīng)用到車用發(fā)動機上。而是隨著渦輪增壓器在效率方面的提升以及與渦輪增壓技術(shù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，渦輪增壓技術(shù)逐漸開始在車用發(fā)動機方面得以應(yīng)用。尤其在汽油機的渦輪增壓技術(shù)取得巨大飛躍時，渦輪

28、增壓憑借技術(shù)突破的勢頭廣泛的應(yīng)用到汽車領(lǐng)域。</p><p>　　渦輪增壓器是一種壓縮機，其結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子組成，通過這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，并以此壓縮由內(nèi)燃機在爆燃后所產(chǎn)生的廢氣。渦輪增壓器在功能上功能與機械增壓器的功能相似，都是以達(dá)到增加進(jìn)入內(nèi)燃機的空氣流量來提高整個機器運作效率的目的。渦輪增壓器為了增加內(nèi)燃機的馬力輸出，充分的利用了廢氣的熱量及其流量，起到了很大節(jié)能減排作用。</p><p&g

29、t;　　目前在重型柴油機領(lǐng)域，美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已經(jīng)完全采用渦輪增壓器，在中小型汽車柴油機領(lǐng)域也已經(jīng)達(dá)到百分之八十，并且汽油機領(lǐng)域也市場的應(yīng)用率不斷增高。近年來，國內(nèi)目前汽車發(fā)動機的增壓化率也開始不斷提高，與過去主要是在一些大中型汽車柴油機上采用增壓技術(shù)，很少有輕型車采用增壓發(fā)動機的情況有了很大不同。根據(jù)我國汽車發(fā)動機市場現(xiàn)狀和汽車發(fā)展規(guī)劃設(shè)想，可以想象的到主機配套和維修配件及出口的增壓器將是一個巨大的市場。因此，在車用發(fā)動機領(lǐng)

30、域，渦輪增壓技術(shù)將會有一個非常廣闊的應(yīng)用前景，采用增壓技術(shù)現(xiàn)如今已然是內(nèi)燃機工業(yè)一項主要發(fā)展方向和技術(shù)政策。</p><p>　　隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，因為環(huán)境保護(hù)以及市場競爭針對汽車發(fā)動機的廢氣利用、降噪減排、動力性能甚至經(jīng)濟(jì)性等方面提出了越來越高的要求，因而也就促使渦輪增壓技術(shù)向更高的技術(shù)水平不斷發(fā)展。為適應(yīng)這些嚴(yán)苛的技術(shù)要求，這便需要發(fā)展各種增壓系統(tǒng)。然而更為重要的是研究出效率高、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)效益高、

31、能源利用率高的渦輪增壓器。隨著研究的不斷深入，渦輪增壓技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，加上如今國內(nèi)家用汽車市場不斷擴大，對于渦輪增壓器的生產(chǎn)提出了新要求——提高生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　近年來發(fā)動機所使用的渦輪增壓技術(shù)越來越多應(yīng)用到許多類型的汽車上，加大了市場對渦輪增壓器的需求。更何況渦輪增壓器具有以下優(yōu)點:&

32、lt;/p><p>　　1.提升發(fā)動機的功率。提高發(fā)動機的功率可以通過在保證發(fā)動機排量不變的情況下，增加發(fā)動機的進(jìn)氣的密度來獲得更多的噴油。其他條件不變的情況下，發(fā)動機的功率及扭矩由于安裝了渦輪增壓器而將增大五分之一。因此，通過安裝增壓器可以在同樣的功率輸出要求下，可以降低發(fā)動機的缸徑，這有利于減小發(fā)動機的體積與質(zhì)量。</p><p>　　2.提升燃油的燃燒率，改善尾氣排放。渦輪增壓器通過利用

33、燃燒后的廢氣的熱量與流量，來改善燃燒率。提高發(fā)動機的燃燒效率將有效的減少發(fā)動機廢氣中顆粒物以及氮氧化物等有害成分的產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護(hù)。因此渦輪增壓器也是為了達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)不可缺少的配備。</p><p>　　3.提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低油耗。由上述第2點可以得知，在相同條件下，安裝渦輪增壓器的發(fā)動機的燃油性能更加出眾，因而具有節(jié)省燃油的效果。為了給渦輪增壓器的組裝設(shè)計更加高效的自動化生產(chǎn)設(shè)備，需要設(shè)計汽車渦輪增壓

34、器組件的組裝系統(tǒng)，用以提高渦輪增壓器的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率、降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，渦輪增壓器應(yīng)用的越來越廣泛，市場對渦輪增壓器的需求也越來越大，面對市場的需求，催生了對于渦輪增壓器加速生產(chǎn)，提高產(chǎn)品合格率的需求。因此研究渦輪增壓器的裝配與檢測系統(tǒng)設(shè)計顯得至關(guān)重要！</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課

35、題基于自動化控制技術(shù)以及檢測技術(shù)，設(shè)計一種渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)，用來實現(xiàn)渦輪增壓器組件的組裝，包括SWA、CH、Bearing、TSA、Pin、Shroud的檢測與組裝。汽車渦輪增壓器組件的裝配與檢測系統(tǒng)以S7-300PLC為控制核心，以LabVIEW為上位機，用西門子觸摸屏控制整個流程的執(zhí)行。整個系統(tǒng)大致可以分為視覺檢測部分，渦輪增壓器裝配部分，位移傳感器校準(zhǔn)部分，三部分完成渦輪增壓器的檢測與組裝。按照上述對于該設(shè)計的系統(tǒng)的

36、介紹，對論文內(nèi)容分為以下幾章來詳述。</p><p>　　第一章為緒論，主要介紹了本設(shè)計關(guān)于渦輪增壓器的相關(guān)研究背景、研究意義，通過這些來反映 以及研究的主要內(nèi)容，并概述論文的章節(jié)安排。</p><p>　　第二章主要是設(shè)計方案的介紹，將經(jīng)過根據(jù)生產(chǎn)裝配要求而研討論證的方案進(jìn)行敘述，并介紹系統(tǒng)的裝配組件以及系統(tǒng)工作的流程。</p><p>　　第三章介紹系統(tǒng)的部分

37、硬件設(shè)備，通過對這些設(shè)備的控制來完成整個系統(tǒng)的裝配與檢測任務(wù)。</p><p>　　第四章主要講述關(guān)于硬件部分的設(shè)計情況，包含了整個系統(tǒng)的架構(gòu)、主控制器I/0分配，以及詳述關(guān)于對電缸的控制和螺絲刀系統(tǒng)的控制。</p><p>　　第五章主要敘述關(guān)于系統(tǒng)的通信設(shè)計，對系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行敘述，并具體介紹OPC技術(shù)、Profibus-DP總線以及Ethernet通信。這些通信構(gòu)成了整個系統(tǒng)的脈絡(luò)

38、。</p><p>　　第六章以控制界面以及檢測技術(shù)設(shè)計進(jìn)行描述，并對主要運用的圖像處理技術(shù)進(jìn)行敘述，以及講述HMI的設(shè)計。</p><p>　　第七章總結(jié)、展望與影響，對本次設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，并對還可完善之處進(jìn)行展望。在影響中主要講述對環(huán)境以及社會可持續(xù)發(fā)展的影響。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><

39、;p>　　本章首先對渦輪增壓器進(jìn)行了介紹，講述了背景與研究意義，闡述了提高渦輪增壓器的生產(chǎn)效率以及降低生產(chǎn)成本的重要性。同時對論文結(jié)構(gòu)做了安排。</p><p><b>　　2. 系統(tǒng)方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計概述</p><p>　　該系統(tǒng)的設(shè)計主要分為以下幾個部分：</p><p>

40、　　1．作為整個裝配系統(tǒng)的控制核心S7-300PLC，通過控制螺絲刀以及電缸與氣缸的運動負(fù)責(zé)控制渦輪增壓器的各個組件的安裝。其中對于螺絲刀的控制，是通過對螺絲刀控制器進(jìn)行控制；對于電缸的控制，是通過對電缸控制器進(jìn)行控制；對于氣缸的控制，是通過閥島進(jìn)行控制。同時，S7-300PLC通過多種傳感器傳感器進(jìn)行探孔、校準(zhǔn)等工作。</p><p>　　2. 作為整個檢測系統(tǒng)的控制核心LabVIEW，通過工業(yè)相機對渦輪增壓器

41、組件進(jìn)行拍照與所建立好的模板進(jìn)行匹配檢測。整個檢測過程主要運用了圖像處理的相關(guān)知識。并將檢測結(jié)果告知S7-300PLC。在系統(tǒng)完成裝配與檢測工作后，控制打印機打印相關(guān)條形碼。</p><p>　　3. 整個系統(tǒng)的通信方式，主要分為PROFIBUS-DP通信以及Ethernet通信方式,并采用OPC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中S7-300PLC與電缸控制器、螺絲刀控制器、觸摸屏HMI、閥島之間通過DP總線進(jìn)行通信，而工業(yè)

42、控制機與S7-300PLC之間則是通過網(wǎng)線連接進(jìn)行OPC通信。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)裝配組件介紹</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計組裝以下這些渦輪增壓器的組件（系統(tǒng)裝配組件示意圖如圖2.1所示）：</p><p>　　軸承（Bearing）</p><p>　　護(hù)罩（Shroud）</p><p>　　活塞環(huán)

43、（Piston Ring 簡稱Ring）</p><p>　　定位栓（Pin Locating簡稱Pin）</p><p>　　中心殼體（Center Housing 簡稱CH）</p><p>　　軸輪組件（Shaft Wheel Assembly簡稱：SWA）</p><p>　　推入式定位組件（Thrust Spacer Assembl

44、y簡稱：TSA）</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)裝配組件示意圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作流程</p><p>　　將設(shè)備上電，配置設(shè)備所生產(chǎn)產(chǎn)品型號的參數(shù)，按復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位操作。將放置SWA、CH、Bearing、TSA、PIN在相應(yīng)夾具上。用位移傳感器檢測Shroud是否正確,夾具檢測SWA直徑與否。按雙手按鈕（啟動按鈕），用位移傳感器檢測Shr

45、oud的直徑是否正確，將正確的Shroud放置在CH上。按啟動按鈕，相機1拍照檢測SWA，相機2檢測shroud是否放置在CH上，相機3檢測pin。一切均正確無誤后，取下SWA，按單手按鈕，X1/Z1電缸走位置（SWA夾具運動至CH正下方），放置SWA，氣缸下壓。X1/Z1電缸分別運動至Bearing、TSA檢測位，相機1進(jìn)行檢測。無誤后，X1/Z1電缸運動將Bearing插入CH，X2/Y1電缸運動進(jìn)行探孔，再次運動并進(jìn)行打螺絲，最后

46、將TSA插入CH，完成后電缸、氣缸進(jìn)行回初始位置狀態(tài)，打印條碼，完成此次流程。系統(tǒng)工作流程如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)工作流程圖</p><p><b>　　2.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過研究生產(chǎn)要求，針對生產(chǎn)過程而設(shè)計了系統(tǒng)的實施方案。通過對整個系統(tǒng)的實施方案的工作流程的設(shè)計，進(jìn)一步完善了整個系統(tǒng)的

47、方案設(shè)計工作，為接下來的方案實施打下了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)硬件介紹</b></p><p>　　本設(shè)計采用S7-300PLC作為整個設(shè)備的控制核心，通過DP總線方式控制電缸控制器、閥島以及螺絲刀控制器來實現(xiàn)對渦輪增壓器組件的裝配。在本章中將會對S7-300PLC、電缸、氣缸、電缸控制器、閥島、以及螺絲刀控制器進(jìn)行簡單介紹。</p>

48、<p>　　3.1 S7-300PLC介紹</p><p>　　S7-300PLC作為一種可編程序控制器是由西門子公司生產(chǎn)的PLC系列產(chǎn)品之一。S7-300PLC具有以下特點：分布式的配置易于實現(xiàn)、模塊化結(jié)構(gòu)、高性價比、電磁兼容性強等，以上這些性能上的優(yōu)勢使其在工業(yè)控制領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，因此S7-300PLC在工業(yè)應(yīng)用中成為一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的解決方案。結(jié)合上述敘述，在本系統(tǒng)中采用S7-300PLC

49、作為設(shè)備的控制核心。S7-300PLC如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 S7-300PLC</p><p>　　3.1.1 工作原理</p><p>　　PLC是以一種循環(huán)運行的方式，來執(zhí)行用戶的程序。其中OB1程序塊是作為循環(huán)執(zhí)行程序的組織塊（即整個用戶程序的主程序）。在OB1程序塊中既可以調(diào)用邏輯塊，也可以被中斷程序中斷。當(dāng)S7-300起動完成后，

50、將不斷地循環(huán)執(zhí)行OB1程序塊，然后在OB1 中調(diào)用其它邏輯塊。在這循環(huán)執(zhí)行程序的過程中，進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理程序。</p><p>　　3.1.2 組成部分</p><p>　　在本次設(shè)計中運用S7-300以下幾個基本組成模塊：</p><p>　　1.電源模塊：將日常生活中的220V交流電轉(zhuǎn)換為24V的直流電，為整個S7-300PLC的CPU、信號模塊、功能模塊以及

51、相關(guān)的執(zhí)行器等提供直流電源。</p><p>　　2.CPU模塊：對于不同的CPU，便具有不同的性能。CPU模塊可以集成數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，也可以集成PROFIBUS－DP等通信接口。在本設(shè)計中便采用集成具有通信接口的CPU模塊。</p><p>　　3.信號模塊：信號模塊主要由數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊（電壓，電流，電阻，熱電偶）、模擬量輸出模塊（電壓，電流）

52、這四種單獨構(gòu)成或組合構(gòu)成。</p><p>　　除了以上模塊以外，S7-300PLC還可以配置功能模塊、定位模塊、接口模塊等。</p><p>　　3.2 Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)</p><p>　　Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線，如 Ethernet/IP、ModbusTCP 和 PROFINET。帶有自由可編程邏輯的擰緊系統(tǒng)可為用戶對整

53、個擰緊過程提供無數(shù)自動化選項。Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)的操作軟件保證所有擰緊過程編程清晰且方便，并提供多個診斷和測試功能。根據(jù)上述可知，Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)可以輕松地集成到整個系統(tǒng)中。</p><p>　　3.2.1 電動螺絲刀</p><p>　　Rexroth電動螺絲刀是一種用于擰緊和旋松螺釘用的電動工具，并配有控制器，可以調(diào)節(jié)和限制扭矩。電動螺絲刀主要用于生產(chǎn)裝配線，是大

54、部分生產(chǎn)企業(yè)必備的工具之一。電動螺絲刀作為電動工具，依靠電批電源為之進(jìn)行供電并以此實現(xiàn)相關(guān)控制功能。在電批電源輸出同等功率的情況下，電動螺絲刀馬達(dá)的參數(shù)不一樣，其轉(zhuǎn)速也就不同。電動螺絲刀分為：直桿式，手槍式，安裝式三類，在本設(shè)計中將采用直桿式電動螺絲刀。</p><p>　　Rexroth電動螺絲刀有如下特點:</p><p>　　(1) 高品質(zhì)，高可用性</p><p

55、>　　力士樂的緊縮主軸可進(jìn)行大量的耐力測試，測試在超過一百萬次滿載tightenings（擰緊操作）后無需進(jìn)行維護(hù)。</p><p>　　(2) Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)可實現(xiàn)可靠的緊縮過程。</p><p>　　清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化操作和顯示的排列單位，方便，靈活的參數(shù)化。從控制器到該工具允許直觀的操作。安全調(diào)試增加，對新的任務(wù)適應(yīng)的靈活性。</p><p&

56、gt;　　3.2.2 螺絲刀控制器</p><p>　　Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)可實現(xiàn)所有重要的擰緊和監(jiān)控功能，例如扭矩、轉(zhuǎn)向角、屈服點和擰緊監(jiān)控，有助于安全地控制螺栓連接。實現(xiàn)多步驟互連擰緊過程，該過程可以輕松地進(jìn)行調(diào)整。Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)的清晰而靈活的模塊化設(shè)計保證可以輕松而用戶友好地安裝模塊，并根據(jù)手頭上的任務(wù)精確調(diào)整擰緊系統(tǒng)。此模塊化設(shè)計還確保了可以簡單而快速地擴展系統(tǒng)以符合變化的需求和信息

57、。標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)過一百萬負(fù)載循環(huán)的測試以保證高等級信任度和系統(tǒng)可靠性。Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)的電氣、電子和可編程系統(tǒng)組件不包含機械指令 2006/42/EC 意義上的任何安全組件。因此，標(biāo)準(zhǔn) EN ISO 13849“ 安全相關(guān)的控制部件” 不包含這些組件。模塊化擰緊軸僅通過一根連接電纜連接到電子元件，并配有扭矩和轉(zhuǎn)向角傳感器以始終監(jiān)控擰緊?？梢酝ㄟ^一個通信設(shè)備對最多帶有 40 個擰緊通道的擰緊系統(tǒng)進(jìn)行控制?？梢酝ㄟ^根據(jù)需要安裝的各

58、種接口模塊從外部連接擰緊系統(tǒng)。Rexroth電動螺絲刀系統(tǒng)支持現(xiàn)場總線，如 PROFIBUS 和 DeviceNet，以及基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線，如 EtherNet/IP、ModbusTCP 和 PR</p><p>　?。?）緊湊，功能強大；安全和快速調(diào)試；升緊縮；升堅固；升USB和基于以太網(wǎng)的總線系統(tǒng)。</p><p>　?。?）集成的邏輯。隨著靈活的集成符合可編程邏輯IEC 6113

59、1-3標(biāo)準(zhǔn)，整個緊固過程用戶有可無數(shù)的自動化選項。</p><p>　　圖3.2 螺絲刀控制器</p><p><b>　　3.3 電磁閥島</b></p><p>　　閥島是一種集電輸入/輸出部件、氣動電磁閥以及具有多種接口控制器于一體的系統(tǒng)控制單元。由于將這三者（電輸入/輸出部件、氣動電磁閥以及控制器）集成在一起，所以可以通過PLC與控制器

60、進(jìn)行DP通信的方式對電磁閥進(jìn)行電氣控制。在本設(shè)計中便是充分利用閥島控制器帶有現(xiàn)場總線這一特性而進(jìn)行通信控制的。這樣既充分利用閥島控制器自帶的I/O口，也為S7-300PLC節(jié)省了大量的I/O口。</p><p>　　3.4 電缸及控制器</p><p>　　3.4.1 電缸控制器</p><p>　　本系統(tǒng)選用SEP系列 8軸聯(lián)控型電缸用定位型控制器。該控制器有如下

61、特點：</p><p><b>　　（1）更精巧的體形</b></p><p>　　MSEP控制器最多可控制8軸，但尺寸僅幅寬123mm×高度115mm的小體積。與以往控制器比，尺寸縮小了約60%，大大縮減控制柜中占用空間。</p><p>　　(2)可通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線，直接指定坐標(biāo)、速度等數(shù)據(jù)移動,支持DeviceNet、CC-Li

62、nk、PROFIBUS-DP、MECHATROLINK、CompoNet、EtherCAT、EtherNet/IP等主流的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線規(guī)格。</p><p>　　(3)兼容脈沖馬達(dá)/ 伺服馬達(dá)</p><p>　　MSEP支持在1臺控制器上控制脈沖馬達(dá)型電缸和伺服馬達(dá)型電缸，當(dāng)需要組合使用不同系列的驅(qū)動軸時，可以大幅減少配線、設(shè)置、安裝所需工時，并且進(jìn)一步提高控制器性價比。</p&g

63、t;<p>　　(4)支持絕對型控制方式</p><p>　　支持使用電池作為備份電源，可以在控制器斷電時保存位置數(shù)據(jù)，所以無需原點復(fù)位操作即可恢復(fù)動作。緊急停止或瞬間斷電等原因造成的斷電情況發(fā)生時，可以立刻恢復(fù)設(shè)備動作。</p><p>　　(5)支持對移動次數(shù)和移動距離的計數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)量與稼動率的常時把握，確定維護(hù)作業(yè)的時機。計算驅(qū)動軸的總行走距離與移動次數(shù)并記錄在控制

64、器中，當(dāng)超過預(yù)設(shè)值后可向外部輸出信號。通過這一功能，使包括加注潤滑脂、定期檢查等作業(yè)的時機得到量化，提高維護(hù)效率。</p><p>　　圖3.3 電缸控制器</p><p><b>　　3.4.2 電缸</b></p><p>　　電缸原理：電缸是將伺服電機與絲杠作為一個整體進(jìn)行設(shè)計的模塊化產(chǎn)品。充分利用伺服電機可以精確控制轉(zhuǎn)速的特點來進(jìn)行精確

65、的位置控制。當(dāng)然，這需要將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成所需要的直線運動。電缸的出現(xiàn)實現(xiàn)了高精度直線運動控制這一革命性突破。</p><p>　　電缸特點：由于采用閉環(huán)伺服控制原理，可實現(xiàn)控制直線運動的精度可以達(dá)到0.01mm；通過壓力傳感器的配合，可以使控制推力的精度達(dá)到1%；通過電缸控制器，很好的實現(xiàn)與PLC進(jìn)行連接，由此實現(xiàn)高精密運動控制。</p><p>　　低成本維護(hù)：電缸在復(fù)雜的環(huán)境

66、下工作只需要定期的注脂潤滑，并無易損件需要維護(hù)更換，將比液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)減少了大量的售后服務(wù)成本。</p><p>　　液壓缸和氣缸的最佳替代品：電缸可以完全替代液壓缸和氣缸，并且實現(xiàn)環(huán)境更環(huán)保，更節(jié)能，更干凈的優(yōu)點，很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運動控制。</p><p>　　配置靈活性：可以提供非常靈活的安裝配置，全系列的安裝組件：安裝前法蘭，后法蘭，側(cè)面法蘭，尾部鉸接，耳

67、軸安裝，導(dǎo)向模塊等；可以與伺服電機直線安裝，或者平行安裝；可以增加各式附件：限位開關(guān)，行星減速機，預(yù)緊螺母等；驅(qū)動可以選擇交流制動電機，直流電機，步進(jìn)電機，伺服電機。</p><p><b>　　圖3.4 電缸</b></p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了選取的器件以及設(shè)計中需

68、要運用到的部分功能。對于運用的器件和功能的研究，將有助于我們對下面硬件的設(shè)計原理與軟件仿真的實現(xiàn)，以及對電路的功能的實現(xiàn)有很大的幫助。</p><p>　　4. 系統(tǒng)硬件與電氣設(shè)計</p><p>　　4.1系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　S7-300PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，通過與HMI觸摸屏以及工控機相互通信，并采集來自傳感器信號，將處理結(jié)果發(fā)送給閥島

69、、相機、螺絲槍、電缸等功能模塊，以實現(xiàn)該系統(tǒng)的正常運行功能。其中S7-300還將會不斷的讀取螺絲刀控制器反饋回來的扭力值以及旋轉(zhuǎn)的角度，同時也會讀取電缸控制器反饋回來的電缸當(dāng)前位置等信息。</p><p>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　4.2 S7-300PLC控制器I/O設(shè)計</p>

70、<p>　　4.2.1 S7-300PLC數(shù)字I/O分配表</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計，對S7-300PLC的I/進(jìn)行了以下的分配設(shè)計如表4.1所示。通過這樣的設(shè)計獲取設(shè)備運行狀態(tài)并給設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的處理結(jié)果，最終實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能。表4.1只介紹了數(shù)字I/O的分配，對于通過螺絲刀控制器、電磁閥島等擴展的I/O以及模擬I/O口未進(jìn)行說明。</p><p>　　表4.1

71、 數(shù)字I/O分配表</p><p>　　4.2.2 S7-300PLC的接線圖</p><p>　　本系統(tǒng)中，給S7-300配置了32位數(shù)字量輸入模塊、16位數(shù)字量輸入模塊、32位數(shù)字量輸出模塊各一個，以及兩個12位雙通道模擬量輸入模塊。每個模塊對應(yīng)著連接不同的對象。S7-300各個模塊的接線圖如圖4.2至圖4.5所示。</p><p>　　圖4.2 32位數(shù)字量輸

72、入模塊接線圖</p><p>　　圖4.3 16位數(shù)字量輸入模塊接線圖</p><p>　　圖4.4 32位數(shù)字量輸出模塊接線圖</p><p>　　圖4.5 12位雙通道模擬量輸入模塊接線圖</p><p>　　4.3 電缸控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.3.1 電缸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析</p>&l

73、t;p>　　本系統(tǒng)采用IAI的SEP系列MSEP的電缸控制器，該控制器最多可以控制8臺電缸。本設(shè)計中將控制4臺電缸。電缸控制器通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與PLC進(jìn)行通信。本系統(tǒng)中的四個電缸兩兩組合成兩個獨立模塊，一個用于運送組件進(jìn)行裝配，另一個用于探孔打螺絲。其中X1/Z1為一組，X2/Y1為一組。四個電缸與電缸控制器具體的拓?fù)鋱D如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 電缸控制系統(tǒng)的拓?fù)鋱D&

74、lt;/p><p>　　4.3.2 電缸控制器接線</p><p>　　電缸控制器的接線分為以下幾塊（接線示意圖如圖4.6所示）：</p><p>　　A.電缸控制器的電源插口，按照電源插口上的標(biāo)志接0V,24V及GND。</p><p>　　B.將電缸控制器的急停插口，任意選其中一組線連接到急停開關(guān)。</p><p>　

75、　C. PROFIBUS-DP接口自然是連接到PLC。</p><p>　　D.將4根電缸上帶有馬達(dá)編碼器的電纜，連接到控制器上的插口上。</p><p>　　注：接線圖中的PC與電缸控制器的連線主要用于電缸控制器的配置以及單獨進(jìn)行軟件控制時采用的接線方式。</p><p>　　圖4.7 電缸控制器接線圖</p><p>　　4.3.3 電缸

76、控制器的設(shè)置與地址分配</p><p>　　通過PC用軟件設(shè)置電缸控制器的參數(shù)，在網(wǎng)關(guān)中設(shè)定4根有效軸，并選擇4根軸的模式都為直接數(shù)值模式（Direct Indication Mode），并在PLC導(dǎo)入EDS文件，進(jìn)行組態(tài)，在PLC上設(shè)定字節(jié)數(shù)。由于采用的是直接數(shù)值模式以及控制4根軸（四臺電缸），所以需要分配40個字，其中前八個字用于配置網(wǎng)關(guān)，后面每根軸配置8個字。直接數(shù)值模式下PLC與電缸控制器通過DP通信的數(shù)

77、據(jù)傳送示意圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.8 PLC與電缸控制器數(shù)據(jù)通信示意圖</p><p>　　配置每根軸的8個字又可進(jìn)行細(xì)分。下面假設(shè)PLC分配的字是 1000-1039。那么1000-1007 是分配給網(wǎng)關(guān)控制的，1008-1015是分配給第1根軸的，1016-1023是分配給第2根軸的，1024-2031是分配給第3根軸的，1032-1039是分配給第4根軸的。&l

78、t;/p><p>　　再以第一軸為例1008，1009兩個word組合就是目標(biāo)位置(Target Position) 單位0.01mm；1010,1011兩個word組合是位置寬幅（Positioning Width），單位0.01mm，這個默認(rèn)給10的數(shù)值就可以了；1012是運動速度(Speed)，單位1mm/s；1013是加減速(Acceleration/ Deceleration)，單位0.01G，默認(rèn)請給30

79、的數(shù)值；1014是推壓力(Push)，特殊動作使用，正常移動不必給數(shù)值；1015是控制信號(Control Signal)，需單獨分開配置，都各有具體意義。電缸1在PLC中開辟的地址如表4.2所示。</p><p>　　表4.2 電缸1在DB2的地址</p><p>　　4.4 螺絲刀控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.4.1 螺絲刀系統(tǒng)通信</p>

80、<p>　　本設(shè)計中螺絲刀控制器分別進(jìn)行Profibus-DP現(xiàn)場總線與Ethernet通信，因此S7-300PLC可以通過Profibus-DP進(jìn)行控制螺絲刀控制器，調(diào)用其中的程序號進(jìn)行打螺絲控制。同時可以運用上位機進(jìn)行Ethernet通信，對控制器進(jìn)行程序的編寫與測試。</p><p>　　圖4.9 螺絲刀控制器通信示意圖</p><p>　　4.4.2 螺絲刀控制器操作&

81、lt;/p><p>　　1.雙擊打開桌面圖標(biāo)，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9螺絲刀控制器軟件圖標(biāo)</p><p>　　2.在項目欄中選擇PC，點擊“接口（N）”，如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10點擊“接口（N）”</p><p>　　3.點擊擴展，配置擰緊控制單元，輸入螺絲槍控制器IP地址

82、、擰緊控制單元名，根據(jù)需要添加一定注釋，完成后點擊插入。對已經(jīng)插入的，可以選中進(jìn)行修改甚至刪除。完成配置后點擊保存，并確認(rèn)。</p><p>　　圖4.11 配置地址</p><p>　　4.在已經(jīng)配置好的擰緊控制單元中選擇需要控制的對象，也可以直接輸入對應(yīng)螺絲槍控制器的IP地址。完成后，點擊確認(rèn)，如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.12 選擇擰緊單元&l

83、t;/p><p>　　5.點擊“擰緊程序”按鈕，出現(xiàn)擰緊程序窗口，如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 打開擰緊程序窗口</p><p>　　6.編寫螺絲槍程序。</p><p>　?。?）選中程序號，如圖4.14所示；</p><p>　　圖4.14 選擇程序號</p><p>　　

84、（2）例如選擇程序號6，點擊插入擰緊步驟，如圖4.15所示；</p><p>　　圖4.15 插入擰緊步驟</p><p>　?。?）雙擊添加的擰緊步驟，進(jìn)行該步驟程序設(shè)定，設(shè)定該步驟名稱，扭矩，轉(zhuǎn)速，時間等參數(shù)，如圖4.16所示。</p><p>　　圖4.16 設(shè)定擰緊參數(shù)</p><p>　　7.按6中步驟設(shè)置好每個程序號后，點擊項目欄

85、“管理”，選中“登錄及注銷”，如圖4.17所示。</p><p>　　圖4.17 打開登錄界面</p><p>　　8.輸入密碼Robert，點擊確認(rèn)，如圖4.18所示。</p><p>　　圖4.18 輸入登錄密碼</p><p>　　9.登錄后，點擊“發(fā)送”按鈕，將設(shè)定的程序號發(fā)送至螺絲槍控制器，如圖4.19所示。</p>

86、<p>　　圖4.19 發(fā)送配置程序</p><p>　　10.發(fā)送完成后，可以點擊“順序測試”進(jìn)行程序測試，如圖4.20所示。</p><p>　　圖4.20 在線測試</p><p>　　11.選中程序號，點擊“啟動”按鈕，測試該程序號，如圖4.21所示。（注：順序測試階段，螺絲槍控制器不受PLC控制，只受螺絲槍控制器控制）</p>&l

87、t;p>　　圖4.21 測試程序號</p><p>　　12.一切設(shè)置無誤后，點擊項目欄“管理”，選中“登錄及注銷”，進(jìn)行注銷，如圖4.22所示。</p><p>　　圖4.22 注銷登錄</p><p><b>　　4.5系統(tǒng)電氣設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)中將需要用到220VAC、24VDC、5VDC

88、這三種電源，根據(jù)現(xiàn)場提供的三相電進(jìn)行了以下主電源回路設(shè)計：L1為電柜箱外面的設(shè)備提供220VAC外部插座，主要用于工業(yè)控制機、工業(yè)相機、打印機等設(shè)備供電；L1同時也為電柜箱中的相機光源、內(nèi)置風(fēng)扇、照明設(shè)備進(jìn)行供電；L2主要用于給5V開關(guān)電源、內(nèi)部插座進(jìn)行供電；L3用于PLC供電以及24V開關(guān)電源供電。針對整個系統(tǒng)不同線路配備不同型號的斷路器。</p><p>　　為了確保設(shè)備的安全生產(chǎn)，設(shè)計中采用兩個安全繼電器進(jìn)

89、行電路設(shè)計。第一個安全繼電器采用雙通道短路保護(hù)機制，主要用于設(shè)備運行過程中突然打開門或按下急停狀態(tài)下，將設(shè)備24VDC控制電源進(jìn)行斷電操作，運行設(shè)備將停止運行。在圖4.23中，S11與S12構(gòu)成一條短路保護(hù)通道，S21與S22構(gòu)成第二調(diào)保護(hù)通道，兩條通道分別連入急停、設(shè)備5個門開關(guān)的常閉開關(guān)，一旦其中一條出現(xiàn)斷開狀況，圖中24V2將失電（24V2用于設(shè)備運行控制）。繼電器KA6一個常開觸點將用于安全繼電器的復(fù)位。</p>

90、<p>　　圖4.23 安全繼電器1</p><p>　　第二個安全繼電器主要用于設(shè)備處于自動運行狀態(tài)下以及設(shè)備復(fù)位過程中，安全光幕報警（圖4.24中OSSD1與OSSD2失電），控制設(shè)備運行的24V2將進(jìn)行斷電。</p><p>　　圖4.24 安全繼電器2</p><p>　　設(shè)備的安全回路即急停按鈕與設(shè)備五個門開關(guān)所構(gòu)成的的設(shè)備安全保障回路。安全回路

91、設(shè)計為雙通道型，分別由急停按鈕與門開關(guān)提供的常閉觸點串接而成。運用雙通道主要為了確保設(shè)備的安全運行，提高設(shè)備的安全性。如圖4.25所示：</p><p>　　圖4.25 安全回路</p><p><b>　　4.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹第三章所介紹的硬件所進(jìn)行的設(shè)計，其中主要介紹本設(shè)計系統(tǒng)控制核心S7-300PLC

92、的設(shè)計、電缸控制系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)螺絲刀系統(tǒng)的硬件設(shè)計。通過整個系統(tǒng)框圖的展現(xiàn)，對整個系統(tǒng)的整體架構(gòu)將有所認(rèn)識與了解。</p><p><b>　　5．系統(tǒng)通信設(shè)計</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用Profibus-DP現(xiàn)場總線與Ethernet通信方式相結(jié)合的通信方式進(jìn)行整個系統(tǒng)的通信。在以Et

93、hernet通信的基礎(chǔ)上采用OPC技術(shù)完成數(shù)據(jù)的交換。其中工控機與PLC以網(wǎng)線連接的方式進(jìn)行OPC通信，上位機可以通過Ethernet通信方式控制螺絲刀控制器。PLC與電缸控制器、電磁閥島、螺絲刀控制器以及觸摸屏HIM進(jìn)行以PLC為主站的Profibus-DP通信。對于整個系統(tǒng)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖</p><p>　　采用以

94、上方式進(jìn)行通信，針對S7-300PLC還需要進(jìn)行硬件組態(tài)。首先需要在STEP7軟件中安裝螺絲刀控制器、SMC電磁閥島、電缸控制器的GSD文件，然后在各個設(shè)備分別掛在DP或Ethernet通信網(wǎng)絡(luò)上。組態(tài)完成后如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.1系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.2 OPC通信介紹</p><p>　　OPC（OLE（對象連接與

95、嵌入） for Process Control）是過程控制中一種基于Windows OLE的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。OPC提供了在基于Windows平臺的組態(tài)軟件和基于現(xiàn)場控制的控制器之間的數(shù)據(jù)交換有效的實現(xiàn)方法。OPC工藝流程中的控制裝置無論采取什么軟件或著硬件，OPC將為所有這些軟件或者硬件提供公共接口。組態(tài)軟件可以不必了解這些硬件設(shè)備的詳細(xì)信息，而是按照OPC服務(wù)器提供的接口來訪問現(xiàn)場控制設(shè)備的數(shù)據(jù)，最終提高效率，靈活性，開放性和互操作性。

96、</p><p>　　本設(shè)計中采用了以LabVIEW作為OPC服務(wù)器的方式進(jìn)行OPC通訊。這種方式下只需將PLC中的地址添加到OPC 服務(wù)器中便可直接獲取數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行讀寫操作。</p><p>　　5.3 Profibus-DP現(xiàn)場總線</p><p>　　現(xiàn)場總線Profibus是一種國際開放與獨立的設(shè)備制造商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它是一種主要用于工廠自動化車間級的監(jiān)

97、控，數(shù)據(jù)通信以及現(xiàn)場設(shè)備層控制，廣泛的應(yīng)用于過程自動化，工業(yè)自動化等相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線Profibus由三個相互兼容標(biāo)準(zhǔn)部分組成，即PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS。在本設(shè)計中將采用PROFIBUS-DP作為現(xiàn)場總線的通信方式。</p><p>　　PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通過中央控制站周期性地讀取從站的輸入信息，并周期性地發(fā)送輸出信息給從站，來實現(xiàn)現(xiàn)場

98、級的高速數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。顯然這種總線訪問方式是一種主從通信方式 。PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線上可以掛載126個站，其中可以存在單個或者多個主站。系統(tǒng)配置的描述包括：站號，站地址，輸入/輸出數(shù)據(jù)，輸入/輸出數(shù)據(jù)格式，格式和診斷信息的總線參數(shù)。因此可以將PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)掛載的設(shè)備分為以下三種類型的設(shè)備。</p><p>　　第一：DP主站1（DPM1）：DP主站1是中央控制器，它與DP從站的預(yù)定信息

99、的周期內(nèi)交換信息。</p><p>　　第二：DP主站2（DPM2）：DP主站2是一個程序員，配置設(shè)備或操作面板，它是用于DP系統(tǒng)的配置中，并完成系統(tǒng)的運行和達(dá)到監(jiān)控的目的。</p><p>　　第三：DP從站：DP從站是外圍設(shè)備收集和發(fā)送信息的輸入輸出。</p><p>　　5.4 Ethernet通信</p><p>　　Ethernet

100、是基于CIP(Control and Information Proto-Col)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。同時，Ethernet作為一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，能夠保證網(wǎng)絡(luò)上實時I/O信息和用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等的顯式信息的有效傳輸。</p><p>　　Ethernet采用載波幀聽多路訪問機制（帶有沖突檢測功能）。Ethernet中任意節(jié)點都可以獲取到在網(wǎng)絡(luò)中所發(fā)送的信息，正因為如此，Ethern

101、et算是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　Ethernet通信的工作過程如下：</p><p>　　當(dāng)以太網(wǎng)中的一臺主機要傳輸數(shù)據(jù)時，它將按如下步驟進(jìn)行：</p><p>　　1、監(jiān)聽信道上是否有信號在傳輸。如果有信號傳輸，則表明信道處于忙狀態(tài)，繼續(xù)監(jiān)聽直至信道空閑為止。</p><p>　　2、若沒有監(jiān)聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)。</

102、p><p>　　3、在傳輸?shù)臅r候主機依然進(jìn)行監(jiān)聽，如有沖突則執(zhí)行退避算法，并隨機的等待一定時間，然后重新執(zhí)行步驟1。</p><p><b>　　5.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要闡述了本設(shè)計的通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，并展示了整個通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。對OPC通信技術(shù)以及Ethernet通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線做了介紹。通過這一

103、章，將會對整個系統(tǒng)的通信技術(shù)有所了解，并對系統(tǒng)的主控制器與各個功能模塊進(jìn)行通信有所認(rèn)識，為認(rèn)識整個系統(tǒng)的運作方式打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　6.人機界面與檢測技術(shù)設(shè)計</p><p>　　6.1 人機界面設(shè)計</p><p>　　6.1.1 人機界面概念介紹</p><p>　　WinCC flexible是一款SIEMENS開發(fā)的面向

104、的HMI的設(shè)計軟件。WinCC flexible 為面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)提供了支持，主要用于組態(tài)用戶界面和對機器、設(shè)備的操作與監(jiān)視。本設(shè)計的控制界面通過觸摸屏進(jìn)行控制與監(jiān)視，因此采用WinCC flexible來進(jìn)行人機界面開發(fā)。</p><p>　　6.1.2 人機界面展示</p><p>　　根據(jù)實際生產(chǎn)需求，分別設(shè)計了手動模式界面以及自動模式界面。</p><

105、;p>　　其中手動模式下，控制畫面主要由主畫面、X1/Z1電缸調(diào)試界面、Y1/X2電缸調(diào)試界面、氣缸調(diào)試界面、螺絲刀系統(tǒng)界面等構(gòu)成。手動界面主要是設(shè)備處在調(diào)試狀態(tài)時使用，在該界面下可以控制設(shè)備的工作狀態(tài)并得到相關(guān)傳感器的檢測信息，以及電缸的當(dāng)前位置信息等。在手動狀態(tài)下還有個重要界面就是報警界面，這些報警信息提示設(shè)備不在正常狀態(tài)下，一旦出現(xiàn)報警情況，報警畫面將彈出，并顯示報警信息。出現(xiàn)報警，設(shè)備將停止動作，這時需要通過復(fù)位操作來將設(shè)

106、備回歸初始正常狀態(tài)。在手動模式下的主要的功能畫面如圖6.1至圖6.8所示。</p><p>　　圖6.1 手動主畫面 圖6.2 X1/Z1電缸調(diào)試界面</p><p>　　圖6.3 氣缸調(diào)試界面 圖6.4 用戶管理界面</p><p>　　圖6.5 螺絲刀系統(tǒng)界面

107、 圖6.6 報警信息界面</p><p>　　自動模式界面用于日常正常生產(chǎn)時的工作，將設(shè)備的選擇按鈕撥到自動模式，人機界面自動跳轉(zhuǎn)到自動模式，自動模式由自動模式主畫面以及開辟了個最后一次產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖6.7 手動主畫面 圖6.8 X1/Z1電缸調(diào)試界面</p>

108、;<p>　　6.1.3 PLC與HMI通訊</p><p>　　首先，需要完成軟件設(shè)置。在“項目”工作空間，選擇 “通訊”中的“連接”。在HMI設(shè)備中設(shè)置類型（選擇Simatic）、波特率（設(shè)置為1500000）、地址（設(shè)置為3）；在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置配置文（選擇DP）；在PLC設(shè)備中設(shè)置地址（設(shè)置為2）、擴展插槽（設(shè)置為0）、機架（設(shè)置為0）。軟件配置圖如圖6.9所示。</p><p

109、>　　接下需要完成硬件方面的設(shè)置。首先在觸摸屏上電時點擊圖6.10的“Control Panel”按鈕，選擇圖6.11中紅色圓圈內(nèi)圖標(biāo)，按圖6.12對觸摸屏的通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置完成后點擊 “OK按鈕”，畫面將切換到圖6.10。觸摸屏通信參數(shù)設(shè)置完成后，點擊圖6.10中的 “Transfer”按鈕，觸摸屏處于等待狀態(tài)，此時可以將HMI程序下載到觸摸屏中。</p><p><b>　　圖6.9

110、軟件配置圖</b></p><p>　　圖6.10上電啟動顯示界面</p><p>　　圖6.11選擇參數(shù)設(shè)置界面</p><p>　　圖6.12參數(shù)設(shè)置界面</p><p>　　6.1.4 PLC與HMI數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)</p><p>　　想要實現(xiàn)觸摸屏對渦輪增壓器裝配站實時監(jiān)控，則需利用相應(yīng)的外部變量來實現(xiàn)P

111、LC與HMI二者的信息交互，且外部變量應(yīng)與S7-300中建立的變量一致，其外部變量如表所示：</p><p>　　表6.1 部分HMI中設(shè)置的外部變量</p><p>　　上述表中的相關(guān)變量，將通過顯示控件、輸入控件等形式，出現(xiàn)字整個系統(tǒng)的控制界面中，通過這些變量，實現(xiàn)了PLC與HIM 的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了HIM對整個系統(tǒng)的控制，這極大的方便了對系統(tǒng)的操作、調(diào)試、以及生產(chǎn)。</p>