基于PLC的网球自动发射机课程设计说明书

西华大学课程设计说明书摘要摘要：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，实现了网球自动发射机主要功能。 关键词：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 exercisers to choose, namely, manual mode, automatic mode and automatic mode.On the basis of two different schemes，this design chose PLC control transmitter scheme. A According to the analysis of the input and output information， we determined the type of PLC controller device.And then analyze the transmitter 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 the 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 automatic transmitter, PLC, GX Developer, INSPEC, MX Component 西华大学课程设计说明书 目录目录1 1 前言前言.12 2 网球自动发射机方案设计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 3 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机系统分析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.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 基于基于 PLC 的网球自动发射机硬件设计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 .16 西华大学课程设计说明书5 5 基于基于 PLC 的网球自动发射机软件设计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 6 基于基于 PLC 的网球自动发射机上位监控系统设计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.326.4 易控 FX 串口设置.347 7 基于基于 PLC 的网球自动发射机综合调试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 8 总结总结.399 9 致谢致谢.40参考文献参考文献.41附录附录 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机元件表的网球自动发射机元件表.42 西华大学课程设计说明书 第 0 页1 1 前言前言 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。 西华大学课程设计说明书 第 1 页 近年来，随着国民经济的增长，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。 西华大学课程设计说明书 第 2 页2 2 网球自动发射机方案设计网球自动发射机方案设计 2.12.1 网球自动发射机设计要求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。设计模型结构图如图 2.1。 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 西华大学课程设计说明书 第 3 页 图 2.1 网球发射机结构2.22.2 网球自动发射机方案网球自动发射机方案设计设计2.2.12.2.1 方案一方案一 基于基于 PLC 的网球自动发射机的网球自动发射机 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。该方案的方框图如图 2.2。控制器执行器对象检测元件+-上位机控制系统通信图 2.2 基于 PLC 的网球自动发射机系统方框图2.2.22.2.2 方案二方案二 基于基于 VB 和单片机的网球自动发射机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。 西华大学课程设计说明书 第 4 页PC机（VB界面）单片机系统RS232步进电机驱动步进电机位置传感器（光电开关和微动开关）图 2.3 基于 VB 和单片机的网球自动发射机系统方框图2.32.3 网球自动发射机的方案论证网球自动发射机的方案论证2.3.12.3.1 方案一方案一 （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：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。 西华大学课程设计说明书 第 5 页2.3.22.3.2 方案二方案二 （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小时无故障。 （5）控制功能强。2.42.4 网球自动发射机的方案选择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。 西华大学课程设计说明书 第 6 页3 3 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机系统的网球自动发射机系统分析分析3.13.1 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的网球自动发射机功能分析功能分析基于 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3.23.2 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的网球自动发射机工艺流程图工艺流程图 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。 西华大学课程设计说明书 第 7 页3.2.13.2.1 总体工艺流程图总体工艺流程图 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。手动模式自动模式二检测是否有球发射机置中模式选择自动模式一停止启动NY 图 3.2 总体工艺流程图3.2.23.2.2 手动模式工手动模式工艺流程图艺流程图当用户按下手动按钮后，程序进入手动模式。通过按下向左、向右、向下、向上按钮控制发射机的位置，按下发射按钮发射网球。手动模式工艺流程图如图 3.3。 西华大学课程设计说明书 第 8 页 YYNN Y 是否按下向上开始发球 M2正转 M2反转M3正转M3反转是否到上极限是否到下极限是否到左极限是否到右极限是否按下发球M2停止M2停止M3停止M3停止NY N Y N Y NY 是否按下向下是否按下向左是否按下向右NNY NY 图 3.3 手动模式工艺流程图3.2.33.2.3 自动模式一工艺流程图自动模式一工艺流程图 当用户按下自动模式一时，发射机开始自动执行模式一程序。首先从起点向上移动到达上极限开始发球，发射完设定的数目后往下到达中间点，如此将上下左右中五个点走遍。自动模式一流程图如图 3.4。 西华大学课程设计说明书 第 9 页M2正转，发射器上升M2停止，M1启动发球 是否到达上限是否发射了三次M2反转，发射器下降是否到达中间位置M2停止，M1启动发球是否发射了三次M2反转，发射器下降是否到下限M2停止，M1启动发球是否发射了三次M2正转，发射器上升是否到达中间位置M2停止，M1启动发球是否发射了三次M3正转，发射器左移是否到达左极限M3停止，M1启动发球是否发射了三次M3反转，发射器右移是否到中间位置M3停止，M1启动发球是否发射了三次M3反转，发射器右移是否到右极限M3停止，M1启动发球是否发射了三次M3正转，发射器左移是否到中间位置 A NYNYNYNYNYNYNYNYNYNYNYNYNYNYNY A 图 3.4 自动模式一流程图 西华大学课程设计说明书 第 10 页3.2.43.2.4 自动模式二工艺流程图自动模式二工艺流程图 当用户按下自动模式二时，发射机开始自动执行自动模式二程序。首先从起点斜向运行到左上极限点开始发球，发射完设定数目后开始右移到右上极限点，如此直到回到起点。自动模式二工艺流程图如图 3.5。M2正转，M3正转是否达到左上极限M2停，M3停，发球3次是否发射了三次M3反转是否达到右上极限M3停，发球3次是否发射了三次M2反转是否到达右下极限M2停，发球3次是否发射了三次M3正转是否达到左下极限M3停，发球3次是否发射了三次M2正转，M3反转是否居中 B BNYNYNYNYNYNYNYNYNY 图 3.5 自动模式二流程图 西华大学课程设计说明书 第 11 页3.33.3 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机输入控制信息分析的网球自动发射机输入控制信息分析 根据基于 PLC 的网球自动发射机的系统需求，系统需要的输入控制信号有以下几种：发射机启动停止信号（由启动停止开关产生） ；手动模式、自动模式一、自动模式二选择信号（由手动模式、自动模式一、自动模式二选择开关产生） ；手动模式控制发射机信号（由按键向上、向下、向左、向右产生） ；九个点位的信号（由九个行程开关产生） ；手动发球信号（由发球按键产生） ；有无球信号（由光电检测开关产生） 。其中启动停止开关用于控制整个系统的开启与停止，模式选择开关用于用户选择不同模式，九个行程开关用于系统判定发射机是否到达预定位置，手动方向按键用于用户选择发射机将要到达的位置，手动发射键用于用户选择到达位置后是否发射网球，光电检测开关用于判断框中是否有球。3.43.4 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机输出控制信息分析的网球自动发射机输出控制信息分析 根据基于 PLC 的网球自动发射机的系统功能，系统输出信息有如下几个：输出到控制网球自动发射机发射电机的启停信号 Y0，输出到控制网球自动发射机向上运动的电机启停信号 Y1，输出到控制网球自动发射机向下运动的电机启停信号 Y2，输出到控制网球自动发射机向左运动的电机启停信号 Y3，输出到控制网球自动发射机向右运动的电机启停信号 Y4，输出到控制网球自动发射机运行灯点亮熄灭的信号 Y5，输出到控制网球自动发射机无球报警灯点亮熄灭的信号 Y6。3.53.5 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的网球自动发射机 PLCPLC 输入输出表设计输入输出表设计根据输入输出信息的分析，将输入输出信息制定了两张表格，并且分析了大概的作用。输入输出表如表 3.1。 表 3.1 输入输出信息表元件符号端子名称名称及作用SB1X0总启动开关SB2X1总停止开关SB3X2手动电机 M2 正转开关SB4X3手动电机 M2 反转开关SB5X4手动电机 M3 正转开关SB6X5手动电机 M3 反转开关 西华大学课程设计说明书 第 12 页SB7X6手动发球开关SB8X7自动模式一开关SB9X10自动模式二开关SB10X24手动模式开关S1X12上极限限位开关S2X13下极限限位开关S3X14左极限限位开关S4X15右极限限位开关S5X16左上极限限位开关S6X17左下极限限位开关S7X20右下极限限位开关S8X21右上极限限位开关S9X22网球检测开关S10X23中间限位开关KM0Y0发球电机 M1 状态KM1Y1电机 M2 正转状态KM2Y2电机 M2 反转状态KM3Y3电机 M3 正转状态KM4Y4电机 M3 反转状态KM5Y5无球报警灯状态KM6Y6运行指示灯状态3.63.6 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的的网球自动发射机的 PLCPLC 选型选型 根据上文的分析，本设计共有 20 个输入信号以及 7 个输出信号，参照 FX2 系列的基本单元与扩展单元表格（见表于 P113，郑萍主编.现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，2001） ，选择有 24 个输入点以及 24 个输出点的 FX2-48MR 即可完成功能。 西华大学课程设计说明书 第 13 页4 基于基于 PLC 的网球自动发射机硬件设计的网球自动发射机硬件设计4.14.1 网球自动发射机工作电路图设计网球自动发射机工作电路图设计 系统由 3 台电机以及接触器等元件构成。电机 M1 是控制发射机发球，功率为0.45KW，电机 M2 正、反转控制发射管向上、下移动，M3 正、反转控制发射管向上、下移动，空气开关与接触器额定电流略大于电机额定电流。网球自动发射机工作电路图如图 4.1。 图 4.1 网球自动发射机工作电路图 西华大学课程设计说明书 第 14 页4.24.2 PLCPLC 外部接线图设计外部接线图设计 PLC 端口与对应开关相连接，从而控制输出端口，实现 PLC 与硬件的连接。具体接线图如图 4.2。 图 4.2PLC 外部接线图4.34.3 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的的网球自动发射机的 PLCPLC 选型选型本设计共有 20 个输入信号以及 7 个输出信号，参照 FX2 系列的基本单元与扩展单元表格，选择有 24 个输入点以及 24 个输出点的 FX2-48MR 即可完成功能。 西华大学课程设计说明书 第 15 页4.44.4 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的电机选型的网球自动发射机的电机选型我们需要三个电机，一个电机控制发射管的上下移动，一个电机控制发射管的左右移动，再有一个电机控制网球的发射，由于网球发射机的三个电机都没有大的负载，所以只需要小型电机即可。4.54.5 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机的光电开关选型的网球自动发射机的光电开关选型 我们需要一个光电开关随时检测网球发射机的篮筐中是否有球，所以需要一个良好的光电检测开关，当框中无球时，能触发光电检测开关断开，以实现停止网球发射机。 4.64.6 元器件表元器件表 整个设计所用到的各种元件记录表见表 4.1。 表 4.1 元器件型号表 序号元件代号 元件名称 元件型号 单位数量01M1交流电机SGMGH-05A台102M2交流电机SGMGH-02A台103M3交流电机SGMGH-02A台104QF1空气开关C65N-3PC16A个105QF2.QF3空气开关C65N-3PC10A个106FR1热继电器TK-E02R-C只107FR2.FR3热继电器TK-E02M-C只208FU1熔断器RT14-20只309FU2-FU4熔断器RT14-20只810FU5熔断器RT14-20只211PLC可编程控制器FX2N-48MR台112SB1启动开关XB2BA31C个113SB2停止开关XB2BA41C个114SB3-SB6手动控制按键XB2BA61C个415SB7手动发球XB2BA21C个116SB8自动模式 1XB2BA51C个1 西华大学课程设计说明书 第 16 页17SB9自动模式 2XB2BA51C个118SB10手动模式开关XB2BA51C个119KM1-KM5交流接触器EB9-30-1个620S1-S8限位开关ZCK-D59C个821S9光电开关E3JK-DS30M1个122S10居中限位开关ZCK-D59C个123L无球报警灯LED个124L运行指示灯LED个1 西华大学课程设计说明书 第 17 页5 5 基于基于 PLC 的网球自动发射机的网球自动发射机软件设计软件设计5.15.1 中间元件表的制定中间元件表的制定根据程序设计需要，分析整个程序流程图结合发射机的工艺流程，需要使用不少的中间元件，一部分用于控制电机运动，一部分用于控制发球时间，还有一部分用于控制发球次数。根据不同类型的中间元件的功能与作用我们将选择的原件列表如下表5.1。 表 5.1 中间元件表 序号中间元件功能作用00M0开机状态标识01M1触发电机 M2 正转自锁02M2触发电机 M2 反转自锁03M3触发电机 M2 再次反转自锁04M4触发电机 M2 再次正转自锁05M5触发电机 M3 正转自锁06M6触发电机 M3 反转自锁07M7触发电机 M3 再次反转自锁08M8触发电机 M3 再次正转自锁09M9触发电机 M2 再次正转自锁10M10触发电机 M2、M3 正转自锁11M11触发电机 M3 反转自锁12M12触发电机 M2 反转自锁13M13上限位发球结束标志14M14中限位发球结束标志15M15下限位发球结束标志16M16中限位再次发球结束标志 西华大学课程设计说明书 第 18 页17M17左极限发球结束标志18M18中限位第 3 次发球结束标志19M19右极限发球结束标志20M20左上极限发球结束标志21M21右上极限发球结束标志22M22右下极限发球结束标志23M23左下极限发球结束标志24M24触发电机 M2 正转、M3 反转自锁25M25手动电机 M2 正转自锁26M26手动电机 M2 反转自锁27M27手动电机 M3 正转自锁28M28手动电机 M3 反转自锁29M29启动状态标志序号中间元件功能作用01T0上限位发球计时02T1中限位发球计时03T2下限位发球计时04T3中限位再次发球计时05T4左极限发球计时06T5中限位第 3 次发球计时07T6右极限发球计时08T7左上极限发球计时09T8右上极限发球计时10T9右下极限发球计时11T10左下极限发球计时12C1上限位发球计数13C2中限位发球计数14C1下限位发球计数 西华大学课程设计说明书 第 19 页5.25.2 网网球球发发射射机机程程序序顺序功能图设计顺序功能图设计5.2.15.2.1 网球发射机主程网球发射机主程序顺序功能图设计序顺序功能图设计通过主程序的启动开关控制整个程序的启动，由于每次开机发射机都处于中间位置，此时，当启动发射机后，通过面板按键选择需要进入的程序，发射机执行对应的程序使发设机工作。选择自动模式一后，发射机进入模式一自动运行状态；选择自动模式二后，发射机进入模式二自动运行状态；选择手动模式后，发射机等待用户手动按键命令。系统主程序顺序功能图如图5.1。 X24X22CALL P3 M8002SET Y6M0M29X0X1SET Y5RST Y6RST M29RST Y5RST Y6RST M29 X22X1CALL P2CALL P1 X7 X10FEND 图5.1 主程序控制顺序功能图15C3中限位再次发球计数16C4左极限发球计数17C5中限位第 3 次发球计数18C6右极限发球计数19C7左上极限发球计数20C8右上极限发球计数21C9右下极限发球计数22C10左下极限发球计数 西华大学课程设计说明书 第 20 页5.2.25.2.2 网球发射机手动模式程序网球发射机手动模式程序顺序功能图设计顺序功能图设计用户通过按键选择手动模式后，发射机等待用户按键选择需要移动的方向。当按下向上按键的时候，发射机向上移动直到抵达上极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令；当按下向下按键的时候，发射机向下移动直到抵达下极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令；当按下向左按键的时候，发射机向左移动直到抵达左极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令；当按下向右按键的时候，发射机向右移动直到抵达右极限，然后停止，等待用户按下发射键执行发射命令。手动模式程序顺序功能图如图 5.2。M25 X22 X2 X12 X12 X6Y1SET Y0M26 X22 X3 X13 X13 X6 Y2SET Y0M27 X22 X4 X14 X14 X6 Y3SET Y0M28 X22 X5 X15 X15 X6 Y4SET Y0 X24 图 5.2 手动模式程序顺序功能图5.2.35.2.3 网球发射机自动模式一程序网球发射机自动模式一程序顺序功能图设计顺序功能图设计用户按下自动模式一按键后，系统自动开始运行。发射机从起始位（就是中间位置）开始向上移动，到达上极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往下移动；到达中间位置后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机再次开始往下移动；到达下极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始再次往上移动；到达中间位置后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往左移动；到达左极限后运动电机 西华大学课程设计说明书 第 21 页停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往右移动；到达中间位置后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始再次往右移动；到达右极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始再次往左移动回到中间位置。自动模式一程序顺序功能图如图 5.3。 X7X12K50 T0C0 K3M1 X12T0SET Y0T0 Y1M2Y2 X23T1SET M13RST C0C0RST T0C1 T1C1SET Y0T1 SET M14RST C1C1RST T1C1 T2C2M3Y2SET Y0T2SET M15RST C2C2RST T2C2 X13T2 T3C3M4Y1SET Y0T3SET M16RST C3C3RST T3C3 X23T3M5Y3SET Y0T4SET M17RST C4C4RST T4C4 X14T4 T4C4M6Y4SET Y0T5SET M18RST C5C5RST T5C5 X23T5 T5C5M7Y4SET Y0T6SET M19RST C6C6RST T6C6 X15T6 T6C6M8Y3 X23RST Y3K50k3k50k3k50k3k50k3k50k3k50k3 图 5.3 自动模式一程序顺序功能图 西华大学课程设计说明书 第 22 页5.2.45.2.4 网球发射机自动模式二程序网球发射机自动模式二程序顺序功能图设计顺序功能图设计 用户按下自动模式二按键后，系统自动开始运行。发射机从起始位（就是中间位置）开始向左上方移动，到达左上极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往右移动；到达右上极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往下移动；到达右下极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机再次开始往左移动；到达左下极限后运动电机停止，发球电机启动开始发球，发完三次球后发射机开始往右上方向移动直到回到起始位置。自动模式二程序顺序功能图如图 5.4。M10 X10X16 K50 K3 T7C7 X16T7SET Y0T07C7C7SET M20RST C7RST T7 X21 Y1 T8C8SET Y0T8C8C8SET M21RST C8RST T8M11 Y4 X21T8X20 T9C9SET Y0T9C9C9SET M22RST C9RST T9M12Y2 X20T9SET Y0T10C10C10SET M23RST C10RST T10M9 X17T10X17 T10C10K50K3K50K3K50K3 X23Y3Y3SET Y1SET Y4X23RST Y1RST Y4 图 5.4 自动模式二程序顺序功能图 西华大学课程设计说明书 第 23 页5.35.3 PLC 编程平台编程平台 GXGX DeveloperDeveloper 介绍介绍GX Developer 是三菱 PLC 的编程软件。适用于 Q、QNU、QS、QNA、ANS、ANA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST 及 FB、Label 语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 PLC 程序功能。GX Developer 具有以下特点：(1) 软件的共通化 GX Developer 能够制作 Q 系列，QNA 系列，A 系列（包括运动控制（SCPU） ）,FX 系列的数据,能够转换成 GPPQ,GPPA 格式的文档。 此外，选择 FX 系列的情况下，还能变换成 FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。 (2)利用 Windows 的优越性，使操作性飞跃上升能够将 Excel,Word 等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 (3)程序的标准化：用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用；功能块（以下，略称作 FB） FB 是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误；只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 (4)能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 (5)能够用以下各种方法和可编程控制器 CPU 连接： 经由串行通讯口; 经由 USB; 经由 MELSECNET/10(H)计算机插板; 经由 MELSECNET()计算机插板; 经由 CC-Link 计算机插板; 经由 Ethernet 计算机插板;经由 CPU 计算机插板;经由 AF 计算机插板。 (7)丰富的调试功能：由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业，没有必要再和可编程控制器连接， 没有必要制作条使用的顺序程序；在帮助中有 CPU 错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利；数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 西华大学课程设计说明书 第 24 页5.45.4 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机程序设计的网球自动发射机程序设计考虑到程序功能并不复杂而且程序段相似，采用顺序控制指令，通过主程序调用子程序实现系统功能。由于采用的中间继电器为断电无法保持类型，无需使用条件转移指令即可实现功能。采用先编写主程序后编写子程序的思想，使用 CALL 指令调用子程序从而实现用户按键选择不同模式的功能。整个程序结构比较简单，所以后期调试也较为方便。这样使得程序结构清晰明了。主程序以及部分子程序如下图 5.5。 西华大学课程设计说明书 第 25 页 西华大学课程设计说明书 第 26 页 西华大学课程设计说明书 第 27 页 图 5.5 主程序及部分子程序 西华大学课程设计说明书 第 28 页5.55.5 基于基于 PLCPLC 的网球自动发射机程序调试的网球自动发射机程序调试 三菱 FX 系列 PLC 所采用的编程平台 GX Developer 下可安装 GX SIMULINK 仿真模块，在程序编辑完成后，可在 GX 平台上启动仿真平台。程序将被吸入到在内存虚拟出现的一个 PLC 内。编辑界面转入到监控界面，并出现梯形图逻辑测试工具。在窗口选择“工具菜单” ，添加 X ，Y，T，M 软元件内存监视窗口，界面设置如图 5.6。 图5.6 梯形图逻辑测试窗口仿真调试时，X 、Y 、M和T分别对应PLC的输入、输出和中间继电器。跟据需要置数的X标号，用鼠标左键点击对应的X，强制X等于1，然后查看Y、T、M的变化是否满足预期。通过这种强制置数方式，从而达到仿真效果。用这种方法分别调试主程序，手动程序，自动模式一程序，自动模式二程序，以此来验证程序的正确性。初期调试时，在仿真过程中，会遇到执行子程序1时，其它子程序使用的常开继电器也被置一，后来发现是主程序结束后忘记加上FEND指令，导致子程序标记无效。由于很多点的行程开关继电器同时出现在不同子程序，所以观察程序是否正确要准确找到不同的观察点来判定。 西华大学课程设计说明书 第 29 页6 6 基于基于 PLC 的网球自动发射机上位监控系统设计的网球自动发射机上位监控系统设计6.16.1 易控组态软件介绍易控组态软件介绍易控（INSPEC） 是一套通用的监控和数据采集（SCADA）软件，亦称人机界面（HMI/MMI）软件，俗称组态软件。易控以通讯的方式和控制系统相连，能读写控制系统内部的信息，并以图形和动画等直观形象的方式呈现这些信息，以方便对控制流程的监视。也可以通过易控直接对控制系统发出指令、设置参数干预控制流程。易控能对控制系统的数据进行运算处理，将结果返回给控制系统，协助控制系统完成复杂的控制功能，易控还能对从控制系统得到的以及自己产生的数据进行存储、报表等等其他功能，从而延伸控制系统的能力和弥补控制系统的不足。比如易控可以作为中间桥梁，将控制系统和工厂的企业管理信息系统联接起来，将多个控制系统联接起来，使他们之间能交换数据、共享资源，协助和管理曾经是各自孤立的控制系统。从而在更大范围内优化了控制结构，提高综合自动化效率。易控可以应用于机械制造、化工、电力、冶金等任何涉及自动化控制的领域，它本身没有行业的限制，只要它和控制系统之间能进行数据交换即可。易控内设置了常见的 PLC、DCS、PC 板卡、智能仪表等设备的支持。易控可以下挂多个控制系统，同时和多个系统连接，并在他们之间转发数据，控制模式图如图 6.1。易控（INSPEC）组态式监控系统PLC 等控制系统PLC 等控制系统PLC 等控制系统其他的控制系统 西华大学课程设计说明书 第 30 页 图 6.1 易控控制模式图6.26.2 上位监控系统界面设计上位监控系统界面设计（1）新建一个工程，工程名为“网球自动发射机” 。（2）工程栏里新建画面 1 并打开。（3） “图形”栏内选择“常用”并选择 10 个大小相同的“button”并依次排好。（4）分别右键单击每一个“button”选择“属性”栏目中“文本”修改名称为“启动”， “停止” ， “模式一” ， “模式二” ， “手动” ， “上升” ， “下降” ， “向左” ， “向右” ， “发球”。（5） “图库”中选择“指示。仪表”并选择两个二极管在桌面上布好，以作运行指示灯，故障灯之用。（6） “图库”栏“指示。仪表”中选择 9 个指示灯并按 4 个正方形形式布置。（7) 将上述图形在桌面上按一定顺序布置好并保存，控制界面如图 6.3。 西华大学课程设计说明书 第 31 页 图 6.3 控制界面图 6.36.3 易控变量组设置易控变量组设置打开易控，新建变量组，并在变量表中新建变量组，并依此与输入输出 I/O 表对应起始地址，单元长度，寄存器类型，数据类型，变量组等。易控变量组设置见表 6.3 和 6.4。 表 6.3 变量组设置 西华大学课程设计说明书 第 32 页表 6.4 变量组设置 西华大学课程设计说明书 第 33 页 6.6.4 4 易控易控 FXFX 串口串口设置设置 打开易控，新建 I/O 通信，并在串口设置中选择虚拟设备，再选择 PLC，然后选择 西华大学课程设计说明书 第 34 页型号为三菱 FX 系列编程口基本属性设置等。易控 FX 串口设置见图 6.4 和图 6.5。 图 6.4 串口设置图 西华大学课程设计说明书 第 35 页 图 6.5 串口设置图 西华大学课程设计说明书 第 36 页7 7 基于基于 PLC 的网球自动发射机综合调试的网球自动发射机综合调试 7.17.1 综合调试平台说明综合调试平台说明 综合调试，就是将 PLC 和易控连接起来，运行易控，通过控制易控按键，实现动画的动作，从而验证整个设计的成功与否。级联需要通过软件 MX Component 连接PLC 与易控。具体设置如图 7.1 以及图 7.2。 图7.1 MX Component设置 西华大学课程设计说明书 第 37 页 图 7.2 MX Component设置在实际中微机作为 PLC 的编程硬件平台，GX Developer Version 7 作为编程的软件平台，转换器为 JH-04 或者 SC-08 将微机的 RS-232 串口进行转换，使得 PLC 与微机进行相关通信，系统连接图如图 7.3。转换器FX2-48MR 图 7.3 级联示意图 软件测试中微机就被易控软件以及虚拟内存单元代替了，软件 MX component 代替了转换器起到链接易控与 GX Developer 的作用，综合仿真的连接示意图如图 7.4。易控上位组态软件MX componentGX Developer 图 7.4 软件综合仿真示意图 西华大学课程设计说明书 第 38 页7 7.2.2 综合调试的步骤综合调试的步骤首先按照上述进行MX Component的程序设置，然后运行GX Developer，打开网球自动发射机的程序，点击梯形图测试按钮开始仿真，最后打开易控组态软件，运行网球自动发射机，当运行工程时，界面下方会编译输出，如果没有输出警告或者错误，说明易控设计成功，如图7.5。 图7.5 易控编译输出界面7.37.3 整体的综合调试整体的综合调试 在完成上诉准备后，点击模拟界面按钮查看运行状态，通过观察 GX Developer 继电器内存监视窗口里面的变化确定是否成功。界面如图 7.6。 图7.6 综合调试 西华大学课程设计说明书 第 39 页8 8 总结总结通过两个周的努力，我们利用PLC和易控组态软件设计出了网球自动发射机。通过实验，可以实现发射机在9个不同位置发球。该发射机可以根据用户的需要调节不同难度的模式进行发球，是一个能满足大多数人需要的简易网球自动发射机。但是，本设计还存在很多需要改善的地方。最大缺陷是本实验设计的网球发射机不能满足高水平运动员的运动需求，不能随机不规律的发球，发射出去的球落地点比较单一，而且发射机移动需要一定时间，对于专业人员的训练不是很好。如果进行相关改进后应用与实际，能够改善目前网球自动发射机发射方式单一的不足。 在这两周的时间里我们又重温了电气技术与 PLC 的相关知识，进一步了解了用相关知识进行 PLC 设计的相关方法和步骤。在对问题全面思考的能力上有了一定的提升，对课本知识的理解与运用的能力也得到了提升。课程设计前期大家都显得比较迷茫，熟话说的好嘛，万事开头难。经过大家对以往知识的复习，从网上收集相关资料，慢慢开始有了头绪。首先对系统功能的分析与工艺流程的探讨确定了系统大概的运行流程，进而分析出系统的结构组成，然后根据具体的基本要求从而讨论除了系统的模式划分。在模式确定了的基础上友探讨出了各个模式的运行过程框图，从而得出了输入输出表。然后根据自身实际以及时间的划分，拟定了一种简单的编程方式。该方式编写的程序虽然冗长，但是结构清晰，而且都是由相似部分构成，所以编写时间较短，修改方便，但对个人耐心要求较高。在使用易控进行上位监视方面由于自身原因并未顺利完成。后期调试上也遇到了很多问题，通过大家的讨论，问题一一解决，大家都感到十分愉悦。大家在一起讨论的时候时常争论得面红耳赤，在某个问题上常常争执不下，现在看来确实对我们能力的提升起到了关键作用。设计的过程还是相当幸苦的，对于很多知识的遗忘和新知识的迷茫，让我们一度陷入困境，幸好有老师的悉心教导，让我们一步一步做完本次设计。过程虽然艰苦，但是成功的喜悦却是加倍的。通过本次设计，我们清楚的知道，做好一个设计不是仅仅需要知识就足够，还需要细心全面的思考，以及持之以恒的心态。 西华大学课程设计说明书 第 40 页9 9 致谢致谢首先感谢*老师和研究生*的悉心指导，每次在关键点遇到困难总是你们帮助我们小组解决掉这些困难，在本次设计上起到了不小的促进作用。在设计进入误区的时候，是老师的指导让我们辨明了设计方向，清晰了设计思路。其次感谢小组成员的积极的参与，让我能够成功的完成本次课程设计，在我们意见分歧的时候，成员们都能虚心接受意见。当我们对设计产生争端的时候，大家都最后总能静下来思考对方想法与自己想法上的优缺点。还要感谢成员间的积极配合和加班加点的工作，不然很难在两周的时间内完成本次课程设计。本次设计中遇到很多难题，首先就是对知识的遗忘，对学过的知识只有个大概的印象，很多细节都差不多忘掉了，导致设计进度缓慢。其次就是对软件的不熟悉，也体现出知识与实际的脱轨。还好老师抽出大量的时间帮我们解答，每当有疑问时都能找到老师，并及时解决。通过这样一个过程，我们在毕业设计到来之际，把以前没弄懂的或者存在疑惑的有关课程设计的不管是在设计格式还是编辑软件的使用规范上都有了进一步了解，这与老师不厌其烦的解说密不可分。 西华大学课程设计说明书 第 41 页参考文献参考文献1 廖常初主编.FX 系列 PLC 编程及应用.北京：机械工业出版社，20052 郑萍主编.现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，20013 康华光主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社，20004 周守昌主编.电路原理.北京：高等教育出版社，20055 张毅刚主编.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2007 6 范思冲主编.机械基础.北京：机械工业出版社，19997 谭建荣等编.图学基础教程.北京：高等教育出版社，19998 谭浩强主编.C 程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社，20059 夏路易，石宗义编著.电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社，200210 王兆安，黄俊主编.电力电子技术.北京：机械工业出版社，200311