基于PLC控制的小车运动控制系统的毕业设计论文.doc
《基于PLC控制的小车运动控制系统的毕业设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PLC控制的小车运动控制系统的毕业设计论文.doc(39页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、小车运动控制系统的研究摘要:小车运动控制型实物教学模型的机械结构由丝杆、滑杆等机械部件组成;电气方面有直流减速电机、传感器、开关电源等电子器件组成;可编程控制器可采用目前市面上比较流行的各类PLC,如西门子、三菱或欧姆龙等。本论文采用的是欧姆龙的PLC。该模型是将PLC技术,位置控制技术、机械传动等有机结合成一体的教学仪器。本文详细介绍了小车运动控制系统的硬件电路的设计与实现。并给出详细的电路连接图。对欧姆龙PLC,直流电机以及接近开关传感器的工作原理和在本实验中直流电机,传感器所起的作用做了详细的介绍。重点就如何用梯形图实现小车的左行与右行,停止以及位置的显示,如何报警进行研究。对现场总线和
2、工业现场控制进行了简单的介绍。用PLC继电器逻辑实现小车的智能控制具有深远的现实意义,可以将此技术广泛应用于车间物料的传送。其具有极为方便的操作性能,较高运行效率和运行可靠性。关键词:直流电机;接近开关;欧姆龙PLC;机械传动;36The study for vehicle motion control systemAbstract: The mechanical structure of the teaching model which is called the type Motion Control Vehicle is made up of screw, slider and othe
3、r mechanical components; There are DC geared motors, sensors, electronic devices, such as switching power supply components in electrical part; The PLC can be the currently popular types in the market, such as Siemens, Mitsubishi or Omron. In this thesis, the Omron PLC is used. The model is the teac
4、hing equipment which is the organic integration made up of PLC technology, the location of control technology, mechanical transmission.This paper describes the design and implementation of the hardware circuit in car motion control system. And a detailed connection diagram of the circuit is given. F
5、or Omron PLC, the working principle of DC motors and the proximity switch sensor switch, as well as the actions of DC motor and sensors in this experiment are presented in detail. Which are focused that how to achieve the left-right running, stop as well as the location display of car by ladder diag
6、ram, and how to give an alarm. CAN-Bus and control system in industrial site are also introduced in brief.There is far-reaching practical significance using PLC relay to logically achieve the intelligent control of car, and this technology can be widely used in the transmission of workshop materials
7、. It has very convenient interoperability, and can improve the operating efficiency and operating reliability.Keywords: DC motor; proximity switch; Omron PLC; mechanical transmission目录第一章 绪论11.1 课题在理论和实际应用方面的价值11.2 主要研究内容2第二章 智能小车的研究现状32.1 国内智能小车的研究现状32.2 国外智能小车的研究现状4第三章 小车运动控制系统的关键技术63.1 PLC的选择及工作原
8、理63.2 直流电机与接近开关113.2.1 直流电机的基本工作原理113.2.2 接近开关的工作原理:143.3 机械传动原理和现场总线技术153.3.1 机械传动原理153.3.2 现场总线技术16第四章 小车运动控制系统的设计194.1 硬件电路的设计194.1.1 实验器材194.1.3 控制要求234.1.4 实验步骤244.2 梯形图的设计24结 论32致 谢33参考文献34第一章 绪论1.1 课题在理论和实际应用方面的价值 小车运动控制系统,也就是最简单的轮式机器人,最适合在那些人类无法工作的环境中工作,它们已在许多工业部门获得广泛应用。它们可以比人类工作得更好并且成本低廉。以下
9、列举了机器人的一些应用1,所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。焊接 这是机器人与焊枪及相应配套装置一起将部件焊接在一起,是机器人在自动化工业中最常见的一种应用。由于机器人连续运动,可以焊接得非常均匀和准确。 喷漆 这是另一种常见的机器人应用,尤其是在汽车工业上。由于人工喷漆时要保持通风和清洁,因此创造适合人们工作的环境是很困难的,而且与人工操作相比,机器人更能持续不断地工作,因此机器人非常适合喷漆工作。检测 对零部件、线路板及其它类似产品的检测也是机器人比较常见的应用。一般说来,检测系统中还集成有其他一些设备,它们是视觉系统、X射线装置、超声波探测仪或其他类似仪器。医疗应用 由于要求
10、机器人完成的许多操作(如切开颅骨、在骨体上钻孔等)比人工操作更为准确,因此手术中许多机械操作部分都由机器人来完成。帮助残疾人 在日常生活中,机器人可以做很多事情来帮助残疾人,诸如将盛着食品的盘子放入微波炉,从微波炉中取出盘子,并且将盘子放到残疾人面前给他用餐等。其他许多任务也可通过编程让机器人来执行。危险环境 机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作,人类必需采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作,且不需要得到像对人一样的保护。另外,智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响,例
11、如能切实提高道路网络的利用率、降低车辆的燃油消耗量,尤其是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。1.2 主要研究内容1) 国内外智能小车的研究现状2) 小车运动控制系统的关键技术(PLC控制的基本原理、直流电机、传感器等器件的原理及使用等)3) 小车运动控制系统的设计(硬件电路设计与PLC梯形图的设计)第二章 智能小车的研究现状2.1国内智能小车的研究现状吉林大学智能车辆课题组长期从事智能车辆自主导航机理及关键技术研究。20世纪90年代以来,课题组开展的组态式柔性制造单元及图像识别自动引导车的研究对我国独立自主开发一种新型自动引导车辆系统,从而为我国生产组织模式向柔性或半柔性生产组织转化
12、提供了有意义的技术支撑和关键设备。课题组已开发出JLUIV1、JLUIV2、JLUIV3 三种型号的自动引导车辆,其中JLUIV3实用型视觉导航AGV已投入工厂进行中试,并得到吉林省科委“新型视觉引导AGV及自动物流运输系统开发”项目、长春市政府科技引导计划新星创业项目、吉林大学科技园高新技术产品孵化项目的立项资助,目前该种AGV已完成商品化研制,即将投入市场。由于JLUIV3型AGV性能优越,智能化程度高,属国内首创,必将会产生重大的社会效益和经济效益。中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003年7月研制成功 我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下,在高
13、速公路上行驶的最高稳定速度为130公里/小时,最高峰值速度为170公里/小时,并且具有超车功能,其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。轿车自主驾驶的基本原理是仿人驾驶。车内的环境识别系统识别出道路状况,测量前方车辆的距离和相对速度,相当于驾驶员的眼睛;车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前车辆情况以及自身的行驶状态,决定是沿道路前进还是换道准备超车,相当于驾驶员的大脑;接着,自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学,向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出动作指令,操纵汽车按规划好的路径前进,起到驾驶员的手和脚的作用。另外,我国清华大学、北京理工大
14、学等单位也正在研发智能车辆。汽车自主驾驶技术是集模式识别、智能控制、计算机科学和汽车操纵动力等多门学科于一体的综合性技术,汽车自主驾驶功能水平的高低常被用来作为衡量一个国家控制技术水平的重要标准之一。智能车辆的相关技术,也将为促进轮式机器人的研究。2.2 国外智能小车的研究现状智能车辆的研究始于20世纪50年代初,美国Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统。1974年,瑞典的Volvo Kalmar轿车装配工厂与SchiinderDigitron公司合作,研制出一种可装载轿车车体的AGVS,并由多台该种AGVS组成了汽车装配线,从而取消了传统应用的拖车及
15、叉车等运输工具。由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益,许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司,并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。在世界科学界和工业设计界中,众多的研究机构正在研发智能车辆,其中具有代表性的智能车辆包括意大利MOBLAB的研究。MOBLAB是开放“移动试验室”的代名词,后来用来研发车载实时图像处理系统,通过计算机视觉系统来检测车道轨迹,实现车辆自主驾驶。MOB-LAB有以下主要特点:车辆前后装备彩色摄像机,用来检测辆外部环境;两个实时数字图像处理器(利用相应算法结构,以200ms一幅图像速度分析图像);4个车载传感器来测量横向和纵向车辆加速度;在车辆
16、左右侧安装的毫米波雷达感知道路左右两侧环境;两个PC处理器处理雷达和其他融合的传感器数据;德意志联邦大学的研究。德意志联邦大学已经研发出多辆智能原型车辆。在1985年,第一辆VaMoRs智能原型车辆就已经在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试。使用机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年,在都灵的PROMETHEUS项目第一次委员会会议上,智能车辆维塔(VITA,7t)也进行了展示,该车可以自动停车、行进,并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统,具有极高的稳定性,同时还包括一些其他种类的传感器:三个加速度计、一个车轮位置编码器(可作为
17、里程表或速度计),在VaMoRs车中,GPS接收机可以实现车辆位置的初步估算。美国俄亥俄州立大学的研究。美国俄亥俄州立大学智能交通研究所所研发的三辆智能原型车辆,配备不同的传感器来实现数据融合和错误检测技术:基于视觉的系统;雷达系统(检测与车道的横向位置);激光扫描测距器(障碍物检测);其他传感器,如侧向雷达、转向陀螺仪。利用基于视觉的方法实现道路检测。利用一台安装在后视镜处的CCD摄像机,位置要尽可能高,车道检测系统可以处理这样的单幅灰度图像。算法假设道路是水平地,并且有连续或点化的车道标志线。前几帧检测的车道标志线数据也用来决定下一步兴趣热点区域,以简化图像处理。算法从图像中提取出重要的亮
18、域,并以向量行驶存储,如道路消失点或道宽这样的数据参数,都可以作为计算车道标志线的参考,最后为了处理点划车道线,可以通过一阶多项式曲线来拟合,在进行向量计算。如果检测到左右车道标志线,就可以利用左右标志线来估计车道中心线;否则也可以利用估计的车道宽度及相关可视标志来估算中心线。另外,斯特拉斯堡(Strasbourg)试验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。第三章 小车运动控制系统的关键技术3.1 PLC的选择及工作原理 本系统采用欧姆龙公司CP1H系列PLC。PLC是机电一体化设备中的控制器,机电一体化理念强调系统中各
19、个部分之间的配合与协调,其目标是整体性能最佳。CP1H系列PLC正是为了实现这一目标而研制的一款小型一机体,并可扩展CPM1A系列I/O单元和CJ1系列高功能I/O单元及CPU总线单元。CP1系列PLC的特点是其内置有四轴高速计数功能,四轴脉冲输出功能,四路模拟量输出功能以及串行通信功能。PLC专为工业场合设计,采用了典型的计算机结构,主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图3.1为一典型PLC结构简图。 图3.1 PLC的结构简图1)中央处理单元 中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能:从存储器中读取指
20、令 执行指令 顺序取指令 处理中断 2)存储器 只读存储器ROM 随机存储器RAM3)输入输出单元 输入接口电路 输出接口电路 通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给,有的也可由PLC内部提供。图3.2和图3.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图,采用的是外接电源。图3.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连,当行程开关闭合时,输入电路和一次电路接通,上面的发光管用于对外显示,同时光耦合器中的发光管使三极管导通,信号进入内部电路,此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。图3.2 直流
21、输入电路图图3.3交流输入电路图工作原理:PLC采用循环扫描工作方式,这个工作过程一般包括五个阶段:内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理,其工作过程如图3.4所示。图3.4中当PLC方式开关置于RUN(运行)时,执行所有阶段;当方式开关置于STOP(停止)时,不执行后3个阶段,此时可进行通信处理,如对PLC联机或离线编程。可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图3.5所示。PLC执行的五个阶段,称为一个扫描周期,PLC完成一个周期后,又重新执行上述过程,扫描周而复始地进行。PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统,是利用计算机技术对传统的硬件逻辑
22、控制系统“继电器控制”进行硬件软化的结果。但在运行方式上,PLC的软件逻辑也与继电器控制系统的硬件逻辑存在根本性的区别。 继电器控制系统的硬件逻辑采用的是并行运行的方式,即如果一个继电器的线圈通电或者放电,该继电器的所有触点(不论是常开还是常闭、也不论其处于继电器线路的哪个位置上)都会立即同时动作;而PLC的软件逻辑是通过CPU逐行扫描执行用户程序来实现的,即如果一个逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点并不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异,PLC在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模板等方面作了特别的考虑。 1、循环扫描: PLC
23、采用了一种不同于普通微型计算机的运行方式-循环扫描方式。因为继电器控制中各类触点的动作时间一般超过100ms,因此只要PLC运行整个用户程序的时间“扫描周期”小于100ms,其运行结果与继电器控制就没有什么差别。 2、建立I/O映像区: PLC在输入输出操作上采用定时采样、定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻(一般在扫描周期的开始或结束)采样所有的输入点,采样结果存入RAM中一个区域(输入映像区)。这样在执行程序时,所需的现场讯息全部从输入映像区中取用,不直接从现场取样。同样控制讯息输出也不是采取生成一个就输出一个的方法,而是先将它们存放在RAM中的一个区域(输出映像区),扫描周期结束时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PLC 控制 小车 运动 控制系统 毕业设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-3264509.html