基于plc和io的小容量重力測試力機控制設計

0plc的應用在重量重量于通用的重量負荷機構中，目前的調速器主要采用雙速交流電機。由于調解性能的薄弱，慣性性能影響了測試系統的穩定性，尤其是在大型負荷機構中。隨著微電子和計算機技術的發展,步進電機作為執行元件,由于其快速啟動、制動和反轉,同時可以通過控制脈沖頻率在很大范圍內調節電機轉速,廣泛應用在加卸載荷機構中。在加卸載荷機構的控制中,通常采用各種開關、繼電器-接觸器控制系統。但此控制系統的工藝性差,運行的可靠性與安全性較差。而PLC以其高的可靠性,緊湊的結構,靈活的配置,強大的功能且維修方便成為各種控制應用的理想解決方案。為了提高加卸載荷機構的穩定性,利用步進電機運行平穩性和寬的調速性能,并用PLC和工業I/O控制卡設計了小容量的凈重測試力機的控制系統。1載荷的施加凈重測試力機的結構示意如圖1所示。系統主要組成部分有:砝碼、步進電機、減速裝置、測試工作臺面。在凈重測試系統中測試總容量為16kg,對測試產品施加的載荷由四塊砝碼組成,其砝碼串從下到上重量依次為:2kg、2kg、4kg、8kg,每級砝碼的間距為10mm,需測試的產品安裝在測試臺上,系統根據不同的產品容量及測試規程,對測試產品逐點慢速或快速施加不同的載荷到產品上,每次施加載荷結束后,上位機自動采集產品的讀數。2上位機系統故障測試方法測試力機設置兩種運行狀態:手動狀態和自動工作狀態,并設置手動和自動的轉換開關,用于手動和自動狀態的切換。手動狀態用于檢修,設置上行卸載荷和下行加載荷按鈕的低速點動控制,自動狀態為正常的測試流程工作狀態。在測試過程中,PLC需要和上位機通訊來獲取逐點施加不同載荷的信息,計算出步進電機所需的脈沖頻率和脈沖個數。由于本系統中無模擬量的輸入輸出,為了上位機和PLC的通訊更直觀可靠,且便于維修,上位機和PLC之間的通訊采用工業I/0控制卡的數字量的輸入和輸出作為中間量來進行信息交換,上位機根據測試產品的容量及測試流程,加載或卸載不同的載荷和I/O控制卡的輸出口相對應,而I/O控制卡的輸出點則為PLC的輸入點,達到數據交換的目的,PLC根據輸入點的變化確定施加在在測試產品上的不同載荷。因此,此測試力機的控制系統結構如圖2所示。2.1控制卡控制器設計I/O控制卡設置在計算機的PCI槽內,通過計算機語言編制其控制程序,主要功能是用于PLC和計算機之間的信息交換,通過在計算機上安裝控制卡的驅動程序,在控制卡的運行環境中實時監控它的輸入點的變化,也可在調試階段直接置位它的輸出點。根據測試要求,控制卡共要求有1個輸入,5個輸出數字信號,選用PCI-1750的工業I/O控制卡。PCI-1750提供了16個隔離數字量的輸入通道和16個隔離數字量輸出通道,每個I/0對應PCI/O端口的一位,這使得對PCI-1750編程非常容易。2.2plc的i/o地址分配PLC控制系統主要由信號控制系統和步進電機控制系統兩部分組成。PLC為控制系統的核心,來自PCI控制卡、操作盒、原點位置等外部信號通過輸入接口送入PLC,PLC進行邏輯運算與處理,在經過輸出單元分別向步進電機控制器發出相應的脈沖頻率和個數以及步進電機的方向信號控制步進電機上行、下行、快速、慢速、停止、復位等信號,經過計算,現場PLC需要10個輸入數字信號,1個脈沖輸出和2個數字輸出信號,因此選用S7-200CPU224XPDC的可編程控制器的基本單元(14入,10出),其中輸出點有兩個點用于脈沖的輸出,完全可以滿足控制要求。PLC的I/O地址分配以及和PCI控制卡輸入輸出之間的對應關系如表1所示,對測試產品施加的載荷對應的PLC輸入地址狀態如表2所示。由于是逐點對測試產品施加載荷,按照從下到上的砝碼串順序,表中的載荷2kg對應第一塊2kg的砝碼,載荷4kg對應兩塊2kg的砝碼,載荷8kg對應兩塊2kg和一塊8kg的砝碼,載荷16kg對應全部的砝碼。2.3帶常閉控制開關的脈沖輸出在測試機構的上行和下行分別安裝限位形成開關,用于保護機構在制定的區間內運行,開關的常閉觸點直接接入到PLC的脈沖輸出端,當開關動作時,直接快速切斷脈沖的輸出端,步進電機停止。2.4i0.2控制卡的輸出測試力機的工作流程為:開始測試時,PCI控制卡通過DO0輸出給PLC開始測試信號I0.1,PLC接收此信號后,開始運行,先通過I0.0信號判斷此時力機的位置是否在原位,如果不在原位,自動復位,到達原位后經輸出點Q0.4給控制卡到位信號,計算機接收到相對應的信號DI0后,根據產品容量和測試流程,經DO1、DO2、DO3的不同組合給出不同的載荷,相應地PLC經過輸入點I0.2、IO.3、IO.4的變化來計算確定電機的方向以及脈沖的個數和頻率。每當電機運行到位后,PLC的經輸出點Q0.4給控制卡到位信號,PCI控制卡對應的DI0為高電平時,則計算機進行產品數據采集。若整個測試流程的數據采集結束后,PCI控制卡的輸出DO4置位,PLC接受對應的輸入信號I0.5時,執行到回原位動作,當PLC檢測到原位信號IO.0后停止電機,整個測試過程結束。其計算機的PCI-1750控制卡控制流程如圖3所示,PLC的控制流程如圖4所示。如圖4,PLC的測試流程中,SMD72為PLC的特殊寄存器,裝載PLC發送的脈沖數,脈沖數據決定電機運行的距離;SMB68為PLC的特殊寄存器,裝載脈沖周期,脈沖周期決定電機運行的快慢,周期越小,速度越快。由于每級砝碼的距離為10mm,絲桿的導程為7mm,升降機的減速比為1∶8,因此電機每轉一圈升降平臺的距