基于plc控制的小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究</p><p>　　摘要：小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制Ⅰ型實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)由絲桿、滑桿等機(jī)械部件組成；電氣方面有直流減速電機(jī)、傳感器、開(kāi)關(guān)電源等電子器件組成；可編程控制器可采用目前市面上比較流行的各類(lèi)PLC，如西門(mén)子、三菱或歐姆龍等。本論文采用的是歐姆龍的PLC。該模型是將PLC技術(shù)，位置控制技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)等有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。</p><p>　

2、　本文詳細(xì)介紹了小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。并給出詳細(xì)的電路連接圖。對(duì)歐姆龍PLC，直流電機(jī)以及接近開(kāi)關(guān)傳感器的工作原理和在本實(shí)驗(yàn)中直流電機(jī)，傳感器所起的作用做了詳細(xì)的介紹。重點(diǎn)就如何用梯形圖實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左行與右行，停止以及位置的顯示，如何報(bào)警進(jìn)行研究。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　用PLC繼電器邏輯實(shí)現(xiàn)小車(chē)的智能控制具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，可以將此技術(shù)廣泛應(yīng)用于車(chē)間物料的

3、傳送。其具有極為方便的操作性能，較高運(yùn)行效率和運(yùn)行可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；接近開(kāi)關(guān)；歐姆龍PLC；機(jī)械傳動(dòng)；</p><p>　　The study for vehicle motion control system</p><p>　　Abstract: The mechanical structure of the teaching mo

4、del which is called the type ⅠMotion Control Vehicle is made up of screw, slider and other mechanical components; There are DC geared motors, sensors, electronic devices, such as switching power supply components in elec

5、trical 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 teaching equipment which is the organic integration mad

6、e up of</p><p>　　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. For Omron PLC, the working

7、 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, sto

8、p as well as the location display of car by ladder diagram, and how to give an alarm. CAN-</p><p>　　There is far-reaching practical significance using PLC relay to logically achieve the intelligent control o

9、f car, and this technology can be widely used in the transmission of workshop materials. It has very convenient interoperability, and can improve the operating efficiency and operating reliability.</p><p>　　

10、Keywords: DC motor; proximity switch; Omron PLC; mechanical transmission</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值1</p&g

11、t;<p>　　1.2 主要研究?jī)?nèi)容2</p><p>　　第二章 智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　2.1 國(guó)內(nèi)智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　2.2 國(guó)外智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　第三章 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)6</p><p>　　3.1 PL

12、C的選擇及工作原理6</p><p>　　3.2 直流電機(jī)與接近開(kāi)關(guān)11</p><p>　　3.2.1 直流電機(jī)的基本工作原理11</p><p>　　3.2.2 接近開(kāi)關(guān)的工作原理：14</p><p>　　3.3 機(jī)械傳動(dòng)原理和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)15</p><p>　　3.3.1 機(jī)械傳動(dòng)原理15

13、</p><p>　　3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)16</p><p>　　第四章 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 硬件電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1.1 實(shí)驗(yàn)器材19</p><p>　　4.1.3 控制要求23</p><p>　　4.1.

14、4 實(shí)驗(yàn)步驟24</p><p>　　4.2 梯形圖的設(shè)計(jì)24</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b

15、>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值</p><p>　　小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是最簡(jiǎn)單的輪式機(jī)器人，最適合在那些人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境中工作，它們已在許多工業(yè)部門(mén)獲得廣泛應(yīng)用。它們可以比人類(lèi)工作得更好并且成本低廉。以下列舉了機(jī)器人的一些應(yīng)用[1]，所有這些用途正逐步滲入到工業(yè)和社會(huì)的各個(gè)層面。</p>&l

16、t;p>　　焊接 這是機(jī)器人與焊槍及相應(yīng)配套裝置一起將部件焊接在一起，是機(jī)器人在自動(dòng)化工業(yè)中最常見(jiàn)的一種應(yīng)用。由于機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可以焊接得非常均勻和準(zhǔn)確。 </p><p>　　噴漆 這是另一種常見(jiàn)的機(jī)器人應(yīng)用，尤其是在汽車(chē)工業(yè)上。由于人工噴漆時(shí)要保持通風(fēng)和清潔，因此創(chuàng)造適合人們工作的環(huán)境是很困難的，而且與人工操作相比，機(jī)器人更能持續(xù)不斷地工作，因此機(jī)器人非常適合噴漆工作。</p>

17、<p>　　檢測(cè) 對(duì)零部件、線路板及其它類(lèi)似產(chǎn)品的檢測(cè)也是機(jī)器人比較常見(jiàn)的應(yīng)用。一般說(shuō)來(lái)，檢測(cè)系統(tǒng)中還集成有其他一些設(shè)備，它們是視覺(jué)系統(tǒng)、X射線裝置、超聲波探測(cè)儀或其他類(lèi)似儀器。</p><p>　　醫(yī)療應(yīng)用 由于要求機(jī)器人完成的許多操作（如切開(kāi)顱骨、在骨體上鉆孔等）比人工操作更為準(zhǔn)確，因此手術(shù)中許多機(jī)械操作部分都由機(jī)器人來(lái)完成。</p><p>　　幫助殘疾人 在日

18、常生活中，機(jī)器人可以做很多事情來(lái)幫助殘疾人，諸如將盛著食品的盤(pán)子放入微波爐，從微波爐中取出盤(pán)子，并且將盤(pán)子放到殘疾人面前給他用餐等。其他許多任務(wù)也可通過(guò)編程讓機(jī)器人來(lái)執(zhí)行。</p><p>　　危險(xiǎn)環(huán)境 機(jī)器人非常適合在危險(xiǎn)的環(huán)境中使用。在這些險(xiǎn)惡的環(huán)境下工作，人類(lèi)必需采取嚴(yán)密的保護(hù)措施。而機(jī)器人可以進(jìn)入或穿過(guò)這些危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行維護(hù)和探測(cè)工作，且不需要得到像對(duì)人一樣的保護(hù)。</p><p&g

19、t;　　另外，智能小車(chē)自動(dòng)行駛功能的研究將有助于智能車(chē)輛的研究。智能車(chē)輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將給人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)巨大的影響，例如能切實(shí)提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車(chē)輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。</p><p>　　1.2 主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　國(guó)內(nèi)外智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)（

20、PLC控制的基本原理、直流電機(jī)、傳感器等器件的原理及使用等）</p><p>　　小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)與PLC梯形圖的設(shè)計(jì)）</p><p>　　第二章 智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　2.1國(guó)內(nèi)智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　吉林大學(xué)智能車(chē)輛課題組長(zhǎng)期從事智能車(chē)輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)研究。20世紀(jì)90年代以

21、來(lái)，課題組開(kāi)展的組態(tài)式柔性制造單元及圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)的研究對(duì)我國(guó)獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)一種新型自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)，從而為我國(guó)生產(chǎn)組織模式向柔性或半柔性生產(chǎn)組織轉(zhuǎn)化提供了有意義的技術(shù)支撐和關(guān)鍵設(shè)備。課題組已開(kāi)發(fā)出JLUIV—1、JLUIV—2、JLUIV—3 三種型號(hào)的自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛，其中JLUIV—3實(shí)用型視覺(jué)導(dǎo)航AGV已投入工廠進(jìn)行中試，并得到吉林省科委“新型視覺(jué)引導(dǎo)AGV及自動(dòng)物流運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目、長(zhǎng)春市政府科技引導(dǎo)計(jì)劃新星創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、吉林大學(xué)

22、科技園高新技術(shù)產(chǎn)品孵化項(xiàng)目的立項(xiàng)資助，目前該種AGV已完成商品化研制，即將投入市場(chǎng)。由于JLUIV—3型AGV性能優(yōu)越，智能化程度高，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，必將會(huì)產(chǎn)生重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于2003年7月研制成功 我國(guó)第一輛自主駕駛轎車(chē)。該自主駕駛轎車(chē)在正常交通情況下，在高速公路上行駛的最高穩(wěn)定速度為130公里/小時(shí)，最高峰值速度為170公里/小時(shí)，并且具有超車(chē)功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已

23、經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。轎車(chē)自主駕駛的基</p><p>　　另外，我國(guó)清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車(chē)輛。汽車(chē)自主駕駛技術(shù)是集模式識(shí)別、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和汽車(chē)操縱動(dòng)力等多門(mén)學(xué)科于一體的綜合性技術(shù)，汽車(chē)自主駕駛功能水平的高低常被用來(lái)作為衡量一個(gè)國(guó)家控制技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。智能車(chē)輛的相關(guān)技術(shù)，也將為促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。</p><p>　　2.2 國(guó)外智能小車(chē)的研究現(xiàn)狀&

24、lt;/p><p>　　智能車(chē)輛的研究始于20世紀(jì)50年代初，美國(guó)Barrett Electronics公司開(kāi)發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)。1974年，瑞典的Volvo Kalmar轎車(chē)裝配工廠與Schiinder－Digitron公司合作，研制出一種可裝載轎車(chē)車(chē)體的AGVS，并由多臺(tái)該種AGVS組成了汽車(chē)裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車(chē)及叉車(chē)等運(yùn)輸工具。由于Kalmar工廠采用AGVS獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，許

25、多西歐國(guó)家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配作業(yè)中成為一種流行的運(yùn)輸手段。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)智能車(chē)輛，其中具有代表性的智能車(chē)輛包括意大利MOB－LAB的研究。MOB－LAB是開(kāi)放“移動(dòng)試驗(yàn)室”的代名詞，后來(lái)用來(lái)研發(fā)車(chē)載實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)車(chē)道軌跡，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自主駕駛。MOB-LAB有以下主要特點(diǎn)：車(chē)輛前后裝備彩色攝像機(jī)，用來(lái)檢測(cè)輛外部環(huán)境；兩個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)字圖像處理器（利用相應(yīng)算

26、法結(jié)構(gòu)，以200ms一幅圖像速度分析圖像）；4個(gè)車(chē)載傳感器來(lái)測(cè)量橫向和縱向車(chē)輛加速度；在車(chē)輛左右側(cè)安裝的毫米波雷達(dá)感知道路左右兩側(cè)環(huán)境；兩個(gè)PC處理器處理雷達(dá)和其他</p><p>　　第三章 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　3.1 PLC的選擇及工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)采用歐姆龍公司CP1H系列PLC。PLC是機(jī)電一體化設(shè)備中的控制器，

27、機(jī)電一體化理念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的配合與協(xié)調(diào)，其目標(biāo)是整體性能最佳。CP1H系列PLC正是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而研制的一款小型一機(jī)體，并可擴(kuò)展CPM1A系列I/O單元和CJ1系列高功能I/O單元及CPU總線單元。CP1系列PLC的特點(diǎn)是其內(nèi)置有四軸高速計(jì)數(shù)功能，四軸脈沖輸出功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。</p><p>　　PLC專(zhuān)為工業(yè)場(chǎng)合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和

28、專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。圖3.1為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。</p><p>　　圖3.1 PLC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　1）中央處理單元 </b></p><p>　　中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。 </p><p><b>　　C

29、PU的主要功能：</b></p><p>　?、?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀取指令　 </p><p><b>　?、趫?zhí)行指令 </b></p><p><b>　?、垌樞蛉≈噶?</b></p><p><b>　?、芴幚碇袛?</b></p><p>&

30、lt;b>　　2）存儲(chǔ)器</b></p><p>　　只讀存儲(chǔ)器ROM　 </p><p><b>　　隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM</b></p><p><b>　　3）輸入輸出單元 </b></p><p><b>　　輸入接口電路 </b></p>

31、<p><b>　　輸出接口電路 </b></p><p>　　通常PLC的輸入類(lèi)型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。圖3.2和圖3.3分別為一種型號(hào)PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。</p><p>　　圖3.2描述了一個(gè)輸入點(diǎn)的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)

32、行程開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對(duì)外顯示，同時(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對(duì)應(yīng)位由0變?yōu)?。</p><p>　　圖3.2 直流輸入電路圖</p><p>　　圖3.3　交流輸入電路圖</p><p><b>　　工作原理：</b></p>

33、<p>　　PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過(guò)程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過(guò)程如圖3.4所示。圖3.4中當(dāng)PLC方式開(kāi)關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開(kāi)關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì)PLC聯(lián)機(jī)或離線編程。</p><p>　　可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過(guò)程的原理

34、如圖3.5所示。</p><p>　　PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過(guò)程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。</p><p>　　PLC作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行"硬件軟化"的結(jié)果。但在運(yùn)行方式上，PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的區(qū)別。 </p

35、><p>　　繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)（不論是常開(kāi)還是常閉、也不論其處于繼電器線路的哪個(gè)位置上）都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而PLC的軟件邏輯是通過(guò)CPU逐行掃描執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即如果一個(gè)邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 </p><p>　　為了消除兩者之間由于運(yùn)行方

36、式不同而造成的這種差異，PLC在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面作了特別的考慮。 </p><p><b>　　1、循環(huán)掃描： </b></p><p>　　PLC采用了一種不同于普通微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---循環(huán)掃描方式。因?yàn)槔^電器控制中各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般超過(guò)100ms，因此只要PLC運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期”小于100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼

37、電器控制就沒(méi)有什么差別。 </p><p>　　2、建立I/O映像區(qū)： </p><p>　　PLC在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣、定時(shí)輸出的方式。即在一個(gè)掃描周期的固定時(shí)刻（一般在掃描周期的開(kāi)始或結(jié)束）采樣所有的輸入點(diǎn)，采樣結(jié)果存入RAM中一個(gè)區(qū)域（輸入映像區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時(shí)，所需的現(xiàn)場(chǎng)訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場(chǎng)取樣。同樣控制訊息輸出也不是采取生成一個(gè)就輸出一個(gè)的方法，而

38、是先將它們存放在RAM中的一個(gè)區(qū)域（輸出映像區(qū)），掃描周期結(jié)束時(shí)再將輸出映像區(qū)中控制訊息集中輸出。通過(guò)建立I/O映像區(qū)，使PLC成為一個(gè)真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然PLC不可能像繼電器控制那樣隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。 </p><p>　　3、特殊功能模板： </p><p>　　由于PLC在掃

39、描周期方面限制了用戶程序的長(zhǎng)度，這對(duì)于一般的數(shù)字量控制應(yīng)該不成問(wèn)題。但實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)PLC提出了更多得要求：仿真量處理、死循環(huán)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、高速I(mǎi)/O等。對(duì)于模擬量輸入輸出以及簡(jiǎn)單的控制，一般是利用PLC的主CPU和一定的硬件支持，通過(guò)相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；其它情況由于牽涉到比較的計(jì)算量和CPU運(yùn)算時(shí)間，以及PLC掃描周期的限制，一般采用自帶CPU的專(zhuān)用模板，由模板系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模板與PLC主CPU并行工作，兩者

40、之間通過(guò)總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主CPU定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主CPU。 </p><p>　　綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身初始化以后，PLC系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個(gè)階段：輸入掃描、程序掃描、輸出掃描。而計(jì)算量比較大或者響應(yīng)實(shí)時(shí)性比較高的應(yīng)用則由自帶CPU的專(zhuān)用模板和專(zhuān)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖3.4 工作原理圖</p>

41、<p>　　圖3.5　程序執(zhí)行原理圖</p><p>　　3.2 直流電機(jī)與接近開(kāi)關(guān)</p><p>　　3.2.1 直流電機(jī)的基本工作原理 </p><p>　　直流勵(lì)磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵（直流繼電器、直流接觸器等）外，最重要的就是應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的

42、原動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。此外，在許多工業(yè)部門(mén)，例如大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車(chē)、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動(dòng)機(jī)則是作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互

43、作用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。</p><p>　　直流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問(wèn)題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。不過(guò)，近年來(lái)在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：導(dǎo)線切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一

44、條是：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。因此，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，任何電機(jī)都包括磁場(chǎng)部分和電路部分。從上述原理可見(jiàn)，任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。我們?cè)谶@一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的“磁”和“電”如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。</p><p>　?。?）直流發(fā)電機(jī)[7]的基

45、本工作原理 </p><p>　　直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)，只是直流發(fā)電機(jī)是由原動(dòng)機(jī)（一般是交流電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。可見(jiàn)，它是把機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備。直流電動(dòng)機(jī)則接在直流電源上，拖動(dòng)各種工作機(jī)械（機(jī)床、泵、電車(chē)、電纜設(shè)備等）工作，它是把電能變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備。</p><p>　　我們首先來(lái)觀察直流發(fā)電機(jī)是怎樣工作的。 </p><p>　　如圖3.2

46、.1所示，電刷A、B分別與兩個(gè)半圓環(huán)接觸，這時(shí)A、B兩電刷之間輸出的是直流電。我們?cè)賮?lái)看看這時(shí)線圈在磁極之間運(yùn)動(dòng)的情況。從圖3.2.1可以看出，當(dāng)線圈的ab邊在N極范圍內(nèi)按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用發(fā)電機(jī)右手定則，這時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是從b指向a。這時(shí)線圈的cd邊則是在S極范圍內(nèi)按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，依據(jù)發(fā)電機(jī)右手定則可以判斷，cd邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是從d指向c。從整個(gè)線圈來(lái)看，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是d-c-b-a。因此，和線圈a端連接的銅片1和電

47、刷A是處于正電位；而和線圈的d端連接的銅片2和電刷B是處于負(fù)電位。如果接通外電路，那么電流就從電刷A經(jīng)負(fù)載流入電刷B，與線圈一起構(gòu)成閉合的電流通路。 </p><p>　　圖3.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　當(dāng)線圈的ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)時(shí)，cd邊就轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，用右手定則判斷可以知道，這時(shí)線圈cd邊中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向是從c到d，而ab邊轉(zhuǎn)到了S極范圍內(nèi)，其中電動(dòng)勢(shì)的方

48、向則是有a到b。由于電刷在空間是不動(dòng)的，因此和線圈d端連接的銅片2和電刷A接觸，它的電位仍然是正。而與線圈a端連接的銅片1則和電刷B接觸，它的電位仍然是負(fù)。接通外電路時(shí)，電流仍然是從電刷A經(jīng)負(fù)載流入電刷B，與線圈一起構(gòu)成閉合的電流通路。不過(guò)，要注意到這時(shí)線圈內(nèi)的電流已經(jīng)反向了。 </p><p>　　由此可知，當(dāng)線圈不停地旋轉(zhuǎn)時(shí)，雖然與兩個(gè)電刷接觸的線圈邊不停的變化，但是，電刷A始終是正電位，電刷B始終是負(fù)電位。

49、因此，有兩電刷引出的是具有恒定方向的電動(dòng)勢(shì)，負(fù)載上得到的是恒定方向的電壓和電流。也就是說(shuō)，盡管線圈abcd中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向不斷交變，但是電刷A總是和處在N極范圍內(nèi)的線圈邊接觸，電刷B總是和處在S極范圍內(nèi)的線圈邊相接觸，它們的極性始終不變。于是，線圈中的交流電經(jīng)過(guò)銅片和電刷整流后，便成為外電路中的直流電了。這兩個(gè)半圓形的銅片就叫做換向片，它們合在一起叫做換向器。 </p><p>　?。?）直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原

50、理 </p><p>　　上面已經(jīng)討論了直流發(fā)電機(jī)的工作原理，現(xiàn)在再來(lái)討論直流電動(dòng)機(jī)是怎樣工作的。</p><p>　　如果直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子不用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而把它的電刷A、B接在電壓為U的直流電源上，那么會(huì)發(fā)生什么樣的情況呢？可以看出，電刷A是正電位，B是負(fù)電位，在N極范圍內(nèi)的導(dǎo)體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體cd中的電流是從c流向d。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力

51、的作用，因此，ab和cd兩導(dǎo)體都要受到電磁力Fde的作用。根據(jù)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左，而cd邊則是向右。由于磁場(chǎng)是均勻的，導(dǎo)體中流過(guò)的又是相同的電流，所以，ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時(shí)，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過(guò)半州之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，

52、ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是，由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此，電磁力Fdc的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。可見(jiàn)，分別處在N、S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的，因</p><p>　　從以上的分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問(wèn)題是當(dāng)導(dǎo)體從一個(gè)磁極范圍內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個(gè)異性磁極范圍內(nèi)

53、時(shí)（也就是導(dǎo)體經(jīng)過(guò)中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時(shí)改變。換向器和電刷就是完成這個(gè)任務(wù)的裝置。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器和電刷的任務(wù)是把線圈中的交流電變?yōu)橹绷麟娤蛲廨敵?；而在直流電?dòng)機(jī)中，則用換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電。可見(jiàn)，換向器和電刷是直流電機(jī)中不可缺少的關(guān)鍵性部件。 </p><p>　　當(dāng)然，在實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)中，也不只有一個(gè)線圈，而是有許多個(gè)線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過(guò)電流、

54、在磁場(chǎng)中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。 </p><p>　　比較直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以看出，它們的輸入和輸出的能量形式不同的。正如前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，直流發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，輸入的是機(jī)械能，輸出的是電能；直流電動(dòng)機(jī)則是由直流電源供電，輸入的是電能，輸出的是機(jī)械能。</p><p>　　3.2.2 接近開(kāi)關(guān)的工作原理：</p>&

55、lt;p><b>　　(1)概述</b></p><p>　　接近傳感器可以不與目標(biāo)物實(shí)際接觸情況下檢測(cè)靠近傳感器金屬目標(biāo)物。操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類(lèi)：利用電磁感應(yīng)高頻振蕩型，使用磁鐵磁力型和利用電容變化電容型[2]。</p><p><b>　　特性：</b></p><p>　　1） 非接觸檢測(cè)，

56、避免了對(duì)傳感器自身和目標(biāo)物損壞。</p><p>　　2） 無(wú)觸點(diǎn)輸出，操作壽命長(zhǎng)。</p><p>　　3） 有水或油噴濺苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測(cè)。</p><p><b>　　4） 反應(yīng)速度快。</b></p><p>　　5） 小型感測(cè)頭，安裝靈活。</p><p><b>　　(2

57、)類(lèi)型</b></p><p><b>　　1） 按配置來(lái)分</b></p><p><b>　　2） 按檢測(cè)方法分</b></p><p>　　●通用型：主要檢測(cè)黑色金屬（鐵）。</p><p>　　●所有金屬型：相同檢測(cè)距離內(nèi)檢測(cè)任何金屬。</p><p>　

58、　●有色金屬型：主要檢測(cè)鋁一類(lèi)有色金屬。</p><p>　　(3)高頻振蕩型接近傳感器工作原理[3]</p><p>　　電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生渦流吸收了振蕩器能量，使振蕩減弱停振。振蕩器振蕩及停振這兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)功率放大后輸出。下

59、面為詳細(xì)介紹：</p><p>　　1）通用型接近傳感器工作原理</p><p>　　振幅變化程度隨目標(biāo)物金屬種類(lèi)不同而不同，檢測(cè)距離也隨目標(biāo)物金屬種類(lèi)不同而不同。</p><p>　　2）所有金屬型傳感器工作原理</p><p>　　所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起能量

60、損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，目標(biāo)物金屬種類(lèi)如何，振蕩頻率都會(huì)提高。傳感器檢測(cè)到這個(gè)變化并輸出檢測(cè)信號(hào)。</p><p>　　3）有色金屬型傳感器工作原理</p><p>　　有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起能量損失影響到振蕩頻率變化。當(dāng)鋁或銅之類(lèi)有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類(lèi)黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振

61、蕩頻率降低。振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號(hào)。</p><p>　　(3)電容式接近傳感器原理</p><p>　　電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器檢測(cè)面與大間構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測(cè)面對(duì)，回路電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。</p><

62、;p>　　3.3 機(jī)械傳動(dòng)原理和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)</p><p>　　3.3.1 機(jī)械傳動(dòng)原理</p><p>　　利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛,有多種形式,主要可分為兩類(lèi)：</p><p>　　靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的摩擦傳動(dòng)，包括帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。摩擦傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動(dòng)場(chǎng)

63、合,過(guò)載打滑還能起到緩沖和保護(hù)傳動(dòng)裝置的作用，但這種傳動(dòng)一般不能用于大功率的場(chǎng)合，也不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。</p><p>　　常用機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)[8]：</p><p>　　帶傳動(dòng)：中心距離變化范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，可起安全和減震作用，缺點(diǎn)是外廓尺寸大，軸向受力大，壽命短傳動(dòng)比不能?chē)?yán)格保證。</p><p>　　繩傳動(dòng)：中心距離變化大，傳遞動(dòng)力大。缺點(diǎn)就是傳

64、動(dòng)比不能?chē)?yán)格保證。</p><p>　　摩擦輪傳動(dòng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速。缺點(diǎn)就是軸向受力大傳動(dòng)比不能?chē)?yán)格保證。</p><p>　　齒輪傳動(dòng):適用范圍廣，效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)就是制造要求高，中心距不能過(guò)大。</p><p>　　鏈傳動(dòng)：中心距變化范圍大，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，比帶傳動(dòng)過(guò)載能力大。缺點(diǎn)就是瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。</p>

65、<p>　　旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)：易于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)?？捎糜谖⒄{(diào)機(jī)構(gòu)和自鎖機(jī)構(gòu)，滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)效率高。缺點(diǎn)是普通滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)效率低，不適于大功率。</p><p>　　靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。嚙合傳動(dòng)能夠用于大功率的場(chǎng)合，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。每種機(jī)械傳動(dòng)都各有特點(diǎn)，分別適用于不同的條件。</p&

66、gt;<p>　　3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線[4]（Fieldbus）是80年代末、90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、

67、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) :具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，

68、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。 </p><p>　　一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4～20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，

69、突破了DCS系統(tǒng)采用通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。 </p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其中有較強(qiáng)實(shí)力

70、和影響的有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢(shì)。本文將在簡(jiǎn)要描述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)，緊扣系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性等，介紹現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的幾種有實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的現(xiàn)狀，最后闡述現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)展望。 </p><p>　　一、現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)

71、特點(diǎn)[10] </p><p>　　1、系統(tǒng)的開(kāi)放性。開(kāi)放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放系統(tǒng)。這里的開(kāi)放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開(kāi)放的，開(kāi)放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)

72、象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。 </p><p>　　2、互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。 </p><p>　　3、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

73、備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 </p><p>　　4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 </p><p>　　5、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，

74、是專(zhuān)為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。 </p><p>　　二、現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) </p><p>　　由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)[9]，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。 </p>&l

75、t;p>　　1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。</p><p>　　第四章 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)<

76、;/p><p>　　4.1 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 實(shí)驗(yàn)器材</p><p><b>　　所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備：</b></p><p>　　1.小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制Ⅰ型實(shí)物教學(xué)模型 一臺(tái)</p><p>　　2.計(jì)算機(jī)（用戶自備） 一

77、臺(tái)</p><p>　　3.導(dǎo)線 若干</p><p>　　4.可編程控制器(帶編程電纜)（用戶自備） 一套</p><p>　　4.1.2 工作原理</p><p><b>　　1．傳感器：</b></p><p>　　(1)接近開(kāi)

78、關(guān)：接近開(kāi)關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。與PLC之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號(hào)輸入有效。連接電路如下圖所示：</p><p><b>　　2.光耦電路</b></p><p>　　光隔離是一種很常用的信號(hào)隔離

79、形式。常用光耦器件及其外圍電路組成。由于光耦電路簡(jiǎn)單，在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到，如UART協(xié)議的20mA電流環(huán)。對(duì)于模擬信號(hào)，光耦因?yàn)檩斎胼敵龅木€形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號(hào)隔離的應(yīng)用。</p><p>　　對(duì)于高頻交流模擬信號(hào)，變壓器隔離是最常見(jiàn)的選擇，但對(duì)于支流信號(hào)卻不適用。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號(hào)隔離的解決方案，如ADI的AD202，能夠提供從直流到幾K的頻率內(nèi)提供

80、0.025%的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓-頻率轉(zhuǎn)換，對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行變壓器隔離，然后進(jìn)行頻率-電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。集成的隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜，體積大，成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。</p><p>　　模擬信號(hào)隔離的一個(gè)比較好的選擇是使用線形光耦。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒(méi)有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但

81、兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。本系統(tǒng)中，滑塊經(jīng)過(guò)時(shí)，輸出一個(gè)低電平。給PLC一個(gè)輸入信號(hào)。電路連接圖如下圖所示;</p><p>　　3.直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元：</p><p>　　本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是有兩個(gè)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的。在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：&

82、lt;/p><p>　　功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)？需不需要調(diào)速？對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。</p><p>　　性能：對(duì)于PWM調(diào)速的

83、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)[6]。</p><p>　　1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。</p><p>　　2）效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手。</p><p>　　3

84、）對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。</p><p>　　4）對(duì)電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。</p><p>　　5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。下圖為三極管-電阻作

85、柵極驅(qū)動(dòng)電路。</p><p><b>　　4.硬件保護(hù)電路：</b></p><p>　　本模型的兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)是模型的硬件保護(hù)。當(dāng)滑塊把右側(cè)行程開(kāi)關(guān)壓下時(shí)，右行失效；當(dāng)滑塊把左側(cè)行程開(kāi)關(guān)壓下時(shí)，左行失效。何為行程開(kāi)關(guān)呢？就是一種由物體的位移來(lái)決定電路通斷的開(kāi)關(guān)，在日常生活中我們最易碰到的例子就是冰箱了。不知你注意到?jīng)]有，當(dāng)你打開(kāi)冰箱時(shí)，冰箱里面的燈就會(huì)亮了起來(lái)，而關(guān)

86、上門(mén)就又熄滅了，這是因?yàn)殚T(mén)框上有個(gè)開(kāi)關(guān)，被門(mén)壓緊時(shí)燈的電路斷開(kāi)，門(mén)一開(kāi)就放松了，于是就自動(dòng)把電路閉合使燈點(diǎn)亮。這個(gè)開(kāi)關(guān)就是行程開(kāi)關(guān)。</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)的應(yīng)用方面很多，很多電器里面都有它的身影。那這么簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)能起什么作用呢？它主要是起連鎖保護(hù)的作用。最常見(jiàn)的例子莫過(guò)于其在洗衣機(jī)和錄音機(jī)（錄像機(jī)）中的應(yīng)用了。</p><p>　　在洗衣機(jī)的脫水（甩干）過(guò)程中轉(zhuǎn)速很高，如果此時(shí)有人

87、由于疏忽打開(kāi)洗衣機(jī)的門(mén)或蓋后，再把手伸進(jìn)去，很容易對(duì)人造成傷害，為了避免這種事故的發(fā)生，在洗衣機(jī)的門(mén)或蓋上裝了個(gè)電接點(diǎn)，一旦有人開(kāi)啟洗衣機(jī)的門(mén)或蓋時(shí)，就自動(dòng)把電機(jī)斷電，甚至還要靠機(jī)械辦法聯(lián)動(dòng)，使門(mén)或蓋一打開(kāi)就立刻“剎車(chē)”，強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動(dòng)著的部件停下來(lái)，免得傷害人身。</p><p>　　在錄音機(jī)和錄像機(jī)中，我們常常使用到快進(jìn)或者倒帶，磁帶急速地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)磁帶的端點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)停下來(lái)。在這里行程開(kāi)關(guān)又一次發(fā)揮了作用，不

88、過(guò)這一次不是靠碰撞而是靠磁帶的張力的突然增大引起動(dòng)作的。 </p><p>　　行程開(kāi)關(guān)真正的用武之地是在工業(yè)上，在那里它與其它設(shè)備配合，組成更復(fù)雜的自動(dòng)化設(shè)備。 </p><p>　　機(jī)床上有很多這樣的行程開(kāi)關(guān)，用它控制工件運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)刀的行程，避免發(fā)生碰撞事故。有時(shí)利用行程開(kāi)關(guān)使被控物體在規(guī)定的兩個(gè)位置之間自動(dòng)換向，從而得到不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。比如自動(dòng)運(yùn)料的小車(chē)到達(dá)終點(diǎn)碰著行程開(kāi)關(guān)，接通了

89、翻車(chē)機(jī)構(gòu)，就把車(chē)?yán)锏奈锪戏钩鰜?lái)，并且退回到起點(diǎn)。到達(dá)起點(diǎn)之后又碰著起點(diǎn)的行程開(kāi)關(guān)，把裝料機(jī)構(gòu)的電路接通，開(kāi)始自動(dòng)裝車(chē)?？偸沁@樣下去，就成了一套自動(dòng)生產(chǎn)線，用不著人管，日以繼夜地工作，節(jié)省了人的體力勞動(dòng)。 </p><p><b>　　硬件保護(hù)電路</b></p><p>　　4.1.3 控制要求</p><p><b>　　模型按

90、以下要求動(dòng)作</b></p><p>　　① 小車(chē)所停位置號(hào)小于呼叫號(hào)時(shí)，小車(chē)右行至呼叫號(hào)處停車(chē)；</p><p>　?、?小車(chē)所停位置號(hào)大于呼叫號(hào)時(shí)，小車(chē)左行至呼叫號(hào)處停車(chē)；</p><p>　?、?小車(chē)所停位置號(hào)等于呼叫號(hào)時(shí)，小車(chē)原地不動(dòng)；</p><p>　?、?具有左行、右行定向指示，啟動(dòng)前報(bào)警信號(hào)，報(bào)警5秒后方可左行或右

91、行；</p><p>　?、?小車(chē)到位后報(bào)警兩次；</p><p>　?、?小車(chē)具有正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行功能；在點(diǎn)動(dòng)狀態(tài),且在小車(chē)運(yùn)動(dòng)有效運(yùn)行范圍內(nèi)按一次左行或右行,小車(chē)向左或向右運(yùn)行一個(gè)位置.</p><p>　?、?具有小車(chē)行走位置的七段數(shù)碼管顯示。</p><p>　　4.1.4 實(shí)驗(yàn)步驟</p><p><b

92、>　　1．按下面要求接線</b></p><p><b>　?、貾LC輸入</b></p><p><b>　　②PLC輸出</b></p><p>　　PLC主機(jī)輸入的COM接電源的+24V，輸出的所有的COM接電源的COM</p><p>　　2．用下載線將計(jì)算機(jī)的COM口與P

93、LC主機(jī)的串口相連，打開(kāi)PLC電源。運(yùn)行編程軟件，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)程序，設(shè)置好通信參數(shù)后下載程序到PLC中。</p><p>　　4.2 梯形圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)如下：</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文首先介紹了該課題在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值以及在本論文中研究

94、的主要內(nèi)容。第二章介紹了智能小車(chē)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，總的來(lái)說(shuō)我國(guó)在這一方面起步較晚，但發(fā)展速度較快。第三章介紹了，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究所涉及的理論知識(shí)，其中主要包括歐姆龍PLC的結(jié)構(gòu)及其工作原理，其中還涉及到到直流電機(jī)和接近開(kāi)關(guān)的工作原理，稍帶介紹了一下機(jī)械傳動(dòng)原理和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。第四章對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分成兩大部分，其中包括硬件電路的設(shè)計(jì)，和軟件PLC梯形圖的設(shè)計(jì)。在文章中給出了相關(guān)的硬件電路和本系統(tǒng)的PLC梯形圖。</p&g

95、t;<p>　　通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的研究，是我對(duì)PLC如何控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有了更直觀的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，和自己動(dòng)手獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力。是自己的綜合水平得到了一定的提升。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我要衷心感謝我的老師***教授。在整個(gè)研究生學(xué)習(xí)期間，*老師的諄諄教誨和無(wú)微不至的關(guān)懷使我終身受益。*老師淵博的

96、知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，真誠(chéng)寬厚的待人品德，都給我留下了深刻的印象，也將是我今后人生道路上學(xué)習(xí)的榜樣。在此，向*老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。</p><p>　　在做論文期間，也得到了其他許多老師的熱情指導(dǎo)和幫助，在此向他們表示衷心的感謝；感謝我的同學(xué)***給予的各種幫助和指導(dǎo)；感謝***對(duì)我的論文提出了各種參考性建議以及提供的各種幫助；感謝***給我們實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)了更多的歡樂(lè)！</p><p

97、>　　最后，我要向我的父母表示感謝！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 徐國(guó)華,譚民.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001.3</p><p>　　2. 郭戈,羅志剛.多傳感器數(shù)據(jù)融合方法的研究與進(jìn)展.機(jī)電一體化[J],2003.5</p><p&g

98、t;　　3. 彭軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003.4</p><p>　　4. 凌志浩.現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)[J].機(jī)械工業(yè)出版社 2007.1</p><p>　　5. 郝力文,王子文.車(chē)間運(yùn)輸小車(chē)的智能控制 機(jī)械2001年第28卷增刊</p><p>　　6. 楊公源,黃琦蘭.可編程控制器應(yīng)用與實(shí)踐 清華大學(xué)出版社 2007.

99、5</p><p>　　7. 顧繩谷，電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 2007.7</p><p>　　8. 孫桓等.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社.1996.</p><p>　　9. Spooner Jeffrey T, Passino Kevin. Application of Intelligent Monitoring Car Based on P