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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文汽车涂装机械化输送控制系统设计作者姓名： 专业名称：电气工程及其自动化指导教师： 汽车涂装机械化输送控制系统设计摘要现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。具有全数字化通信、开放性、互可操作性与互用性、系统结构高度分散性等技术特征，在工业过程控制系统中应用越来越广泛。汽车车身油漆涂装生产线生产车型变化多，生产灵活性大，现场环境复杂，采用现场总线分布式结构，控制信号只要送到设备附件的控制模块中，再通过总线送至控制中心。这样使系统构成简单，方便维护。随着现代化工厂的自动化程度不断提高，要求控制系统的各部件实现数据交换。PLC技术，通讯技
2、术，变频器技术的飞速发展，为我们实现现代化的传动控制系统，达到对控制系统的复杂要求，提供了良好的技术基础和理论基础。本论文以汽车涂装生产线为设计对象，以构建涂装生产线的自动化监控系统为目标，对相关控制技术进行了研究，并设计开发了相应的控制系统、算法和软件，实现了对涂装生产线的监测和控制功能。首先，设计了基于现场总线构建涂装生产线自动化监控系统的总线技术。设计包括现场总线的功能特点、网络模型、总线协议几个方面。其次设计了电气传动的同步运行控制系统，改变了原有的机械轴传动的同步运行控制方式，通过PLC作为算法控制器，采用变频器驱动交流异步电机的低成本方案。基于该硬件方案，设计实际约束条件下的PID
3、控制算法，实现转载处的同步运行控制。再次针对如何提高升降机调速装置运行过程中的平稳性、安全性和高效性问题，分析了升降机的工作特点，建立调速过程中各工作参数间的关系，对PID参数进行了整定，在现场对电机性能参数的测试结果进行了分析，并对提升机矢量控制变频系统的调速性能进行了分析。关键词：现场总线PLC变频调速组态软件 同步控制AbstractField-bus is connected intelligent field devices and automation systems all-digital,bi-directional,multi-station communication sy
4、stem.With a fully digital communication,openness,inter-operability and interoperability, system architecture and other technical features of a high degree of dispersion in the industrial process control systems more and more widely applied.Auto Body paint coating production line model changing,large
5、 production flexibility,on-site complex,using a distributed field-bus architecture,the control signal sent to the device as long as the annex to the control module, and then sent through the bus control center.This will enable the system constitutes a simple,easy to maintain.With the modern factory
6、automation rising,Control systems required to achieve the various components for data exchange.PLC technology, communications technology, inverter technology, the rapid development of our modernization drive control systems to meet the complex requirements of the control system, provides a food tech
7、nical foundation and theoretical basis. In this paper, the automobile coating production line as the research object in order to build coating production line automatic monitoring system as the target, the relevant control technology research, and design and development of the corresponding control
8、systems, algorithms and software to achieve the right coating production line monitoring and control functions.In this paper, the automobile coating production line as the research object in order to build coating production line automatic monitoring system as the target, the relevant control techno
9、logy research, and design and development of the corresponding control systems, algorithms and software to achieve the right coating production line monitoring and control functions.First,the studies based on field bus painting production line to build automated monitoring system bus technology.The
10、study features including field-bus,the network model,bus protocol,and several other aspects. Secondly,the design of the synchronous operation of the electric drive control system,change the original mechanical drive shaft synchronous operation control method,through the PLC as an algorithm controlle
11、r,inverter-driven AC induction motor using a low-cost program.Based on the hardware program,and design constraints under the condition of the actual PID control algorithm to achieve reproduced at the synchronous operation control.Second,for how to improve the lift speed regulating device in the smoo
12、th running,safety and efficiency issues,analyze the work of the lift characteristics of the process to establish timing relationships between the various operating parameters of PID tuning parameters are,in the scene of motor performance parameters of the test results are analyzed,and hoist system,s
13、peed variable frequency vector control performance is analyzed.Keywords: Field-bus, PLC, Variable frequency device, configuration software, speed synchronization control目录摘要IAbstractII目录IV1 绪论11.1课题背景及研究意义11.2涂装生产线自动化技术需求概述31.2.1工程工艺基本介绍31.2.2 涂装生产线自动化系统技术需求41.3相关技术发展研究状况52 机械化输送自动化监控系统总体技术设计72.1现场总
14、线控制系统技术设计72.1.1现场总线控制系统网络模型设计72.1.2现场总线协议设计82.1.3 CC-LINK现场总线特点112.2工业监控组态软件的关键技术设计162.3机械化输送监控系统网络结构及软件功能总体设计173 涂装机械化输送控制技术设计203.1电机同步控制方案设计203.1.1 PID控制算法213.1.2 PID补偿算法的同步控制策略研究243.2 变频调速在提升机上的应用253.2.1变频器的基本工作原理253.2.2闭环PID变频调速控制系统263.3提升机变频调速系统设计283.3.1变频器的选型283.3.2系统参数设计293.4提升机变频调速系统性能测试与分析3
15、14调试结论34总结与愿望35致谢36参考文献37 - 38 -1 绪论1.1课题背景及研究意义制造业是国家国民经济发展的支柱，制造业的发展对一个国家的经济、社会、文化诸多方面的发展具有深刻的影响。传统制造技术不断吸收计算机、信息、网络通信、自动化、新材料、新能源和现代管理科学技术的最新成果，将其应用于产品的研究与开发、设计、生产、管理和开拓等方面，从而形成了现代化的先进制造技术。人类社会正步入信息时代，信息和知识日益成为最重要的战略资源和决定生产力、竞争力和经济成就的关键因素，知识创新和技术创新进一步推动制造技术向纵深发展，集成化、智能化、敏捷化、全球化、虚拟化、标准化、绿色化成为先进制造技
16、术发展的趋势。汽车制造业作为国家的支柱产业之一近年来发展迅速，随着国外汽车业不断以合作、合资等方式的涌入以及中国加入WTO后关税壁垒的逐步打破，汽车产业的竞争日趋激烈，参与竞争的国内外厂家越来越多，对产品、质量的要求也越来越高，对生产装备的技术水平和稳定性提出了更高的要求。涂装技术作为汽车生产的四大工艺之一，近年来也得到了飞速发展。随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐高涨，汽车涂装在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，对于环境保护的效果、涂装材料和涂装生产成本以及设备投资也越来越重视。目前涂装线全面应用国际领先的多功能穿梭机运输处理方式和多功能自动喷涂机器人，可实现柔性生产工艺，同时适应
17、水性中涂和水性面涂。在现阶段，大批量的汽车涂装生产要求高度的自动化，涂装设备及装备已经成为涂装最关键的要素，因为它直接或间接影响涂装线的开动率、工艺参数的稳定性、涂装生产质量的一致性和一次合格率、涂装材料利用率等，涂装线在汽车工厂建设中所占的投资总是最高的。所以，汽车涂装线关键配套件、车身自动喷涂及喷涂机器人喷涂工具及检测仪器等的国产化，涂装线专用的各种运输设备和各种自动控制执行元器件等的可靠性和寿命提升，一直是我国汽车工业对涂装装备的迫切需求。随着国家对节能环保政策的不断完善，高效的涂装线节能环保技术装备也将是汽车工业不可缺少的。论文以复杂机电装备产品的设计、制造与控制为背景，着重对与设计对
18、象密切相关的控制技术进设计，设计成果最终应用于生产实践，以提高该机电设备产品的技术水平。论文设计对象为车身涂装生产线，是一类复杂的机械装备，是汽车制造的重要生产线之一。随着工业自动化控制技术的发展，尤其是网络通信技术对制造业信息化的推动作用，国内外用户对生产线的自动化与信息化技术提出了新的要求。论文以构建车身涂装生产线自动化监控系统为目标，对相关控制技术展开了深入研究。在充分考虑产品成本、性能指标、技术先进性以及系统开发性、可扩展行、易维护性等因素情况下，设计了基于现场总线的车身涂装生产线自动化监控系统，开发了监控系统软件，并通过控制算法设计，使生产线的同步运行控制系统与速度控制系统的各项性能
19、指标达到要求，自动化的车身涂装生产线增强了产品的国际市场竞争力，并取得了巨大的经济效益，论文设计成果为我国工业尽点绵薄之力。除了具有实际应用价值外，论文设计的意义还在于车身涂装生产线自动化系统中的各种控制问题，同样存在于其他各类工业对象中，论文对相关控制技术的设计工作，对与这些工业对象的控制问题的解决具有参考意义，因此论文的设计工作同样具有学术参考价值。论文设计的相关控制技术的普遍性及参考价值论述如下：（1）采用现场总线控制系统技术构建大型过程控制系统网络是工业自动化控制系统的发展趋势。基于现场总线网络构建的自动化生产线监控系统在大中型工业自动化系统中的成功应用，对于在国内的中小型工业自动化系
20、统中的推广具有参考意义。（2）在传动方式上，采用变频器和交流异步电机作为驱动设备，设计合理的同步控制算法，实现了对具有较高位置同步要求的高速运动对象的运行控制，是一种以低硬件成本构建高性能控制系统的成功应用，设计的同步控制算法，在具有类似运动系统特性及约束条件的工业控制系统设计中具有参考意义。（3）基于变频器的速度控制系统广泛应用于各行业，论文中通过PLC编制PID控制算法，算法简单且易于实现，对输送链的速度控制取得了满意效果，是智能控制理论与技术在解决这类问题中的灵活应用，对类似的设计具有参考意义。1.2涂装生产线自动化技术需求概述1.2.1工程工艺基本介绍车身涂装车间生产线是承担各种车型的
21、前处理、电泳、涂焊缝密封胶、喷抗石击涂料、喷中涂、喷面涂等工序。工艺结构流程图如图1.1所示：图1.1涂装车间工艺结构流程图涂装车间的机械化输送设备系统采用空中（地面）输送链与摩擦输送线相结合的机械化输送设备系统，系统的主要任务是：确保焊装车间运送过来的各种型号的合格白车身及部分备件在涂装车间完成从前处理、电泳、车身烘干、密封胶、喷涂等全部工艺要求的工序，并将合格车身送到总装车间的输送线上。主要设备包括空中/地面输送链、叉式移载设备、升降机、定位机构等。本项目的涂装生产线的基本技术参数为：生产净节拍为33辆/小时，电泳膜厚20m，中涂膜厚30-40m，底部侧围PVC膜厚500-700m，外部清
22、漆35-60m。前处理总长200m，电泳总长100m。各工艺链、输送链相对独立。转载设备的节拍要求0.82分钟/台。1.2.2 涂装生产线自动化系统技术需求针对生产线控制和性能方面的技术指标，经过综合分析，确定了构建涂装自动化生产线自动化监控系统的主要任务。（1）构建涂装车间机械化输送系统的集中监控系统机械化输送系统都配备了人机界面和主控PLC控制系统。PLC从现场设备采集设备参数、工艺参数、报警信息等数据，通过工业以太网传送给网络机柜，网络机柜再通过光纤传输给其他网络机柜和中控室服务器，控制系统允许监控车间的所有设备。网络断开时，各操作站可以操作和监控本地设备。图形化的人机界面系统显示生产线
23、上的设备运行状况，可以远程自动开启和关闭线上设备，动态显示现场各工位的情况，车身数量，设备报警信息，工艺参数等。图形化的界面有利于快速发现和排除设备故障，及时修改和实时控制设备参数和工艺参数。（2）开发监控系统软件实现生产信息化在构建生产线集中监控系统的基础上，开发监控系统软件，自动采集、记录生产过程的各类信息，以多媒体方式实时显示生产线加工过程，提供各种报警功能以及设备故障诊断与维护信息，并支持与上层管理网络的信息共享，实现企业信息化的发展需要。（3）设计车身转载机构的同步运行控制系统在传统的传动系统中，要保证多个执行元件间的速度同步控制，常采用机械传动刚性联接装置来实现。但有时若多个执行元
24、件间的机械传动装置较大，执行元件的距离较远时，就只能考虑独立控制的非刚性传动联接方法。本文对利用PLC和变频器实现两个装置间的速度同步控制方法进行设计。（4）设计提升机变频调速系统将提升机变频调速系统构建为闭环调速控制系统，从而保证提升机速度稳定可控，对干扰信号也有一定的抑制。由编码器产生的转速反馈信号，作为运行的位置指示，同时也作为速度的反馈信号。PLC根据给定速度信号与反馈信号的偏差进行PID运算处理，得出控制信号进行转速调整控制。1.3相关技术发展研究状况1. 现场总线控制系统发展状况现场总线是应用于生产现场的在测量设备与控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统，基于现场总线通
25、信网络的控制系统被称为现场总线控制系统。现场总线系统利用现场总线开放的、具有互操作性的通信网络，将现场各控制器和仪表设备互连，构成了开放的、数字化、分布式控制系统，其控制功能彻底下放到现场，进一步降低了控制系统的风险和系统的安装与维护费用。现场总线作为智能设备联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并与操作员站、工程师站等一起构成自动化系统，实现生产过程基本控制、工艺及控制参数修改、显示、报警、监控、优化及管控一体化的综合自动化功能。现场总线的发展现状：多总线标准共存、在激烈的市场竞争中各现场总线类型协调发展、我国的现场总线技术应用和设备制造相当落后。现场总线的发展趋势
26、：现场智能设备的智能化水平进一步提高、现场总线发展为全面网络化控制系统。2. 工业监控软件技术发展状况工业监控软件是专门针对工业自动化系统及过程的实时监视与控制软件，其应用对象和所执行的任务相对固定，与其他类型软件相比，其对软件的实时性、稳定性和可靠性具有更高的要求。负责监控系统内各种硬件设备的管理、操作、调度以及监控系统内信息的采集、传输、处理、存储与显示输出等功能。工业监控软件的发展经历了一个从小型专用化到大型通用化的发展历程。基于PC的工业监控软件的飞速发展是从微软公司的Windows操作系统普及之后，与此同时，工业PC等硬件设备的价格也大幅降低，工业自动化生产线和大型装备对监控系统的需
27、求旺盛，这一阶段各种功能的工业监控软件飞速发展。工业监控组态软件的成熟为监控系统软件的设计提供了性能优异的软件开发平台。在大中型工业自动化系统监控软件设计中，系统集成工程师摈弃了以前自主开发监控软件的思路，选用合适的监抓而组态软件来辅助监控系统软件的设计。当前比较有影响力的工业监控组态软件有Intouch，IFix，RSVIEW32，Genesis，WINCC以及国内的组态组、MCGSU。3. 变频调速技术的发展状况变频调速技术是国际上各大电气公司在上世纪90年代投入全力研制、开发。很多公司推出全数字化的矢量控制技术。目前变频调速的控制方法有恒压频比控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制等
28、。变频调速具有较完美的机械特性，大大提高了作业效率，是控制系统大为简化、可靠性得到很大提高。4. 多电机同步控制策略研究现状在实际应用环节中，最初为在生产中实现同步控制，人们通过机械连接的方法来实现同步控制，但系统体积庞大、维护困难、无法实现无级调速，如控制对象间的距离较远则无法实现。单片机、PLC、变频器的出现使同步控制初步实现无轴化，人们可以利用PLC和变频器来对电机进行同步控制。系统之间通过硬接线、串行口或者其他接口连接。随着驱动器通信能力的提高和现场总线技术的发展，通过网络进行同步控制成为可能。2 机械化输送自动化监控系统总体技术设计随着工业自动化系统规模的扩大，对监控系统的实时性、可
29、靠性和稳定性的要求也不断提高。基于现场总线的控制系统具有开放性、互换性、总线式结构、数字化通信、分布式控制以及现场设备智能化等优点，已经成为工业自动化监控系统的发展趋势。与此同时，监控系统软件技术的发展必须与工业自动化硬件网络结构相适应，监控软件的功能必须满足不断发展的工业自动化系统的需要。工业监P组态软件技术的发展为监控软件的设计提供了开发平台，提高了软件功能块的可重用性，通过多任务调度可提高软件系统的可靠性和实时性。本章先对构建机械化输送生产线自动化监控系统的两大技术现场总线技术以及工业自动化监控系统软件技术进行了研究，并在此基础上，设计了机械化输送生产线自动化监控系统的网络结构，以及监控
30、系统软件的总体功能。2.1现场总线控制系统技术设计现场总线控制系统网络模型描述了现场总线的分层结构，本节从功能特点、网络模型、总线协议方面开展对现场总线控制系统技术的研究。现场总线控制系统具有以下功能特点：开放性、互操作性和互换性、数字化通信、总线式网络结构、分布式控制、现场设备的智能化。2.1.1现场总线控制系统网络模型设计现场总线网络属于控制网络类型，其直接面向工业生产过程应用，要求要很高的实时性、可靠性、数据完整性和可用性。但为了满足工业生产过程对控制网络的要求，现场总线网络对标准的网络协议进行了简化，一般只包括ISO/OSI七层网络中的二层：物理层、数据链路层和应用层。广义的现场总线网
31、络模型结构如图2.1所示，共包括了3层结构，从底层向上依次为：过程控制层、制造执行层和企业资源规划层。图2.1 现场总线网络结构模型广义的现场总线网络模型中，现场设备层是整个网络模型的核心，只有确保总线设备间可靠、准确、完整的数据传输，上层网络才能获取真实信息及实现监控功能。制造执行层向上接口以及整个企业资源规划层都在以太网范围内。2.1.2现场总线协议设计现场总线协议是现场总线控制系统的核心，无论哪种现场总线系统，都有一套统一的现场总线协议。现场总线协议是连接现场仪表与控制器之间的接口规范，为了实现现场总线系统的互操作性，要求在同一种现场总线系统内部的各厂家生产的控制器与仪表设备必须遵循统一
32、的总线协议。现场总线协议规定了相应的网络通信模型、拓扑结构、分层结构的各层接口规范等。论文在涂装车间机械化输送自动化系统中应用了CC-Link现场总线，本小节将只研究CC-Link现场总线协议。CC-Link Ver.2.0是在CC-Link的基础上将数据容量扩大了8倍，使得它更适合于半导体制造等需要大容量和稳定的数据通信领域。如图2.2所示CC-Link/LT的定位。图2.2 CC-Link/LT的定位CC-Link/LT的特性有：（1）省配线特性：通过插线式连接通信电缆，易于接线，易于扩展；高速刷新：刷新时间小于1ms；大规模的I/O控制；最大控制点达到1024点。（2）远程I/O特性：比
33、CC-Link占用更小的空间，同样点数的模块体积是CC-Link的70%；除了8点，16点模块外，还提供1、2、4点的微型单元；减少了4、8、16点模块中不用的地址点。（3）使用更加方便：易于用参数设定和编程：无需繁琐的参数设定，控制程序和I/O模块程序一样；自动调整远程I/O速度：减少因设置粗心引起的麻烦；通过网络整定方便查找错误：诊断功能跟踪CC-Link，缩短因故障引起的停机时间。CC-Link/LT的系统配置如图2.3所示，由于CC-Link可以直接连接各种流量计、电磁阀、温控仪等现场设备，降低了配线成本，并且便于接线设计的更改，通过中继器可以在4.3公里以内保持10M的高速通信速度，
34、因此广泛应用于半导体生产线、自动化传送线、汽车生产线及楼宇自动化等各个现场控制领域。图2.3 CC-Link/LT的网络系统配置表2.1 CC-Link/LT技术标准项目规范通信速度2.5M，625K，156K连接站数64站系统最大连接点数1024点电缆指定4芯电缆，两芯通信，两芯供电链接扫描时间2.5Mbps连接32站小于1ms156Kbps连接32站小于16ms高可靠性继承了CC-Link实现高速可靠的数据传输表2.2 Link Ver.2.0特性通信速度/bps10M/5M/2.5M/625K/156K最大链接点数（位）8192点（输入输出同时使用时：16384点）最大链接点数（字）40
35、96点（RWw：2048点、RWr：2048点）最多占用站数4站瞬时传送从站站号RAS功能自动上线功能、从站脱离功能数据链接状态的确认，离线测试，备用主站连接线缆CC-Link专用电缆（三芯屏蔽电缆）2.1.3 CC-LINK现场总线特点1. 远程I/O站通信开关或指示灯的ON/OFF状态使用远程输入RX和远程输出RY进行通信。2. 远程设备站通信和远程设备站进行交换的信号（初始请求、发生错标志等等）使用远程输入RX和远程输出RY进行通信。到远程设备站的设定数据用寄存器RWw和RWr进行通信。3. 本地站通信主站和本地站之间的通信使用两种类型的传送方法：循环传送和瞬时传送。4. 智能设备站通信
36、主站和智能设备站之间的通信使用两种类型的传送方法：循环传送和瞬时传送。（1）循环传送和智能设备站进行交换的信号（定位开始，定位结束等等）用远程输入RX和远程RY进行通信。数字数据（定位开始数，当前进给值等等）用远程寄存器RWw和RWr进行通信。（2）瞬时传送对智能设备站缓冲存储器的读（RIRD）或写（RIWT）可以任何时序进行。5. 宕机预防（从站切断功能）因为系统采用总线连接方法，即使一个模块系统因停电而失效，也不会影响和其它正常模块的通信，而且对于使用两个端子排的模块，可以在数据链接的时候更换该模块，（切断模块电压然后更换模块）。但是，如果断开了电缆连接，就禁止了所有站的数据链接。6. 自
37、动复位功能如果因断电而从链接断开的站复位到正常状态，该站会自动加入数据链。7. 主站PLC CPU出错时数据链接状态设置如果主站的PLC CPU产生像“SP.UNIT EROR”这样的错误导致操作停止，数据链接状态可以设定为“停止”或者“继续”。如果是“BATTERY ERROR”这样可以继续进行操作的错误，则不管设置如何，数据链接都将继续。8. 设定来自数据链接出错站的输入数据状态可以清除数据链接状态出错站输入（接收到的）数据或者将它保持在出错之前瞬间的状态。9. 待机主站功能如果主站因PLC CPU或者电源故障发生故障，这个功能可以通过切换到备用主站的办法继续进行数据链接。即使在备用主站控
38、制进行数据链接时，主站也可以复位到在线，准备用主站宕机的时候。如图2.4所示。图2.4 待机主站功能图2.4 待机主站功能10. 远程设备站初始化流程注册功能本功能用GPPW为远程设备站执行初始设备，不用创建顺控程序。11. 中断程序的事件发布在GPPW设定条件让PLC CPU执行中断程序时本功能发布一个事件。12. 自动CC-Link启动通过安装QJ61BT11,不用创建顺控程序，只要打开电源，就启动CC-Link并刷新所有数据。但是，如果连接模块的数目小于64的话，就有必要设定网络参数以稳定优化链接扫描时间。13. 根据系统选择模式CC-Link有两种模式：远程网络模式和远程I/O网络模式
39、。两种模式的不同之处如表2.3。表2.3 CC-link两种模式远程网络模式远程I/O网络模式可连接的站远程I/O站远程设备站智能设备站本地站待机主站远程I/O站传送速率最大10Mbps最大10 Mbps链接扫描时间比远程网络模式更快14. 保留站功能如果把没有实际连接的站（准备在将来连接的站）指定为保留站的话，就不会把它们做为故障站处理。图2.5 保留站功能15. 出错无效站设备功能通过设备网络参数，主站和本地站就不会把系统配置中断电的模块当做“数据链接出错的站”处理，但是，一定要小心，因为不再检测出错。图2.6出错无效站设备功能16. 扫描同步功能本功能使链接扫描和顺控扫描同步。17. 暂
40、出错无效站设置功能通过这个功能，在线时主站和本地站就不会把由GPPW指定的模块当做“数据链接出错的站”处理。可以更换模块而不会在线上检测到错误。18. 数据链接停止/重新启动在使用数据链接时，可以停止和重新启动它。19. 站号重合检测功能本功能检测连接站的状态，来查看系统中已占用的站号是否重合或者是否有多于一个站的站号已设定为0。20. 瞬时传送在这种传送方法下，指定了对方并且在任意时刻下都执行1:1通信。2.2工业监控组态软件的关键技术设计工业生产线现场设备的监控过程的本质是一个信息流动的过程：设备状态信息、工艺过程信息要传送到操作监控站和现场过程控制器，操作人员才可以了解生产线的实时状态，
41、控制器则根据过程状态决定如何去控制设备的动作；操作人员对工艺参数、控制参数的设定信息要传送到现场过程控制器，过程控制器要将控制信息传输到现场设备，现场设备才能够执行正确的操作。监控系统软件负责现场信息的组织、传输、存储及规划，按照事先确定的流程，以精确的时间序列为基准，实现信息在设备、现场控制器、操作员站以及远程监控端的实时流动。监控系统软件是整个监控系统的灵魂，其对现场的硬件设备具有完全的支配作用。工业自动化监控系统软件的主要功能包括：通信功能、监测功能、控制功能、管理功能、数据处理功能。工业监控组态软件主要面向生产过程信息的采集与监控，实时性、接口通用性、软件功能模块可重用性以及功能可扩展
42、性是需要重点考虑的因素。监控组态软件采用实时数据库技术来管理大量的对实时性有特殊要求的过程数据，遵循OPC技术规范来实现接口通用性，监控组态软件自身通常又是一个控件包容器，许多常用的软件功能模块被封装为控件形式，容易被用户组态，以实现软件模块的可重用性，同时支持自制控件和第三方控件的嵌入技术，以使监控组态软件具有较好的功能可扩展特性。本小节主要研究构成工业监控组态软件的三大关键技术：实时数据库技术、OPC接口技术以及ActiveX控件对监控组态软件功能的扩展。（1）实时数据库技术实时数据库是数据和事务都有定时特性或定时限制的数据库。实时数据库向下与现场控制设备直接相连，向上可以连接到企业信息管
43、理系统，在企业管理层和现场控制层之间构成了数据信息通道。实时数据库为监控软件系统提供了一个高效的实时数据管理平台，监控软件系统可以利用实时数据和历史数据对生产的工艺过程进行监测和优化控制。（2）OPC接口技术OPC是一套在基于Windows操作平台的工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型（ComP0nentobjectModel，COM）接口标准，它以Microsoft的COM/DCOMCOM+技术为基础采用客户/服务器工作模式。OPC服务器最主要的目的就是完成与底层或其它应用程序的数据交换，将底层的技术细节屏蔽起来，而作为数据最终使用方的OPC客户端则不关心具体的数据交换
44、细节，它按照统一的OPC接口技术规范从OPC服务器端获取数据。OPC接口技术标准具有三个突出的特点：开放性、互联性和高效性。（3）ActiveX控件对监控组态软件的功能扩展监控组态软件作为建立生产线过程监控系统的软件工具，提供了丰富的绘图功能、动画功能、趋势曲线功能、报表功能等，软件设计者可以方便地组态出具有友好人机接口的过程监控系统。为了实现软件模块的可重用性，通常将具有相似接口及功能的软件程序模块封装为独立的控件。控件可以与整个软件系统其它功能并行开发，缩短了软件系统的开发周期。控件向外界提供的接口和功能是清晰的，而向最终用户屏蔽其功能的实现过程，而且控件可以分发给不同的应用程序，同一应用
45、程序也可以在多个地方使用相同的控件，因此大大提高了软件模块的可重用性。监控组态软件将一些常见的功能模块封装为ActiveX控件（如趋势曲线控件、报表控件、PID控制控件等）并将这些控件与整个组态软件开发系统一起分发给用户。监控组态软件的框架通常是一个控件包容器，可以实现控件对象的连接与嵌入，因此可以方便地实现各种控件所提供的软件功能。2.3机械化输送监控系统网络结构及软件功能总体设计基于现场总线的控制系统网络结构是工业自动化监控系统的发展趋势。根据本控制系统的组成及控制要求，可以将系统功能分为两层：过程控制层和制造执行层。系统留有以太网接口便于车间根据相关网络环境构成企业资源规划层，本节对企业
46、资源规划层暂不讨论。过程控制层由现场设备和现场控制单元组成；制造执行层由过程监控单元组成。现场设备和控制单元通过CC-Link现场总线连接；过程控制层和制造执行层通过H网相连进行数据交换和网络通讯。在本系统中，现场设备主要有电气传动单元、远程I/O等。其中现场控制单元为三菱Q02HCPU PLC并采用一块QJ61BT11NCC-Link主站模块。现场设备为：三菱FR-A740系列变频传动装置并配置通讯板FR-A7NC用于通过CC-Link连接到PLC主站上，CC-Link能够在控制单元PLC和传动系统之间进行快速、周期性的数据交换。传动装置可以按主从特性存取。上一级的PLC作为主站，传动装置作
47、为从站；远程I/O模块AJ65SBTB和高速计数模块AJ65BT-D62通过CC-Link连接到上一级控制单元PLC上，它和PLC通过CC-Link方式进行周期性的数据交换。系统中操作面板HMI作为二类主设备。该系统的网络结构如图2.7所示。网段上连接的从设备包括配有通讯卡的FR-A740变频器8个，远程I/O模块32个，高速计数模块4个。图2.7 系统网络结构图制造执行层由工程师站和监控管理站组成。工程师站的主要功能：硬件配置和参数设定、通讯的定义、编程、调试、启动、维护、文件归档、操作/诊断。监控管理站的主要功能：数据归档、工艺流程显示、实际参数及工作状态显示、报表输出和打印。根据机械化输送系统自动化监控系统的设计目标，进行了监控系统软件功能的总体设计，监控系统软件包括的主要功能模块如图2.8所示。软件功能模块根据其应用特点以及对实时性的要求由PLC、监控上位机共同实现。图2.8 监控系统软件主要功能模块3 涂装机械化输送控制技术设计3.1电机同步控制方案设计本章研究工作的思路为：首先分析了转载装置运动控制的基本特性，在此基础上设计了两种位置同步运行控制系统的硬件构成方案，并由成本控制原则，选择了由PLC、变频器构成的硬件方案。随
