计算机技术课程设计-钢球计数系统设计

计算机控制技术课程设计课题题目：钢球计数系统设计学生姓名：学号：学院：目录第一章 绪论11.1 课题的设计背景及意义11.1.1 设计背景11.1.2 设计意义11.2 国内外技术现状21.2.1 国内技术现状21.2.2 国外技术现状21.3 设计内容31.3.1 设计内容31.3.2 设计过程31.3.3 计算机控制系统硬件组成框图：3第二章 系统整体设计42.1 系统测控对象简介42.1.1 钢球简介42.1.2 测控要求42.2 系统整体结构及工作原理42.2.1 结构框图42.2.2 工作原理52.2.3 各主要部件作用5第三章 系统硬件设计63.1 上位计算机选型63.2 传感器选型63.2.1 霍尔传感器工作原理63.2.2 互感器与霍尔传感器的差别63.3 输入输出装置选型73.3.1 数据采集卡选型依据73.4 执行机构选型及驱动电路设计8第四章 系统软件设计94.1 总体设计94.1.1 软件功能需求分析94.1.2 软件架构94.1.3 开发工具简介94.2 软件功能模块设计104.2.1 主程序设计104.2.2 开关量输入程序设计124.2.3 开关量输出程序设计12第五章设计总结145.1 系统总结145.2 设计过程总结14参考文献15第一章 绪论1.1 课题的设计背景及意义1.1.1 设计背景工厂零件加工完成后，在装箱之前需要进行计数，以统计生产工作量。除了现场采用专门的计数器外，有时候还需要传送到计算机中进行存储记录、报表统计等工作。单纯的传感器不能满足我们的要求，故设计出基于数据采集卡和PC的计数系统。 随着科技水平的飞速发展，工业生产日益趋向于自动化，而生产线的工作效率也直接决定了其所创造的价值大小。在机械产品批量生产的今天，传统的人工计数方式已经不能满足人们的需求， 于是人类发明了光电计数器，用于代替人工计数，所谓的电子计数器即是利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显示计数结果的数字化仪器。流水线计数系统的出现，大大的缩减了流水线上计数的时间，它为人类带来了巨大的财富。因此我们设计的是能够应用于流水线上的计数器， 通过数据采集卡来完成计数统计并将结果送给计算机进行处理，来实现机械产品的计数。工厂产品的生产中我们要用到检测技术，普通人生活中也是到处需要检测，甚至在国家军事相关的事物中都是离不开检测技术的。人类的生活已经离不开检测这门技术了，它使得我们的生活变的更加的简单快捷，而又不缺乏准确性。利用检测计数，再通过输入装置进行计数并通过计算机输出，极大地便利了我们的生活。 1.1.2 设计意义随着我国工业自动化程度的不断提升,工业生产中产品的单产效率不断增加,产品所需的包装以及计数工作越来越繁重,采用老式的人工包装和计数方法,不仅效率低下而且非常容易出现错记、漏记等情况,这个过程当中人工的劳动的强度也是非常大的。 在科技飞速发展的今天，机械产品批量销售，如果我们不能及时准确地对产品数量进行统计， 将严重影响生产的效率，通过传感器进行计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展,对机械产品计数系统的设计显得尤为重要。采用传感器进行计数并通过数据采集卡以及计算机处理，能使得计数的全过程实现自动化。提高效率以及减少了劳动力，用高精度的设备代替人力，提高了生产的精度、准确度。 161.2 国内外技术现状1.2.1 国内技术现状即使我国的科技水平以及自动化近几年有了很大的进步，但是与发达国家仍然有一定的差距。目前国内应用于皮带机上的计数器主要有两种,一种是使用机械手的机械式计数器,一种是使用反射式光电计数器。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作,改善劳动条件,保证人身安全。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生產部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料,也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料，或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。 机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同，常见的有夹持、托持和吸附等类型。运动机构一般由液压、气动、电气装置驱动。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上,常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数， 以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数，有直 射式和反射式两种，通常用于流水线作业工件计数。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分 别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器收到发射来的红外线,经相 反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号的便输出一个脉冲信号 到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边,前面没有工件往下流时，发射器 发出的红外线直接射出没有发射，接收器没有接收到反射来的红外线信号没有输出。有工件经过时 挡住光电路使发射器发出的红外线信号发射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出 一个脉冲信号到运算累加器进行计数。 1.2.2 国外技术现状国外方面，实际上根据最新的研究成果和趋势，对计数器的研究大体分为通用与专用两个大类。而光电计数器就是其中的一种。国内外至今已出版了大量有关光电计数器理论研究和技术应用的专门书籍。在60年代以后，各种光电材料得到了全面的研究和广泛的应用。光电式传感器的最新发展方向是采用有机化学汽相沉积、分子束外延、单分子膜生长等新技术和异质结等新工艺。光电式传感器的应用领域已扩大到纺织、造纸、印刷、医疗、环境保护等领域。在红外探测、辐射测量、光纤通信，自动控制等传统应用领域的研究也有新发展。例如，硅光电二极管自校准技术的提出为光辐射的绝对测量提供了一种很有前途的新方法。 1.3 设计内容1.3.1 设计内容本设计结合工业生产过程中流水线上机械产品计数的实际需要，为提高工作效率，高效利用现代技术，通过文献查阅、调查研究等方法，设计出以数据采集卡为基础，以PLC为数据处理的主要设备，组建成一个计数系统，根据计数产品的不同设计出此计数系统。 1.3.2 设计过程机械产品计数系统设计共分为五步： 第一步，选择合适的传感器，将检测到的非电量转为电量送给输入端。 第二步，输入端口为数据采集卡，数据采集就是对数据采集卡进行设置并使其按设置工作，进行数据的采集。 第三步，数据处理则是将采集到的数据送至计算机进行运算处理。 第四步，计算机输出数据，并驱动传送带运动，进行下一次的计数。 为了满足PC用于数据采集与控制的需要，国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集。用户只要把这类板卡插人计算机主板上相应的IO (ISA或PCI) 扩展槽中，就可以迅速、方便地构成一个数据采集系统，既节省大量的硬件研制时间和投资，又可以充分利用计算机的软、硬件资源，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法、系统设计以及程序编制等进行研究。在各种计算机控制系统中，插卡式是最基本的构成形式。 计算机数据采集卡1.3.3 计算机控制系统硬件组成框图：执行机构机械产品传感器驱动传送带运动图1-1 计算机控制系统硬件组成框图 第二章 系统整体设计2.1 系统测控对象简介2.1.1 钢球简介钢球根据生产加工工艺分为研磨钢球，锻造钢球，铸造钢球。根据加工材料分为轴承钢球，不锈钢球，碳钢球，铜轴承钢球球合金球等。其中轴承钢球为工业的重要基础零部件，合金钢球是以碳、铬、锰、钼等为主要添加金属元素，并通过锻打、旋压、轧制和铸造等方式生成的一种球状形铁合金耐磨体，它是当今粉碎工业矿山用球，水泥用球等最重要组成部分。传统对钢球进行计数采用人工计数，因钢球体积小且形状圆滑，各个尺寸的钢球在肉眼看来差别微小，工作人员对其进行分类、计数不仅耗费精力，生产效率低下，同时计数精确度也不高。故我们针对钢球采用自动传感器进行检测，用数据采集卡进行计数，并通过计算机输出的系统设计很有必要。 2.1.2 测控要求要求对于流水线上的机械产品，可以进行自动计数，通过数据采集卡采集信息，在计算机上完成计数，并通过PC将数据进行处理并最终驱动传送带运动。所以机械产品计数系统采用以下控制方案： 检测：对传送带上的机械产品进行检测，采用霍尔传感器（包括配套的磁铁），它能感受到很小的磁场变化。 计数：当钢球不在传感器上方时，穿过霍尔开关传感器霍尔元件的磁场较弱，输出电压较小。当钢球输送到传感器上方时，穿过传感器霍尔元件的磁场变强，开始计数。 显示：晶体管集电极低电平信号通过输人模块(数据采集卡)送入计算机，每记一次数计算机组态王画面上的指示灯灯1变色一次，计数程序进行计数，并显示检测数值 报警：由计算机进行数据处理，当计数器的值超过设定的值时，则画面上的输出指示灯2变色。 2.2 系统整体结构及工作原理计算机显示器数据采集卡2.2.1 结构框图传感器检测电路检测信号报警器图 2-1 系统设计结构框图2.2.2 工作原理如图2-2所示，当钢球不在传感器上方时，穿过霍尔开关传感器霍尔元件的磁场较弱，输出电压较小。电路中晶体管基极电位较低，晶体管处于截止状态，N点处于高电平，计数器不计数。当钢球输送到传感器上方时，穿过传感器霍尔元件的磁场变强，传感器可输出峰值20mV的脉冲电压，该电压经运算放大器A放大后，使电路中晶体管基极电位升高，晶体管导通，其集电极N点变为低电平， 计数器开始计数，由显示器显示检测数值。同时晶体管集电极低电平信号通过输人模块送人计算机， 计数程序进行计数。 图2-2 钢球计数原理电路图 2.2.3 各主要部件作用该系统主要