基于虚拟仪器的电磁阀综合特性系统设计

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.2.1发展现状 2
1.2.2研究现状 2
1.3研究内容 3
1.3.1主要研究内容 3
1.3.2实现的主要思路 3
1.4论文后续内容的组织和安排 4
第2章 总体技术方案 5
2.1本设计要求 5
2.2基于LabVIEW的方案 5
2.3基于PLC和虚拟仪器软件的方案 6
2.3.1上位机对PLC的输人继电器进行读操作 6
2.3.2上位机写输出继电器进行写操作 7
2.2方案的确定 8
第3章 硬件系统设计 9
3.1系统硬件组成 9
3.2系统I/O分析 9
3.3系统主要硬件选择 10
3.3.1 PLC 10
3.3.2模拟量输入模块 11
3.3.3步进电机及其驱动器 11
3.3.4编码器 12
3.3.5力传感器 13
3.4系统硬件接线图 13
第4章 系统软件设计 14
4.1软件组成 14
4.1.1控制程序框架 14
4.1.2典型环节介绍 14
4.1.3顺序功能图(SFC) 16
4.2各子功能实现 16
4.2.1 S7-200PLC高速计数和高速脉冲输出介绍 16
4.2.2系统I/O及变量分配 19
4.3实现举例 20
4.3.1手动部分 20
4.3.2自动部分 20
第5章 实验分析 22
5.1实验目的 22
5.2实验原理方案 22
5.3实验过程 22
5.3.1工程及画面的建立 23
5.3.2定义外部设备和变量 24
5.3.3X-Y曲线组件和数据表格组件的插入 25
5.3.4数据变量的连接 26
5.4实验结果分析 28
5.4.1硬件调试 28
5.4.2软件调试 29
5.4.3结果分析 29
第6章 结论与展望 31
6.1结论 31
6.2展望 31
致 谢 33
参考文献 34
附录A 手动程序流程图 35
附录B 自动程序流程图 36
附录C 硬件系统接线图 37
附录D 系统程序 38
1.3研究内容
1.3.1主要研究内容
指标：《JY-03—2008电磁阀检验规范》
1）对电磁阀的工作原理进行分析，归纳其综合特性；
2）确定测试系统需要采集的的主要特征量，如压力、温度、流量等参数，进行相应的传感器选型；设计传感器放大滤波电路，采集卡的选型；
3）PLC与虚拟仪器平台之间进行串行通讯，利用PLC对电磁阀、电机、变频器等执行机构进行控制；
4）上位机人机界面的软件设计，包括信号采集模块，信号时域分析和显示，信号的保存等；
1.3.2实现的主要思路
电磁阀的基本原理：当线圈接通电流，便产生了磁性，跟磁铁相互吸引，磁铁就会拉动顶杆。关闭电源，磁铁和顶杆就复位了，即当线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致液体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。
电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械系统动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。
2.2基于LabVIEW的方案
虚拟仪器是指以通用计算机作为系统控制器, 由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。NI公司开发的LabVIEW是目前最为成功的虚拟仪器软件之一, 它是一种基于G语言的32位编译型图形化编程语言, 其图形化界面可以方便地进行虚拟仪器的开发, 并在测试测量、数据采集、仪器控制、数字信号处理等领域得到了广泛的应用。
以美国国家仪器公司NI的LabV IEW8. 6作为开发平台, 配合NI公司的N I 9201数据采集卡作为硬件实现该测试系统的设计。该系统可实现单、双通道的模拟信号的采集、虚拟信号的产生, 同时完成对信号的分析与处理, 测试系统的核心是前端数据采集和后续信号处理。虚拟仪器测试系统的结构框图如图1 所示。

                     图1 虚拟仪器测试系统的结构框图
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该测试系统体现了NI公司提出的软件即是仪器的思想, 以LabVIEW8.6为平台, 设计的虚拟仪器能够完成对数据采集卡采集的模拟信号进行分析与处理, 同时, 利用LabVIEW 的强大功能, 开发了虚拟信号发生器模块, 使得该虚拟仪器对仿真信号进行分析与处理。也即该测试系统的信号源包括: 数据采集卡采集的模拟信号; 虚拟信号发生器模块产生的仿真信号。据采集与信号处理系统的结构框图如图2 所示。