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1、测控工程学课程设计测控工程学课程设计说明书说明书姓 名： 沈游 学 号： 班 级： 测控 091 专 业： 测控技术与仪器 学 院： 机械工程学院 时 间： 2012.12.242013.01.11 地 点： 机械工程学院机房 指导教师： 林海波、李霞、杨淑燕 目目 录录测控工程学课程设计任务书1一、前言2二、试验台主要工作部件参数设计32.1 种床长度的确定32.2 种床带前进速度的确定32.3 排种盘转速的调整范围32.4 种床带传送装置驱动电机功率的确定32.5 排种器驱动电机功率的确定4三、系统硬件组成63.1 驱动电机的选择63.2 变频器的选择63.3 底板、控制器、I/O 模块的
2、选择83.4 上位机的选择83.5 排种器试验台结构9四、系统软件设计104.1 系统设置104.2 ioControl 编程104.3 ioDisplay 编程18五、总 结23参考文献24- 1 -测控工程学课程设计任务书测控工程学课程设计任务书设计题目：设计题目： 1. 温度测试控制实验系统开发（单号）2. 精密播种器实验测控系统开发（双号）设计目的：设计目的：学会测控系统的分析、设计及实现，能用软件进行测控系统的开发。设计要求：设计要求：1.学会如何从设计任务出发进行测控系统的分析与设计；2.掌握传感器及其数据采集控制模块的选型与使用；3.学习并掌握测控系统软件开发方法，学习并掌握一种
3、测控系统开发软件；4.进一步加深对测控工程学及相关课程知识的理解；5.写一份测控工程学课程设计说明书。设计成绩评定标准：设计成绩评定标准：设计成绩由三部分组成：平时成绩占 20，面板图和程序框图设计占 40，说明书占 40。- 2 -一、前一、前 言言播种是农业栽培生产的首要环节。排种器是播种机械的核心部件，其技术水平和性能直接影响播种机的播种质量。近年来，我国播种机械发展迅速，需求量不断增加，适宜高速作业的气力式排种器等各种新型排种器得到了日益广泛的应用。为了高效率地研制和改进排种器，应用排种器试验台进行室内台架试验十分必要，其可以不受田间条件的限制，模拟各种工况。因此，对其性能进行深入的试
4、验研究或鉴定，探索排种技术规律，并为科研人员提供可靠的设计依据，具有重要意义。播种作业是农业生产中最基本最重要的一环，目前大多数播种方式仍采用撒播和条播，单位产量较低，精密播种技术是播种技术的一个重要发展方向。精密播种不仅可以节约种子，节省工时，有利于田间管理，而且能使种植作物时所需的资源(如种、肥、水)得到充分的利用，从而能大大提高作物的产量 。播种机是执行播种作业的主要机具，其性能好坏直接关系到农作物的生产和产量。而排种器是播种机上的关键部分，它的性能的好坏直接决定了播种机的性能好坏，因此在播种机的设计和实验过程中对排种器性能进行充分的实验和检测，是保证播种机质量的重要一环。播种机性能试验
5、台属大型专用检测设备，综合应用技术包括：机械设计，液压传动与控制技术，机器视觉与图像处理技术，机电控制技术，计算机技术，农业机械试验与检测技术等。根据图像处理与分析技术测量种子粒距，具有检测快速、准确、直观、稳定性好。计算机识别、计算、处理和自动控制为一体的综合技术优势。种子粒距综合测量误差2mm。排种器试验台能模拟田间环境和工作条件，进行多次重复试验，在尽短的时间内，获得排种器性能多组试验数据。因此，为了提高试验台测试数据的准确性和方便性，本研究用小型可编程控制器（PLC）对排种器试验台更新设计，实现试验过程自动（手动）控制，改变传统电气控制操作繁琐和精度不够的缺陷。需要做的工作主要有：（1
6、）设计制作了实验台，本实验台可以进行各种机械式精密排种器或播种机的性能测试。（2）设计了控制柜（包括控制器、I/O模块、变频器以及一系列的控制按钮） 。（3）通过上位机与控制器通信和控制器与变频器的通信，实现了上位机对试验台的控制。（4）通过计算机Opto 22界面，自动（手动）调节控制按钮，从而控制试验台的传动，使种床带上种子的间距达到试验要求。- 3 -二、试验台主要工作部件参数设计试验台主要工作部件参数设计2.12.1 种床长度的确定种床长度的确定考虑到本排种器试验台采用机器视觉方法测得粒距，试验中可进行不问断的测量、实时采集、处理图像和存储数据。试验标准上必须1次连续测得超过250个粒
7、距样本的要求，一段很短的种床带就可以满足。然而，有时希望还能从种床带上直观地观察一小段排种实况，而种床带刹车后还会运行一段距离。基于以上两个方面，把种床带有效长度定为l0m较合适。该种床带周长20.83m、宽0.7m、厚0.04m 。2.22.2 种床带前进速度的确定种床带前进速度的确定当前，国内外的中耕作物精播机作业速度一般都在5-8kmh左右，部分先进的气力式播种机可达l0 -l2kmh。一般说来，速度超过lOkmh，播种质量就有明显下降的趋势，且试验标准要求，播种机试验前进速度为1.03ms(3.6一l0.8kmh )。排种器试验台的设计，除了满足现有播种机的实际速度要求之外，还应提高其
8、测试范围，从而种床带前进速度确定为1.514kmh。2.32.3 排种盘转速的调整范围排种盘转速的调整范围从现有国内外先进的中耕作物精播机的作业速度来看，其前进速度在12kmh时，则对应的排种盘转速一般在20200rmin之间。所以，本试验台排种盘转速调试范围为15300rmin。2.42.4 种床带传送装置驱动电机功率的确定种床带传送装置驱动电机功率的确定从结构上看，本排种器试验台的种床带传送装置是属于皮带输送机，其背面设计了突起肋条限制跑偏，并配有张紧和托辊装置。工作时，种床带处于匀速滑动状态，因此可粗略计算驱动种床带传送装置平移运动所做的功，来确定驱动电机功率。计算电机额定转矩(1)运动
9、中滚筒所需的驱动扭力为1F(1-1)19.80665388.83FGfN式中 G种床带总质量，G=61kg；f橡胶带与钢的动摩擦系数，f=0.65。(2)滚筒的驱动转矩为 1M(1-2)1155.4MFRN mg式中 R滚筒半径，R=0.1425m。- 4 -(3)电机的额定转矩为0M(1-3) 01/27.70MMiN mg式中 i电机与滚筒传动比，i=2。计算电机额定功率(1)滚筒在种床最大前进速度下的转数为mN(1-4)/2252 /minmmNVRr式中 Vm种床带最大前进速度，Vm=14kmh。(2)在种床带最大前进速度下驱动电机的转数(1-5)504 /minmNNir 由于采用专
10、用变频电机，电机频率范围内大部分处于恒功率工作状态,电机额定功率P0为：(1-6)00/95501.46PMnkw因此，选取2.2kW的专用变频电机较为适合。验算种床带启动转矩种床带启动扭力可为2F(1-7)20478.56FQfN式中一橡胶带与钢的静摩擦系数，=0.8。0f0f种床带启动转矩为2M(1-8)2268.20MFRN mg电机的启动转矩为QM(1-9)21/34.10QMMIN mg所选22kW专用变频电机的启动转矩是额定的转矩的1.8倍，因此该电机启动转矩是足够的。2.52.5 排种器驱动电机功率的确定排种器驱动电机功率的确定播种机上排种器大都为地轮驱动，单个排种器的排种盘转动
11、所需转矩最大约为12.75Nm。排种器驱动电机的额定转矩为0M- 5 -(1-10)032/6.337MMiN mg式中 排种盘所需最大转矩， =12.75Nm；电机与排种轴传动比，3M3M2i=2。2i由于也是采用专用变频电机，则电机额定功率为0P(1-11)0P2/600.408mN Mkw式中 排种盘最高转数，=300rmin。mNmN因此，选取1.5kw的专用变频电机较为适合。图2-1 实验台工作过程- 6 -三、系统硬件组成图 3-1 系统硬件系统组成3.13.1 驱动电机的选择驱动电机的选择Y系列三相异步电动机主要特点是全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有高效、节能、起动转矩大、
12、噪声低、振动小、可靠性高等特点。其功率等级及安装尺寸完全符合IEC标准。主要技术指标-工作方式 S1 ； 电 压：三相380V ；电机能承受额定转矩的50%过载，历时1分钟；绝缘等级：B 级。典型应用：Y系列三相交流异步电动机是一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如机床、水泵、风机、压缩机、运输机、搅拌机、农业机械、矿山机械等。选择了由上海力超有限公司生产的型号为Y100L-6，功率1.5kw,电流4A，转速940r/min，工作制S1,重量33kg,绝缘等级B级。3.23.2 变频器的选择变频器的选择变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高。但随着中国加入WTO，产品质量和生产效率都需要面临国际竞争，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率计算
