電線加工自動系統(tǒng)設計【三維SW】【含11張CAD圖紙+文檔全套】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 電線加工自動系統(tǒng)設計說明書 目錄 摘要 3 Abstract 4 第一章緒論 5 1.1課題的來源與研究的目的與意義..............................................................................7 1.2電線加工自動系統(tǒng)設計的方案分析.........................................................................8 1.2.1 結(jié)構(gòu)分析..................................................................................................................10 1.2.2 機械結(jié)構(gòu)總體方案與布局........................................................................12 1.2.3電線加工自動系統(tǒng)工作原理.....................................................................14 第二章、電線加工自動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設計...................................17 2.1電線加工自動系統(tǒng)的方案分析和工作原理..................................................19 2.2 機械結(jié)構(gòu)總體方案與布局..............................................................................21 第三章機械結(jié)構(gòu)的設計........................................................................................24 3.1 伺服電機的選型計算..........................................................................................25 3.2 滾珠絲桿的設計計算.......................................................................................25 3.3 聯(lián)軸器的設計計算............................................................................................26 3.4 機架的設計.........................................................................................................26 第四章電線加工自動系統(tǒng)設計PLC控制系統(tǒng)的設計................26 4.1PLC簡介..................................................................................................................27 4.2 PLC的定義...........................................................................................................28 4.3 PLC的基礎知識...................................................................................................29 4.4 PLC的組成...........................................................................................................30 4.4.1中央處理單元.................................................................................................31 4.4.2存儲器.............................................................................................................31 4.4.3輸入輸出單元................................................................................................33 4.4.4通訊接口.........................................................................................................34 4.4.5智能接口模塊..................................................................................................34 4.4.6編程裝置.........................................................................................................35 4.4.7電源..................................................................................................................35 4.5 PLC的用途.............................................................................................................35 4.6可編程控制器的發(fā)展史.......................................................................................36 4.7 PLC的發(fā)展趨勢.....................................................................................................36 4.8 PLC的選型及硬件配備........................................................................................37 4.9輸入輸出方式的選擇與地址分配和PLC控制相關原理圖的設計.....................37 結(jié)論..................................................................................................................................38 致謝 39 參考文獻......................................................................................................................40 摘 要 ? 電源，照明燈是人們?nèi)粘Ｉ钇鹁拥闹匾ぞ撸瑳]有照明，人們就過著漆黑的生活，給日常起居帶來極大的不便。特別是對于需要用到電能的工業(yè)設備上面，如果沒有電源，就不能工作，電能是人類不可或缺的重要能源之一。而電線是承載電能的載體，所以電線的作用至關重要，而電線的加工設備和工藝的問題，就是我們迫切需要解決和完善的重大問題之一。 傳統(tǒng)的電線加工大多是采用手工加工完成，加工效率低，勞動強度大，加工產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，為了提高生產(chǎn)效率，減少企業(yè)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，利用PLC的控制功能來實現(xiàn)電線的自動加工過程，控制速度快，定位精度高，而且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，通信穩(wěn)定可靠。它解決了現(xiàn)有的電線加工中的設備的不足，以及效率的低下 等等一系列問題。 關鍵詞：電能；載體；電線加工；PLC。 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design PLC pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；PLC 第一章 緒論 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 ? 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 ? 研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。 機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 ? 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。 電線加工自動系統(tǒng)是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。電線加工自動系統(tǒng)的是電線加工設備總成的一個重要分支。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。電線加工自動系統(tǒng)設計作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。 1.1課題的來源與研究的目的和意義 電線加工自動系統(tǒng)起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。 電線加工自動系統(tǒng)設計首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺電線加工自動系統(tǒng)。日本是工業(yè)電線加工自動系統(tǒng)發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型電線加工自動系統(tǒng)后，大力研究電線加工自動系統(tǒng)的研究。據(jù)報道，1976年從事電線加工自動系統(tǒng)的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1979年120多個大學和國家研究部門用在電線加工自動系統(tǒng)的研究費用42%。1979年日本電線加工自動系統(tǒng)的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的電線加工自動系統(tǒng)產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能電線加工自動系統(tǒng)約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，電線加工自動系統(tǒng)累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。 第三代電線加工自動系統(tǒng)則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 隨著電線加工自動系統(tǒng)的研究制造和應用的擴大，國際性學術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術(shù)交流活動開展很多。 第二章、電線加工自動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設計 2.1 電線加工自動系統(tǒng)設計的方案分析和工作原理 考慮到電線的柔軟性和難以定位性，我們決定采用伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿，通過與滾珠螺母固結(jié)的氣動夾爪來拉直電線，這樣其他的動作才可以繼續(xù)進行。利用PLC的控制功能來實現(xiàn)電線的自動加工過程，控制速度快，定位精度高，當系統(tǒng)感應到電線的時候，光電傳感器反饋信號給PLC，PLC控制系統(tǒng)就孔子伺服電機動作，伺服電機通過驅(qū)動氣動夾爪夾住電線的一頭，然后伺服電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動氣動夾爪和滾珠螺母所在的滑塊一下后退，這樣就把電線拉直了，然后就進行后續(xù)的切斷外膜，剝離外膜，切斷銅線等等動作，如此循環(huán)，直到電線的加工完成。 2.2 機械結(jié)構(gòu)總體方案與布局 電線加工自動系統(tǒng)利用PLC的控制功能來實現(xiàn)電線的自動加工過程，當系統(tǒng)感應到電線的時候，光電傳感器反饋信號給PLC，PLC控制系統(tǒng)就孔子伺服電機動作，伺服電機通過驅(qū)動氣動夾爪夾住電線的一頭，然后伺服電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動氣動夾爪和滾珠螺母所在的滑塊一下后退，這樣就把電線拉直了，然后就進行后續(xù)的切斷外膜，剝離外膜，切斷銅線等等動作，如此循環(huán)，直到電線的加工完成。其具體方案布局圖如下： 電線加工自動系統(tǒng)總體方案與布局圖 第三章機械結(jié)構(gòu)的設計 3.1 伺服電機的設計計算 已知整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中電線與零件的重量，以及各個摩擦阻力，在這里，由于是滾動摩擦，摩擦阻力忽略不計，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，滑塊移動范圍為50mm~300mm，移動速度為1~2r/min。即： 具體的伺服電機設計計算如下: 1、確定運行時間 本次設計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉(zhuǎn)速 3.負載慣量 左右水平運動 伺服電機慣量 總慣量 4.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無刷電機型號為92BL-A，此無刷直流伺服電機廠家為南京森宇機電的產(chǎn)品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用直流無刷電機型號為 92BL-4030H1-LK-B， 電機額定功率為0.4KW，額定轉(zhuǎn)矩為50N.m，最大轉(zhuǎn)矩為69N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機大致圖如下： 外形尺寸146x86x86，電機輸出軸徑為20mm。 3.2 滾珠絲桿的設計計算 1）確定滾珠絲杠副的導程 因同步皮帶輪直徑相等，皮帶輪與絲杠直聯(lián)，i=1 由表1查得 V=8m/min n=1000r/min 代入得， P≈1.516mm 由于計算出的P值應取較大值圓整，因此 ?P=1.5mm 2）確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 （1）?各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速 由表1查得V=0.6 V=0.8 V=1 V=8 代入得n=100 n=133 n=167 n=1333 （2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷 由表1查得 ???? 已知W=3000N W=5000N 代入得 （3）當量轉(zhuǎn)速 由表1查得 代入得 n≈267r/min （3）當量載荷 代入得 F=1380N 3）預期額定動載荷 （1） 按預期工作時間估算 按表9查得：輕微沖擊取 fw=1.3 按表7查得：1～3取 按表8查得：可靠性97%取fc=0.44 已知：Lh=20000小時代入得C=27899N （2）擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大負載Fmax計算： 按表10查得：中預載取 Fe=4.5 代入得 取以上兩種結(jié)果的最大值 C=27899N 4）確定允許的最小螺紋底徑 （1） 估算絲杠允許的最大軸向變形量 ?① ≤（1/3～1/4）重復定位精度 ?② ≤（1/4～1/5）定位精度 ? : 最大軸向變形量?? μm 已知：重復定位精度10μm, 定位精度25μm ?? ① =3 ?? ② =6 取兩種結(jié)果的小值 =3μm (2）估算最小螺紋底徑 ? 絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式 ? (1.1～1.2)行程+（10～14） 已知：行程為1000mm, W=3000N ,μ=0.2 代入得 F=600N D=20.04mm 5） 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 （1）選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型墊片預形式 （2）?由計算出的在樣本中取相應規(guī)格的滾珠絲杠副 P=8mm C=30700﹥C=27899 6） 確定滾珠絲杠副預緊力 ?? 其中 7）行程補償值與與拉伸力 （1） 行程補償值 式中： =（2～4） (2) 預拉伸力 代入得 8）滾珠絲杠副工作圖設計 (1) 絲杠螺紋長度Ls： Ls=Lu+2Le? 由表二查得余程Le=40 繪制工作圖 （2）兩固定支承距離L1 按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸 絲杠全長L （3）行程起點離固定支承距離L0 由工作圖得 Ls=890 L1=1000 L=1000 L0=30 得KC=920?? N/m 9） 剛度驗算及精度選擇 （1） = = N/m = ?N/m F0 = 已知W1=5000? N ，? =0.2 F0=1000? N F0?? ：? 靜摩擦力???? N ?：靜摩擦系數(shù) W1? ：正壓力N 3.3 聯(lián)軸器的設計計算 根據(jù)公式 mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查《機械設計（第八版）》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則 =1.3X49.24=64012N.Mm 查《機械設計課程設計》表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m，而電動機軸的直徑為20mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=20mm，半聯(lián)軸器長度L=60mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為40mm。軸向滾動絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑20mm，半聯(lián)軸器長度42mm。 3.4 機架的設計 機架的設計主要要保證剛度、強度、及穩(wěn)定性。其中，剛度是評定大多數(shù)機架工作能力的主要準則；強度是定重載機架工作性能的基本準則，機架的強度應根據(jù)機器在運轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強度，有時還要校核其疲勞強度。機架的強度和剛度都 需要從靜態(tài)和動態(tài)兩方面來考慮。動剛度是衡量機架抗振能力的指標，而提高機架的抗振性能應從提高機架的構(gòu)件的靜剛度方面入手，合理設計機架構(gòu)件的截面形狀和尺寸。穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件，必須要注意。 1）機架設計的一般要求 在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應要求輕、成本底；抗振性好；由于內(nèi)應力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應力最??；結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便理和更換零部件； 初步確定機架的形狀和尺寸，機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，取決于安裝在它們內(nèi)部與外部的零部件的形狀和尺寸，配置情況、安裝與拆卸等要求。同時也取決于工藝、所承受的載荷、運動等情況。機架材料的選用主要根據(jù)機架的使用要求，多數(shù)機架形狀較復雜，故一般采用鑄造，由于鑄鐵的鑄造性能好，價廉和吸振能力強，所以應用最廣。由于本設計是用于淀粉的加工設備中，屬于重型機架，而圓錐篩的設備可以從淀粉的加工工藝流程圖可以看到，此設備一般會布置到二摟，而不會在底層，這就要求機架的重量輕，所以采用焊接機架，而且焊接機架具有制造周期短、重量輕、成本底且強度和剛度高、施工簡便等優(yōu)點，主要由鋼板、型鋼或鑄鋼件等焊接而成。左端架起篩筒那部分采用板焊結(jié)構(gòu)，主要就是鋼板拼焊而成，右端機架采用型鋼結(jié)構(gòu)，主要由槽鋼，矩形方管，和鋼板焊接而成，重量輕，成本底，材料利用充分。焊接時應注意以下幾點： 材料的可焊性 可焊性差的材料會造成焊接困難，焊縫的可靠性降低 所以本設計考慮到材料的可焊性選用25鋼；合理布置焊縫 焊縫應位于低應力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的構(gòu)件，焊縫布置要盡可能對稱和減少焊縫的數(shù)量、尺寸，且焊線要短，主要焊線要連續(xù)；提高抗振能力 普通鋼材的吸振能力低于鑄鐵，對抗振能力要求高的焊接件應采取抗振措施，可利用鋼板間的摩擦力來吸收固定；合理選擇截面形狀 提高焊接接頭抗疲勞能力和抗脆斷能力。盡可能選用標準型材、板材，合理確定焊縫尺寸。 2）支撐機構(gòu) 在機器中支撐或容納零部件的零件稱之為機架，所以機架是底座、機體、床身、橋架、殼體、箱體以及基礎平臺等零件的統(tǒng)稱。按機架分類所用材料分類，圓錐篩采用的是金屬焊接機架。主要是焊接機架結(jié)構(gòu)設計靈活、壁厚可以相差很大，并且可根據(jù)工況需要不同部位選用不同性能的材料，但其抗振性能比較差。強度、剛度、穩(wěn)定性是機架設計的主要準則，也是評價機架工作能力的主要標準，合理的設計機架的截面形狀和尺寸、注意機架的整體布局。設計機架通過了以下幾個設計步驟： （1）初定機架的形狀和尺寸 機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸取決于安裝在它內(nèi)部的零件和部件的 形狀和尺寸，配置情況、安裝與拆卸等要求。同時也取決與所受載荷、運動等情況，然后，綜合上述情況和有關資料，并參考現(xiàn)有同類型機架，初定擬定出機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。由于在小麥谷朊粉的加工過程中，由其加工工藝流程圖可知，離心篩的裝置都在上層，所以不可能采用又重又笨的鑄鐵機架，所以采用由鋼板、型鋼、鑄鋼焊接而成的機架。機架的大致尺寸為長1580㎜、寬390㎜，高800mm,要考慮具體形狀和電機、立柱的安裝還有電機的固定位置。 （2）機架的造型設計，雖然材料一定，但機架也要求內(nèi)外質(zhì)量的統(tǒng)一，考慮到矩形方管的等邊性把矩形方管用于底座和支撐軸承座，外觀上做成梯形架子，兩邊矩形方管分別向兩邊斜去，這樣既增加了機架的穩(wěn)定性、又使整個機架看上去簡單輕便。同樣矩形方管上面是四塊矩形方管焊接的一個長方形用來支撐板，板在矩形方管上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和軸承的調(diào)節(jié)，軸承調(diào)節(jié)是通過連接部分的螺栓孔做成長圓狀的來實現(xiàn)。而下面是由兩個空心鋼來支撐電機下的板，空心鋼強度和剛度都很高，所以不會出現(xiàn)強度或剛度不足現(xiàn)象。 （3）作為焊接機架應合理布置焊縫和提高焊縫的可靠性，而且焊縫應位于低應力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的構(gòu)件；焊縫布置應盡量對稱，最好至中性軸的距離 相等；盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，且焊線要短；焊縫要不要布置在加工面和需要進行表面處理的部位上；更要注意不要讓焊縫匯交和密集，讓次要焊縫中斷，主要焊縫聯(lián)系。減少應力集中，如盡量采用對接接頭；減少殘余應力，焊后熱處理等。 （4）盡可能采用標準型材，板材，減少加工量。機架主要由空心鋼、矩形方管、鋼板等型鋼焊接拼而成，它們性能的好壞直接決定著機架整體性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的剛度直接影響機器的工作性能。為保證機架剛度應注意改善聯(lián)結(jié)部位的受力狀況、合理提高接觸表面的平面度公差等級及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右對稱布置。 整個機架設計完以后，既要注意滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求，又要注意外形的美觀和人機工程性，方便操作。造型好，使其既適用經(jīng)濟，又美觀大方。 第四章電線加工自動系統(tǒng)設計PLC控制系統(tǒng)的設計 4.1 PLC簡介 PLC即可編程控制器（Programmable?Logic?Controller），是指以計算機技術(shù)為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International??Electrical?Committee頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全稱Programmable?Logic?Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有PLC。 4.2 PLC的定義 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制， 順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑 機，印刷機，訂書機，組合機床，磨床，包裝等。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應 用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機械制造，汽車，輕紡，交通運輸，環(huán)保 及文化娛樂等各個行業(yè)，使用廣泛。 4.3 PLC的組成 PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。 對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機殼內(nèi)，其組成框圖如圖1所示；對于模塊式PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進行配置與組合。 盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。 4.4.1中央處理單元（CPU） ??同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。 ??目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達8 個CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和位處理器進行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現(xiàn)PLC編程語言向機器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足實時控制要求。 在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面： 1）?????? 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 2）?????? 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。 3）?????? 通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。 4）?????? 從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。 5）?????? 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 4.4.2存儲器 ??存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 ?系統(tǒng)程序是由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設定等功能，提供PLC運行的平臺。系統(tǒng)程序關系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。 ?用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。 工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中，以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設置和運行情況而確定的。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持數(shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當PLC提供的用戶存儲器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲器擴展功能。 4.4.3輸入/輸出單元 輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。 由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標準電平，所以I/O接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關量）輸入、數(shù)字量（開關量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 常用的開關量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖3所示。 4.4.4通信接口 ?PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其它PLC、計算機等設備實現(xiàn)通信。PLC與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其它PLC連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。 與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 遠程I/O系統(tǒng)也必須配備相應的通信接口模塊。 4.4.5智能接口模塊 智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連，進行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進行工作。 PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。 4.4.6編程裝置 編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。 簡易型編程器只能聯(lián)機編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡易編程器帶有存儲盒，可用來儲存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡易編程器。 智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺專用便攜式計算機，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器，提供錄音機接口和打印機接口。 專用編程器只能對指定廠家的幾種PLC進行編程，使用范圍有限，價格較高。同時，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢是使用以個人計算機為基礎的編程裝置，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應的硬件接口裝置。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。 基于個人計算機的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應的軟件還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。 4.4.7電源 ??? PLC配有開關電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15% 的范圍內(nèi)波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。 4.5 PLC的用途 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制 造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類： 1、開關量的邏輯控制 ? 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。 如注塑。 2、模擬量控制 ? 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和 數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 ? PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動伺服電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4、過程控制 ? 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5、數(shù)據(jù)處理 ? 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信號與設定的壓力信號經(jīng)過PID運算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速， 保持供水壓力的恒定，這樣就構(gòu)成了以設定壓力為基準的壓力閉環(huán)系統(tǒng);自動檢測水池水位信號與設定的水位低限比較，輸出水位低報警信號或直接停機。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實際供水壓力和設定供水壓力和泵的工作狀態(tài)等信息;可以通過觸摸屏在線修改設定供水壓力和控制水泵的運行。該系統(tǒng)還設有多種保護功能，尤其是強電邏輯硬件互鎖功能，從而保證正常供水，且可以做到無人值守。 5.6可編程控制器的發(fā)展史 美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺可編程控制器 PDP-14，并在汽車自動裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從 此這一技術(shù)在工業(yè)領域迅速發(fā)展起來。從第一臺PLC誕生，經(jīng)過幾十年的發(fā)展， PLC現(xiàn)已發(fā)展到第三代。各代的特點與應用范圍如下表所示。 4.7 PLC的發(fā)展趨勢 隨著應用領域的日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，主要朝著以下的方面發(fā)展。? 1） 微型化、網(wǎng)絡化、開放性； ?2）智能模塊化； ?3）編程語言的標準化和高級化； 4） 網(wǎng)絡通信功能標準化。 5.7PLC的選型及硬件配備 根據(jù)上述控制特點，采用小型PLC即可滿足功能要求。由于西門子S7-200 系列屬于小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣。特別是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡。可用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。且指令功能強，易于掌握、操作方便。近年來，S7-200PLC 已在工業(yè)各領域得到了廣泛的應用。S7-200?CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊其各自的技術(shù)指標見表3.2。，由于存在模擬量輸入輸出，需要增加模擬量輸入輸出模塊，在西門子S7-200系列PLC中有專門的模擬量I/O擴展模塊。 ? 根據(jù)輸入輸出量的數(shù)量和特點，本系統(tǒng)采用CPU226作為其主機，EM235作為模擬量輸入輸出擴展模塊。EM235的輸入輸出技術(shù)規(guī)范如表所示。 4.8輸入輸出方式的選擇與地址分配 4.8.1輸入輸出方式的選擇 S7-200系列PLC輸入端可直接接按鈕和行程開關，輸出方式有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種，繼電器輸出的價格便宜，既可以驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強。因此本設計中選用繼電器輸出方式，由繼電器驅(qū)動后續(xù)交流接觸器和電磁閥線圈。由于輸出點較多，輸出電流較大，因此開關量輸出回路采用外接電源，減小PLC負荷。模擬量輸入電流較小，可直接輸入，模擬量輸出電流很小，不足以驅(qū)動比例閥，可接比例閥驅(qū)動電路放大器。 4.8.2輸入輸出的地址分配 輸入輸出的地址分配如下圖所示： 4.9輸入輸出方式的選擇與地址分配和PLC控制相關原理圖的設計 本電線加工自動系統(tǒng)采用一個伺服電機和兩個薄型氣缸以及一個氣動夾爪驅(qū)動，使用了1個電機、2氣缸、1個氣動夾爪，因而所需控制和檢測的信號點如表1所示。輸入點22個（DI：16，AI：6），輸出點13個（DO：9，AO：4），采用歐姆龍CPM系列可編程控制器，主模塊（CPU）選用40點模塊CPM2AH-40CDR-A（DI：24，DO：16） 可擴展的PLC主機模塊，選用2個模擬量的輸入模塊CPM1A-AD041，每個模塊4點輸入，總計8點。 根據(jù)電線加工自動控制系統(tǒng)