基于PLC的DVD盒自動定型輸送線設(shè)計[含CAD高清圖紙和文檔全套]

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分類號 密級 ‘ 寧寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文) 基于PLC的DVD盒自動定型輸送線設(shè)計 所在學(xué)院 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)老師 年 月 日 誠信承諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《基于PLC的DVD盒自動定型輸送線設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年月日 摘 要 DVD盒自動生產(chǎn)線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機注塑成型的一個DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過DVD盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋，并由搬運將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。本課題即要求完成對該DVD盒自動定型輸送線的設(shè)計。使用自動化設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)自動化一方面可以大大減輕工人勞動負(fù)擔(dān)，另一方面使得整個工作過程可控性更強，產(chǎn)品品質(zhì)更一致。 介紹了DVD盒的手工生產(chǎn)流程,利用PLC和觸摸屏進行軟硬件設(shè)計,實現(xiàn)DVD盒自動化生產(chǎn),給出DVD盒自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的部分觸摸屏界面,工作時序圖和流程圖。實踐證明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,操作簡便,滿足設(shè)計的要求,值得推廣應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：DVD盒，PLC， Abstract AutomaticDVDboxproductionaremainlyfromtheboxline,folding,stacking,cooling,transmissionofseveralimportantprocedures.JustbyaDVDboxplasticinjectionmoldingmachine,flatshape,afterautomaticfoldinglidofDVDboxpneumaticfoldingliddevice,andtheconveyingmanipulatorDVDboxtotheconveyorbelt,andatthesametimetocompletecoolingprocessontheconveyorbelt.ThisprojectisrequiredtocompletetheautomaticdesignoftransmissionlineontheDVDbox.Theuseofautomationequipmenttoachieveproductionautomationcangreatlyreducethelaborburden,ontheotherhand,makesthewholeprocessmorecontrollable,moreconsistentproductquality. IntroducedtheDVDboxmanualproductionprocess,theuseofPLCandtouchscreendesignofhardwareandsoftwareimplementationofDVDbox,automaticproduction,partoftouchscreeninterfaceisthecontrolsystemoftheDVDboxofautomaticproductionline,theworksequencediagramandflowchart.Practicehasproved,stableoperation,simpleoperation,meetthedesignrequirements,itisworthyofpopularizationandapplication. KeyWords: DVDbox, PLC, mechanicalhand 目錄 摘 要 I Abstract II 目錄 III 第1章 緒論 1 1.1課題介紹 1 1.2 PLC介紹 2 1.2.1 PLC的基本概念 2 1.2.2 構(gòu)成 2 1.2.3 PLC的工作原理 3 1.2.4 PLC的技術(shù)原理 5 1.3 本章小結(jié) 5 第2章 方案論證 6 2.1自動化輸送線定義 6 2.2自動化輸送線生產(chǎn)的基本原理 6 2.4自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點 6 2.5本章小結(jié) 7 第3章DVD盒自動定型輸送線結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1傳送帶的設(shè)計 9 3.2同步帶的概述 9 3.2.1同步帶介紹 9 3.2.2同步帶的特點 10 3.2.5同步帶分類 11 3.3同步帶傳動計算 11 3.3.1同步帶計算選型 11 3.3.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 14 3.3.3同步帶的設(shè)計 16 3.3.4同步帶輪的設(shè)計 16 3.4電機的選擇 17 3.4.1電機的分類 17 3.4.2步進電機的選擇 18 3.5氣缸的選擇 19 3.6初步確定氣缸參數(shù) 21 第4章 DVD盒自動定型輸送線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 23 4.1 I/O點數(shù)分配 26 4.2 PLC外部接線圖 27 4.3控制原理 27 4.4 PLC程序設(shè)計 29 4.4.1總體程序框圖 29 4.4.2初始化及報警程序 31 4.4.3手動控制程序 32 4.4.4自動控制程序 33 總結(jié) 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 37 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第1章 緒論 1.1課題介紹 制造業(yè)歷來是國民經(jīng)濟的重要組成部分為了提高制造業(yè)的技術(shù)水平，制造業(yè)在其發(fā)展歷程中一直在進行著不同水平、不同類型的自動化。進人8十年代后，隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的吃速發(fā)展，制造業(yè)自動化進人到一個新的姍代一基于計算機的集成制造時代，并且正在向基于人工智能，人—機協(xié)調(diào)，人—自然協(xié)調(diào)的生態(tài)工廠時代邁進。促使制造業(yè)自動化發(fā)展的3個技術(shù)因素是:自動化單元技術(shù):自動化的方法學(xué)或哲理;與制造業(yè)自動化有關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)。 工業(yè)自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術(shù)，包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。 工業(yè)自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術(shù)的應(yīng)用。自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程起著明顯的提升作用： （1）提高生產(chǎn)過程的安全性； （2）提高生產(chǎn)效率； （3）提高產(chǎn)品質(zhì)量； （4）減少生產(chǎn)過程的原材料、能源損耗。 據(jù)國際權(quán)威咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，對自動化系統(tǒng)投入和企業(yè)效益方面提升產(chǎn)出比約1：4至1：6之間。 特別在資金密集型企業(yè)中，自動化系統(tǒng)占設(shè)備總投資10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。 傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)即機電一體化系統(tǒng)主要是對設(shè)備和生產(chǎn)過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導(dǎo)下，相互協(xié)調(diào)、有機融合和集成，形成物質(zhì)和能量的有序規(guī)則運動，從而組成工業(yè)自動化系統(tǒng)或產(chǎn)品。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)DCS的發(fā)展歷程。 近年來，隨著控制技術(shù)、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交互溝通的領(lǐng)域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理各個層次。工業(yè)控制機系統(tǒng)一般是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設(shè)備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術(shù)工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉(zhuǎn)變?yōu)椋河脧V義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。 1.2 PLC介紹 1.2.1 PLC的基本概念 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC,PLC自1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。 1.2.2 構(gòu)成 a、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 b.中央處理單元（CPU) 中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。 1.2.3 PLC的工作原理 一.掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 （一）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二）用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。 在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （三）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 4、PLC內(nèi)部運作方式 雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1或0代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應(yīng)之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC之反應(yīng)時間，PLC輸入訊號之時間若小于此反應(yīng)時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。 5、PLC的特點 plc具有以下鮮明的特點。（1）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。（2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。（3）能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠(yuǎn)高于其他各種機型。 6、PLC目前的主要品牌 美國AB，比利時ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達(dá)，富士，施耐德，信捷創(chuàng)研等。 1.2.4 PLC的技術(shù)原理 PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進行調(diào)制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5M~45M之間。PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時，來自用戶的數(shù)據(jù)進入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。 1.3 本章小結(jié) 本章主要對機械自動化輸送線等知識的相關(guān)內(nèi)容進行介紹，然后介紹了一些PLC的相關(guān)知識。 第2章 方案論證 2.1自動化輸送線定義 自動化輸送線生產(chǎn)是生產(chǎn)組織的一種形式。把生產(chǎn)過程劃分為在時間上相等或成倍比的若干工序，并將其分別固定于按工藝過程順序排列的各工作地，勞動對象按一定的節(jié)拍或速度，順次流過各工作地進行加工。對不能或不便移動的操作對象（如建筑物，大型船舶，大型機器及其部件），也可由執(zhí)行各工序的工人，按規(guī)定速度在勞動對象上順序連續(xù)進行各工序加工。誕生于第二次工業(yè)革命時期。 亨利.福特(Henry Ford)于1913年在密歇根州的Highland Park，建立的生產(chǎn)系統(tǒng)。 輸送線生產(chǎn)通過一系列的生產(chǎn)方法，包括使用通用的設(shè)備，使生產(chǎn)線上的每項任務(wù)都有穩(wěn)定的周期時間，并按照加工工序的順序，使產(chǎn)品能夠迅速、平穩(wěn)的由一個工位“流動”到下一個工位。經(jīng)由生產(chǎn)控制系統(tǒng)，使產(chǎn)品的生產(chǎn)率與最終裝配線上的使用率相符合。 輸送線生產(chǎn)進一步加大了工人的勞動強度，它要求工人進行高強度，高密度作業(yè)，因此它剛誕生時飽受爭議。但時間證明，它是一種極其有效的生產(chǎn)組織。 由于勞動單位不用移動，輸送線生產(chǎn)有極高的效率，它使大規(guī)模批量化生產(chǎn)成為可能。同時，因為生產(chǎn)單位只用對勞動對象進行一部分操作，而無須像以前對勞動對象整體負(fù)責(zé)，因此使工人技術(shù)進一步專業(yè)化。 2.2自動化輸送線生產(chǎn)的基本原理 生產(chǎn)輸送線的基本原理是把一個生產(chǎn)重復(fù)的過程分解為若干個子過程，前一個子過程為下一個子過程創(chuàng)造執(zhí)行條件，每一個過程可以與其它子過程同時進行。簡而言之，就是“功能分解，空間上順序依次進行，時間上重疊并行”。 2.4自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點 生產(chǎn)輸送線的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每個人做一個特定的工作． 圖1-1生產(chǎn)輸送線 優(yōu)點是這樣生產(chǎn)起來會比較快，因為每個人只需要做一 樣事，對自己所做的事都非常熟悉． 缺點是工作的人會很覺得很乏味． 常用的生產(chǎn)輸送線可分為以下幾種： 1）板鏈?zhǔn)窖b配輸送線 特點：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。 2）滾筒式輸送線 特點：承載的產(chǎn)品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的離線返修或檢測而不影響整個輸送線的運行。 3）皮帶式輸送線 特點：承載的產(chǎn)品比較輕，形狀限制少；和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡轉(zhuǎn)向；以皮帶作為載體和輸送，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送，噪音小；可以實現(xiàn)輕型物料或產(chǎn)品較長距離的輸送。 4）差速輸送輸送線 特點：差速輸送輸送線采用倍速鏈牽引，工裝板可以自由傳送，采用阻擋器定位使工件自由運動或停止，工件在兩端可以自動頂升，橫移過渡。還可以在線可設(shè)旋轉(zhuǎn)、專機、檢測設(shè)備、等。 2.5本章小結(jié) 本章主要對幾種進行比較和分析,最終我們選取目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當(dāng)中重點介紹。 第3章DVD盒自動定型輸送線結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1傳送帶的設(shè)計 排隊機構(gòu)將DVD盒推到傳送帶上后，傳送帶轉(zhuǎn)動將DVD盒送至平臺上，等待夾持。傳送帶由如圖4-1所示部件組成。傳送帶(6)采用高強低伸化纖材料，具有強度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內(nèi)，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺柱上折板外側(cè)的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側(cè)加裝了上下?lián)醢?。傳送帶寬度?yīng)稍大于DVD盒直徑，太寬DVD盒容易傾斜，這里取傳送帶. 圖3-1傳送帶實物圖 1.電機支架2.步進電機3.傳送帶支撐架 4一卜擋板5.上擋板.6傳送帶7滾動軸承8.張緊裝置 3.2同步帶的概述 3.2.1同步帶介紹 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖3.1同步帶傳動 同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍睿瑪U展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 3.2.2同步帶的特點 (1)、傳動準(zhǔn)確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； (2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯； (4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低； (5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦； (6)、可用于長距離傳動，中心距可達(dá)10m以上。 3.2.5同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。 梯形齒同步帶梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。 梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO5296制訂了同步帶傳動相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。 弧齒同步帶弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。 弧齒同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 3.3同步帶傳動計算 3.3.1同步帶計算選型 設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達(dá)式如下： 式中 ——需要傳遞的名義功率 ——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7； 表3-3.工作情況系數(shù) 確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4 表3-4 選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm 選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數(shù)14。 實際齒數(shù)應(yīng)該大于這個數(shù)據(jù) 初步取值z1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。 故z1=34，z2=34。 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 驗證帶速v 由公式v=πd1n1/60000計算得， s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩 根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》得 所以有： 現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm 10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定 =() = =719.7mm 11、帶輪嚙合齒數(shù)計算 有在本次設(shè)計中傳動比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。 12、基本額定功率的計算 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 ==0.21KW 表3-5基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13、計算作用在軸上力 = =71.6N 3.3.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 1、同步帶的節(jié)線長度 同步帶工作時，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要 參數(shù)。當(dāng)傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。 表3-6帶節(jié)線長度表 2、帶的節(jié)距Pb 如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對應(yīng)點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表3-5。 3、帶的齒根寬度 一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應(yīng)就能傳動較大的裁荷。 圖3.7帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表3-7梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 4、帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設(shè)計時應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 5、帶齒齒頂圓角半徑 帶齒齒項圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時， 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。 6、齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。 3.3.3同步帶的設(shè)計 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。 表3-8同步帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖3.8同步帶 3.3.4同步帶輪的設(shè)計 同步帶輪的設(shè)計的基本要求 1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。 2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。 3、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。 4、具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。 3.4電機的選擇 3.4.1電機的分類 1．按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。 同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。 異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。 4．按用途分類電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。 驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。 5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機）。 6．按運轉(zhuǎn)速度分類電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。 低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。 調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機。 3.4.2步進電機的選擇 由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點。根據(jù)設(shè)計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進電機使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由DVD盒的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下: F=mngM=FL 其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為DVD盒的質(zhì)量，為DVD盒與傳送帶 的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個DVD盒，則n=10，每個DVD盒的質(zhì)量約為.03kg，可得：F=23.52N L為牽引力作用在電機軸上得力臂，L=0.02m; 則有: M=FL==nmg=0.4704 轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和輪的直徑有關(guān)，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm， 則根據(jù)公式計算得: n==30r/min 步進電機的頻矩特性曲線如圖4-3所示： 則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時，f=100HZ。 根據(jù)計算結(jié)果我們選擇電機型號為：57BYJ250C 3.5氣缸的選擇 氣缸的選用要根據(jù)以下方面進行分析： 1、類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給氣或無氣潤滑氣缸等。 2、安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。 3、作用力的大小 即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用擴力機構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。 4、活塞行程 與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構(gòu)等，應(yīng)按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。 5、活塞的運動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應(yīng)取大值。氣缸運動速度一般為50～800㎜/s。對高速運動氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進氣管道；對于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負(fù)載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時，推薦用進氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。 圖3.1氣缸實物圖 根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 氣缸 下面是氣缸理論出力的計算公式： F：氣缸理論輸出力(kgf) F′：效率為85％時的輸出力(kgf)－－(F′＝F×85％） D：氣缸缸徑(mm) P：工作壓力(kgf／cm2) 例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf／cm2時，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少? 將P、D連接，找出F、F′上的點，得： F＝2800kgf；F′＝2300kgf 在工程設(shè)計時選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗表1－1中查出。 3.6初步確定氣缸參數(shù) 表2-1按負(fù)載選擇工作壓力[1] 負(fù)載/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表2-2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力[1] 機械類型 機床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 重型機械 起重運輸機械 磨床 組合 機床 龍門 刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 由表2-1和表2-2可知，組合機床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為13777N，初選氣缸的設(shè)計壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的氣缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則氣缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，氣缸需保持一定的回氣背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取氣缸機械效率。則氣缸上的平衡方程 故氣缸無桿腔的有效面積： 氣缸直徑 氣缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 則氣缸有效面積為： 2.缸體壁厚的校核 查機械設(shè)計手冊，取壁厚為10mm。則 根據(jù)時；（4-2） 可算出缸體壁厚為： <10mm 則氣缸的外徑 式中————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強度適中），P-缸筒試驗壓力。 3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計缸筒結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)實際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行圓整。 第4章 DVD盒自動定型輸送線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 DVD盒自動化生產(chǎn)線有以下幾方面的要求: a.緊急停止。生產(chǎn)線在工作狀態(tài)隨時會遇到緊急情況,所以需要在設(shè)備上安裝緊急停止按鈕。一旦發(fā)生緊急情況,只需按下緊急停止按鈕,整套生產(chǎn)線立即停止工作;緊急情況解除后,按原點復(fù)歸按鈕使生產(chǎn)線各個部分回歸原位。 b.運行方式。設(shè)置可以互相切換的多種運行方式,即自動方式、單步方式和手動方式。在工廠中,生產(chǎn)線一般都是工作在自動方式,單步方式和手動方式常用于設(shè)備調(diào)試和檢修。 c.聯(lián)鎖和互鎖。生產(chǎn)線的各個部分相互關(guān)聯(lián),因此在工作過程中程序控制需要在各種條件下進行聯(lián)鎖。而且,由于生產(chǎn)線機構(gòu)能夠有幾種工作狀態(tài),但是不能同時工作,因此需要互鎖,如電機的正反轉(zhuǎn),自動模式和手動模式的選擇。 d.故障報警。要求生產(chǎn)線在工作過程中,如果出現(xiàn)故障,報警燈自動發(fā)出故障警報。 e.狀態(tài)顯示。要求在工作過程中,運行方式、系統(tǒng)操作以及DVD盒生產(chǎn)完成進度均在觸摸屏上顯示。 3硬件設(shè)計 可編程控制器(PLC)可靠性高,編程簡單,維修方便[1]。但是,PLC在人機對話、故障判斷和線路修改等方面有些不便。要想直觀地了解生產(chǎn)過程和監(jiān)控信號的動態(tài)變化,需選擇一個上位機來配合PLC,才能組成優(yōu)良的自動控制系統(tǒng)。所以,設(shè)計了一套應(yīng)用觸摸屏和PLC,共同組成DVD盒自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 機相配的DVD碟盒全自動生產(chǎn)線,代替人工完成后續(xù)工作。自動化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)和工作流程DVD盒加工流程如圖1所示。自動化生產(chǎn)線需要完成坯料的取放,盒面的折疊合蓋,成品的堆放和壓整,DVD盒傳輸?shù)裙ば?。因?在機構(gòu)設(shè)計上采用4個配合傳送帶和龍門架完成上述運動,成品由傳輸帶運輸?shù)街付ǖ攸c裝箱。把從注塑機處接盒并轉(zhuǎn)移到DVD盒折疊合蓋工作臺的機構(gòu)定義為1#,DVD盒折疊合蓋機構(gòu)定義為2#,把DVD盒從折疊合蓋工作臺轉(zhuǎn)移到堆疊架的機構(gòu)定義為3#,堆疊DVD盒的機構(gòu)定義為4#,壓盒定型汽缸安裝在龍門架機構(gòu)上。手動模式中給出了生產(chǎn)線的詳細(xì)分解動作操作;原點復(fù)歸按鈕用于系統(tǒng)復(fù)位到系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài);DVD盒生產(chǎn)量、單次疊盒個數(shù)、托板和傳輸帶運動狀態(tài)可以根據(jù)工況調(diào)整,參數(shù)可以在觸摸屏上設(shè)置;自動畫面上的運行按鍵用于生產(chǎn)線的自動運行,暫停按鈕用于暫停生產(chǎn)線,再次按下運行按鈕生產(chǎn)線恢復(fù)自動運行狀態(tài),當(dāng)按下停止按鈕,生產(chǎn)線在完成本次循環(huán)后停止,在生產(chǎn)線自動運行前必須先啟動系統(tǒng)復(fù)位功能鍵即原點復(fù)歸按鍵,在自動工作模式界面實時顯示工作狀況;當(dāng)運行中出現(xiàn)故障(如DVD盒合蓋不成功),則在觸摸屏上彈出故障顯示界面同時控制箱中蜂鳴器報警,故障排除后按下解除故障繼續(xù)運行按鈕,界面返回到“自動運行模式”且系統(tǒng)繼續(xù)運行。 生產(chǎn)線使用注塑機完成一次DVD盒成型的時間是15s,各機構(gòu)運動相互關(guān)聯(lián)。4#托板行程固定,DVD盒因類型不同而厚度不同,所以把單次堆疊個數(shù)保留為可變量n。設(shè)計各個機構(gòu)完成動作的詳細(xì)時序如圖5所示。 控制系統(tǒng)采用GXSimulatorVersion6PLC模擬調(diào)試軟件,可以方便用戶在編寫完程序后進行模擬調(diào)試。為了使DVD盒生產(chǎn)線具有較大柔性,程序滿足手動操作和自動運行,根據(jù)時序圖,設(shè)計系統(tǒng)流程如圖6所示。為防止DVD盒在堆疊和傳輸過程中,因為電時,電機設(shè)置為加減速模式,同時速度和加減速時間 參數(shù)均可在線調(diào)節(jié)。 4.1 I/O點數(shù)分配 根據(jù)動作流程分析及I/O點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4.1、表4.2所示： 表4.1控制輸入點分配表 輸入設(shè)備 輸入點號 輸入設(shè)備 輸入點號 啟動按鈕SB1 X000 手動下降按鈕SB6 X016 停止按鈕SB2 X001 手動左旋按鈕SB7 X017 急停按鈕SB3 X002 手動右旋按鈕SB8 X020 左旋極限傳感器ST2 X003 手動伸出按鈕SB9 X021 右旋極限傳感器ST3 X004 手動縮回按鈕SB10 X022 上升限位傳感器ST4 X005 手動吸氣按鈕SB11 X023 下降限位傳感器ST5 X006 手動放氣按鈕SB12 X024 手臂縮回限位傳感器ST6 X007 超上升限位傳感器ST8 X025 手臂伸出限位傳感器ST7 X010 超下降限位傳感器ST9 X026 工件檢測傳感器PS1 X011 超左旋限位傳感器ST10 X027 手動 SA X012 超右旋限位傳感器ST11 X030 自動 X013 超伸出限位傳感器ST12 X031 復(fù)位按鈕SB4 X014 超縮回限位傳感器ST13 X032 手動上升按鈕SB5 X015 表4.2控制輸出點分配表 輸出設(shè)備 輸出點號 輸出設(shè)備 輸出點號 左旋電磁閥6YA Y000 吸氣電磁閥7YA Y006 右旋電磁閥5YA Y001 放氣電磁閥8YA Y007 縮回電磁閥2YA Y002 報警指示燈L11 Y010 伸出電磁閥1YA Y003 手動指示燈L12 Y011 上升電磁閥4YA Y004 自動指示燈L13 Y012 下降電磁閥3YA Y005 原位指示燈L14 Y013 4.2 PLC外部接線圖 根據(jù)表4.1、4.2分配輸入/輸出信號與PLC輸入/輸出接口分配情況及所選定的PLC，得到PLC的外部接線圖如圖4.1： 圖4.1PLC外部接線圖 4.3控制原理 在PLC的控制下，執(zhí)行機構(gòu)可實現(xiàn)手動、自動等多種工作方式。手動：利用按鈕對每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、吸物、放物等操作；自動：按下循環(huán)按鈕后從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。 按下啟動按鈕SB1，系統(tǒng)初始化→擺動氣缸右旋→水平手臂伸出→垂直手臂下降→吸物→垂直手臂上升→水平手臂縮回→擺動氣缸左旋→垂直手臂下降→放物→垂直手臂的上升→回初始位置。 (1) 系統(tǒng)程序的初始化 按下啟動按鈕SB1，對控制系統(tǒng)進行功能檢測，檢測正確后，進入控制系統(tǒng)的軟件，開始運行程序。 (2) 擺動氣缸右旋 初始化程序正常運行后，PLC的輸入端X000接通輸入，輸出端Y001輸出，右旋按鈕SB8接通，使三位四通電磁換向閥12的5YA得電，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。 (3) 水平手臂的伸出 擺動氣缸右旋到指定位置時（90度），PLC輸入端X004接通輸入，輸出端Y003輸出，手臂前伸按鈕SB9接通，使三位四通電磁換向閥10的1YA得電，執(zhí)行手臂前伸動作。 (4) 垂直手臂的下降 手臂前伸到指定位置，PLC輸入端X010接通輸入，輸出端Y005輸出，小臂下降按鈕SB6接通，使三位四通電磁換向閥11的3YA得電，執(zhí)行垂直手臂的下降動作。 (5) 吸物 小臂下降到指定位置，PLC輸入端X006接通輸入，輸出端Y006輸出，吸盤吸氣按鈕SB11接通，二位二通電磁閥13的7YA得電，真空發(fā)生器22開始動作，真空吸盤26將物料吸起。 (6) 垂直手臂的上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，輸出端Y004輸出，小臂上升按鈕SB5接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA得電，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。 (7) 水平手臂的回縮 小臂上升到指定位置，PLC輸入端X005接通輸入，輸出端Y002輸出，水平縮回按鈕SB10接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2YA得電，執(zhí)行水平手臂回縮動作。 (8) 擺動氣缸左旋 水平手臂回縮到指定的位置，PLC輸入端X007接通輸入，輸出端Y000輸出，左旋按鈕SB7接通，三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA得電，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉(zhuǎn)。 (9) 垂直手臂的下降 擺動氣缸向左旋轉(zhuǎn)到指定位置（90度），PLC輸入端X003接通輸入，輸出端Y005輸出，垂直手臂下降按鈕SB6接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA得電，執(zhí)行小臂的下降運動。 (10) 放物 小臂下降到指定位置，PLC輸入端X006接通輸入，輸出端Y007輸出，吸盤放氣按鈕SB12接通，真空發(fā)生器停止工作，真空消失，壓縮空氣進入真空吸盤，將物料與吸盤吹開。 (11) 小臂上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，輸出端Y004輸出，小臂上升按鈕SB5接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2YA得電，執(zhí)行小臂上升動作。 (12) 回到初始位置 小臂上升到指定位置，PLC輸入端X005接通輸入，自動重復(fù)以上動作。 4.4 PLC程序設(shè)計 4.4.1總體程序框圖 設(shè)備有“手動/自動”兩種工作方式，其控制程序可分為自動控制程序和手動控制程序兩個模塊，各模塊程序分開編寫，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修改。 在進行編程前，應(yīng)先繪制出整個控制程序的結(jié)構(gòu)框圖，如圖4.2所示。在該結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，輸入點X012接通，執(zhí)行手動程序；當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“自動”時，輸入點X013接通，執(zhí)行自動程序。 圖4.2控制程序的結(jié)構(gòu)框圖 4.4.2初始化及報警程序 初始化及報警程序如圖4.4所示 圖4.4初始化及報警程序 4.4.3手動控制程序 手動控制程序用于實現(xiàn)升降、伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、吸氣/放氣及復(fù)位的運動。在自動工作過程中，若將“手動/自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“手動”位置時，輸入X012接通系統(tǒng)進入手動控制方式狀態(tài)。此時，按下相應(yīng)的受動按鈕可實現(xiàn)手動上升、下降、左旋、右旋、伸出、縮回、吸氣、放氣及復(fù)位動作，手動操作程序如圖4.5所示。 圖4.5手動操作程序 4.4.4自動控制程序 分析知，在“自動”工作方式下，本的運動是以開關(guān)量作為轉(zhuǎn)移信號，按所設(shè)計的工藝流程一步一步地進行工作，其控制過程為順序循環(huán)控制。當(dāng)完成一次物料的吸放任務(wù)后返回原位為下一個任務(wù)做好準(zhǔn)備。自動控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4.6所示。 圖4.6自動控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 根據(jù)自動控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就可設(shè)計出自動控制的步進梯形圖如圖4.7所示。 圖4.7自動控制步進梯形圖 圖4.7自動控制步進梯形圖(序) 總結(jié) 通過對專業(yè)知識的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對相關(guān)信息的獲取，我深切地認(rèn)識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。 本次畢業(yè)設(shè)計中，我做的是設(shè)計部分，通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運用國家標(biāo)準(zhǔn)、機械類手冊和圖冊等工具進行設(shè)計計算分析。這次畢業(yè)設(shè)計還讓我體會到團體的力量，提高自己的團隊意識，遇到問題時和小組成員進行討論和分析或是請教明老師，直到得到滿意的結(jié)果。 致謝 我要感謝我的指導(dǎo)教師XX老師。老師雖身負(fù)教學(xué)、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責(zé)課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學(xué)院所有教過我的老師，是你們讓我成熟成長；感謝學(xué)院的各位工作人員，他細(xì)致的工作使我和同學(xué)們的學(xué)習(xí)和生活井然有序。 謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠