電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 摘要 3 Abstract 4 第一章緒論 5 1.1課題的來(lái)源與研究的目的與意義..............................................................................7 1.2電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案分析.........................................................................8 1.2.1 結(jié)構(gòu)分析..................................................................................................................10 1.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案與布局........................................................................12 1.2.3 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)工作原理....................................................................14 第二章、電線加工自動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)...................................17 2.1電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的方案分析和工作原理..................................................19 2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案與布局..............................................................................21 第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)........................................................................................24 3.1 伺服電機(jī)的選型計(jì)算..........................................................................................25 3.2 滾珠絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算.......................................................................................25 3.3 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算............................................................................................26 3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì).........................................................................................................26 第四章電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)................26 4.1PLC簡(jiǎn)介..................................................................................................................27 4.2 PLC的定義...........................................................................................................28 4.3 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)...................................................................................................29 4.4 PLC的組成...........................................................................................................30 4.4.1中央處理單元.................................................................................................31 4.4.2存儲(chǔ)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(shì).....................................................................................................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(guān)原理圖的設(shè)計(jì).....................37 結(jié)論..................................................................................................................................38 致謝 39 參考文獻(xiàn)......................................................................................................................40 摘 要 電源，照明燈是人們?nèi)粘Ｉ钇鹁拥闹匾ぞ?，沒有照明，人們就過著漆黑的生活，給日常起居帶來(lái)極大的不便。特別是對(duì)于需要用到電能的工業(yè)設(shè)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(guān)重要，而電線的加工設(shè)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(dòng)強(qiáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)電線的自動(dòng)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(shè)備的不足，以及效率的低下 等等一系列問題。 關(guān)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(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)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(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。 研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)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(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 研究機(jī)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(fèi)方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械工程的一項(xiàng)特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機(jī)械的種類繁多，可以按幾個(gè)不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。另外，機(jī)械在其研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用等過程中都要經(jīng)過幾個(gè)工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機(jī)械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個(gè)分支系統(tǒng)，如機(jī)械科研、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械運(yùn)用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如，按功能分的動(dòng)力機(jī)械，它與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力機(jī)械、核動(dòng)力裝置、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械，它屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置，可能也屬于核動(dòng)力裝置等等。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)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(shí)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(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細(xì)的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)來(lái)研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)的時(shí)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(jì)的目標(biāo)任務(wù)。 機(jī)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?，F(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來(lái)越精巧和越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強(qiáng)，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(lái)年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無(wú)法想象的奇跡。 人類智慧的增長(zhǎng)并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過來(lái)又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過程中，腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。 人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來(lái)。過去，各種機(jī)械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會(huì)消除了這個(gè)限制。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn)，平行前進(jìn)，將使機(jī)械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)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(shí)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(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細(xì)的專業(yè)。 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的是電線加工設(shè)備總成的一個(gè)重要分支。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)電線加工自動(dòng)系統(tǒng)。日本是工業(yè)電線加工自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型電線加工自動(dòng)系統(tǒng)后，大力研究電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的研究。據(jù)報(bào)道，1976年從事電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1979年120多個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的研究費(fèi)用42%。1979年日本電線加工自動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的電線加工自動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能電線加工自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。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(zhǎng)。 第三代電線加工自動(dòng)系統(tǒng)則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)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(dòng)系統(tǒng)的研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。 第二章、電線加工自動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，通過與滾珠螺母固結(jié)的氣動(dòng)夾爪來(lái)拉直電線，這樣其他的動(dòng)作才可以繼續(xù)進(jìn)行。利用PLC的控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)電線的自動(dòng)加工過程，控制速度快，定位精度高，當(dāng)系統(tǒng)感應(yīng)到電線的時(shí)候，光電傳感器反饋信號(hào)給PLC，PLC控制系統(tǒng)就孔子伺服電機(jī)動(dòng)作，伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)夾爪夾住電線的一頭，然后伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)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(jìn)行后續(xù)的切斷外膜，剝離外膜，切斷銅線等等動(dòng)作，如此循環(huán)，直到電線的加工完成。 2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案與布局 電線加工自動(dòng)系統(tǒng)利用PLC的控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)電線的自動(dòng)加工過程，當(dāng)系統(tǒng)感應(yīng)到電線的時(shí)候，光電傳感器反饋信號(hào)給PLC，PLC控制系統(tǒng)就孔子伺服電機(jī)動(dòng)作，伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)夾爪夾住電線的一頭，然后伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)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(jìn)行后續(xù)的切斷外膜，剝離外膜，切斷銅線等等動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)總體方案與布局圖 第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中電線與零件的重量，以及各個(gè)摩擦阻力，在這里，由于是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力忽略不計(jì)，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，滑塊移動(dòng)范圍為50mm~300mm，移動(dòng)速度為1~2r/min。即： 具體的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載慣量 左右水平運(yùn)動(dòng) 伺服電機(jī)慣量 總慣量 4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)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(wú)刷電機(jī)型號(hào)為92BL-A，此無(wú)刷直流伺服電機(jī)廠家為南京森宇機(jī)電的產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用直流無(wú)刷電機(jī)型號(hào)為 92BL-4030H1-LK-B， 電機(jī)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(jī)大致圖如下： 外形尺寸146x86x86，電機(jī)輸出軸徑為20mm。 3.2 滾珠絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)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(jì)算出的P值應(yīng)取較大值圓整，因此 P=1.5mm 2）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)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(dāng)量轉(zhuǎn)速 由表1查得 代入得 n≈267r/min （3）當(dāng)量載荷 代入得 F=1380N 3）預(yù)期額定動(dòng)載荷 （1） 按預(yù)期工作時(shí)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(shí)代入得C=27899N （2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載Fmax計(jì)算： 按表10查得：中預(yù)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(fù)定位精度 ② ≤（1/4～1/5）定位精度 : 最大軸向變形量 m 已知：重復(fù)定位精度10m, 定位精度25m ① =3 ② =6 取兩種結(jié)果的小值 =3m (2）估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)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(hào) （1）選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式 （2）由計(jì)算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副 P=8mm C=30700﹥C=27899 6） 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 其中 7）行程補(bǔ)償值與與拉伸力 （1） 行程補(bǔ)償值 式中： =（2～4） (2) 預(yù)拉伸力 代入得 8）滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) (1) 絲杠螺紋長(zhǎng)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(zhǎng)L （3）行程起點(diǎn)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(yàn)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(shè)計(jì)計(jì)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(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查《機(jī)械設(shè)計(jì)（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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》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(dòng)機(jī)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(zhǎng)度L=60mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為40mm。軸向滾動(dòng)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(zhǎng)度42mm。 3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架的設(shè)計(jì)主要要保證剛度、強(qiáng)度、及穩(wěn)定性。其中，剛度是評(píng)定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則；強(qiáng)度是定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則，機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)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(lái)校核其靜強(qiáng)度，有時(shí)還要校核其疲勞強(qiáng)度。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都 需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來(lái)考慮。動(dòng)剛度是衡量機(jī)架抗振能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架的抗振性能應(yīng)從提高機(jī)架的構(gòu)件的靜剛度方面入手，合理設(shè)計(jì)機(jī)架構(gòu)件的截面形狀和尺寸。穩(wěn)定性是保證機(jī)架正常工作的基本條件，必須要注意。 1）機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求 在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本底；抗振性好；由于內(nèi)應(yīng)力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力最小；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(jī)架的形狀和尺寸，機(jī)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(shí)也取決于工藝、所承受的載荷、運(yùn)動(dòng)等情況。機(jī)架材料的選用主要根據(jù)機(jī)架的使用要求，多數(shù)機(jī)架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造，由于鑄鐵的鑄造性能好，價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)，所以應(yīng)用最廣。由于本設(shè)計(jì)是用于淀粉的加工設(shè)備中，屬于重型機(jī)架，而圓錐篩的設(shè)備可以從淀粉的加工工藝流程圖可以看到，此設(shè)備一般會(huì)布置到二摟，而不會(huì)在底層，這就要求機(jī)架的重量輕，所以采用焊接機(jī)架，而且焊接機(jī)架具有制造周期短、重量輕、成本底且強(qiáng)度和剛度高、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 材料的可焊性 可焊性差的材料會(huì)造成焊接困難，焊縫的可靠性降低 所以本設(shè)計(jì)考慮到材料的可焊性選用25鋼；合理布置焊縫 焊縫應(yīng)位于低應(yīng)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(duì)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(duì)抗振能力要求高的焊接件應(yīng)采取抗振措施，可利用鋼板間的摩擦力來(lái)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(biāo)準(zhǔn)型材、板材，合理確定焊縫尺寸。 2）支撐機(jī)構(gòu) 在機(jī)器中支撐或容納零部件的零件稱之為機(jī)架，所以機(jī)架是底座、機(jī)體、床身、橋架、殼體、箱體以及基礎(chǔ)平臺(tái)等零件的統(tǒng)稱。按機(jī)架分類所用材料分類，圓錐篩采用的是金屬焊接機(jī)架。主要是焊接機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性是機(jī)架設(shè)計(jì)的主要準(zhǔn)則，也是評(píng)價(jià)機(jī)架工作能力的主要標(biāo)準(zhǔn)，合理的設(shè)計(jì)機(jī)架的截面形狀和尺寸、注意機(jī)架的整體布局。設(shè)計(jì)機(jī)架通過了以下幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟： （1）初定機(jī)架的形狀和尺寸 機(jī)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(shí)也取決與所受載荷、運(yùn)動(dòng)等情況，然后，綜合上述情況和有關(guān)資料，并參考現(xiàn)有同類型機(jī)架，初定擬定出機(jī)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(jī)架，所以采用由鋼板、型鋼、鑄鋼焊接而成的機(jī)架。機(jī)架的大致尺寸為長(zhǎng)1580㎜、寬390㎜，高800mm,要考慮具體形狀和電機(jī)、立柱的安裝還有電機(jī)的固定位置。 （2）機(jī)架的造型設(shè)計(jì)，雖然材料一定，但機(jī)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(jī)架的穩(wěn)定性、又使整個(gè)機(jī)架看上去簡(jiǎn)單輕便。同樣矩形方管上面是四塊矩形方管焊接的一個(gè)長(zhǎng)方形用來(lái)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(zhǎng)圓狀的來(lái)實(shí)現(xiàn)。而下面是由兩個(gè)空心鋼來(lái)支撐電機(jī)下的板，空心鋼強(qiáng)度和剛度都很高，所以不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度或剛度不足現(xiàn)象。 （3）作為焊接機(jī)架應(yīng)合理布置焊縫和提高焊縫的可靠性，而且焊縫應(yīng)位于低應(yīng)力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的構(gòu)件；焊縫布置應(yīng)盡量對(duì)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(jìn)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(yīng)力集中，如盡量采用對(duì)接接頭；減少殘余應(yīng)力，焊后熱處理等。 （4）盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)型材，板材，減少加工量。機(jī)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(jī)架整體性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的剛度直接影響機(jī)器的工作性能。為保證機(jī)架剛度應(yīng)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(jí)及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右對(duì)稱布置。 整個(gè)機(jī)架設(shè)計(jì)完以后，既要注意滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求，又要注意外形的美觀和人機(jī)工程性，方便操作。造型好，使其既適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方。 第四章電線加工自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 PLC簡(jiǎn)介 PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義;PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)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(jī)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(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)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(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)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(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制， 順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑 機(jī)，印刷機(jī)，訂書機(jī)，組合機(jī)床，磨床，包裝等。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng) 用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機(jī)械制造，汽車，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保 及文化娛樂等各個(gè)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(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)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(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。 對(duì)于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖1所示；對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖所示。無(wú)論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)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(duì)PLC主要組成各部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 4.4.1中央處理單元（CPU） 同一般的微機(jī)一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機(jī)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(dá)8 個(gè)CPU。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)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(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，處理字節(jié)指令以及對(duì)系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)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(shí)現(xiàn)PLC編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)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(shí)時(shí)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(jìn)行工作，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)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(yǔ)法錯(cuò)誤等。 3） 通過輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)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(guān)標(biāo)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(shí)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(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲(chǔ)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(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)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(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)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(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。 工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)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(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時(shí)可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無(wú)直接聯(lián)系，所以在PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng)PLC提供的用戶存儲(chǔ)器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲(chǔ)器擴(kuò)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(chǎng)之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實(shí)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(hù)。 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)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(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 常用的開關(guān)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(jī)、其它PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來(lái)；與其它PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。 與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)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(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)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(gè)模塊，通過總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。 PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)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(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)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(jì)算機(jī)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(chǔ)器接插口等部件組成。專用編程器有簡(jiǎn)易編程器和智能編程器兩類。 簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)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(jiǎn)易編程器體積小、價(jià)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(jiǎn)易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來(lái)儲(chǔ)存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡(jiǎn)易編程器。 智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺(tái)專用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序，使用更加直觀、方便，但價(jià)格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。 專用編程器只能對(duì)指定廠家的幾種PLC進(jìn)行編程，使用范圍有限，價(jià)格較高。同時(shí)，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(shì)是使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購(gòu)買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)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(gè)人計(jì)算機(jī)的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)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(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實(shí)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(guān)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(qiáng)。對(duì)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(dòng)。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。 4.5 PLC的用途 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制 造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類： 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。 如注塑。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)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(shí)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(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)或伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4、過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 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(yùn)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(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)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(chǔ)在存儲(chǔ)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(hào)與設(shè)定的壓力信號(hào)經(jīng)過PID運(yùn)算后，通過控制變頻器的輸出頻率來(lái)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 保持供水壓力的恒定，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng);自動(dòng)檢測(cè)水池水位信號(hào)與設(shè)定的水位低限比較，輸出水位低報(bào)警信號(hào)或直接停機(jī)。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實(shí)際供水壓力和設(shè)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(shè)定供水壓力和控制水泵的運(yùn)行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是強(qiáng)電邏輯硬件互鎖功能，從而保證正常供水，且可以做到無(wú)人值守。 5.6可編程控制器的發(fā)展史 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺(tái)可編程控制器 PDP-14，并在汽車自動(dòng)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(lǐng)域迅速發(fā)展起來(lái)。從第一臺(tái)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(diǎn)與應(yīng)用范圍如下表所示。 4.7 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)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(luò)化、開放性； 2）智能模塊化； 3）編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化； 4） 網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化。 5.7PLC的選型及硬件配備 根據(jù)上述控制特點(diǎn)，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(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)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(jī)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(luò)?？捎锰菪螆D、語(yǔ)句表和功能圖三種語(yǔ)言來(lái)編程。且指令功能強(qiáng)，易于掌握、操作方便。近年來(lái)，S7-200PLC 已在工業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊其各自的技術(shù)指標(biāo)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(kuò)展模塊。 根據(jù)輸入輸出量的數(shù)量和特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用CPU226作為其主機(jī)，EM235作為模擬量輸入輸出擴(kuò)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(guān)，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(jià)格便宜，既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)。因此本設(shè)計(jì)中選用繼電器輸出方式，由繼電器驅(qū)動(dòng)后續(xù)交流接觸器和電磁閥線圈。由于輸出點(diǎn)較多，輸出電流較大，因此開關(guān)量輸出回路采用外接電源，減小PLC負(fù)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(dòng)比例閥，可接比例閥驅(qū)動(dòng)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(guān)原理圖的設(shè)計(jì) 本電線加工自動(dòng)系統(tǒng)采用一個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)薄型氣缸以及一個(gè)氣動(dòng)夾爪驅(qū)動(dòng)，使用了1個(gè)電機(jī)、2氣缸、1個(gè)氣動(dòng)夾爪，因而所需控制和檢測(cè)的信號(hào)點(diǎn)如表1所示。輸入點(diǎn)22個(gè)（DI：16，AI：6），輸出點(diǎn)13個(gè)（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(diǎn)模塊CPM2AH-40CDR-A（DI：24，DO：16） 可擴(kuò)展的PLC主機(jī)模塊，選用2個(gè)模擬量的輸入模塊CPM1A-AD041，每個(gè)模塊4點(diǎn)輸入，總計(jì)8點(diǎn)。 根據(jù)電線加工自動(dòng)控制系統(tǒng)