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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 1 1 了解所測(cè)彈體零件的結(jié)構(gòu)特征 1 2 熟悉和掌握目標(biāo)彈體零件各待測(cè)尺寸的測(cè)量原理和方法 1 3 根據(jù)選定的測(cè)量方法和原理 設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制系統(tǒng) 包括氣 液路控制 電 路控制等 1 4 編制原理圖 控制邏輯圖 選定控制設(shè)備 編輯控制程序 1 5 要求 系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行 工作可靠 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作內(nèi)容 2 1 確定彈體零件尺寸測(cè)量采用的基本原理和方法 2 2 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 元件 2 3 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 2 4 完成控制程序的編制 2 5 完成程序的驗(yàn)證 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 3 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求 3 1 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告和說明書各一份 3 2 提供氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖和布局圖 3 3 所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制原理圖 3 4 提交相關(guān)內(nèi)容的外文翻譯一份 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 26 日 3 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 5 日 資料收集 方案設(shè)計(jì) 開題報(bào)告撰寫 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫 資料整理 打印 論文提交 評(píng)閱 答辯 學(xué)生所在系審查意見 同意下發(fā)任務(wù)書 系主任 2016 年 2 月 29 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 撰寫 2000 字左右的文 獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 1 研究背景與意義 測(cè)量廣泛存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和人民生活的各個(gè)方面 自然科學(xué)所闡明的 一般 規(guī)律 定理 往往都是以測(cè)量為基礎(chǔ)的 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中 測(cè)量技術(shù)的地位越來 越重要 小到納米級(jí)的金相分析 大到船舶制造和橋梁建設(shè) 精到衛(wèi)星的發(fā)射 都必 須進(jìn)行測(cè)量 從某種意義上來說 沒有測(cè)量就沒有科研 就沒有現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 炮彈是各國(guó)武器應(yīng)用最為廣泛的武器裝備 其特點(diǎn)是品種多 批量大 能裝備所 有品種 為滿足部隊(duì)的需要 炮彈的生產(chǎn)能力亟待提高 實(shí)施現(xiàn)代化技術(shù)改造 積極 推廣先進(jìn)制造技術(shù)和以高新技術(shù)為主的在線自動(dòng)測(cè)量技術(shù) 成為我國(guó)炮彈制造生產(chǎn)的 一項(xiàng)重要任務(wù) 隨著現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展和彈體生產(chǎn)制造的精度不斷提高 我國(guó)軍工企業(yè)對(duì) 彈體關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)方式已不能滿足其發(fā)展與試驗(yàn)需求 因此 為滿足新時(shí)期彈體研 制和檢測(cè)需求 完成彈體靜態(tài)參數(shù)的精確測(cè)量 研制彈體多尺寸檢測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)十分 迫切 由于彈體結(jié)構(gòu)復(fù)雜 尺寸相對(duì)較小的特點(diǎn) 目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中 技術(shù)人員 憑借各種卡規(guī) 量具來進(jìn)行手工測(cè)量 測(cè)量結(jié)果的記錄也采用人工方式 這種方式勞 動(dòng)強(qiáng)度大 過程繁瑣 檢測(cè)效率取決于檢測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)的豐富程度 測(cè)量結(jié)果不夠精確 因此不能滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)與檢測(cè)的需求 與此同時(shí) 對(duì)于彈體合格與否的判定 應(yīng)建立在對(duì)其各關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)結(jié)果之上 而在國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)檢測(cè)中 大多采用單一 的檢測(cè)方式完成彈體某一關(guān)鍵尺寸的檢測(cè) 而沒有將多種尺寸的檢測(cè)過程集成化 雖 然一些成型的檢測(cè)方案或設(shè)備已被提出 但仍存在自動(dòng)化程度不高 檢測(cè)內(nèi)容不全面 等問題 無法滿足彈體生產(chǎn)廠家對(duì)檢測(cè)效率的要求 2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生產(chǎn)力水平的不斷提高 生產(chǎn)加工領(lǐng)域?qū)y(cè) 量 與檢測(cè)技術(shù)的要求越來越高 因此如何快速 可靠 準(zhǔn)確地完成檢測(cè)任務(wù) 如何使用 現(xiàn) 代化檢測(cè)工具和方式來提高檢測(cè)結(jié)果精確度 如何實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程智能化 檢測(cè)結(jié)果可 視 化顯得尤為重要 軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國(guó)國(guó)防建設(shè)的大事 也是軍工企業(yè)的生命線 隨著科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在的機(jī)械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對(duì)產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高 保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測(cè)量 我國(guó)軍工行業(yè)炮彈制造技術(shù)水歷經(jīng)幾十年的技 術(shù)革新與工藝改進(jìn) 生產(chǎn)能力有了顯著的提高 但在彈體測(cè)量方面 對(duì)彈體內(nèi)外徑和 形狀誤差測(cè)量的精確性和快速性和國(guó)外相比還存在一定的差距 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)軍工 企業(yè)對(duì)彈體內(nèi)外徑和形狀誤差的測(cè)量仍停留在用量規(guī)和卡尺測(cè)量的水平上 難以全面 反映彈體幾何形狀的真實(shí)情況 且耗費(fèi)人力物力 工作效率不高 且容易受生理限制 和主觀影響 難以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和測(cè)量結(jié)果數(shù)字化 滿足不了現(xiàn)代炮彈生產(chǎn)的發(fā)展需 求 從國(guó)際上看美國(guó) 日本 英國(guó) 德國(guó)都先后研制和開發(fā)了各種不同的測(cè)量范圍 不同分辨率和不同測(cè)量精度的激光 光電測(cè)量系統(tǒng) 可以通過光電傳感器和非接觸測(cè) 量機(jī)等先進(jìn)測(cè)量?jī)x器和設(shè)備 對(duì)彈體的長(zhǎng)度 高度 厚度 徑向尺寸 曲面形狀等幾 何尺寸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量 因此 我們國(guó)家也應(yīng)在團(tuán)體生產(chǎn)過程中采用高新技術(shù) 實(shí)現(xiàn)非 接觸式自動(dòng)測(cè)量 以適應(yīng)快速反應(yīng)的要求 本文中團(tuán)體集合起村數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)是針對(duì)目前我軍 彈體機(jī)加檢驗(yàn)中存在的種 種問題研制的第一臺(tái)自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備 它的研制成功和完善 大大提高團(tuán)體的 檢驗(yàn) 的精度效率和可靠性 為我國(guó)團(tuán)體生產(chǎn)線提供先進(jìn)的激光檢測(cè)手段和設(shè)備 對(duì)我軍武 器裝備生產(chǎn) 和檢驗(yàn)的自動(dòng)化具有重大的實(shí)踐意義 3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展 通常把在人工最少參與的情況下 能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量 數(shù)據(jù)處理 并以適當(dāng)方式輸 出測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) ATS Automated Test System 在自動(dòng)測(cè)試 系統(tǒng)中 操作員根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要組建系統(tǒng) 編制軟件 而整個(gè)測(cè)試工作通常都是 在預(yù)先編制好的測(cè)試程序的指揮下自動(dòng)完成的 一旦系統(tǒng)開始正常工作 它的各種操 作一般都是由系統(tǒng)本身自動(dòng)完成的不需要人工的干預(yù) 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過了三個(gè)階段 1 第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 早期的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng) 是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)而設(shè)計(jì)的 主要用于大 量重復(fù)的測(cè)試 要求可靠性高的復(fù)雜測(cè)試 或者是為了提高測(cè)試速度及工作環(huán)境比較 惡劣的測(cè)試 第一代測(cè)試系統(tǒng)至今仍發(fā)揮著重要的作用 他們能完成大量復(fù)雜的測(cè)試 任務(wù) 承擔(dān)繁重的數(shù)據(jù)分析 信息處理工作 快速準(zhǔn)確地給出測(cè)試結(jié)果 它們與人工 測(cè)試相比 功能更加強(qiáng)大 使用更方便 能完成不少人工測(cè)試無法完成的任務(wù) 顯示 出其優(yōu)越性 第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組建和設(shè)計(jì)存在很多困難 由于第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的接 口電路不具備同通用性 系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)與儀器以及儀器之間的接口問題要設(shè)計(jì)者自行 解決 因此他們的適應(yīng)性普遍較差 當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí) 研制的工作量非常大 成本 也很高 且沒有通用性 這是第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要缺點(diǎn) 2 第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 采用標(biāo)準(zhǔn)化通用接口是第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要特征 目前普遍使用的一種可程控制儀的標(biāo)準(zhǔn)化接口系統(tǒng) 是 1972 年美國(guó)惠普公司首先 提出的 HP IB 之后 為美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì) IEEE 及國(guó)際電工委員會(huì) IEC 接受并正式頒布了標(biāo)準(zhǔn)文件 這套系統(tǒng)在美國(guó)被稱為 IEEE 48 GP IB HP IB 在歐洲和日本被稱為 GP IB 或 IEC625 在第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中 各設(shè)備都用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和母線連接起來 系統(tǒng)中的 各種設(shè)備均配以標(biāo)準(zhǔn)化的接口功能電路 用統(tǒng)一的無源母線連接起來 這種系統(tǒng)組件 方便 有專用的通用接口電路 更改 增加測(cè)試內(nèi)容也很靈活 使用完畢后拆散容易 拆散后各部件可以移作它用 顯示了很大的優(yōu)越性 得到了廣泛的應(yīng)用 3 第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 第一 二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)雖然有其巨大的優(yōu)越性 但這些系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)并沒有 充分發(fā)揮作用 整個(gè)系統(tǒng)和它的工作過程基本上還是對(duì)人工測(cè)試的模擬 第三代自動(dòng) 測(cè)試系統(tǒng)中 用強(qiáng)有力的計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件 用人的智力資源代替 很多物質(zhì)資源 特別是在第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中 用計(jì)算機(jī)直接 參與測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生 和測(cè)量特性的解析 即通過計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)和測(cè)試功能 這樣有計(jì)算機(jī)及軟 件來完成某些儀器在系統(tǒng)中的功能 形成一種所謂的 虛儀器 Virtual Instrument 在前兩代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中包括多件儀器的測(cè)試系統(tǒng)所完成的功能 在 第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)為中心設(shè)備來完成 第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的出現(xiàn)給電子測(cè)量帶來了真正革命性的沖擊 在測(cè)量原理 儀器設(shè)計(jì)等很多方面都產(chǎn)生了重大影響 但第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)尚處于起步階段 它 的應(yīng)用不如第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)那么普遍 但可以肯定的是 充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用 用計(jì)算機(jī)軟硬件資源代替測(cè)量?jī)x器及系統(tǒng)中的各硬件 是電子測(cè)量發(fā)展的一個(gè)重要方 向 隨著生產(chǎn)力水平與人類生活水平的不斷提高 人們對(duì)測(cè)量提出了越來越高的要求 除了能準(zhǔn)確 迅速 可靠地完成測(cè)量任務(wù)之外 人們還希望能利用各種先進(jìn)技術(shù) 實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的測(cè)量 計(jì)算機(jī)以其高速計(jì)算能力和大容量存儲(chǔ)能力顯著提高測(cè)量 數(shù)據(jù)處理能力 使測(cè)量技術(shù)有了質(zhì)的飛越 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制 CAMAC Computer Automated Measurement And Control 系 統(tǒng) 簡(jiǎn)稱測(cè)控系統(tǒng) 是一門新興的技術(shù) 它是自動(dòng)控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 微電子技 術(shù)和通訊技術(shù)等有機(jī)結(jié)合 綜合發(fā)展的產(chǎn)物 測(cè)控系統(tǒng)包括各種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng) 導(dǎo)彈和衛(wèi)星的發(fā)射控制系統(tǒng)等等 廣泛用于航空 航天 和科學(xué)研究 工廠自動(dòng)化 實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)測(cè)量和控制 公辦自動(dòng)化 商業(yè)自動(dòng)化 家庭自動(dòng)化等 融入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域 CAMAC 系統(tǒng)誕生于 20 世紀(jì) 60 年代 它的出現(xiàn)使人們工作和生活的環(huán)境發(fā)生了深刻 的變化 以工廠自動(dòng)化為例 計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用最先開始于 20 世紀(jì) 60 年代 首先應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制 那時(shí)只是實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的程序控制 70 年代以后 隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)和大量應(yīng)用 工業(yè)生產(chǎn)過程控制的概念已經(jīng)發(fā)生了 很大的變化 各種新興的學(xué)科逐漸融入 CAMAC 系統(tǒng)中 90 年代以后 隨著計(jì)算機(jī)的迅 猛發(fā)展和普及計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)已進(jìn)入各個(gè)工業(yè)部門 承擔(dān)著生產(chǎn)過程的控制 監(jiān) 督和管理等任務(wù) 在工廠的控制室里 操作員可以通過顯示終端對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視 和操縱 鍵盤和顯示屏幕代替了龐大的控制儀表盤 控制室已經(jīng)變得越來越小 操作 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也越來越低 再以航天航空領(lǐng)域?yàn)槔?CAMAC 系統(tǒng)已經(jīng)代替了大量的測(cè) 量?jī)x器 擔(dān)負(fù)著實(shí)驗(yàn)室 總裝廠和發(fā)射場(chǎng)的各個(gè)測(cè)試和發(fā)射控制任務(wù) 使測(cè)試和發(fā)射 時(shí)間大大縮短 操作人員和特種車輛大大減少 發(fā)射場(chǎng)的指揮員在控制室或指揮車?yán)?就可以觀察到導(dǎo)彈或衛(wèi)星各個(gè)分系統(tǒng) 參考文獻(xiàn) 1 施文康 余曉芬 檢測(cè)技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 2 周森 郭永彩 高潮 用于大尺寸工件的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng) J 光學(xué)精密工程 2012 20 11 2472 2478 3 謝旭輝 羅志超 彈藥彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) J 國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2005 27 6 126 129 4 孫克梅 在線實(shí)時(shí)工件測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)開發(fā) J 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2004 21 4 89 90 5 于保華 胡小平 葉紅仙 內(nèi)孔珩磨尺寸在線氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2008 39 10 202 206 6 杜敏娟 珩磨氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中磨頭測(cè)量元件優(yōu)化設(shè)計(jì) D 蘭州理工大學(xué) 2012 7 龐明超 王俊元 曾志強(qiáng) 等 某炮彈藥筒內(nèi)孔尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)研究 J 包裝 工程 2014 3 17 6 10 8 石曉宇 多軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的分析與研究 D 中北大學(xué) 2012 9 官文 鏈?zhǔn)降稁?kù)及自動(dòng)換刀裝置的控制與檢測(cè)系統(tǒng)研究 D 北京工業(yè)大學(xué) 2012 10 李飛 零件質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究 D 華中科技大學(xué) 2006 11 SHU Bin The Application of PLC Controled Stepper Motor in the Classification of Store J Techniques of Automation and Applications 2009 28 11 71 79 12 董學(xué)文 陳白寧 基于 PLC 步進(jìn)電機(jī)位置閉環(huán)控制研發(fā)與應(yīng)用 J 設(shè)計(jì)與分析 2011 30 142 143 13 王道順 新型數(shù)字式氣動(dòng)量?jī)x J 工具技術(shù) 2001 23 1 33 35 14 徐志鵬 王宣銀 羅語溪 高壓氣動(dòng)比例減壓閥設(shè)計(jì)與仿真 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2011 42 1 209 222 15 Yongjie Shi Di Zheng Liyong Hu et al NC polishing of aspheric surfaces under control of constant pressure using a magnetorheological torque servo J The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2012 58 9 1061 1073 16 敖海平 氣嚢拋光接觸力控制系統(tǒng)研究 D 浙江工業(yè)大學(xué) 2012 17 魏汪洋 靳鯤鵬 C 從入門到精通 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 18 H Golnabi A Asadpour Design and application of industrial machine vision systems J Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2007 23 6 630 637 19 S B Dworkin T J Nye Image processing for machine vision measurement of hot formed parts J Journal of Materials Processing Technology 2006 174 1 1 6 20 王孝紅 韓丹 景紹洪 組態(tài)軟件上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā) J 信息技術(shù)與信 息化 2005 6 78 80 21 肖雄 某藥筒自動(dòng)較量機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) D 中北大學(xué) 2014 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 2 1 研究的問題 1 確定彈體零件尺寸測(cè)量采用的基本原理和方法 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 2 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 3 完成控制程序的編制 完成程序的驗(yàn)證 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)各工位的檢測(cè)方式 結(jié)合上料裝置 傳送裝置以及下料分 揀裝置的運(yùn)動(dòng)形式 設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體控制方案 根據(jù)控制方案所需實(shí)現(xiàn)的功能要求 統(tǒng) 計(jì)系統(tǒng)所需的 I O 點(diǎn)數(shù)和 A D D A 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 選擇合適的 PLC 主機(jī)以及相應(yīng)的 功能模塊 完成電氣元件的選型 搭建電氣控制系統(tǒng) 詳細(xì)闡述系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部位的驅(qū) 動(dòng)設(shè)計(jì) 配置 PLC 所需的功能模塊 然后完成系統(tǒng)所需電氣元件的硬件選型和電路設(shè)計(jì) 2 2 研究的途徑 采用 PC 與 PLC 相聯(lián)系的控制方式 PLC Programmable Logic Controller 以微處理器為核心 是一種為了滿足工 業(yè)生產(chǎn)需求而誕生的控制裝置 它的問世取代了傳統(tǒng)的繼電 接觸器成為控制系統(tǒng)的核 心 在工業(yè)生產(chǎn)制造 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 機(jī)電一體化方面得到了廣泛地應(yīng)用 該控制裝 置融合微機(jī)技術(shù) 具有抗干擾能力強(qiáng) 通用性強(qiáng) 運(yùn)算速度高 指令豐富 編程方便 擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 與繼電 接觸器控制方式相比 PLC 內(nèi)部電子電路中含有數(shù)量巨大 的用于接收開關(guān)量信號(hào)的繼電器類軟元件 為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制提供捷徑 而且隨著微機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展 它的功能早已超出了邏輯控制的范圍 例如能快速而 又方便地實(shí)現(xiàn) D A A D 轉(zhuǎn)換及 PID 運(yùn)算 實(shí)現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以及實(shí)現(xiàn) PLC 之間 PLC 與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能 它不僅可以控制一臺(tái)單機(jī) 一條生產(chǎn)線 還可以控制一個(gè)機(jī)群 許多條生產(chǎn)線 它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制 還可以用于遠(yuǎn)程控 制 綜合以上特點(diǎn)和功能 本文選用以 PLC 為核心的控制方式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)控 制 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程分為四個(gè)步驟 分別為方案設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 和系統(tǒng)調(diào)試 具體的設(shè)計(jì)流程如圖 3 1 所示 方案設(shè)計(jì) 確定被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)過程 擬定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 硬件設(shè)計(jì) 繪制電氣原理圖 根據(jù)電氣原理圖中的信號(hào)走向完成電氣元件的現(xiàn)場(chǎng) 安裝接線 軟件設(shè)計(jì) 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對(duì)硬件接線檢查無誤的情況下 進(jìn)行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié)果進(jìn)一 步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計(jì) 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止 控制任務(wù)分析 彈體自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是一種集順序控制 運(yùn)動(dòng)控制 過程控制于一體的機(jī)電一體化 產(chǎn)品 在控制系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)彈體各項(xiàng)尺寸的自動(dòng)檢測(cè) 控制方案如圖 3 2 所示 圖 3 2 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和安全可靠地運(yùn)行 從圖 3 2 中可以看到 PLC 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心 擔(dān)負(fù)著與各種測(cè)量?jī)x器的通信 各種開關(guān) 量 模擬量信號(hào)的接入 控制外圍繼電器的通斷 控制步進(jìn)電機(jī) 直流電機(jī)的運(yùn)行以及 通過 PLC 的串行接口實(shí)現(xiàn)與外圍檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換等任務(wù) 在硬件接線之前 必須根 據(jù)選定的電氣元件設(shè)計(jì)電氣原理圖 便于明確系統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互 關(guān)系以及控制信號(hào)的走向 該電氣系統(tǒng)主要應(yīng)用中間繼電器作為控制元件 將 PLC 的輸 出信號(hào)傳遞至各執(zhí)行元件 本檢測(cè)系統(tǒng)的控制主要包括 傳送裝置步進(jìn)電機(jī)的控制 螺旋升降平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的 控制 各檢測(cè)工位氣缸及氣動(dòng)夾爪的控制 內(nèi)徑測(cè)量中氣路的切換控制 根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)以 PLC 為核心的控制方案 結(jié)合各工位的運(yùn)動(dòng)形式 詳 細(xì)分析整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)流程與數(shù)據(jù)采集過程 統(tǒng)計(jì)所需的 I O 點(diǎn)數(shù)和 A D 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 完成 PLC 選型 電氣元件選型以及控制電路的搭建 詳細(xì)闡述系統(tǒng)動(dòng)力源 步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)方式 針對(duì)內(nèi)徑檢測(cè)對(duì)氣壓穩(wěn)定的要求 選取合適的氣壓控制元件 設(shè)計(jì)氣體閉環(huán) 穩(wěn)壓氣路 并對(duì)其工作原理和控制流程進(jìn)行詳細(xì)描述 采用 Windows 高級(jí)編程語言 C 完成上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的開發(fā) 通過與 PLC 通信 實(shí)現(xiàn) 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制以及測(cè)量數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 立 ACCESS 數(shù)據(jù)庫(kù) 完成測(cè)量數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ) 在 C 程序中編寫 SQL 語句實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的 操縱 分別設(shè)計(jì)系統(tǒng)登錄界面 主操作界面 測(cè)量結(jié)果信息統(tǒng)計(jì)界面 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程的 可視化 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見 戎劍同學(xué)所做的開題報(bào)告 研究目的與意義明確 文獻(xiàn)綜述對(duì)殼體零件的基本結(jié) 構(gòu) 工藝要求及特點(diǎn)等作了較充分的分析與論述 對(duì)擬采用的工藝路線進(jìn)行了初步分 析 語言簡(jiǎn)練 格式符合規(guī)范化要求 所提出的研究方案切實(shí) 可行 建議進(jìn)一步細(xì) 化技術(shù)路線及結(jié)構(gòu) 望該同學(xué)能積極工作 認(rèn)真鉆研 按照研究計(jì)劃合理安排時(shí)間 相信能圓滿順利 的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作 同意開題 指導(dǎo)教師 2016 年 3 月 21 日 所在系審查意見 同意開題 系主任 2016 年 3 月 21 日 I 某彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備開發(fā) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)進(jìn)行了彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā) 根據(jù)系 統(tǒng)的要求 通過 S7 200 PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制 設(shè)計(jì)了配套的控制方案 編 制對(duì)應(yīng)的控制程序來控制外圍繼電器回路 和控制氣動(dòng)控制回路 以及步進(jìn)電 機(jī) 料斗振動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行 本檢測(cè)系統(tǒng)的控制主要包括 升降平臺(tái)氣缸的控制 各檢測(cè)工位氣缸及氣動(dòng)夾爪的控制 以及相關(guān)電機(jī)的控制 本文具體設(shè)計(jì)了氣 壓控制系統(tǒng)和 PLC控制程序設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 彈體測(cè)量 S7 200 氣壓控制 程序 A projectile dimension automatic measuring equipment developmentControl system design Abstract Based on the size of a projectile automatic measurement equipment control system design requirements to achieve the automation of the detection system and safe and reliable application of S7 200 PLC as the core of the whole control system design of sequence control relay control program to control the periphery of the on off control pneumatic control circuit and the control of step motor dc motor running well This system mainly includes the control of transmission device of stepper motor control control of the lift platform cylinder the test for the control of cylinder and pneumatic clamping jaw Key words Projectile measurement S7 200 pneumatic control program 目 錄 摘要 I Abstract II 1緒論 1 1 1研究目的意義 1 1 2測(cè)試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1 2 可編程器簡(jiǎn)介 2 2 1PLC的基本結(jié)構(gòu) 2 2 2擴(kuò)展模塊 3 2 3 S7 200系列 PLC元件功能 3 2 4 程序編輯器 4 3氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3 1氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 8 3 2氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3 3氣動(dòng)控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容 9 3 4氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖繪制 9 4 系統(tǒng)控制與設(shè)計(jì) 11 4 1控制系統(tǒng)控制方式確定 11 4 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 11 4 3 控制任務(wù)分析 12 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 參考文獻(xiàn) 20 致謝 22 附錄 22 A程序指令 22 B梯形圖 30 第 1 頁 共 37 頁 1緒論 1 1研究目的意義 當(dāng)今社會(huì)自動(dòng)化測(cè)量廣泛存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和人民生活的各個(gè)方 面 自然科學(xué)所闡明的一般規(guī)律 定理 往往都是以測(cè)量為基礎(chǔ)的 在現(xiàn)代自動(dòng) 化生產(chǎn)制造技術(shù)中 測(cè)量技術(shù)的地位越來越重要 尤其是測(cè)量自動(dòng)化 因?yàn)槠?測(cè)量精度的高 效率高 自動(dòng)化的測(cè)量設(shè)備研發(fā)成為一個(gè)重要的方向 炮彈是世界各國(guó)武器應(yīng)用最為廣泛的武器裝備 其特點(diǎn)是品種多 批量大 能裝備所有品種 為滿足部隊(duì)的需要 炮彈的生產(chǎn)的自動(dòng)化水平需要提高 實(shí) 施現(xiàn)代化技術(shù)改造 推廣先進(jìn)的制造技術(shù)和高新自動(dòng)化生產(chǎn)為主的在線自動(dòng)測(cè) 量技術(shù) 成為我國(guó)炮彈制造生產(chǎn)的一項(xiàng)重要任務(wù) 1 2測(cè)試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國(guó)國(guó)防建設(shè)的大事 也是軍工企業(yè)的生命線 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在的機(jī)械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對(duì)產(chǎn)品加工精度的要求 也越來越高 保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測(cè)量 歷經(jīng)幾十年的發(fā)展 我國(guó) 彈藥生產(chǎn)行業(yè)的制造技術(shù)水平有了明顯的提升 生產(chǎn)能力有了顯著發(fā)展 但在 彈體測(cè)量方面 對(duì)彈體內(nèi)外徑和形狀誤差測(cè)量的精確性和快速性和國(guó)外相比還 存在一定的差距 目前國(guó)內(nèi)多所大學(xué)投入到此類的研究中 1 我國(guó)通過研制出的激光位移傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng) 3 可以應(yīng)用于單 套尺寸的測(cè)量中 其中使用到 伺服電機(jī) 激光位移傳感器以及控制中心可編 程控制邏輯控制器 其中測(cè)試的時(shí)候通過上位工控機(jī) 對(duì) PLC進(jìn)行控制 最終 將執(zhí)行動(dòng)作的指令下發(fā)到 執(zhí)行設(shè)備中 可以測(cè)試 彈頭到彈體尾部的各個(gè)形 狀的尺寸 其中可以記性曲線 以及臺(tái)階形狀的幾何體 2 浙江大學(xué)的研發(fā)的在線氣動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 基于對(duì)背壓式氣動(dòng)測(cè)量原理 通過詳細(xì)分析利用壓電原理 傳感器在不同壓力下產(chǎn)生不等的電壓 壓力信號(hào) 通過變送器 將產(chǎn)生的微弱電壓放大 5 變換為電信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸模塊將測(cè) 量數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理顯示模塊 同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)反饋控制部分 這對(duì)孔 徑測(cè)量設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了好的案例 根據(jù)前人的研究和實(shí)踐 在彈體測(cè)量的自動(dòng)化系統(tǒng)研究中 吸取經(jīng)驗(yàn)和技 術(shù) 所以在本次設(shè)計(jì)中主要研究?jī)?nèi)容安排如下 第 2 頁 共 37 頁 1 完成測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在基于彈藥尺寸測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的總體框架 以及對(duì)相應(yīng)使用設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 2 根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的總體方案 對(duì)選用的設(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計(jì) 3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)測(cè)量機(jī)構(gòu)的構(gòu)成工位的檢測(cè)方式 結(jié)合上料裝置 物料傳送裝置以及 分揀下料裝置的運(yùn)動(dòng)形式 設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體控制方案 根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制方案要 求 規(guī)劃控制邏輯 并統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)和模擬量控制通道數(shù) 根據(jù)硬件系統(tǒng) 配置好相應(yīng)模擬量通道的參數(shù) 選擇合適的 PLC 主機(jī)以及相應(yīng)的功能模塊 完 成電氣元件的選型 搭建電氣控制系統(tǒng) 詳細(xì)闡述系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部位的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 2 可編程器簡(jiǎn)介 2 1PLC 的基本結(jié)構(gòu) 西門子 S7 200系列 PLC是一種小型的可編程控制邏輯器件 可分為 6部 分 中央處理單元 CPU 編程器 輸入電路 輸出電路 存儲(chǔ)器 電源 中央處理器單元是 PLC 執(zhí)行邏輯控制的核心 其運(yùn)算速度的快慢標(biāo)志著 PLC 的執(zhí)行速度 表示其性能的優(yōu)良 27 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱 為用戶程序存儲(chǔ)器 各種 PLC 的 CPU 最大尋址空間各不相同 根據(jù) PLC 工作 原理 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域 1 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 2 系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū) 包括 I O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等 3 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)包括 I O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備 如 邏輯線圈 數(shù)據(jù)寄存器 計(jì)時(shí)器 計(jì)數(shù)器 變址寄存器 累加器等存儲(chǔ)器 具 體分為 1 I O 映象區(qū) 2 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 3 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 輸入 輸出模塊是 PLC 進(jìn)行控制邏輯執(zhí)行的重要構(gòu)成 其中輸入模塊是對(duì) 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān)等開關(guān)量進(jìn)行采集的 并且輸入模塊的采集是在 PLC 開啟以后始終在不停的掃描 輸出模塊是實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)設(shè)備控制的關(guān)鍵部分 第 3 頁 共 37 頁 輸出模塊的控制電壓是是 24V 所以真正的實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)電機(jī)等設(shè)備的三相電的 控制需要繼電器和接觸器等設(shè)備間接實(shí)現(xiàn) 那么此時(shí)控制順序就是 24V 的弱點(diǎn) 控制 220V 380V 或者更高的電壓 比如本次設(shè)計(jì)中就用到了氣缸控制閥中的 電磁閥 2 2擴(kuò)展模塊 數(shù)字量輸入 輸出模塊是擴(kuò)展可編程控制器的重要設(shè)備 在當(dāng) PLC 的控制點(diǎn) 數(shù)少了 不符合系統(tǒng)項(xiàng)目建立的點(diǎn)數(shù)要求時(shí) 就必須使用輸入 輸出模塊使擴(kuò)展 模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)數(shù)的增加 數(shù)字量輸入 輸出模塊是與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的控制點(diǎn)數(shù)或工 業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口 現(xiàn)場(chǎng)采集的輸入信號(hào) 如行程開關(guān) 限位開關(guān)量 模擬量輸入 輸出模塊是工廠自動(dòng)化必須具備的控制器件 模擬量輸入模塊 在工廠中可以采集壓力 流量 溫度 電壓 電流等信號(hào) 這些都要通過輸入 模塊送到 PLC 這個(gè)過程中需要編制程序 量采對(duì)模擬機(jī)的信號(hào)進(jìn)行處理后 實(shí)現(xiàn)儀表式的可以供人類進(jìn)行讀取的數(shù)字信息 由于這些傳感器信號(hào)電平各式各樣 而可編程控制器 CPU所處理的信息只 能是標(biāo)準(zhǔn)電平 所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC能夠接受和處理的數(shù) 字信號(hào) 比如 PLC可以對(duì)采集回來的電壓信號(hào)進(jìn)行處理 采集范圍可以設(shè)置 采集電壓的范圍 0到 5V 0 到 10V的電壓 也可以采集電流信號(hào) 其采集的范 圍是 4到 20mA 由于傳感器的信號(hào)電流是不一的 所以要通過信號(hào)變送器將傳 感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化為 PLC可以采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 輸出模塊可以驅(qū)動(dòng)如電磁閥 燈 光顯示 當(dāng)一個(gè) PLC中心單元的 I O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí) 就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展 擴(kuò)展接 口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的 本次設(shè)計(jì)應(yīng)用的是西門子的模擬 量擴(kuò)展模塊 EM223 該模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)的擴(kuò)展 完成對(duì)氣動(dòng)系 統(tǒng)的邏輯控制 2 3S7 200 系列 PLC 元件功能 1 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型 S7 200系列 PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串 布爾型 0 或 1 整數(shù)型和實(shí)數(shù)型 浮點(diǎn)數(shù) 布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號(hào)整數(shù) 整數(shù)型數(shù)包括 16位符號(hào)整數(shù) INT 和 32位符號(hào)整數(shù) DINT 第 4 頁 共 37 頁 2 編程元件 1 輸入映像寄存器 I 輸入繼電器 2 變量存儲(chǔ)器 V 3 內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器 中間繼電器 M 4 特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器 SM 5 定時(shí)器 T 6 計(jì)數(shù)器 C 7 累加器 AC 2 4 程序編輯器 本設(shè)計(jì)中的程序設(shè)計(jì)使用的是 STEP7 MicroWin編程軟件 使用的是梯形圖 的編程模式 這樣有利于控制邏輯的識(shí)別 有利于編程人員發(fā)現(xiàn)控制邏輯的錯(cuò) 誤 該編程軟件還可以對(duì) PLC進(jìn)行在線監(jiān)控調(diào)試 這樣也有利于編程人員快速 的完成編程任務(wù) 同時(shí)該軟件還可以導(dǎo)出 awl 文件 這樣可以導(dǎo)入到仿真軟 件中進(jìn)行仿真調(diào)試 由于本次編制的控制程序基本是邏輯上的控制 所以 程 序在仿真軟件中可以很好的運(yùn)行 但是對(duì)于復(fù)雜的程序 比如有子程序 中斷 的程序就很難在仿真軟件中運(yùn)行 在程序設(shè)計(jì)完成之后要下載到 PLC中進(jìn)行調(diào)試 有的 PLC 可以通過仿真軟 件進(jìn)行仿真調(diào)試 但是其調(diào)試結(jié)果的可信度很低 參考價(jià)值極低 所以要將編 制好的程序下載到 PLC中進(jìn)行實(shí)際的調(diào)試 軟件則具體的操作步驟如下 1 首先登錄 STEP7 Micro WIN 軟件界面 如圖 2 1 所示 第 5 頁 共 37 頁 圖 2 1 登錄軟件界面 2 進(jìn)入 STEP7 Micro WIN 軟件之后 打開項(xiàng)目進(jìn)行新建程序 如果已 經(jīng)建立好了 可以直接進(jìn)入項(xiàng)目 然后選擇相應(yīng)的 PLC 型號(hào) 如圖所示 2 2 所 示 圖 2 2 PLC 型號(hào)選擇 3 完成程序編制后 對(duì) PLC 與 PC 機(jī)的通訊進(jìn)行通訊前準(zhǔn)備 首先要在 第 6 頁 共 37 頁 通訊的接口進(jìn)行設(shè)置 如果使用的是 USB 485 的通訊電纜則選擇 COMX 通訊 口進(jìn)行 PC 機(jī)與 PLC 的對(duì)接 其次還要設(shè)置通訊協(xié)議 具體如圖 2 3 所示 圖 2 3 PLC 站地址及通信模式設(shè)置 4 完成程序下載的任務(wù)之后 就可以對(duì)程序進(jìn)行在線監(jiān)視調(diào)試 如圖 6 4 所示是程序在線監(jiān)視和調(diào)試相關(guān)按鈕 如果想看程序運(yùn)行的具體情況 可以 進(jìn)入程序之前的而程序編程框進(jìn)行軟元器件的監(jiān)視 如圖 6 5 所示 圖 2 4 PLC 程序監(jiān)視按鈕 第 7 頁 共 37 頁 圖 2 5 PLC 程序軟元件監(jiān)視 本次只用的仿真軟件是第三方軟件 這樣在仿真模擬時(shí)候會(huì)有很多的問題 所以這樣的仿真調(diào)試只能是參考性的 最終的控制程序需要在實(shí)體 PLC 中進(jìn)行 運(yùn)行調(diào)試完成 如圖 2 6 所示 是仿真軟件 圖 2 6 S7 200 仿真軟件 設(shè)計(jì)過程中對(duì)編制好的程序進(jìn)行了仿真 第一步 先進(jìn)行仿真文件的配置 即導(dǎo)出 awl 文件 第二步 進(jìn)入仿真軟件 進(jìn)行 PLC 類型型號(hào)的配置 以及 第 8 頁 共 37 頁 相關(guān)擴(kuò)展的數(shù)字量模塊進(jìn)行配置 如圖 2 7 所示 配置好的 PLC 及擴(kuò)展模塊的 界面 圖 2 7 配置 PLC 和擴(kuò)展設(shè)備 3氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 氣動(dòng)控制系統(tǒng)由 動(dòng)力元件 控制元件 傳感元件組成 氣動(dòng)發(fā)生裝置一般 為空氣壓縮機(jī) 它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能 氣動(dòng)執(zhí)行元件 則將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 完成規(guī)定動(dòng)作 在這兩部分之間 根據(jù)機(jī)械或設(shè)備 工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的需求 按一定順序?qū)⒏鞣N控制元件 壓力控制閥 流量控制閥 方向控制閥和邏輯元件 傳感元件和氣動(dòng)輔件連接起來 3 2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 37 頁 在彈體尺寸測(cè)量系統(tǒng)中 要求實(shí)現(xiàn)有四個(gè)工位的驅(qū)動(dòng)氣缸 并且有一個(gè)傳 動(dòng)盤上下的驅(qū)動(dòng)氣缸 在具體的控制過程中 每個(gè)氣缸都要進(jìn)行上下的移動(dòng) 即進(jìn)工位和復(fù)位的控制 這樣就需要三位四通的控制閥 對(duì)方向進(jìn)行控制 2 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) 1 先了解設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)控制對(duì)象的用途和使用環(huán)境 2 初步設(shè)定工作的循環(huán)過程 簡(jiǎn)單的形成控制回路 并依據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 進(jìn)行元器件的類型 規(guī)格 性能的選擇 完成選型工作 3 對(duì)每一個(gè)執(zhí)行元件在進(jìn)行與氣壓泵連接時(shí)的控制單元精細(xì)的選擇 搞 清楚其中的互鎖 同步的問題 不能發(fā)生干繞 4 設(shè)計(jì)好相關(guān)電控器件 并對(duì)限位開關(guān)的位置進(jìn)行合理的選擇 3 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 對(duì)空氣壓縮機(jī)的供氣量 Qg 可進(jìn)行計(jì)算 按下式簡(jiǎn) 單估算 Qg N 1 2 1 5 QZ QO m3 min 式中 QZ 一臺(tái)機(jī)器的用氣量 QO 機(jī)器和配管的漏氣量 N 工作臺(tái)數(shù) 3 3氣動(dòng)控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容 在本彈體自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的彈體測(cè)量頭設(shè)計(jì) 將彈體的底 厚測(cè)量放在工位一 用到的是位移傳感器 彈體的總長(zhǎng)測(cè)量設(shè)計(jì)在二工位中進(jìn) 行 用到的是位移傳感器 三工位進(jìn)行的是彈體的口內(nèi)徑測(cè)量 用到的是氣動(dòng) 測(cè)量?jī)x 四工位進(jìn)行的是彈體的口外徑測(cè)量 用到的是激光測(cè)徑儀 由于氣動(dòng) 控制的要求 系統(tǒng)通過三位四通電磁閥 同時(shí) 由于控制系統(tǒng)中的導(dǎo)氣管 容 器和附設(shè)裝置存在著氣容和氣阻現(xiàn)象 在實(shí)際控制中 氣體的氣壓 流量和速 度將會(huì)發(fā)生振蕩 直接影響控制的精度 為此 在系統(tǒng)中引入壓力表 實(shí)時(shí)對(duì) 導(dǎo)氣管中的壓力 進(jìn)行壓力檢測(cè) 以滿足實(shí)際氣動(dòng)控制的進(jìn)行 同時(shí)在氣路中 加入空氣過濾器 對(duì)氣體進(jìn)行一定的過濾 保護(hù)氣控設(shè)備有長(zhǎng)久的使用壽命 3 4氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖繪制 氣動(dòng)控制原理圖如圖 3 1所示 第 10 頁 共 37 頁 圖 3 1 氣動(dòng)控制原理圖 第 11 頁 共 37 頁 4 系統(tǒng)控制與設(shè)計(jì) 4 1控制系統(tǒng)控制方式確定 根據(jù)彈體檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制要求 必須根據(jù)控制要求選擇合適的控制 方式 其中最主要的有繼電 接觸器控制方式 單片機(jī)控制方式以及 PLC 與 PC 機(jī)相連的控制方式 它們的優(yōu)缺點(diǎn)如下 1 可靠性高 基于工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求所設(shè)計(jì) 一個(gè)芯片內(nèi)部集成多個(gè)信號(hào)通道 擁有比 一般通用 CPU 強(qiáng)的抗噪干擾能力 2 易于擴(kuò)展 3 控制能力強(qiáng) 為了滿足工業(yè)控制要求 單片機(jī)指令系統(tǒng)包含豐富的位處理指令 I O 口 的邏輯操作以及分支轉(zhuǎn)移功能指令 4 單片機(jī)采用了面向控制的指令 便于設(shè)計(jì)人員使用 5 價(jià)格低廉 3 采用上位機(jī)與 PLC 相聯(lián)系的控制方式 實(shí)現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以 及實(shí)現(xiàn) PLC 之間 PLC 與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能 它不僅可以控制一 臺(tái)單機(jī) 一條生產(chǎn)線 還可以控制一個(gè)機(jī)群 許多條生產(chǎn)線 它不但可以進(jìn)行 現(xiàn)場(chǎng)控制 還可以用于遠(yuǎn)程控制 綜合以上特點(diǎn)和功能 本文選用以 PLC 為 核心的控制方式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制 在 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中 應(yīng) 先確定被控對(duì)象 詳細(xì)分析其運(yùn)動(dòng)形式 運(yùn)動(dòng)流程以及工作特性 在此基礎(chǔ)之 上制定電氣控制方案 其中 控制內(nèi)容包括時(shí)間 速度 行程控制以及電壓 電流的控制等 為了便于操作人員 還需確定系統(tǒng)相應(yīng)的操作方式 包括手動(dòng) 自動(dòng)以及出現(xiàn)故障時(shí)的自動(dòng)報(bào)警和相關(guān)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)顯示等 最后選擇能夠滿足 控制要求的 PLC 機(jī)型和實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)形式所需的電氣元件 綜合考慮系統(tǒng)的技 術(shù)方案和工藝復(fù)雜性 最終進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試 4 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要前后進(jìn)行充分準(zhǔn)備 具體的過程分別為方案設(shè)計(jì) 設(shè)備選 型 程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試 方案設(shè)計(jì) 確定氣缸 電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程和順序 協(xié)調(diào)機(jī)械結(jié)構(gòu)擬定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 第 12 頁 共 37 頁 方法 根據(jù)彈體的測(cè)試流程及要求確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 設(shè)備選型 根據(jù)控制邏輯 確定控制的輸入輸出點(diǎn) 繪制電氣原理圖 確 定 PLC型號(hào) 并選擇相應(yīng)輔助設(shè)備 程序設(shè)計(jì) 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對(duì)硬件接線檢查無誤的情況下 進(jìn)行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié) 果進(jìn)一步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計(jì) 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止 4 3 控制任務(wù)分析 該彈體自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是集順序控制 運(yùn)動(dòng)控制 過程控制于一體的機(jī)電一 體化系統(tǒng) 在控制系統(tǒng)的管理下 實(shí)現(xiàn)彈體要求的各項(xiàng)尺寸自動(dòng)檢測(cè) 控制流 程如圖 4 1 所示 圖 4 1 控制流程 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和安全可靠地運(yùn)行 從圖 4 1中可以看到 本設(shè)計(jì)所選的 S7 200控制外圍繼電器的通斷 控制步 第 13 頁 共 37 頁 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 氣缸的推動(dòng) 直流電機(jī) 系統(tǒng)整體運(yùn)行方式為 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)料斗盤振動(dòng)將工件送入檢測(cè)系統(tǒng) PLC 根據(jù)來料檢測(cè)傳感器開關(guān)量信號(hào)的輸入情況 按照預(yù)先編制好的程序 驅(qū) 動(dòng)升降氣缸帶動(dòng)傳送裝置上升至定位傳感器的有效監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi) 然后驅(qū)動(dòng)機(jī)械 手臂夾取彈料 PLC 給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的信號(hào) PLC 間接地通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 器實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī) 通過步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的物料盤 進(jìn)行一工位 二工 位 三工位 四工位的轉(zhuǎn)換 然后 各工位按照規(guī)定的檢測(cè)方式對(duì)被測(cè)工件的 相應(yīng)尺寸進(jìn)行檢測(cè) 檢測(cè)完畢后 PLC 將采集到的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī) 上位機(jī)根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷工件合格與否 當(dāng)判斷出彈料是否合格后 通過 PLC 控制分揀氣缸作出相應(yīng)的分揀動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件總長(zhǎng) 底厚的檢測(cè) 具體工作 時(shí)序如圖 4 2所示 圖見下頁 第 14 頁 共 37 頁 圖 4 2 工作時(shí)序 第 15 頁 共 37 頁 PLC主機(jī)通過與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)接 通過編制好的程序讀取測(cè)量采集 系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部寄存器中 導(dǎo)桿氣缸驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)測(cè)頭做直線 往復(fù)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)徑值的檢測(cè) PLC 主機(jī)通過 RS 485 串口實(shí)現(xiàn)與氣電電 子柱測(cè)微儀的通信 根據(jù)測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)傳輸格式計(jì)算通信地址 通過編制程 序 RS485通訊接口 或者以太網(wǎng)的通訊模式與測(cè)量模塊進(jìn)行通訊 讀取氣電電 子柱測(cè)微儀檢測(cè)到的測(cè)量數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部寄存器中 PLC 根據(jù)預(yù)先設(shè)置好步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度 通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 從而控制升降平臺(tái)的上升和下降 實(shí)現(xiàn)工件 4處彈體相 關(guān)尺寸的檢測(cè) PLC 主機(jī)通過 RS 485 串口實(shí)現(xiàn)與測(cè)徑儀的通信 根據(jù)測(cè)量?jī)x 器的數(shù)據(jù)傳輸格式計(jì)算通信地址 通過編制程序讀取激光測(cè)徑儀檢測(cè)到的測(cè)量 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部寄存器中 PLC 將所讀取到的數(shù)據(jù)處理為十進(jìn)制數(shù)之后 發(fā)送至上位機(jī) 由以上動(dòng)作過程可知 該控制系統(tǒng)的輸入控制信號(hào)主要包括三部分 系統(tǒng) 運(yùn)行狀況 工位運(yùn)行限位開關(guān)信號(hào) 零件檢測(cè)信號(hào) 并確定了 PLC的控制輸入 輸出控制點(diǎn) 則 I O分配表如表 4 1所示 表 4 1 I O分配表 1 Q2 4 直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) KM3 2 I1 4 放松到位 SQ13 3 Q1 1 四工位復(fù)位 YA10 4 Q0 7 三工位復(fù)位 YA8 5 Q0 5 二工位復(fù)位 YA6 6 Q0 3 一工位復(fù)位 YA4 7 M0 4 開始檢測(cè) 8 Q2 3 有殘品 KM2 9 Q2 1 放松 YA12 10 Q2 2 轉(zhuǎn)動(dòng)盤 KM1 11 Q2 0 夾緊 YA11 12 I2 0 啟動(dòng)程序 SB1 13 M0 3 不合格品 第 16 頁 共 37 頁 14 M0 1 復(fù)位判斷 15 M0 0 起始 16 I1 1 四工位到位 SQ9 17 I0 7 三工位到位 SQ7 18 I0 5 二工位到位 SQ5 19 I0 3 一工位到位 SQ3 20 Q1 0 四工位驅(qū)動(dòng) YA9 21 Q0 6 三工位驅(qū)動(dòng) YA7 22 Q0 4 二工位驅(qū)動(dòng) YA5 23 Q0 2 一工位驅(qū)動(dòng) YA3 24 I1 2 四個(gè)復(fù)位到 SQ10 25 I1 0 三工位復(fù)位到 SQ8 26 I0 6 二工位復(fù)位到 SQ6 27 I0 4 一工位復(fù)位到 SQ4 28 I0 2 下移到位 SQ2 29 Q0 1 轉(zhuǎn)盤下移 YA2 30 I1 5 轉(zhuǎn)動(dòng)到位 SQ12 31 I0 1 上升到位 SQ1 32 Q0 0 轉(zhuǎn)盤上升 YA1 33 I0 0 料斗來料 SQ11 系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)包括啟動(dòng) 停止 通過按鈕的斷開 閉合實(shí)現(xiàn) 其中系統(tǒng) 的運(yùn)行和停止通過上位機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn) 因此需 1個(gè) I O 輸入點(diǎn) 接近開關(guān)感 應(yīng)信號(hào)限位開關(guān)包括各檢測(cè)工件的來料信號(hào)檢測(cè)和傳送裝置定位檢測(cè) 共需 9 個(gè) I O 輸入點(diǎn) 限位開關(guān)控制信號(hào)用來判斷升降平臺(tái)的行程 需 3 個(gè) I O 輸 入點(diǎn) 機(jī)械手臂的夾取需要一個(gè)限位開關(guān)的限制 以防夾取壓力太大 對(duì)零件 有傷害 對(duì)于本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)共需 14個(gè)輸入點(diǎn) 但在選擇 PLC 型號(hào)時(shí)一定 要留有控制點(diǎn)余量 系統(tǒng)的輸出信號(hào)主要包括直流電機(jī)的控制 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)控制 第 17 頁 共 37 頁 電磁閥換向控制以及測(cè)量模塊移動(dòng)切換控制 對(duì)于直流電機(jī)的控制 本系統(tǒng)要 求實(shí)現(xiàn)起停即可 因此需 1 個(gè) I O 輸出點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降平臺(tái) 而步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)采用專用驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng) 其運(yùn)轉(zhuǎn)需要一的輸出點(diǎn)進(jìn)行控制 PLC 通過控制電磁閥換向來實(shí)現(xiàn)氣缸的伸縮控制 測(cè)量模塊移動(dòng)的切換控制 因此需 10 個(gè) I O 輸出點(diǎn) 為了使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更加直觀 方便操作人員 需設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)指示燈 分別對(duì)應(yīng)以上的系統(tǒng)啟動(dòng) 關(guān)閉輸出點(diǎn) 因此 系統(tǒng) 共需 15 個(gè)輸出點(diǎn) 控制系統(tǒng)中輸入輸出 I O 控制變量點(diǎn)的分配如表 4 1 所 示 本文彈體尺寸測(cè)量系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的 S7 200 系列的 CPU224XP 型 PLC 作為主控制模塊核心器件 該機(jī)型屬于 S7 200 系列的加強(qiáng)型 功能 齊全 具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力 而且外圍 I O 資源豐富 有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 其端口可以進(jìn)行自由通信 modbus 通訊模式的選擇 等強(qiáng)大功能 可以便捷的 進(jìn)行 I O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展 不需要程序的初始化 如圖 4 2所示 為 PLC CPU224XP 圖 4 2 CPU224XP 第 18 頁 共 37 頁 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在硬件接線之前 必須根據(jù)選定的電氣元件設(shè)計(jì)電氣原理圖 便于明確系 統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互關(guān)系以及控制信號(hào)的走向 該彈體尺寸 測(cè)量系統(tǒng)的強(qiáng)電系統(tǒng)主要應(yīng)用中間繼電器的常開觸點(diǎn)作為控制元件控制氣缸的 啟動(dòng)和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào) 將 PLC 的輸出信號(hào)傳遞至各執(zhí)行元件 即 DC24V的電 壓控制高電壓 具體有以下幾個(gè)功能 1 PLC 對(duì)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 2 控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)物料盤的振動(dòng) 3 控制氣缸電磁換向閥 并且對(duì)氣缸運(yùn)行位置檢測(cè) 4 與測(cè)量設(shè)備進(jìn)行通訊 主回路主要由低壓斷路器和開關(guān)電源及主要用電設(shè)備組成 低壓斷路器不 僅可以接通和切斷主要用電設(shè)備所在電路 還可為各用電設(shè)備提供自動(dòng)保護(hù)措 施 而 DC24V直流穩(wěn)壓電源主要用來為各用控制類型的電氣設(shè)備提供其所需的 工作電壓 控制回路由電磁閥 中間繼電器和檢測(cè)傳感器等構(gòu)成 對(duì)應(yīng)主回路 中的四個(gè)低壓斷路器 分別是步進(jìn)電機(jī)控制電路 PLC 電路以及電磁閥控制回 路 控制電路板實(shí)物圖如圖 4 3 所示 傳送裝置工作主要由步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)升降設(shè)備控制 同時(shí)利用行程開關(guān)檢 測(cè)傳送裝置是否到位 或者用磁性開關(guān)檢測(cè)氣缸中活塞的位置 將這些信號(hào)反 饋至 PLC 繼而控制傳送裝置的運(yùn)動(dòng)和停止 彈料的抓取和測(cè)量器件的驅(qū)動(dòng)都是氣缸實(shí)現(xiàn) 他們的具體運(yùn)動(dòng)邏輯由 PLC 控制 PLC 的輸出端通過中間繼電器的觸點(diǎn)控制電磁閥的動(dòng)作 即氣缸的進(jìn)氣 和排氣 在氣缸上安裝的磁性開關(guān)檢測(cè)氣缸中活塞的位置并對(duì) PLC 進(jìn)行反饋 升降平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)氣缸控制 并由限位開關(guān)檢測(cè)平臺(tái)的位置信號(hào) 然后將位 置信號(hào)反饋至 PLC PLC 再控制電機(jī)動(dòng)作 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)行程的控制 圖見下頁 第 19 頁 共 37 頁 第 20 頁 共 37 頁 圖 4 3 電氣控制原理圖 第 21 頁 共 37 頁 參考文獻(xiàn) 1 施文康 余曉芬 檢測(cè)技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 2 周森 郭永彩 高潮 用于大尺寸工件的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng) J 光學(xué)精密工程 2012 20 11 2472 2478 3 謝旭輝 羅志超 彈藥彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) J 國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2005 27 6 126 129 4 孫克梅 在線實(shí)時(shí)工件測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)開發(fā) 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