毕业论文-基于plc的传送带自动化流水线设备控制系统设计

基于PLC的传送带自动化流水线设备控制系统设计摘要汽车发动机市场竞争日益加剧，多品种混合装配流水线也陆续上市。汽车发动机混流装配生产线是对不同型号发动机顺序装配的流水线工艺过程,混流装配生产线规划设计的好坏决定了能否实现生产线负荷、品种、产量的均衡化生产。带式输送线效率的提高可以通过操作水平的提高来实现。通过协调两个或两个以上的内部子系统的运作效率，或通过系统组件和时间的协调，或通过系统和人工操作的协调来提高能源系统的运作效率。它们协调带式输送机的开/关状态和时间，以实现更高的运作效率，以此实现更高的性能效率。关键词发动机流水线；带式输送线；自动控制；THEDESIGNOFENGINECONTROLCONVEYORMANIPULATORSYSTEMABSTRACTAUTOMOBILEENGINEMARKETCOMPETITIONISINCREASINGLYMOREINTENSIFYING，MANYKINDSOFMIXEDASSEMBLYLINEAREDESIGNEDBYPERSONANDUSEDFORFACTORIESDIFFERENTKINDSOFMIXEDASSEMBLYLINEISUSEDTOPRODUCTDIFFERENTKINDSOFAUTOMOBILEENGINEFORDIFFERENTTECHNOLOGIES,MIXEDFLOWASSEMBLYLINEPLANNINGANDDESIGNISGOODORNOTDETERMINESTHEREALIZATIONOFLINELOADEQUALIZATION,VARIETIES,OUTPUTPRODUCTIONTOENHANCETHEEFFICIENCYOFBELTCONVEYORSCANBEDONEBYRAISINGTHELEVELOFOPERATIONTHROUGHTHECOORDINATIONOFTWOORMORETHANTWOOPERATIONALEFFICIENCYOFTHEINTERNALSUBSYSTEMS,ORTHROUGHTHECOORDINATIONOFSYSTEMCOMPONENTSANDTIME,ORTHROUGHCOORDINATESYSTEMANDMANUALOPERATIONTOIMPROVETHEOPERATIONALEFFICIENCYOFTHEENERGYSYSTEMTHEYCOORDINATETHEON/OFFSTATEOFBELTCONVEYORANDTIME,INORDERTOACHIEVEHIGHEREFFICIENCY,TOACHIEVEHIGHERPERFORMANCEEFFICIENCYKEYWORDSTHEENGINEASSEMBLYLINEBELTCONVEYORSAUTOMATICCONTROL引言绪论第1章总体方案设计11课题介绍12方案设计及工艺参数121方案设计122工艺参数13系统架构及工作流程图第二章传送带传动及调速系统的设计21电动机的介绍及选用211电动机选用及运行参数212电力拖动系统及变频调速22光传感器的介绍及选用221光电传感器的分类222常用参数223光电传感器选用原则23变频调速及变频器的选用231变频器简介232变频器的分类233变频器中常用的控制方式24本章小结第三章物件搬运系统的设计31总体设计思路31气缸的介绍及选用311气动元件及双向活塞式气缸312气缸工作原理32电磁阀的介绍及选用321电磁阀简介及分类322电磁阀工作原理图323电磁阀的选用33本章小结第四章自动控制系统的设计及软件编写41可编程控制器简介411PLC的基本结构和主要特点412PLC的应用领域42I/O口确定及PLC的选取421控制要求分析422输入接口确定423输出接口确定43I/O分配及主要器件的I/O连接图第五章变速箱参数计算与选择1齿轮计算2轴计算结论与展望感谢绪论自动化流水线是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低后者因设计复杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。自动化流水设备的开发设计提高了工作效率。自动化流水线设备技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。自动化流水线设备是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。在现今的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，自动化流水线设备的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对自动化流水线设备表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，汽车工业的日益发展，汽车流水线生产以及迫不及待的出现历史的舞台上，配合可编程控制器（PLC）控制性更强，应变更灵活，操作更简单，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。本次设计正是基于PLC控制系统，控制一个自动化发动机生产流水线的设计。对于生产流水线的组成及自动化的基础建设有着重要的意义。第1章总体方案设计11课题介绍本次设计是基于PLC的传送带自动化流水线设备控制系统。在这个系统中，有两条传送带。当物件F放置在甲传送带上，传送到快要接近自动化流水线设备的时候时，在实现自动减速并前停止在自动化流水线设备的正下方。自动化流水线设备自动降下抓起物件移至乙传动带上方放下物件，物件F由乙传送带运走，并在需要的时候自动减速、停止。在自动化流水线设备抓起物件后，甲传送带继续运行并且将下一个物件运至自动化流水线设备的正下方。自动化流水线设备放下物件在乙传送带后自动返回原位抓起下一个物件。如图11传送带甲传送带乙抓放F图1112方案设计及工艺参数121方案设计为了实现既定目标主要是要解决3个问题传送带物件自动减速停止的实现；自动化流水线设备自动抓取放置返回的实现；传送带、自动化流水线设备再启动的条件。其整体结构入如下（图12）传送带物件自动停止的实现主要是采取光传感器的使用，在传感器检测到物件后，发送信息给PLC，由PLC通过变频器控制电机实现传送带的减速、停止功能。自动化流水线设备移动抓取是通过PLC控制电磁阀对汽缸进行充气来控制自动化流水线设备的上下左右移动，并使用PLC的定时功能实现抓放功能。传送带、自动化流水线设备的自动启动停止是PLC直接控制。PLC传感器电磁阀汽缸自动化流水线设备传送带变频器图12整体结构框图这里采用的是FX2N系列的PLC，因为整个系统的工作流程是一环环相套的。都是由前一个状态触发后一个状态，所以这里采用的是步进控制系统，传感器、自动化流水线设备的限位作为输入信号，控制信号作为输出信号。在整体的设计构思中，全部以工业实际应用的效果为出发点，所以要低成本，高效率、高安全性和稳定性。同时考虑到这种传送带自动化流水线设备工作单元是流水线上使用较多的基础单元，所以在传感器的选取、自动化流水线设备的控制方式上采用了较常见和简单的设计。这样可以让使用范围更宽阔。如果有更为精确的需要，只要将其中的一些部件按照精度要求更换即可。122工艺参数电动机功率为12KW传送带宽度1M传感器有效范围125M变频器13系统架构及工作流程图根据此次设计所要实现的目标，可以将整个工作单元分成三个运行系统1、传送带传动调速系统；2、物件升降系统；3、各部分硬件的自动控制系统。其中，自动控制系统又可以称为中央控制系统，由一个中央处理器（这里使用可编程控制器即PLC）为主控单元，接受从信号采集器件即传感器处采集来的信号，经过处理发送给各部分硬件执行相应的操作。从而实现传动系统的调速功能。具体系统工作流程图如下（图13）发动机部件被放置传送带传送带停止时间间隔止发动机移送到下降装置放下发动机启动回收带回收带减速回收带停止上升装置传感器A传感器B传感器B1传感器A1启动传送带检测回收带是否停止图13工作流程图第二章传送带传动及调速系统的设计传送带传动及调速系统是实现将物件传送至相应位置并在需要的时候能实现自动减速、停止功能的系统。由电动机，信号采集器，调速控制器、传送带4个部件构成。电动机提供传送带传送的源动力，信号采集器采用光传感器进行信号采集，调速控制器采用变频器调速方式。在指定的位置安装光传感器后，物件传送到相应位置被传感器检测到后，由传感器将此信息传送给中央处理器件PLC，再由PLC发出指令给变频器，由变频器控制电机的转速达到实现传送带减速、停止的功能。下面详细介绍各个部件的工作方式及选取。21电动机的介绍及选用交流电动机诞生于19世纪末,由于它具有控制方便、适应性强、维护便利等一系列优点，所以很快成为工业社会的重要核心，是传动系统中的主力。同时根据不同生产过程的需要，孕育了各种各样的电动机调速装置和技术，并逐步得到打发展。211电动机选用及运行参数本次设计的设定，电动机采用的是三相异步电动机，需求功率为11KW。设计带式输送机满载时输送带放置80台发动机，再制造的现代小型汽车发动机分为铸铁发动机和铸铝发动机，现下主流发动机排量为10L至18L不等，18L铸铁发动机重量约130KG，18L铸铝发动机重量约100KG，本设计以18L铸铁发动机装配车间输送机进行设计，带速V07M/S。PW/TMGV01（10080）1007280014112KW212电力拖动系统及变频调速电动机是电力拖动系统中的原动机,它将电能转化为机械能,去拖动各种类型生产机械的工作机构运动,以实现各种生产工艺的要求,如驱动轧钢机的轧锟,起重机的提升机包括本次设计所实现的传送带传动系统等等电力拖动系统的组成如图21所示图21这里的调速采用变频调速，由传感器采集信号送PCL控制变频器完成，上图中的电器控制设备一处可细分为如下流程图22电源电气控制设备电动机传动机构工作机械图22下面将详细介绍光电传感器和变频器22光传感器的介绍及选用传感器是现在及将来在自动化控制系统中最为重要的一个单元，其可以将外界模拟量的变化转化为电信号的输出，从而实现了一个工作系统针对外界的变化而做出相应控制动作的功能。在本次设计中，由于需要采集的信息是物体的移动，所以采用的是光电传感器，光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。在传送带自动控制系统中实现自动控制的信息采集作用。221光电传感器的分类反射光电传感器对射距离漫反射回归反射图231漫反射型影响检测的因素安装角度；测量物体的颜色；振动优点安装最简单，方便缺点漫反射光电传感器是检测最不稳定的。物件到达预定位置由传感器检测并输出信号交由PLC处理后输出信息变频器接受信号控制电动机被测物体TR传感器图24漫反射型传感器2回归反射型影响检测的因素被测物的光主亮度；反光镜的安装角度97年前，以上两方面确实是回归型传感器存在的影响因素。但后来该类型传感器增加了PRO功能即该功能的一个重要特点就是反光镜可以把纵波转换为横波。发射器发射的是纵波，而接收器只能接收横波。发射器发射的纵波经过反光镜把纵波转变成横波，由接收器接收。由于物体没有把纵波转变为横波的功能，因此，无论物体光亮度如何，只能把发射器发射的纵波返回，接收器不能接收到横波信号，这样，就可以准确地检测物体的有无。优点可检测透明物体和光亮度高的物体；检测稳定，安装方便缺点当反光镜或传感器表面有灰尘时，检测精度降低。可以改变安装方式，经常擦拭灰尘来消除此影响。反光镜角度影响检测精度反光镜TR传感器图25回归反射型传感器3对射型影响检测的因素被测物的透光性；被测物的大小优点检测精度最高缺点安装不方便，占用较大安装空间；能检测透明和体积小的物体T发射器R接收器图26对射型传感器4距离型传感器原理该传感器的检测距离是一定的，因此，检测的发射光和反射光间的角度也是一定值。当传感器检测被测物时，检测到发射光和由被检测物返回的反射光之间的角度和设定的角度不同，此时，传感器就认为检测到物体。另外，该传感器发射器是点发射，而接收器是面接收。这样，就允许被测物有一个更大的偏转角度。优点和物体的颜色无关；被测物可以偏转更大的角度；有灰尘挡住时，自动增强入射光和反射光的强度，保证检测精度不受灰尘的影响；安装方便223常用参数1、应差距离当物体移到传感器临界检测距离时，传感器有输出；而当物体向右移动时，传感器并不随之就没有输出了，而是移动一段距离后，传感器才没有输出。这段距离就是应差距离。应差距离越小越好，现在应差距离一般在1MM6MM间。2、检测距离指传感器最大检测的距离。对于漫反射型传感器来说，是可以检测到物体的最大距离；回归反射型传感器是传感器和反光镜间的距离；对射型传感器是发射器和接收器间距离。3、IP等级IP等级指传感器的防尘防水的等级前一数字是防尘等级，后一数字是防水等级。如IP68完全防尘，可以长时间在水中工作；IP67完全防尘，可以在水中工作90分钟；IP65完全防尘，防水喷溅。4、LIGHTON/DARKON模式LIGHTON没有检测物时，传感器有输出DARKON有检测物时，传感器有输出224光电传感器选用原则1、能用对射，用对射。不能用对射时再考虑其它方式2、光点直径被测物的大小由于生产线上的物件有外形上的不规则性，直反式的光电传感器可能不能及时发出相应的信息，或者效果不明显。并且由于自动化流水线设备必须准确抓握物件，防止物件的损伤，所以对时间反应上要求较为严格。同时传送带宽度为1M，所以此次设计选用距离型传感器。23变频调速及变频器的选用根据异步电动机的转速关系，当极数不变时，电动机转子转速与定子电源频率成正比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑的调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速，它完全不同于前面提到的各种调速方式。变频调速具有较好的调速性能，是现代交流调速方法中具有重要意义的一种调速方法。231变频器简介变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。1变频器的基本结构变频器是把工频电源50HZ或60HZ变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。232变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。233变频器中常用的控制方式1非智能控制方式在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/F协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。1V/F控制V/F控制是为了得到理想的转矩速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/F控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。2转差频率控制转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/F控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。3矢量控制矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在D、Q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。4直接转矩控制直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。5最优控制最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。6其他非智能控制方式在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。2智能控制方式智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。1神经网络控制神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。2模糊控制模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。3专家系统专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。4学习控制学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号例如中心调制PWM恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要12个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。24本章小结本章主要完成了传送带传动与调速系统的设计及所设计的硬件的选用，传动与调速系统是整个工作单元实现工作目标的第一步，光传感器在这里以采集信号作为整个工作单元开始自动控制的开端。当物件行走到指定地点，传送带停止时，则将自动转入物件搬运系统的工作，将在下个章节做详细介绍。第三章发动机流水线系统的设计31总体设计思路此次设计中，物件搬运系统是一个自动运行的系统。要求发动机运至指定位置并停止后，能够进入到升降台上，然后返回进行下一个发动机的流水线装配。其中控制系统还是采取了PLC控制。发动机流水线的运转的核心部件电动机、减速机以及PLC控制中心，为了发动机流水线能够准确定位及自动控制，这里流水线的行动采用了一工位一活动限位块的限制方式来控制。两头的升降结构则是由气缸、PLC控制的电磁阀控制完成。具体结构图图210如下由电磁阀控制气体的进口方向，从而推动气缸活塞的左右运动，达到控制自动化流水线设备左右，上下，抓握等动作。下面将分别介绍气缸和电磁阀的工作原理、特性及选型。电磁阀气缸图31气缸运作结构图31气缸的介绍及选用311气动元件及双向活塞式气缸将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动，摆动和旋转运动的元件，称为气动元件。在气动执行元件中，使用最多的是直线运动的气缸。按照将空气压力转换成力的受压不见的机构不同，有活塞式和非活塞式（如膜片式）目前使用最多的是活塞式。此次设计中采用的活塞式单杆双向气缸。双向气缸的活塞前进或后退都能输出动力，行程可根据需要选择。一般气缸两段都带有缓冲装置，当活塞运动到终端时，活塞撞击的力量很大，所以缓冲装置可以有效的减少冲撞力。同时，气缸的两端还设有行程开关，用以检测气缸是否行驶到了极限位置。当气缸行驶到极限位置时，行程开关闭合，电磁阀停止供气。312气缸工作原理此次设计中，为了实现自动化流水线设备在一个方向上的双向移动，所以选用双向气缸。如图211,当A道进气时，活塞带动自动化流水线设备向右移动；当B道进气时，活塞带动自动化流水线设备向左移动。图32313气缸的选用气缸的选用主要考虑的是气缸直径，气缸长度等。此次设计中，采用了SMCCJ2型，缸径20MM，长度为600MM的标准型双向气缸。32电磁阀的介绍及选用321电磁阀简介及分类追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类（即直动式、分步直动式、先导式），而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构。一、直动式电磁阀原理通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过25MM。二、分步直动式电磁阀原理它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口压差005MPA，通电时，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口压差005MPA，通电时，电磁力先打开先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀和主阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点在零压差或真空、高压时亦能可靠工作，但功率较大，要求竖直安装。三、先导式电磁阀原理通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点流体压力范围上限很高，但必须满足流体压差条件。AB322电磁阀工作原理图此次设计采用的是直动式电磁阀，其工作原理是电磁阀内线圈通断电来控制阀门所在位置，以控制气流的行驶方向，从而达到使气缸活塞两边运动的目的。当需要气缸活塞向右运动时，即气缸左边空间进气。此时PLC给出信号，电磁阀开关打开，线圈断电，使弹簧处于放松状态。气体从A管进入气缸。如图212图33电磁阀打开气流方向当需要活塞向左运动时，则电磁阀开关闭合，线圈带电，产生磁力。弹簧被压缩，气体此时只能从B管进入气缸，推动活塞运动。如图215图34电磁阀关闭气流方向ABAB323电磁阀的选用电磁阀的选用一般从以下五点考虑一、适用性管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。流体的温度必须小于选用电磁阀的标定温度。电磁阀允许液体粘度一般在20CST以下，大于20CST应注明。工作压差，管路最高压差在小于004MPA时应选用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直动式和分步直动式；最低工作压差大于004MPA时可选用先导式（压差式）电磁阀；最高工作压差应小于电磁阀的最大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，因此要注意是否有反压差，如有安装止回阀。流体清洁度不高时应在电磁阀前安装过滤器，一般电磁阀对介质要求清洁度要好。电源电流和消耗功率应根据输出容量选取，电源电压一般允许10左右，必须注意交流起动时VA值较高。二、可靠性电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间很长关闭时很短时要选用常开型了。寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说我国还没有电磁阀的专业标准，因此选用电磁阀厂家时慎重。动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。三、安全性一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，工厂可以定做。电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况。有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀。爆炸性环境必须选用相应的防爆产品。四、经济性有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。五、根据持续工作时间长短来选择常闭、常开、或可持续通电。1、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。2、要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。33本章小结发动机流水线主要的工作就是PLC控制流水线的步进以及停顿，气缸以及电磁阀结构用来控制半成品以及成品的上下。它和传送带的传动调速系统一样，都是工作在自动控制系统的控制之下。自动控制系统以PLC为主控单元，接受从信号采集器件即传感器处采集来的信号，经过处理发送给各部分硬件执行相应的操作。第四章自动控制系统的设计及软件编写如果说硬件系统是仿佛是人的躯干，那么软件系统就是可以控制躯干完成各种动作的大脑中枢。所以软件系统的优劣直接影响到整个工作单元运行的效果此次设计中，软件系统是由PLC（可编程控制器）作为中央控制器进行设计。41可编程控制器简介可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PERSONALCOMPUTER）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。国际电工委员会IEC在1987年2月通过了对它的定义“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用411PLC的基本结构和主要特点PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其机构图入图41中央处理单元CPU是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。CPUEPROMRAM电源模块输入模块用户输入设备输出模块I/O接口通信接口总线用户输出设备外围设备计算机或其他PCL图41PLC硬件系统结构框图为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。PLC的主要特点有可靠性高；I/O接口模块丰富；采用模块化结构；编程简单易学；安装简单，维修方便。412PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类1开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便42I/O口确定及PLC的选取421控制要求分析PLC的控制系统中有输入/输出设备，常见的输入电器有按钮、行程开关、转换开关、接近开关、霍耳开关、各种传感器等。输入电器有接触器、继电器、电磁阀、指示灯及其他有关显示、执行电器等。正确的连接输入/输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。此次设计中，PCL需要完成由传感器接收信号经过处理再输出变频器和电磁阀的任务。所以对应的输入输出设备有传感器、限位开关、变频器、电磁阀等。其中传感器、限位开关是输入设备，变频器、电磁阀以及指示灯是输出设备。422输入接口确定设计中，要实现两条传送带的调速功能，所以需要接入4个传感器；气缸的限位分上下左右，所以需要接入4个限位开关。总输入接口如下1、传感器412、限位开关413、总启动，停止21共需要10个输入接口。423输出接口确定设计中，输出设备包括控制传送带的变频器和控制自动化流水线设备的电磁阀。变频器要实现两条传送带的减速、停止功能；电磁阀要实现自动化流水线设备的上下、左右、抓放的动作。总输出接口如下1、变频器222、电磁阀313、两条传送带启动21共需要9个输出接口。424PLC的选取根据设计要求，需要9个输入接口，9个输出接口。所以选取I/O接口为16/16的三菱FX2N32MR001型PLC。43I/O分配及主要器件的I/O连接图此次设计I/O设备主要为传感器、限位开关、变频器、电磁阀等。总I/O口为16/16，使用接口为10/10。其输入/输出地址表如下表41系统输入/输出地址表输入输出器件代号地址号功能说明器件代号地址号功能说明SB1X0总启动KM1Y0启动传送带ASB2X1总停止KM2Y1启动传送带BKM8X2传感器AKM3Y2传送带A减速KM9X3传感器A1KM4Y3传送带B减速KM10X4传感器BKM5Y4变频器1高频控制开关KM11X5传感器B1KM6Y5变频器2高频控制开关44PLC工作可靠性措施PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，PLC系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的可靠性，一是在硬件上采取措施二是在软件上设计相应的保护程序因此，PLC控制系统的抗干扰非常重要。第五章变速箱的选择减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速机的作用主要有1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。减速机其体积小，传动效率高，减速范围广，精度高等诸多有点，而被广泛应用于伺服、步进、直流等传动系统中。其作用就是在保证精密传动的前提下，主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。由上述得知发动机流水线所要消耗的功率为118KW。查收ZL减速机设计方案可选择得出我们选择为功率为128KW的中型平稳减速机，传动比的选择为116，根据安装的位置的大小，我们选择中心为350毫米。1、齿轮计算ZL减速机为二级减速器，我们选定一级传动比和二级传动比分均为14。我们选定A1150MM，A2200MM。一级传动齿轮1齿数为Z1，齿轮2齿数为Z2；二级传动齿轮3齿数为Z3。齿轮4齿数为Z4；齿轮的模数为M。A1M（Z1Z2）/2150A2M（Z3Z4）/2200Z24Z1，Z44Z3查自动化流水线设备册得，传递动力的的齿轮运动M2MM，对于硬齿面齿轮齿轮硬度350HBS外啮合传动M（001600315）A，载荷平稳，中心距大时取小值，反之取大值。所以M001620032，取M35或4，将上诉两值代入计算公式，得，Z32285,或20。综上取M4。所以Z115，Z260，Z320，Z480。压力角20齿轮厚度为（610）M，取B30MM。2轴的计算根据设计要求，取P118KW。已知运输带的速度为07M/S，即带轮的速度为07M/S。已知大带轮直径为D350MM，小带轮直径为D90MM。即减速机的速度约为220R/MIN，即转速N220R/MIN查自动化流水线设备册1911得选择材料为20CRMOTI抗拉强度B1100屈服点S850弯曲疲劳强度极限1525扭转疲劳强度极限1300查表1932得，A98DMINA（P/N）1/398118/2201/338MM所以取三根轴的直径分别为65MM，40MM，40MM。结论与展望本毕业设计的重点在于实现自动化流水线的自动化的目的，以及进行产品化设计。前者已经很好的完成，而后者也做到了结构简单、功能实用和操作方便等几点。本毕业设计涉及的知识点较多，而在实际操作中也遇到了很多细节性的问题，关键在于相关资料的积累、灵活运用以前学到的知识点和善于向别人请教。定好自己的工作计划，一步一个脚印的往下走。这次毕业设计可以说是一个完整的工程项目。从开始的资料收集、理论构思，到设计流程,完成程序设计,再到最后配置各个硬件部件,一路下来，自己对这个设计思考过很多，提出过很多的观点和方法，最后也否决了很多。通过了这次实际操作，自己从中得到了不少的收获，对做一个工程的流程也有所认识，对PLC和气动系统的理解也加深了不少。整个设计中，我完成了自动化流水线设备传送带系统的硬件和软件架构，实现了随物件的行动，传送带自动减速，自动化流水线设备自动抓取移动放置返回的功能。这次毕业设计过程中我感受最深的是吸取前人的经验和教训，再结合自己的实际情况，站在巨人的肩膀上，定必事半而功倍。在整个毕业设计过程中，遇到了大大小小的不少问题，但经过大家的合作和向老师请教，都已经把问题解决掉了，这样一方面提高了个人解决问题的能力，积累了不少的经验。另一方面也避免了在日后工作中犯同样错误的可能，加强了自己对以后工作的信心。致谢回顾这次历时两个多月的毕业设计，感觉收获颇丰。它不仅使我可以把大学四年所学的专业知识都融会贯通起来，达到本专业的要求；而且，让我最难忘的是在此过程中，从查阅资料到机构设计再到整体结构零件的设计，曾遇到过不少的困难，但是经过自己的一番钻研和老师同学的帮助，最后问题一个一个迎刃而解了。经过这次设计，同时我个人的学习领悟能力和团队合作精神也得到一个质的提高。对此，我要衷心感谢老师一直以来对我的教导和帮助，尤其在毕业设计过程中的孜孜教导；还有我身后一直默默支持我学习的亲爱的家人；在设计中和我一起学习并给予我很大帮助。四年的大学生活，我学到的不仅是专业上的知识，还有为人处事的道理。这次毕业设计的点点滴滴将永远留在我的心里，成为我人生重要的回忆之一。毕业之后，我还需要不断学习总结，不断实践，把这四年所学到的专业理论知识很好地运用到工作当中，不断提高自己的学习工作能力。参考文献1杨公源常用变频器应用实例电子工业出版社20061012邓则名等电器与可编程控制器应用技术M机械工业出版社19973任致程实用电动机控制电路350例人民邮电出版社2002714陈伯时陈敏逊交流调速系统机械工业出版社2005415郭晋荣液压与气动技术西南交通大学出版社2007216邹金慧等可编程控制器及其系统M重庆大学出版社2002117机械设计手册编委会机械设计手册单行本气压传动与控制机械工业出版社2007318吕泉现代传感器原理及应用清华大学出版社2006619周征传感器原理与检测技术清华大学出版社20072110贺哲荣等流行PLC实用程序及设计M西安电子科技大学出版社，2006311钟肇新，彭侃可编程控制器原理及应用M华南理工出版社200212张建民机电一体化系统设计北京理工大学出版社20071113梅晓榕，柏桂珍，张卯瑞自动控制元件及线路科学出版社20074114李成海液压电磁换向阀机械工业出版社200212115曹永岩毛维杰孙优贤等现代控制理论的工程应用M浙江大学出版社200016BROSILOW，CBANDMTONGTHESTRUCTUREANDDYNAMICSOFINFERENITIALCONTROLLERJINTJCONTROL1997，462；48549917JOHNSONMETASYS设计手册M北京中国建筑工业出版社，2003718MITSUBISHIFXISFX1NF2NF2NC编程手册1996附录A主要参考文献的题录及摘要1贺哲荣等流行PLC实用程序及设计西安电子科技大学出版社，20063本书以日本三菱公司的FX2系列可编程控制器为蓝本，简要介绍了FX2系列可编程控制器的指令系统、编程方法及常用的子程序；详细介绍了电动机基本控制线路PLC程序设计、机床控制线路改造PLC程序设计及PLC实际应用程序设计等程序设计方法。2邹金慧等可编程控制器及其系统重庆大学出版社200211本书详细介绍了PLC的组成结构、工作原理、指令系统、编程方法、网络通讯以及PLC在控制系统中的实际应用等内容。3邓则名等电器与可编程控制器应用技术机械工业出版社1997本书详细介绍了三菱公司FX2系列的PLC组成结构、工作原理、指令系统、编程方法、网络通讯以及PLC在控制系统中的实际应用等内容。4钟肇新，彭侃可编程控制器原理及应用M华南理工出版社2002本书详细介绍了PLC的组成结构、工作原理、指令系统、编程方法、网络通讯以及PLC在控制系统中的实际应用等内容5杨公源常用变频器应用实例电子工业出版社2006101本书在介绍变频器的基本类型和变频器的运行原理的基础上，介绍丹佛斯、西门子、ABB、松下、富士等公司的变频器及其应用实例，包括变频器在机床、流量、压力、液位、温度、配比、涂布、卷绕、退绕、同步，以及复合材料制造等方面的应用实例。6任致程实用电动机控制电路350例人民邮电出版社200271本书介绍实用电动机控制电路的书籍，书中汇集了包括采用常规器件组成的常用控制电路和由电子元件、电脑程控部件组成的新型控制电路共计350个，划分成换向电路、调速电路、直接启动电路、降压驱动电路、制动电路、保护电路、节能电路、自控电路、常用家电与机电电路、电子经验电路10部分7陈伯时陈敏逊交流调速系统机械工业出版社200541本书全面系统地介绍了现代交流调速系统的基本原理，数学模型，控制系统和应用性能，以理论联系实际，深入浅出作为编写方针，对于在研究工作中涉及而目前尚无实际应用的理论问题，则不加论述8郭晋荣液压与气动技术西南交通大学出版社200721全书共九章，内容包括绪论、液压与气动的基础理论、液压传动基本元件、液压系统基本回路、典型液压传动系统、气压传动基本元件、气动系统基本回路、典型气压传动系统，以及液压与气压传动系统的安装与调试、使用及维护等。9机械设计手册编委会机械设计手册单行本气压传动与控制机械工业出版社200731全书共分常用资料，机械零部件与传动设计（一）、（二），液压、气动、液力传动与控制，机械设计基础，现代设计方法及应用等6卷50篇。本单行本主要介绍气压传动的特点和各种气缸、气马达、气动控制阀的相关内容，以及国外系列气动产品10吕泉现代传感器原理及应用清华大学出版社200661全书共12章，分别介绍现代各种新型传感器的作用、原理、结构特征以及使用方法。内容包括红外传感器、图像传感器、光纤维感器、超导传感器、微波传感器、生物传感器、气体传感器、湿度传感器、非晶态合金传感器、机器人传感器、智能传感器、其他新型（电流、电压、三维过载、液晶）传感器等11周征传感器原理与检测技术清华大学出版社200721本书以被测物理量为研究对象，全面地阐述了各种被测物理量的检测方法、各种传感器的工作原理和按工程实际选用传感器的原则。内容包括检测技术基本知识，传感器概述，温度检测与传感器，流量检测与传感器，压力检测与传感器，气体、湿度检测与传感器，物位检测与传感器，机械量检测与传感器，检测系统的抗干扰技术。书中给出了大量来源于生产实际的实用电路和实例。12MITSUBISHIFXISFX1NF2NF2NC编程手册1996THISMANUALGIVESDETAILSONALLASPECTSOFOPERATIONANDPROGRAMMINGFORFX1S,FX1N,FX2NANDFX2NCPROGRAMMABLECONTROLLERSPLCSFORALLINFORMATIONRELATINGTOTHEPLCHARDWAREANDINSTALLATION,REFERTOTHEAPPROPRIATEMANUALSUPPLIEDWITHTHEUNIT2HOWTOUSETHISMANUALTHISMANU