毕业设计（论文）-电线加工自动系统设计（全套图纸三维）.pdf

电线加工自动系统设计说明书电线加工自动系统设计说明书 目录 摘要摘要 . 3 Abstract . 4 第一章绪论第一章绪论 . 5 1.1 课题的来源与研究的目的与意义.7 1.2 电线加工自动系统设计的方案分析.8 1.2.1 结构分析.10 1.2.2 机械结构总体方案与布局.12 1.2.3 电线加工自动系统工作原理.14 第二章、 电线加工自动系统总体结构的设计第二章、 电线加工自动系统总体结构的设计.17 2.1 电线加工自动系统的方案分析和工作原理.19 2.2 机械结构总体方案与布局.21 第三章机械结构的设计第三章机械结构的设计.24 3.1 伺服电机的选型计算.25 3.2 滚珠丝杆的设计计算.25 3.3 联轴器的设计计算.26 3.4 机架的设计.26 第四章电线加工自动系统设计第四章电线加工自动系统设计 PLC 控制系统的设计控制系统的设计.26 4.1PLC 简介.27 4.2 PLC 的定义.28 4.3 PLC 的基础知识.29 4.4 PLC 的组成.30 4.4.1 中央处理单元.31 4.4.2 存储器.31 4.4.3 输入输出单元.33 4.4.4 通讯接口.34 4.4.5 智能接口模块.34 4.4.6 编程装置.35 4.4.7 电源.35 4.5 PLC 的用途.35 4.6 可编程控制器的发展史.36 4.7 PLC 的发展趋势.36 4.8 PLC 的选型及硬件配备.37 4.9 输入输出方式的选择与地址分配和 PLC 控制相关原理图的设计.37 结论结论.38 致谢致谢 . 39 参考文献参考文献.40 摘 要 电源，照明灯是人们日常生活起居的重要工具，没有照明，人们就过着漆黑的 生活，给日常起居带来极大的不便。特别是对于需要用到电能的工业设备上面，如 果没有电源，就不能工作，电能是人类不可或缺的重要能源之一。而电线是承载电 能的载体，所以电线的作用至关重要，而电线的加工设备和工艺的问题，就是我们 迫切需要解决和完善的重大问题之一。 传统的电线加工大多是采用手工加工完成，加工效率低，劳动强度大，加工产 品质量不稳定，为了提高生产效率，减少企业成本，提高产品质量，利用 PLC 的控 制功能来实现电线的自动加工过程，控制速度快，定位精度高，而且体积小，结构 紧凑，通信稳定可靠。它解决了现有的电线加工中的设备的不足，以及效率的低下 等等一系列问题。 关键词关键词：电能；载体；电线加工；PLC。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 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 绪论 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用 消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装 备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和 经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济 实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展 本国经济的战略重点之一。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料 生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领 域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和 提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和 提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体 力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产 生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、 设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的 金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机 械产品，以适应当前和将来的需要。 机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产 调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定 额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制 造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零 件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大 量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的 影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂， 企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维 护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期 使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维 护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期 使用中的可靠性和经济性。 研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源 过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任 务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种 类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产 业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流 体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程 中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为 互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机 械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机 械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作 原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力 装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮 机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、 蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。 19 世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还 与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个 独立学科。进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工 程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期， 即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化 是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和 统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的 出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家 们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继 续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地 注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、 提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未 来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减 轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成 的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复 杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞 和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人 脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在 未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、 更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在 人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平 行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于 人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和 控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智 能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进， 将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。 19 世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还 与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个 独立学科。进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工 程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期， 即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化 是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和 统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的 出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家 们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继 续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地 注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。 电线加工自动系统是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。电 线加工自动系统的是电线加工设备总成的一个重要分支。尤其体现了人的智能 和适应性。 电线加工自动系统设计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。 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 电线加工自动系统起源于 20 世纪 50 年代初，是基于示教再现和主从控制 方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。 电线加工自动系统设计首先是从美国开始研制的。 1958 年美国联合控制公 司研制出第一台电线加工自动系统。日本是工业电线加工自动系统发展最快、 应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型电线加工自动系统后，大力 研究电线加工自动系统的研究。据报道，1976 年从事电线加工自动系统的研究 工作的大专院校、研究单位多达 50 多个。1979 年 120 多个大学和国家研究部 门用在电线加工自动系统的研究费用 42%。1979 年日本电线加工自动系统的 产值达 443 亿日元，产量为 14535 台。其中固定程序和可变程序约占一半，达 222 亿日元，是 1978 年的二倍。具有记忆功能的电线加工自动系统产值约为 67 亿日元，比 1978 年增长 50%。智能电线加工自动系统约为 17 亿日元，为 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，电线加工自动系统累计产量达 56900 台。在数 量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50%60%的速度增长。 第三代电线加工自动系统则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计 算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统 FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一 环。 随着电线加工自动系统的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十 分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。 第二章、电线加工自动系统总体结构的设计 2.1 电线加工自动系统设计的方案分析和工作原理电线加工自动系统设计的方案分析和工作原理 考虑到电线的柔软性和难以定位性，我们决定采用伺服电机驱动滚珠丝杆，通 过与滚珠螺母固结的气动夹爪来拉直电线，这样其他的动作才可以继续进行。利用 PLC 的控制功能来实现电线的自动加工过程，控制速度快，定位精度高，当系统感 应到电线的时候，光电传感器反馈信号给 PLC，PLC 控制系统就孔子伺服电机动作， 伺服电机通过驱动气动夹爪夹住电线的一头，然后伺服电机转动，驱动气动夹爪和 滚珠螺母所在的滑块一下后退，这样就把电线拉直了，然后就进行后续的切断外膜， 剥离外膜，切断铜线等等动作，如此循环，直到电线的加工完成。 2.2 机械结构总体方案与布局机械结构总体方案与布局 电线加工自动系统利用 PLC 的控制功能来实现电线的自动加工过程，当系统感 应到电线的时候，光电传感器反馈信号给 PLC，PLC 控制系统就孔子伺服电机动作， 伺服电机通过驱动气动夹爪夹住电线的一头，然后伺服电机转动，驱动气动夹爪和 滚珠螺母所在的滑块一下后退，这样就把电线拉直了，然后就进行后续的切断外膜， 剥离外膜，切断铜线等等动作，如此循环，直到电线的加工完成。其具体方案布局 图如下： 电线加工自动系统总体方案与布局图 第三章机械结构的设计 3.1 伺服电机的设计计算伺服电机的设计计算 已知整个系统结构中电线与零件的重量，以及各个摩擦阻力，在这里，由 于是滚动摩擦，摩擦阻力忽略不计，我们取总重量为10Kg，滑块移动范围为 50mm300mm，移动速度为12r/min。即： NXmgG1001010= smmmv/ 3 . 33 6 . 16min/21= 具体的伺服电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 伺服电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- A，此无刷直流伺服电 机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为 92BL-4030H1-LK-B， 电机额定功率为 0.4KW，额定转矩为 50N.m，最大转矩为 69N.m， 额定转速为 3000r/min。电机大致图如下： 外形尺寸 146x86x86，电机输出轴径为 20mm。 3.2 滚珠丝杆的设计计算滚珠丝杆的设计计算 1）确定滚珠丝杠副的导程 因同步皮带轮直径相等，皮带轮与丝杠直联，i=1 由表 1 查得 Vmax=8m/min nmax=1000r/min 代入得， Ph1.516mm 由于计算出的 Ph值应取较大值圆整，因此 Ph=1.5mm 2）确定当量转速与当量载荷 （1） 各种切削方式下，丝杠转速 由表 1 查得 V1=0.6 V2=0.8 V3=1 V4=8 代入得 n1=100 n2=133 n3=167 n 4=1333 （2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表 1 查得 已知 W1=3000N W2=5000N 代入得 （3）当量转速 由表 1 查得 代入得 nm267r/min （3）当量载荷 代入得 Fm=1380N 3）预期额定动载荷 （1） 按预期工作时间估算 按表 9 查得：轻微冲击取 fw=1.3 按表 7 查得：13 取 按表 8 查得：可靠性 97%取 fc=0.44 已知：Lh=20000 小时代入得 Cm=27899N （2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载 Fmax计算： 按表 10 查得：中预载取 Fe=4.5 代入得 取以上两种结果的最大值 Cm=27899N 4）确定允许的最小螺纹底径 （1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 （1/31/4）重复定位精度 （1/41/5）定位精度 : 最大轴向变形量 m 已知：重复定位精度 10m, 定位精度 25m =3 =6 取两种结果的小值 =3m (2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 (1.11.2)行程+（1014） 已知：行程为 1000mm, W1=3000N ,0=0.2 代入得 F0=600N D m2 =20.04mm 5） 确定滚珠丝杠副的规格代号 （1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式 （2） 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副 Ph=8mm Ca=30700Cam=27899 6） 确定滚珠丝杠副预紧力 其中 7）行程补偿值与与拉伸力 （1）行程补偿值 式中： =（24） (2) 预拉伸力 代入得 8）滚珠丝杠副工作图设计 (1) 丝杠螺纹长度 Ls： Ls=Lu+2Le 由表二查得余程 Le=40 绘制工作图 （2）两固定支承距离 L1 按样本查出螺母安装联接尺寸 丝杠全长 L （3）行程起点离固定支承距离 L0 由工作图得 Ls=890 L1=1000 L=1000 L0=30 得 KC=920 N/m 9） 刚度验算及精度选择 （1） = = N/m = N/m F0 = 已知 W1=5000 N ， =0.2 F0=1000 N F0 ： 静摩擦力 N ：静摩擦系数 W1 ：正压力 N 3.3 联轴器的设计计算联轴器的设计计算 根据公式 20 3 750 95 . 4 112 3 nI PI 0Admin= mm 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径 12d ，为了使所选的轴直径 12d 与联轴器 的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 2caATK T= ，查机械 设计（第八版）表 14-1，由于转矩变化很小，故取 1.3AK = ，则 2caATK T= =1.3X49.24=64012N.Mm 查机械设计课程设计表 14-4，选 Lx3 型弹性柱销联轴器其工称转矩为 1250N.m，而电动机轴的直径为 20mm 所以联轴器的孔径不能太小。取 12d =20mm， 半联轴器长度 L=60mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为 40mm。轴向滚动丝杠副 丝杠轴，选 HL1 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 1250000 .N mm，半联轴器的 孔径 20mm，半联轴器长度 42mm。 3.4 机架的设计机架的设计 机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。其中，刚度是评定大多数机架 工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据 机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强 度，有时还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都 需要从静态和动态两方面来考 虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构 件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。稳定性是保证机架正 常工作的基本条件，必须要注意。 1）机架设计的一般要求 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；抗振性好；由于 内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；结构力求便于安装与调整，方便理和 更换零部件； 初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在 它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取 决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求， 多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力 强，所以应用最广。由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥 筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不 会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周 期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸 钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右 端机架采用型钢结构，主要由槽钢，矩形方管，和钢板焊接而成，重量轻，成本底， 材料利用充分。焊接时应注意以下几点： 材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考 虑到材料的可焊性选用 25 钢；合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能 力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要 短，主要焊线要连续；提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要 求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收固定；合理选择截面 形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。尽可能选用标准型材、板材，合理确 定焊缝尺寸。 2）支撑机构 在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、 桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。按机架分类所用材料分类，圆锥筛 采用的是金属焊接机架。主要是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且 可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。强度、刚度、 稳定性是机架设计的主要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机 架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。设计机架通过了以下几个设计步骤： （1）初定机架的形状和尺寸 机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零 件和部件的 形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决与所受载荷、 运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定 出机架的结构形状和尺寸。由于在小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图 可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由 钢板、 型钢、 铸钢焊接而成的机架。 机架的大致尺寸为长 1580 、 宽 390 ， 高 800mm, 要考虑具体形状和电机、立柱的安装还有电机的固定位置。 （2）机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到 矩形方管的等边性把矩形方管用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子，两边 矩形方管分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单 轻便。同样矩形方管上面是四块矩形方管焊接的一个长方形用来支撑板，板在矩形 方管上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接 部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。而下面是由两个空心钢来支撑电机下的板，空 心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象。 （3）作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应 力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的 距离 相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和 需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断， 主要焊缝联系。减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理 等。 （4）尽可能采用标准型材，板材，减少加工量。机架主要由空心钢、矩形方管、 钢板等型钢焊接拼而成，它们性能的好坏直接决定着机架整体性联结结构的刚度直 接影响机器的工作性能。为保证机架刚度应注意改善联结部位的受力状况、合理提 高接触表面的平面度公差等级及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右对称布置。 整个机架设计完以后，既要注意满足强度、刚度、稳定性的要求，又要注意外形的 美观和人机工程性，方便操作。造型好，使其既适用经济，又美观大方。 第四章电线加工自动系统设计 PLC 控制系统的设计 4.1 PLC 简介简介 PLC 即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算 机 技 术 为 基 础 的 新 型 工 业 控 制 装 置 。 在1987年 国 际 电 工 委 员 会 （International Electrical Committee 颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做 了如下定义;PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可 编程逻辑控制器，定义是：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。PLC 是可编程逻辑控制电路，也 是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半 导体的地方就有 PLC。 4.2 PLC 的定义的定义 PLC 的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进 行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。 在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC 最基本最广泛的用于 开关量的逻辑控制，它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，组合机床，磨床，包装等。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，使用广泛。 4.3 PLC 的组成的组成 PLC 的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接 口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出单元是连 接现场输入/输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机 等外设连接。 对于整体式 PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图 1 所示；对于模 块式 PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其 组成框图如图所示。 无论是哪种结构类型的 PLC， 都可根据用户需要进行配置与组合。 尽管整体式与模块式 PLC 的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下 面对 PLC 主要组成各部分进行简单介绍。 4.4.1 中央处理单元（中央处理单元（CPU） 同一般的微机一样， CPU 是 PLC 的核心。 PLC 中所配置的 CPU 随机型不同而 不同，常用有三类：通用微处理器（如 Z80、8086、80286 等）、单片微处理器（如 8031、8096 等）和位片式微处理器(如 AMD29W 等) 。小型 PLC 大多采用 8 位通用 微处理器和单片微处理器；中型 PLC 大多采用 16 位通用微处理器或单片微处理器； 大型 PLC 大多采用高速位片式微处理器。 目前，小型 PLC 为单 CPU 系统，而中、大型 PLC 则大多为双 CPU 系统，甚 至有些 PLC 中多达 8 个 CPU。对于双 CPU 系统，一般一个为字处理器，一般采用 8 位或 16 位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处 理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处 理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主要用 于处理位操作指令和实现 PLC 编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了 PLC 的速度，使 PLC 更好地满足实时控制要求。 在 PLC 中 CPU 按系统程序赋予的功能，指挥 PLC 有条不紊地进行工作，归纳 起来主要有以下几个方面： 1） 接收从编程器输入的用户程序和数据。 2） 诊断电源、PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 3） 通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄 存器中。 4） 从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。 5） 根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通 过输出单元实现输出控制。有些 PLC 还具有制表打印或数据通信等功能。 4.4.2 存储器存储器 存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器 RAM，另一种是只读存 储器 ROM、PROM 、EPROM 和 EEPROM。在 PLC 中，存储器主要用于存放系统 程序、用户程序及工作数据。 系统程序是由 PLC 的制造厂家编写的，和 PLC 的硬件组成有关，完成系统诊 断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提 供 PLC 运行的平台。系统程序关系到 PLC 的性能，而且在 PLC 使用过程中不会变 动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器 ROM、PROM 或 EPROM 中，用户不 能访问和修改。 用户程序是随 PLC 的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而 编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于 CMOS 静态 RAM 中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对 RAM 中 程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器 EPROM 中。现在有许多 PLC 直接采用 EEPROM 作为用户存储器。 工作数据是 PLC 运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在 RAM 中， 以适应随机存取的要求。在 PLC 的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、 辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程 序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持 其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。 由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在 PLC 产品样本或使用手册 中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当 PLC 提供的用户存储器容量不 够用，许多 PLC 还提供有存储器扩展功能。 4.4.3 输入输入/输出单元输出单元 输入/输出单元通常也称 I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间的连 接部件。 PLC 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被控制对 象，以实现控制目的。 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而 PLC 内部 CPU 的处理的信息只能是标准电平，所以 I/O 接口要实现这种转换。I/O 接口一般都具有 光电隔离和滤波功能，以提高 PLC 的抗干扰能力。另外，I/O 接口上通常还有状态 指示，工作状况直观，便于维护。 PLC 提供了多种操作电平和驱动能力的 I/O 接口， 有各种各样功能的 I/O 接口供 用户选用。I/O 接口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、 模拟量输入、模拟量输出等。 常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流 输入接口和交/直流输入接口，其基本原理电路如图 3 所示。 4.4.4 通信接口通信接口 PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC 通过这些 通信接口可与监视器、打印机、其它 PLC、计算机等设备实现通信。PLC 与打印机 连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显 示出来；与其它 PLC 连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。 与计 算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。 远程 I/O 系统也必须配备相应的通信接口模块。 4.4.5 智能接口模块智能接口模块 智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的 CPU、系统程序、存储器以 及与 PLC 系统总线相连的接口。它作为 PLC 系统的一个模块，通过总线与 PLC 相 连，进行数据交换，并在 PLC 的协调管理下独立地进行工作。 PLC 的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制 模块、中断控制模块等。 4.4.6 编程装置编程装置 编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控 PLC 内部状态和 参数，与 PLC 进行人机对话。它是开发、应用、维护 PLC 不可缺少