毕业设计（论文）-汽车自动线升降机车设计（全套图纸）.doc

长春工业大学毕业设计摘要我国汽车工业快速发展，汽车生产线自动化程度随之增强。国外许多汽车公司相继进入中国的市场。在汽车生产线中，汽车生产流水线的主干是滑撬输送系统，高效率的汽车生产必然要求先进的生产线控制方式，随着汽车生产线自动化程度的提高，对组装，焊接生产线的输送效率有更高的要求。一些工件在各个工位要进行各个工序的操作，然而各个工位的高度并不都是在同一平面上，所以升降机车的的设计合理性直接影响到各个工序的顺利情况。本文主要说明了汽车自动线升降机车的设计，其中介绍了升降机车的设计原则，升降机车中的升降机构、传动和停止机构、传动原理以及PLC的设计方法及注意事项等。生产过程中所需要的时间大大减少，从而提高了生产效率。关健字：汽车自动线升降机车 停止机构 升降机构 全套图纸，加153893706Abstract The automobile industry develops quickly, and the automation degree of automobile production line is enhanced. Many foreign car companies have access to Chinas market. In the automobile production line, the backbone of auto production line is skid conveyor system, high efficiency of automobile production inevitable requirement of advanced production line control, with the improvement of the automobile production line, assembly, welding the transmission efficiency of the production line have higher requirements. Some artifacts in each station to each process of operation. However, the height of each station are not in the same plane, so the locomotive lifting the design rationality has direct effect to each process smoothly. This paper mainly describes the design of automobile automatic lifting line locomotive, which introduced the locomotive lifting design principles, locomotive lifting of the lifting mechanism, driving and stopping mechanism, transmission principle and PLC design method and matters needing attention. The time needed in the production is greatly reduced, which can improve the production efficiency.Keywords: Auto line lift locomotive Stop mechanism Lifting mechanism目 录1 绪论1 1.1 汽车自动线升降机车的现状和发展趋势1 1.2升降机车的主要研究内容1 1.3 汽车自动线升降机车的结构与用途2 1.3.1汽车自动线升降机车的结构2 1.3.2汽车自动线升降机车的用途2 1.4 汽车自动线升降机车原理32 汽车自动线升降机车的总体布局4 2.1 汽车自动线升降机车的总体布局4 2.2 升降机车的总体设计4 2.3 加工零件4 2.4 初步估计组成部分4 2.5 总体布局初步设计4 2.6 纵向与横向尺寸的确定53 汽车自动线升降机车的主要零部件6 3.1 传动装置6 3.1.1 传动轴旋转精度和提高措施6 3.1.2 传动轴轴承系统的刚性6 3.1.3 传动轴设计6 3.1.4 深沟球轴承7 3.1.5 传动装置的设计8 3.2 升降装置设计12 3.2.1 减速电机的选择12 3.2.2 四杆机构尺寸的计算12 3.2.3 四杆机构强度的校核13 3.3 停止器13 3.3.1 缓冲器的选择14 3.2.3 气缸的选择14 3.4 电动控制元件的选择15 3.4.1 传感器的选择15 3.4.2 行程开关的选择154 PLC可编程控制系统设计16 4.1 概述16 4.2 确定硬件设计总体方案17 4.2.1 S7-400概述17 4.2.2 s7-400的硬件结构17 4.3 SEW变频器的控制20 4.3.1 SEW变频器的介绍20 4.3.2 SEW变频器的应用21 4.4 INTERBUS总线21 4.4.1 inline模块21 4.4.2 PNOZ multi 模块22 4.4.3 RL模块22 4.4.4 SWAC控制面板23 4.5 传感器和执行器24 4.5.1 接近开关24 4.5.2 SEW电机245 汽车自动线升降机车的注意事项26 5.1 升降机车使用的注意事项、保养以及维护26 5.2 升降机车的装配要求26结论28致谢30参考文献311 绪论1.1 汽车自动线升降机车的现状和发展趋势随着汽车生产线自动化程度要求不断提高以及新型材料的应用增多，输送装置正朝着快速、高效、平稳研制高精度安全系数高自动化升降机车床等方向发展，在工厂的机械化输送系统中经常采用升降机车滑橇输送系统，滑撬式输送系统是为适应科学发展的需要，在消化吸收国内外先进技术的基础上，研制开发的具有国际化先进水平的新型输送系统。汽车生产线焊装车间、涂装车间、工艺车间的机械化输送系统绝大部分采用滑橇输送系统，平的新型输送系统。它是由积放双链输送机、工艺双链输送机、链式横移机、自动横移机、升降机、过渡双链输送机等多种基本单元联合组成的输送系统。目前普遍应用的滑橇输送系统控制技术解决方案主要有3种，即分散控制方案、分散集成控制方案和分布控制方案。分布控制投资少，工程期短的特点被认为是滑橇输送系统是汽车自动化控制技术进步的必然发展趋势，在国际上汽车行业的自动化控制系统中已得到广泛应用。我国引进的项目，如奇瑞A3、一汽大众焊装车间、一汽解放卡车驾驶室涂装车间及一汽轿车涂装车间等的升降机车均采用了滑撬输送系统。此外，对汽车自动线升降机车的工作环境要求越来越高，绝大部分的产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有润滑油外溅的现象，并且采用降低噪声原则。升降机车在高速重载的条件下也能传动平稳，跳动小，具有良好的耐磨性能。1. 2升降机车的主要研究内容升降机车的主要研究内容有以下几方面：1设计一台升降机车，用来实现快速将滑撬及工件运送到不同工位，能用于生产线上运送各种零件；2四杆机构强度计算，绘制四杆机构结构图；3水平传动机构的设计，伺服电机和减速器设计计算；4.升降机车总体设计方案确定，绘制三维图5. 停止器的设计，绘制停止器的三维图；6升降机车的可编程控制器PLC系统的硬件电路设计本课题主要研究方法：本次设计以SIEMENS的高速升降滚床为原型，分析它的结构特点对它进行改进。为了提高升降机车的传动速度，采用伺服电机和减速器用同步轮和同步带移动，1带轮采用聚氨酯材料，提高耐磨强度，保证滑撬可以在升降机车上顺利通过到达指定工位。平行四杆机构用45号钢，制作保证其升降时强度，轴和连杆之间采用 6305深沟球轴承回转精度高，刚性大，承载能力强的特点。可编程控制系统采用PLC控制，通过传感器和执行开关发送信号，可以准确的完成升降机车的工艺过程。1.3 汽车自动线升降机车的结构与用途1.3.1汽车自动线升降机车的结构用于输送线上的入口处升降输送设备，具体地说是橇体及工件的输送及转接装置。统称为升降机车。按照本实用新型所提供的设计方案，升降架安装在机架上，在升降架的两端各安装一个摆动架，在摆动架上铰接升降机车；摆动架同时与连杆铰接，连杆的另一端与曲柄摇杆机构铰接，曲柄摇杆机构与安装于机架上的驱动机构相连，两个摆动架之间利用拉杆相互连接，在升降架的端部铰接止推杆，在升降机车的相应部位安装中间轮组件。升降机车的结构特点： 1.结构简单、布局上所占空间少而紧凑。 2.制造加工容易。利用机械加工，满足构件加工精度等要求。 3.具有比较高的机械和生产效率。1.3.2汽车自动线升降机车的用途升降机车可以快速而准确的将滑撬和工件运送到各个工位的不同位置以便于机器人对工件进行焊接，用途十分广泛，可以缩短工作时间，降低生产制造成本。随着科学技术的发展，对车间生产线的自动化程度要求越来越高，各种自动化设备用日益增多。汽车自动线升降机车的发展，使得有可能将生产线上所用的运输时间大大缩短。高速传动和快速升降，进一步提高了生产效率，适用范围日益扩大，主焊线车间中汽车自动线升降机车的比例不断上升，目前在发达国家中，车间生产线中升降机车的比例可达20%-30%。据调查数据表明，25%拥有车间生产线的企业认为汽车自动线升降机车才是它们理想的生产线运输工具，它们认为现有的运输工具不能满足对生产产品时间的要求。由此可见，在焊装传输过程中，有许多步骤需要在汽车自动线升降机车上进行，因此汽车自动线升降机车在焊装生产线中占有举足轻重的作用。但是要实现准确传输，则所用的升降机车就应该满足以下几个基本要求： 1高传动速度。 升降机车应该有高的传动速度，主要有同步带轮的转速、电动机减速器控制四杆机构以保证工件到达指定位置的速度。传动轴轴承轴承可采用深沟球轴承、SKF 512M的轴承配套。主轴的径向圆跳动一般应小于1um，轴向圆跳动应限制在23um以内。2.高速行进升降过程的稳定性。 由于滑撬在升降机车上行进的速度是0.94m/s的高速运动，因此工作台保证平稳运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。3.减少振动。 升降机车升降时如果产生振动，有肯能导致滑撬和车模相对位置发生变化。故对于升降机车，在结构上应考虑减少振动。1.4 汽车自动线升降机车原理1.升降运动在升降运动过程中，工件是安装撬体上并通过滑撬与车体连接的，升降机车升降运动是引起工件升降的主要来源和原因。基本的升降方法是通过电动机减速器带动平行四杆机构运动，从而使升降机车达到升降的目的。升降机车是一种用于焊装生产线中输送工件的一种工具，它宜于工件的快速输送，有较高的生产率，节约生产时间。它的特点如下：（1）升降机车的布局形式和运动联系与普通滚床相似，只是加入了电动机减速器和四杆机构来实现其升降的作用。（如图1-1所示）为避免电动机和四杆机构相干涉，电机减速器用法兰安装在升降机车的最右侧，通过回转机构与连杆相连。（2）由于它适用于自动化程度高的生产线，所以大多数工位由机器人完成焊接工作。 图1-1汽车自动线升降机车2 汽车自动线升降机车的总体布局2.1 汽车自动线升降机车的总体布局1.输送滑撬的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，重量等）；2.调查研究 比较国内，外同类滚床，经验总结，进行改革创新；3.图纸设计（总图，部件装配图，零件图，目录，标准件， 铸件，说明书）；4.制造，装配，调试；5.小批量生产，设计改进；2.2 升降机车的总体设计1.保证汽车自动线升降机车满足输送要求，刚性，稳定性好；2.传动系统力求简短；3.操作调整方便；4.安全保护，控制噪声减弱。2.3 加工零件传动轴，精度IT7以下，Ra1.6-Ra0.4，材料45#，40cr，等；轴承座支架，精度IT8以下，材料45#等；2.4 初步估计组成部分a床身；b底座；c四杆机构；d传动装置；e传感器；f停止器；g 保护装置；h 升降电机；I 输送电机；j PLC可编程控制装置；2.5 总体布局初步设计1H型床身；2.可工作台移动；3.工作台型面采用3mm厚铝合金花纹钢板的型面；4.平行四杆机构摆动架与上升杆在上升至最高处是成135角；5.连动杆始终保持水平；6.采用SEW电机减速器，采用FETSO气缸，配用该公司辅助安装器件，采用ACE SCS45-50M的缓冲器。7.PLC系统的两坐标轴X轴：滑撬进给Y轴：升降机车纵向上升各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与四杆机构相连；8.电器框与机床采用空中走线；2.6 纵向与横向尺寸的确定纵向尺寸如下：1.升降机车上升最大高度 600 mm；2.升降机车高度 140 mm；3.底部支架高度 264 mm；4.升降机车长度 5500 mm；5.底部支架长度 4055 mm；6.中间两根传动轴之间的间距 895 mm；7.其余传动轴之间的间距 1085 mm；8.总宽度 830 mm；3 汽车自动线升降机车的主要零部件3.1 传动装置传动装置是升降机车上用来带动滑撬以及撬体上的工件高速行走的主要部件，主要由传动部件和主轴轴承部分组成，主轴与轴承是传动装置的主要组成部分，因此对传动装置设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的。传动装置设计应满足以下几点基本要求：1.主轴旋转精度高，旋转稳定。2.主轴轴承系统刚性好，振动小，发热少。3.调整维修方便。3.1.1 传动轴旋转精度和提高措施1.传动装置旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小，它直接影响滑撬在升降机车上的行走速度。一般升降机车允许的径向和轴向跳动允许误差取0.10.2。2.提高主轴旋转精度的措施（1）选择合适的传动轴轴承轴轴承。（2）正确选择传动轴轴向止推方式。（3）提高主轴的加工精度。3.1.2 传动轴轴承系统的刚性主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下，主轴轴承抵抗变形的能力。通常以主轴前端的挠度来度量。过低的刚性会降低华侨行走的速度，引起直波形和螺旋线缺陷。3.1.3 传动轴设计1.升降机车传动轴的强度校核进行轴的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对传动轴来说，由于采用了同步皮带轮装置，传动轴主要承受扭矩，应该按照扭转强度计算，且在选取许用应力时应该选取较小值。传动轴材料采用45#，并进行调质，故选取许用应力为260Mpa。图31 传动轴尺寸示意图3.1.4 深沟球轴承深沟球轴承是最具代表性滚动轴承，用途广泛。可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合，带钢板防尘盖或橡胶密封垫圈的密封型轴承内预先充填了适当的润滑脂外圈带止动环和凸缘，容易轴向定位，又便于外壳内的安装。由于是点接触，故承载能力小，适用于轻中等载荷的大小。深沟球轴承适用于纯径向力的载荷。一般摩擦力矩小、发热量小的轴承高速性能好。球轴承比滚子轴承油较高的极限转速，由于滑撬在升降机车上属于高速运动，所以选用深沟球球轴承。它的优点如下：1.适用于高速旋转，噪声低,稳定性好。2.油膜刚度高，阻尼大，抗振性好。3.摩擦阻力小，磨损大.由于总有一层油膜将相对运动表面隔开，因此摩擦阻力小，磨损小，能长期保持很高的运动精度，寿命长.且对轴承轴颈材料要求也较低。4.主轴回转精度高.深沟球轴承具有良好的纠正轴和轴向跳动。5.使用较经济，适用于钢板冲压保持架。轴承的选用 采用深沟球轴承，轴承型号为6305-Z。其尺寸参数为：d25mm、D62mm、B17mm。技术参数：额定动载荷。图3-2 6305深沟球轴承计算轴承额定动载荷： (3-1)式中 寿命系数；转速系数。 (3-2)式中可靠性为90的额定寿命，取为15000h。得 (3-3) (3-4)将代入（3-1）， 得 可用，X、Y轴相同3.1.5 传动装置的设计为了提高主轴的旋转精度，皮带轮不直接装在主轴上，而是装在单独的支架上，并且用花键套带动主轴旋转，即采用卸荷皮带轮的方案。其优点是，减少主轴的变形，而且还提高了承载能力。1.减速电机的选择 通过查表可知，n=1400r/min 最大转矩M=200N.m。所以选择R37 DT90 L4型减速电机。图3-3 R37 DT 90L4传动减速电机2.同步带设计同步齿形带是由一根内周表面设有等间距齿形的环形带及具有相吻合的轮所组成。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。该同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，振动小，噪音小，传动比大，一般可达1：10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。结构紧凑还适用多轴传动，张紧力小，不需润滑，无污染，在恶劣的场所下正常工作。1）同步带材料的选用同步带材料选用聚氨酯。2）设计计算已知小带轮转速，即传动比i=1；（1）计算功率由机械设计表8.7查得，工作情况系数为2.0，故 (3-5)（2）由和选择带型 由于，查表后可知，取带型为L型。（3）确定带轮基准直径由金属切削机床设计简明手册表443，取主动轮基准直径，由此得, (3-6)（4）验算带速 (3-7)V=5.13m/s30m/s，所以带速合格。（5）初定轴向间距由公式（34） (3-8)可知（6）所需基准带长 (3-9)由金属切削机床设计简明手册表45，取相近的基准带长。（7）实际轴向间距 (3-10)所以皮带的实际轴向间距取。（8）同步带的基本额定功率由金属切削机床设计简明手册表440，可以查得。（9）小带轮的包角 (3-11)（10）同步带齿数的确定 (3-12)因为同步带的截距，所以可以确定同步带的齿数Z等于300。3.带轮设计1）带轮设计的要求： （1）质量小，结构工艺性好，无过大的铸造应力；（2）质量分布均匀，转速高时要经过动平衡校证；（3）槽轮工作面要经过精细加工，以减少带的磨损；（4）轮槽的尺寸和角度应有一定的精度，以使载荷分布均匀。2）带轮的材料选用带轮的材料选用HT200。 3）带轮的结构小带轮直径（d为轴的直径），所以采用实心式。4）小带轮的结构尺寸图3-4小带轮的结构尺寸 (3-13)其中带轮的外径，轴的直径，基准线上槽深。 (3-14) (3-15)4.键套的选用由轴端直径30选用内花键套：832H736H1012H11GB/T1144-2001，如图3-5:图35内花键套的结构尺寸3.2 升降装置设计升降装置是升降机车的重要组成部分，升降机车依靠它实现升降功能，升降装置由减速电机和平行四杆机构构成。四杆机构是起到支撑升降机车和滑撬及上面的工件的作用，在转动过程中，转轴受到较大弯矩作用，所以必须具有一定的强度和硬度，在升降机车中选择45#进行调质来实现其功能，因为加强筋板是和四杆机构焊接在一起的，起支撑作用，所以需要较强的硬度，又为了实现好的焊接效果，所以选用40cr作为加强筋板的材料。3.2.1 减速电机的选择由于减速电机起到带动平行四杆机构实现升降的作用，所以选择圆柱斜齿轮减速电机更适合实现其功能，,n=1430r/min,转矩=6130N.m，速比i=174.4，润滑油选择：clp220/25L。减速电机的型号为R137 DV132 S4如图（3-6）, 安装方式为M6。 图3-6 R137 DV 132S4升降减速电机3.2.2 四杆机构尺寸的计算 在升降机车中，四杆机构用的是曲柄摇杆机构，根据机械原理可以得出，曲柄摇杆机构的杆长条件存在曲柄的条件为：（1）最短杆和最长杆长度之和必小于或等于其他两杆长度之和。（2）连架杆和机架中必有一杆最短； 即在满足杆长条件下，以最短杆相邻的杆做机架时，为曲柄摇杆机构。 在升降机车中的四杆机构，我们以减速电机和联轴器中轴的一端为机架，与减速电机相连杆为曲柄，来实现其升降功能，杆长从小到大为180mm、200mm、1200mm、1210mm。又因为180+1210200+1200，以最短杆相邻的杆为机架，所以该机构为曲柄摇杆机构。 四杆机构如下图:图3-7 升降四杆机构示意图3.2.3 四杆机构强度的校核1.升降机车中的四杆机构的材料我们选用45#，45#的许用抗拉强度为，升降机车中，机车、滑撬、车身的重量家在一起大约3000Kg，由受力分析得：，所以，该升降杆的强度满足使用要求。2.由于四杆机构中连杆是二力杆，受拉力和压力，所以需要对该连杆的强度进行校核，因为电动机提供的转矩是6130Nm，力臂是180mm，所以连杆受的力连杆选的材料也是45#，抗拉强度，又因为连杆的截面积,所以 (3-16)所以连杆强度也符合标准。3.3 停止器 停止器是汽车自动线升降机车重要组成部分，它起到防止传感器不起作用时滑撬冲出升降机车的情况发生，适用于紧急环境。停止器由缓冲器和气缸组成，当气缸伸出时，挡板伸出，滑撬传过来时，滑撬上的传感器感应到挡板的存在，滑撬停止，然后把信号传递出去，随即执行升降机车下降的命令；当对工件加工完成时，升降机车上升到轨道上，气缸收缩，也带动挡块收缩，滑撬上的传感器感应不到挡块后，随即离开轨道。气缸与电磁阀对应使用。通过控制电磁阀来控制气路的进出形式，从而控制气缸的伸缩。3.3.1 缓冲器的选择 缓冲器选择的是SCS45-50M型号的缓冲器，SCS型缓冲器在设计上使用了布雷德胶囊蓄压器及氮气作为回转中心再回归之特殊设计，所以当接触到瞬间的物体冲击时，所产生的强大冲击力，并且以平稳的软性减速吸震性能，在减速吸震行程内将快而重的物体安全停止且不具危险。它的吸震行程是50mm，螺纹直径是M45。最大吸震能量是1360-2350J。图3-8 缓冲器的技术尺寸3.2.3 气缸的选择气缸选择的是FETSO，DNG-50-80-PPV， 其相应附件包括快插接头、耳环安装件、Y型带销接杆、单向节流阀、快速接头等。图3-9 气缸的外形图3.4 电动控制元件的选择3.4.1 传感器的选择在汽车自动线升降机车中，由于对工件到位的准确度要求很高，所以传感器控制的准确度十分重要，选择ELCO方形传感器Ni40-C40-OP6L-Q12四个，分别起加速、匀速、减速、停止作用四个传感器。安装方式为非齐平，输出类型为PNP，输出功能常开，电源电压为10-30VDC，额定电流=200MA，开关频率为150HZ，连接方式是M12连接器。 图3-10 接近开关 图3-11 BALLUFF光电开关3.4.2 行程开关的选择 为了实现停止器的功能，在停止器上安了两XCK-J.C(IEC60947-5-1,GB14048.5, Ui500VAC15 240V 3A)型号的接近开关，在保护杆的位置也安装了一个行程开关。德国巴鲁夫(BALLUFF)BOS21M-PA-ID10-S4 传感器两个。4 PLC可编程控制系统设计4.1 概述任何一个数控系统都是由硬件和软件两部分构成，硬件是组成系统的基础，软件是系统的灵魂。有了硬件和软件和配合才能有效的完成系统的使命。硬件电路的可靠性直接影响到可编程控制系统的性能指标。本设计中要升降机车传动轴自动横向进给（X）和升降机车纵向进给（Y）在两坐标进行控制。对汽车自动线升降机车工作过程进行分析：其调整过程有焊工件，手动按钮按下，将滑撬输送走，停止器上升；升降机车升起，下各工位的滑撬及工件运送到这个上，升降机车下降在早期的汽车产业中，汽车的生产完全是基于手动，半自动化的生产，在生产上不仅达不到质量上的保障，并且在生产数量上也远远不够，手动、半自动化生产水平不高，汽车生产的数量远远达不到人们的需求，汽车行业逐步意识到汽车工业自动化对自身的重要性。汽车工业要想飞速的发展，自动化生产线的改造是一个革命性的变化。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统存在着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其对生产工艺多变的系统适应性差。如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这不仅影响了产品的更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也费时和困难的。随着PLC产品性能价格比的不断提高，一些企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个革命性的飞跃。特别是德国西门子公司推出的S7系列PLC以其功能强大、性价比高、语言较易掌握等特点而受国内用户欢迎。由于汽车生产的连续性强，工序多，工艺复杂，现场设备、I/O 点多、分布广、通讯数据量大。我们依据小型s7-200系列的PLC无法完成这样复杂的工作，对于小型的s7-200只适用于小型的自动化控制系统。所以要想完成汽车生产线自动化，应选择快速、坚固和极具通信能力的大型s7-400系列的PLC来完成自动控制系统。一汽大众新宝来生产线是上世纪八十年代从德国整套引进的，从第一台宝来车下线距今已有几年的历史，以前在工位与工位之间进行传递汽车的时候是用人工或是悬挂链条式传递，这样不仅费时、费力在产量上也得不到提高，因此提出了升降机车这一概念，通过机车在工位上传递汽车可使生产线简单化、节省了很多的不必要的措施，生产速度也得到了提高。并且在生产上实现了工业自动化，所以升降机车的提出和应用对于汽车产业的发展前景是非常好的，鉴于机车的功能更加使我们对于升降机车研究加深。4.2 确定硬件设计总体方案4.2.1 S7-400概述S7-400是具有快速、坚固和极具通信能力的大型系列PLC自动控制系统的一种可编程逻辑控制器。其在程序执行方面，指令执行时间极短；在恶劣、不稳定的工业环境下，坚固、全部密封的模块依然可正常工作；无风扇操作降低了安装的费用；在操作运行过程中模块可插拔；分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通信（P总线与输入/输出模块间进行数据交换，C总线可将大量数据传送到功能模块和通信模块）；一些CPU装备了内置的SINEC L2 DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换；强大的通信模块允许点到点通信，以及用SINEC L2和SINEC H1总线系统进行通信。通过选择合适的s7-400组件，可实现几乎所有的自动化任务。S7-400模块采用了在机架中进行悬挂安装的模块化设计。并提供扩展机架以对系统进行扩展，S7-400自动化系统集原有系统与新系统和新软件的所有优点于一身。4.2.2 s7-400的硬件结构S7-400PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可以进行广泛组合和扩展。它的主要主要组成部分有机架、电源（PS）模块、中央处理器单元（CPU）模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）、和通信（CP）模块等。1、机架S7-400的机架为各类模块提供支架和电源，并通过背板总线连接各模块。采用分布式总线（P总线和C总线）使CPU与中央I/O间的通信速度可以非常快，P总线(I/O总线)用于I/O信号的高速交换和对信号模块数据的高速访问，C总线（通信总线，或称K总线）用于在C总线各站之间的高速数据交换。两种总线分开后，控制和通信分别有各自的数据通道。2、电源(PS)模块电源模块用于为s7-400 PLC的CPU、通信模块、传感器和执行器等提供DC 24V和5V电源。S7-400 PLC的电源模块直接安装在机架背板上，向背板总线提供DC 5V和24V电源，所有安装于一个机架（如果扩展机架需要主机架供电时则为两个机架）上的模块消耗DC 5V和24V电流总线不能超过电源模块的输出容量。电源模块不能与CPU机架分离安装，CPU可以对电源模块的状态进行诊断。电源模块不能为信号提供负载电压。电源模块上可以安装备份电池，即使电源断电，CPU中的程序和过程数据也不会丢失。S7-400 PLC的电源模块只能安装在一个机架上。S7-400 PLC可供选择的电源模块有：PS 405（4A）、PS 405 (10A)、 PS 405 (20A)、 PS 407 (10A)和 PS 407 (20A)等。S7-400 PLC电源模块的特点为：用于s7-400 PLC系统安装基板的封装设计；通过自然对流冷却；带AC-DC编码的电源电压的插入式连接；短路保护；对两个输出电压的监视，如果其中一个电压故障，则向CPU发送故障信号；两个输出电压（DC 5V和DC 24V）共地；前面板上有运行和故障/出错指示LED。3、CPU模块S7-400 PLC的CPU模块种类有 CPU 412-1、CPU 413-1/413-2 DP、CPU 414-1/ 414-2DP、CPU 416-1等。CPU 412-1、适用于中等性能的经济型中小型项目；CPU 413-1和CPU 413-2 DP适用于中等性能的较大系统；CPU 414-1和CPU 414-2 DP适用于中等性能，对程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合；CPU 416-1适用于高性能要求的复杂场合。具有集成DP接口的CPU可作为PROFIBUS-DP的主站。（1）实时时钟功能CPU的后备时钟和8个时钟位存储器，有日期时钟同步功能，同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站。（2）IEC定时器/计数器功能S7-400 PLC都有IEC定时器/计数器（SFB类型），每一优先级嵌套深度24级，在错误OB中附加2级。S7信令功能可以处理诊断报文。（3）测试功能可以测试I/O、位操作、DB（数据块）、分布式I/O、定时器和计数器；可以强制I/O、位操作和分布式I/O。有状态块和单步执行功能，调试程序时可以设置断点。（4）通信处理器（CP）通信处理器（CP）的块数只受槽的数目和通信的连接数量的限制。S7-400可以与编程器和操作员面板（OP）通信，有全局数据通信功能。在s7通信中，可以作服务器和客户机，分别为编程器（PG）和OP保留了一个连接。（5）CPU模块内置第一个通信接口的功能第一个通信接口可以作MPI（默认设置）和DP主站，有光电隔离。作MPI时，可以与编辑器和OP通信，可以作路由器。全局数据通信的GD包最大为64KB。S7标准通信每个作业的用户数据最大为76KB，s7通信每个作业的用户数据最大为64KB，s5兼容通信每个作业的用户数据最大为8KB，通过CP和可装载的FC可以进行标准通信。内置的各通信接口最大传输速率为12Mbit/s。作DP主站时，可以与编程器和OP通信，支持内部节点通信，有等时线和SYNC/FREEZE功能，除s7-400外，有全局数据通信、s7基本通信和s7通信功能。最多32个DP从站，可以作路由器，插槽数最多为512个。最多地址区为2KB，每个DP从站的最大可用数据为244B输入/244B输出。（6）CPU模块内置第二个通信接口的功能第二个通信接口可以作DP主站（默认设置）和PTP(点对点)接口，有光电隔离。作DP主站时，可以与编程器和OP通信，支持内部节点通信，有等时线和SYNC/FREEZE功能。每个DP从站的最大可用数据为244B输入/244B输出。4、通信处理器（CP）模块通信处理器是一种智能模块，它用于PLC之间、PLC与计算机或其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编辑工作。5、IBS s7 400 DSC/I-TINTERBUS 总线控制器为第四代SIMATIC版的S7-400控制器的连接到以太网网络。IBS s7 400 DSC/I-T可以外接 高达254远程总线设备、多达16个设备水平、多达512个设备、高达4096的I / O点、高达62个PCP设备。可以与S7 - 400的控制器同步运行并支持嵌入式系统和INTERBUS总线回路/ 2个回路设备，得到了加利福尼亚四国集团的支持。IBS s7 400 DSC/I-T可以根据需要，用户自定义处理，控制器板可以对数据预处理和全面的系统诊断。控制器上的液晶显示器能经营和直接显示通信的诊断信息。在控制面板上有RS 232接口，可以通过固件下载，一个RJ - 45接口以太网连接使用双绞线电缆并符合TCP / IP协议。IBS s7 400 DSC/I-T有两个接口一个是远程总线连接接口，远程总线连接到INTERBUS总线控制器的设备上。另一个是诊断接口，通过此接口连接到个人的计算机上或是PC上，对系统进行相关的操作。图4-1 s7-400的硬件结构4.3 SEW变频器的控制4.3.1 SEW变频器的介绍MOVIDRIVE 通过现场总线接口可对所有驱动参数和功能进行数字访问。变频器的控制是通过快速、周期性过程数据交换得到。过程数据通道提供了一种工具，不仅能设定设定值（例如转速设定值，加速和减速用的斜坡发生器时间等），而且也能激发各种驱动功能（例如启动，控制器禁止，停止，快速停止等）。该通道还能从变频器中读取实际值，例如实际转速，电流，变频器状态，错误码以及参考信息。在变频器中内置有顺序及定位控制系统IPOS，所以过程数据通道也能用作PLC和IPOS之间的直接连接。在这种情况下，过程数据不是由变频器计算，而是由IPOS控制程序直接计算。虽然过程数据一般按周期交换，但是驱动器参数也能通过READ和WAITE功能非周期性读和写。参数数据的这种交换使之应用程序得以执行，因为所有重要的驱动参数存放在高一级自动化装置内，这就避免了在变频器上手动调整参数，这种调整通常是十分费时的。现场总线系统的使用需要附加的驱动系统监视，例如现场总线的时间监视（现场总线超时中断）或甚至是专门紧急停止的概念。MOVIDRIVE监视功能可以预测在应用程序中。这样的话，用户可以确定总线出错时变频器应该触发哪个错误响应。快速停止对于许多应用是切实可行的，但是也能冻结最后的设定值，使用最后的有效设定值继续驱动（例如传送带）。由于变频器在现场总线方式工作时也能确保控制端子的功能，通过变频器的端子仍然实现和现场总线无关的紧急停止。MOVIDRIVE 变频器为启动和运行提供了许多诊断选项例如，从高一级控制发来的设定值和实际值都能用手提键盘式的现场总线监视器进行检查，也能从现场总线选件上的状态指示提供许多的附加信息。PC软件MX-SHELL甚至能提供更方便的诊断选项，除了可以设定所有的驱动器参数（包括现场总线参数），还能提供现场总线和变频器状态信息和详细显示。MOVIDRIVE变频器的控制在现场总线系统上是利于过程数据进行的。一般来讲，过程输入数据和过程输出数据应该是分开处理。这样的话，能分别确定你的应用中哪个过程输出数据（设定值）将由控制器传送给变频器，或者哪个过程输入数据（实际值）将由MOVIDRIVE变频器传送给高一级控制装置。图4-2 变频器4.3.2 SEW变频器的应用对于升降机车传动使用的电机主要是3KW，所以我们选择MDX61B0040-5A3-4-OT型号的变频器来控制升降机车，SEW电机的控制通常在4KW以下时，我们采用星型连接控制电机的转动，而在4KW以上的电机我们常常采用三角形的连接控制电机的转动。因为在升降机车中我们采用的是3KW的SEW电机，所以我们采用星型的连接控制，对于滚床的加速、减速、停止我们通过SEW变频器的软件来设置内部参数来进行控制。4.4 INTERBUS总线4.4.1 inline模块inline模块主要是由光电耦合器、电源模块、输入模块和输出模块组成。其中光电耦合器是用于连接INTERBUS总线嵌入式的终端，并且远程总线使用光纤连接。它主要的作用是把PLC的光信号转换成按钮、显示灯等电信号或是把按钮、显示灯电信号转换成光信号，在光电耦合器的后面通常接有电源模块、输入模块和输出模块，电源模块是给输入模块和输出模块提供电源的，输入终端模块是专为嵌入式站内使用，它是用来接受数字信号，输入模块主要连接一些按钮等输入信号。输出终端模块也是专为嵌入式站内使用，它是用于输出数字信号，输出模块主要用来连接显示灯等器件。4.4.2 PNOZ multi 模块PNOZ multi 模块主要由电源模块、通信模块、基础模块、扩展的输入模块和输出模块组成。PNOZ multi 模块化安全系统是用于安全电路的中断和安全使用而设计的。通信扩展模块是用于与PNOZ multi模块化安全系统和INTERBUS总线通信的中转站，它是一个INTERBUS总线用户的一个从站。Inter bus总线之间的相互通信的基本功能符合欧洲的标准。在通信时中央控制器（主站）周期性的读取从站输入信息和输出信息并进行数据传输，使整个系统建立了一定的联系。基础模块具有噪音抑制功能，最多能连接8个扩展模块和1个现场总线模块（通信模块），基础模块是PNOZ multi的主体，它上面有20用于连接的输入点，主要连接：1、急停按钮2、双手按钮3、安全门限位开关4、复位按钮5、光幕6、扫描仪7、启用开关8、压力传感器9、操作模式选择开关。一个32位内存可用芯片卡，用于存储安全回路程序。四个半导体输出主要外接一些可控的继电器，用于控制一个区域的安全。2个继电器输出直接控制工位的安全回路。模块上的LED指示灯有诊断电压、输出和输入电路正确与否的显示功能，我们可以根据显示灯的不同状态得到不同的信息。电源模块主要是给基础模块，扩展模块提供电源。在基础模块的输入点和输出点不够用的情况下我们需要扩展一些输入模块和输出模块，输入模块输出模块上的输入点输出点的功能和基础模块上的输入和输出的功能是一样的。4.4.3 RL模块RL模块被设计使用在系统工程中，有IP67防护等级，它是适合使用在条件恶劣的工业中。不需要放在一个控制柜中，它可以使用的工具平台上，直接焊接机器人或输送系统。本文中该模块主要被使用在输送系统。该模块提供两种不同的传输速率，在使用中一个输送系统的传输速率要统一。在RL模块上有一对INTERBUS总线远程总线（光纤）端口、一对US1/US2电源端口和8个输入或输出的5针端口。五针的端口主要接升降机车上上的接近开关。图4-3 RL模块4.4.4 SWAC控制面板在本设计中SWAC控制面板主要起到显示和控制的作用。SWAC控制面板上一共有64个点。每个点都有显示和控制的作用，一个点代表一个器件的一种状态。例如：滚床上的接近开关，在接近划跷的时候接近开关感应，SWAC上代表这个传感器的显示灯变化。SWAC控制面板上有的点还有控制的功能，像一些启动按钮和停止。图4-4 SWAC控制面板4.5 传感器和执行器4.5.1 接近开关再设计中我们使用一种对接近物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开