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厚度 综合 检测 平台 控制系统 硬件 部分 部份

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南 京 理 工 大 学 学生毕业设计（论文）中期检查表 学生姓名 李言华 学 号 0101170104 指导教师 孔德仁 选题情况 课题名称 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部分 难易程度 偏难 适中 偏易 工作量 较大 合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定： 所在专业 意见： 负责人： 年 月 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计（论文）任务书 学 院（系）： 机械工程学院 专 业 ： 测控技术与仪器 学 生 姓 名： 李言华 学 号： 0101170104 设计 (论文 )题目 ： 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部分 起 迄 日 期 : 2005年 3 月 14日 2005年 6 月 22 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学 指 导 教 师 : 孔德仁 专 业 负 责人 : 周 严 发任务书日期 : 2005 年 2 月 19 日 任务书填写要求 1毕业设计（ 论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业的负责人 审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文 全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（ 2000 级为 10位数），不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 本课题意在研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度综合检测平台，以达到实现自动化检测滑块的尺寸，以减轻工人劳动强度并提高检测的正确率的目的，使产量与检测同步，提高效率。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 滑块是空调器中的关键部件，本课题拟研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度自动综合检测平台。该系统由检测平台设计、自动分料机构设计、自动检测系统、自动控制系统等组成。 要求： 1）国内外相关技术调研及综述 2）滑块厚度自动综合检测平台的控制功能设计要 求及分析 3）滑块厚度自动综合检测平台的控制总体方案论证及设计 4）控制部件的设计与选型 5）控制软件简介 6）系统联调 要求将该仪器用于滑块检测，能实现滑块检测及分类的自动化。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 完成开题报告、外文翻译、软件设计及毕业设计论文，提供实物图。 4主要参考文献： 1 天津电仪职大 北京：电子工业出版社 ,1995 2 周万珍等 . 析与设计应用 电子工业出版社 ,2004 3 王昌明，孔德仁，朱蕴璞 机电测控执行器 京理工大学， 2002 4 钟约先，林亨 北京：清华大学出版社， 2001 5 刘杰，赵春雨，宋伟刚，张镭 北京：冶金工业出版社， 2004 6 孙传友，孙晓斌等 北京：北京航空航天大学出版社， 2002 7 赵永成，王丰，李明颖 北京：中国计量出版社， 2003 8 薛钧义，武自芳 西安：西安交通大学出版社， 2003 9 强锡富 北京：机械工业出版社， 2003 10 李正军 第 1 版 械工业出版社， 2004 11 黄惟一等 理论与应用 版 防工业出版社， 1988 12 齐从谦，王士兰 术及应用 械工业出版社， 2000 13 廖常初 程及应用 械工业出版社， 2002 14 件可靠性工程手册 子工业出版社， 1997 15 王永华 用技术 北京： 北京航空航天大学出版社， 2004 16 金茂椿，魏家轼 成都：电子科技大学出版社， 1992 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2005 年 3 月 15 日 3 月 18 日 3 月 19 日 3 月 26 日 3 月 27 日 4 月 4 日 4 月 5 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 14 日 6 月 15 日 6 月 18 日 6 月 19 日 6 月 24 日 接受毕业设计课题，了解其内容 开题报告 外文翻译 设计并 实验 初步完成毕业设计论文撰写 修改 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 2005 年 月 日 学院（系）意见： 院（系）领导： 2005 年 月 日 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 李言华 学 号： 0101170104 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 测控技术与仪器 设计 (论文 )题目 : 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件设计 指导教师 : 孔德仁 副教授 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业 设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 年 月 注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料 合订成册 ，并统一存放在学生“ 毕业设计（论文）资料袋 ”中（打印件一律用 型）。 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 （ 系） ： 机械工程学院 专 业 ： 测控技术与仪器 姓 名 ： 李 言 华 学 号 ： 0101170104 外文出处 ： 附 件 ： 指导教师评语： 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 附件 1：外文资料翻译译文 二十六章 一章内容提要 上一章主要讲述了控制简单设备的行为的顺序规则和通过 的多个交易间的关系，并且描述了这些规则如何预防死锁的发生。 本章内容提要 本章将介绍 规范，版本为 期是 1994 年 8 月 26 号 下一章内容提要 下一章将详细描述 定机构及 定机构允许 锁定主存储器或者允许主 /锁定 储器目标 用途 了平台指定的微核心外）、应用程序和设备驱动程序不可直接访问 断路由逻辑（见 中断路由），或者专用周期产生逻辑（专用周期软件生成）。实现这些能力的硬件办法是平台指定的，因此，任何直接访问这些机构的软件都是平台指定的，这可能会导致兼容问题（软件在一些平台上可以工作而在其它平台上则不能）。 相反，请求将被发至 个 平台指定的，它在硬件中实现，也可能在 硬件抽象层（ 实现， 供的服务如下： 允许确定 片组支持的配置机构（见 配置机构简介）。 允许确定芯片组在软件控制下产生 用周期交易的能力及所使用的机构。想要更多的信息，参见 软件专用周期的生成。 允许确定 线在系统中的存在范围 查找某一指定 备或属于某一类设备的实例 允许 用周期交易（如果芯片组在软件控制下支持产生 用周期交易）。 允许调用者获得 断路由选择并且为机构分配一个中断线 允许对设 备的配置寄存器的读或写。 持的 境 述 不同的 不同的操作特性（比如用于定义系统存储器的方法和用于调用务的方法）。在基于 理器家族的系统中，在特定平台上执行的 实模式操作系统（即 286 保护模式（禁止使用） 386 保护模式。有两种 386 保护模式 段模式（禁止使用） 平台模式 范定义了实现 调用 软件的规则： 规则 1. 须支持所有上述提到的 境。 规则 须保持除了用于返回参数以外的所有的寄存器和标记。 规则 存器中的中断标记位的状态。 规则 能调用时中断将不可使能。 规则 径必须是可重入的（他们可以在自身内部调用） 规则 须为 义一个容量至少为 1堆栈存储器区域。 规则 义的堆栈段和代码段必须有相同的容量（ 16 位或 32 位） 规则 用 保护模式 须将 存器设置为 规则 须保证为 义的优先级允许中断使能 /禁止并且执行 规则 实现者必须假定 义的 只执行， 只读。 模式 实模式 如 写进 8088 处理器执行。这个处理器最多只能对1存储器进行寻址（ 00000h 至 用四十六位段寄存器（ S），编程人员定义了存储器的四个段，每段的长度固定为 64一个程序开始执行时，四个段寄存器的每一个用存储器中相应段的起始地址的上四个十六进制数字对其进行初始化。 代码段包含 当前执行的程序 数据段定义了包含程序运行的数据的存储器区域 堆栈段定义了用来暂时保存值的存储器区域 额外的数据段可用来定义与当前执行的程序有关的另一个数据段 过装入一组带有请求参数的处理器的寄存器组，执行软件中断命令，指定中断表中的 1口作为包含 入口点，调用 理器将 面的指令的地址压入堆栈存储器。保存完这个返回地址后，处理器在中断表中读条目 1指针并且在一个指定的地址开始运行。这就是 入口点。 调用 另 一个方法就是在物理存储器位置 000接调用 用这个方法可以确保调用者不用担心在中断表中的 1口已经被其它设备占用。 86 保护模式（ 16 16） 范称之为 16 16模式是因为 286 处理器有 16 位段寄存器并且编程人员通过定义段内（代码段、数据段、堆栈段或额外数据段）设备的 16 位偏移量来指定存储器中设备的地址。尽管每段的最大容量仍然为 64同 8088 处理器一样）， 程人员可以将段长度设置为 1 到 64间的任何值。当在实模式操作时， 286 地址存 储器就如同具有同样固定的 64长度的 8088 处理器一样并且只能访问存储器空间中第一个 当在保护模式操作时，然而， 286 以不同的方式寻址存储器。不同于存储器中包含段的五位物理起始地址的上四位十六进制数字，段寄存器中的值被称为段选择值。它指向存储器中由 立和保存的段描述表的每一个条目。段描述表中的每一个条目都包含了定义如下内容的八个字节的信息： 存储器中段的 24 位起始物理地址。换句话说，段起始地址可以被指定在存储器空间的第一个 16处任意地方。 段长度（从一个字节到 64 允 许程序访问存储器的段的方式（只读、只执行、读 /写或者不允许） 一些 在 286 模式下操作时的 统）用段能力在 16体的存储器空间里为每一个程序分配单独的代码、数据、堆栈段。当 行一个任务切换时，它必须在段寄存器内装入一组属于当前应用程序的存储器的段的值。 正如在实模式 境中，通过 执行或者通过直接调用 工业标准入口点（物理存储器位置 000用 86 保护模式（ 16 32） 386 处理器将每个段的最大容量从 64为 4486、奔腾和 族处理器像 386 一样具有相同段的的最大的容量。为了将段的最大容量增加到 4386还引进了一个 32 位的寄存器组，它允许编程人员在一个段内指定设备的 32 位偏移量。段寄存器的容量仍然是 16 位的。不包含存储器中段的五位物理起始地址包含的上四十六进制数字，段寄存器的值被称为段选择器（当处理器在保护模式操作时）。它指向存储器中 立和保持的段描述表中的一个条目。段描述表中的每一个条目包含八个字节的信息，定义如下内容： 存储器中段的 32 位起始物理地址。换句话说，段的基地址可以在存储器空间的总体 4范围内的任意地方。 段的长度（从一个字节到 4 程序允许访问存储器的段的方式（只读、只执行、读 /写或者不允许） 一些操作系统（如在 386 升级模式下操作的 统）用段能力在 4体的存储器空间里为每一个程序分配单独的代码、数据、堆栈段。当 行一个任务切换时， 它必须通过定义属于当前应用程序的存储器的段的值装入段寄存器。 在 范中，这被称为 16 32 模式，因为 16 位段寄存器定义（直接地）段起始地址并且编程人员可以用一个 32 位值在总的 4 储器空间中任意地方去指定设备的偏移量。 在 32 位 境中， 是用 用的，实际上， 如果一个应用程序尝试执行一个 令结果将是一个一般保护例外，而调用程序对 口点执行远调用。这就意味着这个入口点地址是已知的。本章下文的部分将定义口点是如何被发现的。 天的 平台模式（ 0 32） 更简单的存储器模式是为所有的段寄存器设置为指向将每个段的起始地址定义为物理存储器位置 00000000h，长度为 4段描述值。这被称为平台存储器模式。 范称之为 0 32 模式 ,所有段的起始地址是 00000000h，长度为32 位长度 4由于不为每个程序定义单独的段， 负责管理存储器并且确保不同的程序不在其他程序的空间执行， 用分页表格中的属性位来完成这个任务。 正如上文所说明的，在 32 位 境中， 是用 用的，而是由调用程序对 口点执行一个远调用。这就意味着这个入口点是已知的。本章下文将定义是如何发现 口点的。 定系统是否实现 32 位 尝试着调用 32 位 前， 32 位 2 位 否存在，它的入口点是什么。 范规定 ,须扫描物理存储器区域 00000查找表 266位数据结构。这个数据结构必须排列在 16 字节的地址边界。 表 262 位 据结构 偏移量 容量 描述 0 四个字节 记“ 最左边的下标存储在偏移 0中，最右边的下标存储在偏移 3 中 4 四个字节 32 位 务目录程序的 32位入口点。调用服 务目录程序可以确定 32位 作者把它当作是 图书管理员 ,它跟踪实现了哪些 及这些 存储器中的位置。 8 一个字节 数据结构的版本级（层） 9 一个字节 16 字节递增的数据结构长度，目前，数据结构是 16字节长，所以这个区域包含 01h。 个字节 数据结构中所有字节的校验和，校验和必须加至 00h 个字节 保留并且必须为零 定 32 位 持的服务 现在 32 位服务目录程序（ 书管理员）的存在和入口点已 经确定， 2 位 范是否实现了 过调用入口点和提供如下内容作为输入参数可完成这个任务 : 务识别器 为了确定指定的服务（例如 务）是否被 32位 持，服务目录程序根据 存器中调用者提供的四个字节服务识别器执行查找（详见 确定 32位 否支持 务） 务目录功能识别器 0h,它指挥服务目录程序查找存器中提供的服务识别器 的上三个字节为保留并且必须清零 . 在调用服 务目录程序返回后 ,寄存器 组包含以下值 : 如果指定的服务存在则 含 00h,如果不存在则包含 80h,如果 供的功能识别器未实现则包含 81h. 含指定的 务的物理起始地址 含指定的 务的长度 务的入口点 ,这是 定 32 位 否支持 务 $ ,在 可以通过对 前 ,须把 代码和数据段定义为具有 代码和数据段必须有相同的起始地址 须起动 先级以允许 作并且必须为 义一个容量至少为 1堆栈区域 者必须假定 义代码段为只执行 ,数据段为只读 . 用 如本章上文所提到的那样 , 可以通过执行一个 物理存储器空间 000接调用 方法来调用 16位 2位 在这两种情况中 ,调用者必须首先把要求的请求参数装入处理器的寄存器组 存器必须包含 能 1h. 存器必须包含 级的功能识别器 . 表 26义了各种类型 能调用的输入参数 传送标记的状态表明了调用是成功还是失败 范包含了这些功能调用的详细地描述 本章下问将不再重复了 . 表 26能请求代码 功能请求 能 1h 在检测 1h 用供应商 备 用设备的供应商和设备 为查找标准可以发现系统中的所有设备的实例 则返回物理位置 (总线、设备和功能编号 )能的输入参数去访问设备的配置寄存器 . 2h 发现 代码 如果设备的实例被发现 , 则返回物理位置 (总线、设备和功能编号 )能请求对设备 的配置寄存器进行配置读或写访问时 ,这些值可以作为输入参数 这个功能可以作为引导显示设备用来查找 容的接口 . 3h 产生专用周期交易 用周期交易以发送编程人员指定的信息到指定总线上的所有设备 6h 读配置字节 8h 读配置字 9h 读配置双字 配置字节 配置字 配置双字 得中断路由 选择 备的中断如何路由至系统中断请求线 备或槽的 由信息的数据结构中 节中的“中断路由表”有相同的格式 (实际上是相同的表 )注意如果芯片组不能实现可编程中断路由器 ,那么无论是这个功能调用还是表中下一行的功能调用不被支持 . 设置 (分配 )断 断请求线路由至指定系统的中段请求线 . 在调用 在调用 前 ,置为 D),置为 寄存器组包含以下值 : , P” , C” ,” I” ,以及 间字符的 上部分字节 . 0h 含表 26 主要版本 次要版本 统中最后的 线的编号 如果 在则传送位被清除 ,反之则设置传送位 编程器只确保如果 传送标志包含指定的信息则 在。 南 京 理 工 大 学 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 学院（系） 机械工程学院 选题 教师 姓 名 孔德仁 专 业 精密仪器与测控工程 专业技术职 务 副教授 申报课题名称 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部分 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题简介 本课题意在设计一套滑块厚度综合检测平台，以达到实现自动化检测滑块的尺寸，以减轻工人的劳动强度并提高检测的正确率的目的，使产量与检测同步，提高效率。系统硬件部分通过对电机、 行程开关和传感器设计，实现系统的线路连接与调试。 设计 (论文 ) 要 求 （包括应具备 的条件） 题目：滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部分 要求： 1）国内外相关技术调研及综述 2）滑块厚度综合检测平台的控制功能设计要求及分析 3）滑块厚度综合检测平台的控制总体方案论证及设计 4）控制部件的设计及选型 5）控制软件简介 6）系统联调 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 一般 易 是否 军工课题 是 否 所在专业审定意见： 负责人 (签名 )： 年 月 日 注：本课题由 李言华 同学选定，学号： 0101170104 说明： 1该表作为本科学生毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写，经所在专业有关人员讨论，负责人签名后生效； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 填 表 说 明 1 该表的填写只针对 1名学生做毕业设计 （论文）时选择使用，如同一课题由2名及 2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中加以体现。 2 “ 课题性质” 一栏： A工程设计； B工程技术研究； C软件工程（如 D文献型综述； E其它。 3 “课题来源” 一栏： A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题； B企、事业单位委托课题； C校、院（系）级基金课题； D自拟课题。 4 “课题简介” 一栏： 主要指研究设计该课题的背景介绍及目的、意义。 5 “设计（论文）要求（包括应具 备的条件） ”一栏： 主要指本课题技术方面的要求，而 “条件 ”指从事该课题必须应具备的基本条件 (如仪器设备、场地、文献资料等 )。 南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 李言华 学 号： 0101170104 专 业 ： 测控技术与仪器 设计 (论文 )题目 ： 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部 分 指 导 教 师 : 孔德仁 2005 年 3 月 29 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在 专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 课题的研究背景 滑块是空气调节器中的一个关键性部件，滑块的几何尺寸、形位公差、表面粗糙度等因素都直接关系到其性能的好坏。 随着空气调节器的发展，滑块的需求量越来越大，对其精度要求越来越高， 而传统的人工检测方法存在检测速度慢（一个工人一个班次只能检测几百块），效率低，人为因素影响大的问题，严重制约了滑块的生产效率。为了改善这一状况，由 宁波市科技局提出、南京理工大学承担研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度综合检测平台。该系统由检测平台设计、自动分料机构设计、自动检测系统、自动控制系统等组成，可以达到实现自动化检测滑块的尺寸，以减轻工人劳动强度，节省大量的人力、财力、物力，并提高检测的正确率，使生产量与检测同步，以提高生产效率。 测量时首先要求的就是精度，即不确定度。我们应根据实际中被测对象的精度要求来确定测量设备的精度，一般设备的测量误差取被测件公差的 1/3，或者取被测件公差的1/5 或 1/10。在本课题中，检测平台的垂直公差要求为 1%行公差要求为 1%度要求为 m，因此本课题在精度方面的要求还是相当高的。其次，我们要考虑生产效率，即单位时间内的检测效率。根据宁波市科技局的要求，该检测平台的检测速度需要达到 2 万件 /天。针对这一要求，我们应全面考虑其自动化程度，如微机控制，自动上下料，自动传送工作，自动检测等，另外还要考虑可其行性等。为了保证传送过程中的平稳性，避免传动机构的震动引入附加的测量误差，造成测量结果的失真，传动测量机构采用了分体结构的设计，将测量工作台与传动机构分离，从而可以大大减少传动机构对测量过程的影响 。滑块的每一表面要测量两条对角线上共五个点（中心交叉处可看作一个），因此 ,滑块在流水线上不但要做 90 度旋转，还要做 180 度翻转。通过在测量平台上刻画合适的曲线使滑块能够按照预先设定的轨迹作适当的角度旋转，而滑块的 180度翻转，则要通过设计流水线的空间结构来实现。 就硬件而言，系统所用器件质量的优劣和结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应 合理地选择元、器件，在设计时对元、器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的安全量，并对元、器件进行老化和筛选。 控制系统硬件设计主要包括工业控制计算机的设计和选择 ，输入参数的检测和传感器、步进电机、电磁铁的选择，输出驱动方式和驱动元件的选择，人机联系方式的选择，最后生成控制系统原理图和接线图。 本课题以西门子公司 靠性高、性价比优良、使用方便等特点与工业控制计算机数据处理能力强、人机界面友好、管理水平高的特点结合起来，构成了滑块厚度综合检测平台测控系统，实现了滑块厚度检测和分类全过程的自动化。当把系统的软硬件设计工作完成后，还需对系统进行调试。调试工作分为三步：硬件调试，软件调试与仿真，软硬件联调即系 统调试。硬件调试工作的主要任务为排除故障，包括设计上的错误和工艺性故障。软件调试可对各个模块单独调试，然后再进行软件联调。系统调试应解决软硬件之间不协调，不匹配的问题。 2 国内外自动检测的现状 成件物品分拣是将众多的不同物品，迅速地按其要求分送到众多目的地的一种物料搬运过程。过去，成件物品分拣一般用人力和借助简单机械来进行，其主要缺点是劳动量大，效力低，差错率高。 随着生产及商业连锁经营模式的发展和商品品种的激烈增多，目前物品分拣系统已成为各种行业，如邮政、医药、烟草、图书等末端配送中心的重要设施，也是物料 搬运自动化的一个重要分支。 双向滑块分拣系统主要由前处理设备、双向推块分拣主机、后处理设备、控制装置及电脑管理等四部分组成。 给台的功能主要有两个：一是操作人员利用输入装置或条码识别装置将各个分拣物品的尺寸、目的地址送入资讯处理系统，然后经控制器转换为确定推块方向、位置、数量和驱动分岔机构等一系列指令；另一个是控制分拣物品进入分拣主机的时间和速度，使进入分拣主机的物件与分配好的推块同步，确保和物件准确分拣。其 他辅助性输送机则是向进给台输送分拣物品，可根据分拣系统现场的要求和条 件来设置。 板式输送机、推块、道岔等关键部件组成，根据控制装置的指令、通过滑块将分拣物品分拣到相应的下线格口。 功能是暂存经分拣的物件。下线格口有多种类型和表式，如：有动力和无动力、滑槽和排轮结构等，以适应不同需求，线格口一般设有预满格及满格声光提示功能。格满后，由人工收集和装车发运，也有直接将伸缩式输送机或其他输送机连接下线格口组成 后处理系统，以提高分拣效率。 系统设备各执行机构发出动作指令，使物品迅速、准确地在预定的分拣口进入目的地，完成对物品的分拣搬运处理。电脑管理主要是对系统中各设备运行的资料进行记录、监测和统计，相关生产资料、技术资料、各类报表等的整理和列印，并能与上位机联网，实现网路管理。 3 课题研究的目的及意义 本课题意在通过研制出的滑块厚度综合检测平台系统的自动检测功能，以达到减轻工人劳动强度、提高生产效率的目的。该系统经过加工、安装、调试证明系统设计合理，具有适应性强、智 能化自动化程度高、移植性通用性强等特点， 大大提高了检测效率，降低了生产成本，为企业带来了更大的效益。 参考文献： 1 天津电仪职大 北京：电子工业出版社 ,1995 2 周万珍等 . 析与设计应用 子工业出版社 ,2004 3 王昌明，孔德仁，朱蕴璞 机电测控执行器 京理工大学， 2002 4 钟约先，林亨 北京：清华大学出版社， 2001 5 刘杰，赵春雨，宋伟刚，张镭 北京：冶金工业出版社， 2004 6 孙传友，孙晓斌等 北京：北京航空航天大学出版社， 2002 7 赵永成，王丰，李明颖 北京：中国计量出版社， 2003 8 薛钧义，武自芳 西安：西安交通大学出版社， 2003 9 强锡富 北京：机械工业出版社， 2003 10 李正军 第 1 版 械工业出版社， 2004 11 黄惟一等 理论与应用 版 防工业出版社， 1988 12 齐从谦，王士兰 术及应用 械工业出版社， 2000 13 廖常初 程及应用 械工业出版社， 2002 14 件可靠性工程手册 子工业出版社， 1997 15 王永华 用技术 北京：北京航空航天大学出版社， 2004 16 金茂椿，魏家轼 成都：电子科技大学出版社， 1992 课题工作进度计划： 2005 年 3 月 15 日 3 月 18 日 接受毕业设计课题，了解其内容 3 月 19 日 3 月 26 日 开题报告 3 月 27 日 4 月 4 日 外文翻译 4 月 5 日 5 月 31 日 设计并实验 6 月 1 日 6 月 14 日 初步完成毕业设计论文撰写 6 月 15 日 6 月 18 日 修改 6 月 19 日 6 月 24 日 论文答辩 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一 . 拟制的滑块厚度综合检测平台应满足以下几点要求： 1检测速度为每个平台 2 万 件 /天，流水式，带传动 。 2测滑块厚度共六个数据 15 个点，正反面各测一次 。 3. 垂直公差要求为 1%行公差要求为 1%度要求为 m。 4 电机要正反转且要旋转所需要的相应的正确的角度。 5能够自动处理检测数据，并按照要求把其分成七类，从七个不同的出口滑出。 6系统具有一定的容错能力， 通过调节驱动机构的电机转速和设计判别滑块堆积感应开关来实现对滑块队列的检测，充分保证滑块的队列有序可靠 通过，并且即使出现滑块卡位、不能完成正确分类，也不会出现系统崩溃或误分类等现象。 二 拟采用的研究方法 随着科技的不断发展，检测自动化已成为一种提高效 率、提高检测结果精确性的重要途径。 传统的滑块检测主要依靠工人手工打表的方式，对滑块是否合格进行检验。人工检测存在检测速度慢、效率低下、人为因素影响大等问题。因此，滑块的自动化检测成为必然。本课题中滑块的传送、分料、滑块厚度的检测等动作全部由系统进行自动化检测，这不仅能够大大提高测试效率，还能减少工作人员的主观因素对测试结果精确性的影响。要达到滑块厚度尺寸的自动检测的目的，本系统主要采用的是流水线式导轨结构，在导轨中完成滑块的运行及其翻转和旋转，并在完成综合检测后自动分料，导轨用步进电机带动双面同步齿形带传 动，分料机构部分用步进电机带动，电磁铁得失电来实现；采用可编程序控制器（ 为系统的控制核心，通过串行通讯与工控机组成上位机监控系统，实现对滑块检测、分料过程的实时监视和自动控制。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 该学生通过查阅文献和对用户需求及要求的调研，对项目系统有较深入的认识。文献综述整体结构合理，层次清晰，语句通顺，对毕业设计的要求有清楚的思路。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 毕业设计课题有 一定的深度和难度，工作量饱满，按计划进行是可以达到预期目标的。 指导教师： 2005 年 3 月 5 日 所在专业审查意见： 负责人： 2005 年 3 月 10 日 南 京 理 工 大 学 毕 业 设 计（论 文）评 语 学生姓名： 李言华 班级、学号： 0101170104 题目： 滑块厚度综合检测平台 控制系统硬件部分 综合成绩： 指导者评语： 该论文是围绕 滑块厚度综合检测平台 的控制系统硬件部分展开工作的，由于是团队设计，仅是分工不同而已，该同学在设计期间主动配合团队进行总体方案的讨论、论证、设计及各组成部分的实施。 该同学承担的主要部分控制系统硬件设计合理，选型正确，经系统联调证明了是可行的。从设计期间工作态度及论文总体看，该同学已初步掌握了本学科系统的基础理论知识及专业知识，上进心强，团队精神好，具有独立从事科学研究 的能力。 论文结构严谨，条理清晰，语言通顺，符合科技论文写作规范， 是一篇优秀的本科毕业设计论文。 指导者（签字）： 年 月 日 毕 业 设 计（论文）评 语 评阅者评语： 该生毕业设计课题为滑块厚度综合检测平台中 控制硬件部分的设计，对于高精度检测来说，控制系统的设计至关重要。 文中所提控制方案正确， 元器件选型合理，经最终的系统联调证明，该系统工作可靠，理论正确。 论文表明该生已基本掌握了本专业的基础理论和专门知识，论文结构严谨， 条理清晰 ，语言 通顺 ，撰写符合规范，建议成绩评定为“优秀”。 评阅者（签字）： 年 月 日 答辩委员会（小组）评语： 同意指导老师及评阅老师的意见。 该同学 答辩时内容叙述条理清晰，回答问题正确。 答辩委员会一致同意该同学成绩评定为“优”。 答辩委员会（小组）负责人（签字）： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 1 - 页 共 目次 1 绪论 . 3 述 . 3 内外的发展概况及趋势 . 3 课题研究的意义 . 5 课题拟采用的方法 . 5 课题的主要内容 . 5 2 滑块厚度综合检测平台控制系统总体设计 . 7 测平台总体设计概要 . 7 测平台及分料机构设计简介 . 8 测平台及分料机构控制要求 . 9 制系统总体设计 . 10 述 . 10 制系统的总体方案设 计 . 11 3 控制系统的硬件选型及分析 . 13 述 . 13 进电机与驱动部分 . 13 态检测及报警设计 . 13 进电机选型及布置 . 14 进电机步距角的分析 . 14 进电机转速的分析估算 . 15 载转动惯量和转矩的估算 . 16 型 . 18 近开关 . 19 磁铁的选型 . 20 簧预紧力的分析估算 . 20 型 . 21 件系统设计及选型 . 21 选型 . 21 I/O 点分配 . 22 工控机的通信协议 . 25 动器的选择 . 27 制系统硬件总体连接图 . 28 . 29 述 . 29 件的功能 . 29 件的实现方法 . 30 件流程图 . 30 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 2 - 页 共 5 全文总结 . 32 致 谢 . 34 参考文献 . 35 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 3 - 页 共 1 绪论 述 滑块是空气调节器中的一个关键性部件， 其加工要求的平行度、垂直度和尺寸精度都很高，滑块的加工质量、 几何尺寸、形位公差、表面粗糙度等 会严重影响空气调节器的性能指数， 图 1 图 1着空气调节器的发展，滑块的需求量越来越大，对 其精度要求越来越高，而目前，滑块厚度的检测仍然依靠手工操作。工作人员利用测量工具对滑块进行测量，然后对滑块是否合格进行估计分类。这种方法 存在检测速度慢（一个工人一个班次只能检测几百块），效率低，人为因素影响大的问题， 严重制约了滑块的生产效率，而且容易受主观因素影响，无法得到精确的数据。 科学技术的发展要求生产向着快速、灵活、高质量、大批量的自动化方向发展，与此同时，产品检测能否跟得上生产的速度就决定了工厂效益的高低，尤其是对大批量生产的重要元件的检测，靠人工检测费时、费力。因此，如果能有一条自动检测生产线来 取代原来的手工操作，就显得非常必要。因此， 由宁波市科技局提出、南京理工大学承担研制一套自动化程度高、检测效率高的滑块厚度综合检测平台。该系统可以达到自动检测滑块的尺寸，以减轻工人劳动强度，节省大量的人力、财力、物力，并提高检测的正确率，使产量与检测同步，以提高生产效率和经济效益。 内外的发展概况及趋势 成件物品分拣是将众多的不同物品，迅速地按其要求分送到众多目的地的一 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 4 - 页 共 种物料搬运过程。过去，成件物品分拣一般用人力和借助简单机械来进行，其主要缺点是劳动量大，效力低，差错率高。 随着生产及商业连锁经营模 式的发展和商品品种的激烈增多，目前物品分拣系统已成为各种行业，如邮政、医药、烟草、图书等末端配送中心的重要设施，也是物料搬运自动化的一个重要分支。 双向滑块分拣系统主要由前处理设备、双向推块分拣主机、后处理设备、控制装置及电脑管理等四部分组成。 给台的功能主要有两个：一是操作人员利用输入装置或条码识别装置将各个分拣物品的尺寸、目的地址送入资讯处理系统，然后经控制器转换为确定推块方向、位置、数量和驱动分岔机构等 一系列指令；另一个是控制分拣物品进入分拣主机的时间和速度，使进入分拣主机的物件与分配好的推块同步，确保和物件准确分拣。其他辅助性输送机则是向进给台输送分拣物品，可根据分拣系统现场的要求和条件来设置。 板式输送机、推块、道岔等关键部件组成，根据控制装置的指令、通过滑块将分拣物品分拣到相应的下线格口。 功能是暂存经分拣的物件。下线格口有多种类型和表式，如：有动力和无动力、滑槽和排轮结构等，以适应不同需求，线格口一 般设有预满格及满格声光提示功能。格满后，由人工收集和装车发运，也有直接将伸缩式输送机或其他输送机连接下线格口组成后处理系统，以提高分拣效率。 系统设备各执行机构发出动作指令，使物品迅速、准确地在预定的分拣口进入目的地，完成对物品的分拣搬运处理。电脑管理主要是对系统中各设备运行的资料进行记录、监测和统计，相关生产资料、技术资料、各类报表等的整理和列印，并能与上位机联网，实现网路管理。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 5 - 页 共 课题研究的意义 本课题意在研制出一套滑块厚度综合检测平台系统，利用系统 的自动检测功能，来取代原有的人工检测，以达到减轻工人劳动强度、提高生产效率的目的。滑块自动检测装置的应用，将有效地提高企业的自动化水平，在提高了测量精度的基础上，极大 地 提高工厂的生产检测效率，提高产品质量和竞争力，可以产生极大的经济效益。因此，此检测装置的设计和应用，具有极高的实用价值与推广价值，有着重要的意义 。 课题拟采用的方法 随着科技的不断发展，检测自动化已成为一种提高效率、提高检测结果精确性的重要途径。 传统的滑块检测主要依靠工人手工打表的方式，对滑块是否合格进行检验。人工检测存在检测速度 慢、效率低下、人为因素影响大等问题。因此，滑块的自动化检测成为必然。本课题中 滑块的传送、分料、滑块厚度的检测等动作全部由系统进行自动化检测，这不仅能够大大提高测试效率，还能减少工作人员的主观因素对测试结果精确性的影响。要 达到滑块厚度尺寸的自动检测的目的，本系统主要采用的是流水线式导轨结构，在导轨中完成滑块的运行及其翻转和旋转，并在完成综合检测后自动分料，导轨用步进电机带动双面同步齿形带传动，分料机构部分用步进电机带动，电磁铁得失电来实现；采用可编程序控制器（ 为系统的控制核心，通过串行通讯与工控机组 成上位机监控系统，实现对滑块检测、分料过程的实时监视和自动控制。 课题的主要内容 本文的主要内容如下： 第一章绪论部分介绍了滑块厚度综合检测平台的研制原因、目的、作用以及国内外在该课题方面的发展概况及趋势，并阐述了本课题研究的方法、手段及意义。 第二章介绍了滑块厚度综合检测平台系统的总体设计，阐述了滑块厚度综合检测平台系统的要求、系统组成、各组成部分的功能以及控制系统的总体设计。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 6 - 页 共 第三章介绍了控制系统硬件部分的选型及分析，其中详细介绍了对步进电机、感应开关、电磁铁、 驱动元件的选择，对 输出输入口的分配及工控机的通信协议做了介绍，最后生成控制系统硬件接线图和电路图。 第四章控制系统的软件设计简介，对软件的要求、功能、实现方法及流程图做了简单的介绍。 第五章全文总结中介绍了本人通过在本课题中工作所得收获，以及在工作中发现的不足、有待解决的问题等。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 7 - 页 共 35 页 2 滑块厚度综合检测平台控制系统总体设计 测平台总体设计概要 根据 协议要求 ，该滑块厚度综合检测平台应满足以下几点要求： 1、 检测速度为每个平台 2 万块 /天，流水式，带传动； 2、 分别以滑块的两个面为定位基准，测出两组数据； 3、 电机要正 反转且要旋转所需要的相应的正确的角度； 4、 能够自动处理检测数据，并按照要求把其分成七类，从七个不同的出口滑出； 5、 系统具有一定的容错能力，通过调节驱动机构的电机转速和设计滑块堆积感应开关来实现对滑块队列的检测，充分保证滑块的队列有序可靠通过，并且即使出现滑块卡位、不能完成正确分类，也不会出现系统崩溃或误分类等现象。 据此，滑块厚度综合检测平台的总体设计思想为：采用传感器进行测量，测量的分辨率高，能保证所需要的测试精度；各个测试数据点独立测量，流水式进行，以保证测量的效率；利用数采卡采集数据，并计算各个指 标，以综合判断该滑块合格与否，并进行分组。 滑块厚度综合检测平台系统总体结构可分成三大功能单元，即传送系统、控制系统和自动分料系统。系统整体结构如图 2 图 2统整体结构图 此外， 为满足安装和使用的方便，在总体结构的设计中作了如下几点考虑： 1、 为避免因摩擦产生的影响，在设计传送带时，我们采用组合式的滑块夹具，即在外滑块夹具内 配上圆形的与滑块相配的内夹具，尽量减少滑块与导轨的摩擦，制信号 分类控制信号 位控信息 传动控制 传感器信号 传动测量机构 工 控 机 类控制系统 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 8 - 页 共 35 页 且要有滑块保护罩； 2、 由于滑块合格产品占多数，在设计时，把中间一个出口作为合格产品的出口，考虑到 要尽可能地减少步进电机的转动角度，在出料口左右两边各设三个分料出口； 3、 为使传送带具有良好的稳定性，需要设计压带轮部件，以压带轮弹簧的弹性减弱外部环境引起的震动； 4、 在设计 测 头夹具时，要考虑到如何保护传感器探头 及有效夹紧 。 测平台及分料机构设计简介 自动检测平台由测量平台和传动机构组成。测量平台是滑块几何量测量的基准，其精度远高于滑块的精度。检测平台要实现滑块的平稳传送，避免震动引起附加的测量误差，另外 检测平台应该具备较高的精度、可靠性和稳定性，在工作中能给出精确数据的同时，不会出现系统崩 溃的情况。检测平台传动机构如图 2示。 图 2测平台传动机构 在滑块厚度检测结束后，要根据不同结果把它们分成七类。这七类分别为： 1）滑块厚度合格、平行差合格； 2）滑块厚度合格、平行差超差； 3）滑块厚度超上限、平行差合格； 4）滑块厚度超上限、平行差超差； 5）滑块厚度超下限、平行差合格；6）滑块厚度超下限、平行差超差； 7）备用出口。 这就涉及到了如何在规定的时间（ 2秒钟）内正确无误地 完成自动分类。 因此，我们用一个分料装置来实现所有类型滑块的分类是比较理想的。 该套装置 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 9 - 页 共 35 页 共设 7 个分料口 ， 按厚度和平行差工艺 进行分组， 把中间一个出口作为合格产品的出口，再考虑到尽可能减少步进电机的转过角度，在出料口左右两边各设三个分料出口，当滑块滑到相对应的出料口时，由电磁铁 失电 将滑块推出，以实现分类。这样，就形成了本课题中的分料口设计。 自动分料系统主要包括：转盘、滑块吸收座、电磁铁、电动机、减速器、安装座、出料导轨等装置。在分类的过程中， 过对安装在系统中的感应开关来判断分类过程中的各种状态。如：滑块到达、定位信号、分类完成等等。如果发现非正常状态，则向工控机发出相应的报警信号告知工作人员，以方便排除故障。分料机构简图 如图2示。 图 2料机构示意图 测平台及分料机构控制要求 滑块由进料口进入自动化检测流水线，在测量过程中，相对于工作台以速度 保证传送过程中的平稳性，避免传动机构的震动引入附加的测量误差，造成测量结果的失真。传动测量机构采用同步带传送，在测量传感器前加了压紧装置，从而大大减少了传动机构对测量过程的影响。滑块的每一表面要测量两条对角线上共五个点（中心交叉处可看作一个）。因此 ,滑块在运动过程中要旋转 90 度，翻转 180度。通过在测量平台上刻画合适的曲线使滑块能够按照预先 设定的轨迹作适当的角度旋转。滑块的 180 度翻转，则通过设计流水线的空间结构来实现。传动平台示意图如图 2示，系统安装有两个步进电机，电机 1控制同步带的传动，电机 2控制分料机构转盘的转动。 分类机构由 据接收到的分类信息控制步进电机旋转相应的角度，将滑块分 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 10 - 页 共 35 页 类出去。 分类电机的控制是通过 速脉冲串输出）的方式。 式中，可输出多个脉冲串，并允许脉冲串排队，以形成管线。依据管线的实现方式分为单段管线和多段管线。本系统中采用多段管线的方式，通过在变量存储区建立包络表的方式，控制输出脉冲的 周期和脉冲数，从而达到对步进电机的速度和转动角度精确控制的目的。然后由电磁铁失电将滑块推出到对应的出口。分类结束后步进电机复位回到起始状态，等待下一个滑块的到来。 图 2动平台示意图 如图 2块随传送带运动到下面的测量平台时，刚好翻转了 180 度。 在分类的过程中， 过对安装在系统中的感应开关来判断分类过程中的各种状态。如：滑块到达、定位信号、分类完成等等。如果发现非正常状态，则向工控机发出相应的报警信号告知工作人员，以方便排除故障。 述 控制系统的作用是保证所有结构能严格按照预定的顺序，协调地、有节奏地实现运动和停止运动，是工作循环得以周而复始地进行。控制系统对生产率和工作可靠性影响很大，因此，要求控制准确、灵敏、可靠、耐用和调整方便。 滑块厚度综合检测平台控制系统是基于工控机 式构成的一个集散控制系统。工控机作为监控管理层实现对整个系统的管理工作，并且对整个系统进行监视、控制和调度。 为控制执行层，完成局部的控制工作。工控机把管理决策、控制任务、控制参数和调度命令通过通信电缆传送给控制层 要通过 电缆把控制过程的参数、控制进程和控制数据传送给管理层。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 11 - 页 共 35 页 工控机通过通信口进行通信，工控机读取 通行口识别整个系统的状态信息，并在工控机上有所显示。通过软件控制各个控制部件的运行。控制软件主要完成初始参数设定、运行状态显示、容错检测和故障检测报警等功能。当 到工控机的分类信号后，输出相应脉冲，从而达到设定步进电机的移动距离（旋转角度）、速度、方向等参数的目的。 控制系统应完成的功能有： （ 1）确保完成滑块在流水线上的稳定传送，保证滑块按进入系统的先后形成的队列传送，并且要充分保证队列的有序 性和完整性； （ 2）确保完成滑块的正确分类。电机需要旋转相应的正确的角度以控制各部件按照预定的轨迹、动作把滑块从进入滑道到正确分类出去； （ 3）前级传动机构的速度不应快于后级分类机构，且至少应保证在分类机构没有完成分类时，没有滑块进入分类机构； （ 4）保证分类机构能够自动复位，当步进电机失步时，分类机构能够自动复位； （ 5）当多有于一个滑块进入分类机构时，要告知工作人员系统故障，同时，能判断分类电机的工作是否正常，输出角位移是否正确； （ 6）控制系统应具有一定的容错能力。当出现一般性错误时，系统能够自我修复 ，不影响系统的正常工作，即使是出现滑块卡位、不能完成正确分类也不会出现系统崩溃或误分类现象等。如果出现错误，系统明确指出错误来自哪个方位，即使不能指明错误来源，也能检测到流水线的某个大致位置，以方便维护，及时排除故障。 该控制系统是以 控制核心，通过与工控机的通信，执行工控机的命令。在工控机与 口时，由于 用的是 准与工控机 准不兼容，必须通过 缆进行转接。工控机是整个系统的管理者，控制测量传感器测量流水线上滑块的几何参量，并通过计算得出滑块分类信息。 整个系统的控制执行核心，主要完成系统驱动控制、状态检测、命令执行等功能。 过接收工控机的分类信息和控制信息控制分类机构和传动机构的运行。 制系统的总体方案设计 本控制系统主要包括工业控制计算机、 采卡、传感器探头、位置检测传感器和各控制及执行元件等，结构简图如图 2各部分在本监控系统中的功能介绍如下： 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 12 - 页 共 35 页 1. 工控机 作为整个系统的监控、调度中心，通过 接地控制、监测系统运行的状态； 2. 为系统的控制核心，直接完成对各部件动作的协调控制以及各运动位置检 测； 3. 检测系统 检测系统由传感器、数采卡和工控机等组成，通过对滑块的几何量的测量、计算，作为分类产品判断的依据； 4. 位置检测传感器和各控制及执行元件 主要完成对系统状态的检测以及各部件动作的协调执行。 工控机通过通信口进行通信，工控机读取 通信口以识别整个系统的状态信息，并在工控机的控制软件上显示，通过软件控制各部件的运行。控制软件主要完成初始参数设定、运行状态显示、容错检测和故障检测报警等功能。 传感器头 各控制元件 （驱动器） 数采卡 控机 位置检测传感器 各执行元件 （步进电机、电磁 铁等） 2控系统的组成框图 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 13 - 页 共 35 页 3 控制系统的硬件选型及分析 述 控制系统硬件设计主要包括对传感器、步 进电机、电磁铁等元器件的选择，对输出驱动方式和驱动元件的选择以及对人机联系方式的选择，最后生成控制系统原理图和接线图。系统所选用的传感器要有较高的灵敏度和较大的信噪比，响应速度快，稳定性好，抗干扰能力强。 就硬件而言，系统所用元器件质量的优劣和结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理地选择元、器件，在设计时对元、器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的安全量，并对元、器件进行老化和筛选。所选用的元、器件在满足技术要求的前提下应尽可能选择价格低的元、器件，且元、器件的工作温度环境应大于所使用环境 的温度变化范围，系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。 本控制系统主要是由以 中心的电机驱动部分、通信部分、状态检测部分和报警部分组成。 控制系统硬件采用微机 式，工控机是整个控制系统的核心，完成检测、控制处理检测过程中的各种问题和提供人机交互的界面； 地层的控制执行核心，驱动执行机构完成各种控制命令。它们之间的接口就是通信协议。 进电机与驱动部分 步进电动机是将 出的电脉冲转换成与电脉冲成正比的角位移或直线位移的执行元件。前级传动部分步进电机主要完成流水线的速度控制， 后级分类机构则要精确控制步进电机的输出角位移和方向。步进电机在运行时可能会出现失步现象，可在后级增加光电编码器对电动机的输出相位做出控制，以确保与实际的输出相位一致。后级分类电机采用正反转定位的方式，以消除电机的累计误差，保证电动机每次都从零位置起输出一定的角度。 态检测及报警设计 通过安装在系统各个位置的感应开关判断系统运行过程中的状态，是否与已设定的状态一致。当出现异常时，系统应发出警报。报警方式设计为声光报警的方式，依据错误的严重性而不同。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 14 - 页 共 35 页 进电机选型及布置 检测平台前级传送系统 需要电机带动运转，且转动速度不能太快，以免造成滑块的堆积。考虑到电机的正反转控制及失步问题，因此我们选择步进电机，且直流电机启动时，起动转矩 动电流 2 械特性硬，起动转矩大，而步进电机结构简单，运行可靠，控制方便， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点 ， 使得在速度、位置等控 制领域用步进电机来控制变的非常的简单 ，因此我们选择步进电机 做系统的前级传动机构的起动电机。 后级分料机构中要将滑块正确的分类到对应的出口，需要电机旋转相应的正确的角度，直流电机不易调速，且若平滑调速，需采用大量的接触器和继电器，而系统对电机的转速要求很高，步进电机的步距角不受电气、负载和环境条件的影响，具有启动、停止、正转、反转容易控制等优点，而且可以实现数字信号直接控制，因此我们选用步进电机。 步进电机 是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 电机转过的角度与输入的脉冲总数成正比，转速与输入脉冲的频率成正比。 在本设计中，步进电机的选型主要考虑以下几 点： 1. 要有足够小的步距角，满足精度要求； 2. 提供足够大的输出转矩； 3. 提供足够大保持转矩和静转矩； 在本装置中，步进电机的主要作用是在给定频率的数字脉冲信号驱动下，驱动 盘转动，实现滑块传送和分类。而要可靠有效地完成上述功能，必须考虑步进电机驱动电源的脉冲频率与所带负载的转矩和转动惯量之间的关系。 进电机步距角的分析 对于使用步距角定位的系统，步距角大小的选择直接影响到负载的定位精度，步距角的精度通常用步距角的百分比来衡量， 一般步进电机的精度为步 距 角的 3 且不累积 。 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 15 - 页 共 35 页 目前市场上步进电机的步距角一般有 /（五相电机）、 /（ 二、四 相电机） /3度（ 三 相电机） 等。 步进电机的步距角是由转子齿数、定子相数和通电方式所决定的，即： b=m 为相数， C 为状态系数，采用单、双拍通电方式时 C=2，采用单拍或双拍通电方式时 C=1。步进电机的步距角越小，定位精度越高，故应选择尽可能小的步距角。 进电机转速的分析估算 电机转速有如下两个换算公式： 1 = （ 180/ ）； 1 r/m =60 /s = /30 /s 本课题中，需在 2s 3s 间完成滑块的分类，最大的分类角度约为 0。假设：当分类角度约为 30 时， 电机通过直线加速后刚好达到稳定频率就减速，恰好停止在准确位置。则 设转盘转过 30所需时间为 其转过 90所需时间为 则： s = 即：电动机起步时，分料转盘在 转过 15。 所以，在加速启动阶段内，转盘平均角速度 （ /s）和平均转速 n （ r/m）分别约为： = 1/ 30/（ =40 60 /s =2/9 /s /3 /s n =30 / =7 r/m 10 r/m 加速时间 t(s)约为： 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 16 - 页 共 35 页 角加速度 ( /为： =2 /=（ 2/9 /3 ） 2 /（ =16 /9 /电动机正常匀速转动时，其转速 n=2n =14 r/m 20 r/m 显然，转盘的转速太低， 可通过减速装置 提高电机转速，使其 工作 在较合适期间 ，初步设减速器传动比 i =1:5 则电机转速 n（ r/m）约为： n =n /i =(14 20)5 =70 r/m 100 r/m 电机转速 n（ r/m）与脉冲频率 f（ 关系： n =1000 f /6 f =6n/ (1000) =(420 600)/360 = 综合考虑电机的启动与停止加、减速的存在，取 f= 载转动惯量和转矩的估算 在分析负载转动惯量时，我们可以简化认为电磁铁和滑块吸收座是均匀分布在转盘上的。转盘是塑料的，跟其下面的钢质的圆盘比起来可忽略不计。我们可以近似认为该负载质量为 m=0.9 径为 r=4 所以，负载的转动惯量 J (kgm 2)约为： J =1/21/2=0 -4 kgm 2 旋转盘转矩 Nm ）约为： J 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 17 - 页 共 35 页 =0 16 /9 =0 m 1. 力矩 驱动惯性体时的运动方程式（ 1述： (1式中 电动机转子的转动惯量， kgm 2； 换算到电动机轴上的符合转动惯量， kgm 2； 角速度， s； 负荷转矩， Nm ； T 所需转矩， T=加速度转矩 荷转矩 Nm ； g 重力加速度， 9.8 m/速度转矩在变速区内进行驱动时，根据加速、减速的方式而定。本课题中，步进电动机的加减速运动图形为直线， 如图 3示 。 图 3进电机直线加速和减速运动图形 直线加速场合下，加速转矩按式（ 1算： （ 1 式中 自 启动区内的脉冲速度，个脉冲 /s； 变速区内的脉冲速度，个脉冲 /s； 加速时间， s； 步距角，度 /步。 把负载转动惯量换算到电动机转轴上，考虑到减速器的转动惯量，减速器效率取 =80%，安全系数取 右，得： T T 步进频率（速度） 时间（步数） t1 f2 f1 J MT a 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 18 - 页 共 35 页 0 =0 -4 速时间： 选电动机转动惯量 ： 460 g，由式（ 1： （ J L） =(081020/3 =0m 取 安全系数 为 右， 选用 电机的保持转为： T 0m =0m 型 步进电机的基本结构型式有： 称磁阻式（ 进电机。其定转子磁路均由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。其特点如下： 1）步距角小。最小可做到 10左 右； 2）要求驱动电源功率较大，系统效率较低； 3）电机的内阻尼较小，但不运行振动时间长； 4）断电时没有定位转矩。 子 或定子的某一方面具有永磁钢的步进电机，另一方面由软磁材料制成，绕组轮流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。其特点： 1）步距角大； 2）相数为偶数为多； 3）启动频率低。负载启动频率一般在 300 4）控制功率小； 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 19 - 页 共 35 页 5）内部电磁阻尼较大，单步镇当时减小； 6）断电时具有一定的保持转矩，可用作定位使用。 子上有磁钢，但从定子或转子的导磁体来看，又和反应式步进电机相似，是反应式和永磁式电机的结合，又称作感应子式步进电机。具有反应式步进电机步距小，响应频率高等优点 ,还具有永磁式步进电机励磁功率小、效率高和有定位转矩等优点。 由于混合式步进电机综合了前两种的优点，不仅步距角小、具有定位转矩，而且能输出较大的转矩，故本系统选用之 。 根据对步进电机的步距角、步进电机转速、步进电机力矩、步进电机保持转矩的分析计算， 并且 综合考虑系统各项因素，我们初步确定选用北京四通公司的混合式步进电机， 型号为 56主要技术参数为：步距角 为 持转矩 m，定位转矩 m，空载启动频率 其矩频特性如图 3示： 图 3电机矩频特性 近开关 接近开关的功能是当某种物体与之接近到一定距离时就发出动作信号，告知系统，不像机械行程开关那样需要施加机械力。接近开关是通过其感应头与被测物体间 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 20 - 页 共 35 页 介质能量的变化来取得信号的，接近开关的应用已远远超过一般行程控制和限位保护的范畴，可用于高速计数、测速、液面控制、检测金属物体是否存在 及其尺寸大小、作为无触点按扭等。即使用作一般行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命及对恶劣环境的适应能力也比普通机械行程开关高。 接近开关是本系统中应用最为广泛的传感器，在本系统中主要用作状态检测。 磁铁的选型 电磁铁通电时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，把衔铁吸下来，工作电路闭合，衔铁吸附住滑块。电磁铁断电时失去磁性，衔铁复位时复位弹簧把衔铁拉回原位，切断工作电路，电磁铁失电将滑块弹出到相应的出口。 本课题中，滑块厚度检测结束传送到分料机构后要实现滑块的正确分类， 而分类是靠电磁铁的得电失电来完成。 本课题的目的是将检测结束后的滑块实现分类，我们选用推拉式电磁铁，原因是基于它的结构特点： 线圈用高导磁率外壳覆盖住，由于辅助磁路的作用会产生很大的吸引力。在线圈上施加电压，衔铁就被吸引到线圈的那边，如果使用安装螺栓侧的轴，就发生推动作；如果使用衔铁侧的轴，就发生拉动作，两者都能使用。 在本课题中，我们使用衔铁侧的轴，在使用时将磁扼安装在固定支架上，而将衔铁活动地连接于牵引杆上，当吸引线圈通电时衔铁被吸合，经过连杆带动滑块吸收座中的推杆复位，在线圈断电时，复位弹簧依靠变形能将 衔铁拉出，同时带动推杆将滑块弹出。 簧预紧力的分析估算 弹簧行程为 f =5所以选电磁铁行程 ff =5弹簧预紧力： = 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 21 - 页 共 35 页 = 27） = 以，取弹簧刚度系数 k = 。 弹簧最大工作力取 考虑到温度变化地、电压变动等因素，取安全系数 ， 所以，选用电磁铁吸力 F 10 N 型 根据上面所计算的吸力、行程等参数可知，该系统需要电磁铁对吸力和行程的要求较低。 综合比较各参数，通过查阅电工手册，我们最终选定型号为 电磁铁。 其技术数据 如表 1 所示 ： 表 1 使用 方式 额定吸力（ N） 额定电压 （ V） 额定行程（ 通电率（ %） 操作次数（次 /小时） 消耗功率 起动 吸合 拉动式 15 220 20 60 600 450 67 此电磁铁通过一角形铁，固定在塑料转盘上。考虑到动平衡因素，与滑块吸收座沿转轴成惯性力矩对称分布。 经实验证明，此电磁铁满足各方面性能要求。 件系统设计及选型 选型 可编程控制器是一种典型的采样控制系统，是以微处理机为基础，综合了计算机 本科毕业设计说明书（论文） 第 - 22 - 页 共 35 页 技术、自动控制技术和通信技术而开发的一种新型工业自动控制装置。它通过循环方式进行闭环控制，包括数字量和模拟量控制。它既可进行顺序控制，也可实现过程控制，随着微处理器技术和通信技术的发展，可编程序控制器已不仅仅是传 统意义上的控制元件，其功能日益完善， 具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应测试环境等一系列优点。 其广泛应用在机械系统、生产流水线及过程工业的自动控制领域，具有性能稳定、高可靠性、强抗干扰能力、功能强大及硬、软件开发方便等特点。因此，本系统选择 为系统控制的核心，完成对各部件