垫圈内径检测装置设计

I摘 要垫圈精度的高低直接影响到整个设备性能的好坏。目前垫圈行业多采用离线检测，内径尺寸检测一般采用机械式内径测量仪或气动量仪人工进行检验，存在着效率低、精度差、废品率高的问题，除测量仪器本身存在误差外，还存在检验员检验经验、技术水平、疲劳程度等人为造成的测量误差。论文首先论述现代检测设备在国内外的研究现状和设备的性能优缺点，结合课题背景，提出了本论文的主要研究内容。在对垫圈特点与控制需求进行分析的基础上，提出了执行机械结构与电控总体方案。论文分别对机械结构与控制系统进行设计。机械结构部分创新的采用了传动机构，压杆升降机构和止动机构以及垫圈分选机构。控制系统采用模块化分控的控制模式，主机主要实现对步进电机、数据采集卡，满足分选过程监控和数据显示的要求。步进电机驱动模块主要对步进电机的方向、加减速、停止等进行控制，以此满足分选的正常运行。数据采集卡主要完成对电机数据、传感器数据，返回主机进行分析与运算。实现了实时数据和历史数据的存储以及试验报表的设计、预览和打印。本实用新型可更换探头可以插入至第一臂杆前端检测孔上的垫圈内进行检测，它采用电动方式检测，不仅体积小、检测效率高，而且结构简单、造价低。关键词：检测技术；垫圈内径；凸轮机构IIAbstractThe height of washer accuracy directly influences the whole equipments function of quality.The washer profession adopts more off-line examination currently, inside the path size examine a general adoption machine the path measure instrument or the spirit momentum instrument artificial to carry on an examination inside the type and exist an efficiency low, accuracy bad, discard the problem of article rate Gao, in addition to measure the instrument exist in addition to error margin, also exist the diagraph error margin that the inspector examination factitiousnesses, such as experience, technique level and tired degree.etc.The thesis discusses modern examination equipments function merit and shortcoming in the domestic and international research present condition and the equipments first, combines topic background and put forward the main research contents of this thesis.In carrying on analytical foundation to the washer characteristics and the control need, put forward a performance machine structure and electricity to control a total project.The thesis difference carries on a design to the machine structure and the control system.Machine structure part innovation of adopting and spreading the motive reach and press pole rise and fall organization and the motive reach and washer the cent choose organization.Control the system adoption mold piece control mode that turns to divide to control, the host mainly carries out to collect card towards treading into an electrical engineering, data and satisfies cent to choose the request that process supervision and data show.Tread into electrical engineering to drive a mold piece mainly to the direction that treads into electrical engineering, add and subtract soon and stop.etc. to carry on a control, with that this satisfies to divide to choose of circulate as usual.Being originally practical new can replace to stretch forward to carry on an examination inside the washer that can insert into first the arm pole head examination bore, it adopts a dynamoelectric way examination, not only the physical volume is small, and the structure is simple and cost low.Keyword:Technical detection ；Internal Diameter；CAM mechanism目 录论文摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 本检测装置的优点 .11.3 国内外研究的动态和趋势 .21.4 课题研究目标及系统总体方案 .21.4.1 课题研究的目标 .21.4.2 系统总体方案 .31.5 本装置设计的要求 .41.6 本文研究的主要内容 .42 垫圈内径检测装置机构系统的设计 .52.1 内径检测系统组成和原理 .52.2 机械部分设计 .62.3 控制硬件部分的设计 .62.2.1 工控机 .62.2.2 分选机构 .72.2.3 步进电机系统 .72.2.4 可编程控制器及 IO 卡的选择 .83 控制系统的设计 .93.1 微动开关的介绍 .93.1.1 微动开关在本装置的作用 .93.1.2 微动开关的构造 .103.2 控制系统的设计 .103.2.1 PLC 的选型 .113.2.2 IO 卡选型 .113.2.3 PLC 编程设计 .113.2.4 控制系统的逻辑时序图 .123.2.5 控制系统的顺序功能图 .133.2.6 梯形图 .143.4 本章小结 .164 垫圈内径检测装置的构造及原理 .184.1 垫圈内径检测装置的构造 .184.1.1 垫圈内径检测装置的设计数据选择 .194.1.2 垫圈内径检测装置的功能分解 .194.2 垫圈内径检测装置的原理 .204.2.1 垫圈内径检测装置的运动循环图 .204.3 垫圈内径检测的运动过程分析 .215 垫圈内径检测装置机构系统的设计 .235.1 传动机构的设计 .235.2 推料机构的设计 .235.2.1 推料机构的方案分析及其选择 .235.2.2 推料机构的运动分析 .235.3 压杆升降机构的设计 .245.3.1 压杆升降机构的方案分析及选择 .245.3.2 压杆升降机构的凸轮设计 .245.3.3 压杆升降机构的运动分析 .255.4 控制止动销的止动机构 .285.4.1 止动销的方案分析及选择 .285.4.2 止动机构的止动间歇运动机构 .285.4.3 止动机构的凸轮设计 .286.1 分选机构的设计 .326.1.1 分选机构机械结构 .326.2 步进电机的设计 .336.2.1 步进机的相关参数 .336.2.2 步进机的选型 .346.2.3 步进电机的控制 .357 垫圈内径检测装置各机构传动比的拟定 .387.1 推料机构的传动比计算 .387.2 压杆升降机构的传动比计算 .387.3 止动机构的传动比计算 .398 各机构的立体结构图 .408.1 推料机构的齿轮系轴测图 .408.2 压杆升降机构轴测图 .408.3 止动机构轴测图 .40设计小结 .42参考文献 .43致 谢 .4411 绪论1.1 课题研究的目的及意义现在垫圈应用越来越广泛，其质量，精度的好坏在一定程度上影响整个机械系统的性能。垫圈产品精度的高低与性能的好坏是靠仪器、设备来检测和判断的。因此，垫圈检测技术自身是否先进，将直接影响到垫圈产品检测的准确性和可靠性。随着垫圈工业生产的日益发展和“十一五”市场前景预测，垫圈检测仪器制造业已显得跟不上形势的发展，因此开发高新仪器势在必行，开发垫圈高新检测仪器大有市场。目前，我国垫圈企业广泛应用了自动化程度比较高的加工机床，生产效率和产品质量得到了很大的提高，然而，垫圈的检测却处于半自动化与手工检测相结合的静态测量阶段。静态测量是在加工过程完成后进行的，只能反映加工后已形成的几何参数，不能反映在加工过程中参数的动态变化状况。传统的垫圈检测方法是在垫圈工件被加工后送去计量室检测，若未达到尺寸要求，还要重新安装工件进行加工，这样多次装夹，由于装夹误差和温度等原因造成的精度降低在所难免，因此产品的合格率较低，并且大大降低了生产效率，增加了工人的工作量，提高了生产成本。由于垫圈的离线检测，无法控制垫圈的加工质量，因此影响加工质量和生产效率。现代化生产要求自动控制生产流程、高质量和高效率，随着科学技术的发展和生产的需要，在线检测技术为实现降低或消灭废次率的目标提供了技术保证。我国的在线检测技术，虽然起步较晚，但是随着光机电算一体化仪器和装置及光电技术、计算机技术的发展，在线检测技术已获得重大进展。采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势，是用新技术改造传统工业的主攻方向，也是符合我国国情的一种方式。随着国内垫圈产品需求的不断加大，产品品种的不断增多，出口产品和高、精、尖产品越来越多，因此要全面贯彻国际标准，要促使垫圈工业高速发展，就不能忽视垫圈检测仪器的开发和改造。针对国内垫圈检测仪的现状和实际要求，些精度高、测速快且又经济实惠的自动化在线检测仪应尽快研制出来，以满足速发展的垫圈工业生产的需求。1.2 本检测装置的优点垫圈内径在线自动检测具有以下的优点：1采用自动检测系统后，提高了产品的测量精度，提高产品的合格率，有效地保证产品质量，并降低了成本。2可以实现加工过程中的自动测量，大大减少测量时间，同时也可以避免由多次装夹所引起的误差。3可与自动化程度较高的生产线相结合，提高产品生产的自动化程度，使得劳动生产率得以极大的提高，并大大降低操作人员的劳动强度。21.3 国内外研究的动态和趋势由于在应用技术领域和国外存在的差距，以及行业内较多的企业对产品质量和检测、控制方面认识不够，目前国内的垫圈检测仪器和试验设备仍然采用手动检测或半自动检测方式，与国外的同类先进企业存在着较大的差距。而国际垫圈检测仪器已向综合化、智能化的方向发展，进入了测量、加工、反馈、补偿、统计一体化的时代。目前，国内外垫圈检测的先进技术主要有：1、气动测量法 它的原理是把被测尺寸的变化转换为气室中压力的变化，或管路中流速或流量的变化，多用于内径的检测，前提条件是加工质量要较高，不会出现异常形状。2、超声波测量法 利用超声波的穿透性，在直径方向设置两个换能器，超声波会在工件的两个表面发生反射，测出时间差，再考虑波在不同材质中的传播速度，利用关系式就可以计算出直径值，这种方法易受环境的影响，不适合在工厂等现场使用。3、光学测量法 包括激光光束扫描法、双频激光干涉测量法、CCD 成像法、光栅测量法等。这也属于非接触测量的范畴，测量精度较高，测量速度快，是目前比较流行的测量方法。4、电子式 用电感、电容、电涡流等传感器进行工件内径的测量，多用于间接测量，且受周围磁场电场的影响比较大。5.智能垫圈仪器属于虚拟仪器的范畴，是利用了传统计算机硬件固有的高速运算和存储能力，以及能进行复杂运算的特征，并利用已有的高效的程序设计平台结合需要开发的特定领域，开发出一系列实现特定功能的软硬件和接口。这种特定的软硬件系统联上传统的计算机软硬件平台，就可完成一套完善的智能测试仪器。国内垫圈行业已经开始涉足虚拟和智能测试领域。20 世纪 90 年代初期，我国成功开发出智能化圆度测量仪、沟曲率测量仪、旋转精度测量仪、智能垫圈多参数测量仪、摩擦力矩测量仪、数字振动测量仪、形状仪、轮廓仪、机外检测机、模拟试验机等。1.4 课题研究目标及系统总体方案本课题研究垫圈内径检测装置，主要针对钢制平垫圈公称尺寸，内径，外径，厚度分别为 10mm,10.5mm,20mm 和 2mm。电动机转速为 1440rad/min，每次检测时间为 8S.在线检测。1.4.1 课题研究的目标课题目标在于：研究设计一种垫圈内径检测装置，能对垫圈内径进行在线检测，该装置主要由止动销、压杆、传动机构和分选机构配合完成，符合每 8 秒检测一个垫圈的技术要求，检测的探头对工件的冲击较小，传动机构能进行连续传递，可以实现批量化生产，将测量结果经探头传递到微动开关输出到控制设备,最后有分选机构完成对垫圈的分选。如下图 1-1 为垫圈内径检测装置的过程分析图3图 1-1 过程分析图1.4.2 系统总体方案综合评价该检测装置，该装置止动销、压杆、微动开关精确地配合运动，符合每 8秒检测一个垫圈的技术要求，检测的探头对工件的冲击较小，总的来说该设计符合技术要求。在机构选用问题上，我们经过多方面的考虑，分别选出了最优机构。比如说压杆机构的选用上，因为所选的运动机构使探头在检测零件时，探头放进去的，而不是将其压进去的，而且运用五次多项式运动规律，对零件的冲击减少到了最小。设计垫圈内径检测装置，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工件的内孔。此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。检测的工作过程如图所示。当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图 a） ，微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出） ，在压杆离开工件后，把工件传动到分选机构，由控制系统对工件控制进入到合格品管道。如工件内径尺寸小于合格的最小直径时（图 b） ，压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品管道。如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图 c） ，微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品管道。4321a)bc)图 1-2 检测示意图1工件 2带探头的压杆 3微动开关a)内径尺寸合格 b)内径尺寸太小 c)内径尺寸太大1.5 本装置设计的要求要求设计该检测装置的推料机构，控制止动销的制动机构，压杆升降机构和垫圈的分选机构。一般应包括凸轮机构，平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。该机构的微动开关以及控制部分的设计不做要求。设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配。绘制机器的机构运动方案简图和运动循环图。设计带轮机构，并对带轮机构进行运动分析，绘制运动线图。由于止动销的动作与压杆升降动作，分选机动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。1.6 本文研究的主要内容1、垫圈内径检测技术的探讨及检测原理的确定通过对各种检测方法的分析比较，确定了垫圈内径在线检测的最佳测量方法，并在此基础上确定了本机构的检测原理。2、垫圈内径在线检测系统测量机构设计根据确定的测量原理设计垫圈内径在线检测的测量机构，以实现探头的准确定位，保证工件的检测精度。其中该装置机构中的压杆升降机构和制动机构是本文研究的重点和难点（传动比的计算，近休止角和远休止角的计算）3.垫圈的分选机构工件经过检测后是否合格，把合格的工件与不合格的工件进行分选4、垫圈内径检测仪控制系统设计垫圈内径在线检测仪的硬件设计主要是探头，微动开关，PLC 编程和输入输出设备的研究和伺服系统的设计，其中控制分选机构在规定时间内转过角度的大小重点52 垫圈内径检测装置机构系统的设计垫圈内径检测设备是以机械原理为基础，将电学、机械、计算机和精密测量技术集一体的内径检测仪器，它能够迅速而准确的测量出垫圈的参数，然后将测量数据输入到计算机形成内径的数据库，同时根据测量结果控制自动分选机构做出判断，准确的将工件根据其内径大小进行分类。本章主要介绍垫圈内径检测设备的组成以及各组成部分的选择和设计。2.1 内径检测系统组成和原理用于尺寸检测的机器探头检测技术是非常有效的接触检测技术，被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。本文所研究的内径检测系统由 探头 微动开关 传感器、电学系统、计算机数据采集和处理系统、机械运动工业平台等部分组成，其系统结构组成框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统结构组成框图该设备的基本原理是：被测工件由传动机构传到探头正下方，止动机构将被测工件止动，在 PLC 的控制下电机一定的速度和节拍控制压杆升降机构将检测探头接触垫圈，探头将信息传递至微动开关，通过微动开关的闭合和断开将信号转换为数字信息供计算机处理和显示器显示，计算机运用各种算法对数据进行处理运算，计算出待测工件的尺寸，最后与标准尺寸相比较判断其是否格，通过机械平台的分类机构进行合格、过大、过小工件的分类。62.2 机械部分设计机械及运动控制部分设计是设备的重要组成部分，其要实现的主要功能有：将工件准确送达至检测点，PLC 控制压杆升降机构检测工件，待检测完成后，根据检测结果控制分选机构进行工件的分选。本垫圈内径检测装置中采用了三个执行构件：推料机构、控制止推销的止动机构，压杆升降机构。推料机构采用的是带轮传动，以实现检测的批量化进行，提高效益；压杆升降机构的传动机构采用的是凸轮，经过计算可精确计算出近休止和远休止的角度以及相应半径；控制止推销的止动机构采用的外槽轮结合齿轮，这样能很好的实现止推销的间歇运动以及和送料机构和压杆升降机构的配合，以保证检测能有条不紊、高效快速、精度较高的进行。（1）推料机构推料机构是整个装置中负责将待检测的工件传送到检测位置的机构。它需要在运动规律上和控制止动销的止动机构和压杆升降机构相互配合才能完成此装置的工作要求。为了使工作周期易于控制，我们决定由皮带轮传动来达到运送工件的目的，且其可以循环往复无间断的来进给垫圈。机构由齿轮来传动，因为其功率范围大、传动效率高的特点正好符合我们的需要。（2）控制止动销的止动机构止动销机构，考虑到推料机构具有送料停止送料的运动规律特征，我们决定使用槽轮机构来达到间歇式运动的目的。由外槽轮控制其运动规律。外槽轮的间歇运动特性很好的实现了止推销的间歇运动特性，在外槽轮主动件槽轮杆的带动下，被动槽轮进行间歇运动，再在传动齿轮的作用下，将其运动特性传递给了止推销。（3）压杆升降机构在设计压杆机构的时候，通过对压杆运动机构的运动规律进行观察，发现用凸轮连杆机构比较简洁。在凸轮用什么运动机构的问题上，考虑到此装置是进行检测的装置，所以对零件的冲击要尽量小，所以决定采用 5 次多项式运动规律的凸轮。2.3 控制硬件部分的设计一般来说，一个标准的垫圈内径自动检测系统为了实现检测过程的自动化，应该具备自动上料、自动检测内径、检测完毕后按照工件的测量结果进行自动分选的功能，这些都是实现内径检测自动化的关键部位，直接决定了系统的检测效率和可靠性。为实现对各执行部件的控制，采用 PLC 控制器，与微动开关的计算机之间采用 IO 卡接口。2.2.1 工控机计算机是检测系统的核心和灵魂，信息的实时采集、分析处理、显示输出等功能均由计算机来实现，检测系统的高精度、高可靠性要由计算机的软硬件来保证，同时，人7机交互界面的管理、控制系统的检测和控制工作等也要由计算机来完成，为了适应工业现场的环境，采用研华公司的工业 PC，型号为IPC-610P4R-30HCE，主要规格为：CPU 主频：Intel Pentium 4 2.8G物理内存：DDR 512M工业级主板：PCA-6006LV硬盘：80G SGI/O 接口：2USB，2 串行口，1 并口，1FDD显示器：AOC 177V+2.2.2 分选机构落料筒旋转方式的垫圈分选机分选机构是该设备设计上的一个首创。从功能上不仅能有效的满足垫圈分选机分选的速度，而且在原理上能为分选组数提供极大的扩展空间。整个机构程“ 伞” 型，由步进电机驱动机构旋转，在以电机为中心的一定半径的圆周上分布有装料桶即分选桶。落料筒与分选桶结构都采用模块化设计，在不同分选组数情况下对应使用。2.2.3 步进电机系统步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可分为两大部分，即：步进电机+驱动器。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动到一个固定的角度（即步进角） 。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。计算机通过步进电机控制接口模板，控制步进电机驱动电源的脉冲输出，从而控制步进电机启动、运行、停止和换向。计算机对步进电机的控制组成框图如图 2-2 所示。图 2-2 步进电机计算机控制组成框图考虑被驱动的转盘的工作情况和控制要求，根据步进角、运动精度、电机转矩、启动频率和工作频率等几项指标，选用北京斯达微控制技术有限公司的 86BYG450A-01 步进电机：四相混合式（低压型） 、线电流（有效值）：1.7A 、最大静转矩 1.18Nm。配套驱动器选择 MSa-3H090M 驱动器，其运行步数（细分数）达到 28 种，最大步数 6000，通过拨位开关的第 10-6 位来设定步数。具有单双脉冲方式，自测试功能，相位记忆功能，自动半电流功能，该驱动器可以输出的最大电流为 5.2A（有效值） ，可以很方便8的通过拨位开关的第 4-1 位来设定需要的输出电流。详细内容见第六章。2.2.4 可编程控制器及 IO 卡的选择该检测设备采用的是以研华的 IO 控制卡和日本三菱公司的 FX1N 系列 PLC(可编程控制器) 进行的集成控制。该系统通过 IO 卡和可编程控制器完成 PC 机和 PLC 的通讯，实现了工件的自动检测及自动分选。其中，IO 卡选用的是研华公司生产的 PCI1730，它是一款 32 路隔离数字量输入/输出卡，能够提供隔离数字量输入通道和隔离数字量输出通道，该系统中我们用到了其中的 2 个输入通道及 4 个输出通道。PLC 我们选用的是日本三菱公司生产的型号为 FX1N-24MT 的可编程控制器，它是一款改良的超小型 PLC，其强大的位置控制功能刚好符合本系统的要求。详细内容见第三章。93 控制系统的设计一般来说，一个标准的垫圈内径自动检测系统为了实现检测过程的自动化，应该具备自动上料、自动检测内径、检测完毕后按照工件的测量结果进行自动分选的功能，这些都是实现内径检测自动化的关键部位，直接决定了系统的检测效率和可靠性。为实现对各执行部件的控制，采用 PLC 控制器，与微动开关的计算机之间采用 IO 卡接口，计算机及接口电路如 3-1 所示图 3-1 信息传递图3.1 微动开关的介绍本装置中微动开关是固定在压杆机构的支架上的，其高度是固定不变的。作用是微动开关与控制系统结合，如果垫圈合格，微动开关的触头压入压杆的环形槽，则微动开关断开发出信号给控制系统将工件运入合格品轨道，如果垫圈内径不合格，微动开关的触头，则微动开关闭合，然后发出信号给控制系统再将工件运入不合格品轨道。如图所示3.1.1 微动开关在本装置的作用工作过程中,探头检测工件后将信息传递至微动开关，通过对微动开关的闭合与断开来控制垫圈的走向。微动开关将信息传到控制系统，经过数据转换传递到计算机，即可判断该工件是否满足设计要求。若被测参数满足精度要求, 则保留在传送带上, 继续检测下一个工件; 否则, 计算机通过运动控制卡发出指令, 将不合格的工件传到废品槽。同时, 计算机还可以将采集到的检测结果进行存储, 并在显示器上进行实时显示。101-微动开关 2-环形槽 3-触头 4-压杆 5-支架图 3-23.1.2 微动开关的构造采用 10 MHz 的 A/D 进行采样,精度为 0.1s,采样时间为 1 ms.当触点接通时,产生一下降沿,一路到触发器触发后打开电子开关,使 10 MHz 的晶振信号可以通过电子开关 ,为 A/D提供始终信号,并使计数器开始计数. A/D 转换后的数据,利用计数器提供 RAM 地址,存入RAM 中,当计数器达到 1 ms 时,使电子开关停止计数.同时通知单片机开始从 RAM 中读取数据,并经过串口传输到计算机中进行处理.图 3-3 微动开关3.2 控制系统的设计对控制系统来说，设备是具体的控制对象，是控制系统设计的基本依据。任何时候电气工程师都必须知道电机连接轴上的功率，还要对机械设备的双重化配置方面提供意见，比如连续负载、最大短时负载、备用负载、备用机械退出工作等。要根据设备的分布情况和控制装置的安装位置，考虑是否采用分散控制、集中控制、远程 I/O，是否组成 PLC控制网络等。1 3 5113.2.1 PLC的选型本控制系统我们选用的是三菱公司的 FX1N 系列 PLC，其型号为 FX1N-24MT。该系列不仅具有小型可编程器所必需的结构紧凑、功能丰富、性价比高等优点，而且应用范围广泛，具有定位控制功能，丰富的设定、显示功能以及丰富的通信功能，是微型可编程控制器的增强版，其主要特点有：控制规模：14128 点CPU 运算处理速度 0.55 0.7 S/基本指令在 FX1N 系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块基本单元内置 2 轴独立最高 100kHz 定位功能（晶体管输出型）内置 8K 的 EEPROM 存储器，无需电池，免维护3.2.2 IO卡选型PC 机与 PLC 的通信主要通过 IO 卡实现,根据本课题的需要,最终选定了台湾研华公司的 PCI-1730 控制卡。PCI-1730 IO 卡是一款 32 路隔离数字量输入/输出卡，它能够提供隔离数字量输入通道和隔离数字量输出通道,隔离保护电压可达到 2500VDC。它们是要求采取高电压隔离工业应用的理想选择。此外,所有输出通道都提供高电压保护。(a) PCI-1730 （b）PLC与IO卡接线图图3-4 实物图3.2.3 PLC编程设计本设备的 PLC 编程设计采用的是梯形图编程，设计梯形图的一种思路可以将可编程控制器中参与逻辑组合的元件看成和继电器一样的器件，具有常开、常闭触点及线圈，且线圈的得电与失电将导致触电的相应动作。再用母线代替电源线，用能量流概念来代替继电器中的电流概念，使用绘制继电器电路图类似的思路绘制梯形图。需要说明的是，PLC 中的继电器等编程元件并不是实际物理元件，而只是计算机存储器中一定的位，它的所谓接通不过是相应存储器单元置 1 而已。继电器线路图如图 3-5（a） ，其等效 PLC 梯形图如图 3-5（b） 。在图 3-5（a）中，12开车按钮 K 是一个常开按钮，停车按钮 K 是一个常闭按钮。按下开车按钮K ，指示灯 L 得电亮。停车时按下停车按钮 K ，指示灯 L 失电熄灭。等效 PLC图 3-5 继电器线路图及等效 PLC 梯形图梯形图主要由常开触点 K1、常闭触电 K 和数字量输出 L 组成。左、右 2 条直线分别称作左电力轨和右电力轨，类似于继电器线路图中的电源线和地线。与左电力轨相联的是梯形图的控制电路，即常开触点 K1和常闭触点 K ，与右电力轨相联的是输出，即数字量输出 L。数字量输出 L 的输出由其控制线路决定。如果控制线路中存在 1 条（或 1 条以上）从左到右各触点都处于“闭合”状态的路径（即该控制线路的逻辑运算结果为 1） ，则与其相联的输出触点（或逻辑线圈）置 1，即将 I/O 映象区中该输出触点（或逻辑线圈）的位置 1；如果控制线路中没有 1 条从左到右各触点都处于“闭合”状态的路径（即该控制线路的逻辑运算结果为 0） ，则与之相反，用户程序由许多条这样的梯形图指令组成，在左、右电力轨上从上到下依次排列。用户程序执行时，从梯形图的左上点开始，各指令按从左到右，从上到下的顺序进行扫描；在 1 行或 1 组指令中，每条指令的输出信号作为其右边 1 条指令是否执行的条件，直到到达最右侧为止，然后扫描下一条或下 1 组指令；在 1 行或 1 组指令中，如果扫描出任一条指令的条件不满足，则不再往右扫描，原输出信号不变，立即转向另 1 行或另 1 组指令执行。3.2.4 控制系统的逻辑时序图本自动检测系统的逻辑时序图如图 3-6 所示：打开系统的计算机和料斗及其所有机械装置的电源后，我们首先调整料斗的运动能量，使料斗在一个和谐的运动节拍下工作。启动控制器，控制给第一个工位上料，上料完成后转动，分度盘运转到检测工位，检测完成后转动到下料工位，其中合格、过大、过小三种工件的分选是在下料通道中通过电阀门控制的，此时占的时间较长，因此在第一个工件离开分度盘进入下料通道时，下一个工件就可以转动到下料工位，这样可以有效的提高检测效率。13图 3-6 控制系统逻辑时序图3.2.5 控制系统的顺序功能图在绘制梯形图之前，我们根据控制流程先画出系统的顺序功能图，如图 3-7。控制过程中，PLC 上电，开始初始化，合上运行键后自检，若本身有故障就报警输出。人工检测排除后重新启动。若无故障，检测手/自动位，手动检测是为实验调试准备的，全线启动由 PLC 控制，但必须打到自动位。若自动位符合，设定检测速度。启动振动料斗，工件入料，入料后延时 50ms，等待工件完全到位后控制工位转动，转动到检测工位后上传检测信号，延时 200ms 后开始查询信号采集数据，分别根据采集到的数据进行过大、过小及合格品的分选。14图3-7 顺序功能图3.2.6 梯形图图 3-8 为部分梯形图。15图3-8 梯形图3.3 数据文件存储控制系统数据文件储存系统主要是对垫圈检测的结果进行保存。以便统计数据和分析结果3.3.1 数据库管理系统的介绍数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的核心组成部分，是用于描述、管理和维护数据库的程序系统，例如 FoxPro、Access、Sybase 等都是 DBMS。数据库管理系统为我16们提供了完善的描述数据库的逻辑结构、存储结构的机制，同时能够控制整个数据库系统的运行，控制用户的并发性访问，检验数据的安全、保密与完整性，执行数据检验、插入、删除、修改等操作同时还有完善的维护数据库和进行数据通信的功能。3.3.2 数据库管理系统的选择现在市场上流行着各种各样的数据库管理系统。为了系统开发的稳定、方便和快捷，以及缩短开发周期，降低开发成本，本系统选用 MicrosoftAccess 桌面数据库管理系统。Access 是微软公司于 1994 年发布的微机数据库管理系统，具有界面友好、易学易用、开发简单、接口灵活等特点，是一个典型的新一代数据管理和信息系统开发工具。Access 提供了强大的数据组织、用户管理、安全检查等功能。在一个工作组级别的网络环境中，使用 Access 开发的多用户数据库管理系统具有传统的xBASE 数据库系统所无法实现的客户服务器（Client/Server ）结构和相应的数据库安全机制。3.3.3 数据库应用系统实现从简单的文本文件到各种复杂的关系型数据库，数据库应用程序需要面对各种各样的数据源。本系统采用 Visual Basic 6.0 提供的作为应用程序和 OLE DB（对象链接与嵌入数据库）连接桥梁的 ADO（Active Data Object，Active 数据对象）来访问数据库。ADO，即 Active 数据对象，实际上是一种提供访问各种数据类型的连接机制，用户可以使用任何一种 ODBC（开放数据库互连）数据源，即不仅适合于 SQL Server、Oracle、Access 等数据库应用程序，也适合于 Excel 表格、文本文件、图形文件和无格式的数据文件。ADO 是基于 OLE DB 之上的技术，因此 ADO 通过其内部的属性和方法提供统一的数据访问接口方法。上述系统数据库设计中存储了测试系统的设定值、配置参数以及部分测量值和计算结果，然而作为一个检测系统来讲，仅有这些数据是不够的。为了监测整个检测过程，方便事后对检验情况进行分析，做出决策，整个检测过程的实时测量数据是非常重要的。因此，本软件利用 Microsoft Excel 文件来存储整个试验过程中所有通道的测量值。Visual Basic 提供的 Data 控件通过使用 Microsoft 的 Jet 数据库引擎来实现数据访问，这与 MicrosoftAccess 所用的数据库引擎相同，使得用户可以访问很多标准的数据库格式，而且使用户无需编写任何代码就可以创建数据识别应用程序。因此，本软件中使用 Data 控件，在检测过程中以 10s 的频率向 Microsoft Excel 文件中写入实时数据，一次检测对应一个记录本次试验实时数据的 Excel 文件。试验结束后，就可打开该次试验对应的 Excel 文件查看实时数据，进行分析统计。3.4 本章小结系统控制系统的功能主要是计算机、PLC 系统控制、数据处理及步进机控制等为一体的多任务信息处理系统。为了便于程序的功能扩展，整体采用模块化、开放式设计，按不同的功能设计成各种子程序，使整个程序结构清晰明了。从功能上看，整个监控软17件大致划分为以下几大功能模块 I/O 模块:用以实现 PLC 与步进电机驱动模块和数据采集卡的数据交换，此模块是整个系统的基础。 主控制模块。对采集到的各种数据实时显示到主监控界面上，并向步进电机驱动模块出各种控制命令。PLC 控制：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表、结构文本，以及与计算机兼容的高级语言184 垫圈内径检测装置的构造及原理4.1 垫圈内径检测装置的构造图4-1为垫圈内径检测装置得立体结构图图4-1 立体结构图1-箱体 2-电机 3-槽轮 4-微动开关 5-环形槽 6-压杆 7-探头 8-滑轨9-带轮 10-凸轮 11-销 12-杠