气动控制实验装置的研发毕业设计说明书在线提供

1、1.1 课题设计的目的及意义在当前，随着科学技术的发展和高新技术推广应用的普及，机电一体化技术已逐步深 入到生产、生活的各个角落，生产从机械化转变为自动化，在机械加工、汽车制造、食品 生产、药品包装等方面都在向自动化方向转变，它们都有共同的规律（按一定规则节拍地 动作），从而产生了自动化生产线（流水线、装配线） ，据统计在汽车制造、电子元器件等 精密加工制造业，有 80%以上的工作是由“生产线”来完成的 1 ，这些企业急需机电类应 用型、技能型人才。 但由于办学经费紧张， 职业院校一般没有能力购置与企业类同的 “生 产线” ，学生在校期间，不能建立整套生产过程的概念，为此，本人根据所学的专业知

2、 识结合这次毕业设计的要求，研制一套与企业生产实际相吻合的仿真自动化加工生产线， 该生产线可以根据办学需要实现任意组合的生产型教学实训生产线基于气动控制的 生产过程实验装置，以解决学生在校实训过程与企业实际生产情况不相吻合的问题。本次设计研究的基于气动控制的生产过程实验装置是典型的机电气一体化的自动化 装置，也是一套与企业生产实际相吻合的仿真自动化加工生产线， 该装置主要有供料机构、 检测机构、传输机构及分拣机构等组成，它涵盖了机电专业所学的机械设计、液压与气动 技术、电工电子技术、检测传感技术及 PLC 控制等专业知识。在该系统上可以进行气动技 术、传感器技术、电机传动、物料输送、自动化装配

3、、 PLC 控制等多种课程的教学与实训， 也可以在此基础上进行相关的毕业设计。设计研究该装置的目的在于：一是为专业课程 “机电综合技能实训”提供一个实验平台，通过对整个系统进行教学 并让学生动手装配、调试并模仿设计，学生可以在传感器的设计选型、气动元件的选型、气 动回路的设计、结构系统设计、控制系统设计、 PLC 编程、系统装配、电气连接、系统调试 等多方面进行全方位的学习和实践， 达到理论教学难以达到的效果， 培养学生的感性认识和 实际动手能力。在全面掌握该系统的基础上， 学生将具有设计装配一般实际工程系统的能力， 达到技能教学的目的与效果。二是为学生找到一条容易适应从学校到工厂环境转换，从

4、理论到实际转换，从课堂教 学到工程现场真刀真枪技能转换的新途径，缩短从学校课堂到工业生产现场的距离，从而 提高学生动手的能力。为使学生了解各种不同的元器件，我们全部采用工业化的标准元件与材料，尽可能采用不同的元器件类型，以增强学生的知识面和认知面。通过该实验装置的系统设计、安装调试等教学，能充分锻炼操作者团队协作能力、计划 组织能力、自动线安装与调试能力、工程实施能力、职业素养、交流沟通能力、效率、成本 和安全意识，引导高职院校机电一体化类专业教学改革发展方向， 促进工学结合人才培养模 式改革与创新，培养可持续发展的满足企业需求的自动化控制高技能人才 2 01.2机电一体化的概念与核心技术一、

5、机电气一体化的概念机电一体化技术是以微型计算机为代表的微电子技术，信息技术迅速发展向机械工业 领域迅猛渗透，在与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微 电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编 程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、 动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、 运动传递、物质运动、能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统 程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高 质量、高精度、高可靠性、低

6、能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工 程技术，机电一体化技术直接导致了自动化技术的产生 O机电气液一体化是现代化科学技术发展的必然结果，是将机械、微电子、信息技术、 气液传动及控制技术融合在一起的一种现代化控制。其中机电一体化技术是核心技术。机 电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、 相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异二、机电一体化的主要技术有 ：1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术 相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重 量、

7、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、 专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发， 将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系 统各部分有机连接的保证。4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统 仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、 补偿、再现、检索等。5、传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节

8、。其 功能越强，系统的自动化程序就越高。6、伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现 电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影 响。1.3机电一体化的发展概况31、数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数 控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在 1999年后，国家向国防工业及关 键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。2、 微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已 初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。3、 可编程序

9、控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开 发一种Modular Digital Controller （MODICON ）取代继电控制盘。MODICON是世界上第 一种投入商业生产的PLC70年代是PLC崛起，并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了 PLC的第三个发展时 期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，

10、正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一 个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的 EIC三电一体化。4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术 是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和 半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背 景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新 阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微

11、细加工技术也在机电一体化中崭 露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；另一方面，对机电一体化系统的建 模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时， 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术 开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展 方向有：1、智能化：是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基 础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等 新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求 得到

12、更高的控制目标。2、网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产 品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产 品无疑将朝着网络化方向发展。3、微型化：兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS ），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机 电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活， 在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。4、绿色化：机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能 回收利用。绿色产品在其设计、制造

13、、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和 人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化 产品，具有远大的发展前途。5、系统化：其表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结 构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能的大大加强，特别是人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。一是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显 得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生 物机理，研制各种机电一体化产品。第二章实验装置的总方案

14、2.1实验装置的结构组成本次设计的装置是基于气动传动控制的生产线物料传输以及机械手分拣，其结构基本组成如下：供料装置传输装置检测装置分拣装置1111r1PLC控制系统图2-1基于气动控制的生产过程实验装置结构框图该装置在研究设计中要解决以下问题：1:如何去检查是否有物料。2 :如何将物料输送到传动托盘上并且怎样去对传输位置进行检测。3:物料的传输快慢如何去调定。4:物料的颜色如何去检测以及物料的搬运方法。设计中解决这些问题是重点，只要将以上问题解答及设计好了本此设计就算基本成功 了。具体的解决方法将在本章的第三节中介绍。2.2 系统装置设计的要求本次设计的实验装置是一个小型自动生产线仿真系统，

15、 包括物料的供给、 传输、检测 及搬运的生产线， 那么首先就要具有生产装置的流程线的要求： 要运行方便简捷、 易操作 等要求；其次，它应该具有可行性的要求： 气动传动控制能正确运行、 元器件要选择合理、 气动图形符号的设计要符合标准， 检测传输的装置要选择合理， 机械手分拣要条理清晰明 朗以及它们的 PLC 控制系统装置要选择适当及编程设计正确。2.3 系统方案的设计根据第一节中介绍的研究中要解决的问题设计出的具体方案如下： 把整个系统装置分 为供料机构、传输装置、检测装置及搬运装置四个机构加上控制它们的可编程控制器装置。 系统装置设计流程如下：根据上述的工作流程把本次设计分为三大部分：第一部

16、分：供料机构及传输装置的设计； 第二部分：检测装置和搬运装置的设计； 第三部分：控制系统装置的设计；因为供料与传输的运行是连接在一起的， 物料供给后就进行物料的传输这是不可分的 两道工序，而检测与搬运也是不可分开的两道工序。 所以这样设计起来既符合生产上的实 际连贯动作，也将设计的内容分的有条理。设计起来简单方便、 缩短了设计的时间，为答 辩赢得更多的时间准备。下面就针对上述方案做具体的运行控制系统设计：一、传输与供料装置这块有以下两种方案： 1：采用历史悠久的同步带传动 5 。同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆 以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带

17、传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好， 一般使用温度-20 C 80 C, v50m/s , P300kw,i14、 输出点个数7,存贮器字数232的PLC,对PLC的扫描速度及其它方面无特殊要求。综上所述，经比较选用SIMENS公司的S7-200CPU226生能较好的满足要求，它具有24个 输入点和 16个输出点。5.4 电源选择PLC 一般有 DC/DC 型和 AC/DC 型两种，其中 AC/DC 型使用 220V 的交流电源，内部 的开关电源为 PLC 的中央处理器、 存储器等电路提供 5V、24V 等直流电源，使 PLC 能正常 工作。 DC/DC

18、型需要另外配置一个专用的开关电源，为 PLC 及其他器件供电。在本次设计中，因为除 PLC 需要电源外，我们还用到了许多传感器和电磁换向阀，所 以在设计中选择一个 220V/24V 的开关电源，为各个器件提供电源。5.5 硬件设计本次设计的PLC控制信号的输入输出信号的点数较多，所以我们选择的是 CPU226的可 编程控制器装置，它的I/O总数为40点。其中输入点24点，输出点16点。可带7个扩展模块。 用户程序的储存容量为6.6K字。内置高速计数器，具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲输 出端和2个RS485通信口。CPU226的 24个数字量输入点分成两组。第一组由输入端子10.010.7、11.011.4共13个输 入点组成，每个外部输入的开关信号都由各输入端子接出，经过一