自动化系统大作业

1、机械制造自动化系统机电工程学院机电工程学院 李健李健 2013-4-183.6多级分布式计算机控制系统LAN主要完成主要完成在有限的地理范围内运作在有限的地理范围内运作 允许多个用户同时接入带宽介质允许多个用户同时接入带宽介质 提供全时的本地服务的连接提供全时的本地服务的连接 互连物理上相邻的设备互连物理上相邻的设备常用的常用的LAN技术技术局部区域网络局部区域网络 ( (Local Area NetworkLocal Area Network，LANLAN) )，是一种分布在有限，是一种分布在有限区域内的计算机网络，由计算机、网络接口卡、外围设备、网络介区域内的计算机网络，由计算机、网络接口

2、卡、外围设备、网络介质以及网络通信控制设备组成质以及网络通信控制设备组成 以太网以太网 （Ethernet） 令牌环令牌环 (Token-Ring) 令牌总线令牌总线(Token-Bus)现场总线现场总线(Fieldbus)传输介质传输介质 （1 1）双绞线）双绞线 （2 2）同轴电缆（）同轴电缆（3 3）光缆）光缆 （1 1）双绞线）双绞线 绝缘层绝缘层屏蔽层屏蔽层双绞线双绞线为什么扭绞在为什么扭绞在一起一起?将各导线绞在一起的目的将各导线绞在一起的目的主要是使绞线间的电磁干主要是使绞线间的电磁干扰最小扰最小. 双绞线使用双绞线使用RJ45接头连接计算机的网接头连接计算机的网络适配器或集线器

3、等通信设备。络适配器或集线器等通信设备。 RJ45接头与普通电话系统的接头与普通电话系统的RJ11接头接头看起来相似，但二者有着重要的区别看起来相似，但二者有着重要的区别RJ45接头稍大，包括接头稍大，包括8条连接缆线条连接缆线，而，而RJ11接头只有接头只有4条条.二叉式非屏蔽水晶头二叉式非屏蔽水晶头（2）同轴电缆绝缘保护套层绝缘保护套层外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层内导体内导体（3）光缆绝缘层绝缘层合成纤维合成纤维覆层覆层内芯内芯1.4.3 数据通信的电气特性(1)(1)星形结构星形结构(2)(2)环型结构环型结构(3)(3)树形结构树形结构(4)(4)总线型结构总线型结构 (5)(

4、5)网状结构网状结构计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构（1 1） 星形结构星形结构中央节点分支节点局域网最常用的拓扑结构之一局域网最常用的拓扑结构之一 连线方式连线方式：由一个功能较强的中心节点（主节由一个功能较强的中心节点（主节点）和一些各自连接中心节点的从节点组成。任点）和一些各自连接中心节点的从节点组成。任何两个从节点之间的通信均要通过中心节点转接。何两个从节点之间的通信均要通过中心节点转接。 特点特点：结构简单、建网容易、便于管理，扩展结构简单、建网容易、便于管理，扩展网络容易。但中心节点是全网的控制中心，一旦网络容易。但中心节点是全网的控制中心，一旦出现故障会造成全网瘫痪。出现

5、故障会造成全网瘫痪。（2 2）环形结构）环形结构（3 3）树形结构）树形结构 特点：特点：结构简单、建网容易、无路径选择。结构简单、建网容易、无路径选择。但由于环路是封闭的，所以不易扩展，且可但由于环路是封闭的，所以不易扩展，且可靠性差，维护管理复杂。靠性差，维护管理复杂。特点：特点：信息交换主要在上下节点中进行，路信息交换主要在上下节点中进行，路径选择方便，若某一分支发生故障，易将该径选择方便，若某一分支发生故障，易将该分支与整个网络隔离，但对根的依赖性大。分支与整个网络隔离，但对根的依赖性大。适用于分级管理和控制系统。适用于分级管理和控制系统。（4 4）总线结构）总线结构局域网最常用的拓扑

6、结构之一局域网最常用的拓扑结构之一 连线方式连线方式：所有的节点都挂接在一条公共线路上。所有的节点都挂接在一条公共线路上。 特点特点：结构简单，布线容易，投资少，易于扩充。结构简单，布线容易，投资少，易于扩充。（5 5）网状结构）网状结构 容错能力最强的拓扑结构容错能力最强的拓扑结构 连线方式连线方式：网络上的每个节点与其它节点有网络上的每个节点与其它节点有3 3条以上的条以上的直接线路连接。直接线路连接。 特点特点：建网费用高，布线困难，但可靠性很高。一个节点发建网费用高，布线困难，但可靠性很高。一个节点发生故障，数据可通过其它节点和线路到达目的地。生故障，数据可通过其它节点和线路到达目的地

7、。点对点连接点对点连接（这是最简单的网络）（这是最简单的网络）总线网总线网星形网星形网环形网环形网集线器集线器RS-232电缆电缆（直接电缆连接计算机）（直接电缆连接计算机）传输方式传输方式 通信方式按照信息的传输方向分为通信方式按照信息的传输方向分为 ：n(1)(1)单工单工( (Simplex)Simplex)：信息只能沿单方向传输：信息只能沿单方向传输n(2)(2)半双工半双工(Half (Half duplex)duplex)：信息可以双向传递，但不能同时进行：信息可以双向传递，但不能同时进行n(3)(3)全双工全双工(Full duplex)(Full duplex)发送端发送端接收

8、端接收端报文报文检测信号检测信号单工单工接收端接收端报文报文发送端发送端发送端发送端接收端接收端半双工半双工n（3 3）全双工通信）全双工通信信息可以同时沿着两个方向传输。信息可以同时沿着两个方向传输。报文报文接收端接收端发送端发送端发送端发送端接收端接收端n串行传输串行传输是把构成数据的各个二进制位是把构成数据的各个二进制位依次依次在信道上进在信道上进行传输的方式。行传输的方式。n串行通信串行通信是利用串行端口在两台设备间进行通信，一次是利用串行端口在两台设备间进行通信，一次可以传输可以传输 位数据位数据，即，使用，即，使用 条数据线条数据线按照次序一位按照次序一位一位传送，每传送完一位传送

9、，每传送完 位位为一个字节为一个字节。发送端发送端接收端接收端并串转换并串转换串并转换串并转换1 0 0 1 0 1 0 01 11 18 81001010010010100 n并行传输并行传输是把构成数据的各个二进制位是把构成数据的各个二进制位同时同时在信道上在信道上进行传输的方式。进行传输的方式。n并行通信并行通信是利用并行端口在两台设备间进行通信，一是利用并行端口在两台设备间进行通信，一次使用次使用 条数据线条数据线传送传送 位数据位数据， 次次传送一个字传送一个字节节 。10010100发送端发送端接收端接收端12345678123456788 88 81 1制造自动化协议（MAP）M

10、AP期望在异构的计算机、可编程控制器、NC机床、机器人等自动化设备之间建立有效实现信息传输（包括数据文件、NC程序、控制指令、状态信号等）的标准第一作业AB工件SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6夹紧松开搬运机械手功能示意图基本要求与参数本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制流程。机械手通过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A到B的搬运工作，具体操作顺序：逆时针回转(机械手的初始位置在A与B之间)下降夹紧上升顺时针回转下降松开上升，机械手的

11、工作臂都设有限位开关SQi。设计参数：（1）抓重:10Kg（2）最大工作半径：1500mm（3）运动参数：伸缩行程：0-1200mm；伸缩速度：80mm/s；升降行程：0-500mm；升降速度：50mm/s回转范围：0-1800控制器要求：（1）在PLC、单片机、PC微机或者DSP中任选其一；（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。三、工作量（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；（2）二指夹持机构的设计及计算；（3）总体控制方案及控制流程的设计；（4）设计说明书一份。四、设计内容及说明（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图

12、。（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。设计应包括确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。第二作业 自动导引式物料搬运小车系统设计AC250500起始边线返回边线2000mm20线宽5000CBA20007007005000二、基本要求与参数本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计。小车主要实现的功能是自动寻迹并且完成物料的搬运。如上图所示，小车首先在A区装载物料，然后开始沿着指定轨迹（黑色导引线）自动

13、运行，导引线宽为20mm，小车上要求装有相应的传感器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节，保证小车始终沿着指定轨迹运行不偏离。运行到C区以后停止，卸货后沿原路径返回A区再次装载物料，如此往复。A、C区各有一条与导引线垂直的黑色边界线，线宽为20mm，要求小车在A、C区停止时，不能超出边界线限定范围。（小车由蓄电池供电）相关设计参数：（1）小车运动方式：全自动导引式。（2）小车载重能力:15Kg，自重不超过15Kg。（3）小车运动距离：5000mm。（4）小车运行速度：不小于0.5m/s。三、工作量（1）小车轮系结构的设计与分析；（2）自动导引方案的设计及传感器的选择与分析； （3）小车驱动及运动控制方案的设计与分析； （4）控制流程的设计以及控制程序的编写；（5）设计说明书一份。四、设计内容及说明（1）根据要求选择合适的传感器，设计搬运小车的自动导引系统，并进行