中型烤漆生产流水线控制系统

中型烤漆生产流水

线控制系统

毕业设计［论文1

颍目:中型烤漆生产流水线控制系统

系别:申，气与中与T程系_____________________

专业:自动化________________________________

姓名:黄冠勇_______________________________

学号：_________________________________

指导教师:王整迎_____________________________

河南城建学院

05月16日

摘要

采用人工涂漆工作劳动强度大，生产率低,涂层质量不易保证,

文档仅供参考

还会对人体产生毒害作用，自动喷漆在大批量生产中对提高劳动生

产率，保证产品质量,改进劳动环境等都具有重要意义。烤漆生产流

水线控制系统的设计涉及到计算机控制技术、电气控制技术与

PLC原理及应用、传感器原理与应用、自动控制原理等多个学

科。利用现代传感器的自动检测技术和自动控制实现自动喷涂的

控制，采用温度传感器对环境的温度进行控制，利用压力传感器来实

现喷涂时所需要的恒定压力的控制，利用接近开关来控制小车的启

停,而且经过光电传感器的使用，来达到喷漆的智能控制，而且具有

一定的报警功能。

关键词:伺服电机传感器接近开关压缩机PLC

文档仅供参考

Abstract

Workwithlabor-intensivemanualpaint,lowproductivity,

difficulttoguaranteecoatingquality,butalsotoxiceffectsonthe

humanbody,autopaintinmassproductiontoimproveproductivity,

ensureproductquality,improvetheworkingenvironmentisimportant

so.Paintproductionlinecontrolsystemdesigninvolvescomputer

controltechnology,electricaltechnologyandPLCcontroltheoryand

applicationoftheoryandapplicationofsensors,automaticcontrol

theoryandotherdisciplines.Automaticdetectionoftheuseofmodern

sensortechnologyandautomaticcontrolofthecontrolofautomatic

spraying,theuseoftemperaturesensorstocontrolthetemperatureof

theenvironment,theuseofpressuresensorsrequiredtospraya

constantpressurecontrol,theuseofproximityswitchestocontrolthe

car'sstartandstopAnd,throughtheuseofphotoelectricsensors,

intelligentcontroltoachievepainting,andhasacertainalarm.

Keywords:ServomotorSensorsProximitySwitchCompressor

plc

文档仅供参考

文档仅供参考

摘要................................................

Abstract..........................................................................

第1章绪论........................................

1.1目的和意义.................................

1.2国内外综述.................................

第2章设计概述..................................

2.1烤漆工艺流程..............................

2.1.1前期处理.............................

2.1.2烘干..................................

2.1.3喷涂..................................

2.1.3.1静电喷涂法.............................

2.1.3.2热喷涂法...............................

2.1.3.3气雾齐U0贲涂法..........................

2.1.3.4高压无气喷涂法........................

2.1.3.5空气喷涂法.............................

2.2确定设计方案..............................

2.2.1表面处理和烘干方式的确定.........

2.2.2喷涂方式的确定.....................

2.3整体方案论述..............................

第3章方案详解....................................

3.1电机的选取.................................

文档仅供参考

3.1.1小车驱动电机的确定................

3.1.2伺服电机的选择.....................

3.2传感器的选择..............................

3.2.1光电传感器..........................

3.2.2接近开关............................

3.2.3温度传感器选择.....................

324压力传感器的选择..................

3.3空气压缩机的选择.........................

3.4。贲枪选型...................................

3.5PLC选型..................................

3.6程序及梯形图..............................

4总结

5参考文献........................................

文档仅供参考

文档仅供参考

第1章绪论

1.1目的和意义

目的:经过中型烤漆生产流水线控制系统的课题设计，涉及到计

算机控制技术、电气控制技术与PLC原理及应用、传感器原理与

应用、自动控制原理等多个学科。经过本课题的工作，不但能够实

现中型烤漆生产流水线控制系统设计，而且对于PLC和传感器的认

识学习和使用有积极的促进作用，对大学所学习知识的灵活应月和

总结。把学过的专业知识运用于实际，在理论和实际结合过程□进

一步消化、加深和巩固所学的专业知识，并把所学的专业知识转化

为分析和解决问题的能力。在搜集材料、调查研究、接触实际的

过程中，既能够印证学过的书本知识，又能够学到许多课堂和书本里

学不到的活生生的新知识。另外也培养了我独立思考问题和解决

问题的能力,为今后工作做好技术储备。

意义:采用人工涂漆，工作劳动强度大，生产率低，涂层质量K易

保证，还会对人体产生毒害作用后动喷漆在大批量生产中对提高劳

动生产率，保证产品质量,改进劳动环境等都具有重要意义。

L2国内外综述

中国烤漆房起步较晚，经过20多年的发展，中国烤漆房已成为

文档仅供参考

机械工业中十大行业之一，为中国包装工业快速发展提供了有刀的

保障,有些烤漆房填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求,

部分产品还有出口。但在当前,中国烤漆房出口额还不足总产值的

5%,进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。

在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国烤漆

房行业水平还不够高。烤漆房市场日趋垄断化，除了瓦楞纸箱烤漆

房和一些小型包装机有一定规模和优势外，其它烤漆房几乎不成体

系和规模，特别是市场上需求量大的一些

成套包装生产线，如液体灌装生产线、饮料包装容器成套设

备、无菌包装生产线等,在世界烤漆房市场中均被几家大烤漆房企

业集团所垄断，面对国外品牌强劲冲击国内企业应该采取积极对

策。

从现阶段情况看，全球的烤漆房需求以每年5.3%的速度增长。美

国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本，其它主要生产商还包括

德国、意大利和中国。但未来包装设备生产增长最快的是在发展

中的国家和地区。发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中

国家寻找当地合适的生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供

烤漆房设备。而中国自加入世贸组织以来取得了长足的进步，口国

的烤漆房水平提升非常快，与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着

中国的日益开放,中国的烤漆房也将进一步打开国际市场。

文档仅供参考

第2章设计概述

2.1烤漆工艺流程

一个完整的物件烤漆工艺流程应该包括：1前处理2烘干3底

漆涂装4烘烤5面漆涂装6烘烤7检查8包装。

2.L1前期处理

前期处理主要有：1除油;2水洗;3除锈;4水洗;5表调;6水洗;7

磷化;8水洗;9水洗;10烘干。

前处理的目的是为了得到良好的涂层，由于以上的冲压件在制

造、加工搬运、保存期间会有油脂，氧化物锈皮，灰尘，锈及腐蚀物

等在表面上，若不去除将直接影响到涂膜的性能,外观等，因此前处

理在涂装工艺中占有极为重要的地位。涂装前处理与涂布、干燥

为涂装工艺三大主要工序,其中涂装前处理是基础工序，它对整个涂

层质量、涂层使用寿命、涂层外观等均有着重要影响。经过脱

脂、除锈、磷化等工序后的工件表面清洁、均匀、无油脂。

文档仅供参考

2.1.2烘干

烘干就是要除去表面处理时留下来的水分，准备涂漆或者是将

油漆烘干下面的工艺做准备。加快流水线的生产速度。烘干所采

用的方法有:柴油加热烘干、电加热烘干、蒸汽加热烘干、远红外

加热烘干、废机油加热烘干、量子加热烘干等等。

2.1.3喷涂

喷涂的方法可分为以下几种：1静电喷涂法2热喷涂法,3气雾

剂喷涂法,4高压无气喷涂法,5空气喷涂法。

2.1.3.1静电喷涂法

静电喷涂系利用高压静电场的一种喷涂方法，比较适合于大规

模生产的喷涂方法，静电喷涂有许多优点，可节省涂料，易实现机械

化和连续化。可减少溶剂和涂料的飞散而改进劳动条件，漆膜均

匀、质量好。

静电喷涂所使用的涂料，电阻应在5-50M?o如果电阻过高，可

适当采用极性溶剂来调节。静电喷涂的溶剂一般需要沸点高一点,

导电性能好一点，溶剂的闪点高一点，这对喷涂质量与安全性均比

较有利。

2.1.3.2热喷涂法

采用热喷涂茶施工方法，可节约溶剂，改进涂层光泽及厚度，可

文档仅供参考

消除涂膜表面泛白、斑点、桔皮一等弊病。因为热喷涂的流动

性比较大，喷涂压力可降低到L7—2公斤/厘米。涂料一般预热到

50—60C左右°

2.1.3.3气雾剂喷涂法

将涂料装在含有气体发射剂的密封金属罐中，使用时按动佥属

罐上的按钮，漆液成雾状从罐中喷出。主要用于家庭小件物品和车

辆、设备等的局部小面积的修补用。

2.1.3.4高压无气喷涂法

这种喷涂工艺早在六十年代已有发展，并在机械、车辆、船

舶、建筑等制造业中得到广泛的应用。高压无气喷涂工艺与一

般喷涂原理不同，涂料经高压

100-200公斤/厘米2作用下，经喷嘴小孔（0.2—1毫米）喷出,

立即在大气中膨胀成很细的流线,在表面张力的作用下，变成很细

的微粒而喷射到工件上，它的主要特点是没有一般空气喷涂时所产

生的大量漆雾的飞扬。高压无空气喷涂机利用压缩空气驱动气动

机的活塞和活塞杆作往复运动,活塞杆带动高压泵内的活塞而产生

同样的往复运动，气动机活塞的有效面积与高压泵活塞的有效面积

之比，根据需要的工作压力来选择,一般在23:1-33:1之间。高压

无气喷涂的优点：

1、生产效率高，较空气喷涂法高数至十余倍。

文档仅供参考

2、适用于厚浆涂料,一次喷涂膜厚达100—300〃。

3、可提高涂层的致密性，附着力和均匀性。

4、节约溶剂，可降低施工成本。

5、漆雾减少，防止空气污染,改进劳动保护条件。

2.1.3.5空气喷涂法

这是一种使用较广泛的施工方法,它的喷涂原理是漆液经过喷

涂器的喷嘴，由高速气流将漆液冲散成微粒而射向被涂物面，一般喷

口离被涂物的距离在20-40厘米之间，喷涂的空气压力在2-4公

斤/厘米2，流入喷枪的气源必须经过油水分离处理,最好是清洁干

燥的气源。

2.2确定设计方案

2.2.1表面处理和烘干方式的确定

本次设计针对工件所采取的前期处理的方法有：1除锈,2烘

干。

除锈:黄锈能促进腐蚀产物在涂层下蔓延，使涂层失去屏蔽性和

不透湿性。在高温高湿条件下能导致涂层和金属的早期损坏，松散

的黄锈，附着力差,能与涂层一起脱落。除锈的方法很多，如碱液法,

酸液法，机械法，电解法等，常见的是碱液法。以化学溶液除去二件

表面的氧化皮，锈迹等,一般是用硫酸,也有用草酸。还可辅以超声

文档仅供参考

波清洗。常见前处理有浸泡式和喷淋式两种，浸泡式需要多个浸泡

槽;喷淋则需要在喷涂流水线上设置一段喷淋线。

因为此次设计为的是烤漆生产流水线因此除锈方法采用的是

是更适合流水线的］贲淋法。

烘干:经过几种常见的烘干方式的比较决定这次设计采用电加

热的方法进行烘干处理，其原因是电加热技术比较常见，技术成熟,

应用范围广，限制条件少，能耗低。

2.2.2喷涂方式的确定

经过上述几种喷涂方法的综合比较之后决定此次设计的喷涂

方法采用实用较为广泛技术熟练的空气喷涂的方法。

2.3整体方案论述

这次的烤漆生产流水线控制系统的设计的整体工艺流程为：1

表面处理（除锈）,2烘干,3—次底漆喷涂,4烘干,5二次底漆喷涂,6烘

干,7面漆喷涂,8烘干。如图1所示：

具体操作步骤为:首先将需要喷涂的工件放在小车上,小车沿着

指定的轨道将工件送入到烤漆房内，工件到指定喷漆位置后停止，喷

枪上的传感器检测到有工件便起动喷枪开关对工件进行自上而下

的喷涂和自左而右的喷涂（侧面的喷枪和顶面的喷枪是同时开妗工

作的，可是每个喷枪是分开控制的），当侧面的喷枪和顶面的喷枪都

文档仅供参考

喷涂一个来回后,小车上工件回盘上的步进驱动电机便旋转一定的

角度，然后开始下一个来回的喷涂。当完成喷漆工序后，小车的驱动

电机启动，将工件进入烘干区，到达烘干区后，小车停止，对工件进行

烘干，一段时间后，小车再次起动，将工件送到下一工序。完成所有

的工序后力'车将工件载出烤漆房

图1

文档仅供参考

第3章方案详解

对设计方案进行详细的讲解，对设计中所用到的电机，传感

器,PLC等进行进一部的说明。

3.1电机的选取

3.L1小车驱动电机的确定

电机按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。交流

电机与直流电机相比，由于没有换向器因此结构简单，制造方便，比

较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流

电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千

瓦。因此将小车的驱动电机选为方便实用的交流电机。

交流电机又分为同步电机、异步电机两大类。同步和异步电

机均属交流动力电机，是靠50HZ交流电网供电而转动。异步电机

是定子送入交流电，产生旋转磁场,而转子受感应而产生磁场。这样

两磁场作用使得转子跟着定子的旋转磁场而转动。其中转子比定

子旋转磁场慢，有个转差不同步因此称为异步机。而同步电机定子

同异步电机其转子是人为加入直流电形成不变磁场,这样转子就跟

着定子旋转磁场一起转而同步始称同步电机。异步电机简单，成本

低，易于安装，使用和维护.因此受到广泛使用;缺点效率低，功率因数

低对电网不利。而同步电机效率高是容性负载，可改进电网功友因

文档仅供参考

数,多用工矿大型没备。因此最终小车的驱动电机确定为结构简

单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便,

被广泛应用于各个领域的交流异步电动机。

型号:Y18OM-8,额定功率11KW,定子电流26A

3.L2伺服电机的选择

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把

所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为

直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是,当信号电压为零时无

自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

工作原理:伺服主要靠脉冲来定位，基本上能够这样理解，伺服电机

接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移，因

为伺服电机本身具备发出脉冲的功能,因此伺服电机每旋转一个角

度，都会发出对应数量的脉冲，这样和伺服电机接受的脉冲形成了呼

应，或者叫闭环，如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,

同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动,

从而实现精确的定位，能够达到0.001mm。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简

单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳

刷）,产生电磁干扰，对环境有要求。因此它能够用于对成本敏感的

普通工业和民用场合。

文档仅供参考

无刷电机体积小，重量轻,出力大，响应快,速度高，惯量小,转动平

滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化,其电子换相方式灵活，能

够方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电

磁辐射很小,长寿命，可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机,

分为同步和异步电机，当前运动控制中一般都用同步电机，它的功率

范围大，能够做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功

率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。伺服

电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成可磁

场，转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给

驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角

度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技犬有

着本质的联系。在当前国内的数字控制系统中，步进电机的应月十

分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来

越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运

动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执

行电动机。虽然前者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在

使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能

作一比较。

一、控制精度不同:两相混合式步进电机步距角一般为

1.8。、0.9。，五相混合式步进电机步距角一般为0.72。、

文档仅供参考

0.36°o也有一些高性能的步进电机经过细分后步距角更小。如

三洋公司(SANYODENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可

经过拨码开关设置为1.8°、0.9。、0.72。、0.36。、0.18。、

0.09。、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步

距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保

证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准线编码器的电

机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°

/8000=0.045°o对于带17位编码器茁电机而言，驱动器每接收

131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°

/131072=0.0027466。，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的

1/6550

二、低频特性不同:步进电机在低速时易出现低频振动现象。

振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机

空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频

振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速

时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼

器，或3仅动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使

在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,

可涵盖机械的刚性不足，而且系统内部具有频率解析机能(FFT),可

检测出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同:步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且

文档仅供参考

在较高转速时会急剧下降,因此其最高工作转速一般在300—

600RPMO交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为

RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功

率输出。

四、过载能力不同：步进电机一般不具有过载能力。交流伺服

电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例，它具有速度

过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于

克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过

载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的

电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了刀矩

浪费的现象。

五、运行性能不同:步进电机的控制为开环控制,启动频率过高

或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲

的现象，因此为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服

驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采

样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲

的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同:步进电机从静止加速到工作转速（一般

为每分钟几百转）需要200-400毫秒。交流伺服系统的加速性能

较好,以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速

3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。综上所述,

文档仅供参考

交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不

高的场合也经常见步迸电机来做执行电动机。因此,在控制系统的

设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当

的控制电机。

在本次设计中，运用步进电机就能够很好的完成任务，因此步进

电机是最合适的控制电机。

型号:28BYGH(1.8)-NEMA11

3.2传感器的选择

在现代工业生产特别是自动化生产过程中，要用各种传感器来

监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳

状态,并使产品达到最好的质量。

3.2.1光电传感器

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先

把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将

光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电

元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等

优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电

式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电

检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(红外、可见及

紫外光辐射)转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件

文档仅供参考

作为转换元件的传感器。它可用于检测叁接引起光量变化的非电

量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能

转换成光量变化的其它非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、

位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别

等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点。

光电传感器如下图所示主要分为4类：

检测距南

受光器

对射型（凹槽型）

图2

投光器受光器

对射型

图3

检测距周

投光器/受光器

射板

反

回归反射型

图4

文档仅供参考

检测距周

标准检测距理

漫反射型

图5

传感器型号:PZM31

3.2.2接近开关

接近开关是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测

对象进行检测为目的的传感器的总称。能将检测对象的移动信息

和存在信息转换为电气信号。在转换为电气信号的检测方式中，包

括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式,

捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式，利用磁石和

引导开关的方式。其特点是：1由于能以非接触方式进行检测，因此

不会磨损和损伤检测对象物。限位开关等是与物体接触后进行检

测的，但接近开关则对物体的存在进行电气性检测，因此无需接触。

2由于采用无接点输出方式,因此寿命延长，采用半导体输出，对接点

的寿命无影响。3与光检测方式不同，适合在水和油等环境下使用,

检测时几乎不受检测对象的污渍和油,水等的影响。4与接触式开

关相比，可实现高速响应。5能对应广泛的温度范围,有些传感器能

在-40度和200度的环境下使用。6不受检测物体颜色的影响，对检

文档仅供参考

测对象的物理性质变化进行检测，因此几乎不受表面颜色的影响。

感应型接近开关原理:同过外部磁场的影响，检测在导体表面产

生的涡电流引起的磁性损耗。在检测线圈内使其产生交流磁场，并

对检测体的金属体产生的涡电流引起的阻抗变化进行检测的方式,

一般检测金属导体。另外。作为另外一种方式，还包括检测频发相

位成分的铝检测传感器,和经过工作线圈仅检测阻抗变化成分的全

金属传感器。在检测体一侧和传感器一侧的表面上,发生变压器的

状态阻抗的变化能够视作串联插入检测体一侧的电阻值的变化。

（图6）

变压器的结合状况将经过涡电流损耗而置换为阻抗的变化

图6

静电容量型接近开关的动作原理：对检测体与传感器间产生的

静电容量变化进行检测。容量大小根据险测体的大小和距离而变

化。一般的静电容量型接近开关是对象电容器一样平行配置的两

块平行版的容量进行检测的，平行板单侧分别作为被测定物，而另一

侧作为传感器检测面，对这两极间形成的静电容量变化进行检测。

可检测物体根据检测对象的感应率不同而有所变化，不但金属,

文档仅供参考

也能对树脂，水等进行检测。（图7）

图7

磁力式接近开关的动作原理:用磁石使开关的导片动作。经过

将引导开关置于ON,使开关打开。（图8）

磁石

图8

型号:FN1.5-M8-NOD1

3.2.3温度传感器选择

温度传感器用于测量烘干区的温度，进行实时的温度监控，从而

达到保证工件烤漆质量的目的。按测量方式可分为接触式和非接

触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶

两类。

文档仅供参考

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称

温度计。温度传感器

温度计经过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直

接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围

内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标

或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常见的温度计有双

金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热

敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部

门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在

国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部

门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度

计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、

顺磁盐温度计、量子温度计，低温热电阻和低温温差电偶等。低

温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。

利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温

度计的一种感温元件，可用于测量1.6-300K范围内的温度。

非接触式温度传感器

它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。

这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅

速（瞬变）对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

最常见的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐

文档仅供参考

射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见

辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测

出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部

辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的

真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率

不但取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有

关,因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法

来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧

馄温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或地塌中的温度。在

这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体

表面温度自动测量和控制，能够采用附加的反射镜使与被测表面一

起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和

有效发射系数。利用有效发射系数经过仪表对实测温度进行相应

的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜

是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射

回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数式中£为材料表

面发射率，。为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的

辐射测量,则能够用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的

方法。经过计算求出与介质达到热平衡后的回筒空腔的有效发射

系数。在自动测量和控制中就能够用此值对所测腔底温度（即介质

温度）进行修正而得到介质的真实温度。

文档仅供参考

非接触测温优点:测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而

对最高可测温度原则上没有限制。对于I800C以上的高温,主要采

用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光

向红外线扩展,700C以下直至常温都已采用，目分辨率很高。

热电偶工作原理：

当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相

互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T,称为工作端或热

端,另一端温度为TO,称为自由端（也称参考端）或冷端，则回路口就

有电流产生，如图9所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这

种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克

有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时此

处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），称为珀尔帖效应;其二，当

有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量（取决于电

流相对于温度梯度的方向），称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导

体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB（T,T0）是由接触电势

和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接

触处产生的电势,此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的

文档仅供参考

温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产

生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与

导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接

触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产

生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断

开处a,b之间便有一电动势差其极性和大小与回路中的热电势

一致,并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极,B为负极。

实验表明，当4V很小时,ZXV与AT成正比关系。定义AV对AT

的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和

大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。

传感器型号：IRTP-300L

3.2.4压力传感器的选择

在对工件进行喷涂的时候,要保证喷枪的压力在其正常的二作

范围内，从而保证工件的喷涂达到预期的要求，因此要对压力罐的压

力进行实施的检测和控制，因此压力传感器的选择是很重要的。

力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应

变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容

式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但

应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的

精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

文档仅供参考

在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种

元件。电阻应变片是一种）将被测件上的应变变化转换成为一种电

信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。

电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。

金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。一般是

将应变片经过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当

基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变，使应变片的

阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在

受力时产生的阻值变化一般较小,一般这种应变片都组成应变电桥,

并经过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（一般是A/D

转换和CPU）显示或执行机构。

如图10所示,是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金

属应变丝或应变箔，绝缘保护片和引出线等部分组成。根据K同

的用途，电阻应变片的阻值能够由设计者设计，但电阻的取值范围应

注意:阻值太小，所需的驱动电流太大，同对应变片的发热致使五身

的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输已零

点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的

电磁干扰能力较差,一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理:金属电阻应变片的工作原理是吸附在

基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电

阻应变效。应我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时,

文档仅供参考

其长度和截面积都会发生变化，其电阻值即会发生改变，假如金属丝

受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少,电阻值便会增

大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加，电阻值则

会减小。只要测出加在电阻的变化（一般是测量电阻两端的电压）,

即可获得应变金属丝的应变情况。

金属电阻应变丝的结构

图10

传感器型号:NS-1型小型压力传感器

3.3空气压缩机的选择

空气压缩机是气源装置中的主体,它是将原动机（一般是电动机）

的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。

空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，速度

式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积

内气体分子的密度噌加以提高压缩空气的压力;速度式压缩机的工

文档仅供参考

作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为

气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。

现在常见的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩

机,（螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩

机），离心式压缩机以及滑片式空气压缩机,涡旋式空气压缩机。凸

轮式，膜片式和扩散泵等压缩机没有列入其中，是因为它们用途特殊

而尺寸相对较小。

活塞式空气压缩机

图11

空气压缩机的特点:由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转

运动，带动连杆使活塞产生往复运动,引起气缸容积变化。由于气缸

内压力的变化，经过进气阀使空气经过空气滤清器C肖声器）进入气

缸，在压缩行程中,由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作

文档仅供参考

用，经排气管,单向阀（止回阀）进入储气耀，当排气压力达到额定压力

时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至一定压力开关

自动联接启动。

型号:LG-1.0/10功率7.5KW,工作压力1.OMPa

3.4喷枪选型

空气喷涂是靠压缩空气的气流使漆料雾化，在气流带动下，啧涂

到被漆物表面上的一种涂装方法。空气喷涂法的主要工具是喷枪,

它是使涂料和压缩空气混合后喷出，工具喷枪可按涂料与压缩空气

的混合方式不同，涂料的供给方式及空气帽的构造进行分类：

一般分为内部混合型和外部混合型两种。按涂料供给方式又

可分为吸上式，重力式和压送式三种。前两种适合于汽车修补涂装

和小批量生产的汽车涂装，压送式适用于涂料使用量大的工业涂

装。

一般常见的喷枪由喷头,调节部分和枪体三部分成。喷头由空气

帽，喷嘴，针阀等组成。它是改变涂料的雾化，喷流图样等决定喷枪

性能的关键部件。调节部件是调节涂料喷出量和空气流的装置。

枪体上装有开闭针阀的枪机和防止漏漆,漏气的密封件，并制成便于

作业的形状。

文档仅供参考

喷枪系统图

图12

喷枪的型号采用岩田公司的WA-200-152P;涂料供给法：压送；涂

料喷嘴口径：L5mm:;喷涂距离:250mm；喷涂空气压力:0.26MPa

{kgf/cm2};

空气使用量：3301/min；涂料喷出量:270ml/min;喷副：340;重量

500g.

喷流式自动喷枪清洗系统可清洗虹吸式、压力式、HVLP和

重力式喷枪，油漆罐和其它混料容器，整个过程在45秒内完成。采

用二次清洗的原理,大大节省干净清洗剂的用量，有效地节约生产成

本机型:UG4000DVM处理量:2套喷枪和2个油漆罐处理时间:45

秒特点:自动清洗。

3.5PLC选型

PLC即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为

文档仅供参考

在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内

部存储程序,执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向

用户的指令,并经过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或

生产过程。是工业控制的核心部分。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable

LogicController,PLC),它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着

技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经

大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器,

简称PC。可是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称

混淆,因此将可编程序控制器简称PLC,PLC自1966年美国数据设

备公司(DEC)研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量

优良，功能强大。

PLC的基本结构:PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其

硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

a、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作

用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因

此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压

波动在+10%(+15%)范围内，能够不采取其它措施而将PLC直接连

接到交流电网上去。

b中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制

中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入

文档仅供参考

的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状

态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它

以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O

映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释

后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数

据寄存器内。等所有的用户程序执行完些之后,最后将I/O映象区

的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此

循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双

CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个

CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

C、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储

器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

d、输入输出接口电路1、现场输入接口电路由光耦合电

路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输

入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中

断请求电路集成，作用PLC经过现场输出接口电路向现场的执行部

件输出相应的控制信号。

e、功能模块如计数、定位等亥能模块。

f、通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块

文档仅供参考

PLC的工作原理：

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采

样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作

一个扫描周期。在整个运行期间,PLC芯CPU以一定的扫描速度

重复执行上述三个阶段。

-输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读

入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得西元

内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两

个阶段中，即使输入状念和数据发生变化」/。映象区中的相应会元

的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号，则该脉冲信

号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均

能被读入。

二用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按

由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯

形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按

先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运

算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区

中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状

态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用

户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会

发生变化，而其它输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储

文档仅供参考

区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程

序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起

作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据

只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序

执行的过程中如果庾用立即I/O指令则能够直接存取I/O点。即使

用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从

I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有

些区别。

三输出刷新阶段当扫描用户程序结束后,PLC就进入输

出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据

刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才

是PLC的真正输出。

PLC当前的主要品牌:美国AB,ABB,松下,西门子，汇川，三菱，欧

姆龙，台达，富士，施耐德，信捷，和利时等。FX2N系列是三菱PLC是

FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需

要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和

控制能力。

人机界面:人机界面产品的定义:连接可编程序控制器(PLC)、

变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，经过

输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命

令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。

文档仅供参考

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，便件部分包括处理器、显

示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性

能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的

产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。

HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运

行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB-HMI画

面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作”

工程文件“，再经过PC机和HMI产品的串行通讯□，把编制好的”

工程文件”下载到HM1的处理器中运行。

基本功能：1设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图

形、曲线等；数据、文字输入操作，打印输出;2生产配方存储,

设备生产数据记录;3简单的逻辑和数值运算;4可连接多种工业控

制设备组网。

通讯接口J砌谕元

人机界面硬件构成

图13

文档仅供参考

人机界面软件构成

图14