機械設計制造及其自動化專業畢業論文(設計)——氣動自動生產線檢測系統的電路及控制設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 動，工件此時到達 了預設的檢測位置。位于上端的測量模塊將對工件進行檢測，判斷工件是否合格。 測量模塊即是霍爾傳感器。如果工件合格，在霍爾元件的控制電流恒定，且在一個均勻的梯度磁場中，因為霍爾電壓與位移成正比，合格的工件高度一定，霍爾電壓時一個定值，傳感器將測 得 的模擬量與設定值比較，若相同則輸出信號為“ 1”，若不同則輸出信號為“ 0”。利用霍爾傳感器的信號變化即可判斷工件是否合格。 若測量模塊 確定 工件合格以后，推桿就會伸出，將合格的工件推送至上層滑梯進行分類。氣墊滑梯的高度和傾斜角均可以調整。在推出工件的同時，滑梯上的排氣孔也會 噴射出高壓氣體，使得工件下滑時與滑梯表面減少接觸，摩擦自然減少，更容易滑動。 若工件不合格，舉升缸 則 向下運動，將不合格的工件運至初始位置，到達下限位，下行程開關常閉觸點斷開，舉升缸停止運動，推桿伸出，將不合格的工件推至下層滑梯進行分類。 此時一個工作循環結束。 通過 對檢測單元的控制要求及工作過程的分析，可繪制出該站的工作流程，如圖 31 所示：三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 10 圖 31 檢測站工作流程圖 可編程控制器的介紹 可編程序控制器 (PC,Programmable Controller)因早期主要用于開 關量的邏輯控制，因此也稱為 PLC(Programmable Logic Controller)。可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列優點。 PLC 網絡經過多年的發展，己成為具有 34 級子網的多級分布式網絡。 的工作原理 PLC 雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式， PLC 則采用循環掃描工作方式。在 PLC 中 ，用戶程序按先后順序存放。 三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 11 CPU 從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符后又返回第一條。如此周而復始不斷循環。每一個循環稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為 I/O 刷新和執行指令兩個階段，即圖 32所示： I / O 刷 新 執 行 命 令 I / O 刷 新 執 行 命 令第 一 個 掃 描 周 期 第 二 個 掃 描 周 期 圖 32 CPU 掃描周期示意圖 所謂 I/O 刷新即對 PLC 的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態重新讀入 PLC 中存入內部寄存器，同時將心得運算結果送到輸出端，這實際是將存放輸入、輸出狀態的寄存器內容進行一側更新，故稱為 “ I（輸入 )/O(輸出 )刷新”。由此可見若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態發生變化，則本次掃描期間輸出端也會相應地發生變化。反之，若本次 I/O 刷新之后，輸入變量才發生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描期間輸出才會產生響應。由于 PLC 采用循環掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。總之，采用循環掃描的工作方式，是 PLC 區別于微機和其他控制設備的最大特點。 MPS 模塊化生產系統分為九個工作站，為了完成對過程現場輸入輸出信號的處理，實現各工作站信息的交換，完成氣缸及其元件的運送、加工、 自動裝配及分選的順序控制，除機械手站外，其他各站分別由一臺 PLC 控制。機械手有專用的控制盒及編程語言，主要完成氣缸的裝配工作。 SIMATIC S7200 介紹 西門子公司的 SIMATIC S7200 系列屬于小型 PLC。可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復雜的自動化控制系統。由于它有極強的通信功能，在大型網絡控制系統中也能充分發揮其作用。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設備、民用設施、環境保護設備等。如：沖壓機床、磨床、印刷機 械、橡膠化工機械、中央空調、電梯控制、運動系統。 S7200 系列出色表現在以下幾個方面： （ 1） 極高的可靠性 （ 2） 極豐富的指令集 （ 3） 易于掌握 （ 4） 便捷的操作 三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 12 （ 5） 豐富的內置集成功能 （ 6） 實時特性 （ 7） 強勁的通訊能力 （ 8） 豐富的擴展模塊 S7200 的可靠性很高，可以用梯形圖、語句表（即指令表）和功能塊圖三種語言來編輯程序。它的指令豐富，指令功能強，易于掌握，操作方便，內置有高速計數器、高速輸出、 PID 控制器、 RS485 通信 /編程接口、 PPI 通信協議、 MPI通信協議和自由端口模式通信功能，最大可以擴展到 248 點數字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O,最多有 30多 KB 程序和數據存儲空間。 傳感器的介紹 信息技術取得的進展以及未處理和計算機技術的高速發展，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。未處理現在已經在測量和控制系統中得到廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量 或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會的的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照 Gopal等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理（模擬或數字）能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。 傳感器的種類繁多，其工作原理、性能特點和應用領域各不相同。所以結構、組成差異很大。但總的來說。傳感器通常有敏感元件、轉換元件及測量電路組成，有時還加上輔助電源，如圖 33 所 示： 圖 33 傳感器的組成 傳感器系統的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉換成另一三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 13 種形式的能量。常將傳感器的功能與人類 5 大感官相比擬： 光敏傳感器～視覺 聲敏傳感器～聽覺 氣敏傳感器～嗅覺 化學傳感器～味覺 壓敏、溫度、流體傳感器～觸覺 對傳感器設定了許多技術要求，有一些是對所有類型傳感器都適應的，也有只對特定類型傳感器適應的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結構場合均需要的基本要求是： 高靈敏度、抗干擾的穩定性（對噪聲不敏感）、線性、容易調節（校準簡易）、高精度 、高可靠性、無遲滯性、工作壽命（耐用性）、可重覆性、抗老化、高響應 速率、抗環境影響（熱、震動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力、選擇性、安全性（傳感器應是無污染的）、互換性、低成本、寬測量范圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度范圍。 現代傳感器制造業的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發強度。傳感器開發的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。 光電傳感器是將光信號轉換成電信號的光敏器件，它可用于檢測直接引起光強變化的非電量，如光強、輻射測溫、氣體成分分析等；也可 用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件線度、表面粗糙度、位移、速度、加速度等。光電式傳感器具有響應快、性能可靠、能實現非接觸測量等優點，因而在檢測和控制領域獲得廣泛應用。 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器，光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且可測量參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電 式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器。 1879 年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發現霍爾效應，但由于技術材料的霍爾效應太弱而沒有得到應用。隨著半導體技術的發展，開始用半導體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應顯著而得到應用和發展。 由于霍爾傳感器具有體積小、成本低、靈敏度高、性能可靠、頻率響應款、動態范圍大的特點，并可采用集成電路工藝、因此被廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、震動等方面的測量。 三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 14 檢測單元的氣動控制 檢測單元的執行元件部分主要是 由氣動控制。包括控制上下運動的舉升氣缸，推桿缸，和氣墊滑梯上的噴射缸。由電磁閥來控制氣缸的通斷，從而改變執行元件的運動。以上已經分析過檢測單元的工作過程及個模塊的工作目的，由此，可 繪制出檢測單元的氣路原理圖 ， 如圖 34所示 ： 舉 升 氣 缸三 聯 件空 壓 機2 Y 22 Y 1 1 Y 1 1 Y 2 3 Y 1推 桿 氣 缸 噴 射 缸圖 34 電 氣路原理圖 三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 15 安裝結構控制圖 電氣元件安裝布置示意圖： 啟 動 急 停復 位停 止啟 動 燈停 止 燈復 位 燈Q 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 2 Q 0 . 31 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 42 4 VI 1 . 1 I 1 . 2 I 1 . 3 I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 52 4 VQ 1 . 0 Q 1 . 1 Q 1 . 2 Q 1 . 31 5 1 6 1 7 1 8工 件HHHI 1 . 0 圖 35 電氣元件安裝布置示意 圖 三江學院 20xx 屆本科生畢業設計（論文） 16 電氣原理總圖 ： L 1NP ED CA CS 7 2 0 0