1、發動機流水線控制系統設計摘 要汽車發動機市場競爭日益加劇，多品種混合裝配流水線也陸續上市。汽車發動機混流裝配生產線是對不同型號發動機順序裝配的流水線工藝過程,混流裝配生產線規劃設計的好壞決定了能否實現生產線負荷、品種、產量的均衡化生產。帶式輸送線效率的提高可以通過操作水平的提高來實現。通過協調兩個或兩個以上的內部子系統的運作效率，或通過系統組件和時間的協調，或通過系統和人工操作的協調來提高能源系統的運作效率。它們協調帶式輸送機的開/關狀態和時間，以實現更高的運作效率，以此實現更高的性能效率。關鍵詞：發動機流水線；帶式輸送線；自動控制；the design of engine control c

2、onveyor manipulator systemabstract automobile engine market competition is increasingly more intensifying，many kinds of mixed assembly line are designed by person and used for factories. different kinds of mixed assembly line is used to product different kinds of automobile engine for different tech

3、nologies, mixed flow assembly line planning and design is good or not determines the realization of line load equalization, varieties, output production.to enhance the efficiency of belt conveyors can be done by raising the level of operation.through the coordination of two or more than two operatio

4、nal efficiency of the internal subsystems, or through the coordination of system components and time, or through coordinate system and manual operation to improve the operational efficiency of the energy system .they coordinate the on/off state of belt conveyor and time, in order to achieve higher e

5、fficiency, to achieve higher performance efficiency. keywords : the engine assembly line belt conveyorsautomatic control 引 言緒 論第1章 總體方案設計1.1 課題介紹1.2 方案設計及工藝參數1.2.1 方案設計1.2.2 工藝參數1.3 系統架構及工作流程圖第二章 傳送帶傳動及調速系統的設計2.1 電動機的介紹及選用2.1.1 電動機選用及運行參數2.1.2 電力拖動系統及變頻調速2.2 光傳感器的介紹及選用2.2.1光電傳感器的分類2.2.2常用參數2.2.3 光電傳

6、感器選用原則：2.3 變頻調速及變頻器的選用2.3.1 變頻器簡介2.3.2 變頻器的分類2.3.3變頻器中常用的控制方式2.4 本章小結第三章 物件搬運系統的設計3.1 總體設計思路3.1 氣缸的介紹及選用3.1.1 氣動元件及雙向活塞式氣缸3.1.2 氣缸工作原理3.2 電磁閥的介紹及選用3.2.1電磁閥簡介及分類3.2.2 電磁閥工作原理圖3.2.3 電磁閥的選用3.3 本章小結第四章 自動控制系統的設計及軟件編寫4.1 可編程控制器簡介4.1.1 plc的基本結構和主要特點4.1.2 plc的應用領域4.2 i/o口確定及plc的選取4.2.1 控制要求分析4.2.2 輸入接口確定：4

7、.2.3 輸出接口確定：4.3 i/o分配及主要器件的i/o連接圖第五章 變速箱參數計算與選擇1.齒輪計算2.軸計算結論與展望感謝緒 論自動化流水線是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。隨著工業自動化的發展, 出現了數控加工中心,它在減輕工人的勞動強度的同時, 大大提高了勞動生產率。但數控加工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工、效率低; 后者因設計復雜

8、, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。自動化流水設備的開發設計提高了工作效率。 自動化流水線設備技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。 自動化流水線設備是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。 在現今的中國，塑料制品行業盡管仍屬于勞動力密集型，自動化流水線設備的使用已經越來越普及。 那些電子和汽車業的歐美跨國公司很早就在它們設在中國的工廠中引進了自動化生產。但現在的變化是那些分布在工業密集的華南、華東沿

9、海地區的中國本土塑料加工廠也開始對自動化流水線設備表現出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及交帶來的挑戰。 隨著我國工業生產的飛躍發展，自動化程度的迅速提高，汽車工業的日益發展，汽車流水線生產以及迫不及待的出現歷史的舞臺上，配合可編程控制器（plc）控制性更強，應變更靈活，操作更簡單，已經逐漸取代繼電器控制系統成為新的控制方式。本次設計正是基于plc控制系統，控制一個自動化發動機生產流水線的設計。對于生產流水線的組成及自動化的基礎建設有著重要的意義。第1章 總體方案設計1.1 課題介紹 本次設計是基于plc的傳送帶自動化流水線設備控制系統。在這個系統中，有兩條傳送帶。當物件f放置

10、在甲傳送帶上，傳送到快要接近自動化流水線設備的時候時，在實現自動減速并前停止在自動化流水線設備的正下方。自動化流水線設備自動降下抓起物件移至乙傳動帶上方放下物件，物件f由乙傳送帶運走，并在需要的時候自動減速、停止。在自動化流水線設備抓起物件后，甲傳送帶繼續運行并且將下一個物件運至自動化流水線設備的正下方。自動化流水線設備放下物件在乙傳送帶后自動返回原位抓起下一個物件。如圖11：傳送帶甲傳送帶乙抓放f圖111.2 方案設計及工藝參數1.2.1 方案設計為了實現既定目標主要是要解決3個問題：傳送帶物件自動減速停止的實現；自動化流水線設備自動抓取放置返回的實現；傳送帶、自動化流水線設備再啟動的條件。

11、其整體結構入如下（圖1-2）：傳送帶物件自動停止的實現主要是采取光傳感器的使用，在傳感器檢測到物件后，發送信息給plc，由plc通過變頻器控制電機實現傳送帶的減速、停止功能。自動化流水線設備移動抓取是通過plc控制電磁閥對汽缸進行充氣來控制自動化流水線設備的上下左右移動，并使用plc的定時功能實現抓放功能。傳送帶、自動化流水線設備的自動啟動停止是plc直接控制。plc傳感器電磁閥汽缸自動化流水線設備傳送帶 變頻器圖1-2整體結構框圖這里采用的是fx2n系列的plc，因為整個系統的工作流程是一環環相套的。都是由前一個狀態觸發后一個狀態，所以這里采用的是步進控制系統，傳感器、自動化流水線設備的限位

12、作為輸入信號，控制信號作為輸出信號。在整體的設計構思中，全部以工業實際應用的效果為出發點，所以要低成本，高效率、高安全性和穩定性。同時考慮到這種傳送帶自動化流水線設備工作單元是流水線上使用較多的基礎單元，所以在傳感器的選取、自動化流水線設備的控制方式上采用了較常見和簡單的設計。這樣可以讓使用范圍更寬闊。如果有更為精確的需要，只要將其中的一些部件按照精度要求更換即可。1.2.2 工藝參數 電動機：功率為12kw 傳送帶寬度：1m 傳感器有效范圍 1.25m 變頻器 1.3 系統架構及工作流程圖根據此次設計所要實現的目標，可以將整個工作單元分成三個運行系統：1、傳送帶傳動調速系統；2、物件升降系統

13、；3、各部分硬件的自動控制系統。其中，自動控制系統又可以稱為中央控制系統，由一個中央處理器（這里使用可編程控制器即plc）為主控單元，接受從信號采集器件即傳感器處采集來的信號，經過處理發送給各部分硬件執行相應的操作。從而實現傳動系統的調速功能。具體系統工作流程圖如下：（圖1-3）發動機部件被放置傳送帶傳送帶停止時間間隔止發動機移送到下降裝置放下發動機啟動回收帶回收帶減速回收帶停止上升裝置傳感器a傳感器b傳感器b1傳感器a1啟動傳送帶檢測回收帶是否停止圖1-3 工作流程圖第二章 傳送帶傳動及調速系統的設計 傳送帶傳動及調速系統是實現將物件傳送至相應位置并在需要的時候能實現自動減速、停止功能的系統

14、。由電動機，信號采集器，調速控制器、傳送帶4個部件構成。電動機提供傳送帶傳送的源動力，信號采集器采用光傳感器進行信號采集，調速控制器采用變頻器調速方式。在指定的位置安裝光傳感器后，物件傳送到相應位置被傳感器檢測到后，由傳感器將此信息傳送給中央處理器件：plc，再由plc發出指令給變頻器，由變頻器控制電機的轉速達到實現傳送帶減速、停止的功能。下面詳細介紹各個部件的工作方式及選取。2.1 電動機的介紹及選用交流電動機誕生于19世紀末,由于它具有控制方便、適應性強、維護便利等一系列優點，所以很快成為工業社會的重要核心，是傳動系統中的主力。同時根據不同生產過程的需要，孕育了各種各樣的電動機調速裝置和技

15、術，并逐步得到打發展。2.1.1 電動機選用及運行參數本次設計的設定，電動機采用的是三相異步電動機，需求功率為11kw。設計帶式輸送機滿載時輸送帶放置80臺發動機，再制造的現代小型汽車發動機分為鑄鐵發動機和鑄鋁發動機，現下主流發動機排量為1.0l至1.8l不等，1.8l鑄鐵發動機重量約130kg，1.8l鑄鋁發動機重量約100kg，本設計以1.8l鑄鐵發動機裝配車間輸送機進行設計，帶速v=0.7m/s。p=w/t=mgv=0.1（100*80）*10*0.7*2=800*1.4=11.2kw2.1.2 電力拖動系統及變頻調速電動機是電力拖動系統中的原動機,它將電能轉化為機械能,去拖動各種類型生

16、產機械的工作機構運動,以實現各種生產工藝的要求,如驅動軋鋼機的軋錕,起重機的提升機包括本次設計所實現的傳送帶傳動系統等等.電力拖動系統的組成如圖2-1所示:電源工作機 械傳 動 機 構電動機電氣控制設備圖2-1這里的調速采用變頻調速，由傳感器采集信號送pcl控制變頻器完成，上圖中的電器控制設備一處可細分為如下流程(圖2-2)：變頻器接受信號控制電動機交由plc處理后輸出信息由傳感器檢測并輸出信號物件到達預定位置圖2-2下面將詳細介紹光電傳感器和變頻器2.2 光傳感器的介紹及選用 傳感器是現在及將來在自動化控制系統中最為重要的一個單元，其可以將外界模擬量的變化轉化為電信號的輸出，從而實現了一個工

17、作系統針對外界的變化而做出相應控制動作的功能。在本次設計中，由于需要采集的信息是物體的移動，所以采用的是光電傳感器，光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。在傳送帶自動控制系統中實現自動控制的信息采集作用。2.2.1光電傳感器的分類反射光電傳感器對射距離漫反射回歸反射圖 2-31)漫反射型影響檢測的因素：安裝角度；測量物體的顏色； 振動優點：安裝最簡單，方便 缺點：漫反射光電傳感器是檢測最不穩定的。被測物體tr傳感器圖2-4 漫反射型傳感器2)回歸反射型影響檢測的因素：被測物的光主亮度；反光鏡的安裝角度97年前，以上兩方面確實是回歸型傳感器存在的影響因素。但后來該類型傳

18、感器增加了p.r.o功能：即該功能的一個重要特點就是：反光鏡可以把縱波轉換為橫波。發射器發射的是縱波，而接收器只能接收橫波。發射器發射的縱波經過反光鏡把縱波轉變成橫波，由接收器接收。由于物體沒有把縱波轉變為橫波的功能，因此，無論物體光亮度如何，只能把發射器發射的縱波返回，接收器不能接收到橫波信號，這樣，就可以準確地檢測物體的有無。優點：可檢測透明物體和光亮度高的物體；檢測穩定，安裝方便缺點：當反光鏡或傳感器表面有灰塵時，檢測精度降低。可以改變安裝方式，經常擦拭灰塵來消除此影響。反光鏡角度影響檢測精度反光鏡tr傳感器 圖2-5 回歸反射型傳感器(3)對射型影響檢測的因素：被測物的透光性；被測物的

19、大小優點：檢測精度最高缺點：安裝不方便，占用較大安裝空間；能檢測透明和體積小的物體t發射器r接收器圖2-6 對射型傳感器(4)距離型傳感器原理：該傳感器的檢測距離是一定的，因此，檢測的發射光和反射光間的角度也是一定值。當傳感器檢測被測物時，檢測到發射光和由被檢測物返回的反射光之間的角度和設定的角度不同，此時，傳感器就認為檢測到物體。 另外，該傳感器發射器是點發射，而接收器是面接收。這樣，就允許被測物有一個更大的偏轉角度。優點：和物體的顏色無關；被測物可以偏轉更大的角度；有灰塵擋住時，自動增強入射光和反射光的強度，保證檢測精度不受灰塵的影響；安裝方便2.2.3常用參數1、應差距離當物體

20、移到傳感器臨界檢測距離時，傳感器有輸出；而當物體向右移動時，傳感器并不隨之就沒有輸出了，而是移動一段距離后，傳感器才沒有輸出。這段距離就是應差距離。應差距離越小越好，現在應差距離一般在1mm6mm間。2、檢測距離指傳感器最大檢測的距離。對于漫反射型傳感器來說，是可以檢測到物體的最大距離；回歸反射型傳感器是傳感器和反光鏡間的距離；對射型傳感器是發射器和接收器間距離。3、ip等級ip等級指傳感器的防塵防水的等級(前一數字是防塵等級，后一數字是防水等級)。如：ip68：完全防塵，可以長時間在水中工作；ip67：完全防塵，可以在水中工作90分鐘；ip65：完全防塵，防水噴濺。4、 l(ight)-on

21、/d(ark)on模式l(ight)-on：沒有檢測物時，傳感器有輸出d(ark)-on：有檢測物時，傳感器有輸出2.2.4 光電傳感器選用原則：1、能用對射，用對射。不能用對射時再考慮其它方式2、光點直徑被測物的大小由于生產線上的物件有外形上的不規則性，直反式的光電傳感器可能不能及時發出相應的信息，或者效果不明顯。并且由于自動化流水線設備必須準確抓握物件，防止物件的損傷，所以對時間反應上要求較為嚴格。同時傳送帶寬度為1m，所以此次設計選用距離型傳感器。2.3 變頻調速及變頻器的選用根據異步電動機的轉速關系，當極數不變時，電動機轉子轉速與定子電源頻率成正比，因此連續地改變供電電源的頻率，就可以

22、連續平滑的調節電動機的轉速，這種調速方法稱為變頻調速，它完全不同于前面提到的各種調速方式。變頻調速具有較好的調速性能，是現代交流調速方法中具有重要意義的一種調速方法。2.3.1 變頻器簡介變頻調速技術是現代電力傳動技術的重要發展方向，而作為變頻調速系統的核心變頻器的性能也越來越成為調速性能優劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。1.變頻器的基本結構 變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行

23、平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。2.3.2 變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器和高載頻pwm控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為v/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2.3.3變頻器中常用的控制方式 1 非智能控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有

24、v/f協調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。 (1) v/f控制v/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。v/f控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。(2) 轉差頻率控制轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在v/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制

25、系統中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。(3) 矢量控制矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種pwm波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的pwm波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。(4

26、) 直接轉矩控制 直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。(5) 最優控制最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。 (6) 其他非智能控制方式 在實

27、際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。2 智能控制方式智能控制方式主要有神經網絡控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應用中有一些成功的范例。(1) 神經網絡控制 神經網絡控制方式應用在變頻器的控制中，一般是進行比較復雜的系統控制，這時對于系統的模型了解甚少，因此神經網絡既要完成系統辨識的功能，又要進行控制。而且神經網絡控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網絡的層數太多或者算法過于復雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。(2) 模糊

28、控制模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統。(3) 專家系統專家系統是利用所謂“專家”的經驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統中一般要建立一個專家庫，存放一定的專家信息，另外還要有推理機制，以便于根據已知信息尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的，關系著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。(4) 學習控制學習控制主要是用于重復性的輸入，而規則的pwm信號(

29、例如中心調制pwm)恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用于變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統信息，但是需要12個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習控制還涉及到一個穩定性的問題，在應用時要特別注意。2.4 本章小結 本章主要完成了傳送帶傳動與調速系統的設計及所設計的硬件的選用，傳動與調速系統是整個工作單元實現工作目標的第一步，光傳感器在這里以采集信號作為整個工作單元開始自動控制的開端。當物件行走到指定地點，傳送帶停止時，則將自動轉入物件搬運系統的工作，將在下個章節做詳細介紹。第三章 發動機流水線系統的設計3.1

30、 總體設計思路此次設計中，物件搬運系統是一個自動運行的系統。要求發動機運至指定位置并停止后，能夠進入到升降臺上，然后返回進行下一個發動機的流水線裝配。其中控制系統還是采取了plc控制。發動機流水線的運轉的核心部件電動機、減速機以及plc控制中心，為了發動機流水線能夠準確定位及自動控制，這里流水線的行動采用了一工位一活動限位塊的限制方式來控制。兩頭的升降結構則是由氣缸、plc控制的電磁閥控制完成。具體結構圖(圖2-10)如下：由電磁閥控制氣體的進口方向，從而推動氣缸活塞的左右運動，達到控制自動化流水線設備左右，上下，抓握等動作。下面將分別介紹氣缸和電磁閥的工作原理、特性及選型。 電磁閥氣 缸圖

31、3-1 氣缸運作結構圖3.1 氣缸的介紹及選用3.1.1 氣動元件及雙向活塞式氣缸將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能，驅動機構作直線往復運動，擺動和旋轉運動的元件，稱為氣動元件。在氣動執行元件中，使用最多的是直線運動的氣缸。按照將空氣壓力轉換成力的受壓不見的機構不同，有活塞式和非活塞式（如膜片式）目前使用最多的是活塞式。此次設計中采用的活塞式單桿雙向氣缸。雙向氣缸的活塞前進或后退都能輸出動力，行程可根據需要選擇。一般氣缸兩段都帶有緩沖裝置，當活塞運動到終端時，活塞撞擊的力量很大，所以緩沖裝置可以有效的減少沖撞力。同時，氣缸的兩端還設有行程開關，用以檢測氣缸是否行駛到了極限位置。當氣缸行駛到極限位置

32、時，行程開關閉合，電磁閥停止供氣。3.1.2 氣缸工作原理此次設計中，為了實現自動化流水線設備在一個方向上的雙向移動，所以選用雙向氣缸。如圖2-11, 當a道進氣時，活塞帶動自動化流水線設備向右移動；當b道進氣時，活塞帶動自動化流水線設備向左移動。ba圖 3-23.1.3 氣缸的選用氣缸的選用主要考慮的是氣缸直徑，氣缸長度等。此次設計中，采用了smc cj2型，缸徑20mm，長度為600mm的標準型雙向氣缸。3.2 電磁閥的介紹及選用3.2.1電磁閥簡介及分類追朔電磁閥的發展史，到目前為止，國內外的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動式、分步直動式、先導式），而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的

33、區別又分為六個分支小類(直動膜片結構、分步膜片結構、先導式膜片結構、直動活塞結構、分步活塞結構、先導活塞結構) 。 一、直動式電磁閥 原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。 特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但一般通徑不超過25mm。 二、分步直動式電磁閥 原理：它是一種直動和先導式相結合的原理，當入口與出口壓差0.05mpa，通電時，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口壓差>0.05mpa，通電時，電磁力先打開先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥

34、向上推開；斷電時，先導閥和主閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。 特點：在零壓差或真空、高壓時亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安裝。 三、先導式電磁閥 原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速進入上腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，推動關閉件向下移動，關閉閥門。 特點：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。3.2.2 電磁閥工作原理圖此次設計采用的是直動式電磁閥，其工作原理是電磁閥內線圈通斷電來控制閥門所在位置，以控制氣流的行駛方向，從而

35、達到使氣缸活塞兩邊運動的目的。當需要氣缸活塞向右運動時，即氣缸左邊空間進氣。此時plc給出信號，電磁閥開關打開，線圈斷電，使彈簧處于放松狀態。氣體從a管進入氣缸。如圖2-12ba 圖 3-3電磁閥打開氣流方向當需要活塞向左運動時，則電磁閥開關閉合，線圈帶電，產生磁力。彈簧被壓縮，氣體此時只能從b管進入氣缸，推動活塞運動。如圖2-15：ba圖 3-4 電磁閥關閉氣流方向3.2.3 電磁閥的選用電磁閥的選用一般從以下五點考慮:一、適用性： 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20cst以下，大于20cst應注明。工

36、作壓差，管路最高壓差在小于0.04mpa時應選用如zs,2w,zqdf,zcm系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于0.04mpa時可選用先導式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應小于電磁閥的最大標定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質要求清潔度要好。 電源電流和消耗功率應根據輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動時va值較高。二、可靠性： 電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。壽命試驗，工廠一般屬于型式

37、試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。 動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。三、安全性：一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標定公稱壓力一定要超過管路內的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產生其它意外情況。有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（slf）電磁閥。爆炸性環境必須選用相應的防爆產品。四、經濟性： 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用最經濟的產品。五、根據持續工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續通電。 1、當電磁閥需要長時間開啟，并且持續的時間多余關閉的時間

38、應選用常開型。 2、要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則選常閉型。3.3 本章小結 發動機流水線主要的工作就是plc控制流水線的步進以及停頓，氣缸以及電磁閥結構用來控制半成品以及成品的上下。它和傳送帶的傳動調速系統一樣，都是工作在自動控制系統的控制之下。自動控制系統以plc為主控單元，接受從信號采集器件即傳感器處采集來的信號，經過處理發送給各部分硬件執行相應的操作。第四章 自動控制系統的設計及軟件編寫如果說硬件系統是仿佛是人的軀干，那么軟件系統就是可以控制軀干完成各種動作的大腦中樞。所以軟件系統的優劣直接影響到整個工作單元運行的效果此次設計中，軟件系統是由plc（可編程控制器）作為中央控制

39、器進行設計。4.1 可編程控制器簡介可編程控制器（programmable controller）是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。國際電工委員會(iec)在1987年2月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數字運算操作的

40、電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”多年來，可編程控制器（以下簡稱plc）從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的plc在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高

41、，成為工業控制領域的主流控制設備，在各行各業發揮著越來越大的作用4.1.1 plc的基本結構和主要特點plc實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，其機構圖入圖4-1：中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入i/o映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o映象區或數據寄存器內。

42、等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將i/o映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。cpuepromram電源模塊輸入模塊用戶輸入設備輸出模塊i/o接口通信接口總線用戶輸出設備外圍設備計算機或其他pcl圖4-1 plc硬件系統結構框圖為了進一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還采用雙cpu構成冗余系統，或采用三cpu的表決式系統。這樣，即使某個cpu出現故障，整個系統仍能正常運行。plc的主要特點有：可靠性高；i/o接口模塊豐富；采用模塊化結構；編程簡單易學；安裝簡單，維修方便。4.1.2 plc的應用領域目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵

43、、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況主要分為如下幾類：1開關量邏輯控制 取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2工業過程控制 在工業生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），plc采用相應的a/d和d/a轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環控制。pid調節是一般閉環控制系統中用得較多的一種調節方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛

44、的應用。3運動控制 plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4數據處理 plc具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。5通信及聯網plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的plc都具有通信接口，通信非常方便4.2 i/o口確定及plc的選取4.2.1 控制要求分析plc的控制系統中

45、有輸入/輸出設備，常見的輸入電器有按鈕、行程開關、轉換開關、接近開關、霍耳開關、各種傳感器等。輸入電器有接觸器、繼電器、電磁閥、指示燈及其他有關顯示、執行電器等。正確的連接輸入/輸出電路，是保證plc安全可靠工作的前提。此次設計中，pcl需要完成由傳感器接收信號經過處理再輸出變頻器和電磁閥的任務。所以對應的輸入輸出設備有傳感器、限位開關、變頻器、電磁閥等。其中傳感器、限位開關是輸入設備，變頻器、電磁閥以及指示燈是輸出設備。4.2.2 輸入接口確定：設計中，要實現兩條傳送帶的調速功能，所以需要接入4個傳感器；氣缸的限位分上下左右，所以需要接入4個限位開關。總輸入接口如下：1、傳感器 4*12、限

46、位開關 4*13、總啟動，停止 2*1共需要10個輸入接口。4.2.3 輸出接口確定：設計中，輸出設備包括控制傳送帶的變頻器和控制自動化流水線設備的電磁閥。變頻器要實現兩條傳送帶的減速、停止功能；電磁閥要實現自動化流水線設備的上下、左右、抓放的動作。總輸出接口如下：1、變頻器 2*22、電磁閥 3*13、兩條傳送帶啟動 2*1共需要9個輸出接口。4.2.4 plc的選取根據設計要求，需要9個輸入接口，9個輸出接口。所以選取i/o接口為16/16的三菱fx2n-32mr-001型plc。4.3 i/o分配及主要器件的i/o連接圖 此次設計i/o設備主要為傳感器、限位開關、變頻器、電磁閥等。總i/

47、o口為16/16，使用接口為10/10。其輸入/輸出地址表如下： 表4-1 系統輸入/輸出地址表 輸 入 輸 出器件代號地址號功能說明器件代號地址號功能說明sb1x0總啟動km1y0啟動傳送帶asb2x1總停止km2y1啟動傳送帶bkm8x2傳感器akm3y2傳送帶a減速km9x3傳感器a1km4y3傳送帶b減速km10x4傳感器bkm5y4變頻器1高頻控制開關km11x5傳感器b1km6y5變頻器2高頻控制開關4.4 plc工作可靠性措施plc控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產和經濟運行，plc系統的抗干擾能力是整個系統可靠運行的關鍵。因此，分析研究plc應用中的可靠性和抗干擾技術是十

48、分必要的。要提高plc控制系統的可靠性，一是在硬件上采取措施;二是在軟件上設計相應的保護程序;因此，plc控制系統的抗干擾非常重要。第五章 變速箱的選擇減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將電機（馬達）的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。在目前用于傳遞動力與運動的機構中，減速機的應用范圍相當廣泛。幾乎在各式機械的傳動系統中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車，建筑用的重型機具，機械工業所用的加工機具及自動化生產設備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等.其應用從大動力的傳輸工作，到小負荷，精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用，且在工業應用上，減速機具有減速及增

49、加轉矩功能。因此廣泛應用在速度與扭矩的轉換設備。減速機的作用主要有：1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機額定扭矩。2）減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機都有一個慣量數值。減速機其體積小，傳動效率高，減速范圍廣，精度高等諸多有點，而被廣泛應用于伺服、步進、直流等傳動系統中。其作用就是在保證精密傳動的前提下，主要被用來降低轉速增大扭矩和降低負載/電機的轉動慣量比。由上述得知：發動機流水線所要消耗的功率為11.8kw。查收zl減速機設計方案可選擇得出：我們選擇為功率為12.8kw的中型平穩減速機，傳動比的選擇為1:1

50、6，根據安裝的位置的大小，我們選擇中心為350毫米。1、齒輪計算zl減速機為二級減速器，我們選定一級傳動比和二級傳動比分均為1:4。我們選定a1=150mm，a2=200mm。一級傳動齒輪1齒數為z1，齒輪2齒數為z2；二級傳動齒輪3齒數為z3。齒輪4齒數為z4；齒輪的模數為m。a1=m（z1+z2）/2=150a2=m（z3+z4）/2=200z2=4*z1， z4=4*z3查自動化流水線設備冊得，傳遞動力的的齒輪運動m2mm，對于硬齒面齒輪齒輪硬度350hbs外嚙合傳動m=（0.0160.0315）a，載荷平穩，中心距大時取小值，反之取大值。所以m=0.016*200=3.2，取m=3.5

51、或4，將上訴兩值代入計算公式，得，z3=22.85,或20。綜上取m=4。所以：z1=15，z2=60，z3=20，z4=80。壓力角=20°齒輪厚度為（610）m，取b=30mm。2.軸的計算根據設計要求，取p=11.8kw。已知運輸帶的速度為0.7m/s，即帶輪的速度為0.7m/s。已知大帶輪直徑為d=350mm，小帶輪直徑為d=90mm。即減速機的速度約為220r/min，即轉速n=220r/min查自動化流水線設備冊19.1-1得：選擇材料為20crmoti抗拉強度b=1100 屈服點s=850彎曲疲勞強度極限-1=525扭轉疲勞強度極限-1=300查表19.3-2得，a=9

52、8dmin=a（p/n）1/3=98(11.8/220) 1/3=38mm所以取三根軸的直徑分別為65mm，40mm，40mm。結論與展望 本畢業設計的重點在于實現自動化流水線的自動化的目的，以及進行產品化設計。前者已經很好的完成，而后者也做到了結構簡單、功能實用和操作方便等幾點。本畢業設計涉及的知識點較多，而在實際操作中也遇到了很多細節性的問題，關鍵在于相關資料的積累、靈活運用以前學到的知識點和善于向別人請教。定好自己的工作計劃，一步一個腳印的往下走。這次畢業設計可以說是一個完整的工程項目。從開始的資料收集、理論構思，到設計流程,完成程序設計,再到最后配置各個硬件部件,一路下來，自己對這個設

53、計思考過很多，提出過很多的觀點和方法，最后也否決了很多。通過了這次實際操作，自己從中得到了不少的收獲，對做一個工程的流程也有所認識，對plc 和氣動系統的理解也加深了不少。整個設計中，我完成了自動化流水線設備傳送帶系統的硬件和軟件架構，實現了隨物件的行動，傳送帶自動減速，自動化流水線設備自動抓取移動放置返回的功能。這次畢業設計過程中我感受最深的是吸取前人的經驗和教訓，再結合自己的實際情況，站在巨人的肩膀上，定必事半而功倍。在整個畢業設計過程中，遇到了大大小小的不少問題，但經過大家的合作和向老師請教，都已經把問題解決掉了，這樣一方面提高了個人解決問題的能力，積累了不少的經驗。另一方面也避免了在日后工作中犯同樣錯誤的可能，加強了自己對以后工作的信心。 致 謝回顧這次歷時兩個多月的畢業設計，感覺收獲頗豐。它不僅使我可以把大學四年所學的專業知識都融會貫通起來，達到本專業的要求；而且，讓我最難忘的是：在此過程中，從查閱資料到機構設計再到整體結構零件的設計，曾遇