【正文】 指導(dǎo)老師學(xué)識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，責(zé)任心強(qiáng)。單擊 按鈕進(jìn)入動(dòng)畫播放窗口，然后單擊 按鈕開始播放動(dòng)畫，按照上訴步驟即可以完成結(jié)果回放，從而觀察門的開閉情況。服電機(jī)施加位置、速度和加速度的方式是以時(shí)間函數(shù)的形式表達(dá)的，通過定義時(shí)間函數(shù)，如常數(shù)、線性函數(shù)、自定義函數(shù)等，可以得出每一時(shí)間各個(gè)主體的位置（輪廓）。 自動(dòng)門主要部件的裝配過程是將前面已經(jīng)建立好的各零部件模型組裝在一起的過程，為后面的運(yùn)動(dòng)仿真及分析做基礎(chǔ)。 17 PLC 的硬件選擇 傳感器的功能 與 選擇 (1)光電傳感器的簡(jiǎn)單介紹 傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡(jiǎn)單說傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。 (2)自動(dòng)門在開門位置停留 10 秒后，當(dāng)光電傳感器 SE1 未檢查到信號(hào)時(shí)，電磁換向閥復(fù)位，氣缸縮回，從而自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程。對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的 程序循環(huán)掃描， 一個(gè)掃描周期主要可分為 3 個(gè)階段。 5 可編程控制器（ PLC）的選擇 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中所使用的氣缸選擇 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的氣缸系列 [5] 。設(shè)計(jì)中，應(yīng)予以充分的 重視，直徑 。 6)進(jìn)步氣缸 是一種根據(jù)不同的控制信號(hào)，使活塞桿伸出不同的相應(yīng)位置的氣缸 [3] 。 本次設(shè)計(jì)中，同樣選擇典型氣動(dòng)系統(tǒng)的四個(gè)組成部分來控制門的自動(dòng)開閉，包括氣泵、氣缸、 節(jié)流閥、二位四通電磁閥等元件。主要包括作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸，作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和作不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)等元件。 (5)若光電傳感器出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人可以按下手動(dòng)按鈕使電磁閥換向，從而控制門的開閉。 (3)個(gè)性化：將會(huì)有越來越多的不同外觀和功能的產(chǎn)品出現(xiàn)，這將滿足用戶的不同需要 。 在 此設(shè)計(jì)中，以 PLC 為控制系統(tǒng)的核心元件，作信號(hào)的處理工作。自動(dòng)門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯裝置，這造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修、易出故障等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。同時(shí)，由于價(jià)格普遍較低，使產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展受到嚴(yán)重的限 [1] 。 (2)自動(dòng)門在開門位置停留 10 秒后，當(dāng)光電傳感器未檢查到信號(hào)時(shí)，電磁換向閥復(fù)位，氣缸縮回，從而自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程。 典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。 4 氣動(dòng)系統(tǒng)的選擇 氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)的工作原理完全相同，都是以密封容積中的受壓工作介質(zhì)來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。 3)氣 —液阻尼缸 氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使其速度相對(duì)穩(wěn)定。即 %)201( ????D ；經(jīng)圓整查表 2 可得氣缸的直徑為mm50?D ；活塞桿直徑 mm16?d ； (2)活塞的行程 L 9 活塞的行程 L 一般根據(jù)實(shí)際需要來確定，通常 L 的值取 D）（ 5~ 。 常用氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系如表 4 所示 。設(shè)計(jì)中選 用 SMC(中國(guó) )有限公司生產(chǎn)的 排氣 節(jié)流閥，其型號(hào)為： SSFAS 08022 3 0 1 ?? 。 PLC 的 配套齊全，功能完善，適用性能強(qiáng) ，可實(shí)現(xiàn)三電一體化，即電控、電儀、電傳一體化，一臺(tái)控制裝 置包括邏輯控制功能、過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能三種功能，可以方便、靈活地適應(yīng)各種工業(yè)需要 。其輸入點(diǎn)數(shù)為 16，輸出點(diǎn)數(shù)為 16，滿足控制要求，故不需要對(duì)控制單元進(jìn)行擴(kuò)展 [8] 。 4)在門打開后的 10 秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器 SE1檢測(cè)到信號(hào)，須重新開始等待 10 秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。 自動(dòng)門主要部件的裝配 Pro/ENGINEER Wildfire 不僅提供了提供了強(qiáng)大的零件設(shè)計(jì) 工功能，同時(shí)也提供了 強(qiáng)大的零件裝配功能。然后在 “ 節(jié)圓 ” 欄中輸入直徑值，節(jié)圓的值為 mm120 ；在 “圖標(biāo)位置” 欄為節(jié)線選取一個(gè)偏移的位置量 ； 接著在 “ 齒條 ” 欄中 單擊 按鈕 選取一個(gè)平移運(yùn)動(dòng)軸，此運(yùn)動(dòng)軸為氣缸活塞的軸線 ； 其余按照相同的操作完成齒條的定義。在 “ 測(cè)量結(jié)果 ” 對(duì)話框上使用 “ 圖形工具 ” 窗口，可以顯示測(cè)量結(jié)果的圖形及定義電動(dòng)機(jī)和力輪廓函數(shù)。希望在以后的學(xué)習(xí)中能得到更多的方法來解決氣壓傳動(dòng)的不足。 最后， 我要 衷心感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他們?cè)谥笇?dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我們無私的 關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo) 。所有氣動(dòng)裝置都選擇 SMC（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的氣動(dòng)元件，這樣的目的有一個(gè)，當(dāng)其中某個(gè)氣動(dòng)元件出現(xiàn)故障時(shí)，可以和容易的選擇同種型號(hào)的元件代替。建立伺服電機(jī)的過程如下： 點(diǎn)擊 選擇 “ 插入 ” /“ 伺服電動(dòng)機(jī) ” 命令，彈出 “ 伺服電動(dòng)機(jī)定義 ” 對(duì)話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入伺服電動(dòng)機(jī)的名稱； 在 “ 類型 ”“ 從動(dòng)圖元” 欄選伺服電動(dòng)機(jī)的類型 “ 運(yùn)動(dòng)軸 ” 。 單 擊 主菜單 下拉欄 中 的 “ 新建 ” 選項(xiàng) ， 選擇 類型中的 “ 組件 ” 選項(xiàng)， 子類型 仍然 按系統(tǒng) 默認(rèn)的 “ 設(shè)計(jì) ” 選項(xiàng)，在名稱一欄輸入 “menzhuangpei”，取消 “使用缺省模板 ”復(fù)選框，單擊確定按鈕，在接下來出現(xiàn)的對(duì)話框中 勾選 “mns_asm_design”作為裝配模板，這樣就選取了零件裝配模式； (2)調(diào)入基準(zhǔn)零件。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此 ， 光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。 (5)若光電傳感器 SE1 出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人可以按下手動(dòng)按鈕 使電磁閥換向，從而控制門的開閉。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 PLC 的產(chǎn)生可追溯到上世紀(jì) 70 年代， 1969 年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（ DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在 GM 公司的生產(chǎn)線上。 (2)氣缸安裝的形式選擇 不同氣缸有不同的安裝形式，而各系列亦有多種不同的安裝形式可供選擇，應(yīng)根據(jù)氣缸的不同用途來選擇安裝形式。 （ 4— 2） 式中， q 為工作壓力下輸入氣缸的空氣量。 在此次設(shè)計(jì)中，由于自動(dòng)門分為左右兩扇相同的玻璃門，因此需要選用兩個(gè)相同的氣缸。 氣壓傳動(dòng)的壓力一般都在 ~ MP 范圍內(nèi)， 因?yàn)?CQ2 系列的氣缸最高使用壓力為 并且此次設(shè)計(jì)中所需要的使用的壓力為 ，所以此次選用的氣泵輸出的最高壓力必須大于 ，并小于 ，這樣 既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能保證即使壓力達(dá)到最大時(shí)也不會(huì)對(duì)氣缸造成損害。 (4)輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲以及元件間連接所需要的一些裝置。通 4 過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥來控制流量，從而控制門的開閉速度。 3 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念 目前市場(chǎng)上的自動(dòng)門幾乎都通過 PLC 控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)門的開啟與閉合，這種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜， PLC 的編程也較繁瑣，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)不便檢測(cè)和維修。以實(shí)現(xiàn)該功能，因?yàn)闅鈮涸谏钪蟹浅Ｈ菀踪?gòu)買，且價(jià)格適宜，同時(shí)也便于維護(hù)，非常適合廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，并且可以就地取材 ——空氣。在此基礎(chǔ)上利用Pro/E 軟件進(jìn)行自動(dòng)門結(jié)構(gòu)三維建模、虛擬裝配和工作過程的運(yùn)動(dòng)仿真。這使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)更加殘酷。當(dāng)光電傳感器未檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，活塞縮回，使門處在關(guān)閉狀態(tài)。 3 氣壓傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng)的原理 及組成 氣壓傳動(dòng)又簡(jiǎn)稱氣動(dòng)，是指以壓縮空氣 作 為工作介質(zhì)來傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門技術(shù)。 氣壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)方式性能的比較如表 1 所示 [2] 。 (2)按氣缸的功能分 1)普通氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸。氣缸的內(nèi)徑系列 如 表 2 所示 。氣缸筒均為圓筒形狀，要確定的主要尺寸為 ： (1)氣缸的直徑 D 已求出。 (5)CQ 氣缸的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，可確定本設(shè)計(jì)中選用的氣缸型號(hào)為 DCLCQ 125502 ? ，其中2CQ 表示氣缸的系列， L 表示氣缸的安裝方式為腳座式， 50 表示缸的直徑， 125表示氣缸的行程， D 表示氣缸的動(dòng)作方式為雙作用方式， C 表示緩沖方式為添加緩沖墊 。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來， 世界 PLC 的平均銷售額在 55億美元以上，其中我國(guó)約占 1%。 控制系統(tǒng)有自動(dòng)門手動(dòng)開啟按鈕 1 個(gè)，自動(dòng)門手動(dòng)關(guān)閉按鈕 1 個(gè)， 1 個(gè)光電傳感器， 1 個(gè)繼電器。 圖 4 PLC 程序 梯形圖 自動(dòng)門的開閉方式分析 (1)自動(dòng)開閉 1)當(dāng)有人員通過自動(dòng)門，光電傳感器 SE1 檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，電磁閥換向，氣缸的活塞伸出，從而推動(dòng)門 的開啟。 負(fù) 載紅藍(lán)+18 圖 6 PLC 的硬件接線 6 自動(dòng)門的模擬 自動(dòng)門主要部分的三維建模 自動(dòng)門 主要部件圖 在自動(dòng)門的主要部件建模中，使用了一些常用的命令，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、矩陣等 Pro/ENGINEER Wildfire 常用 的建模命令。在此次設(shè)計(jì)中采用用齒輪副連接，齒輪副連接用于定義兩個(gè)連接軸的速度約束， Mechanism 包括標(biāo)準(zhǔn)齒輪副和齒條與齒輪兩種形式。運(yùn)動(dòng)分析可以計(jì)算幾何圖元和連接的速度、加速度以及 作為捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)。另外， 此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，便于檢測(cè)和維修。 同時(shí)也在此衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間關(guān)心、支持、幫助過我的全體同學(xué)。另外設(shè)計(jì)了手動(dòng)按鈕，當(dāng)若光電傳感器出現(xiàn)故障，人只需按下手動(dòng)按鈕來控制二位四通電磁閥換向，從而控制門的開閉。 (3)建立運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量 建立運(yùn)動(dòng)結(jié)果測(cè)量可以將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析得到的結(jié)果不僅使用動(dòng)畫的方式表現(xiàn)出來，而且還可以使用圖表的形式獲取每一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用者可以準(zhǔn)確的捕獲用來改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)信息，以便以完成機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 需要強(qiáng)調(diào)的是在裝備門框時(shí)，應(yīng)該選擇的裝配環(huán)境是 “使用缺省模板” 的環(huán)境，這樣才能在仿真時(shí)保持門框的固定。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和 機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用 [9] 。它將 PLC內(nèi)部的各種編程元件（如繼電器的觸點(diǎn)、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號(hào)、標(biāo)號(hào)定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構(gòu)成了表示 PLC 輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。 (3)輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器） ，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出 [8] 。 PLC 從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：從 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為取代傳統(tǒng)的繼電器 —接觸器控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)各種型號(hào)的 PLC。 (3)氣缸的緩沖方式選擇 本設(shè)計(jì)中需 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的平穩(wěn)開閉，故選擇橡膠緩沖的形式。如表 3 所示 。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪的齒數(shù)為 40?Z ，模數(shù)為 3?m 。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。與其他傳動(dòng)方式相比，氣壓傳動(dòng)能節(jié)約資源。 圖 2 自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 采用齒條與齒輪結(jié)合的傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)開啟與閉合，具體方式為：當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到信號(hào)時(shí)，將信號(hào)傳給 PLC，通過 PLC 控制二位四通電磁閥 5