【文章內容簡介】 出力以及工作速度的調節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般為 50~500mm/s。但運行速度穩(wěn)定性不高。 （ 4） 可靠性不太高，使用壽命受氣源潔凈度和使用頻率的影響較大。 （ 5） 利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實現集中供氣。可短時間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應?？蓪崿F緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應能力。在一定條件下，可使氣動裝置有自保持能力。 （ 6） 全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動方式可在高溫場合使用（通常為 160℃以內）。 氣動抓瓶器設計 在抓瓶機構的整個抓瓶運動過程中 ,抓瓶頭是通過充氣、放氣來實現抓瓶、放瓶的 ,其外形圖與結構圖見圖 （ a）和圖 （ b）所示： 瀘州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 氣動裝置設計 13 （ a）抓瓶器外形圖 （ b）抓瓶器結構圖 圖 抓瓶器外形圖與結構圖 氣動裝置通過向塑料層與硅橡膠層之間進行充氣 ,使硅橡膠的變形進入金屬的鏤空部分 ,產生變形從而抓緊瓶子。 抓瓶頭在抓瓶時必須保證不能使瓶子有跌落或沒有抓起來的情況出現 ,如發(fā)生此類情況，機器將立即發(fā)出警報，通知操作和維修人員。為了保證裝卸機有較高的裝卸速度 ,必須使抓瓶頭在短時間內能夠抓緊瓶子而瓶子不會跌落 ,這就要瀘州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 氣動裝置設計 14 對抓瓶頭的結構進行優(yōu)化。抓 瓶頭金屬鏤空部分的形狀、大小都與所需的氣壓有關，因此系統應配備較為先進的氣壓監(jiān)測設備。 真空吸盤設計 真空吸盤又稱 真空吊具 ，真空吸盤是 真空設備 執(zhí)行器之一 ,吸盤材料采用丁腈 橡膠 制造 ,具有較大的扯斷力 ,因而廣泛應用于各種 真空吸持設備上 ,如在建筑、 造紙工業(yè) 及印刷、玻璃等行業(yè) ,實現吸持與搬送玻璃、紙張等薄而輕的物品的任務。其結構圖如圖 所示： 圖 真空吸盤結構圖 一般來說，利用真空吸盤抓取制品是最廉價的一種方法。真空吸盤品種多樣，橡膠制成的吸盤可在高溫下進行操作，由 硅橡膠 制成的吸盤非常適于抓住 表面粗糙的制品；由聚氨酯制成的 吸盤 則很耐用。另外，在實際生產中，如果要求吸盤具有耐油性，則可以考慮使用 聚氨酯 、丁腈橡膠或含乙烯基的聚合物等材料來制造吸盤。通常，為避免制品的表面被劃傷，最好選擇由丁腈橡膠或硅橡膠制成的帶有波紋管的吸盤。 真空吸盤使用注意事項 : 在機械手末端抓取裝置使用真空吸盤（不帶夾鉗）的情況下，需要注意的是，機械手的移動速度不能太高，否則會在吸盤上產生一個切力，使制品在快速扭轉的過程中很容易掉下來。在有些情況下，可以使用一個夾鉗來保證制品的安全運送?？紤]到可能會出現制品粘附在模具上 的情況，通?？梢园惭b一個氣鉗來解決這一問題。當制品表面積太小或者制品太重而無法使用真空吸盤時，同樣可以通瀘州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 氣動裝置設計 15 過使用夾鉗來解決這個問題。 如果制品對外觀要求很嚴格，那么被夾住的部位就不能是外表面。為解決這一問題，可以安裝一個傳感電路。在確認夾鉗或者吸盤抓穩(wěn)了制品以后，傳感器就會給機械手傳送一個信號，使其能進行下一步的操作。在機械手的運動能力有限、需要人工扭一下或者翹一下才能使制品脫模或把制品和末端抓取裝置移出成型區(qū)的，情況下可以添置一個能夠獨自移動末端抓取裝置而不依于機械手操作的特殊汽缸，從而使這一問題得 到改善。 本章小結 本章主要對氣動裝置在生產中的運用進行了簡要概括，以及對氣動元件的特點進行了說明。本章還對自動裝卸機的氣動元件進行了設計，包含飲料搬運采用的氣動抓瓶器和薄鐵板搬運所采用的真空吸盤，以及對它們作了相應的詳細分析說明。 瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 16 第五章 控制及檢測系統設計 PLC 概述 PLC 可編程序控制器其實就是工業(yè)控制計算機，用以取代傳統的中間繼電 器、時間繼電器、計數器等，并具有一切計算機控制系統的功能。目前 PLC 已成 為工業(yè)控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了整個工業(yè)企業(yè)，廣泛應用于化 工、 石油等企業(yè)的現代過程控制中。 PLC 主要優(yōu)點 （ 1） 具有高可靠性 PLC 除采用優(yōu)質器件等外，在硬件方面采用了較先進的電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內部采用了電磁屏蔽，以防輻射干擾。而外部輸入 /輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規(guī)濾波和數字濾波；軟件方面設置了警戒時鐘WDT、自診斷等措施。因而使得 PLC 的平均無故障時間達到 30 萬小時，被稱為“永遠不壞的控制器”，因而可靠性優(yōu)于傳統繼電 — 接觸器電氣 控制系統。頂針頂出機構是整個頂出機構中最簡單、最常見的一種形式。頂針截面為圓形，容易達到頂針與模板或 型芯上頂針孔的配合精度，頂針頂出時運動阻力小，頂出動作靈活可靠。 （ 2） 靈活性高、擴展性好、通用性強 它采用程序使得硬件軟件化，對于不同的控制系統，只需改變程序即可，因而通用性強。而且現場接口容易，設計周期短。 （ 3） 功能強 PLC 具有自診斷、監(jiān)控和各種報警功能既可完成過程控制，又可進行閉環(huán)回路的調節(jié)控制，適用范圍廣。 PLC 的硬件結構及工作原理 PLC 采用的是典型的計算機結構，主要包括 CPU、 RAM、 ROM和輸入輸出接口電路等。其內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。如果把 PLC看作一個系統，該系統 由輸入變量→ PLC→輸出變量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測信號等均作為 PLC 的輸入變量，它們經 PLC外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經 PLC 內部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，作為瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 17 PLC的輸出變量，對外圍設備進行控制。 PLC的一般內部邏輯結構框圖如圖 所示。合模導向機構具有定位、導向和承載的作用，能保證注射模的準確開合模。 圖 PLC邏輯硬件結構框圖 PLC 控制系統組成 （ 1）輸入部分：如按鈕開關、限位開關等，直接與 PLC 輸入端子相連接，用以產生 輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。 （ 2）控制部分 :反復執(zhí)行根據被控對象的實際控制要求所編制的處理程序，并產生各種輸出號。 （ 3）輸出部分 :如接觸器、電磁閥等，它們與 PLC輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。 PLC 的工作過程 （ 1）輸入處理 :PLC 以重復掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序將所有輸入端子的通斷狀態(tài) (輸入信號 )讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶處理程序。在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內容也不變，直 到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。 （ 2）程序控制 :在程序執(zhí)行階段， PLC 順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內部寄存器中讀出并參與計算，然后將瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 18 執(zhí)行結果寫入有關輸出映象寄存器中。 （ 3）輸出處理 :當全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構成 PLC 的實際輸出并由輸出端子送出。隨著微電子技術的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）以微處理器為核心，適用于開關量、模擬量和數字量的控制，已進入過程控制和位置控制等領域，成為一種多功能、 高可靠性、應用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。 控制系統構成及工作流程 控制系統構成 生產線自動裝卸機 PLC 控制系統構成圖如圖 所示： 圖 PLC控制系統構成圖 控制系統工作流程 （ 1）按下啟動按鈕后，飲料傳送帶運行，直到光電開關檢測到飲料瓶就位，傳送帶才停止。 （ 2）當飲料傳送帶停止后，機械手下降。下降到位后機械手氣動裝置開啟，夾緊飲料瓶， 2s 后開始上升，上升到位后兩機械手沿滑軌分離一定距離，然后槽輪機構逆時針轉動 180176。，兩機械手順時針轉 90176。，在沿滑軌移動至薄鐵板上方，兩機械手合攏，再下降到位機械手松開，將飲料瓶放進傳輸履帶上的薄鐵板上， 2s 后機械手上升，再按原路返回。機器每完成一次搬運回到初始位置后，薄鐵板搬運吸盤將執(zhí)行一次薄鐵板搬運任務。整個系統以五次搬運為一個周期，用 PLC 作計數控制。 （ 3）完成一次搬運周期后，傳輸履帶開始運行，當檢測到下一薄鐵板就位瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 19 后，傳輸履帶停止。 （ 4）上述過程周而復始的進行，直到按下停止按鈕，兩傳輸帶同時停止。 （ 5）當按下手動選擇按鈕后，系統停止上述的自動控制運行，而可以手動進行控制兩傳輸帶的運行，以便于 調試和維修。 PLC 的選擇 根據自動裝卸機系統的控制要求 ,系統設有手動控制和自動控制功能。為了避免意外事故或故障的發(fā)生，系統設有報警器。系統的具體設計過程如下： （ 1） I/O 點數估算 系統輸入信號： 自動控制按鈕，需要 1 個輸入端； 手動控制按鈕，需要 1 個輸入端； 停止按鈕，需要 1 個輸入端； 手動控制時，傳送帶 A 和傳送帶 B獨立點動控制按鈕需要 2 個輸入端； 飲料數量檢測信號 SQ1 和薄鐵板位置檢測信號 SQ2，需要 2個輸入端； 飲料搬運機械手的上升下降，前后移動，相對左右移動，夾緊放松，控制槽輪旋轉，需要 9個輸入 端； 薄鐵板搬運機械手的上升下降，左右移動，吸盤吸緊與放松，需要 6個輸入端； 故障報警消音按鈕，需要 1 個輸入端。 以上共需 23個輸入信號點。 系統輸出信號： 飲料搬運機械手的上升下降，前后移動，相對左右移動，夾緊放松，控制槽輪旋轉，需要 6個輸入端； 薄鐵板搬運機械手的上升下降，左右移動，吸盤吸緊與放松，需要 4個輸入端 傳送帶 A 和傳送帶 B，需用 2個控制輸出端； 系統上電指示和手動指示、裝卸指示需要 3個輸出端； 一個報警器，需要 1個輸出端。 以上共需 16個輸出信號點。 瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 20 （ 2） PC 型號的選擇 因為本系統是對開關量進行控 制的應用系統，而且對控制速度要求不高，所 以可選用西門子 S7200 系列的 CPU226 型可編程控制器 PLC 作為控制核心，該單元為 40 點 I/O， 24 點輸入， 16 點輸出，所以滿足系統輸入、輸出點需要。 西門子 S7200 系列 CPU224 型 PLC 的特點： 178。高速計數器能方便的測量高速運動的加工件。 178。擴展能力增強，最大到 12ch 的模擬量。 178。帶高速掃描和高速中斷的高速處理。 178?？煞奖愕呐c西門子的可編程序終端 (PT)相連接，為機器操作提供一個可視化 界面。 178。 A/D、 D/A 精度大幅度提高，分辨 率為 1/6000。 178?？蛇M行分散控制和模擬量控制。 178。通訊功能增強，提供內置 RS232C 端口及 RS485 的適配器。 圖 西門子 S7200系列 CPU226型可編程控制器 S7200 雖然體積小，但是提供了許多功能。具有強大的模擬量擴展功能， 能夠帶 3 塊模擬量輸入輸出模塊；能夠連接觸摸屏；提供新的適配器，把外設口 轉成 RS485 口。為小型的緊湊型設備提供人機界面 (HMI)和高精度的測量方法。 采用 S7200將在很小的空間內獲得許多先進的功能。小機殼內會聚了先進的功 能和優(yōu)異的表現。為輕工行 業(yè)、醫(yī)療制冷行業(yè)，傳送設備和緊湊型的制造商提供 更優(yōu)越的性能和更高的附加值。 西門子小型系列 PLC 具有優(yōu)異的性能價格比，所組成的控制系統具有如下技 瀘 州職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 控制及檢測系統設計 21 術特點： 178。穩(wěn)定的性能西門子系列 PLC 外型小巧結構緊湊，西門子公司長期積累的生產 控制經驗和嚴格的技術標準保證了其可靠穩(wěn)定的性能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下 仍然能正常運行。更經過高低溫的考驗，使得該 PLC 可以適用在特殊的場合。 178。通訊功能增強提供內置的 RS232C 端口和 RS422 端口。西門子完全開放的通 訊協議可以方便的實現上位機遠程監(jiān)控功能，用戶 可以隨心所欲自己定制開發(fā)通 訊監(jiān)控系統。 178。高速的程序執(zhí)行速度更快的程序指令執(zhí)行速度，使得控制過程精確無誤。 178。很強的擴充能力模擬量可以增加到 12 路；系統支持 DeviceNet 協議，具