【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動(dòng)作速度一般為 50~500mm/s。但運(yùn)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(shí)現(xiàn)集中供氣?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)?？蓪?shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動(dòng)裝置有自保持能力。 （ 6） 全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用（通常為 160℃以內(nèi)）。 氣動(dòng)抓瓶器設(shè)計(jì) 在抓瓶機(jī)構(gòu)的整個(gè)抓瓶運(yùn)動(dòng)過程中 ,抓瓶頭是通過充氣、放氣來實(shí)現(xiàn)抓瓶、放瓶的 ,其外形圖與結(jié)構(gòu)圖見圖 （ a）和圖 （ b）所示： 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 13 （ a）抓瓶器外形圖 （ b）抓瓶器結(jié)構(gòu)圖 圖 抓瓶器外形圖與結(jié)構(gòu)圖 氣動(dòng)裝置通過向塑料層與硅橡膠層之間進(jìn)行充氣 ,使硅橡膠的變形進(jìn)入金屬的鏤空部分 ,產(chǎn)生變形從而抓緊瓶子。 抓瓶頭在抓瓶時(shí)必須保證不能使瓶子有跌落或沒有抓起來的情況出現(xiàn) ,如發(fā)生此類情況，機(jī)器將立即發(fā)出警報(bào)，通知操作和維修人員。為了保證裝卸機(jī)有較高的裝卸速度 ,必須使抓瓶頭在短時(shí)間內(nèi)能夠抓緊瓶子而瓶子不會(huì)跌落 ,這就要瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 14 對(duì)抓瓶頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guān)，因此系統(tǒng)應(yīng)配備較為先進(jìn)的氣壓監(jiān)測(cè)設(shè)備。 真空吸盤設(shè)計(jì) 真空吸盤又稱 真空吊具 ，真空吸盤是 真空設(shè)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(yīng)用于各種 真空吸持設(shè)備上 ,如在建筑、 造紙工業(yè) 及印刷、玻璃等行業(yè) ,實(shí)現(xiàn)吸持與搬送玻璃、紙張等薄而輕的物品的任務(wù)。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 真空吸盤結(jié)構(gòu)圖 一般來說，利用真空吸盤抓取制品是最廉價(jià)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(jìn)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(shí)際生產(chǎn)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(xiàng) : 在機(jī)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(jī)械手的移動(dòng)速度不能太高，否則會(huì)在吸盤上產(chǎn)生一個(gè)切力，使制品在快速扭轉(zhuǎn)的過程中很容易掉下來。在有些情況下，可以使用一個(gè)夾鉗來保證制品的安全運(yùn)送?？紤]到可能會(huì)出現(xiàn)制品粘附在模具上 的情況，通常可以安裝一個(gè)氣鉗來解決這一問題。當(dāng)制品表面積太小或者制品太重而無法使用真空吸盤時(shí)，同樣可以通瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 氣動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 15 過使用夾鉗來解決這個(gè)問題。 如果制品對(duì)外觀要求很嚴(yán)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(gè)傳感電路。在確認(rèn)夾鉗或者吸盤抓穩(wěn)了制品以后，傳感器就會(huì)給機(jī)械手傳送一個(gè)信號(hào)，使其能進(jìn)行下一步的操作。在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)能力有限、需要人工扭一下或者翹一下才能使制品脫?；虬阎破泛湍┒俗ト⊙b置移出成型區(qū)的，情況下可以添置一個(gè)能夠獨(dú)自移動(dòng)末端抓取裝置而不依于機(jī)械手操作的特殊汽缸，從而使這一問題得 到改善。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)氣動(dòng)裝置在生產(chǎn)中的運(yùn)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要概括，以及對(duì)氣動(dòng)元件的特點(diǎn)進(jìn)行了說明。本章還對(duì)自動(dòng)裝卸機(jī)的氣動(dòng)元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包含飲料搬運(yùn)采用的氣動(dòng)抓瓶器和薄鐵板搬運(yùn)所采用的真空吸盤，以及對(duì)它們作了相應(yīng)的詳細(xì)分析說明。 瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 第五章 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 概述 PLC 可編程序控制器其實(shí)就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用以取代傳統(tǒng)的中間繼電 器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等，并具有一切計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能。目前 PLC 已成 為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其應(yīng)用面幾乎覆蓋了整個(gè)工業(yè)企業(yè)，廣泛應(yīng)用于化 工、 石油等企業(yè)的現(xiàn)代過程控制中。 PLC 主要優(yōu)點(diǎn) （ 1） 具有高可靠性 PLC 除采用優(yōu)質(zhì)器件等外，在硬件方面采用了較先進(jìn)的電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內(nèi)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(shù)字濾波；軟件方面設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT、自診斷等措施。因而使得 PLC 的平均無故障時(shí)間達(dá)到 30 萬小時(shí)，被稱為“永遠(yuǎn)不壞的控制器”，因而可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)繼電 — 接觸器電氣 控制系統(tǒng)。頂針頂出機(jī)構(gòu)是整個(gè)頂出機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、最常見的一種形式。頂針截面為圓形，容易達(dá)到頂針與模板或 型芯上頂針孔的配合精度，頂針頂出時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力小，頂出動(dòng)作靈活可靠。 （ 2） 靈活性高、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng) 它采用程序使得硬件軟件化，對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，只需改變程序即可，因而通用性強(qiáng)。而且現(xiàn)場(chǎng)接口容易，設(shè)計(jì)周期短。 （ 3） 功能強(qiáng) PLC 具有自診斷、監(jiān)控和各種報(bào)警功能既可完成過程控制，又可進(jìn)行閉環(huán)回路的調(diào)節(jié)控制，適用范圍廣。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 PLC 采用的是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU、 RAM、 ROM和輸入輸出接口電路等。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把 PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng) 由輸入變量→ PLC→輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)信號(hào)等均作為 PLC 的輸入變量，它們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng) PLC 內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，作為瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 PLC的輸出變量，對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行控制。 PLC的一般內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有定位、導(dǎo)向和承載的作用，能保證注射模的準(zhǔn)確開合模。 圖 PLC邏輯硬件結(jié)構(gòu)框圖 PLC 控制系統(tǒng)組成 （ 1）輸入部分：如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與 PLC 輸入端子相連接，用以產(chǎn)生 輸入控制信號(hào)，這些信號(hào)一般來自操作臺(tái)上的人工指令。 （ 2）控制部分 :反復(fù)執(zhí)行根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際控制要求所編制的處理程序，并產(chǎn)生各種輸出號(hào)。 （ 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(duì)象的動(dòng)作。 PLC 的工作過程 （ 1）輸入處理 :PLC 以重復(fù)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?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài) (輸入信號(hào) )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(hào)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不變，直 到下一個(gè)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(nèi)部寄存器中讀出并參與計(jì)算，然后將瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。 （ 3）輸出處理 :當(dāng)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(gòu)成 PLC 的實(shí)際輸出并由輸出端子送出。隨著微電子技術(shù)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(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，已進(jìn)入過程控制和位置控制等領(lǐng)域，成為一種多功能、 高可靠性、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。 控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程 控制系統(tǒng)構(gòu)成 生產(chǎn)線自動(dòng)裝卸機(jī) PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖 所示： 圖 PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 控制系統(tǒng)工作流程 （ 1）按下啟動(dòng)按鈕后，飲料傳送帶運(yùn)行，直到光電開關(guān)檢測(cè)到飲料瓶就位，傳送帶才停止。 （ 2）當(dāng)飲料傳送帶停止后，機(jī)械手下降。下降到位后機(jī)械手氣動(dòng)裝置開啟，夾緊飲料瓶， 2s 后開始上升，上升到位后兩機(jī)械手沿滑軌分離一定距離，然后槽輪機(jī)構(gòu)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 180176。，兩機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn) 90176。，在沿滑軌移動(dòng)至薄鐵板上方，兩機(jī)械手合攏，再下降到位機(jī)械手松開，將飲料瓶放進(jìn)傳輸履帶上的薄鐵板上， 2s 后機(jī)械手上升，再按原路返回。機(jī)器每完成一次搬運(yùn)回到初始位置后，薄鐵板搬運(yùn)吸盤將執(zhí)行一次薄鐵板搬運(yùn)任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)以五次搬運(yùn)為一個(gè)周期，用 PLC 作計(jì)數(shù)控制。 （ 3）完成一次搬運(yùn)周期后，傳輸履帶開始運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到下一薄鐵板就位瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 后，傳輸履帶停止。 （ 4）上述過程周而復(fù)始的進(jìn)行，直到按下停止按鈕，兩傳輸帶同時(shí)停止。 （ 5）當(dāng)按下手動(dòng)選擇按鈕后，系統(tǒng)停止上述的自動(dòng)控制運(yùn)行，而可以手動(dòng)進(jìn)行控制兩傳輸帶的運(yùn)行，以便于 調(diào)試和維修。 PLC 的選擇 根據(jù)自動(dòng)裝卸機(jī)系統(tǒng)的控制要求 ,系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。為了避免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設(shè)有報(bào)警器。系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程如下： （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)估算 系統(tǒng)輸入信號(hào)： 自動(dòng)控制按鈕，需要 1 個(gè)輸入端； 手動(dòng)控制按鈕，需要 1 個(gè)輸入端； 停止按鈕，需要 1 個(gè)輸入端； 手動(dòng)控制時(shí)，傳送帶 A 和傳送帶 B獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制按鈕需要 2 個(gè)輸入端； 飲料數(shù)量檢測(cè)信號(hào) SQ1 和薄鐵板位置檢測(cè)信號(hào) SQ2，需要 2個(gè)輸入端； 飲料搬運(yùn)機(jī)械手的上升下降，前后移動(dòng)，相對(duì)左右移動(dòng)，夾緊放松，控制槽輪旋轉(zhuǎn)，需要 9個(gè)輸入 端； 薄鐵板搬運(yùn)機(jī)械手的上升下降，左右移動(dòng)，吸盤吸緊與放松，需要 6個(gè)輸入端； 故障報(bào)警消音按鈕，需要 1 個(gè)輸入端。 以上共需 23個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。 系統(tǒng)輸出信號(hào)： 飲料搬運(yùn)機(jī)械手的上升下降，前后移動(dòng)，相對(duì)左右移動(dòng)，夾緊放松，控制槽輪旋轉(zhuǎn)，需要 6個(gè)輸入端； 薄鐵板搬運(yùn)機(jī)械手的上升下降，左右移動(dòng)，吸盤吸緊與放松，需要 4個(gè)輸入端 傳送帶 A 和傳送帶 B，需用 2個(gè)控制輸出端； 系統(tǒng)上電指示和手動(dòng)指示、裝卸指示需要 3個(gè)輸出端； 一個(gè)報(bào)警器，需要 1個(gè)輸出端。 以上共需 16個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)。 瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 （ 2） PC 型號(hào)的選擇 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控 制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且對(duì)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(diǎn) I/O， 24 點(diǎn)輸入， 16 點(diǎn)輸出，所以滿足系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)需要。 西門子 S7200 系列 CPU224 型 PLC 的特點(diǎn)： 178。高速計(jì)數(shù)器能方便的測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)的加工件。 178。擴(kuò)展能力增強(qiáng)，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。可方便的與西門子的可編程序終端 (PT)相連接，為機(jī)器操作提供一個(gè)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(jìn)行分散控制和模擬量控制。 178。通訊功能增強(qiáng)，提供內(nèi)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(qiáng)大的模擬量擴(kuò)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(shè)口 轉(zhuǎn)成 RS485 口。為小型的緊湊型設(shè)備提供人機(jī)界面 (HMI)和高精度的測(cè)量方法。 采用 S7200將在很小的空間內(nèi)獲得許多先進(jìn)的功能。小機(jī)殼內(nèi)會(huì)聚了先進(jìn)的功 能和優(yōu)異的表現(xiàn)。為輕工行 業(yè)、醫(yī)療制冷行業(yè)，傳送設(shè)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(jià)格比，所組成的控制系統(tǒng)具有如下技 瀘 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 控制及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 術(shù)特點(diǎn)： 178。穩(wěn)定的性能西門子系列 PLC 外型小巧結(jié)構(gòu)緊湊，西門子公司長(zhǎng)期積累的生產(chǎn) 控制經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行。更經(jīng)過高低溫的考驗(yàn)，使得該 PLC 可以適用在特殊的場(chǎng)合。 178。通訊功能增強(qiáng)提供內(nèi)置的 RS232C 端口和 RS422 端口。西門子完全開放的通 訊協(xié)議可以方便的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)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(tǒng)。 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(qiáng)的擴(kuò)充能力模擬量可以增加到 12 路；系統(tǒng)支持 DeviceNet 協(xié)議，具