【正文】 同時也在此衷心的感謝在畢業(yè)設計期間關心、支持、幫助過我的全體同學。所有 的 這 一切 都將使我受益終生。使此次設計在理論和實踐中都得到更大進步。另外， 此控制系統(tǒng)結構和原理簡單，便于檢測和維修。另外設計了手動按鈕，當若光電傳感器出現(xiàn)故障，人只需按下手動按鈕來控制二位四通電磁閥換向，從而控制門的開閉。 首先 ， 進行了自動門的氣動部分的設計 ，采用了典型的氣壓傳動系統(tǒng)，由氣源 裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。在此次設計中，只測量運動結果并查看運動結果 ，過程 如下： 結果回放： 在播放結果集時可以通過設置 “ 沖突檢測設置 ” 、 “ 影片進度表 ” 、“ 顯示箭頭 ” 等操作在影片播放時檢測軟件之間的干涉，顯示時間和進度及在播放的過程中顯示測量值和方向。運動分析可以計算幾何圖元和連接的速度、加速度以及 作為捕獲機構運動的包絡。 (3)建立運動特性測量 建立運動結果測量可以將機構運動分析得到的結果不僅使用動畫的方式表現(xiàn)出來，而且還可以使用圖表的形式獲取每一時間點的數(shù)據(jù)，使用者可以準確的捕獲用來改進機構設計的有關信息，以便以完成機構的優(yōu)化設計。 本設計中采用的是運動軸伺服電機。在 “ 屬性 ” 欄中會自動顯示齒條的比值，最后單擊確定按鈕即可完成齒輪齒條副的定義。在此次設計中采用用齒輪副連接，齒輪副連接用于定義兩個連接軸的速度約束， Mechanism 包括標準齒輪副和齒條與齒輪兩種形式。 需要強調的是在裝備門框時，應該選擇的裝配環(huán)境是 “使用缺省模板” 的環(huán)境，這樣才能在仿真時保持門框的固定。 (1)打開 Pro/ENGINEER 后， 首先 新建裝配模型文件。在 Pro/ENGINEER Wildfire 中，零件裝備是通過定義零件模型之間的裝配約束來實現(xiàn)的。 負 載紅藍+18 圖 6 PLC 的硬件接線 6 自動門的模擬 自動門主要部分的三維建模 自動門 主要部件圖 在自動門的主要部件建模中，使用了一些常用的命令，如拉伸、旋轉、掃描、矩陣等 Pro/ENGINEER Wildfire 常用 的建模命令。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和 機器人中獲得廣泛應用 [9] 。 在這次設計中所采用的是傳感器是光電傳感器， 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外 、可見及紫外光輻射）轉變成為電信號的器件。 (2)手動開閉 若光電傳感器 SE1 出現(xiàn)故障無法感應信號實現(xiàn)電磁閥換向時，人員通過自動門時可以按下手動按鈕 SB1 使 電磁閥換向，從而使自動門開啟；通過自動門后，按下手動按鈕 SB2 使電磁閥復位，從而使自動門關閉。 圖 4 PLC 程序 梯形圖 自動門的開閉方式分析 (1)自動開閉 1)當有人員通過自動門，光電傳感器 SE1 檢測到信號時，電磁閥換向，氣缸的活塞伸出，從而推動門 的開啟。它將 PLC內部的各種編程元件（如繼電器的觸點、線圈、定時器、計數(shù)器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標號定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構成了表示 PLC 輸入、輸出之間控制關系的圖形。 (4)在門打開后的 10 秒等待時間內，若有人員通過自動門時，光電傳感器SE1 檢測到信號，須重新開始等待 10 秒后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。 PLC 的 I/O 點分配如表 9 所示 。 控制系統(tǒng)有自動門手動開啟按鈕 1 個，自動門手動關閉按鈕 1 個， 1 個光電傳感器， 1 個繼電器。 (3)輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，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，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出 [8] 。完成輸入端刷新工作后，將關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。另外 PLC技術 易學易用，以繼電器邏輯梯形圖為編程語言，梯形圖符號和定義與常規(guī)的繼電器展開圖完全一致，系統(tǒng)的設計、調試、建造工作量較小，調試、維護方便容易，并且程序容易變更 [7] 。進入 20 世紀 90 年代以來， 世界 PLC 的平均銷售額在 55億美元以上，其中我國約占 1%。 PLC 從誕生至今，其發(fā)展大體經歷了三個階段：從 20 世紀 70 年代至 80 年代中期，以單機為主發(fā)展硬件技術，為取代傳統(tǒng)的繼電器 —接觸器控制系統(tǒng)而設計各種型號的 PLC。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設計。 (2)其他氣動元件的選擇 其它氣動元件也全部選擇 SMC(中國 )有限公司生產的 系列產品。 (5)CQ 氣缸的選擇 根據(jù)設計參數(shù)，可確定本設計中選用的氣缸型號為 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 表示氣缸的動作方式為雙作用方式， C 表示緩沖方式為添加緩沖墊 。 (3)氣缸的緩沖方式選擇 本設計中需 要實現(xiàn)自動門的平穩(wěn)開閉，故選擇橡膠緩沖的形式。 表 5 SMC 氣缸的部分系列 氣缸系列 氣缸缸徑 mm 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 CJ2 系列 小型不銹鋼缸筒系 列 √ √ √ CM2 系列 輕型不銹鋼缸筒系列 √ √ √ √ CG1 系列 鋁制缸筒、輕型 √ √ √ √ √ √ √ √ CA2 系列 拉桿型中缸系列 √ √ √ √ √ MB 系列 √ √ √ √ √ √ C85 符合 CETOP 標準的氣缸 √ √ √ √ √ √ C95 √ √ √ √ √ √ CQ2 系列 薄壁 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ CQS 系列 緊湊，薄型 √ √ √ √ 11 因為所選用的氣缸的直徑應為 mm50 ；所以查表 5 中確定本設計選用 2CQ 系列的氣缸。 表 4 氣缸直徑、材料和壁厚的關系 材 料 氣缸直徑 mm/D 50 80 100 125 160 200 250 320 壁厚 mm/? 鑄鐵 150HT 7 8 10 10 12 14 16 16 45 鋼， Q235 5 7 8 8 9 9 11 12 鋁合金 ZL203 12~8 14~12 17~14 本次設計中材 料選用 23545 Q鋼， ；缸的直徑為 mm50?D ，查表 4 可得缸的壁厚為 mm5?? 。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。如表 3 所示 。d 為 ][4vqd ??。 (3)氣缸進、排氣口直徑 。氣缸的內徑系列 如 表 2 所示 。傳動機構齒輪的齒數(shù)為 40?Z ，模數(shù)為 3?m 。所以此次設計選擇雙作用緩沖氣缸。 4)擺動氣缸 用于要求氣缸葉片軸在一定角度內繞軸線回轉的場合，如夾具轉為、閥門的啟閉等。 (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。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。 7 氣泵的選擇 氣泵是氣動系統(tǒng)的動力源，它把機械能轉換成氣壓能輸送給氣動系統(tǒng)。它先將機械能轉換成壓力能，然后通過各種元件組成的控制回路來實現(xiàn)能量的調控，最終再將壓力能轉換成機械能，使執(zhí)行機構實現(xiàn)預定的運動。 氣壓傳動與其它傳動方式性能的比較如表 1 所示 [2] 。與其他傳動方式相比，氣壓傳動能節(jié)約資源。包括各種壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥 、轉換器和傳感器等。 (1)氣源裝置是將機械能轉換成氣體壓力能的一種裝置，它的作用是為系統(tǒng)提供壓縮空氣。 3 氣壓傳動 氣壓傳動的原理 及組成 氣壓傳動又簡稱氣動，是指以壓縮空氣 作 為工作介質來傳遞動力和控制信號，控制和驅動各種機械和設備，以實現(xiàn)生產過程機械化、自動化的一門技術。 圖 2 自動門的結構簡圖 自動門的結構設計方案 采用齒條與齒輪結合的傳動方式來實現(xiàn)門的自動開啟與閉合，具體方式為：當光電傳感器感應到信號時，將信號傳給 PLC，通過 PLC 控制二位四通電磁閥 5 換向，從而使氣缸伸出，推動齒條平行移動，再由齒條帶動齒輪轉動。其中雙作用氣缸的活塞 桿 與齒條聯(lián)接， 來推動門的開閉。 (3)在關門過程中，當有人員通過自動門時，光電傳感器檢測到信號時，門立即停止關閉，并處在開啟狀態(tài)從而使人安全通過自動門。當光電傳感器未檢測到信號時，活塞縮回，使門處在關閉狀態(tài)。 PLC 編程也簡單，便于調試。 2 自動門自動開閉氣動系統(tǒng)設計方案 自動開閉氣動系統(tǒng)的主要構成裝置 自動門自動開閉氣動系統(tǒng)主要由以下幾部分組成： (1)氣泵 氣源裝置，為系統(tǒng)提供壓縮空氣 ； (2)氣缸 執(zhí)行元件，將壓縮空氣的壓力能轉變?yōu)闄C械能 ； (3)單向二位四通電磁換向閥 控制元件，控制壓縮空氣流的流動方向，以便使執(zhí)氣缸完成預定運動規(guī)律 ； (4)光電傳感器 感應元件，通過感應來傳遞信號給 PLC； (5)可編程控制器（ PLC） 控制換向閥的換向，從而控制氣缸有規(guī)律的運動 。 自動門的發(fā)展趨勢 (1)智能化：自動門運用各種編程技術來實現(xiàn)其智能話，其中 PLC 編程技術最為簡便與快捷，目前常用的 PLC 編程技術來實現(xiàn)門的自動化。這使國內市場的競爭更加殘酷。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內生產自動門的廠家已有幾十家，但普遍生產規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。另外在實現(xiàn)門的開與關的方面， 不再采用以往采用電機正反 轉來控制門的開閉，而是采用氣壓傳動來控制門的開閉。目前自動門的控制裝置大多采用可編程控制器（ PLC） ， PLC 采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行順序運算、邏輯運算、算術運算、計數(shù)和計時等操作的指令，控制各種類型的機械運動或自動化 生產過程生產過程， PLC 可靠性非常高，抗干擾能力特備強，功能也日趨完善，適用性很強，系統(tǒng)的設計、制造工作量較小，維護方便，調試簡單，容易進行創(chuàng)新改造，體積很小，重量輕，能耗低等，這也特點使 PLC 在現(xiàn)代社會得到更加廣泛的應用 [1] 。在此基礎上利用Pro/E 軟件進行自動門結構三維建模、虛擬裝配和工作過程的運動仿真。 河南科技學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 論文題目：自動門氣動系統(tǒng)設計及運動仿真 學生姓名 : 所在院系： 所學專業(yè)： 導師姓名： 完成時間： 摘 要 自動門是自動化進程中的一個典型代表，此設計就是運用所學的知識，結合實際需要而進行研究的。 關鍵詞： 自動門，氣動系統(tǒng)， PLC 自動 控制， Pro/E 建模 仿真