【正文】 合理的確定 I/O點(diǎn)，才能使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化配置。基本原理是根據(jù)上次稱量值與目標(biāo)值的偏差來(lái)調(diào)整本次稱量過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)沖量，通過(guò)調(diào)整細(xì)喂料閥門(mén)的啟閉時(shí)間，來(lái)減小稱量值與目標(biāo)值的偏差，以提高定量灌裝的精度。 實(shí)際加料量等于細(xì)喂料和過(guò) 沖量之和。控制時(shí)序圖見(jiàn)圖 38。 控制時(shí)序圖 稱量開(kāi)始時(shí)， PLC控制器控制料斗閥門(mén)全開(kāi)為大流量灌裝，以滿足提高效率 的要求，在短時(shí)間內(nèi)加入額定重量的 90%～ 95%，當(dāng)重量漏斗中物料重量達(dá)到快給料設(shè)定值時(shí)轉(zhuǎn)為小流量灌裝，粗喂料閥門(mén)關(guān)閉，細(xì)喂料閥門(mén)繼續(xù)進(jìn)料，完成預(yù) 定重量的 5％～ 10％，當(dāng)重量漏斗中物料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，細(xì)喂料 閥門(mén)關(guān)閉，稱 量過(guò)程完成。在此期間，如遇到夾袋信號(hào)出現(xiàn)后，系統(tǒng)可自動(dòng)夾袋， 但稱重過(guò)程則要等料位信號(hào)出現(xiàn)后 PLC自 AD4401發(fā)出運(yùn)行信號(hào)后，才能實(shí)現(xiàn)稱重 —排料 —松袋進(jìn)行下一袋 稱重過(guò)程。 PLC回到初始狀態(tài)，這時(shí)需要重新手動(dòng)按下 “ 啟動(dòng) ” 按鈕，系統(tǒng)才開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)工作。 PLC接到手動(dòng)排料信號(hào)后，就中斷了自動(dòng)排料程序，直接 給排料系統(tǒng)發(fā)出排料信號(hào)，但排料 后不再自動(dòng)進(jìn)行下一袋的自動(dòng)稱重。 PLC接到停止信號(hào)后，就中斷程序的運(yùn)行，發(fā)出停止運(yùn)行指令給 AD4401，讓 AD4401停止工作，進(jìn)行事故處理，同時(shí)發(fā)出夾袋信號(hào)，強(qiáng)行松 袋。 3. 系統(tǒng)排料完成以后（稱重斗內(nèi)的重量為 0時(shí)）， AD4401發(fā)出排料完成信號(hào)（排料開(kāi)始和排料完成信號(hào)實(shí)際上是 AD4401發(fā)出的排料信號(hào)的下降沿和 上升沿， ）給 PLC,PLC接收到該信號(hào)后，系統(tǒng)發(fā)出 松袋 信號(hào)，同時(shí)發(fā)出下一袋稱重運(yùn)行信號(hào)給 AD4401，開(kāi)始下一袋的自動(dòng)稱重過(guò)程。也就是說(shuō)，夾袋信號(hào)和稱重完成信號(hào)都出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)才能進(jìn)行排料。 AD4401接收到 該信號(hào)后，即可發(fā)出排料信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行排料。 2. 當(dāng)重量值達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)重量后，系統(tǒng)完成該次稱重任務(wù)后， AD4401發(fā) 出稱重完成信號(hào)。系統(tǒng)排料完成以后， AD4401 發(fā)出排料完成信號(hào)給 PLC,PLC 接收到該信號(hào)后，系統(tǒng)發(fā)出夾袋放開(kāi)信號(hào)，同時(shí)發(fā)出下一袋稱重運(yùn)行信號(hào)給 AD4401，開(kāi)始下一袋的自動(dòng)稱重過(guò)程。當(dāng)重量值達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)重量后，系統(tǒng)完成該次稱重任務(wù)后， AD4401 發(fā)出稱重完成信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)控制圖 22 的設(shè)計(jì)，在電氣控制中在稱料斗上安裝稱重傳感器，傳感器信號(hào)作為 PLC 的輸入部分，給 PLC 信號(hào)， PLC 輸出信號(hào)控制電磁閥的通、閉，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)氣缸工作，來(lái)控制粗喂料閥門(mén)、細(xì)喂料閥門(mén)和排料閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉，進(jìn)行喂料、稱重、排料等。傳感器信號(hào)為 PLC 提供輸入信號(hào)， PLC 輸出直流電源 24V 給電磁閥、傳感器 供電 。 EXC+和 EXC是給稱重傳感器供電的 ， SIG+和 SIG是傳感器信號(hào)線， SENS+和 SENS實(shí)際上是稱重模塊內(nèi)的一個(gè)高阻抗回路 。如圖 34所示。其中傳感器電源可由 PLC提供 24V輸出，也可由開(kāi)關(guān)電源提供。變壓器把兩相 AC380V 變壓為 AC220V，為 AD440 PLC提供電源。 5. 選定配管口徑 每個(gè)電磁閥都有它指定的，有時(shí)會(huì)有一個(gè)級(jí)以上口徑尺寸可供選擇。因此可減少配管誤接的情況。 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 2）底板配管型：由閥體和底板組成，配管只接在地板上。 這里的電磁閥采用直接出線式。 3. 電氣規(guī)格的選擇： 1）選擇使用的電流及電壓如表 38 所示： 表 38 電流及電壓使用表 電流種類 電壓 標(biāo)準(zhǔn) 其它 AC（交流） 110V 220V 24V 48V 100V 200V 等 DC（直流） 24V 6V 12V 48V 等 根據(jù)需要選擇 DC24V。 根據(jù)工作原理只需驅(qū)動(dòng)氣缸讓電磁閥門(mén)打開(kāi)、關(guān)閉即可，所以 電磁閥只 需 開(kāi)、關(guān)兩個(gè)位置，控制精度要求 不 高 。 根據(jù) 所選的 工作氣缸 的參數(shù)選擇 電磁閥系列 ， 根據(jù) VCA 系列 參數(shù)如 表 39所示， 可選擇 VCA 系列， 特點(diǎn)：適合空氣用，體積小、輕；耐久性提高；耐塵、防噴流；配線方式多；可以集裝，最多集裝 10 位。電磁線圈帶電或失電時(shí)，磁芯的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷。 再考慮到氣缸的活動(dòng)行程范 圍所以 選擇氣缸的型號(hào)為： MAL25 50 電磁閥 的 選型 電磁閥 可以作為氣動(dòng)、液動(dòng)回路自動(dòng)切換或順序控制的執(zhí)行元件，這方面的應(yīng)用 較 普遍。 再考慮到此氣缸的活動(dòng)行程范圍所以最終選擇氣缸的型號(hào)為： MAL32 50 ? 夾袋系統(tǒng)氣缸的計(jì)算與選擇 夾袋系統(tǒng)因只需加緊袋子即可，經(jīng)估算大約需要 100N 的力。再考慮到此氣缸的活動(dòng)行程范圍，所以最終選擇氣缸的型號(hào)為： MAL40 75 ? 稱重系統(tǒng)氣缸的計(jì)算與選擇 由于這兩個(gè)氣缸主要承受物料的重量和來(lái)自本身的自重，所以氣缸所承受的力大約為 150N（物料的重量 10kg 和自重 5kg）。 規(guī)格如表 3表 37 所示： 表 36 MAL 系列 鋁合金迷你氣缸 規(guī)格 內(nèi)徑 (mm) 20 25 32 40 動(dòng)作型式 復(fù)動(dòng)型 工作介質(zhì) 空氣 固定型式 基本型 LB 型 FA 型 SDB 型 使用壓力范圍 1～ 9Kgf/cm2 保證耐壓力 Kgf/cm2 使用溫度范圍 5～ 70 使用速度范圍 30～ 800 接管口徑 G1/8n G1/4n 表 37 MAL 系列 鋁合金迷你氣缸 行程 內(nèi)徑(mm) 標(biāo)準(zhǔn)行程 最大行程 容許行程 20 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 500 800 25 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 800 1200 32 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 800 1200 40 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 1200 1500 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 ? 供料系統(tǒng)氣缸計(jì)算與選擇 由于這兩個(gè)氣缸主要承受物料的重量和來(lái)自本身的自重，所以氣缸所承受的力大約為 200N（物料的重量 15kg 和自重 5kg）。 如圖 33。而慣性負(fù)載是指產(chǎn)生慣性力的動(dòng)負(fù)載，如氣缸用來(lái)推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力。氣缸負(fù)載率 ? 的選擇與氣缸的氣缸負(fù)載性能及氣缸的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，參見(jiàn)表 35。 氣缸負(fù)載率 ? 的定義是： 0F= 1 0 0 %F? ?氣 缸 的 實(shí) 際 負(fù) 載負(fù) 載 率 氣 缸 的 理 論 輸 出 力 （ 37） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由工況所決定的。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，可只考慮其總阻力，其載荷可取 ? =～ ，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)速度 /u m s? 時(shí)取大 值， /u m s? 時(shí)取小值。缸徑增大，工作壓力提高 ? ，則氣缸效率 ? 增加。 其理論拉力 0F 為 ? ?220 4F D d p??? （ N） (34) 式中 d—— 活塞桿直徑 ,估算時(shí)可令的 d=。 氣缸的計(jì)算 1) 理論輸出力 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，在這里只分析普通雙作用氣缸的計(jì)算方法，其它的氣缸理論輸出力 oF 的計(jì)算公式見(jiàn)表 34。 （ f）壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)凈化處理，在氣缸進(jìn)氣口前應(yīng)安裝油霧器（不供油氣缸例外），以利氣缸工作時(shí)相 對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑。對(duì)于行程中途有變動(dòng)的情況，為使氣缸速度平穩(wěn)，可選用氣 — 液阻尼缸。由于空氣介質(zhì)的壓縮性，氣缸速度一般控制在 50～ 500mm/s 之間。有特殊要求時(shí)，可選用相適應(yīng)的特種氣缸。在需要隨同工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等）應(yīng)選 用回轉(zhuǎn)氣缸。 （ d）安裝形式的選擇 由安裝位置、使用目的等因素決定。氣缸的行程應(yīng)當(dāng)精確地符合設(shè)計(jì)工況的要求。 （ b）輸出力的大小 氣缸的輸出力（推力或拉力）應(yīng)根據(jù)外部負(fù)載的性質(zhì)（阻抗負(fù)載、慣性負(fù)載）、大小、活塞運(yùn)動(dòng)速度統(tǒng)一考慮。同時(shí)注意，高溫空氣對(duì)行程開(kāi)關(guān)、管件及換向閥的影響。若氣缸的工作頻率度較低時(shí)，可在活塞桿上涂潤(rùn)滑脂，這樣活塞桿上就不會(huì)結(jié)冰。同時(shí)要考慮在低溫下使用的密封件潤(rùn)滑油。氣缸在 5oC 以下場(chǎng)合使用，有時(shí)會(huì)因壓縮空氣中所含的水分凝結(jié)給氣缸動(dòng)動(dòng)作帶來(lái)不利影響。缸體的中心高度比較大時(shí)，可將安裝螺栓加粗或?qū)⒙菟ǖ拈g距加大。采用中間軸銷擺動(dòng)式安裝時(shí)，除注意活塞桿頂端連接的位置外，還應(yīng)注意氣缸軸心線與軸支架的垂直度。 采用腳架式 、法蘭式安裝時(shí)，應(yīng)盡量避免安裝螺栓本身直接受推力或拉力負(fù)載；同時(shí)，要使安裝底座有足 夠的剛性，以避免安裝底座因剛性不足受推力而發(fā)生的變形。 4) 氣缸安裝方式 氣缸的安裝方式多種多樣，以方便于不同的應(yīng)用場(chǎng)合選用。 3) 活塞桿的連接 活塞桿與工件之間的連接宜采用柔性連接，用來(lái)補(bǔ)償軸向或徑向偏差一級(jí)與氣缸在一個(gè)平面上實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)連接。也就是說(shuō) ，由于制造公差或安裝誤差，氣缸行程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，重物或工件沒(méi)有受到氣缸輸出力的作用。但有的用戶不是這樣選的，而是根據(jù)實(shí)際計(jì)算值選擇的，這樣的選擇是不合理的。由計(jì)算的缸徑再圓整到標(biāo)準(zhǔn)缸徑。當(dāng)然，系統(tǒng)工作壓力低于 ，計(jì)算時(shí)工作壓力也作相應(yīng)的調(diào)整。 表 33 閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn) 電動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 適用性較強(qiáng)，不受環(huán)境溫度影響 輸出轉(zhuǎn)矩范圍廣 控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脈沖等各種信號(hào)，適于放大、記憶、邏輯判斷和計(jì)算等工作 可實(shí)現(xiàn)超小型化 具有機(jī)械自鎖性 安裝方便 維護(hù)檢修方便 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 機(jī)械效率低，一般只有 25％～ 60％ 輸出轉(zhuǎn)速不能太低或太高 易受電源電壓、頻率變化的影響 液動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小 輸出力大 容易獲得低速或高速，能無(wú)級(jí)變速 能遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制 由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤(rùn)滑性能和防銹性能 缺點(diǎn) 油溫變化引 起油粘度的變化 液壓元件和管道易滲漏 陪管，維修不方便 不適于對(duì)于信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算 氣動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 氣源容易獲得 能得到較高的開(kāi)關(guān)速度 可安裝調(diào)速器，使開(kāi)關(guān)速度按需要進(jìn)行調(diào)整 氣體壓縮性大，關(guān)閉時(shí)有彈性 缺點(diǎn) 與液動(dòng)裝置相比結(jié)構(gòu)較大，不適于大口徑高壓力的閥門(mén) 因氣體有壓縮性，所以速度不易均勻 （ c） 若系統(tǒng)工作壓力為 時(shí)，氣缸的工作壓力計(jì)算時(shí)一般選為。 （ b） 由氣缸的平均速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載率 ? 。 1）缸徑 D 的計(jì)算 由已知?dú)飧姿鶐У呢?fù)載 、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及工作壓力，就可以進(jìn)行氣缸缸徑 D 的計(jì)算和選用了。（即用氣缸來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)） 二、氣缸的 計(jì)算與選型 首先，根據(jù)對(duì)氣缸的工作要求，選定氣缸的規(guī)格：氣缸和行程。 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 注：如傳感器作為下限位檢測(cè)，將“上 /下限位”選擇開(kāi)關(guān)置于下限位位置。 第二步：觀察 “頻率顯示值”并記錄此數(shù)值。 注 :用戶拆裝限位開(kāi)關(guān)時(shí)禁止用手抱住殼體擰動(dòng)，應(yīng)使用扳手?jǐn)Q動(dòng)六角螺栓。 頂裝時(shí)電極距倉(cāng)壁距離應(yīng)大于 200mm,應(yīng)選擇能避開(kāi)進(jìn)料時(shí)物料沖 擊的位置。 3. 安裝方法 如安裝示意圖 32 所示，限位開(kāi)關(guān)通常采用側(cè)裝（在倉(cāng)壁側(cè)面安裝）方式安裝于倉(cāng)體側(cè)壁對(duì)料位高度進(jìn)行上下限位置的檢測(cè)，當(dāng)倉(cāng)體不便側(cè)面開(kāi)孔時(shí)可采用頂裝（在倉(cāng)的頂部安裝）方式。 2. 主要技術(shù)指標(biāo) 儀表部分： 1） 工作環(huán)境：溫度 10— 60℃ / 30— 85℃ 濕度≤ 90% 2） 電源電壓： AC 220V177。5 輸出阻抗 Ω 350177。 溫度對(duì)零點(diǎn)影響 %./10 ℃ 177。 蠕變（ 30 分鐘） %. 177。 滯后 %. 177。 綜合誤差 %. 177。 1. 工作原理 當(dāng)傳感器安裝于倉(cāng)體上時(shí)，探極和倉(cāng)壁分別相當(dāng)于電容 器的兩個(gè)極板 ,由于 天津工程師范學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 表 31 STC 型稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí) 額定載荷（ .） kg t 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 1, 2, 3, 5 額定輸出 （ .） mV/V 2177。 二、料位傳感 器 的 選擇 LSDCA 型射頻電容式物位限位開(kāi)關(guān)（下稱限位開(kāi)關(guān)）是一種新型的物位儀表。 AD4401 稱重儀表的輸入靈敏度為 V／ d，因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式 (32)可得儀表的實(shí)際輸入靈敏度為： 2021 μ V／ V 15 10／ (2021 2 20)＝ V／ d＞ V／ d 所以，采用的 STC 型稱重傳感器滿足 AD4401 稱重儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選 AD4401 稱重儀表匹配。 ／ V，供橋電壓為 15V；秤采用 AD4401 稱重儀表。 傳感器和儀表的匹配公式： 傳感器輸出靈敏度激勵(lì)電源電壓秤的最大稱