【正文】 25 參考文獻(xiàn) [1]黎虎 . 基于 PLC和變頻器的直線電機(jī)驅(qū)動門控制系統(tǒng) [J]. 電機(jī)技術(shù) . 2020 (4) [2]左建民 .液壓與氣壓傳動 (第四版 )[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [3]田勇，高長銀 .液壓與氣壓傳動技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [4]張利平 . 液壓氣動技術(shù)速查手冊 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [5]SMC（中國）有限公司 . 現(xiàn)代實(shí)用氣動 技術(shù) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [6]SMC Bert pneumaltcr 中文第 5 版， [7]周美蘭，周封，王岳宇 . PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)（第二版） [M].北京：科學(xué)出版社，2020 [8]田瑞庭 . 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 . ， 2020 [9]李寶仁 . 氣動技術(shù) — 低成本綜合自動化 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999. [10]戴勤 .PLC在氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 .自動化應(yīng)用 [J].2020第 4期 :3537 [11]徐江敏，孟慧亮，蘇石川 .漸開線斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2020,35（ 11）： 3335 [12]沈鵬，李濱城，楊海陽 .基于 Matlab/Simulink 的干草壓縮機(jī)的運(yùn)動仿真及動態(tài)靜力分析 [J].制造業(yè)自動化， 2020,32（ 11）： 9094 [13]萬啟超 ,巍和田 .Pro/ENGINEER Wildfire 結(jié)構(gòu)、熱、運(yùn)動分析基礎(chǔ)與典型范例 [M].電子工業(yè)出版社 ， 2020,317339 [14]寧松， 黃小龍 .計(jì)算機(jī)輔助技術(shù) [M].中國水利水電出版社 .2020 [15]曹巖 .曲面建模實(shí)例精 解 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 。但在以后的學(xué)習(xí)中我會不斷的去完 善此次設(shè)計(jì)。 最后， 我要 衷心感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他們在指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對我們無私的 關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo) 。在 畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我除了學(xué)到許多專業(yè)知識外，還從導(dǎo)師身上學(xué)到對工作高度負(fù)責(zé)的精神和一絲不茍的 求知 態(tài)度。 24 致謝 本論文是指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和幫助下 才 完成的 ， 在 軟件的學(xué)習(xí) 與運(yùn)用 、結(jié)構(gòu)分析、 自動門部件 的設(shè)計(jì)及 建模 裝配 仿真 以及 動畫制作 的過程中指導(dǎo)老師都給予了殷切指導(dǎo)和關(guān)注， 提出許多中肯的建議， 并對設(shè)計(jì)審閱修正。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的不足。PLC 編程也簡單，便于調(diào)試。 本次設(shè)計(jì)中改 變了以往大多數(shù)自動門用電機(jī)控制的模式， 不再采用電動機(jī)控制，而是采用氣壓傳動系統(tǒng)來控制自動門的開閉， 簡化了自動門的控制過程， 使自動門的設(shè)計(jì)成本降低了 。 由于實(shí)際條件的限制，無法 按照設(shè)計(jì)來來進(jìn)行實(shí)際操作，故選擇 用 Pro/ENGINEER Wildfire 進(jìn)行三 建模及維模擬來演示自動開閉氣動 系統(tǒng)的控制過程 ，模擬 主要包括連接設(shè)置、伺服電動 23 機(jī)的定義、建立運(yùn)動特性測量、定義并執(zhí)行運(yùn)動學(xué)分析以及查看運(yùn)動分析結(jié)果等內(nèi)容。當(dāng)氣缸完全 伸出時(shí)，使自動門完全打開，門開啟時(shí)間為 10 秒， 10 秒之后，若光電傳感器未檢測到信號，氣缸開始縮回，縮回至最大位置時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)門的關(guān)閉。所有氣動裝置都選擇 SMC（中國）有限公司生產(chǎn)的氣動元件，這樣的目的有一個(gè)，當(dāng)其中某個(gè)氣動元件出現(xiàn)故障時(shí)，可以和容易的選擇同種型號的元件代替。 7 設(shè)計(jì) 總結(jié) 設(shè)計(jì)完成了自動門開閉氣動 系統(tǒng) 理論 設(shè)計(jì)和仿真 要求。選擇 “ 分析 ” /“ 回放 ” 命令，彈出 “ 回放 ” 對話框。在 “ 測量結(jié)果 ” 對話框上使用 “ 圖形工具 ” 窗口，可以顯示測量結(jié)果的圖形及定義電動機(jī)和力輪廓函數(shù)。定義運(yùn)動分析的操作過程如下： 選擇 “ 分析 ” /“ 機(jī)構(gòu)分析 ” 命令，單擊 按鈕彈出 “ 分析定義 ” 對話 框；在名稱欄輸入分析的名稱或接受內(nèi)定名稱；在“類型”欄下拉列表中選擇分析類型 “ 運(yùn)動學(xué) ” ； 在 “ 優(yōu)先選項(xiàng) ” 欄中選取 “ 長度和幀頻 ” ， 輸入開始時(shí)間 0 終止時(shí)間為 96，幀頻為 50； 在 “ 電動機(jī) ” 欄中選擇使用的驅(qū)動電機(jī)；直接單擊 “ 運(yùn)行 ” 按鈕執(zhí)行運(yùn)動分析，完成后單擊確定按鈕。進(jìn)行運(yùn)動分析時(shí)不需要考慮力和質(zhì)量，因此，不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。建立結(jié)果測量的具體步驟如下： 選擇 “分析” /“測量” 命令， 系統(tǒng)彈出 “ 測量結(jié)果 ” 對話框；單擊 “ 新建測量 ” 按鈕彈出 “ 測量定義 ” 對話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入測量名稱或接受內(nèi)定名稱；在 “ 類型 ” 欄下拉列表選擇測量結(jié)果的類型為 “ 速度 ” ；在 “ 點(diǎn)或運(yùn)動軸 ”欄單擊按鈕，并在組件中選擇要定義測量的點(diǎn)或運(yùn)動軸；重復(fù)上邊的步 驟操作，依次選取二軸，在 “ 評估方法 ” 欄選擇評估方法為每個(gè)時(shí)間步長度，單擊確定按鈕即可以完成測量 定義； (4)定義并執(zhí)行運(yùn)動學(xué)分析 通過設(shè)置機(jī)構(gòu)建模圖元定義機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式之后，建立一個(gè)運(yùn)動分析計(jì)算機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中主體的各種運(yùn)動特性。在 “ 規(guī)范 ” 下拉列表選擇速度， “ 模 ” 下拉列表選擇常數(shù)，并 選擇 轉(zhuǎn)速值 為 2； 完成上訴過程后單擊確定按鈕退出伺服電動機(jī)定義。建立伺服電機(jī)的過程如下： 點(diǎn)擊 選擇 “ 插入 ” /“ 伺服電動機(jī) ” 命令，彈出 “ 伺服電動機(jī)定義 ” 對話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入伺服電動機(jī)的名稱； 在 “ 類型 ”“ 從動圖元” 欄選伺服電動機(jī)的類型 “ 運(yùn)動軸 ” 。 在 Mechanism 中伺 服電機(jī)包括運(yùn)動軸伺服電機(jī)和幾何伺服電機(jī)， 運(yùn)動軸伺服電動機(jī)用于建立某一方向上的明確定義的運(yùn)動。 (2)伺服電機(jī)的定義 伺服電機(jī)是動力學(xué)分析的動力源，它可以為連接接頭設(shè)定各種位置、速度和加速度，使機(jī)構(gòu)以特定方式運(yùn)轉(zhuǎn)。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)動軸，此運(yùn)動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。 此次設(shè)計(jì)中采用齒條與齒 輪 傳動方式，齒輪與齒條副可以將平行移動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，模型中必須包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸和一個(gè)平行運(yùn)動軸。 (1)連接設(shè)置 完成自動門的 元 件裝配后，接下來是進(jìn)入機(jī)構(gòu)（ Mechanism）環(huán)境進(jìn)行連接設(shè)置，主要是對連接位置的設(shè)定、裝配的檢測及建立快照，其中連接位置可以再組件下完成，也可在機(jī)構(gòu)下重新設(shè)置。 (a) 門正面 (b) 門背面 圖 8 門的裝配圖 自動門的運(yùn)動仿真及結(jié)果分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析可以完成各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，在運(yùn)動分析 過程 中，可以在不考慮模型系統(tǒng)的作用力 及質(zhì)量 情況下分析機(jī)構(gòu) 的 運(yùn)動，并測量主體位置、速度和加速度的改變 情況 ，檢查 元 件之間的關(guān)系， 輸出運(yùn)動軌跡和包絡(luò)圖 等 。點(diǎn)擊 “ 打開 ” 選項(xiàng)，系統(tǒng) 將 彈出放置對話框，按系統(tǒng)自身 默認(rèn)的 “ 用戶定義 ” 、 “ 自動 ” 放置第一個(gè) 組 件，單擊確定按鈕即可；或者直接點(diǎn)擊右側(cè)插入元件按鈕 ，插入需要裝配的零件； (4)定義需要裝配的零件 之間的裝配約束關(guān)系并確定這 些 約束關(guān)系的定義，完成兩零件間的裝配 ，約束的確定可以保證每個(gè)組件之間具有正確的位置關(guān)系 ； (5)選擇 其他 需要裝配 的 自動門 零件，在 系統(tǒng) 彈出的對話框中 選擇 “ 用戶定20 義 ” 和合適的裝配方式，單擊放置按鈕，依次選擇兩零件 將 要 配合的部分，即可將其裝配一起， 重復(fù)上述步驟，直到完全約束即可單擊確定按鈕，完成兩個(gè)零件的裝配； (6)重復(fù)上述步驟，依次裝配好各個(gè)單元， 裝配圖如圖 (8a)、 (8b)所示。 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。 對自動門 的主要部件進(jìn)行裝配的 大致過程如下所示。裝配的主要步驟包括建立零件裝配模式和調(diào)入零件進(jìn)行裝配兩個(gè)部分。 自動門主要部件的裝配 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。 對門的主要 部 件的建模如圖 7 所示。 繪制 PLC 的硬件接線圖，如圖 6 所示。 (2)光電傳感器的接線方式 自動門的 自動開閉氣動系統(tǒng) 采用光電傳感器來檢測信號的有無，其接線方法如圖 5 所示。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的 其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ， 光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成 。這手動的過程中，門的開 閉 仍然是通過 PLC 控制的。 4)在門打開后的 10 秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員通過自動門時(shí)，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(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。 2)自動門在開門位置停留 10 秒后，當(dāng)光電傳感器 SE1 未檢查到信號時(shí)，電磁閥復(fù)位，氣缸縮回，從而進(jìn)入自動關(guān)門過程。 (2)梯形圖程序 根據(jù) 自動門的 控制要求 以及自動門的開閉流程圖 3， 編寫 控制系統(tǒng)的 PLC程序 梯形圖，如圖 4 所示 。 由于它在繼電器接觸器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，并將計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能大大超過了傳統(tǒng)人通過 信號 活塞伸出 開門 手動開按鈕 Y N 延遲 10s 再次信號 Y 活塞縮回 關(guān)門 再次信號 結(jié)束 N N Y 手動關(guān)按鈕 16 的繼電接觸控制電路，所以很受用戶歡迎。 圖 3 自動門的開閉流程 程序設(shè)計(jì) (1)梯形圖語言 PLC 的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器 —接觸器控制圖，是在原繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。 (5)若光電傳感器 SE1 出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人可以按下手動按鈕 使電磁閥換向，從而控制門的開閉。 (3)在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員通過自動門時(shí)，光電傳感器 SE1 檢測到信號時(shí)，門立即停止關(guān)閉，并處在開啟狀態(tài)從而使人安全通過自動門。 表 9 PLC 的 I/O 點(diǎn)分配 PLC 點(diǎn)名稱 連接外部設(shè)備 功能說明 X0 手動開啟按鈕 SB1 手動開啟 X1 手動關(guān)閉按鈕 SB2 手動關(guān)閉 X2 光電傳感器 SE1 自動開閉 控制功能 (1)當(dāng)有人通過自動門時(shí)，光電傳感器 SE1 檢測到信號并將信號傳給 PLC，通過 PLC 控制電磁換向閥換向，氣缸的活塞伸 出，從而推動門的開啟。其輸入點(diǎn)數(shù)為 16，輸出點(diǎn)數(shù)為 16，滿足控制要求，故不需要對控制單元進(jìn)行擴(kuò)展 [8] 。 PL