【正文】 算操作的電子裝置。這些 都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以來，隨著微機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大推動了 PLC 在世界范圍內(nèi)的發(fā)展，其功能越來越強大，應(yīng)用范圍越來越廣闊，已廣泛應(yīng)用在各種機械和生產(chǎn)過程的自動控制中。 可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計通常包括 硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)的組成可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、可編程序控制器和外圍設(shè)備等幾 部分。（ 2）編程及操作簡便易學(xué)。（ 4）具有功能很強的 I/O 模及智能接口模塊。（ 6）產(chǎn)品系列化、成本低。利用這些性質(zhì)，我們可以設(shè)計一個用來檢測彈簧的承載能力的試驗機。隨著 PLC 的發(fā)展，小型 PLC 已經(jīng)具有模擬量處理功能、 PID 回路調(diào)節(jié)功能、系統(tǒng)能靈活組態(tài)等。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 4 目前最大的數(shù)字 I/O 點數(shù)可達(dá) 8192 點，并可進(jìn)一步擴大；為提高大型機可靠性，有些產(chǎn)品采用冗余設(shè)計， PLC的存儲 容量不斷增大。 （ 4）表面安裝技術(shù)被采用 用于微電子技術(shù)的發(fā)展，雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)已不再適合最新型的超大規(guī)模集成電路芯片扁平封裝電路可直接裝在印刷電路板表面，不需要插入印刷版插孔，縮短了引線長度，進(jìn)一步縮小了 PLC 的體積，減小了電路的寄生電容和電感。 （ 6）向分散控制方向發(fā)展 PLC 的應(yīng)用范圍越來越廣，對 控制系統(tǒng)的要求越來越高，一方面要求能夠適應(yīng)控制大型企業(yè) 不同設(shè)備的 需要，另一方面要求減少系統(tǒng)危險性。 （ 7）向集成化方向發(fā)展 主要表現(xiàn)在三個方面： PLC與計算機集成； PLC 與 DCS 集成 ； PLC與 計算機數(shù)控系統(tǒng)集成。 系統(tǒng)主要研究內(nèi)容 在“ PLC 在汽車張緊器靜態(tài)試驗機中應(yīng)用”的課題研究中，設(shè)計的內(nèi)容及要求如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 5 本課題要求設(shè)計、實現(xiàn)汽車張緊器靜態(tài)試驗機系統(tǒng)設(shè)計。 對此課題的研究首先要了解張緊器結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定 研究對象。在硬件設(shè)計前要先進(jìn)行器件選型，確定好器件后 ,就要開始軟件及硬件的設(shè)計，從而完成實驗任務(wù)。用 PLC 控制技術(shù)設(shè)計出一個適用于拉伸、壓縮彈簧在一定工作長度下的工作負(fù)荷的測 試 ，也可用于橡膠、簧片等彈性器件的彈力負(fù)荷測試。在上位機的設(shè)計中，選擇用 Visual Basic 來設(shè)計 上位機的程序設(shè)計。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 6 2 PLC控制張緊器的系統(tǒng)整體設(shè)計 本章主要介紹了系統(tǒng)整體框架的設(shè)計以及各試驗的框架設(shè)計。 這些 為后續(xù)的硬件設(shè)計和軟件設(shè) 計打下了基礎(chǔ)。 張緊器工作原理如下： 拔掉鎖銷，柱塞在柱塞彈簧作用力下，向孔外伸出，使處于鎖止柱塞的棘爪轉(zhuǎn)動，同時，來自發(fā)動機的機油壓力將單向閥打開，機油通過供油道直接進(jìn)入張緊器總成的高壓腔內(nèi)，高壓腔與低壓腔油壓相等，張緊器的張緊力為：油壓力＋彈簧力。過剩的機油通過柱塞與殼體孔的配合間隙泄漏到總成外，起過壓保護(hù)及潤滑系統(tǒng)的作用。拔掉鎖銷，柱塞在柱塞彈簧力 P的作用下，向總成外伸出，同時 F1 使棘爪繞棘爪軸轉(zhuǎn)動， 旋轉(zhuǎn)扭力 F2使棘爪彈簧壓縮。當(dāng)發(fā)動機停機后，處于低溫狀態(tài)下時，正時鏈條系統(tǒng)松邊張緊力度進(jìn)一步增大，而加大柱塞的回壓距離。其柱塞齒頂部與棘爪小齒相切到棘爪大齒與柱塞齒根部嚙合，柱塞回壓的距離，稱止回距離。對張緊器進(jìn)行靜態(tài)性能檢測，分為兩個試驗，靜態(tài)試驗 1：檢測柱塞彈簧推動塞柱彈出一定距離時柱塞彈簧的最大沖力和穩(wěn)定后彈力；靜態(tài)試驗 2：測柱塞彈簧被壓縮一定距離后產(chǎn)生的形變。 P CC P 1 H靜 態(tài) 1 靜 態(tài) 2 數(shù) 據(jù) 采 集 安 全 設(shè) 施 圖 系統(tǒng)整體框架圖 對于一種工件在進(jìn)行試驗之前需要進(jìn)行一次標(biāo)定，在這個實驗里可以 選擇量程為 50mm 的光柵尺。因為在光柵 測量范 圍內(nèi)如果下壓速度太快的話，光柵 測量速度跟不上則會產(chǎn)生很大的誤差。此時光柵可以測出下降的距離為L0。試驗 1 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示： P CC P 1 H伺 服 電 機 稱 重 傳 感 器 光 柵 尺 氣 缸 接 近 開 關(guān) 限 位 開 關(guān) 圖 靜態(tài) 1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 對于試驗 1我們要做以下工作：伺服電機控制稱重傳感器向下運動，在試驗1中需要用墊塊，這里選擇一個厚度為 7mm 的墊塊，選擇 7mm 的墊塊的主要目的就是利用公式轉(zhuǎn)換計算出彈力 F。由于之前已經(jīng)標(biāo)定好光柵下降距離為 L0,現(xiàn)在又增加了一個墊塊，因此，控制光柵直接下降 到 L位置即可。當(dāng)光柵被下壓 Lmm 時，氣缸開始動作，氣動拔銷，拔銷后柱塞彈簧會快速向外彈出，柱塞彈簧推動柱塞向外運動，從而撞擊到稱重傳感器，此時稱重傳感器測出的柱塞彈簧的最大 彈 力就為最大沖力，當(dāng)柱塞彈簧穩(wěn)定后，塞柱對稱重傳感器還有一個壓力，這個壓力就為柱塞彈簧穩(wěn)定后的彈力。標(biāo)定過程如試驗 1所示。拔銷時是手動拔銷。此時，進(jìn)行拔銷。 P CC P 1 H伺 服 電 機 稱 重 傳 感 器 光 柵 尺 接 近 開 關(guān) 限 位 開 關(guān) 圖 靜態(tài) 2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)柱塞彈簧處于穩(wěn)定狀態(tài)后，伺服電機正傳，開始下壓塞柱，光柵測出其下降距離為 6mm 時，電機停止，稱重傳感器就不在向下運動。 兩個試驗中選擇由哪一個試驗運行要用上位機來控制，這里上位機的設(shè)計采用組態(tài)網(wǎng)的形式，而 PC 機與 PLC 之間的通信則用 RS232 串行通信接口來實現(xiàn)。 PLC 對光柵微位移傳感器和伺服電機的控制，則通過 I/O 端口正確連接就可以實現(xiàn)。對于上 位機部分 將采用組態(tài)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計。在 硬件方面需要一條 RS232 連接電纜 ， 軟件方面重要是需要 PLC 的通訊協(xié)議，有了通訊協(xié)議， 就 可以用 VB編制與 PLC 的通訊畫面。實現(xiàn) PC 機與 PLC 通信的目的是為了向用戶提供諸如工藝流程圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 10 報表顯示、窗口技術(shù)等多種功能 , 為 PLC 提供了良好的人機界面。還要求雙方采用的總線標(biāo)準(zhǔn)一致 , 否則要通過“總線標(biāo)準(zhǔn)變換單元”變換之后才能互聯(lián)。 ③要對 PLC 的通信協(xié)議分析清楚 , 嚴(yán)格地按照協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫 PC機的通信程序。 在整個控制系統(tǒng)中 還需要其他的硬件設(shè)備，比如稱重傳感器，稱重變送器，光柵傳感器，伺服電機接近開關(guān)，限位開關(guān)等 。 系統(tǒng)設(shè)計的主要器件選擇 在本課題的研究中，需要進(jìn)行硬件及軟件設(shè)計，這就必然要進(jìn)行器件的選擇，在滿足各器件工作條件的同時還要使得各個器件可以相匹配，本節(jié)主要介紹各個器件的選型包括 PLC， 稱重傳感器，光柵測微傳感器，伺服電機等。歐姆龍 PLC 也能用于包裝系統(tǒng)，并支 HACCP（寄生脈沖分析關(guān)鍵控制點）過程處理標(biāo)準(zhǔn)。這里選擇 CP1H 系列小型 高功能 PLC(CP1HXA40DRA)。 特殊功能 ：（ 1） 軸脈沖輸出： 100kHz179。2 （ 2） 軸高速計數(shù)：單向 100kHz 或相位差 50 kHz179。 其他功能 ： 模擬量輸入手動設(shè)定 ； 2 位 7 段碼發(fā)光二極管顯示故障信息 ；支持歐姆龍中型機 CJ1 系列高功能模塊（最大 2塊） ； 支持 FB/ST 編程，可以利用歐姆龍的 Smart FB 庫 ， 與 CJ1/CS1 系列程序統(tǒng)一，可以互換。 次數(shù) 10次 =合計 80分 ) 抗沖擊 J1S C0041標(biāo)準(zhǔn) 147m/s2 X、 Y、 Z 各方向 3次 使用環(huán)境溫度 0～ 55℃ 使用環(huán)境濕度 10～ 90％ RH(不結(jié)露 ) 使用環(huán)境 無腐蝕性氣體 保存環(huán)境溫度 20～ 75℃( 電池除外 ) 電源保持時間 10ms 以上 2ms 以上 外形尺寸 150mm(W)179。 85mm(D) 質(zhì)量 740g 以下 590g 以下 由試驗要求，可以確定 CP1HXA40DRA的 1/O口數(shù)。根據(jù)各元器件的輸入輸出端口數(shù)可估算 PLC 的 1/O口數(shù)。這里是近距離傳輸，因此選擇開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級為 24V 就可滿足要求。用傳感器先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用稱重傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系 到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個 衡器 的可靠性和安全性。傳統(tǒng)概念上，負(fù)荷傳感器是 稱重傳感器 、測 力傳感器 的統(tǒng)稱 ，用單項參數(shù)評價它的計量特性。舊國標(biāo)共有 21 項指標(biāo)，均在常溫下進(jìn)行試驗；并用非線性、滯后 誤差 、重復(fù)性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差 6項指標(biāo)中的最大誤差，來確定稱重傳感器 準(zhǔn) 確度等級 ，分別用 、 、 表示?？紤]到不同使用地點的重力加速度和空氣浮力對轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、 重復(fù)性誤差 、蠕變、零點溫度特性和靈敏度溫度特性等。 國際法制計量組織 規(guī)定，傳感器的誤差帶 δ 占衡器誤差帶 Δ 的 70%，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶 δ 。 檢測標(biāo)準(zhǔn)主要有 :未受力的零點電壓 U0≤5mV ； 20m1n前后輸出電壓變化 范圍和受力過程中最大電壓和最小電壓變化不超過 ， 即 UoeU0≤ ， UmaxUm1n≤ ； 受力過程中輸出電壓每間隔 5m1n的變化不超過 。 在此 采用拉壓 力 均可使用 的 拉壓力傳感 器 LCSS3。同時可對傳感器放大處理，輸出 4～ 20mA， 1～ 5V， 0～ 5V， 0～ 10V 信號。 推薦激勵電壓 5～ 10V DC（推薦 10V） 最大激勵電壓 15V DC 電纜 蠕變 (30 分鐘 ) 177。 1% 輸入阻抗 380177。 3Ω 絕緣電阻 ≥ 5000MΩ 環(huán)境參數(shù) 安全過載 150% 極限過載 200% 工作溫度 20～ +65℃ 零點溫度影響 177。 %℃ 外殼防護(hù)等級 1P65 LCSS3拉壓力傳感 器的測量范圍非常廣，量程從 50kg～ 20t。 稱重傳感器的 接線說明如下：有四 根線，分別為紅、黃、綠、白四色，其中紅色線 是激勵 電源正極，黃色線 是輸出信號端正極，綠色線是激勵 電源負(fù)極，白色線 是輸出 信號端負(fù)極。這里可以采用稱重變送器來完成這一任務(wù)。 一般稱重變送器與稱重傳感器是配套使用的 ,這里選用的稱重變送器是BSQ2。與數(shù)顯表配套，組成高精度數(shù)字化測量儀器。用于自動化大生產(chǎn)中在線監(jiān)測及精密儀器的位置檢測。亦可把測量數(shù)據(jù)輸入計算機打印出測量數(shù)據(jù)或繪出曲線。 主要技術(shù)參數(shù) 見 表 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 15 表 DKB50光柵測微傳感器 主要技術(shù)參數(shù) 表 兩路正弦波信號 A、 B參數(shù) 中心電平 6V（ +12V 供電） / （ +5V供電） 幅 值 6V（ +12V 供電） / （ +5V供電） 相 差 90176。 10% 兩路正交方波輸出 占空比 1∶ 1（177。 A、 B 兩信號輸出端是高速脈沖輸出 ，因此，在用 PLC 控制光柵時，要注意應(yīng)用 PLC 的高速計數(shù)器功能的使用。 這些在第三章節(jié)中將詳細(xì)講解。伺服電機可 用來 控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將 電壓 信號轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。 1um, 177。 1個顯示值 輸出信號 相位依次相差 90176。 測量范圍 0～ 10 0～ 20 0～ 30 0～ 40 0～ 50（ mm） L 130 160 190 220 50（ mm） L0 23 33 43 53 63(mm) 標(biāo)準(zhǔn)配置電纜長度 2 米 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 16 反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位 、 狀態(tài)等輸出 被控量能 跟隨 給定值 的任意變化的自動控制系統(tǒng) ， 主要靠 脈沖 來定位，基本上可以理解 為 伺服電機接收到 1 個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1 個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移 。 這 就 和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng) 或者叫閉環(huán)， 這樣的話 ，系 統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來， 就能夠很精確的 控制電機 的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的 定位，可以達(dá)到 。 表 松下 A4系列伺服電機與驅(qū)動器型號、變壓器容量相匹配的選型表 M1NAS A4 電機系列 MSMA 10ZP1U MSMA 15ZP1U 額定輸出功率（ W） 1000 1500 適配驅(qū)動器型號 MDDDT1205 MDDDT2207 單相 驅(qū)動器外形分類 B B 額定轉(zhuǎn)矩（ Nm） 最大轉(zhuǎn)矩（ Nm） 額定轉(zhuǎn)速 /最高轉(zhuǎn)速（ rpm） 3000/5000 編碼器 光電編碼器（ 2500PPR） 質(zhì)量（制動器有 /無）（ Kg) 機身長度（制動器有）（ mm） 200+55 205+55 上表是松下 A4 系列伺服電機與驅(qū)動器型號、變壓器容量相匹配的選型表，在使用伺服電機時，要選擇相匹配的驅(qū)動器來驅(qū)動伺服電機。 伺服 電機上有兩個接線柱，一個是接伺服驅(qū)動器電源接口端，一個是帶有旋轉(zhuǎn)