基于PLC控制的活塞澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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PLC電氣原理圖.dwg

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氣動(dòng)回路.dwg

液壓原理.dwg

電機(jī)控制主回路.dwg

程序框圖.dwg

基于PLC控制的活塞澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要： 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在近年來發(fā)展十分迅猛，當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化三大支柱技術(shù)之一的PLC技術(shù)以其很高的可靠性和抗干擾能力受到廣泛的歡迎，在各行各業(yè)的技術(shù)改造過程中被大量地應(yīng)用。然而，單機(jī)控制往往因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)的限制，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)的控制。

表面處理工程領(lǐng)域是當(dāng)前一個(gè)倍受關(guān)注的領(lǐng)域，作為一個(gè)新興的邊緣學(xué)科領(lǐng)域，有著蓬勃的生機(jī)，這一工程領(lǐng)域內(nèi)的活塞生產(chǎn)則是一項(xiàng)非常傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)率低下生產(chǎn)技術(shù)水平不高的現(xiàn)實(shí)迫切需要對(duì)其加以技術(shù)改造。本文就如何提高活塞生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，運(yùn)用PLC技術(shù)在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)控制。論文首先分析了活塞打標(biāo)行業(yè)的生產(chǎn)狀況，比較了幾種常用的控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，確定具體的控制方案，接著分析并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制流程，再就設(shè)備級(jí)的控制進(jìn)行深入的研究，在硬件和軟件兩個(gè)層面上的控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對(duì)于系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)鋼坯生產(chǎn)線，運(yùn)用PLC控制氣動(dòng)回路，再控制噴頭進(jìn)行定位活塞；在操作上選用步進(jìn)電機(jī)來精確定位和調(diào)速。

關(guān)鍵詞: PLC； 活塞澆注； 控制； 氣動(dòng)； 步進(jìn)電機(jī)

Abstract：Industry automation technology develops very fast in recent years, as one of the three support technologies in industry automation, PLC is greatly welcomed with its very high reliability and anti-interence ability, and applied largely in the technology reformation process of all walks of industries.However, the single machine control usually can't carry out for the control of more complicated system because of the restriction of point. 

The surface treatment engineering realm is paid close attention at present, as a new frontier subject realm it has booming source of vitality, however, in this engineering realm ,marking production is a very traditional industry, the reality of low production rate and low production technology level need urgently technology reformation. This paper analyses how to raise marking automation level of producing the realm, and use PLC technology to control in the production line. The thesis analyzed marking on the production condition of profession first, compared with the merit and shortcoming of a few control strategies in common use, gave concrete control project, analyzed and designed the structure of the controlling process, also carried on a thorough research for the control of equipments class, designed two levels’s control with production line of hardware and software, finally designed the credibility of the system. Face to the production line ,it uses PLC technology to control the pneumatic loop ,then it controls the marking head to mark on the exact location that we need and choose the stepping motor to find the exact location and change the speed .

Keywords:  PLC;  marking on the billet ;  control,;  pneumatic;  stepping motor  

1 緒論

1.1 項(xiàng)目研究的背景

    在機(jī)械成品和半成品加工過程中，為了及時(shí)而準(zhǔn)確地識(shí)別產(chǎn)品的零部件，往往需要在自己的產(chǎn)品上標(biāo)以明顯的標(biāo)志或記號(hào)，因此標(biāo)記打印加工是機(jī)械制造過程的重要工序之一。過去，大多靠手工在產(chǎn)品上建立各種字符、圖形等。采用人工方式速度慢，圖案單調(diào)，在復(fù)雜的環(huán)境下難以進(jìn)行，不利于現(xiàn)代化操作流程。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)及CAD技術(shù)的發(fā)展，在成批、大量的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，標(biāo)記設(shè)備采用自動(dòng)控制方式己成為主流。

傳統(tǒng)的工業(yè)零部件標(biāo)記打印，一般多是采用字模沖壓、電化學(xué)腐蝕、電火花加工。這些方法，不僅效率低、不美觀，而且防偽性差，很難達(dá)到同一規(guī)格，所以廢品率極高，尤其難以適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。一種較為先進(jìn)的技術(shù)，在西方一些工業(yè)先進(jìn)國家應(yīng)運(yùn)而生，隨后在我國也得到發(fā)展應(yīng)用。

技術(shù)，雖然較好地克服了傳統(tǒng)工藝的許多缺點(diǎn)，但由于受到激光器本身壽命低與在環(huán)境惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)缺乏長期穩(wěn)定性工作特點(diǎn)的制約;同時(shí)，由于有色金屬對(duì)激光的吸收較差，打印深度淺，所以這一方法不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，除特殊材料如金剛石、硬質(zhì)合金或?qū)Υ蛴∩疃葻o特別要求的場(chǎng)合外，未能得到普及推廣。

為彌補(bǔ)上述方法之不足，適應(yīng)現(xiàn)代化大批、大量生產(chǎn)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了一種全新的工業(yè)標(biāo)記打印工藝—?dú)鈩?dòng)標(biāo)記打印工藝。從1988年之后，這工藝便在一些西方國家相繼采用，特別是在汽車、摩托車行業(yè)得到迅速推廣。像美、日、意、德、法等國的通用、福特、克萊斯勒、豐田、本田、菲亞特、奔馳、標(biāo)致、雪鐵龍、雅馬哈等汽車、摩托車制造廠，均都大量采用。我國汽車、摩托車(集團(tuán))公司近年來也有了應(yīng)用與發(fā)展。相比較而言，氣動(dòng)和電動(dòng)相結(jié)合的方式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，速度快，特別適合于對(duì)標(biāo)記速度有較嚴(yán)格要求的流水線作業(yè)場(chǎng)合，并能方便地控制標(biāo)記內(nèi)容的深度。

1.1.1 國外活塞澆注的發(fā)展  

活塞澆注問世己有一個(gè)多世紀(jì)了，從當(dāng)初單一的活塞澆注擴(kuò)展到今天的包括活塞澆注、活塞澆注和特殊用途活塞澆注三大類、幾百個(gè)品種。

    生產(chǎn)活塞澆注歷史最悠久的國家是美國，其次是英、德、法等歐洲工業(yè)化國家。五十年代起，日本開始大力研制和生產(chǎn)各類活塞澆注，并在許多方面都逐步接近或趕上了美國?，F(xiàn)在國際市場(chǎng)上，活塞澆注80%被美國和德國占領(lǐng)，活塞澆注60%以上被日本占領(lǐng)，而特殊用途活塞澆注(主要是金屬編號(hào)機(jī))仍然由美國壟斷。

    七十年代中期以前，活塞澆注的質(zhì)量主要體現(xiàn)在整體跳動(dòng)的準(zhǔn)確程度和號(hào)碼打印的清晰度(即字面高度、字面傾斜、字腳高低的綜合反映)上。進(jìn)入七十年后期，隨著印刷機(jī)械的不斷更新?lián)Q代，活塞澆注也隨之發(fā)生重大變革，印刷機(jī)上普遍使用的平型印刷活塞澆注逐步被輪轉(zhuǎn)印刷活塞澆注所取代，輪轉(zhuǎn)活塞澆注的加工技術(shù)和使用性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于平型活塞澆注，從而提高了產(chǎn)品的檔次。現(xiàn)在輪轉(zhuǎn)活塞澆注己占印刷機(jī)市場(chǎng)的85%以上，而且還有上升的趨勢(shì)。由于平型印刷活塞澆注在一些發(fā)展中國家仍有不小的市場(chǎng)，因此，美國、德國、意大利等國家在大力研制發(fā)展輪轉(zhuǎn)活塞澆注的同時(shí)，還在積極改進(jìn)平型活塞澆注，通過將活塞澆注的遞加遞減功能的復(fù)合，以及外觀的深加工來提高產(chǎn)品的檔次。平型活塞澆注的整體體積正在趨向小型化。

6 致謝

過半年的準(zhǔn)備、學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，由于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)沒有任何模版或完整參考資料，作為一個(gè)本科生的我，由于知識(shí)的缺陷，經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全或者根本想不到的地方，如果沒有王老師對(duì)我的指導(dǎo)和糾正，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格把關(guān)，我一個(gè)人想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很困難的。

所以首先要感謝我的指導(dǎo)老師王廣斌老師。王老師在異地進(jìn)行學(xué)習(xí)，還經(jīng)?；貙W(xué)校對(duì)我們進(jìn)行檢查和指導(dǎo)，糾正我們的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，給我們提建議和鼓勵(lì)我們。對(duì)我們來說老師的話比任何學(xué)習(xí)資料都寶貴，都更有價(jià)值。有時(shí)老師不能回學(xué)校，也會(huì)在網(wǎng)路上和我們對(duì)話，耐心回答我們的每一個(gè)問題。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料弄懂工作原理，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，原理圖的繪制，程序的編制、調(diào)試等整個(gè)過程中，他承擔(dān)了很大的工作量，并給我耐心的講解指導(dǎo)，讓我學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的知識(shí)。他在技術(shù)上的執(zhí)著、鉆研和刻苦，令我非常敬佩，也將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，這里向我的老師致以最誠摯的謝意。

其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的同組的陳永久，陸長友，文碧聞，王中卿等同學(xué)，感謝他們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中和我互通信息，資源共享以及互相鼓勵(lì)。使我克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。

同時(shí)，在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，得到了段凱老師和其他同學(xué)的幫助，感謝段老師提供了實(shí)驗(yàn)室，感謝其他同學(xué)對(duì)我的專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和幫助。

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我第一次感受到了用自己的思維設(shè)計(jì)出成果時(shí)的喜悅和滿足，也能更清楚的看到自己在專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)上的不足和盲點(diǎn)。這畢竟是我跨出了實(shí)踐的第一步，最重要的是培養(yǎng)了我對(duì)電子行業(yè)的興趣，有了自己的職業(yè)方向，不再有太多的盲目性。在未來的日子里，我將更加努力的學(xué)習(xí)和工作，來報(bào)答曾經(jīng)關(guān)心過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師和朋友！ 

7 參考文獻(xiàn)

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三 、設(shè)計(jì)的相關(guān)方案 (1)總的工藝流程圖 (2)制系統(tǒng)框圖 要求：主要做控制系統(tǒng)，特別是對(duì)活塞的控制 兩張 圖。。。論文不得少于 1 萬字 1 基于 制的活塞澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ： 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在近年來發(fā)展十分迅猛，當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化三大支柱技術(shù)之一的 各行各業(yè)的技術(shù)改造過程中被大量地應(yīng)用。然而，單機(jī)控制往往因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)的限制，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)的控制。 表面處理工程領(lǐng)域是當(dāng)前一個(gè)倍受關(guān)注的領(lǐng)域，作為一個(gè)新興的邊緣學(xué)科領(lǐng)域，有著蓬勃的生機(jī)，這一工程領(lǐng)域內(nèi)的 活塞 生產(chǎn)則是一項(xiàng)非常傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)率低下生產(chǎn)技術(shù)水平不高的現(xiàn)實(shí)迫切需要對(duì)其加以技術(shù)改造。本文就如何提高 活塞 生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，運(yùn)用術(shù)在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)控制。論文首先分析了 活塞 打標(biāo)行業(yè)的生產(chǎn)狀況，比較了幾種常用的控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，確定具體的控制方案，接著分析并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制流程，再就設(shè)備級(jí)的控制進(jìn)行深入的研究，在硬件和軟件兩個(gè)層面上的控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對(duì)于系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)鋼坯生產(chǎn)線，運(yùn)用 控制噴頭進(jìn)行定位 活塞 ；在操作上選用步進(jìn)電機(jī)來精確定位和調(diào)速。 關(guān)鍵詞 : 活塞澆注 ； 控制； 氣動(dòng)； 步進(jìn)電機(jī) 2 in as of in is in of of t of of of is at as a it of in is a of to of LC to in on of of a in of on a of s of of to it LC to it to on we to on 3 1 緒論 目研究的背景 在機(jī)械成品和半成品加工過程中，為了及時(shí)而準(zhǔn)確地識(shí)別產(chǎn)品的零部件，往往需要在自己的產(chǎn)品上標(biāo)以明顯的標(biāo)志或記號(hào)，因此標(biāo)記打印加工是機(jī)械制造過程的重要工序之一。過去，大多靠手工在產(chǎn)品上建立各種 字符、圖形等。采用人工方式速度慢，圖案單調(diào)，在復(fù)雜的環(huán)境下難以進(jìn)行，不利于現(xiàn)代化操作流程。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)及 術(shù)的發(fā)展，在成批、大量的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，標(biāo)記設(shè)備采用自動(dòng)控制方式己成為主流。 傳統(tǒng)的工業(yè)零部件標(biāo)記打印，一般多是采用字模沖壓、電化學(xué)腐蝕、電火花加工。這些方法，不僅效率低、不美觀，而且防偽性差，很難達(dá)到同一規(guī)格，所以廢品率極高，尤其難以適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。一種較為先進(jìn)的技術(shù)，在西方一些工業(yè)先進(jìn)國家應(yīng)運(yùn)而生，隨后在我國也得到發(fā)展應(yīng)用。 技術(shù)，雖然較好地克服了傳統(tǒng)工藝 的許多缺點(diǎn)，但由于受到激光器本身壽命低與在環(huán)境惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)缺乏長期穩(wěn)定性工作特點(diǎn)的制約 ;同時(shí)，由于有色金屬對(duì)激光的吸收較差，打印深度淺，所以這一方法不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，除特殊材料如金剛石、硬質(zhì)合金或?qū)Υ蛴∩疃葻o特別要求的場(chǎng)合外，未能得到普及推廣。 為彌補(bǔ)上述方法之不足，適應(yīng)現(xiàn)代化大批、大量生產(chǎn)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了一種全新的工業(yè)標(biāo)記打印工藝 — 氣動(dòng)標(biāo)記打印工藝。從 1988 年之后，這工藝便在一些西方國家相繼采用，特別是在汽車、摩托車行業(yè)得到迅速推廣。像美、日、意、德、法等國的通用、福特、克萊斯勒、豐田、本田、 菲亞特、奔馳、標(biāo)致、雪鐵龍、雅馬哈等汽車、摩托車制造廠，均都大量采用。我國汽車、摩托車 (集團(tuán) )公司近年來也有了應(yīng)用與發(fā)展。相比較而言，氣動(dòng)和電動(dòng)相結(jié)合的方式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，速度快，特別適合于對(duì)標(biāo)記速度有較嚴(yán)格要求的流水線作業(yè)場(chǎng)合，并能方便地控制標(biāo)記內(nèi)容的深度。 外 活塞澆注 的發(fā)展 活塞澆注 問世己有一個(gè)多世紀(jì)了，從當(dāng)初單一的 活塞澆注 擴(kuò)展到今天的包括 活塞澆注 、活塞澆注 和特殊用途 活塞澆注 三大類、幾百個(gè)品種。 4 生產(chǎn) 活塞澆注 歷史最悠久的國家是美國，其次是英、德、法等歐洲工業(yè)化國家。五十年代 起，日本開始大力研制和生產(chǎn)各類 活塞澆注 ，并在許多方面都逐步接近或趕上了美國。現(xiàn)在國際市場(chǎng)上， 活塞澆注 80%被美國和德國占領(lǐng)， 活塞澆注 60%以上被日本占領(lǐng)，而特殊用途 活塞澆注 (主要是金屬編號(hào)機(jī) )仍然由美國壟斷。 七十年代中期以前， 活塞澆注 的質(zhì)量主要體現(xiàn)在整體跳動(dòng)的準(zhǔn)確程度和號(hào)碼打印的清晰度 (即字面高度、字面傾斜、字腳高低的綜合反映 )上。進(jìn)入七十年后期，隨著印刷機(jī)械的不斷更新?lián)Q代， 活塞澆注 也隨之發(fā)生重大變革，印刷機(jī)上普遍使用的平型印刷 活塞澆注 逐步被輪轉(zhuǎn)印刷 活塞澆注 所取代，輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 的加工技術(shù)和使用性能 都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于平型 活塞澆注 ，從而提高了產(chǎn)品的檔次?，F(xiàn)在輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 己占印刷機(jī)市場(chǎng)的 85%以上，而且還有上升的趨勢(shì)。由于平型印刷 活塞澆注 在一些發(fā)展中國家仍有不小的市場(chǎng)，因此，美國、德國、意大利等國家在大力研制發(fā)展輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 的同時(shí)，還在積極改進(jìn)平型 活塞澆注 ，通過將 活塞澆注的遞加遞減功能的復(fù)合，以及外觀的深加工來提高產(chǎn)品的檔次。平型 活塞澆注 的整體體積正在趨向小型化。 再就 活塞澆注 而言，七十年代中后期以來，隨著自動(dòng)化技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，美國和日本先后研制出多功能電腦自動(dòng)化 活塞澆注 。另一方面，日本許多公司企 業(yè)為滿足用戶多層次的需要，大力發(fā)展系列化的手動(dòng)打號(hào)機(jī)，改進(jìn)表面精飾，以吸引用戶。由于日本 活塞澆注 的規(guī)格多、品種全、價(jià)格適中，因而暢銷全世界。而英國、法國則以提高使用功能和外觀造型上取勝，在歐洲市場(chǎng)上仍處于舉足輕重的地位。這個(gè)時(shí)期 活塞澆注 的商品特性主要體現(xiàn)在潮流化和藝術(shù)化。英、法等歐洲國家的手動(dòng)打號(hào)機(jī)講究外觀造型的板塊化、直線狀，凌角鮮明，配以電鍍精飾或噴漆著色，既古樸典雅又粗獷大方，而日本、美國則講究造型的多樣化和色調(diào)的復(fù)合化，再加以電鍍精飾，有令人賞心悅目之感。手動(dòng)打號(hào)機(jī)的藝術(shù)化大大增強(qiáng)了它作為辦公機(jī)械商 品的美學(xué)功能。 當(dāng)代， 活塞澆注 的技術(shù)特性主要體現(xiàn)在規(guī)格系列化和功能多樣化上。為了適應(yīng)印刷機(jī)械和辦公機(jī)械的更新?lián)Q代上，滿足用戶多層次、多方面的需求，無論是 活塞澆注 還是 活塞澆注以及特殊用途的 活塞澆注 ，都從號(hào)碼位數(shù)上、外形尺寸上、字體大小上、甚至選材檔次上加以系列化。隨著高新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用、 活塞澆注 的使用功能大為拓寬，往往具有計(jì)數(shù)、復(fù)零、算術(shù)、存貯、查取、翻譯、顯示等十余種功能。 5 當(dāng)前，美國、日本、德國、英國、法、意大利等國家都在提高 活塞澆注 的附加價(jià)值。通過改進(jìn)技術(shù)，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀造型、表面精飾 兩方面下功夫，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)用性與藝術(shù)性的完美結(jié)合。目前 活塞澆注 業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)是 : 1)重視產(chǎn)品開發(fā)，使之具有雄厚的產(chǎn)品技術(shù)儲(chǔ)備。如美國的 司和司幾乎每年都推出幾十個(gè)新品種，它們生產(chǎn)的 活塞澆注 和特殊用途 活塞澆注 ，其品種之多、規(guī)格之全，世界上沒有一個(gè)國家的 活塞澆注 生產(chǎn)企業(yè)可以與之相匹敵。日本是目前世界上最大的 活塞澆注 生產(chǎn)國。從 1976年至 1989年十四年間，在世界 活塞澆注專利文獻(xiàn)中，日本占 70十年代中期，日本推出電腦自動(dòng) 活塞澆注 不到 一年，就又有數(shù)篇有關(guān)電腦自動(dòng) 活塞澆注 的實(shí)用新方案提出，至于手動(dòng)打號(hào)機(jī)的公開特許和實(shí)用新案更是年年都有公布?？梢姡毡镜?活塞澆注 生產(chǎn)真正是構(gòu)思一代，研制一代，生產(chǎn)一代。 2)外觀質(zhì)量精益求精。無淪是美國、日本還是西歐各國，都十分注意‘利用本國先進(jìn)的工藝技術(shù)，通過外觀深加工來提高 活塞澆注 的附加價(jià)值。對(duì)于零件采用鋅合金壓鑄的 活塞澆注 外觀都是通過深加工來提高其檔次。 3)基礎(chǔ)元件、材料配置完善。在美國和日本， 活塞澆注 所用數(shù)顯裝置、電路板、電池、標(biāo)準(zhǔn)件、金屬和非金屬材料、電腦等，都是通過各種訂購、轉(zhuǎn)包 形式在行業(yè)內(nèi)外甚至在國外的子公司或合資企業(yè)內(nèi)配合，品種多、質(zhì)量高、成本低、交貨快，為產(chǎn)品開發(fā)提高了有利條件。象美國的 司、 4)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助加工，配有先進(jìn)的數(shù)控、程控加工設(shè)備，以先進(jìn)的工藝裝備，加速產(chǎn)品試制速度，縮短生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 國打號(hào)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國生產(chǎn) 活塞澆注 已經(jīng)六十余年了，產(chǎn)品有 活塞澆注 、手動(dòng)打號(hào)機(jī)和金屬編號(hào)機(jī)等。生產(chǎn)企業(yè)有上海 活塞澆注 廠等近十家企業(yè)，年產(chǎn)量達(dá) 50格品種有 20種以上，其中手動(dòng)打號(hào)機(jī)至少有 12 種，特殊用途 活塞澆注 至少有 2 種。過去的較長時(shí)期 活塞澆注 只生產(chǎn)平型 活塞澆注 ， 活塞澆注 只生產(chǎn)手動(dòng)打號(hào)機(jī)，進(jìn)入八十年代以來，隨著印刷行業(yè)越來越多地采用輪轉(zhuǎn)式印刷機(jī)，國內(nèi)一些廠家開始試制輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 ，以便與之相配，減少并最終替代進(jìn)口。與此同時(shí)，根據(jù)廣大用戶對(duì)手動(dòng)打號(hào)機(jī)在規(guī)格品種、外觀質(zhì)量等方面的需求，在手動(dòng)打號(hào)機(jī)的系列化、藝術(shù)化方面也取得了一定進(jìn)展。另外，特殊用途 活塞澆注 除了原有的 6 金屬編號(hào)機(jī)、自動(dòng)上墨印刷 活塞澆注 、條形 活塞澆注 等品種，至于為用戶特制的或用戶自己改裝的 活塞澆注 ，其品 種就更多了。 上海 活塞澆注 廠是全國最大的 活塞澆注 專業(yè)生產(chǎn)廠，也是唯一的出口企業(yè)，生產(chǎn)的各種活塞澆注 占國內(nèi)市場(chǎng)的 80%以上，手動(dòng)打號(hào)機(jī)占 50%以上，各類 活塞澆注 的市場(chǎng)覆蓋面均達(dá) I 00。出口產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美國、西歐、拉美、中東、西亞、東南亞和港澳等國家地區(qū)，出口量逐年上升。 現(xiàn)在我國 活塞澆注 的附加價(jià)值平均達(dá)到 屬于高附加值產(chǎn)品。盡管如此與國際先進(jìn)水平相比較，還存在著明顯的不足，其表現(xiàn)為 : 1)產(chǎn)品技術(shù)水平不高。國產(chǎn)平型 活塞澆注 外形尺寸大，僅相當(dāng)于國外五、六十年代水平。輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 開發(fā) 速度緩慢，零件制造精度不高，裝配調(diào)整水平還不過關(guān)。新設(shè)計(jì)的手動(dòng)打號(hào)機(jī)中所含新技術(shù)成分較低。 2)產(chǎn)品情感功能不足。只求在功能上滿足人們對(duì)編號(hào)的基本需求，而忽視從外觀造型上滿足人們對(duì)審美情感的更新需求，外觀款式變化不多，表面精飾差。 3)產(chǎn)品適應(yīng)范圍不寬。輪轉(zhuǎn) 活塞澆注 尚處于開發(fā)試制階段 :平型 活塞澆注 系列化程度差，品種比較單調(diào) ;活塞澆注 只生產(chǎn)手打的，沒有電腦自動(dòng)的。產(chǎn)品系列化也不完善，各類 活塞澆注 缺乏檔次上的差別，與用戶的多層次需求有一定的距離。 由于存在上述不足，再加上其它一些原因，使 我國 活塞澆注 在國際市場(chǎng)上的賣價(jià)提不高，與國外同類產(chǎn)品在價(jià)格上相差懸殊?，F(xiàn)在，在國際市場(chǎng)上我國 活塞澆注 之所以還能夠供不應(yīng)求，主要是價(jià)格低廉。 本設(shè)計(jì)中的 活塞澆注 主要是用于在鋼坯上打字，國內(nèi)各大鋼廠根據(jù)自己的需求，均采用了與之相適應(yīng)的鋼坯打號(hào)機(jī)，如武漢鋼鐵公司采用的是一種美國 動(dòng)鋼坯打號(hào)機(jī)，首鋼集團(tuán)則是采用的液壓式鋼坯打號(hào)機(jī)。而無錫氣動(dòng)技術(shù)研究所為寶鋼三期電爐連鑄研究的全自動(dòng)回轉(zhuǎn)選字式鋼坯打號(hào)機(jī)采用了沖擊氣缸打印，氣動(dòng)控制 X, Y, 氣伺服高回轉(zhuǎn)選 字， 序控制等技術(shù)，也是一種理想的鋼坯打印設(shè)備。 坯 活塞澆注 在煉鋼生產(chǎn)中的作用 7 鋼坯打印是鋼廠為保證鋼材質(zhì)量必不可少的工序之一，國外鋼鐵業(yè)己普遍采用自動(dòng)打印的方法，在鋼坯上打上鋼號(hào)、生產(chǎn)日期等標(biāo)記，以便發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)查找原因，避免廢品出廠，我國鋼廠過去普遍采用在鋼錠上人工描號(hào)，效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大 (鋼坯溫度在 1000 ，更嚴(yán)重的是容易出差錯(cuò)，而造成混鋼事故。 在鋼坯生產(chǎn)過程中，為便于生產(chǎn)廠家跟蹤產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶，了解產(chǎn)品的有關(guān)信息，都需在產(chǎn)品上標(biāo)識(shí)相關(guān)信息，通常金屬標(biāo)識(shí)設(shè)備采用以 下幾種方式 :滾印式、噴焊式、電蝕式、噴印式、沖打式、激光式。根據(jù)鋼坯表面的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝要求，對(duì)鋼坯標(biāo)識(shí)設(shè)備主要要求可以歸納為 : 1)適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)要求，能實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)過程的全面自動(dòng)化，同時(shí)打印速度要滿足生產(chǎn)節(jié)奏的要求。 2)標(biāo)識(shí)靈活、字符更改方便，字跡清晰、牢固 ;考慮到表面粗糙和氧化皮的影響，應(yīng)該具有較強(qiáng)的穿透力。 3)標(biāo)識(shí)設(shè)備要能夠不間斷地穩(wěn)定運(yùn)行 ; 4)在滿足作業(yè)要求的基礎(chǔ)匕盡可能降低投資成本和使用、維護(hù)費(fèi)用 ; 5)針對(duì)冶金工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)溫度、振動(dòng)、各種污染有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。 機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。社會(huì)發(fā)展到今天，機(jī)電一體化技術(shù)己經(jīng)滲入到工廠與人們生活的方方面面，它使得古老的制造業(yè)煥發(fā)出勃勃生機(jī)，大大地改善了人們的工作環(huán)境。而單片機(jī)在機(jī)器設(shè)備的智能化控制過程中的作用則更是尤為重要。 本課題中以鋼坯氣動(dòng)打標(biāo)計(jì)作為研究實(shí)體，本氣動(dòng) 活塞澆注 主要用于鋼坯在出爐后打印標(biāo)識(shí)用，參考德國 司的 于現(xiàn)場(chǎng)工作溫度很高，加上環(huán)境比較惡劣，工作人員很難在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)，打號(hào)機(jī)的編號(hào)工作必須在辦公室中進(jìn)行，因此必須進(jìn)行機(jī)器與計(jì)算機(jī)之間的控制 與信息反饋。在本課題研究中，充分體現(xiàn)機(jī)電一體化的特點(diǎn)，將機(jī)械技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)等融為一體，進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。 8 尤其本研究課題解決了以前傳統(tǒng) 活塞 達(dá)標(biāo)機(jī)用于鋼坯生產(chǎn)技術(shù)上的一些缺陷，可以實(shí)現(xiàn)：（ 1）不停流水線，直接在鋼坯加工過程中進(jìn)行同步耐高溫 活塞 ;（ 2） 活塞 技術(shù)也有創(chuàng)新，采用連續(xù)式氣動(dòng)噴射成字，而不是打點(diǎn)成字。 2 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) 動(dòng)回路設(shè)計(jì) 活塞澆注 機(jī)要求能實(shí)現(xiàn)鋼坯在生產(chǎn)線上不停止，控制噴頭與鋼坯同步前進(jìn)的基礎(chǔ)上用編程控制器控制三相步進(jìn)電機(jī)和三相異步電機(jī)同 步運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)噴頭的噴字過程（在本設(shè)計(jì)中僅以字母“ A”為例說明 活塞 機(jī)噴頭的控制方式）。亦要打破傳統(tǒng)式的打點(diǎn)針式 活塞方式，采用氣動(dòng)打標(biāo)方式。所以要設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)這一方式。 動(dòng)回路的設(shè)計(jì)思路 主回路上必須要設(shè)置一個(gè)電磁閥來作為總開關(guān)，由 用二位三通閥來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谧詈箨P(guān)閉各閥時(shí)，會(huì)在總閥這里排氣，那樣會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音，所以必須在這個(gè)閥上接消聲器來減小噪音污染，其他各閥上也根據(jù)需要接消聲器。 因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)三個(gè)功能 （清潔鋼坯表面 用去鱗器將鋼坯 表面刮平整 噴字），所以設(shè)定在主回路上接三個(gè)支路，每個(gè)回路實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。 在第一個(gè)支路上接一個(gè)二位二通電磁閥來控制清潔頭的工作，平時(shí)是常閉的，當(dāng)?shù)玫降秒娦盘?hào)就換閥位，變成開通的閥，高壓氣體通過可產(chǎn)生沖擊力清潔鋼坯。第二個(gè)支路是實(shí)現(xiàn)去鱗器的前進(jìn)和后退，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)該支路上的三個(gè)狀態(tài)（閉合、壓縮氣體通過使氣缸前進(jìn)，壓縮氣體前進(jìn)使氣缸返回），所以要選用三位五通電磁閥，在閥上加兩個(gè)溢流閥形成速度控制回路來控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度而實(shí)現(xiàn)去鱗器的前進(jìn)和退后的運(yùn)動(dòng)速度。第三個(gè)支路是實(shí)現(xiàn)噴頭 活塞 控制的，具體速度轉(zhuǎn)向控制由 9 制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這里只需要實(shí)現(xiàn)該支路的開啟和閉合即可。所以一樣需要選用一個(gè)電磁閥來實(shí)現(xiàn)這一功能，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能只需一個(gè)二位五通閥即可。 主回路上需要再裝一個(gè)空氣過濾器，以凈化高壓氣體，除去一些雜質(zhì)以免會(huì)噴射時(shí)產(chǎn)生凹凸不平，還要在第二支路前接壓力繼電器，在去鱗器去鱗時(shí)與鋼坯有接觸，會(huì)產(chǎn)生壓力，如果壓力過大會(huì)對(duì)鋼坯產(chǎn)生損壞，所以這里需要接壓力繼電器來控制去鱗器去鱗時(shí)的限制壓力；第二個(gè)支路和第三支路上要接帶溢流的減壓閥，把較高的進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)并降低到符合使用要求的出口壓力，并保證調(diào)節(jié)后出口壓力的穩(wěn)定。 動(dòng)回 路圖的設(shè)計(jì) 根據(jù)以上 活塞 機(jī)的工作原理和氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)思路，可以設(shè)計(jì)出該 活塞 機(jī)的氣動(dòng)回路圖。 在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)以下幾點(diǎn)：（ 1）聯(lián)接口徑大小的選擇為主回路 ,而支路 ；（ 2）用 控制電磁閥的開關(guān)順序時(shí)是采用時(shí)間延時(shí)實(shí)現(xiàn)；（ 3）氣動(dòng)回路圖設(shè)計(jì)時(shí)各氣壓元件符號(hào)都采用 氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)圖如下： 接去鱗器接清潔槍頭圖 2氣動(dòng)控制回路圖 10 動(dòng)回路圖各元件型號(hào)選擇及其性能分析 聲器 氣缸 排氣側(cè)的壓縮空氣，通常是經(jīng)換向閥的排氣口排入大氣的。由于余壓較高，最大排氣速度在聲速附近，空氣急劇膨脹，引起氣體的振動(dòng)，便產(chǎn)生了強(qiáng)烈的排氣噪聲。長期在噪聲環(huán)境下工作，會(huì)使人感到疲勞，工作效率降低；降低人的聽力，影響人體健康。所以，必須采用相應(yīng)降低噪音的措施。 對(duì)消聲器的要求是，在噪聲頻率范圍內(nèi)消聲效果好，排氣阻力?。从行Ы孛娣e要大），以免影響換向閥的換向性能。并要求結(jié)構(gòu)耐用，便于清洗。 因?yàn)檫@里用到的消聲器都是采用螺紋連接方式直接安裝在閥的排氣口上， 就選用閥用消聲器。閥用消聲器的消聲效果按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，公 稱通徑 6~25≥ 20A） , 公稱通徑32~50 25A）。還要求消聲器排氣阻力小，不影響控制閥和執(zhí)行元件的正常工作，即要求有足夠的流通面積。外表就選用燒結(jié)金屬型，所以型號(hào)定為 表 2－ 1 消聲器型號(hào)及其性能描述 系列 型 號(hào) 最高使用壓力 /境和介質(zhì)溫度 /° C 消聲效果 / 點(diǎn) 燒結(jié)金屬型 ~150 21 吸聲材料為青銅燒結(jié)金屬體，連接體材料為磷青銅 11 要選兩種不同的配管口徑大小的，分別是 和 ， 一個(gè) 用在主管道上的二位三通換向閥上，而需要三個(gè) 的消聲器用在支路上的二位五通換向電磁閥上和二位三通換向電磁閥上。 氣過濾器 空氣過濾器可以除去壓縮空氣中的固態(tài)雜質(zhì)、水滴和污油滴等，不能除去氣態(tài)油、水。 按過濾器的排水方式，有手動(dòng)排水型和自動(dòng)排水型，這里選用的是自動(dòng)排水型。而自動(dòng)排水型又按無氣壓時(shí)的排水狀態(tài)，有常開型和常閉型，選用常開型，選用金屬水杯。 表 2－ 2 空氣過濾器型號(hào)及其性能描述 系列 配管口徑 用壓力范圍/境和介質(zhì)溫度 /° C 可帶自動(dòng)排水器 系列 耐壓試驗(yàn)壓力/濾精度 /μm 分水效率 ~5~60 >80% 力計(jì) 選用的是一般用壓力表（ 表 2－ 3 壓力表型號(hào)及其性能描述 系列 連接螺紋 壓力界限 /徑 /度等級(jí) 形式 連接口徑 T , 0~1 43 3 的需要兩個(gè)，分別用在兩條支路上， 的需要一個(gè)，用在交叉管路上。 力繼電器 壓力繼電器是利 用 氣 體的壓力來啟閉電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定值時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，使電氣元件（如電磁鐵、電機(jī)、時(shí)間繼電器、電磁離合器等）動(dòng)作，使油路卸壓、換向，執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作，或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)使系統(tǒng)停止工作，起安全保護(hù)作用等。 12 液壓系統(tǒng)中，把油壓訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電器訊號(hào)的一種發(fā)送裝置。它是彈簧載荷式，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，繼電器的活塞產(chǎn)生機(jī)械位移以接通微動(dòng)開關(guān)的觸點(diǎn)，它具有兩個(gè)壓力點(diǎn)的精確控制。 表 2－ 4 壓力繼電器型號(hào)及其性能描述 壓閥 減壓閥是將較高的進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)并降低到符合使用要求的出口壓力，并 保證調(diào)節(jié)后出口壓力的穩(wěn)定。其他減壓裝置雖能降壓，但無穩(wěn)壓能力。 選用直動(dòng)式減壓閥 — 利用手輪直接調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧的壓縮量來改變閥的出口壓力的閥。 表 2－ 5 減壓閥型號(hào)及其性能描述 系列 連接口徑 最高進(jìn)口壓力 /低進(jìn)口壓力 /壓范圍 環(huán)境和介質(zhì)溫度 /° C 定壓力 +5~60 接口尺寸 ） 工作壓力 240境溫度 － 55℃ ～ 85℃ 介質(zhì)溫度 0～ 120℃ 電路連接方式 單刀雙擲 電負(fù)載 2710A（阻性） 275A（感性：τ≤ 切換精度 ≤ 定壓力 外殼防護(hù) 抗振性能 40m/擊性能 500 m/ 命 3× 104 次 13 磁閥 電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一 般都由液壓鋼控制，所以就會(huì)用到電磁閥。 電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油剛的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 直動(dòng)式電磁閥 工作 原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失 ，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 與清潔頭連接時(shí)用到一個(gè)二位二通式的電磁閥，來控制清潔頭的工作。 表 2－ 6 二位二通電磁閥型號(hào)及其性能描述 系列 連接口徑 用壓力范圍/效截面積 機(jī)能 環(huán)境和介質(zhì)溫度 /° C 耐沖擊 /耐振動(dòng) ~1 65 單電控 5~60 150/50 手動(dòng)操作方法 推壓式（需工具） 密封形式 彈性密封 保護(hù)等級(jí) 磁閥接線端子 定電壓 20V 以下 允許電壓波動(dòng) － 15％～＋ 10％ 消耗功率 /W 14 在主回路上有一個(gè)起到氣動(dòng)回路總開關(guān)作用的二位三通電磁閥，另外在兩條支路上分別有一個(gè)三位五通電磁閥和一個(gè)二位三通電磁閥。因?yàn)?列電磁閥具有體積小，流通能力大，動(dòng)作頻率高的特點(diǎn)，還可用于真空壓力條件下。所以我選用 列二位三通直動(dòng)式電磁閥用在支路上控制噴頭。 表 2－ 7 二位三通電磁閥型號(hào)及其性能描述 型號(hào) 配管形式 動(dòng)作方式 配管口徑 有效截面積 ( 使用壓力 /接配管 先導(dǎo)式 境及流體溫度 最高 50° C 響應(yīng)時(shí)間 30毫秒或以下 最高動(dòng)作頻率 5次 /秒 抗沖擊 /振動(dòng)能力 30G/5G(2000而主回路上的連接口徑較支路大，所以型號(hào) 要另選。 表 2－ 8 二位三通電磁閥型號(hào)及其性能描述 型號(hào) 配管形式 動(dòng)作方式 配管口徑 有效截面積 ( 使用壓力 /接配管 先導(dǎo)式 110（ 三位五通的電磁閥選用 表 2－ 9 三位五通 電磁閥型號(hào)及其性能描述 型號(hào) 配管形式 動(dòng)作方式 配管口徑 機(jī)能 有效截面積 ( 使用壓力 /接 配 先導(dǎo)式 中位封閉式 15 0 管 節(jié)流閥 單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，故常稱為速度空置閥。節(jié)流閥是依靠改變閥的流通面積來調(diào)節(jié)流量的，要求節(jié)流閥流量的調(diào)節(jié)范圍較寬，能進(jìn)行微小流量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精確，性能穩(wěn)定，閥芯開度與通過的流量成正比。 這里需要兩個(gè)可調(diào)單向節(jié)流閥構(gòu)成一個(gè)回路，起速度控制作用。型號(hào)上選用 耐壓試驗(yàn)壓力 高使用壓力 低使用壓力 境及流體溫度 5～ 60° C 調(diào)整流量圈數(shù) 8 表 2－ 10 節(jié)流閥 型號(hào)及其性能描述 型號(hào) 口徑 自由流量 控制流量 質(zhì)量（ g） 流量ρ /有效截面積流量ρ /有效截面積2 1/4 340 50 15 調(diào)雙向緩沖缸 氣緩沖裝置是由緩沖套、緩沖密封圈和緩沖閥等組成，當(dāng)活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右緩沖套接觸右緩沖密封圈，活塞右側(cè)便形成一個(gè)封閉氣室，稱為緩沖腔。此緩沖腔內(nèi)的氣體只能通過緩沖腔排出。調(diào)節(jié)緩沖閥的開度，可改變緩沖能力，故帶緩沖閥的氣缸，稱為可調(diào)緩沖氣缸。 型號(hào)上選用 性能參數(shù)如下： 缸徑（ 40 動(dòng)作方式 雙作用 16 耐壓試驗(yàn)壓力 高使用壓力 低使用壓力 境及流體溫度 50～ 500 mm/s 緩沖 氣緩沖 接管口徑 1/4 行程范圍（ ～ 500 磁性開關(guān)型號(hào)（拉桿安裝） 截至閥 截至閥屬于通用配件，選擇一個(gè)連接口徑為 的即可。 17 3 硬件選型及其性能 編程控制器的應(yīng)用和發(fā)展 可編程控制器是 60 年代末在美國首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出 時(shí)，根據(jù)汽車制造生產(chǎn)線的需要，希望用電 減少汽車改型時(shí)，重新設(shè)計(jì)制造繼電器控制盤的成木和時(shí)間。 基木設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) 結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象、將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)?？刂破骱涂刂茖?duì)象連接方便。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)、尤其是微處理技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到 70年代中期以后， 入輸出和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的 小再僅有邏輯 (斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、 國際電土委員會(huì) (布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義 :可 編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令， 18 并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)各，易于與土業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)。 可編程控制器對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)各，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不 需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) :可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，除了對(duì)器件的嚴(yán)格篩選和老化外，在硬件和軟件兩個(gè)方而還采用了屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使其平均無故障時(shí)間達(dá)到（ 3－ 5）萬 小時(shí)以上。 編程直觀、簡(jiǎn)單 :可編程控制器是面向用戶、面向現(xiàn)場(chǎng)，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)，它沒有采用微機(jī)控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語言，梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂。計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)之間的隔閡在可編程控制器上完全不存在。 適應(yīng)性好 :可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可。由于可編程控制器產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)， 適應(yīng)能力非常強(qiáng)，故既可控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)復(fù)雜的群控系統(tǒng)，既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)距離控制。 功能完善，接口功能強(qiáng) :目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)各控制水平大大提高。接口功率極大地方便了用戶，常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有 110 V，220 V， 24 V， 48 負(fù)載能力可在 (5A)的范圍內(nèi)變化 ;模擬量的輸入輸出有 (0) (0) (0 4多種規(guī)格?？梢院芊奖愕貙⒖删幊炭刂破髋c各種不同的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)各順利連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。例如，輸入接口可直接與各種開關(guān)量和傳感器進(jìn)行連接，輸出接口在多數(shù)情況下也可直接與各種傳統(tǒng)的繼電器、接觸器及電磁閥等相連接。 19 圖 3－ 1 統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 塊是 主要組成部分，是系統(tǒng)的控制核心。 塊中通常還插裝有存儲(chǔ)器，用于存放 戶控制程序和工作數(shù)據(jù)等。 執(zhí)行用戶控制程序，并將運(yùn)算結(jié)果傳送到相應(yīng)的輸出裝置，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載工作。 輸入 /輸出模塊是 輸入 /輸出模塊通?？煞譃殚_關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊和模擬量輸出模塊等，分別用于聯(lián)系不同類型的外部信號(hào)。復(fù)雜 ，如高速計(jì)數(shù)模塊、 斷控制模塊等，一般是為了提高 編程器是編制、編輯、調(diào)試 通過通信接口與 供專用編程環(huán)境。小型 為復(fù)雜的編程一般使用專門的編程軟件。編程軟件可以安裝在普通計(jì)算機(jī)上，程序編制好后通過通信電纜下載到 可編程控制器是集微機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置。隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器也得到了迅速發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。它不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，使其功能更加完備。 20 可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī) 械制造、汽車裝配、電力、輕紡等各行各業(yè)。目前，典型的 順序控制 :這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 過程控制 :在土業(yè)生產(chǎn)過程中，又許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位、速度、電流和電壓等，稱為模擬量。可編程控制器有 A/，這樣，可編程控制器可以作模擬量控制用于過程控制。 數(shù)據(jù)處理 :一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便地對(duì)生產(chǎn) 過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。用 行數(shù)據(jù)采集和處理、監(jiān)控生產(chǎn)過程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。 通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打印 :某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái) 接起來使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)編程控制器的通信模塊可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求?？删幊炭刂破鬟€可以連接顯示終端和打印機(jī)等外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)顯示和打印功能。 可編程控制器的更新很快 :可編程控制器的技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)為高速度、大容量、系列化、模塊化、多品種。可編程控制器 的編程語言、編程工具多樣化，通信聯(lián)網(wǎng)能力越來越強(qiáng)?？删幊炭刂破鞯穆?lián)網(wǎng)和通信分為兩類 :一類是可編程控制器之間的聯(lián)網(wǎng)通信，各制造廠商都有自己的專用聯(lián)網(wǎng)手段 ;另一類是可編程控制器之間聯(lián)網(wǎng)通信，一般可編程控制器都有通信模塊用于與計(jì)算機(jī)通信。在網(wǎng)絡(luò)中要有通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，否則在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不能連接許多廠商的產(chǎn)品。 個(gè)工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段， 位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信操作服務(wù)階段， 應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) 態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。在 態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 ①輸入處理 21 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映 象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 ②程序執(zhí)行 根據(jù) 先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)， 輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對(duì)每個(gè)器件而言，器件映象寄存器 中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。 ③程序處理 程序執(zhí)行完以后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 可按用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而目也因?yàn)樵谝恍┐笙到y(tǒng)中需要處理的 I/過安排不同的組織模塊，采用分時(shí)分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。 循環(huán)掃描的工作方式是 可以說 行”工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。 由于 程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出映象寄存器中的輸出信號(hào)，等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束， 此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。換言之，輸入輸出 的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。 掃描周期是 型 掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。 秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以 22 接受的， 是對(duì)某些 I/應(yīng)采取相應(yīng)的措施。如選用高速 高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)間。影響 I/O 滯后的主要原因有 :輸入濾波器的慣性 ;輸出繼電器接點(diǎn)的慣性 ;程序執(zhí)行的時(shí)間 ;程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取? 西門子公司的 7種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 7強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 價(jià)格比。 極高的可靠性 ， 極豐富的指令集 ， 易于掌握 ， 便捷的操作 ， 豐富的內(nèi)置集成功能 ， 實(shí)時(shí)特性 ， 強(qiáng)勁的通訊能力 ， 豐富的擴(kuò)展模塊 。 種不同的基本單元和 6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、 文本顯示器等。 ○ 1 基本單元 可提供 4種不同的基本型號(hào)的 8種 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見下表： 表 3－ 1 型 號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) 4 — 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊 78 路數(shù)字量 I/0路模擬量 I/4 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊 168 路數(shù)字量 I/5 路模擬量 I/4 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/5 路模擬量 I/ 23 4 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/5 路模擬量 I/○ 2 擴(kuò)展單元 種擴(kuò)展單元，它本身沒有 能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展 I/ 表 3－ 2 類 型 型 號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 無 8 ○ 3 編程器 需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入 調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。 般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。 簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及 監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大， 列 ○ 4 程序存儲(chǔ)卡 為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型 過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入 可將 4 份。程序存儲(chǔ)卡 6291 6291種，程序容量分別為 86 ○ 5 寫入器 寫入器的功能是實(shí)現(xiàn) 將 的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)? ○ 6 文本顯示器 文本顯示器 僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。文本信息的 顯示用選擇 /確認(rèn)的方法，最多可顯示 80條信息，每條信息最多 4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。 個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。 因?yàn)槲以O(shè)計(jì)需要的輸入輸出接口數(shù)目的原因，我選擇 集成 24 輸入 /16 輸出共40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量I/O 點(diǎn)。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30速 計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20速脈沖輸出，具有 制器。 2個(gè) 編程口，具有 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 ? 24輸入 /16輸出共 40個(gè)數(shù)字量 I/ ? 可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊單元，最大可擴(kuò)展至 248個(gè)數(shù)字量 I/5 路模擬量 I/O。 ? 13 ? 6個(gè)獨(dú)立的 30數(shù)器， 2路獨(dú)立的 20 ? 具有 ? 2個(gè) 編程口。 25 ? 具有多點(diǎn)接口 信協(xié)議。 ? 具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 信協(xié)議。 ? 具有自由通信口。 ? I/ 機(jī)的選擇及其分析 本設(shè)計(jì)中，因?yàn)榭刂瓶v向運(yùn)動(dòng)的電機(jī)只需要完成換向運(yùn)轉(zhuǎn)即可，不需要實(shí)現(xiàn)變速控制，所以只選用三相異步電機(jī)即可；而控制橫向運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)是需要實(shí)現(xiàn)變速控制的，需要選用三相步進(jìn)電機(jī)。 ? 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： 1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3且不累積。 2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80 3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力 矩下降。 4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高 ，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用 。 26 步進(jìn)電機(jī)與一般的電機(jī)不同，它具有控制位置或控制速度的功能。它的基本要求是使執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正確的運(yùn)動(dòng)速度，定位精確，高速響應(yīng)等。 位置伺服系統(tǒng)中，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最主要的要求，是良好的調(diào)速性能和起、制動(dòng)性能。直流電動(dòng)機(jī)容易滿足這一要求，