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畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務 書 1 畢業(yè)設(shè)計的任務和要求 1 1 了解所測彈體零件的結(jié)構(gòu)特征 1 2 熟悉和掌握目標彈體零件各待測尺寸的測量原理和方法 1 3 根據(jù)選定的測量方法和原理 設(shè)計出相應的控制系統(tǒng) 包括氣 液路控制 電 路控制等 1 4 編制原理圖 控制邏輯圖 選定控制設(shè)備 編輯控制程序 1 5 要求 系統(tǒng)簡單易行 工作可靠 2 畢業(yè)設(shè)計的具體工作內(nèi)容 2 1 確定彈體零件尺寸測量采用的基本原理和方法 2 2 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 元件 2 3 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 2 4 完成控制程序的編制 2 5 完成程序的驗證 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務 書 3 對畢業(yè)設(shè)計成果的要求 3 1 提交畢業(yè)設(shè)計開題報告和說明書各一份 3 2 提供氣動系統(tǒng)原理圖和布局圖 3 3 所設(shè)計控制系統(tǒng)的控制原理圖 3 4 提交相關(guān)內(nèi)容的外文翻譯一份 4 畢業(yè)設(shè)計工作進度計劃 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 26 日 3 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 5 日 資料收集 方案設(shè)計 開題報告撰寫 結(jié)構(gòu)設(shè)計 控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計說明書撰寫 資料整理 打印 論文提交 評閱 答辯 學生所在系審查意見 同意下發(fā)任務書 系主任 2016 年 2 月 29 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況 根據(jù)所查閱的文獻資料 撰寫 2000 字左右的文 獻綜述 文獻綜述 1 研究背景與意義 測量廣泛存在于國民經(jīng)濟的各個部門和人民生活的各個方面 自然科學所闡明的 一般 規(guī)律 定理 往往都是以測量為基礎(chǔ)的 在現(xiàn)代科學技術(shù)中 測量技術(shù)的地位越來 越重要 小到納米級的金相分析 大到船舶制造和橋梁建設(shè) 精到衛(wèi)星的發(fā)射 都必 須進行測量 從某種意義上來說 沒有測量就沒有科研 就沒有現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 炮彈是各國武器應用最為廣泛的武器裝備 其特點是品種多 批量大 能裝備所 有品種 為滿足部隊的需要 炮彈的生產(chǎn)能力亟待提高 實施現(xiàn)代化技術(shù)改造 積極 推廣先進制造技術(shù)和以高新技術(shù)為主的在線自動測量技術(shù) 成為我國炮彈制造生產(chǎn)的 一項重要任務 隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展和彈體生產(chǎn)制造的精度不斷提高 我國軍工企業(yè)對 彈體關(guān)鍵尺寸的檢測方式已不能滿足其發(fā)展與試驗需求 因此 為滿足新時期彈體研 制和檢測需求 完成彈體靜態(tài)參數(shù)的精確測量 研制彈體多尺寸檢測系統(tǒng)的任務十分 迫切 由于彈體結(jié)構(gòu)復雜 尺寸相對較小的特點 目前在國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中 技術(shù)人員 憑借各種卡規(guī) 量具來進行手工測量 測量結(jié)果的記錄也采用人工方式 這種方式勞 動強度大 過程繁瑣 檢測效率取決于檢測人員經(jīng)驗的豐富程度 測量結(jié)果不夠精確 因此不能滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)與檢測的需求 與此同時 對于彈體合格與否的判定 應建立在對其各關(guān)鍵尺寸的檢測結(jié)果之上 而在國內(nèi)外的生產(chǎn)檢測中 大多采用單一 的檢測方式完成彈體某一關(guān)鍵尺寸的檢測 而沒有將多種尺寸的檢測過程集成化 雖 然一些成型的檢測方案或設(shè)備已被提出 但仍存在自動化程度不高 檢測內(nèi)容不全面 等問題 無法滿足彈體生產(chǎn)廠家對檢測效率的要求 2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生產(chǎn)力水平的不斷提高 生產(chǎn)加工領(lǐng)域?qū)y 量 與檢測技術(shù)的要求越來越高 因此如何快速 可靠 準確地完成檢測任務 如何使用 現(xiàn) 代化檢測工具和方式來提高檢測結(jié)果精確度 如何實現(xiàn)檢測過程智能化 檢測結(jié)果可 視 化顯得尤為重要 軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國國防建設(shè)的大事 也是軍工企業(yè)的生命線 隨著科 學技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在的機械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高 保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測量 我國軍工行業(yè)炮彈制造技術(shù)水歷經(jīng)幾十年的技 術(shù)革新與工藝改進 生產(chǎn)能力有了顯著的提高 但在彈體測量方面 對彈體內(nèi)外徑和 形狀誤差測量的精確性和快速性和國外相比還存在一定的差距 目前國內(nèi)大多數(shù)軍工 企業(yè)對彈體內(nèi)外徑和形狀誤差的測量仍停留在用量規(guī)和卡尺測量的水平上 難以全面 反映彈體幾何形狀的真實情況 且耗費人力物力 工作效率不高 且容易受生理限制 和主觀影響 難以實現(xiàn)在線測量和測量結(jié)果數(shù)字化 滿足不了現(xiàn)代炮彈生產(chǎn)的發(fā)展需 求 從國際上看美國 日本 英國 德國都先后研制和開發(fā)了各種不同的測量范圍 不同分辨率和不同測量精度的激光 光電測量系統(tǒng) 可以通過光電傳感器和非接觸測 量機等先進測量儀器和設(shè)備 對彈體的長度 高度 厚度 徑向尺寸 曲面形狀等幾 何尺寸參數(shù)進行測量 因此 我們國家也應在團體生產(chǎn)過程中采用高新技術(shù) 實現(xiàn)非 接觸式自動測量 以適應快速反應的要求 本文中團體集合起村數(shù)字化測量系統(tǒng)是針對目前我軍 彈體機加檢驗中存在的種 種問題研制的第一臺自動化檢測設(shè)備 它的研制成功和完善 大大提高團體的 檢驗 的精度效率和可靠性 為我國團體生產(chǎn)線提供先進的激光檢測手段和設(shè)備 對我軍武 器裝備生產(chǎn) 和檢驗的自動化具有重大的實踐意義 3 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展 通常把在人工最少參與的情況下 能自動進行測量 數(shù)據(jù)處理 并以適當方式輸 出測試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng) ATS Automated Test System 在自動測試 系統(tǒng)中 操作員根據(jù)測試任務的需要組建系統(tǒng) 編制軟件 而整個測試工作通常都是 在預先編制好的測試程序的指揮下自動完成的 一旦系統(tǒng)開始正常工作 它的各種操 作一般都是由系統(tǒng)本身自動完成的不需要人工的干預 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過了三個階段 1 第一代自動測試系統(tǒng) 早期的自動測試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng) 是針對某項具體任務而設(shè)計的 主要用于大 量重復的測試 要求可靠性高的復雜測試 或者是為了提高測試速度及工作環(huán)境比較 惡劣的測試 第一代測試系統(tǒng)至今仍發(fā)揮著重要的作用 他們能完成大量復雜的測試 任務 承擔繁重的數(shù)據(jù)分析 信息處理工作 快速準確地給出測試結(jié)果 它們與人工 測試相比 功能更加強大 使用更方便 能完成不少人工測試無法完成的任務 顯示 出其優(yōu)越性 第一代自動測試系統(tǒng)的組建和設(shè)計存在很多困難 由于第一代自動測試系統(tǒng)的接 口電路不具備同通用性 系統(tǒng)中計算機與儀器以及儀器之間的接口問題要設(shè)計者自行 解決 因此他們的適應性普遍較差 當系統(tǒng)比較復雜時 研制的工作量非常大 成本 也很高 且沒有通用性 這是第一代自動測試系統(tǒng)的主要缺點 2 第二代自動測試系統(tǒng) 采用標準化通用接口是第二代自動測試系統(tǒng)的主要特征 目前普遍使用的一種可程控制儀的標準化接口系統(tǒng) 是 1972 年美國惠普公司首先 提出的 HP IB 之后 為美國電氣與電子工程師學會 IEEE 及國際電工委員會 IEC 接受并正式頒布了標準文件 這套系統(tǒng)在美國被稱為 IEEE 48 GP IB HP IB 在歐洲和日本被稱為 GP IB 或 IEC625 在第二代自動測試系統(tǒng)中 各設(shè)備都用標準化的接口和母線連接起來 系統(tǒng)中的 各種設(shè)備均配以標準化的接口功能電路 用統(tǒng)一的無源母線連接起來 這種系統(tǒng)組件 方便 有專用的通用接口電路 更改 增加測試內(nèi)容也很靈活 使用完畢后拆散容易 拆散后各部件可以移作它用 顯示了很大的優(yōu)越性 得到了廣泛的應用 3 第三代自動測試系統(tǒng) 第一 二代自動測試系統(tǒng)雖然有其巨大的優(yōu)越性 但這些系統(tǒng)中的計算機并沒有 充分發(fā)揮作用 整個系統(tǒng)和它的工作過程基本上還是對人工測試的模擬 第三代自動 測試系統(tǒng)中 用強有力的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件 用人的智力資源代替 很多物質(zhì)資源 特別是在第三代自動測試系統(tǒng)中 用計算機直接 參與測試信號的產(chǎn)生 和測量特性的解析 即通過計算機直接產(chǎn)生測試信號和測試功能 這樣有計算機及軟 件來完成某些儀器在系統(tǒng)中的功能 形成一種所謂的 虛儀器 Virtual Instrument 在前兩代自動測試系統(tǒng)中包括多件儀器的測試系統(tǒng)所完成的功能 在 第二代自動測試系統(tǒng)中可以由一臺計算機為中心設(shè)備來完成 第三代自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)給電子測量帶來了真正革命性的沖擊 在測量原理 儀器設(shè)計等很多方面都產(chǎn)生了重大影響 但第三代自動測試系統(tǒng)尚處于起步階段 它 的應用不如第二代自動測試系統(tǒng)那么普遍 但可以肯定的是 充分發(fā)揮計算機的作用 用計算機軟硬件資源代替測量儀器及系統(tǒng)中的各硬件 是電子測量發(fā)展的一個重要方 向 隨著生產(chǎn)力水平與人類生活水平的不斷提高 人們對測量提出了越來越高的要求 除了能準確 迅速 可靠地完成測量任務之外 人們還希望能利用各種先進技術(shù) 實 現(xiàn)自動化與智能化的測量 計算機以其高速計算能力和大容量存儲能力顯著提高測量 數(shù)據(jù)處理能力 使測量技術(shù)有了質(zhì)的飛越 計算機測量與控制 CAMAC Computer Automated Measurement And Control 系 統(tǒng) 簡稱測控系統(tǒng) 是一門新興的技術(shù) 它是自動控制技術(shù) 計算機技術(shù) 微電子技 術(shù)和通訊技術(shù)等有機結(jié)合 綜合發(fā)展的產(chǎn)物 測控系統(tǒng)包括各種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 自動測量系統(tǒng) 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng) 導彈和衛(wèi)星的發(fā)射控制系統(tǒng)等等 廣泛用于航空 航天 和科學研究 工廠自動化 實驗室自動測量和控制 公辦自動化 商業(yè)自動化 家庭自動化等 融入人類生活的各個領(lǐng)域 CAMAC 系統(tǒng)誕生于 20 世紀 60 年代 它的出現(xiàn)使人們工作和生活的環(huán)境發(fā)生了深刻 的變化 以工廠自動化為例 計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用最先開始于 20 世紀 60 年代 首先應用于化學工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制 那時只是實現(xiàn)了簡單的程序控制 70 年代以后 隨著微處理機的出現(xiàn)和大量應用 工業(yè)生產(chǎn)過程控制的概念已經(jīng)發(fā)生了 很大的變化 各種新興的學科逐漸融入 CAMAC 系統(tǒng)中 90 年代以后 隨著計算機的迅 猛發(fā)展和普及計算機自動測控系統(tǒng)已進入各個工業(yè)部門 承擔著生產(chǎn)過程的控制 監(jiān) 督和管理等任務 在工廠的控制室里 操作員可以通過顯示終端對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視 和操縱 鍵盤和顯示屏幕代替了龐大的控制儀表盤 控制室已經(jīng)變得越來越小 操作 人員的勞動強度也越來越低 再以航天航空領(lǐng)域為例 CAMAC 系統(tǒng)已經(jīng)代替了大量的測 量儀器 擔負著實驗室 總裝廠和發(fā)射場的各個測試和發(fā)射控制任務 使測試和發(fā)射 時間大大縮短 操作人員和特種車輛大大減少 發(fā)射場的指揮員在控制室或指揮車里 就可以觀察到導彈或衛(wèi)星各個分系統(tǒng) 參考文獻 1 施文康 余曉芬 檢測技術(shù) M 北京 機械工業(yè)出版社 2010 2 周森 郭永彩 高潮 用于大尺寸工件的動態(tài)長度測量系統(tǒng) J 光學精密工程 2012 20 11 2472 2478 3 謝旭輝 羅志超 彈藥彈體尺寸自動測量系統(tǒng) J 國防科技大學學報 2005 27 6 126 129 4 孫克梅 在線實時工件測長系統(tǒng)開發(fā) J 沈陽航空工業(yè)學院學報 2004 21 4 89 90 5 于保華 胡小平 葉紅仙 內(nèi)孔珩磨尺寸在線氣動測量系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機械學報 2008 39 10 202 206 6 杜敏娟 珩磨氣動測量系統(tǒng)中磨頭測量元件優(yōu)化設(shè)計 D 蘭州理工大學 2012 7 龐明超 王俊元 曾志強 等 某炮彈藥筒內(nèi)孔尺寸在線檢測系統(tǒng)研究 J 包裝 工程 2014 3 17 6 10 8 石曉宇 多軸控制系統(tǒng)設(shè)計方法的分析與研究 D 中北大學 2012 9 官文 鏈式刀庫及自動換刀裝置的控制與檢測系統(tǒng)研究 D 北京工業(yè)大學 2012 10 李飛 零件質(zhì)量自動檢測系統(tǒng)的研究 D 華中科技大學 2006 11 SHU Bin The Application of PLC Controled Stepper Motor in the Classification of Store J Techniques of Automation and Applications 2009 28 11 71 79 12 董學文 陳白寧 基于 PLC 步進電機位置閉環(huán)控制研發(fā)與應用 J 設(shè)計與分析 2011 30 142 143 13 王道順 新型數(shù)字式氣動量儀 J 工具技術(shù) 2001 23 1 33 35 14 徐志鵬 王宣銀 羅語溪 高壓氣動比例減壓閥設(shè)計與仿真 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2011 42 1 209 222 15 Yongjie Shi Di Zheng Liyong Hu et al NC polishing of aspheric surfaces under control of constant pressure using a magnetorheological torque servo J The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2012 58 9 1061 1073 16 敖海平 氣嚢拋光接觸力控制系統(tǒng)研究 D 浙江工業(yè)大學 2012 17 魏汪洋 靳鯤鵬 C 從入門到精通 M 北京 化學工業(yè)出版社 2011 18 H Golnabi A Asadpour Design and application of industrial machine vision systems J Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2007 23 6 630 637 19 S B Dworkin T J Nye Image processing for machine vision measurement of hot formed parts J Journal of Materials Processing Technology 2006 174 1 1 6 20 王孝紅 韓丹 景紹洪 組態(tài)軟件上位機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) J 信息技術(shù)與信 息化 2005 6 78 80 21 肖雄 某藥筒自動較量機上位機系統(tǒng)設(shè)計 D 中北大學 2014 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 2 1 研究的問題 1 確定彈體零件尺寸測量采用的基本原理和方法 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 2 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 3 完成控制程序的編制 完成程序的驗證 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)各工位的檢測方式 結(jié)合上料裝置 傳送裝置以及下料分 揀裝置的運動形式 設(shè)計系統(tǒng)整體控制方案 根據(jù)控制方案所需實現(xiàn)的功能要求 統(tǒng) 計系統(tǒng)所需的 I O 點數(shù)和 A D D A 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 選擇合適的 PLC 主機以及相應的 功能模塊 完成電氣元件的選型 搭建電氣控制系統(tǒng) 詳細闡述系統(tǒng)各運動部位的驅(qū) 動設(shè)計 配置 PLC 所需的功能模塊 然后完成系統(tǒng)所需電氣元件的硬件選型和電路設(shè)計 2 2 研究的途徑 采用 PC 與 PLC 相聯(lián)系的控制方式 PLC Programmable Logic Controller 以微處理器為核心 是一種為了滿足工 業(yè)生產(chǎn)需求而誕生的控制裝置 它的問世取代了傳統(tǒng)的繼電 接觸器成為控制系統(tǒng)的核 心 在工業(yè)生產(chǎn)制造 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 機電一體化方面得到了廣泛地應用 該控制裝 置融合微機技術(shù) 具有抗干擾能力強 通用性強 運算速度高 指令豐富 編程方便 擴展能力強等優(yōu)點 與繼電 接觸器控制方式相比 PLC 內(nèi)部電子電路中含有數(shù)量巨大 的用于接收開關(guān)量信號的繼電器類軟元件 為實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制提供捷徑 而且隨著微機處理技術(shù)的發(fā)展 它的功能早已超出了邏輯控制的范圍 例如能快速而 又方便地實現(xiàn) D A A D 轉(zhuǎn)換及 PID 運算 實現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以及實現(xiàn) PLC 之間 PLC 與上級計算機之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能 它不僅可以控制一臺單機 一條生產(chǎn)線 還可以控制一個機群 許多條生產(chǎn)線 它不但可以進行現(xiàn)場控制 還可以用于遠程控 制 綜合以上特點和功能 本文選用以 PLC 為核心的控制方式實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動控 制 控制系統(tǒng)設(shè)計流程 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程分為四個步驟 分別為方案設(shè)計 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 和系統(tǒng)調(diào)試 具體的設(shè)計流程如圖 3 1 所示 方案設(shè)計 確定被控對象運動過程 擬定系統(tǒng)實現(xiàn)方法 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 硬件設(shè)計 繪制電氣原理圖 根據(jù)電氣原理圖中的信號走向完成電氣元件的現(xiàn)場 安裝接線 軟件設(shè)計 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對硬件接線檢查無誤的情況下 進行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié)果進一 步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計要求為止 控制任務分析 彈體自動檢測系統(tǒng)是一種集順序控制 運動控制 過程控制于一體的機電一體化 產(chǎn)品 在控制系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)彈體各項尺寸的自動檢測 控制方案如圖 3 2 所示 圖 3 2 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 為實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化和安全可靠地運行 從圖 3 2 中可以看到 PLC 作為整個控制系統(tǒng)的核心 擔負著與各種測量儀器的通信 各種開關(guān) 量 模擬量信號的接入 控制外圍繼電器的通斷 控制步進電機 直流電機的運行以及 通過 PLC 的串行接口實現(xiàn)與外圍檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)交換等任務 在硬件接線之前 必須根 據(jù)選定的電氣元件設(shè)計電氣原理圖 便于明確系統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互 關(guān)系以及控制信號的走向 該電氣系統(tǒng)主要應用中間繼電器作為控制元件 將 PLC 的輸 出信號傳遞至各執(zhí)行元件 本檢測系統(tǒng)的控制主要包括 傳送裝置步進電機的控制 螺旋升降平臺步進電機的 控制 各檢測工位氣缸及氣動夾爪的控制 內(nèi)徑測量中氣路的切換控制 根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 設(shè)計以 PLC 為核心的控制方案 結(jié)合各工位的運動形式 詳 細分析整個系統(tǒng)的檢測流程與數(shù)據(jù)采集過程 統(tǒng)計所需的 I O 點數(shù)和 A D 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 完成 PLC 選型 電氣元件選型以及控制電路的搭建 詳細闡述系統(tǒng)動力源 步進電機的 驅(qū)動方式 針對內(nèi)徑檢測對氣壓穩(wěn)定的要求 選取合適的氣壓控制元件 設(shè)計氣體閉環(huán) 穩(wěn)壓氣路 并對其工作原理和控制流程進行詳細描述 采用 Windows 高級編程語言 C 完成上位機監(jiān)測軟件的開發(fā) 通過與 PLC 通信 實現(xiàn) 對系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制以及測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果實時動態(tài)顯示 立 ACCESS 數(shù)據(jù)庫 完成測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果的存儲 在 C 程序中編寫 SQL 語句實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的 操縱 分別設(shè)計系統(tǒng)登錄界面 主操作界面 測量結(jié)果信息統(tǒng)計界面 實現(xiàn)檢測過程的 可視化 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導教師意見 戎劍同學所做的開題報告 研究目的與意義明確 文獻綜述對殼體零件的基本結(jié) 構(gòu) 工藝要求及特點等作了較充分的分析與論述 對擬采用的工藝路線進行了初步分 析 語言簡練 格式符合規(guī)范化要求 所提出的研究方案切實 可行 建議進一步細 化技術(shù)路線及結(jié)構(gòu) 望該同學能積極工作 認真鉆研 按照研究計劃合理安排時間 相信能圓滿順利 的完成畢業(yè)設(shè)計工作 同意開題 指導教師 2016 年 3 月 21 日 所在系審查意見 同意開題 系主任 2016 年 3 月 21 日 I 某彈體尺寸自動測量設(shè)備開發(fā) 控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 本設(shè)計進行了彈體尺寸自動測量設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā) 根據(jù)系 統(tǒng)的要求 通過 S7 200 PLC對整個系統(tǒng)進行控制 設(shè)計了配套的控制方案 編 制對應的控制程序來控制外圍繼電器回路 和控制氣動控制回路 以及步進電 機 料斗振動電機的運行 本檢測系統(tǒng)的控制主要包括 升降平臺氣缸的控制 各檢測工位氣缸及氣動夾爪的控制 以及相關(guān)電機的控制 本文具體設(shè)計了氣 壓控制系統(tǒng)和 PLC控制程序設(shè)計 關(guān)鍵詞 彈體測量 S7 200 氣壓控制 程序 A projectile dimension automatic measuring equipment developmentControl system design Abstract Based on the size of a projectile automatic measurement equipment control system design requirements to achieve the automation of the detection system and safe and reliable application of S7 200 PLC as the core of the whole control system design of sequence control relay control program to control the periphery of the on off control pneumatic control circuit and the control of step motor dc motor running well This system mainly includes the control of transmission device of stepper motor control control of the lift platform cylinder the test for the control of cylinder and pneumatic clamping jaw Key words Projectile measurement S7 200 pneumatic control program 目 錄 摘要 I Abstract II 1緒論 1 1 1研究目的意義 1 1 2測試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1 2 可編程器簡介 2 2 1PLC的基本結(jié)構(gòu) 2 2 2擴展模塊 3 2 3 S7 200系列 PLC元件功能 3 2 4 程序編輯器 4 3氣動控制系統(tǒng)設(shè)計 8 3 1氣動控制系統(tǒng)的組成 8 3 2氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 3 3氣動控制系統(tǒng)具體設(shè)計內(nèi)容 9 3 4氣動控制系統(tǒng)原理圖繪制 9 4 系統(tǒng)控制與設(shè)計 11 4 1控制系統(tǒng)控制方式確定 11 4 2 控制系統(tǒng)設(shè)計流程 11 4 3 控制任務分析 12 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計 17 參考文獻 20 致謝 22 附錄 22 A程序指令 22 B梯形圖 30 第 1 頁 共 37 頁 1緒論 1 1研究目的意義 當今社會自動化測量廣泛存在于國民經(jīng)濟的各個部門和人民生活的各個方 面 自然科學所闡明的一般規(guī)律 定理 往往都是以測量為基礎(chǔ)的 在現(xiàn)代自動 化生產(chǎn)制造技術(shù)中 測量技術(shù)的地位越來越重要 尤其是測量自動化 因為其 測量精度的高 效率高 自動化的測量設(shè)備研發(fā)成為一個重要的方向 炮彈是世界各國武器應用最為廣泛的武器裝備 其特點是品種多 批量大 能裝備所有品種 為滿足部隊的需要 炮彈的生產(chǎn)的自動化水平需要提高 實 施現(xiàn)代化技術(shù)改造 推廣先進的制造技術(shù)和高新自動化生產(chǎn)為主的在線自動測 量技術(shù) 成為我國炮彈制造生產(chǎn)的一項重要任務 1 2測試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國國防建設(shè)的大事 也是軍工企業(yè)的生命線 隨著科學技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在的機械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對產(chǎn)品加工精度的要求 也越來越高 保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測量 歷經(jīng)幾十年的發(fā)展 我國 彈藥生產(chǎn)行業(yè)的制造技術(shù)水平有了明顯的提升 生產(chǎn)能力有了顯著發(fā)展 但在 彈體測量方面 對彈體內(nèi)外徑和形狀誤差測量的精確性和快速性和國外相比還 存在一定的差距 目前國內(nèi)多所大學投入到此類的研究中 1 我國通過研制出的激光位移傳感器組成的測量系統(tǒng) 3 可以應用于單 套尺寸的測量中 其中使用到 伺服電機 激光位移傳感器以及控制中心可編 程控制邏輯控制器 其中測試的時候通過上位工控機 對 PLC進行控制 最終 將執(zhí)行動作的指令下發(fā)到 執(zhí)行設(shè)備中 可以測試 彈頭到彈體尾部的各個形 狀的尺寸 其中可以記性曲線 以及臺階形狀的幾何體 2 浙江大學的研發(fā)的在線氣動檢測系統(tǒng) 基于對背壓式氣動測量原理 通過詳細分析利用壓電原理 傳感器在不同壓力下產(chǎn)生不等的電壓 壓力信號 通過變送器 將產(chǎn)生的微弱電壓放大 5 變換為電信號數(shù)據(jù)信號傳輸模塊將測 量數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理顯示模塊 同時將處理后的數(shù)據(jù)反饋控制部分 這對孔 徑測量設(shè)備的設(shè)計提供了好的案例 根據(jù)前人的研究和實踐 在彈體測量的自動化系統(tǒng)研究中 吸取經(jīng)驗和技 術(shù) 所以在本次設(shè)計中主要研究內(nèi)容安排如下 第 2 頁 共 37 頁 1 完成測量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 在基于彈藥尺寸測量系統(tǒng)的機械機構(gòu)設(shè)計 設(shè)計出控制系統(tǒng)的總體框架 以及對相應使用設(shè)備進行統(tǒng)計 2 根據(jù)測控系統(tǒng)的總體方案 對選用的設(shè)備進行選型設(shè)計 3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)測量機構(gòu)的構(gòu)成工位的檢測方式 結(jié)合上料裝置 物料傳送裝置以及 分揀下料裝置的運動形式 設(shè)計系統(tǒng)整體控制方案 根據(jù)所設(shè)計的控制方案要 求 規(guī)劃控制邏輯 并統(tǒng)計系統(tǒng)控制點數(shù)和模擬量控制通道數(shù) 根據(jù)硬件系統(tǒng) 配置好相應模擬量通道的參數(shù) 選擇合適的 PLC 主機以及相應的功能模塊 完 成電氣元件的選型 搭建電氣控制系統(tǒng) 詳細闡述系統(tǒng)各運動部位的驅(qū)動設(shè)計 2 可編程器簡介 2 1PLC 的基本結(jié)構(gòu) 西門子 S7 200系列 PLC是一種小型的可編程控制邏輯器件 可分為 6部 分 中央處理單元 CPU 編程器 輸入電路 輸出電路 存儲器 電源 中央處理器單元是 PLC 執(zhí)行邏輯控制的核心 其運算速度的快慢標志著 PLC 的執(zhí)行速度 表示其性能的優(yōu)良 27 存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器 存放應用軟件存儲器稱 為用戶程序存儲器 各種 PLC 的 CPU 最大尋址空間各不相同 根據(jù) PLC 工作 原理 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域 1 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 2 系統(tǒng) RAM存儲區(qū) 包括 I O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等 3 用戶程序存儲區(qū) 系統(tǒng) RAM存儲區(qū) 系統(tǒng) RAM存儲區(qū)包括 I O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備 如 邏輯線圈 數(shù)據(jù)寄存器 計時器 計數(shù)器 變址寄存器 累加器等存儲器 具 體分為 1 I O 映象區(qū) 2 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) 3 用戶程序存儲區(qū) 輸入 輸出模塊是 PLC 進行控制邏輯執(zhí)行的重要構(gòu)成 其中輸入模塊是對 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān)等開關(guān)量進行采集的 并且輸入模塊的采集是在 PLC 開啟以后始終在不停的掃描 輸出模塊是實現(xiàn) PLC 對設(shè)備控制的關(guān)鍵部分 第 3 頁 共 37 頁 輸出模塊的控制電壓是是 24V 所以真正的實現(xiàn)對工業(yè)電機等設(shè)備的三相電的 控制需要繼電器和接觸器等設(shè)備間接實現(xiàn) 那么此時控制順序就是 24V 的弱點 控制 220V 380V 或者更高的電壓 比如本次設(shè)計中就用到了氣缸控制閥中的 電磁閥 2 2擴展模塊 數(shù)字量輸入 輸出模塊是擴展可編程控制器的重要設(shè)備 在當 PLC 的控制點 數(shù)少了 不符合系統(tǒng)項目建立的點數(shù)要求時 就必須使用輸入 輸出模塊使擴展 模塊實現(xiàn)點數(shù)的增加 數(shù)字量輸入 輸出模塊是與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的控制點數(shù)或工 業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口 現(xiàn)場采集的輸入信號 如行程開關(guān) 限位開關(guān)量 模擬量輸入 輸出模塊是工廠自動化必須具備的控制器件 模擬量輸入模塊 在工廠中可以采集壓力 流量 溫度 電壓 電流等信號 這些都要通過輸入 模塊送到 PLC 這個過程中需要編制程序 量采對模擬機的信號進行處理后 實現(xiàn)儀表式的可以供人類進行讀取的數(shù)字信息 由于這些傳感器信號電平各式各樣 而可編程控制器 CPU所處理的信息只 能是標準電平 所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC能夠接受和處理的數(shù) 字信號 比如 PLC可以對采集回來的電壓信號進行處理 采集范圍可以設(shè)置 采集電壓的范圍 0到 5V 0 到 10V的電壓 也可以采集電流信號 其采集的范 圍是 4到 20mA 由于傳感器的信號電流是不一的 所以要通過信號變送器將傳 感器的信號轉(zhuǎn)化為 PLC可以采集的標準信號 輸出模塊可以驅(qū)動如電磁閥 燈 光顯示 當一個 PLC中心單元的 I O點數(shù)不夠用時 就要對系統(tǒng)進行擴展 擴展接 口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的 本次設(shè)計應用的是西門子的模擬 量擴展模塊 EM223 該模塊可以實現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出點的擴展 完成對氣動系 統(tǒng)的邏輯控制 2 3S7 200 系列 PLC 元件功能 1 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型 S7 200系列 PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串 布爾型 0 或 1 整數(shù)型和實數(shù)型 浮點數(shù) 布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù) 整數(shù)型數(shù)包括 16位符號整數(shù) INT 和 32位符號整數(shù) DINT 第 4 頁 共 37 頁 2 編程元件 1 輸入映像寄存器 I 輸入繼電器 2 變量存儲器 V 3 內(nèi)部標志位存儲器 中間繼電器 M 4 特殊標志位存儲器 SM 5 定時器 T 6 計數(shù)器 C 7 累加器 AC 2 4 程序編輯器 本設(shè)計中的程序設(shè)計使用的是 STEP7 MicroWin編程軟件 使用的是梯形圖 的編程模式 這樣有利于控制邏輯的識別 有利于編程人員發(fā)現(xiàn)控制邏輯的錯 誤 該編程軟件還可以對 PLC進行在線監(jiān)控調(diào)試 這樣也有利于編程人員快速 的完成編程任務 同時該軟件還可以導出 awl 文件 這樣可以導入到仿真軟 件中進行仿真調(diào)試 由于本次編制的控制程序基本是邏輯上的控制 所以 程 序在仿真軟件中可以很好的運行 但是對于復雜的程序 比如有子程序 中斷 的程序就很難在仿真軟件中運行 在程序設(shè)計完成之后要下載到 PLC中進行調(diào)試 有的 PLC 可以通過仿真軟 件進行仿真調(diào)試 但是其調(diào)試結(jié)果的可信度很低 參考價值極低 所以要將編 制好的程序下載到 PLC中進行實際的調(diào)試 軟件則具體的操作步驟如下 1 首先登錄 STEP7 Micro WIN 軟件界面 如圖 2 1 所示 第 5 頁 共 37 頁 圖 2 1 登錄軟件界面 2 進入 STEP7 Micro WIN 軟件之后 打開項目進行新建程序 如果已 經(jīng)建立好了 可以直接進入項目 然后選擇相應的 PLC 型號 如圖所示 2 2 所 示 圖 2 2 PLC 型號選擇 3 完成程序編制后 對 PLC 與 PC 機的通訊進行通訊前準備 首先要在 第 6 頁 共 37 頁 通訊的接口進行設(shè)置 如果使用的是 USB 485 的通訊電纜則選擇 COMX 通訊 口進行 PC 機與 PLC 的對接 其次還要設(shè)置通訊協(xié)議 具體如圖 2 3 所示 圖 2 3 PLC 站地址及通信模式設(shè)置 4 完成程序下載的任務之后 就可以對程序進行在線監(jiān)視調(diào)試 如圖 6 4 所示是程序在線監(jiān)視和調(diào)試相關(guān)按鈕 如果想看程序運行的具體情況 可以 進入程序之前的而程序編程框進行軟元器件的監(jiān)視 如圖 6 5 所示 圖 2 4 PLC 程序監(jiān)視按鈕 第 7 頁 共 37 頁 圖 2 5 PLC 程序軟元件監(jiān)視 本次只用的仿真軟件是第三方軟件 這樣在仿真模擬時候會有很多的問題 所以這樣的仿真調(diào)試只能是參考性的 最終的控制程序需要在實體 PLC 中進行 運行調(diào)試完成 如圖 2 6 所示 是仿真軟件 圖 2 6 S7 200 仿真軟件 設(shè)計過程中對編制好的程序進行了仿真 第一步 先進行仿真文件的配置 即導出 awl 文件 第二步 進入仿真軟件 進行 PLC 類型型號的配置 以及 第 8 頁 共 37 頁 相關(guān)擴展的數(shù)字量模塊進行配置 如圖 2 7 所示 配置好的 PLC 及擴展模塊的 界面 圖 2 7 配置 PLC 和擴展設(shè)備 3氣動控制系統(tǒng)設(shè)計 3 1 氣動控制系統(tǒng)的組成 氣動控制系統(tǒng)由 動力元件 控制元件 傳感元件組成 氣動發(fā)生裝置一般 為空氣壓縮機 它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能 氣動執(zhí)行元件 則將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能 完成規(guī)定動作 在這兩部分之間 根據(jù)機械或設(shè)備 工作循環(huán)運動的需求 按一定順序?qū)⒏鞣N控制元件 壓力控制閥 流量控制閥 方向控制閥和邏輯元件 傳感元件和氣動輔件連接起來 3 2 氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 9 頁 共 37 頁 在彈體尺寸測量系統(tǒng)中 要求實現(xiàn)有四個工位的驅(qū)動氣缸 并且有一個傳 動盤上下的驅(qū)動氣缸 在具體的控制過程中 每個氣缸都要進行上下的移動 即進工位和復位的控制 這樣就需要三位四通的控制閥 對方向進行控制 2 氣動回路設(shè)計 1 先了解設(shè)計的控制系統(tǒng)控制對象的用途和使用環(huán)境 2 初步設(shè)定工作的循環(huán)過程 簡單的形成控制回路 并依據(jù)設(shè)計的內(nèi)容 進行元器件的類型 規(guī)格 性能的選擇 完成選型工作 3 對每一個執(zhí)行元件在進行與氣壓泵連接時的控制單元精細的選擇 搞 清楚其中的互鎖 同步的問題 不能發(fā)生干繞 4 設(shè)計好相關(guān)電控器件 并對限位開關(guān)的位置進行合理的選擇 3 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 對空氣壓縮機的供氣量 Qg 可進行計算 按下式簡 單估算 Qg N 1 2 1 5 QZ QO m3 min 式中 QZ 一臺機器的用氣量 QO 機器和配管的漏氣量 N 工作臺數(shù) 3 3氣動控制系統(tǒng)具體設(shè)計內(nèi)容 在本彈體自動檢測系統(tǒng)設(shè)計中 氣動驅(qū)動的彈體測量頭設(shè)計 將彈體的底 厚測量放在工位一 用到的是位移傳感器 彈體的總長測量設(shè)計在二工位中進 行 用到的是位移傳感器 三工位進行的是彈體的口內(nèi)徑測量 用到的是氣動 測量儀 四工位進行的是彈體的口外徑測量 用到的是激光測徑儀 由于氣動 控制的要求 系統(tǒng)通過三位四通電磁閥 同時 由于控制系統(tǒng)中的導氣管 容 器和附設(shè)裝置存在著氣容和氣阻現(xiàn)象 在實際控制中 氣體的氣壓 流量和速 度將會發(fā)生振蕩 直接影響控制的精度 為此 在系統(tǒng)中引入壓力表 實時對 導氣管中的壓力 進行壓力檢測 以滿足實際氣動控制的進行 同時在氣路中 加入空氣過濾器 對氣體進行一定的過濾 保護氣控設(shè)備有長久的使用壽命 3 4氣動控制系統(tǒng)原理圖繪制 氣動控制原理圖如圖 3 1所示 第 10 頁 共 37 頁 圖 3 1 氣動控制原理圖 第 11 頁 共 37 頁 4 系統(tǒng)控制與設(shè)計 4 1控制系統(tǒng)控制方式確定 根據(jù)彈體檢測系統(tǒng)的自動化控制要求 必須根據(jù)控制要求選擇合適的控制 方式 其中最主要的有繼電 接觸器控制方式 單片機控制方式以及 PLC 與 PC 機相連的控制方式 它們的優(yōu)缺點如下 1 可靠性高 基于工業(yè)測控環(huán)境要求所設(shè)計 一個芯片內(nèi)部集成多個信號通道 擁有比 一般通用 CPU 強的抗噪干擾能力 2 易于擴展 3 控制能力強 為了滿足工業(yè)控制要求 單片機指令系統(tǒng)包含豐富的位處理指令 I O 口 的邏輯操作以及分支轉(zhuǎn)移功能指令 4 單片機采用了面向控制的指令 便于設(shè)計人員使用 5 價格低廉 3 采用上位機與 PLC 相聯(lián)系的控制方式 實現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以 及實現(xiàn) PLC 之間 PLC 與上級計算機之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能 它不僅可以控制一 臺單機 一條生產(chǎn)線 還可以控制一個機群 許多條生產(chǎn)線 它不但可以進行 現(xiàn)場控制 還可以用于遠程控制 綜合以上特點和功能 本文選用以 PLC 為 核心的控制方式實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動控制 在 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計過程中 應 先確定被控對象 詳細分析其運動形式 運動流程以及工作特性 在此基礎(chǔ)之 上制定電氣控制方案 其中 控制內(nèi)容包括時間 速度 行程控制以及電壓 電流的控制等 為了便于操作人員 還需確定系統(tǒng)相應的操作方式 包括手動 自動以及出現(xiàn)故障時的自動報警和相關(guān)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場顯示等 最后選擇能夠滿足 控制要求的 PLC 機型和實現(xiàn)各運動形式所需的電氣元件 綜合考慮系統(tǒng)的技 術(shù)方案和工藝復雜性 最終進行設(shè)備的調(diào)試 4 2 控制系統(tǒng)設(shè)計流程 控制系統(tǒng)設(shè)計要前后進行充分準備 具體的過程分別為方案設(shè)計 設(shè)備選 型 程序設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試 方案設(shè)計 確定氣缸 電機運動過程和順序 協(xié)調(diào)機械結(jié)構(gòu)擬定系統(tǒng)實現(xiàn) 第 12 頁 共 37 頁 方法 根據(jù)彈體的測試流程及要求確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 設(shè)備選型 根據(jù)控制邏輯 確定控制的輸入輸出點 繪制電氣原理圖 確 定 PLC型號 并選擇相應輔助設(shè)備 程序設(shè)計 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對硬件接線檢查無誤的情況下 進行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié) 果進一步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計要求為止 4 3 控制任務分析 該彈體自動檢測系統(tǒng)是集順序控制 運動控制 過程控制于一體的機電一 體化系統(tǒng) 在控制系統(tǒng)的管理下 實現(xiàn)彈體要求的各項尺寸自動檢測 控制流 程如圖 4 1 所示 圖 4 1 控制流程 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 為實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化和安全可靠地運行 從圖 4 1中可以看到 本設(shè)計所選的 S7 200控制外圍繼電器的通斷 控制步 第 13 頁 共 37 頁 進電機轉(zhuǎn)動 氣缸的推動 直流電機 系統(tǒng)整體運行方式為 直流電機驅(qū)動料斗盤振動將工件送入檢測系統(tǒng) PLC 根據(jù)來料檢測傳感器開關(guān)量信號的輸入情況 按照預先編制好的程序 驅(qū) 動升降氣缸帶動傳送裝置上升至定位傳感器的有效監(jiān)測區(qū)域內(nèi) 然后驅(qū)動機械 手臂夾取彈料 PLC 給步進電機驅(qū)動器運行的信號 PLC 間接地通過步進驅(qū)動 器實現(xiàn)控制步進電機 通過步進電機來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的物料盤 進行一工位 二工 位 三工位 四工位的轉(zhuǎn)換 然后 各工位按照規(guī)定的檢測方式對被測工件的 相應尺寸進行檢測 檢測完畢后 PLC 將采集到的各項檢測數(shù)據(jù)傳送至上位機 上位機根據(jù)測量結(jié)果判斷工件合格與否 當判斷出彈料是否合格后 通過 PLC 控制分揀氣缸作出相應的分揀動作 實現(xiàn)對工件總長 底厚的檢測 具體工作 時序如圖 4 2所示 圖見下頁 第 14 頁 共 37 頁 圖 4 2 工作時序 第 15 頁 共 37 頁 PLC主機通過與之對應的測量系統(tǒng)對接 通過編制好的程序讀取測量采集 系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù) 存儲在 PLC 內(nèi)部寄存器中 導桿氣缸驅(qū)動氣動測頭做直線 往復運動 實現(xiàn)工件內(nèi)徑值的檢測 PLC 主機通過 RS 485 串口實現(xiàn)與氣電電 子柱測微儀的通信 根據(jù)測量儀器的數(shù)據(jù)傳輸格式計算通信地址 通過編制程 序 RS485通訊接口 或者以太網(wǎng)的通訊模式與測量模塊進行通訊 讀取氣電電 子柱測微儀檢測到的測量數(shù)據(jù) 存儲在 PLC 內(nèi)部寄存器中 PLC 根據(jù)預先設(shè)置好步進電機轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動角度 通過步進驅(qū)動器驅(qū)動 步進電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 從而控制升降平臺的上升和下降 實現(xiàn)工件 4處彈體相 關(guān)尺寸的檢測 PLC 主機通過 RS 485 串口實現(xiàn)與測徑儀的通信 根據(jù)測量儀 器的數(shù)據(jù)傳輸格式計算通信地址 通過編制程序讀取激光測徑儀檢測到的測量 數(shù)據(jù) 存儲在 PLC 內(nèi)部寄存器中 PLC 將所讀取到的數(shù)據(jù)處理為十進制數(shù)之后 發(fā)送至上位機 由以上動作過程可知 該控制系統(tǒng)的輸入控制信號主要包括三部分 系統(tǒng) 運行狀況 工位運行限位開關(guān)信號 零件檢測信號 并確定了 PLC的控制輸入 輸出控制點 則 I O分配表如表 4 1所示 表 4 1 I O分配表 1 Q2 4 直流電機運轉(zhuǎn) KM3 2 I1 4 放松到位 SQ13 3 Q1 1 四工位復位 YA10 4 Q0 7 三工位復位 YA8 5 Q0 5 二工位復位 YA6 6 Q0 3 一工位復位 YA4 7 M0 4 開始檢測 8 Q2 3 有殘品 KM2 9 Q2 1 放松 YA12 10 Q2 2 轉(zhuǎn)動盤 KM1 11 Q2 0 夾緊 YA11 12 I2 0 啟動程序 SB1 13 M0 3 不合格品 第 16 頁 共 37 頁 14 M0 1 復位判斷 15 M0 0 起始 16 I1 1 四工位到位 SQ9 17 I0 7 三工位到位 SQ7 18 I0 5 二工位到位 SQ5 19 I0 3 一工位到位 SQ3 20 Q1 0 四工位驅(qū)動 YA9 21 Q0 6 三工位驅(qū)動 YA7 22 Q0 4 二工位驅(qū)動 YA5 23 Q0 2 一工位驅(qū)動 YA3 24 I1 2 四個復位到 SQ10 25 I1 0 三工位復位到 SQ8 26 I0 6 二工位復位到 SQ6 27 I0 4 一工位復位到 SQ4 28 I0 2 下移到位 SQ2 29 Q0 1 轉(zhuǎn)盤下移 YA2 30 I1 5 轉(zhuǎn)動到位 SQ12 31 I0 1 上升到位 SQ1 32 Q0 0 轉(zhuǎn)盤上升 YA1 33 I0 0 料斗來料 SQ11 系統(tǒng)的狀態(tài)信號包括啟動 停止 通過按鈕的斷開 閉合實現(xiàn) 其中系統(tǒng) 的運行和停止通過上位機操作界面實現(xiàn) 因此需 1個 I O 輸入點 接近開關(guān)感 應信號限位開關(guān)包括各檢測工件的來料信號檢測和傳送裝置定位檢測 共需 9 個 I O 輸入點 限位開關(guān)控制信號用來判斷升降平臺的行程 需 3 個 I O 輸 入點 機械手臂的夾取需要一個限位開關(guān)的限制 以防夾取壓力太大 對零件 有傷害 對于本設(shè)計的控制系統(tǒng)共需 14個輸入點 但在選擇 PLC 型號時一定 要留有控制點余量 系統(tǒng)的輸出信號主要包括直流電機的控制 步進電機驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動控制 第 17 頁 共 37 頁 電磁閥換向控制以及測量模塊移動切換控制 對于直流電機的控制 本系統(tǒng)要 求實現(xiàn)起停即可 因此需 1 個 I O 輸出點 步進電機驅(qū)動升降平臺 而步進 電機的運轉(zhuǎn)采用專用驅(qū)動器進行細分驅(qū)動 其運轉(zhuǎn)需要一的輸出點進行控制 PLC 通過控制電磁閥換向來實現(xiàn)氣缸的伸縮控制 測量模塊移動的切換控制 因此需 10 個 I O 輸出點 為了使系統(tǒng)的運行狀態(tài)更加直觀 方便操作人員 需設(shè)置運行狀態(tài)指示燈 分別對應以上的系統(tǒng)啟動 關(guān)閉輸出點 因此 系統(tǒng) 共需 15 個輸出點 控制系統(tǒng)中輸入輸出 I O 控制變量點的分配如表 4 1 所 示 本文彈體尺寸測量系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的 S7 200 系列的 CPU224XP 型 PLC 作為主控制模塊核心器件 該機型屬于 S7 200 系列的加強型 功能 齊全 具有很強的運算能力 而且外圍 I O 資源豐富 有利于簡化系統(tǒng)設(shè)計 其端口可以進行自由通信 modbus 通訊模式的選擇 等強大功能 可以便捷的 進行 I O 點數(shù)擴展 不需要程序的初始化 如圖 4 2所示 為 PLC CPU224XP 圖 4 2 CPU224XP 第 18 頁 共 37 頁 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計 在硬件接線之前 必須根據(jù)選定的電氣元件設(shè)計電氣原理圖 便于明確系 統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互關(guān)系以及控制信號的走向 該彈體尺寸 測量系統(tǒng)的強電系統(tǒng)主要應用中間繼電器的常開觸點作為控制元件控制氣缸的 啟動和電機的轉(zhuǎn)動信號 將 PLC 的輸出信號傳遞至各執(zhí)行元件 即 DC24V的電 壓控制高電壓 具體有以下幾個功能 1 PLC 對進行步進電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 2 控制直流電機驅(qū)動物料盤的振動 3 控制氣缸電磁換向閥 并且對氣缸運行位置檢測 4 與測量設(shè)備進行通訊 主回路主要由低壓斷路器和開關(guān)電源及主要用電設(shè)備組成 低壓斷路器不 僅可以接通和切斷主要用電設(shè)備所在電路 還可為各用電設(shè)備提供自動保護措 施 而 DC24V直流穩(wěn)壓電源主要用來為各用控制類型的電氣設(shè)備提供其所需的 工作電壓 控制回路由電磁閥 中間繼電器和檢測傳感器等構(gòu)成 對應主回路 中的四個低壓斷路器 分別是步進電機控制電路 PLC 電路以及電磁閥控制回 路 控制電路板實物圖如圖 4 3 所示 傳送裝置工作主要由步進電機和氣動升降設(shè)備控制 同時利用行程開關(guān)檢 測傳送裝置是否到位 或者用磁性開關(guān)檢測氣缸中活塞的位置 將這些信號反 饋至 PLC 繼而控制傳送裝置的運動和停止 彈料的抓取和測量器件的驅(qū)動都是氣缸實現(xiàn) 他們的具體運動邏輯由 PLC 控制 PLC 的輸出端通過中間繼電器的觸點控制電磁閥的動作 即氣缸的進氣 和排氣 在氣缸上安裝的磁性開關(guān)檢測氣缸中活塞的位置并對 PLC 進行反饋 升降平臺的運動氣缸控制 并由限位開關(guān)檢測平臺的位置信號 然后將位 置信號反饋至 PLC PLC 再控制電機動作 從而實現(xiàn)對平臺行程的控制 圖見下頁 第 19 頁 共 37 頁 第 20 頁 共 37 頁 圖 4 3 電氣控制原理圖 第 21 頁 共 37 頁 參考文獻 1 施文康 余曉芬 檢測技術(shù) M 北京 機械工業(yè)出版社 2010 2 周森 郭永彩 高潮 用于大尺寸工件的動態(tài)長度測量系統(tǒng) J 光學精密工程 2012 20 11 2472 2478 3 謝旭輝 羅志超 彈藥彈體尺寸自動測量系統(tǒng) J 國防科技大學學報 2005 27 6 126 129 4 孫克梅 在線實時工件測長系統(tǒng)開發(fā) J 沈陽航空工業(yè)學院學報 2004 21 4 89 90 5 于保華 胡小平 葉紅仙 內(nèi)孔珩磨尺寸在線氣動測量系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機械學報 2008 39 10 202 206 6 杜敏娟 珩磨氣動測量系統(tǒng)中磨頭測量元件優(yōu)化設(shè)計 D 蘭州理工大學 2012 7 龐明超 王俊元 曾志強 等 某炮彈藥筒內(nèi)孔尺寸在線檢測系統(tǒng)研究 J 包裝 工程 2014 3 17 6 10 8 石曉宇 多軸控制系統(tǒng)設(shè)計方法的分析與研究 D 中北大學 2012 9 官文 鏈式刀庫及自動換刀裝置的控制與檢測系統(tǒng)研究 D 北京工業(yè)大學 2012 10 李飛 零件質(zhì)量自動檢測系統(tǒng)的研究 D 華中科技大學 2006 11 SHU Bin The Application of PLC Controled Stepper Motor in the Classification of Store J Techniques of Automation and Applications 2009 28 11 71 79 12 董學文 陳白寧 基于 PLC步進電機位置閉環(huán)控制研發(fā)與應用 J 設(shè)計與分析 2011 30 142 143 13 王道順 新型數(shù)字式氣動量儀 J 工具技術(shù) 2001 23 1 33 35 14 徐志鵬 王宣銀 羅語溪 高壓氣動比例減壓閥設(shè)計與仿真 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2011 42 1 209 222 15 Yong jie Shi Di Zheng Li yong Hu et al NC polishing of aspheric surfaces under control of constant pressure using a magnetorheological torque servo J The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2012 58 9 1061 1073 16 敖海平 氣嚢拋光接觸力控制系統(tǒng)研究 D 浙江工業(yè)大學 2012 第 22 頁 共 37 頁 17 H Golnabi A Asadpour Design and application of industrial machine vision systems J Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2007 23 6 630 637 18 S B Dworkin T J Nye Image processing for machine vision measurement of hot formed parts J Journal of Materials Processing Technology 2006 174 1 1 6 19 張兵 韓霞 電氣控制與 PLC應用 北京 電子工業(yè)出版社 2015 20 王得勝 韓紅彪 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 北京 電子工業(yè)出版社 2011 21 紀青松 唐瑩著 PLC技術(shù)與應用 三菱機型 項目教程 北京 電子工業(yè)出版 社 2013 22 束長寶 PLC 應用實踐 J 南京 東南大學出版社 2009 23 姜繼海 宋錦春 高常識 液壓與氣壓傳動 M 北京 高等工業(yè)出版社 2009 24 湯自春 PLC 原理及應用技術(shù) M 北京 高等教育出版社 2012 25 張宏友 液壓與氣動技術(shù) 大連 大連理工大學出版社 2010 26 華滿香 電氣控制與 PLC 應用 M 北京 人民郵電出版社 2011 27 程玉華 西門子 S7 200 工程應用實例分析 M 北京 電子工業(yè)出版社 2008 28 吳作明 PLC 開發(fā)與應用實例詳解 M 北京 北京航空航天大學出版社 2010 29 廖常初 可編程序控制器應用技術(shù) M 重慶 重慶大學出版社 2002 30 胡成龍 何瓊 PLC 應用技術(shù) M 湖北 湖北長江出版社 2003 31 鄭洪生 氣壓傳動 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 第 23 頁 共 37 頁 致謝 通過大學四年的奮斗 終于有機會將所學的知識付諸于實踐 本次的畢業(yè) 設(shè)計我很珍惜 因為他融匯了我四年的所學知識 無論從機械結(jié)構(gòu)還是電控原 理等方面都是對我的學習的知識的一次大檢驗 在做設(shè)計的過程中 雖然是問 題百出 但是在經(jīng)過老師的提醒和講解下 以及查看相關(guān)案例 使我的設(shè)計得 以妙筆生花 設(shè)計出有價值的東西 我很感謝曾老師對我的幫助 最后 向給與我?guī)椭团惆榈睦蠋熗瑢W們 致以真切的祝愿 祝你們在未 來的生活事業(yè)中心想事成 第 24 頁 共 37 頁 附錄 A程序指令 1 1 主程序 第 25 頁 共 37 頁 1 2 子程序 第 26 頁 共 37 頁 第 27 頁 共 37 頁 第 28 頁 共 37 頁 第 29 頁 共 37 頁 第 30 頁 共 37 頁 第 31 頁 共 37 頁 第 32 頁 共 37 頁 B 梯形圖 2 1主程序 第 33 頁 共 37 頁 2 2子程序 第 34 頁 共 37 頁 第 35 頁 共 37 頁 第 36 頁 共 37 頁 第 37 頁 共 37 頁 第 38 頁 共 37 頁 第 39 頁 共 37 頁