畢業(yè)論文---壓縮機氣缸蓋螺釘機

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　?。?011屆）</b></p><p>　　題 目 壓縮機氣缸蓋螺釘機 </p><p>　　系 別 機電工程系

2、 </p><p>　　專 業(yè) 機電一體化技術 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1壓縮機氣缸

3、蓋螺釘機的工程背景3</p><p>　　1.2氣缸蓋與曲軸箱連接部分3</p><p>　　1.3壓縮機氣缸蓋螺釘機簡介4</p><p>　　1.3.1功能用途4</p><p>　　1.3.2整機組成及技術規(guī)格4</p><p>　　1.4前言的總結5</p><p>　　第2

4、章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求6</p><p>　　2.1壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求6</p><p><b>　　2.2結構概述6</b></p><p>　　2.3壓縮機氣缸蓋螺釘機的控制方式6</p><p>　　2.4壓縮機氣缸蓋螺釘機控制面板6</p><p><

5、b>　　2.5控制要求7</b></p><p>　　第3章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的硬件選擇8</p><p>　　3.1壓縮機氣缸蓋螺釘機硬件的選擇8</p><p>　　3.2氣動馬達的選擇8</p><p>　　3.3壓力傳感器原理及應用9</p><p>　　3.4 PLC的選擇9

6、</p><p>　　3.4.1 PLC的功能10</p><p>　　3.4.2可編程控制器的基本原理12</p><p>　　3.4.3可編程控制器的組成12</p><p>　　3.4.4可編程控制器的性能指標12</p><p>　　3.4.5 PLC的通信聯(lián)網14</p><p&

7、gt;　　3.5控制功能的選擇15</p><p>　　3.6 PLC的類型17</p><p>　　第4章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件選擇19</p><p>　　4.1壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件控制19</p><p>　　4.2軟件控制的方式19</p><p>　　4.3編制梯形圖并寫出程序19<

8、;/p><p><b>　　總結24</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設備主要用于壓縮機氣缸蓋螺釘?shù)木o固，是壓縮機規(guī)模生產的重要配套設備。</p><p>　　本機

9、主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成，上述裝置固定在機架上。一工位配氣動馬達，馬達安裝板及臺面的孔距安裝板按機型的不同可更換；另一套空位，預留。該設備采用立式離線方式，螺釘擰緊采用一次擰緊方式。氣缸蓋螺釘扭矩8.3—9.8N?m，扭矩采用壓力傳感器方式控制，四個氣動馬達氣壓和流量分別控制和調節(jié)，擰緊結束后，擰緊頭自動停止。設備具備螺釘打滑、螺釘扭矩異常等異常情況報警控制，工裝板放行與螺釘機聯(lián)動。</p><p>&

10、lt;b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1壓縮機氣缸蓋螺釘機的工程背景</p><p>　　隨著時代的變遷，人們的食物儲藏手段已從簡單的地窖演變?yōu)榱吮?，當然，我們知道冰箱的核心是壓縮機，壓縮機的組成部分中閥組的這個部件是壓縮機中非常重要的部件之一，它控制著壓縮機的吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個過程。閥組包括氣缸蓋、氣缸蓋墊片、吸氣消音器、閥板等等。我們

11、要研究的就是將整個閥組通過螺釘擰緊在曲軸箱活塞進出面的螺釘擰緊機。</p><p>　　1.2氣缸蓋與曲軸箱連接部分 </p><p>　　氣缸蓋的材質是鑄鐵或鋁合金。鑄鐵氣缸蓋需要鉆孔、磨平面、清洗、干燥等工序，目前冰箱壓縮機行業(yè)很少采用;而鋁合金氣缸蓋由于不需要加工，為冰箱壓縮機行業(yè)普遍采用。氣缸蓋的主要質量特性見表1-1。     &

12、#160;</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　閥板可以用鋼板或粉末冶金來制造。粉末冶金閥板分為平閥板和凹槽閥板兩種，國內冰箱壓縮機行業(yè)普遍采用凹槽粉末冶金閥板，粉末冶金閥板需要經過磨平面、滾拋去毛刺、研磨閥座、研磨平面、平面刷光、清潔干燥等工序。隨著粉末冶金工藝技術的提高，現(xiàn)在又有免加粉末冶金閥板開始在壓縮機上使用。鋼閥板強度高、成本低

13、，在歐洲應用廣泛，歐洲先進和專業(yè)的制造工藝可以確保鋼閥板的加工質量，Danfoss、ACC的高端壓縮機普遍采用鋼閥板；國內已有廠家開始使用鋼閥板，由于質量不穩(wěn)定，一般只用于普效壓縮機。</p><p>　　閥板的主要質量特性見表1-2。</p><p><b>　　表1-2</b></p><p>　　吸、排氣發(fā)片用碳鋼或不銹鋼制造，閥片邊緣毛

14、刺、裂紋等缺陷不僅影響壓縮機性能，而且?guī)韷嚎s機的可靠性和安全性問題。</p><p>　　閥板墊片是氣缸蓋與曲軸箱之間活塞上死點間隙墊片，它使得活塞可以運行到最大為止而不會卡死，是決定壓縮機閥組與曲軸箱之間的重要組成。</p><p>　　1.3壓縮機氣缸蓋螺釘機簡介 </p><p><b>　　1.3.1功能用途</b></p>

15、;<p>　　本設備主要用于壓縮機氣缸蓋螺釘?shù)木o固，是壓縮機規(guī)模生產的重要配套設備。</p><p>　　本機主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成，上述裝置固定在機架上。一工位配氣動馬達，馬達安裝板及臺面的孔距安裝板按機型的不同可更換；另一套空位，預留。該設備采用立式離線方式，螺釘擰緊采用一次擰緊方式。氣缸蓋螺釘扭矩8.3—9.8N?m，扭矩采用壓力傳感器方式控制，四個氣動馬達氣壓和流量分別控制和調節(jié)

16、，擰緊結束后，擰緊頭自動停止。設備具備螺釘打滑、螺釘扭矩異常等異常情況報警控制，工裝板放行與螺釘機聯(lián)動。</p><p>　　動作描述：帶料工裝板移動到此工位后，阻擋器自動阻擋，操作者手工取曲軸箱上的閥板墊片并按規(guī)定方向放入氣缸蓋閥板組件上，再按規(guī)定方向將該組件放入正前方的擰緊機夾具上；手工取曲軸箱組件對準閥板組件放入螺釘機，氣缸蓋螺釘機自動啟動擰緊螺釘；螺釘擰緊完成后，手工取下曲軸箱組件放至工裝板上，工裝板自動

17、放行至下一個工位。</p><p><b>　　整機組成及技術規(guī)格</b></p><p><b>　　整機組成</b></p><p><b>　　機架</b></p><p><b>　　氣動馬達</b></p><p><

18、;b>　　儲氣包</b></p><p><b>　　輔助設備</b></p><p><b>　　技術規(guī)格：</b></p><p><b>　　表1-2</b></p><p><b>　　本機特點</b></p>&l

19、t;p>　　結構簡潔緊湊、整機造型美觀、自動化程度高；</p><p>　　設備易于調節(jié)，適于不同工藝的產品；</p><p>　　采用進口元器件，保證了設備的運行可靠性。</p><p><b>　　1.4前言的總結</b></p><p>　　我現(xiàn)在選擇的是壓縮機氣缸蓋螺釘機，是用電子和機械結合來控制這個裝置。

20、其中涉及到是知識有：PLC、電路電機、工程力學、材料學、氣動學、傳感器。</p><p>　　第二章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求</p><p>　　2.1壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求</p><p>　　在我設計的壓縮機氣缸蓋螺釘機中，螺釘?shù)呐ぞ厥且粋€定值，所以當扭矩到達一個定值時，螺釘機會自動停止。而且，我們的螺釘機的啟動是利用紅外線感光傳感器來實現(xiàn)啟動的，

21、當紅外線光束被工件打斷后，螺釘機開始啟動旋轉，直到達到一個合適的扭矩后自動停止。 </p><p><b>　　2.2結構概述 </b></p><p>　　本機在結構上本機主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成。各部分組成及功用如下：</p><p>　　機架 機架系框架結構，由方管焊接接而成，是整個設備的支撐。所有安裝面均為精加工面。底部裝有

22、可調支撐，用于設備高度的調整；</p><p>　　氣動馬達 氣動馬達帶動套筒組件旋轉，達到擰緊螺釘?shù)哪康摹?lt;/p><p>　　儲氣包 為保證螺釘機的穩(wěn)定工作，在工位旁配備柱式儲氣包一套。</p><p>　　輔助設備 所有控制元器件均按要求放置對應的電、氣箱內。</p><p>　　2.3壓縮機氣缸蓋螺釘機的控制方式</p&g

23、t;<p>　　在現(xiàn)在的市場經濟時代，我們?yōu)榱颂岣呓洕б妗Ｋ晕覀兇罅康膽酶呖萍己妥詣踊夹g，而我現(xiàn)在設計的PLC正是一種體現(xiàn)。本設計是有效的使機械和電子結合在了一起，正是我們機電一體化的映照。采用了三菱的FX2N的批PLC，這樣的大量生產即提高了經濟效益，又增強了企業(yè)競爭力。</p><p>　　2.4壓縮機氣缸蓋螺釘機控制面板</p><p><b>　　圖

24、2-1 </b></p><p>　　上圖為氣缸蓋螺釘機的氣路原理圖，當傳感器傳送信號到達后，1貯氣罐在2三聯(lián)件的啟動下開始放氣，通過3消音器的減小噪音。再通過8三聯(lián)件分四路分別輸氣到四個支路上，通過11單電控兩位三通電磁閥，經13消音器的消音，進入15單向節(jié)流閥傳至氣動馬達帶動馬達開始工作。當扭矩達到指定值時，16壓力傳感器接收到信號，停止旋轉，19快速排氣閥快速排氣。一個工作周期完成。&l

25、t;/p><p><b>　　2.5控制要求</b></p><p>　　由實驗面板圖可知：當接收器接收到信號后，在三聯(lián)件的帶動下，貯氣罐開始放氣，直至單向節(jié)流閥關閉后，快速排氣閥排氣，貯氣罐關閉，停止輸氣。整個過程利用氣壓的來實現(xiàn)啟動馬達的轉動，從而達到螺釘扭矩的實現(xiàn)。</p><p>　　第三章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的硬件選擇</p>

26、;<p>　　3.1壓縮機氣缸蓋螺釘機硬件的選擇</p><p>　　在本設計中我所用到的基本設備有氣動馬達、氣動三聯(lián)件、單向節(jié)流閥、快速排氣閥、單電控兩位三通電磁閥、傳感器。</p><p>　　3.2氣動馬達的選擇</p><p>　　最常用的氣動馬達有葉片式(又稱滑片式)、活塞式、薄膜式三種。(現(xiàn)在市場上最常用的就是葉片式氣動馬達、活塞式氣動馬達

27、） </p><p>　　葉片式氣動馬達與活塞式氣動馬達的特點相比較而言：葉片式氣動馬達轉速高扭矩略小，活塞式氣動馬達轉速略低扭矩大，但是氣動馬達相對液壓馬達而言轉速還算是高的，扭矩是小的。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.3壓力傳感器原理及應用 </p><p><b>

28、　　1、傳感器的簡介</b></p><p>　　傳感器是一種能將與待測量的能量形式，轉化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。信號處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的信號的裝置、顯示或動作。</p><p><b>　　2、傳感器的分類</b></p><p>　　傳感器分類方法很多，常用的有2種:一種是按被測的參

29、數(shù)分，另一種是按變換原理來分。通常按被測的參數(shù)來分類，可分為熱工參數(shù):溫度、比熱、壓力、流量、液位等;機械量參數(shù):位移、力、加速度、重量等;物性參數(shù):比重、濃度、算監(jiān)度等;狀態(tài)量參數(shù):顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數(shù)。</p><p>　　力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但

30、應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 </p><p>　　在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應

31、變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉換和CPU ）顯示或執(zhí)行機構。 </p><p>　　3.4 PLC的選擇</p><p>　

32、　PLC編程控制器是在繼電器控制技術和計算機控制技術的基礎上開發(fā)出來的，最初的可編程控制器主要用于順序控制，一般只能進行邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制器（Prongrammable Logic Controller ）簡稱 PLC。隨著計算機技術的發(fā)展及微處理器的應用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，遠遠超出邏輯控制的范圍，具備了模以量控制，過程控制，遠程通信及計算等功能，</p><p>　　可編程控制器是

33、專為在工業(yè)環(huán)境下應用設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器‘可以編程程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯計算，定時計算和操作，并通過數(shù)字式和模以。在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。</p><p><b>　　PLC的發(fā)展歷程</b></p><p>　　目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車（23%）、糧食加工（

34、16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學者更方便地了解PLC，本文對PLC的發(fā)展、基本結構、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位網友有所幫助。</p><p>　　在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)

35、的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。</p><p>　　個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable 

36、;Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。</p><p>　　PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破?/p>

37、及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　PLC具有通

38、用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。</p><p>　　3.4.1 PLC的功能</p><p>　　1、功能強，性能價格比高 </p><p>　　一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼

39、電器相比，具有很高的性能價格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 </p><p>　　2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 </p><p>　　可編程序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有

40、很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。 </p><p>　　3、可靠性高，抗干擾能力強 </p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 PL

41、C采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。 </p><p>　　4、系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 </p><p>　　PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的

42、梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 </p><p>　　PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 </p>

43、<p><b>　　5、編程方法簡單 </b></p><p>　　梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 </p><p>　　梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器

44、在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。 </p><p>　　6、維修工作量少，維修方便 </p><p>　　PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 </p><p>　　7、體積

45、小，能耗低 </p><p>　　對于復雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2-1/10。 </p><p>　　PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。學得辛苦，做得舒服。</p><p>

46、;　　3.4.2可編程控制器的基本原理 </p><p>　　PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。 </p><p>　　PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面

47、好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 </p><p>　　3.4.3可編程控制器的組成</p><p>　　可編程控制器的硬件部分由 CPU 、系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、輸入輸出元件、編程器、外部設備和電源組成。軟件部分由系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶程序兩大部分組成。 可編程控制器的結構

48、特點</p><p>　　可編程控制器的結構通?？煞譃閱卧?、模塊式，以及將這兩種形式結合起來的疊裝式。　　單元式的特點是結構緊湊。它將所有的電路都裝入一個模塊內，構成一個整體，這樣體積小巧、成本低、安裝方便。</p><p>　　模塊式可編程控制器采用搭積木的方式組成系統(tǒng)，在一塊基板上插上 CPU 、電源、Ｉ／Ｏ模塊及特殊功能模塊，構成一個總Ｉ／Ｏ點數(shù)很多的大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。其特點是

49、 CPU 為獨立的模塊 , 輸入、輸出也是獨立模塊。因此配置很靈活，可以根據不同的系統(tǒng)規(guī)模選用不同檔次的 CPU 及各種Ｉ／Ｏ模塊、功能模塊。</p><p>　　疊裝式的結構也是各種單元、 CPU 自成獨立的模塊，但安裝不用基板，僅用電纜進行單元間聯(lián)接，且各單元可以一層層地疊裝。這樣，既達到了配置靈活的目的，又可以做得體積小巧。</p><p>　　3.4.4 可編程控制器的性能指標&l

50、t;/p><p>　　硬件性能指標包括一般指標、輸入特性和輸出特性。軟件性能指標包括運行方式、運算速度、程序容量、邏輯元件種類和數(shù)量以及編號、指令類型和數(shù)量等。從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</

51、p><p>　　(1)、CPU的構成</p><p>　　CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應

52、的控制信號，去指揮有關的控制電路。</p><p>　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據，是PLC不可缺少的組成單元。</p><p>　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解

53、釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。</p><p>　　CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。</p><p><b>　?。?）、I/O模塊</b></p>

54、<p>　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。</p><p>　　開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變

55、化的量。常用的I/O分類如下：</p><p>　　開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。</p><p>　　除了上

56、述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。</p><p><b>　?。?）電源模塊</b></p><p>　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的

57、還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。六、底板或機架</p><p>　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。</p><p>　?。?）PLC系統(tǒng)的其它設備</p><

58、p>　　1)、編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。</p><p>　　2)、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充

59、當人機界面非常普及。</p><p>　　3)、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。</p><p>　　3.4.5 PLC的通信聯(lián)網</p><p>　　依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出&qu

60、ot;網絡就是控制器"的觀點說法。</p><p>　　PLC具有通信聯(lián)網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。</p><p>　　PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用

61、。</p><p>　　對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng))來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。</p><p>　　在PLC

62、系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的

63、特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。 一、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 </p><p>　　I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕y(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展 </p><p>　　余量后，作為輸入輸出點數(shù)

64、估算數(shù)據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 </p><p><b>　　存儲器容量的估算 </b></p><p>　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在

65、程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 </p><p>　　存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 </p><p>　　3.5控制功能的選擇</p>

66、<p>　　該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 </p><p><b>　　(一)運算功能</b></p><p>　　簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功

67、能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業(yè)網進行數(shù)據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉換和PID運算等。要顯示數(shù)據時需要譯碼和編碼等運算。 </p><p&g

68、t;<b>　　(二)控制功能 </b></p><p>　　控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉換單

69、元等。</p><p><b>　　(三)通信功能 </b></p><p>　　大中型PLC系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。 </p><p>　　PLC系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/42

70、2A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。　　PLC系統(tǒng)的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網絡主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網絡；1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網絡；3）PL

71、C網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網；4）專用PLC網絡（各廠商的專用PLC通信網絡）。</p><p>　　為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網）通信處理器。</p><p><b>　　(四)編程功能</b></p><p>　　離線編程方式：PLC和編程

72、器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(shù)據交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在

73、大中型PLC中常采用。</p><p>　　五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。</p><p><b>　　(五)診斷功能</b>

74、</p><p>　　PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。</p><p>　　PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。</p><

75、;p><b>　　(六)處理速度</b></p><p>　　PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據的丟失。</p><p>　　處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能

76、適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。</p><p>　　3.6 PLC的類型</p><p>　　（一）PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制

77、功能或輸入輸出點數(shù)選型。</p><p>　　整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p>　?。ǘ┹斎胼敵瞿K的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入

78、模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。</p><p>　　可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低

79、應用成本。</p><p>　　考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。</p><p><b>　　(三)電源的選擇</b></p><p>　　PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如

80、果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。</p><p><b>　　(四)存儲器的選擇</b></p><p>　　由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PL

81、C的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。</p><p>　　(五)冗余功能的選擇</p><p><b>　　1．控制單元的冗余</b></p><p>　　(1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。</p><p>　　(2)

82、在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。</p><p>　　2．I/O接口單元的冗余</p><p>　　(1)控制回路的多點I/O卡應冗余配置。</p><p>　　(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3）根據需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。</p><p>

83、;<b>　　(六)經濟性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。</p><p>　　輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點

84、數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。</p><p>　　第四章 攪拌器的軟件選擇</p><p>　　4.1壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件控制</p><p>　　根據該螺釘機的控制要求，并考慮到各個執(zhí)行機構動作的轉步條件，可以畫出其控制流程圖。這算一種典型的步進控制，可以用移位寄

85、存器SFT很方便地實現(xiàn)步進的控制，梯形圖程序，</p><p>　　4.2軟件控制的方式</p><p>　　考慮到移位寄存器的移位脈沖用窄脈沖比較合適，所以將各啟動按鈕信號和各液位傳感器信號用微分指認均轉換成窄脈沖。</p><p>　?。?）按下啟動按鈕時，用MOV指令將移位寄存器通道的最低位HR000置1 ，并由該位控制輸出繼電器01001接通，使外接的YV1

86、電磁閥通電打開，氣體A流入容器。按下啟動按鈕的同時，保持繼電器HR0100接通并鎖存。</p><p>　?。?）當壓力上升到I時，液位傳感器I閉合，輸入繼電器0003接通，其上升沿經微分后使20100接通一個掃描周期，20100就作為移位寄存器的移位寄存器的脈沖，使HR00通道中的各位依次移易位，即HR0001=1。由于移位寄存器的輸入端25314，這是始終保持OFF的特殊功能寄存器，從容保證每次移位時均是0

87、移入HR0001通道的最低位。這時輸入繼電器01001斷開使YV1電池閥斷電，而HR0001=1控制輸出繼電器01002接通，使外接的YV2電磁閥通電打開，液體B 入容器。</p><p>　?。?）當壓力到達I時，輸入繼電器00003接通，其上升微分后使20100又接通一個掃描周期，使移位寄存器通道HR00中的各位移易位，即HR002=1又接通一個掃描周期，使移位寄存器通道HR000中的各位再移一位，即HR00

88、02=1，此時輸入繼電器01002斷開使YV2電池閥斷電，而輸出繼電器01000接通，使外接的解存器KM通電，電動機啟動運轉，同時定時器TIM000開始定時。</p><p>　　4.3編制梯形圖并寫出程序</p><p>　　參考程序 表4-1所示</p><p>　　總結 </p><p>　　畢業(yè)設計是

89、在教學過程的最后階段采用的一種總結性的實踐教學環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計總結，能使學生綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術及基本能力的訓練。通常,僅對大專以上學校要求在畢業(yè)前根據專業(yè)的不同進行畢業(yè)設計總結，對中等專業(yè)學校的學生不作要求。根據鄧小平同志提出的“教育要面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來”的教育改革和發(fā)展的戰(zhàn)略指導方針，在要求學生掌握中等專業(yè)學校相應的理論知識和專業(yè)技能基礎上，我校積極創(chuàng)造條件，將中等職業(yè)技術教育“

90、高移”，在中等專業(yè)學校試行畢業(yè)設計，以適應新的技術革命和現(xiàn)代社會、現(xiàn)代生產對高素質勞動工人的要求，取得了較好的效果。</p><p>　　職業(yè)技術教育應立足于現(xiàn)實，著眼于未來，要積極創(chuàng)造條件，使職業(yè)理論教育與現(xiàn)代生產實際相結合。理論與實際相結合，不僅包括課堂上學的有關知識要與技能訓練相結合，還包括要引導學生了解和接觸社會實際的內容。學生進行畢業(yè)設計，是在專業(yè)理論知識的指導下，通過各種方式，解決一些實際性的問題。在

91、設計過程中，學生可以將所學的理論知識運用到實踐中，不僅能加深對專業(yè)理論知識的理解，而且能豐富和發(fā)展書本上的理論知識，使之轉化成更高層次的經驗、技能和技巧。由于現(xiàn)行的教學模式，理論知識與技能，尤其是與生產實踐存在著嚴重的脫節(jié)，學生無法將他們課堂上學習的理論知識與現(xiàn)實生產問題聯(lián)系起來，使之學不能致用。而增加畢業(yè)設計這一環(huán)節(jié)，通過合理選擇課題，引導學生有意識地系統(tǒng)運用所學知識和技能，去分析思考，有助于理論知識與實踐有機的結合。</p&g

92、t;<p>　　通過一定時間的校內學習，學生已獲得了相應的理論知識和一定的專業(yè)技能；進入工廠的生產實踐又使其獲得了一定的實踐經驗。對他們來說，應該更能理解所學理論知識在生產實踐中的應用。而在生產實踐中所涉及的一些實踐問題，又能促進其帶著疑問積極地探索。應該說，進行畢業(yè)設計從知識技能的準備到心理的充分認識都具備了較好的基礎。選題是畢業(yè)設計的關健。一個良好的課題，能強化理論知識及實踐技能，使學生充分發(fā)揮其創(chuàng)造力，圓滿地完成畢業(yè)

93、設計。畢業(yè)設計的課題可從以下幾個方面綜合考慮：有利于綜合學生所學知識，能結合學科特點，盡可能聯(lián)系實際，有一定的應用價值。根據以上要求，可以考慮從下面一些角度挖掘課題：學科教學的延伸，例如：結合電氣控制線路，要求學生設計機械動力頭控制電路并安裝調試。結合數(shù)字電路進行邏輯電路的設計與裝接，多學科的綜合。結合某專業(yè)學科確定一個綜合課題，如果課題較大，可分解為幾個子課題，交由不同的小組完成，最后再整合成一個完整的課題。學習的最終目的是為了應用。

94、與實際結合的課程能激發(fā)學生的學習動力，產生強烈的學習興趣。在實際教學過程中，我們發(fā)現(xiàn)，拿到實用性強的課題的學生積極性明顯高于其他學生。因此，課題應盡可</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]高欽和.可編程控制器應用技術與設計[M].人民郵電出版社，2001，145~169</p><p>　　[2]賀哲榮、石帥

95、軍 、王志云．流行PLC實用程序及設計[M]．西安電子科技大學出版社，2003．（120~136）</p><p>　　[3]黃淑容、陳國發(fā).機械工程設計基礎 [M]． 機械工業(yè)出版社 2005 59~75 [4]趙再軍、湯鍵鑫、吳曉蘇．機電一體化概論[M]．浙江大學出版社2003． 27~46 </p><p>　　[5]丁學恭、陸長明、揚正川、樓曉春 .電器控制與P