滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)硬件部分論文

1、<p><b>　　目次</b></p><p><b>　　1緒論3</b></p><p><b>　　1.1概述3</b></p><p>　　1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢3</p><p>　　1.3本課題研究的意義5</p><

2、p>　　1.4 本課題擬采用的方法5</p><p>　　1.5本課題的主要內(nèi)容5</p><p>　　2滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1檢測平臺總體設(shè)計(jì)概要7</p><p>　　2.1.1檢測平臺及分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介8</p><p>　　2.1.2檢測平臺及分料機(jī)構(gòu)

3、控制要求9</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.2.1概述10</p><p>　　2.2.2控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)11</p><p>　　3控制系統(tǒng)的硬件選型及分析13</p><p><b>　　3.1概述13</b></p>&

4、lt;p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動部分13</p><p>　　3.1.2 狀態(tài)檢測及報(bào)警設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)選型及布置14</p><p>　　3.2.1步進(jìn)電機(jī)步距角的分析14</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的分析估算15</p><p>　　3.2.3負(fù)載

5、轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩的估算16</p><p>　　3.2.4選型18</p><p>　　3.3接近開關(guān)19</p><p>　　3.4電磁鐵的選型20</p><p>　　3.4.1彈簧預(yù)緊力的分析估算20</p><p>　　3.4.2選型21</p><p>　　3.5 PLC硬件

6、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型21</p><p>　　3.5.1 PLC的選型21</p><p>　　3.5.2 PLC的I/O點(diǎn)分配22</p><p>　　3.5.3 PLC與工控機(jī)的通信協(xié)議25</p><p>　　3.5.4驅(qū)動器的選擇27</p><p>　　3.6控制系統(tǒng)硬件總體連接圖28</p&g

7、t;<p>　　4.控制系統(tǒng)軟件簡介29</p><p><b>　　4.1 概述29</b></p><p>　　4.2軟件的功能29</p><p>　　4.3軟件的實(shí)現(xiàn)方法30</p><p>　　4.4軟件流程圖30</p><p><b>　　5全文總結(jié)

8、32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p

9、>　　滑塊是空氣調(diào)節(jié)器中的一個關(guān)鍵性部件，其加工要求的平行度、垂直度和尺寸精度都很高，滑塊的加工質(zhì)量、幾何尺寸、形位公差、表面粗糙度等會嚴(yán)重影響空氣調(diào)節(jié)器的性能指數(shù)，圖1-1所示為滑塊外形圖。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　隨著空氣調(diào)節(jié)器的發(fā)展，滑塊的需求量越來越大，對其精度要求越來越高，而目前，滑塊厚度的檢測仍然依靠手工操作

10、。工作人員利用測量工具對滑塊進(jìn)行測量，然后對滑塊是否合格進(jìn)行估計(jì)分類。這種方法存在檢測速度慢（一個工人一個班次只能檢測幾百塊），效率低，人為因素影響大的問題，嚴(yán)重制約了滑塊的生產(chǎn)效率，而且容易受主觀因素影響，無法得到精確的數(shù)據(jù)。</p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求生產(chǎn)向著快速、靈活、高質(zhì)量、大批量的自動化方向發(fā)展，與此同時，產(chǎn)品檢測能否跟得上生產(chǎn)的速度就決定了工廠效益的高低，尤其是對大批量生產(chǎn)的重要元件的檢測

11、，靠人工檢測費(fèi)時、費(fèi)力。因此，如果能有一條自動檢測生產(chǎn)線來取代原來的手工操作，就顯得非常必要。因此，由寧波市科技局提出、南京理工大學(xué)承擔(dān)研制一套自動化程度高、檢測效率高的滑塊厚度綜合檢測平臺。該系統(tǒng)可以達(dá)到自動檢測滑塊的尺寸，以減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)省大量的人力、財(cái)力、物力，并提高檢測的正確率，使產(chǎn)量與檢測同步，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢</p>&

12、lt;p>　　成件物品分揀是將眾多的不同物品，迅速地按其要求分送到眾多目的地的一種物料搬運(yùn)過程。過去，成件物品分揀一般用人力和借助簡單機(jī)械來進(jìn)行，其主要缺點(diǎn)是勞動量大，效力低，差錯率高。</p><p>　　隨著生產(chǎn)及商業(yè)連鎖經(jīng)營模式的發(fā)展和商品品種的激烈增多，目前物品分揀系統(tǒng)已成為各種行業(yè)，如郵政、醫(yī)藥、煙草、圖書等末端配送中心的重要設(shè)施，也是物料搬運(yùn)自動化的一個重要分支。</p><

13、p>　　雙向滑塊分揀系統(tǒng)主要由前處理設(shè)備、雙向推塊分揀主機(jī)、后處理設(shè)備、控制裝置及電腦管理等四部分組成。</p><p>　　1.前處理設(shè)備包括雙向滑塊分揀機(jī)之前向雙向滑塊分揀機(jī)輸送物品的進(jìn)給臺及其他輔助性輸送機(jī)和作業(yè)臺等。進(jìn)給臺的功能主要有兩個：一是操作人員利用輸入裝置或條碼識別裝置將各個分揀物品的尺寸、目的地址送入資訊處理系統(tǒng)，然后經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換為確定推塊方向、位置、數(shù)量和驅(qū)動分岔機(jī)構(gòu)等一系列指令；另一個

14、是控制分揀物品進(jìn)入分揀主機(jī)的時間和速度，使進(jìn)入分揀主機(jī)的物件與分配好的推塊同步，確保和物件準(zhǔn)確分揀。其他輔助性輸送機(jī)則是向進(jìn)給臺輸送分揀物品，可根據(jù)分揀系統(tǒng)現(xiàn)場的要求和條件來設(shè)置。</p><p>　　2.雙向推塊分揀主機(jī)是系統(tǒng)的核心設(shè)備，由板式輸送機(jī)、推塊、道岔等關(guān)鍵部件組成，根據(jù)控制裝置的指令、通過滑塊將分揀物品分揀到相應(yīng)的下線格口。</p><p>　　3.后處理設(shè)備一般指設(shè)置在雙向

15、滑塊分揀主機(jī)兩側(cè)的下線格口，其功能是暫存經(jīng)分揀的物件。下線格口有多種類型和表式，如：有動力和無動力、滑槽和排輪結(jié)構(gòu)等，以適應(yīng)不同需求，線格口一般設(shè)有預(yù)滿格及滿格聲光提示功能。格滿后，由人工收集和裝車發(fā)運(yùn)，也有直接將伸縮式輸送機(jī)或其他輸送機(jī)連接下線格口組成后處理系統(tǒng)，以提高分揀效率。</p><p>　　4.控制裝置及電腦管理是對物品分揀資訊和處理，給系統(tǒng)設(shè)備各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動作指令，使物品迅速、準(zhǔn)確地在預(yù)定的分揀口

16、進(jìn)入目的地，完成對物品的分揀搬運(yùn)處理。電腦管理主要是對系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行的資料進(jìn)行記錄、監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，相關(guān)生產(chǎn)資料、技術(shù)資料、各類報(bào)表等的整理和列印，并能與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路管理。</p><p>　　1.3本課題研究的意義</p><p>　　本課題意在研制出一套滑塊厚度綜合檢測平臺系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的自動檢測功能，來取代原有的人工檢測，以達(dá)到減輕工人勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的目的。滑塊自動檢測

17、裝置的應(yīng)用，將有效地提高企業(yè)的自動化水平，在提高了測量精度的基礎(chǔ)上，極大地提高工廠的生產(chǎn)檢測效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此檢測裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有極高的實(shí)用價(jià)值與推廣價(jià)值，有著重要的意義。</p><p>　　1.4 本課題擬采用的方法</p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，檢測自動化已成為一種提高效率、提高檢測結(jié)果精確性的重要途徑。</p>

18、<p>　　傳統(tǒng)的滑塊檢測主要依靠工人手工打表的方式，對滑塊是否合格進(jìn)行檢驗(yàn)。人工檢測存在檢測速度慢、效率低下、人為因素影響大等問題。因此，滑塊的自動化檢測成為必然。本課題中滑塊的傳送、分料、滑塊厚度的檢測等動作全部由系統(tǒng)進(jìn)行自動化檢測，這不僅能夠大大提高測試效率，還能減少工作人員的主觀因素對測試結(jié)果精確性的影響。要達(dá)到滑塊厚度尺寸的自動檢測的目的，本系統(tǒng)主要采用的是流水線式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)軌中完成滑塊的運(yùn)行及其翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)，并

19、在完成綜合檢測后自動分料，導(dǎo)軌用步進(jìn)電機(jī)帶動雙面同步齒形帶傳動，分料機(jī)構(gòu)部分用步進(jìn)電機(jī)帶動，電磁鐵得失電來實(shí)現(xiàn)；采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊檢測、分料過程的實(shí)時監(jiān)視和自動控制。</p><p>　　1.5本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本文的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章緒論部分

20、介紹了滑塊厚度綜合檢測平臺的研制原因、目的、作用以及國內(nèi)外在該課題方面的發(fā)展概況及趨勢，并闡述了本課題研究的方法、手段及意義。</p><p>　　第二章介紹了滑塊厚度綜合檢測平臺系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，闡述了滑塊厚度綜合檢測平臺系統(tǒng)的要求、系統(tǒng)組成、各組成部分的功能以及控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三章介紹了控制系統(tǒng)硬件部分的選型及分析，其中詳細(xì)介紹了對步進(jìn)電機(jī)、感應(yīng)開關(guān)、電磁鐵、

21、PLC和驅(qū)動元件的選擇，對PLC的輸出輸入口的分配及PLC與工控機(jī)的通信協(xié)議做了介紹，最后生成控制系統(tǒng)硬件接線圖和電路圖。</p><p>　　第四章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)簡介，對軟件的要求、功能、實(shí)現(xiàn)方法及流程圖做了簡單的介紹。</p><p>　　第五章全文總結(jié)中介紹了本人通過在本課題中工作所得收獲，以及在工作中發(fā)現(xiàn)的不足、有待解決的問題等。</p><p>　　2

22、滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1檢測平臺總體設(shè)計(jì)概要</p><p>　　根據(jù)協(xié)議要求，該滑塊厚度綜合檢測平臺應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：</p><p>　　1、檢測速度為每個平臺2萬塊/天，流水式，帶傳動；</p><p>　　2、分別以滑塊的兩個面為定位基準(zhǔn)，測出兩組數(shù)據(jù)；</p><p>

23、;　　3、電機(jī)要正反轉(zhuǎn)且要旋轉(zhuǎn)所需要的相應(yīng)的正確的角度；</p><p>　　4、能夠自動處理檢測數(shù)據(jù)，并按照要求把其分成七類，從七個不同的出口滑出；</p><p>　　5、系統(tǒng)具有一定的容錯能力，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)滑塊堆積感應(yīng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對滑塊隊(duì)列的檢測，充分保證滑塊的隊(duì)列有序可靠通過，并且即使出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類，也不會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類等現(xiàn)象。</p&

24、gt;<p>　　據(jù)此，滑塊厚度綜合檢測平臺的總體設(shè)計(jì)思想為：采用傳感器進(jìn)行測量，測量的分辨率高，能保證所需要的測試精度；各個測試數(shù)據(jù)點(diǎn)獨(dú)立測量，流水式進(jìn)行，以保證測量的效率；利用數(shù)采卡采集數(shù)據(jù)，并計(jì)算各個指標(biāo)，以綜合判斷該滑塊合格與否，并進(jìn)行分組。</p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)可分成三大功能單元，即傳送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和自動分料系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p&

25、gt;<p>　　圖2-1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　此外，為滿足安裝和使用的方便，在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中作了如下幾點(diǎn)考慮：</p><p>　　1、為避免因摩擦產(chǎn)生的影響，在設(shè)計(jì)傳送帶時，我們采用組合式的滑塊夾具，即在外滑塊夾具內(nèi)配上圓形的與滑塊相配的內(nèi)夾具，盡量減少滑塊與導(dǎo)軌的摩擦，且要有滑塊保護(hù)罩；</p><p>　　2、由于滑塊合格產(chǎn)品占

26、多數(shù)，在設(shè)計(jì)時，把中間一個出口作為合格產(chǎn)品的出口，考慮到要盡可能地減少步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，在出料口左右兩邊各設(shè)三個分料出口； </p><p>　　3、為使傳送帶具有良好的穩(wěn)定性，需要設(shè)計(jì)壓帶輪部件，以壓帶輪彈簧的彈性減弱外部環(huán)境引起的震動；</p><p>　　4、在設(shè)計(jì)測頭夾具時，要考慮到如何保護(hù)傳感器探頭及有效夾緊。</p><p>　　2.1.1檢測平臺及分

27、料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介</p><p>　　自動檢測平臺由測量平臺和傳動機(jī)構(gòu)組成。測量平臺是滑塊幾何量測量的基準(zhǔn)，其精度遠(yuǎn)高于滑塊的精度。檢測平臺要實(shí)現(xiàn)滑塊的平穩(wěn)傳送，避免震動引起附加的測量誤差，另外檢測平臺應(yīng)該具備較高的精度、可靠性和穩(wěn)定性，在工作中能給出精確數(shù)據(jù)的同時，不會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的情況。檢測平臺傳動機(jī)構(gòu)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2檢測平臺傳動機(jī)構(gòu)</p>

28、<p>　　在滑塊厚度檢測結(jié)束后，要根據(jù)不同結(jié)果把它們分成七類。這七類分別為：1）滑塊厚度合格、平行差合格；2）滑塊厚度合格、平行差超差；3）滑塊厚度超上限、平行差合格；4）滑塊厚度超上限、平行差超差；5）滑塊厚度超下限、平行差合格；6）滑塊厚度超下限、平行差超差；7）備用出口。這就涉及到了如何在規(guī)定的時間（2秒鐘）內(nèi)正確無誤地完成自動分類。</p><p>　　因此，我們用一個分料裝置來實(shí)現(xiàn)所有類型滑

29、塊的分類是比較理想的。該套裝置共設(shè)7個分料口，按厚度和平行差工藝進(jìn)行分組，把中間一個出口作為合格產(chǎn)品的出口，再考慮到盡可能減少步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)過角度，在出料口左右兩邊各設(shè)三個分料出口，當(dāng)滑塊滑到相對應(yīng)的出料口時，由電磁鐵失電將滑塊推出，以實(shí)現(xiàn)分類。這樣，就形成了本課題中的分料口設(shè)計(jì)。</p><p>　　自動分料系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)盤、滑塊吸收座、電磁鐵、電動機(jī)、減速器、安裝座、出料導(dǎo)軌等裝置。在分類的過程中，PLC通過

30、對安裝在系統(tǒng)中的感應(yīng)開關(guān)來判斷分類過程中的各種狀態(tài)。如：滑塊到達(dá)、定位信號、分類完成等等。如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)，則向工控機(jī)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號告知工作人員，以方便排除故障。分料機(jī)構(gòu)簡圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 分料機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.1.2檢測平臺及分料機(jī)構(gòu)控制要求</p><p>　　滑塊由進(jìn)料口進(jìn)入自動化檢測流水線，在測量過程中

31、，相對于工作臺以速度V作滑動運(yùn)動。為保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動機(jī)構(gòu)的震動引入附加的測量誤差，造成測量結(jié)果的失真。傳動測量機(jī)構(gòu)采用同步帶傳送，在測量傳感器前加了壓緊裝置，從而大大減少了傳動機(jī)構(gòu)對測量過程的影響?；瑝K的每一表面要測量兩條對角線上共五個點(diǎn)（中心交叉處可看作一個）。因此,滑塊在運(yùn)動過程中要旋轉(zhuǎn)90度，翻轉(zhuǎn)180度。通過在測量平臺上刻畫合適的曲線使滑塊能夠按照預(yù)先設(shè)定的軌跡作適當(dāng)?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)?；瑝K的180度翻轉(zhuǎn)，則通過設(shè)計(jì)流水

32、線的空間結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。傳動平臺示意圖如圖2-4所示，系統(tǒng)安裝有兩個步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)1控制同步帶的傳動，電機(jī)2控制分料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動。</p><p>　　分類機(jī)構(gòu)由PLC依據(jù)接收到的分類信息控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，將滑塊分類出去。PLC對分類電機(jī)的控制是通過PTO（高速脈沖串輸出）的方式。PTO方式中，可輸出多個脈沖串，并允許脈沖串排隊(duì)，以形成管線。依據(jù)管線的實(shí)現(xiàn)方式分為單段管線和多段管線。本系統(tǒng)中采用多段管線的

33、方式，通過在變量存儲區(qū)建立包絡(luò)表的方式，控制輸出脈沖的周期和脈沖數(shù)，從而達(dá)到對步進(jìn)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)動角度精確控制的目的。然后由電磁鐵失電將滑塊推出到對應(yīng)的出口。分類結(jié)束后步進(jìn)電機(jī)復(fù)位回到起始狀態(tài)，等待下一個滑塊的到來。</p><p>　　圖2-4傳動平臺示意圖</p><p>　　如圖2-4所示，滑塊隨傳送帶運(yùn)動到下面的測量平臺時，剛好翻轉(zhuǎn)了180度。</p><p&g

34、t;　　在分類的過程中，PLC通過對安裝在系統(tǒng)中的感應(yīng)開關(guān)來判斷分類過程中的各種狀態(tài)。如：滑塊到達(dá)、定位信號、分類完成等等。如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)，則向工控機(jī)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號告知工作人員，以方便排除故障。</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.2.1概述</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的作用是保證所有結(jié)

35、構(gòu)能嚴(yán)格按照預(yù)定的順序，協(xié)調(diào)地、有節(jié)奏地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和停止運(yùn)動，是工作循環(huán)得以周而復(fù)始地進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)對生產(chǎn)率和工作可靠性影響很大，因此，要求控制準(zhǔn)確、靈敏、可靠、耐用和調(diào)整方便。</p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺控制系統(tǒng)是基于工控機(jī)-PLC模式構(gòu)成的一個集散控制系統(tǒng)。工控機(jī)作為監(jiān)控管理層實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理工作，并且對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)度。PLC作為控制執(zhí)行層，完成局部的控制工作。工控機(jī)把管理決策、

36、控制任務(wù)、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過通信電纜傳送給控制層——PLC，PLC也要通過電纜把控制過程的參數(shù)、控制進(jìn)程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層。</p><p>　　PLC與工控機(jī)通過通信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取PLC的通行口識別整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)上有所顯示。通過軟件控制各個控制部件的運(yùn)行。控制軟件主要完成初始參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)顯示、容錯檢測和故障檢測報(bào)警等功能。當(dāng)PLC得到工控機(jī)的分類信號后，輸出相應(yīng)脈沖，從而達(dá)

37、到設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的移動距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向等參數(shù)的目的。</p><p>　　控制系統(tǒng)應(yīng)完成的功能有：</p><p>　?。?）確保完成滑塊在流水線上的穩(wěn)定傳送，保證滑塊按進(jìn)入系統(tǒng)的先后形成的隊(duì)列傳送，并且要充分保證隊(duì)列的有序性和完整性；</p><p>　?。?）確保完成滑塊的正確分類。電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的正確的角度以控制各部件按照預(yù)定的軌跡、動作把滑塊從進(jìn)

38、入滑道到正確分類出去；</p><p>　?。?）前級傳動機(jī)構(gòu)的速度不應(yīng)快于后級分類機(jī)構(gòu)，且至少應(yīng)保證在分類機(jī)構(gòu)沒有完成分類時，沒有滑塊進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)；</p><p>　?。?）保證分類機(jī)構(gòu)能夠自動復(fù)位，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)失步時，分類機(jī)構(gòu)能夠自動復(fù)位；</p><p>　　（5）當(dāng)多有于一個滑塊進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)時，要告知工作人員系統(tǒng)故障，同時，能判斷分類電機(jī)的工作是否正常，輸出

39、角位移是否正確；</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)應(yīng)具有一定的容錯能力。當(dāng)出現(xiàn)一般性錯誤時，系統(tǒng)能夠自我修復(fù)，不影響系統(tǒng)的正常工作，即使是出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類也不會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)明確指出錯誤來自哪個方位，即使不能指明錯誤來源，也能檢測到流水線的某個大致位置，以方便維護(hù)，及時排除故障。</p><p>　　該控制系統(tǒng)是以PLC為控制核心，通過與工控

40、機(jī)的通信，執(zhí)行工控機(jī)的命令。在工控機(jī)與PLC接口時，由于PLC采用的是RS-485標(biāo)準(zhǔn)與工控機(jī)RS-232標(biāo)準(zhǔn)不兼容，必須通過PC/PPI電纜進(jìn)行轉(zhuǎn)接。工控機(jī)是整個系統(tǒng)的管理者，控制測量傳感器測量流水線上滑塊的幾何參量，并通過計(jì)算得出滑塊分類信息。PLC是整個系統(tǒng)的控制執(zhí)行核心，主要完成系統(tǒng)驅(qū)動控制、狀態(tài)檢測、命令執(zhí)行等功能。PLC通過接收工控機(jī)的分類信息和控制信息控制分類機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。</p><p>

41、　　2.2.2控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本控制系統(tǒng)主要包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件等，結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-5所示。各部分在本監(jiān)控系統(tǒng)中的功能介紹如下：</p><p>　　1. 工控機(jī) 作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度中心，通過PLC間接地控制、監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)；</p><p>　　2. PLC作為系統(tǒng)

42、的控制核心，直接完成對各部件動作的協(xié)調(diào)控制以及各運(yùn)動位置檢測；</p><p>　　3. 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)采卡和工控機(jī)等組成，通過對滑塊的幾何量的測量、計(jì)算，作為分類產(chǎn)品判斷的依據(jù)；</p><p>　　4. 位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件 主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)的檢測以及各部件動作的協(xié)調(diào)執(zhí)行。</p><p>　　PLC與工控機(jī)通過通信口進(jìn)行通信，

43、工控機(jī)讀取PLC的通信口以識別整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)的控制軟件上顯示，通過軟件控制各部件的運(yùn)行?？刂栖浖饕瓿沙跏紖?shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)顯示、容錯檢測和故障檢測報(bào)警等功能。</p><p>　　3控制系統(tǒng)的硬件選型及分析</p><p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括對傳感器、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵

44、等元器件的選擇，對輸出驅(qū)動方式和驅(qū)動元件的選擇以及對人機(jī)聯(lián)系方式的選擇，最后生成控制系統(tǒng)原理圖和接線圖。系統(tǒng)所選用的傳感器要有較高的靈敏度和較大的信噪比，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　　就硬件而言，系統(tǒng)所用元器件質(zhì)量的優(yōu)劣和結(jié)構(gòu)工藝是影響可靠性的重要因素，故應(yīng)合理地選擇元、器件，在設(shè)計(jì)時對元、器件的負(fù)載、速度、功耗、工作環(huán)境等技術(shù)參數(shù)應(yīng)留有一定的安全量，并對元、器件進(jìn)行老化和篩選。所選用

45、的元、器件在滿足技術(shù)要求的前提下應(yīng)盡可能選擇價(jià)格低的元、器件，且元、器件的工作溫度環(huán)境應(yīng)大于所使用環(huán)境的溫度變化范圍，系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。</p><p>　　本控制系統(tǒng)主要是由以PLC為中心的電機(jī)驅(qū)動部分、通信部分、狀態(tài)檢測部分和報(bào)警部分組成。控制系統(tǒng)硬件采用微機(jī)-PLC模式，工控機(jī)是整個控制系統(tǒng)的核心，完成檢測、控制處理檢測過程中的各種問題和提供人機(jī)交互的界面；PLC是地層的控制執(zhí)行核心，驅(qū)

46、動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種控制命令。它們之間的接口就是通信協(xié)議。</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動部分</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)是將PLC輸出的電脈沖轉(zhuǎn)換成與電脈沖成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。前級傳動部分步進(jìn)電機(jī)主要完成流水線的速度控制，后級分類機(jī)構(gòu)則要精確控制步進(jìn)電機(jī)的輸出角位移和方向。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時可能會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，可在后級增加光電編碼器對電動機(jī)的輸出相位做出控

47、制，以確保與實(shí)際的輸出相位一致。后級分類電機(jī)采用正反轉(zhuǎn)定位的方式，以消除電機(jī)的累計(jì)誤差，保證電動機(jī)每次都從零位置起輸出一定的角度。</p><p>　　3.1.2 狀態(tài)檢測及報(bào)警設(shè)計(jì)</p><p>　　通過安裝在系統(tǒng)各個位置的感應(yīng)開關(guān)判斷系統(tǒng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)，是否與已設(shè)定的狀態(tài)一致。當(dāng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警方式設(shè)計(jì)為聲光報(bào)警的方式，依據(jù)錯誤的嚴(yán)重性而不同。</p>

48、<p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)選型及布置</p><p>　　檢測平臺前級傳送系統(tǒng)需要電機(jī)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)動速度不能太快，以免造成滑塊的堆積?？紤]到電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制及失步問題，因此我們選擇步進(jìn)電機(jī)，且直流電機(jī)啟動時，起動轉(zhuǎn)矩T≥（1.1～1.2）T，起動電流I≤（2～2.5）I，機(jī)械特性硬，起動轉(zhuǎn)矩大，而步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，控制方便，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等

49、控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單，因此我們選擇步進(jìn)電機(jī)做系統(tǒng)的前級傳動機(jī)構(gòu)的起動電機(jī)。</p><p>　　后級分料機(jī)構(gòu)中要將滑塊正確的分類到對應(yīng)的出口，需要電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的正確的角度，直流電機(jī)不易調(diào)速，且若平滑調(diào)速，需采用大量的接觸器和繼電器，而系統(tǒng)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求很高，步進(jìn)電機(jī)的步距角不受電氣、負(fù)載和環(huán)境條件的影響，具有啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)容易控制等優(yōu)點(diǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號直接控制，因此我們選用步進(jìn)電

50、機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度與輸入的脈沖總數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比。

51、 </p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)的選型主要考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1. 要有足夠小的步距角，滿足精度要求；</p><p>　　2. 提供足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　3. 提供足夠大保持轉(zhuǎn)矩和靜轉(zhuǎn)矩；</p><

52、p>　　在本裝置中，步進(jìn)電機(jī)的主要作用是在給定頻率的數(shù)字脈沖信號驅(qū)動下，驅(qū)動V形帶、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)滑塊傳送和分類。而要可靠有效地完成上述功能，必須考慮步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的脈沖頻率與所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。</p><p>　　3.2.1步進(jìn)電機(jī)步距角的分析</p><p>　　對于使用步距角定位的系統(tǒng)，步距角大小的選擇直接影響到負(fù)載的定位精度，步距角的精度通常用步距角的百分

53、比來衡量，一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3-5%，且不累積。</p><p>　　電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）1.5度/3度（三相電機(jī)）等。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的步

54、距角是由轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子相數(shù)和通電方式所決定的，即：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　其中m為相數(shù)，C為狀態(tài)系數(shù)，采用單、雙拍通電方式時C=2，采用單拍或雙拍通電方式時C=1。步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，定位精度越高，故應(yīng)選擇盡可能小的步距角。</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的分析估算</p>&l

55、t;p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)速有如下兩個換算公式：</p><p>　　1? = （180/π）°；</p><p>　　1 r/m =60°/s =π/30?/s </p><p>　　本課題中，需在2s～3s間完成滑塊的分類，最大的分類角度約為θ=90°。假設(shè)：當(dāng)分類角度約為30°時，電機(jī)通過直線加速后剛好達(dá)到穩(wěn)定頻率就減速，

56、恰好停止在準(zhǔn)確位置。則設(shè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過30°所需時間為t1，則其轉(zhuǎn)過90°所需時間為t2：</p><p>　　則： t2=1s～1.5s</p><p>　　t1= t2/2=0.5s～0.75s。</p><p>　　即：電動機(jī)起步時，分料轉(zhuǎn)盤在0.25s內(nèi)轉(zhuǎn)過15°。</p><p&g

57、t;　　所以，在加速啟動階段內(nèi)，轉(zhuǎn)盤平均角速度（?/s）和平均轉(zhuǎn)速（r/m）分別約為：</p><p><b>　　=θ1/ t1</b></p><p>　　=30/（0.5～0.75）</p><p>　　=40°～60°/s </p><p>　　=2π/9?/s ～π/3?/s</p&g

58、t;<p><b>　　=30 /π</b></p><p>　　=7 r/m ～10 r/m</p><p>　　加速時間tα(s)約為：</p><p>　　tα=0.25s～0.375s</p><p>　　角加速度α(?/s2)約為：</p><p><b>　　α

59、 =2/tα</b></p><p>　　=（2π/9～π/3）2π/（0.25～0.375）</p><p>　　=16π/9 ?/s2</p><p>　　在電動機(jī)正常勻速轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)速n為：</p><p>　　n=2=14 r/m～20 r/m</p><p>　　顯然，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速太低，可通過減速裝

60、置提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其工作在較合適期間，初步設(shè)減速器傳動比</p><p><b>　　i =1:5</b></p><p>　　則電機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/m）約為：</p><p><b>　　n =/i</b></p><p>　　=(14～20)×5</p><p>　

61、　=70 r/m～100 r/m</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/m）與脈沖頻率f（KHZ）的關(guān)系：</p><p>　　n =1000 f β/6</p><p>　　f =6n/ (1000β)</p><p>　　=(420～600)/360</p><p>　　=1.17KHZ～1.67 KHZ，</

62、p><p>　　綜合考慮電機(jī)的啟動與停止加、減速的存在，取f=1.5 KHZ。</p><p>　　3.2.3負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩的估算</p><p>　　在分析負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量時，我們可以簡化認(rèn)為電磁鐵和滑塊吸收座是均勻分布在轉(zhuǎn)盤上的。轉(zhuǎn)盤是塑料的，跟其下面的鋼質(zhì)的圓盤比起來可忽略不計(jì)。我們可以近似認(rèn)為該負(fù)載質(zhì)量為m=0.9 kg，半徑為r=4 cm。</p>

63、<p>　　所以，負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量J (kg·m2)約為：</p><p><b>　　J =1/2mr2</b></p><p>　　=1/2×0.9×0.0016</p><p>　　=7.2×10-4 kg·m2</p><p>　　旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩TL（N&

64、#183;m）約為：</p><p><b>　　TL =J?α</b></p><p>　　=7.2×10-4 ×16π/9</p><p>　　=4.02×10-2 N·m</p><p><b>　　力矩</b></p><p>

65、　　驅(qū)動慣性體時的運(yùn)動方程式（1-2）所述：</p><p><b>　　(1-2)</b></p><p>　　式中 JM——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；</p><p>　　JL——換算到電動機(jī)軸上的符合轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；</p><p>　　ω——角速度， rad/s；</

66、p><p>　　TL——負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，N·m ；</p><p>　　T ——所需轉(zhuǎn)矩，T=加速度轉(zhuǎn)矩Ta+負(fù)荷轉(zhuǎn)矩TL，N·m；</p><p>　　g ——重力加速度，9.8 m/s2</p><p>　　加速度轉(zhuǎn)矩在變速區(qū)內(nèi)進(jìn)行驅(qū)動時，根據(jù)加速、減速的方式而定。本課題中，步進(jìn)電動機(jī)的加減速運(yùn)動圖形為直線，如圖3-1所示。&l

67、t;/p><p>　　圖 3-1 步進(jìn)電機(jī)直線加速和減速運(yùn)動圖形</p><p>　　直線加速場合下，加速轉(zhuǎn)矩按式（1-1）計(jì)算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 f1——自啟動區(qū)內(nèi)的脈沖速度，個脈沖/s；</p><p>　　f2——變速區(qū)內(nèi)的脈沖速度

68、，個脈沖/s；</p><p>　　t1——加速時間，s；</p><p>　　β——步距角，度/步。</p><p>　　把負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量換算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上，考慮到減速器的轉(zhuǎn)動慣量，減速器效率取η=80%，安全系數(shù)取1.3左右，得：</p><p><b>　　JL =1.3J</b></p><p&

69、gt;　　=7.2×10-4×1.3</p><p>　　=9.36×10-4 kgm2</p><p><b>　　加速時間：</b></p><p>　　t1 = ta=0.25s</p><p>　　初選電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量JM為：</p><p>　　JM ≈460

70、 g?cm2</p><p>　　則，由式（1-1）得：</p><p>　　Ta =（JM +J L）?α</p><p>　　=(0.46×10-4 +8×10-4)×20π/3</p><p>　　=1.73×10-2 N?m</p><p>　　取安全系數(shù)為1.3左右，選

71、用電機(jī)的保持轉(zhuǎn)為：</p><p>　　T > 1.73×1.3×10-2 N?m</p><p>　　=2.25×10-2 N?m</p><p><b>　　3.2.4選型</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式有：</p><p>　　1.反應(yīng)

72、式步進(jìn)電機(jī)：亦稱磁阻式（VR）步進(jìn)電機(jī)。其定轉(zhuǎn)子磁路均由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)如下：</p><p>　　1）步距角小。最小可做到10′左右；</p><p>　　2）要求驅(qū)動電源功率較大，系統(tǒng)效率較低；</p><p>　　3）電機(jī)的內(nèi)阻尼較小，但不運(yùn)行振動時間長；</p><p>　　4）斷電時

73、沒有定位轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2.永磁式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子或定子的某一方面具有永磁鋼的步進(jìn)電機(jī)，另一方面由軟磁材料制成，繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)：</p><p><b>　　1）步距角大；</b></p><p>　　2）相數(shù)為偶數(shù)為多；</p><p>　　3）啟動頻率低

74、。負(fù)載啟動頻率一般在300Hz以下；</p><p><b>　　4）控制功率?。?lt;/b></p><p>　　5）內(nèi)部電磁阻尼較大，單步鎮(zhèn)當(dāng)時減?。?lt;/p><p>　　6）斷電時具有一定的保持轉(zhuǎn)矩，可用作定位使用。</p><p>　　3.混合式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子上有磁鋼，但從定子或轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁體來看，又和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相

75、似，是反應(yīng)式和永磁式電機(jī)的結(jié)合，又稱作感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)。具有反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)步距小，響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn),還具有永磁式步進(jìn)電機(jī)勵磁功率小、效率高和有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　由于混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了前兩種的優(yōu)點(diǎn)，不僅步距角小、具有定位轉(zhuǎn)矩，而且能輸出較大的轉(zhuǎn)矩，故本系統(tǒng)選用之。</p><p>　　根據(jù)對步進(jìn)電機(jī)的步距角、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、步進(jìn)電機(jī)力矩、步進(jìn)電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩的分析計(jì)算，并且綜

76、合考慮系統(tǒng)各項(xiàng)因素，我們初步確定選用北京四通公司的混合式步進(jìn)電機(jī)，型號為56BYG250D，其主要技術(shù)參數(shù)為：步距角為0.9º/1.8º，保持轉(zhuǎn)矩不小于1.72 N·m，定位轉(zhuǎn)矩為0.07 N·m，空載啟動頻率為3.0 KHZ。</p><p>　　其矩頻特性如圖3-2所示：</p><p>　　圖 3-2 電機(jī)矩頻特性</p>&l

77、t;p><b>　　3.3接近開關(guān) </b></p><p>　　接近開關(guān)的功能是當(dāng)某種物體與之接近到一定距離時就發(fā)出動作信號，告知系統(tǒng)，不像機(jī)械行程開關(guān)那樣需要施加機(jī)械力。接近開關(guān)是通過其感應(yīng)頭與被測物體間介質(zhì)能量的變化來取得信號的，接近開關(guān)的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般行程控制和限位保護(hù)的范疇，可用于高速計(jì)數(shù)、測速、液面控制、檢測金屬物體是否存在及其尺寸大小、作為無觸點(diǎn)按扭等。即使用作一般行

78、程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命及對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力也比普通機(jī)械行程開關(guān)高。</p><p>　　接近開關(guān)是本系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的傳感器，在本系統(tǒng)中主要用作狀態(tài)檢測。</p><p><b>　　3.4電磁鐵的選型</b></p><p>　　電磁鐵通電時，線圈產(chǎn)生的磁通作用于銜鐵，產(chǎn)生電磁吸力，并使銜鐵產(chǎn)生機(jī)械位移，把銜鐵吸下來，工作

79、電路閉合，銜鐵吸附住滑塊。電磁鐵斷電時失去磁性，銜鐵復(fù)位時復(fù)位彈簧把銜鐵拉回原位，切斷工作電路，電磁鐵失電將滑塊彈出到相應(yīng)的出口。</p><p>　　本課題中，滑塊厚度檢測結(jié)束傳送到分料機(jī)構(gòu)后要實(shí)現(xiàn)滑塊的正確分類，而分類是靠電磁鐵的得電失電來完成。</p><p>　　本課題的目的是將檢測結(jié)束后的滑塊實(shí)現(xiàn)分類，我們選用推拉式電磁鐵，原因是基于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線圈用高導(dǎo)磁率外殼覆蓋住，由于輔

80、助磁路的作用會產(chǎn)生很大的吸引力。在線圈上施加電壓，銜鐵就被吸引到線圈的那邊，如果使用安裝螺栓側(cè)的軸，就發(fā)生推動作；如果使用銜鐵側(cè)的軸，就發(fā)生拉動作，兩者都能使用。</p><p>　　在本課題中，我們使用銜鐵側(cè)的軸，在使用時將磁扼安裝在固定支架上，而將銜鐵活動地連接于牽引桿上，當(dāng)吸引線圈通電時銜鐵被吸合，經(jīng)過連桿帶動滑塊吸收座中的推桿復(fù)位，在線圈斷電時，復(fù)位彈簧依靠變形能將銜鐵拉出，同時帶動推桿將滑塊彈出。<

81、;/p><p>　　3.4.1彈簧預(yù)緊力的分析估算</p><p>　　彈簧行程為f′ =5mm，所以選電磁鐵行程 f>f′ =5mm</p><p><b>　　彈簧預(yù)緊力：</b></p><p><b>　　F1 ＝k1·f1</b></p><p>　　

82、＝k1（H0-H1）</p><p>　　= k1（91.2-22）</p><p><b>　?。?.4 N</b></p><p>　　k1=0.0780 N/mm</p><p><b>　　F2＝k2·f2</b></p><p>　?。絢2（H0-H2）&

83、lt;/p><p>　　= k2（91.2－27）</p><p><b>　　= 4.8 N</b></p><p>　　k2＝0.0748 N/mm</p><p>　　因?yàn)閗1 > k2，所以，取彈簧剛度系數(shù)k = k1 = 0.0780 N/mm。</p><p>　　彈簧最大工作力取F

84、1 = 0.0780*64.2=5.4 N</p><p>　　考慮到溫度變化地、電壓變動等因素，取安全系數(shù)ζ >1.5=2，</p><p>　　所以，選用電磁鐵吸力 F > ζ·F2= 10 N</p><p><b>　　3.4.2選型</b></p><p>　　根據(jù)上面所計(jì)算的吸力、行程

85、等參數(shù)可知，該系統(tǒng)需要電磁鐵對吸力和行程的要求較低。</p><p>　　綜合比較各參數(shù)，通過查閱電工手冊，我們最終選定型號為MQ1-1.5N（-5101）的電磁鐵。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所示：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　此電磁鐵通過一角形鐵，固定在塑料轉(zhuǎn)盤上。考慮到動平衡因素，與滑塊吸收座沿轉(zhuǎn)軸成慣性力矩對稱分布

86、。</p><p>　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此電磁鐵滿足各方面性能要求。</p><p>　　3.5 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型</p><p>　　3.5.1 PLC的選型</p><p>　　可編程控制器是一種典型的采樣控制系統(tǒng)，是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而開發(fā)的一種新型工業(yè)自動控制裝置。它通過循環(huán)方式進(jìn)行閉環(huán)控制

87、，包括數(shù)字量和模擬量控制。它既可進(jìn)行順序控制，也可實(shí)現(xiàn)過程控制，隨著微處理器技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的控制元件，其功能日益完善，具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適應(yīng)測試環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線及過程工業(yè)的自動控制領(lǐng)域，具有性能穩(wěn)定、高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、功能強(qiáng)大及硬、軟件開發(fā)方便等特點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)選擇PLC作為系統(tǒng)控制的核心，完成對各部件動作的協(xié)調(diào)控制。<

88、;/p><p>　　世界上約有200 多個PLC生產(chǎn)廠家, 如美國的AB公司、莫迪康公司、GE 公司、德國的西門子公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國內(nèi)的浙大中控等。它們一般滿足用戶各方面的需求, 但在外形、結(jié)構(gòu)、功能、網(wǎng)絡(luò)通信和編程方法等方面各有不同,對于不同的工業(yè)控制需求, 應(yīng)當(dāng)選擇合適的PLC。</p><p>　　PLC選型的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能和容量, 并考慮維護(hù)的方便

89、性、備件的通用性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性以及能滿足特殊功能要求等，即應(yīng)最大限度地滿足系統(tǒng)的控制要求；力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，且保證控制系統(tǒng)安全可靠；。由于本課題中的檢測平臺有連續(xù)性, 應(yīng)盡可能地考慮將來新增功能要求，考慮選擇比較新型PLC , 由于西門子公司的產(chǎn)品質(zhì)量比較有保障, 且技術(shù)支持、售后服務(wù)較完善, 有利于產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級，所以我們確定選用西門子公司生產(chǎn)的PLC。</p><p>　　PLC一般是根據(jù)其輸入輸

90、出點(diǎn)數(shù)及存儲器容量的大小來分類, 在PLC 選型之前首先確定系統(tǒng)I/ O 點(diǎn)數(shù)和存儲器容量。</p><p>　　3.5.2 PLC的I/O點(diǎn)分配</p><p>　　控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表2所示。其中，當(dāng)有輸入信號時為1，無信號輸入時為0。</p><p><b>　　表2</b></p><p

91、>　　由表2可以得出，該系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入18個、高速脈沖輸出2個、其他輸出11個。如果選用CPU224，則必須擴(kuò)展輸入模塊?？紤]到控制系統(tǒng)的程序較復(fù)雜、需要存儲空間較大。而且，市場價(jià)格CPU224（選用CPU224和擴(kuò)展模塊的價(jià)格）與CPU226相差不大，況且考慮到本系統(tǒng)只是厚度檢測，還要高度、平行度等檢測系統(tǒng)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化檢測系統(tǒng)是一個發(fā)展趨勢。因此選用有兩個通信口的CPU226更加合理。</p><p>

92、;　　根據(jù)滑塊厚度綜合檢測系統(tǒng)的控制功能要求可知，系統(tǒng)控制主要是通過工控機(jī)控制PLC來實(shí)現(xiàn)，因此，所選PLC需提供兩個通訊口來實(shí)現(xiàn)各自的通訊功能；系統(tǒng)所監(jiān)控的對象皆為開關(guān)量，且所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不是很多，故小型PLC即可滿足要求。同時，考慮德國西門子公司推出的S7-200微型PLC系統(tǒng)組合擴(kuò)展方便，結(jié)合了一體化PLC和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，功能齊全，具有靈活便捷的通訊、系統(tǒng)診斷及中斷處理、高速計(jì)數(shù)等功能，且具有極高的性能價(jià)格比。</

93、p><p>　　本系統(tǒng)中，主控模塊選擇SIEMENS CPU 226 DC/DC/DC，安裝在線路板的標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上；由于此模塊已能滿足系統(tǒng)監(jiān)控要求，故沒有選用擴(kuò)展模塊，如以后系統(tǒng)功能擴(kuò)展需要可進(jìn)行自由選擇。主控模塊SIEMENS CPU 226 DC/DC/DC包括中央處理單元CPU、電源、數(shù)字輸入輸出點(diǎn)，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　24V直流電源供

94、電，提供24V電壓輸出；</p><p>　　24點(diǎn)數(shù)字量輸入，16點(diǎn)數(shù)字量輸出，可連接7個擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)256點(diǎn)；</p><p>　　程序存儲器容量4096字，用戶數(shù)據(jù)存儲器2560字，用戶存儲器類型EEPROM，數(shù)據(jù)后備190小時；</p><p>　　提供內(nèi)部繼電器256個，定時器和計(jì)數(shù)器各256個，順序控制繼電器256個，內(nèi)置20kHz高

95、速計(jì)數(shù)器6個，高速脈沖輸出2個，模擬量調(diào)節(jié)電位器2個，口令保護(hù)；</p><p>　　提供通訊中斷（2 發(fā)送器/4 接收器），定時中斷2個（），硬件輸入中斷4個；</p><p>　　提供RS-485通訊/編程口2個，支持PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口通訊協(xié)議。</p><p>　　3.5.3 PLC與工控機(jī)的通信協(xié)議</p><p&g

96、t;　　PLC與工控機(jī)的通信采用串行口通信，由于PLC的通信口是RS-485標(biāo)準(zhǔn)，而工控機(jī)是RS-232標(biāo)準(zhǔn)，因此，二者的連接通過PC/PPI電纜進(jìn)行連接．PLC的通信方式采用自由口通信模式，由使用者確定通信雙方的數(shù)據(jù)，通信雙方的通信格式，如波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位等，要事先約定。通信單位為2個字節(jié)，第一個字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)，第二個字節(jié)是握手信號回車符0D各字節(jié)狀態(tài)定義如下：</p><p><b>　　通

97、信格式定義：</b></p><p>　　通信雙方以一個字節(jié)為通信其定義如下：</p><p><b>　　A7A6:</b></p><p>　　00: 表示為正常分類狀態(tài)</p><p>　　01：表示為控制代碼</p><p><b>　　10：錯誤種類</b&g

98、t;</p><p><b>　　11：備用</b></p><p>　　特征位 數(shù)據(jù)位</p><p><b>　　具體代碼意義如下：</b></p><p>　　00H：分類系統(tǒng)準(zhǔn)備好（分類系統(tǒng)向上位機(jī)發(fā)送信息）。</p><p>　　01H：

99、滑塊分類1。21H:分類1完成。</p><p>　　02H：滑塊分類2。22H:分類2完成。</p><p>　　03H：滑塊分類3。23H:分類3完成。</p><p>　　04H：滑塊分類4。24H:分類4完成。</p><p>　　05H：滑塊分類5。25H:分類5完成。</p><p>　　06H：滑塊分類6

100、。26H:分類6完成。</p><p>　　07H：滑塊分類7。27H:分類7完成。</p><p>　　40H：測試標(biāo)定程序</p><p>　　41H：啟動電機(jī)1（傳送電機(jī)）。</p><p>　　42H：停止電機(jī)1（傳送電機(jī)）。</p><p>　　43H：響鈴。PLC收到后，報(bào)警鈴發(fā)出振鈴指示。</p&g

101、t;<p>　　44H：報(bào)警燈閃爍。</p><p>　　45H；報(bào)警燈長明。</p><p>　　46H；報(bào)警燈熄滅。</p><p><b>　　47H：停止響鈴。</b></p><p>　　80H：系統(tǒng)超時運(yùn)行報(bào)警。整個系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行超過48小時就報(bào)警。</p><p>　　8

102、1H：滑塊堆積報(bào)警</p><p>　　指在分類口有超過1個滑塊進(jìn)入分類滑道，將出現(xiàn)錯誤分類。</p><p>　　82H：分類錯誤報(bào)警</p><p>　　指在不可預(yù)測狀態(tài)下出現(xiàn)誤分類錯誤。</p><p>　　83H：初始化失敗報(bào)警。</p><p>　　指系統(tǒng)初始化過程中，出現(xiàn)異常情況。</p>&

103、lt;p>　　84H：傳感器1啟動監(jiān)測信號1 ,發(fā)送給上位機(jī)以啟動檢測。</p><p>　　85H：傳感器2啟動監(jiān)測信號2，發(fā)送給上位機(jī)以啟動檢測。</p><p>　　86H：傳感器3啟動監(jiān)測信號3，發(fā)送給上位機(jī)以啟動檢測。</p><p>　　87H：傳感器4啟動監(jiān)測信號4，發(fā)送給上位機(jī)以啟動檢測。</p><p>　　88H：系

104、統(tǒng)復(fù)位指令，當(dāng)PLC收到該指令后，將重新初始化系統(tǒng)，使系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。</p><p>　　3.5.4驅(qū)動器的選擇</p><p><b>　　1、選型原則</b></p><p>　　電流是判斷驅(qū)動器能力的大小，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大電流要略大于電機(jī)標(biāo)稱電流，通常驅(qū)動器有2.0A、3.5A、6.0A、8.0A等規(guī)格。

105、 </p><p>　　供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有：24VDC、40VDC、80VDC、110VAC等。</p><p>　　細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。細(xì)分能增加電機(jī)平穩(wěn)性，通常步進(jìn)電機(jī)都有低頻振動的特點(diǎn)，通過加大細(xì)分可以改善，使電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)。</p><p><b>　　2、選型</b><

106、/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)必須使用專用的驅(qū)動電源才能夠正常工作。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源一般由環(huán)行分配器、功率放大器等部分組成。步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力矩越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。</p><p>　　步進(jìn)驅(qū)動器是步進(jìn)系統(tǒng)中的核心組件之一。如圖3-3所示，它按照控制器發(fā)來的脈沖/方向指令（弱電信號）對電機(jī)線圈電流（強(qiáng)電）進(jìn)行控制，從而控制

107、電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置和速度。</p><p>　　圖3-3 步進(jìn)電機(jī)控制圖</p><p>　　在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了提高工作可靠性，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器采用商品化的整體結(jié)構(gòu)，選用北京四通電機(jī)公司的SH-20806，其采用數(shù)字式升頻升壓驅(qū)動方式，并結(jié)合了恒電流控制技術(shù)，采用36V交流電源供電，輸入控制信號為TTL電平信號，且提供過流保護(hù)、過壓保護(hù)、步距角切換、雙/單脈沖控制模式切換和試機(jī)等功能，可以滿

108、足大多數(shù)控制場合下的要求。</p><p>　　步進(jìn)驅(qū)動器工作模式有三種基本的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模式：整步、半步、細(xì)分。其主要區(qū)別在于電機(jī)線圈電流的控制精度（即激磁方式）。</p><p>　　本課題中，我們選用半步驅(qū)動方式：在單相激磁時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動半個步距角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩

109、相線圈進(jìn)行單相然后雙相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個脈沖0.9°的半步方式轉(zhuǎn)動。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速運(yùn)行時振動較小的優(yōu)點(diǎn)，所以實(shí)際使用整/半步驅(qū)動器時一般選用半步模式。</p><p>　　3.6控制系統(tǒng)硬件總體連接圖</p><p>　　控制系統(tǒng)硬件部分電路圖如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4控制系統(tǒng)硬件部分硬件電路圖</p

110、><p>　　4.控制系統(tǒng)軟件簡介</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　PLC控制軟件采用STEP7-Micro/WIN32編程軟件編寫。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)。它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)程序使用，同時也可以實(shí)

111、時監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。上位機(jī)軟件和PLC控制軟件通過定義統(tǒng)一的通信協(xié)議完成雙方的信息交換、狀態(tài)指示等。</p><p>　　在PLC中，通過工控機(jī)的分類信號設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的移動距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向等參數(shù)。通過PLC的脈沖輸出來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到對移動距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向的目的。</p><p>　　PLC對電機(jī)的控制首先要建立坐標(biāo)系，可以設(shè)為相對坐標(biāo)，也可以設(shè)為絕對坐標(biāo)。具體

112、實(shí)現(xiàn)依據(jù)PLC而定。</p><p><b>　　4.2軟件的功能</b></p><p>　　PLC控制軟件結(jié)構(gòu)上可分為主程序、正常分類程序、自動復(fù)位程、中斷處理程序、初始化程序和錯誤及故障處理程序等。各子程序統(tǒng)一由主程序依據(jù)工控機(jī)或外部命令決定其是否被調(diào)用。</p><p>　　其中，主程序主要完成系統(tǒng)初始化，各感應(yīng)開關(guān)的掃描、通信口的初始

113、化、各子程序的調(diào)用等。主要掃描I0.2～I(xiàn)1.1、I1.3～I(xiàn)1.7有無信號，通信口的波特率、通信地址、校驗(yàn)位等，各子程序的調(diào)用依據(jù)上位機(jī)的控制信息。初始化程序完成電機(jī)2的驅(qū)動包絡(luò)表的建立，電機(jī)1的初始化，啟動速度等。中斷的連接等。分類程序通過接收上位機(jī)的信息和個感應(yīng)開關(guān)的狀態(tài)將滑塊分類出去，使整個程序的核心部分。在分類過程中，通過設(shè)在系統(tǒng)不同部位的感應(yīng)開關(guān)判別滑塊的狀態(tài)，同時，判斷滑塊分類是否正確。并將分類過程的信息傳送給上位機(jī)。當(dāng)系

114、統(tǒng)發(fā)現(xiàn)無定位信號、無分類信號、電機(jī)2空閑時則啟動復(fù)位。此時，電機(jī)應(yīng)處于零位置。</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，啟動報(bào)警。設(shè)計(jì)為聲光報(bào)警的方式。并且通過軟件可以控制報(bào)警的狀態(tài)。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，建立了一個報(bào)警用的子程序。在出現(xiàn)錯誤時，用來驅(qū)動報(bào)警燈、警鈴來提示錯誤的出現(xiàn)。由于不同的錯誤對應(yīng)不同的指示燈，但只有一個警鈴，所以，要確保錯誤發(fā)生時類別的判斷，因此建立在累加器AC

115、0中不同的數(shù)值代表不同的錯誤。</p><p>　　4.3軟件的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　系統(tǒng)上電后，首先調(diào)用初始化程序完成對整個系統(tǒng)的初始化及各感應(yīng)開關(guān)的掃描，并依此判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。如否，則向工控及發(fā)出初始化失敗信息，并等待操作人員處理；如正常，則在初始化完成后，向工控機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號，工控機(jī)收到后，啟動系統(tǒng)工作。</p><p>　　工作過程中，PL

116、C不斷掃描各感應(yīng)開關(guān)，監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)有滑塊到達(dá)分類機(jī)構(gòu)依據(jù)工控機(jī)發(fā)出的分類信號，控制分類機(jī)構(gòu)將滑塊分類出去。由于多個分類的存在，可能出現(xiàn)因電機(jī)失步而導(dǎo)致誤分類。因此，在彈出滑塊后，PLC要依據(jù)分類信息和收到的分類完成信號，判斷他們是否一致。如一致，則表明分類正確；否則應(yīng)報(bào)警，告知分類錯誤，同時中止系統(tǒng)的運(yùn)行。</p><p><b>　　4.4軟件流程圖</b></p>