全自動(dòng)旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)含開題、SW三維及6張CAD圖
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全自動(dòng)旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì) 33
摘 要
隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的包裝行業(yè)發(fā)展迅速，特別是自動(dòng)化行業(yè)的興起，隨著對(duì)自動(dòng)化要求的越來(lái)越高，原有的機(jī)械設(shè)備已跟不上社會(huì)生產(chǎn)力的日益需求，我國(guó)早期多采取人工包裝，操作繁瑣、單調(diào)、重復(fù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。所以本文的設(shè)計(jì)目的為全自動(dòng)旋蓋機(jī)的的設(shè)計(jì)，包括了機(jī)械，電氣控制兩大部份。根據(jù)原始數(shù)據(jù)的要求，完成從理蓋，上蓋，瓶子的進(jìn)料，旋蓋以及出料等幾個(gè)工序。只需簡(jiǎn)單操作就可完成,這樣大大簡(jiǎn)化了工人的勞動(dòng)力，達(dá)到工業(yè)的自動(dòng)化控制，機(jī)械系統(tǒng)包括進(jìn)料輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、旋蓋頭的設(shè)計(jì)以及中心轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)。
本旋蓋機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)部件包括一臺(tái)振動(dòng)料斗、兩臺(tái)交流電機(jī)，一臺(tái)用于旋蓋的直流電機(jī)、一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，以及三根氣壓桿，通過(guò)PLC的控制，來(lái)安排不同的工序，動(dòng)作的先后，各個(gè)工序間的無(wú)縫配合來(lái)完成這樣一系列連續(xù)的旋蓋動(dòng)作，從而滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。電氣控制部分使用了PLC作為控制器，然后通過(guò)電源、接觸器、繼電器、脈沖控制器、以及各個(gè)行程開關(guān)的開閉配合。設(shè)計(jì)完成全自動(dòng)旋蓋機(jī)的PLC編程，也包括了整個(gè)系統(tǒng)電氣原理圖的繪制，利于設(shè)備的維護(hù)、維修，以及高效可靠地處理各個(gè)信號(hào)，以達(dá)到整機(jī)控制的目的。
關(guān)鍵詞：包裝，自動(dòng)化，旋蓋，輸送機(jī)，PLC
ABSTRACT
With the development of society, our packaging industry development is rapid, especially with the rise of automation industry, for automation requirements more and more higher, the original mechanical equipment already can't keep up with the social productive forces, the growing demand, China's early much take artificially packaging, operating trival, drab, repeat, workers labor intensity. So this design purpose for automatic capping machine design, including mechanical, electrical control two most. According to the original data requirements, completion from cover to cover, Daniel, bottle feeding, capping and discharging and several other processes. Just simple operation can be completed. This greatly simplifies the worker labor, achieve industrial automation control, mechanical system including feeding conveyor design, screw a covering design and center somewhere in the design.
This capping machine's main driver components include a vibration hopper, two ac motor, a used for capping the dc motors, a motor and three pillars pressure rod, through the control of PLC, to arrange different process, action, between every process has to accomplish such a series of seamless cooperate with continuous capping action, and meet the demand of industrial automation. Electric controlling part uses the PLC as controller, then through the power supply, contactor, relays, pulse controller, and the coordination of various travel switch. Design completed automatic capping machines PLC programming, including the whole system electrical principle drawing and favors the equipment maintenance, repair, and the effective and reliable processing various signal, in order to achieve the purpose of machine control.
Key words: packaging, automatization, capping, conveyor, PLC
目 錄
1 緒論-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1
1.1旋蓋機(jī)系統(tǒng)的介紹------------------------------------------------------------------------------------1
1.2旋蓋機(jī)的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀------------------------------------------------------------------------------------1
1.3旋蓋機(jī)的國(guó)外現(xiàn)狀------------------------------------------------------------------------------------2
1.4主要研究?jī)?nèi)容--------------------------------------------------------------------------------------------2
1.5旋蓋機(jī)的國(guó)外現(xiàn)狀------------------------------------------------------------------------------------2
2 全自動(dòng)旋蓋機(jī)總體的設(shè)計(jì)方案-----------------------------------------------------------------------4
2.1全自動(dòng)旋蓋機(jī)的總體設(shè)計(jì)思想----------------------------------------------------------------4
2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------------------------4
3 主要部件的設(shè)計(jì)選型及計(jì)算校核-------------------------------------------------------------------8
3.1理蓋部分的振動(dòng)盤選型----------------------------------------------------------------------------8
3.2帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------------------8
3.3卡盤的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)----------------------------------------------------------------------------------14
3.4氣壓缸的計(jì)算及選型------------------------------------------------------------------------------16
3.5旋蓋頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算------------------------------------------------------------------------------16
4 電氣部分的設(shè)計(jì)與選型----------------------------------------------------------------------------------21
4.1可編程控制器------------------------------------------------------------------------------------------21
4.2電器元件的選擇--------------------------------------------------------------------------------------23
4.3控制的原理--------------------------------------------------------------------------------------26
4.4電氣部分的設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------29
4.5 PLC程序------------------------------------------------------------------------29
3 結(jié)論------------------------------------------------------------------------------------------------------------------31
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------------32
致謝--------------------------------------------------------------------------------------------33
1 緒論
隨著科技社會(huì)的發(fā)展,我國(guó)的包裝行業(yè)得到迅猛的發(fā)展，包括了：醫(yī)藥,化妝品,飲料等好幾個(gè)大類,它們是國(guó)家生產(chǎn)行業(yè)中一個(gè)相當(dāng)重要的群體，涉及了國(guó)民的健康、社會(huì)的安定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其中中國(guó)飲料行業(yè)是其中的一個(gè)重要的組成,是改革開放以后發(fā)展出來(lái)的新興行業(yè)，是國(guó)民生產(chǎn)總值的一個(gè)重要的組成部分。20多年來(lái)，飲料行業(yè)不斷地發(fā)展和改進(jìn)，改變了以往的很多缺點(diǎn)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力的局面，各個(gè)新興企業(yè)的規(guī)模和自動(dòng)化程度不斷提高，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)日趨合理。中國(guó)的飲料、醫(yī)療、化妝品在品牌方面的發(fā)展成果顯著。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 如何摒棄舊的生產(chǎn)觀念,以及節(jié)約人力物力,降低成本,節(jié)約能源，提高能源利用率，使用機(jī)械設(shè)備代替工人的勞動(dòng)力,是一個(gè)相當(dāng)亟不可待的問(wèn)題 。
所以原始的生產(chǎn)方式已經(jīng)跟不上,日益膨脹的社會(huì)需求,如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化,便設(shè)想如能設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)旋蓋系統(tǒng)將十分有利于日益膨脹的社會(huì)的需求。
1.1 旋蓋機(jī)系統(tǒng)的介紹
旋蓋機(jī)主要用于玻璃瓶和PET瓶的螺紋蓋封口。旋開蓋是一種密封可靠、開啟方便的包裝蓋，材料一般為鋁合金、塑料，在旋蓋機(jī)的作用下旋緊，從而達(dá)到密封的效果。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，旋開蓋廣泛應(yīng)用于各種果汁、飲料、果蔬漿、調(diào)味料、嬰兒食品等瓶裝食用包裝中。普遍使用的旋開蓋直徑范圍為32-65mm，有三爪、四抓等結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)俗稱三旋蓋、四旋蓋。
旋蓋機(jī)主要由供蓋裝置、出瓶機(jī)構(gòu)以及旋蓋機(jī)頭這幾個(gè)必要的部件組成。
近幾年來(lái)隨著食品飲料工業(yè)向大規(guī)模高效率方向發(fā)展，國(guó)際上先進(jìn)的罐裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力一般都達(dá)到300～500瓶/min，并將洗瓶、罐裝和旋蓋組合成整機(jī)。這不僅使設(shè)備更加緊湊，減少生產(chǎn)線占地面積，又減小了洗瓶、灌裝和旋蓋工序之間的輸送距離，對(duì)防止產(chǎn)品的二次污染有很大意義。由于原有的直線式旋蓋機(jī)和回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)很難組合成整機(jī)，新穎的多頭回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。這種旋蓋機(jī)可以和灌裝機(jī)一樣通過(guò)增加頭數(shù)來(lái)增加產(chǎn)量。采用抓蓋、旋蓋方式的旋蓋頭不僅適用各種旋開蓋的封口，稍加改動(dòng)后還能用于其他各種金屬、塑料螺紋蓋的封口。旋蓋機(jī)的用前景良好，可在各種食品飲料生產(chǎn)線和制藥工業(yè)的生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用。
然而，在我國(guó)應(yīng)用的罐頭旋蓋機(jī)還存在很多的不足。首先是自動(dòng)化程度低，經(jīng)旋蓋機(jī)旋蓋后仍需進(jìn)行人工旋蓋才能達(dá)到加工要求；其次是效率低下，不能滿足我國(guó)罐頭生產(chǎn)現(xiàn)狀；還有就是旋蓋質(zhì)量低，返工率高等問(wèn)題。這些問(wèn)題，是由于旋蓋機(jī)自動(dòng)化集成程度低、控制精度不高所造成的。[1]
1.2 旋蓋機(jī)的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
現(xiàn)在工業(yè)上普遍運(yùn)用的旋蓋機(jī)有兩大類，一種是直立式搓蓋機(jī)，另外一種是靠中間轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)的分瓶式的旋蓋機(jī)。第一種是基于蓋已經(jīng)裝在瓶上的情況，第二種雖然有他自己獨(dú)立的一套裝蓋方案，但是還是難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)的全機(jī)器操作的工作方式。
我國(guó)早期多采取人工包裝，操作繁瑣、單調(diào)、重復(fù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，包裝質(zhì)量不高，有些藥品長(zhǎng)期與人接觸還會(huì)影響身體健康。由于工業(yè)產(chǎn)品千差萬(wàn)別，用戶要求各不相同，很難形成統(tǒng)一的灌裝模式和定型的包裝設(shè)備，因而包裝工序長(zhǎng)期以來(lái)成為連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。包裝工作包括包裝材料和容器的制造、印刷、包裝工藝程序的操作和質(zhì)量檢測(cè)等。實(shí)現(xiàn)包裝自動(dòng)化能有效地提高生產(chǎn)能力，保證產(chǎn)品質(zhì)量,增加花色品種,有利于食物、藥品的清潔衛(wèi)生和金屬制品的防腐防銹并降低生產(chǎn)成本。包裝自動(dòng)化還能改善工作條件，特別是對(duì)有毒性、刺激性、低溫潮濕性、飛揚(yáng)擴(kuò)散性等危害人體健康的物品的包裝尤為重要。以及那些人工難以實(shí)現(xiàn)的包裝,如無(wú)菌包裝、藥品飲料包裝、真空包裝、熱成型包裝等，更加需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。伴隨電子技術(shù)的發(fā)展，包裝從單機(jī)分離電器為主的低級(jí)程序控制發(fā)展到多功能全自動(dòng)包裝機(jī)和由電子計(jì)算機(jī)控制的包裝生產(chǎn)自動(dòng)線。[2]
1.3 旋蓋機(jī)的國(guó)外現(xiàn)狀
國(guó)外的旋蓋機(jī)，在自動(dòng)化程度上高于我國(guó)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)，國(guó)外有一套自己的理蓋方式，以及全自動(dòng)的旋蓋方案，雖然國(guó)外的機(jī)器總體水平比我過(guò)的高，但是限于瓶蓋的規(guī)格以及不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等因素，旋蓋機(jī)很難從國(guó)外進(jìn)口。
1.4 主要研究?jī)?nèi)容
本課題主要研究輸送帶傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī),交流電機(jī),PLC,控制等。通過(guò)電機(jī)控制輸送帶，金屬桿的運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的行程根據(jù)任務(wù)書的已知條件，對(duì)旋蓋機(jī)及其各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和總體布置。通過(guò)具體的參數(shù)計(jì)算及工況分析，擬定全自動(dòng)旋蓋機(jī)的系統(tǒng)原理圖，完成液壓及電氣PLC控制系統(tǒng)原理圖繪制。
1.4.1 全自動(dòng)旋蓋機(jī)的工作方式
第一部分:瓶子的進(jìn)給部分
第二部分:瓶蓋的進(jìn)給及裝蓋部分
第三部分:自動(dòng)旋蓋部分
第四部分:控制部分
主要工作方式: 前一流水線上瓶子通過(guò)輸送帶進(jìn)入旋蓋機(jī)------------→通過(guò)輸送帶及轉(zhuǎn)盤，并將瓶蓋輕放在瓶子上-------------→旋緊瓶蓋----------→下料
1.4.2 課題主要內(nèi)容
(1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，收集旋蓋機(jī)相關(guān)資料，并做相關(guān)的整理。
(2）根據(jù)已知技術(shù)參數(shù)，確定旋蓋機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。
1.理蓋部分的設(shè)計(jì)及選型
2.進(jìn)瓶部分的設(shè)計(jì)
3.分瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.旋蓋頭的設(shè)計(jì)
5.機(jī)架的設(shè)計(jì)
6.材料的選擇
(3）完成旋蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用SOLIDWORKS、CAD等軟件繪制裝配圖、零件圖。
(4）擬定PLC控制系統(tǒng)原理圖，電氣控制原理圖。
1.4.3 設(shè)計(jì)主要的技術(shù)參數(shù)要求
生產(chǎn)能力50瓶/分鐘
瓶蓋尺寸：15-70毫米
瓶體直徑：Φ35-Φ130毫米
瓶體高度：50-320毫米
2 全自動(dòng)旋蓋機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案
2.1全自動(dòng)旋蓋機(jī)的總體設(shè)計(jì)思想
蓋子通過(guò)理蓋部分，整理完朝向，瓶子通過(guò)流水線進(jìn)入旋蓋環(huán)節(jié)，然后通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)將瓶蓋置于瓶子上方，待旋蓋。通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)旋蓋頭來(lái)達(dá)到旋緊瓶蓋的目的，最后便可進(jìn)入出料階段。
2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)
2.2.1 理蓋送蓋部分方案的確定
方案1：
圖2-1 理蓋方案1
如圖2-1，瓶蓋通過(guò)輸送帶的傳輸，當(dāng)經(jīng)過(guò)測(cè)距傳感器下方時(shí)，傳感器測(cè)出傳感器與瓶蓋面的距離為h，瓶蓋向下時(shí)距離為h1，瓶蓋向上時(shí)距離為h2。傳感器分別以脈沖的形式傳送給PLC，用SPD命令，計(jì)算脈沖的密度，從而判斷瓶蓋的正反向，若反向，則PLC控制氣壓缸伸出將瓶蓋推入下坡的導(dǎo)軌上，重新進(jìn)入循環(huán)，這樣就能達(dá)到理蓋的目的。
方案2：使用振動(dòng)送料盤
圖2-2 “E”形缺口[3]
通過(guò)底座的振動(dòng)，支承彈簧片以一個(gè)角度安裝，通電之后產(chǎn)生扭振，使瓶蓋在慣性、自身重力、摩擦力、振動(dòng)力，多個(gè)力的作用下，沿料斗側(cè)面的螺旋槽順著螺旋方向向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在螺旋槽上開有“E”形缺口。如圖2-2，當(dāng)蓋口向下時(shí)，瓶蓋運(yùn)動(dòng)到“E”
形缺口時(shí)會(huì)掉落下去，當(dāng)蓋口向上時(shí)，瓶蓋能順利通過(guò)“E”形缺口。然后完成定向后的瓶蓋從振動(dòng)盤出口，進(jìn)入料斗的導(dǎo)軌，這樣就完成了理蓋、送蓋這兩個(gè)步驟。
兩種方案的比較：
方案1：控制部分較為復(fù)雜，瓶蓋還存在第三種情況，兩兩疊在一起
方案2：模塊化，控制簡(jiǎn)單，直接可以使用
綜上所述，方案2更好，因此理蓋送蓋部分這里初確定常州銳凱公司的振動(dòng)送料盤。
2.2.2 送瓶部分的結(jié)構(gòu)方案確定
因考慮到在實(shí)際生產(chǎn)中，整個(gè)灌裝、旋蓋過(guò)程是一條流水線，經(jīng)過(guò)查閱資料，灌裝的輸送基本上是采用輸送帶傳送，到達(dá)指定位置后探針往瓶中注入液體，然后再通過(guò)輸送帶運(yùn)走。這里，為了和上一個(gè)流水線相連接，也就是灌裝環(huán)節(jié)的連接，這里送瓶的部分也采用輸送帶的方式。
瓶子通過(guò)輸送帶到達(dá)指定位置后，考慮的問(wèn)題是瓶如何的定位，經(jīng)過(guò)實(shí)地的考察以及網(wǎng)絡(luò)的資料，目前市場(chǎng)上的旋蓋機(jī)，瓶的定位方式一般采用直列式的夾緊方式，或者星形卡盤的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成送瓶的動(dòng)作，考慮到經(jīng)濟(jì)、和動(dòng)作的復(fù)雜程度的問(wèn)題，這里初步選用星形卡盤的工作方式，并在下方安裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以迎合進(jìn)料時(shí)的工作節(jié)拍，如圖2-3。
圖2-3 卡盤設(shè)計(jì)思路
2.2.3 裝蓋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)
瓶蓋從理蓋振動(dòng)盤中的導(dǎo)軌上向下運(yùn)輸，導(dǎo)軌延伸到星形卡盤之上，當(dāng)星形卡盤帶著瓶經(jīng)過(guò)導(dǎo)軌的下方時(shí)（這里預(yù)先計(jì)算好角度，導(dǎo)軌方向可調(diào)）瓶口邊緣便會(huì)卡在瓶蓋下方側(cè)壁邊緣帶走一個(gè)瓶蓋。蓋裝上后，有幾種可能性，第一種是正好垂直，這種情況是我們要的情況，可以直接旋蓋，第二種情況是有一點(diǎn)角度需要糾正，所以在這里還要添加一個(gè)壓蓋裝置。于是在下一個(gè)工作位，安裝一個(gè)氣壓缸，瓶子經(jīng)過(guò)氣壓缸下方時(shí)氣壓缸就會(huì)工作，下降，將瓶蓋壓正，以便進(jìn)行下面的工序。綜上所述，就完成了裝蓋這個(gè)動(dòng)作。
2.2.4 旋蓋部分的結(jié)構(gòu)方案
待旋蓋的瓶通過(guò)星形卡盤旋轉(zhuǎn)到指定位置后，要考慮兩個(gè)大問(wèn)題：如何旋蓋，和在旋蓋時(shí)，瓶身有自轉(zhuǎn)，如何克服這個(gè)自轉(zhuǎn)，使瓶身固定。
(1）如何實(shí)現(xiàn)旋蓋這功能。
當(dāng)星形卡盤的卡槽內(nèi)收集了瓶子并裝蓋完畢以后，這里選用旋蓋頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，配合氣缸的上下運(yùn)動(dòng)，完成旋蓋的動(dòng)作，旋蓋頭的設(shè)計(jì)，以及氣缸的具體原理選型，下文再作詳細(xì)說(shuō)明，這里僅是擬定方案。
(2）如何克服瓶身的自轉(zhuǎn)。
在瓶身進(jìn)入旋蓋環(huán)節(jié)后，選蓋頭帶動(dòng)瓶蓋旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定預(yù)緊力以后，極有可能發(fā)生瓶身的自轉(zhuǎn)，這里的方案是，在旋蓋頭的下方，星形卡盤的側(cè)面，另加一個(gè)氣壓缸，氣壓缸的前端加裝弧形的金屬片前方裝有橡膠墊，當(dāng)星形卡盤旋轉(zhuǎn)到旋蓋位后，氣缸伸出，同時(shí)卡緊瓶身，這樣就能克服瓶身的自轉(zhuǎn)。
2.2.5 出料的方案
當(dāng)機(jī)構(gòu)完成以上方案中的幾個(gè)動(dòng)作后，即接下來(lái)要完成出料動(dòng)作，所以在完成旋蓋后星形卡盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，將已旋蓋的瓶移到出料口上，這里的出料口也配合流水線，因?yàn)橄乱坏拦ば蚩赡苓M(jìn)入貼標(biāo)環(huán)節(jié)所以出料口也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，使用輸送帶這個(gè)運(yùn)輸方式，這樣就完成了一次旋蓋的流程。
3主要部件的設(shè)計(jì)選型及計(jì)算校核
3.1理蓋部分振動(dòng)盤的選型
上文提到選用常州銳凱公司的振動(dòng)送料盤，根據(jù)原始數(shù)據(jù)，瓶蓋直徑為15-70毫米，生產(chǎn)能力為50瓶/分鐘，瓶蓋高度數(shù)據(jù)中未給出，所以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況擬定高度為10-25毫米之間。
于是根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用常州銳凱公司的SP-03型振動(dòng)送料盤，該振動(dòng)盤參數(shù)：
瓶蓋高度：10-30毫米
瓶蓋直徑：10-75毫米
進(jìn)給速度：60個(gè)每分鐘±5
振動(dòng)盤高度：520毫米
振動(dòng)盤直徑：600毫米
由于參數(shù)符合原始數(shù)據(jù)的要求，所以理蓋方面這里就確定選擇常州銳凱公司的SP-03振動(dòng)送料盤。
3.2帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)
因?qū)嶋H流水線此處應(yīng)與灌裝流水線相連接，所以輸送機(jī)長(zhǎng)度，也就是進(jìn)料的距離由于工況的不同而不同，所以此處且定輸送距離，也就是所要設(shè)計(jì)的輸送機(jī)長(zhǎng)度為1.5米。
3.2.1 帶的選型計(jì)算
(1）帶寬的確定
根據(jù)原始數(shù)據(jù)瓶體直徑為Φ35-Φ130毫米
帶速的計(jì)算:
(3-1)
式子中：—帶走的距離，單位為；
—帶走的時(shí)間，單位為；
這里以一分鐘為基準(zhǔn)所以為,一分鐘帶走的距離，至少帶50瓶
其中2為安全系數(shù)
將，代入式子（3-1）求得帶速約為。
運(yùn)載能力：
瓶的散狀密度約
最小帶寬：
（3-2）
式子中：—物料系數(shù)，取1
—傾角系數(shù)，根據(jù)輸送的傾角為0°，0-3°取1
—運(yùn)載能力，單位
—瓶的散狀密度，單位
將，，，代入 （3-2）求得最小帶寬
圖3-1 輸送帶的尺寸表\ GBT4490-94
根據(jù)計(jì)算出的最小帶寬229.7，從上圖查得帶寬這里取300
(2）輪輥間距的確定
輪輥之間的距離：
（3-3）
式中：物料系數(shù)，取1
將代入（3-3）求得輪輥之間的距離
通過(guò)上述計(jì)算以及工況的要求，這里選擇，上海韋欣工業(yè)皮帶有限公司的2.0黑色輸送帶300M-ZB其基本參數(shù)為：
結(jié)構(gòu)：二布二膠
纖維層數(shù)：二層
表層材料：聚氯乙烯
總厚度：
重量：
最大生產(chǎn)寬度：
拉斷強(qiáng)度：
表面涂層硬度：75 shoreA
耐溫：-10/+90℃
最小滾輪直徑：
橫向穩(wěn)定性：是
(3）托輥的選擇
圖3-2 托輥的尺寸選擇 GB 990-91
如圖3-2所示，因?yàn)槲覀冞x擇的帶寬為300，所以托輥長(zhǎng)度l取380，直徑取76.89 ，其余的尺寸如圖3-2所示，，，，。
圖3-3 托輥的尺寸規(guī)定 GB 990-91
托輥的機(jī)械外形以及各個(gè)尺寸代表的含義如圖3-3所示。
(4）滾筒的選擇
圖3-4 滾筒的尺寸選擇 GBT988-1991
如圖3-2所示，因?yàn)槲覀冞x擇的帶寬為300，所以滾筒長(zhǎng)度L取400，直徑D取200。
圖3-5 滾筒的尺寸規(guī)定 GBT988-1991
滾筒的機(jī)械外形尺寸分布如圖3-5所示
(4）減速交流電機(jī)的選擇
運(yùn)送速度的計(jì)算：
（3-4）
式中：
將，代入（3-4）求得轉(zhuǎn)速為
物料重量估算：（這里每瓶待旋蓋的瓶估算重量為）
交流電機(jī)功率的計(jì)算：
（3-5）
式中：—輸送機(jī)水平距離
—托輥?zhàn)枇ο禂?shù)，對(duì)上有運(yùn)料的情況
—單位長(zhǎng)度機(jī)器運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量
（3-6）
其中：—單位長(zhǎng)度上托輥質(zhì)量
—單位長(zhǎng)度上運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量
—單位長(zhǎng)度上輸送帶質(zhì)量
于是估算為
—帶速
—輸送速度
—送料的垂直高度，這里無(wú)垂直高度，取0
綜上：
所以約為,在實(shí)際工況下，還需用到同步帶，同步輪，考慮到摩擦等綜合因素，這里取安全系數(shù)
實(shí)際功率為
因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的功率一般為：180W、200W、250W、370W等，故這里選擇250W的交流電機(jī)。
圖3-6 減速交流電機(jī)
這里選擇250W的交流齒輪減速電機(jī)，60GU-10K減速馬達(dá)如圖3-6，定速型,具體參數(shù)如下：
電壓：380V
轉(zhuǎn)速比：60
功率：250W
固定轉(zhuǎn)速：21
扭矩：33
3.2.2同步帶，及同步帶輪的選型
（1）同步帶輪的選型
因選擇電機(jī)時(shí)，已經(jīng)選擇了1:60的減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到要求，故這里選擇同步帶輪時(shí)電機(jī)的主動(dòng)輪以及滾筒的被動(dòng)輪選用同樣半徑的，也就是同步帶的傳動(dòng)比為1:1，這里初選型號(hào)為25L018BS的同步帶輪，直徑為72
（2）同步帶的選型
由于本設(shè)計(jì)的工況屬于輕載，所以對(duì)同步帶的強(qiáng)度不是很高，因此選擇，上海五同同步帶有限公司的STPD/SYS-S3M-20同步帶。
(3）物料（瓶）的導(dǎo)向性問(wèn)題
前文選擇的輸送機(jī)帶寬為300，需運(yùn)送的瓶體直徑最大為130,考慮到瓶體如何在輸送帶上定向地運(yùn)動(dòng)以及準(zhǔn)確地輸送到目的地，于是在機(jī)架上可以裝一個(gè)導(dǎo)向鐵片用來(lái)限制瓶體的運(yùn)動(dòng)，這樣瓶就可以順利地通過(guò)輸送帶到達(dá)下一個(gè)工位，星形卡盤上。
3.3卡盤的設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)
3.3.1卡盤的設(shè)計(jì)以及計(jì)算
根據(jù)原始數(shù)據(jù)這里初定卡盤一周上有10個(gè)瓶，所以360°/10=36°所以每?jī)蓚€(gè)瓶中線到圓心連線的夾角為36°半徑初定400，如圖3-7。
圖3-7 卡盤槽位的設(shè)計(jì)
在旋蓋機(jī)工作時(shí)，有四個(gè)槽位上是沒(méi)有瓶子的，也就是說(shuō)實(shí)際工作時(shí)轉(zhuǎn)盤上只有6個(gè)瓶子材料初定為ABS塑料。（塑料的密度以0.85 計(jì)算）
卡盤可根據(jù)實(shí)際加工瓶身大小而更換，這里只列舉一種最大的情況。
星形卡盤的質(zhì)量約：0.855500=4710=4.71
瓶的質(zhì)量估算為1.5L，也就是1.5
所以，六個(gè)瓶質(zhì)量約為：1.56=9
總重量約為：(9+4.71)1.3=17.8
其中1.3為安全系數(shù)
3.3.2電機(jī)的選擇
這里初步考慮步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)，比較其控制方式，步進(jìn)電機(jī)大多為開環(huán)控制，不需要、或者說(shuō)沒(méi)有反饋，而伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)比較嚴(yán)密，閉環(huán)控制，有反饋。在價(jià)格方面，步進(jìn)電機(jī)價(jià)格低廉，伺服電機(jī)價(jià)格較高；同時(shí)步進(jìn)電機(jī)精確度差，而步進(jìn)電機(jī)精確性好。但考慮到步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)特性，沒(méi)有累積誤差，每轉(zhuǎn)過(guò)一周，也就是360°會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償誤差，也考慮到實(shí)際運(yùn)用的精度需求也不是很高，所以這里選用步進(jìn)電機(jī)作為星形卡盤的驅(qū)動(dòng)。
步進(jìn)電機(jī)（步距角的選擇上，因?yàn)榍懊嫠愕?6°為一個(gè)節(jié)拍，所以這里步距角初定為1.8°）驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)0.3秒鐘。
必要脈沖數(shù)：
必要脈沖數(shù)頻率= （3-6）
必要脈沖數(shù)頻率=733.3HZ
（3-7）
（3-8）
估算其轉(zhuǎn)速約為70
所以轉(zhuǎn)矩為：
（3-9）
其中—功率：?jiǎn)挝?
—轉(zhuǎn)速：?jiǎn)挝?
代入得：
確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的力矩。方法是在負(fù)載的中心上加一根軸，用彈簧秤拉動(dòng)軸，拉力乘以力臂長(zhǎng)度既是負(fù)載力矩。于是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)以及上述計(jì)算，以轉(zhuǎn)動(dòng)36°為準(zhǔn),綜合得，需要的扭矩約為7.5。
步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的確定，在選擇相數(shù)時(shí)，相數(shù)與步距角有關(guān)，因此只要滿足選擇的步距角的相數(shù)就可以。這里前文需要的步距角為1.8°所以，這里選擇兩相的步進(jìn)電機(jī)。
于是這里初選型號(hào)為：86BYGH5430的步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：
步距角：1.8°
機(jī)身長(zhǎng)：151
相電壓：5.7
相電流：3
相電阻：1.9
相電感：22
靜力矩：9.3
引線數(shù)：4
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3.6
重量：5
3.3.3 驅(qū)動(dòng)器的選擇
根據(jù)上文選擇的步進(jìn)電機(jī)86BYGH5430，相數(shù)為2相，引線數(shù)為4,電機(jī)屬于86BYG系列的,根據(jù)以上信息，選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器為：D2HB882MB。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)見(jiàn)圖3-8。
圖3-8 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)
3.4氣壓缸的計(jì)算及選型
3.4.1選擇氣缸的類型
按操作方式分氣缸一般有兩種類型，單作用氣缸和雙作用氣缸。
單作用：通過(guò)氣壓驅(qū)動(dòng)，通入氣體后開，或者通入氣體后關(guān)，斷氣后復(fù)位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小，活塞行程短，單作用氣缸多用于壓緊、印字等。推出時(shí)由于內(nèi)部有彈簧，所以還要克服彈簧力，因此要比較大的缸體直徑。
雙作用氣缸：兩個(gè)腔體都可以輸入壓縮空氣，它的結(jié)構(gòu)可分為雙活塞式、雙活塞桿式、緩沖式和非緩沖式，這類的氣缸使用廣泛行程長(zhǎng)，伸出所需的作用力大于返回的作用力。
綜合情況下考慮，這里初定選用單作用型氣缸。
3.4.2 行程開關(guān)類型的選擇
行程開關(guān)開關(guān)：由于氣缸運(yùn)動(dòng)到極限位置需要反饋給控制器才能控制其縮回，因此
氣壓系統(tǒng)里需選擇行程開關(guān)作為位置檢測(cè)用，所以需選擇一種行程開關(guān)。
液壓、氣壓系統(tǒng)中常用物理的開關(guān)式行程開關(guān)，或者磁性開關(guān)，普通的物理式開關(guān)控制位置不精確，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格低廉一些。磁性開關(guān)位置控制精確，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中普遍運(yùn)用，使用簡(jiǎn)便，但是價(jià)格相對(duì)較高。
綜上的比較，以及實(shí)際運(yùn)用，這里選擇磁性開關(guān)作為氣壓缸的行程開關(guān)，由于磁性開關(guān)的特殊性，因此，在選擇氣壓缸的時(shí)候，需要其內(nèi)置磁環(huán)。
3.4.3 氣缸的選擇
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)地?cái)?shù)據(jù)的收集，在以上這種工況下約需70N的推力，這里初定氣壓缸的缸徑為32，氣壓缸個(gè)數(shù)為三個(gè)。
圖3-9 氣缸理論輸出表 [14]
根據(jù)圖3-9缸徑32，受壓面積為3.14左右，根據(jù)上文估算的氣壓缸輸出約需70N的輸出力，所以從表中可以看出，氣缸的工作壓力為0.22-0.35左右，所以這里選擇CJ2B.CDJ2B彈簧壓回式氣缸。
有關(guān)氣源：由于工廠的集中氣源供氣，這里不用選擇氣泵。而要考慮如何將氣體分配給三個(gè)氣缸，這里需選擇三個(gè)減壓閥，所以根據(jù)氣缸的工作壓力，這里選擇上海野渡氣體設(shè)備有限公司的R41 不銹鋼減壓閥。
3.5旋蓋頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.5.1 旋蓋頭的設(shè)計(jì)
旋蓋頭是旋蓋機(jī)上最重要的部件之一，在其工作時(shí)需保證旋緊的力矩適中，太大旋不緊瓶蓋，太大則會(huì)損壞瓶蓋。所以這個(gè)旋蓋頭是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因此這里參考日本的OC-A2型旋蓋頭的設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)的精妙之處就在于通過(guò)邊緣的永磁體的吸力，來(lái)控制瓶蓋的旋緊力度。若達(dá)到預(yù)定的力，也就是達(dá)到瓶蓋預(yù)先設(shè)定的預(yù)緊力之后，因?yàn)樵诖藭r(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩大于永磁體相互吸引的力，所以永磁體不足以克服這個(gè)力保持吸附狀態(tài)發(fā)生打滑這樣，計(jì)算好永磁體間相互的吸引力，就能控制旋蓋頭的旋蓋力矩。初步結(jié)構(gòu)如圖3-10。
這里還有一點(diǎn)要說(shuō)的是，旋蓋頭最下方的旋蓋嘴設(shè)計(jì)為可更換式，這樣就能滿足不同的工況。
圖3-10 旋蓋頭的設(shè)計(jì)
3.5.1 旋蓋電機(jī)的選型計(jì)算
根據(jù)原始數(shù)據(jù)，需要50瓶每分鐘的速度，設(shè)計(jì)的旋蓋頭與瓶蓋的接觸時(shí)間約為0.5秒左右，一般情況下，瓶蓋里的螺旋線約為2圈左右所以：
所需轉(zhuǎn)速約為：
其中1.2為安全系數(shù)
所以電機(jī)轉(zhuǎn)速＞6 = 即可滿足要求
轉(zhuǎn)矩的估算：
旋緊瓶蓋約需轉(zhuǎn)矩為：
根據(jù)上面的計(jì)算，這里選擇型號(hào)為37GARH的直流小型電機(jī)
其參數(shù)為：
電源：DC 24V
直徑：Φ37
空載轉(zhuǎn)速：500
額定轉(zhuǎn)速：400
額定扭矩：
額定電流：1.2
外形尺寸不含軸：Φ37 95
重量：0.3
價(jià)格65元
額定轉(zhuǎn)速：400＞360
額定扭矩：2.5＞1.5
故滿足要求
3.5.2 永磁體的選擇
上文提到旋緊瓶蓋需1.5的扭矩，因?yàn)樾^有自重所以為了安全起見(jiàn)，設(shè)永磁體的吸力為2，永磁體間接觸面積約為7。
磁力計(jì)算公式：
（3-10）
代入得：
B=2653.9
所以需選擇上下一共14塊接觸面積為1的，2600高斯左右的永磁體。
4電氣部分的設(shè)計(jì)與選型
4.1可編程控制器
4.1.1 可編程控制器的選擇
在全自動(dòng)旋蓋機(jī)的控制方面，需要選擇一穩(wěn)定性較高的可編程邏輯控制器，現(xiàn)可選的有：?jiǎn)纹瑱C(jī)和PLC兩種控制器。
單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種非常集成的電子控制芯片，是一種集成電路，內(nèi)部復(fù)雜，有中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、和外界許多個(gè)I/O口組成，內(nèi)部有中斷器，計(jì)時(shí)器，定時(shí)器等功能，可以集中在一塊小型的PCB板上從而形成一個(gè)小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低。但是維護(hù)較復(fù)雜。
PLC:PLC實(shí)際上是一種專門用于工業(yè)的邏輯控制器，其硬件結(jié)構(gòu)上基本與微型計(jì)算機(jī)相類似。主要工作方式為：輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。反復(fù)執(zhí)行這三部，因而形成了PLC的掃描周期。PLC在工程運(yùn)用中相比單片機(jī)來(lái)說(shuō)較可靠，也就是俗稱的可靠性，PLC不需要太多的連線以及電子元件，拋棄了繁雜的電路，有完善的斷電保護(hù)，以及各個(gè)廠家反饋的錯(cuò)誤代碼，用來(lái)診斷錯(cuò)誤。PLC相對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單很多其編程語(yǔ)言的易用性，可以大大地降低程序的錯(cuò)誤率。PLC的還有一個(gè)易操作性的優(yōu)點(diǎn)，PLC的電氣圖與梯形圖相似容易掌握，對(duì)維護(hù)操作人員的要求也不高。
綜上所述，本次的課題為全自動(dòng)旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)，屬于工業(yè)生產(chǎn)范疇，對(duì)于穩(wěn)定性的要求比較高，而且本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)屬于中型機(jī)械設(shè)備，因此，對(duì)于體積來(lái)說(shuō)，沒(méi)有太多的要求，不需要功能化的嵌入式系統(tǒng)。
所以這里選擇PLC作為本次設(shè)計(jì)旋蓋機(jī)的邏輯控制器。
4.1.2 PLC類型的選擇
PLC的輸出類型有繼電器和晶體管兩種類型：
（1）晶體管輸出工作原理
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。從繼電器的工作原理可以看出，它是一種機(jī)電元件，通過(guò)機(jī)械動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的通斷，是有觸點(diǎn)元件。晶體管是一種電子元件，它是通過(guò)基極電流來(lái)控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通。它是無(wú)觸點(diǎn)元件。
（2）繼電器及晶體管輸出的主要差別
由于繼電器與晶體管工作原理的不同，導(dǎo)致了兩者的工作參數(shù)存在了較大的差異，下面進(jìn)行比較說(shuō)明。
驅(qū)動(dòng)負(fù)載不同：
繼電器型可接交流220V或直流24V負(fù)載，沒(méi)有極性要求；晶體管型只能接直流24V負(fù)載，有極性要求。
繼電器的負(fù)載電流比較大可以達(dá)到2A，晶體管負(fù)載電流為0.2-0.3A。
響應(yīng)時(shí)間不同 ：
繼電器響應(yīng)時(shí)間比較慢（約10ms-20ms），晶體管響應(yīng)時(shí)間比較快，約0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以達(dá)到10 us。
使用壽命不同
繼電器由于是機(jī)械元件受到動(dòng)作次數(shù)的壽命限制，且與負(fù)載容量有關(guān)，可以看出，隨著負(fù)載容量的增加，觸點(diǎn)壽命幾乎按級(jí)數(shù)減少。晶體管是電子原件只有老化，沒(méi)有使用壽命限制。
（3）繼電器與晶體管輸出的主要原則
繼電器型輸出驅(qū)動(dòng)電流大，響應(yīng)慢，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動(dòng)作頻率不高的場(chǎng)合。晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電流小，頻率高，壽命長(zhǎng)，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。在高頻應(yīng)用場(chǎng)合，如果同時(shí)需要驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動(dòng)。
（4）使用中要注意的事項(xiàng)
目前市場(chǎng)上經(jīng)常出現(xiàn)繼電器問(wèn)題的客戶現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是：出現(xiàn)故障的輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率比較快，驅(qū)動(dòng)的負(fù)載都是繼電器、電磁閥或接觸器等感性負(fù)載而且沒(méi)有吸收保護(hù)電路。因此建議在PLC輸出類型選擇和使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
一定要關(guān)注負(fù)載容量。輸出端口須遵守允許最大電流限制，以保證輸出端口的發(fā)熱限制在允許范圍。繼電器的使用壽命與負(fù)載容量有關(guān)，當(dāng)負(fù)載容量增加時(shí)，觸點(diǎn)壽命將大大降低，因此要特別關(guān)注。
一定要關(guān)注負(fù)載性質(zhì)。感性負(fù)載在開合瞬間會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓，因此表面上看負(fù)載容量可能并不大，但是實(shí)際上負(fù)載容量很大，繼電器的壽命將大大縮短，因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路。尤其在工作頻率比較高時(shí)務(wù)必增加保護(hù)電路。從客戶的使用情況來(lái)看，增加吸收保護(hù)電路后的改善效果十分明顯。
根據(jù)電容的特性，如果直接驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載，在導(dǎo)通瞬間將產(chǎn)生沖擊浪涌電流，因此原則上輸出端口不宜接入容性負(fù)載，若有必要，需保證其沖擊浪涌電流小于規(guī)格說(shuō)明中的最大電流。
一定要關(guān)注動(dòng)作頻率。當(dāng)動(dòng)作頻率較高時(shí)，建議選擇晶體管輸出類型，如果同時(shí)還要驅(qū)動(dòng)大電流則可以使用晶體管輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器的模式。當(dāng)控制步進(jìn)電機(jī)/伺服系統(tǒng)，或者用到高速輸出/PWM波，或者用于動(dòng)作頻率高的節(jié)點(diǎn)等場(chǎng)合，只能選用晶體管型。PLC對(duì)擴(kuò)展模塊與主模塊的輸出類型并不要求一致，因此當(dāng)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較多而功能各異時(shí)，可以考慮繼電器輸出的主模塊擴(kuò)展晶體管輸出或晶體管輸出主模塊擴(kuò)展繼電器輸出以達(dá)到最佳配合。[6]
本設(shè)計(jì)對(duì)控制要求并不高，只需要滿足時(shí)序，以及工作節(jié)拍，所以對(duì)輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)要求也不是很高，所以這里初選PLC型號(hào)為FX1n的PLC。
整個(gè)控制系統(tǒng)，需要控制的執(zhí)行元件有：
步進(jìn)電機(jī)-------------控制方式，脈沖 ，工作節(jié)拍
交流電機(jī)-------------控制方式，觸電，啟停
直流電機(jī)-------------控制方式，觸電，啟停
氣壓缸的電磁閥-------控制方式，觸電（線圈）
氣壓缸的磁性行程開關(guān)-控制方式，觸電（線圈）
振動(dòng)料斗的啟停-------控制方式，觸電控制開、關(guān)
根據(jù)上面的分析，我們這里選的PLC必須具備脈沖輸出的功能，因此PLC脈沖輸出的形式必須有晶體管形式的，這里初步選擇FX1n-24MT-001?？紤]到成本原因，這里沒(méi)有選擇功能更強(qiáng)的FX2n系列的PLC，帶繼電器輸出和晶體管輸出。以加裝中間繼電器的形式來(lái)彌補(bǔ)FN1n-24MT-001晶體管形式輸出不能帶交流負(fù)載以及功率較大負(fù)載的缺點(diǎn)。
4.2電氣元件的選擇
4.2.1 電源的選擇
本次設(shè)計(jì)，需要特殊電壓的用電器有：
驅(qū)動(dòng)器電源-------24V
直流電機(jī)---------24V
繼電器的線圈供電-24V
電磁閥的線圈供電-24V
脈沖供電---------5V
PLC自帶24V的電壓輸出，由于24V的負(fù)載較多，單靠PLC供電很有可能超過(guò)PLC的負(fù)載極限，因此我們這里另外選擇外接的開關(guān)電源，來(lái)滿足24V以及5V的供電要求。
根據(jù)上述要求，這里選擇“兵裝”公司的AC-DC機(jī)殼式開關(guān)電源。
分別有220V的輸入端，以及兩路24V、COM接地端，單路5V、及COM接地端。
4.2.1 磁性感應(yīng)開關(guān)的選擇
本全自動(dòng)旋蓋機(jī)用到三個(gè)氣壓缸，因此需選擇三個(gè)磁性感應(yīng)限位開關(guān)，由于這里選擇的氣缸屬于小型氣缸，所以這里選擇寧波江東若水自動(dòng)化設(shè)備有限公司的KT-32R的磁性感應(yīng)限位開關(guān)。
4.2.2 電磁閥的選型
上文提到電磁閥的線圈電壓為24V,以及氣壓缸的工作壓力為0.22-0.35mpa左右，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，我們選擇KOGANEI公司的180-4E1-PLL DC24V電磁閥。
4.2.3 繼電器的選型
繼電器是一種電子控制器件，用于工業(yè)控制，常用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中繼電器，在這里我們的作用是用較小控制電壓，去控制大電壓，也起到了電氣隔離的作用，用來(lái)保護(hù)PLC以及人體的安全。
于是這里選擇歐姆龍公司的繼電器，具體型號(hào)參數(shù)如圖4-1所示。
圖4-1 歐姆龍繼電器 [20]
根據(jù)圖4-1，以及先前的參數(shù)，這里選擇MY2J這個(gè)型號(hào)的繼電器，然后必須為這個(gè)型號(hào)的繼電器選擇底座。
圖4-2 歐姆龍繼電器底座 [20]
根據(jù)圖4-2的描述，我們選擇繼電器的底座為PYF08A-E,適用于我們上面選擇的型號(hào)MY2J。
4.2.4接觸器的選型
接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。
在電工學(xué)上，因?yàn)榭煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制(某些型別可達(dá)800安培)電路的裝置，所以經(jīng)常運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)做為控制對(duì)象﹐也可用作控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一。 在工業(yè)電氣中，接觸器的型號(hào)很多，電流在5A-1000A的不等，其用處相當(dāng)廣泛。
交流接觸器利用主接點(diǎn)來(lái)開閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)導(dǎo)通控制回路。 主接點(diǎn)一般是常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)常開接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。交流接觸器動(dòng)作的動(dòng)力源于交流通過(guò)帶鐵芯線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，電磁鐵芯由兩個(gè)「山」字形的幼硅鋼片疊成，其中一個(gè)固定鐵芯，套有線圈，工作電壓可多種選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復(fù)位。 另一半是活動(dòng)鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動(dòng)主接點(diǎn)和輔助接點(diǎn)的閉合斷開。 20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，保護(hù)接點(diǎn)。接觸器具可高頻率操作，做為電源開啟與切斷控制時(shí)﹐最高操作頻率可達(dá)每小時(shí)1200次。接觸器的使用壽命很高﹐機(jī)械壽命通常為數(shù)百萬(wàn)次至一千萬(wàn)次，電壽命一般則為數(shù)十萬(wàn)次至數(shù)百萬(wàn)次。[15]
通過(guò)中間繼電器的轉(zhuǎn)換，這里就能直接用接觸器去控制交流負(fù)載，由于負(fù)載電壓為220V或者380V,所以所要求的電壓為220V—380V之間。
圖4-3 交流接觸器[19]
這里選擇無(wú)錫臺(tái)安公司的CU-18型接觸器，根據(jù)圖4-3所示，該接觸器的額定電壓為110V—380V,滿足上文要求的電壓220V—380V，所以可以選擇本型號(hào)的接觸器。
4.3控制的原理
4.3.1控制的基本原理
本設(shè)計(jì)的動(dòng)作先后順序?yàn)椋捍蜷_總開關(guān)，PLC開始工作，機(jī)器這時(shí)不做動(dòng)作；按下啟動(dòng)按鈕，也就是PLC的一個(gè)觸電閉合，這時(shí)此觸電控制的中間繼電器線圈得電，使得接觸器的線圈也得電， 接觸器控制交流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以及振動(dòng)料斗的運(yùn)行，這一路為交流控制，用電器。另一路PLC觸點(diǎn)閉合后，PLC的輸出點(diǎn)控制直流電機(jī)的24V電壓的回路開閉情況，這個(gè)時(shí)候振動(dòng)料斗運(yùn)行、輸送機(jī)的兩個(gè)交流電機(jī)運(yùn)行、24V的直流電機(jī)運(yùn)行。
以上動(dòng)作開始運(yùn)行以后，實(shí)際工況為，振動(dòng)料斗的振動(dòng)，自動(dòng)理蓋開始，瓶蓋自動(dòng)順著流道向下運(yùn)動(dòng)到等待區(qū)。同時(shí)輸送機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)、同步帶的傳動(dòng)，使得輸送帶開始運(yùn)動(dòng)，瓶子由于輸送帶的帶動(dòng)，向前運(yùn)送。這個(gè)時(shí)候，旋蓋頭也在直流電機(jī)的帶動(dòng)下開始不停地旋轉(zhuǎn)。
然后PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送一個(gè)頻率的脈沖，脈沖帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)特定的角度，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)完后，PLC控制三個(gè)電磁閥的工作，開關(guān)的開閉，控制氣缸，氣缸到達(dá)限位后，磁性開關(guān)將這個(gè)位置的信號(hào)反饋給PLC這個(gè)時(shí)候，控制電磁閥的關(guān)閉。
實(shí)際的動(dòng)作是，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的星形卡盤帶著瓶子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（本工況為36°），轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，瓶口帶出一個(gè)瓶蓋，然后進(jìn)入下一個(gè)工位，第二個(gè)工位時(shí)氣缸下壓，將瓶身上的瓶蓋壓平，這樣以便下一個(gè)工序，接下來(lái)一個(gè)氣壓缸伸出將瓶身壓緊，防止自轉(zhuǎn)；然后另一個(gè)帶動(dòng)旋蓋頭的氣缸下壓，完成旋蓋這個(gè)工序。
最后隨卡盤的轉(zhuǎn)動(dòng)將加工完成的瓶身導(dǎo)向輸送機(jī)出口，這樣就完成了整個(gè)旋蓋工作。
4.3.2控制的時(shí)序圖
圖4-4 時(shí)序圖
如圖4-4整個(gè)旋蓋機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)的思路基本上這樣。
4.3.3 PLC端口的分配
輸入：
X000 :啟動(dòng)
X001 :停止
X002 :氣缸1限位（磁性開關(guān)）
X003 :氣缸2限位（磁性開關(guān)）
X004 :氣缸3限位（磁性開關(guān)）
輸出：
Y000 :輸送機(jī)的啟停
Y001 :步進(jìn)電機(jī)（脈沖輸出）
Y002 :氣缸1伸出（電磁閥）
Y003 :氣缸2伸出（電磁閥）
Y004 :氣缸3伸出（電磁閥）
Y005 :直流電機(jī)的啟停
Y006 :振動(dòng)料斗的啟停
4.4電氣部分的設(shè)計(jì)
電氣設(shè)計(jì)的總體思路：兩臺(tái)2
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