基于PLC的DVD盒自動定型輸送線設計-優(yōu)秀機械畢業(yè)論文

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需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預覽，答辯通過，歡迎下載分類號密級‘寧寧波大紅鷹學院畢 業(yè) 設 計 (論 文 )基于 PLC 的 DVD 盒自動定型輸送線設計所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日誠信承諾我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《基于 PLC 的 DVD 盒自動定型輸送線設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。承諾人（簽名）：年月日I摘 要DVD 盒自動生產線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機注塑成型的一個 DVD 盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過 DVD 盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋，并由搬運將 DVD 盒子轉移到輸送帶上，并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。本課題即要求完成對該 DVD 盒自動定型輸送線的設計。使用自動化設備實現(xiàn)生產自動化一方面可以大大減輕工人勞動負擔，另一方面使得整個工作過程可控性更強，產品品質更一致。介紹了 DVD 盒的手工生產流程,利用 PLC 和觸摸屏進行軟硬件設計,實現(xiàn) DVD 盒自動化生產,給出 DVD 盒自動化生產線控制系統(tǒng)的部分觸摸屏界面,工作時序圖和流程圖。實踐證明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,操作簡便,滿足設計的要求,值得推廣應用。關鍵詞：DVD 盒，PLC ，IIAbstractAutomaticDVDboxproductionaremainlyfromtheboxline,folding,stacking,cooling,transmissionofseveralimportantprocedures.JustbyaDVDboxplasticinjectionmoldingmachine,flatshape,afterautomaticfoldinglidofDVDboxpneumaticfoldingliddevice,andtheconveyingmanipulatorDVDboxtotheconveyorbelt,andatthesametimetocompletecoolingprocessontheconveyorbelt.ThisprojectisrequiredtocompletetheautomaticdesignoftransmissionlineontheDVDbox.Theuseofautomationequipmenttoachieveproductionautomationcangreatlyreducethelaborburden,ontheotherhand,makesthewholeprocessmorecontrollable,moreconsistentproductquality.IntroducedtheDVDboxmanualproductionprocess,theuseofPLCandtouchscreendesignofhardwareandsoftwareimplementationofDVDbox,automaticproduction,partoftouchscreeninterfaceisthecontrolsystemoftheDVDboxofautomaticproductionline,theworksequencediagramandflowchart.Practicehasproved,stableoperation,simpleoperation,meetthedesignrequirements,itisworthyofpopularizationandapplication.KeyWords: DVDbox, PLC, mechanicalhandIII目錄摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II目錄 ...........................................................................................................................................III第 1 章 緒論...............................................................................................................................11.1 課題介紹 .......................................................................................................................11.2 PLC 介紹 ......................................................................................................................21.2.1 PLC 的基本概念 ...............................................................................................21.2.2 構成 ...................................................................................................................21.2.3 PLC 的工作原理 ...............................................................................................31.2.4 PLC 的技術原理 ...............................................................................................51.3 本章小結 ......................................................................................................................5第 2 章 方案論證.......................................................................................................................62.1 自動化輸送線定義 .......................................................................................................62.2 自動化輸送線生產的基本原理 ...................................................................................62.4 自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點 ...................................................................................62.5 本章小結 .......................................................................................................................7第 3 章 DVD 盒自動定型輸送線結構設計 ..............................................................................93.1 傳送帶的設計 ...............................................................................................................93.2 同步帶的概述 ...............................................................................................................93.2.1 同步帶介紹 ........................................................................................................93.2.2 同步帶的特點 ..................................................................................................103.2.5 同步帶分類 ......................................................................................................113.3 同步帶傳動計算 .........................................................................................................113.3.1 同步帶計算選型 ..............................................................................................113.3.2 同步帶的主要參數(shù)（結構部分） ..................................................................143.3.3 同步帶的設計 ..................................................................................................163.3.4 同步帶輪的設計 ..............................................................................................16IV3.4 電機的選擇 .................................................................................................................173.4.1 電機的分類 ......................................................................................................173.4.2 步進電機的選擇 ..............................................................................................183.5 氣缸的選擇 .................................................................................................................193.6 初步確定氣缸參數(shù) .....................................................................................................21第 4 章 DVD 盒自動定型輸送線 PLC 控制系統(tǒng)的設計 .....................................................234.1 I/O 點數(shù)分配 ..............................................................................................................264.2 PLC 外部接線圖 ........................................................................................................274.3 控制原理 .....................................................................................................................274.4 PLC 程序設計 ............................................................................................................294.4.1 總體程序框圖 ..................................................................................................294.4.2 初始化及報警程序 ..........................................................................................314.4.3 手動控制程序 ..................................................................................................324.4.4 自動控制程序 ..................................................................................................33總結...........................................................................................................................................36致謝...........................................................................................................................................37參考文獻...................................................................................................................................38寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 課題介紹制造業(yè)歷來是國民經(jīng)濟的重要組成部分為了提高制造業(yè)的技術水平，制造業(yè)在其發(fā)展歷程中一直在進行著不同水平、不同類型的自動化。進人 8 十年代后，隨著微電子技術和通信技術的吃速發(fā)展，制造業(yè)自動化進人到一個新的姍代一基于計算機的集成制造時代，并且正在向基于人工智能，人—機協(xié)調，人—自然協(xié)調的生態(tài)工廠時代邁進。促使制造業(yè)自動化發(fā)展的 3 個技術因素是:自動化單元技術 :自動化的方法學或哲理; 與制造業(yè)自動化有關的基礎技術。工業(yè)自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業(yè)生產過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術，包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)自動化技術作為 20 世紀現(xiàn)代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術的應用。自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產過程起著明顯的提升作用：（1）提高生產過程的安全性；（2）提高生產效率；（3）提高產品質量；（4）減少生產過程的原材料、能源損耗。據(jù)國際權威咨詢機構統(tǒng)計，對自動化系統(tǒng)投入和企業(yè)效益方面提升產出比約 1：4至 1：6 之間。特別在資金密集型企業(yè)中，自動化系統(tǒng)占設備總投資 10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)即機電一體化系統(tǒng)主要是對設備和生產過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構、驅動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導下，相互協(xié)調、有機融合和集成，形成物質和能量的有序規(guī)則運動，從而組成工業(yè)自動化系統(tǒng)或產品。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）2在工業(yè)自動化領域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng) DCS 的發(fā)展歷程。近年來，隨著控制技術、計算機、通信、網(wǎng)絡等技術的發(fā)展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備層到控制、管理各個層次。工業(yè)控制機系統(tǒng)一般是指對工業(yè)生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉變?yōu)椋河脧V義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。1.2 PLC 介紹1.2.1 PLC 的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC） ，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 PLC,PLC 自 1969 年美國數(shù)據(jù)設備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。1.2.2 構成a、電源PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去b.中央處理單元（CPU)中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入 I/O寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）3映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。c、存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路 1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP 通訊模塊等。1.2.3 PLC 的工作原理一.掃描技術當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。（一）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二）用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）4生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（三）輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。4、PLC 內部運作方式雖然 PLC 所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC 內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟， “輸入狀態(tài)檢查”、 “程式執(zhí)行”、 “輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查 ”：PLC 首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或 0 代表開或關） ，并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置 Xn。步驟二“ 程式執(zhí)行” ：將階梯圖程式逐行取入 CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU 直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端 Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至 PLC 輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為 PLC 之掃描周期，而完成所需的時間稱為 PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生” 。5、PLC 的特點plc 具有以下鮮明的特點。 （1）系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的 PID 回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）5DCS 等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。 （2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 （3）能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。6、PLC 目前的主要品牌美國 AB，比利時 ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷創(chuàng)研等。1.2.4 PLC 的技術原理PLC 利用1.6M 到30M 頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用 GMSK 或 OFDM 調制技術將用戶數(shù)據(jù)進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經(jīng)過濾波器將調制信號濾出，再經(jīng)過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M~45M 之間。PLC 設備分局端和調制解調器，局端負責與內部 PLC 調制解調器的通信和與外部網(wǎng)絡的連接。在通信時，來自用戶的數(shù)據(jù)進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O備，局端將信號解調出來，再轉到外部的 Internet。1.3 本章小結本章主要對機械自動化輸送線等知識的相關內容進行介紹，然后介紹了一些 PLC的相關知識。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）6第 2 章 方案論證2.1 自動化輸送線定義自動化輸送線生產是生產組織的一種形式。把生產過程劃分為在時間上相等或成倍比的若干工序，并將其分別固定于按工藝過程順序排列的各工作地，勞動對象按一定的節(jié)拍或速度，順次流過各工作地進行加工。對不能或不便移動的操作對象（如建筑物，大型船舶，大型機器及其部件） ，也可由執(zhí)行各工序的工人，按規(guī)定速度在勞動對象上順序連續(xù)進行各工序加工。誕生于第二次工業(yè)革命時期。亨利.福特(Henry Ford)于 1913 年在密歇根州的 Highland Park，建立的生產系統(tǒng)。輸送線生產通過一系列的生產方法，包括使用通用的設備，使生產線上的每項任務都有穩(wěn)定的周期時間，并按照加工工序的順序，使產品能夠迅速、平穩(wěn)的由一個工位“流動”到下一個工位。經(jīng)由生產控制系統(tǒng)，使產品的生產率與最終裝配線上的使用率相符合。輸送線生產進一步加大了工人的勞動強度，它要求工人進行高強度，高密度作業(yè)，因此它剛誕生時飽受爭議。但時間證明，它是一種極其有效的生產組織。由于勞動單位不用移動，輸送線生產有極高的效率，它使大規(guī)模批量化生產成為可能。同時，因為生產單位只用對勞動對象進行一部分操作，而無須像以前對勞動對象整體負責，因此使工人技術進一步專業(yè)化。2.2 自動化輸送線生產的基本原理生產輸送線的基本原理是把一個生產重復的過程分解為若干個子過程，前一個子過程為下一個子過程創(chuàng)造執(zhí)行條件，每一個過程可以與其它子過程同時進行。簡而言之，就是“功能分解，空間上順序依次進行，時間上重疊并行” 。2.4 自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點生產輸送線的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每個人做一個特定的工作．寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）7圖 1-1 生產輸送線優(yōu)點是這樣生產起來會比較快，因為每個人只需要做一樣事，對自己所做的事都非常熟悉．缺點是工作的人會很覺得很乏味．常用的生產輸送線可分為以下幾種：1）板鏈式裝配輸送線特點：承載的產品比較重，和生產線同步運行，可以實現(xiàn)產品的爬坡；生產的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實現(xiàn)產品的平穩(wěn)輸送。2）滾筒式輸送線特點：承載的產品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實現(xiàn)產品的連續(xù)、節(jié)拍運行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實現(xiàn)產品的離線返修或檢測而不影響整個輸送線的運行。3）皮帶式輸送線特點：承載的產品比較輕，形狀限制少；和生產線同步運行，可以實現(xiàn)產品的爬坡轉向；以皮帶作為載體和輸送，可以實現(xiàn)產品的平穩(wěn)輸送，噪音??；可以實現(xiàn)輕型物料或產品較長距離的輸送。4）差速輸送輸送線特點：差速輸送輸送線采用倍速鏈牽引，工裝板可以自由傳送，采用阻擋器定位使工件自由運動或停止，工件在兩端可以自動頂升，橫移過渡。還可以在線可設旋轉、專機、檢測設備、等。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）82.5 本章小結本章主要對幾種進行比較和分析,最終我們選取目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當中重點介紹。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）9第 3 章 DVD 盒自動定型輸送線結構設計3.1 傳送帶的設計排隊機構將 DVD 盒推到傳送帶上后，傳送帶轉動將 DVD 盒送至平臺上，等待夾持。傳送帶由如圖 4-1 所示部件組成。傳送帶(6)采用高強低伸化纖材料，具有強度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當旋轉螺柱上折板外側的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側加裝了上下?lián)醢?。傳送帶寬度應稍大于DVD 盒直徑，太寬 DVD 盒容易傾斜，這里取傳送帶.圖 3-1 傳送帶實物圖1.電機支架 2.步進電機 3.傳送帶支撐架4 一卜擋板 5.上擋板.6 傳送帶 7 滾動軸承 8.張緊裝置3.2 同步帶的概述3.2.1 同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）10伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖 3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v50工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5表 2-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 [1]機床機械類型 磨床 組合機床龍門刨床拉床農業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32由表 2-1 和表 2-2 可知，組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為 13777N，初選氣缸的設計壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的氣缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則氣缸無桿腔與有桿腔的等效面積 A1 與 A2 應滿足 A1=2A2（即氣缸內徑 D和活塞桿直徑 d 應滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，氣缸需保持一定的回氣背壓，暫取背壓為 0.5MPa，并取氣缸機械效率 。則氣缸上的平衡方程9.0m??1212PAFAP??故氣缸無桿腔的有效面積： 2232551 .46106.410.210372 cmb ?????? ?氣缸直徑 cmAD8.3.46??氣缸內徑：按 GB/T2348-1980，取標準值 D=80mm；因 A1=2A，故活塞桿直徑 d=0.707D=56mm（標準直徑）寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）22則氣缸有效面積為： 222 6.580(4)(4.521 cmdDAc?????）??2.缸體壁厚 的校核?查機械設計手冊，取壁厚為 10mm。則 1.08D?根據(jù) 時； （4-2）3.0~8. /??max3p-][.2??可算出缸體壁厚為：<10mmm3.2104-80.3p-][.2 565max ??????則氣缸的外徑 D121??式中 ————許用應力； （Q235 鋼的抗拉強度為 375-500MPa，取][ MPa5n][b400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即缸體的強度適中） ，P-缸筒試驗壓力。3.缸筒結構設計缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構成密封的壓力腔，因而它的結構形式往往和缸蓋及缸底密切相關 [6]。因此，在設計缸筒結構時，應根據(jù)實際情況，選用結構便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內外徑應根據(jù)標準進行圓整。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）23第 4 章 DVD 盒自動定型輸送線 PLC 控制系統(tǒng)的設計DVD 盒自動化生產線有以下幾方面的要求:a.緊急停止。生產線在工作狀態(tài)隨時會遇到緊急情況,所以需要在設備上安裝緊急停止按鈕。一旦發(fā)生緊急情況,只需按下緊急停止按鈕,整套生產線立即停止工作;緊急情況解除后,按原點復歸按鈕使生產線各個部分回歸原位。b.運行方式。設置可以互相切換的多種運行方式,即自動方式、單步方式和手動方式。在工廠中,生產線一般都是工作在自動方式,單步方式和手動方式常用于設備調試和檢修。c.聯(lián)鎖和互鎖。生產線的各個部分相互關聯(lián),因此在工作過程中程序控制需要在各種條件下進行聯(lián)鎖。而且,由于生產線機構能夠有幾種工作狀態(tài),但是不能同時工作,因此需要互鎖,如電機的正反轉,自動模式和手動模式的選擇。d.故障報警。要求生產線在工作過程中,如果出現(xiàn)故障,報警燈自動發(fā)出故障警報。e.狀態(tài)顯示。要求在工作過程中,運行方式、系統(tǒng)操作以及 DVD 盒生產完成進度均在觸摸屏上顯示。3 硬件設計可編程控制器(PLC)可靠性高,編程簡單,維修方便[1]。但是,PLC 在人機對話、故障判斷和線路修改等方面有些不便。要想直觀地了解生產過程和監(jiān)控信號的動態(tài)變化,需選擇一個上位機來配合 PLC,才能組成優(yōu)良的自動控制系統(tǒng)。所以,設計了一套應用觸摸屏和 PLC,共同組成 DVD 盒自動生產線的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結構如圖 3 所示。圖 3 系統(tǒng)硬件結構寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）24機相配的 DVD 碟盒全自動生產線,代替人工完成后續(xù)工作。自動化生產線結構和工作流程 DVD 盒加工流程如圖 1 所示。自動化生產線需要完成坯料的取放,盒面的折疊合蓋,成品的堆放和壓整,DVD 盒傳輸?shù)裙ば?。因?,在機構設計上采用 4 個配合傳送帶和龍門架完成上述運動,成品由傳輸帶運輸?shù)街付ǖ攸c裝箱。把從注塑機處接盒并轉移到 DVD 盒折疊合蓋工作臺的機構定義為 1#,DVD 盒折疊合蓋機構定義為 2#,把 DVD 盒從折疊合蓋工作臺轉移到堆疊架的機構定義為 3#,堆疊 DVD 盒的機構定義為 4#,壓盒定型汽缸安裝在龍門架機構上。手動模式中給出了生產線的詳細分解動作操作;原點復歸按鈕用于系統(tǒng)復位到系統(tǒng)設置狀態(tài);DVD 盒生產量、單次疊盒個數(shù)、托板和傳輸帶運動狀態(tài)可以根據(jù)工況調整,參數(shù)可以在觸摸屏上設置; 自動畫面上的運行按鍵用于生產線的自動運行,暫停按鈕用于暫停生產線,再次按下運行按鈕生產線恢復自動運行狀態(tài),當按下停止按鈕,生產線在完成本次循環(huán)后停止,在生產線自動運行前必須先啟動系統(tǒng)復位功能鍵即原點復歸按鍵,在自動工作模式界面實時顯示工作狀況;當運行中出現(xiàn)故障( 如 DVD盒合蓋不成功), 則在觸摸屏上彈出故障顯示界面同時控制箱中蜂鳴器報警,故障排除后按下解除故障繼續(xù)運行按鈕,界面返回到“自動運行模式”且系統(tǒng)繼續(xù)運行。生產線使用注塑機完成一次 DVD 盒成型的時間是 15s,各機構運動相互關聯(lián)。4#托板行程固定,DVD 盒因類型不同而厚度不同,所以把單次堆疊個數(shù)保留為可變量 n。設計各個機構完成動作的詳細時序如圖 5 所示?？刂葡到y(tǒng)采用GXSimulatorVersion6PLC模擬調試軟件,可以方便用戶在編寫完程序后進行模擬調試。為了使DVD盒生產線具有較大柔性,程序滿足手動操作和自動運行,根據(jù)時寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）25序圖,設計系統(tǒng)流程如圖6所示。為防止DVD盒在堆疊和傳輸過程中,因為電時,電機設置為加減速模式,同時速度和加減速時間參數(shù)均可在線調節(jié)。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）264.1 I/O 點數(shù)分配根據(jù)動作流程分析及 I/O 點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的 I/O 點分配，如表 4.1、表 4.2 所示：表 4.1 控制輸入點分配表輸入設備 輸入點號 輸入設備 輸入點號啟動按鈕 SB1 X000 手動下降按鈕 SB6 X016停止按鈕 SB2 X001 手動左旋按鈕 SB7 X017急停按鈕 SB3 X002 手動右旋按鈕 SB8 X020左旋極限傳感器 ST2 X003 手動伸出按鈕 SB9 X021右旋極限傳感器 ST3 X004 手動縮回按鈕 SB10 X022上升限位傳感器 ST4 X005 手動吸氣按鈕 SB11 X023下降限位傳感器 ST5 X006 手動放氣按鈕 SB12 X024手臂縮回限位傳感器 ST6 X007 超上升限位傳感器 ST8 X025手臂伸出限位傳感器 ST7 X010 超下降限位傳感器 ST9 X026工件檢測傳感器 PS1 X011 超左旋限位傳感器 ST10 X027手動 X012 超右旋限位傳感器 ST11 X030自動SAX013 超伸出限位傳感器 ST12 X031復位按鈕 SB4 X014 超縮回限位傳感器 ST13 X032手動上升按鈕 SB5 X015表 4.2 控制輸出點分配表輸出設備 輸出點號 輸出設備 輸出點號左旋電磁閥 6YA Y000 吸氣電磁閥 7YA Y006右旋電磁閥 5YA Y001 放氣電磁閥 8YA Y007縮回電磁閥 2YA Y002 報警指示燈 L11 Y010伸出電磁閥 1YA Y003 手動指示燈 L12 Y011上升電磁閥 4YA Y004 自動指示燈 L13 Y012下降電磁閥 3YA Y005 原位指示燈 L14 Y013寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）274.2 PLC 外部接線圖根據(jù)表 4.1、4.2 分配輸入/輸出信號與 PLC 輸入/輸出接口分配情況及所選定的 PLC，得到 PLC 的外部接線圖如圖 4.1：圖 4.1PLC 外部接線圖4.3 控制原理在 PLC 的控制下，執(zhí)行機構可實現(xiàn)手動、自動等多種工作方式。手動：利用按鈕對每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉、反轉、吸物、放物等操作；自動：按下循環(huán)按鈕后從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。按下啟動按鈕 SB1，系統(tǒng)初始化 →擺動氣缸右旋→ 水平手臂伸出→垂直手臂下降寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）28→吸物→垂直手臂上升→水平手臂縮回→擺動氣缸左旋→垂直手臂下降→放物→垂直手臂的上升→回初始位置。(1)系統(tǒng)程序的初始化按下啟動按鈕 SB1，對控制系統(tǒng)進行功能檢測，檢測正確后，進入控制系統(tǒng)的軟件，開始運行程序。(2)擺動氣缸右旋初始化程序正常運行后，PLC 的輸入端 X000 接通輸入，輸出端 Y001 輸出，右旋按鈕SB8 接通，使三位四通電磁換向閥 12 的 5YA 得電，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。(3)水平手臂的伸出擺動氣缸右旋到指定位置時（90 度） ，PLC 輸入端 X004 接通輸入，輸出端 Y003 輸出，手臂前伸按鈕 SB9 接通，使三位四通電磁換向閥 10 的 1YA 得電，執(zhí)行手臂前伸動作。(4)垂直手臂的下降手臂前伸到指定位置，PLC 輸入端 X010 接通輸入，輸出端 Y005 輸出，小臂下降按鈕SB6 接通，使三位四通電磁換向閥 11 的 3YA 得電，執(zhí)行垂直手臂的下降動作。(5)吸物小臂下降到指定位置，PLC 輸入端 X006 接通輸入，輸出端 Y006 輸出，吸盤吸氣按鈕SB11 接通，二位二通電磁閥 13 的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22 開始動作，真空吸盤 26將物料吸起。(6)垂直手臂的上升經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，輸出端 Y004 輸出，小臂上升按鈕 SB5 接通，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 4YA 得電，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。(7)水平手臂的回縮小臂上升到指定位置，PLC 輸入端 X005 接通輸入，輸出端 Y002 輸出，水平縮回按鈕SB10 接通，使三位四通電磁換向閥 10 的電磁鐵 2YA 得電，執(zhí)行水平手臂回縮動作。(8)擺動氣缸左旋水平手臂回縮到指定的位置，PLC 輸入端 X007 接通輸入，輸出端 Y000 輸出，左旋按鈕 SB7 接通，三位四通電磁閥 12 的電磁鐵 6YA 得電，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉。(9)垂直手臂的下降寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）29擺動氣缸向左旋轉到指定位置（90 度） ，PLC 輸入端 X003 接通輸入，輸出端 Y005 輸出，垂直手臂下降按鈕 SB6 接通，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 3YA 得電，執(zhí)行小臂的下降運動。(10)放物小臂下降到指定位置，PLC 輸入端 X006 接通輸入，輸出端 Y007 輸出，吸盤放氣按鈕SB12 接通，真空發(fā)生器停止工作，真空消失，壓縮空氣進入真空吸盤，將物料與吸盤吹開。(11)小臂上升經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，輸出端 Y004 輸出，小臂上升按鈕 SB5 接通，使三位四通電磁換向閥 10 的電磁鐵 2YA 得電，執(zhí)行小臂上升動作。(12)回到初始位置小臂上升到指定位置，PLC 輸入端 X005 接通輸入，自動重復以上動作。4.4 PLC 程序設計4.4.1 總體程序框圖設備有“手動/自動”兩種工作方式，其控制程序可分為自動控制程序和手動控制程序兩個模塊，各模塊程序分開編寫，結構清晰，便于調試和修改。在進行編程前，應先繪制出整個控制程序的結構框圖，如圖 4.2 所示。在該結構圖中，當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點 X012 接通，執(zhí)行手動程序；當操作方式選擇開關置于“自動”時，輸入點 X013 接通，執(zhí)行自動程序。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）30圖 4.2 控制程序的結構框圖寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）314.4.2 初始化及報警程序初始化及報警程序如圖 4.4 所示圖 4.4 初始化及報警程序寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）324.4.3 手動控制程序手動控制程序用于實現(xiàn)升降、伸縮、左右旋轉、吸氣/放氣及復位的運動。在自動工作過程中，若將“手動/自動”轉換開關打到“手動”位置時，輸入 X012 接通系統(tǒng)進入手動控制方式狀態(tài)。此時，按下相應的受動按鈕可實現(xiàn)手動上升、下降、左旋、右旋、伸出、縮回、吸氣、放氣及復位動作，手動操作程序如圖 4.5 所示。圖 4.5 手動操作程序寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）334.4.4 自動控制程序分析知，在“自動”工作方式下，本的運動是以開關量作為轉移信號，按所設計的工藝流程一步一步地進行工作，其控制過程為順序循環(huán)控制。當完成一次物料的吸放任務后返回原位為下一個任務做好準備。自動控制的狀態(tài)轉移圖如圖 4.6 所示。圖 4.6 自動控制狀態(tài)轉移圖根據(jù)自動控制的狀態(tài)轉移圖就可設計出自動控制的步進梯形圖如圖 4.7 所示。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）34圖 4.7 自動控制步進梯形圖寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）35圖 4.7 自動控制步進梯形圖(序)寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）36總結通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。本次畢業(yè)設計中，我做的是設計部分，通過本次畢業(yè)設計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運用國家標準、機械類手冊和圖冊等工具進行設計計算分析。這次畢業(yè)設計還讓我體會到團體的力量，提高自己的團隊意識，遇到問題時和小組成員進行討論和分析或是請教明老師，直到得到滿意的結果。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）37致謝我要感謝我的指導教師 XX 老師。老師雖身負教學、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院所有教過我的老師，是你們讓我成熟成長；感謝學院的各位工作人員，他細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關懷，是我前進的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。讓我依依不舍的還有各位學友、同門和室友。在我需要幫助的時候他們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和他們相遇、相交、相知是人生的一大幸事。本論文的完成遠非終點，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點。我將繼續(xù)前行！寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）38參考文獻[1]張建民等著：《機電一體化系統(tǒng)設計》 ，高等教育出版社，2001 年 8 月第 1 版.版社，2005 年 10 月第 1 版.[2]馮開平，左宗義主編：《畫法幾何與機械制圖》 ，華南理工大學出版社，2005 年[3]顧崇銜等編著：《機械制造工藝學》 ，陜西科學技術出版社，1999 年 11 月第 3版.[4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編：《理論力學》 ，高等教育出版社，2002 年 8月第 6 版.14.楊文生，沈兆奎，王寶中，等.液壓與氣壓傳動［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.224～264.15.常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.170～226.16.章文浩.可編程控制器原理及實驗［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003.56～90.17.張建明.機電一體化系統(tǒng)設計［M］.北京:高等教育出版社，2001.96～140.18.陳宇，段鑫.可編程控制器基礎及編程技巧［M］.廣州：華南理工大學出版社，2002.85～10.19.楊存智.PLC 在自動化生產中的應用［M］.機床電器.2006.33（1）：38～40.20.程子華.PLC 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