滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),厚度,綜合,檢測(cè),平臺(tái),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 南 京 理 工 大 學(xué) 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 徐峰 學(xué) 號(hào) 0101500131 指導(dǎo)教師 何云峰 選題情況 課題名稱 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)----檢測(cè)平臺(tái) 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無(wú) 開題報(bào)告 有 無(wú) 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 慢 中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué) 院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 武器系統(tǒng)與工程 學(xué) 生 姓 名： 姜曉波 學(xué) 號(hào)： 0101510203 設(shè)計(jì)(論文)題目： 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái) ——分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2005年3月15日 ~ 2005年6月24日 設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 南京理工大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師: 何云峰 專業(yè)負(fù)責(zé)人: 發(fā)任務(wù)書日期: 2005 年 3 月 10 日  任務(wù)書填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、學(xué)院（系）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)及學(xué)院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（2000級(jí)為10位數(shù)），不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 為提高空氣調(diào)節(jié)器中的滑塊厚度測(cè)量精度，本課題擬研制一套自動(dòng)化程度高、檢測(cè)效率高的滑塊厚度自動(dòng)綜合檢測(cè)平臺(tái)。通過(guò)本論文的學(xué)習(xí)，應(yīng)學(xué)會(huì)系統(tǒng)所涉及的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分料機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 該系統(tǒng)由檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)、自動(dòng)分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。本論文應(yīng)完成滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)的分料機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)及論證、分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分料機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求所設(shè)計(jì)的分料機(jī)構(gòu)應(yīng)能可靠進(jìn)行試樣的分組。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕： 1提供本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，論文應(yīng)有相應(yīng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)說(shuō)明； 2提供系統(tǒng)的測(cè)試及控制方案； 3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的零部件圖紙，可附于論文后。 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 楊渝欽主編.控制電機(jī).第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1981 [2] 安子軍.機(jī)械原理.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 [3] 柳昌慶,劉慶.測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法.第1版.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1997 [4] 黃繼昌.實(shí)用機(jī)械機(jī)構(gòu)圖冊(cè).第1版.北京：人民郵電出版社，1996 [5] 楊宗豹.電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ).第1版.北京：冶金工業(yè)出版社,1987 [6] 西安交通大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).第1版.北京：人民教育出版社，1980 [7] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué),第4版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1982 [8] 黃俊欽.測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力學(xué).第1版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996 [10] 童秉樞等.機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ).第1版.北京：清華大學(xué)出版社，1996 [11] 丁舜年.磁鐵與電磁鐵的設(shè)計(jì).第1版.北京：電工圖書出版社，1951 [12] 王中發(fā).實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì).第1版.北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 [13] 李正軍.計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [14] 張寶芬，張毅，曹麗.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng). 第1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000 [15] 張冠生,陸儉國(guó).電磁鐵與自動(dòng)電磁元件.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2005年 3 月 15 日~ 3月 25 日 3 月 26 日 ~ 4 月 15 日 4 月 16 日 ~ 4 月 30 日 5 月 1 日 ~ 5 月 15 日 5 月 16 日 ~ 5 月 30 日 6 月 1 日 ~ 6 月 20 日 論文了解，熟悉，英文翻譯 資料理解，原理設(shè)計(jì)，方案論證 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圖紙繪制 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工零部件 實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn) 論文撰寫、討論、改進(jìn) 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院（系）意見(jiàn)： 院（系）領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 學(xué)院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 武器系統(tǒng)與工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： (用外文寫) 外文出處： IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 翻譯內(nèi)容符合畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求，翻譯工作量較大，翻譯基本正確、符合科技外語(yǔ)的翻譯習(xí)慣和用法，較好的完成了翻譯工作。 簽名： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 附件1：外文資料翻譯譯文 基于物理實(shí)驗(yàn)Simatic? PLC運(yùn)行的實(shí)時(shí)顯示測(cè)量 摘要：當(dāng)今，在Forschungszentrum Jülich，大部分適合于物理實(shí)驗(yàn)的低速控制系統(tǒng)是由PLC技術(shù)和場(chǎng)線系統(tǒng)完成的。在多數(shù)情況下，需要通過(guò)PLCs 得到確定性的答案。這就提出期望從PLC得到精確的、關(guān)于實(shí)時(shí)性能的問(wèn)題。Simatic? PLCs是主導(dǎo)全球市場(chǎng)的西門子公司制造的。我們將介紹它的響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量，還將討論程序結(jié)構(gòu)和硬件配置對(duì)PLC運(yùn)行情況和確定性行為的影響。 I. 實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)中的PLC 當(dāng)今，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)各分系統(tǒng)內(nèi)得到了很好的應(yīng)用，例如水或氣的供給系統(tǒng)。這導(dǎo)致了PLC的大量應(yīng)用，尤其是智能自動(dòng)控制部位已成了工業(yè)系統(tǒng)的核心。這其中主要的原因有： 1、 大量市場(chǎng)導(dǎo)致的價(jià)格低廉； 2、 堅(jiān)固耐用； 3、 來(lái)自制造商的長(zhǎng)期有效的技術(shù)支持； 4、 專業(yè)化（編譯器，順應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化）； 除了單純的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)范圍，PLC漸漸成為實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的重要組成部分，代替以VME 或PC為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。這取決于現(xiàn)代PLC系列產(chǎn)品的以下特性： 1、 高度可測(cè)量性：現(xiàn)代PLC系列產(chǎn)品有大量的CPU類型，不僅性能而且功能和結(jié)構(gòu)都可升級(jí)。為滿足戶外使用或容錯(cuò)要求，還可提供特殊版本。 2、 可擴(kuò)展性： PLC的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使其能通過(guò)一系列數(shù)字或模擬輸入/輸出模塊擴(kuò)展。并且，集成工藝塊可用在不同領(lǐng)域，如：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器，飼服電動(dòng)機(jī)控制器和PID控制器。 3、 較強(qiáng)的通信能力：現(xiàn)代PLC至少有一個(gè)集成的通信端口，并且針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)和進(jìn)程總線系統(tǒng)，通過(guò)多種通信控制器實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)和其它工業(yè)設(shè)備的連接。一個(gè)重要的應(yīng)用就是，通過(guò)專用場(chǎng)線（如PROFIBUS DP）把中央PLC系統(tǒng)擴(kuò)展到分散外設(shè)間，實(shí)現(xiàn)了與非智能的I/O模塊間的透明連接。這樣一個(gè)PLC不僅能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。 4、 有利的發(fā)展環(huán)境：現(xiàn)代PLC系列產(chǎn)品有一個(gè)和諧交互的發(fā)展環(huán)境，支持主要的IEC1311編程語(yǔ)言。典型的，指令表、功能塊圖和梯形圖的表示能動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換。發(fā)展工具允許半圖解式的硬件結(jié)構(gòu)，提供強(qiáng)勁的編譯機(jī)制，而且，在運(yùn)行期間允許區(qū)段的交換逐漸增加發(fā)展。 今天，在FZ Juelich ，全新先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)在很大程度上依賴PLC。如圖1中，中子譜儀（分光計(jì)）控制系統(tǒng)體系機(jī)構(gòu)所闡明。 由于國(guó)際市場(chǎng)權(quán)威西門子控制著歐洲市場(chǎng)，Simatic? S7 PLCs幾乎獨(dú)家占領(lǐng)了 FZ Juelich市場(chǎng)，最流行的是中范圍系列S7-300?，高端系列S7-400? 的目標(biāo)是應(yīng)用在有極端表現(xiàn)需求和支持多處理器配置的場(chǎng)合。微型PLC系列S7－200? 很少用，他被稱作S7系列純粹是市場(chǎng)的原因，并且，他的執(zhí)行環(huán)境與其他S7系列產(chǎn)品不兼容。IM151/CPU 可代替S7-200? 作為微型PLC使用。IM151/CPU 是一適用于分散外圍設(shè)備ET200S? 系列的智能控制器。同樣，分散外圍設(shè)備系統(tǒng)ET200L? 和ET200M? 在Jülich的使用也很普遍。迄今為止，僅SoftPLC WinAC? 這一軟件在實(shí)驗(yàn)室得到測(cè)試。 以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可靠設(shè)計(jì)需要他們實(shí)時(shí)特征方面的知識(shí)。 1、 取決于PLC的類型，PLC響應(yīng)時(shí)間的數(shù)量級(jí)是多少？ 2、 能保證截止期限嗎？ 3、 必須遵守的設(shè)計(jì)規(guī)則是什么？ 通過(guò)對(duì)Simatic? S7系列不同類型PLC作測(cè)試，本論文對(duì)這些問(wèn)題發(fā)表觀點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)IEC 1311 對(duì)PLC功能和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言定義了參考標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)的PLC制造商必須遵守。如此普遍的結(jié)果也能推廣到他們的PLC系列產(chǎn)品中。 II. SIMATIC? S7設(shè)計(jì)模型 正如在POSIX中有詳細(xì)說(shuō)明的，傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)應(yīng)用研究是通過(guò)實(shí)時(shí)核心（如OS－9或Vx Works），伴隨異步并行的程序設(shè)計(jì)方法完成的。軟件開發(fā)者依據(jù)要解決問(wèn)題的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)組織它的程序結(jié)構(gòu)。這些任務(wù)被操作系統(tǒng)準(zhǔn)并行執(zhí)行，并且，這些執(zhí)行基本上是事件觸發(fā)的。程序員對(duì)各任務(wù)分配優(yōu)先權(quán)的同時(shí)，把待執(zhí)行命令的指針?biāo)徒o操作系統(tǒng)。因此，程序員沒(méi)必要規(guī)劃程序執(zhí)行順序的細(xì)節(jié)。另一方面，很難理解執(zhí)行順序以及判斷一個(gè)特定的任務(wù)是否能趕上它的截止期限。 PLC系統(tǒng)中的程序機(jī)制就完全不同了，他們采用同步的命令方式。在這里，任務(wù)的執(zhí)行完全是時(shí)間觸發(fā)的，當(dāng)一個(gè)任務(wù)需要執(zhí)行時(shí)，程序員必須依照時(shí)序把它組織到原任務(wù)中去。因此，他必須親自安排執(zhí)行順序，這不僅增大了復(fù)雜度而且有了更多的限制。 如IEC1131中定義的S7的發(fā)展環(huán)境，在Step7中 ，所有的代碼存在塊中。由組織塊送出各任務(wù)。OBs是預(yù)設(shè)的操作，在出現(xiàn)特定事件（如定時(shí)器溢出或出現(xiàn)錯(cuò)誤）時(shí)，PLC操作系統(tǒng)訪問(wèn)這些OBs。這樣，OBs就成為了操作系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目使用者的接口。如圖2指出，OBs能調(diào)用函數(shù)（符合程序語(yǔ)言功能的函數(shù)塊）。OBs可以調(diào)用其它函數(shù)，或在POSIX環(huán)境中符合操作系統(tǒng)要求的系統(tǒng)函數(shù)。功能塊/系統(tǒng)功能塊是為靜態(tài)函數(shù)分配了數(shù)據(jù)塊的函數(shù)類/系統(tǒng)函數(shù)類。 如圖3所示，一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”的PLC程序儲(chǔ)于OB1中，被操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用。在調(diào)用OB1前，操作系統(tǒng)把數(shù)據(jù)從輸入模塊調(diào)入存儲(chǔ)區(qū)（過(guò)程映象區(qū)）。調(diào)用OB1后，數(shù)據(jù)從過(guò)程映象區(qū)復(fù)制到輸出模塊。這種經(jīng)過(guò)程映象區(qū)而間接存取的輸入/輸出模塊減少了存取時(shí)間，增加了協(xié)調(diào)性。 監(jiān)控OBs的執(zhí)行時(shí)間，一旦超出了提前設(shè)定的最大時(shí)間，將調(diào)用時(shí)間錯(cuò)誤函數(shù)命令OB80。 對(duì)于S7-400? 和WinAC?，也可以設(shè)定OB1的最小周期時(shí)間。如果OB1的執(zhí)行時(shí)間少于最小時(shí)間，將調(diào)用優(yōu)先級(jí)最低的后臺(tái)命令OB90，其余所有OBs的優(yōu)先級(jí)依次加1。只有對(duì)于S7-400? 和WinAC?，可改動(dòng)這個(gè)默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)。每個(gè)OB都能被優(yōu)先級(jí)更高的OB中斷。表I列出了有可能的OBs。OBs的有效性取決于CPU類型。如需要較多類型的OBs，必須買個(gè)更好的CPU。 中斷命令OBs在預(yù)定時(shí)間啟動(dòng)，例如：一次移動(dòng)結(jié)束，盡管時(shí)間延遲，中斷命令在點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)束時(shí)啟動(dòng)。定時(shí)中斷按周期時(shí)間反復(fù)執(zhí)行。（循環(huán)中斷命令OBs以固定的頻率啟動(dòng)）。間隔時(shí)間和偏移相位可以設(shè)成1 ms。硬件中斷命令由一個(gè)輸入事件或功能模塊引起。例如：探測(cè)到一個(gè)數(shù)字信號(hào)的上升沿。這種功能僅對(duì)所謂的“高性能”輸入模塊有效。異步錯(cuò)誤由PLC的錯(cuò)誤引起，反之同步錯(cuò)誤由用戶程序出錯(cuò)引起， 如電源失效，模塊失效，或時(shí)基出錯(cuò)。當(dāng)OB無(wú)法滿足他的計(jì)劃啟動(dòng)時(shí)間，就發(fā)生了時(shí)間錯(cuò)誤，并且是PLCs的一個(gè)特點(diǎn)。 III. 實(shí)時(shí)性能測(cè)定 A. 性能評(píng)估目的 實(shí)時(shí)性能的關(guān)鍵是它對(duì)外部事件的反應(yīng)時(shí)間。PLC系統(tǒng)基本上遵循同步編程模型，這是由周期時(shí)間Tc直接決定的，空運(yùn)行周期和循環(huán)中斷（如OB35）必須分析Tc。為確定不同種類PLC的應(yīng)用范圍，必須測(cè)定不同類型PLC的Tc最小值。當(dāng)然，在特定應(yīng)用場(chǎng)合中Tc的實(shí)際值取決于循環(huán)塊中的代碼數(shù)量。 Tc的波動(dòng)是循環(huán)中斷的主要影響因素，它決定了PLC的確定表現(xiàn)。 雖有高性能的輸入模塊，也可能發(fā)生硬件中斷。必須測(cè)量最小的響應(yīng)時(shí)間Tr，即激活OB40的時(shí)間，以及它的波動(dòng)。 為了得到一完整圖片，必須對(duì)微型、中型、高端PLC分別進(jìn)行測(cè)量。表II顯示的是本論文中為測(cè)量選用的CPU。為了表現(xiàn)出它們的相關(guān)性，對(duì)變化顯著的浮點(diǎn)增量重復(fù)測(cè)量106次。 鑒于以PLC為核心的系統(tǒng)的分布式特性，PROFIBUS 通訊對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響非常重要。因此必須分析由于通信導(dǎo)致的額外延遲及波動(dòng)。但是，與通信相關(guān)的測(cè)試內(nèi)容不在本論文討論范圍內(nèi)，將在以后文章中予以討論。 在像POSIX一樣的傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，由硬盤啟動(dòng)、通信及后臺(tái)運(yùn)算引起系統(tǒng)運(yùn)行響應(yīng)時(shí)間，對(duì)分析非常關(guān)鍵。由于PLC系統(tǒng)是同步循環(huán)操作，所以無(wú)需對(duì)響應(yīng)時(shí)間做特殊分析。甚至，像PROFIBUS DP V0 or AS－interface這樣場(chǎng)線的循環(huán)通信也只是引起恒負(fù)載。對(duì)于異步通信，如TCP/IP，使用智能通信控制器，可以不使用CPU。CPU集成內(nèi)置的場(chǎng)線MPI（多點(diǎn)接口，專有場(chǎng)線）是一個(gè)例外。但在Jülich MPI僅用于編程。 B. 測(cè)試方案 根據(jù)圖4，待測(cè)PLCs的輸入端連接到一個(gè)脈沖發(fā)生器。一個(gè)輸入信號(hào)的上升沿來(lái)到時(shí)，OB40起作用，輸出信號(hào)被鎖住。脈沖發(fā)生器和待測(cè)PLCs的輸出端接到NI6062E的電壓輸入端。以100KHz的頻率對(duì)這些信號(hào)采樣。Matlab代碼已發(fā)展到能探測(cè)到采樣信號(hào)的上升沿，計(jì)算所需的時(shí)差，并據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出柱狀圖。這樣就可以測(cè)量PLC響應(yīng)時(shí)間Tr的分布情況。周期時(shí)間Tc的分布可通過(guò)類似方法測(cè)量?？蛇x擇的，信號(hào)也可以從系統(tǒng)連接到TDC模塊SIS3400。這樣，測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和精確度可以得到驗(yàn)證。 C. 主程序掃描周期塊的測(cè)量 圖5－7是對(duì)表I中前三個(gè)PLC 測(cè)量得到的OB1的Tc分布情況。模塊OB1包含鎖住不使用過(guò)程映象區(qū)而直接數(shù)字輸出的代碼，并且除了OB1沒(méi)有其它模塊起作用。 Tc的最小值和它的波動(dòng)由操作系統(tǒng)的激活引起并隨待測(cè)PLC運(yùn)行時(shí)間的增加而趨于穩(wěn)定。盡管S7-300? 的Tc值和變化好于IM151/CPU的，最壞的情況是可比擬的。CPU412-2幾乎是決定性的（determistic），基本上有兩個(gè)離散值。這不是CPU行為引起的必要反應(yīng)，因?yàn)樵谶@樣的頻率，數(shù)字輸出行為的影響也變得重要。這導(dǎo)致了CPU414-1的典型后果。在測(cè)量到0.2ms的最小周期時(shí)，在兩種輸出狀態(tài)之間的時(shí)間有幾毫秒的變化，并且伴隨著極高的波動(dòng)。當(dāng)我們?cè)黾覥PU414-1中OB1的最小期間值到1ms時(shí)，在輸出之間變化的時(shí)間將大幅降低，并CPU的周期與輸出速度一致。這個(gè)例子表明必須精心選擇I/O模塊。為了保護(hù)電路，增加電流以減少電磁噪音，過(guò)濾以穩(wěn)定開關(guān)讀取等，標(biāo)準(zhǔn)模塊有幾毫秒的次序的延遲。 如預(yù)計(jì)的，圖8是對(duì)CPU412-2測(cè)量時(shí)得到的OB1中Tc的波動(dòng)情況，每毫秒調(diào)用一次OB35引起后臺(tái)負(fù)荷，Tc隨后臺(tái)負(fù)荷的持續(xù)而增加。Tc的分布幾乎是離散的也表示一定存在約0.2ms的內(nèi)循環(huán)。由于PLC是同步操作的，只要知道了每個(gè)模塊的持續(xù)時(shí)間就可估計(jì)Tc的最大值。結(jié)果顯示,OB1需要一固定的掃描速率，不足以滿足所有應(yīng)用，例如在操縱系統(tǒng)中.III－D檢驗(yàn)循環(huán)中斷塊OB是否能滿足這些需求。 D. 循環(huán)中斷塊OB35的測(cè)量 圖9、圖10表明：和OB1相比，循環(huán)中斷塊OB35的波動(dòng)是非常小的。同樣，CPU412-2表現(xiàn)出幾乎離散分布的Tc。任務(wù)以1KHz的頻率被循環(huán)激活，它的精度要好于0.1ms，PLCs的這個(gè)特點(diǎn)甚至是基于Pentium II平臺(tái)的Lynx操作系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)的。IMI151/CPU的低性能決定它可能的最小的OB35周期是2ms。 E. 硬件響應(yīng)時(shí)間測(cè)量 圖11、12是分別使用CPU314C-2DP和IMI151/CPU測(cè)量時(shí)得到的Tr，Tr是輸入上升沿引起的OB40的激活時(shí)間，其中包含所有相關(guān)硬件時(shí)間部分。因?yàn)闆](méi)有符合S7-400? 的高性能輸入，所以無(wú)法對(duì)S7-400? 系列測(cè)量。即使對(duì)低檔PLC，在IMI151/CPU中測(cè)得的Tr平均值和方差值都不能令人滿意。雖然在CPU314C-2DP 上測(cè)得的Tr值比基于Pentium II 的Lynx操作系統(tǒng)的差五倍，但對(duì)于典型的PLC應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)足夠了。 IV. 結(jié)論 如上所述，在物理實(shí)驗(yàn)中，PLCs的使用提供了眾多有利條件。它們以同步循環(huán)方式工作并具有高度可預(yù)測(cè)性。結(jié)合它們的實(shí)時(shí)特性，它們完全能夠應(yīng)用在需要達(dá)到毫秒級(jí)的確定響應(yīng)時(shí)間的場(chǎng)合。1ms甚至更短的響應(yīng)時(shí)間要求我們?cè)谶x擇硬件時(shí)必須非常認(rèn)真。PLCs不適合用在需要0.5ms或更短的響應(yīng)時(shí)間時(shí)。 由于它們的低波動(dòng)性，循環(huán)中斷塊OBs最適合需要固定掃描速率的場(chǎng)合，然而可以通過(guò)硬件中斷塊來(lái)減少響應(yīng)時(shí)間。主循環(huán)塊OB1不適用于RT操作。 以后的工作將關(guān)注SoftPLC WinAC? ，它不僅可應(yīng)用在基于PC平臺(tái)的WindowsNT 系統(tǒng)，Venturecom RTX 實(shí)時(shí)擴(kuò)展，同樣也可用在MIPS 平臺(tái)的WindowsCE 系統(tǒng)。另外一個(gè)焦點(diǎn)是全新的S7-400? 基于循環(huán)同步的等時(shí)機(jī)制。這一特性將允許在分散外圍系統(tǒng)中，與CPU周期同步的對(duì)I/O端口進(jìn)行讀寫操作。 附件2：外文原文（復(fù)印件） 1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 I 頁(yè) 共 I 頁(yè) 目次 1 引言 1 1.1 課題的背景 1 1.2 課題的研究目的與意義 1 1.3 研究方法和手段 1 2 滑塊厚度綜合檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案探討 4 2.1 檢測(cè)對(duì)象 4 2.2 總體設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案 4 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 6 3.1 自動(dòng)分料系統(tǒng)方案初步探討 6 3.2 自動(dòng)分料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3.3 復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì) 11 3.4 電磁鐵的選型 14 3.5 步進(jìn)電機(jī)的選型 16 4 滑塊厚度綜合檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 4.1 控制系統(tǒng)的組成 25 4.2 控制系統(tǒng)的功能要求 26 4.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 26 4.4 PLC控制電機(jī)功能的實(shí)現(xiàn) 28 4.5 總控制流程圖 31 結(jié) 論 32 致 謝 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第7 頁(yè)共34 頁(yè) 1 引言 尖端技術(shù)的發(fā)展要求機(jī)械制造工廠的生產(chǎn)向著快速、靈活、高質(zhì)量、大批量的自動(dòng)化方向發(fā)展，與此同時(shí)，產(chǎn)品檢測(cè)能否跟得上生產(chǎn)的速度就決定了工廠生產(chǎn)率的高低。顯然，傳統(tǒng)的人工操作檢測(cè)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后了,尤其是對(duì)大批量生產(chǎn)的重要元件的檢測(cè)，靠人工檢測(cè)顯然費(fèi)力、費(fèi)時(shí)。此時(shí)，如果能有一條自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線來(lái)取代原來(lái)的手工操作，就顯得非常必要，本課題就屬于這樣的范疇。 1.1 課題的背景 本課題的設(shè)計(jì)檢測(cè)主體——滑塊是空氣調(diào)節(jié)器中的關(guān)鍵部件，其加工質(zhì)量嚴(yán)重影響了空氣調(diào)節(jié)器的性能指數(shù)，其加工的尺寸、平行度和垂直度等的精度要求非常高，因此滑塊檢測(cè)尤為重要。由于滑塊生產(chǎn)量較大，現(xiàn)同步相關(guān)工廠每天生產(chǎn)數(shù)萬(wàn)只，對(duì)滑塊厚度的檢測(cè)采用人工手動(dòng)的方式，大部分測(cè)量用千分表來(lái)進(jìn)行，測(cè)量分辨率 1 μm ~2 μm，部分測(cè)試項(xiàng)目用萬(wàn)分表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量分辨率0.1 μm ~0.2 μm，檢測(cè)效率是5000片/8人·天。這樣不僅要耗費(fèi)較大的人力、物力、財(cái)力，若稍有不甚，檢測(cè)精度就較難保證，而且明顯與當(dāng)今機(jī)械制造、檢測(cè)自動(dòng)化的方向不符。 少數(shù)國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的工廠都采用流水線作業(yè)的自動(dòng)檢測(cè)方式，從產(chǎn)品的尺寸測(cè)量、翻轉(zhuǎn)，到測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、與上位機(jī)的通訊，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)作分類處理，到最后實(shí)現(xiàn)分組，都是由生產(chǎn)線自動(dòng)完成的。 1.2 課題的研究目的與意義 本課題就是擬采用流水線的作業(yè)方式對(duì)滑塊進(jìn)行檢測(cè)，核心工作就是要設(shè)計(jì)一套滑塊自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)取代原有的人工檢測(cè)，測(cè)試過(guò)程要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入工作臺(tái)第一個(gè)工位和收取流水線上分組后的滑塊?；瑝K自動(dòng)檢測(cè)裝置的應(yīng)用，將有效地提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，在提高了測(cè)量精度的基礎(chǔ)上，極大的提高工廠的生產(chǎn)檢測(cè)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此檢測(cè)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 1.3 研究方法和手段 本課題為實(shí)現(xiàn)滑塊厚度尺寸精度的綜合自動(dòng)檢測(cè)，主要采用的流水線為導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)軌中完成滑塊的運(yùn)行、姿態(tài)的變換，并在完成綜合檢測(cè)后自動(dòng)分料，導(dǎo)軌用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)雙面同步齒形帶傳動(dòng)，分料機(jī)構(gòu)用步進(jìn)電機(jī)及電磁鐵實(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(guò)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(duì)滑塊檢測(cè)、分料過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。 1.3.1 可編程控制器技術(shù) 可編程控制器是一種典型的采樣控制系統(tǒng)，它通過(guò)循環(huán)方式進(jìn)行閉環(huán)控制，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(guò)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。它整合了CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口，使其成為一個(gè)小型微處理器，不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器吸合、延時(shí)等功能，還有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、指令運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換等控制功能，它與其它外部設(shè)備如數(shù)采卡、CRT、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)組成分布式測(cè)控系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成。 1.3.2 串行通訊技術(shù) 串行通訊是按位傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式，由于其傳輸距離遠(yuǎn)、價(jià)格低而被廣泛使用。串行通訊分為同步通訊和異步通訊方式，采用同步方式時(shí)，除需傳送數(shù)據(jù)信號(hào)外，還需傳送用于位指示的時(shí)鐘信號(hào)；而采用異步方式時(shí)，收發(fā)雙方分別使用各自的時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送端可選擇任何時(shí)刻開始發(fā)送數(shù)據(jù)，異步通訊用一個(gè)起始位表示一個(gè)字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，采用幀來(lái)傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送速度用波特率表示，其常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、9600、14400、19200等。 1.3.3 擬采取的檢測(cè)方法 經(jīng)研究決定，擬采用流水線為導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)，滑塊的運(yùn)行、姿態(tài)的變換均在導(dǎo)軌中完成，且由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)自動(dòng)完成，以滿足自動(dòng)化要求?；瑝K在檢測(cè)過(guò)程中每種工位完成不同的參數(shù)測(cè)試，最終滿足檢測(cè)的數(shù)據(jù)要求。 根據(jù)初步的探討，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)采用接觸式測(cè)量，在待檢測(cè)滑塊運(yùn)動(dòng)到傳感器位置時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)傳感器探頭，獲得三個(gè)所需的厚度值，然后滑塊旋轉(zhuǎn)90°，經(jīng)過(guò)另一個(gè)傳感器探頭，測(cè)得另三個(gè)所需的厚度值，滑塊繼續(xù)前進(jìn)，再經(jīng)過(guò)翻面過(guò)程，經(jīng)過(guò)另一組即先后兩個(gè)傳感器探頭，又獲得另一個(gè)面的五個(gè)（或六個(gè)，中間一個(gè)重復(fù)）所需厚度值，完成所需待測(cè)參量的測(cè)量。 測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入測(cè)試平臺(tái)和收取測(cè)試分組后的滑塊。 1.3.4 本文的主要內(nèi)容如下 在整個(gè)滑塊自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，本文將在簡(jiǎn)述檢測(cè)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)完成分料口部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 第一章引言介紹了滑塊厚度測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)概念以及國(guó)內(nèi)外在該課題方面的發(fā)展概況及趨勢(shì)，并闡述了本課題研究的方法、手段及意義。 第二章總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹了本課題的總體設(shè)計(jì)思想，以及在測(cè)量、傳送、分類、數(shù)采等方面設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)及初步解決方案。 第三章介紹了系統(tǒng)主體部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，詳細(xì)介紹了滑塊傳送系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、方案認(rèn)證及其具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和選型進(jìn)行了詳細(xì)的分析、計(jì)算及認(rèn)證。且介紹了傳動(dòng)及分料機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的選型及驗(yàn)證。 第四章滑塊厚度綜合檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分詳細(xì)地介紹了控制系統(tǒng)（主要是分料機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)）設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)組成、功能要求、PLC硬件選擇以及控制流程設(shè)計(jì)等。 結(jié)論部分中隊(duì)本課題做了簡(jiǎn)單總結(jié)，并詳細(xì)介紹了本人在本課題中所做工作、所得收獲，以及在工作中發(fā)現(xiàn)的不足、有待解決的問(wèn)題等。 2 滑塊厚度綜合檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案探討 滑塊自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想如下：采用數(shù)字幾何量傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量分辨率高，能保證測(cè)試精度；各個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)獨(dú)立測(cè)量，流水進(jìn)行，以保證測(cè)量的效率；利用數(shù)采卡采集數(shù)據(jù)，通過(guò)工控機(jī)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)，如厚度和平行度，以綜合判斷該滑塊合格或是不合格，并進(jìn)行分組。 2.1 檢測(cè)對(duì)象 表 2.1 滑塊規(guī)格表： 滑塊是空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其外形如圖 2.1所示，滑塊規(guī)格見(jiàn)表 2.1(單位：mm)。 面符號(hào) 尺 寸 最 大 最 小 S/T 厚度d 5.3 3.2 U/V 高度h 45 16 W 寬度w 30 23 圖 2.1 滑塊外形圖 本課題中，按產(chǎn)量最大的一個(gè)規(guī)格（5×35×27）進(jìn)行設(shè)計(jì)，并保留足夠的空間以備在其后幾臺(tái)研制中通過(guò)更改夾具等方法兼容其它規(guī)格的測(cè)試要求。 厚度檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試滑塊中心厚度及四個(gè)角的厚度，五個(gè)數(shù)據(jù)的最大差值為厚度平行差。設(shè)七個(gè)分組出口，按平均厚度分組：合格、中心厚度超上限、中心厚度超下限、平均厚度超上限、平均厚度超下限、平行差超。分組方式可以通過(guò)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)整。 2.2 總體設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案 檢測(cè)對(duì)滑塊的平面度和垂直度有一定要求，測(cè)量精度較高，測(cè)量分辨率0.1μm,測(cè)量重復(fù)性±0.1μm，在此精度要求，接觸式傳感器完全可以滿足要求，且成本相對(duì)較低，所以我們采用接觸式傳感器，而不考慮用非接觸式傳感器。此外，用作測(cè)量的檢測(cè)平臺(tái)也要滿足很高的精度要求，才能作為基準(zhǔn)。 需對(duì)滑塊兩個(gè)平面的厚度值進(jìn)行測(cè)量，因而要用一定裝置實(shí)現(xiàn)滑塊的定時(shí)定位旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，而且對(duì)旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)的時(shí)間也要有很好的控制。此時(shí)，可考慮先用氣缸將滑塊頂起，再由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)滑塊的翻轉(zhuǎn)。但這樣一個(gè)工位非常耗時(shí)，想要在2s~3s內(nèi)完成不易實(shí)現(xiàn)，所以我們想辦法在滑塊傳送過(guò)程中，利用導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)滑塊的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，這就是本課題最終選用的設(shè)計(jì)方案。具體的介紹將由本團(tuán)體中另一同學(xué)詳細(xì)討論。 測(cè)試速度要求較高，一般為每個(gè)測(cè)點(diǎn)2s~3s，流水測(cè)試，每天至少要測(cè)試一萬(wàn)片以上，由于流水線采用多工位測(cè)量方式傳動(dòng)，因而每個(gè)滑塊的檢測(cè)速度取決于滑塊通過(guò)最慢的工位所用的時(shí)間，因而生產(chǎn)線上每個(gè)工位的操作時(shí)間需要在2s~3s內(nèi)完成?？v觀整個(gè)流水線作業(yè)過(guò)程，無(wú)疑分料口滑塊分類這一工位耗時(shí)最久，因而如何能在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程就是能否提高檢測(cè)速度的關(guān)鍵所在。 由表2.1可知，檢測(cè)對(duì)象滑塊的外形相似，但尺寸大小不一，而且對(duì)滑塊的厚度、高度和寬度都有最大最小值界定，這給檢測(cè)之后的產(chǎn)品分組帶來(lái)一定難度，可采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)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(duì)滑塊檢測(cè)、分料過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分組，在計(jì)算機(jī)上修改合格要求和分組要求。 由于檢測(cè)工序的上述特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用接觸式測(cè)量的光柵測(cè)長(zhǎng)儀。整個(gè)測(cè)試過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作工人只負(fù)責(zé)將滑塊放入測(cè)試平臺(tái)和收取測(cè)試分組后的滑塊。 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 我們研制的滑塊厚度綜合檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如 圖 3.1所示。其可以分成三大功能單元，即滑塊傳送系統(tǒng)、滑塊翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和自動(dòng)分料系統(tǒng)。本文主要對(duì)自動(dòng)分料系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。 為滿足安裝和使用的方便，在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中作了以下幾點(diǎn)考慮： 1. 為避免因摩擦產(chǎn)生的影響，在設(shè)計(jì)傳送帶時(shí)，我們采用了組合式的滑塊夾具，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； 2. 由于滑塊合格產(chǎn)品占多數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，把中間一個(gè)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(guò)角度，在出料口左右兩邊各設(shè)三個(gè)分料出口； 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(dòng)； 4. 在設(shè)計(jì)測(cè)頭夾具時(shí)，要考慮到如何保護(hù)傳感器探頭及有效夾緊。 3.1 自動(dòng)分料系統(tǒng)方案初步探討 在滑塊厚度檢測(cè)結(jié)束后，根據(jù)不同結(jié)果把他們分成七類。如何實(shí)現(xiàn)在2s鐘內(nèi)完成自動(dòng)分類成為本課題設(shè)計(jì)的瓶頸。本節(jié)將在比較之后確定最終方案。 下面分別介紹幾種可考慮的設(shè)計(jì)思想： 3.1.1 斜面導(dǎo)軌： 可以選擇勻速流水線型導(dǎo)軌，導(dǎo)軌成斜坡形，運(yùn)行速度為0.5 m/s。導(dǎo)軌由七個(gè)擋板組成，每個(gè)擋板對(duì)應(yīng)一種不同的分類。當(dāng)相應(yīng)的類型的滑塊滑到此擋板時(shí)，由電磁鐵或繼電器等其它執(zhí)行器帶動(dòng)擋板下翻，使滑塊從該口跳出，以實(shí)現(xiàn)分類。但是，這樣的七個(gè)分料口需要七個(gè)將滑塊分類的裝置，既浪費(fèi)資源又占用較大空間，不易實(shí)現(xiàn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第35 頁(yè)共34 頁(yè) 圖 3.1 滑塊厚度綜合檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 3.1.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 另一個(gè)可考慮的設(shè)計(jì)方案是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如圖 3.2所示。 圖 3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 對(duì)圖中字符的含義作如下說(shuō)明： 、——滑塊的兩個(gè)極限位置 、——滑塊前進(jìn)、后退對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度 、——曲柄端點(diǎn)的兩個(gè)極限位置 ——曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ｅ ——偏距 θ ——極位夾角 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由平面四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)，它含有一個(gè)移動(dòng)副。本次設(shè)計(jì)如采用的是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，具有急回特性。雖然對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性，但這樣一個(gè)機(jī)構(gòu)，各參數(shù)需自己設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜，成本較高。 3.1.3 圓盤電磁鐵： 綜合比較以上幾種方法，用一個(gè)電磁鐵帶動(dòng)推出裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)所有類型滑塊的推出是比較理想的。這樣，就形成了本課題中的分料系統(tǒng)設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滑塊和電磁鐵旋轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，由電磁鐵裝置將滑塊推出。分類結(jié)束后步進(jìn)電機(jī)回到起始狀態(tài)，等待下一個(gè)滑塊的到來(lái)。 該套裝置共設(shè)7個(gè)分組出口，按厚度和平行差工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組，把中間一個(gè)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(guò)角度，在出料口左右兩邊各設(shè)三個(gè)分料出口，如圖 3.3所示： 圖 3.3 出料口示意圖 方案一旦確定后，剩下的重點(diǎn)就是步進(jìn)電機(jī)的選擇、電磁鐵的選型和滑塊吸收座的設(shè)計(jì)，本文將在后面幾節(jié)給以討論。 3.2 自動(dòng)分料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)分料系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)盤、滑塊吸收座、電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、減速器、安裝座、出料導(dǎo)軌等裝置。 3.2.1 轉(zhuǎn)盤 根據(jù)滑塊的外形尺寸，初步取分料轉(zhuǎn)盤直徑約為30厘米。要在其上安裝電磁鐵等裝置?；瑝K從檢測(cè)平臺(tái)上滑到此圓盤上，應(yīng)避免使滑塊的棱角發(fā)生磕碰，也要考慮盡量減少摩擦。所以，我們把轉(zhuǎn)盤材料選為塑料，且安裝容易，能同時(shí)滿足穩(wěn)定性的要求。為了即方便安裝，又保持轉(zhuǎn)盤的穩(wěn)定，可以在塑料圓盤下面再裝一個(gè)密度較大的鋼質(zhì)圓盤，直徑稍小于塑料圓盤即可。 3.2.2 滑塊吸收座 設(shè)計(jì)滑塊吸收座時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)： 1. 當(dāng)滑塊厚度檢測(cè)完畢，通過(guò)出樣導(dǎo)軌從檢測(cè)平臺(tái)滑到分料轉(zhuǎn)盤上，這時(shí)，需考慮一個(gè)滑塊吸收座來(lái)接收滑塊。并在滑塊被彈出前，滑塊一直位于吸收座中隨吸收座運(yùn)動(dòng)。 2. 本課題利用電磁鐵將滑塊彈出，電磁鐵線圈斷電后無(wú)復(fù)位裝置，所以，需安裝彈簧，在線圈斷電時(shí)，依靠彈簧的存儲(chǔ)能帶動(dòng)銜鐵彈出，再通過(guò)合適的裝置將滑塊彈出。 3. 彈簧不可能裝在銜鐵與磁扼之間，所以，要考慮如何實(shí)現(xiàn)銜鐵的復(fù)位，即彈簧的安裝方式位置。 4. 在30 cm這樣一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，既要安裝電磁鐵，又要安裝滑塊吸收座，還要考慮彈簧等。所以，盡量采用整體式設(shè)計(jì)，以節(jié)省占用空間。 1.外座 2.推桿 3.擋塊 4.出樣簧 綜合考慮這四點(diǎn)，可初步考慮如圖 3.4 所示這個(gè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)： 圖 3.4 滑塊吸收座部件圖 電磁鐵吸合，帶動(dòng)推桿壓縮彈簧， 電磁鐵失電，彈簧復(fù)位，推動(dòng)推桿，彈出滑塊。 顯然，這樣一個(gè)滑塊吸收座能同時(shí)滿足以上四點(diǎn)要求。 其工作狀態(tài)如圖 3.5所示： 圖 3.5 滑塊吸收座工作狀態(tài)圖 各零件的具體尺寸需要在設(shè)計(jì)出復(fù)位彈簧及選定電磁鐵后計(jì)算得出。復(fù)位彈簧和電磁鐵的設(shè)計(jì)選型在后面將給予詳細(xì)介紹。 3.2.3 動(dòng)平衡 在分料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)引起振動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)平衡，電磁鐵和滑塊吸收座的安裝位置也需特別考慮。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)構(gòu)件將產(chǎn)生慣性力和慣性力偶矩，它們?cè)跈C(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副中引起動(dòng)壓力，并傳到機(jī)架上。由于慣性力和慣性力偶矩的大小和方向隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的循環(huán)而產(chǎn)生周期性變化，因此當(dāng)它們不平衡時(shí)，將使整個(gè)機(jī)器發(fā)生振動(dòng)，引起工作精度和可靠性下降、零件的磨損和疲勞以及有害人的噪聲。如該振動(dòng)頻率接近振動(dòng)系統(tǒng)得固有頻率時(shí)，有可能引起共振而使機(jī)器損壞，甚至影響周圍建筑和人員的安全。因此，盡量消除附加動(dòng)壓力，減輕有害的機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象，以改善機(jī)器工作性能和延長(zhǎng)使用壽命，就是研究機(jī)構(gòu)平衡的目的。 繞固定軸回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力平衡：這類機(jī)構(gòu)只有一個(gè)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)構(gòu)件，動(dòng)壓力的產(chǎn)生主要是由于回轉(zhuǎn)件上質(zhì)量分布不均勻所致，故可用重新調(diào)整其質(zhì)量大小和分布的方法是回轉(zhuǎn)件上所有質(zhì)量的慣性力形成一平衡力系，從而消除運(yùn)動(dòng)副中的動(dòng)壓力及機(jī)架的振動(dòng)。 本課題中，電磁鐵和滑塊吸收座等固定在轉(zhuǎn)盤上，且轉(zhuǎn)盤軸向?qū)挾群苄?，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)牟贾秒姶盆F和滑塊吸收座的位置，把它的質(zhì)量近似地認(rèn)為均勻的分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。此時(shí)，轉(zhuǎn)盤離心力系的合力和合力偶矩都等于零，即該轉(zhuǎn)盤即滿足了靜平衡，另一方面，由于此機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速較低，對(duì)動(dòng)平衡要求不高，所以，滿足了靜平衡的同時(shí)可以認(rèn)為它也實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平衡。 3.3 復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì) 當(dāng)電磁鐵銜鐵吸合時(shí)，推桿收回，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，銜鐵彈出，將滑塊推出，但電磁鐵斷電時(shí)，銜鐵不會(huì)自動(dòng)復(fù)位。這時(shí)就考慮利用彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)銜鐵的復(fù)位。當(dāng)銜鐵吸合時(shí)，推桿向相應(yīng)方向移動(dòng)壓縮復(fù)位彈簧，產(chǎn)生彈性變形。 彈簧在此處的作用主要是幫助電磁鐵復(fù)位，以實(shí)現(xiàn)彈出滑塊的功能。當(dāng)電磁鐵收到滑塊分類信號(hào)，電磁鐵斷電，喪失吸力，這時(shí)利用復(fù)位彈簧在彈性變形下產(chǎn)生的作用力，帶動(dòng)銜鐵推動(dòng)推桿向外將滑塊彈出。在此過(guò)程中，彈簧的彈性力只是用來(lái)在斷電的瞬間，克服各種摩擦的同時(shí)給滑塊一個(gè)沖擊力。 1、初步選定彈簧 根據(jù)彈簧的工作性質(zhì)，我們選用圓柱螺旋彈簧，材料為碳素彈簧鋼絲（GB4357-89）。 再根據(jù)滑塊吸收座的尺寸結(jié)構(gòu)及彈簧設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)初步選定：彈簧預(yù)裝尺寸H1=20mm，工作行程H=5mm，外徑D2=16mm。 2、彈簧的最大作用力： 滑塊接收彈簧給的沖量（Ftt），轉(zhuǎn)化為動(dòng)量（mv0），滑塊擁有動(dòng)能，在滑出轉(zhuǎn)盤時(shí)，一部分用來(lái)克服摩擦，轉(zhuǎn)化為熱能（J），剩余的能量為滑塊出轉(zhuǎn)盤時(shí)擁有的動(dòng)能（?mv12），顯然，此動(dòng)能必須大于零，即（v1>0）。 設(shè)計(jì)此彈簧，需求出滑塊能自由滑出滑塊吸收座所需最小能量，即彈簧給它的最小力（Ftm）。 Ftm t=m v0m ?m υ0m2=J（v1=0） 因?yàn)镴和t很難精確計(jì)算，所以用實(shí)驗(yàn)的方法求得Ftm。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得: Ftm≈4.5N 所以，我們?nèi)椈傻淖畲笞饔昧≈5N。 3、根據(jù)負(fù)載類型定[τ]、G： 本系統(tǒng)實(shí)際工作情況：每臺(tái)的工作量約為每天檢測(cè)一萬(wàn)片，壽命約為一年。這樣，彈簧工作次數(shù)約為： 104×2×300=6×106次 所以，此彈簧所受載荷為第Ⅰ類載荷（受變載荷作用次數(shù)在106次以上的彈簧）。再初選此彈簧的材料為碳素彈簧鋼絲（GB4357-89）。 查彈簧材料的綜合性能得： σb=1400 MPa （強(qiáng)化鋼絲強(qiáng)度下限值）； 許用切應(yīng)力[τ]=（0.30~0.38）σb=（0.30~0.38）×1400=420 MPa~532 MPa； 切變模量G=78.8×103MPa； 4、根據(jù)質(zhì)量最輕原則設(shè)計(jì)彈簧 如圖 3.6所示，為本課題設(shè)計(jì)彈簧： 彈簧材料：碳素彈簧鋼絲 彈簧材料直徑 d=0.8mm 彈簧中徑 D=16-0.8=15.2mm 節(jié)距 p=6mm 圖 3.6 復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 圈數(shù)： 有效圈數(shù) n=15， 支承圈 nz取1.5， 總?cè)?shù) n1=n+nz=16.5， 預(yù)壓長(zhǎng)度 H1=22mm 工作長(zhǎng)度 H2=H1+5=27mm 5、簡(jiǎn)單分析、校核： 螺旋升角 α=arctg（p/πD） =arctg（6/15.2π） =7.16° 螺旋角推薦用值為5°~9°，本彈簧滿足此要求，則計(jì)算變形時(shí)不需考慮螺旋角的影響。 彈簧螺旋線長(zhǎng)度： 當(dāng)圓柱螺旋彈簧受到軸向載荷F和扭矩T作用時(shí)，彈簧產(chǎn)生軸向變形，仍保持螺旋形，但基本參數(shù)：彈簧中徑D、升角α、螺旋線的長(zhǎng)度l均發(fā)生變化，彈簧材料截面尺寸也要發(fā)生變化。 當(dāng)彈簧兩端固定，從自由高度壓倒并緊時(shí)，中徑增大值為 ?D=0.05（p2-d2）/ D 當(dāng)兩端面與支承座可以自由回轉(zhuǎn)而摩擦力比較小時(shí)，中徑增大值為 ?D=0.10（p2-0.8p?d-0.2-d2）/ D 本次設(shè)計(jì)可根據(jù)第二個(gè)公式計(jì)算，得 ?D =0.10（p2-0.8pd-0.2d2）/D =0.10（62-0.8×6×0.8-0.2×0.8）/15.2 =0.21mm 所以，滑塊吸收座中，推桿內(nèi)徑 D′ =16.5mm >D+?D =16.21mm 能滿足要求。 3.4 電磁鐵的選型 1、電磁鐵類型 本課題的目的是將檢測(cè)結(jié)束后的滑塊實(shí)現(xiàn)分類，我們之所以選用推拉式電磁鐵是基于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：線圈用高導(dǎo)磁率外殼覆蓋住，由于輔助磁路的作用會(huì)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(dòng)作；如果使用銜鐵側(cè)的軸，就發(fā)生拉動(dòng)作，兩者都能使用。 在本課題中，我們使用銜鐵側(cè)的軸，在使用時(shí)將磁扼安裝在固定支架上，而將銜鐵活動(dòng)地連接于牽引桿上，當(dāng)吸引線圈通電時(shí)銜鐵被吸合，經(jīng)過(guò)連桿帶動(dòng)滑塊吸收座中的推桿復(fù)位，在線圈斷電時(shí)，復(fù)位彈簧依靠變形能將銜鐵拉出，同時(shí)帶動(dòng)推桿將滑塊彈出。 2、使用中需注意電磁鐵性能 關(guān)于直流電磁鐵，電阻、電流、電壓、功率、漆包線線徑、漆包線匝數(shù)、行程等等與力量的關(guān)系如下： 行程越小力量越大，當(dāng)問(wèn)及力量的時(shí)候，一定要加上行程，因?yàn)槎咧苯酉嚓P(guān)。 一般情況下，功率越大力量越大，近似正比關(guān)系。當(dāng)功率大到一定程度時(shí)，電磁鐵接近磁飽和，力量增加很小。 工作時(shí)間的長(zhǎng)短決定功率的大小，長(zhǎng)時(shí)間通電時(shí)，功率不能太大，否則易發(fā)熱燒壞。當(dāng)不能滿足發(fā)熱要求時(shí)，要選更大體積的電磁鐵，才不致于發(fā)熱那么嚴(yán)重。 3、根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，如彈簧，導(dǎo)軌的角度等，考慮電磁鐵的行程、吸力 彈簧行程為f′ =5mm，所以選電磁鐵行程 f>f′ =5mm 彈簧預(yù)緊力： F1 ＝k1·f1 ＝k1（H0-H1） = k1（91.2-22） ＝5.4 N k1=0.0780 N/mm F2＝k2·f2 ＝k2（H0-H2） = k2（91.2－27） = 4.8 N k2＝0.0748 N/mm 因?yàn)閗1 > k2，所以，取彈簧剛度系數(shù)k = k1 = 0.0780 N/mm。 彈簧最大工作力取F1 = 0.0780*64.2=5.4 N 考慮到溫度變化地、電壓變動(dòng)等因素，取安全系數(shù)ζ >1.5=2， 所以，選用電磁鐵吸力 F > ζ·F2= 10 N 4、選定電磁鐵 根據(jù)上面所計(jì)算吸力、行程等參數(shù)，可知，該系統(tǒng)需要電磁鐵對(duì)吸力和行程的要求較低。 綜合比較各參數(shù)，查閱電工手冊(cè)，我們選定電磁鐵型號(hào)為MQ1-1.5N（-5101）。 其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 3.1所示下： 表 3.1 MQ1-1.5N電磁鐵技術(shù)數(shù)據(jù) 使用 方式 額定吸力（N） 額定電壓 （V） 額定行程（mm） 通電率（%） 操作次數(shù)（次/小時(shí)） 消耗功率 起動(dòng) 吸合 拉動(dòng)式 15 220 20 60 600 450 67 5、校核 此電磁鐵通過(guò)一角形鐵，固定在塑料轉(zhuǎn)盤上?？紤]到動(dòng)平衡因素，與滑塊吸收座沿轉(zhuǎn)軸成慣性力矩對(duì)稱分布。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此電磁鐵滿足各方面性能要求。 3.5 步進(jìn)電機(jī)的選型 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)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(hào)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(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。根據(jù)本課題機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，我們選擇步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)與通常直流、交流電機(jī)一樣是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電磁元件，但其運(yùn)行原理，驅(qū)動(dòng)單元和控制方式等方面存在特殊性。其有如下特點(diǎn)： 1. 采用脈沖通電方式，將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移； 2. 電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率保持嚴(yán)格的同步關(guān)系。 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)： 1. 要有足夠小的步距角，滿足精度要求； 2. 提供足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩； 3. 提供足夠大保持轉(zhuǎn)矩即靜轉(zhuǎn)矩。 3.5.1 步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式 1. 反應(yīng)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(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)如下： 1） 步距角小。最小可做到10′左右； 2） 要求驅(qū)動(dòng)電源功率較大，系統(tǒng)效率較低； 3） 電機(jī)的內(nèi)阻尼較小，但不運(yùn)行振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)； 4） 斷電時(shí)沒(méi)有定位轉(zhuǎn)矩。 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(chǎng)與永久磁鋼的恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)： 1） 步距角大； 2） 相數(shù)為偶數(shù)為多； 3） 啟動(dòng)頻率低。負(fù)載啟動(dòng)頻率一般在300Hz以下； 4） 控制功率??； 5） 內(nèi)部電磁阻尼較大，單步鎮(zhèn)當(dāng)時(shí)減??； 6） 斷電時(shí)具有一定的保持轉(zhuǎn)矩，可用作定位使用。 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(lái)看，又和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相似，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(lì)磁功率小、效率高和有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。 3.5.2 步進(jìn)電機(jī)的性能簡(jiǎn)述 在本裝置中，步進(jìn)電機(jī)主要作用是在給定頻率的數(shù)字脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，驅(qū)動(dòng)V形帶、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)電源的脈沖頻率與所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系，衡量這些關(guān)系有如下性能指標(biāo)： 1. 步距角（β°）及精度 對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用β表示。 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(gè)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。 對(duì)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比來(lái)衡量，一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3%~5%，且不累積。本課題中步距角的誤差允許在1°左右。 2. 轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，控制繞組統(tǒng)一直流電，如果在轉(zhuǎn)子上施加一個(gè)外加轉(zhuǎn)矩，因其定轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開，則電機(jī)將產(chǎn)生一電磁轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩就是靜轉(zhuǎn)矩。它的存在勢(shì)必使轉(zhuǎn)子恢復(fù)到平衡位置。當(dāng)外加力矩加大到一定程度，超過(guò)使轉(zhuǎn)子回到原來(lái)的平衡位置時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)到一個(gè)角度，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這個(gè)能使轉(zhuǎn)子回復(fù)到原來(lái)平穩(wěn)狀態(tài)平穩(wěn)位置的極限電磁轉(zhuǎn)距角最大靜轉(zhuǎn)矩。 保持轉(zhuǎn)距（HOLDING TORQUE）是指電機(jī)各相繞組通額定電流，且處于靜態(tài)鎖定狀態(tài)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N?m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N?m的步進(jìn)電機(jī)。 定位轉(zhuǎn)距（DETENT TORQUE）是指電機(jī)各相繞組不通電且處于開路狀態(tài)時(shí)，由于混合式電機(jī)轉(zhuǎn)子上有永磁材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距。一般定位轉(zhuǎn)距遠(yuǎn)小于保持轉(zhuǎn)距。是否存在定位轉(zhuǎn)距是混合式步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的重要標(biāo)志。 3. 起動(dòng)頻率 步進(jìn)電機(jī)能無(wú)失步起動(dòng)和停轉(zhuǎn)的最高頻率，稱為起動(dòng)頻率。分為空載起動(dòng)頻率和負(fù)載起動(dòng)頻率?？蛰d啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲? 在該裝置中，步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載啟動(dòng)頻率與電機(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。 4. 連續(xù)運(yùn)行頻率 步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載條件下，頻率連續(xù)上升能無(wú)失步運(yùn)行的最高頻率稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。 5. 起動(dòng)矩頻特征 步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其他條件不變的情況下，起動(dòng)頻率和最大輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為起動(dòng)矩頻特征。 6. 運(yùn)行矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其他條件不變的情況下，運(yùn)行頻率和最大輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為運(yùn)行矩頻特性。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 7. 慣頻特性 步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩及其他條件不變的情況下，啟動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系稱為起動(dòng)慣頻特性。它是反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)能帶慣性負(fù)載能力的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。如果對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高，建議選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最好為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的2倍，否則只要負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即可。 8. 步進(jìn)電機(jī)的外表溫度 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130℃以上，有的甚至高達(dá)200℃以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在80℃~90℃完全正常。 9. 電機(jī)的共振點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在（180~250）PPS之間（步距角為1.8°）或在400 PPS左右（步距角為0.9°），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 3.5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 感應(yīng)子式（混合式）步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，不僅步距角小、響應(yīng)頻率高還有定位轉(zhuǎn)矩，故為本系統(tǒng)選用。 滑塊的分類依靠分類電機(jī)輸出不同的相位來(lái)區(qū)分，其分類號(hào)由上位機(jī)給出。因此，要精確控制電機(jī)的輸出脈沖數(shù)目以及頻率。脈沖數(shù)目關(guān)系到輸出的角度；頻率的大小關(guān)系到分類的速度。選用合適的頻率使電機(jī)能夠在不失步的情況下，頻率最大。 1. 步距角β° 本課題的分料機(jī)構(gòu)中，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，以實(shí)現(xiàn)滑塊分類，也就是說(shuō)步進(jìn)電機(jī)要有高的分辨率和定位精度。由分料機(jī)構(gòu)示意圖得，每種分類最小當(dāng)量約為30°。該角度定位直接利用控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，故對(duì)步距角應(yīng)盡量的取小。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36°/0.72°（五相）、0.9°/1.8°（二、四相）、1.5°/3°（三相）等。 我們初步選取兩相電動(dòng)機(jī)，取步距角為0.9°/1.8°。能滿足一般要求。 2. 電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì) 電機(jī)轉(zhuǎn)速有如下兩個(gè)換算公式： 1? = （180/π）°； 1 r/m = 60°/s =π/30 ?/s； 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θimax=90°。假設(shè)：當(dāng)分類角度約為30°時(shí)，電機(jī)通過(guò)直線加速后剛好達(dá)到穩(wěn)定頻率就減速，恰好停止在準(zhǔn)確位置。則設(shè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)30°所需時(shí)間為t1，則其轉(zhuǎn)過(guò)90°所需時(shí)間為t2： 則： t2=1s~1.5s t1= t2/2=0.5s~0.75s。 即：電動(dòng)機(jī)起步時(shí)，分料轉(zhuǎn)盤在0.25s內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)15°。 所以，在加速啟動(dòng)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： =θ1/ t1 =30/（0.5~0.75） =40°~60°/s =2π/9?/s ~π/3?/s =30 /π =7 r/m ~10 r/m 加速時(shí)間tα (s)約為： tα =0.25s~0.375s 角加速度α(?/s2)約為： α =2/tα =（2π/9~π/3）2π/（0.25~0.375） =16π/9 ?/s2 在電動(dòng)機(jī)正常勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)速n為： n=2=14 r/m~20 r/m 顯然，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速太低，可通過(guò)減速裝置提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其工作在較合適期間，初步設(shè)減速器傳動(dòng)比 i =1:5 則，電機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/m）約為： n =/i =(14~20)×5 =70 r/m~100 r/m 電機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/m）與脈沖頻率f（KHZ）的關(guān)系： n =1000 f β/6 f =6n/ (1000β) =(420~600)/360 =1.17KHZ~1.67 KHZ， 綜合考慮電機(jī)的啟動(dòng)與停止加、減速的存在，取f=1.5 KHZ。 3. 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)矩的估算： 由前面的動(dòng)平衡分析可知：在分析負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，我們可以簡(jiǎn)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(lái)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。 所以，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J (kg·m2)約為： J =1/2mr2 =1/2×0.9×0.0016 =7.2×10-4 kg·m2 旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩TL（N·m）約為： TL =J?α =7.2×10-4 ×16π/9 =4.02×10-2 N·m 4. 力矩 驅(qū)動(dòng)慣性體時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程式（1-2）所述： (1-2) 式中 JM——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2； JL——換算到電動(dòng)機(jī)軸上的符合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2； ω——角速度， rad/s； TL——負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，N·m ； T ——所需轉(zhuǎn)矩，T=加速度轉(zhuǎn)矩Ta+負(fù)荷轉(zhuǎn)矩TL，N·m； g ——重力加速度，9.8 m/s2 步進(jìn)頻率（速度） 時(shí)間（步數(shù)） t1 t0-2t1 f2 f1 加速度轉(zhuǎn)矩在變速區(qū)內(nèi)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，根據(jù)加速、減速的方式而定。本課題中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速運(yùn)動(dòng)圖形為直線，如圖 3.7所示。 圖 3.7 步進(jìn)電機(jī)直線加速和減速運(yùn)動(dòng)圖形 直線加速場(chǎng)合下，加速轉(zhuǎn)矩按式（1-1）計(jì)算： （1-1） 式中 f1——自啟動(dòng)區(qū)內(nèi)的脈沖速度，個(gè)脈沖/s； f2——變速區(qū)內(nèi)的脈沖速度，個(gè)脈沖/s； t1——加速時(shí)間，s； β ——步距角，度/步。 把負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，考慮到減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減速器效率取η=80%，安全系數(shù)取1.3左右，得： JL =1.3J =7.2×10-4×1.3 =9.36×10-4 kgm2 加速時(shí)間 t1 = ta=0.25s 初選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM為： JM ≈460 g?cm2 則，由式（1-1）得： Ta =（JM +J L）?α =(0.46×10-4 +8×10-4)×20π/3 =1.73×10-2 N?m 取安全系數(shù)為1.3左右，選用電機(jī)的保持轉(zhuǎn)為： T > 1.73×1.3×10-2 N?m =2.25×10-2 N?m 5. 電動(dòng)機(jī)定型 根據(jù)以上的分析和計(jì)算，我們考慮選用四通公司的混合式步進(jìn)電機(jī)。綜合考慮各項(xiàng)因素，我們選四通公司的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)56BYG250D。各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)如 表 3.2所示： 表 3.2 電動(dòng)機(jī)（56BYG250D）技術(shù)數(shù)據(jù) 步距角 （°） 靜態(tài)相電流（A） 保持轉(zhuǎn)矩（Nm） 定位轉(zhuǎn)矩（Nm） 空載啟動(dòng)頻率 （半步）（KHZ） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （g cm2） 0.9/1.8 2.4 ≥1.72 0.07 3.0 460 其矩頻特性如圖 3.8所示： 圖 3.8 電機(jī)（56BYG250D）矩頻特性 3.5.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選型 步進(jìn)電機(jī)必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源才能夠正常工作。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)系統(tǒng)中的核心組件之一。如圖 3.9所示，它按照控制器發(fā)來(lái)的脈沖/方向指令（弱電信號(hào)）對(duì)電機(jī)線圈電流（強(qiáng)電）進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置和速度。 圖 3.9 步進(jìn)電機(jī)控制圖 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(dòng)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(dòng)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(hào)為TTL電平信號(hào)，且提供過(guò)流保護(hù)、過(guò)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。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器工作模式有三種基本的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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）。 本課題中，我們選用半步驅(qū)動(dòng)方式：在單相激磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動(dòng)器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來(lái)相繼處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動(dòng)半個(gè)步距角，停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對(duì)兩相線圈進(jìn)行單相然后雙相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖0.9°的半步方式轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)振動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn)，所以實(shí)際使用整/半步驅(qū)動(dòng)器時(shí)一般選用半步模式。 4 滑塊厚度綜合檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本課題控制系統(tǒng)是基于微機(jī)PLC模式構(gòu)成的一個(gè)集散控制系統(tǒng)。在本課題中，工控機(jī)作為監(jiān)控管理層；PLC作為控制執(zhí)行層。工控機(jī)把管理決策、控制任務(wù)、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過(guò)通信電纜傳送給控制層——PLC，PLC也要通過(guò)電纜把控制過(guò)程的參數(shù)、控制進(jìn)程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層——工控機(jī)，工控機(jī)（上位機(jī)）和PLC之間通過(guò)PC/PPI進(jìn)行串行通信。 4.1 控制系統(tǒng)的組成 各控制元件 （驅(qū)動(dòng)器） PLC 工控機(jī) 位置檢測(cè)傳感器 各執(zhí)行元件 （步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵等） 傳感器頭 數(shù)采卡 PC/PPI RS-485 本課題控制系統(tǒng)的組成如圖 4.1所示，其主要包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢測(cè)傳感器和各控制及執(zhí)行元件等。 圖 4.1監(jiān)控系統(tǒng)的組成框圖 各部分在本控制系統(tǒng)中的功能介紹如下： 工控機(jī)——作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度中心，通過(guò)PLC間接地控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)； PLC——系統(tǒng)的控制核心，主要完成系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制、狀態(tài)檢測(cè)、命令執(zhí)行等功能； 檢測(cè)系統(tǒng)——檢測(cè)系統(tǒng)由傳感器、數(shù)采卡和工控機(jī)等組成，通過(guò)對(duì)滑塊厚度的測(cè)量、計(jì)算，作為產(chǎn)品分類判斷的依據(jù)； 位置檢測(cè)傳感器——主要完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的檢測(cè)； 各控制及執(zhí)行元件——主要完成各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)執(zhí)行； PC/PPI電纜——在工控機(jī)與PLC接口時(shí)，由于PLC采用的RS-485標(biāo)準(zhǔn)與工控機(jī)RS-232標(biāo)準(zhǔn)不兼容，必須通過(guò)PC/PPI電纜進(jìn)行轉(zhuǎn)接。 本文主要對(duì)自動(dòng)分料系統(tǒng)的控制方案作詳細(xì)論述。 4.2 控制系統(tǒng)的功能要求 工控機(jī)與PLC通過(guò)通信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取PLC的通信口識(shí)別整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。通過(guò)PLC控制各部件按照預(yù)定的軌跡、動(dòng)作把滑塊從進(jìn)入到分類出去。 在分類的過(guò)程中，PLC通過(guò)對(duì)安裝在系統(tǒng)中的感應(yīng)開關(guān)來(lái)判斷分類過(guò)程中的各種狀態(tài)。如：滑塊到達(dá)、定位信號(hào)、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(hào)告知工作人員，以方便排除故障。 應(yīng)保證在分類機(jī)構(gòu)沒(méi)有完成分類時(shí)，沒(méi)有滑塊進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)；當(dāng)出現(xiàn)有多于一個(gè)滑塊進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)時(shí)，要告知工作人員系統(tǒng)故障。 能判斷分類電機(jī)的工作是否正常，輸出角位移是否正確；并且分類機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)失步時(shí)，分類機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)復(fù)位。 控制系統(tǒng)應(yīng)具有一定的容錯(cuò)能力。即使是出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類也不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)明確指出錯(cuò)誤來(lái)自哪個(gè)方位，即使不能指明錯(cuò)誤來(lái)源，也能檢測(cè)到流水線的某個(gè)大致位置，以方便維護(hù)，及時(shí)排除故障。 4.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)控制裝置。其廣泛應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線及過(guò)程工業(yè)的自動(dòng)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(duì)各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制。 4.3.1 PLC的選擇 PLC選擇的關(guān)鍵主要是要能滿足系統(tǒng)的基本控制功能和容量，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及能夠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(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，且保證控制系統(tǒng)安全可靠；考慮到系統(tǒng)的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余地。 根據(jù)滑塊厚度綜合檢測(cè)系統(tǒng)的控制功能要求可知，系統(tǒng)控制主要是通過(guò)工控機(jī)控制PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，所選PLC需提供兩個(gè)通訊口來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的通訊功能；系統(tǒng)所監(jiān)控的對(duì)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(shí)，考慮德國(guó)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，不僅有靈活便捷的通訊、系統(tǒng)診斷及中斷處理、高速計(jì)數(shù)等功能，而且具有極高的性能價(jià)格比。因此，我們選用SIMATIC? S7-200 系列小型PLC。這是一個(gè)模塊化PLC，主要由主控模塊（CPU模塊）和擴(kuò)展模塊組成。 本系統(tǒng)中，主控模塊選擇SIMATIC? 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(méi)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SIMATIC? 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： 24V直流電源供電，提供24V電壓輸出；集成的24V負(fù)載電源可直接連接到傳感器和變送器 集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)； 具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，用戶存儲(chǔ)器類型EEPROM，數(shù)據(jù)后備190小時(shí)； 提供內(nèi)部繼電器256個(gè)，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器各256個(gè)，順序控制繼電器256個(gè)，內(nèi)置6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。 提供模擬量調(diào)節(jié)電位器2個(gè)，口令保護(hù)； 提供通訊中斷（2 發(fā)送器/4 接收器），定時(shí)中斷2個(gè)（），硬件輸入中斷4個(gè)，允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 提供RS-485通訊/編程口2個(gè)，支持PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口通訊協(xié)議；可以利用PC/PPI電纜和自由口通訊功能把S7-200連接到許多和RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備。 4.3.2 I/O點(diǎn)的分配 根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控要求，同時(shí)考慮系統(tǒng)特殊功能要求，本系統(tǒng)PLC數(shù)字輸入輸出點(diǎn)的分配如下： 1. 24點(diǎn)輸入分配： I0.0 急停（中斷輸入1） I0.1 中斷輸入2 I0.2~ I1.0 :分類一至分類七完成信號(hào) I1.1 滑塊到達(dá)信號(hào) I1.2 啟動(dòng)信號(hào) I1.3~ I1.6 傳感器1~4啟動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)1~4 I1.7 滑塊重疊信號(hào) I2.0 定位信號(hào) I2.1 停止信號(hào) I2.2 手動(dòng)輸入 I2.3~I2.7 備用 2. 16點(diǎn)輸出分配: Q0.0 電機(jī)1脈沖輸出 Q0.1 電機(jī)2脈沖控制 Q0.2 電機(jī)2正反轉(zhuǎn)控制 Q0.3 電磁鐵吸放 Q0.4 狀態(tài)正常指示 Q0.5 報(bào)警指示 Q0.6 分類錯(cuò)誤報(bào)警 Q0.7 滑塊堆積報(bào)警 Q1.0~ Q1.3 傳感器1~4感應(yīng)到滑塊到達(dá)指示 Q1.4 報(bào)警鈴 Q1.5~Q1.7 備用 4.4 PLC控制電機(jī)功能的實(shí)現(xiàn) 在分料口控制系統(tǒng)中，通過(guò)工控機(jī)的分類信號(hào)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向等參數(shù)。通過(guò)PLC的脈沖輸出來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到對(duì)移動(dòng)距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向的目的。本系統(tǒng)中采用多段管線的方式，通過(guò)在變量存儲(chǔ)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(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度精確控制的目的。 4.4.1 分料口步進(jìn)電機(jī)控制流程設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)上一章的計(jì)算論證，我們選擇的步進(jìn)電機(jī)為四通公司的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)滑塊分料系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要求，步進(jìn)電機(jī)要驅(qū)動(dòng)分料轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)的方式為定角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)滑塊厚度檢測(cè)系統(tǒng)可以知道當(dāng)前的圓盤轉(zhuǎn)過(guò)角度θi，將其換算成步進(jìn)數(shù)后通過(guò)串行接口傳送給現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)此步進(jìn)數(shù)輸出相應(yīng)得脈沖數(shù)。由于步進(jìn)電機(jī)不可避免的會(huì)產(chǎn)生失步等異?，F(xiàn)象，所以我們的出料口分類電機(jī)采用正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)定位的方式，以消除電機(jī)的累計(jì)誤差，保證電動(dòng)機(jī)每次都從零位置起輸出一定的角度。因此當(dāng)一個(gè)θi的角度運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，電機(jī)要向相反的方向再做一個(gè)θi角度的運(yùn)動(dòng)。工控機(jī)將再次檢測(cè)、判斷轉(zhuǎn)盤當(dāng)前的位置是否歸零。步進(jìn)電機(jī)每次步進(jìn)θi的速度設(shè)計(jì)如圖 4.2所示， 步進(jìn)頻率（速度） ζ θi-2ζ θi 步數(shù) 1.5KHz 常加速18Hz/步 常減速-18Hz/步 圖 4.2 步進(jìn)電機(jī)定距離運(yùn)動(dòng)的速度控制 分料轉(zhuǎn)盤0.25s內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)15°，電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)ζ步。 ζ=15×5/0.9=83.33≈80步 常加速度 1.5 KHZ/80步=18 Hz/步 4.4.2 工作流程 1. 初始化，系統(tǒng)自檢，各部件是否正常。主要判斷I0.2~I1.0有無(wú)信號(hào),初始化各寄存器,響應(yīng)工控機(jī)等，如果正常,向工控機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)，工控機(jī)收到后，啟動(dòng)系統(tǒng)工作。 2. 自檢成功后，復(fù)位電機(jī)。讀通信口，依據(jù)通信口的命令選擇工作方式。測(cè)試方式狀態(tài)下，由工控機(jī)控制PLC的運(yùn)行，進(jìn)而控制電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)。正常分類狀態(tài)下，起動(dòng)傳送電機(jī)。 3. 判斷位置傳感器8檢測(cè)有無(wú)滑塊，如有，檢查工業(yè)控制機(jī)傳來(lái)的產(chǎn)品分類狀態(tài)，判斷產(chǎn)品分類，并控制分料電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。如無(wú)，則等待。 4. 分料電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照產(chǎn)品的分類要求轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度θi。 5. 到位后，電磁鐵失電，彈出滑塊。 6. 判斷感應(yīng)傳感器1~7，檢測(cè)出滑塊分類到位信號(hào)，與所對(duì)應(yīng)分類是否一致，如不一致，則報(bào)警；一致則驅(qū)動(dòng)電機(jī)2帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)位。 7. 判斷定位信號(hào)，是否復(fù)位成功，如否，則啟動(dòng)定位程序。 8. 判斷I2.1是否停機(jī)，如是，則切斷電源。如否，轉(zhuǎn)至4。 注：急停信號(hào)用于特殊情況強(qiáng)制停機(jī),不管分類是否完成,只要I1.1有效,則立即強(qiáng)制停機(jī).直至重新啟動(dòng). 4.5 總控制流程圖 Y Y 初始化分類電機(jī) I1.1&I2.0=1，并根據(jù)分類號(hào)判斷電機(jī)的方向。 依據(jù)分類號(hào)裝載包絡(luò)表，啟動(dòng)分類電機(jī)。 分類完成？ 電磁鐵失電，彈出滑塊 分類是否一致？ 分類錯(cuò)誤報(bào)警 向上位機(jī)發(fā)送分類正確完成 電機(jī)反轉(zhuǎn)θi，復(fù)位 N N 圖 4.3總控制流程圖 結(jié) 論 滑塊是空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵零件，必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)。它要求檢測(cè)系統(tǒng)除上下料以外，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，測(cè)量分辨率0.1μm，測(cè)量重復(fù)性達(dá)到±0.1μm。 目前，滑塊的檢測(cè)主要靠人工完成，這樣的工作方式，不僅效率低下，而且檢測(cè)不準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，滑塊自動(dòng)檢測(cè)裝置的應(yīng)用，將有效地提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，提高了工人的工作效率，提高了測(cè)量精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此檢測(cè)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。 本次設(shè)計(jì)中，我對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的其中一個(gè)分系統(tǒng)——滑塊分料口系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先，應(yīng)該使要求實(shí)現(xiàn)的功能得以實(shí)現(xiàn)，并且達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)盡量降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，以提高可靠性，同時(shí)也可以降低成本。考慮到費(fèi)用的問(wèn)題，我們也應(yīng)當(dāng)在保證功能的同時(shí)，盡可能選用造價(jià)低廉的部件。 綜合以上因素，我對(duì)滑塊分料口系統(tǒng)主要部件的選擇作了如下設(shè)計(jì)： 1、工件的分類由一轉(zhuǎn)盤來(lái)完成。這主要考慮到分類這個(gè)過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，若設(shè)計(jì)七個(gè)推出機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能也不一定更好。所以，用滑塊的運(yùn)動(dòng)換來(lái)推出裝置的固定更加符合實(shí)際。 2、工件推出用電磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，電磁鐵選型比較容易，市場(chǎng)上可選型號(hào)較多，完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。 3、滑塊由檢測(cè)導(dǎo)