水泥砖测量机气电控制系统设计(包括设计说明书、CAD图纸、外文翻译资料全套毕业设计) 1 前言 本次毕业设计的课题是水泥砖三维测量机的传动部分设计。 其目的是为了提高学生机电一体化的应用能力,了解机器的设计要求,解决电气控制的技术及应用问题,培养和提高学生分析问题和解决问题的能力。此次设计范围广,包括机械传动部分设计、气压传动设计、信号采集处理、单片机设计、电气控制设计。 本设计说明书主要涉及的是气压传动设计及电气设计的整个过程,包括电气原理图设计,接线电路设计以及电气柜的设计等等。 在生产过程,科学研究和其它产业领域中,电气控制技术的应用都是十分广泛的。在机械设备的控制中,电气控制亦比其它的控制方法使用的更为普遍。随着科学技术日新月异的发展,特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用,出现了可编程控制器,使得电气控制技术进入了一个崭新的阶段。可编程控制器简称PLC,是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它是一种专为工业环境而设计的数字运行的电子系统,它采用可编程序的存储器,用来存储用户指令,通过数字或模拟的输入/输出,完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能,来控制各种类型的机械或生产过程。PLC它吸取了微电子技术的最新成果,以单机自动化到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化,从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统,PLC均承担着重要角色。 电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象,以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分,在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用,是实现工业生产自动化的重要技术手段。 随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进,特别是计算机技术的应用,新型控制策略的出现,不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上,从手动控制发展到自动控制;在控制功能上,从简单控制发展到智能化控制;在操作上,从笨重发展到信息化处理;在控制原理上,从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。
作为生产机械动力的电机拖动,经历了漫长的发展过程。 19世纪末,直流电机,交流电动机和直流电动机,异步电动机相继问世,揭开了电气控制技术的序幕。 20世纪初,电动机逐步取代了蒸汽机用来驱动生产机械。开始是成组拖动,用一台电动机通过中间机构(天轴)实现能量分配与传递,拖动多台生产机械。这种拖动方式电气控制线路简单,但机构复杂,能量损耗大,生产灵活性也差,不适应现代化生产的需要。20世纪20年代,出现了单电机拖动,即由一台电动机拖动一台生产机械。单电机拖动相对成组拖动,机械设备结构简单,传动效率提高,灵活性增大,这种拖动方式在一些机床中至今仍在使用。于是出现了电气控制系统,可对电动机的起动、制动、反转、停车等进行控制。 30年代出现了交流电动机、直流发电机、直流电动机的无级调速,能在很短的时间里改变方向。 60年代,大功率晶闸研究成功,使交流技术发生了根本性的变化,系统的调速精度、动态响应等技术也有了很大的提高。 80年代以后,由于电力电子技术和微电子技术的迅速发展以及两者的相互融合,使交流电动机调速技术有了很大的突破。 从本世纪30年代开始,机械加工企业为了提高生产效率,采用机械化流水作业的生产方式,大型自动生产线承担的加工对象也随之改变。生产线的控制系统使用的继电器数量很多,在频繁动作情况下寿命较短,使生产线的可靠性降低。 为了解决这一问题,1969年美国数字设备公司率先研制出第一台可编程控制器(简称PLC),并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功。 70年代出现了计算机群控系统,即直接数控(DNC)系统,由一台较大型计算机控制与管理多台数控机床和数控加工中心,能完成多品种,多工序的产品加工。近年来又出现了计算机集成制造系统(CIMS),综合运用计算机辅助设计(CAD),计算机辅助制造(CAM),智能机器人等多项高技术。 电气控制技术的发展概况始终是伴随着社会生产规模的扩大,生产水平的提高而前进的。电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高;从另一方面看,电气控制技术又是与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术等紧密联系在一起的。 当前科学技术继续在突飞猛进的向前发展,在人类进入21世纪后,电气控制技术也将达到更高的水平。 2 总体设计方案的确定 A. 机械名称:方砖三维测量仪 作用:用于测量300×200×150的大峡专用方砖 B. 整机总体设计方案的确定 a方案:测量机使用一个测头,上下料用液压传动系统传送。砖块由皮带轮流出到达指定位置后,由液压缸将砖料推到测量位置,然后电机带动测头测量砖块的具体尺寸,然后数据由单片机采集,并显示记录,接着判断砖块是否合乎要求,最后将合格品与不合格品分别推到合格品区与不合格品区。 经设计小组分析,用一个测头测量时,测头要改变5次位置才能将所有数据收集,因此对传动机构的要求和精度就会提高,在设计方面困难较大,且精度不易得到保证,所以经小组讨论不采用此方案。 b方案:采用5个测头,其中4个测头固定不动,砖料由液压缸推至工作台,工作台下降至测量区域,4个测头同时测量砖料长宽,此时第5个测头由电机带动到指定位置对最后一组数据进行测量,单片机记录数据,并判断是否合格,再由控制系统控制液压系统推出合格品与不合格品至合格品区与不合格品区。 经设计小组分析,采用这种方案,虽然简化了传动系统,但工作台由液压缸带动上升和下降,液压缸会晃动对砖块定位有较大影响且容易损坏,而且液压系统结构比较复杂,成本较高,因此本方案也未被采用。 c方案:仍然采用5个测头,砖料由气压缸推至工作台,用卡爪进行定位,工作台不动,5个测头同时下降至固定位置,对砖料的长宽高数据同时进行测量,单片机记录数据,并判断是否合格,再由气压缸分别将砖料推至合格品区与不合格品区。 经小组讨论分析,采用此方案,不仅大大简化了传动系统,而且对砖料的定位、测量精度等方面都有很大提高,经老师的指导,认为该方案是可行的,所以小组决定采用此方案。 C.最终方案的确定,整理,系统的动作过程 方案的流程如下: a.整个系统起动; b.由空气压缩机启动整个气压系统; c.砖料由皮带轮带动,到达指定位置; d.由气压缸推动砖料到达工作台测量区; e.工作台下有一卡爪,当砖料到达工作台后,卡爪升出将砖料卡住,进行定位后卡爪再下降退回; f.5个测头由电机带动到达测量区停止后,测头传感器开始进行数据测量; g.单片机记录数据,并判断是否合格,给PLC发出信号,收回测头; h.由单片机发出信号,PLC控制气压系统推出合格品与不合格品区; (所有达到固定位置时都由行程开关来控制) i.系统做完全部动作后,恢复到原来的状态,并进入下一个循环。 D.设计的内容 从方案分析中本设计分成四个部分: a. 体设计部分; b. 气压传动部分; c. 电气控制部分(用PLC控制); d. 单片机数据采集部分。 在四个部分中我设计气压传动部分和电气控制部分,其余部分由小组其他人完成。 整个装置如图所示:
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结论 经过三个多月的努力,毕业设计水泥砖数字仪三维测量机的电气部分设计终于完成了,主要介绍了测量机由PLC控制实现整个系统的传动,系统采用的是气压传动。 在这三个多月里,我熟悉了气压传动系统以及可编程控制器(PLC)原理极其应用,并掌握了机床电气控制设计的一般步骤。使我对电气知识有了很大的认识,发现本科学对人类有着举足轻重的作用,应该好好的去学习。由于设计加深了对电气的理解,在机械专业知识方面,我学到了以往没有学到的不少东西并解决了许多相关的问题。PLC控制系统是测量机的指挥系统,它通过控制驱动系统,让执行器按照规定的要求进行工作,并检测其正确与否。可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统,它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序,用指令形式存放在存储器中,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。与继电器控制线路相比,PLC具有可靠性高、抗干扰能力强;编程简单、使用方便;设计、安装容易,维护工作量少;功能完善、通用性强;体积小、能耗低等特点。因此,机械手控制系统越来越多的由可编程控制器(即PLC)来实现。 设计一套系统并非易事,但是世上无难事,只怕有心人,只要肯努力一定会成功。设计已完成,但是设计中一定存在着不足之处,望广大师生批评指出。 参考文献 [1] 葛耀峥,陶国良. PLC 控制的多功能气动系统教学实验台设计.[J]液压气动与密封,2001, [2] 许伟达,凌勇坚.气动控制系统的设计和使用.[J]液压与气动,2003, [3]李异河,李进光.多功能气控气动系统试验台的设计与研究.[J]液压与气动,2004, [4]田玲.快速组合气动实验台PLC电控系统.[J]机床与液压,2002, [5]傅雯.PLC控制技术教学实验的开发. [J]河海大学常州分校学报,1999, [6]林丽纯,李惜玉.PLC教学实验系统的研究与梯形图的设计. [J]中山大学学报论丛,2000, [7]卢学英,徐芳兰.PLC教学内容与实验手段的探索.[J]电气电子教学学报,1999, [8]王阿根.PLC模拟控制装置在实验教学中的应用.[J]实验室研究与搜索,1999 , [9]朱光力.多气缸顺序动作电气控制回路的简便设计方法.[J]组合机床与自动化加工技术,2002, [10]许宏,陶国良.变阻尼气压比例伺服系统理论分析及其低速特性的实验研究. [J]中国机械工程,2002, [11] 武晋燮. 几何量精密测量技术[M ]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1989, [12] 马忠梅. ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M ]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002, [13]傅雯.PLC控制技术教学实验的开发. [J]河海大学常州分校学报,1999. 致 谢 历时三个多月的毕业设计,在指导教师 的句号。通过完成毕业设计课题,培养了我们综合运用所学基本理论和技能,独立完成专业范围内的工程设计的能力。培养了我们注重经济效益、社会效益的观点、全局观点和团队精神。 在设计工作开始之初,通过实习调研,我们首先对本课题有了感性认识。实现了实践与书本相结合的目的,对三维测量机也有了新的认识。对毕业设计课题进一步了解相关的知识和进行资料的收集,然后进行总体方案的论证,设计计算,计算机绘图,说明书的书写等几个过程。本次设计, 培养了我研究调查、收集处理信息和利用文献资料的能力;结合经济建设和社会发展实际,结合工程生产实际,培养了我理论结合实践的能力。 本文是在我尊敬的指导老师李深的悉心指导下完成的。他严谨的治学态度和精益求精的工作作风使我受益匪浅。每次有不懂的地方我就毫不犹豫的问, 附 录 1 水泥砖测量机气动系统原理图 CLJ— 2 水泥砖测量机电气原理图 CLJ— 3 梯形图 CLJ— 4 水泥砖测量机PLC原理图 CLJ— 5 总接线图 CLJ— 6 水泥砖测量机电器板元件排列图 CLJ— 7 电器板接线图 CLJ— 8 电器板加工图 CLJ— 9 控制面板加工图 CLJ— 10 控制面板元件布置及接线图 CLJ— 11 水泥砖测量机电气柜装配图 CLJ— 12 底板 CLJ— 13 左侧板 CLJ— 14 前门 CLJ— 15 顶板 CLJ— 16 右侧板 CLJ— 17 中间隔板 CLJ— 18 后门 CLJ— |
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