移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大提出了一種基于PLC對(duì)多種液體，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)存加注的監(jiān)控和操控的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，加液車是一種液體轉(zhuǎn)存過程中使用的專用車輛，常用于液體運(yùn)輸過程中的加注作業(yè)階段，完成對(duì)液體的抽取和轉(zhuǎn)存目的，課題要求設(shè)計(jì)一套裝置，將

2、液體輸送至目標(biāo)區(qū)域，操作簡便、可靠，具備一定的安全警示功能。提高了液體轉(zhuǎn)存、加注及液體運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化程度和生產(chǎn)效率。通過可編程控制器（西門子S7-200）控制兩臺(tái)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，豎直面內(nèi)90°的展開與收起。并且實(shí)現(xiàn)對(duì)加液車各個(gè)泵、電機(jī)、液位的監(jiān)視和控制，統(tǒng)一在觸摸屏人機(jī)界面上進(jìn)行顯示和操作，同時(shí)設(shè)計(jì)操作面板，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，提供必要的警示功能。另外，為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)還

3、采用了多種傳感器對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行保護(hù)。通過系統(tǒng)調(diào)試，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效、可靠及操作方便。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣</p><p>　　關(guān)鍵字：加液車，編程控制器，人機(jī)界面，警示功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p&

4、gt;<p>　　To move the liquid filling liquid vehicle system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the popularization and development of industrial automation , the contr

5、oller increases the demand for year proposed a PLC based on a variety of liquid fluid , filling dump achieve monitoring and control of the control system design ideas, plus liquid vehicle is special vehicles used during

6、dump , commonly used in the process of filling liquid transport session , complete liquid extraction and dump purposes, subject to design a device , the liquid delivered to the target area , easy to opera</p><

7、p>　　Keywords:Add liquid vehicles, programmable controllers, HMI, warning function, system design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstra

8、ctII</p><p><b>　　1緒 論1</b></p><p>　　1.1國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義1</p><p><b>　　1.3方案討論2</b></p><p>　　1.3.1動(dòng)力系統(tǒng)

9、及機(jī)械機(jī)構(gòu)2</p><p>　　1.3.2電氣控制系統(tǒng)2</p><p>　　1.4 主要任務(wù)3</p><p><b>　　2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇4</p><p>　　2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>

10、　　2.2.1底座設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.2支架設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.3夾具設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2.4電機(jī)的選擇與計(jì)算9</p><p>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 可編程序控制器12</p><p>　　3.1.1 P

11、LC的介紹12</p><p>　　3.1.2可編程序的控制類型12</p><p>　　3.1.3 PLC的特點(diǎn)12</p><p>　　3.1.4 PLC的工作原理 13</p><p>　　3.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.1 PLC的I/O口分配15<

12、/p><p>　　3.2.2 PLC的I/O接線圖16</p><p>　　3.3 電機(jī)控制部分18</p><p>　　3.3.1 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式及其比較18</p><p>　　3.4 編碼器的選型22</p><p>　　3.4.1編碼器信號(hào)輸出形式23</p><p>　　3.

13、4.2 編碼器的應(yīng)用24</p><p>　　4 人機(jī)界面(HMI)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1觸摸屏概述25</p><p>　　4.2 EasyBuilder800025</p><p>　　4.2.1功能介紹EB800025</p><p>　　5 總結(jié)與展望29</p><

14、;p><b>　　致 謝30</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)31</p><p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　1.1國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，我國工程機(jī)械行業(yè)已具備了相當(dāng)?shù)囊?guī)模和技術(shù)水平，能生產(chǎn)出接近和達(dá)到國際領(lǐng)先水平

15、的產(chǎn)品，并出現(xiàn)了在國際上享有一定知名度的品牌，行業(yè)基本形成了一個(gè)完整的體系，除特種大型的工程機(jī)械外，能夠生產(chǎn)國內(nèi)工程建設(shè)所需要的二十大類產(chǎn)品、280多個(gè)系列、1700多個(gè)品種、4000多個(gè)規(guī)格。2013年，工程機(jī)械出口一路高歌，極大地提振了行業(yè)信心。龍頭企業(yè)徐工國際化進(jìn)程逆勢提速，出口額五年來累計(jì)達(dá)42.2億美元，出口規(guī)模保持國內(nèi)行業(yè)第一，成為中國制造“走出去”的標(biāo)桿。</p><p>　　目前，我國已超越美國、

16、日本、歐洲成為全球最大的工程機(jī)械市場，這對(duì)投資者來說意味著良好的投資機(jī)會(huì)。大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等，都將直接帶動(dòng)工程機(jī)械市場繼續(xù)發(fā)展。</p><p>　　隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，很多城市興建樓房、基礎(chǔ)設(shè)施，工程機(jī)械需求量很大，還有很多發(fā)展中國家，由于國內(nèi)不能夠滿足需求也需要從國外進(jìn)口，這樣就給我們創(chuàng)造了很多機(jī)會(huì)。國內(nèi)的的工程機(jī)械一直都以廉價(jià)、實(shí)用，以及售后服務(wù)贏得國外市場，這樣的產(chǎn)品對(duì)他們來說

17、也是合適的選擇。</p><p>　　1.2移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　移動(dòng)加液車是實(shí)現(xiàn)液體轉(zhuǎn)存和抽取，將原料輸送到目標(biāo)區(qū)域。所以加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得的尤為重要，步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)加液炮臂在平面內(nèi)90度展開、收起，整體應(yīng)用PLC（S7-200）控制，并且對(duì)液車各個(gè)泵、電機(jī)、液位的監(jiān)控和控制，統(tǒng)一在觸摸屏人機(jī)界面（EB8000）上進(jìn)行顯示和操作，同時(shí)設(shè)計(jì)操作面板，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)

18、操作，提供必要的警示功能。本課題移動(dòng)加液車設(shè)計(jì)一套液體加注系統(tǒng)，題目是一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)課題，對(duì)學(xué)生的要求很全面。</p><p>　　通過本次環(huán)節(jié)很好的把教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，是一次綜合性的大檢驗(yàn)。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生新產(chǎn)品的開發(fā)能力，以及熟練掌握文獻(xiàn)檢索、寫作能力、溝通能力。</p><p><b>　　1.3方案討論</b></p><p&

19、gt;　　1.3.1動(dòng)力系統(tǒng)及機(jī)械機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　圖1-1 機(jī)械結(jié)構(gòu)</b></p><p>　?。?）機(jī)械機(jī)構(gòu)：可用電瓶直接驅(qū)動(dòng)輔助液壓泵收起加液炮臂；保證各運(yùn)動(dòng)件工作靈活，按要求配置旋轉(zhuǎn)軸固定座、旋轉(zhuǎn)軸、固定座、銷軸等。加液炮臂收回后要有固定架，所有結(jié)構(gòu)做防銹處理。</p><p>　?。?） 液壓系統(tǒng)：動(dòng)力單元包括：直流

20、電機(jī)、泵、溢流閥、電磁換向閥、閥塊、限位開關(guān)、油箱（4L）等。油缸（參考尺寸φ 50 × 350mm ）、管路（軟管、管夾、接頭）等。應(yīng)提供各液壓泵、液壓缸制造商全稱、國別、品牌、型號(hào)、詳細(xì)參數(shù)、廠址的說明。</p><p>　?。?） 加液炮臂結(jié)構(gòu)，已知參考數(shù)據(jù)：加液炮臂總長5米，前部4米，后部1米。不銹鋼管采用φ89×3。</p><p>　?。?） 操作控制采用：

21、觸摸屏控制（置于駕駛員側(cè)設(shè)備廂內(nèi)）。</p><p>　　1.3.2電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)：整車控制系統(tǒng)采取PLC觸摸屏控制，在車體一側(cè)設(shè)置觸摸屏控制面板，控制面板上需提供照明裝置，其中包括發(fā)電機(jī)組控制和整個(gè)動(dòng)力控制面板，實(shí)現(xiàn)整車所有功能全觸摸屏控制功能，并配置手動(dòng)控制功能，且能實(shí)現(xiàn)觸摸控制及手動(dòng)控制切換?？刂泼姘宄叽纾?00寬*700高（參考尺寸），顏色：白色。<

22、;/p><p>　?。?） 液壓控制：利用24V電瓶電源，可以開啟電磁換向閥、溢流閥、液壓泵；油缸工作，可以進(jìn)行加液炮臂展開及收起。液壓控制應(yīng)采用直流接觸器。</p><p>　?。?） 照明控制：利用24V電瓶電源，觸摸屏上界面切換至照明控制，在車頭、車尾和最高點(diǎn)設(shè)有黃色警示燈和示寬燈用于夜間安全警示，在人工操作部分安裝防爆照明燈（一用一備）用于夜間工作照明配，前后設(shè)備廂安裝照明燈。<

23、/p><p>　?。?） 發(fā)電機(jī)控制：（發(fā)電機(jī)廠家提供，控制廂面板放置在駕駛員側(cè)設(shè)備廂內(nèi)，，固定之），安裝電瓶開關(guān)。</p><p>　?。?） 液位報(bào)警顯示及控制（具有液位數(shù)顯、高低液位報(bào)警、消音功能，液位顯示儀表、報(bào)警器、消音按鈕，液位計(jì)廠家提供，液壓控制廠家安裝在控制柜上），避免泵空轉(zhuǎn)或液體溢出。</p><p>　?。?） 5臺(tái)泵的控制：加液泵ISGB80-20

24、(I)A，功率為7.5kw，2臺(tái)；進(jìn)液泵KCB-483.3，功率為7.5 kw，3臺(tái)。每臺(tái)泵配置：啟停按鈕、運(yùn)行故障指示燈。必須有空開、交流接觸器、熱繼。</p><p>　　（6） 電磁閥的控制：打開、關(guān)閉除冰液管路上電磁閥2臺(tái)（24V）。</p><p>　?。?） 安裝雷達(dá)和倒車影像系統(tǒng)，攝像頭必須高清、防水、防霧并帶夜視功能。監(jiān)視屏放置在駕駛室。</p><p&

25、gt;<b>　　1.4 主要任務(wù)</b></p><p>　?。?）查閱資料并整理，提出測量儀機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，同時(shí)完成開題報(bào)告。</p><p>　　（2）提出系統(tǒng)控制方案，選定主控系統(tǒng)類型，設(shè)計(jì)加液操作的炮臂伺服控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)加液車各個(gè)泵、電機(jī)、液位的監(jiān)視和控制。</p><p>　?。?）觸摸屏并且在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示和操作，同時(shí)設(shè)計(jì)操作

26、面板，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，提供必要的警示功能。</p><p>　?。?）完成設(shè)計(jì)圖紙，撰寫1.5萬字的說明書，翻譯3000字的專業(yè)技術(shù)文章。</p><p><b>　　2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，加液炮臂需滿足360°旋轉(zhuǎn)，且需設(shè)計(jì)固定架

27、。為保證加液炮臂完成加液操作，加液炮臂需滿足升降功能。</p><p>　　加液炮臂可能的形式很多，按照坐標(biāo)形式分類，可分為直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式，下面對(duì)加液炮臂可能的形式進(jìn)行簡單的對(duì)比。</p><p><b>　　1）直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　直角坐標(biāo)式可滿足加液炮臂的上升下降、前移后移和左移右移，可以向

28、X、Y、Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，但是不能實(shí)現(xiàn)加液炮臂的旋轉(zhuǎn)，不滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　圖2-1 直角坐標(biāo)</b></p><p><b>　　2）圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)允許加液炮臂的旋轉(zhuǎn)，上升下降，即可以繞Z軸旋轉(zhuǎn)，沿Z軸運(yùn)動(dòng)，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p

29、><b>　　圖2-2 圓柱坐標(biāo)</b></p><p><b>　　3）球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)0</b></p><p>　　球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)允許加液炮臂繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　圖2-3 球坐標(biāo)</b></p><p><b>　　4

30、）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　綜上所述，滿足要求的結(jié)構(gòu)形式為圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)和球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，考慮到加液炮臂前端有一根用于加注操作的軟管，所以加液炮臂的升降沒有很高的精度要求，球狀式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為簡單便捷，根據(jù)實(shí)際需求，本次設(shè)計(jì)只需用到球狀坐標(biāo)的Z軸正半軸以上空間，且加液炮臂不允許向上抬升至90°，本次設(shè)計(jì)設(shè)定最大仰角α=60°。</p><p>

31、<b>　　圖2-4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)</b></p><p>　　2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在水平面內(nèi)適用于360°加液炮臂旋轉(zhuǎn)的展開、收起操作控制，在豎直面內(nèi)可以90º內(nèi)旋轉(zhuǎn)，加液炮臂總長5米，前部4米，后部1米。采用φ89不銹鋼管。</p><p><b>　　圖2-5 機(jī)械結(jié)構(gòu)<

32、/b></p><p>　?。?）如圖所示，炮臂的在水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)是通過安裝在水平面內(nèi)的齒輪來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　圖2-6 360°旋轉(zhuǎn)示意圖</p><p>　?。?）如圖所示，炮臂在豎直面內(nèi)90°展開與收起是通過豎直面的渦輪實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖2-7 豎直面90°

33、展開與收起</p><p><b>　　2.2.1底座設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)構(gòu)底座是承載機(jī)構(gòu)所有重量的基礎(chǔ)，它對(duì)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、可加工性要求很嚴(yán)格。一個(gè)機(jī)構(gòu)的底座主要實(shí)現(xiàn)支撐功能，這也涉及到整體設(shè)計(jì)的布局和結(jié)構(gòu)。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)構(gòu)工作時(shí)的穩(wěn)定行。</p><p><b>　　圖2-8 底座<

34、/b></p><p>　　2.2.2支架設(shè)計(jì)</p><p>　　支架主要實(shí)現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的360°旋轉(zhuǎn)和支撐水平軸，360°旋轉(zhuǎn)是通過安裝在支架軸上的齒輪連接直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。支架通過兩個(gè)推力軸承安裝在底座內(nèi)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　圖2-9支架</b></p><p>

35、<b>　　2.2.3夾具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　夾具安裝在支架內(nèi)，通過一個(gè)縮緊套夾住炮臂來在豎直面內(nèi)展開與收起。它的動(dòng)力是通過安裝在夾具軸上的一個(gè)渦輪來提供。</p><p><b>　　圖2-10夾具</b></p><p><b>　　自鎖機(jī)構(gòu)：</b></p><

36、p>　　自鎖是如果作用于物體的主動(dòng)力的合力Q的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個(gè)力怎樣大，總有一個(gè)全反力R與之平衡，物體保持靜止；反之，如果主動(dòng)力的合力Q的作用線在磨擦角之外，則無論這個(gè)力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。</p><p>　　蝸輪減速機(jī)特點(diǎn)與自鎖功能的應(yīng)用 </p><p&g

37、t;<b>　　圖2-11蝸輪蝸桿</b></p><p>　　實(shí)際上蝸輪減速機(jī)就是蝸輪蝸桿減速器，因?yàn)槲佪喤c蝸桿在減速器的應(yīng)用當(dāng)中都是成對(duì)出現(xiàn)的。減速器中有一個(gè)蝸桿就一定會(huì)有一個(gè)蝸輪，因此蝸輪減速器只是人們對(duì)蝸輪蝸桿減速器的一種口語化叫法。但通常大家更喜歡把蝸輪蝸桿減速器稱為蝸輪蝸桿減速機(jī)。或者說蝸輪蝸桿減速機(jī)是更通用的一種叫法。 </p><p>　　簡

38、單介紹一下蝸輪及蝸桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： </p><p>　　蝸輪蝸桿可以得到很大的傳動(dòng)比，比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊。兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu) 蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。</p><p>　　具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能由

39、蝸輪帶動(dòng)蝸桿。如在其重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。 </p><p>　　傳動(dòng)效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)時(shí)，嚙合輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對(duì)滑動(dòng)速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價(jià)格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高 蝸桿軸向力較大。 </p>

40、<p>　　蝸輪蝸桿減速機(jī)自鎖功能的應(yīng)用： </p><p>　　在減速機(jī)的傳動(dòng)方式中,蝸輪傳動(dòng)具備其他齒輪傳動(dòng)所沒有特性,即蝸桿可以輕易轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪，但蝸輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿。這是因?yàn)槲佪單仐U的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)是通過摩擦實(shí)現(xiàn)的造成的。 </p><p>　　蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式具有的自鎖止功能在機(jī)械應(yīng)用很有用處，比如卷揚(yáng)機(jī)，輸送設(shè)備等等。然而也是因?yàn)槲佪單仐U的摩擦傳動(dòng)方式，也造

41、成了蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率相對(duì)齒輪傳動(dòng)要低很多。 </p><p>　　備注：不過要注意的一點(diǎn)是，不是所有的蝸輪減速機(jī)都具有很好的自鎖功能，蝸輪的自鎖功能要達(dá)到一定的速比才能實(shí)現(xiàn)。這和導(dǎo)程角有關(guān)，即小速比的蝸輪蝸桿自鎖功能就不那么理想。</p><p>　　2.2.4電機(jī)的選擇與計(jì)算</p><p>　　電機(jī)選型表中有部分參數(shù)需要計(jì)算來得到。但是實(shí)際計(jì)算中許多

42、情況我們都無法得到確切的機(jī)械參數(shù)，因此，這里只給出比較簡單的計(jì)算方法。</p><p><b>　?。╝）靜態(tài)力矩</b></p><p>　　圖2-13 炮臂尺寸</p><p>　　M(炮臂界面)=（ R12-R22）πρ1+R22πρ2=（44.52-432）*π*7.9+432π*ρ2=3.26+5.8=9.06kg</p>

43、<p>　　T水平軸=M右-M左=1.75*9.06-0.5*9.06=11.325Nm</p><p>　　則，F(xiàn)t2=渦=11.325/200mm=56.625N</p><p><b>　　根據(jù)蝸輪蝸桿公式：</b></p><p>　　傳動(dòng)比：i=Z2/Z1=32/1=32</p><p>　　蝸輪

44、蝸桿總效率：η=η1η2η3=0.8</p><p><b>　　T2=T1iη</b></p><p>　　Fa1=Ft2=2T2/D2</p><p>　　得，F(xiàn)t1=0.22N</p><p>　　T電機(jī)1=Ft1*50mm=0.22*0.05= 0.011Nm </p><p>　　(b

45、 ) 初定炮臂以ω=0.2m/s</p><p>　　渦輪V=ω*r=0.2*0.2=0.04m/s</p><p>　　蝸桿V=0.04*32=1.28m/s</p><p>　　則，n=V/Dπ=1.28/π*0.05m=8.148r/min </p><p>　　圖2-14 蝸輪蝸桿受力分析</p>

46、<p>　　(c) 驅(qū)動(dòng)要求分析</p><p>　?。?） 估算驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求可知，加液炮臂長l=5m，不銹鋼材質(zhì)，管口尺寸為：φ89×3。由solidworks質(zhì)量測量工具測量可知，加液炮臂的質(zhì)量為m=31.205kg。當(dāng)加液炮臂處于水平位置時(shí)，炮臂對(duì)固定架的扭矩達(dá)到最大，此時(shí)加液炮臂對(duì)固定架的扭矩約為：</p><p

47、>　　N1=mg(L-l)=31.205×9.8×(2-0.5)=458N?m (2-1)</p><p>　　在加液過程中，加液炮臂靜止不動(dòng)，此時(shí)炮臂內(nèi)有加注液體，以液體的密度為水的密度的2倍計(jì)算，估算此時(shí)的加液炮臂（包括管內(nèi)液體）的質(zhì)量為M=54kg。加液炮臂對(duì)固定架的最大扭矩為：</p><p>　　N2=Mg(L-l)=5

48、4×9.8×(2-0.5)=793.8N?m (2-2)</p><p>　　加液炮臂支撐柱由兩個(gè)單列圓錐滾子軸承固定，圓錐滾子軸承承受著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的豎直壓力，由于受力方向單一，2個(gè)單列圓錐滾子軸承采用同向安裝的形式。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的水平旋轉(zhuǎn)主要克服圓錐滾子軸承的摩擦力矩。</p><p>　?。?） 估算所需功率</p>

49、<p>　　加液炮臂在操作過程中要求低速緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)定升降轉(zhuǎn)動(dòng)速度為0.5rmp（約為0.05rad/s），即加液炮臂每秒轉(zhuǎn)動(dòng)3°，加液炮臂前端每秒升降0.2m。設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度為1.2rmp（約為0.125rad/s），即加液炮臂每秒水平旋轉(zhuǎn)7°，炮臂前端每秒轉(zhuǎn)過的弧度為：0.5m。由公式3-3可知：</p><p>　　P=T?ω

50、 （2-3）</p><p>　　加液炮臂升降時(shí)所需功率P1=22.9w。</p><p>　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求分析，未進(jìn)行輸液時(shí)，加液炮臂對(duì)固定架支點(diǎn)的最大扭矩約為458N?M，最大靜力矩為793N?m,無刷直流電機(jī)通過行星齒輪減速器減速輸出，并且在輸出軸上安裝一個(gè)半徑為15mm的直齒輪A，A與加液炮臂上固定架上的大直齒輪B（半徑150mm）連接，減速器

51、輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩最小為：45.8N?m，加液過程中所需的靜力矩為：79.3N?m，根據(jù)轉(zhuǎn)矩要求，選擇減速器型號(hào)為：北京和利時(shí)WPNF120型減速器，該減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為3000rmp，額定輸出轉(zhuǎn)矩為230NM，最大輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的兩倍，無刷電機(jī)的選擇型號(hào)為：北京和利時(shí)57BL-0730N1-LS-B，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為3000rmp，額定功率為70W，由于加液炮臂要求緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)減速器的減速比為320，所以輸出轉(zhuǎn)速為9.4rmp

52、，經(jīng)過大小齒輪再一次減速，加液炮臂的的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為1.4rmp，滿足緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)速率，估算出加液炮臂轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率為約53W，滿足加液炮臂的正常工作要求。驅(qū)動(dòng)加液炮臂水平轉(zhuǎn)盤電機(jī)同為上述型號(hào)，經(jīng)測算符合驅(qū)動(dòng)要求。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器為和利時(shí)公司為電機(jī)適配的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為：BL0408</p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>

53、　　3.1 可編程序控制器 </p><p>　　3.1.1 PLC的介紹</p><p>　　可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在

54、冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。</p><

55、p>　　3.1.2可編程序的控制類型</p><p><b>　　1）用于邏輯控制</b></p><p>　　這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。</p><p><b>　　2）用于模擬量控制</b></p>

56、;<p>　　PLC通過模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。</p><p>　　用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制</p><p>　　現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。</p><p><b>　　用于工業(yè)機(jī)器人控制</b>&l

57、t;/p><p>　　5） 用于多層分布式控制系統(tǒng)</p><p>　　高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　3.1.3 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p>

58、<p>　　PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時(shí)間間隔長達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。</p><p>　　2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)</p><p>　　由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必

59、改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。</p><p>　　3）編程簡單、使用、維護(hù)方便</p><p>　　4）組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣</p><p>　　PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。</p><p>　

60、　5） 體積小、重量輕、功耗低</p><p>　　PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。</p><p>　　3.1.4 PLC的工作原理 </p><p>　　可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序

61、來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)  或切換到STOP工作狀態(tài)。 </p><p>　　除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)

62、算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。 </p><p>　　在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 </p><p>　　在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（ST

63、OP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。 </p><p>　　在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入

64、輸入寄存器。 </p><p>　　外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入

65、處理階段被讀入。 </p><p>　　可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器

66、除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。 </p><p>　　若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處

67、理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。 掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間

68、在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。</p><p><b>　　圖3-1 掃描過程</b></p><p>　　（1）輸入采樣階段 </p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)

69、階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　?。?）用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系

70、統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。 </p><p>　?。?）輸出刷新階段 </p><p>　　在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。</p><p>　　(4)輸入

71、/輸出滯后時(shí)間 </p><p>　　輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短

72、，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的

73、可編程序控制器或采取其他措施。</p><p>　　3.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)分析選擇用“CPU226 AC/DC/繼電器24輸入/16繼電器輸出”型PLC，同時(shí)，考慮到I/O端的分組情況以及隔離與接地要求，增加10%-20%的裕量。另配一個(gè)EM223 24 VDC數(shù)字組合8輸入/8輸出的擴(kuò)展模塊和一個(gè)EM221位控模塊。</p><p>

74、　　3.2.1 PLC的I/O口分配</p><p>　　本控制系統(tǒng)的PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。</p><p>　　1）PLC的輸入端口包括自動(dòng)循環(huán)工作按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕、總停按鈕等，還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，外接電路電磁閥的輸入點(diǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入等。</p><p>　　2）PLC的輸出端口包括運(yùn)行指

75、示燈、繼電器、外部接口、伺服電機(jī)接口、EM223。EM221輸入等。</p><p>　　表3-1 I/O分配（移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)）</p><p>　　3.2.2 PLC的I/O接線圖</p><p>　　PLC的輸入接口I0.0~I0.2為旋轉(zhuǎn)編碼器A、B、C輸入點(diǎn)，I81.0~I1.5為操作面板的輸入按鈕信號(hào)，輸入點(diǎn)I1.6~I2.1為行程開關(guān)的輸入

76、信號(hào)輸入點(diǎn)，I2.4、I2.5為兩個(gè)機(jī)構(gòu)接近開關(guān)的信號(hào)輸入點(diǎn)，I2.6、I2.7為伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警輸入點(diǎn)，I3.0、I3.1為伺服電機(jī)定位完成的信號(hào)輸入點(diǎn)。PLC的輸出點(diǎn)Q0.0~Q0.6為各種燈信號(hào)的輸出，Q0.7~Q1.4輸出給外部的信號(hào)，來確定機(jī)構(gòu)當(dāng)前的狀態(tài)，Q1.5~Q1.7輸出至驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源，Q2.0~Q2.3輸出至定位模塊來控制伺服電機(jī)的運(yùn)行停止，Q2.4、Q2.5接通進(jìn)液泵、報(bào)警器。</p><p&g

77、t;　　圖3-2 I/O分配</p><p>　　3.3 電機(jī)控制部分</p><p>　　3.3.1 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式及其比較</p><p>　　對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的主要要求有：</p><p>　?。?) 有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　（2）在滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動(dòng)電流越小越好；</p>

78、;<p>　?。?） 啟動(dòng)平滑，即啟動(dòng)時(shí)平滑加速，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊；</p><p>　?。?） 啟動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；</p><p>　　（5） 啟動(dòng)過程中的功率損耗越小越好。</p><p>　　一般電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)定子從電網(wǎng)中取用的電流約為電機(jī)額定電流的5～7倍。小電機(jī)啟動(dòng)后經(jīng)一兩秒鐘，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸升高，電流迅速

79、減小；而大電機(jī)要經(jīng)十幾秒，甚至幾十秒后轉(zhuǎn)子才能達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。即要到啟動(dòng)結(jié)束，電流才降為額定值左右。</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流大，會(huì)對(duì)使用帶來什么問題呢?如果這臺(tái)電機(jī)使用時(shí)啟動(dòng)次數(shù)頻繁，電機(jī)則會(huì)由于啟動(dòng)電流的影響而發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)影響電機(jī)正常使用壽命。此外，如果所使用的電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)雖然不頻繁，當(dāng)它的容量超過電源變壓器容量的30%時(shí)，由于啟動(dòng)電流大，會(huì)造成變壓器對(duì)外供電的輸電線上的電壓降過大，從而影響接在同

80、一臺(tái)變壓器上的其他用電設(shè)備的工作。因而在啟動(dòng)時(shí)必須采取一定的措施，以限制啟動(dòng)電流不致過大。由于使用電機(jī)種類不同，生產(chǎn)情況不同，所以電機(jī)啟動(dòng)方法也不同。</p><p>　?。?）直接啟動(dòng)（全壓啟動(dòng)）</p><p>　　所謂直接啟動(dòng)就是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過閘刀開關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下啟動(dòng)，如圖2-2.由于直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流很大，因此，在什么情況下才允許采用直接啟動(dòng)，有關(guān)供

81、電、動(dòng)力部門都有規(guī)定，主要取決于電動(dòng)機(jī)的功率與供電變壓器的容量之比值。一般在有獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的20%時(shí)允許直接啟動(dòng)；若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常啟動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的30%時(shí)也允許直接啟動(dòng)。如果在沒有獨(dú)立的變壓器供電的情況下，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式估算，滿足下列關(guān)系即可直接啟動(dòng)：</p><p><b>　?。?-1）

82、</b></p><p>　　如果不能滿足上式的要求，則必須采用減壓啟動(dòng)的方法，通過減壓，把啟動(dòng)電流Ist限制到允許的數(shù)值。</p><p>　　圖3-3 直接啟動(dòng)原理圖</p><p>　?。?）傳統(tǒng)減壓啟動(dòng)方式</p><p>　　減壓起動(dòng)是在起動(dòng)時(shí)先降低定子繞組上的電壓，待起動(dòng)后，再把電壓恢復(fù)到額定值。減壓起動(dòng)雖然可以減小起

83、動(dòng)電流，但是同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)減小。因此，減壓起動(dòng)方法一般只適用于輕載或空載情況。傳統(tǒng)減壓起動(dòng)的具體方法很多，這里介紹以下三種減壓起動(dòng)的方法：</p><p>　　(a)定子繞組串接電阻或電抗起動(dòng)</p><p>　　定子繞組串電阻或電抗相當(dāng)于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路可知：起動(dòng)電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的。但考慮到起動(dòng)

84、轉(zhuǎn)矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)降低的更多。因此，這種起動(dòng)方法僅僅適用于空載或輕載起動(dòng)場合。</p><p>　　對(duì)于容量較小的異步電動(dòng)機(jī)，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)，考慮到串接電阻會(huì)造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動(dòng)。</p><p>　　如圖2-3所示：當(dāng)起動(dòng)電機(jī)時(shí)，合上開關(guān)Q，交流接觸器KM斷開，使電源經(jīng)電阻或電抗R流進(jìn)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完

85、成時(shí)KM吸合，短接電阻或電抗R。</p><p>　　圖3-4 定子繞組串電阻或電抗起動(dòng)原理圖</p><p>　　(b)丫-△降壓啟動(dòng)</p><p>　　圖2-4為Y-△降壓啟動(dòng)的原理接線圖，啟動(dòng)時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)KM1和KM2閉合，KM3斷開，將定子繞組接成星形，待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將KM2斷開，KM3閉合，將定子繞組接成三角形，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程完成而轉(zhuǎn)入正

86、常運(yùn)行。這適用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的情況。</p><p>　　設(shè)為電源線電壓，及為定子繞組分別接成星形及三角形的啟動(dòng)電流(線電流)，Z為電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>

87、;　　所以，即定子接成星形時(shí)的啟動(dòng)電流等于接成三角形時(shí)啟動(dòng)電流的1/3，而接成星形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，接成三角形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以，，即Y連接降壓啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有連接直接啟動(dòng)時(shí)的1/3。</p><p>　　這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、啟動(dòng)電流??；缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且啟動(dòng)電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)，故只適用于空載或輕載啟動(dòng)的場合，并只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組按三角形接線的異步電動(dòng)機(jī)。由于這種方法應(yīng)用廣泛，我國規(guī)

88、定4kw及以上的三相異步電動(dòng)機(jī)，其定子額定電壓為380V，連接方法為三角形。當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，它們就能采用換接啟動(dòng)[8]。</p><p>　　圖3-5 星-三角形啟動(dòng)法的原理圖</p><p>　　(c)自耦變壓器啟動(dòng)</p><p>　　自耦變壓器啟動(dòng)法就是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動(dòng)機(jī)上，待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將自耦變壓器從電源

89、切除，而使電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運(yùn)行的一種啟動(dòng)方法。</p><p>　　圖2-5所示為自耦變壓器起動(dòng)的自動(dòng)控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關(guān)Q接通三相電源。按啟動(dòng)按鈕后KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時(shí)由于KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如65％)將三相電壓的65％接入電動(dòng)。當(dāng)時(shí)間繼電器KT延時(shí)

90、完畢閉合后，KM1線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時(shí)KM2線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。自耦變壓器一般有65％和80％額定電壓的兩組抽頭。</p><p>　　若自耦變壓器的變比為k，與直接起動(dòng)相比，采用自耦變壓器起動(dòng)時(shí)，其一次側(cè)起動(dòng)線電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動(dòng)的l/k2。</p><p>　　自耦變壓器起動(dòng)法不受電動(dòng)機(jī)

91、繞組接線方式(丫接法或△接法)的限制，允許的起動(dòng)電流和所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費(fèi)用較高。</p><p>　　圖3-6 異步電動(dòng)機(jī)的自耦變壓器啟動(dòng)法</p><p>　　自耦變壓器起動(dòng)適用于容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)用，應(yīng)用非常廣泛，有手動(dòng)及自動(dòng)控制線路。其優(yōu)點(diǎn)是電壓抽頭可供不同負(fù)載起動(dòng)時(shí)選擇；缺點(diǎn)是質(zhì)量大、體積大、價(jià)格高、維護(hù)檢修費(fèi)用高。</p>&l

92、t;p><b>　?。╠）智能軟啟動(dòng)</b></p><p>　　軟啟動(dòng)器是一種集軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft Starter。實(shí)現(xiàn)在整個(gè)啟動(dòng)過程中無沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。軟啟動(dòng)器主要是由串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路所構(gòu)成，如圖2-6所示

93、。</p><p>　　圖3-7 軟啟動(dòng)器工作原理</p><p>　　軟啟動(dòng)器的工作原理是，控制電路運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動(dòng)結(jié)束，賦予電動(dòng)機(jī)全電壓，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。在軟啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。采用軟啟動(dòng)器，可以控制電動(dòng)機(jī)電壓，使其在啟動(dòng)過程中逐漸升高，很自然地控制啟動(dòng)電流，這就意味著電動(dòng)機(jī)

94、可以平穩(wěn)啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力降至最小。</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的性能及無需維護(hù)的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其啟動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流（一般為Ie的5-8倍），同時(shí)由于啟動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。隨著傳動(dòng)控制對(duì)自動(dòng)化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件、單片機(jī)為控制核心的智能型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備－軟啟動(dòng)器，已在各行各業(yè)得到越來越多的應(yīng)用，由于軟啟動(dòng)器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并

95、且具有智能控制及多種保護(hù)功能，而且各項(xiàng)啟動(dòng)參數(shù)可根據(jù)不同負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，其負(fù)載適應(yīng)性很強(qiáng)。</p><p>　　軟啟動(dòng)器的主要特點(diǎn)有：過載保護(hù)功能、斷相保護(hù)功能、過熱保護(hù)功能、測量回路參數(shù)功能、通過電子電路的組合在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓啟動(dòng)器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓啟動(dòng)方式（如串電阻啟動(dòng)，丫-△降壓啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等）有更多優(yōu)點(diǎn)。

96、在上述基礎(chǔ)上，把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微處理器代替模擬控制電路，使早期的軟起動(dòng)器已發(fā)展成智能軟起動(dòng)器，因此本次設(shè)計(jì)選用智能軟啟動(dòng)器。</p><p>　　3.4 編碼器的選型</p><p>　　炮臂的位置需要控制，這里通過編碼器來控制位置。由于本次位置控制不需要太高的精度，因此在產(chǎn)品的選擇上可以降低要求。其中長春三豐光電儀器制造有限公司正式推出增量型實(shí)心軸編碼器PIB系列，主

97、要用來偵測機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、位置、角度、距離或計(jì)數(shù)堅(jiān)固，耐用，承載能力大，安裝方便。由于產(chǎn)品已進(jìn)入量產(chǎn)的成熟穩(wěn)定期，有一定的市場占有率并且價(jià)格合理。</p><p>　　選用PIB10-1024-G5E型編碼器，脈沖數(shù)1024P/R，電纜側(cè)出，電壓5V，電壓輸出，和PIB8-102-G5E型編碼器，脈沖數(shù)1024P/R，電纜側(cè)出，電壓5V，電壓輸出。</p><p>　　圖3-8 旋轉(zhuǎn)編碼器

98、</p><p>　　3.4.1編碼器信號(hào)輸出形式</p><p>　　編碼器信號(hào)輸出[12]有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出等輸出形式。</p><p><b>　?。?）并行輸出</b></p><p>　　對(duì)于絕對(duì)編碼器，信號(hào)并行輸出是時(shí)間上數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)出；空間上，每個(gè)位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。對(duì)于位

99、數(shù)不高的絕對(duì)編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進(jìn)入PLC或上位機(jī)的I/O接口。輸出即時(shí)，連接簡單。對(duì)于位數(shù)較多的絕對(duì)編碼器，有許多芯電纜，由此帶來工程難度和諸多不便、降低了可靠性。因此，絕對(duì)編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出。</p><p><b>　?。?）串行輸出</b></p><p>　　串行輸出是時(shí)間上數(shù)據(jù)按照約定，有先后輸出；空

100、間上，所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組電纜上(先后)發(fā)出。這種約定稱為“通訊協(xié)議"，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。串行輸出連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，可靠性就大大提高了，但傳輸速度比并行輸出慢。</p><p>　?。?）現(xiàn)場總線型輸出</p><p>　　現(xiàn)場總線型編碼器是多個(gè)編碼器各以一對(duì)信號(hào)線連接在一起，通過設(shè)定地址，用通訊方式傳輸信號(hào)。信號(hào)的接收設(shè)備只

101、需一個(gè)接口，就可以讀多個(gè)編碼器信號(hào)。常用總線型編碼器有PROFIBUS，DP、CAN、Device Net、Inter bus等。總線型編碼器可以節(jié)省連接線纜、接收設(shè)備接口，傳輸距離遠(yuǎn)，在多個(gè)編碼器集中控制的情況下還可以大大節(jié)省成本。</p><p>　?。?）變送一體型輸出</p><p>　　信號(hào)已經(jīng)在編碼器內(nèi)換算后直接變送輸出，其有模擬量4～20mA輸出、RS485數(shù)字輸出、USB輸

102、出、14位并行輸出。</p><p>　　3.4.2 編碼器的應(yīng)用</p><p>　　在施工中，施工人員要對(duì)施工的過程和質(zhì)量做嚴(yán)格的控制和監(jiān)控，這其中有幾個(gè)重要的參數(shù)都需要進(jìn)行位移測量，比如成孔前的地面定位、制樁的樁深度(即孔的深度)、每次振沖加密后樁的變化等。在這些參數(shù)中，都涉及到位移的測量問題，因此必須選用旋轉(zhuǎn)位移編碼器來進(jìn)行位移測量[13]和位置的定位。</p>&l

103、t;p>　　在位移測量控制中，本系統(tǒng)選用光電旋轉(zhuǎn)式位移編碼器。并且將編碼器安裝在吊車上，當(dāng)?shù)踯噷?duì)振沖器進(jìn)行上拉或下垂過程中，吊車的吊繩就會(huì)帶動(dòng)編碼器進(jìn)行工作，進(jìn)而進(jìn)行位移測量。</p><p>　　編碼器由總線連接方式[14]接入或者通過編碼器自帶的RS-485接口或RS232接口與PLC進(jìn)行連接，PLC讀取編碼器的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、容錯(cuò)等處理，每個(gè)編碼器產(chǎn)生多達(dá)二十四個(gè)(理論上講是沒有數(shù)量限制、依據(jù)所需控制執(zhí)

104、行機(jī)構(gòu)的數(shù)量而定)不同時(shí)序的方波、此方波僅作為PLC的中間變量。PLC按照方波產(chǎn)生不同時(shí)序的輸出信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。</p><p>　　4 人機(jī)界面(HMI)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1觸摸屏概述</b></p><p>　　觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)

105、，我們用戶只要用手指輕輕地指碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。</p><p>　　工業(yè)用觸摸屏是觸摸式工業(yè)圖形顯示器的簡稱。它是一種連接人類和機(jī)器(主要是PLC)的人機(jī)界面[17](國外稱為HMI)，被稱為PLC的臉面。它是替代傳統(tǒng)控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器，可用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示[18]，以曲線、動(dòng)畫等形式描繪自動(dòng)化控

106、制過程，并可簡化PLC的控制程序。該類觸摸屏主要是用來監(jiān)視和控制。</p><p>　　WEINVIEWMT8000系列人機(jī)界面，是臺(tái)灣威綸科技研發(fā)的新一代高端人機(jī)界面產(chǎn)品，是專為工業(yè)領(lǐng)域高端客戶量身打造的領(lǐng)先人機(jī)界面：采用TFT LCD液晶顯示屏，色彩高達(dá)65536色；獨(dú)有3個(gè)COM接口，可任意組網(wǎng)、同時(shí)連接多臺(tái)PLC及控制器，支持一機(jī)多屏和一屏多機(jī)功能；擁有USB2.0接口，可直接連接USB打印機(jī)、USB鍵盤

107、、USB鼠標(biāo)，支持USB內(nèi)存裝置；特有音源輸出、MIC接口，CF Card接口，支持以太網(wǎng)資料上下載及遠(yuǎn)程監(jiān)控[19]。</p><p>　　4.2 EasyBuilder8000</p><p>　　4.2.1功能介紹EB8000</p><p>　　Windows 矢量字體</p><p>　　每個(gè)對(duì)象可使用窗口真實(shí)字體應(yīng)用于標(biāo)簽或文本內(nèi)

108、容，同時(shí)我們可以編輯字體的大小和顏色。真實(shí)字體同樣包含一些特殊的功能，例如：斜體，粗體，下劃線，閃爍和滾動(dòng)條。</p><p>　　EasyBuilder提供像中文、阿拉伯文等上千種的語言文字使用，我們只需要簡單的按下一個(gè)按鈕，就可以調(diào)整面板的顯示語言。這使得OEM廠商可以一個(gè)數(shù)據(jù)庫針對(duì)多個(gè)市場區(qū)域。</p><p><b>　?。?）安全功能</b></p&g

109、t;<p>　　就像開門的鑰匙一樣，安全功能可防止人擅自登陸人機(jī)界面</p><p><b>　?。?）資料取樣功能</b></p><p>　　(a) 用戶可配置數(shù)據(jù)的格式(整形或浮點(diǎn))和長度</p><p>　　(b) 提供周期或觸發(fā)式資料取樣模式</p><p>　　(c) 提供清除，暫停等功能&

110、lt;/p><p>　　(d) 資料取樣數(shù)據(jù)可保存在SD卡，USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備或HMI內(nèi)存中</p><p>　　(e) 可以通過打印機(jī)服務(wù)器保存并轉(zhuǎn)換到個(gè)人計(jì)算機(jī)</p><p>　　（3）報(bào)警和事件管理功能</p><p>　　通過報(bào)警/事件登錄對(duì)象，EasyBuilder8000提供了報(bào)警條、報(bào)警顯示和事件顯示等多種報(bào)警顯示方式：<

111、/p><p>　　1) 根據(jù)用戶的安全級(jí)別分類，管理報(bào)警功能使用報(bào)警分類和優(yōu)先報(bào)警級(jí)別來組織報(bào)警對(duì)象</p><p>　　2) 以下是兩種報(bào)警顯示方式</p><p>　　(a)滾動(dòng)條形式報(bào)警顯示對(duì)象，可顯示所有報(bào)警活動(dòng)列表</p><p>　　(b)報(bào)警條對(duì)象，可在水平方向單行滾動(dòng)顯示報(bào)警信息(如字幕)，它減少了報(bào)警顯示對(duì)象占據(jù)窗口的空間。&

112、lt;/p><p>　　(c) 報(bào)警信息可以顯示不同的語言，還可以配置報(bào)警聲音</p><p>　　(d) 報(bào)警數(shù)據(jù)文件可以在USB閃存盤或SD卡檢索最新報(bào)警事件。</p><p><b>　　(4)媒體播放功能</b></p><p>　　MT8000 X系列機(jī)器包含媒體播放器的視聽功能。企業(yè)可以通過此功能來顯示和展出企業(yè)

113、業(yè)務(wù)流程，重要的訊息，即時(shí)視頻報(bào)警等信息，甚至企業(yè)廣告和宣傳資料也可以順利播放。</p><p>　　1) 可自定義圖形和顏色，以配合您的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　2) 支持：前進(jìn)，后退，搜索，播放，暫停，縮放，下一頁，上一頁等功能。</p><p>　　3) 支持：mov, mpg, mp3, wmv, flv, avi,以及wav等多媒體格式。&