基于plc的采集試卷信息設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及_研究-碩士畢業(yè)論文

1、<p>　　分類(lèi)號(hào)： 密級(jí)： </p><p>　　U D C： 編號(hào)： </p><p>　　XXXXX碩士學(xué)位論文</p>

2、;<p>　　基于PLC的采集試卷信息設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究</p><p><b>　　資助基金項(xiàng)目： </b></p><p>　　Dissertation Submitted to</p><p>　　Hebei University of Technology</p><p><b>　　

3、for</b></p><p>　　The Master Degree of</p><p>　　Mechanical Manufacture and Automation</p><p>　　DESIGN AND RESEARCH THE CONTROL SYSTEM OF THE PAPERS INFORMATION COLLECTED EQUIPM

4、ENT BASED ON PLC </p><p><b>　　by</b></p><p><b>　　XXXX</b></p><p>　　Supervisor: Prof. XXXXX</p><p>　　March 2014</p><p>　　This work s

5、upported by the Natural Science Foundation of Tianjin of China, No. 08JCYBJC03200, 2008-2010, and the Natural Science Foundation of China, No. 51175144, 2012-2015.</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p>

6、<p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文不包含任何他人或集體已經(jīng)發(fā)表的作品內(nèi)容，也不包含本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人或集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名：

7、 日期：</p><p>　　關(guān)于學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)的說(shuō)明</p><p>　　本人完全了解河北工業(yè)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的以下規(guī)定：學(xué)校有權(quán)采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供本學(xué)位論文全文或者部分內(nèi)容的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流；學(xué)校有權(quán)向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。</

8、p><p>　?。ūＣ艿膶W(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名： 日期：</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

9、　　本文設(shè)計(jì)了采集試卷信息設(shè)備的控制系統(tǒng)，使本設(shè)備可以將藝術(shù)類(lèi)考生的圖畫(huà)試卷進(jìn)行自動(dòng)拍照，然后錄入到電腦里，以便老師閱卷。并且對(duì)其安全性可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。本人的主要研究成果如下：</p><p>　　1. 通過(guò)和其他控制器的比較，選擇出適合本設(shè)備控制系統(tǒng)的控制器，即可編程邏輯控制器。對(duì)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)部件的結(jié)構(gòu)、作用進(jìn)行了描述。對(duì)每個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)以及整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了描述。</p>

10、;<p>　　2. 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先對(duì)設(shè)備的氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括對(duì)氣動(dòng)元件的選擇。然后是照相系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括每個(gè)部件的選擇。接著選擇設(shè)備的指示燈、蜂鳴器，這些都可以反映設(shè)備的運(yùn)行情況。設(shè)備要運(yùn)行起來(lái)，必須要有反饋信號(hào)，所以接著對(duì)各種傳感器進(jìn)行了選擇設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)出設(shè)備的控制面板及控制電路。</p><p>　　3.首先對(duì)PLC有比較深入的了解，再通過(guò)對(duì)PLC的 I/O 點(diǎn)數(shù)估算、

11、內(nèi)存估算、響應(yīng)時(shí)間的考慮以及本設(shè)備的需求、經(jīng)濟(jì)方面的考慮，選擇了本設(shè)備控制系統(tǒng)的PLC及其模塊。</p><p>　　對(duì)本設(shè)備控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)地址進(jìn)行了分配，然后設(shè)計(jì)出PLC以及PLC輸入輸出元件的接線(xiàn)圖。根據(jù)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作設(shè)計(jì)出順序功能圖，進(jìn)而設(shè)計(jì)出自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的程序。根據(jù)手動(dòng)動(dòng)作設(shè)計(jì)出手動(dòng)時(shí)設(shè)備運(yùn)行的程序。根據(jù)自動(dòng)運(yùn)行程序與手動(dòng)運(yùn)行程序，設(shè)計(jì)出設(shè)備控制系統(tǒng)的完整程序。</p><p

12、>　　4. 在設(shè)備的機(jī)構(gòu)方面、傳感器方面、PLC的設(shè)計(jì)方面分別分析了設(shè)備的安全性與可靠性。首先是機(jī)構(gòu)方面，照相機(jī)支撐架的設(shè)計(jì)、吸紙部件的設(shè)計(jì)、吸紙異常時(shí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安全防護(hù)門(mén)的設(shè)計(jì)，都保證了設(shè)備在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的安全性、可靠性。然后使雙張傳感器的選擇設(shè)計(jì)，不但保證了設(shè)備在吸取異常紙張的情況下，設(shè)備可以進(jìn)行相應(yīng)的處理。而且還保證了對(duì)于不同材料的紙張，設(shè)備依然可以做出判斷。最后是PLC的設(shè)計(jì)，無(wú)論是從硬件方面還是從軟件方面，都保證了設(shè)備

13、運(yùn)行的安全性、可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：采集試卷信息設(shè)備 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可靠性分析</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper presents the control system of the equipment of the papers information

14、 that is collected. The device can photographs art drawing papers Automatically, and then sends photos into the computer, so the teacher can marking them. I analyze its safety and reliability. My main research contents a

15、re as follows:</p><p>　　First of all, I select the appropriate controller of the device control system by comparison with other controllers. That is the PLC. I analyze the mechanical design of the device, an

16、d describe the structure and function of each component. I describe the movement of the device.</p><p>　　Secondly, I design the hardware of the system. First of all I design equipment pneumatic system, inclu

17、ding the choice of pneumatic components. Then I design of the camera system, including selection of each component. Then I select the device light, buzzer, which can reflect the operation of the equipment. There must be

18、a feedback signal to the equipment, then I the design choice of a variety of sensor. Finally, I design of the control panel and control circuit devices.</p><p>　　Thirdly, I have a more in-depth understanding

19、 of PLC.I choose the PLC and its modules of the device control system, through the I / O points estimates, estimates of memory, response time of PLC, and considering the needs of the equipment, economic considerations.&l

20、t;/p><p>　　The address of the input and output signals for device control system were assigned, and then design a wiring diagram PLC and PLC input and output components. According to the action of the device I

21、design the sequential function chart , and then I design a program to automatically run. According to the manual operation of the device I designed to run the program manually. According to the program to run automatical

22、ly and manually, I design the complete program of the control systems.</p><p>　　Finally, I analyze the safety and reliability of the device in terms of institutional devices, sensors, the design of PLC. The

23、first is the institutional level. The camera bracket design, suction paper component design, the design of abnormal absorption mechanism and security doors guarantee the equipment in the mechanical structure of the secur

24、ity and reliability. Then teh design of double sheet sensor, not only to ensure that the equipment in the case of abnormal drawing paper , the device can</p><p>　　KEY WORDS: The equipment of collection of pa

25、pers formation PLC Design control system Reliability analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1選題背景及研究的意義1</p><p&

26、gt;　　1.2國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 運(yùn)動(dòng)控制卡1</p><p>　　1.2.2定時(shí)程序控制器2</p><p>　　1.2.3 單片機(jī)4</p><p>　　1.2.4 繼電器5</p><p>　　1.2.5 可編程邏輯控制器5</p><

27、;p>　　1.3 本課題選用PLC的原因9</p><p>　　1.3.1 與運(yùn)動(dòng)控制卡比較9</p><p>　　1.3.2與定時(shí)程序控制器比較9</p><p>　　1.3.3 與單片機(jī)比較10</p><p>　　1.3.4 與繼電器比較10</p><p>　　1.4本文的主要設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容11

28、</p><p>　　第二章 設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.1吸紙系統(tǒng)13</p><p>　　2.2厚度檢測(cè)系統(tǒng)14</p><p>　　2.3轉(zhuǎn)位系統(tǒng)14</p><p>　　2.4拍照系統(tǒng)14</p><p>　　2.5托盤(pán)移動(dòng)系統(tǒng)14</p>

29、<p>　　2.6托盤(pán)換位系統(tǒng)14</p><p>　　2.7紙筐及收集圖紙系統(tǒng)14</p><p>　　2.8 總體動(dòng)作順序15</p><p>　　2.8.1正常情況15</p><p>　　2.8.2 沒(méi)吸到紙的情況17</p><p>　　2.8.3 吸到多張紙的情況18</p&g

30、t;<p>　　2.9 本章小結(jié)20</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.1氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.2 氣動(dòng)元件的選擇21</p><p>　　3.2.1 氣源裝置22</p><p>　　3.2.2 節(jié)流閥22</p>

31、<p>　　3.2.3 換向閥22</p><p>　　3.2.4 減壓閥22</p><p>　　3.2.5 調(diào)速閥23</p><p>　　3.2.6 真空發(fā)生器及消聲器23</p><p><b>　　3.3傳感器23</b></p><p>　　3.3.1光電式傳感器

32、24</p><p>　　3.3.2電感式傳感器24</p><p>　　3.3.3 雙張檢測(cè)傳感器25</p><p>　　3.3.4 磁性開(kāi)關(guān)25</p><p>　　3.4 照相系統(tǒng)26</p><p>　　3.5 指示燈及蜂鳴器27</p><p>　　3.6 控制電路的設(shè)計(jì)

33、27</p><p>　　3.6.1控制面板的設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.6.2輸入輸出電路的設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.7 本章小結(jié)28</p><p>　　第四章 PLC的介紹及PLC型號(hào)的選擇29</p><p>　　4.1 PLC的特點(diǎn)29</p><p>　　4

34、.1.1 PLC的優(yōu)點(diǎn)29</p><p>　　4.1.2 PLC控制的缺點(diǎn)31</p><p>　　4.2可編程邏輯控制的分類(lèi)31</p><p>　　4.2.1 可編程邏輯控制器（PLC）的控制規(guī)模分類(lèi)31</p><p>　　4.2.2 可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類(lèi)33</p><p>　　4.3基本結(jié)構(gòu)3

35、4</p><p>　　4.3.1中央處理器（CPU）34</p><p>　　4.3.2儲(chǔ)存器35</p><p>　　4.3.3輸入輸出接口電路35</p><p>　　4.3.4擴(kuò)展接口和通信接口35</p><p>　　4.3.5電源35</p><p>　　4.4工作原理3

36、5</p><p>　　4.5 PLC編程環(huán)境36</p><p>　　4.5.1 系統(tǒng)監(jiān)控程序36</p><p>　　4.5.2 用戶(hù)程序37</p><p>　　4.5.3 編程軟件37</p><p>　　4.6 PLC的編程語(yǔ)言38</p><p>　　4.6.1 梯形圖編程

37、語(yǔ)言38</p><p>　　4.6.2功能模塊圖編程語(yǔ)言39</p><p>　　4.6.3功能表圖編程語(yǔ)言39</p><p>　　4.6.4 語(yǔ)句表（STL）編程語(yǔ)言39</p><p>　　4.6.5 結(jié)構(gòu)文本描述編程語(yǔ)言40</p><p>　　4.7 PLC的選擇40</p>&l

38、t;p>　　4.7.1 可編程邏輯控制器的 I/O 點(diǎn)數(shù)估算40</p><p>　　4.7.2 內(nèi)存估算41</p><p>　　4.7.3 響應(yīng)時(shí)間41</p><p>　　4.7.4 模塊的選擇41</p><p>　　4.8 本章小結(jié)42</p><p>　　第五章 PLC的程序設(shè)計(jì)43&l

39、t;/p><p>　　5.1 PLC的I/O分配及PLC接線(xiàn)圖43</p><p>　　5.1.1 輸入信號(hào)的地址分配43</p><p>　　5.1.2 輸出信號(hào)的地址分配43</p><p>　　5.1.3 PLC接線(xiàn)圖45</p><p>　　5.2 自動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)45</p><p

40、>　　5.2.1 動(dòng)作方框圖45</p><p>　　5.2.2 順序控制設(shè)計(jì)法45</p><p>　　5.2.3 順序功能圖中的概念46</p><p>　　5.2.4 自動(dòng)運(yùn)行程序的編寫(xiě)設(shè)計(jì)49</p><p>　　5.3 手動(dòng)控制52</p><p>　　5.4設(shè)計(jì)出總體程序52</p&

41、gt;<p>　　5.5 本章小結(jié)52</p><p>　　第六章 設(shè)備的可靠性、安全性設(shè)計(jì)與分析53</p><p>　　6.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、可靠性53</p><p>　　6.1.1 照相機(jī)支撐架的設(shè)計(jì)53</p><p>　　6.1.2 吸紙部件的設(shè)計(jì)53</p><p>　　6.

42、1.3 吸紙異常時(shí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)53</p><p>　　6.1.4 安全防護(hù)門(mén)54</p><p>　　6.2 雙張傳感器的安全性、可靠性54</p><p>　　6.2.1 功能描述54</p><p>　　6.2.2 顯示模式55</p><p>　　6.2.3 可以測(cè)量不同紙張55</p>

43、<p>　　6.3 PLC控制的安全性、可靠性設(shè)計(jì)分析56</p><p>　　6.3.1 PLC硬件安全性、可靠性設(shè)計(jì)57</p><p>　　6.3.2 PLC軟件安全性、可靠性設(shè)計(jì)57</p><p>　　6.4 本章小結(jié)58</p><p>　　第七章 總結(jié)與展望59</p><p>&

44、lt;b>　　參考文獻(xiàn)61</b></p><p><b>　　附錄A65</b></p><p><b>　　附錄B66</b></p><p><b>　　附錄C67</b></p><p><b>　　附錄D68</b>&

45、lt;/p><p><b>　　附錄E69</b></p><p><b>　　致 謝94</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1選題背景及研究的意義</p><p>　　本課題來(lái)源于河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械

46、工程學(xué)院工程制圖教研室美術(shù)類(lèi)考生網(wǎng)上綜合閱卷系統(tǒng)。本設(shè)備主要是為了將藝術(shù)類(lèi)考生的圖畫(huà)試卷進(jìn)行自動(dòng)拍照，然后錄入到電腦里，以便老師閱卷。這樣，可以減少老師閱卷時(shí)間，提高閱卷效率。由于有的圖紙是用鉛筆繪畫(huà)的，而在電腦里閱卷時(shí)，可以使老師的閱卷環(huán)境更加潔凈。</p><p>　　本課題對(duì)此設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使其可以自動(dòng)化運(yùn)行，并對(duì)其可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于設(shè)備吸取紙張異常情況，包括沒(méi)有吸取到

47、圖紙和吸取到多張圖紙的情況，分別進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)處理。對(duì)應(yīng)設(shè)備可能出現(xiàn)故障或者事故也采取了相應(yīng)的措施。</p><p>　　因此，老師利用本設(shè)備可以方便、快捷、舒適、有效地進(jìn)行閱卷。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用研究現(xiàn)狀</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制是指對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的速度、位置等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制管理，使其可以按照規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)

48、動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基本構(gòu)成包括：控制器、驅(qū)動(dòng)或放大器、執(zhí)行器以及反饋傳感器。其中執(zhí)行器一般是指液壓缸、氣壓缸或電機(jī)。</p><p>　　在現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中一般用到的控制器有運(yùn)動(dòng)控制卡、定時(shí)程序控制器、單片機(jī)、繼電器、PLC等。</p><p>　　1.2.1 運(yùn)動(dòng)控制卡</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制卡如圖1.1所示，就是一種基于PC機(jī)、工業(yè)PC機(jī)，用于各種運(yùn)動(dòng)控制

49、（包括位置、速度或加速度等）的上位控制單元。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制卡是指基于PC總線(xiàn)，用高性能微處理器（例如DSP）與大規(guī)?？删幊唐骷?lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)步進(jìn)/伺服電機(jī)多軸協(xié)調(diào)控制。運(yùn)動(dòng)控制卡包括數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、脈沖輸出、脈沖計(jì)數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換輸出等功能。它的數(shù)字輸入、數(shù)字輸出可以用于開(kāi)關(guān)、限位、液壓缸、氣壓缸等的控制。它能發(fā)出高頻率連續(xù)的脈沖串，可以利用它發(fā)出的脈沖數(shù)量的不同來(lái)控制電機(jī)的位置，利用它發(fā)出的脈沖頻

50、率不同來(lái)控制電機(jī)的速度。運(yùn)動(dòng)控制卡的脈沖輸出模式有脈沖/脈沖、脈沖/方向方式。脈沖計(jì)數(shù)可以用于編碼器</p><p>　　圖1.1 運(yùn)動(dòng)控制卡</p><p>　　的反饋，糾正機(jī)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的誤差。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制卡在控制系統(tǒng)中具有開(kāi)放性、柔性、標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制卡配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)，可以供用戶(hù)在Windows或DOS系統(tǒng)平臺(tái)下自主開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的

51、控制系統(tǒng)。因此，運(yùn)動(dòng)卡控制廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。</p><p>　　現(xiàn)國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制卡公司有英國(guó)的翠歐，美國(guó)的PMAC、 GALIL，中國(guó)臺(tái)灣的研華、凌華、臺(tái)達(dá)，中國(guó)大陸的眾為興、樂(lè)創(chuàng)、固高、雷賽等。</p><p>　　1.2.2定時(shí)程序控制器</p><p>　　定時(shí)程序控制器如圖1.2所示，它是一種新型的可設(shè)置的通用型設(shè)備控制器。它</p&g

52、t;<p>　　圖1.2 定時(shí)程序控制器</p><p>　　采用了表格設(shè)置的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)編程（如圖1.3所示），操作簡(jiǎn)單、方便，不熟悉編程的用戶(hù)也可以方便地使用。可以廣泛的應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制。在實(shí)際應(yīng)用中只</p><p>　　圖1.3 定時(shí)程序控制器的設(shè)置</p><p>　　需要知道所控制設(shè)備要達(dá)到的功能、工作原理、如何讓設(shè)備運(yùn)行或動(dòng)

53、作，然后對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的表格設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能，達(dá)到所控制設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的目的[1]。</p><p>　　定時(shí)程序控制器是由微處理器、輸入通道、輸出通道及定時(shí)器構(gòu)成的。定時(shí)程序控制器采用了性能優(yōu)良的微處理器，可以對(duì)定時(shí)器群、輸入通道和輸出通道的工作進(jìn)行集中控制管理。它的基本原理框圖如圖1.4所示：</p><p>　　圖1.4 原理框圖</p><p>　

54、　定時(shí)程序控制器的主要特點(diǎn)為：</p><p>　　a. 表格設(shè)置，無(wú)需編程，方便使用。</p><p>　　b. 操作便捷，簡(jiǎn)單實(shí)用。 </p><p>　　c. 安裝方便，具有導(dǎo)軌固定和安裝固定孔兩種方式。</p><p>　　d. 多路I/O輸入輸出，基本型8路輸入、8路輸出。</p><p>　　e. 具有靈活

55、的設(shè)置定時(shí)與程序控制功能。</p><p>　　f. 面向工控應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　定時(shí)程序控制器具有輸入控制、輸出控制、定時(shí)控制、程序控制、多個(gè)設(shè)置功能獨(dú)立運(yùn)行、單行程序控制、多行程序控制、開(kāi)關(guān)量輸入控制、啟動(dòng)控制、停止控制、傳感器控制、邏輯電平控制等眾多實(shí)用的功能。它可以應(yīng)用于各行各業(yè)設(shè)備和工業(yè)自動(dòng)化控制。例如：機(jī)械手、機(jī)械自動(dòng)化控制、紡織機(jī)械控制、服裝機(jī)械控制、食品機(jī)械控制

56、、家電控制、電器控制、燈光控制、交通控制、節(jié)能控制、噴泉控制、電機(jī)控制、注塑機(jī)控制等自動(dòng)化控制領(lǐng)域。</p><p><b>　　1.2.3 單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它是一種集成電路芯片，如圖1.5所示。單片機(jī)采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把中央處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、多種I/O接口、中斷系統(tǒng)、計(jì)

57、數(shù)器、定時(shí)器等功能（有的還包括脈寬調(diào)制</p><p><b>　　圖1.5 單片機(jī)</b></p><p>　　圖1.6 單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖</p><p>　　電路、A/D轉(zhuǎn)換器、模擬多路轉(zhuǎn)換器、顯示驅(qū)動(dòng)電路等）集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成了一個(gè)完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖1.6所示。簡(jiǎn)單的來(lái)講，單片機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入輸出

58、設(shè)備構(gòu)成的[2]。</p><p>　　單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　a. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； </p><p>　　b. 低電壓，低功耗，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化； </p><p>　　c. 處理功能強(qiáng)，速度快。</p><p>　　d. 單片機(jī)可靠性高，可無(wú)故障工作1 000 000 ~1

59、0 000 000小時(shí)；</p><p>　　e. 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。</p><p>　　單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、醫(yī)用設(shè)備、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理、過(guò)程控制及航空航天等領(lǐng)域。</p><p><b>　　1.2.4 繼電器</b></p><p>　　繼電器是一種當(dāng)輸入量的變化達(dá)到預(yù)定要求時(shí)，會(huì)使電氣輸出電

60、路中的被控量發(fā)生階躍變化的一種電子控制器件。它具有輸入回路（又稱(chēng)控制系統(tǒng)）和輸出回路（又稱(chēng)工作系統(tǒng)）之間的互動(dòng)關(guān)系，其工作原理如圖1.7所示。繼電器一般應(yīng)用在自動(dòng)化的控制電路中，在電路中起著轉(zhuǎn)換電路、安全保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)等作用[3]。</p><p>　　圖1.7 繼電器工作原理</p><p>　　繼電器的主要分類(lèi)如表1.1所示：</p><p>　　目前，繼電器廣

61、泛應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域、家用電器領(lǐng)域、工業(yè)控制等領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.5 可編程邏輯控制器</p><p>　　可編程邏輯控制器（PLC）是在繼電器控制的基礎(chǔ)上，引入自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)形成的新型工業(yè)控制裝置（如圖1.8所示）。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序運(yùn)算、和算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等操作指令，并且能通過(guò)數(shù)字式或者模擬式的輸

62、入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械[4]。</p><p>　　表1.1 繼電器的分類(lèi)</p><p>　　1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)生產(chǎn)出了第一臺(tái)PLC。1975~1976年，美國(guó)、日本、德國(guó)等將微處理器作為中央處理器(CPU)應(yīng)用到PLC，并且把PLC中的磁心存儲(chǔ)器改成集成電路存儲(chǔ)器，把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子控制器技術(shù)結(jié)合在了PLC中。目前可編程控制器實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模集成化（如圖1.9所示

63、），這也使得PLC處理器更加適用工業(yè)環(huán)境，功能更加增強(qiáng)，更加的可靠，更加的靈活。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)也不斷地發(fā)展，產(chǎn)品性能也大幅度地提升[5]。</p><p>　　PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域起著非常重要的作用，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于冶金、石油、機(jī)械、化工、輕工、紡織、電子、電力、交通、食品等行業(yè)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，80%以上的工業(yè)控制可使用PLC完成。使用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)加工的工業(yè)領(lǐng)域非常多，如

64、表1.2、表1.3所示[6][7]。</p><p>　　圖1.8 三菱PLC</p><p>　　圖1.9 三菱PLC內(nèi)部</p><p>　　表1.2 應(yīng)用PLC的典型工業(yè)</p><p>　　表1.3 PLC的典型應(yīng)用</p><p>　　隨著PLC性能的提高，一些以前專(zhuān)門(mén)使用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合，也慢慢開(kāi)始使用

65、PLC，其應(yīng)用范圍可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面： </p><p>　　1.2.5.1 順序控制</p><p>　　順序控制是現(xiàn)在PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，能取代傳統(tǒng)繼電器的順序控制，既能用于單機(jī)控制，又能用于多級(jí)群控式自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制[8]。如訂書(shū)機(jī)械、印刷機(jī)械、注塑機(jī)、組合機(jī)床、磨床、電鍍流水線(xiàn)、裝配生產(chǎn)線(xiàn)、包裝生產(chǎn)線(xiàn)等。</p><p>　　1.2.5.2 位置控制&

66、lt;/p><p>　　位置控制是PLC制造商開(kāi)發(fā)的一些可以實(shí)現(xiàn)特殊控制功能的控制模塊。PLC的位置模塊可以對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確的定位控制和速度控制，如圖1.10所示。并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)單軸式和多軸式設(shè)備的控制[9]。PLC還可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的控制。</p><p>　　圖1.10 PLC控制電機(jī)</p><p>　　1.2.5.3 閉環(huán)過(guò)程控制&

67、lt;/p><p>　　PLC可以控制大量的連續(xù)變化的物理參數(shù)，例如速度、溫度、壓力等物理參數(shù)，從而可以控制生產(chǎn)過(guò)程[10]。PID控制模塊還可以使PLC容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制，如圖1.11所示。</p><p>　　圖1.11 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.2.5.4 機(jī)器人控制</p><p>　　很多機(jī)器人

68、設(shè)計(jì)制造公司會(huì)選PLC作為機(jī)器人的控制器控制各種動(dòng)作。隨著PLC的功能增強(qiáng)，PLC應(yīng)用于機(jī)器人必將會(huì)更加普遍。</p><p>　　1.2.5.5 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　現(xiàn)在的PLC具有數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算、排序與查表、進(jìn)行位操作等功能，能完成數(shù)據(jù)采集、分析與處理。在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把計(jì)算數(shù)值控制（簡(jiǎn)稱(chēng)CNC）設(shè)備和支持順序控制的PLC緊密結(jié)合在一起的趨勢(shì)[11]。日本FAN

69、UG公司的SYSTEM10.11.12系列，已經(jīng)把CNC的控制功能作為了PLC的一部分。該公司采用窗口軟件，用戶(hù)可以通過(guò)窗口軟件自由編程，實(shí)現(xiàn)了CNC與PLC之間的數(shù)據(jù)自由傳送。</p><p>　　1.2.5.6 通信</p><p>　　為了適應(yīng)工廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展需要，PLC制造商開(kāi)發(fā)了PLC通信功能，可以使得PLC與上位計(jì)算機(jī)之間（如圖1.12所示）、PLC與PLC之間、PLC與其

70、他設(shè)備之間可以方便地連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便地構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[12]。</p><p>　　圖1.2 通信示意圖</p><p>　　1.3 本課題選用PLC的原因</p><p>　　1.3.1 與運(yùn)動(dòng)控制卡比較</p><p>　　相對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制卡，PLC控制靈活性大點(diǎn)，并且可以脫機(jī)使用。而且運(yùn)動(dòng)控制卡主要用于伺服電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)的

71、控制。</p><p>　　1.3.2與定時(shí)程序控制器比較</p><p>　　本設(shè)備控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，定時(shí)程序控制器不能完成，而且定時(shí)程序控制器沒(méi)有擴(kuò)展性。</p><p>　　1.3.3 與單片機(jī)比較</p><p>　　單片機(jī)價(jià)格低，但是要搞一個(gè)復(fù)雜的自控系統(tǒng)，其工作量之大難以想象，硬件軟件都會(huì)極其復(fù)雜，現(xiàn)在基于單片機(jī)的工業(yè)自動(dòng)化控制系

72、統(tǒng)極少了。</p><p>　　1.3.4 與繼電器比較</p><p>　　本設(shè)備相對(duì)于繼電器，選用PLC優(yōu)點(diǎn)就更多了?？梢苑譃槿缦聨c(diǎn)：</p><p>　　1.2.4.1 具有很好的靈活性和擴(kuò)展性</p><p>　　繼電器控制邏輯采用的是硬接線(xiàn)邏輯，控制過(guò)程中使用繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，以及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯

73、，這個(gè)過(guò)程接線(xiàn)多而復(fù)雜、功耗大、體積大、故障率高，當(dāng)系統(tǒng)構(gòu)成之后，再想增加或改變功能都很困難[13]。此外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)目也有限，每個(gè)繼電器有4至8對(duì)觸點(diǎn)。因此，繼電器的靈活性和擴(kuò)展性都很差。PLC采用的是存儲(chǔ)邏輯，是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC內(nèi)存中，當(dāng)需要改變控制邏輯時(shí)，只需要改變程序就可以了，故我們稱(chēng)之為“軟接線(xiàn)”。因此PLC的靈活性和擴(kuò)展性都很好。</p><p>　　1.3.4.2 串行工作</p&

74、gt;<p>　　當(dāng)電源接通時(shí)，在繼電器控制線(xiàn)路中的各繼電器都同時(shí)處于受控的狀態(tài)，即應(yīng)吸合的都吸合，不應(yīng)吸合的都不吸合，故繼電器屬于并行工作方式。在PLC控制邏輯中，各PLC的內(nèi)部器件都是處于周期循環(huán)掃描的過(guò)程中，故PLC屬于串行工作方式[14]。</p><p>　　1.3.4.3可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　在繼電器控制系統(tǒng)中使用了很多的時(shí)間繼電器、中間繼電

75、器。由于觸點(diǎn)可能接觸不良，所以很容易出現(xiàn)故障[15]。PLC采用軟件代替了時(shí)間繼電器和中間繼電器，硬件部分只有輸入與輸出。相對(duì)于繼電器控制系統(tǒng)的接線(xiàn)大大減少，故因?yàn)橛|點(diǎn)的接觸不良造成故障也減少了很多。PLC采取了軟件和硬件的抗干擾措施，擁有抗干擾能力很強(qiáng)，一般無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)小時(shí)以上，故PLC可以直接用在有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC已經(jīng)被廣大用戶(hù)認(rèn)為是最為可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><p>　　1.

76、3.4.4工作頻率高</p><p>　　繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，其工作頻率低，觸點(diǎn)的開(kāi)閉動(dòng)作時(shí)間一般是幾十毫秒[16]。此外，機(jī)械觸點(diǎn)還有可能出現(xiàn)抖動(dòng)的問(wèn)題。而PLC控制是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，它屬于無(wú)觸點(diǎn)控制，速度快，一般執(zhí)行一條用戶(hù)指令的時(shí)間在數(shù)納秒之間，而且也不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。</p><p>　　1.3.4.5定時(shí)精度高、范圍廣</

77、p><p>　　繼電器邏輯控制對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制時(shí)是利用了時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器的定時(shí)精度不是很高，定時(shí)范圍也窄，并且容易受到環(huán)境中溫度和濕度變化的影響，同時(shí)調(diào)整時(shí)間很困難[17]。PLC是用半導(dǎo)體集成電路做為定時(shí)器，精度很高。且PLC的定時(shí)時(shí)間不會(huì)受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍一般是從0.0001s到若干天或者更長(zhǎng)。用戶(hù)可以根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，由軟件來(lái)控制定時(shí)時(shí)間。</p><p>　　1.3.

78、4.6調(diào)試、修改程序方便</p><p>　　在使用繼電器邏輯控制完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試都必須依次進(jìn)行，這個(gè)周期會(huì)很長(zhǎng)，而且需要修改時(shí)也會(huì)很困難。當(dāng)控制工程越大時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就越突出。而PLC用程序的方式表達(dá)控制系統(tǒng)的外部接線(xiàn)，使得維護(hù)系統(tǒng)硬件的工作量減少，當(dāng)需要改變某一個(gè)控制步驟時(shí)，只需改變PLC內(nèi)部的控制程序就可以了。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)備的控制器選用PL

79、C是最佳的。</p><p>　　1.4本文的主要設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本論文是為了完成采集試卷信息設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其可靠性、安全性進(jìn)行分析。具體安排如下：</p><p>　　第一章 敘述課題的設(shè)計(jì)研究的背景及意義。分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外控制系統(tǒng)的使用研究現(xiàn)狀，針對(duì)本設(shè)備選擇合適的控制器，即PLC（可編程邏輯控制器）。</p><

80、p>　　第二章 對(duì)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)部件的結(jié)構(gòu)、作用進(jìn)行了描述。對(duì)每個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)以及整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了描述。當(dāng)設(shè)備取紙正常、沒(méi)有取到紙、取到多張紙的情況分別進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了動(dòng)作描述。</p><p>　　第三章 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于設(shè)備采用了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，所以首先對(duì)設(shè)備的氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括對(duì)氣動(dòng)元件的選擇。然后是照相系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括每個(gè)部件的選擇。接著選擇設(shè)備的指示燈、蜂

81、鳴器，這些都可以反映設(shè)備的運(yùn)行情況。設(shè)備要運(yùn)行起來(lái)，必須要有反饋信號(hào)，所以接著對(duì)各種傳感器進(jìn)行了選擇設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)出設(shè)備的控制面板及控制電路。</p><p>　　第四章 本設(shè)備采用了PLC控制。本章對(duì)PLC的性能特點(diǎn)、分類(lèi)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及編程環(huán)境、編程語(yǔ)言進(jìn)行了描述。然后根據(jù)本設(shè)備的要求、PLC的特點(diǎn)性能，選擇出符合本設(shè)備的PLC型號(hào)。</p><p>　　第五章 對(duì)控制本設(shè)備的

82、PLC進(jìn)行程序上的設(shè)計(jì)。首先對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址分配，設(shè)計(jì)出電路原理圖。然后對(duì)本設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后對(duì)本設(shè)備的手動(dòng)控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)出控制本設(shè)備的完整程序。</p><p>　　第六章 從本設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、PLC方面分別分析了本設(shè)備的可靠性、安全性。</p><p>　　第七章 全文總結(jié)及工作展望</p><p>　　第二章 設(shè)備的機(jī)械

83、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)備主要是為了將藝術(shù)類(lèi)考生的圖畫(huà)試卷進(jìn)行自動(dòng)拍照，然后錄入到電腦里，以便老師閱卷。本設(shè)備人的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)由吸紙系統(tǒng)、吸紙轉(zhuǎn)位系統(tǒng)、厚度檢測(cè)系統(tǒng)、照相系統(tǒng)、托盤(pán)移動(dòng)系統(tǒng)、托盤(pán)換位系統(tǒng)以及紙筐組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示，其中顏色的不同，表示前后位置不同。</p><p><b>　　2.1吸紙系統(tǒng)</b></p><

84、p>　　吸紙系統(tǒng)主要是由吸紙氣缸以及吸盤(pán)組成。吸紙氣缸豎直安裝在機(jī)械本體上，該氣缸活塞兩端都裝有磁性傳感器用以判斷氣缸到達(dá)的位置。吸紙氣功的活塞桿頂端裝有吸盤(pán)，吸盤(pán)的主要部件是真空發(fā)生器。吸紙是通過(guò)真空發(fā)生器的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，吹紙直接通過(guò)氣將紙吹掉。吸紙系統(tǒng)的作用是通過(guò)活塞桿的伸出拉回動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)取紙功能。</p><p>　　圖2.1 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p><b&g

85、t;　　2.2厚度檢測(cè)系統(tǒng)</b></p><p>　　厚度檢測(cè)機(jī)構(gòu)安裝在一個(gè)合理的水平位置，該氣缸活塞兩端都裝有磁性傳感器用以判斷氣缸到達(dá)的位置。氣缸活塞末端安裝有雙張檢測(cè)傳感器檢，氣缸的活塞桿伸出時(shí)，雙張檢測(cè)傳感器可以對(duì)圖紙的紙張進(jìn)行檢測(cè)。</p><p><b>　　2.3轉(zhuǎn)位系統(tǒng)</b></p><p>　　吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸安裝

86、在豎直位置，該氣缸活塞兩端都裝有磁性傳感器用以判斷氣缸到達(dá)的位置。吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣活塞桿缸末端連接一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)的轉(zhuǎn)位。活塞桿伸出時(shí)，吸盤(pán)以及吸盤(pán)上的紙由水平轉(zhuǎn)為豎直，以便對(duì)圖紙照相。</p><p><b>　　2.4拍照系統(tǒng)</b></p><p>　　工業(yè)相機(jī)固定在機(jī)架上，用于對(duì)圖紙拍照以便收集圖紙信息。</p><p><b>

87、　　2.5托盤(pán)移動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　托盤(pán)移動(dòng)氣缸安裝在水平位置，氣缸的活塞桿末端連接有滑桿，滑桿上有兩個(gè)位置都可以由連接銷(xiāo)與托盤(pán)連接。該系統(tǒng)是為了收集采集完的圖紙或者吸盤(pán)吸到多張的圖紙，并把它們放到指定的紙筐。</p><p><b>　　2.6托盤(pán)換位系統(tǒng)</b></p><p>　　托盤(pán)換位氣缸安裝在豎直位置。托

88、盤(pán)換位氣缸可以實(shí)現(xiàn)托盤(pán)與托盤(pán)移動(dòng)氣缸的活塞桿連接或者脫離，以便將收集到的多張的圖紙放到指定的圖框。</p><p>　　2.7紙筐及收集圖紙系統(tǒng)</p><p>　　本設(shè)備一共有三個(gè)紙筐A、B、C，A靠近托盤(pán)移動(dòng)氣缸的紙筐用于收集拍照完的圖紙，B中間的紙筐是放沒(méi)有拍照的圖紙，C另一個(gè)遠(yuǎn)離托盤(pán)移動(dòng)氣缸的紙筐用于收集吸盤(pán)同時(shí)吸取雙張或者多張的圖紙。B紙筐裝有傳感器，用于檢測(cè)該紙筐是否有紙。當(dāng)托

89、盤(pán)移動(dòng)到A紙筐或者C紙筐上方時(shí)，托盤(pán)可以通過(guò)機(jī)構(gòu)將圖紙放入到紙筐。</p><p>　　2.8 總體動(dòng)作順序</p><p>　　設(shè)定本設(shè)備的各個(gè)氣缸的初始位置為0位，即本設(shè)備開(kāi)始每次運(yùn)行之前每個(gè)的位置。本設(shè)備在吸取紙張拍照時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)異常狀況，即沒(méi)有吸取到圖紙或者吸取了多張圖紙。（加圖，圖+描述）</p><p><b>　　2.8.1正常情況<

90、/b></p><p>　　在正常的情況下，本設(shè)備主要完成的功能是取紙，拍照，然后把圖紙收集到指定紙筐，具體的動(dòng)作如下：</p><p>　　吸紙氣缸動(dòng)作到指定位置——真空發(fā)生器（吸盤(pán)）吸紙——吸紙氣缸回到初始位置——厚度檢測(cè)氣缸帶著雙張檢測(cè)傳感器檢測(cè)一張——厚度檢測(cè)氣缸回到初始位置——吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸動(dòng)作讓吸盤(pán)轉(zhuǎn)位——5秒后照相機(jī)開(kāi)始照相——5秒后吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸動(dòng)作讓吸盤(pán)回到原來(lái)位置——

91、托盤(pán)移動(dòng)氣缸活塞桿伸出——吹紙——托盤(pán)移動(dòng)氣缸活塞桿拉回托盤(pán)，收集圖紙。這是一個(gè)工序。完成這個(gè)工序后需要各個(gè)氣缸回到初始位置，準(zhǔn)備下一個(gè)工序，其工作簡(jiǎn)圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 設(shè)備正常運(yùn)行狀況簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.8.2 沒(méi)吸到紙的情況</p><p>　　在吸盤(pán)沒(méi)有吸到紙的情況下，本設(shè)備的主要功能是重新吸取圖紙，具體動(dòng)作如下：&l

92、t;/p><p>　　吸紙氣缸動(dòng)作到指定位置——真空發(fā)生器（吸盤(pán)）吸紙——吸紙氣缸回到指定位置——厚度檢測(cè)氣缸帶著雙張檢測(cè)傳感器檢測(cè)無(wú)紙——吸紙氣缸再次動(dòng)作吸紙。其工作簡(jiǎn)圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 設(shè)備沒(méi)有吸到紙時(shí)運(yùn)行簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.8.3 吸到多張紙的情況</p><p>　　在吸到多張紙的情況下，本設(shè)備的

93、主要功能是把吸取到異常的多張圖紙收集到放有異常紙張的紙筐內(nèi)，然后準(zhǔn)備下次取紙。具體動(dòng)作如下：</p><p>　　吸紙氣缸動(dòng)作到指定位置——真空發(fā)生器（吸盤(pán)）吸紙——吸紙氣缸回到指定位置——厚度檢測(cè)氣缸帶著雙張檢測(cè)傳感器多張——托盤(pán)移動(dòng)氣缸活塞桿伸出——吹紙——托盤(pán)換位氣缸動(dòng)作，使托盤(pán)脫離托盤(pán)移動(dòng)氣缸——托盤(pán)移動(dòng)氣缸回到初始位置——托盤(pán)換位氣缸動(dòng)作，使托盤(pán)與托盤(pán)移動(dòng)氣缸連接——托盤(pán)移動(dòng)氣缸活塞桿伸出——收集圖紙—

94、—托盤(pán)移動(dòng)氣缸回到初始位置——托盤(pán)換位氣缸動(dòng)作，使托盤(pán)與托盤(pán)移動(dòng)氣缸脫離——托盤(pán)移動(dòng)氣缸動(dòng)作——托盤(pán)換位氣缸動(dòng)作，使托盤(pán)與托盤(pán)移動(dòng)氣缸連接——托盤(pán)移動(dòng)氣缸回到初始位置。</p><p>　　設(shè)備在此情況下的工作簡(jiǎn)圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 設(shè)備吸到多張紙運(yùn)行簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　2.9 本章小結(jié)</b><

95、/p><p>　　本章對(duì)本設(shè)備每個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)及其功能行了簡(jiǎn)單的描述。然后對(duì)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作進(jìn)行了描述，但自動(dòng)運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)異常狀況，即吸盤(pán)吸紙時(shí)沒(méi)有系到圖紙或者吸到多張圖紙。針對(duì)異常狀況，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作進(jìn)行了描述。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)備的動(dòng)作大部

96、分都是用氣缸、吸盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故需要控制每個(gè)氣缸的位置。要控制氣缸、吸盤(pán)動(dòng)作，就要對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)本設(shè)備的動(dòng)作要求，氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖如3.1所示。</p><p>　　圖3.1 氣動(dòng)原理圖</p><p>　　3.2 氣動(dòng)元件的選擇</p><p>　　氣源裝置、氣壓控制元件以及氣壓輔助元件是氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要組成部分。</p>&l

97、t;p>　　3.2.1 氣源裝置</p><p>　　氣源裝置的作用是提供足夠干燥、清潔并且具有一定壓力與流量的壓縮空氣?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生一定流量與壓力的壓縮空氣，在其吸氣口端裝有空氣過(guò)濾器，用以減少進(jìn)入壓縮空氣內(nèi)的污染雜質(zhì)。選擇空氣壓縮時(shí)，首先按照空氣壓縮機(jī)的特性，選擇空氣壓縮機(jī)類(lèi)型，再依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的流量與工作壓力，來(lái)確定空氣壓縮機(jī)的吸入流量與輸出壓力，據(jù)此來(lái)選擇空氣壓縮機(jī)的型號(hào)。</p>

98、<p>　　空氣在空氣壓縮機(jī)出來(lái)后會(huì)送入氣動(dòng)三聯(lián)件，氣動(dòng)三聯(lián)件是由分水過(guò)濾器、減壓閥與油霧器三部分組成[18]。當(dāng)空壓機(jī)提供的壓縮空氣經(jīng)過(guò)分水過(guò)濾器時(shí)，會(huì)將壓縮空氣中的水分過(guò)濾出去。然后壓縮空氣經(jīng)過(guò)減壓閥減壓，會(huì)得到期望的氣壓值，此氣壓值我們可以在氣動(dòng)三聯(lián)件的壓力表上面可以觀(guān)測(cè)到。經(jīng)過(guò)減壓后的壓縮空氣進(jìn)入到油霧器，油霧器負(fù)責(zé)后端元件的給油潤(rùn)滑。最后壓縮空氣進(jìn)入到氣動(dòng)系統(tǒng)中。故本氣動(dòng)系統(tǒng)采用的是三聯(lián)件SAC2500-03D。

99、</p><p><b>　　3.2.2 節(jié)流閥</b></p><p>　　節(jié)流閥通過(guò)改變閥門(mén)處的通流面積來(lái)調(diào)節(jié)流量，即縮小壓縮空氣的通流截面，從而增加壓縮空氣的流通阻力，進(jìn)而降低壓縮空氣的流量與壓力。本氣動(dòng)系統(tǒng)共使用了三個(gè)節(jié)流閥。一個(gè)裝在氣動(dòng)三聯(lián)件的出口處，用以控制整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力、流量；一個(gè)連接真空發(fā)生器，用以調(diào)節(jié)進(jìn)入真空發(fā)生器的壓力、流量；一個(gè)連接真空發(fā)生器

100、供氣處以及一個(gè)與吸盤(pán)連接，用以控制吹紙時(shí)的壓力、流量。</p><p><b>　　3.2.3 換向閥</b></p><p>　　分析設(shè)備的工作任務(wù)可知，要完成自動(dòng)對(duì)圖紙拍照，需要控制每個(gè)氣缸的位置。而且設(shè)備的每一個(gè)氣缸在工作中只有兩個(gè)停止位置。氣缸的停止位置可以由氣缸上的磁性限位開(kāi)關(guān)來(lái)確定。氣缸的運(yùn)動(dòng)方向可以由換向閥來(lái)控制。</p><p>

101、;　　本設(shè)備的吸紙氣缸、吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸、雙張檢查氣缸、托盤(pán)移動(dòng)氣缸、托盤(pán)換位氣缸以及吸盤(pán)的吸紙吹紙動(dòng)作都選用的是雙控三位五通電磁閥，來(lái)控制其動(dòng)作的。</p><p><b>　　3.2.4 減壓閥</b></p><p>　　減壓閥的作用是較高壓力的輸入氣體調(diào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的壓力，并且可以保持輸出壓力的穩(wěn)定。吸紙氣缸執(zhí)行吸紙動(dòng)作時(shí)，需要減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)緩慢穩(wěn)定的接近紙張。

102、吸盤(pán)吸紙時(shí)，也需要真空發(fā)生器供有穩(wěn)定的氣體，故也需要減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。選用減壓閥時(shí)，選用帶壓力表的減壓閥，可以直觀(guān)的對(duì)氣體壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　3.2.5 調(diào)速閥</b></p><p>　　調(diào)速閥是由節(jié)流閥與定差減壓閥串聯(lián)而組成的復(fù)合閥。調(diào)速閥的工作原理是利用了定差減壓閥保證節(jié)流閥的輸入輸出氣壓差不隨著負(fù)載而變化，從而消除了負(fù)載對(duì)流量的影響。因此調(diào)

103、試閥對(duì)流量的穩(wěn)定性好。故在每個(gè)氣缸，即吸紙氣缸、吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸、厚度檢測(cè)氣缸、托盤(pán)移動(dòng)氣缸以及托盤(pán)換位氣缸的輸入輸出位置都裝有調(diào)速閥。</p><p>　　3.2.6 真空發(fā)生器及消聲器</p><p>　　吸盤(pán)吸紙時(shí)是使用由真空發(fā)生器產(chǎn)生的吸力來(lái)吸取紙張的。真空發(fā)生器的工作時(shí)讓壓縮氣體在泵體里形成高速氣流，當(dāng)氣體的流動(dòng)速度越高時(shí)，附近的氣體壓力也就越低，因此也就形成了抽吸能力。但同時(shí)高速的

104、氣體通過(guò)通過(guò)真空發(fā)生器排到大氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲，故需要在真空發(fā)生器后加一個(gè)消聲器。</p><p>　　本氣動(dòng)系統(tǒng)需要的氣動(dòng)元件如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 氣動(dòng)輔助元件表</p><p><b>　　3.3傳感器</b></p><p>　　傳感器是一種檢驗(yàn)測(cè)量裝置，能將被測(cè)量的物理量按照一定的規(guī)

105、律轉(zhuǎn)換成與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系、容易測(cè)量和處理的電信號(hào)或者其他形式的信息輸出。在本設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感器是將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的裝置。</p><p>　　傳感器一般是由敏感元件以及轉(zhuǎn)換元件兩部分組成的。敏感元件可以直接感受到被測(cè)量的物理量，并且能完成預(yù)轉(zhuǎn)變的器件。變換器可以將感受到的非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。</p><p>　　3.3.1光電式傳感器</p><p&g

106、t;　　當(dāng)在存放沒(méi)有檢測(cè)的圖紙紙筐里沒(méi)紙時(shí)，需要發(fā)出警報(bào)，并且此次工序完了后設(shè)備停止動(dòng)作。因此，在紙筐的底部需要安裝一個(gè)光電式傳感器。</p><p>　　光電式接近開(kāi)關(guān)是一種集發(fā)生器與接收器一體的傳感器。它的工作原理是當(dāng)發(fā)生器發(fā)射足夠的光線(xiàn)時(shí)，經(jīng)過(guò)被檢測(cè)物體的反射或者遮光，接收器接收到光信號(hào)的變化，然后光元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)[19]。光電式傳感器的內(nèi)部電路如圖3.2所示。</p><

107、;p>　　圖3.2 光電式傳感器的內(nèi)部電路</p><p>　　本系統(tǒng)需要檢測(cè)接近圖紙的信號(hào)，故選用的是波長(zhǎng)紅外線(xiàn)型光波型光電式傳感器，型號(hào)為ML100-8-H-350-RT/103/115。該傳感器有三個(gè)接線(xiàn)頭，每個(gè)接線(xiàn)頭的作用可以用表3.2描述。</p><p>　　表3.2 光電式傳感器接線(xiàn)頭作用</p><p>　　3.3.2電感式傳感器</

108、p><p>　　電感式位移傳感器又稱(chēng)電感式接近開(kāi)關(guān)，它的工作原理是被測(cè)物體與傳感器的角位移或者直線(xiàn)位移變化時(shí)，會(huì)引起傳感器內(nèi)部線(xiàn)圈電感量的變化。</p><p>　　本系統(tǒng)由于托盤(pán)要進(jìn)行換位，故需要一個(gè)電感式接近開(kāi)關(guān)，安裝托盤(pán)上。本設(shè)備開(kāi)門(mén)時(shí)需要設(shè)備停止工作，故需要安裝一個(gè)電感式接近開(kāi)關(guān)。本系統(tǒng)選取的電感式傳感器的型號(hào)為NBB4-12GM30-E2。該傳感器有三個(gè)接線(xiàn)頭，每個(gè)接線(xiàn)頭的作用可以用

109、表3.3描述。</p><p>　　表3.3 電感式傳感器接線(xiàn)頭作用</p><p>　　3.3.3 雙張檢測(cè)傳感器</p><p>　　吸紙系統(tǒng)吸取完圖紙后，檢測(cè)系統(tǒng)要對(duì)吸取的紙張進(jìn)行判斷是否正常吸取了圖紙，即是否吸取了單張紙張。這個(gè)過(guò)程需要雙張檢測(cè)傳感器來(lái)判斷。</p><p>　　雙張檢測(cè)傳感器是基于超聲波感應(yīng)方式的原理制造的，因此也

110、稱(chēng)作超聲波接近開(kāi)關(guān)。雙張檢測(cè)器內(nèi)部有一個(gè)微處理器系統(tǒng)可以分析信號(hào)。它可以自動(dòng)調(diào)節(jié)適應(yīng)外部環(huán)境的改變，例如溫度和濕度的改變。雙張檢測(cè)傳感器可以檢測(cè)出沒(méi)有紙張（即空氣）、單張以及多張的情況。</p><p>　　本雙張檢測(cè)系統(tǒng)選用的雙張檢測(cè)傳感器型號(hào)為UDC-18GM50-400-3E3。該傳感器有6個(gè)接線(xiàn)頭。每個(gè)接線(xiàn)頭的作用可以用表3.4描述。在正常操作中，粉色接線(xiàn)頭必須安全地連接到+Ub或者-Ub，用以避免可能的

111、干擾或者不正確的工作。</p><p>　　表3.4 雙張檢測(cè)傳感器接線(xiàn)頭作用</p><p>　　當(dāng)電源接通時(shí)，傳感器正常工作。燈光的顯示如下：</p><p><b>　　黃燈：檢測(cè)為空</b></p><p><b>　　綠燈：檢測(cè)為單張</b></p><p>&l

112、t;b>　　紅燈：檢測(cè)為雙張</b></p><p>　　3.3.4 磁性開(kāi)關(guān)</p><p>　　當(dāng)氣缸停止到端蓋位置時(shí)，需要反饋給控制系統(tǒng)信號(hào)，這就需要磁性開(kāi)關(guān)來(lái)完成。該傳感器有兩個(gè)接線(xiàn)頭，每個(gè)接線(xiàn)頭的作用可以用表3.5描述。</p><p>　　本設(shè)備中吸紙氣缸需要一個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，而吸盤(pán)轉(zhuǎn)位氣缸、紙張厚度檢測(cè)氣缸、托盤(pán)移動(dòng)氣缸、托盤(pán)換位氣缸分別

113、需要兩個(gè)磁性開(kāi)關(guān)。因此一共需要10個(gè)磁性行程開(kāi)關(guān)。</p><p>　　表3.5 磁性開(kāi)關(guān)接線(xiàn)頭作用</p><p>　　所需要的傳感器名稱(chēng)及數(shù)量如表3.6所示：</p><p>　　表3.6 傳感器明細(xì)表</p><p><b>　　3.4 照相系統(tǒng)</b></p><p>　　相機(jī)是本設(shè)備

114、的關(guān)鍵部件，本設(shè)備對(duì)相機(jī)要求如下：</p><p>　　a. 可外接快門(mén)線(xiàn)對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制；</p><p>　　b. 可手動(dòng)變焦，并設(shè)置相機(jī)快門(mén)速度、光圈大小等參數(shù)；</p><p>　　c. 可進(jìn)行白平衡矯正；</p><p>　　d. 1200萬(wàn)以上的像素分辨率；</p><p>　　e. 卓越的成像效果；<