汽車張緊器畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘　要</b></p><p>　　本文主要針對(duì)如何對(duì)汽車張緊器進(jìn)行性能檢測(cè)做了研究。隨著PLC的出現(xiàn)及發(fā)展，PLC的應(yīng)用越來越廣泛，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)汽車張緊器靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)的整體方案。</p><p>　　在這篇論文中結(jié)合張緊器系統(tǒng)工作的實(shí)際情況，應(yīng)用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)張緊器的靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)來檢測(cè)張緊器中的柱

2、塞彈簧的承載能力。主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：</p><p>　　首先對(duì)張緊器的工作原理進(jìn)行了解，然后完成了張緊器靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。在正確的器件選型及軟硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成了張緊器性能檢測(cè)靜態(tài)試驗(yàn)的各子系統(tǒng)工作研究。</p><p>　　張緊器性能檢測(cè)的靜態(tài)試驗(yàn)分為兩個(gè)，一是檢測(cè)塞柱彈出一定距離時(shí)的最大沖力和穩(wěn)定后彈力；二是檢測(cè)彈簧被壓縮一定距離后產(chǎn)生的形變。本文以這兩個(gè)試驗(yàn)內(nèi)

3、容為基礎(chǔ)，應(yīng)用PLC技術(shù)完成對(duì)張緊器靜態(tài)性能檢測(cè)的靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：張緊器，試驗(yàn)機(jī)，柱塞彈簧，系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article focused on how the auto tensioner for performance testin

4、g. With the appearance and the development, the PLC application is more and more widespread, which has the broad application prospect. This paper presents the overall program PLC technical design about auto tensioner sta

5、tic testing machine system.</p><p>　　This tensioner system to the actual situation, using PLC technology to design a tensioner in static testing machine to detect the tensioner plunger spring load capacity .

6、This article has mainly completed following work:</p><p>　　First, to understand the working principle of the tensioner, and then complete the overall design of the static test of the tensioner system. On the

7、 basis of the correct selection of devices and hardware and software design, complete tensioner performance testing study on the static testing of the subsystem.</p><p>　　There are two tensioner performance

8、tests of the static test .One is to test the plug column pop-up of the largest momentum and stability in elastic when a certain distance. The other test is to deformation detection of the spring compressed to a certain d

9、istance. In this paper based on these two test content, applications PLC technology to complete the design of the static test of the static performance testing of the tensioner.</p><p>　　Key Words：tensioner，

10、Testing machine，Plunger spring，System design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 張緊器性能測(cè)試的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1</p><p>　　1.2 PLC在控制系統(tǒng)中應(yīng)用

11、現(xiàn)狀與發(fā)展2</p><p>　　1.3 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　2 PLC控制張緊器的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1張緊器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理6</p><p>　　2.1.1 張緊器工作原理6</p><p>　　2.1.2 張緊器靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p>

12、<p>　　2.2 系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)方案9</p><p>　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要器件選擇10</p><p>　　2.3.1 PLC的選型10</p><p>　　2.3.2 稱重傳感器的選擇12</p><p>　　2.3.3 光柵尺的選擇14</p><p>　　2.3.4 伺服電機(jī)的選

13、擇15</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1 PLC與PC通訊電路17</p><p>　　3.2 稱重傳感器接口電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3光柵接口電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4伺服電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　

14、3.5 電源電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1軟件的總體設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)主要部分的軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.1 PLC控制稱重傳感器的軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.2 PLC控制伺服電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)31&

15、lt;/p><p>　　4.3 Windows環(huán)境下上位機(jī)通信34</p><p>　　4.4 上位機(jī)和PLC串行通信的程序設(shè)計(jì)35</p><p>　　5 總結(jié)與展望36</p><p>　　5.1 系統(tǒng)總結(jié)36</p><p>　　5.2 系統(tǒng)展望36</p><p><b>

16、;　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　附錄42</b></p><p><b>　　英文原文42</b></p><p><b>　　英語(yǔ)翻譯54</b></p&g

17、t;<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　本章主要介紹了張緊器彈性測(cè)試的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)。除此之外，還介紹了本論文采用的主要技術(shù)，PLC在控制系統(tǒng)中應(yīng)用與發(fā)展。最后概括了本論文的主要研究?jī)?nèi)容與研究意義。</p><p>　　1.1 張緊器性能測(cè)試的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　液壓張緊器性能測(cè)試系統(tǒng)其本質(zhì)為

18、一種位移壓力特性測(cè)試系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)為產(chǎn)生可控位移并能提供沿輸出力方向的加載，即定位與加載。提供直線位移的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括滾動(dòng)絲杠、滑動(dòng)絲杠與直線導(dǎo)軌等，這些機(jī)構(gòu)與電機(jī)配合構(gòu)成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。液壓和氣動(dòng)裝置也能方便的實(shí)現(xiàn)直線位置控制，但須配備液壓源或氣源以及比例控制閥?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外研究中，位移壓力特性測(cè)試技術(shù)在比例電磁鐵性能測(cè)試中應(yīng)用較多。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸向凸輪軸以及其他輔助機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力時(shí)，通常需要正時(shí)皮帶或鏈條傳動(dòng)以及附件皮帶或鏈條傳動(dòng)。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)

19、噴油時(shí)刻和點(diǎn)火時(shí)間都是由電子控制，但是配氣相位，也就是進(jìn)、排氣門開閉時(shí)間卻還是由正時(shí)皮帶或鏈條實(shí)現(xiàn)，以絕對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位的機(jī)械位置不能變化。而來自于發(fā)動(dòng)機(jī)功率驅(qū)動(dòng)的其他附件，如發(fā)電機(jī)、車用空調(diào)以及水泵等，均采用附件皮帶或鏈條傳動(dòng)。帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)均為具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力。摩擦型帶傳動(dòng)可過載打滑以實(shí)現(xiàn)自行保護(hù)，其運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，同步帶傳動(dòng)可保證傳動(dòng)

20、同步，但對(duì)載荷變動(dòng)的吸收能力差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲。鏈傳動(dòng)兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。與齒</p><p>　　1.2 PLC在控制系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的

21、機(jī)械或生產(chǎn)過程及其有關(guān)的外圍設(shè)備。這些都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。</p><p>　　可編程序控制器是在繼電接觸器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上開發(fā)的工業(yè)自動(dòng)控制裝置是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的一種應(yīng)用技術(shù)。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以來，隨著微機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大推動(dòng)了PLC在世界范圍內(nèi)的發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍越來越廣闊，已廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控

22、制中。PLC的程序在可編程序控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)流程對(duì)電氣控制的要求，在滿足控制要求的前提下，力求PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、操作和維修方便，而且應(yīng)使系統(tǒng)能盡量降低使用者長(zhǎng)期運(yùn)行的成本?？删幊炭刂破骺刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)通常包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　可編程序控制器作為控制器構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的控制，也可實(shí)現(xiàn)模擬量的控制；可實(shí)現(xiàn)斷續(xù)控制，也可實(shí)現(xiàn)

23、連續(xù)控制；系統(tǒng)組成可以是開環(huán)控制系統(tǒng)，也可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、可編程序控制器和外圍設(shè)備等幾部分。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)上考慮了工業(yè)環(huán)境、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高。（2）編程及操作簡(jiǎn)便易學(xué)。（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)。（4）具有功能很強(qiáng)的I/O模及智能接口模塊。（5）網(wǎng)絡(luò)化。（6）產(chǎn)品系列化、成本低?？删幊炭刂破髟O(shè)計(jì)的方法與步驟如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 可編程

24、序控制器設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　PLC可與機(jī)械加工的數(shù)字控制及計(jì)算機(jī)控制聯(lián)成一體實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制；可用于配置柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。利用這些性質(zhì)，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)用來檢測(cè)彈簧的承載能力的試驗(yàn)機(jī)。</p><p>　　近幾十年來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路及數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，PLC發(fā)展十分迅速，而且這一種發(fā)展將進(jìn)一步加速，其主要表現(xiàn)在：</p><p&

25、gt;　　（1）小型機(jī)功能強(qiáng)化</p><p>　　此前小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)小于128，往往只有數(shù)字量輸入輸出，且CPU和I/O為一體。隨著PLC的發(fā)展，小型PLC已經(jīng)具有模擬量處理功能、PID回路調(diào)節(jié)功能、系統(tǒng)能靈活組態(tài)等。</p><p>　?。?）縮小與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的差距向大規(guī)模、大容量、強(qiáng)功能、高速度方向發(fā)展。</p><p>　　目前最大的數(shù)字I/O點(diǎn)

26、數(shù)可達(dá)8192點(diǎn)，并可進(jìn)一步擴(kuò)大；為提高大型機(jī)可靠性，有些產(chǎn)品采用冗余設(shè)計(jì)，PLC的存儲(chǔ)容量不斷增大。</p><p>　?。?）具有豐富的I/O模版</p><p>　　為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，PLC的I/O模塊也進(jìn)一步豐富；如數(shù)控模塊、技術(shù)模塊、語(yǔ)言處理模塊、定位模塊等各種智能I/O模塊不斷產(chǎn)生，使PLC在分辨率、精度、實(shí)時(shí)、通信、人機(jī)對(duì)話等方面的功能不斷得到增強(qiáng)。</p>

27、<p>　?。?）表面安裝技術(shù)被采用</p><p>　　用于微電子技術(shù)的發(fā)展，雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)已不再適合最新型的超大規(guī)模集成電路芯片扁平封裝電路可直接裝在印刷電路板表面，不需要插入印刷版插孔，縮短了引線長(zhǎng)度，進(jìn)一步縮小了PLC的體積，減小了電路的寄生電容和電感。</p><p>　?。?）編程語(yǔ)言多樣化、高級(jí)化</p><p>　　隨著PLC硬件不

28、斷發(fā)展的同時(shí)，其編程語(yǔ)言朝兩個(gè)方向發(fā)展：一方面向多種語(yǔ)言編程方向發(fā)展，如面向過程的編程語(yǔ)言、梯形圖語(yǔ)言及控制系統(tǒng)流程圖等；另一方面向高級(jí)語(yǔ)言方向發(fā)展，可用BASIC、C++及匯編語(yǔ)言編制用戶程序。</p><p>　?。?）向分散控制方向發(fā)展</p><p>　　PLC的應(yīng)用范圍越來越廣，對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來越高，一方面要求能夠適應(yīng)控制大型企業(yè)不同設(shè)備的需要，另一方面要求減少系統(tǒng)危險(xiǎn)性。因

29、此，基于分散控制的可編程序控制器得到了進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　?。?）向集成化方向發(fā)展</p><p>　　主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：PLC與計(jì)算機(jī)集成；PLC與DCS集成；PLC與計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)集成。</p><p>　?。?）向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展</p><p>　　PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的總目的是向高速度、多層次、開放性、高可靠性方向發(fā)展，并遵循

30、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802，特別是加強(qiáng)異種機(jī)通訊功能。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在“PLC在汽車張緊器靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)中應(yīng)用”的課題研究中，設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求如下：</p><p>　　本課題要求設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)汽車張緊器靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)張緊器進(jìn)行靜態(tài)性能檢測(cè)，分為兩個(gè)試驗(yàn)，一是檢測(cè)塞柱中的柱塞彈簧彈出一定距離時(shí)最大沖力和穩(wěn)定后彈力；二

31、是檢測(cè)彈簧被壓縮一定距離后產(chǎn)生的形變。</p><p>　　對(duì)此課題的研究首先要了解張緊器結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定研究對(duì)象。在確定好研究對(duì)象后，決定使用何種方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在硬件設(shè)計(jì)前要先進(jìn)行器件選型，確定好器件后,就要開始軟件及硬件的設(shè)計(jì)，從而完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。</p><p>　　此研究課題要求必須用PLC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，盡管用單片機(jī)也可以完成實(shí)驗(yàn)，但為更加了解PLC的功能、特點(diǎn)，更加熟悉PLC的使

32、用方法及適用范圍，要求用PLC控制來檢測(cè)張緊器在工作過程中，其柱塞彈簧的承載能力，從而確定當(dāng)張緊器工作時(shí)要以多大的油壓力才能使彈簧使用時(shí)間最長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)最終的研究目的。用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)適用于拉伸、壓縮彈簧在一定工作長(zhǎng)度下的工作負(fù)荷的測(cè)試，也可用于橡膠、簧片等彈性器件的彈力負(fù)荷測(cè)試。在此課題中以彈簧的彈力負(fù)荷測(cè)試為主，通過張緊器工作時(shí)以柱塞彈簧為主要研究對(duì)象，來測(cè)試彈性器件的彈力負(fù)荷。在上位機(jī)的設(shè)計(jì)中，選擇用Visual Basi

33、c來設(shè)計(jì)上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)。PC與PLC之間的通信的實(shí)現(xiàn)也是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。</p><p>　　2 PLC控制張緊器的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要介紹了系統(tǒng)整體框架的設(shè)計(jì)以及各試驗(yàn)的框架設(shè)計(jì)。在器件選擇部分，通過介紹器件的工作原理、用途、型號(hào)、規(guī)格及符號(hào)等知識(shí)，對(duì)器件進(jìn)行了合理選擇。這些為后續(xù)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　2

34、.1張緊器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理</p><p>　　2.1.1 張緊器工作原理</p><p>　　張緊器靠發(fā)動(dòng)機(jī)外部供油工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)上需布置油道，彈簧力為停機(jī)狀態(tài)預(yù)張緊鏈條的最小張緊力，工作中起主要作用的是來自發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的油壓力。張緊器工作原理如下：</p><p>　　拔掉鎖銷，柱塞在柱塞彈簧作用力下，向孔外伸出，使處于鎖止柱塞的棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，來自發(fā)動(dòng)

35、機(jī)的機(jī)油壓力將單向閥打開，機(jī)油通過供油道直接進(jìn)入張緊器總成的高壓腔內(nèi)，高壓腔與低壓腔油壓相等，張緊器的張緊力為：油壓力＋彈簧力。壓縮柱塞，單向閥關(guān)閉，高壓腔的油液處于壓縮狀態(tài)，由于機(jī)油的可壓縮比小，形成較大阻尼，進(jìn)而回壓過程中，柱塞阻尼較大，減小正時(shí)鏈條的振幅及傳動(dòng)噪音。過剩的機(jī)油通過柱塞與殼體孔的配合間隙泄漏到總成外，起過壓保護(hù)及潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用。</p><p>　　油壓式張緊器工作過程可以分為以下幾步：<

36、;/p><p>　　第一步：張緊器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)。拔掉鎖銷，柱塞在柱塞彈簧力P的作用下，向總成外伸出，同時(shí)F1使棘爪繞棘爪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)扭力F2使棘爪彈簧壓縮。直到棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度，柱塞齒在棘爪齒導(dǎo)向作用下能自由伸出，柱塞頂住正時(shí)鏈條的張緊導(dǎo)軌，預(yù)張緊力=彈簧力；</p><p>　　第二步：?jiǎn)?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油，通過供油道進(jìn)入張緊器總成低壓腔內(nèi)，機(jī)油壓力克服單向閥彈簧力，推動(dòng)鋼

37、球，打開單向閥，機(jī)油進(jìn)入到總成高壓腔內(nèi)；總成張緊力=油壓力+彈簧力；</p><p>　　第三步：正時(shí)鏈條系統(tǒng)在拉力，高溫與磨損作用下伸長(zhǎng)，柱塞隨著鏈條系統(tǒng)的伸長(zhǎng)，繼續(xù)向總成外伸出，棘爪齒嚙合柱塞的下一個(gè)齒，進(jìn)而使正時(shí)鏈條系統(tǒng)在運(yùn)行過程中始終保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的張緊力，預(yù)防鏈條在磨損后出現(xiàn)脫鏈現(xiàn)象，減小鏈條振幅及噪音；</p><p>　　第四步：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，鏈條系統(tǒng)松邊張緊力度變大,

38、使柱塞壓縮，此時(shí)，張緊器總成的單向閥機(jī)構(gòu)關(guān)閉，在高壓腔內(nèi)形成較大阻尼，以減緩鏈條的擺動(dòng)來降低振幅與噪音，高壓腔內(nèi)的機(jī)油通過殼體與柱塞的間隙泄漏到總成外，進(jìn)而起到過壓保護(hù)及潤(rùn)滑作用。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，處于低溫狀態(tài)下時(shí)，正時(shí)鏈條系統(tǒng)松邊張緊力度進(jìn)一步增大，而加大柱塞的回壓距離。棘爪彈簧給棘爪尾部一個(gè)旋繞力，使棘爪齒與柱塞齒始終接觸，在回壓過程中柱塞齒帶動(dòng)棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)棘爪大齒與柱塞齒根部嚙合后，柱塞無法再向總成內(nèi)部壓縮，形成剛性張緊，這樣保證了

39、發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間，更好地抑制了鏈條強(qiáng)大沖擊引起的較大振幅與噪音。其柱塞齒頂部與棘爪小齒相切到棘爪大齒與柱塞齒根部嚙合，柱塞回壓的距離，稱止回距離。</p><p>　　2.1.2 張緊器靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)油壓式張緊器的工作原理可以透徹了解張緊器的工作過程，由于要做張緊器靜態(tài)試驗(yàn)，所以此處不用考慮機(jī)油壓力，只用考慮靜態(tài)時(shí)的工作狀態(tài)。對(duì)張緊器進(jìn)行靜態(tài)性能檢測(cè)，分為兩

40、個(gè)試驗(yàn)，靜態(tài)試驗(yàn)1：檢測(cè)柱塞彈簧推動(dòng)塞柱彈出一定距離時(shí)柱塞彈簧的最大沖力和穩(wěn)定后彈力；靜態(tài)試驗(yàn)2：測(cè)柱塞彈簧被壓縮一定距離后產(chǎn)生的形變。系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)整體框架圖</p><p>　　對(duì)于一種工件在進(jìn)行試驗(yàn)之前需要進(jìn)行一次標(biāo)定，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里可以選擇量程為50mm的光柵尺。在50mm之外由于對(duì)光柵測(cè)量的值沒有多大影響，因此開始時(shí)可以使其快

41、速下壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個(gè)接近開關(guān)時(shí)，稱重傳感器是在接近光柵的位置，此時(shí)需要緩慢下降。因?yàn)樵诠鈻艤y(cè)量范圍內(nèi)如果下壓速度太快的話，光柵測(cè)量速度跟不上則會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。在到達(dá)第二個(gè)接近開關(guān)后，稱重傳感器繼續(xù)緩慢向下運(yùn)動(dòng)，稱重傳感器上安裝的擋板會(huì)同時(shí)下壓光柵尺，當(dāng)下壓到稱重傳感器的初始?jí)毫s為零時(shí)，可以檢查一下是否可以自由移動(dòng)插銷，直到插銷可以自由移動(dòng)，電機(jī)停止，稱重傳感器不再向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)光柵可以測(cè)出下降的距離為L(zhǎng)0。這個(gè)值就是標(biāo)定值。試驗(yàn)1的

42、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 靜態(tài)1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　對(duì)于試驗(yàn)1我們要做以下工作：伺服電機(jī)控制稱重傳感器向下運(yùn)動(dòng)，在試驗(yàn)1中需要用墊塊，這里選擇一個(gè)厚度為7mm的墊塊，選擇7mm的墊塊的主要目的就是利用公式轉(zhuǎn)換計(jì)算出彈力F。在靜態(tài)1的過程中，首先氣缸插入墊塊，使墊塊到位，然后開始靜態(tài)1試驗(yàn)。由于之前已經(jīng)標(biāo)定好光柵下降距離為L(zhǎng)0,現(xiàn)在又增加了一個(gè)

43、墊塊，因此，控制光柵直接下降到L位置即可。即L= L0-7mm。當(dāng)光柵被下壓Lmm時(shí)，氣缸開始動(dòng)作，氣動(dòng)拔銷，拔銷后柱塞彈簧會(huì)快速向外彈出，柱塞彈簧推動(dòng)柱塞向外運(yùn)動(dòng)，從而撞擊到稱重傳感器，此時(shí)稱重傳感器測(cè)出的柱塞彈簧的最大彈力就為最大沖力，當(dāng)柱塞彈簧穩(wěn)定后，塞柱對(duì)稱重傳感器還有一個(gè)壓力，這個(gè)壓力就為柱塞彈簧穩(wěn)定后的彈力。</p><p>　　對(duì)于試驗(yàn)2，在開始部分和試驗(yàn)1一樣，一樣要做標(biāo)定。標(biāo)定過程如試驗(yàn)1所示。

44、與試驗(yàn)1不同的是，試驗(yàn)2不需要墊塊，因此也不需要?dú)飧住０武N時(shí)是手動(dòng)拔銷。</p><p>　　試驗(yàn)2的系統(tǒng)圖如下圖2.3所示：</p><p>　　伺服電機(jī)控制稱重傳感器向下運(yùn)動(dòng)，在光柵檢測(cè)距離為L(zhǎng)0時(shí)就停止向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，進(jìn)行拔銷。拔銷后，光柵收縮，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制稱重傳感器向相反方向運(yùn)動(dòng)，柱塞會(huì)跟隨光柵一起向上運(yùn)動(dòng)，直到柱塞彈簧處于松弛的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p&

45、gt;　　圖2.3 靜態(tài)2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)柱塞彈簧處于穩(wěn)定狀態(tài)后，伺服電機(jī)正傳，開始下壓塞柱，光柵測(cè)出其下降距離為6mm時(shí)，電機(jī)停止，稱重傳感器就不在向下運(yùn)動(dòng)。這時(shí)再使光柵和稱重傳感器向相反方向運(yùn)動(dòng)，直至柱塞彈簧再次處于松弛的穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)光柵測(cè)出來的數(shù)據(jù)與6mm作對(duì)比，這個(gè)差值就是柱塞彈簧所發(fā)生的形變。</p><p>　　兩個(gè)試驗(yàn)中選擇由哪一個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行要用上位機(jī)來控

46、制，這里上位機(jī)的設(shè)計(jì)采用組態(tài)網(wǎng)的形式，而PC機(jī)與PLC之間的通信則用RS-232串行通信接口來實(shí)現(xiàn)。PLC與重力傳感器之間的通信需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，PLC中的A/D模塊可以完成A/D轉(zhuǎn)換的任務(wù)，從而使PLC對(duì)重力傳感器進(jìn)行控制。PLC對(duì)光柵微位移傳感器和伺服電機(jī)的控制，則通過I/O端口正確連接就可以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中

47、，要對(duì)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有控制部分的設(shè)計(jì)。對(duì)于上位機(jī)部分將采用組態(tài)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC與PC機(jī)之間的通信主要采用串行異步通信，其常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C、RS-422A和RS-485等，在這里主要是用RS-232C來實(shí)現(xiàn)通信的。在硬件方面需要一條RS-232連接電纜，軟件方面重要是需要PLC的通訊協(xié)議，有了通訊協(xié)議，就可以用VB編制與PLC的通訊畫面。PLC 以卓越的可靠性和方便的可編程性都廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)PC機(jī)

48、與PLC通信的目的是為了向用戶提供諸如工藝流程圖顯示、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報(bào)表顯示、窗口技術(shù)等多種功能, 為PLC 提供了良好的人機(jī)界面。PC機(jī)與PLC 實(shí)現(xiàn)通信的條件：</p><p>　　①帶異步通信適配器的PC機(jī)與PLC 只有滿足如下條件, 才能互聯(lián)通信: 帶有異步通信接口的PLC 才能與帶異步通信適配器的PC機(jī)互聯(lián)。還要求雙方采用的總線標(biāo)準(zhǔn)一致, 否則要通過“總線標(biāo)準(zhǔn)變換單元”變換之后才能互聯(lián)。</p

49、><p>　　②雙方的初始化, 使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)都相同。</p><p>　?、垡獙?duì)PLC 的通信協(xié)議分析清楚, 嚴(yán)格地按照協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫PC機(jī)的通信程序。PLC 中配有通信機(jī)制, 一般不需用戶編程。</p><p>　　在整個(gè)控制系統(tǒng)中還需要其他的硬件設(shè)備，比如稱重傳感器，稱重變送器，光柵傳感器，伺服電機(jī)接近開關(guān)，限位開關(guān)等。PLC與上位

50、機(jī)之間的通訊連接由RS-232來實(shí)現(xiàn)，下位機(jī)的控制由PLC控制系統(tǒng)來完成。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要器件選擇</p><p>　　在本課題的研究中，需要進(jìn)行硬件及軟件設(shè)計(jì)，這就必然要進(jìn)行器件的選擇，在滿足各器件工作條件的同時(shí)還要使得各個(gè)器件可以相匹配，本節(jié)主要介紹各個(gè)器件的選型包括PLC，稱重傳感器，光柵測(cè)微傳感器，伺服電機(jī)等。</p><p>　

51、　2.3.1 PLC的選型</p><p>　　歐姆龍PLC是一種功能完善的緊湊型PLC，能為世界領(lǐng)先的輸送分散控制等提供高附加值機(jī)器控制；它還具有通過各種高級(jí)內(nèi)裝板進(jìn)行升級(jí)的能力，大程序容量和存儲(chǔ)器單元，以Windows環(huán)境下高效的軟件開發(fā)能力。歐姆龍PLC也能用于包裝系統(tǒng)，并支HACCP（寄生脈沖分析關(guān)鍵控制點(diǎn)）過程處理標(biāo)準(zhǔn)。OMRON PLC的分類：</p><p>　　小型：CP

52、M1A/CPM2A/CPM2C/CQM1</p><p>　　中型：C200H/C200Hα/CS1</p><p>　　大型：C500/C1000H/C2000H/CVM1D</p><p>　　在這里根據(jù)需要，小型PLC就可以滿足我們的要求。這里選擇CP1H系列小型高功能PLC(CP1H-XA40DR-A)。</p><p>　　CP1H

53、系列小型高功能PLC(CP1H-XA40DR-A)的性能規(guī)格如下所示：</p><p>　　基本性能 ：（1）處理速度：基本指令0.1μs；特殊指令0.3μs 1-2 1/O （2）容量： 最多7個(gè)擴(kuò)展單元，開關(guān)量最大320點(diǎn)，模擬量最大37路 ；程序容量：20K步 ；數(shù)據(jù)容量：32K字 （3）機(jī)型類別：本體40點(diǎn)，24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，晶體管輸出。</p><p>　　特殊功能：（1）

54、軸脈沖輸出：100kHz×2和30 kHz×2（2）軸高速計(jì)數(shù)：?jiǎn)蜗?00kHz或相位差50 kHz×4（3）內(nèi)置模擬量： 4輸入，2輸出3.通信功能 （4）通信接口：最大2個(gè)串行通信口（RS-232A或RS-422/485任選） 本體附帶一個(gè)USB編程端口 （5）通信功能：上位鏈接、無協(xié)議通信、NT鏈接（1:N）、串行網(wǎng)關(guān)功能、串行PLC鏈接功能、 Modbus-RTU簡(jiǎn)易主站。</p>&

55、lt;p>　　其他功能：模擬量輸入手動(dòng)設(shè)定 ；2位7段碼發(fā)光二極管顯示故障信息 ；支持歐姆龍中型機(jī)CJ1系列高功能模塊（最大2塊） ；支持FB/ST編程，可以利用歐姆龍的Smart FB庫(kù)，與CJ1/CS1系列程序統(tǒng)一，可以互換。</p><p>　　額定值及性能如表2.1：</p><p>　　表2.1 CP1H系列小型高功能PLC的一般規(guī)格</p><p>

56、;　　由試驗(yàn)要求，可以確定CP1H-XA40DR-A的1/O口數(shù)。首先PLC要控制一個(gè)伺服電機(jī)，一個(gè)光柵微位移傳感器，一個(gè)稱重變送器，一個(gè)氣缸，為了安全考慮，還需要兩個(gè)接近開關(guān)和一個(gè)限位開關(guān)至少七個(gè)元器件。根據(jù)各元器件的輸入輸出端口數(shù)可估算PLC的1/O口數(shù)。經(jīng)估算輸入24口，輸出16口即可滿足輸入輸出所需端口數(shù)。這里是近距離傳輸，因此選擇開關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)為24V就可滿足要求。</p><p>

57、　　2.3.2 稱重傳感器的選擇</p><p>　　稱重傳感器實(shí)際上是一種將物理量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用稱重傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。傳統(tǒng)概念上，負(fù)荷傳感器是稱重傳感器、測(cè)力傳感器的統(tǒng)稱，用單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)它的

58、計(jì)量特性。舊國(guó)標(biāo)將應(yīng)用對(duì)象和使用環(huán)境條件完全不同的“稱重”和“測(cè)力”兩種傳感器合二為一來考慮，對(duì)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。舊國(guó)標(biāo)共有21項(xiàng)指標(biāo)，均在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)；并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項(xiàng)指標(biāo)中的最大誤差，來確定稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)，分別用0.02、0.03、0.05表示。</p><p>　　稱重傳感器能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的

59、輸出信號(hào)?？紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質(zhì)量計(jì)量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準(zhǔn)確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對(duì)應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。國(guó)際法制計(jì)量組織規(guī)定，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70%，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對(duì)靈敏度的影響

60、所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ。</p><p>　　稱重傳感器的電壓輸出范圍為0～30mV。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要有:未受力的零點(diǎn)電壓U0≤5mV；20m1n前后輸出電壓變化范圍和受力過程中最大電壓和最小電壓變化不超過0.006mV，即Uoe-U0≤0.006mV，Umax-Um1n≤0.006mV；受力過程中輸出電壓每間隔5m1n的變化不超過0.003mV。整個(gè)測(cè)試過程中所有輸出電壓符合以上測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，則說明傳感器

61、精確度達(dá)到要求，性能良好；否則傳感器不能準(zhǔn)確反映出所受壓力和線性誤差大，傳感器就不合格。</p><p>　　在此采用拉壓力均可使用的拉壓力傳感器LCS-S3。LCS-S3拉壓力傳感器采用S型柱式作為彈性體，具有精度高、強(qiáng)度好、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用方便，互換性好適用于吊鉤秤、配料秤、包裝秤、機(jī)電結(jié)合秤等場(chǎng)合的測(cè)力。同時(shí)可對(duì)傳感器放大處理，輸出4～20mA，1～5V，0～5V，0～10V信號(hào)。<

62、/p><p>　　表2.2 LCS-S3拉壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　LCS-S3拉壓力傳感器的測(cè)量范圍非常廣，量程從50kg～20t。表2.2中所示的技術(shù)指標(biāo)是拉壓傳感器所必須具備的基本要求。稱重傳感器的接線說明如下：有四根線，分別為紅、黃、綠、白四色，其中紅色線是激勵(lì)電源正極，黃色線是輸出信號(hào)端正極，綠色線是激勵(lì)電源負(fù)極，白色線是輸出信號(hào)端負(fù)極。</p>&l

63、t;p>　　稱重傳感器不能把所接受到的信號(hào)直接傳給PLC，必須通過變送器將接收到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量的電壓信號(hào)后通過PLC的模擬量輸入端口傳給PLC。這里可以采用稱重變送器來完成這一任務(wù)。稱重變送器也叫做重量變送器，是一種將物理量變換成電信號(hào)，將毫伏信號(hào)經(jīng)隔離放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)的變送器儀表。一般稱重變送器與稱重傳感器是配套使用的,這里選用的稱重變送器是BSQ-2。</p><p>　　2.3.3 光柵

64、尺的選擇</p><p>　　光柵測(cè)微傳感器的種類有很多，D-KB-50光柵測(cè)微傳感器，是以高精度光柵作為檢測(cè)元件的精密測(cè)量裝置。與數(shù)顯表配套，組成高精度數(shù)字化測(cè)量?jī)x器?？梢源鏅C(jī)械式千分表、扭簧比較儀、深度尺、電感測(cè)位移和精密量塊，配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器，可將溫度、壓力、硬度、重量等參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。用于自動(dòng)化大生產(chǎn)中在線監(jiān)測(cè)及精密儀器的位置檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量值數(shù)字化顯示，精度高，穩(wěn)定可靠，讀數(shù)直觀準(zhǔn)確。亦可把測(cè)量數(shù)

65、據(jù)輸入計(jì)算機(jī)打印出測(cè)量數(shù)據(jù)或繪出曲線。D-KB-50光柵測(cè)微傳感器采用50線/mm或100線/mm的光柵，輸出兩路相位差90度的正弦波信號(hào)或正交方波信號(hào)，供電電壓為+5V/+12V/+24V。</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù)見表2.3：</p><p>　　表2.3 D-KB-50光柵測(cè)微傳感器主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表2.4 兩路正弦波信號(hào)A、B參數(shù)&

66、lt;/p><p>　　表2.5 傳感器引腳排列</p><p>　　在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，選擇測(cè)量范圍為0～50mm，因此長(zhǎng)L為50mm，那么測(cè)桿伸出長(zhǎng)度L0為63mm。A、B兩信號(hào)輸出端是高速脈沖輸出，因此，在用PLC控制光柵時(shí)，要注意應(yīng)用PLC的高速計(jì)數(shù)器功能的使用。同時(shí)光柵微位移傳感器的褐色和紅色接線也要正確連接才能正常工作。這些在第三章節(jié)中將詳細(xì)講解。</p><p>

67、;　　2.3.4 伺服電機(jī)的選擇</p><p>　　伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可用來控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流

68、伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能跟隨給定值的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要靠脈沖來定位，基本上可以理解為伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。因?yàn)樗欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖。這就和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)或者叫閉環(huán)，這樣的話，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈

69、沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。這里采用松下A4系列伺服電機(jī)。</p><p>　　表2.6 松下A4系列伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器型號(hào)、變壓器容量相匹配的選型表</p><p>　　上表是松下A4系列伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器型號(hào)、變壓器容量相匹配的選型表，在使用伺服電機(jī)時(shí)，要選擇相匹配的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。伺服驅(qū)動(dòng)器上有幾個(gè)

70、主要端口接線，伺服驅(qū)動(dòng)器的電源輸入接口，電機(jī)接口，旋轉(zhuǎn)編碼器接口，RS-232/PLC接口。伺服電機(jī)上有兩個(gè)接線柱，一個(gè)是接伺服驅(qū)動(dòng)器電源接口端，一個(gè)是帶有旋轉(zhuǎn)編碼器的接口端，這一端要作為反饋信號(hào)接入伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服電機(jī)通過這一接口把電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行情況及時(shí)的反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，以便伺服驅(qū)動(dòng)器來調(diào)整控制電機(jī)，使電機(jī)準(zhǔn)確運(yùn)行。這幾個(gè)端口的相接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)&l

71、t;/p><p>　　本章主要介紹硬件的設(shè)計(jì)，通過對(duì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以更近一步了解各硬件的使用方法及使用條件，更加清楚系統(tǒng)各部分的工作及銜接。本章介紹了PLC與PC之間的通訊方式，PLC要如何控制稱重傳感器、光柵和伺服電機(jī)等。</p><p>　　3.1 PLC與PC通訊電路</p><p>　　PLC通信主要采用串行異步通信，其常用的串行標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232、RS-

72、422和RS-485等。RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性走出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，可建立高層通信協(xié)議。RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)E1A制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可以實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50

73、、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C一般用于20m以內(nèi)的通信。</p><p>　　RS-485總線,在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工

74、工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。</p><p>　　RS-422總線,RS-485和RS-422電路原理基本相同，都是以差動(dòng)方式發(fā)送和接受，不需要數(shù)字地線。差動(dòng)工作是同速率條件下傳輸距離遠(yuǎn)的根本原因，這正是二者與RS-232的根本

75、區(qū)別，因?yàn)镽S-232是單端輸入輸出，雙工工作時(shí)至少需要數(shù)字地線 。發(fā)送線和接受線三條線異步傳輸，還可以加其它控制線完成同步等功能。RS-422通過兩對(duì)雙絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響，而RS-485只能半雙工工作，發(fā)收不能同時(shí)進(jìn)行，但它只需要一對(duì)雙絞線。RS-422和RS-485在19kpbs下能傳輸1200米。</p><p>　　基于以上對(duì)比，RS-232通用串行接口通信即可滿足要求。PLC一般都具有RS-

76、232，PLC通信的系統(tǒng)整體框圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 PLC通信系統(tǒng)整體框圖</p><p>　　目前RS-232是PC與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，RS代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即單端通信。收、發(fā)端的信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送

77、距離最大約為15米，最高速的約為20Kbps。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7 K。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。一個(gè)完整的RS-232接口有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯插頭座。除此之外，目前廣泛應(yīng)用的還有一種9芯的RS-232接口。</p><p>　　PC機(jī)與CP系列PLC,要經(jīng)過RS-232單元進(jìn)行連接。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出

78、正電平在+5～+15V，負(fù)電平在-5～-15V之間。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為TTL，從開始傳輸數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作在+3～+12V與-3～-12V。</p><p>　　由于PLC選的是歐姆龍的CP1H系列的，因此匹配的九針的RS-232與CP1H的連接如圖3.2所示：</p><p>　　電腦側(cè)RS-232 PLC側(cè)

79、RS-232</p><p>　　九針D形母頭 九針D形公頭</p><p>　　圖3.2 PLC-上位機(jī)通信線</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中，通常在9針的基礎(chǔ)再進(jìn)行簡(jiǎn)化，只用其中的2、3、5三個(gè)管腳進(jìn)行通信。這三個(gè)管腳分別是接收線、發(fā)送線和地線，在一般情況下即可滿足通訊的要求。值得注意的是，2、3兩腳是交叉互聯(lián)的，這很容易理解，因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備的發(fā)送線必須聯(lián)

80、接到另外一臺(tái)設(shè)備的接收線上，反之亦然。還需注意的是232信號(hào)的有效通訊距離是15M，接收機(jī)后面有4根線的接法：g，rx，tx，v，一邊接收機(jī)后面有5根線則從左向右起為:RX TX GND VCC3.3V NC。表3.1顯示了9針通訊的接口管腳名稱，以下是各管腳的說明：</p><p>　　表3.1 RS-232的9針通訊的接口管腳說明</p><p>　　在使用過程中，一定要注意各管腳的鏈

81、接，不同型號(hào)的PLC與九針的RS-232的連接時(shí)不同的，在試驗(yàn)時(shí)要選擇好相應(yīng)的PLC型號(hào)和RS-232的類型。</p><p>　　3.2 稱重傳感器接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC與稱重傳感器連接需要一個(gè)變送器，稱重傳感器在接受到外界信號(hào)時(shí)會(huì)把它的沖擊力傳給變送器，變送器把沖擊力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)再傳送給PLC，從而使PLC來做出相應(yīng)的控制。傳感器是把非電物理量如溫度、壓力、液位、物

82、料、氣體特性等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或把物理量如壓力、液位等直接送到變送器。變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信號(hào)放大以便傳送或啟動(dòng)控制組件。或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源。根據(jù)需要還可以將模擬量變換為數(shù)字量。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動(dòng)控制的監(jiān)測(cè)信號(hào)源。電路圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 PLC控制稱重傳感器電路圖</p><p>　　如上圖

83、所示稱重傳感器的輸出接稱重變送器的輸入，稱重變送器的輸出接入PLC的模擬量輸入端口的輸入。在PLC中有模擬量輸入模塊中選用第一對(duì)模擬量輸入端子作為模擬量信號(hào)輸入端。分析如下：稱重傳感器的接線定義如下：紅色線是激勵(lì)電源正，綠色線是激勵(lì)電源負(fù)，黃色線是輸出信號(hào)正，白色顯示輸出信號(hào)負(fù)。稱重變送器接線的輸入端是紅線接電源正，綠線接電源負(fù)，黃線接輸出正，白線接輸出負(fù)，這剛好與稱重傳感器的輸出端接線端子匹配，因此此處的接線原則就是稱重傳感器的輸出與

84、稱重變送器的輸入相接。稱重變送器的輸出端接線是紅線接電源正，綠線接電源負(fù)， 黃線接信號(hào)輸出，在與PLC中的模擬量輸入模塊連接時(shí)，黃線接1N1+，綠線接1N1-，構(gòu)成一個(gè)輸入信號(hào)回路，向PLC輸入信號(hào)。LCS-S3接收到的外界信號(hào)經(jīng)過稱重變送器轉(zhuǎn)換后，把轉(zhuǎn)換后的電流1傳送給CP1H，由于LCS-S3中的電阻是已知的，可以通過公式轉(zhuǎn)換，算出壓力的大小。</p><p>　　3.3光柵接口電路設(shè)計(jì)</p>

85、<p>　　光柵測(cè)微傳感器采用光柵疊柵條紋原理測(cè)量位移的傳感器。光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線密度為 10～100線/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應(yīng)，因而能提高測(cè)量精度。傳感器由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)四部分組成。標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，便形成大致按正弦規(guī)律分布的明暗相間的疊柵條紋。這些條紋以光柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度移動(dòng)，并直接照射到光電元件上，在它們的輸出端

86、得到一串電脈沖，通過放大、整形、辨向和計(jì)數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)輸出，直接顯示被測(cè)的位移量。傳感器的光路形式有兩種：一種是透射式光柵，它的柵線刻在透明材料上；另一種是反射式光柵，它的柵線刻在具有強(qiáng)反射的不銹鋼金屬或玻璃鍍金屬鋁膜上。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大和精度高。光柵式傳感器應(yīng)用在程控、數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)構(gòu)中，可測(cè)量靜、動(dòng)態(tài)的直線位移和整圓角位移。在機(jī)械振動(dòng)測(cè)量、變形測(cè)量等領(lǐng)域也有應(yīng)用。PLC控制光柵的電路如圖3.4所示： </p

87、><p>　　圖3.4 PLC控制光柵電路圖</p><p>　　光柵尺是通過摩爾條紋原理，通過光電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字方式表示線性位移量的高精度位移傳感器。光柵尺是由讀數(shù)頭、主尺和接口組成。玻璃光柵上均勻地刻有透光和小透光的線條，精度為50線/mm，其光柵的柵距為0.02mm，采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖。一般情況下，線條數(shù)按所測(cè)精度刻制，為了判別出運(yùn)動(dòng)方向，線條被刻成相位上相差90

88、°的兩路。當(dāng)讀數(shù)頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，接口電路的光電接收器分別產(chǎn)生A相和B相兩路相位相差90°的脈沖波輸出信號(hào)再經(jīng)過數(shù)顯系統(tǒng)細(xì)分處理,分辨率是光柵周期除以信號(hào)細(xì)分?jǐn)?shù),經(jīng)過電子信號(hào)細(xì)分處理分辨率可為5um或1um光柵位移傳感器的工作原理，是由一對(duì)光柵副中的主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進(jìn)行相對(duì)位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同

89、的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號(hào)，再經(jīng)過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示。光柵測(cè)微傳感器是通過計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)來計(jì)量位移的。因?yàn)?mm=5000個(gè)脈沖，所以當(dāng)知道脈沖的個(gè)數(shù)后就可以計(jì)算出位移量。在CX</p><p>　　綠線和白線分別是A路和B路兩路的接線，當(dāng)A路的脈沖超前B路時(shí)表示光柵被下壓的距離，當(dāng)A路的脈沖滯后B路的脈沖時(shí)表示光柵向外伸出的距離。褐色線和紅

90、色線是提供其正常工作時(shí)的工作電壓的。</p><p>　　3.4伺服電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　伺服電機(jī)又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用做執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其輸出端帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)，該電位

91、器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或反向的轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于0，從而達(dá)到使伺服電機(jī)精確定位的目的。</p><p>　　伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角

92、度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。</p><p>　　在PLC程序中設(shè)定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，單位為（rpm），設(shè)伺服電機(jī)設(shè)定為1000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設(shè)定值/6）*100（HZ）。假設(shè)該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)直線定位精度為±0.1mm，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈滾珠絲杠副移動(dòng)10

93、mm，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量或者說驅(qū)動(dòng)分辨率為0.01mm(一個(gè)絲)；PLC輸出脈沖數(shù)=長(zhǎng)度設(shè)定值*10。以上的結(jié)論是在伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。也就是說，在計(jì)算PLC發(fā)出脈沖頻率與脈沖前，先根據(jù)機(jī)械條件，綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機(jī)的電子齒輪比。機(jī)械機(jī)構(gòu)確定后，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的行走長(zhǎng)度已經(jīng)固定（如上面所說的10mm），設(shè)計(jì)要求的定位精度為0.1mm(10個(gè)絲)。為了保證此精度，一般情

94、況下是讓一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度低于0.1mm，如設(shè)定一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度為如上所述的0.01mm，于是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為1000個(gè)脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時(shí)，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K。</p><p>　　一般來說，伺服電機(jī)也是不能直接與PLC相接的，因?yàn)镻LC不能直接帶動(dòng)伺服電機(jī)工作，必須要有伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)器適是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬

95、達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。伺服電機(jī)的運(yùn)行一般來說有兩種模式，有速度模式和位置模式，此外還有轉(zhuǎn)矩模式。一般來說會(huì)使用位置模式，也就是脈沖控制模式。指令接頭為50p1n，焊接時(shí)要注意引腳編號(hào)。</p><p>　　圖3.5所示的接線圖中，伺服電機(jī)采用的是位置控制模式，為了安全起見，這里選用的是帶有安全功能的BR

96、K端口，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)p1n10、p1n11管腳起作用。</p><p>　　圖3.5 PLC與伺服電機(jī)的連接圖</p><p>　　p1n 1，p1n 2, p1n 7與外部24V相接，為伺服電機(jī)提供正常電壓值，使其能正常工作。p1n 4，p1n6接PLC高速輸出端口，p1n4的連接使電機(jī)正傳，可推動(dòng)稱重傳感器向下運(yùn)動(dòng)；P1n6的連接是電機(jī)反轉(zhuǎn)，推動(dòng)稱重傳感器向上運(yùn)動(dòng)。P1n29是伺服電

97、機(jī)的使能端，與PLC的普通輸出端口相接，當(dāng)此端口有效時(shí)伺服電機(jī)開始工作。P1n31，p1n36，p1n37為伺服電機(jī)的報(bào)警端口，p1n36為報(bào)警公共端，接外部直流電源的0V，而p1n37接PLC的普通輸入端口，伺服電機(jī)報(bào)警，p1n31接PLC的普通輸出端口，清除伺服電機(jī)的報(bào)警。如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 PLC與伺服電機(jī)的連接圖的部分管腳說明</p><p>　　按照伺

98、服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說明書上的“位置控制模式控制信號(hào)接線圖”接線： p1n3(PULS1)，p1n4(PULS2)為脈沖信號(hào)端子，PULS1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻),PULS2連接控制器(如PLC的輸出端子)。p1n5(S1GN1)，p1n6(S1GN2)為控制方向信號(hào)端子，S1GN1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻)，S1GN2連接控制器(如PLC的輸出端子)。當(dāng)此端子接收信號(hào)變化時(shí)，伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方

99、向改變。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的P41，P42這兩個(gè)參數(shù)控制，p1n7(com+)與外接24V直流電源的正極相連。p1n29(SRV-0N)，伺服使能信號(hào)，此端子與外接24V直流電源的負(fù)極相連，則伺服電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)，通俗地講就是伺服電機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好，接收脈沖即可以運(yùn)轉(zhuǎn)。上面所述的六根接線連接完畢，伺服電機(jī)即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖與方向信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)。其他的信號(hào)端子，如伺服報(bào)警、偏差計(jì)數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)您的要求接入控制器構(gòu)成更完善的

100、控制系統(tǒng)。PLC輸入端的COM和輸出端的COM0，COM1等全部接到24V直流電源的負(fù)端，也就是0V端。另外伺服驅(qū)</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各元器件所需電壓是不同的，因此對(duì)他們的供電也是不同的。PLC的交流電壓是在100～240V，直流24V。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要用三相電源來供電。在整個(gè)供電系統(tǒng)中既要考慮交流供電還要考慮直流供電，這就需

101、要變壓處理和交直流轉(zhuǎn)換。電源設(shè)計(jì)電路圖如3.6所示：</p><p>　　在這個(gè)電源設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)由三相電源L1、L2、L3供電，N為中線，N相與L1、L2、L3任意相間的相電壓為220V，L1、L2、L3任意兩相之間的電壓為線電壓380V。斷路器QF上安裝的有熔斷器FU，主要用于電路的過負(fù)荷保護(hù)、短路、欠電壓、漏電壓保護(hù)、也用于不頻繁接通和斷開的電路，起保護(hù)作用。在三相電路中的任一相電路過載時(shí)，F(xiàn)U將會(huì)自動(dòng)熔斷，

102、把過載的那一相斷開，以免發(fā)生更大的故障。KM1是接觸器的觸點(diǎn)。接觸器是一種用來自動(dòng)接通或斷開大電流電</p><p>　　路的電器。它可以頻繁地接通或分?jǐn)嘟恢绷麟娐罚⒖蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。其主要控制對(duì)象是電機(jī)，還具有低電壓釋放保護(hù)功能。通過接觸器KM的自鎖環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)欠電壓、失電壓保護(hù)。當(dāng)按下按鈕時(shí)接觸器線圈通電，接觸器觸點(diǎn)閉合，當(dāng)松開后，接觸器線圈通過接觸器觸點(diǎn)依然可以通電，這樣就形成自鎖電路。</p>

103、;<p>　　圖3.6 電源電路圖</p><p>　　伺服電機(jī)由電網(wǎng)供電，這里選擇L3、N之間的相電壓220V的交流電壓給開關(guān)電源和PLC的交流部分供電。開關(guān)電源可以把交流轉(zhuǎn)換成直流，有5V、12V、15V、24V等電壓等級(jí)，可以為系統(tǒng)中各器件提供所需的直流電壓。</p><p><b>　　4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p&

104、gt;　　本章主要講解軟件部分的設(shè)計(jì)，PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，通常PLC不采用危機(jī)的編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自言語(yǔ)言”編程。PLC有5種編程語(yǔ)言，功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被掌