滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　空氣調(diào)節(jié)機(jī)的滑塊厚度精度要求很高，相比傳統(tǒng)的手工測量方法，采用自動(dòng)檢測系統(tǒng)可極大地降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測效率，并能大大地減少檢測出錯(cuò)率。根據(jù)滑塊厚度檢測的精度要求及特殊的翻面檢測工序，設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)的檢測平臺(tái)。文中詳細(xì)介紹了檢測平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案，該綜合檢測平臺(tái)分成四大部分：控制平臺(tái)分料機(jī)構(gòu)、傳感器、采集系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。針

2、對上述四大部分探討了檢測平臺(tái)、分料機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)的功能要求、工作原理、設(shè)計(jì)方法、實(shí)現(xiàn)方法及可行性，并對各分系統(tǒng)的關(guān)鍵件進(jìn)行了選型分析。按課題要求對全系統(tǒng)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)、加工、調(diào)試，經(jīng)聯(lián)調(diào)檢測證明了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是符合要求的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)檢測平臺(tái) 滑塊 厚度 總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p>&

3、lt;p>　　The slipper , which is one of the significant accessory of an air condition , has a great strict requirement in dimensional precision. In order to improve the efficiency, decrease the error effectively and redu

4、ce the intensity of labor, it is important to develop an automatic measuring system to substitute for traditional hand work. According to some particular procedure and the demand for strict precision, this fully-automati

5、c measuring platform was designed. This paper introduces the whole des</p><p>　　Keywords: automatic measuring platform, slipper, thickness, general design </p><p><b>　　目次</b></p&g

6、t;<p><b>　　1 緒論4</b></p><p><b>　　1．1 概述4</b></p><p>　　1．2 國內(nèi)外發(fā)展和研究狀況4</p><p>　　1.3 研究方向和研究手段5</p><p>　　1.4 本文的主要工作6</p>

7、<p>　　2 系統(tǒng)總體方案論證7</p><p>　　2．1 滑塊厚度檢測現(xiàn)有工序分析7</p><p>　　2．2 滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2．3 機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　2．4 控制部分總體設(shè)計(jì)12</p><p>　　2．5 檢測部分

8、及上位機(jī)功能設(shè)計(jì)12</p><p>　　3 檢測平臺(tái)投料、分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3．1 檢測平臺(tái)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3．2 入料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3 分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20</p><p>

9、　　4．1 概述20</p><p>　　4．2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21</p><p>　　4．3 控制軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　5 滑塊厚度檢測系統(tǒng)及上位機(jī)功能設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.1 概述27</p><p>　　5.2 檢測系統(tǒng)27</p><p>

10、　　5.3 上位機(jī)功能設(shè)計(jì)28</p><p>　　6 檢測平臺(tái)的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)32</p><p>　　6．1.安裝調(diào)試32</p><p>　　6．2.方案改進(jìn)32</p><p>　　6.3 檢測結(jié)果34</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p>&l

11、t;p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1．1 概述</b></p><p>　　滑塊是空氣調(diào)節(jié)機(jī)中的關(guān)鍵部件之一，

12、其幾何尺寸、表面粗糙度、形位公差等精度的高低直接關(guān)系到空氣調(diào)節(jié)機(jī)性能的好壞，所以對它的精度要求相當(dāng)?shù)馗?。其中，滑塊的厚度/平行度作為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，直接決定著滑塊應(yīng)用的有效性，并影響著空調(diào)的性能和質(zhì)量。隨著空氣調(diào)節(jié)機(jī)產(chǎn)量的日益增加，滑塊的需求量也急劇上升。傳統(tǒng)的手工檢測已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上生產(chǎn)的節(jié)奏，成為制約生產(chǎn)效率的一個(gè)瓶頸。雖然國外有相關(guān)的自動(dòng)檢測設(shè)備可以進(jìn)口，可以克服人工方式的種種缺陷，但同樣有存在價(jià)格高，設(shè)備維護(hù)與升級(jí)費(fèi)用大等不良

13、因素。針對市場對能夠自動(dòng)地進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)、快速而正確地進(jìn)行品質(zhì)分選的高性價(jià)比滑塊分選設(shè)備的迫切需求，南京理工大學(xué)與寧波市科技局合作研制一套滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)。采用這套自動(dòng)化測量設(shè)備不僅可以縮短時(shí)間，使得測量速度與生產(chǎn)節(jié)拍相吻合，提高生產(chǎn)率，而且可以提高測量精度，節(jié)省人力，消除人為誤差，避免重復(fù)單調(diào)的勞動(dòng)操作，減少費(fèi)用，還便于顯示及反饋等。</p><p>　　在傳統(tǒng)的受控機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)往

14、往分開進(jìn)行,機(jī)械設(shè)計(jì)人員和控制人員分別使用不同的設(shè)計(jì)工具和方法處理同一個(gè)研究目標(biāo)，他們分別采用各自的思路和方法，進(jìn)行獨(dú)立的驗(yàn)證和測試。直到在物理樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)，兩種設(shè)計(jì)才被放在一起。在測試過程中，一旦控制和機(jī)械的交互作用不能取得令人滿意的效果，機(jī)械和控制則分別需要從新細(xì)化,然后再測試,如此反復(fù),直到滿意為止，這樣的設(shè)計(jì)方法顯然缺乏競爭力和總體性。課題組成員組成了團(tuán)隊(duì)，針對設(shè)計(jì)任務(wù)，分別負(fù)責(zé)機(jī)械部分設(shè)計(jì)、控制部分軟件部分設(shè)計(jì)、控制部分硬件設(shè)計(jì)

15、等等。本文主要針對總體設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。</p><p>　　1．2 國內(nèi)外發(fā)展和研究狀況</p><p>　　1.南京理工大學(xué)研制的機(jī)車轉(zhuǎn)向綜合測試平臺(tái)用于對機(jī)車加載，并實(shí)時(shí)對四輪載荷分布及軸位移進(jìn)行檢測。整個(gè)加載系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）和工控機(jī)作為控制系統(tǒng)的主體，通過組成單回路反饋控制系統(tǒng)，在加載過程中準(zhǔn)確控制對轉(zhuǎn)向架施加的壓力。當(dāng)對轉(zhuǎn)向架加載和卸載力時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測四輪受力和變形的關(guān)

16、系。車輪的形變體現(xiàn)縱向和橫向發(fā)生變化，因此需要使用精密位移傳感器測量其二維變化。具體要求有：4路水平位移檢測：量程：0～50mm，相對不確定度優(yōu)于1%；6路豎直位移檢測：量程0～100mm，相對不確定度優(yōu)于1%。整個(gè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制，自動(dòng)報(bào)警，隨時(shí)切換到安全狀態(tài)，可節(jié)省大量人力，減少設(shè)計(jì)成本。采用可編程控制器和計(jì)算機(jī)聯(lián)合控制，使得整個(gè)控制過程可靠靈活。</p><p>　　2.浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所研制的基于

17、ARM核芯片的軸瓦壁厚/平行度自動(dòng)檢測系統(tǒng)。采用了功能強(qiáng)大的16/32位的嵌入式微處理器和占先式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)成中心測控系統(tǒng)，以PLC為現(xiàn)場控制模塊，應(yīng)用光柵尺獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對軸瓦壁厚和平行度的實(shí)時(shí)、在線以及高精度測量（光柵分辨率為0.1μm）</p><p>　　3.德國生產(chǎn)的銦瓦線尺測距儀DISTINVAR，應(yīng)變儀DISTERMETER ISETH，石英伸縮儀，各種光學(xué)應(yīng)變計(jì)，位移與振動(dòng)激光快速遙測儀

18、等。采用多譜勒效應(yīng)的雙頻激光干涉儀，能在數(shù)十米范圍內(nèi)達(dá)到0.01μm的計(jì)量精度，成為重要的長度檢校和精密測量設(shè)備；采用CCD線列傳感器測量微距離可達(dá)到百分之幾微米的精度，它們使距離測量精度從毫米、微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)世界。</p><p>　　4.德國Grecon公司生產(chǎn)的TMNC型激光測厚儀，采用模塊式設(shè)計(jì)的多處理機(jī)系統(tǒng)，使系統(tǒng)功能易于擴(kuò)展，易于維修，可以方便地修改和增補(bǔ)各種功能軟件。處理機(jī)計(jì)算厚度的平均值，進(jìn)行

19、統(tǒng)計(jì)分析，超差時(shí)發(fā)出警報(bào)。在CRT上，可以清楚地看到三對測定頭測得的板厚分度情況。該裝置可以方便地貯存數(shù)據(jù)，需要時(shí)按要求打印報(bào)告，檢測精度為±0.1mm，檢測范圍為0～100mm。</p><p>　　1.3 研究方向和研究手段</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們要求檢測設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)行以提高試驗(yàn)效率，同時(shí)對檢測結(jié)果的可信賴性和精確性要求也越來越高，智能化是檢測技術(shù)

20、的發(fā)展方向，同時(shí)也是滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的努力方向。</p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)廣泛采用自動(dòng)化控制技術(shù)，滑塊的上下料、滑塊的傳送，滑塊厚度的檢測等動(dòng)作全部自動(dòng)化進(jìn)行，不僅能夠使測試效率大大提高，還能減少測試人員的主觀因素對測試結(jié)果可信賴性的影響。比較設(shè)計(jì)了檢測平臺(tái)分料機(jī)構(gòu)，對傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。執(zhí)行裝置采用了四通公司的步進(jìn)電機(jī)；出口分料處的滑塊分類通過電磁鐵的通電放電及步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)；采用可

21、編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊檢測、分料過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　本文主要做了如下工作：</p><p>　　第一章緒論部分介紹了滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的相關(guān)概念以及國內(nèi)外在該課題方面的研究現(xiàn)狀，說明我們課題研究的目標(biāo)以及研究手段。<

22、/p><p>　　第二章對系統(tǒng)總體方案從機(jī)械部分、控制部分、檢測部分等進(jìn)行了論證與設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三章介紹了檢測平臺(tái)投料、分料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)和選取進(jìn)行了理論分析。</p><p>　　第四章詳細(xì)地介紹了控制系統(tǒng)，包括測控方案及其功能設(shè)計(jì)，以及PLC控制軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第五章介紹了滑塊厚度檢測系統(tǒng)及上位機(jī)

23、的功能。</p><p>　　第六章介紹了部分聯(lián)調(diào)情況，并對系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析。</p><p>　　最后對全文進(jìn)行了總結(jié)。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案論證</p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)由自動(dòng)分料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)檢測系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、檢測平臺(tái)等組成，可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測滑塊尺寸的目的。按照要求，該系統(tǒng)應(yīng)該能夠快速地檢測出滑

24、塊的厚度和平行度，并且根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分類。寧波市科技局提出的具體要求有：</p><p>　　1）檢測誤差允許范圍為δ≤0.1μm；</p><p>　　2）垂直公差≤1絲；</p><p>　　3）平行公差≤1%mm；</p><p>　　4）精度要求≤10-7m；</p><p>　　5）每臺(tái)機(jī)器一個(gè)工作日檢

25、測應(yīng)至少達(dá)到20000個(gè)滑塊。</p><p>　　2．1 滑塊厚度檢測現(xiàn)有工序分析</p><p>　　目前，滑塊厚度的檢測仍然依靠手工操作。工廠女工利用千分尺等測量工具對厚度進(jìn)行檢測，然后人工做出判斷，對滑塊是否合格進(jìn)行分類。這種檢測方法嚴(yán)重制約了滑塊的生產(chǎn)效率，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，易受主觀因素影響，無法得到精確的數(shù)據(jù)，可靠性也不高。因此，設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)化程度高的滑塊厚度檢測平臺(tái)顯得尤為重

26、要。</p><p>　　2．2 滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　1.首先，為了明確設(shè)計(jì)對象的功能和約束條件，我們運(yùn)用了“黑箱法”將設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　抽象化。我們有意識(shí)地按照設(shè)計(jì)活動(dòng)自身的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行，應(yīng)用發(fā)散式的、以功能設(shè)計(jì)為主的設(shè)計(jì)思維，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)抽象的設(shè)計(jì)構(gòu)思，極好地防止了過早地進(jìn)入實(shí)體結(jié)果分析，從而使結(jié)果既在系統(tǒng)的工作原

27、理和結(jié)構(gòu)有關(guān)的本質(zhì)上有所創(chuàng)新，又能結(jié)合實(shí)際，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p>　　對于我們所要設(shè)計(jì)的滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)，在求解之前，猶如一個(gè)不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”。給“黑箱”輸入物料、能量、信息以及外界的影響，則經(jīng)“黑箱”后產(chǎn)生輸出量以及“黑箱”對外界的影響。圖2.1為滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的“黑箱”示意圖。左邊的輸入量由被測工件滑塊、驅(qū)動(dòng)能和檢測要求，右邊的輸出量為檢測結(jié)果和滑塊分類，上邊為該檢測平臺(tái)對外

28、界環(huán)境的影響，下邊為環(huán)境對檢測平臺(tái)的影響因素?；瑝K厚度綜合檢測平臺(tái)的總功能是檢測出滑塊的厚度并對滑塊進(jìn)行分類。</p><p>　　2.確定了總功能后，就可尋求功能解，即實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)物理效應(yīng)和功能載體。據(jù)此，我們將總功能分解成復(fù)雜程度較低的分功能，并相應(yīng)找出各分功能的解。滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)本身由許多子系統(tǒng)組成，所以在此，我們可按照各子系統(tǒng)進(jìn)行分解（各子系統(tǒng)的分解功能圖本文從略），如圖2.2所示。</p&

29、gt;<p>　　3.經(jīng)過分析討論，確定設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　1）分別以滑塊的兩個(gè)面為定位基準(zhǔn)，測出兩組數(shù)據(jù)；</p><p>　　2）每個(gè)面需要測多個(gè)點(diǎn)，并且這些點(diǎn)能夠決定一個(gè)平面；</p><p>　　3）能夠自動(dòng)處理檢測數(shù)據(jù)，并按照要求把其分成七類，從七個(gè)不同的出口滑出；</p><p>　　4)能夠?qū)崟r(shí)顯示檢測

30、到的滑塊數(shù)據(jù)，及滑塊檢測數(shù)量及每個(gè)分類口分出的滑塊數(shù)；</p><p>　　5）系統(tǒng)具備較高的精度、可靠性和穩(wěn)定性，在工作中能給出精確數(shù)據(jù)。</p><p>　　6）具有一定的容錯(cuò)能力，即使出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類，也不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類等現(xiàn)象；</p><p>　　7）設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡單。</p><p><b>　　4

31、.功能實(shí)現(xiàn)途徑：</b></p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)是一個(gè)分布式的測控系統(tǒng)，由三大部分組成：以C++Builder為基礎(chǔ)的中心測控單元，基于PLC的現(xiàn)場模塊和采用光柵傳感器的厚度/平行度原始數(shù)據(jù)檢測裝置。中心測控單元和現(xiàn)場控制模塊之間的協(xié)調(diào)通過I/O予以完成。</p><p>　　1）機(jī)械傳動(dòng)流程圖（如圖2.3所示）</p><p>　　2

32、）控制系統(tǒng)組成（如圖2.4所示）</p><p>　　3）出口分料設(shè)計(jì)（如圖2.5所示）</p><p>　　其中，3為傳動(dòng)裝置的出料槽口，其余七個(gè)口為分料口，滑塊利用加速度由傳動(dòng)裝置的出料槽口滑入轉(zhuǎn)盤的槽道內(nèi)，轉(zhuǎn)盤根據(jù)信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)向相應(yīng)的角度即可從對應(yīng)的分料口分類出去。</p><p>　　2．3 機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械

33、部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)檢測平臺(tái)的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的檢測精度、檢測速度等等。</p><p><b>　　1.傳送裝置的選擇</b></p><p>　　傳送裝置是自動(dòng)線結(jié)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)件及工件的承載體。它把工件按照一定的節(jié)拍或</p><p>　　速度從一個(gè)工位送到下一個(gè)工位，從結(jié)構(gòu)上把機(jī)械裝置與其他設(shè)備聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。傳送裝置的種類比

34、較多，有滾軸式、滾軸鏈?zhǔn)?、鏈板式、懸掛鏈條式、帶式傳送裝置、傳送螺旋、滾輪式、推桿滑道式、搓板推動(dòng)式等等。鑒于滑塊的尺寸較小，驅(qū)動(dòng)力矩小等原因，結(jié)構(gòu)簡單的帶式傳送裝置即可滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　2.滑塊轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)向傳送裝置</p><p>　　目前，轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)向傳送裝置一般分為錐輥傳送裝置，90°環(huán)帶、隨行夾具式、升降轉(zhuǎn)盤、升降托盤等等?；瑝K厚度綜合檢測平臺(tái)的機(jī)械裝置具

35、有一定的定向要求，同時(shí)為了盡可能地把裝置簡單化。因選擇了用隨行夾具式傳送裝置。</p><p>　　3.滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于滑塊需要平穩(wěn)地向前移動(dòng)，所以我們對帶式傳送裝置進(jìn)行了改良，如圖2.6所示。</p><p>　　采用同步齒形帶9，一面與相應(yīng)類型的帶輪2配合、另一面的齒槽中套接滑塊外夾具4的長柄，外夾具隨同步帶一起移動(dòng)。滑塊內(nèi)

36、夾具5與外夾具間隙配合，其中間開孔放置被測滑塊6，內(nèi)夾具的兩個(gè)銷耳7在導(dǎo)軌槽道8中滑動(dòng)以限制內(nèi)夾具的方向，這樣內(nèi)夾具、滑塊一面隨外夾具移動(dòng)，一面隨兩條導(dǎo)軌槽的距離變化發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。槽道的形狀與尺寸將決定滑塊對角線與其移動(dòng)方向的夾角。為了使傳送裝置具有良好的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)壓帶輪部件，以壓帶輪的彈性來減弱外部環(huán)境的振動(dòng)。夾具布滿整個(gè)工作導(dǎo)軌，并隨傳動(dòng)帶循環(huán)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑塊從入料口進(jìn)入時(shí)，在某一時(shí)刻必定有一內(nèi)夾具與之配合，滑塊即進(jìn)入測量循環(huán)軌道，并在出

37、料口滑出。通過改變導(dǎo)軌的形狀來使滑塊旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度（如圖2.7所示），從而實(shí)現(xiàn)檢測滑塊同一個(gè)面兩條對角線上點(diǎn)的目的。</p><p>　　2．4 控制部分總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.控制部分的組成</b></p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的控制系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)

38、行元件。</p><p><b>　　2.各部分功能</b></p><p>　　1）工控機(jī)：作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度中心，通過PLC間接地控制、監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)；</p><p>　　2）PLC作為系統(tǒng)的控制核心，直接完成對各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制以及各運(yùn)動(dòng)位置檢測；</p><p>　　3）檢測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)采卡和工

39、控機(jī)等組成，通過對滑塊的幾何量的測量、計(jì)算，作為分類產(chǎn)品判斷的依據(jù)；</p><p>　　4）位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件：主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)的檢測以及各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)執(zhí)行，給系統(tǒng)施于動(dòng)力源。</p><p>　　3.控制部分所能實(shí)現(xiàn)功能</p><p>　　1）控制系統(tǒng)完成滑塊在流水線上平穩(wěn)傳送；</p><p>　　2）控制兩個(gè)步進(jìn)電

40、機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；</p><p>　　3)完成滑塊厚度檢測全過程，根據(jù)所得數(shù)據(jù)對滑塊進(jìn)行正確分類；</p><p>　　4）具有一定的容錯(cuò)能力。即使是出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類也不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)明確指出錯(cuò)誤來自哪個(gè)方位，即使不能指明錯(cuò)誤來源，也能檢測到流水線的某個(gè)大致位置，以方便維護(hù)，及時(shí)排除故障。</p><p>　　2．5 檢測

41、部分及上位機(jī)功能設(shè)計(jì)</p><p>　　在本課題中，檢測平臺(tái)的垂直公差要求為1絲，平行公差要求為1%mm，精度要求為0.1μm。選用JGX系列的密封式光柵位移傳感器，它的測量分辨率為0.025μm（400線/mm），可以滿足精度要求。檢測平臺(tái)的檢測速度為2萬/天，針對這一效率要求，應(yīng)該全面考慮其自動(dòng)化程度，如微機(jī)控制，自動(dòng)上下料，自動(dòng)傳送工作，自動(dòng)檢測等。另外還要考慮可行性等等。</p><

42、p>　　檢測平臺(tái)的上位機(jī)運(yùn)用C++Builder編程，能夠?qū)鞲衅魉玫降臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并能夠?qū)⒎诸愋盘?hào)實(shí)時(shí)傳給PLC，從而控制滑塊的正確分類。系統(tǒng)第一次運(yùn)行或者運(yùn)行時(shí)間過長都應(yīng)該重新標(biāo)定。一旦發(fā)生滑塊堆積、分類錯(cuò)誤、系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤，上位機(jī)都能夠發(fā)出警報(bào)，給予工作人員提醒。</p><p>　　3 檢測平臺(tái)投料、分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3．1 檢測平臺(tái)設(shè)計(jì)</p

43、><p><b>　　1.檢測時(shí)序圖</b></p><p>　　傳感器1 2 3 4</p><p><b>　　滑塊1</b></p><p>　　2s

44、t/ s</p><p>　　傳感器1 2 3 4</p><p>　　滑塊2 滑塊1</p><p><b>　　4s</b></p><p>　　傳感器1 2 3 4</p><p>　　滑塊

45、3 滑塊2 滑塊1</p><p>　　傳感器1 2 3 4 </p><p>　　滑塊4 滑塊3 滑塊2 滑塊1</p><p><b>　　8s</b></p><p>　　傳感器1 2 3

46、 4 </p><p>　　滑塊5 滑塊4 滑塊3 滑塊2 滑塊1</p><p><b>　　10s</b></p><p>　　圖3.1 檢測時(shí)序圖 </p><p>　　由上圖可以看出:滑塊在檢測平臺(tái)上處于并發(fā)流水線

47、式檢測。通過安裝在傳感器旁的感應(yīng)開關(guān)，可告知傳感器滑塊已經(jīng)到達(dá)可以檢測，當(dāng)工作人員沒有定時(shí)添加滑塊時(shí)，系統(tǒng)等待。</p><p><b>　　2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　為了保證傳送過程中的平穩(wěn)性，避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)引入附加的測量誤差，造成測量結(jié)果的失真，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了分體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將檢測工作臺(tái)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分離，從而大大減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對檢測過程的影響?；?/p>

48、塊的每一表面要測量兩條對角線上共五個(gè)點(diǎn)（中心交叉處可看作一個(gè)），因此,滑塊在流水線上不但要做90度旋轉(zhuǎn)，還要翻轉(zhuǎn)180度。通過在測量平臺(tái)上刻畫合適的曲線使滑塊能夠按照預(yù)先設(shè)定的軌跡作適當(dāng)?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)?；瑝K的180度翻轉(zhuǎn)，則通過設(shè)計(jì)流水線的空間結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　3.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　1）電機(jī)選擇思路</b

49、></p><p>　　本平臺(tái)共需兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)用來帶動(dòng)傳送帶，一臺(tái)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的選擇一般包括選擇電動(dòng)機(jī)的類型、電動(dòng)機(jī)的功率及額定轉(zhuǎn)矩等。其具體思路如下：首先，選擇電動(dòng)機(jī)的類型，然后比較電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載特性，看它們是否吻合，并在此基礎(chǔ)上檢查是否滿足調(diào)速范圍與精度，順便考慮一下經(jīng)濟(jì)性的問題，如果以上各個(gè)方面均滿足，接下來，我們便可以開始計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)行起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)及加速轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)、發(fā)熱校驗(yàn)

50、等。如過發(fā)熱校驗(yàn)不通過，可以減小功率數(shù)或改用FSN小的電機(jī)?；蛘?，在滿足加速度要求下，看能否通過減小加速轉(zhuǎn)矩來滿足上述要求。最后，再作出具體決定。</p><p>　　2）電機(jī)類型的選擇（以分料口的電機(jī)為例）</p><p>　　在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)使用一些小功率電機(jī)用于信號(hào)的檢測、變換和傳遞，作執(zhí)行元件或信號(hào)元件，這類電機(jī)稱為控制電機(jī)。常用的控制電動(dòng)機(jī)乳汁流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)

51、和步進(jìn)電機(jī)等等?？刂齐姍C(jī)一般具有的特點(diǎn)：1）快速性好，即加速轉(zhuǎn)矩大頻響特性好；2）位置控制精度高、調(diào)速范圍寬，低速運(yùn)行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，分辨率高，振動(dòng)噪聲小；3）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求；4）可靠性高，壽命長。</p><p>　　對起停頻率高（如數(shù)百次/分），但不要求低速平穩(wěn)性的產(chǎn)品，選用電機(jī)主要性能指標(biāo)為高比功率。在額定輸出功率相同的情況下，交流伺服電機(jī)的比功率最高，直流伺服電機(jī)次之，步進(jìn)電機(jī)最低。本課題要求的

52、電機(jī)起停頻率低，但要求低速平穩(wěn)，扭矩脈動(dòng)小，在整個(gè)測速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，功率密度為主要的性能指標(biāo)。這時(shí)，步進(jìn)電機(jī)為最佳的選擇。其中，功率密度為P/G，電動(dòng)機(jī)的比功率為T2N/Jm (TN為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量) 。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每外加一個(gè)控制脈沖，電機(jī)就運(yùn)行一步。與其他驅(qū)動(dòng)元件相比，步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)有幾個(gè)明

53、顯的優(yōu)點(diǎn)1）通常不需要反饋就能對位移或速度進(jìn)行精確控制；2）輸出的轉(zhuǎn)角或位移精度高，誤差不會(huì)累積；3）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與數(shù)字設(shè)備兼容，價(jià)格便宜。</p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算：</p><p>　　1）計(jì)算齒輪的減速比；</p><p>　　2）計(jì)算電機(jī)軸上的慣量；</p><p>　　3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M；</p&g

54、t;<p>　　4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。</p><p>　　經(jīng)過計(jì)算，選用四通公司的56BGY系列250C電機(jī)。其保持轉(zhuǎn)矩為1.04NM，定位轉(zhuǎn)矩為0.04 NM，空載起動(dòng)頻率為2.8KHz。為了提高工作可靠性，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器采用商品化的整體結(jié)構(gòu)，選用北京四通電機(jī)公司的SH-20806B，其采用數(shù)字式升頻升壓驅(qū)動(dòng)方式，并結(jié)合了恒電流控制技術(shù)，采用80V交流電源供電，輸入控制信號(hào)為TTL電平信號(hào)，且

55、提供過流保護(hù)、過壓保護(hù)、步距角切換、雙/單脈沖控制模式切換和試機(jī)等功能。減速器原則上希望是1/2,但市場上一般的減速器為1/5，考慮也能滿足要求，故選用1/5的減速器。</p><p>　　3．2 入料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　使工人只需在一個(gè)位置投料，無需測量、校準(zhǔn)。投料的速度不會(huì)對系統(tǒng)的檢測效率帶來任何影響，見圖3.2a。為使滑塊順利進(jìn)入內(nèi)夾具孔中，不出現(xiàn)未入孔就隨夾具滑出投料裝

56、置的情況，安裝時(shí)有如下技術(shù)要求：h0<h<h0+h1。</p><p>　　其中：h1----內(nèi)夾具厚度；</p><p>　　h0----滑塊厚度；</p><p>　　h-----入料口與導(dǎo)軌之間距離（如圖3.2b）。</p><p><b>　　a</b></p><p>　　平

57、臺(tái)導(dǎo)軌，2-外夾具，3-內(nèi)夾具，4-滑塊，5-投料裝置</p><p><b>　　b</b></p><p><b>　　圖3.2 入料口</b></p><p>　　3.3 分料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖3.3 分料口</b></p><

58、;p>　　1．分料口的工作流程</p><p>　　1）當(dāng)滑塊從傳動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)滑出，經(jīng)過一段斜坡的加速后便進(jìn)入圓盤的槽道內(nèi)，感應(yīng)器將滑塊到達(dá)信號(hào)送至控制CPU。</p><p>　　2)CPU給出命令，控制電機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度（由數(shù)據(jù)處理后的分類信號(hào)決定），電機(jī)停，電磁鐵失電。</p><p>　　3)滑塊被電磁鐵從某個(gè)出口k彈出。</p>&

59、lt;p>　　4)接近開關(guān)IO．K接受到滑塊彈出信息，并給CPU發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)至初始位置。</p><p><b>　　2.接近開關(guān)</b></p><p>　　接近開關(guān)是傳感器家族中眾多種類中的一個(gè)。它是利用電磁工作原理，用先進(jìn)的工藝制成的，是一種位置傳感器，它能通過傳感器與物體之間的位置關(guān)系變化，將非電量或電磁量轉(zhuǎn)化為所希望的電信號(hào)，從而達(dá)到控制或測量

60、的目的。</p><p>　　在分料口，共需使用十個(gè)接近開關(guān)。一個(gè)產(chǎn)生定位信號(hào)，一個(gè)產(chǎn)生滑塊堆積信號(hào)，一個(gè)產(chǎn)生滑塊到位信號(hào)，剩下七個(gè)為分類信號(hào)。由于需要對滑塊實(shí)現(xiàn)定位、數(shù)目檢測、料位控制等功能，故均選用電感式接近開關(guān)。</p><p>　　電感式接近開關(guān)（GDKG）屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器、信號(hào)觸發(fā)器和開關(guān)放大器組成。振蕩電路的線圈產(chǎn)生高頻交流磁場，該磁場經(jīng)由傳

61、感器的感應(yīng)面釋放出來。當(dāng)有金屬物體接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭，就會(huì)使該金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，當(dāng)信號(hào)觸發(fā)器探測到這一衰減現(xiàn)象，便把它轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，由此識(shí)別出有無金屬物體接近開關(guān)，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。</p><p>　　本課題中，電感式傳感器的檢測方式為埋入式，在安裝上為齊平安裝型。</p><p><

62、b>　　3.分料機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　若使用斜面導(dǎo)軌形式，在導(dǎo)軌側(cè)面開七個(gè)口，當(dāng)滑塊滑到相對應(yīng)的出料口時(shí)，由電磁鐵將滑塊推出，以實(shí)現(xiàn)分類，這樣做將增大設(shè)備體積，且無法保證滑塊到了分類口時(shí)不繼續(xù)下滑，從而造成滑塊不能準(zhǔn)確地從分料口分類出去的后果；若采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則滑塊推出動(dòng)作較慢，很難滿足快速的任務(wù)要求。本課題采用圓盤分料，既節(jié)約了空間，又保證了時(shí)間。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)過一定角度

63、后，由電磁鐵將滑塊推出。分類結(jié)束后步進(jìn)電機(jī)回到起始狀態(tài)，等待下一個(gè)滑塊的到來。</p><p><b>　　4.分料盤的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于電感式接近開關(guān)所能檢測的物體只可以是金屬體，所以，分料盤的材料就不能使用金屬體，故選用安裝方便的塑料盤。由于塑料盤質(zhì)量較小，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在塑料盤下面再安裝一個(gè)密度較大的鋼質(zhì)圓盤，直徑約為塑料盤的1/2。

64、</p><p>　　一個(gè)滑塊的尺寸為5×27×35（mm），塑料圓盤的槽道寬度應(yīng)留有足夠的余量，故需大于35mm,槽道的圓周弧度取為62mm。圓盤上每兩兩出料槽間應(yīng)相隔30°，故兩槽道間隔圓周距離取22mm，所以整個(gè)塑料圓盤的圓周長度為100.8cm，為便于制作圓盤，圓盤的半徑取為160mm。</p><p>　　由于合格的滑塊占多數(shù)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，為盡可能

65、減少步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，中間一個(gè)出口作為合格產(chǎn)品的出口，左右各設(shè)三個(gè)出口，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)中間出口和傳動(dòng)裝置的出料槽口正好相對應(yīng)銜接。</p><p><b>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4．1 概述</b></p><p>　　1. 控制系統(tǒng)的作用</p><p>

66、　　控制系統(tǒng)的作用是保證工作機(jī)的所有結(jié)構(gòu)，能嚴(yán)格按照預(yù)定的順序，協(xié)調(diào)地、有節(jié)奏地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)，是工作循環(huán)得以周而復(fù)始地進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)對生產(chǎn)率和工作可靠性影響很大，因此，要求控制準(zhǔn)確、靈敏、可靠、耐用和調(diào)整方便。</p><p><b>　　2.控制器選擇</b></p><p>　　控制系統(tǒng)若采用單片機(jī)、單片板的話，單片機(jī)、單片板本身的可靠性差，易受干擾，再加上

67、輸出線是兩級(jí)的繼電器輸出，火花大，容易對控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，常會(huì)造成控制系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至死機(jī)。而PLC是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，可靠性高，I/O接口模塊豐富，軟件編程簡單，故選用可編程控制器PLC。</p><p>　　3.控制系統(tǒng)框圖（圖4.1）</p><p><b>　　4.控制要求</b></p><p>　　PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核

68、心，直接完成對各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制以及各運(yùn)動(dòng)位置的檢測。PLC與工控機(jī)通過通信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取PLC的通行口識(shí)別整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)上有所顯示。通過軟件控制各個(gè)控制部件的運(yùn)行?？刂栖浖饕瓿沙跏紖?shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)顯示、容錯(cuò)檢測和故障檢測報(bào)警等功能。當(dāng)PLC得到工控機(jī)的分類信號(hào)后，輸出相應(yīng)脈沖，從而達(dá)到設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)距離（旋轉(zhuǎn)角度）、速度、方向等參數(shù)的目的。</p><p><b>

69、　　5.控制流程</b></p><p>　　1）初始化，系統(tǒng)自檢，各部件是否正常。主要判斷I0.2～I(xiàn)1.0有無信號(hào),初始化各寄存器,響應(yīng)工控機(jī)等，如果正常,通過RS485向工控機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào).</p><p>　　2）自檢成功后，復(fù)位電機(jī)2。讀通信口，依據(jù)通信口的命令選擇工作方式。測試方式狀態(tài)下，由工控機(jī)控制PLC的運(yùn)行，進(jìn)而控制電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)。正常分類狀態(tài)下，起動(dòng)傳送

70、電機(jī)1。</p><p>　　3）掃描I1.3～I(xiàn)1.6，如有信號(hào)則分別啟動(dòng)相應(yīng)探頭。</p><p>　　4）判斷位置傳感器8檢測有無滑塊，如有，檢查工業(yè)控制機(jī)傳來的產(chǎn)品分類狀態(tài)，判斷產(chǎn)品分類，并控制電機(jī)2旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。如無，則等待。</p><p>　　5）電機(jī)2帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照產(chǎn)品的分類轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度θi。</p><p>　　6）到位后，電

71、磁鐵Q0.3失電，彈出滑塊。</p><p>　　7）判斷感應(yīng)傳感器1-7檢測出滑塊分類到位信號(hào)，與所對應(yīng)分類是否一致，如不一致，則報(bào)警，一致則驅(qū)動(dòng)電機(jī)2帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)位，并告知上位機(jī)分類完成。判斷定位信號(hào)，是否復(fù)位成功，如否，則啟動(dòng)定位程序。</p><p>　　8）判斷I2.1是否停機(jī)，如是，則切斷電源。如否，轉(zhuǎn)至4）。</p><p>　　注：急停信號(hào)用于特殊情況

72、強(qiáng)制停機(jī)，不管分類是否完成,只要I11有效，則立即強(qiáng)制停機(jī).直至重新啟動(dòng)。</p><p>　　4．2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.控制系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　控制系統(tǒng)采用了基于PLC的現(xiàn)場控制模塊。PLC現(xiàn)場控制模塊主要完成相關(guān)設(shè)備控制以及一些開關(guān)量信息的檢測等工作。首先啟動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，將滑塊傳輸?shù)酱龣z工位后，由PLC向中心控制單元發(fā)送請求信

73、號(hào)，中心控制單元接受該信號(hào)后，完成滑塊厚度/平行度的原始信號(hào)的采集、分析及處理，并把處理結(jié)果反饋給本控制模塊，有本模塊控制分類，并將已檢測的滑塊從相應(yīng)的分料口分類出去，完成一次檢測。</p><p><b>　　試驗(yàn)電路連接</b></p><p><b>　　2）硬件電路</b></p><p><b>　　2

74、.PLC的選型</b></p><p><b>　　1）PLC概述</b></p><p>　　可編程控制器是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論而發(fā)展起來的，隨著高性能的微處理器及位片式CPU的應(yīng)用，使得PLC不僅具有計(jì)算機(jī)的邏輯控制功能，數(shù)據(jù)處理功能，聯(lián)網(wǎng)通信功能，而且能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制儀表，組成集散式控制系統(tǒng)。在惡劣的工作環(huán)境下工作，PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，

75、可靠性高的特點(diǎn)。PLC梯形圖語言清晰直觀，可讀性強(qiáng)，易于掌握。此外，PLC體積小，維護(hù)操作方便。正是由于PLC具有的種種優(yōu)點(diǎn)，所以，在工業(yè)控制中，PLC作為面向控制對象的下位機(jī)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p><b>　　2）選型原則</b></p><p>　　世界上約有200多個(gè)PLC 生產(chǎn)廠家，如美國的AB公司、莫迪康公司、GE 公司、德國的西

76、門子公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國內(nèi)的浙大中控等。它們一般滿足用戶各方面的需求，但在外形、結(jié)構(gòu)、功能、網(wǎng)絡(luò)通信和編程方法等方面各有不同，對于不同的工業(yè)控制需求，應(yīng)當(dāng)選擇合適的PLC。</p><p>　　PLC選型的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能和容量，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性以及能滿足特殊功能要求等。由于本課題中的檢測平臺(tái)有連續(xù)性，應(yīng)盡可能地考慮將來新增功能要求，考慮選擇比較新型

77、的PLC，由于西門子公司的產(chǎn)品質(zhì)量比較有保障，且技術(shù)支持、售后服務(wù)較完善，有利于產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)，所以確定選用西門子公司生產(chǎn)的PLC。</p><p>　　由于所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不是很多，選擇小型PLC即可滿足要求。西門子公司的S7-200微型PLC系統(tǒng)組合擴(kuò)展方便，結(jié)合了一體化PLC和模塊化PLC的優(yōu)點(diǎn)，具有極高的性價(jià)比。</p><p>　　3）確定PLC的規(guī)模</p>

78、<p>　　PLC一般是根據(jù)其輸入輸出點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量的大小來分類, 在PLC選型之前首先確定系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量。表4.1為滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的PLC的輸入輸出分配（當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)為1，無信號(hào)輸入時(shí)為0）</p><p>　　表4.1 PLC的輸入輸出分配 </p><p>　　通過對PLC的輸入輸出口分配進(jìn)行分析，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入18個(gè)、高速脈沖輸出2個(gè)、其他輸

79、出11個(gè)。如果選用CPU224，則必須擴(kuò)展輸入模塊?？紤]到控制系統(tǒng)的程序較復(fù)雜、需要存儲(chǔ)空間較大，而且，市場價(jià)格CPU224（選用CPU224和擴(kuò)展模塊的價(jià)格）與CPU226相差不大，況且本系統(tǒng)只是厚度檢測，將來還要有高度、平行度等檢測系統(tǒng)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化檢測系統(tǒng)是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。選用具有兩個(gè)通信口的CPU226更加合理。</p><p>　　4．3 控制軟件設(shè)計(jì)</p><p><

80、;b>　　1.編程語言的介紹</b></p><p>　　PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要。PLC提供的編程語言通常由：梯形圖、功能圖、語句表和功能塊圖。其中，梯形圖語言簡單明了，易于理解，是我們編程的首選。事實(shí)上，梯形圖（Ladder）編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上

81、有一定的區(qū)別。S7-200PLC用LAD編程時(shí)以每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)塊為單位，所有的網(wǎng)絡(luò)塊組合在一起就是梯形圖程序，這也是S7-200PLC的特點(diǎn)。</p><p><b>　　2.總控制流程圖</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p>&

82、lt;p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p&

83、gt;<b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　3.對步進(jìn)電機(jī)的控制</p><p>　　事實(shí)上，用由邏輯元件

84、構(gòu)成的電路控制步進(jìn)電機(jī)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。但是，如果需要改變控制功能，則需要重新設(shè)計(jì)硬件電路，所以靈活性差，成本高。而通過編程對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，可以大大降低成本，并使得控制更為靈活，功能更為強(qiáng)大，可靠性也得到顯著改善。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)1的控制較為簡單，僅需控制啟動(dòng)，停止及一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速，故在此不對其進(jìn)行討論。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)2需要實(shí)現(xiàn)頻繁地啟動(dòng)，停止，正轉(zhuǎn)，

85、反轉(zhuǎn)，角度控制等功能，因此，步進(jìn)電機(jī)2程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)為：</p><p><b>　　1）判斷旋轉(zhuǎn)方向；</b></p><p>　　2）按順序傳送控制脈沖；</p><p>　　3）判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。</p><p>　　因此，步進(jìn)電機(jī)2的控制程序就是完成環(huán)形分配器的任務(wù)，從而控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)

86、到控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位移的目的。首先要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的判別，運(yùn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制程序。正反向控制程序分別按要求的控制順序，輸出相應(yīng)的控制模塊，再加上脈寬延時(shí)程序即可。PLC對電機(jī)2的控制為PTO（高速脈沖串輸出）方式，采用多段管線，通過變量存儲(chǔ)區(qū)建立包絡(luò)表，控制輸出脈沖的周期和脈沖數(shù)。</p><p>　　5 滑塊厚度檢測系統(tǒng)及上位機(jī)功能設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 概述

87、</b></p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)研制成功與否很大程度上取決于檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)械部分相對來說只是平臺(tái)，是支承體，保證滑塊能夠平穩(wěn)地運(yùn)行，保證系統(tǒng)能夠測量到所要測的滑塊上各點(diǎn)，保證能夠?qū)瑝K進(jìn)行正確分類。而檢測系統(tǒng)才是整個(gè)平臺(tái)的核心與靈魂，它實(shí)現(xiàn)了在要求的精度和速度范圍內(nèi)獲得數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析給出分類信號(hào)的功能。</p><p><b>　　5

88、.2 檢測系統(tǒng)</b></p><p><b>　　1.檢測系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　檢測系統(tǒng)由流水帶、四個(gè)接觸式位移傳感器、上位機(jī)等組成。由于研制本套設(shè)備的主要目的就是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因此，對于速度要求是嚴(yán)格的。按照協(xié)議要求，一個(gè)工作日下來，應(yīng)該能夠完成2萬個(gè)滑塊的檢測任務(wù)。通過PLC對步進(jìn)電機(jī)1轉(zhuǎn)速的控制，保證了滑塊在流水線上的運(yùn)行速度

89、。因?yàn)橐獧z測滑塊的兩個(gè)面上共四條對角線，所以我們在流水線不同的位置安裝了四個(gè)傳感器，用于測量滑塊上不同點(diǎn)的厚度。上位機(jī)則對傳感器所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，給出正確的分類信號(hào)。PLC根據(jù)得到的分類信號(hào)，通過控制步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角，使得滑塊能夠正好從相應(yīng)的分料口送出去。</p><p>　　2.傳感器的安裝與選型</p><p>　　由于滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的精度要求小于0.1μm，具有相當(dāng)高的

90、精度要求。因此，在選用傳感器時(shí)，我們首先關(guān)注的是傳感器的精確度。本系統(tǒng)采用了密封式光柵位移傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。光柵是由很多相等節(jié)距的透光和不透光的刻線相間排列構(gòu)成的柵形光器件，利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象可進(jìn)行位移的精密測量和控制。光柵傳感器主要由光源、透鏡、節(jié)距相等的光柵副及光電元件等組成。其中，主光柵類似長刻線標(biāo)尺，固定不動(dòng)，而指示光柵則是運(yùn)動(dòng)的，并且具有辨向能力，可辨別光柵的移動(dòng)方向。主光柵與指示光柵的零位窗口刻有按某一隨機(jī)序列排列的線

91、系，可得到的光通量-位移曲線就是該隨機(jī)系列的非周期自相關(guān)函數(shù)。非周期自相關(guān)函數(shù)值在坐標(biāo)原點(diǎn)具有最大值,若稍偏離原點(diǎn),函數(shù)值迅速向零逼近。當(dāng)探頭到達(dá)零位時(shí),通過電路將計(jì)數(shù)器清零,即設(shè)置了絕對零位?？紤]到性價(jià)比的問題,本系統(tǒng)采用分辨率為25μm的光柵尺,其精度遠(yuǎn)未滿足測量精度的要求,因此,必須采用電子細(xì)分的方法提高其分辨率。由于機(jī)械振動(dòng)、安裝與使用條件等因素的影響,采用單一的細(xì)分間距在調(diào)試與安裝上的困難都比較大,性能不穩(wěn)定,單一的倍頻又難以

92、大幅地提高分辨率。所以,在開發(fā)過程中我們組合了細(xì)分節(jié)距與倍</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)滑塊的厚度，四個(gè)光柵傳感器裝導(dǎo)軌上方相應(yīng)的高度。光柵傳感器1安裝在進(jìn)入流水線的直道上，用來檢測滑塊一個(gè)面上的一條對角線上的點(diǎn)；經(jīng)過轉(zhuǎn)彎后，光柵傳感器2檢測滑塊該面上另一條對角線的點(diǎn)；通過180°翻面后，光柵傳感器3檢測滑塊另一面上的一條對角線的點(diǎn)；再次經(jīng)過轉(zhuǎn)彎，光柵傳感器4檢測出另一條對角線。所得到的數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)后

93、，上位機(jī)就可開始對滑塊做出分類判斷。</p><p>　　5.3 上位機(jī)功能設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.軟件介紹</b></p><p>　　使用C/C++語言可以進(jìn)行系統(tǒng)工程項(xiàng)目和應(yīng)用程序工程項(xiàng)目的開發(fā)。系統(tǒng)工程項(xiàng)目包括控制臺(tái)應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)服務(wù)程序，嵌入系統(tǒng)程序和實(shí)時(shí)系統(tǒng)程序。這類程序一般是非可視化的，并且和

94、系統(tǒng)的硬件環(huán)境密切相關(guān)。C/C++以其對硬件控制能力而著稱，因此在系統(tǒng)工程項(xiàng)目中無一例外地采用C/C++語言。但是，C/C++應(yīng)用程序的開發(fā)太復(fù)雜，傳統(tǒng)C++工具開發(fā)周期太長，開發(fā)環(huán)境差，所以傳統(tǒng)C++工作已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前快速應(yīng)用程序開發(fā)的需求。</p><p>　　C++ Builder是Borland公司新一代面向?qū)ο?，可視化的快速?yīng)用程序開發(fā)環(huán)境（RAD，rapid application developme

95、nt）,可以運(yùn)行在Windows98/95或WindowsNT操作系統(tǒng)上。</p><p>　　Borland C++ Builder不僅繼承了傳統(tǒng)C++應(yīng)用程序開發(fā)工具高效和低層硬件控制能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)利用了可視化構(gòu)件類庫（VCL，visual component library）所提供的構(gòu)件，使得該工具具有應(yīng)用方便和真正可視化的特點(diǎn)。所謂構(gòu)件，是指應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基本單元。構(gòu)件是一個(gè)可視化的軟件單元，可

96、以直接放置到開發(fā)環(huán)境中去，由多個(gè)這樣的構(gòu)件協(xié)同完成應(yīng)用程序的各項(xiàng)功能。以這種方法進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)具有快速和可視化的特點(diǎn)，能夠縮短應(yīng)用程序開發(fā)時(shí)間，提高程序人員的工作效率，適應(yīng)快速軟件系統(tǒng)開發(fā)的需求。</p><p><b>　　2.軟件功能</b></p><p>　　滑塊厚度綜合檢測平臺(tái)的上位機(jī)采用了C++ Builder編程，主要完成的任務(wù)有：</p>

97、;<p>　　1）系統(tǒng)故障報(bào)警，即接收現(xiàn)場控制模塊的系統(tǒng)工作情況或故障編碼，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警；</p><p>　　2）CRT顯示，實(shí)時(shí)顯示厚度/平行度的檢測結(jié)果及開機(jī)運(yùn)行后已經(jīng)檢測的滑塊總數(shù)，每個(gè)分料口已經(jīng)分類出去的滑塊數(shù)量等等；</p><p>　　3）鍵盤管理，即實(shí)現(xiàn)鍵盤的掃描，響應(yīng)鍵盤并完成相應(yīng)的操作；</p><p>　　4）數(shù)

98、據(jù)采集和測量任務(wù)，即接收來自計(jì)數(shù)口的原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)滑塊厚度與平行度的測量；</p><p>　　5）分類任務(wù)，即將滑塊按七個(gè)級(jí)別進(jìn)行分類，并向PLC發(fā)出分類信號(hào)。具體的分類情況為：</p><p>　　出口1——滑塊厚度合格、平行差合格</p><p>　　出口2——滑塊厚度合格、平行差超差</p><p>　　出口3——滑塊

99、厚度超上限、平行差合格</p><p>　　出口4——滑塊厚度超上限、平行差超差 </p><p>　　出口5——厚度超下限、平行差合格</p><p>　　出口6——厚度超下限、平行差超差</p><p><b>　　出口7——備用出口</b></p><p>　　6）打印輸出，即按報(bào)表形式將

100、滑塊的檢測和分類結(jié)果打印輸出。</p><p>　　3.控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通信</p><p>　　滑塊厚度檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件采用微機(jī)-PLC模式，工控機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，完成檢測、控制處理檢測過程中的各種問題和提供人機(jī)交互的界面；PLC是底層的控制執(zhí)行核心，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種控制命令?？刂葡到y(tǒng)與上位機(jī)的通信主要通過PLC的通信口實(shí)現(xiàn)。本課題采用異步方式串行通信，收發(fā)雙方分別使用

101、各自的時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送端可選擇任何時(shí)刻開始發(fā)送數(shù)據(jù)，異步通信用一個(gè)起始位表示一個(gè)字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，采用幀來傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送速度用波特率表示。由于PLC的通信口采用的是RS-485標(biāo)準(zhǔn)，而工控機(jī)的串行口是RS-232標(biāo)準(zhǔn)，因此要使用RS-232/PPI多主站電纜連接。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-232端口傳輸?shù)絉S-485端口時(shí)，RS-232/PPI多主站電纜將處于發(fā)送模式；當(dāng)空閑或者數(shù)據(jù)從 RS-485接口傳輸?shù)?RS-232接口時(shí)

102、，電纜則處于接收模式。當(dāng)電纜檢測到 RS-232 傳送線上的字符時(shí)，會(huì)馬上由接收模式轉(zhuǎn)入發(fā)送模式。RS-232/PPI多主站電纜支持1200b至115.2k的波特率。本系統(tǒng)采用的PC/PPI電纜只支持9600bps的波特率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.0ms。</p><p><b>　　4.通信協(xié)議</b></p><p>　　工控機(jī)與PLC之間的接口就是通信協(xié)議。制定完善、詳細(xì)

103、的通信協(xié)議是調(diào)試、還是系統(tǒng)的運(yùn)行，在整個(gè)控制系統(tǒng)中是很重要的。</p><p>　　通信雙方的通信格式，如波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位等，要事先約定。通信單位為2個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)為握手信號(hào)回車符OD。各字節(jié)狀態(tài)定義如下：</p><p>　　00H：分類系統(tǒng)準(zhǔn)備好；</p><p>　　01H：滑塊分類1；</p><p>

104、;　　02H：滑塊分類2；</p><p>　　03H：滑塊分類3；</p><p>　　04H：滑塊分類4；</p><p>　　05H：滑塊分類5；</p><p>　　06H：滑塊分類6；</p><p>　　07H：滑塊分類7；</p><p>　　21H：分類1完成；</p>

105、;<p>　　22H：分類2完成；</p><p>　　23H：分類3完成；</p><p>　　24H：分類4完成；</p><p>　　25H：分類5完成；</p><p>　　26H：分類6完成；</p><p>　　27H：分類7完成；</p><p>　　40H：測試標(biāo)定

106、程序；</p><p>　　41H：啟動(dòng)電機(jī)1；</p><p>　　42H：停止電機(jī)2；</p><p>　　43H：PLC收到后，報(bào)警鈴發(fā)出振鈴指示；</p><p>　　44H：報(bào)警等閃爍；</p><p>　　45H：報(bào)警燈長鳴；</p><p>　　46H：報(bào)警燈熄滅；</p&g

107、t;<p><b>　　47H：停止響鈴；</b></p><p>　　81H：滑塊堆積報(bào)警；</p><p>　　82H：分類錯(cuò)誤報(bào)警；</p><p>　　83H：初始化失敗報(bào)警；</p><p>　　84H：傳感器1感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到滑塊進(jìn)入測量范圍，向工控機(jī)發(fā)出可以檢測信號(hào)；</p>&l

108、t;p>　　85H：傳感器2感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到滑塊進(jìn)入測量范圍，向工控機(jī)發(fā)出可以檢測信號(hào)；</p><p>　　86H：傳感器3感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到滑塊進(jìn)入測量范圍，向工控機(jī)發(fā)出可以檢測信號(hào)；</p><p>　　87H：傳感器4感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到滑塊進(jìn)入測量范圍，向工控機(jī)發(fā)出可以檢測信號(hào)；</p><p>　　88H：系統(tǒng)復(fù)位指令。</p><p>

109、;　　6 檢測平臺(tái)的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)</p><p><b>　　6．1.安裝調(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是檢測平臺(tái)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)地綜合檢測。經(jīng)過調(diào)試，整個(gè)控制系統(tǒng)基本完成預(yù)期的功能，達(dá)到了最先設(shè)計(jì)的要求。但也出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)過調(diào)試，給出了解決方法。</p><p>　　由于滑塊進(jìn)入分料盤時(shí)的速度是由重力加速度給出

110、的，而PLC的速度比滑塊速度來的快，因此，需要在編程時(shí)增加適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，防止發(fā)生滑塊錯(cuò)落的情況。</p><p>　　滑塊在經(jīng)過保護(hù)板下半圓弧段時(shí)，很難保證夾具不掉出齒槽，可采取的措施如：通過調(diào)整保護(hù)板上腰形槽盡量將內(nèi)、外保護(hù)板間的間隙調(diào)均勻或間隙小的部位用銼刀挫去多余棱角，如果這兩種方案仍不行，可將外夾具與帶黏結(jié)起來，防止夾具與同步齒形帶脫離（或用整塊鋼板加工得到，而不用焊接的方式加工），還用加強(qiáng)肋提高滑塊保護(hù)板

111、的剛度。</p><p>　　為了保證0.1um的檢測精度，必然要求有很高的定位精度，所以滑塊在變換工位時(shí)速度受到限制，但又要實(shí)現(xiàn)一天檢測2萬個(gè)滑塊，兩者產(chǎn)生矛盾，所以只能盡可能地找到一個(gè)調(diào)和點(diǎn)。</p><p><b>　　6．2.方案改進(jìn)</b></p><p>　　鑒于本畢業(yè)設(shè)計(jì)方案在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，經(jīng)進(jìn)一步的方案論證及關(guān)鍵部件的加工工

112、藝分析采取了以下措施：</p><p>　　1）主傳動(dòng)輪部分由于在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電機(jī)帶動(dòng)齒形帶運(yùn)動(dòng)時(shí)僅有1~2個(gè)齒咬合，造成了傳動(dòng)力矩不夠，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，對主傳動(dòng)轉(zhuǎn)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，將傳動(dòng)主輪改為齒數(shù)為123個(gè)齒的復(fù)合齒輪結(jié)構(gòu)，并將主傳動(dòng)輪及滑塊翻面用的傳動(dòng)輪外部安裝齒形帶防護(hù)罩，以防滑塊在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于間隙過大，出現(xiàn)的卡滯現(xiàn)象。改進(jìn)后的方案實(shí)物如圖6.1-6.2所示。</p><p>　

113、　圖6.1 主動(dòng)輪復(fù)合齒輪 圖6.2 翻面輪的防護(hù)罩</p><p>　　2）滑塊平面角度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌經(jīng)常出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象?；瑝K在檢測平臺(tái)導(dǎo)軌中運(yùn)行時(shí)，由于導(dǎo)軌形狀加工具有一定的誤差，導(dǎo)致滑塊內(nèi)夾具的兩個(gè)滑動(dòng)圓柱銷受力不準(zhǔn)，造成滑塊在導(dǎo)軌運(yùn)行中被卡死的現(xiàn)象，經(jīng)分析，方案設(shè)計(jì)的軌道角度是合理的，但由于加工中直線段與圓弧段過渡不合理。為解決這一現(xiàn)象，對原加工軌道槽進(jìn)行了研修，