畢業(yè)設(shè)計（論文）-汽車發(fā)動機連桿脹斷系統(tǒng)

吉林大學本科生畢業(yè)設(shè)計論文 i 摘 要 汽車發(fā)動機連桿脹斷系統(tǒng) 連桿脹斷工藝是國際上九十年代初發(fā)展起來的一種連桿加工新技術(shù)，它從根本上改變了傳統(tǒng)的連桿加工方法，大幅度提高了整體發(fā)動機的生產(chǎn)技術(shù)水平，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 本文在對脹斷工藝原理、脹斷主機、裝配螺栓及工件自動化傳送裝置的詳細分析的基礎(chǔ)上，主要研究了脹斷生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。 文中，首先確定了系統(tǒng)的電氣控制方案并進行了必要的論證。根據(jù)電氣控制方案，對具體硬件電路進行了詳細設(shè)計，并做了具體的說明。 本文的研究方法與技術(shù)線路 是按脹斷工藝的技術(shù)特點而確定，通過制定整體技術(shù)方案、合理確定脹斷主機的結(jié)構(gòu)與主要技術(shù)參數(shù)、研究并設(shè)計脹斷自動化生產(chǎn)裝備的液壓、電氣及微機控制系統(tǒng)，全面滿足連桿脹斷技術(shù)高精度、高質(zhì)量、高效率的精益生產(chǎn)要求。 關(guān)鍵詞 ：連桿脹斷工藝，可編程控制器 吉林大學本科生畢業(yè)設(shè)計論文 ii Abstract The bloated and broken technology of engine connecting rod of the automobile is a new kind of processing technology of automobile connecting rod which developed at the beginning of the 1990s in the world. it changes the traditional processing method of connecting rod fundamentally, and it improves the level of technology of the whole engine by a large margin .It has very remarkable economic benefits and social benefit. This text firstly analyzes the principle of bloated disconnected craft, the bloated disconnected host machine and the automatic assembling line in detail,then the text mainly study the control systems of the production line. In the text, we give the electrical control of the system and carrie on an essential demonstration. According to control method,the text designed the hardware circuit in detail, and gave the concrete explanation. The research approach of this text and technological circuit are fixed according to the technological characteristics of the craft .By making the whole technological scheme, confirming the structure of the bloated disconnected host machine and main technical parameters, we study and design the hydraulic pressure,electrical and computer control system of the bloated disconnected automatic eqippment.The design meet the requests of high-accuracy, high quality, high-efficiency for the the bloated disconnected production line in an all-round way. Keyword: the bloated disconnected technology of engine connecting rod, the programmable logic controller , 目錄 I 目錄 第一章 緒論 . - 1 - 1.1 引言 . - 1 - 1.2 項目背景及研究意義 . - 1 - 1.3 本文主要完成的工作 . - 2 - 第二章 可編程控制器概述 . - 3 - 2.1 可編程控制器的發(fā)展 . - 3 - 2.2 PLC 的特點 . - 4 - 2.3 可編程控制器程序語言設(shè)計 . - 6 - 2.4 S7-200 系列 PLC 的指令系統(tǒng) . - 7 - 2.6 MCGS 組態(tài)軟件 . - 10 - 第三章 設(shè)計論證 . - 12 - .1 系統(tǒng)控制流程概述 . - 12 - .2 系統(tǒng)硬件設(shè)計概述 . - 12 - .2.1 脹斷主機的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 . - 13 - .2.2 定扭矩裝配螺栓裝置的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 . - 13 - .2.3 自動化傳送 裝置的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 . - 13 - .2.4 步進梁機械手夾持定位精度與縱、橫項運動精度 . - 13 - .2.5 微機控制系統(tǒng)的功能制定與設(shè)計 . - 13 - .2.6 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計 . - 14 - .3 電動機的啟動 . - 14 - 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 . - 17 - 4.1 系統(tǒng)硬件總述 . - 17 - 脹斷實驗裝置由機械，液壓，電控三部分組成；脹斷主機共有 10 個液壓缸，按連桿脹斷工藝要求，先后順序動作，完成脹斷任務(wù)。 . - 17 - 4.3 CPM1A 的特點 . - 18 - 4.2 CPM1A 的 I/O 規(guī)格 . - 21 - 第五章 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . - 23 - 5.1 CPM1A 軟件基礎(chǔ) . - 23 - 5.1.1 CPM1A 的繼電器區(qū) . - 23 - 5.1.2 CX-Programmer 軟件 . - 24 - 目錄 II 5.1.3 CPM1A 與上位機的連接 . - 25 - 5.2 PLC 的 I/O 分配 . - 26 - 5.2 PLC 程序 . - 27 - 5.2.1 開機啟動程序 . - 27 - 總結(jié) . - 29 - 致謝 . 31 第一章 緒論 - 1 - 第一章 緒論 1.1 引言 近年來，隨著機械工業(yè)、尤其是汽車工業(yè)的飛速發(fā)展與國際競爭的激化，零部件及其設(shè)計制造過程的高質(zhì)量、高效率、低成本、低能耗已成為提高產(chǎn)品競爭力的唯一途徑。拘泥于傳統(tǒng)、落后的加工技術(shù)的生產(chǎn)模式早已難以適應(yīng)市場的變化，加工技術(shù)的變革成為必然的發(fā)展趨勢及發(fā)展方向。許多新的工藝打破常規(guī)，以構(gòu) 思新穎、操作經(jīng)濟、效益顯著為特點應(yīng)運而生。 連桿是發(fā)動機上的關(guān)鍵零部件，在高頻率疲勞載荷下工作，對強度有較高的要求。就制造工藝而言，連桿屬于較難鍛造與加工的一種零件。對其制造方法與技術(shù)，國內(nèi)外都給與極大的關(guān)注。連桿脹斷供依舊是國際上九十年代初發(fā)展起來的一種連桿加工方法，是對傳統(tǒng)連桿加工的一次重大變革，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，同時大幅提高了整體發(fā)動機的生產(chǎn)技術(shù)水平。 1.2 項目背景及研究意義 該項新技術(shù)在國外發(fā)展極為迅速、應(yīng)用越來越廣泛。美國的福特公司、美國的通用汽車公司、德國的寶馬汽車公司、德 國的大眾公司、法國的雷諾汽車公司等多家汽車生產(chǎn)廠商采用了該種新技術(shù)。日本的研究機構(gòu)與汽車生產(chǎn)廠商也對此項新技術(shù)進行了廣泛的研究與開發(fā)，即將在多種車型上應(yīng)用。而國內(nèi)汽車工業(yè)、發(fā)動機行業(yè)的連桿生產(chǎn)廠家目前仍舊沿用落后的傳統(tǒng)桿、蓋分體加工方法，嚴重的阻礙了我國汽車工業(yè)、發(fā)動機行業(yè)的快速發(fā)展。面對“入世”后的挑戰(zhàn)和市場的激烈競爭，為了縮短我國和國外在汽車、發(fā)動機制造業(yè)上的差距，在短時間內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機制造關(guān)鍵技術(shù)的跨越，迅速開展發(fā)動機連桿脹斷加工新技術(shù)的研究與開發(fā)已是刻不容緩。 本項目的目的是自行研究開發(fā)連桿脹斷新工藝 及其關(guān)鍵技術(shù)裝備。為國內(nèi)連桿生產(chǎn)企業(yè)提供具有當今國際先進水平的臉桿脹斷加工成套技術(shù)，使該項連桿制造加工的追新技術(shù)在國內(nèi)得以實施、應(yīng)用于推廣，從根本上第一章 緒論 - 2 - 改變我國目前仍沿用的加工工藝與方法。 本項目的研制成功對我國的汽車工業(yè)、發(fā)動機行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率、改變行業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)、促進傳統(tǒng)產(chǎn)結(jié)構(gòu)升級、提高生產(chǎn)技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本、增加經(jīng)濟效益、增強國內(nèi)外市場競爭能力具有重要意義。同時，國外同類產(chǎn)品的進口、填補國內(nèi)空白、節(jié)約大量的外匯和資金。 1.3 本文主要完成的工作 1. 設(shè)計連桿脹斷液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)部分設(shè)計主 要包括液壓泵電機的參數(shù)選擇及控制電路，液壓油溫度的測量及顯示電路以及必要的報警電路。 2. 連桿脹斷部分設(shè)計。脹斷部分通過控制液壓閥來控制油路，使各機械部分產(chǎn)生運動，機械部分的運動起始信號由接近開關(guān)標志，并且能向 PLC發(fā)出信號。 本文第二章對 PLC 控制的原理進行了敘述，以作為后文敘述的基礎(chǔ)。 在本文的第三章對系統(tǒng)的工作原理進行了敘述，作為硬件設(shè)計的指導(dǎo)。 第四章是硬件的具體設(shè)計，包括各個硬件的參數(shù)選擇，硬件電路設(shè)計的詳細說明。 第二章 可編程控制器概述 - 3 - 第二章 可編程控制器概述 2.1 可編程控制器的發(fā)展 可編程控制器是以 自動控制技術(shù)、微計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已經(jīng)應(yīng)用于各個領(lǐng)域。早期的可編段控制器只能進行計數(shù)、定時以及對開關(guān)量的邏輯控制。因此，它被稱為可編程邏輯控制器 (programmable Logic Conkoller)，簡稱 PLC。后來，可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已經(jīng)遠遠超過邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為 Programmable Controller，簡稱； PC。但個人計算機 (Personal computer)也常簡稱 PC，為了避免混淆，可編程控制器 仍被稱為 PLC。 1987 年，國際電工委員會 (IEC)在可編程控制器國際標準草案第三稿中，對可編程控制器定義如下：可編被控制器是一種數(shù)字運算操作的電了系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序按制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算 等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成 個整體、易于擴允其功能的原則設(shè)計。 PLC 是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。 20 世紀 60 年代初，英國的汽車制造業(yè)競爭激烈，產(chǎn) 品更新?lián)Q代的周期越來越短，其生產(chǎn)線必須隨之頻繁地變史。傳統(tǒng)的繼電器控制對頻繁變動的生產(chǎn)線很不適應(yīng)。自然，人們對控制裝置提出了更高的要求，即經(jīng)濟、可靠、通用、易變、易修。首先提出 PLC概念的是美國最人的汽車制造廠家通用汽車公司 (GM)。 1968 年，該公司提出用一種新型控制裝置替代繼電器控制，這種控制裝置要把計算機的通用、靈活、功能完備等優(yōu)點與繼電器控制的簡單、易懂、操作方便、價格便宜等特點結(jié)合起來，而且要使那些不很熟悉計算機的人也能方便地使用。根據(jù)這種設(shè)想， 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出了世界 上 第一臺第二章 可編程控制器概述 - 4 - PLC，并在美國 GM 公司的汽事自動裝配生產(chǎn)線上試用獲得成功。 由于 PLC 優(yōu)越的性能，其問世后發(fā)展極為迅速。 1971 年，日本引進了這項技術(shù)并開始生產(chǎn) PLC。 1973 年，原西德和法國也研制出自己的 PLC。70 年代中期，歐美及日本的一些生產(chǎn)廠家，其 PLC 產(chǎn)品中多以微處理器及大規(guī)模集成電路芯片為其核心部件，使 PLc 的功能進一步擴展，并且有了自診斷功能，可靠性得到大大提高。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展， 80 年代中期， PLC 的處理速度和可靠性大大提高，不僅增加了多種特殊功能，而且體積進一步縮小，成本大幅度下降。到 90 年代中期之后， PLC 幾乎完全計算機化，其速度更快、功能更強， PLC 的各種智能化模塊不斷被開發(fā)出來，一些廠家還推出了 PLC 的計算機輔助編程軟件，使得許多小型 PLC的性能也不可小視。 目前世界上 些著名電器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谏a(chǎn) PLC，產(chǎn)品功能日趨完善、換代周期越來越短。為了進一步擴大 PLC 在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，適應(yīng)大、中、小型企業(yè)的不同需要， PLC 產(chǎn)品大致向兩個方向發(fā)展：小型 PLC 向體積縮小、功能加強、速度加快、價格低廉的方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制更便于實現(xiàn)機電一體化；大中型 PLC 向高可靠性 、高速度、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，將 PLC 系統(tǒng)控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規(guī)模和復(fù)雜的系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。 2.2 PLC 的特點 PLC 優(yōu)越的性能表現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 靈活性和通用性強 繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要使用大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組裝來完成電路的連接。其致命的缺點是，如果工藝要求稍有改變，控制電路必須隨之做相應(yīng)的變動，耗時且費力。 PLC 是利用存儲在機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的，因此 PLC 控制的系統(tǒng)中，當控制功能改變時只需修改程序即可， PLC 外部接線改動極少，甚 至可不必改動。一臺PLC 可以用于不同的控制系統(tǒng)中，只不過改變了其中的程序罷了。其靈活第二章 可編程控制器概述 - 5 - 性和通用性是繼電器控制電路所無法比擬的。 2抗干擾能力強、可靠性高 繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。繼電器控制系統(tǒng)的維修工作不僅耗資費時，而且停產(chǎn)維修所造成的損失也不可估量。而在 PLC控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，加之 PLC在硬件和軟件方面都采取了強有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力，故此 PLC 可以直接按裝在工 業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定地工作。從國內(nèi)外使用 PLC 的實際情況來看，平均無故障率可以達到幾十萬小時以上。因而PLC 被譽為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。 3編程語言簡單易學 雖然 PLC 是以微型計算機技術(shù)為核心的控制裝置，但是不要求使用者精通計算機方面復(fù)雜的硬件和軟件知識。大多數(shù) PLC 采用類似繼電器控制電路的“梯形圖”語言編程，清晰直觀，簡單易學，了解繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員很容易接受。 4 PLC 與外部設(shè)備的連接簡單、使用方便 用微機控制時，要在輸入輸出接口電路上做大量工作，才能使微機與控制現(xiàn)場的設(shè)備連 接起來，調(diào)試比較煩瑣。而 PLC 的輸入 /輸出接口已經(jīng)做好，其輸入接口可以直接與各種輸入設(shè)備 (如按鈕、各種傳感器等 )連接，輸出接口具有較強的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等強電電器連接，接線簡單，使用非常方便。 5 PLC 的功能強、功能的擴展能力強 其一， PLC 利用程序進行定時、計數(shù)、順序、步進等控制，十分準確可靠。而用繼電器控制時，需使用大量時間繼電器、計數(shù)器、步進控制開關(guān)等設(shè)備，其準確性與可靠性無法與 PLC 相比。 其二， PLC 還具有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理、運動控制等功能。因此它 既可對開關(guān)量進行控制，又可對模擬量進行控制。其中 PLC第二章 可編程控制器概述 - 6 - 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，因此，它不僅可以控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，還可控制一個機群、多條生產(chǎn)線，它既可現(xiàn)場控制，也可遠距離對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。 PLC 的功能擴展極為方便，硬件配置相當靈活，根據(jù)控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。 6 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試周期短 由于 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的控制，所以設(shè)計人員可以在實驗室里設(shè)計和修改程序。更為方便的是可在實驗室里進行系統(tǒng)的模擬運行調(diào) 試，使現(xiàn)場工作人員大為減少。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調(diào)整控制電路的接線來改變控制功能的，調(diào)試時費時又費力。 7 PLC 體積小、質(zhì)量輕、易于實現(xiàn)機電一體化 由于 PLC 內(nèi)部電路主要采用半導(dǎo)體集成電路，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低的特點；更由于它具有很強的抗干擾能力，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，因而它已成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制裝置。 2.3 可編程控制器程序語言設(shè)計 在可編程控制器中有多種程序設(shè)計語言，它們是梯形圖語言、指令助記符程序設(shè)計語言、功能表圖語言、功能模塊語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言是基本 程序設(shè)計語言，它通常由一系列指令主成，用這些指令可以完成一系列的簡單控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展和增強指令集它也能執(zhí)行其他的基本操作。功能表圖語言和語句描述是高級的程序設(shè)計語言，它可以根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報表的打印和其它基本的設(shè)計語言無法完成的功能。功能塊圖語言采用功能塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組太時也常常被采用，由于它具有連接方便，操 作簡單，易于掌握等特點，為廣大工程設(shè)計和應(yīng)用第二章 可編程控制器概述 - 7 - 人員所喜愛。 根據(jù)可編程控制器的應(yīng)用范圍，程序設(shè)計語言可以組合使用，常用的程序設(shè)計語言是： 梯形圖程序設(shè)計語言 梯形圖編程語言是一種圖形語言，是若干圖形符號的組合。不同廠家的 PLC 各有自己的一套梯形圖符號。這種編程語言具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點，熟悉繼電器控制的技術(shù)人員很容易掌握。因此，各種機型的 PLC 都把梯形圖作為第一編程語言。 語句表編程語言 這種編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的 PLC 使用的助記符 一般不同。 指令語句是 PLC 用戶程序的基礎(chǔ)元素，多條語句的組合構(gòu)成了語句表。個復(fù)雜的控制功能是用較長的語句表來描述的。語句表編程語言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡易編程器輸入用戶程序時，必須把梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語句表才能輸入。 2.4 CPMlA 系列 PLC 的指令系統(tǒng) 1、 指令的分類 2、 指令的格式 4指令的微分、非微分形式 2.5 基本指令 1、 常用的基本指令 2.6 OMRON 特殊功能模塊 1、模擬量輸入單元 C200H AD00l 結(jié)構(gòu) C200H AD 001 是 C200H PC 的模擬量輸 入單元。有 4 路模擬量輸入端口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 AD001 單元將模擬量輸入信號轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字量。同時它也提供了數(shù)據(jù)換算，取平均值計算、峰值保持處理等功能。第二章 可編程控制器概述 - 8 - AD001 單元的轉(zhuǎn)換處理需要預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進行控制。當 AD001 單元上電或當 PLC 的 AR 區(qū)中與該單元對應(yīng)的重新啟動位激活時 PLC 將預(yù)設(shè)的參數(shù)經(jīng) I/O 總線送給 AD001 單元中的 CPU 和存貯器。該 CPU 根據(jù)這些參數(shù)及 PLC 的命令控制 A/D 轉(zhuǎn)換器，完成 A/D 轉(zhuǎn)換。然后持 PLC 發(fā)出讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的命令，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量放到 PLC 指定的數(shù)據(jù)區(qū)。 圖 2-1 A/D001 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 模擬景輸入轉(zhuǎn)換的操作流程如圖 1 所示、其中設(shè)備號及信號路數(shù)的指定給出外部輸入信號在 AD001 單元上連接的端子號。單元的各端子號有相應(yīng)的 PC 數(shù)據(jù)區(qū)所對應(yīng)。該數(shù)據(jù)區(qū)中的指定通道分別存放相應(yīng)輸入路的數(shù)據(jù)換算用上、下限和平均數(shù)據(jù)的設(shè)定值。該數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)存入方式及其與輸入端子的對應(yīng)關(guān)系如表 1 所示。 DM 位 位 15 00 DM1 00 輸入 1 刻度值下限數(shù)據(jù) (BCD) 第二章 可編程控制器概述 - 9 - DM1 01 輸入 1 刻度值上限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 02 輸入 2 刻度值下限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 03 輸入 2 刻度值上限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 04 輸入 3 刻度值下限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 05 輸入 3 刻度值上限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 06 輸入 4 刻度值下限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 07 輸入 4 刻度值上限數(shù)據(jù) (BCD) DM1 08 輸入 1 整數(shù) （ BCD） DM1 09 輸入 2 整數(shù) （ BCD） DM1 10 輸入 3 整數(shù) （ BCD） DM1 11 輸入 4 整數(shù) （ BCD） 表 2-1 DM 區(qū)參數(shù)表 PLC 根據(jù)用戶在 IR 區(qū)中涉定的命令來啟動和控制 AD001 的轉(zhuǎn)換過程。同時， AD001 轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)亦放在 IR 區(qū)中。 2數(shù)據(jù)處理功能 模擬量單元提供下列功能：刻度值功能、平均值功能、睜值保持功能、開平方根功能的使用。由相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)。 (1)刻度值功能： 說明：刻度值功能用于對工業(yè)信號的處理。它將 12 位 的二進制數(shù)據(jù)(3 位十六進制數(shù) )轉(zhuǎn)換成 BCD 碼表示的數(shù)據(jù) 4 位十進制數(shù)?？潭戎滴挥诖嫒?DMl 00 一 1 07 內(nèi)的上、下限范圍之內(nèi)。當內(nèi)部輔助繼電器區(qū)域 1 002 1 005內(nèi)的刻度值標志為 ON 時，執(zhí)行此功能。 設(shè)定： 在 DMl 00-1 07 內(nèi)設(shè)定每個輸入通道的下、上限值。設(shè)定時， BCD數(shù)據(jù)的范圍為 0-9999。 刻度值數(shù)據(jù)的設(shè)定、通過編程器上的數(shù)據(jù)改變或 3 通道監(jiān)控功能實現(xiàn)(不能用程序設(shè)定刻度值。詳細設(shè)定操作見 C200H 操作手冊 )。 第二章 可編程控制器概述 - 10 - 計算： 用下列公式計算刻度值，忽略小數(shù)部分 刻 度值 =輸入值 *（上限值 -下限值） /4000 +下限值 其它功能在此就不一一介紹了。 2.6 MCGS 組態(tài)軟件 關(guān)于 MCGS 5.11 通用版組態(tài)軟件 . MCGS 5.11 通用版組態(tài)軟件是一套基于 Windows 95 和 Windows NT 平臺 (或更高版本 )、用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案。 MCGS 5.11 通用版組態(tài)軟件的功能和特性如下所述： * 概念簡單，易于理解和使用 * 提供了一套完整的解決 方案 * 真正的 32 位應(yīng)用系統(tǒng) * “以實時數(shù)據(jù)庫為核心，面向窗口” 圖 2-2 MCGS 界面 在 MCGS 5.11 通用版組態(tài)軟件中，設(shè)備被實現(xiàn)成獨立的構(gòu)件形式，不同的設(shè)備對應(yīng)于不同的構(gòu)件。設(shè)備構(gòu)件不僅僅包括設(shè)備驅(qū)動程序，還有不同的方法和屬性供系統(tǒng)調(diào)用，每個設(shè)備構(gòu)件都由一個獨立的線程來管理。對不同的外部硬件設(shè)備，只須提供相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，而系統(tǒng)的其它部分和第二章 可編程控制器概述 - 11 - 設(shè)備無關(guān)，不作任何改動。 * 以窗口為單位 * 豐富和方便的動畫組態(tài) * 充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù) * 充分利用數(shù)據(jù)庫技術(shù) * 對象元件庫庫的日益擴大和 豐富，復(fù)雜的組態(tài)過程將會變得越來越簡單。 圖 2-3 實際系統(tǒng)界面第三章 設(shè)計論證 - 12 - 第三章 設(shè)計論證 .1 系統(tǒng)控制流程概述 連桿脹斷新工藝與傳統(tǒng)的連桿加工方法相比，最大不同在于：來南傳統(tǒng)機械加工方法是對 鍛件毛坯首先初銑、磨連桿兩側(cè)面，并將連桿蓋與桿銑開，分別加工桿蓋與桿上的螺栓孔（也含定為孔），在分別磨削連桿蓋與桿不得接合面，最后對裝配在一起的連桿進行精磨亮側(cè)面、精鏜大小頭孔等工序。而連桿脹斷加工方法由于采用了脹斷工序，從而取消了連桿桿與蓋的兩端一級桿、蓋結(jié)合面磨削這兩道生產(chǎn)效率低的工序。同時，螺栓孔的設(shè)計與及加工也大為簡化，既無需增加額外的螺栓定為孔，可省去螺栓孔的鉸和鏜等精加工，不僅降低了螺栓孔的加工精度和加工成本，同時也能使連桿承載能力、抗剪能力、桿與蓋的定位精度以及裝配質(zhì)量大幅提高。 針對目前國外 的連桿脹斷成套設(shè)備研制現(xiàn)狀，并充分考慮我國的國情，確定了總體技術(shù)方案，所研究開發(fā)的連桿脹斷工藝裝備由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電器及微機控制系統(tǒng)組成。其機械系統(tǒng)主要由脹斷柱、定扭矩裝配螺栓裝置、步進梁式機械手三大部分組成： 脹斷主機的功能是將步進梁機械手傳遞過來的連桿定位、壓緊、脹斷，最后再將脹斷后連桿的桿和蓋精確定位。 定扭矩裝配螺栓主裝置的功能是將步進梁機械手有脹斷工位傳遞過來的桿、蓋完全嚙合的連桿進行定位、壓緊穿入螺栓，并按所規(guī)定的扭矩擰緊。 步進梁式機械手為各工序的自動化傳送裝置，具有三工位自動傳遞功能。 每一尺步進動作將完成工件得上料、脹斷、定扭矩裝配螺栓、下料四工序的工作要求。 為滿足脹斷工藝的高質(zhì)量、高精度、高效率的生產(chǎn)要求，實現(xiàn)發(fā)動機連桿脹斷、裝配螺栓兩道核心工序的自動化生產(chǎn)過程，本項目需采用復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及電器、微機控制系統(tǒng)。 .2 系統(tǒng)硬件設(shè)計概述 第三章 設(shè)計論證 - 13 - 3.2.1 脹斷主機的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 脹斷主機是連桿脹斷加工新技術(shù)中最為關(guān)鍵的核心設(shè)備。在脹斷主機上，將要完成得連桿大頭孔的脆性斷裂，是連桿蓋與連桿本體分離，然后在將分離后的連桿蓋與連桿本體精確復(fù)位，實現(xiàn)完全嚙合。按連桿脹斷工序的工藝要求與主要功能， 該脹斷主機主要有機架、連桿定位、壓緊、滑塊機構(gòu)以及楔形拉桿脹斷等機構(gòu)組成。 3.2.2 定扭矩裝配螺栓裝置的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計 定扭矩裝配螺栓裝置是脹斷加工技術(shù)中關(guān)鍵工藝裝備之一。連桿在脹斷工序僅完成了桿、蓋分離與桿、蓋復(fù)位嚙合，但尚未裝入螺栓。在定扭矩裝配螺栓裝置上，要自動完成上螺栓、并將螺栓按連桿的技術(shù)要求擰緊至所要求的扭矩。 按脹斷工藝的實際要求和定扭矩裝配螺栓工序所要完成的工作，研究開發(fā)了定扭矩裝配螺栓裝置，該裝置由連桿加緊機構(gòu)、上螺栓機構(gòu)、定扭矩扳手三大部分組成。 3.2.3 自動化傳送裝置的原理與結(jié) 構(gòu)設(shè)計 為保證連桿脹斷、裝配螺栓的質(zhì)量和精度，并實現(xiàn)連桿脹斷過程的自動化，本項目在各工序間的工件的傳遞上，采用了復(fù)雜的步進梁式機械手，該裝置主要包括機架、機械手、橫移于垂直運動機構(gòu)、夾鉗機構(gòu)。 3.2.4 步進梁機械手夾持定位精度與縱、橫項運動精度 機械手夾持定位精度與運動精度是衡量機械手性能的重要指標。對于連桿脹加工技術(shù)，步進梁機械手不僅要完成個工序間連桿的自動化傳遞工作，而且要有很高的夾持定位精度與縱、橫項運動精度，不論是在脹斷前的上料工位、還是脹斷、定扭矩裝配螺栓工位，連桿的大小頭孔內(nèi)徑與定位塊的間隙 只有 0.1mm，因此要求步進梁機械手夾持定位精度與縱、橫項運動精度要達到上下誤差不超過 0.05mm. 3.2.5 微機控制系統(tǒng)的功能制定與設(shè)計 發(fā)動機連桿脹斷加工新工藝要求較高的自動化生產(chǎn)程度和水平。采用第三章 設(shè)計論證 - 14 - 簡單的工藝裝備無法滿足連桿脹斷加工的高精度、高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)要求。 本項目研究開發(fā)的連桿脹斷自動化生產(chǎn)裝備主要由脹斷主機、定扭矩裝配螺栓裝置及幾步進梁式自動化傳送裝置三大部分組成。除包括復(fù)雜的機械系統(tǒng)外，還含有多功能的復(fù)雜液壓系統(tǒng)、電器及計算機控制系統(tǒng)。該自動化生裝備的主要特點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多、執(zhí)行 機構(gòu)多且動作較差。為實現(xiàn)連桿加工的自動化生產(chǎn)過程，本項目采用了 PLC與人機界面控制系統(tǒng)，對脹斷加工過程進行自動控制。 3.2.6 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計 由于該自動化生產(chǎn)設(shè)備中僅驅(qū)動油缸就有 21個之多，加之手動、自動、工作、報警等指示燈的數(shù)量 PLC輸出點合計為 75個。 為滿足設(shè)計中所需的接近開關(guān)、氣動、停滯、守東 /自動測試等要求，PLC的輸入點數(shù)合計為 110個。為此選了 OMRON的可編程控制器 ，含一套主機，兩套擴展， 外加一個擴展 I/O單元 。其主機型號規(guī)格為： CPM1A-40CDR-A,擴展型號規(guī)格為： CPM1A-20EDR。 該 plc主機和擴展系統(tǒng)的輸入點為 112點，輸出點為 112點。 為提高自動化控制水平，是連桿脹斷加工過程中的工藝參數(shù)設(shè)定、修改加工過程、股長顯示等數(shù)據(jù)、圖形一目了然，微機控制系統(tǒng)中選擇了日本三菱公司的人機界面，其具體型號規(guī)格為 A900GOT系列。配備 256色高亮度 TFT屏幕，可直接顯示出顏色鮮艷的照片。可與三菱的 PLC系統(tǒng)連接。 .3 電動機的啟動 直接啟動： 所謂直接啟動。就是利用電磁開關(guān)設(shè)備，將電動機定子繞組直接接到額定電壓，額定功率的電源上 故有稱全起動直接啟動的優(yōu)點是啟動設(shè)備與操作都 比較簡單，其缺點是受到故有啟動性能的限制，啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)距小，因此，直接啟動只適用于小容量的異步電動機的空載或輕載啟動。 1、 Y 啟動 電動機的啟動電流很大，而供電電網(wǎng)承受的沖擊電流能力是有限的，第三章 設(shè)計論證 - 15 - 因此，當電網(wǎng)容量不大或者電動機容量很大時，是不允許直接啟動的。因為會對其他用電器的正常工作受到很大的影響。對于正常運行時的錠子繞組規(guī)定是 聯(lián)接的三相異步電動機，而在啟動時可以采用 Y 接法使電動機每一相所承受的電壓降為額定電壓的 1/ 3，故又 Y 降壓啟動，采用 Y 降壓啟動，電網(wǎng)供給的電流下降為啟動時的 1/3。對于采用這種方法啟動的電動機，要求定子繞組首尾六個接線端子都引出來，其接線原理圖，如圖 3-1 所示； Y 降壓啟動，啟動轉(zhuǎn)距減低的倍數(shù)與電流減低的倍數(shù)相同，這種方法一般適用于空載或者是輕載啟動，由于高壓電動機引出六個出線端子有困難，故 Y 啟動一般僅用于 500V 以下的電壓電動機，且又限于正常運行時定子繞組做接法。常見的額定電壓標為 380/220V 的電動機，其意思是：當電源線電壓為 380V 時用 Y 接，當線電壓為 220V 時用接，顯然當電源線電壓為 380V 時，這類電動機就不能采用 Y 降壓啟動了， Y 降壓啟 動的優(yōu)點是啟動設(shè)備簡單，成本低，運行比較可靠，維修方便，啟動電流特性好。缺點是啟動轉(zhuǎn)距小只為原來的 1/3。 圖： 3-1 電動機 Y-啟動原理圖 2、軟啟動器啟動 當電動機額定功率過大時，用 Y-啟動也可使電網(wǎng)受到很大的電流沖擊，所以采用軟啟動器控制電動機啟動。從 PSS 18/30至 PSS142/245的所有軟啟動器都可采用內(nèi)接和外接的兩種方法與電動機相連接。但內(nèi)接的方第三章 設(shè)計論證 - 16 - 法可以連接到功率更大的電動機。如圖 3-2，圖 3-3，圖 3-4 所示，端子1L1， 3L2， 5L3 應(yīng)接電源端，而端子 2T1。 4T2， 6T3 應(yīng)接 電動機一端，相序?qū)泦悠鳑]有影響。 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 - 17 - 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)硬件總述 脹斷實驗裝置由機械，液壓，電控三部分組成；脹斷主機共有 10 個液壓缸，按連桿脹斷工藝要求，先后順序動作，完成脹斷任務(wù)。 本設(shè)計中，用到的硬件裝置主要有： 1 臺交流電機，總?cè)萘繛?15KW。交流電機的主回路電壓為 380V，控制電壓為 110V 或 220V， PLC 需要電源電壓 24V，照明電壓 24V，信號等電壓24。 為了檢測機械裝置的起始位置，需要用到接近開關(guān)。在本裝置中，總共需要 SQ1 SQ22共 22 個接近開關(guān)。 液壓系統(tǒng)由電磁閥進行控制，在本系統(tǒng)中，總共要用到 YV1 YV15總共15 個電磁閥。 系統(tǒng)設(shè)計要求操作方式有了兩種，手動操作與自動操作。 在手動操作方式中，可以用按鈕對脹斷主機的每一步進行單獨控制，以對系統(tǒng)進行調(diào)試和調(diào)整。系統(tǒng)的動作主要包括： 1 、桿端水平壓緊 /松開； 2 、蓋端水平壓緊 /松開； 3 、桿端垂直鎖緊 /松開； 4 、蓋端垂直鎖緊 /松開； 5 、脹斷 /回程； 6 、動滑塊水平進 /退。其中， 5 ， 6 兩種動作為點動，即按則動，松則停，其余均一步到位。 在連續(xù)自動方式中，機械動作按控制順序流程，周期循環(huán)。但由于該裝置未安裝上下料機械手，故工件放好后，先由人工發(fā)出信號，然后自動動作。 4.2 可編程控制器的選型 汽車連桿脹斷系統(tǒng)是一個典型的順序控制生產(chǎn)線，其控制特性非常適合于 PLC 控制，因此確定使用 PLC 作為控制主機。在輸入輸出點數(shù)符合現(xiàn)場需要的前提下，各大廠家的中、小型甚至微型 PLC 都可選用。多數(shù)情況下，只需要 PLC 做一些簡單的邏輯判斷，操作時序控制以及模擬量處理電第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 - 18 - 路，這樣的要求對已經(jīng)相當成熟的各大廠家都有產(chǎn)品能夠勝任。用戶可以根據(jù)需要和具體情況隨意選擇。 真正需要注意的問題是 PLC 的價格和客戶支持，一個高的性價比，一支好的客戶服務(wù)隊伍，都可以作為這里選擇 PLC 的標準。 OMRON 公司就是世界上非常著名的幾大 PC 生產(chǎn)與開發(fā)的廠家之一。 OMRON 的大、中、小、微型機各具特色，各有所長。在用戶中的占有率位居前列，并且享有很高的聲譽。之所以在連桿脹斷系統(tǒng)的主控系統(tǒng)中選用 OMRON 的 CPM1A 中型機，正是由于以上的原因。 除此以外， CPM1A 本身的特點也是值得一提的。 4.3 CPM1A 的特點 1) CPM1A 分為： 10 點輸入輸出型 CPU 單元、 20 點輸入輸出型 CPU 單元、 30 點輸入輸出型 CPU 單元以及 40 點輸入輸出型 CPU 單元。 2) 輸入輸出端子一體化的組件型 CPU 單元中裝配了 10 40 點的輸入輸出端子，為一體化組件型的PC。 3) 通過擴展 I/O 單元可以增設(shè) 20 點 *3 臺的輸入輸出 對 30 點、 40 點輸入輸出型的 CPU 單元，最大能連接 3 臺 20 點的輸入輸出擴展 I/O 單元。 4) 可實現(xiàn)平穩(wěn)輸入輸出動作的輸 入濾波器功能 為防止因輸入信號抖動以及外部干擾而造成的誤動作，配備了可選擇輸入時間常數(shù)（ 1ms/2ms/4ms/8ms/16ms/32ms/64ms/128ms）的濾波器功能。 5) 維護簡單 由于采用快閃內(nèi)存，無電池的內(nèi)存支持得以實現(xiàn)，使維護簡單化。 6) 外部輸入中斷功能 10 點輸入輸出型最多 2 點， 20 點、 30 點、 40 點輸入輸出型最多 4第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 - 19 - 點的外部輸入中斷可以實現(xiàn)。除通常的輸入中斷以外，還有對外部信號進行高速計數(shù)，到一定計數(shù)值中斷的計數(shù)器模式。 7) 快速響應(yīng)輸入功能 與周期無關(guān)，最小輸入脈沖為 0.2ms 的輸入?？焖夙憫?yīng)輸入 與外部中斷輸入共用。 8) 間隔定時器中斷功能 可設(shè)定 0.5 319968ms 的一個定時間隔。除到限定時間只有一次中斷的單觸發(fā)脈沖模式以外，還有在一定間隔內(nèi)反復(fù)中斷的定時中斷模式。 9) 高速計數(shù)器功能 具有增減模式或者遞增模式下可以使用的高速計數(shù)器在同中斷功能一起使用時能進行不受循環(huán)時間影響的目標值比較控制和區(qū)域比較控制。 10) 模擬設(shè)定電位器功能 扭動電位器就可以設(shè)定值的大小。一共有兩個用于模擬設(shè)定的電位器。 11) 對應(yīng)上位鏈接通信 與個人計算機的通信，能用的上位鏈接通信。也可以同本公司的 PT連接。 1:1 通信，應(yīng)使用 RS-232C 適配器， 1:n 通信使用 RS-422 適配