畢業(yè)設計----汽車發(fā)動機連桿脹斷系統(tǒng)

1、 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開展起來的一種連桿加工新技術，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根底上，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計，并做了具體的說明。本文的研究方法與技術線路是按脹斷工藝的技術特點而確定，通過制定整體技術方案、合理確定脹斷主機的結構與主要技術參數(shù)、研究并設計脹斷自動化生產(chǎn)裝備的液壓、電氣及微機控制系統(tǒng)，

2、全面滿足連桿脹斷技術高精度、高質量、高效率的精益生產(chǎn)要求。關鍵詞：連桿脹斷工藝，可編程控制器 AbstractThe 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 me

3、thod 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 auto

4、matic 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 concre

5、te 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

6、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 te

7、chnology of engine connecting rod, the programmable logic controller , 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc74793163 第一章 緒論 PAGEREF _Toc74793163 h - 1 - HYPERLINK l _Toc74793164 1.1 引言 PAGEREF _Toc74793164 h - 1 - HYPERLINK l _Toc74793165 1.2 工程背景及研究意義 PAGEREF _Toc74793165 h - 1 - HYPERLINK l _Toc7479

8、3166 1.3 本文主要完成的工作 PAGEREF _Toc74793166 h - 2 - HYPERLINK l _Toc74793167 第二章 可編程控制器概述 PAGEREF _Toc74793167 h - 3 - HYPERLINK l _Toc74793168 2.1 可編程控制器的開展 PAGEREF _Toc74793168 h - 3 - HYPERLINK l _Toc74793169 2.2 PLC的特點 PAGEREF _Toc74793169 h - 4 - HYPERLINK l _Toc74793170 可編程控制器程序語言設計 PAGEREF _Toc74

9、793170 h - 6 - HYPERLINK l _Toc74793171 2.4 S7-200系列 PLC的指令系統(tǒng) PAGEREF _Toc74793171 h - 7 - HYPERLINK l _Toc74793172 2.6 MCGS組態(tài)軟件 PAGEREF _Toc74793172 h - 12 - HYPERLINK l _Toc74793173 第三章設計論證 PAGEREF _Toc74793173 h - 14 - HYPERLINK l _Toc74793174 .1 系統(tǒng)控制流程概述 PAGEREF _Toc74793174 h - 14 - HYPERLINK l

10、 _Toc74793175 .2 系統(tǒng)硬件設計概述 PAGEREF _Toc74793175 h - 14 - HYPERLINK l _Toc74793176 .2.1 脹斷主機的原理與結構設計 PAGEREF _Toc74793176 h - 15 - HYPERLINK l _Toc74793177 .2.2 定扭矩裝配螺栓裝置的原理與結構設計 PAGEREF _Toc74793177 h - 15 - HYPERLINK l _Toc74793178 .2.3 自動化傳送裝置的原理與結構設計 PAGEREF _Toc74793178 h - 15 - HYPERLINK l _Toc7

11、4793179 .2.4 步進梁機械手夾持定位精度與縱、橫項運動精度 PAGEREF _Toc74793179 h - 15 - HYPERLINK l _Toc74793180 .2.5 微機控制系統(tǒng)的功能制定與設計 PAGEREF _Toc74793180 h - 15 - HYPERLINK l _Toc74793181 .2.6 微機控制系統(tǒng)的設計 PAGEREF _Toc74793181 h - 16 - HYPERLINK l _Toc74793182 .3 電動機的啟動 PAGEREF _Toc74793182 h - 16 - HYPERLINK l _Toc74793183

12、第四章 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc74793183 h - 19 - HYPERLINK l _Toc74793184 4.1 系統(tǒng)硬件總述 PAGEREF _Toc74793184 h - 19 - HYPERLINK l _Toc74793185 脹斷實驗裝置由機械，液壓，電控三局部組成；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。 PAGEREF _Toc74793185 h - 19 - HYPERLINK l _Toc74793186 4.3 CPM1A的特點 PAGEREF _Toc74793186 h - 20 - HYPERLINK l

13、 _Toc74793187 4.2 CPM1A的I/O規(guī)格 PAGEREF _Toc74793187 h - 23 - HYPERLINK l _Toc74793188 第五章 PLC軟件系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc74793188 h - 25 - HYPERLINK l _Toc74793189 5.1 CPM1A軟件根底 PAGEREF _Toc74793189 h - 25 - HYPERLINK l _Toc74793190 5.1.1 CPM1A的繼電器區(qū) PAGEREF _Toc74793190 h - 25 - HYPERLINK l _Toc74793191 5.1.2

14、 CX-Programmer軟件 PAGEREF _Toc74793191 h - 26 - HYPERLINK l _Toc74793192 5.1.3 CPM1A與上位機的連接 PAGEREF _Toc74793192 h - 27 - HYPERLINK l _Toc74793193 PLC的I/O分配 PAGEREF _Toc74793193 h - 28 - HYPERLINK l _Toc74793194 5.2 PLC程序 PAGEREF _Toc74793194 h - 29 - HYPERLINK l _Toc74793195 5.2.1 開機啟動程序 PAGEREF _To

15、c74793195 h - 29 - HYPERLINK l _Toc74793196 總結 PAGEREF _Toc74793196 h - 31 - HYPERLINK l _Toc74793197 致謝 PAGEREF _Toc74793197 h 33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)的飛速開展與國際競爭的激化，零部件及其設計制造過程的高質量、高效率、低本錢、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)、落后的加工技術的生產(chǎn)模式早已難以適應市場的變化，加工技術的變革成為必然的開展趨勢及開展方向。許多新的工藝打破常規(guī)，以構思新穎、操作經(jīng)濟、效益顯著為特點應

16、運而生。連桿是發(fā)動機上的關鍵零部件，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，國內外都給與極大的關注。連桿脹斷供依舊是國際上九十年代初開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)技術水平。1.2 工程背景及研究意義該項新技術在國外開展極為迅速、應用越來越廣泛。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、德國的群眾公司、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。日本的研究機構與汽車生產(chǎn)廠商也對此項新技術進行了廣泛的研究與開

17、發(fā)，即將在多種車型上應用。而國內汽車工業(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)的快速開展。面對“入世后的挑戰(zhàn)和市場的劇烈競爭，為了縮短我國和國外在汽車、發(fā)動機制造業(yè)上的差距，在短時間內實現(xiàn)發(fā)動機制造關鍵技術的跨越，迅速開展發(fā)動機連桿脹斷加工新技術的研究與開發(fā)已是刻不容緩。本工程的目的是自行研究開發(fā)連桿脹斷新工藝及其關鍵技術裝備。為國內連桿生產(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，使該項連桿制造加工的追新技術在國內得以實施、應用于推廣，從根本上改變我國目前仍沿用的加工工藝與方法。本工程的研制成功對我國的汽車工業(yè)、發(fā)動

18、機行業(yè)提高產(chǎn)品質量與生產(chǎn)效率、改變行業(yè)技術結構、促進傳統(tǒng)產(chǎn)結構升級、提高生產(chǎn)技術水平、降低生產(chǎn)本錢、增加經(jīng)濟效益、增強國內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. 設計連桿脹斷液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)局部設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. 連桿脹斷局部設計。脹斷局部通過控制液壓閥來控制油路，使各機械局部產(chǎn)生運動，機械局部的運動起始信號由接近開關標志，并且能向PLC發(fā)出信號。本文第二章對PLC控制的原理進行了表達，以作為后文表達的根底。在本文的第三章對系統(tǒng)的工作原

19、理進行了表達，作為硬件設計的指導。第四章是硬件的具體設計，包括各個硬件的參數(shù)選擇，硬件電路設計的詳細說明。第二章 可編程控制器概述2.1 可編程控制器的開展可編程控制器是以自動控制技術、微計算機技術和通信技術為根底開展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已經(jīng)應用于各個領域。早期的可編段控制器只能進行計數(shù)、定時以及對開關量的邏輯控制。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

20、計算機(Personal computer)也常簡稱PC，為了防止混淆，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)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序按制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，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外部設備，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那么設計。PLC是生產(chǎn)力開展的必然產(chǎn)物。20世紀60年代初，英國的汽車制造業(yè)競爭劇烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代

21、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。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、價格廉價等特點結合起來，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)這種設想，1969年美國數(shù)字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺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，其問世后開展

22、極為迅速。1971年，日本引進了這項技術并開始生產(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。隨著微電子技術的迅猛開展，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，本錢大幅度下降。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

23、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)自動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業(yè)的不同需要，PLC產(chǎn)品大致向兩個方向開展：小型PLC向體積縮小、功能加強、速度加快、價格低廉的方向開展，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)絡化的方向開展，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：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

24、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的變動，耗時且費力。PLC是利用存儲在機內的程序實現(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。其靈活性和通用性是繼電器控制電路所無法比較的。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)象是不可防止的，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，大量的開關動作是由無觸點的半

25、導體電路來完成的，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。從國內外使用PLC的實際情況來看，平均無故障率可以到達幾十萬小時以上。因而PLC被譽為“專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機。3編程語言簡單易學雖然PLC是以微型計算機技術為核心的控制裝置，但是不要求使用者精通計算機方面復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人員很容易接受。4PLC與外部設備的連接簡單、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

26、微機與控制現(xiàn)場的設備連接起來，調試比較煩瑣。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備(如按鈕、各種傳感器等)連接，輸出接口具有較強的驅動能力，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。5PLC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、步進控制開關等設備，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。因此它既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制。其中PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，因

27、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)，再相應修改用戶程序就可以到達變換和增加控制功能的目的。6PLC控制系統(tǒng)的設計、調試周期短由于PLC是通過程序實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，所以設計人員可以在實驗室里設計和修改程序。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)是靠調整控制電路的接線來改變控制功能的，調試時費時又費力。7PLC體積小、質量輕、易于實現(xiàn)機電一體化由于PLC內部電路主要采用

28、半導體集成電路，具有結構緊湊、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。在可編程控制器中有多種程序設計語言，它們是梯形圖語言、指令助記符程序設計語言、功能表圖語言、功能模塊語言及結構化語句描述語言等。梯形圖語言是根本程序設計語言，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)行其他的根本操作。功能表圖語言和語句描述是高級的程序設計語言，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

29、打印和其它根本的設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，為廣闊工程設計和應用人員所喜愛。根據(jù)可編程控制器的應用范圍，程序設計語言可以組合使用，常用的程序設計語言是：梯形圖程序設計語言梯形圖編程語言是一種圖形語言，是假設干圖形符號的組合。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

30、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用戶程序的根底元素，多條語句的組合構成了語句表。個復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換成語句表才能輸入。2.4 CPMlA系列 PLC的指令系統(tǒng)指令的分類指令的格式4指令的微分、非微分形式2.5 根本指令 1、 常用的根本指令2.6 OMRON特殊功能模塊1、模擬量輸入單元 C200H AD00l結構C200H AD 001是C200H PC的模擬量輸入單

31、元。有4路模擬量輸入端口。其內部結構如圖1所示。AD001單元將模擬量輸入信號轉換為二進制數(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。AD001單元的轉換處理需要預先設定的參數(shù)進行控制。當AD001單元上電或當PLC的AR區(qū)中與該單元對應的重新啟動位激活時PLC將預設的參數(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轉換器，完成A/D轉換。然后持PLC發(fā)出讀取轉換結果的命令，再將轉換后的數(shù)字量放到PLC指定的數(shù)據(jù)區(qū)。 圖2-1 A/D001 的內部結構圖模擬景輸入轉換的操作流程如圖1所示、其中設備號及信號路數(shù)的指定給出外部

32、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的PC數(shù)據(jù)區(qū)所對應。該數(shù)據(jù)區(qū)中的指定通道分別存放相應輸入路的數(shù)據(jù)換算用上、下限和平均數(shù)據(jù)的設定值。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關系如表1 所示。DM位 位 15 00DM1 00輸入1 刻度值下限數(shù)據(jù) (BCD)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) (

33、BCD)DM1 08 輸入1 整數(shù) BCDDM1 09輸入2 整數(shù) BCDDM1 10輸入3 整數(shù) BCDDM1 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的轉換過程。同時，AD001轉換完成的數(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以下功能：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。由相應的程序實現(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))轉換成BCD碼表示的數(shù)據(jù)4位十進制數(shù)?？潭戎滴挥诖嫒隓Ml00一1 07內的上、下限范圍之內。當內部輔助繼電器區(qū)域1

34、0021005內的刻度值標志為ON時，執(zhí)行此功能。設定：在DMl00-107內設定每個輸入通道的下、上限值。設定時，BCD數(shù)據(jù)的范圍為0-9999。 刻度值數(shù)據(jù)的設定、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)(不能用程序設定刻度值。詳細設定操作見C200H操作手冊)。計算：用以下公式計算刻度值，忽略小數(shù)局部 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)、用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系

35、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，設備被實現(xiàn)成獨立的構件形式，不同的設備對應于不同的構件。設備構件不僅僅包括設備驅動程序，還有不同的方法和屬性供系統(tǒng)調用，每個設備構件都由一個獨立的線程來管理。對不同的外部硬件設備，只須提供相應的設備構件，而系統(tǒng)的其它局部和設備無關，不作任何改動。* 以窗口為單位* 豐

36、富和方便的動畫組態(tài)* 充分利用面向對象技術* 充分利用數(shù)據(jù)庫技術* 對象元件庫庫的日益擴大和豐富，復雜的組態(tài)過程將會變得越來越簡單。圖2-3 實際系統(tǒng)界面設計論證 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、蓋結合面磨削這兩道生產(chǎn)效率低的工序。同時，螺栓孔的設計與及加工也大為簡化，既無需增加額外

37、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本錢，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量大幅提高。針對目前國外的連桿脹斷成套設備研制現(xiàn)狀，并充分考慮我國的國情，確定了總體技術方案，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局部組成：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

38、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，本工程需采用復雜的液壓系統(tǒng)及電器、微機控制系統(tǒng)。.2 系統(tǒng)硬件設計概述3.2.1 脹斷主機的原理與結構設計脹斷主機是連桿脹斷加工新技術中最為關鍵的核心設備。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別離，然后在將別離后的連桿蓋與連桿本體精確復位，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

39、定位、壓緊、滑塊機構以及楔形拉桿脹斷等機構組成。3.2.2 定扭矩裝配螺栓裝置的原理與結構設計定扭矩裝配螺栓裝置是脹斷加工技術中關鍵工藝裝備之一。連桿在脹斷工序僅完成了桿、蓋別離與桿、蓋復位嚙合，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、上螺栓機構、定扭矩扳手三大局部組成。3.2.3 自動化傳送裝置的原理與結構設計為保證連桿脹斷、裝配螺栓的質量和精度，并實現(xiàn)連桿脹斷過程的自動化，本工程在各工序間的工件的傳遞上，采用了復雜的步進梁

40、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、夾鉗機構。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，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，不管是在脹斷前的上料工位、還是脹斷、定扭矩裝配螺栓工位，連桿的大小頭孔內徑與定位塊的間隙只有，因此要求步進梁機械手夾持定位精度與縱、橫項運動精度要到達上下誤差不超過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。采用簡單的工藝裝備無法滿足連桿

41、脹斷加工的高精度、高質量、高效率的生產(chǎn)要求。 本工程研究開發(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局部組成。除包括復雜的機械系統(tǒng)外，還含有多功能的復雜液壓系統(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構復雜、功能多、執(zhí)行機構多且動作較差。為實現(xiàn)連桿加工的自動化生產(chǎn)過程，本工程采用了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)的設計由于該自動化生產(chǎn)設備中僅驅動油缸就有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。為滿足設計中所需的接近開關、氣動、停滯、守東/自動測試等要求

42、，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?？膳c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。就是利用電磁開關設備，將電動機定

43、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，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)供應的電流下降為啟動時的1/3。對于采用這種方法啟動的

44、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)點是啟動設備簡單，本錢低，運行比較可靠，維修方便，啟動電流特性好。缺點是啟動轉距小只為原來的1/3。 圖：3-1電動機Y-啟動原

45、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接和外接的兩種方法與電動機相連接。但內接的方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應接電源端，而端子2T1。4T2，6T3應接電動機一端，相序對軟啟動器沒有影響。第四章 系統(tǒng)硬件設計4.1 系統(tǒng)硬件總述 脹斷實驗裝置由機械，液壓，電控三局部組成；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。 本設計中，用到的硬件裝置主要有：1臺交流電

46、機，總容量為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。在本裝置中，總共需要SQ1SQ22共22個接近開關。液壓系統(tǒng)由電磁閥進行控制，在本系統(tǒng)中，總共要用到YV1YV15總共15個電磁閥。系統(tǒng)設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)進行調試和調整。系統(tǒng)的動作主要包括： eq oac(,1)、桿端水平壓緊/松開； eq oac(,2)、蓋端水平壓緊/松開； eq oac(,3)、桿端垂直鎖緊/

47、松開； eq oac(,4)、蓋端垂直鎖緊/松開； eq oac(,5)、脹斷/回程； eq oac(,6)、動滑塊水平進/退。其中， eq oac(,5)， eq oac(,6)兩種動作為點動，即按那么動，松那么停，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。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

48、時序控制以及模擬量處理電路，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，一支好的客戶效勞隊伍，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CPM1A分為：10點輸入輸出型CPU單元、20點輸

49、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。輸入輸出端子一體化的組件型CPU單元中裝配了1040點的輸入輸出端子，為一體化組件型的PC。通過擴展I/O單元可以增設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?？蓪崿F(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。維護簡單由于采用快閃內存，無電池的內存支持得以實現(xiàn)，使維護簡單化。外部輸入中斷功能10點輸入輸出型最

50、多2點，20點、30點、40點輸入輸出型最多4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?？焖夙憫斎牍δ芘c周期無關，最小輸入脈沖為0.2ms的輸入?？焖夙憫斎肱c外部中斷輸入共用。間隔定時器中斷功能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，還有在一定間隔內反復中斷的定時中斷模式。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。模擬設定電位器功能扭動電位器就可以設定值的大小。一共有兩個用于模擬設定的電位器。對應

51、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，應使用RS-232C適配器，1:n通信使用RS-422適配器。對應1:1鏈接CPM1A之間、CPM1A和CQM1、CPM1、SRM1或者C200HS、C200HX/HE/HG以1:1連接時能在鏈接繼電器區(qū)域進行連接。連接使用RS-232C適配器。對應NT鏈接CPM1A與PT以NT鏈接進行直接存取連接時，可以實現(xiàn)高速工作。連接使用RS-232C適配器。與上位機種通用的編程工具編程器、SYSMAC支持軟件SSS中文版、對C200H/HS、C200HX/HG/HE、CQM1、CPM1、SRM1通用。根據(jù)輸入、輸

52、出需求點數(shù)決定選用OMRON的CPM1A-40CDR-A可編程控制器外加一個擴展I/O單元CPM1A-20EDR。圖4-1為CPM1A CPU單元的面板圖。圖4-2為20點I/O擴展單元的面板圖。 (a)10點CPU單元(b)40點CPU單元圖4-1 CPM1A 10點CPU單元的面板圖圖4-2 20點I/O擴展單元的面板圖4.2 CPM1A的I/O規(guī)格CPU單元工程規(guī)格電路構成圖輸入電壓DC24V、+10%、-15%輸入阻抗IN0000000002：2 K K輸入電流IN0000000002：12mA TYP其它：5mA TYPON電壓OFF電壓ON響應時間1128ms以下缺省8msOFF響

53、應時間1128ms以下缺省8ms表CPM1A 10點CPU單元參數(shù)擴展I/O單元工程規(guī)格電路構成圖輸入電壓DC24V、+10%、-15%輸入阻抗 K輸入電流其它：5mA TYPON電壓OFF電壓ON響應時間1128ms以下缺省8msOFF響應時間1128ms以下缺省8ms表CPM1A的擴展I/O單元參數(shù)繼電器輸出型CPU單元、擴展I/O單元工程規(guī)格電路構成圖最大開關能力AC250V/2ADC24V/2A(4A公共端)最小開關能力DC5V/10mA繼電器壽命電氣性阻性負載30萬次感性負載10萬次機械性2000萬次ON響應時間15ms以下OFF響應時間15ms以下表CPM1A的繼電器輸出參數(shù)第五章

54、 PLC軟件系統(tǒng)設計5.1 CPM1A軟件根底5.1.1 CPM1A的繼電器區(qū)CPM1A PC的繼電器區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)由以下幾局部組成：內部繼電器區(qū)(IR)，特殊輔助繼電器區(qū)(SR)，暫存繼電器區(qū)(TR)，保持繼電器區(qū)(HR)，輔助記憶繼電器區(qū)(AR)，鏈接繼電器區(qū)(LR)，定時器/計數(shù)器區(qū)(TIM/CNT)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)(DM)。一.CPM1A的內部繼電器區(qū)(IR)IR區(qū)分為兩局部：一局部供輸入/輸出點使用，稱為輸入/輸出繼電器區(qū)；另一局部供PC內部的程序使用，稱為內部輔助繼電器區(qū)。CPM1A的通道用3位數(shù)字表示，稱為通道號。一個通道內有16位。在指明一個位時用5位數(shù)字，稱為繼電器號，前3位數(shù)字為該

55、位所在通道的通道號，后2位數(shù)字為該位在通道中的序號。一個通道中16位的序號為0015，因此位號中的后2位數(shù)字為0015，如00000為000通道中的00位。輸入繼電器區(qū)有10個通道000009，其中，000、001通道用于CPU單元輸入通道，002009通道用于CPU單元連接的擴展單元的輸入通道。輸出繼電器區(qū)有10個通道010019，其中，010、011通道用于CPU單元輸出通道，012019通道用于CPU單元連接的擴展單元的輸出通道。在連桿脹斷系統(tǒng)中，使用了CPM1A-40CDR-A CPU單元和CPM1A-20EDR I/O擴展單元組成主控系統(tǒng)，000、001用于CPU單元的輸入通道，01

56、0、011用于CPU單元的輸出通道。CPM1A-20EDR有20個I/O點，其中，輸入點為12個，占用一個輸入通道002；輸出點8個，占用一個輸出通道012。40點的CPU單元最多可以連接3個，002、012用于第一個I/O擴展單元的輸入、輸出通道，003、013用于第二個I/O擴展單元的輸入、輸出通道，004、014用于第三個I/O擴展單元的輸入、輸出通道。CPM1A的內部輔助繼電器區(qū)有32個通道200231，共計512點。另外，輸入/輸出繼電器區(qū)中未被使用的通道也可作為內部輔助繼電器使用。二.定時器/計數(shù)器區(qū)(TIM/CNT)定時器/計數(shù)器區(qū)用于定時器和計數(shù)器。CPM1A的定時器和計數(shù)器統(tǒng)

57、一編號，編號又被稱為TC號。CPM1A共有128個計數(shù)器和定時器，其TC號為000127。CPM1A有兩種定時器和兩種計數(shù)器，分別為普通定時器TIM、高速定時器TIMH，普通計數(shù)器CNT、可逆計數(shù)器CNTR。一個TC號即可用于定時器，又可用于計數(shù)器，但所有的定時器或計數(shù)器的TC號都不能重復。當電源斷電時，定時器復位，計數(shù)器保持斷電前的狀態(tài)。5.1.2 CX-Programmer軟件CPM1A的編程有使用編程器進行編程和使用計算機輔助編程(CAD)兩種方式。手持編程器的優(yōu)點是：攜帶方便，可以在PC未與上位計算機構成網(wǎng)絡的情況下使用。它的缺點也是顯而易見的：它只能使用語句表編程語言進行編程，對于簡

58、單的控制尚可，對復雜控制程序的編程具有不直觀，容易混淆，程序不容易理解、不容易維護等等缺點。而計算機輔助編程(CAD)方式就很好的解決了這些問題。因此，在有條件選擇計算機輔助編程(CAD)編程方式的情況下，盡量不要選擇編程器進行編程。連桿脹斷系統(tǒng)中的PLC主控程序編程就選用了計算機輔助編程(CAD)的方式，利用了ORMON最新推出的CX-Programmer視窗編輯軟件。CX-Programmer的特點如下：ORMON于99年推出了功能強大的視窗編輯軟件CX-Programmer，簡稱CX-P。CX-Programmer在Windows環(huán)境下運行，具有強大的顯示/監(jiān)控功能和完善的調試功能、維護

59、功能，使程序開發(fā)、系統(tǒng)維護更為簡單和有效。它的菜單配置方式及操作方法更符合Windows GUI。CX-Programmer提供了結構化編程、多任務程序開發(fā)的新方法?？梢砸蝗送瑫r編寫調試多個PC的程序，也可以多個人同時編寫調試同一PC的多個任務程序。CX-Programmer具有遠程編程和監(jiān)控功能，上位機通過被連接的PC可以訪問本地網(wǎng)絡或遠程網(wǎng)絡的PC，上位機也可以通過Modem利用 線訪問遠程PC。CX-Programmer對Windows應用軟件的數(shù)據(jù)具有兼容性，例如，I/O分配表包括符號、地址和I/O注釋可輸入到Microsoft Excel的表格中，然后由CX-Programmer調用。這樣在I/O地址具體分配之前，用符號名稱來代表就可以進行程序開發(fā)了。CX-Programmer可以用梯形圖和助記符進行編程，兩者可以相互轉換。CX-Programmer對ORMON所有新機型都適用，只是它不能用流程圖來編程。5.1.3 CPM1A與上位機的連接計算機輔助編程有兩個條件：一要將計