中型烤漆生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)項目設計方案

1 中型烤漆生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 項目設計方案 第 1 章 緒論 的和意義 目的：通過中型烤漆生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的課題設計，涉及到計算機控制技術(shù)、電氣控制技術(shù)與 理及應用、傳感器原理與應用、自動控制原理等多個學科。通過本課題的工作，不僅可以實現(xiàn)中型烤漆生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)設計，而且對于 傳感器的認識學習和使用有積極的促進作用，對大學所學習知識的靈活應用和總結(jié)。 把 學過的專業(yè)知識運用于實際，在理論和實際結(jié)合過程中進一步消化、加深和鞏固所學的專業(yè)知識，并把所學的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。在搜集材 料、調(diào)查研究、接觸實際的過程中，既可以印證學過的書 本知識，又可以學到許多課堂和書本里學不到的活生生的新知識。另外 也 培養(yǎng)了我 獨立思考問題和解決問題的能力 ,為今后工作做好技術(shù)儲備 。 意義： 采用人工涂漆 ,工作勞動強度大 ,生產(chǎn)率低 ,涂層質(zhì)量不易保證 ,還會對人體產(chǎn)生毒害作用 ， 自動噴漆在大批量生產(chǎn)中對提高勞動生產(chǎn)率 ,保證產(chǎn)品質(zhì)量 ,改善勞動環(huán)境等都具有重要意義。 內(nèi)外綜述 中國 烤漆房 起步較晚，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，中國烤漆房已成為機械工業(yè)中 2 十大行業(yè)之一，為中國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有力的保障，有些烤漆房填補了國內(nèi)空白，已能基本滿足國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目前，中國烤漆房出口額還不足總產(chǎn)值的 5%，進口額卻與總產(chǎn)值大抵相當，與發(fā)達國家相去甚遠。 在行業(yè)快速發(fā)展的同時也存在一系列的問題，現(xiàn)階段中國烤漆房行業(yè)水平還不夠高?？酒岱渴袌鋈遮厜艛嗷送呃慵埾淇酒岱亢鸵恍┬⌒桶b機有一定規(guī)模和優(yōu)勢外，其它烤漆房幾乎不成體系和規(guī)模，特別是市場上需求量大的一些成套包裝生產(chǎn)線，如液體灌裝生產(chǎn)線、飲料包裝容 器成套設備、無菌包裝生產(chǎn)線等，在世界烤漆房市場中均被幾家大烤漆房企業(yè)集團所壟斷，面對國外品牌強勁沖擊國內(nèi)企業(yè)應該采取積極對策。 從現(xiàn)階段情況看，全球的烤漆房需求以每年 速度增長。美國擁有最大的包裝設備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還包括德國、意大利和中國。但未來包裝設備生產(chǎn)增長最快的是在發(fā)展中的國家和地區(qū)。發(fā)達國家將從刺激國內(nèi)需求中獲利，并在發(fā)展中國家尋找當?shù)睾线m的生產(chǎn)廠家，特別是在食品加工廠進行投資，提供烤漆房設備。而中國自加入世貿(mào)組織以來取得了長足的進步，中國的烤漆房水平提升非?？?，與世界的先進水平差距逐漸縮小。隨著中國的日益開放，中國的烤漆房也將進一步打開國際市場。 第 2 章 設計概述 漆工藝流程 一個完整的物件烤漆工藝流程應該包括： 1 前處理 2 烘干 3 底漆涂裝 4 烘烤 5 面漆涂裝 6 烘烤 7 檢查 8 包裝 。 期處理 前期處理主要有： 1 除油； 2 水洗； 3 除銹； 4 水洗； 5 表調(diào)； 6 水洗； 7 磷化； 8 水洗； 9 水洗； 10 烘干 。 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 章 7 前處理的目的是為了得到良好的涂層，由于以上的沖壓件在制造、加工搬運、保存期間會有油脂，氧化物銹皮，灰塵，銹及腐蝕物等在表面上，若不去除將直接 影響到涂膜的性能，外觀等，所以前處理在涂裝工藝中占有極為重要的地位。涂裝前處理與涂布、干燥為涂裝工藝三大主要工序，其中涂裝前處理是基礎工序，它對整個涂層質(zhì)量、涂層使用壽命、涂層外觀等均有著重要影響 。 通過脫脂、除銹、磷化等工序后的工件表面清潔、均勻、無油脂 。 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 7 干 烘 干就是要除去表面處理時留下來的水分，準備涂漆或者是將油漆烘干 下面的工藝做準備。加快流水線的生產(chǎn)速度。烘干所采用的方法有： 柴油 加熱烘干 、電加熱 烘干 、蒸汽加熱 烘干 、遠紅外 加熱烘干 、廢機油 加熱烘干 、量子加熱 烘干等等。 涂 噴涂的方法可分為 以下 幾種 ： 1 靜電噴涂法 ， 2 熱噴涂法 ， 3 氣霧劑噴涂法 ，4 高壓無氣噴涂法 , 5 空氣噴涂法 。 電噴涂法 靜電噴涂系利用高壓靜電場的一種噴涂方法，比較適合于大規(guī)模生 產(chǎn)的噴涂方法，靜電噴涂有許多優(yōu)點，可節(jié)省涂料，易實現(xiàn)機械化和連續(xù)化?？蓽p少溶劑和涂料的飛散而改善勞動條件，漆膜均勻、質(zhì)量好。 靜電噴涂所使用的涂料，電阻應在 5 50M?。如果電阻過高，可適 當采用極性溶劑來調(diào)節(jié)。靜電噴涂的溶劑一般需要沸點高一點，導電性 能好一點，溶劑的閃點高一點，這對噴涂質(zhì)量與安全性均比較有 利。 噴涂法 采用熱噴涂的施工方法，可節(jié)約溶劑，改進涂層光澤及厚度，可消 除涂膜表面泛白、斑點、桔皮 為熱噴涂的流動性比較大， 噴涂壓力可降低到 2 公斤 /厘米。涂料一般預熱到 50 60C 左右。 霧劑噴涂法 將涂料裝在含有氣體發(fā)射劑的密封金屬罐中，使用時按動金屬罐上 的按鈕，漆液成霧狀從罐中噴出。主要用于家庭小件物品和車輛、設備 等的局部小面積的修補用。 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 8 壓無氣噴涂法 這種噴涂工藝早在六十年代已有發(fā)展，并在機械、車 輛、船舶、建 筑等制造業(yè)中得到廣泛的應用。 高壓無氣噴涂工藝與一般噴涂原理不同，涂料經(jīng)高壓100 200 公斤 /厘米 2 作用下，經(jīng)噴嘴小孔（ 1 毫米）噴出，立即在大氣中膨脹成很 細的流線，在表面張力的作用下，變成很細的微粒而噴射到工件上，它 的主要特點是沒有一般空氣噴涂時所產(chǎn)生的大量漆霧的飛揚。 高壓無空氣噴涂機利用壓縮空氣驅(qū)動氣動機的活塞和活塞桿作往復 運動，活塞桿帶動高壓泵內(nèi)的活塞而產(chǎn)生同樣的往復運動，氣動機活塞 的有效面積與高壓泵活塞的有效面積之比，根據(jù)需要的工作壓力來選擇， 一般在 23： 1 33： 1 之間。 高壓無氣噴涂的優(yōu)點： 1、生產(chǎn)效率高，較空氣噴涂法高數(shù)至十余倍。 2、適用于厚漿涂料，一次噴涂膜厚達 100 300。 3、可提高涂層的致密性，附著力和均勻性。 4、節(jié)約溶劑，可降低施工成本。 5、漆霧減少，防止空氣污染，改善勞動保護條件。 氣噴涂法 這是一種使用較廣泛的施工方法，它的噴涂原理是漆液通過噴涂器的噴嘴，由高速氣流將漆液沖散成微粒而射向被涂物面，一般噴口離被涂物的距離在 20 40 厘米之間，噴 涂的空氣壓力在 2 4 公斤 /厘米 2 ，流 入噴槍的氣源必須經(jīng)過油水分離處理，最好是清潔干燥的氣源。 定設計方案 面處理和烘干方式的確定 本次設計針對工件所采取的前期處理的方法有： 1 除銹， 2 烘干。 除銹： 黃銹能促進腐蝕產(chǎn)物在涂層下蔓延，使涂層失去屏蔽性和不透濕性。在高溫高濕條件下能導致涂層和金屬的早期損壞，松散的黃銹，附著力差，能與河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 9 涂層一起脫落。除銹的方法很多，如堿液法，酸液法，機械法，電解法等，常見的是堿液法。以化學溶液除去工件表面的氧化皮，銹跡等，一般是用硫酸，也有用草酸。還可輔以超 聲波清洗。 常見前處理有浸泡式和噴淋式兩種，浸泡式需要多個浸泡槽；噴淋則需要在噴涂流水線上設置一段噴淋線。 因為此次設計為的是烤漆生產(chǎn)流水線所以除銹方法采用的是是更適合流水線的噴淋法。 烘干 ：通過幾種常用的烘干方式的比較決定這次設計采用 電加熱的方法進行烘干處理 ，其原因 是電加熱技術(shù)比較常用，技術(shù)成熟，應用范圍廣，限制條件少，能耗低。 涂方式的確定 通過上述幾種噴涂方法的綜合比較之后決定此次設計的噴涂方法采用實用較為廣泛技術(shù)熟練的空氣噴涂的方法。 體方案論述 這次的 烤漆生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 的設 計的整體工藝流程為： 1 表面處理（除銹） ,2 烘干， 3 一次底漆噴涂， 4 烘干， 5 二次底漆噴涂， 6 烘干， 7 面漆噴涂，8 烘干。 如圖 1 所示： 具體操作步驟為： 首先 將需要噴涂的工件放在小車上，小車沿著指定的軌道將工件送入到烤漆房內(nèi)， 工件到 指定 噴漆 位置 后 停止 ， 噴槍上的傳感器檢測到有工件便起動噴槍開關對工件進行自上而下的噴涂和自左而右的噴涂（側(cè)面的噴槍和頂面的噴槍是同時開始工作的，但是每個噴槍是分開控制的），當側(cè)面的噴槍和頂面的噴槍都噴涂一個來回后，小車上工件圓盤上的步進驅(qū)動電機便旋轉(zhuǎn)一定的角度，然后開始下一 個來回的噴涂。 當 完成噴漆工序后， 小車的驅(qū)動電機啟動，將 工件進入 烘干區(qū)，到達烘干區(qū)后，小車停止，對工件進行烘干，一段時間后，小車再次起動，將工件送到下一工序。完成所有的工序后，小車將工件載出烤漆河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 10 房 除銹 烘干 一次底漆噴涂 烘干 二次底漆噴涂 烘干 面漆噴涂 烘干 圖 1 第 3 章 方案詳解 對設計方案進行詳細的講解，對設計中所用到的電機，傳感器， 進行進一部的說明。 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 11 機的選取 車驅(qū)動電機的確定 電機按工作電源種類劃分： 可分為直流電機 和交流電機 。 交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦 。所以將小車的驅(qū)動電機選為方便實用的交流電機。 交流電機 又分為 同步電機、異步電機兩大類 。 同步和異步電機均屬交流動力電機 ， 是靠 50流電網(wǎng)供電而轉(zhuǎn)動 。 異步電機是定子送入交流電 ,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 ， 而轉(zhuǎn)子受感應而產(chǎn)生磁場 。 這樣兩磁場作用使得轉(zhuǎn)子跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場而轉(zhuǎn)動 。 其中轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場慢 ， 有個轉(zhuǎn)差不同步所以稱為異步機 。 而同步電機定子同異步電機其轉(zhuǎn)子是人為加入直流電形成不變磁場 ， 這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場一起轉(zhuǎn)而同步始稱同步電機 。 異步電機簡單 ， 成本低 ， 易于安裝 ， 使用和維護 缺點效率低 ， 功率因數(shù)低對電網(wǎng)不利 。 而同步電機效率高是容性負載 ， 可改善電網(wǎng)功率因數(shù) ， 多用工礦大型沒備 。所以最終小車的驅(qū)動電機確定為 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便 ， 被廣泛應用于各個領域 的交流異步電動機。 型號： 定功率 11子電流 26A 服電機的選擇 伺服電動機又稱執(zhí) 行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 工作原理： 伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到 1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1 個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 12 樣和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了 多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到 直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各 種環(huán)境。交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較 ，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前 國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 一、控制精度不同 ： 兩相混合式步進電機步距角一般為 五相混合式步進電機步距角一般為 、 也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。 如三洋公司（ 產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為 兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 13 電機為例，對于帶標準 2000 線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為 360 /8000=對于帶 17 位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收 131072 個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為 360 /131072=是步距角為 步進電機的脈沖當量的 1/655。 二、低頻特性不同 ： 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能 ，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（ 可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。 三、矩頻特性不同 ： 步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300 600流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為 2000 3000內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 ： 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額 定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 五、運行性能不同 ： 步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象 ，控制性能更為可靠。 六、速度響應性能不同 ： 步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 14 百轉(zhuǎn)）需要 200 400 毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋 400W 交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。 在本次設計中，運用步進電機就可以很好的完成任務，所以步進電機 是最合適的控制電機。 型號： 28感器的選擇 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。 電傳感器 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡 單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點 。 光電傳感器如下圖所示主要分 為 4 類 ： 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 15 對射型（凹槽型） 圖 2 對射型 圖 3 回歸反射型 圖 4 漫反射型 圖 5 傳感器型號： 南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 16 近開關 接近開關是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。能將檢測對象的移動信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號。在轉(zhuǎn)換為電氣信號的檢測方式中，包括利用電磁感應引起的檢測對象的金屬 體中產(chǎn)生的渦電流的方式，捕捉檢測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式，利用磁石和引導開關的方式。 其特點是： 1 由于能以非接觸方式進行檢測，所以不會磨損和損 傷檢測對象物 。限位開關等是與物體接觸后進行檢測的，但接近開關則對物體的存在進行電氣性檢測，所以無需接觸。 2 由于采用無接點輸出方式，因此壽命延長，采用半導體輸出，對接點的壽命無影響。 3 與光檢測方式不同，適合在水和油等環(huán)境下使用，檢測時幾乎不受檢測對象的污漬和油，水等的影響。4 與接觸式開關相比，可實現(xiàn)高速響應。 5 能對應廣泛的溫度范圍，有些傳感器能在 和 200 度的環(huán)境下使用。 6 不受檢測物體顏色的影響，對檢測對象的物理性質(zhì)變化進行檢測，所以幾乎不受表面顏色的影響。 感應型接近開關原理：同過外部磁場的影響，檢測在導體表 面產(chǎn)生的渦電流引起的磁性損耗。在檢測線圈內(nèi)使其產(chǎn)生交流磁場，并對檢測體的金屬體產(chǎn)生的渦電流引起的阻抗變化進行檢測的方式，一般檢測金屬導體。此外。作為另外一種方式，還包括檢測頻率相位成分的鋁檢測傳感器，和通過工作線圈僅檢測阻抗變化成分的全金屬傳感器。在檢測體一側(cè)和傳感器一側(cè)的表面上，發(fā)生變壓器的狀態(tài) 阻抗的變化可以視作串聯(lián)插入檢測體一側(cè)的電阻值的變化 。（圖 6） 變壓器的結(jié)合狀況將通過渦電流損耗而置換為阻抗的變化 圖 6 靜電容量型接近開關的動作原理 : 對檢測體與傳感器間產(chǎn)生的靜電容量變河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 17 化進行檢測。容量大小根據(jù) 檢測體的大小和距離而變化。一般的靜電容量型接近開關是對象電容器一樣平行配置的兩塊平行版的容量進行檢測的，平行板單側(cè)分別作為被測定物，而另一側(cè)作為傳感器檢測面，對這兩極間形成的靜電容量變化進行檢測。 可檢測物體根據(jù)檢測對象的感應率不同而有所變化，不僅金屬，也能對樹脂，水等進行檢測。（圖 7） 圖 7 磁力式接近開關的動作原理：用磁石使開關的導片動作。通過將引導開關置于 開關打開。（圖 8） 圖 8 型號： 溫度傳感器選擇 溫度傳感器用于測量烘干區(qū)的溫度，進行實時的溫 度監(jiān)控，從而達到保證工件烤漆質(zhì)量的目的。 按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 18 料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。 接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。 溫度傳感器 溫度計通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差 電偶等。它們廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應用和超導技術(shù)的研究，測量 120低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件，可用于測量 00K 范圍內(nèi)的溫度。 非接觸式溫 度傳感器 它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。 最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）。各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發(fā)射率的修 正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當困難的。河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 19 對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應的修正，最終可得到被測表面的真實溫 度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中為材料表面發(fā)射率，為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質(zhì)達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進行修正而得到介質(zhì)的真實溫度。 非接觸測溫優(yōu)點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于 1800以上的 高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展， 700以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。 圖 9 熱電偶工作原理： 當有兩種不同的導體和半導體 A 和 B 組成一個回路，其兩端相互連接 時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為 T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為為自由端 (也稱參考端 )或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖 9 所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應。與塞貝克有關的效應有兩個：其一，當有電流流過兩個不同導體的連接處時此處便吸收或放出熱量 (取決于電流的方向 )，稱為珀爾帖效應；其二，當有電流流過存在溫度梯度的導體時，導體吸收或放出熱量 (取決于電流相對于溫度梯度的方向 )，稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電 勢 ， 由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 20 種不同的導體或半導體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質(zhì)及在接觸點的溫度有關。溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質(zhì)和兩端的溫度有關，而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中于接觸處端點的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷開時，在斷開處 a， b 之間便有一電動勢差 V，其極性和大小與回路中的熱電勢一致，并規(guī)定在冷 端，當電流由 A 流向 B 時，稱 A 為正極， 驗表明，當 V 很小時， V 與 T 成正比關系。定義 V 對 T 的微分熱電勢為熱電勢率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結(jié)點的溫度差。 傳感器型號： 壓力傳感器的選擇 在對工件進行噴涂的時候，要保證噴槍的壓力在其正常的工作范圍內(nèi)，從而保證工件的噴涂達到預期的要求，所以要對壓力罐的壓力進行實施的檢測和控制，因此壓力傳感器的選擇是很重要的。 力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片 壓力傳感 器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳 感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有 極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變 片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 21 理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 示或執(zhí)行機構(gòu)。 如圖 10 所示，是電阻應變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小， 所需的驅(qū)動電流太大， 同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大， 阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均 為幾十歐至幾十千歐左右。 電阻應變片的工作原理：金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效。應我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。 當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。 金屬電阻應變絲的結(jié)構(gòu) 圖 10 傳感器型號： 小型壓力傳感器 氣壓縮機的選擇 空氣壓縮機 是氣源裝置中的主體，它是將原動機（通常是電動機）的機械能河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 22 轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。 空氣壓縮機的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機，速度式壓縮機，容積式壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高 壓縮空氣的壓力；速度 式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 現(xiàn)在常用的空氣壓縮機有活塞式空氣壓縮機，螺桿式空氣壓縮機， (螺桿空氣壓縮機又分為雙螺桿空氣壓縮 機和單螺桿空氣壓縮機 )，離心式壓縮機以及滑片式空氣壓縮機，渦旋式空氣壓縮機。凸輪式，膜片式和擴散泵等壓縮機沒有列入其中，是因為它們用途特殊而尺寸相對較小。 活塞式空氣壓縮機 圖 11 空氣壓縮機的特點： 由電動機直接驅(qū)動壓縮機，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動連桿使活塞產(chǎn)生往復運動，引起氣缸容 積變化。由于氣缸內(nèi)壓力的變化，通過進氣閥使空氣經(jīng)過空氣濾清器（消聲器）進入氣缸，在壓縮行程中，由于氣缸容積的縮小，壓縮空氣經(jīng)過排氣閥的作用，經(jīng)排氣管，單向閥（止回閥）進入儲氣罐，當排氣壓力達到額定壓力時由壓力開關控制而自動停機。當儲氣罐壓力降至 一定壓力開關自動聯(lián)接啟動 。 河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 23 型號： 0 功率 工作壓力 槍選型 空氣噴涂是靠壓縮空氣的氣流使漆料霧化 ,在氣流帶動下 ,噴涂到被漆物表面上的一種涂裝方法?？諝鈬娡糠ǖ闹饕ぞ呤菄姌?，它是使涂料和壓縮空氣混合后噴出，工具噴槍可按 涂料與壓縮空氣的混合方式不同，涂料的供給方式及空氣帽的構(gòu)造進行分類： 一般分為內(nèi)部混合型和外部混合型兩種。按涂料供給方式又可分為吸上式，重力式和壓送式三種。前兩種適合于汽車修補涂裝和小批量生產(chǎn)的汽車涂裝，壓送式適用于涂料使用量大的工業(yè)涂裝。 一般常用的噴槍由噴頭，調(diào)節(jié)部分和槍體三部分成。噴頭由空氣帽，噴嘴，針閥等組成。它是改變涂料的霧化，噴流圖樣等決定噴槍性能的關鍵部件。調(diào)節(jié)部件是調(diào)節(jié)涂料噴出量和空氣流的裝置。槍體上裝有開閉針閥的槍機和防止漏漆，漏氣的密封件，并制成便于作業(yè)的形狀。 噴槍系統(tǒng)圖 圖 12 噴槍的型號采用巖田公司的 涂料供給法 ：壓送 ； 涂料噴嘴口徑 ： ； 噴涂距離 ： 250噴涂空氣壓力 ： ； 空氣使用量 ： 330 l/ 涂料噴出量 ： 270 ml/；噴副 ： 340 ； 重量 500g. 噴流式自動噴槍清洗系統(tǒng)可清洗虹吸式、壓力 式、 重力式噴槍，河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 24 油漆罐和其他混料 容器，整個過程在 45 秒內(nèi)完成。 采用二次清洗的原理，大大節(jié)省干凈清洗劑的用量，有效地節(jié)約生產(chǎn)成本 機型： 理量：2 套噴槍和個油漆罐 處理時間： 45 秒 特點：自動清洗 。 型 可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù) 與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 (它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 是為了避免與個人計算機(簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 1966年 美國數(shù)據(jù)設備公司（ 制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。 基本結(jié)構(gòu)： 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： a、電源 電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 接連接到交流電網(wǎng)上去。 b 中央處理單元 ( 中央處理單元 ( 控制中樞。它按照統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 25 所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行 。 為了進一步提高 可靠性，近年來對大型 采用雙 成冗余系統(tǒng)，或采用三 表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d、輸入輸出接口電路 1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應 的控制信號。 e、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊 。 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、 訊模塊等。 工作原理： 當 入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， 一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 一 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， 掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序 執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 二 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， 是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀河南城建學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 26 態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) 儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令 則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后， 進入輸出刷新階段。在此期間， 照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是 真正輸出 。 前的主要品牌：美國 下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷，和利時等。 列是三菱 族中最先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 人機界面：人機界面產(chǎn)品的定義：連接可編程序控制器（ 變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設備 ,由硬件和軟件兩部分組成。 人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括