氣動控制實驗裝置的研發(fā)畢業(yè)設(shè)計說明書_[文檔在線提供]

代寫：各專業(yè)專、本、碩、博畢業(yè)論文，職稱論文；代發(fā)省級、國家級、核心期刊論文。QQ:757518360電話：01087832641江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書第一章 緒論1.1 課題設(shè)計的目的及意義在當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和高新技術(shù)推廣應(yīng)用的普及，機電一體化技術(shù)已逐步深入到生產(chǎn)、生活的各個角落，生產(chǎn)從機械化轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊?，在機械加工、汽車制造、食品生產(chǎn)、藥品包裝等方面都在向自動化方向轉(zhuǎn)變，它們都有共同的規(guī)律（按一定規(guī)則節(jié)拍地動作），從而產(chǎn)生了自動化生產(chǎn)線（流水線、裝配線），據(jù)統(tǒng)計在汽車制造、電子元器件等精密加工制造業(yè)，有80%以上的工作是由“生產(chǎn)線”來完成的1，這些企業(yè)急需機電類應(yīng)用型、技能型人才。 但由于辦學(xué)經(jīng)費緊張，職業(yè)院校一般沒有能力購置與企業(yè)類同的“生產(chǎn)線” ，學(xué)生在校期間，不能建立整套生產(chǎn)過程的概念，為此，本人根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識結(jié)合這次畢業(yè)設(shè)計的要求，研制一套與企業(yè)生產(chǎn)實際相吻合的仿真自動化加工生產(chǎn)線， 該生產(chǎn)線可以根據(jù)辦學(xué)需要實現(xiàn)任意組合的生產(chǎn)型教學(xué)實訓(xùn)生產(chǎn)線基于氣動控制的生產(chǎn)過程實驗裝置，以解決學(xué)生在校實訓(xùn)過程與企業(yè)實際生產(chǎn)情況不相吻合的問題。本次設(shè)計研究的基于氣動控制的生產(chǎn)過程實驗裝置是典型的機電氣一體化的自動化裝置，也是一套與企業(yè)生產(chǎn)實際相吻合的仿真自動化加工生產(chǎn)線，該裝置主要有供料機構(gòu)、檢測機構(gòu)、傳輸機構(gòu)及分揀機構(gòu)等組成，它涵蓋了機電專業(yè)所學(xué)的機械設(shè)計、液壓與氣動技術(shù)、電工電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)及PLC控制等專業(yè)知識。在該系統(tǒng)上可以進行氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機傳動、物料輸送、自動化裝配、PLC 控制等多種課程的教學(xué)與實訓(xùn)，也可以在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計研究該裝置的目的在于：一是為專業(yè)課程 “機電綜合技能實訓(xùn)”提供一個實驗平臺，通過對整個系統(tǒng)進行教學(xué)并讓學(xué)生動手裝配、調(diào)試并模仿設(shè)計，學(xué)生可以在傳感器的設(shè)計選型、氣動元件的選型、氣動回路的設(shè)計、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、PLC編程、系統(tǒng)裝配、電氣連接、系統(tǒng)調(diào)試等多方面進行全方位的學(xué)習(xí)和實踐，達到理論教學(xué)難以達到的效果，培養(yǎng)學(xué)生的感性認識和實際動手能力。在全面掌握該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，學(xué)生將具有設(shè)計裝配一般實際工程系統(tǒng)的能力，達到技能教學(xué)的目的與效果。二是為學(xué)生找到一條容易適應(yīng)從學(xué)校到工廠環(huán)境轉(zhuǎn)換，從理論到實際轉(zhuǎn)換，從課堂教學(xué)到工程現(xiàn)場真刀真槍技能轉(zhuǎn)換的新途徑，縮短從學(xué)校課堂到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的距離，從而提高學(xué)生動手的能力。為使學(xué)生了解各種不同的元器件，我們?nèi)坎捎霉I(yè)化的標準元件與材料，盡可能采用不同的元器件類型，以增強學(xué)生的知識面和認知面。通過該實驗裝置的系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試等教學(xué)，能充分鍛煉操作者團隊協(xié)作能力、計劃組織能力、自動線安裝與調(diào)試能力、工程實施能力、職業(yè)素養(yǎng)、交流溝通能力、效率、成本和安全意識，引導(dǎo)高職院校機電一體化類專業(yè)教學(xué)改革發(fā)展方向，促進工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的滿足企業(yè)需求的自動化控制高技能人才2。1.2 機電一體化的概念與核心技術(shù)一、機電氣一體化的概念機電一體化技術(shù)是以微型計算機為代表的微電子技術(shù)，信息技術(shù)迅速發(fā)展向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，在與機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運動傳遞、物質(zhì)運動、能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)，機電一體化技術(shù)直接導(dǎo)致了自動化技術(shù)的產(chǎn)生3。機電氣液一體化是現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是將機械、微電子、信息技術(shù)、氣液傳動及控制技術(shù)融合在一起的一種現(xiàn)代化控制。其中機電一體化技術(shù)是核心技術(shù)。機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。二、機電一體化的主要技術(shù)有4：1、機械技術(shù)：是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。 2、計算機與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。 3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。 4、自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。 5、傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。 6、伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。1.3 機電一體化的發(fā)展概況31、數(shù)控機床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。 2、微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。 3、可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用于工業(yè)：上世紀60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種Modular Digital Controller（MODICON）取代繼電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向于建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統(tǒng)、同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。 4、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴展、具有強烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有： 1、智能化：是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。 2、網(wǎng)絡(luò)化：20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 3、微型化：興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。 4、綠色化：機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。 5、系統(tǒng)化：其表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。一是如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。第二章 實驗裝置的總方案2.1 實驗裝置的結(jié)構(gòu)組成本次設(shè)計的裝置是基于氣動傳動控制的生產(chǎn)線物料傳輸以及機械手分揀，其結(jié)構(gòu)基本組成如下：供料裝置傳輸裝置檢測裝置分揀裝置PLC控制系統(tǒng)圖2-1 基于氣動控制的生產(chǎn)過程實驗裝置結(jié)構(gòu)框圖該裝置在研究設(shè)計中要解決以下問題：1：如何去檢查是否有物料。2：如何將物料輸送到傳動托盤上并且怎樣去對傳輸位置進行檢測。3：物料的傳輸快慢如何去調(diào)定。4：物料的顏色如何去檢測以及物料的搬運方法。設(shè)計中解決這些問題是重點，只要將以上問題解答及設(shè)計好了本此設(shè)計就算基本成功了。具體的解決方法將在本章的第三節(jié)中介紹。532.2 系統(tǒng)裝置設(shè)計的要求本次設(shè)計的實驗裝置是一個小型自動生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)，包括物料的供給、傳輸、檢測及搬運的生產(chǎn)線，那么首先就要具有生產(chǎn)裝置的流程線的要求：要運行方便簡捷、易操作等要求；其次，它應(yīng)該具有可行性的要求：氣動傳動控制能正確運行、元器件要選擇合理、氣動圖形符號的設(shè)計要符合標準，檢測傳輸?shù)难b置要選擇合理，機械手分揀要條理清晰明朗以及它們的PLC控制系統(tǒng)裝置要選擇適當(dāng)及編程設(shè)計正確。2.3 系統(tǒng)方案的設(shè)計根據(jù)第一節(jié)中介紹的研究中要解決的問題設(shè)計出的具體方案如下：把整個系統(tǒng)裝置分為供料機構(gòu)、傳輸裝置、檢測裝置及搬運裝置四個機構(gòu)加上控制它們的可編程控制器裝置。系統(tǒng)裝置設(shè)計流程如下：根據(jù)上述的工作流程把本次設(shè)計分為三大部分：第一部分：供料機構(gòu)及傳輸裝置的設(shè)計；第二部分：檢測裝置和搬運裝置的設(shè)計；第三部分：控制系統(tǒng)裝置的設(shè)計；因為供料與傳輸?shù)倪\行是連接在一起的，物料供給后就進行物料的傳輸這是不可分的兩道工序，而檢測與搬運也是不可分開的兩道工序。所以這樣設(shè)計起來既符合生產(chǎn)上的實際連貫動作，也將設(shè)計的內(nèi)容分的有條理。設(shè)計起來簡單方便、縮短了設(shè)計的時間，為答辯贏得更多的時間準備。下面就針對上述方案做具體的運行控制系統(tǒng)設(shè)計：一、傳輸與供料裝置這塊有以下兩種方案：1：采用歷史悠久的同步帶傳動5。同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維為強力層，外覆以聚氨酯或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周制成齒狀，使其與齒形帶輪嚙合。同步帶傳動時，傳動比準確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v50m/s，P300kw,i14、輸出點個數(shù)7，存貯器字數(shù)232的PLC，對PLC的掃描速度及其它方面無特殊要求。綜上所述，經(jīng)比較選用SIMENS公司的S7-200CPU226性能較好的滿足要求，它具有24個輸入點和16個輸出點。5.4 電源選擇PLC一般有DC/DC型和AC/DC型兩種，其中AC/DC型使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、24V等直流電源，使PLC能正常工作。DC/DC型需要另外配置一個專用的開關(guān)電源，為PLC及其他器件供電。在本次設(shè)計中，因為除PLC需要電源外，我們還用到了許多傳感器和電磁換向閥，所以在設(shè)計中選擇一個220V/24V的開關(guān)電源，為各個器件提供電源。5.5硬件設(shè)計本次設(shè)計的PLC控制信號的輸入輸出信號的點數(shù)較多，所以我們選擇的是CPU226的可編程控制器裝置，它的I/O總數(shù)為40點。其中輸入點24點，輸出點16點?？蓭?個擴展模塊。用戶程序的儲存容量為6.6K字。內(nèi)置高速計數(shù)器，具有PID控制器的功能。有2個高速脈沖輸出端和2個RS485通信口。CPU226的24個數(shù)字量輸入點分成兩組。第一組由輸入端子I0.0I0.7、I1.0I1.4共13個輸入點組成，每個外部輸入的開關(guān)信號都由各輸入端子接出，經(jīng)過一個直流電源終至公共端1M；第二組由輸入端子I1.5I1.7、I2.0I2.7共11個輸入點組成，每個外部輸入的開關(guān)信號都由各輸入端子接出，經(jīng)過一個直流電源終至公共端2M。16個數(shù)字量輸出點分成三組。第一組由Q0.0Q0.3共4個輸出點與 公共端1L組成；第二組由Q0.4Q0.7、Q1.0共5個輸出點與公共端2L組成；第三組由Q1.1Q1.7共7個輸出點與公共端3L組成.輸入端得檢測電源采用直流電源，輸出端右端供電電源用AC120/240V。根據(jù)上述CPU226的輸入輸出信號分組，繪制出本次設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖如5-2所示： 圖52 PLC控制的外部接線圖5.6 系統(tǒng)程序的設(shè)計任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工