分选设备的实时控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

分选设备的实时控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

） 滚动轴承的定位和固定，制作材料是铝合金，数量为 1。 如图 217： 图 217：隔套三维图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 小轴承座（ 16）设计制作 小轴承座的作用是定位小齿轮轴和小齿轮，制作材料是铝合金，数量为 1。 如图 218： 图 218：小轴承座三维图 传感器架（ 17）设计制作 传感器架是为了安装接近开关和料斗而设计的，制作材料是板金喷塑，数量为 1。 如图 219： 工厂里加工的传感器架缺少图中箭头 1 所指的一个 腰孔 ，而且图中箭头 2所指的定位孔加工也不准，不能够固定在底板（ 02）上，所以必须重新加工定位孔，添加 腰孔。 在加工 腰孔 时， 需要先在 传感器架 上 将 腰孔 的位置标出来，然后在所标的位置 上钻两个孔，再用锉刀锉成腰形。 腰孔 是用来安装接近开关的，之所以设计成 腰 形，是为了便于调节接近开关的位置。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 图 219：传感器架三维图 料斗（ 18）设计制作 料斗的作用是盛放将要被分选的物料，相当于一个仓库，后面的两个矩形孔是为接近开关感应物料开的， 通过零件上的 4 个孔固定在 传感器架 上， 制作材料是板金喷塑，数量为 1。 如图 220： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 20 页 图 220：料斗三维图 底板（ 19）设计制作 底板（ 19）的作用主要是安放整个模型和滑道，制作材料是塑料，数量为1，如图 221： 图 221：底板三维图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 21 页 这个零件工厂没有加工，我使用白色有机玻璃自制了一块。 底撑设计过程 以上零件三维图是用 UG 设计制作的，有些零件设计比较复杂，如滑道和传感器架；有些零件设计比较简单，如底撑和底板。 在这里我就以底撑为例介绍 零件 的制作过程 和 UG 的操作方法。 首先打开 UG，点击图 222 中箭头 1所指的 Application,在下拉菜单中选择 Modeling，进入建模状态；点击箭头 2 所指的 Block，出现右上角的对话框；在箭头 3 所指的空格里输入长方体的长、宽、高，点击确定出现 图中所示的长方体； 图 222：底撑制图 1 再点击图 223 中箭头 1 所指的 Hollow,出现右边的对话框，选择需要去除的表面，然后在箭头 2所指的空格里输入板厚，点击确定就可以得到图 223中的模型了 ； 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 22 页 图 223：底撑制图 2 再点击图 224中箭头 1所指的 Hole，出现右边的对话框，在箭头 2 所指的空格里输入孔的直径、深度、顶角，选择放置面，建立图 224 中箭头 3 所指的一对孔 ； 图 224： UG 制图 3 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 23 页 再点击图 225 中箭头 1 所指的 Instance Feature,选择矩形阵列，出现右边的对话框 ，在箭头 2所指的空格里输入参数，就可以由图中箭头 3 所指的一对孔阵列出另外三对孔。 这样底撑就制作好了。 图 225：底撑制图 4 电气元件确定和购置 根据控制要求 可知 ，需要购置的电气元件有选择开关（ SA） 1个、按钮（ SB）4 个、接近开关（ SQ） 6 个、指示灯 6 个、继电器 3 个、电机 2 个等。 购置选择开关时要注意它的尺寸大小；购置按钮时需要考虑按钮的大小、颜色以及是否带锁，我们所使用的 4 个按钮都是不带锁的，两个点动按钮为黄色，启动按钮为绿色，停止按钮为红色；购买接近开关时要看它的工作电压范围是否满足要求，是 常开还是常闭，工作电流，以及感应距离等，我们使用的接近开关是常开的，感应距离是 2 毫米，工作电压 1030伏；购买继电器时要看它的工作电压和触点对数，由于我们只有 12 伏的电源，而且电机的电压也是 12伏，所以我们之前 购 买的 24伏的继电器就不能用，后来重新 购 买了三个 12伏的继电器；购买电机要看它的转速和工作电压，我们所使用的转盘电机是 30 转每分南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 24 页 钟，由于大小齿轮的减速作用，转盘的转速是 5 转每分钟，拨料电机是 7 转每分钟，电机转速选这么低是为了减小转盘 的 惯性作用，使接近开关能够成功 及时地 感应到 信号 ， 实现 PLC 的 实 时 控制。 控制板及支架设计制作 控制板是控制系统的一部分，是操作者的操作平台。 控制面板上需要放置指示灯、按钮、继电器和 PLC以及他们的端子，以便于操作者接线操作。 为了将来拆卸方便，控制板分成两块制作，一块用于放置 PLC 输入 /输出端子的接插件，如图 226；另一块放置按钮、指示灯和继电器以及 它们 端子的接插件，如图 227。 两块控制板上的各种大小的孔的尺寸都是根据实物测量出来的，方便以后电气元件的安装。 图 226：控制板 1 图 227：控制板 2 控制板制作好之后还需要设计支架来放置控制板，以及为控制板 下面的走线留出空间；还要能够放置 PLC。 根据以上考虑，设计出来的支架如图 228， 控制板和支架的装配图如图 229。 图 228 中箭头 1 所指的缺口用于模型上的电机和接近开关和控制板的接南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 25 页 线。 箭头 2 所指的两条槽是用于 PLC 输入 /输出端子 和控制板上的接插件的连接 图 228：支架 图 229：控制板和支架装配图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 26 页 模型装配和电气元件安装 在所有的零件和电气元件都准备好之后就开始模型的装配和电气元件的安装了。 这部分是模型制作中的难点，因为我们缺少材料和工具，即使是很简单的零件加工 和修改，也会花费我们大 量的时间和精力。 模型装配 在零件加工出来之前，我已经在 UG 中装配过模型了，所以对模型的结构和零件之间的装配关系十分清楚 ，为以后的实物装配作好准备。 由于工厂中加工的一部分零件有错误 ，一部分零件精度不符合要求 ，这给模型的装配带来了很大的难度，在这里我只介绍装配中遇到的最主要的问题，其他的装配问题就不一一介绍了。 图 230：局部装配图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 27 页 模型中有一个最重要的零件 —— 小齿轮，由于 小 齿轮上 的 台阶 没有加工出来，这就给我们的模型装配添加了难度。 如果没有这个台阶， 图 230 中箭头1 所指的小齿轮的下表面就 会和图中箭头 2 所指的小轴承座的上表面接触，当电机转动带动小齿轮转动时，这两个表面就会产生摩擦 ，使电机停止转动。 为了解决这个问题， 需要 一个内径为 8 毫米，外径为 11 毫米，高为 4 毫米的垫圈充当齿轮上缺少的台阶， 但是添加了这个垫圈之后 ，使得小齿轮的装配位置比原来高了， 使得图230 中箭头 3 所指的小齿轮的上表面和箭头 4 所指的端盖的下表面接触， 这样就影响了它和大齿轮的配合。 为了能使 大小齿轮 配合 ， 必须将大齿轮的装配位置也提高。 大齿轮是由轴承支撑的，所以必须提高轴承的位置，因此我们需要一个外径为 60 毫米，内径为 50 毫米， 高为 2 毫米的垫圈。 由于底板（ 02）上两个圆槽之间的中心距加工不精确，加上大齿轮的加工尺寸略 大， 使得大 小齿 不能 轮成功啮合， 需要增大两个轴承座之间的中心距，还要用三角锉 将大齿轮的 110 个齿挫薄一些 ，形成变位齿轮。 经过反复修改和测试，大、小齿轮终于能顺利啮合了。 模型上还需要安装两个电机和 6 个接近开关。 首先是两个电机的安装：两个电机需要固定在底板下，和两个轴配合，以带动两个轴转动，所以需要一块铁板来固定两个电机。 找到一块可以用来固定电机的铁板 之后，需要在铁板上为两个电机钻两个 8 的 定位孔、 4个  2 的 固定孔，为铁板钻 4 个  的 固定孔； 在这些孔当中，两个电机的定位孔十分重要，它们之间的中心距要和底板（ 02）上的两个圆槽之间的中心距保持一致。 其次是和两个轴的连接：当电机固定 在铁板上 之后 ，还需要和轴连接。 两个轴和两个孔的连接需要 M3无螺帽的 螺钉固定，这个 M3 无螺帽的螺钉可以通过这种方法获得：在普通 M3的螺钉上截下一段，将一端锉平后开一个槽。 最后是 6 个接近开关的 安装：感应滑道的三个接近开关和一个转盘定位的接近开关的安装比较简单，接近开关的感应距离是 2 毫米，所以 对 安装精度要求不高。 安装比较麻烦的是感应物料的两个接近开关，因为没有固定架，所以要自制一个架子来安装 这两个 接近开关 ， 如图 231 箭头 1 所指的零件。 同样 ，这个零件上的 腰 形孔也是先 钻 孔，再用锉刀 锉 成的。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 28 页 图 231：自制传感器架 电气元件安装 电气元件安装是指控制板上的 PLC、指示灯、按钮和继电器等的安装和接线，首先按照设计要求 将按钮、指示灯、 PLC、继电器和接插件安装在控制板上，然后在每个接插件 下 面贴上标签，最后按照标签将 PLC 的输入 /输出端子和其他电气元件的端子接到接插件上。 在接线过程中要特别注意接近开关的接线，如果把接近开关的正负极接反，就会烧掉。 当控制板上的电气元件安装好，线连接好之后， 操作者只要通过在控制 板上接线就可以实现各种控制，使控制更加灵活多变，操作更加简单方便。 模型调试 在模型调试之前还需要制作调试用的物料：至少需要做 3 个物料，一个物料是右边有铁片 ，感应信号是二进制的 01； 第 2 个物料是左边有铁片 ，感应信号是二进制的 10； 最后一个物料是两边都有铁片 ，感应信号是二进制的 11。 物料不能做的太轻也不能太重： 太轻不容易从料斗中落下，太重会 增加物料和盖板之间的摩擦，也会 砸坏盖板 ； 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 29 页 物料 的大小要适中：对物料的长、宽、高都有要求。 长度要比料斗长度小34 毫米，太长不容易从料斗里落下，容易被卡住。 宽度要比料斗宽度小 12毫米，超过 2 毫米， 接近开关就不能成功感应到物料，影响物料的分选。 物料掉入转盘的高度要略高于盖板上表面，如图 231 中箭头 2 所指表面，低于图231 中箭头 3 所指的表面。 如果物料的上表面超过了料斗的下表面，当 转盘转到料斗下方时，物料就会被料斗卡住，使转盘停止转动；如果物料的上表 面低于盖板的上表面，当转盘转到料斗下方时，第 1个物料掉入转盘，第 2 个物料 的下表面低于盖板上表面，也会卡住转盘，使转盘不能转动。 在 PLC程序出来之前，调试主要是测试两个电机的转动情况和齿轮的啮合情况，看拨料杆和转盘是否能够正常转动。 其次是测试物料能否顺利从料斗中落入转盘中被带走， 并 被拨料杆拨出。 还要测试 接近开关能否感应到铁片 ，如果不能感应到铁片，还要调节接近开关的距离。 当调试成功后，模型的设计制作就算完成了。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 30 页 第三章 PLC 程序设计 PLC 控制程序要根据所使用的 PLC型号设计，我们选 用的是西门子 S7200系列的 PLC，因为 S7200 系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。 由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及 强大的指令 ，使得 S7200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。 此外，丰富的 CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。 我们设计的分选系统有 11 点输入和 9 点输出，考虑到将来的可扩展性，我们选择了 CPU226，它有 24 点输入和 16 点输出。 系统 主 电路图设计 在主电路图 的设计 中， 需要 考虑如何 利 用继电器的触点来控制 转盘电机和拨料电机的 转动。 当继电器的线圈得电时，动合触点闭合，动断触点断开，我们使用的都是动合触点。 转盘电机要实现正反转，因此需要用两个继电器控制并且需要互锁，拨料电机只有正转，所以只需要一个继电器即可，不需要互锁。 根据以上考虑，设计出来的主电路图如图 31。 图中的 M1 是转盘电机，由继电器 KA1 和 KA2 控制以实现正反转和互锁； M2 是拨料电机，由继电器 KA3 控制。 ` 图 31：主电路图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 31 页 PLC 端子图确定 PLC 输入 \输出地址确定 我们所使用的 PLC的型号是西门子 ，有 24个输入点， 16个输出点，其中 和 已坏。 输入端有： 1 个选择开关、 4 个按钮、 6个接近开关；输出端有： 3 个继电器、 6 个指示灯。 由于拨料杆使用接近开关定位很难实现，增加了控制难度，因此取消了拨料杆定位的接近开关。 输入 \输出地址分配如表 31： 表 31：输入 \输出地址分配表 输入地址 对应开关 名称作用 输出地址 动作元件 功能。