第一篇：自動輸出檢測系統在橄欖油灌裝線的設計
自動輸出檢測系統在橄欖油灌裝線的設計 摘要
自動化視覺檢測已成為質量監控過程的vita1一部分。本文所述dcvc1opmcnt和兩種mcthodo1ogics用于機器視覺檢查系統pcrformancc在線比較高速輸送機。第一種方法是deve1oped的閾值的技術的圖像處理算法和第二方法是基于，ULN的ellge IJ.etection。案例sLully進行到benchmarkthese兩種方法。Specia1努力已投入的缺陷檢測算法的設計達到兩個主要目標：精確的特征提取和-1ine能力，既考慮到魯棒性和1OW處理時間。一間1ine implementatior1低空急流inspecL瓶正在使用新的技術，communicat1on與GigE視覺相機和industria1千兆Ethcrnct nctwork報道。
在系統上橄欖OI1床上進行驗證。我們的算法rcsults在cffcctivc RCA1-timc objcct跟蹤落實。該方法的有效性THC是通過使用本文描述的方法獲得的實驗結果的THC介紹說明。關鍵詞
千兆以太網視覺相機，圖像處理，質量監控，缺陷檢測
Inthin帶穿孔工藝速度可以達到的exceedlm/ S值。為了監控產品質量severa1參數應進行檢查，使用在許多情況下difllerent的測量工具。Manua1檢查過程可能比生產proccssleading toless頻繁檢查要慢得多。在檢查運行之間的質量參數的任何偏差 wi11導致生產廢料
該機器視覺系統的非接觸式，快速和可容易地計算機化使其actua1生產等proccssos期間potentia1 too1在線質量監測的事實。Automatcd Visua1 Inspcction（AVI）[12]可以估計使用visua1信息的工作零件d.imensions并且是最經常由emp1oying機器視覺技術自動化。
Machinc愿景是too1 USCD控制產品automatcd家生產的difflerent領域，如食品工業[13]。這樣的too1有non_contact測量的優勢，而無需運行offthe生產prooess。
使用多個圖像傳感器在生產線的difnerenL Ievels和拍攝diflierent角度a11ows監視dimerent階段國稅發生產過程和THC的co11cction我」，形成nccdcd到asscss產品質量 andflow生產資料，（參見圖1）[1,2，3,4] Gig1_，視覺是適應machinc視力[5]千兆lithemet界面。的GigE視力camcras [19] USC千兆Ethemet，因此可以內industria1 Cigabit「lthernet網絡[6,7 14]的開放結構被安裝。此a11ows圖像的傳輸，并控制相機和contro1系統之間的信號以高速over1ong cablclcngths。
ncrcforc，WO可以considcr基于以太網架構RCA1 timc machinc視覺應用THC dcsign。在本文中，我們提出在橄欖OI1 bottlingline用于質量監控GigE視覺系統。該系統是無縫內生產網絡整合和a11ows違約的檢測帽和OI1 leve1。異常的檢測是通過離散報警的industria1傳送到contro1系統（iigabit上ithemet網絡，該系統主要由一個照相機的拍照ofproducts在生產期線，specia1照明突出斷層，computcr可視ANDI」NAGC proccssing有關報警gerleration和自動噴射[2]。在此papcr，一個attcmpt是MADC到cvaluatc的traditiona1圖像處理算法THC pcrfonnancc [5,8]在一個ON_ 1ine機器視覺檢查系統。比較是基于處理時間，準確度，預處理時間和取向的要求。評估的結果提出和討論。
2.SYSTEMHARDWARE 說明
圖1顯示了完整的系統設置。一部分移動傳送帶上通過接近傳感器感測。
所述傳感器發送一個signa1到與它interfiaced計算機。該interf1aced用相同computcr相機是cxtcma1 triggcrcd與瓶的signa1和capturcs THC圖像。獲得的圖像然后通過insta11ed計算機andthen通過/ Fai1作出決定的處理軟件進行處理。
這整個opcration是donc在少數mi11iscconds經sen3or延遲定時，速度的相機和處理速度國稅發計算機dcpending。必要的硬件componentsare：
2.L相機CCD和光學
用exce11ent噪聲性能細成像傳感器所要求的本申請，這是對于視頻應用更為重要。的CCD優于互補META1氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器，只要信噪比和動態范圍concemed_以這種方式，在CCD圖像傳感器，被選擇用于此applicat1on。該scTo11ing節奏瓶國稅發，所以拍攝的時間是決定性的。事實上，它必須是足夠短的對象出現固定的。
該techno1ogica1解決方案存在一些制造商
提供工業digita1相機搭載F或部分CCD靈敏度高，a11owing快速曝光時間和生產
我們使用工業CCD co1or（Bayer模式）相機。這是一個漸進的（FU11幀）相機。它是千兆以太網的眼光和GenICam標準符合標準。這digita1相機不 nZew◆對2.f.f CafcuZaffon offZefd 視場（FOV）定義為undcr inspcction或THC objcct的THC部objcct填充照相機傳感器的可視區域。
FIELD O fview =（十Lm的博士）（1十帕）
Mlere博士的觀點必填字段，Lm為部分1ocation和方向的最大變化和PA是a11owance相機指向為百分比。
嫩江，現場ofview =（96毫米+ 10毫米）（1 + 10％）=116.6毫米。TL：LC系數由THC FOV應該BC oxpandcd上誰維護的視覺系統的人的ski11 dopcnds。10％的值是一個共同的選擇。為了fi11the顯示器ofinterest更清晰的特點，為120mm的FOV被選中。
2.F.2 MocafZengt為。·
NE foca1長度alens“pivota1參數。對CCD芯片完全代表一個對象，應該計算foca1 lcngth的THC objcct hcight andwidth。
寬度=（WD * CCDw1dth）的Foca1長/（SOB1十CCDWidth）高度的Fooa1長度=（WD來CCDHe1ghl）/（SOB1十CCDHejght）僅僅WD為工作距離和S.b1是大小OfObject。S0，寬度=（300毫米*4.8毫米）的Foca1長/（96毫米+4.8毫米）=14.285毫米 要調整?F， nlca1長度，放大我，ENS是必要的。1-）UE向S，Zoomlens的r1rne缺點，如重量，尺寸和價格的固定foca1長度透鏡，其foca1長度islower判斷比計算得到的1都可以使用。11ispecla11y在sma11對象的情況下，工作距離可能比所選1enses minima1工作距離（MOD）sma1ler。在這種情況下，延伸環被放置thelens和相機減小MOD之間。2.f.3 iXPOS由“R，E flme 這是在whichlight是建立一個曝光時間。要保持圖像模糊，以在一個pixe1，曝光時間必須是，碲= FOV /（VP * NP）其中，Te為曝光時間，Vp為輸送機的速度和Np為在horizonta1方向的像素數。嫩江，碲= 116.6 /（1000 * 640）=0.00018秒。這expos1lre可他實現的，〔1電子快門或strohe，〔1 i11umination。如果2.f.ffmage“R◆ 在本申請中，有wi11是圖像b1.ur由于瓶子行駛在conveyorline。Genera11y，模糊圖像是由poorlens質量和incorrectlens設置造成的。率O11，部分運動，視場的大小，并在曝光時間是有影響onthemagnitud.e國稅發圖像模糊。
B = VP* T.* NP / FOV 其中B是像素的模糊。所述actua1模糊本應用可以計算為：
B =1000*0.00018*640/116.6=0.9879pixcls。2.1.5 Cycfe時間
循環時間被定義為兩個連續的圖像采集之間的延遲。T，等他e連續TWN瓶的V的scro11ing速度，tcvcle被表達狀況用下列給出的，rlistance：Tcyc1e= D/ V 當d= 10厘米，V =流明/ S，我們有tcyc1e= 0.1秒;這是A10張/秒的節奏。所使用的攝像頭a11ows forup to124 framcs PCR sccond。（Figuro3）
2.2通訊協議 GigE視覺標準是基于UDP / IP [2,5]。它由四個主要部分。第一部分定義了a11ows應用，以檢測和枚舉器件和限定設備如何獲取有效IPADDRESS的機制。所述第二部分限定的GigE視覺contro1 protoco1（（iVCP），該a11ows檢測設備的配置andguarantees傳輸的可靠性。第三部分限定的GigE視覺streamlng protoco1（GVSP），該a11ows應用到從設備接收信息。Thelast部分限定引導寄存器描述該設備本身（例如，當前的IP地址，SERIALNUMBER，manufacturerinformation等）。
對于一個對等網絡cormection一個千兆以太網相機到電腦，建議的基礎上LLA（Loca1鏈接地址）的網絡addiess分配。這涉及到一個網絡掩碼“255.255.0.0”“作為we11作為fixedfirst一部分”169.254.xxx.xxx“網絡國稅發addrcss rangc。一個CIGE camcra wi11 FA11回LLA后很快認識到沒有DHCP服務器可用，并且nofixed網絡地址被分配到相機。（iigE Visiullu「fels111a11yfeatules w11ic11 ulakelt，Lluite suitaL11efor的imagc捕捉intcrfacc高spccd機器人視覺系統。
G.igE視覺提供了足夠的帶寬來傳輸視頻，其中是用于高速視覺系統的一個重要問題?astftame方式。水機的原因，我們認為，千兆以太網視覺 ？？？？？？？？？？？
是一個合適的接口，用于高速industria1檢查[5，26]。2.3照明
thelighting的選擇是必不可少的質量和所獲取的圖像的相關性。在后續的處理的復雜性依賴于對象和背景之間的contrastleve1。在我們的情況下，我們使用兩種1ighting定位在觀察對象的兩側源。第一種是直接安裝aroundthe相機直接環陽光。
NIS樣的照明提供了一個巨大的光量withinthe曝光空間。該radia1形照明減少陰影a11owing為對象的co1or好定義。我們還使用了偏光過濾器，以幫助減少bri11iance表面。第二個是背光，這有助于提高感知otthe軟木形狀andliquidleve1（參見figure4和5）[4,29]。2.4部分傳感器
Ofien的形式ofalightbarrier或傳感器，該裝置發送一個觸發信號時，它感測到的一部分是在c1ose接近[25]。在figure6所示的傳感器te11s機器視覺系統時，部分是在正確的位置對于要獲取的圖像。該speci.liications是： Ralf1（1_r，rllyvnlt?ge：111l_14 V「）（wlth極性反接保護
交換容量毫安：L（Jl0 RNA，over1oad和短路保護 延時響應：<2ms的
最大感應距離：0.4米彌漫
因為它僅需要感測瓶子，proximi.ty傳感器可以感測任何對象within15厘米由此而達到目的。
第二篇：自動騎馬訂書機系統設計
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摘要
騎馬訂書機一種快速高性能的訂書設備，大部分印刷廠都配有該設備。傳統的騎馬訂書機設備，在高速工作狀態下，很容易發生堵紙現象。本次設計中對傳統的騎馬訂書機的電氣系統進行了改造，對訂書機頭增加了電磁控制裝置，在容易發生堵紙增加了微動開關，增加了光電傳感器檢測裝置，從而很好地解決了，高速工作下的堵紙現象。本設計中還對傳統騎馬訂書機的控制系統進行了PLC改造，使其控制系統更加智能化，提高了工作效率，減少了工人的工作量。關鍵詞：電磁控制；光電傳感器；微動開關；PLC
I
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Abstract Combined saddle stitching, a fast high-performance stapler device, most of the printers are equipped with the device.Stapler riding equipment, state of the high-speed operation, it is prone to the phenomenon of blocking the paper.The design of the electrical system of the traditional riding stapler transformation of electromagnetic control device, a micro switch prone to blocking the paper, an increase of the photoelectric sensor detection device on the stapler head, so good the solution to the phenomenon of blocking paper in the high-speed work.This design the control system of the traditional riding stapler PLC transformation to make it more intelligent control system to improve the work efficiency, reduce the workload of the workers.Key words: electromagnetic control； photoelectric sensor；micro switch；PLC
II
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目錄
摘要......................................................................I ABSTRACT.................................................................II 第1章 緒論..............................................................1 1.1 騎馬訂書機的產生背景及印刷行業的發展狀況..........................1 1.2 騎馬訂書機的發展趨勢..............................................2 1.3 騎馬訂書機的書釘成型過程...........................................4 第2章 自動騎馬訂書機的傳動機構的設計....................................5 2.1 電動機的選擇......................................................5 2.1.1電動機類型的選擇..............................................5 2.1.2電機容量的選擇................................................5 2.2 齒輪傳動設計......................................................6 2.2.1齒輪傳動的簡介................................................6 2.2.3按齒面接觸強度設計齒輪........................................8 2.2.4按齒根彎曲強度設計...........................................11 2.2.5齒輪幾何尺寸的計算...........................................13 2.3 軸的設計及校核...................................................13 2.3.1 齒輪作用在傳動軸上的力.......................................13 2.3.2初步估算軸的最小直徑.........................................15 2.3.4軸上的載荷...................................................17 2.3.5校核軸的強度.................................................17 2.4 帶傳動的設計.....................................................20 2.4.1概述.........................................................20 2.4.2帶傳動的設計計算.............................................21 2.5 凸輪的設計.......................................................24 2.5.1凸輪的簡介...................................................24 2.5.2確定凸輪的基本外形尺寸.......................................24 第3章 騎馬訂書機的電氣控制設計.........................................30 3.1 騎馬訂書機的特點及控制要求.......................................30 3.2 電氣線路設計.....................................................30 3.2.1 執行電路的設計..............................................30 3.2.2控制電路的設計...............................................31 I
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3.3電器元件的選擇....................................................31 3.4編制電氣元件明細表................................................35 第4章 自動騎馬訂書機的PLC控制設計.....................................36 4.1 PLC的簡介.......................................................36 4.1.1PLC的定義及基本結構..........................................36 4.1.2PLC的特點及應用范圍..........................................37 4.1.3PLC的工作原理................................................38 4.1.3PLC的選擇原則................................................38 4.2 自動騎馬訂書機的PLC選型及控制電路改造...........................39 4.2.1自動騎馬訂書機的PLC類型選擇.................................39 4.2.2PLC控制電路設計..............................................40 結論.....................................................................43 參考文獻.................................................................44 致謝.....................................................................45 II
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第1章
緒論
1.1 騎馬訂書機的產生背景及印刷行業的發展狀況
20世紀50年代，二次世界大戰結束世界經濟逐步發展，印刷行業的業務量日益增加，老式的訂書機設備已不能滿足大批量的印刷的要求，高效率的騎馬訂書機應運而生。20世紀60年代騎馬訂書機逐步在各個國家得到應用，極大地提高了，印刷行的工作效率。
近年來，我國經濟飛速發展，其中廣告類印刷品，連續5年保持7.5%以上的高速增長，2011年的總產值突破15萬億大關。其它的文化印刷品也有很大的提高。根據十二五規劃，“十二五”期間，文化產業要實現跨越式發展，并在2016年成為國民經濟支柱性產業。作為文化產業的一個重要組成部分，印刷產業尚有很大發展空間。黨的十七屆六中全會通過的《關于深化文化體制改革推動社會主義文化大發展大繁榮若干重大問題的決定》，給文化產業重要組成部分的印刷業也帶來了前所未有的發展機遇。隨著人民群眾的生活水平的提高，隨著文化大發展大繁榮，群眾在文化消費上將迎來一個高消費期。
新聞出版總署“十二五”期間實施重大項目帶動印刷產業發展的重要舉措和引導產業實現轉型升級扶持政策的相繼出臺，為印刷產業發展創造了良好的文化氛圍和市場政策環境，印刷行業形成的綠色、創意、和諧發展的印刷產業發展理念，為印刷產業發展打開了智慧的閘門，對綠色印刷業的推進，將促進印刷企業有一個飛躍性的發展，也將牽動著含有綠色印刷技術、符合環保要求的設備、器材、出版、包裝、個性化印刷品產業鏈條的膨脹性的迅猛發展。
剛剛過去的北京國際圖書節以“綠色印刷”為主題。綠色印刷也是未來印刷業發展的一個重要方向。從實施綠色印刷戰略合作協議到未來五年實施綠色印刷的階段性目標的確立，一直到關于中小學教科書實施綠色印刷的通知的頒布，我國綠色印刷工作已經進入實質性實施階段。不久前，全國評選出來的獲得環境標志產品認證的印刷企業已經達到103家，我們可以看出來全國范圍的綠色印刷工作也在有條不紊的展開著。從這一份103家印企獲綠色“身份證”的印刷企業名單中，我們可以清楚的看到北京地區獲得環境標產品認證的印刷企業已經達到15家，僅次于江蘇省，屈居第二位。同時，有10家及以上印企獲得認證的地區包括北京、上海、江蘇、廣東。可見在這些區域印刷行業的發展還是很發達的，對于綠色印刷工作的開展也是十分積極。為了促進綠色印刷工程的實施，從不久前的針對中小學教科書提出來的要求從今年秋季學期起，全國各地使用的綠色印刷中小學教科書數量要占到本地中小學教科書使用總量的30％；再經過1到2年，1
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基本實現全國中小學教科書綠色印刷全覆蓋。到現在首批綠色印刷嬰幼兒圖書首發以及獲得環境標志產品認證的企業不斷增多。
可見，為了推動我國綠色印刷行業的發展，從政府到企業，再到個人，大家都用不同的方式積極地促進著，從政策的制定，通知的頒布，到具體的實施，每個人為綠色印刷的有利實施做著貢獻。一系列的事實說明我的印刷行業正在向著綠色節能高效的可持續發展的道路上來。
1.2 騎馬訂書機的發展趨勢
騎馬訂書機機最早出現在歐洲，經過幾十年的發展．技術有了很大的提高。近幾年，隨著計算機技術網路技術，PLC技術的發展，相應的的技術不斷應用到騎馬訂書機機上使其功能越來越完善。同時，隨著客戶要求的不斷提高．騎馬裝訂聯動機又增設了許多新功能．如卡紙粘貼、自動上書帖、噴碼等。隨著自動控制技術以及自動控制技術的發展自動騎馬訂書機主要有以下的發展趨勢。
1、自動化程度越來越高
隨著社會經濟的發展，印刷行業的生產批量日益增多，印刷行業的熟練工有嚴重匱乏，自動化程度的提高顯得日益重要。自動化程度的提高主要體現在PLC技術的應用、自動調整書帖規格以及完善的總體自動檢測檢測系統3個方面。自動調整整書帖規格開本大小已經成為騎馬裝訂聯動機的總體發展趨勢，只要在屏幕中輸入書本的控制器便能自動對開本大小進行調整。精密達FENGMI半自動騎馬訂書機上淮南光華光神DQ404-02半自動騎馬訂書機上海紫光DQB450自動騎馬訂書機都具備該功能，并且上海紫光DQB450自動騎馬訂書機還具有接收網絡數據的功能，即能夠根據網絡上的相關數據對機器進行調整，從而實現印前、印刷及印后裝訂的全程數字化。
2、功能越來越完善[1] 隨著客戶要求的不斷提高，以及相應技術的發展自動騎馬裝訂機又增設了卡紙粘貼、自動上書帖、噴碼等新功能。如瑞安市繆氏印刷機械有限公司產品新設備DQ404A-02/DQ404B-02型半自動騎馬訂書機淮南光華光神機械電子有限公司光華光神的DDQ404-02GD半自動騎馬訂書機都備有自動上書貼功能以減輕工人的勞動強度，提高生產效率。此外，書本裝訂時，通過噴碼機器對書冊內外側進行噴碼，如郵政編碼、地址等。Osako公司的Prima 能夠完成這項個性化的裝訂功能，而且上海紫光公司計劃將其應用到下一代騎馬裝訂聯動機中。
3、速度越來越高，功能越來越穩定[2]
早在20世紀70年代初，上海訂書機械廠就已生產了PDQ一02型騎馬裝訂聯動機，最大生產能力為6000本/小時。到了20世紀90年代，又研制出FENGMING型騎馬裝 2
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訂聯動機（如圖1-1），最高速度達1萬本/小時，不僅改進和提高了穩定性、可靠性和操作性，而且在外觀上都有了不同程度的改善。2003年．上海紫光機械有限公司相繼研制出LQDl0和LQD8F騎馬裝訂聯動機，LQDl0的性能與LQD8E相比有了很大的提高．最高速度達到1．2萬本/小時最大開本尺寸為480mm×320mm。搭頁機叼紙輪軸采用雙叼牙結構．提高了搭頁過程的穩定性，對于正反長短邊書帖．既能用鋼皮叼牙打開，也能用真空吸嘴搭無長短邊書帖。三面切書機改進為先切前1：3，再切邊口的形式。海德堡和馬天尼公司是生產騎馬裝訂聯動機的兩家大公司，其中海森堡公司最新研制的自動騎馬訂書機速度在2萬本/小時以上。
圖1-1 “FENGMING”騎馬訂書機
4、集成化、綠色化程度越來越高
進入21世紀來社會經濟的飛速發展，化石能源的日益枯竭低耗能、高效率的的發展模式越來受到各國政府及企業的重視。綠色低耗能低污染化，綠色技術是一門綜合技術，節約能源、節約資源、提高生產率是綠色制造技術的核心要求。事實上，綠色制造技術的應用既是可持續發展的客觀要求，也是市場競爭的需要。近幾年由于電力電子和數控技術的進步，以及直線電機、力矩電機、電主軸、光柵檢測等部件的成熟，直驅技術訂書機的應用速度加快，國外多家訂書機企業的新產品已使用直線電機驅動。直驅技術的應用將極大推動訂書機的結構改變和性能提高，也大大降低了訂書機的能耗。
近幾年來印刷行業迅速發展，人工成本越來越高，選擇高效率的機器逐漸成為大型印刷行業的共識。隨著計算機技術，PLC技術的發展，訂書機越來越集成化，訂書，裁 3
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剪，印刷逐漸集為一體。集成化的訂書機，能夠同時完成多項功能，提高了機器的效率，減少了工人的工作強度，同時又節約了工人成本，增加了企業的競爭力。
1.3 騎馬訂書機的書釘成型過程
騎馬訂書機的書釘成型過程包括：送料，切斷，和做訂三個過程。送料時中刀滑板下行，短銷推動連桿單向機構逆時針旋轉，鐵絲從穿絲嘴穿入，鐵絲便夾在二滾輪中靠摩擦力傳動，經鐵絲導軌從切料軸的孔中穿出，進入成型模長槽中。切料當鐵絲到達一定位置時，邊刀滑板上行，其中部的凸塊推動切絲搖臂的斜面而使其逆時針旋轉，由此刀架下移，刀片把鐵絲切斷。中刀滑板上行到一定高度，成型模由壓簧推入，是切斷了的鐵絲邊刀上鐵絲槽的正下方，隨后，邊刀滑板下行，邊刀的上的鐵絲槽壓向成型模兩端伸出的鐵絲，彎成門字形的訂書釘。成訂過程如圖1-2所示：
1-切料刃軸；2-切料刀片；3-成形鉤；4-鐵絲；5-咬絲鉤；6-邊刀滑板；
圖1-2 騎馬訂書機的成釘過程
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第2章
自動騎馬訂書機的傳動機構的設計
2.1 電動機的選擇
2.1.1電動機類型的選擇
電磁調速異步電動機又稱滑差電機[7]，它是一種利用直流電磁滑差恒轉矩控制的交流無級變速電動機。由于它具有調速范圍廣、速度調節開滑、起動轉矩大、控制功率小、有速度負反饋、自動調節系統時機械特性硬度高等一系列優點，因此在印刷機及騎馬訂書機、無線裝訂、高頻烘干聯動機、鏈條鍋爐爐排控制中都得到廣泛應用。如801型對開立式停回轉凸版印刷機、JS2101型對開雙面膠印機，J2105型對開單色膠印機、J2108型對開單色膠印機、PZ4880－01A型對開四色膠印機等印刷機械采用這種電動機就更能符合印刷工藝要求。
因此，本次設計選擇電磁調速異步電動機（又稱滑差電機）。該電動機具有以下主要優點：
（1）交流無級調速，機械特性硬度較高；
（2）結構簡單、工作可靠、維護方便、價格低廉；
（3）調速范圍大，用在像印刷機這樣的恒轉矩負載時，一般可達10：1，有特殊要求（如輪轉機）時亦可達50：1；
（4）可調節轉矩。在現代化的聯合輪轉機中，都應用了自動化的紙張拉緊機械，它可以達到隨著卷筒紙直徑的變化，調節離合器的轉矩經保持拉力不變。
2.1.2電機容量的選擇
電機工作的有效功率
該設備，切鋼絲所用力為F=9.2KN，傳從速度為V=0.6m/s電機工作的有效功率為`
PW??Fv1000?W9200?0.6W
1000?0.84?6.57KW從電動機到工作機輸送帶間的總效率為
3????1??2??3??4
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式中?
1、?
2、?
3、?4分別為聯軸器、軸承、齒輪傳動和凸輪的傳動效率[5]，有表可查?1?0.99、?2?0.98、?3?0.97、?4?0.94 則
?W?0.99?0.983?0.97?0.94?0.84
電機的轉速
二級圓柱齒輪減速器傳動比i0?8~10，V帶傳動比范圍i1?2~4作軸轉速為n0?20r/min所以電動機的轉速的可選范圍為
n?i0i1n0?320~800r/min
查表可知：可選JZT251—4型電機，120—1200r/min，7.5KW 2.2 齒輪傳動設計
2.2.1齒輪傳動的簡介
齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。
齒輪傳動的特點：傳動效率較高，傳動過程平穩，使用壽命長，齒輪之間的傳動比精確，工作狀況可靠，能夠傳動功率范圍大。例如齒輪的傳遞功率范圍可以從很幾瓦到幾萬千瓦；傳動速度高達300m/s；齒輪直徑范圍大，可以從手表用的幾毫米齒輪到大型水利工程用的二十多米齒輪，但是制造大型齒輪需要有專門的齒輪制造設備，大型齒輪嚙合傳動會產生很大的噪聲，而且大型齒輪的精度不易保證。
齒輪的齒面應具有較高的耐磨性能、抗塑性變形、抗點蝕、抗膠合的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對輪齒材料性能的基本要求為：齒面要用硬度較高的材料、齒芯要韌性較好的材料。常用的齒輪材料是鑄鐵 鋼、和無機非金屬材料。鋼材的韌性交好，抗沖擊能力強，還可以通過物理及化學處理改善其鋼材力學性能，所以鋼材最適合用來制造齒輪。
齒輪在工作過程中 HB＜350時，稱為軟齒面H8＞350時，稱為硬齒面齒面硬度 HB＜350 時
常用材料；
45、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB。特點： 具有較好的綜合性能，齒面具有較高強度和硬度，齒芯具有較好韌性。熱處理后切齒精度可達8級。制造簡單、經濟、生產率高，對精度要求不高。齒面硬度 HB＞350大于 采用中碳鋼時： 常用材料：
45、40Cr、40CrNi。特點：齒面硬度高 HRC＝48-55，接觸強度高，耐磨性好。齒芯保持調質后的韌性，耐沖擊能力好，承載能力較高。精度可達7級精度。
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適用于大量生產，如：汽車、機床等中速中載變速箱齒輪。采用低碳鋼時：常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo。
齒輪在工作時由于某種原因而損壞，使其失去正常工作能力的現象稱為失效。齒輪的失效形式有很多種，常見的失效形式有：
1、齒面磨損
齒輪在傳動過程中，輪齒嚙合處存在滑動摩擦。齒輪在受力情況下，齒面間的相對滑動使齒面發生磨損。磨損會破壞齒面形狀，造成傳動不平穩；另外，磨損使輪齒變薄，造成齒側間隙增大，輪齒強度降低。齒面磨損是潤滑條件差的開式齒輪傳動(外露的齒輪傳動)的主要失效形式，也是開式蝸桿傳動的主要失效形式。
2、輪齒折斷
齒輪在工作中，其輪齒的受力狀況相當于懸臂梁，齒根處受到的彎矩最大，所產生的應力集中。在嚙合過程中，齒輪根部所受的彎矩是交替變化的，因此，在該處最容易產生疲勞裂紋而使輪齒折斷，輪齒的這種失效形式稱為輪齒的疲勞折斷。齒輪的另一種折斷是長期過載或受到過大沖擊載荷時的突然折斷，稱為過載折斷。
3、輪齒塑性變形
在低速重載的工作條件下，齒輪的齒面承受很大的壓力和摩擦力，由于這些力的作用，材料較軟的齒輪的局部齒面可能產生塑性流動，使齒面出現凹槽或凸起的棱臺，從而破壞齒輪的齒廓形狀，使齒輪喪失工作能力。齒輪的這種失效形式稱為輪齒的塑性變形。
4、齒面點蝕
齒輪工作時，當嚙合表面反復受到接觸擠壓作用，且由此所產生的壓力過大或使用時間過長時，齒面會產生細微的疲勞裂紋。隨著齒輪的連續工作，裂紋會沿表層不斷擴大，使齒面出現小塊金屬剝落，形成麻點和斑坑。輪齒齒面發生的這種失效形式稱為齒面點蝕。嚴重的齒面點蝕會破壞齒輪輪齒的工作表面，造成傳動不平穩，產生噪聲，甚至使齒輪失去工作能力。齒面點蝕這種失效形式多發生在潤滑條件良好的閉式齒輪傳動中。
5、齒面膠合
在高速重載的閉式齒輪傳動中，齒面潤滑較為困難，嚙合面在重載作用下產生局部高溫使其粘結在一起，當齒輪繼續運動時，會在較軟的齒面上撕下部分金屬材料而出現撕裂溝痕，這種由于齒面粘結和撕裂而造成的失效稱為齒面膠合。齒面出現膠合現象后，將嚴重損壞齒面而導致齒輪失效。閉式蝸桿傳動中極易發生這種失效。
2.2.2選定各齒輪類型，精度等級，材料及齒數
齊齊哈爾大學畢業設計（論文）
本設計中，已知輸入功率為7.5KW，小齒輪轉速為860r/min，齒數比為3.2。工作壽命為15年（每年工作300天），每天工作8小時。
（1）本設計中騎馬訂書機主軸齒輪精度選擇
根據本設計方案，選用直齒圓柱齒輪。騎馬訂書機為一般工作機器，速度不高，故運用7精度(GB 10095—88)。
（2）材料選擇
綜合設計思路方案，根據濮良貴《機械設計》第八版191頁選擇小齒輪材料為40C(質)，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調質)，硬度為240HBS。
（3）齒數選擇
選擇小齒輪齒數z1?24，大齒輪z2?24?3.2?76.8，取z2?77
2.2.3按齒面接觸強度設計齒輪[3]
由濮良貴《機械設計》第八版203頁齒面接觸強設計計算公式進行計算，即
32?ZE?KT1u?1d1t?2.32????????·u?H?d式中
d1t——所求齒輪直徑（mm）
T1——齒輪傳動的轉矩（N·mm）
ZE——彈性影響系數（MPa）
12(2?1)
?d——齒寬系數
K——載荷系數
（1）確定公式內的各個計算數值
1）試選載荷系數Kt?1.3 2）計算小齒輪傳遞的轉矩
T1?95.5?10
5P1n1(2?2)
95.5?105?7.5?N?mm 860?8.328?104N?m3）根據濮良貴《機械設計》第八版表10-7選取出齒寬系數
?d?1
4）根據濮良貴《機械設計》第八版表10-6查得材料的彈性影響系數
齊齊哈爾大學畢業設計（論文）
ZE?189.8MPa
5）根據濮良貴《機械設計》第八版表10-21查得小齒輪的接觸疲勞強度極限
12?Hlim?600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限?Hlim?550MPa
6）計算應力循環次數
N1?60n1jLh
(2?3)
?60?860??8?300?2?15??3.715?1093.715?109N2? 3.2?1.161?1097）根據濮良貴《機械設計》第八版表10-19查得接觸疲勞壽命系數KHN1?0.90，KHN2?0.95
8）計算接觸疲勞許用應力通常取失效概率為1%，安全系數S=1
??H?1?KHN1??lim1S?0.9?600?540MPa
（2-4）S?0.95?550?522.5MPa ??H?2?KHN2??lim2（2）計算
1）計算小齒輪分度圓直徑
3d1t?2.323?ZE?KT1u?1????????·u ?H?d4?189.8?1.3?8.328?104.2· ??522.513.2??2 = 2.32= 61.634mm 2）小計算圓周速度v
v?
?d1tn160?10003.14?61.634?860?m/s60?1000?2.77m/s(2?5)
3）計算齒寬b 9
齊齊哈爾大學畢業設計（論文）
b??d?d1t
(2?6)
?1?61.634mm? 61.634mm4）計算齒寬與齒高比
b h模數
mt?d1tz1?61.63424?2.568mm
（2-6）
齒高
H?2.25mt?5.778mm寬與齒高比
(2-7)
b61.634??10.67 h5.7785)計算載荷系數
根據v?2.77ms，7級精度根據濮良貴《機械設計》第八版圖10-8查得動載荷系數
KV?1.12
對于直齒輪
KH??KF??1；
根據濮良貴《機械設計》第八版表10-2查得使用系數KA?1； 查得7級精度小齒輪相對支承非對稱布置時KHB?1.423由表得KFB?1.35
載荷系數為：
b?10.67，KH??1.423查hK?KAKVKH?
(2?8)
?1?1.12?1?1.423?1.5946）按實際的載荷系數校正所算得的小分度圓直徑
齊齊哈爾大學畢業設計（論文）
d1?d1t3KKt3(2?9)
1.5941.3?65.968mm?61.634?7)計算模數m
m?d165.968??2.748mm
z1242.2.4按齒根彎曲強度設計[3]
齒根彎曲強度設計公式為 m?2KT1?YFaYsa?2??dz1???F?????(2?10)
式中
?FE1——齒輪的彎曲疲勞強度極限(1)確定公式內的各計算數值
由濮良貴《機械設計》第八版圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限：
?FE1?500MPa
大齒輪的彎曲疲勞極限：
?FN1?380MPa
查得彎曲疲勞壽命系數：
KFN1?0.85，KFN2?0.88
計算彎曲疲勞許用應力：取彎曲疲勞完全系數S?1.4，得
??F?1?KFN1?FE
1S0.85?500?MPa1.4?303.57MPa(2?11)
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??F?2?KFN2?FE2S0.88?380?MPa
1.4?238.86MPa計算載荷系數：
K?KA?KV?KFa?KFb?1?1.12?1?1.35?1.512
由濮良貴《機械設計》第八版表10-5查得齒形系數
YFa1?2.65，YFa2?2.226
查取應力校正系數
YSa1?1.58，YSa2?1.764
計算大小齒輪的YFaYSa??F?并加以比較
YFaYSa??F?1?2.65?1.58?0.01379303.57
2.226?1.764?0.01644238.86
??F?2由上式可知大齒輪的數值較大 設計計算
3YFaYSa?m?2?1.512?8.328?104?0.01644?2.05mm1?242
由計算結果可知，齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，齒輪模數m主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數2.05并就近圓整為標準值m=2.5mm，按接觸強度算的的分度圓直徑d1=65.968mm。
算出小齒輪的齒數：
z1?d165.968??26 m2.5大齒輪的齒數：
z2?3.2?26?83.2取z2?84
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2.2.5齒輪幾何尺寸的計算
（1）計算分度圓的直徑
小齒輪分度圓直徑
d1?z1?m?26?2.5?65mm
大齒輪分度圓直徑
d2?z2?m?84?2.5?210mm
（2）確定齒輪中心距的
d1?d2265?210
?2?137.5mma?（3）計算齒輪寬度
(2?12)
b??ddd1?1?65?65mm
2.3軸的設計及校核
2.3.1 齒輪作用在傳動軸上的力
分析騎馬訂書機的傳動系統圖可知主軸箱內各軸均為轉軸。已知電機功率為7.5KW，轉速為120~1200r/min，小齒輪工作轉速為860r/min，齒數比為3.2。現對主軸進行分析和設計：
1、軸上的輸出功率P2 p2?p?1?2?7.5?9.8?9.7
2?6.9KW2、軸上的轉矩T2
由于n?120~1200r/min，當n?120r/min時，軸的轉矩
PT2?95500002
n2 13
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6.9N?mm 120?54625N?mm ?9550000?
3、作用在齒輪上的力[3]
Ft?2T22?54625??520N d210Fr?Fttan??520?tan20?189N
Fn?Ft520??554Ncos?cos20
式中圓周力Ft，徑向力Fr及軸上的法向力Fn如圖2-1所示
M?MH2?MV2
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圖2-1 軸的載荷分析圖
2.3.2初步估算軸的最小直徑
選取材料為45鋼，調質處理，根據表15-3，取A0?100，可得
dmin?A03p2n2
6.9120?38.5mm ?100?3軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處的直徑，為了確定軸的最小直徑，必須先確定聯軸器的孔徑。考慮到轉矩變化很小，取KA=1.3
Tca?KAT2?1.3?54625?71012.5N?mmd=40mm故，軸的最小直徑dmin=40mm
(2?13)
按照轉矩Tca的條件，查表GB/T 5014—2003，選用LX3彈性柱銷聯軸器，孔徑為2.3.3軸的結構設計
（1）擬定軸上零件的分配方案，如圖2-2所示。
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2-2軸的結構與裝配
（2）確定各軸段直徑和長度
1）初步選擇滾動軸承。因同時受徑向載荷和很小的軸向載荷作用，故選深溝球軸承。初定dI?II?dIII?IV?65mm，因此，選深溝球軸承6413，其尺寸為d?D?B?65mm?120mm?23mm，于是有lI—II?23mm。選定，dII?III?90mm，lII?III?54mm。
2)安裝z?84齒輪的軸段III-IV的直徑dIV?V?60mm，齒輪左端用套筒定位，右端用軸肩定位，dIV?V?60mm 為了使套筒可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取lIV?V?61mm。dV?VI?45mm，lV?VI?8mm。
3）查表GB/T 5014—2003取聯軸器LX3的Y型，孔長60mm，石棉墊片寬度為6mm故，lVI?VII?60mm?6mm?66mm，dVI?VII?40mm
4）軸的長度為：
l?23mm?54mm?64mm?61mm?8mm?66mm?276mm
（3）軸上零件的周向定位
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齒輪與軸，聯軸器與軸，均采用平鍵連接，由表查得，齒輪與軸的平鍵截面為b?h?14mm?9mm，鍵槽長定為54mm，聯軸器與軸的平鍵為b?h?12mm?8mm，長為40mm 2.3.4軸上的載荷
可化為簡支梁的軸跨距為L2?L3?L4?61mm?8mm?66mm?135mm，根據計算，截面C為危險截面，做出軸的扭矩圖和彎矩圖，各個數值參考如表2-2：
表2-1 軸的各個計算數值
載荷
水平面H
垂直面V 支反力F
FNH1?274N FNH2?274N
FNV1?100N FNV2?89N
彎矩
MH?20207.5N?mm
MV?7375N?mm 總彎矩M
M?22N?mm 20207.5?7375?21511扭矩T
T2?54625N?mm
2.3.5校核軸的強度
（1）軸的計算應力
軸的計算應力校核時，只需校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，本設計中最大最大彎矩和扭矩的截面為C面，根據表中數據以及扭轉應力為脈動循環變應力，取??0.6，軸的計算應力[3]
?ca??M???T4?22W(2?14)
2?21511??0.6?5462520.1?453MPa?43MPa
前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，查濮良貴《機械設計》第八版表15-1可知，???1??60MPa，因此1）判斷危險截面 ?ca????1?，故安全。
（2）校核軸的疲勞強度
齒輪軸段彎矩最大，截面III為危險截面，其它截面均按扭轉強度較寬設定的，故，只需軸的右側即可。
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2）截面右側各個系數的計算[3]
抗彎截面系數：
W?0.1d3?0.1?403?6400mm3抗扭截面系數：
WT?0.2d3?0.2?403?12800mm3截面左側彎矩M為：
73.75?30.5M?21511??12615N?mm73.75截面上的轉矩：
(2?15)
(2?16)
T2?54625N?mm
截面上的彎曲應力：
M12615??1.97MPa W6400?b?截面上的扭轉切應力 ：
T54625??4.27MPa WT12800軸的材料為45鋼，調質處理[6]。由濮良貴《機械設計》第八版表15-1查得
?T??B?640MPa，??1?275MPa，??1?155MPa。
截面上由于軸肩而形成理論應力集中系數??及??，由濮良貴《機械設計》第八版
D44r2.0?1.1，經插值后得???1.82，???1.20。?0.05，?附表3-2查取因?d40d40濮良貴《機械設計》第八版附圖3-2查得軸材料的敏性系數為
q??0.82，q??0.85
k??1?q?(???1)
(2?17)
?1?0.82?(1.82?1)?1.68k??1?q?(???1)(2?18)
由圖表選出
?1?0.85?(1.2?1)?1.17
???0.67，???0.82
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軸按磨削加工，查圖可得表面質量系數
??????0.92
軸的表面未經強化處理，即?q?1，按濮良貴《機械設計》第八版公式（3-12）及（3-12a）的軸的綜合系數為
碳鋼的特性系數
計算安全系數 [3]
K??k?1???1????1.680.67?10.92?1?2.60K??k???1?1????1.170.82?10.92?1 ?1.51???0.1~0.取???0.1???0.05~0.1取???0.05S????1K??a????m?2752.6?4.86?0.1?0?21.76S????1K??a????m
?1551.51?17.802?0.05?17.802?11.1619
(2?19)
(2?20)
(2?21)
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Sca??S?S?S??S?21.76?11.162222(2?21)
21.76?11.16?9.9?S?1.5故可知軸是安全的。
2.4 帶傳動的設計
2.4.1概述[4] 帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳動帶。當主動輪轉動時，利用摩擦，將動力通過傳動帶傳遞給從動輪。工作示意圖如圖2-3所示：
（a）不工作
（b）工作
2-3傳動帶工作示意圖
帶傳動具有結構簡單、傳動平穩、能緩沖吸振、能夠輕易實現遠距離，價格便宜、維護容易等特點。在近代機器設備中應用廣泛。摩擦型帶傳動能夠實現過載打滑、而且機器工作時噪聲低，但摩擦型帶傳動比不夠精確；同步帶傳動能夠保證一定的傳動比，但是對帶的載荷變動量的吸收能力差，高速速運轉時噪聲很大。根據用途不同，有一般工業用傳動帶、汽車用傳動帶、農業機械用傳動帶和家用電器用傳動帶。摩擦型傳動帶根據其截面形狀的不同又分平帶、V帶和特殊帶等。
帶傳動的功率損失有：
（1）滑動損失 摩擦型V帶傳動工作時，由于帶輪上下邊的拉力差及其帶輪不同變形差形成彈性滑動，從而導致帶與從動輪的速度損失。彈性滑動功率損失率通常在1%～2%之間。嚴重滑動，特別是過載打滑，會使帶的運動長時間處于不穩定狀態，效率急劇下降，摩擦磨損加劇，從而嚴重影響帶的壽命。滑動損失隨緊邊與松邊拉力差的增大而增大，隨帶體彈性模量的增大而減小。
齊齊哈爾大學畢業設計（論文）
（2）內摩擦損失 帶在運行中的反復伸縮，會使帶體內部產生摩擦引起功率損失。內摩擦損失隨預緊力、帶厚與帶輪直徑比的增大而增大。減小帶的帶輪之間的拉力變化，可減小帶傳動的內摩擦損失。
（3）空氣阻力損失 帶輪高速運行時，運行風阻引起的功率損失。帶傳動的功率損失與速度的平方成正比。因此設計高速帶傳動時，應減小帶的表面積，盡量用厚窄的帶；帶輪的輪輻表面應平滑或用輻板以減小風阻。
（4）軸承摩擦損失 軸承受帶拉力的作用產生摩擦，也會導致帶傳動的功率損失，軸承摩擦損失是引起功率損失的重要因素之一。
綜合上述損失，帶傳動的效率約在80%～96%范圍內，設計帶傳動時，要根據帶綜合因素來選取帶輪與傳動帶的形狀。
2.4.2帶傳動的設計計算
騎馬訂書機帶式傳動系統中采用V帶傳動。已知電動機功率為P?7.5kW，轉速為n1?1200r/min，傳動比i?3.4，每天工作8小時
1、確定計算功率Pca[4] 由帶傳動工作情況系數表查得濮良貴《機械設計》第八版表8-7知KA?1.1，故
Pca?KAP?1.1?7.5kW?8.25kW
2、選擇V帶的帶型根據Pca、n1由普通V帶選型圖，選用A型。
3、確定帶輪基準直徑dd并驗算帶速v 1）選擇取小帶輪基準直徑
dd1?120mm
2）驗算帶速 由經驗知
v??dd1n160?10003.14?120?1200?
60?1000?7.54m/s
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因為5 m/s < v < 30 m/s，故帶速合適。3）計算大帶輪基準直徑
dd2?idd1?3.4?120mm ?408mm元整取dd2?400mm
4、確定V帶中心距a和基準長度Ld 1）初定中心距
0.7(dd1?dd2)?a0?2(dd1?dd2)
初定中心距a0 = 600 mm 2)計算帶所需基準長度 L?2a0??(dd2?dd1)d02(dd1?dd2)?4a0?2?600??22(120?400)?(400?120)4?600
?2050mm
查表得基準長度：
Ld =2000 mm 3）帶的實際中心距a
a?a0?Ld?Ld0
2???2000?2050??600?2??mm?575mm
4）中心距變化范圍[3] amin?a?0.015Ld?600?0.015?2000?570mmamax?a?0.03Ld?600?0.03?2000?660mm
2?22）(2?23)
（
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中心變化距范圍570~660 mm
4、計算驗證小帶輪上的包角?1[3] ?1?180??(dd2?dd1)
57.3a57.3??180??(400?120)575?152??90?(2?24)
5、計算帶的根數z 1）計算單根V帶的額定功率Pr 由dd1?120mm和n1?1200r/min,查表得P0?2.28kW
根據n1?1200r/min,i?3.4查表得
?P0?0.15kW
查表得K??0.925，KL?0.93于是
Pr?(P0??P0)K?KL
2）計算V帶的根數
(2?25)
?(2.28?0.15)?0.925?0.93kW?2.2kWz?
取4根
6、單根V帶的初始拉力最小值[3]
Pca8.25??3.75 Pr2.2F0min?500?500??232N應使初拉力F0>F0min
7、軸的最小壓力[3]
(2.5?K?)Pca?qv2K?zv（2?24）
(2.5?0.925)?8.25?0.1?7.5420.925?4?7.54 23
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Fpmin?2zF0minsin?12152? 2?2?4?161?sin?1251N2.5 凸輪的設計
2.5.1凸輪的簡介[5]
凸輪是一種機械機械回轉或滑動部件，它把運動傳遞給緊靠它邊緣運動的滾輪或在槽面上運動的針桿。凸輪在各種機械中廣泛的應用，尤其在紡織機械，印刷機械，沖壓機床等自動控制裝置中應用最為廣泛。隨著制造技術的發展，凸輪的制造越來越精確，應用范圍也逐漸擴大。凸輪傳動的特點如下： 只要合理的設計出凸輪的輪廓，就能很容易地獲得預期的運動規律。2 凸輪的響應速度快 3 凸輪機構結構簡單緊湊 凸輪輪廓線與推桿之間為點線接觸，易磨損。5 凸輪制造困難。
凸輪的種類很多，按凸輪的形狀分類可分為盤形凸輪和圓柱形凸輪；按推桿分類可分為，尖頂推桿凸輪，滾子推桿凸輪和平底推桿凸輪；按接觸的方式不同可分為，力封閉凸輪和幾何封閉凸輪。
2.5.2確定凸輪的基本外形尺寸
自動騎馬訂書機采用直動滾子推桿盤形凸輪機構，工作條件是高速輕載。對推桿的要求為：當凸輪轉過90°時，推桿上升150mm，凸輪繼續轉過90°時時，推桿停止不動；凸輪再繼續轉過60°時，推桿下降150mm，凸輪轉過其余角時，推桿又停止不動。、確定凸輪機構的基本尺寸 基圓半徑
初步確定基圓的半徑r0=300mm，推桿棍子半徑為rr=60mm。本此設計的工作條件是高速輕載，選用沖擊較小的運動規律。
2、確定凸輪機構的運動方程
初步選定，推程階段為正弦加速運動規律，回程階段選用五次多項式運動規律[5]。運動規律如圖2-4所示：
（1）正弦運動規律的方程式為：
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v?h??1?cos(2??/?0)?/?0a?2?h?2sin(2??/?0)/?02s?h?(?/?0)?sin(2??/?0)/(2?)?
（2）五次多項式的運動規律方程為：
s?C0?C1??C2?2?C3?3?C4?4?C5?5v?ds/dt?C1??2C2???3C3??2?4C4??3?5C5??4 a?dv/dt?2C2?2?6C3?2??12C4?2?2?20C5?2?3
(a)正弦運動規律圖
（b）五次多項式運動規律
圖2-4 凸輪推程與回程階段的運動規律
由圖知正弦加速運動規律和五次多項式運動規律都沒有柔性沖擊和剛性沖擊，適合高速輕載的凸輪設計。
3、計算凸輪的理論廓線
對于對心直動滾子推桿盤形凸輪機構，凸輪的理論輪廓線坐標為
x?(s0?s)sin??ecos???y?(s0?s)cos??esin??s?r0，求得：
(2?25)
本次騎馬訂書機的設計中e?0x?(r0?s)sin???
y?(r0?s)cos??對上式中的位移s進行分段計算
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（1）騎馬訂書機凸輪的推程階段
?02?90???/2
?01?90???/2
s1?h?(?1/?01)?sin(2??1/?01)/(2?)?
?h?(2?1/?)?sin(4?1)/(2?)?
?1??0,?/2?
（2）騎馬訂書機凸輪的遠休止階段
??02?90??/2
s2?1
5（3）騎馬訂書機凸輪的回程階段?03?60???/3
s3346h?553?10h?3/?03?15h?43/?03?3/?0
3?27h0?33/?3?121h5?43/?4?145h8?53/?5
（4）騎馬訂書機凸輪近休止階段
?04?12?0?2?/3
s4?0
推程和回程階段的壓力角
??arctands/d?rs
0?去計算間隔為5°計算以上各式的值，將結果寫入表格中。計算結果時：???推程階段：???1??遠休止階段：???1??2??3
回程階段：???1??2??3??近休止階段：???1??2??3??4??5
4、計算凸輪的實際工作廓線
?2??0,?/2?
?3??0,?/3?
?4??0,?/3?
（2-26）
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其中
x??x?rrcos???y??y?rrsin??(2?27)
sin??(dx/d?)/(dx/d?)2?(dy/d?)2 cos???(dy/d?)/(dx/d?)2?(dy/d?)2
（1）騎馬訂書機凸輪的實際工作推程階段 ?1??0,?/2?
dx/d??(ds/d?)sin?1?(r0?s)cos?1?2h? ???1?cos4?(1)??sin?1?(r0?s)co?s1
???
dy/d??(ds/d?)cos?1?(r0?s)sin?1?2h?
???1?cos4?(1)??co?s1?(r0?s)sin?1
???
（2）騎馬訂書機凸輪的實際工作遠休止階段
?2??0,?/2?
dx/d??(r0?s)cos(?/2??2)dy/d???(r0?s)sin(?/2??2)
（3）騎馬訂書機凸輪的實際工作回程階段
?3??0,?/3?
dx/d??(ds/d?)sin(?3??)?(r0?s)cos(?3??)
?(81h0?32/?3?486h0?33/?4?729h0?34/?5)sin?(3??)?
(r0?s)cos(?3??)
35dy/d??(810h?3/?3?4860h?34/?4?7290h?3/?5)cos(?3??)?(r0?s)sin(?3??)
4）騎馬訂書機凸輪的實際工作遠休止階段
?3??0,2?/3?
dx/d??(r0?s)cos(4?/3??4)
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dy/d???(r0?s)sin(4?/3??4)
凸輪的工作曲線與實際曲線的計算結果如表2-2
表2-2 凸輪的各個計算數值
?
0? 5? 10?
350? x
0.000 26.175 52.365
y
300.000 299.185 296.226
x?
0.000 21.602 44.468
??
240.000 238.885 237.228-52.092-26.148 0.000
295.446 298.984 300.000
-41.468-20.916 0.000
236.352 238.645 240.000 355? 360?
由表中各個數值計算結果，可作出凸輪的輪廓曲線如圖2-5所示：
圖2-5 凸輪的輪廓曲線
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凸輪機構推程階段最大的壓力角為19.856°，相應凸輪的轉角為45°；回程階段的最大壓力角為27.658°，相應的凸輪轉角為210°，凸輪的最大壓力角小于許用壓力角，故凸輪的尺寸設計合理。
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第3章
騎馬訂書機的電氣控制設計
3.1 騎馬訂書機的特點及控制要求
1、騎馬訂書機的運動由電動機M傳動
2、主軸制動靠剎車輪的摩擦制動
3、到發生堵紙現象時，微動開關啟動，電機M斷電，機器停止工作。
4、機器的運動與停止等操作都集中在電氣操作箱上。
電動機M的型號：JZT251—4 7.5kW 220V 1200r/min 3.2 電氣線路設計
3.2.1 執行電路的設計
根據騎馬訂書機的工作要求，為了調速，并降低啟動電流，電動機M選用松下變頻器BFV00072G 220V 0.75KW。總電路的過載保護選用，選用熔斷器FU[10]。執行電路圖如3-1所示：
圖3-1 自動騎馬訂書機的執行電路圖
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3.2.2控制電路的設計
光電傳感器的初狀態閉合，當檢測到書帖信號時，光電傳感器SL1的長閉觸電開啟，繼電器KM3斷開，從而使電磁鐵主回路中的電流繼電器KA1失電斷開，電磁鐵YV不工作，離合機構嚙合，訂書機機頭工作。當無書帖時，光電傳感器SL1閉合，繼電器KM3得電觸點閉合，從而使從而使電磁鐵主回路中的電流繼電器KA1得電閉合，電磁鐵電磁鐵YV工作，離合機構斷開，訂書機機頭不工作。接近開關SL2同步復位KM3，以保證裝訂機頭，停于上限位置。當發生紙張擁堵時，微動開關SS1斷開，繼電器KM1失電，變頻器的控制回路中的開關SA開啟，變頻器失電，停止工作，電動機M停止。當光電傳感器SL1檢測到書帖時，SL1-2觸電閉合，計數器得到一次信號，累加一次。當無書帖時，計數器無信號，不累加。控制電路圖如3-2所示
圖3-2 自動騎馬訂書機的控制電路圖
3.3電器元件的選擇[6]
1、電源引入開關Q
電源引入開Q關主要起外部輸入電路的作用，可根據電機M的額定電流選用。
P7500I??A?19.7A U380選用HZ-25/3型開關，額定電流25A
2、變頻器[12] 變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流 31
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變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。為了電動機M調速，并降低啟動電流，電動機M選用松下變頻器BFV00072G 220V 0.75KW。
3、電位器
電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規律調節的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關系的電阻值或電壓。電位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可視作一可變電阻器。工作示意圖圖如3-3所示：
圖3-3 電位器工作原理圖
本設計中為了獲得部分穩定的電壓輸出，選用日本思博（sakae）22HP-10電位器，主要參數如下：
功率：2W
最大工作電壓：250V 預期旋轉壽命：1000000次
4、光電傳感器[16] 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換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電池作為光電探測使用時，其基本原理與光敏二極管相同。光電電傳感器具有檢測距離長；對檢測物體的限制少； 響應時間短 ；分辨率高 ；可實現非接觸的檢測 ；可實現顏色判別 ；便于調整等優點。
本設計中當每個書帖裝訂好時，為使其信號轉化為計數器能識別的電信號，選用PIH-TC20NOC3D（對射型NPN常開+常閉 / 距離3CM / DC10-30V）光電傳感器。
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5、熔斷器FU1，FU2 FU1是對總電路的保護熔斷器。熔體電流為：
P7500IR??A?19.7A
U380可選用RL-15熔斷器，配用20A的熔斷器。FU2，選用RL-15熔斷器，配用2A的熔斷器。
6、繼電器KA，KA1，KA2及KA3 繼電器專用的固態繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統中。
固態KA選用固態繼電器SAP-4040D 40A，各項參數如下 負載最大電流：40A；
負載電壓：40V-480V；
控制電壓：3-32VDC；
頻率范圍：47/63HZ 工作環境溫度：-40-80℃
動作狀態指示：LED，KA1，KA2及KA3選用SSR-10DA(10A)單相固態繼電器 各項參數如下： 負載最大電流：10A；
負載電壓：40V-480V；
控制電壓：3-32VDC；
頻率范圍：47/63HZ 工作環境溫度：-30-75℃
動作狀態指示：LED，7、停止開關SB1，啟動開關SB2 停止開關SB1選用LA10綠色，啟動開關SB2選用LA10紅色
8、電磁鐵YT 電磁鐵控制電磁離合機構的嚙合與斷開，選用直流推拉式電磁鐵HCNE-1038主要參數如下：
吸力：5N
行程：10mm
控制電壓：DC24V
9、開關電源
開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。本次設計中所選開關電源為歐姆龍開關電源S8JC-100-24 100W DC24V。如圖3-4所示：
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圖3-4 S8JC-100-24型歐姆龍開關電源
10、計數器
本設計中選用JDM9-6數顯智能計數器（圖3-5）220V交流 110V 24V交直流電壓均可直接工作 計數范圍：6位LED數碼管0-999999
圖3-5 JDM9-6型數顯智能計數器
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3.4編制電氣元件明細表
根據3.3所選電氣元件，列出3-1所示，電氣元件表
3-1 自動騎馬訂書機電氣元件明細表
符號 M Q RP U SL 名 稱 異步電動機 組合開關 電位器 變頻器 光電傳感器
型 號 JZT251-4 HZ-25/3 22HP-10 BFV00072G PIH-TC20NOC3D
規
格
380V 1200r/min 7.5KW 3極
500V
25A
2W 250V 220V 0.75KW 距離3CM
DC10-30V KA 固態繼電器
SAP-4040D
40A 控制電壓：
3-32vDC KA1 繼電器
SSR-10DA
10A 控制電壓：
3-32vDC KA2 繼電器
SSR-10DA
10A 控制電壓：
3-32vDC KA3 SB1 SB2 YT FU1 FU2 G C 繼電器 控制按鈕 控制按鈕 電磁鐵 熔斷器 熔斷器 開關電源 計數器
SSR-10DA LA10 LA10 HCNE-1038 RL-15 RL-15 S8JC-100-24 JDM9-6
10A 控制電壓：
3-32vDC 綠色 紅色
吸力5N 行程10mm
DC24V 500V 熔體 10A 500V 熔體
2A 100W 24V
24V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 數量 1 1 1 1 2
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第4章
自動騎馬訂書機的PLC控制設計
4.1 PLC的簡介
4.1.1PLC的定義及基本結構[18] PLC又稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機。
PLC硬件的基本結構包括：電源、中央處理器（CPU）、儲存器、輸入輸出借口、外部設備。
1、電源
電源是PLC的能量源，可靠穩定的電源很大程度上決定了PLC工作性能。如果沒有一個持續穩定的電源系統PLC是無法正常工作的。因此，PLC控制器的制造商對電源的設計和制造十分重視。PLC的電源有直流和交流兩種，直流多為24V的電源，交流多為220V電源，PLC電源的抗干擾能力都很強，有的交流電源PLC供電范圍在140V~250V之間。
2、中央處理器(CPU)
中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的核心部件，是PLC的控制運算中心。它負責處理PLC接受的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、計數器、定時器等部件的運行狀態，并能夠判斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并存入“內存映像”，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，按指令執行邏輯或算數運算，當所有的用戶程序執行完畢之后，將輸入輸出映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。
3、存儲器
存儲器主要用來存放用戶的程序及數據。存儲器的主要種類有，ROM、EPROM、EEROM。
4、輸入輸出接口
PLC輸入輸出接口是CPU與外部設備之間交換信息的連接電路，它們通過總線與CPU相連，簡稱I/O接口。PLC的輸入輸出接口包括：數字量輸入模塊，數字量輸出模塊，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊四大部分。PLC之所以能夠在惡劣的工業環境中正常工作，輸入輸出接口起了重要作用。
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5、外部設備
PLC的外部設備主要有：顯示器、打印機、編程器等。目前，PLC多采用個人計算機編程，PLC通過通信電纜與PC連接，從而使PLC的編程、監控達到了真正意義上的快捷、方便。
4.1.2PLC的特點及應用范圍[12] PLC是面向用戶的專用控制器，相對于應用廣泛的繼電—接觸系統以及單片機應用系統具有很多特點。
（1）PLC控制器的考干擾能力強，一般的PLC控制系統不用考慮干擾問題，繼電氣控制雖然能夠抵抗一般的電磁干擾，但在高電磁環境中，可靠性會急劇下降。單片機控制系統則要專門設計抗干擾系統，非常容易受到電磁干擾，不能夠在較高電磁環境下工作，應用范圍較小。
（2）PLC系統的維護方便，利用PLC自我診斷功能可以很快的找出故障點及時排除故障。繼電器控制系統常用的電子元件容易損壞，更換時檢查非常不方便費時費力。單片機控制系統需要定期維護且維護復雜，技術難度較高，需要專門的技術人員。（3）PLC程序開發采用梯形圖，明了簡便易學不需要專門的計算機知識。機電控制系統開發時圖樣多，線路復雜接線工作量大，出現錯誤排查困難系統的調試工作量大周期長。單片機控制系統設計復雜，系統的調節測試技術難度大，需要有專門計算機技術知識的人進行測試。
（4）PLC控制系統通用性較好，適用范圍廣非常適合在惡劣的工業環境中工作，而且系統易于擴展，接口即插即用。繼電器控制系統鋪設好后改裝麻煩，費時費力，一般為專用系統。單片機系統改造時要經過專門的軟硬件技術改造再能使用，改造時間長。（5）PLC的硬件成本相對于繼電器控制系統和單片機控制系統較高，這是制約PLC控制系統應用的一個重要因素。
隨著工業自動化的提高，如今只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個大腦，可大概分為兩個領域：
（1）單機控制為主的自動化設備，比如：包裝機械、印刷機械、紡織機械、注塑機械、自動焊接設備、機床設備、冶金行業的輥壓、連鑄機械等。這些設備的所有動作，加工都需要靠依據工藝設定在PLC內的程序來指導執行和完成，就如人的大腦。（2）以過程控制為主的流程自動化設備，比如污水處理、自來水處理、樓宇控制、火電主控、輔控、水電主控、輔控、太陽能、水泥、石油、石化、鐵路交通等。這些行業所有設備的連續生產運行，總存在許多的監控點和大量的實時參數，而要監視、控制、和采集這些流程參數和相關的工藝設備，也必須依靠PLC這個大腦來完成，當然傳統叫法也有DCS，盡管設計之初的理念不一樣，但現技術路線已逐漸融合。
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4.1.3PLC的工作原理[19] PLC采用循環掃描的方式工作，實際工作時，用戶設定好程序后，CPU從第一條程序開始執行，執行方式是從上向下，從左向右，程序結束時，再返回第一執行直到循環結束。工作過程如圖4-1所示。
4-1 PLC的工作過程框圖
1、自診斷
PLC在掃描用戶程序之前，都首先進行自我診斷。自我診斷包括輸入輸出接口，儲存器，CPU等，發現異常情況，停機顯示出錯。若PLC自我診斷正常，用戶程序開始執行。
2、通信
在通信階段PLC編程器或計算機有通信請求，PLC會在這段時間內完成數據收發工作。
3、讀入現場信號
在這個階段PLC對各個輸入端信號進行掃描，將外部輸入存入映像寄存器。對于接通電路輸入信號，映像寄存器中狀態為“1”；對于斷開電路輸入信號，映像寄存器的狀態為“0”，也就是說某一個輸入信號相對應的電器元件在映像寄存器中為“1”時，該電器元件的狀態為“ON”，在映像寄存器中為“0”時，該電氣元件的狀態為“OFF”。
4、程序執行
這一階段CPU將用戶當前程序調出，逐條執行，程序的運算結果會存在映像寄存器中。如果在這一階段用戶改變程序內容，PLC不會立刻執行，要在下一個掃描周期執行。
5、輸出結果
當PLC將程序執行完畢后，PLC會把輸出狀態寄存器的指令狀態，轉化成執行元件所能夠識別的電信號，從而控制被控設備及電器元件。
4.1.3PLC的選擇原則[19] PLC系統設計時，明確控制方案后就是PLC的選型問題了。PLC的選擇依據主要有 如下：
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（1）輸入輸出點數的估算，PLC選擇是輸入輸出點數要留一定的余量，通常是比實際所需點數高10%到40%，也可根據實際情況自行考慮。
（2）儲存量的估算，PLC選擇時要首先根據機器所執行的功能，初步估算應用程序的大小，從而初步確定儲存器的大小。
（3）控制功能的選擇，用戶選擇PLC設備時，要熟悉所控制設備的主要功能及控制方式，來確定PLC的類型。
（4）PLC機型的選擇，以上三個步驟完成之后，PLC的各項參數基本確定，就要考慮機型問題。PLC的產品種類很多，用戶要根據自身經濟情況和所控機器的情況綜合考慮，選擇性價比合適的產品。
4.2 自動騎馬訂書機的PLC選型及控制電路改造
4.2.1自動騎馬訂書機的PLC類型選擇
根據自動騎馬訂書機的規格和各項技術要求，可選用日本三菱公司生產FX2N-32MR-001型PLC[15]（如圖4-2）。FN系列PLC是日本三菱公司制造的高性能小型PLC，性能穩定，速度快是現有PLC產品中性價比較高的產品，其中FN2系列是FN系列中速度最快的型號。FX2N-32MR-001型PLC的規格如下：
電源規格：AC 100V~240V，DC24V
輸入輸出點數：輸入16，輸出16（繼電器）外形尺寸：150×87×90（mm）
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圖4-2 FX2N-32MR-001型PLC 4.2.2PLC控制電路設計
（1）自動騎馬訂書機的輸入輸出點數如表4-1所示：
表4-1地址分布表
輸入地址 X0 X1
注釋 電機啟動按鈕SB1 光電傳感器SL1未檢測到數
到書帖信號
光電傳感器SL1檢測到數貼
信號
光電傳感器SL2檢測到數貼
信號
紙張擁堵微動開關SS1 錯帖微動開關SS2 電機停止SB2
輸出地址 Y0 Y1
注釋 電動機啟動 繼電器ＫA1得
電閉合 電磁鐵ＹT得電閉合 電動機停止 X2 Y2 X3 X4 X5 X6
Y3
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（2）自動騎馬訂書機的PLC接線圖如圖4-3所示
圖4-3自動騎馬訂書機的PLC接線圖
（3）自動騎馬訂書機的PLC程序圖如圖4-4所示: 41
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圖4-4 自動騎馬訂書機的PLC程序圖
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結論
緊張忙碌的畢業設計，終于接近尾聲。在畢業設計這段時間里，我學到了很多知識，同時也對大學所學知識做了一次系統的總結。在畢業設計初期，我遇到了很大的困難，面對題目不知如何下手。在老師指導下我查逐步理清了設計思路，通過查閱相關資料，向老師請教和同學們討論我逐步解決了畢業設計中的相關難題。最終，我順利完成了畢業設計論文。
此次設計，我對傳統騎馬訂書機的電氣部分精進行了設計改裝，傳在對訂書機頭增加了電磁控制裝置，在容易發生堵紙增加了微動開關，增加了光電傳感器檢測裝置，從而很好地解決了，傳統騎馬訂書機在高速工作下狀態了的容易堵紙的現象。本設計中還對傳統騎馬訂書機的控制系統進行了PLC改造，使其控制系統更加智能化，提高了工作效率，減少了工人的工作量。
總結此次設計，我遇到了很多棘手的難題，但在老師和同學們的幫助下通過查閱相關資料我都一一解決了。通過這次設計，增強了我的分析思考能力和團隊合作能力，為我日后的工作打下了良好的基礎。
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參考文獻
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致謝
時光如白駒過隙，轉眼間美好的四年大學時光即將結束。大學的最后一項重要工作——畢業設計，也接近尾聲。回首四年的大學生活，我受益頗多。在做畢業設計的這段時間里，同學們和老師都給了我無私的幫助。在此，對幫助我的人致以誠摯的感謝。在畢業設計中我遇到了很多困難，在同學和老師的幫助下我都逐一解決。我要特意感謝李東升老師，李西兵老師，尤其是我的畢業設計導師郭建華教授，他嚴謹的治學風格，幽默的說話方式，獨特的人格魅力深深的感染了我，使我受益匪淺。我還要感謝我的同組同學，張陽、高先龍他們給我了很多幫助。我還要特別感謝18#317兄弟們，你們不僅在學習上給我了很多幫助，還在生活中給我了很大的幫助，你們都是我的好兄弟。最后謝謝所有幫助過我的人，謝謝你們。
第三篇：自動攪拌機控制系統及其監控系統設計（推薦）
圖書分類號： 密 級：
畢業設計(論文)
自動攪拌機控制系統及其監控系統設計 AUTOMATIC MIXER CONTROL SYSTEM AND MONITORING SYSTEM DESIGN
畢業設計(論文)
學位論文原創性聲明
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I
畢業設計(論文)
摘要
由PLC和計算機共同組成的控制系統是目前控制領域最廣泛應用的控制模式,由PLC實現的控制系控制現混凝土攪拌的工作流程,相比于傳統的混凝土攪拌，擁有生產率高，不易發生故障，自動化程度高，產品質量高等優點。
本論文對攪拌機的產生，發展歷史，未來的發展趨勢等方面進行了詳細的分析，自動攪拌機在未來的社會建設中還會發揮著重要作用。本論文要設計自動攪拌機的控制系統，主要做了兩方面的工作，即攪拌機的硬件系統設計，一個是攪拌機的軟件系統設計。硬件方面，要了解有哪些控制對象，根據具體要求，進行元器件的選型設計等。設計出控制電路，畫出硬件電路圖，各種接線圖等。軟件方面，首先要明確控制要求，根據要求來進行軟件設計。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進行程序的編寫，要有控制程序，同時還要有監控程序。利用整個控制系統，對攪拌機攪拌混凝土的整個過程實現自動控制。
本文針對PLC和配料控制器結合控制的攪拌站來設計其控制及監控程序設計中主要要完成的任務有系統構造、PLC的I/O分配、工作流程圖及PLC程序的編寫。
關鍵詞：混凝土攪拌機 ； I/O分配 ；可編程控制器（PLC）；自動控制
I
畢業設計(論文)
Abstract The control system consists of PLC and computer composed of field control mode is the most widely used, the control system implemented by the PLC control now concrete mixing workflows, compared to traditional concrete mixing, with high productivity, less prone to failure, high degree of automation, product quality advantages.In this paper, the generation of the mixer, history, future trends and other aspects of a detailed analysis, automatic mixer in society in the future will play an important role.In this paper, to design automated mixer control system, mainly to do the work of two aspects, namely mixer hardware system design, software system design a mixer.Hardware, to understand what the control object, depending on requirements, the selection and design of components and so on.Design a control circuit, draw a hardware circuit, various wiring diagrams.The software side, we must first clear control requirements, according to the requirements for software design.Siemens Series S7-200PLC use as a controller.Use a ladder diagram program preparation, to have control procedures, but also have monitoring programs.Use of the entire control system, the whole process of concrete mixer mixing to achieve automatic control.In this paper, and ingredients controllers combine PLC controlled mixing station designed for controlling and monitoring program design of the main tasks to be accomplished in a systematic structure, PLC's I / O assignments, preparation of flow chart and PLC program.Keywords
I / O assignment programmable logic controller(PLC)automatic control mixer
II
畢業設計(論文)
目 錄
摘要..................................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 1 緒論.............................................................................................................................................1 1.1 選題背景及意義..................................................................................................................1 1.2 攪拌機的現狀分析..............................................................................................................1 1.3本論文的主要的主要研究內容...........................................................................................2 2系統整體設計方案......................................................................................................................3 2.1自動攪拌機的組成...............................................................................................................3 2.2 電控系統的組成................................................................................錯誤！未定義書簽。2.3系統器件的選型設計.........................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.1 PLC的選型設計..........................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.2 行程開關的選型.........................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.3交流接觸器的選型......................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.4熱繼電器的選型..........................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.5熔斷器的選型..............................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.6斷路器選型..................................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.7導線及開關按鈕的選用..............................................................錯誤！未定義書簽。2.3.8電壓表頭，電流表頭的選型......................................................錯誤！未定義書簽。2.3.9傳感器的選型..............................................................................錯誤！未定義書簽。2.3.10變頻器的選型............................................................................錯誤！未定義書簽。3 系統硬件系統設計...................................................................................錯誤！未定義書簽。3.1 控制系統設計的基本原則及步驟....................................................錯誤！未定義書簽。3.2 硬件電路設計....................................................................................錯誤！未定義書簽。3.2.1 混凝土攪拌機主電路設計.........................................................錯誤！未定義書簽。3.2.2 PLC外部接線圖..........................................................................錯誤！未定義書簽。3.2.3 I/O分配表..................................................................................錯誤！未定義書簽。4系統軟件設計............................................................................................錯誤！未定義書簽。4.1 軟件設計的主要任務........................................................................錯誤！未定義書簽。4.2 系統功能模塊化分析........................................................................錯誤！未定義書簽。4.3 程序設計............................................................................................錯誤！未定義書簽。5程序的下載與調試....................................................................................錯誤！未定義書簽。5.1 調試準備............................................................................................錯誤！未定義書簽。5.2 仿真調試..............................................................................................................................3
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畢業設計(論文)結論.................................................................................................................................................5 致謝.................................................................................................................................................6 參考文獻.........................................................................................................................................6 附錄.................................................................................................................................................7 附錄1 主程序.............................................................................................................................7 附錄2 報警程序.......................................................................................................................12
II
畢業設計(論文)緒論
1.1 選題背景及意義
隨著現代化進程的不斷加快，基礎設施建設，房地產業發展越來越快，人們對于所建住宅或其他建筑的要求也越發的嚴格，只有上好的建筑材料才能保證建造出高質量，滿足要求的建筑。原來那種在工地自己生產混凝土的情況下，由于攪拌時的認為因素多，攪拌質量很難得到保障。同時傳統攪拌機還攪拌時還具有噪音大，粉塵多的缺點，且生產效率也不高。而混凝土攪拌站則沒有上述缺點，必將取代傳統攪拌機成為主流生產方式。混凝土攪拌站采用控制系統，由電腦控制整個的生產流程，并且對生產流程進行監控、與傳統方式相比，具有生產效率高，噪音小，粉塵少等特點，受到越來越多的生產企業的親睞。
攪拌機作為核心部件，從上個世紀50年代興起后，因其穩定的產品質量，自動控制，極高的生產效率得到了迅猛的發展。圓盤立軸式強制混凝土攪拌機作為最早出現的品類。圓盤立軸式擁有窩漿式和行星式兩種運行方式。從1870年往后，輕骨料進入人們視野并迅速得到應用，從而又發展出了臥式強制式攪拌機，根據攪拌軸的多少又分為兩種，分別為單臥軸式和雙臥軸式，此種攪拌機具有自落的優點，同時具有強制的優點。臥式攪拌機攪拌葉片的線速度小，擁有較好的耐磨性能和耗能少的特點，得到快速發展。強制式混凝土攪拌機的攪拌葉片裝在拌筒內的轉軸臂架上，待攪拌材料加入到攪拌罐內之后，攪拌葉片由攪拌電機帶動旋轉，對物料進行攪拌，臥式攪拌機的攪拌方式的攪拌效果遠遠好于自落方式攪拌的混凝土，對攪拌干硬性混凝土，圓盤立軸式的攪拌效果不如臥式攪拌機。
1.2 攪拌機的現狀分析
從上個世紀世界上第一個混凝土攪拌站出現以來，混凝土的攪拌歷史已經發展了一百多年。隨著生產要求的不斷提高，企業與科研單位也在不斷的改進，通過吸收和借鑒國外先進的混凝土攪拌技術，我國雖然在商品混凝土機械上面起步較晚，通過吸收學習外國的設計經驗，得到的長足的發展。生產的許多品種，甚至達到了世界領先。在“十五”乃至
畢業設計(論文)2010年期間，隨著現代化進程的不斷加快，基礎設施建設，房地產業發展越來越快，還要建設一批高鐵，高速公路等重點工程。在城市化進程的道路上，住宅，道路等都需要大量地優質混凝土，所以得發展前景依然良好。
雖然混凝土機械發展了很久，但仍舊面臨著許多的問題:過去的設備大多是自動化不足，現在的設備要求自動控制，向這方面轉化又困難重重。經過企業和科研機構多年的努力，在混凝土攪拌設備方面型號與規格上已經比較全面，所以企業的決策者們就理所當然的認為不再需要創新，已經滿足需要了，不明白接下來的發展方向。
現在市場競爭激烈，科技發展日新月異，攪拌機械要想在如此激烈的市場下生存，應該具有如下的幾個方面：
（1）設計人員要具有獨特的理解和設計能力。進行混凝土攪拌機械的生產企業必須要有一個堅實的人才儲備，要有一定的高水平高素養的創新設計人才。顯而易見，混凝土攪拌機械的入門標準較低，要有一定的閑散資金，再擁有專業技術人才，此行業經過這么多年的發展有效的驗證了上述理論的真實性。同時，這也是這類企業不可回避的重要條件，是混凝土攪拌機械企業的生存要素。
（2）不光具有設計能力，還要有生產能力。自動攪拌機是整個混凝土攪拌站的核心部件，攪拌機的好壞決定了整個攪拌站的好壞，進而直接影響生產出混凝土的質量好壞，也就是說，商品混凝土的質量好壞，取決于攪拌機的質量，一旦攪拌機的質量差，肯定也生產不出高品質的混凝土。攪拌機的價值就體現在這里。企業就是通過生產，服務等經濟活動賺錢的組織。所以，混凝土攪拌機械也是要賺錢來貢獻社會，維持企業運轉，攪拌機作為核心部件，無疑是利潤最為豐厚的一部分。由此看來，加入一個混凝土攪拌企業放棄了攪拌機這一塊，就相當于放棄了生存下去的機會。
（3）不光要能生產攪拌機，還要能夠設計并制作配套的控制系統。控制系統作為混凝土攪拌站的另一個核心，地位與攪拌機是一樣的，作為整個系統的大腦，控制系統根據不同要求控制著不同的機構，什么時間做什么事，有條不紊的進行生產。源源不斷的生產出高品質的混凝土。控制系統的利潤同樣也不必攪拌機差。現在市場競爭如此激烈，很大程度上已經不是產品的競爭，而是售后服務的競爭，一個好的控制系統，是占領市場的制勝法寶。此類企業也只有在擁有了設計與制作控制系統的能力之后，才能說具有了完善的售后服務體系，有了對系統進行維護，升級改造的能力，這樣在市場競爭中，才有了競爭力。
1.3本論文的主要的主要研究內容
（1）自動攪拌機硬件電路設計
此控制系統要求對整個混凝土的攪拌過程就是控制并監控攪拌各機構狀態。首先要對整個系統的硬件設施有一個清晰的了解和認識，然后對不同的各個方面，如PLC，攪拌機的各個組成部件，按鈕開關等進行分析。根據要求設計出控制電路，對電路中需要的各個
畢業設計(論文)元器件進行選型。
（2）自動攪拌機軟件系統設計
按照混凝土攪拌機生產混凝土的工藝流程畫出程序設計流程圖，合理的分配I/O端口以及寫出梯形圖程序，用PLC，通過交流接觸器控制各執行機構電機，控制混凝土的生產過程，并對整個生產過程進行監控。
2系統整體設計方案
2.1自動攪拌機的組成
5.2 仿真調試
第一步：從做基本的開始測試，測試程序啟動和停止是否符合要求。程序下載完成后，找到工具欄上的有一個綠色的小三角形按鈕，點擊，就可以轉換到RUN模式了。在RUN模式下，點擊I0.0(啟動按鈕)，則Q0.0（循環開始指示燈）的LED亮；點擊I0.1（手動開始），各電機啟動信號燈亮，這是因為具備開始條件：點擊I0.3（緊急停止按鈕），所有執行機構都要停止工作，代表各輸出的信號燈要全部滅掉。就可以看出是否符合要求。符合，進行下一步測試，不符合，改進。
第二步：開始測各個單元，測試各個執行機構是否符合要求。再點擊手動開始按鈕后，然后點擊各個行程開關，測試各個執行電機是否能夠正常起動和停止。
第三步：產生“加水完成”信號的程序調試。加水完成信號對整個控制系統來說至關重要，用內存監視來調試此信號。
報警程序的調試：
第一步：點擊I1.1（試燈、試鈴按鈕），而后Q1.0、Q1.1??Q1.4都是輸出狀態，即報警鈴聲，所有表示故障的指示燈都由熄滅狀態變為亮狀態，否則程序就有錯誤，需要進行修改。
第二步：承接著第一步，點擊各個故障按鈕，而后Q1.0為亮，且與該故障對應的故障指示燈閃爍，說明程序正確，不然程序為錯誤，需要進一步修改。
第三步：承接第二步，點擊I1.1，Q1.0為輸出狀態，燈由亮轉為熄滅狀態，所有的故障指示燈轉為常亮，程序就是正確的，不然程序有錯，需要進行修改。
第四步：承接第三步，第三步完成以后，各個故障觸點都處于閉合狀態，挨個的斷開這些故障觸點，步該故障對應的指示燈就由常亮轉為熄滅狀態。程序就是正確的，否則為
畢業設計(論文)錯誤。需要進行修改。
畢業設計(論文)
結論
由PLC和計算機共同組成的控制系統是目前控制領域最廣泛應用的控制模式,由PLC實現的控制系控制現混凝土攪拌的工作流程,相比于傳統的混凝土攪拌，擁有生產率高，不易發生故障，自動化程度高，產品質量高等優點。
本論文對攪拌機的產生，發展歷史，未來的發展趨勢等方面進行了詳細的分析，自動攪拌機在未來的社會建設中還會發揮著重要作用。本論文要設計自動攪拌機的控制系統，主要做了兩方面的工作，即攪拌機的硬件系統設計，一個是攪拌機的軟件系統設計。硬件方面，要了解有哪些控制對象，根據具體要求，進行元器件的選型設計等。設計出控制電路，畫出硬件電路圖，各種接線圖等。軟件方面，首先要明確控制要求，根據要求來進行軟件設計。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進行程序的編寫，要有控制程序，同時還要有監控程序。利用整個控制系統，對攪拌機攪拌混凝土的整個過程實現自動控制。
通過這次設計,大大增強了自己獨立發現和解決實際問題的能力,提高了自己的動手能力,學會了把所學的知識運用到實踐當中去,加深了對理論知識的理解和運用。對PLC各系列有了更深的了解,能夠獨立的編寫一些PLC程序。還有就是最后的測試,雖然這個測試與真正的項目相比還有很大差別,但是它讓我了解到做一個項目,付出的汗水固然重要，但細心在以后的工作生活中尤為重要。
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致謝
參考文獻
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附錄
附錄1 主程序
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畢業設計(論文)附錄2 報警程序
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第四篇：人體檢測夜間自動照明燈設計解讀
目 錄
摘 要: ······························································································ 2 關鍵詞 ····························································································· 2 第1章 引言 ······················································································ 2 第2章 電路結構 ················································································ 3 第3章 電路工作過程 ·········································································· 3 3.1 傳感器及信號放大部分 ··································································· 4 3.2明暗檢測電路 ················································································ 5 3.3亮燈時間的控制 ············································································· 5 3.4輸出電路 ······················································································ 5 第4章 元器件選擇 ············································································· 6 結論 ································································································ 9 致謝辭 ··························································································· 11 參考文獻 ························································································ 12 附錄A···························································································· 13 人體檢測夜間自動照明燈設計
馬翔
摘 要:該設計主要介紹的是關于聲光控的電路設計。聲光控是通過光敏電阻來實現的，當光敏電阻在背光的的時候燈就會慢慢的熄滅，即這時也是人走過了的時候。在有的電路中這種原理也可以通過聲音的振動來實現，當人走過是只需用手輕拍一下燈就會自動的亮，人離開后又熄滅。這樣就給路人提供了相應的方便，同時，也達到了節電和節能的目的；延長燈的壽命。在實際生活中節電節能，能夠實現更多的自動化。經過長時間的設計，我最終決定用聲光控夜間自動照明電路作為我的畢業設計。
在本設計中介紹了多種聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數選擇，節電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節約了資金，使用效果良好。白天光照好，不管過路者發出多大聲音，都不會是燈泡發亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有碎發聲響，就會自動亮為行人照明，過數十秒后又自動熄滅，節能節電。關鍵詞：電路放大 光敏電阻 可控開關 聲光控制
第1章 引言
現代高層辦公大樓中，認為造成能源浪費的現象依然非常嚴重，無論有人還是無人，經常是“長明燈”。只能照明系統機能分散控制又能集中管理，在大樓中的中央應控制室，管理人員通過操作鍵盤即可關閉無人房間的照明燈。
智能調光照明系統中的光線感開關通過測定工作面的照度，與設定值比較，來控制照明開關，這樣可以最大限度的利用自然光，達到節能目的，也可以提供一個不受季節與外部環境影響的的相對穩定的視覺環境。一般來講，越靠近窗自然光照度高，從而人工照明的照度就低，但合成照度就贏維持的設計照度值。
本文介紹的是一款簡單、實用的自動燈控制電路，可以由聲、光控制及人體觸摸控制。當有人進入檢測范圍時，電路將檢測到的人體信號轉化為電信號，從而控制高亮度EL點亮；當人離開現場時，控制電路延遲一定時間，自動關閉EL，從而達到節能目的。此設計主要用于樓道、民用衛生間，在斷電時，也可通過電路的開關實現應急照明。在夜間，有人走動或發聲時，燈會自動點亮延時數分鐘后自動熄滅。在白天，若觸摸電極片A，則自動燈也會受觸發而點亮。電路能夠實時檢測人體移動信息，從 2 而達到夜間無故障對EL的開斷；電路有使傳感器失效控制電路，使其在白天不能點亮EL;人工可控制EL不亮、長時間亮及熱釋電控制關斷；為進一步實現節能目的，要求電路電能轉化光能效率達到80%以上。電源直接來源于市網電壓220V。
第2章 電路結構
整個控制電路由電源電路、聲控電路、光控電路、觸摸控制電路、延時電路、繼電器驅動電路等組成。
電源電路由電源變壓器T、整流橋堆UR、三端集成穩壓器IC1及濾波電容器C4、C5組成。照明燈EL與繼電器K1的常開觸頭K1-1串聯后，并接在電源變壓器的一次（初級）繞組兩端。
聲控電路由傳聲器（話筒）BM、數字集成電路IC2內部的非門電路D1、D2及電阻器R1～R4、電容器C1、C2等級成。
光控電路由光敏電阻器RG、電位器RP1、電阻器R4、IC2內部的非門電路D3、二極管VD1等組成。
觸摸控制電路由電極片A、電阻器R6、R7、IC2內部的非門電路D4、二極管VD2等組成。
延時電路由電阻器R5、電容器C3、IC3內部的非門電路D5等組成。繼電器驅動電路由繼電器K1、二極管VD3、晶體管V及電阻器R8等組成。
第3章 電路工作過程
交流220V電壓經電源變壓器T降壓、整流橋堆UR整流、C4濾波及IC1穩壓后，在C5兩端產生+5V電壓，供給繼電器和整個控制電路。
接通電源后，整個控制電路工作在守候狀態，非門電路D5輸出低電平(0V)，使晶體管V截止，繼電器K1的常開觸頭不吸合，照明燈EL不亮。
當有人走進該自動燈或有聲發出時，傳聲器BM將聲音信號變換成電信號，此電信號經非門電路D1構成的交流線性放大器放大后，經非門電路D2反相后輸出高電平，使非門電路D3的輸出端變為低電平，二極管VD1導通，非門電路D5的輸出端變為高 3 電平，使晶體管V飽和導通，繼電器K1的常開觸頭K1-1吸合，照明燈EL發光。
在白天，即使有人腳步聲或其他聲響，也不會有高電平加入非門電路D3的輸入端，因為光敏電阻器RG受光照而阻值變小，非門電路D3的輸入端始終為低電平，輸出端也保持高電平，二極管VD1和晶體管V均處于截止狀態，照明燈EL不亮。夜晚，光敏電阻器RG的阻值變大，此時若傳聲器BM拾取到聲音信號，則會有高電平加至非門電路D3的輸入端，使二極管VD1和晶體管V導通，繼電器K1觸頭吸合，照明燈EL點亮。
不管白天和夜間，只有用手觸摸電極片A后，人體感應信號將使非門電路D4的輸入端變為高電平，其輸出端變為低電平，又使二極管VD2導通，非門電路D5的輸入端變為低電平，輸出端變為高電平，晶體管V飽和導通，繼電器K1動作，照明燈EL點亮。
在二極管VD1或VD2導通瞬間，電容器C3通過VD1或VD2被迅速充電，非門電路D5的輸入端立即為低電平。當非門電路D3或D4的輸出端由低電平變為高電平（隨后又同時變為低電平）使VD1或VD2截止時，電容器C3通過電阻器R5緩慢放電，使非門電路D5的輸入端仍維持一段時間的低電平，照明燈EL不會馬上熄滅，直到C3放電結束，D5輸入端變為高電平，輸出端變為低電平，晶體管V截止，繼電器K1釋放，照明燈EL才熄滅。
在白天，調節電位器RP的電阻值，使非門D3輸入端電壓低于VCC/3（1.65V）以下，使其驅動端保持高電平，同時，還可以調節光控的靈敏度。
R5、C3為時間常數元件，改變R3的電阻值和C3的電容量，可改變燈亮至燈滅的延遲時間。電阻值、電容量越大，延遲時間越長。
調節R2的電阻值，可以調節聲控的靈敏度。
利用熱釋電紅外傳感器可以檢測到移動的人體或其他動物(如犬、貓等)，下面介紹用雙元件熱釋電紅外傳感器(以下簡稱傳感器)制作夜間自動照明燈．既可照明，又可防盜(威懾作用)。
3.1 傳感器及信號放大部分
傳感器的輸出電壓，只要人體移動，就能被檢測到。為了擴大檢測范圍。需在傳感器前安裝菲涅爾透鏡，傳感器處于透鏡的焦點處。所謂菲涅爾透鏡，其光學作用與凸透鏡一樣。起會聚光線的作用；它是將凸透鏡的凸而去掉．只保留凸面的曲線，這 4 樣可減少透鏡的厚度和重量：菲涅爾透鏡表面每個鋸齒的表而曲線就是凸透鏡表面曲線的一部分，且半徑相同。在無紅外線射入時，傳感器輸出vs為0.6~0.8V的偏置電壓，當紅外線射入傳感器時．輸出電壓疊加在這個偏置電壓上，約有0～10mVrms的變化量。
運放ICla組成放大約400倍的帶通濾波器，其電壓放大倍數Av=1+R4／R3≈417倍。人的運動頻率約為1～10Hz的程度，C3和R4構成低通濾波器，其高頻截止頻率fh=1／2πC3R4≈16Hz。C2和R3構成高通濾波器。其低頻截止頻率fl＝1／2πC2R3≈0.66Hz。帶通頻率為O.66Hz~16Hz。R1和C1組成低通濾波器。用來除去來自外部電路的干擾，其高頻截止頻率fh＝1／2πC1R1≈0.16Hz。
3.2明暗檢測電路
為了判別白天或黑夜，用cds(硫化鎘)光敏電阻來檢測光線的強弱。隨照度的不同，其阻值在10kΩ～1MΩ之間。．CaS接在電源Vcc和C點之間．如果CdS的阻值減少．則C點電壓升高，即明亮時閾值電壓Vth高：調整VR1可改變明暗檢測的靈敏度。
運放Iclb組成比較器，用R6、R7加入正反饋，使比較器具有約10mv的滯后電壓Vh。Vh=R6(VOH-VOL)／(R6+R7)≈10.5mV。圖2中R6為1.5kΩ，R7為1MΩ，運放的高電平輸出VOH為7.0V，低電平輸出VOL為0v。
3.3亮燈時間的控制
用555構成定時電路，定時時間5～60s可調．由VR2調節。設定時間Ton=1.1×C4（VR2+R8）=5.2～60.2s。
當傳感器檢測到人體信號時，比較器IC1b輸出低電平，555輸出高電平，使三極管Tr1驅動繼電器或蜂鳴器等，定時結束后555輸出翻轉為低電平，Tr1截止。
3.4輸出電路
輸出部分由三極管推動繼電器吸合。利用其觸點接通燈泡照明。為了吸收繼電器線圈在斷電時產生的沖擊電流，以保護三極管不被擊穿，在線圈兩端并聯了續流二極管D1；D1的耐壓應在繼電器驅動電壓的3倍以上(這里在30V以上)，電流容量在繼電 5 器的驅動電流以上(這里在20mA以上)。繼電器RLl選用線圈電壓9V、觸點電流5A的小型繼電器。
第4章 元器件選擇
T選用10W、二次電壓為6V的降壓變壓器。
UR選用2A、50V整流橋堆，或用四只1N5401硅整流二極管橋式連接后代用。VD1～VD3均選用1N4148開關二極管： 反向耐壓：75V 反向漏電流：5-50nA 正向導通壓降：0.75-1V 正向連續導通電流：150mA 正向瞬間導通電流（小于1秒）：500mA 反向恢復時間：4nS。
V選用S9013或C8050硅NPN型晶體管。
C1和C2選用滌綸電容器；C3～C5均選用耐壓值為16V以上的電解電容器。RG選用GRMG45型光敏電阻器。其余各電阻器選用1/4W碳膜電阻器。光敏電阻器是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。
光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示光敏電阻器的結構、特性及應用 ．光敏電阻器的結構與特性
光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。
RP1選用小型合成碳膜微調電位器。
傳聲器BM選用錄音機用駐極體傳聲器（話筒）
IC1選用LM7805三端集成穩壓器；IC2選用CD4069六非門數字集成電路。觸摸電極片可用金屬片自制，剪成1～2㎡的圓形或方形。
結論
當夜晚來臨時，路燈、樓道燈、電梯燈、車庫燈、人燈等各個地方都可以利用自動照明燈，這樣可以節約用電。人體檢測夜間自動照明燈雖然不是很重要的設計，但也相對于有其存在的意義，有些場所為節能，或者說也為了方便人們設計了裝置，當人在漆黑的夜間看不到開關，容易發生意外的地方，此裝置就可以自動檢測到人，及時的亮起來，以便防止不必要的意外，所以它的存在也是相當的有意義。最近我又對它有了更深的了解，我發現它還有防盜的功能，可以起到威懾作用。小偷一進來就馬上亮燈，哪個小偷敢進？所以這個設計一舉兩得，是個挺好的設計！
在完成這次畢業設計的過程中，我也鞏固自己所學的知識。而且也明白了在以后的學習、工作、生活中要多動手、動腦。想和做是分不開的，一定要把想和做聯系起來。用思想指導自己，用動手證明自己的思路。
在設計的過程中，我對課本的知識有了更深的認識，對我們所學的知識更深刻的得到應用，使我們進一步提高了設計能力和動手能力，讓我們的思維更活躍了同時讓我們對芯片的使用有了更深的理解和認識，對芯片的功能加以靈活運用。讓我們把自己所學的知識與實際操作相接合，善于巧妙的應用所學的芯片連接電路。在試驗的過程中難免會出現一些問題，當遇到問題時一定要用心排除，運用所學的知識進行分析。隨著電子工業日新月異地飛速發展，新知識、新技術的不斷涌現，本次畢業設計將理論和實踐做到綜合化、實施化、注重動手能力的培養，有利于我們在學習過程中掌握與活學活用。有利于培養學生的創新能力和應用能力，提高了同學處理實際問題的能力，拉近與現實的距離。同時告訴我們在今后我們工作中肯定會遇到一些實際操作問題，要看我們如何去解決，而不應該有問題了就停在原地希望同伴來解決，要學會耐心分析。從這次設計中，我意識到要做好一件事情，必須具有扎實的知識基礎，端正實驗態度，嚴謹的實驗作風以及“信心、虛心、耐心”只有這樣，將來無論是在做事還是做人上，才能取得成功。通過嚴格的科學訓練和工程設計實踐，樹立嚴肅認真，一絲不茍，實事求是的科學發展觀，培養我們的動手能力和實際操作能力，并培養策劃能力，在以后的生產工作中打好基礎。通過這個畢業設計使我們學到了許多，作為一名當代大學生，要學會利用計算機、圖書來查找資料，這樣使我們對知識會有一個全面 的了解，也會使我們全面發展。
致謝辭
大學生活即將匆匆忙忙地過去，但我卻能無悔地說：“我曾經來過。”大學三年，但它給我的影響卻不能用時間來衡量，這三年以來，經歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。
回首三年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師三年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關心和愛護。
學友情深，情同兄妹。三年的風風雨雨，我們一同走過，充滿著關愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。
畢業設計，也許是我大學生涯交上的最后一個作業了。想借此機會感謝三年以來給我幫助的所有老師、同學，你們的友誼是我人生的財富，是我生命中不可或缺的一部分。我的畢業指導老師鄭田娟老師，在大一時就教我們，有時我會犯錯，但她能以一位長輩的風范來原諒我的無知和沖動，給我不厭其煩的指導。在此，特向她道聲謝謝。
就要離開學校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個起點，在這里祝福大學里跟我風雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會是更加絢爛繽紛的。
參考文獻
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讀書的好處 附錄A
1、行萬里路，讀萬卷書。
2、書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟。
3、讀書破萬卷，下筆如有神。
4、我所學到的任何有價值的知識都是由自學中得來的。——達爾文
5、少壯不努力，老大徒悲傷。
6、黑發不知勤學早，白首方悔讀書遲。——顏真卿
7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。
8、讀書要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不學、不知義。
10、一日無書，百事荒廢。——陳壽
11、書是人類進步的階梯。
12、一日不讀口生，一日不寫手生。
13、我撲在書上，就像饑餓的人撲在面包上。——高爾基
14、書到用時方恨少、事非經過不知難。——陸游
15、讀一本好書，就如同和一個高尚的人在交談——歌德
16、讀一切好書，就是和許多高尚的人談話。——笛卡兒
17、學習永遠不晚。——高爾基
18、少而好學，如日出之陽；壯而好學，如日中之光；志而好學，如炳燭之光。——劉向
19、學而不思則惘，思而不學則殆。——孔子
20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干。——培根
第五篇：自動售貨機的PLC系統設計
常工院畢業設計論文
自動售貨機的PLC系統設計
摘要：本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為了幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程。具體說明了可編程序控制在自動售貨機忠的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統的穩定性，保證自動售貨機能夠長期穩定運行。
關鍵字
自動售貨機；可編程控制器；梯形圖
Abstact: This articke introduced vending machine?s basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, the carries on the programming separately to the block.Explained the programmable controller?s in vending machine function specifically.The procedure involved the vending machine work major part process.Enhanced system?s stability using the PLC control?s vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.Key word vending machine;programmable controller;trapezoidal chart
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目錄
·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自動售貨機的介紹………………………………………………………...4 ·1.1自動售貨機功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自動售貨機的基本功能……………………………………………………...4 ·1.2 PLC的選型原理………………………………………………………………..5 ·1.3 PLC的概論……………………………………………………………………..6 ·1.3.1 PLC的產生…………………………………………………………………...6 ·1.3.2 PLC的定義…………………………………………………………………...6 ·1.3.3 PLC的發展趨勢……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特點…………………………………………………………………...8 ·1.3.5 PLC的基本功能……………………………………………………………...9 ·1.4 PLC的基本結構和原理………………………………………………………10 ·1.4.1 PLC的系統結構…………………………………………………………….10 ·1.4.2 PLC各部分的作用………………………………………………………….10 ·1.5 松下電工可編程序控制器產品—FP1-C24介紹……………………………12 ·1.5.1 FP1-C24的組成各部分……………………………………………………..13 ·1.5.2 技術性能……………………………………………………………………14 ·第二章
PLC系統設計………………………………………………………….14 ·2.1 可編程序控制系統設計的基本原則………………………………………...14 ·2.1.1 控制系統設計原則…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系統設計的基本內容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系統設計的一般步驟…………………………………………………15 ·2.1.4 編寫梯形圖的注意事項……………………………………………………15 ·2.1.5 程序設計的步驟……………………………………………………………15 ·第三章
自動售貨機PLC程序設計……………………………………………16 ·3.1 仿真實驗中的售貨機的分析………………………………………………...16 ·3.2 設計任務的確定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序設計部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序設計說明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序設計………………………………………………………………19 ·3.4 仿真界面與PLC……………………………………………………………...28 ·3.5 數據連接……………………………………………………………………...32 ·3.5.1 定義I/O設備……………………………………………………………….32 ·3.5.2 設計…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 運行…………………………………………………………………………37 ·4 結束語…………………………………………………………………………38 ·致謝………………………………………………………………………………..39 ·參考文獻…………………………………………………………………………..39
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前言
從自動售貨機的發展趨勢來看，它的出現是由于勞動密集型的產業構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環境的變化，要求出現新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。
從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統可以更省力，運營時需要的資本小、面積小，有吸引人們購物的好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優點。
據說世界上最早的自動售貨機出現在公元前3世紀，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。17世紀，英國的小酒吧里設有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河里，日本開發出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動售貨機“，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰以后。50年代，”噴水型果汁自動售貨機“大手歡迎，果汁杯注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進入日本市場，1962年，出現了以自動售貨機主體的流通領域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全改為硬幣，從而促進了自動售貨機產業的發展。現在，自動售貨機產業正走向信息化并進一步實現合理化。例如實行聯機方式，通過電話線路將自動售貨機內的庫存信息及時地傳送到各營業點的電腦中，從而確保了商品的發送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發致力于能源的節省，節能型清涼飲料自動售貨機成為該行業的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀態下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節省10—15%的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節省資源和能源以及高功能化的方向發展。因經濟復蘇緩慢，社會對擴大就業與工作場所所提供的茶點飲料的福利事業更為關注。自動售貨機不僅保障了愜意的工作時間，也是最廉價、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時無休工作狀態中的辦公場所，使用獨具魅力的迷你型飲料沖飲機解決了不間斷提供咖啡飲料服務的問題，這種服務加速了自動售貨機與咖啡飲品服務的融合。1999年的全美自動售貨機協會和全美咖啡服務協會的合并使人們更直觀地看到了這種融合的現象。
日本是自動售貨機的天堂。出了雞蛋、米飯之外，報紙、雜志、一次性相機、干電池、磁帶、刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過自動售貨機進行銷售。連熟知自動售貨機的美國游客在日本看到10臺自動售貨機排成一列的景象后，也是連聲稱奇。
韓國大約有78萬臺自動售貨機，是除了日本、美國、英國之外自動售貨機使用數量最多的國家。從不同的種類來看，咖咖啡茶的自動售貨機約占全部售貨機的40%以上；另外，還有冰飲料自動售貨機、聽裝飲料自動售貨機、成人用品自動售貨機、生活用品自動售貨機、煙、方便面自動售貨機等多種。主要的設置場所包括學校、樓房、公共機關、地鐵、公共汽車站、公園、體育場、展示場、工廠等。運營自動售貨機產業的公司全國大約有800余個，而銷售自動售貨機原料、商品流通、機械銷售的公司大約達到了1150個。
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第一章 自動售貨機的介紹
1.1自動售貨機功能分析
這部分闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規章，并介紹了自動售貨機運行系統所包括的人工操作步驟。
1.1.1自動售貨機的基本功能
在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后具有的狀態。
在實際生活照，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的基本功能就是投入的貨幣進行運算，并根據貨幣數值判斷是否能夠買某種商品，并做出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，列如：售貨機中有8種商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.60元，02號商品為3.50元，其余類推。現投入1個1元銀幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續進行等待外部命令。如繼續交易，則同上。如果此時不在購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的 出發運算，這是它內部功能。還要有貨幣識別系統和貨幣的傳動來實現完整的收獲、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖1所示。
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1.2 PLC的選型原則
當某一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇哪個的PLC及外設。
對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或者是可控硅型。控制系統輸出點的類型非常關鍵，如果他們之間既有交流220V的接觸器、電磁閥、又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出端數有可能呢大于實際點數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組公用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用，則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，成本增加。所以要盡可能所則相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。
對于第二問題，則有以下幾個方面的考慮:(1)功能方面
所有PLC一般都具有常規的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求‘或對PLC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。
(2)價格方面
不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、I/O點數相當的PLC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因素。
(3)PLC主機選定后，如果控制系統需要，則相應的配套模塊也就選定了。
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1.3 PLC的 概述
1.3.1 PLC的產生
20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關系聯系起來組成控制系統，控制各種生產機械，這就是大家所熟悉的傳統繼電接觸器控制機系統。由于它結構簡單，容易掌握，價格便宜，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在空也控制領域中一直占主導地位。但是繼電接觸器控制系統有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統，接線復雜，當生產工藝或對象改變時，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。
20世紀60年代末期，美國的汽車制造業競爭激烈，各生產廠家的汽車型號不斷更換，它必要求生產線的控制系統亦隨之改變，以及對整個開展系統重新配置，為拋棄傳統的繼電接觸器控制系統的束縛，適應白熱化的市場競爭要求。1968年美國通用汽車公司向社會招標，對汽車流水線控制系統提出具體要求，歸納起來是：
（1）編程方便，可現場修改程序（2）維修方便，采用插件式結構（3）可靠性高于繼電接觸器控制系統（4）體積小于繼電器控制盤
（5）數據可直接送人管理計算機（6）成本可與繼電器控制盤競爭（7）輸入可以是交流150V以上
（8）輸出為交流115V容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器、電磁閥等（9）擴展時原系統改變最小
（10）用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應當時汽車裝備過程的需要）
十項指標的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現大規模生產線的流程控制。
1.3.2 PLC的定義
美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出以下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業環境下應用而設計的數字式電子系統，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執行邏輯運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或者生產過程。可編程序控制器及其相關外部設備，都應按照易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴展其功能的原理而設計。
定義強調了PLC應直接應用于工業環境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是去唄與一般微機控制系統的一個重要特征。定義還強調了PLC是“數字運算操作的電子系統”，它也是一種計算機，它是“專門在工業環境下應用而設計的”工業計算機。這種工業計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算
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等操作，它還具有“數字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業控制系統聯成一體”，易于“擴充”。
1.3.3 PLC的發展趨勢
PLC總的發展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發展。具體表現在以下方面：
（1）向小型化、專業化、低成本方向發展
隨著微電子技術的發展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結構更為緊湊，相當于一本精裝書本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發展
大型PLC多采用微處理器系統，有的采用32位微處理器，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數據處理的功能。另外，存儲容量大大增加。
（3）智能型I/O模塊的發展
智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統的硬件組態，即設置硬件的結構和參數，例如設置各框架各個插槽上的模塊的型號、模塊的參數、各串行通用接口的參數等。（5）PLC編程語言的標準化
與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可編程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。
（6）PLC通信的易用化
PLC的通信聯網功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數字信號，使系統形成一個統一的整體，實現分散控制和集中控制。（7）組態軟件與PLC的軟件化
個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數學運算、數據處理、通信和人機交互的功能。
（8）PLC與現場總線相結合
現場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統。（9）開發新型特殊功能模塊
I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。（10）CPU的處理速度進一步加快
目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其中高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或者分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達到納秒級。
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1.3.4 PLC的特點
（1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC在電子線路、機械結構以及軟件上都吸取了生產廠家長期積累的生產控制經驗，主要模塊均采用大規模與超大規模集成電路。I/O系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：
1）隔熱：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，是外部電路與內部電路之間避免了電的聯系，可有效的抑制外部干擾對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。
2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。
3）對內部電源采用了屏蔽、穩壓等保護措施，以減少外界干擾，保護供電質量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）內部設置了連鎖、環境檢測與診斷、WATCHDOG（看門狗）等電路，一旦發現故障或程序循環執時間超過了警戒時鐘（WDT）規定時間（預示程序進入了死循環），立即報警，以保證CPU可靠運行。
5）利用系統軟件定期進行系統狀態、用戶程序、工作環境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。
6）對用戶程序及動態工作數據進行電池備份，以保障停電后有關狀態或者信息部丟失。
7）采用密封、防塵、防震的外殼封裝結構，以適應工作現場的惡劣環境。8）以集成電路為基礎元件，內部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環掃描的工作循環方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統結構簡單，通用性強 PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。
（3）編程方便，易于使用
PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編程，采用梯形圖或面向工業控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖類似，這種編程語言現象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可以在短時間內學會。（4）功能完善
PLC的I/O功能完善，性能可靠，能適應于任何形式和性質的開關量和模擬量的I/O。在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及位移寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現延時、鎖存、比較、跳轉和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數制轉換以及順序控制功能，而且還具備模擬預算、顯示、監控、掃描以及報表生成等功能。
（5）設計、施工、調試的周期短
用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分方便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且以商品化，故
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僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。（6）體積小，維護操作方便
PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的I/O系統能夠直接的反映現場總線信號的變化狀態，還能通過各種方式直觀地反映控制系統的運行狀態。（7）易于實現網絡化
PLC可連成功能很強的網絡系統。（8）可實現三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活的組合成各種不同規模和要求的控制系統，以適應各種工業控制的需要。
1.3.5 PLC的主要功能
（1）條件控制功能
條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯、并聯及其他各種邏輯連接，進行開關控制。（2）定時/記數控制功能
定時/記數控制功能是指用PLC提供的定時器、記數器指令實現對某種操作的定時或記數控制，以取代時間繼電器和記數繼電器。（3）數據處理功能
數據處理功能是指PLC能進行數據傳輸、比較、位移、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進控制功能
步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序的操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。
（5）A/D與D/A轉換功能
A/D與D/A轉化功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。
（6）運動控制功能
運動控制功能是指通過高速記數模塊和位置控制模塊等進行單軸或者多軸運動控制。
（7）過程控制功能
過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環控制。（8）拓展功能
拓展功能是指通過連接輸入輸出拓展單元（即I/O拓展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。（9）遠程I/O功能
遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸出、輸入設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10）通信聯網功能
通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程
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I/O控制或數據交換，以完成較大規模系統的復雜控制。（11）監控功能
監控功能是指PLC能監視系統各部分地進行狀態和進程，對系統中出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數器等設定值或強制I/O狀態。
1.4 PLC的基本結構及原理
1.4.1 PLC的系統結構
目前PLC種類繁多，功能和指令系統也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業控制的專用計算機，所有其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O拓展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構進行數據和指令的傳輸。
如同2所示，PLC控制系統由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸出量，它們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構由控制部分輸入和輸出組成。
1.4.2 PLC各部分的作用
（1）中央處理器
CPU是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算。控制器的作用是控制整個計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內存中取出指令和執行指令。他的重要功能如下：
① 診斷PLC電源、內部電路的工作狀態及編程中的語法錯誤。
② 采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并送入PLC的寄存器中。③ 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規定的任務完成各種運算和操作。④ 將存于寄存器中的處理結果送至輸出端。⑤ 應各種外部設備的工作請求。
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（2）存儲器
PLC的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統存儲器，用來存放系統管理程序、監控程序及其系統內部數據。二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區及工作數據存儲區。（3）輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉換成CPU所能接受和處理的數字信號。（4）電源
PLC的電源是指將外部輸入的交流電經過整流、濾波、穩壓等處理后轉換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。
（5）輸入輸出I/O拓展接口、若主機單元的I/O點數不能滿足輸入輸出點數需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O拓展單元與主機單元相連接。（6）PLC的基本工作原理
PLC采用的是循環掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執行，按指令步序號做周期性的程序循環掃描，如果無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序直至遇到結束信號后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環，每一個循環稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖3所示。
① 輸入刷新階段
在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態并寫入輸入狀態寄存器。完成后關閉輸入端口，轉入程序執行階段。② 程序執行階段
在程序執行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態寄存器。③ 輸出刷新階段
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當所有指令執行完畢后，將輸出狀態寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執行元件工作，這才形成PLC的實現輸出。
顯然掃描周期的長短取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態寄存器更新一次，故使系統存在輸入、輸出滯后現象，這在一定程度上降低了系統的響應速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態發生變化，則本次掃描期間輸出會相應地繁盛變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發生變化。這對于一般的開關量控制系統來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是設隔離的。而工業現場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統相應較慢往往要幾個掃描周期菜響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較為嚴格、響應速度要求較快的系統，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。
1.5 松下電工可編程序控制器產品—FR1-C24介紹
經過從功能和價格兩個方面的考慮，發現松下電工可編程序控制器產品—FR1-C24比較適合自動售貨機。因為它是一種功能很強的小型機，在設計的過程中采用先進的方法及組件使其通常只有在大型PLC中才具有的功
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能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機，但是其功能較完善，性能價格比高，較適合自動售貨機。
現在就對FR1-C24的組成各部分和技能做一個簡單介紹。在松下電工公司生產的FR系列產品中，FR1屬于小型的PLC產品，其中C24是具有高級處理功能的型號。從型號可以看出FR1-C24可編程序控制器的輸入輸出點數（即I/O）之和為24.1.5.1 FR1-C24的組成各部分
（1）RS232 該端口能于PC機通信編程，也可連接其他外圍設備。（2）運行監視指示燈
① 當運行程序時，“RUN”指示燈亮； ② 當控制單元終止執行程序時，“PROG”指示燈亮； ③ 當發生自診斷錯誤時，“ERR”指示燈亮；
④ 當檢測到異常的情況時或出現“Watchdog”時，“ALARM”指示燈亮。（3）工作方式選擇開關
①“RUN”工作方式
當開關扳到這個檔位時，控制單元運行程序。②“REMOTE”工作方式
在這個工作方式下，可以使用編程工具改變可編程序控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。③“PROG”工作方式
在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯對待。可編程控制器鳴響報警，提示編程者將方式選擇開關切換至“PROG”工作方式。④輸出端子
C24型的輸出端子有8點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑤直流電源輸出端子
在FP1系統主機內部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。⑥輸入端子
C24型的輸入端子有16點。輸入電壓范圍為直流12~24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑦編程工具連接插座（RS422口）
可用此插座經專用外設電纜連接編程工具。⑧波特率選擇開關
有19 200bp和9 600sbps兩檔，當可編程控制器與外部設備進行通信時，應根據不同的外設選定波特率。⑨電位器（V0、V1）
電位器（V0、V1）這兩個電位器可用螺絲刀進行手動調節，實現外部設定。當調節該點位器時，PLC內部對應的特殊數據寄存器DT9040和DT9041的內容在0~255之間變化，相當于輸入外部可調的模擬量。C24有兩個（V0、V1）。
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⑩ I/O點狀態指示燈和拓展單元接口插座
用來指示輸入/輸出的通斷狀態，當某個輸入觸點閉合時，對應于這份觸點編號的輸入指示發光二極管點亮（下一排）；當某個輸出繼電器接通時，對應這個輸出繼電器編號的輸出只是發光二極管點亮（上一排）。拓展單元接口插座用以連接FP1拓展元件及A/D、D/A轉換單元、鏈接單元。
1.5.2 技術性能
FP1—C24的主機I/O點數為16/8；最大I/O點數為104；運行速度為1.6μs/步；容量為2720步；基本指令數為80；高級指令數為111；內部繼電器為1008點；特殊內部繼電器為64點；定時器/記數器為144點；數據寄存器為1660字；特殊數據寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點；跳轉標記數為64點；步進數為128級；子程序個數為16個；中斷個數為9個程序；輸入濾波時間為1—128ms。
第二章 PLC系統設計
2.1 序控制系統設計的基本原則
2.1.1 控制系統設計原則
任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則：
（1）最大限度地滿足被控對象的控制對象。設計前，應深入現場進行調查研究，收集資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。
（2）在滿足控制系統要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用及維修方便。
（3）保證控制系統的安全、可靠。
（4）考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。
2.1.2 控制系統設計的基本內容
PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此，PLC控制系統設計的基本內容應包括：
（1）用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執行元件）以及有輸出設備驅動的控制對象（電動機、電
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磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關數據中已有介紹。
（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起到重要作用。選擇PLC，應包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點，繪制I/O梯形圖。
（4）設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統流程圖。控制系統程序是控制整個系統工作的軟件，是保證系統工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序的設計必須經過反復調試、修改，知道滿足要求為止。（5）必要時還需要設計控制臺。（6）編制程序系統的技術文件。
2.1.3 控制系統設計的一半步驟
（1）根據生產的工藝過程分析控制要求。
（2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，以此確定PLC的I/O點數。（3）選擇PLC系統。
（4）分配PLC的I/O點，設計I/O接線圖。
（5）進行PLC程序設計，同時可進行控制大的設計和現場施工。
2.1.4 編寫梯形圖的注意事項
（1）輸入/輸出繼電器、內部輔助繼電器、定時器。記數器等器件的觸點可以多次重復使用，無需復雜的程序結構來減少觸點的使用次數。
（2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點不能放在線圈的右邊。除步進程序外，任何線圈、定時器、記數器、高級指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時候都被執行的程序段，可以通過特殊內部常閉繼電器或者一個沒有使用過的內部繼電器的常閉觸點來連接。（3）在程序中，不允許同以編號的線圈兩次輸出。（4）不允許出現橋式電路。
程序的編寫順序應該按照自上而下、從左至右的方式編寫。為了減少程序的執行步數，程序應為“左大右小，上大下小”。
2.1.5 程序設計的步驟
（1）對于較復雜的控制系統，需繪制系統控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。
（2）設計梯形圖。是程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對程序進行調試和修改，知道滿足要求為止。
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（6）帶控制臺及現場施工完成后，就可以進行聯機調試。若未滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，知道滿意為止。（7）編寫技術文件。（8）交付使用。
控制系統設計步驟流程圖如圖4所示。
第三章
自動售貨機PLC程序設計
3.1 仿真實驗系統中售貨機的分析
由于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬
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圖4 PLC 控制系統設置
替代的。如錢幣識別系統可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給PLC發布命令而傳動系統也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現實中自動飲料售貨機的運行。（1）試驗狀態假設
由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區別于實際情況的假設，本試驗中假設：
① 自動飲料售貨機只可售8種商品。
② 自動飲料售貨機可識別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。
③ 自動飲料售貨機可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。
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④ 自動飲料售貨機有液晶顯示功能
⑤ 實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過程分析
為了方便分析，我們以一次交易過程為例。
① 初始狀態。由電子標簽顯示各種商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。
② 投幣狀態。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發生變化，提示可以購買。
③ 購買狀態。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現在出貨框中，同時顯示屏上的金額數字根據消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。
④ 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數量。按下確認鈕，則恢復初始狀態。
到此為止，飲料自動售貨機的一個完整工作過程結束。
3.2 設計任務的確定
在清楚飲料自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出設計方案，確定任務的目標，以設計出合理的仿真系統。
首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計飲料自動售貨機的外型：在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。然后，對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經調試后完成整個系統的設計。
另外，上位機與下位機的設計工作是緊密配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的飲料自動售貨機，仿真的飲料自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真飲料自動售貨機的運行，都是由組態界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統內部各大部件之間的內在關系。
我主要是對飲料自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設計。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真試驗的整體設計思路，下面就可以開始著手設計了。
3.3 程序設計部分
這個部分內容是整個系統設計的主體部分。所要完成的任務是仿真系統的上位機與下位機的程序設計，即在上述功能分析的基礎上，有針對地進行設計。
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3.3.1 程序設計說明
下位機程序的編制則是利用松下PLC專用編程軟件FPWIN-GR完成的。
在設計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立的分別進行上位機和下位機的設計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設計過程中，并沒有將上位機的設計與下位機的設計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰的敘述，在相應的設計部分中注明是上位機的設計還是下位機的設計。
3.3.2 PLC程序設計
可以把一次交易過程分為幾個程序塊：運行初期電子標簽價格的內部傳遞；投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1）運行初期電子標簽價格的內部傳遞程序的設計
仿真系統運行初期，要由PLC向仿真畫面相應對象傳遞已存儲好的價格，還要給投入顯示、消費顯示以及余額顯示存儲器清零，同時也要給存儲退幣幣值的存儲器清零。程序編制過程中，要用到運行初期閉合繼電器R9013、16位數據傳送指令F0，同時在上位機上ForceControl中，必須定義相應的變量，來實現與PLC程序的對接。所定義的變量如表1所示。
表1初始狀態變量表
根據表1編制PLC程序如圖5所示。
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圖5 運行初期電子標簽價格的內部傳遞程序
在梯形圖程序圖5中，系統初始化時，通過運行初期閉合繼電器R9031在第一次掃描時將數值傳遞給上位機。給WR1-WR11及SV0-SV4賦初值，賦值功能通過高級指令F0實現，至于為什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中將介紹他們的作用。（2）投幣過程
在投幣過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表2所示。對應的梯形圖程序如圖7所示。
表2 投幣過程變量表
在圖中，當按下投入1角時，相當于讓R200接通，之所以用一個微分指令，就是要只在接通時檢測一次，不能永遠加下 去。投入1角要投入顯示、余額顯示
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都相應增加相同數值，加法是由16位加法指令E20來實現的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）價格比較過程
價格的比較要貫穿實驗的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，圖7 投幣過程梯形圖
提示可以購買。這里只要選擇燈代表此信號。所建立的變量表如表3所示。
表3 價格比較過程變量表
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根據變量表和控制要求編寫程序如圖8所示。
在梯形圖8中，為了實現數據的實時比較，用了一個特殊內部繼電器R9010，在程序執行過程中，R9010始終保持閉合，F60是16位數據比較指令，用它來比較余額和商品價格，R900A是大于價格，R900B是等于標志。當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。
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圖8 價格比較過程梯形圖
（4）選擇商品過程
當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現該種商品，同時消費顯示欄中顯示出已經消費掉的金額，余額也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續與價格相比較，判斷是否能繼續 購買。出現在出貨口的商品在沒有取走之前，一直保持顯示狀態，用鼠標點擊該商品代表已經取走，出貨口的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對應的梯形圖程序如圖9所示。
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表4 選擇商品過程變量表
在梯形圖9中，一是要使商品出現在出貨框中，而是要實現內部的貨幣運算。以第一步為例，按下選擇01 商品鍵，相當于給R205加一個信號（只接受一次脈沖，所以用DF微分指令），當Y0接通（01商品燈亮)時，則系統顯示可以購買01商品，購買成功。當按下取01商品按鈕時，R230斷開，不能輸出Y8，代表01商品被取走。內部幣值的計算和是否取走商品無關，只要按下選擇按鈕，并且可以購買此商品就要從余額中扣除相應的金額，顯示消費的幣值。加法由F20指令實現，減法由F25實現。
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（5）退幣過程
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在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運算過程，根據結果輸出相應的錢幣，退幣結束時還要使用到的某些寄存器重新賦零，所建立的變量如表5所示，對應的梯形圖程序如圖10所示。
表5 退幣過程變量表
整個退幣過程在按下按鈕（即R20F接通時）時執行，同樣也用到一個微分指令，在接收到信號時產生一次開關脈沖，進而執行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲于SV0中，作為退幣10的輸出值。余數則存儲于特殊數據寄存器DT9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數除以100（5元），商且存儲于SV1中，余數繼續下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價格也確定在整角，所以最終能被1角整除。在程序的初始化時曾給WR13、WR15、WR17、WR19和WR20賦零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩定執行，避免出現退幣錯誤。
為什么要除以1000呢？這主要是考慮到PLC的主要特點是執行過程穩定可靠，但執行速度較慢，在計算時盡量將數值作為整數計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現，這里把1角當作
10、把5角當作50、1元當作100、5元當作500、10元當作1000，可以避免把這些數據當作有小數點的實數計算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計算機的任務將在以后敘述。
退幣過程結束后，PLC要將寄存器中的數值置回原定得初值0，完成一次交易，防止下一次交易時出錯，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個過程，自動售貨機的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機實現各種要求的功能。
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圖10 退幣過程梯形圖
3.4 仿真界面與PLC的配合定
在這一段中，將仔細分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過程是按照一次交易的實際情況來進行的，即有初始狀態、投幣狀態、購買狀態、退幣狀態到交易結束。（1）初始狀態
通過分析得知，當電子標簽顯示各商品的價格、顯示屏顯示友好界面時，不能購買任何商品。因此先讓變量poiwindows=0（系統默認）。
電子標簽中的字符?J.01?（以01商品為例）對應的變量JG01.PV與PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中的存儲器據為250，即讓字符顯示2.5元。對應的梯形圖如
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圖11所示。（2）投幣狀態
當投幣時，按下“投幣”提示字，出現投幣框。如何定義“投幣”呢？雙擊漢字“投幣”來到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”框中作如下定義：按下鼠標時，poiwinJB=1,poiwinJB這個變量是控制投幣框的，當poiwinJB=1時，出現錢幣和提示框：poiwinJB=0時，錢幣和提示框隱藏。
圖11 數據初始化梯形圖
下面分別定義提示框和錢幣以及“確認”按鈕，雙擊提示框，來到“動畫連接”畫
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面，定義poiwinJB=1時顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時，變量poiwinJB=1，從而出現投幣框，以及硬幣等。我們只是定義了投幣框的顯示狀態，用鼠標點擊代替 了實際過程中的錢幣投入動作，最重要的任務是錢幣運算，下面介紹錢幣的定義方法。
以10為例：雙擊10硬幣，開到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述中如下定義：按下鼠標時，poiwinJB=1；TR$100.PV=1時給PLC發出一個接通信號，由于TR$100.PV對應的PLC地址是R204，使得204繼電器導通，轉而執行相應的加10元程序。同樣定義其他錢幣，注意其對應的PLC軟繼電器。最后還要定義“確認按鈕”。要實現的功能是按下“確認”按鈕時，所有的錢幣以及提示框均消失。當投幣以后，顯示屏要及時反映出投幣情況，同時“選擇”指示也要相應變化。下面來定義顯示屏和“選擇”按鈕。
顯示屏要顯示3種數據，分別為：投入顯示、消費顯示、余額顯示。三種顯示均用力控軟件自帶的附件—數碼管來顯示。現在工具箱中點擊“選擇子圖框”，在子圖框中找到儀表中的數碼管，放在顯示屏中，作為投入顯示，再復制兩個，分別作為消費顯示、余額顯示。雙擊數碼管來到數碼管屬性設置畫面，在表達式中作如下定義:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV連接的是PLC程序中的WR1軟繼電器，是用來存儲投入顯示數據的，除以100同樣是為了PLC數據計算的方便。這樣就可以用數碼管來顯示投入中的幣值。同樣定義消費顯示、余額顯示。“選擇”按鈕要根據余額的數值發生閃爍和變色。定義過程如下：雙擊“選擇”按鈕，來到“動畫連接”畫面，在“顏色相關動作”中選擇“閃爍”項，分別定義屬性和頻率，在變量選擇中選擇相應的指示燈變量。以01商品的選擇指示燈為例，在變量選擇中選擇D01.PV=1,滿足條件時指示燈變色。這樣就定義好了投幣狀態的上位機仿真變量，配合PLC程序可以實現投幣功能。（3）購買狀態
定義了投幣狀態，就可以購買商品了。當選擇指示燈以后，按下它，在出貨口處出現我們要買的商品。這樣定義“選擇”按鈕：雙擊“選擇”按鈕，來到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述中如下定義：按下鼠標時，XZ01.PV=1；釋放鼠標時，XZ01.PV=0.XZ01.PV與PLC程序中的R205相對應，按下可以購買商品的選擇鍵，轉而執行相應的PLC程序，同時消費顯示增加相應的幣值，余額顯示減少相應的幣值，此時還要在出貨口出現相應的商品，這是用“顯示/隱藏”功能來定義在出貨口中出現相應的商品。以01為例，雙擊出貨口處的小商品，來到“動畫連接”，選擇“顯示/隱藏”項，定義CX01.PV=1時顯示。出貨口框架的隱藏/顯現是用程序來控制的。當有一種商品出現在出貨口，就會顯示
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框架；當全部商品均消失后框架隱藏。程序如圖12所示。圖中R210是控制出貨口框架是否出現的繼電器。（4）退幣狀態
當按下“退幣”按鈕時，PLC進行退幣運算，所以按下“退幣”按鈕就要與PLC通信，執行退幣計算。下面來定義退幣按鈕，出現“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，動作描述為：按下鼠標，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.釋放鼠標，Tenter.PV=0；內部變量poiwinJB=1是讓投幣框消失，poiwinTB=1是讓退幣框出現，Tenter.PV與PLC程序中的R20F對應。退幣框中要有5種硬幣，還要有表示硬幣個數的數字。由于計算中采用的算法使得退幣時按照幣值大小順序退幣，例如退5元，只退一個5元，而不是5個1元。定義表示硬幣個數的變量只用一位數即可。在退幣時，要退出的硬幣及個數顯式，而不退的硬幣隱藏。
圖12 出貨口框架的隱藏/顯現梯形圖
定義錢幣時（以10為例），雙擊10元硬幣，出現“動畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項，在“可見性定義”對話框中作出的表達式為TB$100.PV=0。其他硬幣定義方法同上。定義錢幣個數：雙擊10硬幣個數字符“a”，出現“動畫連接”畫面，選擇“數值輸出”中的“模擬”項，做出表達式為TB$100.PV。同時錢幣個數也要定義是否隱藏，定義方法和定義錢幣相同。定義“確認”鍵時，按下“確認”鍵，代表取走了所有硬幣，完成此次交易，因此退幣“確認”的定義很重要。雙擊“確認”鍵，出現“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述欄中定義如下：按下鼠標
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poiwinTB=0； 功能：退幣框消失
TuiBiok.PV=1； 功能：給PLC信號，閉合R0，完成數據的初始化
Poiwindows=0 功能：顯示屏顯示友好界面時
為了防止在未取走商品時退幣，按下“確認”鍵又不能返回原始狀態，在描述過程中加入以下一段程序，強行拋掉以購買的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 釋放鼠標時，TuiBiok.PV=0.只是一個微分信號，不能將R0永遠置為1。還有一點要注意，“確認”鍵也要有隱藏的時候定義方法如錢幣。
定義退幣框架：按下“退幣”按鈕后就會出現退幣框架。可以這樣定義：雙擊退幣框架，來到“動畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項，在“可見性定義”中定義poiwinTB=1時顯現即可。
3.5 數據連接
3.5.1 定義I/O設備
數據庫是從I/O驅動程序中獲取過程數據的，而數據庫同時可以與多個I/O驅動程序進行通信，一個I/O驅動程序也可以連接一個或多個設備。下面創建I/O設備。（1）在Draw導航器中雙擊“實時數據庫”項使其展開，在展開項目中選擇“PLC”項雙擊使其展開后，選擇項目雙擊并定義。（2）單擊“完成”按鈕返回，在“松下電工”項目下增加一項“PLC001”，如果要對I/O設備“PLC001”的配置進行修改，雙擊項目“PLC001”，會再次出現PLC001的“I/O設備定義”對話框。若要刪除I/O設備“PLC001”，用鼠標右鍵單擊項目“PLC001”，在彈出的右鍵菜單中選擇“刪除”。
① 數據連接
剛剛創建了一個名為“PLC001”的I/O設備，而且它連接的正是假想的PLC設備。現在的問題是如何將已經創建的多個數據庫點與PLC聯系起來，以使這些點的PV參數值能與I/O設備PLC進行實時數據交換，這個過程就是建立數據連接的過程。由于數據庫可以與多個I/O設備進行數據交換，所以必須指定哪些點與哪些個I/O設備建立數據鏈接。為方便起見，我們將數據列整理成如表
6、表7所示。
表6 數字I/O
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續表 6
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表7 模擬I/O表
3.5.2 設計
飲料自動售貨機控制要求
（1）該自動售貨機可以同時投入5角、1元或5元硬幣，自動銷售汽水、果汁和咖啡。
（2）當投入的硬幣總值等于或超過1.5元時，汽水按鈕指示燈亮；當投入的硬幣總值等于或超過3元時，汽水按鈕和果汁按鈕同時亮；當投入的硬幣總值等于或超過5元，汽水按鈕、果汁按鈕和咖啡按鈕同時亮。
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（3）當汽水按鈕燈亮時，按汽水按鈕，則汽水排出10s后自動停止，同時汽水按鈕指示燈閃爍10s。
（4）當果汁按鈕燈亮時，按果汁按鈕，則果汁排出10s后自動停止，同時果汁按鈕指示燈閃爍10s。
（5）當咖啡按鈕燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡排出10s后自動停止，同時咖啡按鈕指示燈閃爍10s。
（6）若投入的硬幣總值超過所購商品的價格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），則找錢指示燈亮，同時進行找錢動作。
圖13 飲料自動售貨機示意圖 I/O地址定義表
此控制系統可采用自動工作方式，輸入信號為汽水、果汁和咖啡按鈕，5角、1元或5元硬幣投入識別口記數手動復位按鈕；出入信號為汽水、果汁和咖啡排出電磁閥、找錢電磁閥及相應指示燈，共7個輸入點，8個輸出點，均為開關量。I/O地址定義如表8所示。
表8 飲料自動售貨機控制系統I/O地址定義表
常工院畢業設計論文 程序設計
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3.5.3 運行
保存所有組態內容，然后關閉所有力控程序。將飲料自動售貨機的PLC程序下傳到PLC裝置中，在切換到離線狀態，然后再次啟動力控工程管理器，選擇本工程，并單擊“進入運行”按鈕啟動整個運行系統。
常工院畢業設計論文 結束語
經過幾個月的學習、研究以及吳老師的指導，終于按時完成了畢業設計。設計主要研究的是自動售貨機有關PLC的部分。自動售貨機是由于勞動密集型的產業構造向技術密集型社會轉變的產物。自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購物好奇新的自身性能，可以很好地解決人工費用的上升的問題等各項優點。所以說，自動售貨機是今后飲料銷售方式的一個很好的發展趨勢。它的出現將極大的方便人們購買所需的飲品。
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致謝
經過幾個月的努力工作，畢業設計在指導老師吳金的悉心指導下終于順利完成了，吳老師他待人和藹可親，在這幾個月里我們相處的非常融洽，吳老師他社會實踐經驗豐富，工作認真踏實，治學態度嚴謹，而且他深厚的理論功底及設計能力更令我感到欽佩。設計期間，吳老師對我悉心的指導，認真查閱我的草圖和設計說明書，令我十分感動。總之，吳老師的人品及治學態度是我學習的楷模和榜樣，在此，我要向指導老師吳金表示感謝。
在此次設計中，也需要感謝的是我的同學。大家在一起共同奮斗，互相討論，對我的畢業設計有很大幫助，并且，我們在一起共同營造了一個融洽的學習生活環境，建立了良好的友誼。
參考文獻 程周·可編程序控制器原理與應用·北京：高等教育出版社，2003年 2王永華·現代電機控制及PLC應用技術·北京：北京航空航天大學出版社，2000年 周美蘭、周封、王岳宇·PLC電氣控制與組態設計·北京：科學出版社，2003年 吳建強、蔣三勇·可編程控制器原理及應用·哈爾濱工業大學出版社，2000年 吳中俊、黃永紅·可編程序控制器原理及應用·北京：機械工業出版社，2003年 張萬忠、劉明芹·電器與PLC控制技術·北京：化學工業出版社，2003年 7 王兆義·可編程序控制器教程·北京：機械工業出版社，2001年
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