第一篇：自動收衣系統設計應用論文

1.自動收衣系統的結構

本產品主要由處理器、主控面板、雨量傳感器模塊、風速傳感裝置模塊、電源模塊、減速電機等模塊組成。

1.1自動收衣系統的傳動機構

本設計的自動晾衣架與晾衣架相配套的遮雨布安裝在陽臺，機械部分是在普通不銹鋼管晾衣架兩端各安裝一個滑輪和光軸，再穿入鋼絲繩，由電機控制其上升/下降，另一個電機控制不銹鋼管向前/向后運轉，達到晾衣架的伸縮和上升、下降的效果。左、右兩側支架的前后端分別安裝有限位開關，控制其運動行程，當螺母運動到極限位置時，限位開關動作，使電動機停止運行。

1.2自動收衣系統的工作原理

本文從實用角度出發，設計了自動控制和手動控制兩種工作模式，且可自動在自動控制和人工控制兩種工作模式之間切換。在自動控制模式下，該系統可以實時感知天氣變化，實時控制晾衣架的自動伸縮。當天晴時，通過溫濕傳感器和風速傳感器檢測戶外空氣的溫度、濕度和風速，并將信號傳遞給單片機，將接收到的信號進行分析之后，單片機發出相應的控制信號驅動電機使晾衣架伸出，當晾衣架完全伸出時，限位開關動作并將信號傳遞給單片機，使晾衣架停止繼續伸出，從而達到晴天自動曬衣的功能。下雨或刮大風的時候，利用雨量、風速傳感器檢測雨滴和風速，并將信號傳遞給單片機，單片機發出相應的控制信號驅動電機使晾衣架收回，當晾衣架完全收回時，限位開關動作并將信號傳遞給單片機，使晾衣架停止繼續收縮，從而達到雨天自動收衣的功能。在人工控制模式下，通過人機對話，可人工控制晾衣架的伸縮。當用戶需要收回衣服時，只需按下收衣按鈕，即可將衣服收回；當用戶需要晾曬衣服時，只需按下曬衣按鈕，即可將衣服伸出晾曬。此外，為保護傳感器使晾衣架能夠正常工作，當晾衣架工作在人工控制模式時，溫濕度傳感器和風速傳感器會自動停止工作，這樣既節約了電能，又延長了傳感器的使用壽命。

2.硬件電路設計說明

2.1單片機控制模塊

P2.6、P2.5：該兩個按鈕是帶鎖的白色按鈕；P2.4、P2.3：該兩個按鈕是不帶鎖的黑色按鈕；P2.2、P2.0：是給1602作為寫入數據，讀出數據用的；P1.0、P1.1：是用來分別導通2個接觸器J1和J2；P1.2：當雨量傳感器有反轉信號時候，這個I/O口設置為低電平，然后LED紅燈就會導通；P1.4：雨量傳感器的信號線；P3.4：測量光電傳感器的脈沖數。

2.2電機模塊

當繼電器J1閉合時：J1常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時，電流通過LED燈DS3和電機M1。當繼電器J2閉合時：J2常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時，電流通過LED燈DS2和電機M1。若電機J1和J2同時得電，LED燈和電機都不動作。

2.3雨量檢測模塊

VCC通過上拉電阻R15回到P1.4等待三極管Q3導通。當有導電物體碰到雨量傳感器的時候，三極管Q3就會被導通，P1.4的電平拉低，單片機就得到一個反轉信號，同時M2電機開始運轉，加快雨量傳感器的風干。

2.4風力檢測模塊電路

二極管部分：VCC通過1K電阻限流，然后導通紅外的LED二極管再回到負極。三極管部分：VCC經過上拉電阻10K，回到TL0保持高電平，等到三極管導通。當紅外LED被導通時，三極管得到電流信號導通，TL0就被拉到低電平，當有障礙物阻擋紅外LED燈的時候，三極管就會斷開，TL0又被拉到高電平。利用這個通斷的原理，通過不同導通頻率來檢測出風力。

3.自動收衣系統的軟件設計

系統軟件設計包括主程序設計和多個子程序設計。

4.試驗及應用驗證

該自動收衣系統樣機做成并安裝好后，對其進行了模擬降雨試驗，通過人工加濕的方式反復進行了多次試驗，其中有98%次成功實現智能收衣，保證衣物未被雨水淋濕。

5.結語

本文設計的基于單片機的自動收衣系統，以直流電機作為動力源帶動滑輪機構從而實現電動晾衣和收衣功能，直流電機采用繼電器電路進行控制，操作方便，同時通過雨量傳感器檢測天氣的變化并自動控制直流電機運轉，實現降雨時自動收衣的功能。經過試驗及實際應用驗證表明，該系統安裝使用方便，智能檢測雨滴、風速、濕度等因素，自動收衣晾衣成功率高，可實現無人監控，具有較好的應用前景。

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

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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

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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)

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

??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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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。

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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。

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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)

（

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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：

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

（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）

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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)

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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。

齊齊哈爾大學畢業設計（論文）

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：禁系統應用論文

1概述

隨著網絡技術的發展和廣泛的應用,門禁系統的發展也由傳統的主從式智能門禁系統模式轉換為基于Internet的遠程、網絡控制模式。門禁管理系統由單一的門禁控制管理功能發展到集計算機技術、通訊技術、自動識別技術、機械工程和安全管理的大型門禁綜合管理系統。

地鐵門禁系統屬于大型門禁系統,它具有控制點數多、數據通訊量大、數據傳輸距離遠、聯動設備多、安全性能要求高等特點。

下面就對門禁系統在地鐵中的構成及其功能進行介紹。

2地鐵門禁系統的構成 地鐵門禁系統構成由四大部分構成:第一,系統通訊網絡;第二,中央級門禁管理系統;第三,車站級門禁管理系統;第四,現場級門禁設備。在運營中形成了兩級管理三級控制的管理模式。

地鐵門禁系統是以車站為單位,由車站控制室的車站級門禁系統工作站對車站內設備房門禁設備進行統一管理。各車站的車站門禁系統管理工作站通過光纖通訊網絡將各站點的數據信息上傳至中央級門禁系統。中央級門禁系統統一管理全線門禁系統。

2.1系統通訊網絡

系統通訊網絡由兩部分構成,第一,全線骨干網絡。即各站點門禁系統工作站由光纖網絡連接進行全線通訊;第二,車站級網絡。車站級網絡采用現場總線方式將車站內各現場門禁設備連接。

2.1.1全線骨干網

門禁系統數據傳輸的骨干網采用的是基于工業以太網技術。工業以太網是以太網技術在控制網絡延伸的產物,協議組包括了物理層的以太網物理層、鏈路層的以太網MAC、網絡層的網絡互聯協議Ip、傳輸層的傳輸控制協議TCp和用戶數據協議UDp等,工業以太網與OSI互聯參考模型的對照關系如下圖1所示。工業以太網的物理層與鏈路層采用IEEE802.3標準。

地鐵門禁系統是通過基于工業以太網進行數據通信,車站門禁系統管理工作站通過工業級千兆光纖交換機可以直接上全線光纖以太網,通信速率達10M或100M,系統任何一臺車站門禁系統工作站可以直接以TCp/Ip或IpX協議與客戶內部服務器進行數據交換,實時共享全系統所有資源。其特點是:數據傳輸、交換、共享以及遠程訪問容易、方便,數據處理速度快,動作響應速度快。地鐵全線門禁系統網絡如圖2所示。

2.1.2車站級門禁系統網絡

車站門禁系統網絡采用的是現場總線方式,將多臺門禁網絡控制器分別掛在RS485現場總線上,通過ATM方式進行數據通訊,所有設備的信息通過RS485轉RS232的轉換器與車站的工作站連接。特點是通訊距離遠,RS485現場總線在不加中繼的情況下有效通訊距離是1200米;門禁網絡控制器的每個RS485口,可帶多臺門禁控制器設備。車站級門禁系統包括各車站級的門禁系統和控制中心站級的門禁系統。車站門禁系統網絡如圖3所示。

2.2中央級門禁管理系統

中央級門禁系統是集中處理下級門禁系統的數據信息,即通過中央級門禁系統對控制中心大樓、各車站級門禁系統的下一級進行操作管理。

主要的設備有中央門禁管理服務器、管理工作站、數據服務器、數據庫軟件、門禁系統管理操作軟件以及交換機。

2.2.1門禁系統管理服務器

門禁系統管理服務器主要功能是監視各車站門狀態、故障信息以及存儲歷史記錄。

2.2.2中央級系統管理工作站

中央級系統管理工作站是門禁系統的管理控制中心,實現對各車站(區域)系統內的所有門禁終端的監控,滿足系統運作、授權、設備監測與控制、網絡管理、數據庫管理、維修管理、及系統數據的集中采集、統計、保存、查詢等功能。

2.2.3數據庫軟件

數據庫就是將數據以一定的格式、一定的標準,按照一定的數據結構要求,構造的一組數據文件,按照確定的存取路徑,實現對數據資源的調用。常用的數據庫有SQLServer、Oracle、Sybase。

2.2.4工業級交換機

中央級門禁系統工業級交換機具有支持網管功能。可以對信息流量進行管理監視、分析;可以為應用數據流分配帶寬、優先級及控制

網絡訪問;可以通過VLAN(虛擬局域網絡)技術強化網絡管理和網絡安全,控制不必要的數據廣播。

2.2.5門禁系統管理操作軟件

門禁系統管理軟件基于視窗操作平臺,穩定運行于WINDOWS2000、WINDOWSNT、WINDOWSXp等操作系統。

主要功能如下:

控制器管理功能:監控車站級工作站運行狀態,收集車站級工作站運行狀態數據,數據庫的建立、備份、清除;門禁卡授權管理功能設置車站系統運作參數,下達運作命令及設置系統運行模式到各個車站;緊急狀態下可以解除車站門禁狀態。

卡片管理功能:發卡、退卡、掛失卡。

記錄管理功能:對操作信息、報警信息進行實時記錄、歷史記錄;進行故障查詢和分析,可以自行編輯報表,也可自動生成日、周、月、年的報表;進行檔案資料的記錄和存儲。

網絡監視管理功能:對系統及網絡具有在線監視、自診斷、自恢復及在線修復功能,并可顯示網絡負荷情況。

2.3車站級門禁系統

車站級門禁系統是由車站門禁系統管理工作站對本站門禁進行數據管理、處理。監視現場設備狀態、故障等。

車站級門禁系統由車站系統管理工作站、門禁網絡控制器、車站門禁系統管理軟件構成。

2.3.1車站級門禁系統管理工作站

車站級門禁系統管理工作站是車站門禁系統實現對本車站系統內的所有門禁終端的監控,滿足系統運作、授權、設備監測與控制、網絡管理、數據庫管理、維修管理、及系統數據的集中采集、統計、保存、查詢等功能。

2.3.2門禁網絡控制器

門禁網絡控制器將電源、控制、驅動、通訊集成為一體的設備,通過提供RS232轉RS485的通訊接口與車站級的門禁控制器連接。門禁網絡控制器提供了多個RS485通訊接口,一般有2至8個通訊接口,每條RS485總線可以驅動多個門禁控制器。理論上,每條RS485總線可以攜帶256臺門禁控制器,但是考慮到工程實施的實際情況,一般只攜帶不大于32臺門禁控制器。

2.3.3車站門禁系統管理軟件

通訊管理功能:能接收中央級管理工作站系統下達的系統參數,同時將參數下達到相關門禁終端;車站管理工作站與中央級系統管理工作站之間網絡中斷時,車站門禁系統也能正常工作,在通訊網絡連通時,將網絡中斷時間內的數據上傳至中央級系統管理工作站。

管理功能:能監控門禁終端的運行狀態,在門禁終端狀態變化時應能自動接收其狀態數據,自動查詢門禁終端的狀態數據,保存接收設備狀態數據。

軟件自動更新功能:車站級系統管理工作站應能接收中央級系統管理工作站下載的門禁終端更新軟件,具備自身及通過車站(或本區域)網絡對門禁終端的軟件更新功能。

2.4現場級門禁系統

現場級門禁系統由門禁控制器、讀卡器、門鎖、緊急開門按鈕等設備構成。

2.4.1門禁控制器

門禁控制器通常可分為一體式和分體式,一體式即控制器與讀卡器連成一體的門禁設備。它具有體積小、功能簡潔、安裝簡易等特點。在民用建筑上使用較多。分體式即控制器與讀卡器分散獨立安裝。特點是接線較多、復雜,體積較一體式大。

分體式門禁系統是典型結構,下面就對該典型結構進行分析:

門禁控制器是將電源、控制、驅動、通訊集成為一體的設備。實現功能如下:可以實現聯網或獨立工作;當與門禁網絡控制器聯系中斷時,門禁控制器能自動轉入獨立工作模式,并能識別門禁卡中與系統吻合的密碼,從而實現基本的門禁功能;對數據進行存儲和保護;對非正常狀態的開門即時報警,將報警信息上傳門禁網絡控制器;可以通過通訊網絡下載更新車站系統軟件。

2.4.2讀卡器

讀卡器是將讀取到的卡片信息進行鑒證、識別,并將數據處理上傳至門禁控制器由門禁控制器發出相關工作指令,門鎖執行動作。

2.4.3卡片

通過讀卡或讀卡加密方式來識別進出權限,按卡片的種類可以分為磁卡和射頻卡兩種卡片。

磁卡:采用接觸式讀取卡片的信息。其特點成本低,讀卡設備易磨損,使用壽命

短,卡片易復制,卡片信息容易在外界磁場下丟失,導致卡片無效。

射頻卡:射頻卡采用非接觸方式與讀卡設備進行數據交換,一般采用13.56MHz的頻率進行數據交換。具有方便安全,使用壽命長,卡片很難被復制,卡片信息保存10年。射頻卡可以分為Mifare1卡、Motorola卡、EM卡、HID卡、Legic卡等。

2.4.4門鎖

門鎖是門禁系統的執行部件,根據門的材料、出門要求等不同的需求選取不同的鎖具:主要有以下幾種類型:

電磁鎖:電磁鎖斷電開門,符合消防要求。并配有多種安裝架以供選擇。適用于單向的木門、玻璃門、防火門、對開的電動門。

陽極鎖:陽極瑣是斷電開門,符合消防要求。安裝在門框的上部與電磁鎖不同的是陽極鎖適用于雙向的木門、玻璃門、防火門,而且本身帶有門磁檢測器,可隨時檢測門的安全狀態。

陰極鎖:陰極鎖一般為通電開門,適用單向木門。安裝需配UpS電源,停電時陰極鎖是所門的。

2.4.5緊急開門按鈕

緊急開門按鈕直接接在電瑣的供電回路里,安裝方式與門鎖的安裝有關,在打碎玻璃后保證電鎖處于打開狀態,在緊急情況下保證疏散通道暢通。

3系統運行模式

地鐵門禁系統現場設備運作模式有三種:第一,在線模式;第二,離線模式;第三,災害模式。

在線模式:即全線各車站處于正常的運行狀態,門禁系統的所有設備都處于正常的工作狀態。門禁控制器將信息上傳到車站級設備,收到車站級設備的指令。

離線模式:根據所保存的安全參數進行分析判斷,使門的正常開啟不受影響。在與車站級設備的通信中斷的情況下,自動的轉為離線模式工作,且離線后重新在線時,離線的信息可以重新上傳到車站級設備。

災害模式:當發生火災時,自動的轉為災害模式。將所有設備房電鎖均處于開門狀態,與此同時,自動售檢票系統的閘機門也處于打開狀態。

4結束語

隨著技術的不斷發展更新,相信在不久的將來門禁系統為地鐵帶來更加的安全、有效、方便、快捷。

第四篇：機場自動氣象站的應用設計

機場自動氣象站的設計及廣泛應用

隨著民用航空氣象的飛速發展，對航空氣象服務的要求越來越高，發展氣象探測技術，完善氣象觀測資料種類與數量為航空氣象的發展提供重要的促進作用。同時，由于數值天氣預報技術的不斷發展，對各種探測資料、預報產品的需求也日益增多。氣象自動觀測系統通過設立氣象自動站，為機場提供氣象信息，對未來天氣形式提供了參考，很大程度上的提高了預報的準確度，進一步提高監測預報的服務水平，特別是災害性天氣的臨時預報準確率，更好的發揮氣象在民用航空的作用具有重要意義。

機場自動氣象站是針對民航各機場使用氣象數據的特點，充分利用現代數據庫技術和先進的網絡技術實現了對自動氣象觀測系統(AWOS)原始數據電報的接收、處理、控制和存儲，能動態實時地顯示AWOS各種氣象數據、觀測METAR報文，提供AWOS各種傳感器的監控，并在設備故障后及時自動報警；同時，利用其存儲的數據，回放過去任意時間段各種氣象數據的歷史曲線，分析對比各種數據曲線。該系統是一款集風向傳感器、風速傳感器、氣壓傳感器、氣溫傳感器、濕度傳感器、雨量傳感器、云高儀、大氣透射儀或前向散射儀、背景光亮度傳器等儀器得綜合自動監測應用系統。它為飛機的安全起飛、降落提供精確可靠的氣象數據和科學依據。

系統內容

機場自動氣象站是按照現有航空氣象要求、專為保障各類機場的正常安全運營而設計的一款的氣象監測系統。是一套無需人工值守、自動化程度高、測量氣象要素種類多、測量精確、與機場兼容性高的民用航空自動氣象觀測系統。該系統對影響飛行的氣象要素進行自動測量，測量值通過網絡系統傳輸到塔臺、飛行指揮人員甚至飛行員。

它可以對采集到的氣象數據進行計算、處理和存儲等；它為航空安全所提供的氣象服務，適用于任何的機場及地面航空場所。它不僅僅是具有觀測精度高、可靠、實時性強的優點，還具有安裝快捷、結構簡單、性價比高、自動化等優點。

系統指標

工作環境：-50～+50℃、0～100%RH 可 靠 性：平均無故障時間>6000小時

防護等級：IP66，防雷擊、防電磁干擾、防鹽霧腐蝕 采 集 器：嵌入式操作系統采集器，智能化32位CPU 數據存儲：1.7M FLASH 數據存儲器,存儲卡最大可擴充至256M 走時精度：實時時鐘，準確度優于 20秒/月 系統供電：太陽能/交流供電模式，自備可充電電池 系統功耗：依據配置標定 采集功能：采樣存儲可遠程升級 通訊方式：GPRS/CDMA/ 衛星遠傳中心站及現場直連 數據輸出：氣象規范/用戶定制

功能特點

高度集模塊化組配 支持多種終端訪問 大容量數據存儲 多點擴展測量要素 支持多種通訊方式

典型應用

機場氣象環境監測 機場天氣現象監測 航空飛行安全預警

系統組成

傳感器：風速+風向+溫度+濕度+雨量+氣壓+天氣現象+云高+道面狀況+大氣透射

FANDA-CJ80綜合數據采集器（可擴展4G存儲卡 GPRS/CDMA無線數據通訊/LAN/RS485直連通訊

太陽能供電系統：太陽能電源控制器+鉛酸蓄電池+12V太陽能電池板 FAMEMS自動氣象環境監測軟件

氣象觀測系統是機場建設的配套系統，氣象觀測的目的是為機場飛機飛行活動提供實時的飛行氣象要素數據，為飛行安全保駕護航。目前我國的民航事業正處于高速發展階段，航空需求日益旺盛，空中交通流量也日益增加，落后的氣象觀測手段和觀測設備已經不能滿足日益增加的需求。因此，對航空氣象觀測系統進行研究，提高氣象觀測自動化水平，提高氣象數據報告質量，對于民航事業發展和航空安全都具有十分重要的意義。

第五篇：地鐵AFC系統應用論文

自動售檢票（AFC）系統是綜合技術性很強的一個專業系統，涉及到機械、電子、微控、傳感、計算機、網絡、數據庫和系統集成等多個方面，整個系統實現具有很大難度。AFC應用系統軟件是其中最具有代表性的，它不僅要集成所有售檢票設備信息，還要對車票和現金等實物進行管理，涉及車站管理、收益管理和車票管理等各個環節，數據關系較為復雜，需求難以把握，開發具有一定難度，是實現AFC系統集成的關鍵環節。

1AFC應用系統在開發和應用中遇到的問題

深圳地鐵AFC系統的建設是在探索中前進的，作為第一個具有自主知識產權的國產化AFC系統來講，它不斷要根據實際情況做出改進。但對于這個涉及面廣、層次多的龐大系統而言，達到應用系統的需求一步到位是不可能的。這就對AFC項目的使用維護方提出了高水平的要求，要在掌握到第一線的乘客需求、車站運作情況和目前應用系統軟件所實現功能的前提下，提出AFC系統的改進方向。對項目的開發方而言，用戶需求的多變是讓開發人員頭痛的問題，如何快速地根據用戶需求改進軟件，盡快拿出滿足用戶需求的軟件更是增加了開發的難度。

通過深圳地鐵AFC系統兩年來的實際使用，其中存在的一些問題顯現出來，比如，管理信息不完整，部分統計數據不能滿足實際運營需要，系統功能待改進等，造成工作效率低下、人力資源浪費和運作成本提高。在此基礎之上，經深入討論研究，使用快速原型法可以使實際和應用結合的較為緊密，是解決以上問題的有效方法。

2快速原型法技術介紹

快速原型法（Rapid prototyping Method）是近年來提出的一種以計算機為基礎的系統開發方法，它首先構造一個功能簡單的原型系統，然后通過對原型系統逐步求精，不斷擴充完善得到最終的軟件系統。原型就是模型，而原型系統就是應用系統的模型。這個模型可在運行中被檢查、測試和修改，直到它的性能達到用戶需求為止。因而這個工作模型很快就能轉換成原樣的目標系統。

快速原型法主要包括兩種開發方法：快速建立需求規格模型法和快速建立漸進原型法。快速原型法在優化AFC應用

系統中的應用統的神經中樞，它實現系統運作、收益及設備維護集中管理功能。監控并管理車站AFC系統內的所有設備，采集并上傳售檢票設備的交易、工作狀態等信息，儲存并下載運營和設置參數，具備售檢票設備及運營的收益管理功能，能統計、生成及打印地鐵運營日的現金收益、車站管理和票卡管理等報表，具備輔助分析功能。

（1）通過快速建立需求規格模型法建立用戶需求

深圳地鐵AFC應用系統的優化和改進首先采用了“快速建立需求規格模型法”來確認用戶需求。這種快速原型法通過建立模型反映系統的某些方面，密切用戶和開發人員的關系，促進相互了解，因此，有助于獲得更完整精確的需求說明書。對深圳地鐵AFC應用系統而言，采用快速原型法為AFC用戶需求建立一個模型，該模型是系統功能的一個子集，開發人員測試通過后將這個模型提交給用戶，通過用戶的測試使用可以發現這個模型是否滿足預想的需求，哪些功能冗余，哪些地方需要改進。

（2）通過快速建立漸進原型法逐步優化系統

待用戶和開發人員逐步確定需求說明書之后，其后的開發工作采用“快速建立漸進原型法”來完成系統優化。“快速建立漸進原型法”采用循環進化的開發方式，對系統模型作連續的精化，將系統需具備的性質逐步添加上去，直到所有的性質全部滿足，此時，模型也就成為我們所需的系統目標了。

在AFC應用系統的優化過程中，我們提出一個更新或改進的書面報告，開發人員根據報告的描述，并同我們討論具體需求后，設計出一個模型，通過開發人員的內部測試后，將模型提交給我們。在深圳地鐵培訓中心測試平臺的支持下，用戶嚴格測試系統的功能和各

部件的接口，修改所發現的問題，直至模型測試通過。測試完后，用戶和開發人員一起進行原型審查，確定正確無誤后，就可讓系統進入車站試用。開發人員也可以通過用戶的使用加深對用戶需求的了解，經過相互了解促進這樣一個過程，直至模型確定。最后，將測試通過的模型轉變成目標系統，小規模的上線使用，觀察一段時間，經過實地運作確保不產生其他影響后，才全線鋪開實施。

4快速原型法在深圳地鐵應用中的優點

通過不斷跟進深圳地鐵票務人員、車站人員和乘客使用AFC系統的情況和根據得到的反饋，快速原型法使用戶在感性的層面上了解系統的概貌，通過與用戶的交流，能很好地理解用戶的意圖與需求。在采用快速原型法的開發過程中，開發人員一直與用戶密切聯系，以少量代價快速地構造一個可執行的軟件系統模型，使用戶和開發人員可以較快地確定需求。在初步了解用戶的基本需求后，開發人員建立一個他們認為符合用戶要求的模型系統并交給用戶檢驗，由于模型是可以執行的，所以為用戶提供了獲得感性認識的學習機會。增進了用戶和開發人員之間的溝通交流，節省了開發時間，降低了開發強度，需求可以更快地得以確定，目標也能加快實現。

5結束語

快速原型法這種支持用戶的方法，使得用戶在系統生存周期的設計階段起到積極的作用。它能減少系統開發的風險，特別是在深圳地鐵AFC項目投入運營后，由于對項目需求的分析難以一次完成，而且時間緊迫，采用快速原型法效果更為明顯。它既適用于系統的重新開發，也適用于對系統的修改，也可以與傳統的生命周期方法相結合使用，這樣會擴大用戶參與需求分析、初步設計及詳細設計等階段的活動，加深對系統的理解。在采用快速原型法設計的過程中，加入再用式軟件開發方法，采用快速原型法做需求分析，后續階段使用重用機制，還能夠有效地降低開發成本。

結合幾年來對AFC系統研究的逐步深入，和近兩年的實際運作管理經驗，加之對票務業務管理流程的不斷深入領會，采用快速原型法優化后的AFC應用系統精簡了票務管理流程，極大減少人為的統計分析和干預，其智能化、模塊化和個性化地提供后臺統計分析的數據及報表，同時也為深圳地鐵運營決策層提供了高效的素材和有利的保障。