自動(dòng)校秤功能秤斗三維設(shè)計(jì)

自動(dòng)校秤功能秤斗三維設(shè)計(jì),自動(dòng),功能,三維設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘 要 稱重是指預(yù)定的比例，在衡器測(cè)量幾個(gè)已知的物質(zhì)。用途非常廣泛，可用于各種配料計(jì)量，也可用于材料測(cè)量（料斗秤）。在包裝封口機(jī)的情況下，它是一種定量包裝秤.. 具體設(shè)計(jì)是送料過(guò)程分為兩個(gè)階段，并為推動(dòng)原油進(jìn)料閥和較小的進(jìn)給閥打開(kāi)和關(guān)閉氣動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)兩喂養(yǎng)確保稱量精度和速度，實(shí)現(xiàn)脈沖修正功能，提高定量灌裝精度。具有良好的人機(jī)界面，該系統(tǒng)可以應(yīng)用于不同的顆粒物料的定量灌裝。同時(shí)通過(guò)相關(guān)電氣圖設(shè)計(jì)，元器件選型，PLC控制設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)程序的編寫(xiě)，達(dá)到自動(dòng)稱量和定量給料和自動(dòng)控制的目的，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。可用于化工，醫(yī)藥，飼料，水稻，在松散顆粒狀物料連續(xù)定量灌裝食品加工等行業(yè)。 關(guān)鍵詞：顆粒物料；定量灌裝；自動(dòng)控制；可編程控制器，自動(dòng)校秤 ABSTRACT With the rapid development of social economic and technology, the demand for equipment of quantitative granular materials weighing and packaging is growing，and strictting with the required speed and precision of material packaging. According to the requests of realities in production, an automatic control system of quantitative weighing and packaging is studied on. And the better proposal is proposed to improve the speed of packaging and the precision of weighing. Using the AD-4401 weighing instrument to weigh and display the value of material weighing, and according to the output signal of weighting cell, that accomplish materials quantitative weighing. Using PLC to control the sequence of filling movement, and to match relevant execute driver device in the design, that realize the electric control of the feeding for granular material、the quantitative weighing and semi-automatic packaging, and so on. Design proposal of specifics is divided materiel feeling process into two stage, with pneumatic system to drive big feed valve and small feed valve. By twice feeding to guarantee the speed and precision of weighing, and to achieve the function of overshoot correction, that improve the precision of quantitative packaging. And having good human machine interface, that make the system to apply to different of granular material quantitative packaging. In addition, by the design of correlative electric drawing、the selection for component、the design of overall control by PLC, and compile program for control system，the system can realize the functions of automatic weighting、quantitative feeding in process for automatic control, and complete the design task. It can be used in industries of chemical industry, medicine, making rice, feed, and food processing in the state of loose granular materials for quantitative packaging. Key words：granular materials；quantitative packaging；automatic control；program logic 目 錄 1 緒 論 1 1.1 稱重機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)實(shí)意義 1 1.2 顆粒物料定量灌裝控制系統(tǒng)的研究意義 1 1.3 稱重機(jī)械的設(shè)計(jì)任務(wù) 2 1.3.1 稱重機(jī)械的發(fā)展方向 2 1.3.2 稱重機(jī)械設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題 2 1.4 顆粒物料定量灌裝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.4.1 主要構(gòu)思 3 1.4.2 主要工作任務(wù)及技術(shù)參數(shù) 3 2 總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 料斗秤的工作原理及特點(diǎn) 4 2.1.1 料斗秤的工作原理 4 2.1.2 料斗秤的特點(diǎn) 4 2.2 料斗秤的控制系統(tǒng)構(gòu)成 5 2.3 總體方案設(shè)計(jì) 5 2.3.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.3.2 控制電路圖設(shè)計(jì) 6 2.3.3 PLC整體控制設(shè)計(jì) 6 3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3.1 元器件的選型 8 3.1.1 稱重儀表的選型 8 3.1.2 傳感器的選型 9 3.1.3 氣缸的選型 15 3.1.4 電磁閥的選型 22 3.2 控制系統(tǒng)電氣圖設(shè)計(jì) 23 3.2.1 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 23 3.2.2 控制關(guān)系圖的設(shè)計(jì) 24 3.3 整體控制系統(tǒng)工作原理 25 3.3.1 系統(tǒng)控制對(duì)象及信號(hào) 25 3.3.2 電氣控制原理 26 3.3.3 根據(jù)控制原理畫(huà)出系統(tǒng)工作流程圖 27 3.3.4 控制時(shí)序圖 27 3.4 PLC設(shè)計(jì) 29 3.4.1 I/O點(diǎn)分配、PLC選型及外部接線圖 29 3.4.2 編寫(xiě)PLC控制程序 32 結(jié) 論 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄：英文文獻(xiàn)及翻譯 36 致 謝 39 II 1 緒 論 1.1 稱重機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)實(shí)意義 現(xiàn)代包裝技術(shù)日益向著高度機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展，最初，在包裝領(lǐng)域中的第一代重機(jī)械中的應(yīng)用——dubbedgen1，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是純粹的機(jī)械。由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)凸輪生成器?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且操作人員直接控制機(jī)器。在大多數(shù)情況下，沒(méi)有人機(jī)交互技術(shù)（HMI）。然后是第二代稱重機(jī)。該技術(shù)是在十年前出世，重機(jī)械仍采用傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因?yàn)橛伤欧姍C(jī)來(lái)控制速度，所以你可以發(fā)送命令到特殊的作用，但也使用更復(fù)雜的可編程邏輯控制器PLC。稱重機(jī)的第二代可以更好，但這需要付出更高的成本優(yōu)勢(shì)。這些費(fèi)用包括多線布局，更多的PLC可編程邏輯控制器的輸入/輸出（I/O）設(shè)備。該設(shè)備是巨大的和復(fù)雜的，更多的傳感器和程序控制，甚至更多的外圍設(shè)備，也為處理故障的難度也更大。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)稱重機(jī)械從技術(shù)方面，設(shè)計(jì)和制造業(yè)發(fā)展較快，從早期從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，在消化、吸收的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更先進(jìn)的電子稱重各類包裝機(jī)微電腦控制，基本滿足國(guó)內(nèi)行業(yè)粉狀物料的產(chǎn)品包裝的需求。 但它也是非常及時(shí)和必要的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的粒狀物料稱重式包裝機(jī)的發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，產(chǎn)品的定量精度更為嚴(yán)格，產(chǎn)品規(guī)格多樣，材料的數(shù)量和灌裝設(shè)備的增加..相比之下，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的機(jī)械衡器的發(fā)展略有不足，包裝速度和精度是影響其發(fā)展的主要原因。本課題根據(jù)結(jié)合糧食生產(chǎn)實(shí)際情況的要求，顆粒物料的自動(dòng)定量灌裝控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，提出改進(jìn)方案，對(duì)如何提高灌裝速度和稱重精度。 1.2 顆粒物料定量灌裝控制系統(tǒng)的研究意義 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善和發(fā)展，商品流通的深度和廣度進(jìn)一步擴(kuò)大，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和包裝產(chǎn)業(yè)的地位越來(lái)越高。商品的包裝是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，并逐步在繁榮的商品經(jīng)濟(jì)的新形式的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈了。在商品流通中，粉末顆粒袋人的要求，商品包裝主要有兩方面，一個(gè)是美麗的包裝要求，為了吸引客戶，以確保在包裝袋的貨物流通并沒(méi)有出現(xiàn)任何形式的損壞。二是商品包裝袋準(zhǔn)確測(cè)量的要求，小的誤差（測(cè)量誤差的包裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求小于5%），為了保障商品生產(chǎn)者的信譽(yù)，形象。因此，對(duì)商品包裝的精確測(cè)量，是包裝行業(yè)一直關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。 的電子衡器稱重的設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出材料的重量值，并在稱重傳感器的輸出信號(hào)為判斷依據(jù)，兩結(jié)合完整的物料定量稱重，同時(shí)利用PLC來(lái)控制系統(tǒng)的動(dòng)作序列填充，并在相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)顆粒料，稱重，半自動(dòng)灌裝部分的電氣系統(tǒng)控制。設(shè)計(jì)了具體的設(shè)計(jì)，以及控制系統(tǒng)的電氣原理圖設(shè)計(jì)，元器件選型，PLC控制的總體設(shè)計(jì)和編寫(xiě)控制程序等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重和定量的材料的工作過(guò)程的自動(dòng)控制。在填充材料的過(guò)程中，自動(dòng)夾袋和喂養(yǎng)，體重和松散的包處理和操作過(guò)程中，該產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，灌漿速度快，精度高，工作穩(wěn)定可靠，在松散顆粒物料連續(xù)定量灌裝大米和其他谷物和化學(xué)制品業(yè)。 1.3 稱重機(jī)械的設(shè)計(jì)任務(wù) 1.3.1 稱重機(jī)械的發(fā)展方向 從發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的稱重機(jī)械水平來(lái)看，當(dāng)代稱重機(jī)械的發(fā)展動(dòng)向具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： a.提高稱重機(jī)械系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化水平，建立組合化、機(jī)電一體化的現(xiàn)代稱重機(jī)械的結(jié)構(gòu)體系仍是今后的一個(gè)重要的發(fā)展方向。稱重機(jī)械發(fā)展到今天，其系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化水平不斷提高。有些國(guó)家生產(chǎn)的包裝機(jī)，通用件、標(biāo)準(zhǔn)件約占整機(jī)零部件的70%，有的高達(dá)90%，產(chǎn)品更新的速度很快。 b.稱重機(jī)械日趨高速化、自動(dòng)化和聯(lián)合化。機(jī)械設(shè)備的高速化是實(shí)現(xiàn)社會(huì)高速發(fā)展的根本措施，是提高設(shè)備生產(chǎn)率的主要途徑，故包裝機(jī)的工作速度是衡量其性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。稱重機(jī)械的高速化，隨之對(duì)相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化提出了更高的要求。 c.重視高新技術(shù)的應(yīng)用，使稱重機(jī)械的功能日趨先進(jìn)可靠。而針對(duì)本課題而言,定量稱量灌裝式設(shè)備，其發(fā)展方向?yàn)椋l(fā)展各種形式的稱量灌裝設(shè)備，著力提高灌裝速度和精度以及穩(wěn)定性和可靠性，并與自動(dòng)包裝設(shè)備配套。 現(xiàn)代的稱重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)為發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)重機(jī)水平。： A.是對(duì)現(xiàn)代稱重機(jī)械是機(jī)械結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)體系的未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，其標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的水平。今天，稱重設(shè)備，開(kāi)發(fā)系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的水平不斷提高。有些國(guó)家生產(chǎn)的包裝機(jī)，該機(jī)的通用標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件是70%左右，有的高達(dá)90%，產(chǎn)品更新快。 B.稱重機(jī)械更加快速，自動(dòng)組合。機(jī)械設(shè)備的高速是實(shí)現(xiàn)社會(huì)的高速發(fā)展的基本措施。它是提高設(shè)備生產(chǎn)效率的主要途徑。因此，包裝機(jī)的工作速度是衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)..該稱重機(jī)高速，隨著聯(lián)動(dòng)相應(yīng)設(shè)備的自動(dòng)化，提出了更高的要求。 C.重視高新技術(shù)的應(yīng)用，使稱重機(jī)械功能日趨先進(jìn)和可靠的。在本文中，定量稱重灌裝設(shè)備，是發(fā)展的方向，各種形式的稱重灌裝設(shè)備的發(fā)展，努力提高灌裝速度和精度以及穩(wěn)定性和可靠性，并與自動(dòng)包裝設(shè)備。 1.3.2 稱重機(jī)械設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題 稱重計(jì)量包裝機(jī)由于稱重機(jī)械動(dòng)作復(fù)雜而頻繁，執(zhí)行元件比較多，若采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的故障率高、動(dòng)作不準(zhǔn)確、包裝質(zhì)量不穩(wěn)定、灌裝精度低、停機(jī)維修時(shí)間多等弊病。因此，研制和發(fā)展包裝機(jī)時(shí)，重視高新技術(shù)的應(yīng)用，是提高其先進(jìn)性、可靠性的主要途徑。 另外，跟國(guó)外稱重機(jī)械設(shè)計(jì)水平相比，我國(guó)的包裝機(jī)設(shè)計(jì)雖然品種繁多，但是其適應(yīng)面窄，基本上只是針對(duì)單一品種單一定量的產(chǎn)品包裝，面對(duì)品種繁多的商品自動(dòng)化包裝要求，跟不上包裝形式，同時(shí)，由于其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化水平低，其生產(chǎn)成本相對(duì)偏高。這些都是需要在以后的包裝機(jī)設(shè)計(jì)中著力解決的。 1.4 顆粒物料定量灌裝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 1.4.1 主要構(gòu)思 簡(jiǎn)單介紹：設(shè)計(jì)中采用稱重儀表進(jìn)行稱重，顯示物料的重量值，并以稱重傳感器的輸出信號(hào)為判斷依據(jù)，稱重儀表和稱重傳感器配合完成物料的定量稱重,同時(shí)用PLC來(lái)控制系統(tǒng)灌裝動(dòng)作順序，并配以相關(guān)的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)了顆粒物料喂料、定量稱重、半自動(dòng)灌裝等環(huán)節(jié)的電氣系統(tǒng)的控制。 喂料系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、夾袋排料系統(tǒng)由PLC控制喂料電磁閥、排料電磁閥和夾袋電磁閥的通斷，從而利用氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)料斗閥門的打開(kāi)與關(guān)閉和物料袋子的夾緊與松開(kāi)。 1.4.2 主要工作任務(wù)及技術(shù)參數(shù) 一、工作任務(wù) a. 確定料斗秤電氣控制的總體設(shè)計(jì)方案； b. 完成電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制相關(guān)電氣圖； c. 完成元器件的選型； d. 編寫(xiě)PLC控制系統(tǒng)程序； e. 整理設(shè)計(jì)資料，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明準(zhǔn)備答辯工作。 二、料斗秤的主要技術(shù)參數(shù) ·灌裝物料：松散態(tài)顆粒物料； ·灌裝精度：±0.2%（動(dòng)態(tài)）； ·灌裝速度：3～4袋/分鐘，（灌裝10kg和5kg的速度可達(dá)4～8袋/分鐘）實(shí)際灌裝速度取決于供料速度及人工的操作速度； ·灌裝重量：5kg～10kg可調(diào)和10kg～25kg可調(diào)； ·溫度濕度：0～40℃ 85%； ·電 源：AC 220V±10% 50Hz； ·氣 源：P≥0.6MPa Q≥0.9m3/h； ·外形尺寸：720×670×1980mm 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 料斗秤的工作原理及特點(diǎn) 2.1.1 料斗秤的工作原理 定量稱重料斗秤工作原理在于，需要給定灌裝規(guī)格，根據(jù)需要設(shè)定的稱重值，將灌裝重量值與設(shè)定稱重值作比較，進(jìn)行灌裝。本系統(tǒng)以稱重傳感器的輸出信號(hào)為判斷依據(jù)，利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒料斗秤的控制,實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)定量灌裝。其基本工作過(guò)程分為夾袋-喂料-稱重-排料四個(gè)階段。此類料斗秤適用于灌裝流動(dòng)性較好的顆粒狀物料，如大米、小麥、尿素、玉米、飼料、白糖等，并且受外界環(huán)境影響小，灌裝精度高，性能穩(wěn)定。其工作原理框圖如圖2-1所示。 圖2-1 工作原理框圖 2.1.2 料斗秤的特點(diǎn) ? 主體結(jié)構(gòu)由供料裝置、稱重裝置、夾袋裝置、機(jī)架、數(shù)控主板和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成。 ? 供料裝置采用了多次喂料的供料方式以保證灌裝過(guò)程的穩(wěn)定、準(zhǔn)確。 ? 計(jì)量裝置采用了日本AD公司的電子稱重式計(jì)量裝置，確保了灌裝的高計(jì)量精度。 ? 具有高速A\D轉(zhuǎn)換和優(yōu)異的數(shù)字抗干擾性能。 ? 靈活的功能選擇和設(shè)置，可隨時(shí)顯示皮重、目標(biāo)重量、累計(jì)袋數(shù)和累計(jì)重量等。 ? 操作簡(jiǎn)便。設(shè)備由按鈕啟動(dòng)后即可投入自動(dòng)喂料、稱重、卸料操作，操作人員只需做袋套、按夾袋開(kāi)關(guān)、封袋口三種操作。 ? 具有應(yīng)急功能，可通過(guò)“停止”按鈕使機(jī)器緊急停機(jī)。 ? 具有料位檢測(cè)功能。當(dāng)料位低于規(guī)定高度時(shí)，機(jī)器自動(dòng)停止灌裝；待料位達(dá)到規(guī)定高度時(shí)，又自動(dòng)恢復(fù)連續(xù)定量灌裝。 ? 遇有特殊情況，具有“手動(dòng)排料”功能。 2.2 料斗秤的控制系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)主要有主控單元、電子稱重計(jì)量單元兩大部分組成。主控單元是由PLC及其相應(yīng)的控制執(zhí)行回路組成，主要實(shí)現(xiàn)了定量稱重包裝系統(tǒng)各個(gè)工序的自動(dòng)控制功能。電子稱重計(jì)量單元是由稱重儀表和稱重傳感器及相應(yīng)的測(cè)量構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了顆粒物料的稱重分包和單包裝質(zhì)量數(shù)字顯示。 2.3 總體方案設(shè)計(jì) 在物料灌裝過(guò)程中，要自動(dòng)完成夾袋、供料、稱重和排料等加工操作，所以由圖2-1所示，本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)由供料裝置、稱重裝置、夾袋裝置、機(jī)架、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成，由PLC控制整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作順序。 2.3.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) （1）根據(jù)料斗秤的工作原理確定總體方案的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)從電氣控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)方面都將稱重過(guò)程分為兩個(gè)階段，即快喂料階段和細(xì)喂料階段?？煳沽想A段保證稱重的速度，細(xì)喂料階段保證稱重的精度。采用兩次喂料的供料方式來(lái)保證灌裝過(guò)程的穩(wěn)定、準(zhǔn)確。系統(tǒng)控制圖如圖2-2所示： 圖2-2 系統(tǒng)控制圖 （2）設(shè)備主控面板上設(shè)置運(yùn)行啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、夾袋按鈕和手動(dòng)排料按鈕，由啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)后即可投入自動(dòng)喂料、稱重、夾袋排料等加工操作過(guò)程，操作人員只需按夾袋按鈕，如遇到該袋稱重不準(zhǔn)或其它原因的需要單獨(dú)排料時(shí)，按“手動(dòng)排料”按鈕、停止按鈕即可。 （3）料斗秤的電氣控制主要由PLC來(lái)控制，在稱量斗兩端安裝稱重傳感器，稱重傳感器輸出信號(hào)給PLC,PLC控制電磁閥的通斷,粗喂料閥門和細(xì)喂料閥門由電磁閥控制，通過(guò)氣動(dòng)系統(tǒng)在氣缸作用下打開(kāi)為排料，關(guān)閉為進(jìn)料和稱量。另外在供料斗上安裝料位傳感器，來(lái)檢測(cè)料斗中物料的位置，即當(dāng)料位低于規(guī)定高度時(shí)，機(jī)器自動(dòng)停止灌裝；待料位達(dá)到規(guī)定高度時(shí)，又自動(dòng)恢復(fù)連續(xù)定量灌裝。 （4）稱重裝置采用日本AD公司的電子稱重式計(jì)量裝置，具有設(shè)定、置零、去皮、凈重/毛重、輸入、退出、緊急停止、置零清除、皮重清除、累計(jì)清除等顯示功能，確保了灌裝的高計(jì)量精度。按“運(yùn)行”按鈕鍵，稱重儀表接收該運(yùn)行信號(hào)后開(kāi)始工作,PLC發(fā)出排料啟動(dòng)信號(hào)給稱重儀表請(qǐng)求排料,稱重儀表接收到信號(hào)后，發(fā)出排料信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行排料。稱重儀表發(fā)出排料完成信號(hào)給PLC,PLC接收到該信號(hào)后，系統(tǒng)發(fā)出松袋信號(hào)，同時(shí)發(fā)出下一袋稱重運(yùn)行信號(hào)給稱重儀表，開(kāi)始下一袋的自動(dòng)稱重過(guò)程。PLC接到停止信號(hào)后，就中斷程序的運(yùn)行，發(fā)出停止運(yùn)行指令給稱重儀表，讓稱重儀表停止工作。 總之，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有良好的人機(jī)交互界面，通過(guò)按鈕可選擇幾種生產(chǎn)線上常見(jiàn)的顆粒物料種類和灌裝目標(biāo)值,并通過(guò)修改程序?qū)崿F(xiàn)其它品種的自動(dòng)灌裝。本系統(tǒng)通過(guò)稱重儀表實(shí)現(xiàn)了稱量結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示。 2.3.2 控制電路圖設(shè)計(jì) 給系統(tǒng)上電：兩相AC380V經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)保護(hù)后、經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)化為AC220V，給稱重儀表、PLC提供電源，同時(shí)AC220V經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成DC24V，為傳感器、電磁閥等提供電源。 2.3.3 PLC整體控制設(shè)計(jì) 可編程邏輯控制器（PLC）是應(yīng)用范圍極廣的機(jī)電一體化產(chǎn)品，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展十分迅速，工作可靠，工作現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接輸入和輸出連接，組合靈活，編程簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行速度快。在工廠自動(dòng)化（FA）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），一個(gè)重要的位置。今天的PLC功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，PLC在小型PLC控制幾十個(gè)產(chǎn)品大型PLC千點(diǎn)和總線和網(wǎng)絡(luò)能力越來(lái)越強(qiáng)，易與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成。 PLC采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中，要改變控制邏輯，只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)連接少，體積小，功耗低和PLC的所謂“軟繼電器”的實(shí)質(zhì)是存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，所以軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量是無(wú)限的，靈活性和可擴(kuò)展性的PLC控制系統(tǒng)。與PLC采用集成電路作為定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)速范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，以及PLC具有計(jì)數(shù)功能，和電氣控制系統(tǒng)一般不有計(jì)數(shù)功能。此外，PLC還具有自診斷功能，可以檢測(cè)自身的故障，隨時(shí)顯示給操作者，并可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視和控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。 本設(shè)計(jì)采用的整個(gè)操作過(guò)程的袋式PLC控制系統(tǒng)進(jìn)料稱重放電動(dòng)作序列。該設(shè)計(jì)包括PLC的選型，I/O點(diǎn)分配表和外部接線，根據(jù)工作流的PLC梯形圖，等等， 3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 元器件的選型 3.1.1 稱重儀表的選型 稱重儀表一般由模擬電路和數(shù)字電路兩部分組成。模擬電路包括電源、前置放大器、濾波器、A／D轉(zhuǎn)換等；數(shù)字電路包括主處理器、輔助處理器、各種存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)和顯示器等。根據(jù)儀表的功能和靈敏度本設(shè)計(jì)可以采用日本著名廠商AND公司最新推出的高性能稱重儀表AD-4401，它是當(dāng)今世界上具有優(yōu)良性能價(jià)格比的稱重控制器。該表采用最新技術(shù)，它不僅匯聚了同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，而且增加了許多重要功能，更加適合用戶需要，廣泛應(yīng)用于定量包裝秤、失重秤、流量秤及配料控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)和規(guī)格參數(shù)如下： 一、主要特點(diǎn) 1）每秒100次采樣處理速度； 2）A/D內(nèi)碼百萬(wàn)個(gè)，顯示分辯1/16000； 3）采用內(nèi)碼（外碼）比較監(jiān)控稱重配料更準(zhǔn)確； 4）自動(dòng)落差控制、模糊控制補(bǔ)償 ； 5）自動(dòng)累積顯示； 6）輸入輸出控制功能用戶可編程定義； 7）10臺(tái)AD4401通過(guò)RS422/485與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)； 8）數(shù)字校準(zhǔn)功能 二、技術(shù)性能參數(shù) （1）模擬與A/D轉(zhuǎn)換部分 輸入靈敏度: 0.3 uv/d； 最大輸入范圍: 36mv； 零點(diǎn)調(diào)整范圍: 0mv～20mv； 傳感器供橋電源: 10VDC±5% 230MA； 非線性度：±0.01%FS； A/D分辨率：1/1,000,000； A/D采樣次數(shù)：100次/秒 （2）數(shù)字部分 主顯示器：7段熒光管，13mm高，重量顯示：17位； 輔助顯示器：7段熒光管，7mm高，8位顯示；皮重、定量值、累計(jì)值、累計(jì)次數(shù)、設(shè)定值 ； 顯示分辯率：1/16000； 最小分度： 1，2，5，10，20，50； 最大顯示值：999950； 功 能 鍵：設(shè)定、置零、去皮、凈重/毛重、輸入、退出、F； F用戶定義鍵：緊急停止、置零清除、皮重清除、累計(jì)清除、打印、保持、啟動(dòng)； 輸出輸入控制（I/O）用戶自定義各端子功能： 輸入：14種功能，選6位； 輸出：16種功能選8位； 設(shè) 定：鍵盤(pán)設(shè)定或設(shè)定器設(shè)定； 設(shè)定內(nèi)容：基本功能：22項(xiàng)； 輸出輸入：14+18項(xiàng)； 接 口：3項(xiàng) （3）接口 標(biāo)準(zhǔn)串行接口（電流環(huán)）； 并行 BCD/out OP1； 繼電器輸出 OP2； 串行接口 RS－422/485 OP3； 串行接口 RS－232C OP4； 設(shè)定單元 OP5； 模擬輸出 （4－20mA）OP7 （4）工作條件： 電源：200～240V 50/60HZ； 工作溫度：－5℃～＋40℃； 存放溫度：－15℃～+70℃； 工作濕度：不大于85%（無(wú)結(jié)霜）； 外形尺寸：144（W）×72(H)×197(D)mm； 安裝尺寸：138×68mm 3.1.2 傳感器的選型 稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為工業(yè)控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。 一、稱重傳感器的選擇 稱重傳感器是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出裝置，是電子衡器中最重要的檢測(cè)元件，只有稱重傳感器將秤體承受的重力準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，稱重顯示儀表才能正確地計(jì)算和顯示重量值。 1．要考慮稱重傳感器的實(shí)際工作環(huán)境 工作環(huán)境對(duì)稱重傳感器造成的影響主要有以下幾個(gè)方面： (1) 稱重傳感器是一種電子器件，在易燃、易爆環(huán)境下工作，一旦發(fā)生問(wèn)題不僅會(huì)造成人身、沒(méi)備傷害，也會(huì)徹底破壞電子衡器。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的稱重傳感器必須有很好的防爆性能，必須選用專用的防爆傳感器，其密封外罩不僅要考慮密閉性，還要考慮防爆強(qiáng)度。 (2) 高溫會(huì)造成傳感器外層防護(hù)材料熔化、內(nèi)部焊點(diǎn)開(kāi)焊、彈性體變形產(chǎn)生附加應(yīng)力等，同時(shí)高溫還會(huì)使傳感器的輸出信號(hào)產(chǎn)生溫漂，造成稱重信號(hào)的錯(cuò)誤和不穩(wěn)定。因此，在熔煉、鑄造設(shè)備附近等高溫環(huán)境下，必須選用耐高溫傳感器，并采用隔熱、降溫和溫度補(bǔ)償措施。 (3) 粉塵、潮濕及腐蝕性環(huán)境下，易造成傳感器彈性體受損和內(nèi)部短路。因此，應(yīng)選用密閉性、抗腐蝕性能高的稱重傳感器，且防護(hù)等級(jí)應(yīng)至少達(dá)JIP67級(jí)。 2. 要考慮稱重傳感器的適用范圍，正確選擇傳感器形式，稱重傳感器有多種分類： (1) 按工作原理分類：電阻應(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式等; (2) 按物理機(jī)構(gòu)分類：懸臂梁式、橋式、柱式、板式、S形式等 ; (3) 按彈性體材質(zhì)分類：合金鋼式、鋁合金式等。 3．稱重傳感器數(shù)量和量程的選擇 (1) 傳感器數(shù)量的選擇 傳感器數(shù)量的選擇需要根據(jù)電子衡器的用途、秤體結(jié)構(gòu)、支撐點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體的物理結(jié)構(gòu)、取心確定)來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就應(yīng)選用幾個(gè)傳感器。但有些特殊的電子衡器(如電子吊秤、機(jī)電結(jié)合電子秤)，應(yīng)根據(jù)秤體特殊結(jié)構(gòu)確定使用傳感器的數(shù)量。 (2) 傳感器的量程選擇 傳感器量程的選擇是依據(jù)電子衡器的最大秤量、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定的。理論上說(shuō)，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。 傳感器量程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式: 在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證而確定，公式如下： ? ? C＝K0K1K2K3 ( Wmax+W )/ N （3-1） ?? C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K1值是根據(jù)以下使用條件確定的：a)當(dāng)N個(gè)傳感器均勻受載，且在無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊條件下工作時(shí)，K1=1.1-1.3；b)當(dāng)偶爾有沖擊振動(dòng)的情況時(shí)，K1=1.3-1.5；c)當(dāng)在有重復(fù)性的沖擊振動(dòng)條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重時(shí)，K1=1.7；當(dāng)N個(gè)傳感器不均勻受載時(shí)，則根據(jù)偏載可能形成的最大載荷乘以上述系數(shù)即可；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。 ?? ? 設(shè)計(jì)中被稱重物料凈重的最大值Wmax取10kg，秤體自重W估算為10kg，設(shè)計(jì)根據(jù)稱體結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)稱重傳感器，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，選取保險(xiǎn)系數(shù)K0＝1.25，沖擊系數(shù)K1＝1.2，重心偏移系數(shù)K2＝1.03，風(fēng)壓系數(shù)K3＝1.02，確定傳感器的量程。 根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（3-1）：C＝K0 K1 K2 K3（Wmax＋W）/N 可知： C＝1.25×1.2×1.03×1.02×（10＋10）／2＝16kg 因此，可選用量程為20kg的S型稱重傳感器（根據(jù)安裝方式可選STC型傳感器，其量程有5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、200kg、300kg、500kg）。如圖3-1所示為STC型傳感器，其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合如下： 圖3-1 S型稱重傳感器（ 型號(hào)：STC） S型稱重傳感器產(chǎn)品特點(diǎn)： 1) 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便； 2) 拉、壓力均可； 3) 綜合精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好； 4) 優(yōu)質(zhì)合金鋼，表面鍍鎳； 適用于吊鉤秤、機(jī)電結(jié)合秤、料斗秤、料罐秤、包裝秤、配料稱重控制、試驗(yàn)機(jī)、力的監(jiān)控及測(cè)量。 (3) 傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)選擇 傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線性、溫度影響、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時(shí)候，不要單純追求高等級(jí)的傳感器，而是既要考慮滿足電子衡器的準(zhǔn)確度要求，又要考慮其成本。對(duì)傳感器等級(jí)的選擇必須滿足儀表輸入的要求。 稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計(jì)算結(jié)果須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。 傳感器和儀表的匹配公式： 傳感器輸出靈敏度×激勵(lì)電源電壓×秤的最大稱量÷（秤的分度數(shù)×傳感器的個(gè)數(shù)×傳感器量程）≥儀表的輸入靈敏度 (3-2) 本設(shè)計(jì)中稱量10kg的定量稱重斗，最大分度數(shù)為2000個(gè)分度；秤體采用2只型號(hào)為STC的S型稱重傳感器，靈敏度為2.0±0.002mV／V，供橋電壓為15V；秤采用AD-4401稱重儀表。檢驗(yàn)采用型號(hào)STC的S型稱重傳感器能否與儀表匹配。 ? AD-4401稱重儀表的輸入靈敏度為0.3μV／d，因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式(3-2)可得儀表的實(shí)際輸入靈敏度為： 2000 μV／V×15×10／(2000×2×20)＝3.75μV／d＞0.3μV／d 所以，采用的STC型稱重傳感器滿足AD-4401稱重儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選AD-4401稱重儀表匹配。 所選STC型稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)如表3-1所示。 二、料位傳感器的選擇 LS-DCA型射頻電容式物位限位開(kāi)關(guān)（下稱限位開(kāi)關(guān)）是一種新型的物位儀表。可對(duì)塊狀、顆粒狀、粉末狀及液態(tài)物料料倉(cāng)的料位及液位進(jìn)行控制或上、下 限位報(bào)警，適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、多粉塵的惡劣環(huán)境；在冶金、石油、化 工、輕工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛,根據(jù)設(shè)計(jì)需要可采用此類功能 的限位開(kāi)關(guān)。 1. 工作原理 當(dāng)傳感器安裝于倉(cāng)體上時(shí)，探極和倉(cāng)壁分別相當(dāng)于電容器的兩個(gè)極板,由于 表3-1 STC型稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí) 額定載荷（R.C.） kg t 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 ?1, 2, 3, 5 額定輸出（R.O.） mV/V 2±0.0050 零點(diǎn)平衡 mV/V ±0.018 綜合誤差 %R.O. ±0.030 非線性 %R.O. ±0.030 滯后 %R.O. ±0.020 重復(fù)性 %R.O. ±0.170 蠕變（30分鐘） %R.O. ±0.024 正常工作溫度范圍 ℃ -10+40 允許工作溫度范圍 ℃ -20+70 溫度對(duì)靈敏度影響 %R.O./10 ℃ ±0.02 溫度對(duì)零點(diǎn)影響 %R.O./10 ℃ ±0.02 推薦激勵(lì)電壓 VDC 10 最大激勵(lì)電壓 VDC 15 輸入阻抗 Ω 380±5 輸出阻抗 Ω 350±3 絕緣阻抗 MΩ >5000 安全過(guò)載 %R.C. 150 極限過(guò)載 %R.C. 300 彈性元件材料 -- 合金鋼 防護(hù)等級(jí) -- IP65/ IP66 電纜線長(zhǎng)度 m 3m(5-50kg)，5m(100kg-5t) 接線方式 激勵(lì) 紅：＋ 黑：– 信號(hào) 綠：＋ 白：– 被測(cè)物料的介電常數(shù)與空氣不同，所以倉(cāng)內(nèi)物位發(fā)生變化時(shí)會(huì)引起探極對(duì)倉(cāng)壁間的電容量發(fā)生變化，當(dāng)該電容量大于用戶的設(shè)定值時(shí)，限位開(kāi)關(guān)內(nèi)的繼電器動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量達(dá)到控制（或報(bào)警）的目的。 2. 主要技術(shù)指標(biāo) 儀表部分： 1） 工作環(huán)境：溫度 -10—60℃ / -30—85℃ 濕度≤90% 2） 電源電壓：AC 220V±10% 50Hz / DC 24V 3） 功 耗：≤3W 4） 輸出信號(hào)：一組繼電器接點(diǎn)輸出（觸點(diǎn)容量 AC220V 1A, ） 5） 輸出延時(shí)：內(nèi)部輸出延時(shí)3秒 6） 安裝結(jié)構(gòu)：與傳感器一體化結(jié)構(gòu) 探級(jí)部分：分為棒式探極、纜式探極、同軸探極、平面探極 a) 普通型：倉(cāng)內(nèi)溫度：-30-100℃ 倉(cāng)內(nèi)壓力：常壓 倉(cāng)內(nèi)介質(zhì)：無(wú)腐蝕性，一般粘度，一般沖擊 b) 特殊型：倉(cāng)內(nèi)溫度：-30-600℃ 倉(cāng)內(nèi)壓力：不大于4Mpa 倉(cāng)內(nèi)介質(zhì)：強(qiáng)腐蝕，高粘度，強(qiáng)沖擊 c) 安裝接頭：R1/R1.5 管螺紋 根據(jù)料倉(cāng)容積和介質(zhì)選用普通型的棒式探級(jí)。 3. 安裝方法 如安裝示意圖3-2所示，限位開(kāi)關(guān)通常采用側(cè)裝（在倉(cāng)壁側(cè)面安裝）方式安裝于倉(cāng)體側(cè)壁對(duì)料位高度進(jìn)行上下限位置的檢測(cè)，當(dāng)倉(cāng)體不便側(cè)面開(kāi)孔時(shí)可采用頂裝（在倉(cāng)的頂部安裝）方式。本設(shè)計(jì)中可以選擇側(cè)裝方式。 頂裝時(shí)電極距倉(cāng)壁距離應(yīng)大于200mm,應(yīng)選擇能避開(kāi)進(jìn)料時(shí)物料沖擊的位置。 倉(cāng)壁為混凝土?xí)r應(yīng)使限位開(kāi)關(guān)外殼接通鋼筋，倉(cāng)壁為非金屬時(shí)應(yīng)加裝輔助探極（對(duì)于固體物料）或使用同軸探極（對(duì)于液體）。 注:用戶拆裝限位開(kāi)關(guān)時(shí)禁止用手抱住殼體擰動(dòng)，應(yīng)使用扳手?jǐn)Q動(dòng)六角螺栓。上限位（頂裝） 上限位（側(cè)裝） 下限位(側(cè)裝) 圖3-2 限位開(kāi)關(guān)的安裝方法 4. 調(diào)試方法 用戶應(yīng)在確定傳感器探頭未被物料埋沒(méi)條件下進(jìn)行標(biāo)定，具體標(biāo)定步驟如下： 第一步：確認(rèn)探頭未被物料埋沒(méi)（空倉(cāng)或物料距離探頭50cm以上），上電15分鐘。 第二步：觀察“頻率顯示值”并記錄此數(shù)值。 第三步：用該“頻率顯示值”減去50便得出“動(dòng)作頻率值”；然后用小改錐將“動(dòng)作頻率值”設(shè)置到“動(dòng)作頻率設(shè)定”旋轉(zhuǎn)數(shù)碼開(kāi)關(guān)上，至此標(biāo)定結(jié)束。 注：如傳感器作為下限位檢測(cè)，將“上/下限位”選擇開(kāi)關(guān)置于下限位位置。 3.1.3 氣缸的選型 一、閥門驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)和選擇 （1）閥門驅(qū)動(dòng)方式的分類 按驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，閥門驅(qū)動(dòng)裝置分類如表3-2所示： （2）各類閥門驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)，如表3-3所示： 表3-2 閥門的驅(qū)動(dòng)方式 手動(dòng)驅(qū)動(dòng) 手柄手輪式（包括通過(guò)中間齒輪減速） 彈簧杠桿式 電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電磁式 電動(dòng)機(jī)式 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 1)隔膜式 2)氣缸式 活塞氣缸式 活塞齒條式 活塞連桿式 活塞拔叉式 活塞螺桿式 3)葉片式 4)空氣發(fā)動(dòng)機(jī)式 5)薄膜和棘輪組合式 液動(dòng)驅(qū)動(dòng) 液壓缸式 液壓馬達(dá)式 聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電液聯(lián)動(dòng) 根據(jù)表3-2、表3-3驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)比較以及設(shè)計(jì)中需要，采用氣動(dòng)為主要的驅(qū)動(dòng)裝置。（即用氣缸來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)） 二、氣缸的計(jì)算與選型 1.氣缸的選擇方法 首先，根據(jù)對(duì)氣缸的工作要求，選定氣缸的規(guī)格：氣缸和行程。按氣缸的工作要求的行程加上適當(dāng)余量，依此值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)行程作為預(yù)選行程，其次還應(yīng)考慮：環(huán)境條件（溫度、粉塵、腐蝕性等），安裝方式，活塞桿的連接方式（內(nèi) 外螺紋、球鉸等）等。 1）缸徑D的計(jì)算 由已知?dú)飧姿鶐У呢?fù)載、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及工作壓力，就可以進(jìn)行氣缸缸徑D的計(jì)算和選用了。缸徑計(jì)算步驟如下： （a） 根據(jù)氣缸所帶的負(fù)載，計(jì)算氣缸的軸向負(fù)載力F。 （b） 由氣缸的平均速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載率。氣缸的運(yùn)動(dòng)速度越高，負(fù)載率應(yīng)選得越低。 表3-3 閥門驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn) 電動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 1、適用性較強(qiáng)，不受環(huán)境溫度影響 2、輸出轉(zhuǎn)矩范圍廣 3、控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脈沖等各種信號(hào)，適于放大、記憶、邏輯判斷和計(jì)算等工作 4、可實(shí)現(xiàn)超小型化 5、具有機(jī)械自鎖性 6、安裝方便 7、維護(hù)檢修方便 缺點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 2、機(jī)械效率低，一般只有25％～60％ 3、輸出轉(zhuǎn)速不能太低或太高 4、易受電源電壓、頻率變化的影響 液動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小 2、輸出力大 3、容易獲得低速或高速，能無(wú)級(jí)變速 4、能遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制 5、由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤(rùn)滑性能和防銹性能 缺點(diǎn) 1、油溫變化引起油粘度的變化 2、液壓元件和管道易滲漏 3、陪管，維修不方便 4、不適于對(duì)于信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算 氣動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2、氣源容易獲得 3、能得到較高的開(kāi)關(guān)速度 4、可安裝調(diào)速器，使開(kāi)關(guān)速度按需要進(jìn)行調(diào)整 5、氣體壓縮性大，關(guān)閉時(shí)有彈性 缺點(diǎn) 1、與液動(dòng)裝置相比結(jié)構(gòu)較大，不適于大口徑高壓力的閥門 2、因氣體有壓縮性，所以速度不易均勻 （c） 若系統(tǒng)工作壓力為0.6MPa時(shí)，氣缸的工作壓力計(jì)算時(shí)一般選為0.4MPa。這是由于氣缸工作時(shí)氣缸腔室里的壓力受到管路充放氣以及氣缸速度的影響，不可能達(dá)到系統(tǒng)工作壓力。當(dāng)然，系統(tǒng)工作壓力低于0.6MPa，計(jì)算時(shí)工作壓力也作相應(yīng)的調(diào)整。 （d） 由氣缸的理論輸出力計(jì)算公式、負(fù)載率及工作壓力p即能算出缸徑。由計(jì)算的缸徑再圓整到標(biāo)準(zhǔn)缸徑。 2）行程的選擇 氣缸行程應(yīng)選擇生產(chǎn)廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)行程。但有的用戶不是這樣選的，而是根據(jù)實(shí)際計(jì)算值選擇的，這樣的選擇是不合理的。若氣缸用作推送重物或擠壓工件，當(dāng)氣缸行程達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，工作氣壓作用在活塞上的力完全有可能全部作用在氣缸上，而不是通過(guò)活塞桿作用在重物或工件上。也就是說(shuō)，由于制造公差或安裝誤差，氣缸行程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，重物或工件沒(méi)有受到氣缸輸出力的作用。當(dāng)然，選用標(biāo)準(zhǔn)行程就避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。 3) 活塞桿的連接 活塞桿與工件之間的連接宜采用柔性連接，用來(lái)補(bǔ)償軸向或徑向偏差一級(jí)與氣缸在一個(gè)平面上實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)連接?？刹捎肶形帶銷接頭、關(guān)節(jié)軸承接頭、自對(duì)中球鉸接頭。 4) 氣缸安裝方式 氣缸的安裝方式多種多樣，以方便于不同的應(yīng)用場(chǎng)合選用。按連接方式，氣缸安裝方式可分為固定式和非固定式兩種。 采用腳架式、法蘭式安裝時(shí)，應(yīng)盡量避免安裝螺栓本身直接受推力或拉力負(fù)載；同時(shí)，要使安裝底座有足夠的剛性，以避免安裝底座因剛性不足受推力而發(fā)生的變形。采用尾部懸掛中間擺動(dòng)式安裝時(shí)，活塞桿頂端連接銷位置與安裝件軸的位置處于同一方向。采用中間軸銷擺動(dòng)式安裝時(shí)，除注意活塞桿頂端連接的位置外，還應(yīng)注意氣缸軸心線與軸支架的垂直度。氣缸的中心應(yīng)盡量靠近銷軸的支點(diǎn)，以減小彎矩，使氣缸活塞桿的導(dǎo)向套不致承受過(guò)大的徑向載荷。缸體的中心高度比較大時(shí)，可將安裝螺栓加粗或?qū)⒙菟ǖ拈g距加大。 5) 工作環(huán)境 通常規(guī)定氣缸的工作環(huán)境溫度5～60。氣缸在5以下場(chǎng)合使用，有時(shí)會(huì)因壓縮空氣中所含的水分凝結(jié)給氣缸動(dòng)動(dòng)作帶來(lái)不利影響。此時(shí)，要求空氣的露點(diǎn)溫度低于環(huán)境溫度5以下防止空氣中的水蒸氣凝結(jié)。同時(shí)要考慮在低溫下使用的密封件潤(rùn)滑油。另外，在低溫環(huán)境中的空氣會(huì)在活塞桿上凍結(jié)。若氣缸的工作頻率度較低時(shí)，可在活塞桿上涂潤(rùn)滑脂，這樣活塞桿上就不會(huì)結(jié)冰。在高溫使用時(shí)可選用耐熱氣缸。同時(shí)注意，高溫空氣對(duì)行程開(kāi)關(guān)、管件及換向閥的影響。 6) 氣缸的使用注意事項(xiàng) （a）正常工作條件 工作起源壓力在0.3～0.6MPa范圍，環(huán)境溫度在-5～范圍。 （b）輸出力的大小 氣缸的輸出力（推力或拉力）應(yīng)根據(jù)外部負(fù)載的性質(zhì)（阻抗負(fù)載、慣性負(fù)載）、大小、活塞運(yùn)動(dòng)速度統(tǒng)一考慮。 （c）行程一般不使用滿行程，特別是在活塞桿伸出時(shí)，應(yīng)避免活塞撞擊缸蓋。氣缸的行程應(yīng)當(dāng)精確地符合設(shè)計(jì)工況的要求。當(dāng)需要對(duì)重負(fù)載緩沖時(shí)，這點(diǎn)是非常重要的。 （d）安裝形式的選擇 由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場(chǎng)合下，多用固定式氣缸。在需要隨同工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等）應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在既要求活塞桿做直線運(yùn)動(dòng)，又要求缸體本身做較大圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時(shí)，可選用相適應(yīng)的特種氣缸。 （e）活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度 其影響因素很多，但氣缸進(jìn)氣管內(nèi)徑的大小影響較大。由于空氣介質(zhì)的壓縮性，氣缸速度一般控制在50～500mm/s之間。如果要求高速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選用大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道。對(duì)于行程中途有變動(dòng)的情況，為使氣缸速度平穩(wěn)，可選用氣—液阻尼缸。當(dāng)要求行程終端無(wú)沖擊時(shí)，則應(yīng)選用緩沖氣缸。 （f）壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)凈化處理，在氣缸進(jìn)氣口前應(yīng)安裝油霧器（不供油氣缸例外），以利氣缸工作時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑。在灰塵大的場(chǎng)合，運(yùn)動(dòng)件應(yīng)設(shè)防塵罩。 2、氣缸的計(jì)算 1) 理論輸出力 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，在這里只分析普通雙作用氣缸的計(jì)算方法，其它的氣缸理論輸出力的計(jì)算公式見(jiàn)表3-4。 雙作用氣缸的理論推力為 （N） (3-3) 式中 D——缸徑 （m）； P——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）。 其理論拉力為 （N） (3-4) 式中 d——活塞桿直徑,估算時(shí)可令的d=0.3D。 表3-4 理論輸出力的計(jì)算公式 形式 雙作用氣缸 單作用氣缸 預(yù)縮型 預(yù)伸型 推力 拉力 2）實(shí)際輸出力 氣缸加載時(shí)實(shí)際所能輸出的軸向力，受到氣缸活塞和活塞桿本身的摩擦力影響，用氣缸效率表示，氣缸的效率與氣缸的缸徑D和工作壓力p有關(guān)。缸徑增大，工作壓力提高，則氣缸效率增加。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取=0.3～0.5，速度高時(shí)取小值，速度小時(shí)取大值。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，可只考慮其總阻力，其載荷可取=0.7～0.85，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)速度時(shí)取大值，時(shí)取小值。 普通雙作用氣缸的實(shí)際輸出推力 （3-5） 實(shí)際輸出拉力為 （3-6） 3）負(fù)載率 從對(duì)氣缸特性研究知道，要精確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的，于是在研究氣缸的性能和選擇確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率的概念。 氣缸負(fù)載率的定義是： （3-7） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由工況所決定的。若確定了氣缸負(fù)載率，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算出氣缸的缸徑。氣缸負(fù)載率的選擇與氣缸的氣缸負(fù)載性能及氣缸的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，參見(jiàn)表3-5。 阻性負(fù)載是指不產(chǎn)生慣性力的靜負(fù)載，如氣缸用作氣動(dòng)夾具夾持的負(fù)載就是阻性負(fù)載。而慣性負(fù)載是指產(chǎn)生慣性力的動(dòng)負(fù)載，如氣缸用來(lái)推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力。 表3-5 氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和負(fù)載率 阻行負(fù)載 （靜負(fù)載） 慣性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度 <100mm/s 100～500mm/s >500mm/s 0.8 0.65 0.5 0.35 4）氣缸系列的選擇 根據(jù)MAL系列鋁合金迷你氣缸的特性與規(guī)格，符合設(shè)計(jì)使用要求。如圖3-3。 圖3-3 MAL系列鋁合金迷你氣缸 MAL系列鋁合金迷你氣缸產(chǎn)品特性： 1. 免潤(rùn)滑：采用含油粉末治銅作軸心軸承，使活塞桿無(wú)需加油潤(rùn)滑； 2. 耐久性：氣缸本體、前后蓋經(jīng)過(guò)彩色EP涂裝氧化處理，不僅具有耐磨性、耐腐蝕性，而且更顯外觀小巧、精美； 3. 耐高溫性：氣缸采用高溫密封材料，使氣缸在150oC高溫下正常工作。 規(guī)格如表3-6、表3-7所示： 表3-6 MAL系列鋁合金迷你氣缸規(guī)格 內(nèi)徑(mm) 20 25 32 40 動(dòng)作型式 復(fù)動(dòng)型 工作介質(zhì) 空氣 固定型式 基本型 LB型 FA型 SDB型 使用壓力范圍 1～9Kgf/cm2 保證耐壓力 13.5 Kgf/cm2 使用溫度范圍 -5～70 使用速度范圍 30～800 接管口徑 G1/8n G1/4n 表3-7 MAL系列鋁合金迷你氣缸行程 內(nèi)徑(mm) 標(biāo)準(zhǔn)行程 最大行程 容許行程 20 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 500 800 25 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 800 1200 32 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 800 1200 40 25 50 75 80 100 125 1250 160 175 200 250 300 350 400 450 500 1200 1500 u 供料系統(tǒng)氣缸計(jì)算與選擇 由于這兩個(gè)氣缸主要承受物料的重量和來(lái)自本身的自重，所以氣缸所承受的力大約為200N（物料的重量15kg和自重5kg）。結(jié)合實(shí)際情況由表3-5選擇負(fù)載率=0.5，取工作壓力P=0.4Mpa，由公式（3-7）知： 經(jīng)查表3-6、表3-7可選擇D=40的普通標(biāo)準(zhǔn)氣缸。再考慮到此氣缸的活動(dòng)行程范圍，所以最終選擇氣缸的型號(hào)為：MAL-40×75 u 稱重系統(tǒng)氣缸的計(jì)算與選擇 由于這兩個(gè)氣缸主要承受物料的重量和來(lái)自本身的自重，所以氣缸所承受的力大約為150N（物料的重量10kg和自重5kg）。結(jié)合實(shí)際情況由表3-5選擇負(fù)載率=0.5，取工作壓力P=0.4Mpa，由公式（3-7）知： 經(jīng)查表3-6、表3-7可選擇D=32mm的普通標(biāo)準(zhǔn)氣缸,即可滿足要求。 再考慮到此氣缸的活動(dòng)行程范圍所以最終選擇氣缸的型號(hào)為：MAL-32×50 u 夾袋系統(tǒng)氣缸的計(jì)算與選擇 夾袋系統(tǒng)因只需加緊袋子即可，經(jīng)估算大約需要100N的力。 經(jīng)查表3-6、表3-7這里選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸D=25mm，故選擇D=25mm的普通標(biāo)準(zhǔn)氣缸就滿足了。 再考慮到氣缸的活動(dòng)行程范圍所以選擇氣缸的型號(hào)為：MAL-25×50 3.1.4 電磁閥的選型 電磁閥可以作為氣動(dòng)、液動(dòng)回路自動(dòng)切換或順序控制的執(zhí)行元件，這方面的應(yīng)用較普遍。電磁閥的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，它由兩個(gè)基本功能單元組成，一是電磁線圈(電磁鐵)和磁芯，另一個(gè)是滑閥，即包含數(shù)個(gè)孔的閥體。電磁線圈帶電或失電時(shí)，磁芯的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷。 電磁閥的選擇方法: 1. 首先，選出閥門的接管口徑與工作的氣缸相吻合的電磁閥系列。 根據(jù)所選的工作氣缸的參數(shù)選擇電磁閥系列，根據(jù)VCA系列參數(shù)如表3-9所示，可選擇VCA系列，特點(diǎn)：適合空氣用，體積小、輕；耐久性提高；耐塵、防噴流；配線方式多；可以集裝，最多集裝10位。 2. 按照控制氣缸的動(dòng)作，選出電磁閥的功能。 根據(jù)工作原理只需驅(qū)動(dòng)氣缸讓電磁閥門打開(kāi)、關(guān)閉即可，所以電磁閥只需開(kāi)、關(guān)兩個(gè)位置，控制精度要求不高。選擇二位二通的VCA系列，直動(dòng)式常閉型電磁閥。 3. 電氣規(guī)格的選擇： 1）選擇使用的電流及電壓如表3-8所示： 表3-8 電流及電壓使用表 電流種類 電壓 標(biāo)準(zhǔn) 其它 AC（交流） 110V 220V 24V 48V 100V 200V等 DC（直流） 24V 6V 12V 48V等 根據(jù)需要選擇DC24V。 2）選擇導(dǎo)線引出方式 一般情況下，小型電磁閥的導(dǎo)線引出方式是直接出線式及L或M型插座式，大型的電磁閥是直接出線式及DIN型插座式。 這里的電磁閥采用直接出線式。 4. 配管形式的選擇 有兩種配管形式：直接配管型和底板配管型 1）直接配管型：將連接管直接接到閥體上，價(jià)格較低。 2）底板配管型：由閥體和底板組成，配管只接在地