分选设备的实时控制系统说明书学位论文.docx
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分选设备的实时控制系统说明书学位论文
前言
我们的毕业设计题目是：
分选设备的实时控制系统设计。
它是一个机电一体化系统，包括了三个部分的内容：
机械系统的运动部分、PLC系统的控制部分和组态软件的监控部分。
自从我国加入WTO以后，物流产业得到了迅猛的发展，流通产业的现代化与国际化已是大势所趋，物流装卸机械是实现货物位移的重要手段，物流输送的机械化、自动化、智能化必将加速现代物流技术的高速发展；同时随着科学技术的不断进步，机械制造技术的水平在不断的提高，特别是随着机电一体化技术、计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全盘自动化的时代。
UG（Unigraphics）是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件,作为一个集成的全面产品工程解决方案，UG软件被许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等领域,自从UG进入中国市场以来，发展迅速，已经成为中国航天航空、汽车、机械、计算机及外设、家用电器等领域的首选软件；PLC全称ProgrammableLogicController，即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。
它具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中；MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
通过一系列的软件控制，人类的生产活动将会变得更加的安全、高效。
在本次设计中，综合运用了本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高了自己分析与解决实际问题的能力。
本设计涉及的知识面广、内容多，在设计过程中，由于设计者的水平和资料有限，加之任务较多，设计中有不少不妥和错误之处，敬请老师批评指正。
编者
2006年6月
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
第一章毕业设计任务
1.1设计任务分析
这次我们所作的毕业设计题目是：
分选设备的实时控制系统设计。
此分选系统的机械运动部分由PLC控制以实现自动识别和分选物料，同时用MCGS组态软件仿真并监视分选系统的机械运动。
此分选系统主要由三个部分组成：
机械运动、PLC控制、MCGS监控。
它们之间的相互关系如图1-1所示：
图1-1
1.2设计任务内容
毕业设计任务的主要内容如图1-2所示
图1-2
由图1-2可以看出模型、PLC和MCGS之间的相互关系：
当模型装配好之后需要调试，查看大小齿轮啮合是否正常，运动是否平稳，两个电机的转速是否合适以及6个接近开关能否感应到铁片；PLC程序编写好之后首先需要进行程序调试，查看程序本身是否正确，再和模型连接调试，查看模型是否能按控制要求分选物料；MCGS监控系统设计好之后需要先进行仿真调试，测试仿真效果，再和PLC连接进行监控调试，测试PLC和MCGS之间的信号传递是否顺畅，最后需要将模型、PLC、MCGS三者连接起来进行系统调试，使模型的机械运动、PLC控制和MCGS监控三者之间实现同步。
1.3相关软件应用
1.模型设计所需软件
模型的设计中需要使用的是三维制图软件UG。
UG是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。
作为一个集成的全面产品工程解决方案，UG软件被许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等领域。
UG更快地递交产品到市场；使复杂产品的设计简化；减少产品成本和增加企业的竞争实力。
自从UG进入中国市场以来，发展迅速，已经成为中国航天航空、汽车、机械、计算机及外设、家用电器等领域的首选软件。
在模型设计中，我将学习使用UG设计和装配零件，作出模型和零件三维图，并将三维图转换成工程图。
2.PLC程序设计所需软件
PLC程序设计主要用到的软件有AutoCAD2004和西门子编程软件STEP-7。
使用AutoCAD2004制作PLC端子图、主电路图和控制流程图；我们所使用的PLC是西门子S7-200，所以必须使用西门子编程软件STEP-7编写控制梯形图。
3.监控系统设计所需软件
监控系统设计中用到的软件有：
PhotoshopCS、Flash和MCGS。
MCGS用于监控系统的设计，它是工业组态软件，具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，在自动化系统中占据主力军的位置，逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点；在MCGS制作的监控系统中需要9段AVI格式的动画和两张背景图片，所以需要学习使用Flash制作动画和学习使用Photoshop处理背景图片。
1.4设计任务难点
1.任务量大
不仅要设计机械运动部件，还要设计控制程序和监控系统。
机械运动部件设计包括三维图和工程图的制作，还有后期要到工厂加工出模型；PLC控制程序的编写包括：
PLC程序编写，设备调试；MCGS监控系统设计包括界面设计，运行策略编写；三者之间还要相互连接调试，以保持机械运动和监控运行的协调性。
2.运用到的软件多
a.三维制图软件UnigraphicsNX3.0
b.二维制图软件AutoCAD2004
c.西门子编程软件STEP-7
d.图象处理软件Photoshop
e.动画制作软件Flash
f.工控组态软件MCGS
3.三个部分的难点
a.模型的装配调试
b.PLC控制梯形图设计
c.监控窗口设计
第二章模型设计制作
2.1模型结构方案确定
2.1.1系统控制要求
系统采用PLC控制模型的运动，使模型能够实现手动复位和自动控制两种控制方式。
1.手动复位通过选择开关（SA）选择手动复位（锁住自动控制），按下点动按钮（SB1），使继电器（KA3）得电，控制拨料电机正转，带动拨料杆正转，当拨料杆复位时，松开点动按钮（SB1），拨料电机停止转动；按下点动按钮（SB2）使继电器（KA1）得电，控制转盘电机正转，带动转盘正转，当转盘复位时，转盘电机停止转动，松开点动按钮（SB2）；
2.自动控制当系统复位后，将选择开关（SA）拨到自动控制（锁住手动复位），按下启动按钮（SB3），系统按照PLC控制要求自动分选物料，当按下停止按钮（SB4），系统立即停止运动。
图2-1：
模型装配图
1、底撑；2、底板；3、滑道；4、主轴承座；5、齿圈；6、端盖；7、料隔板；
8、拨料杆；9、拨料杆轴；10、拨料套；11、盖板支撑；12、盖板；13、小齿轮；14、齿轮轴；15、隔套；16、小轴承座；17、传感器架；18、料斗；19、底板。
2.1.2系统工作原理
如图2-1所示，所要分选的物料放在料斗（18）中，在物料掉入转盘之前，通过料斗（18）后面的两个接近开关（SQ1、SQ2）识别物料类别，确定物料将要通过的滑道（当SQ1=0，SQ2=1时选择滑道1；当SQ1=1，SQ2=0时选择滑道2；当SQ1=1，SQ2=1时选择滑道3）；当小齿轮（13）在转盘电机的带动下转动时，带动大齿轮（5）转动，从而使转盘转动。
当盖板（12）的矩形槽转到料斗（18）的正下方时，触发接近开关（SQ3）而停止转动，料斗中的物料掉入槽中；经过一秒钟的定时，转盘将逆时针转动，当转到刚刚选择的滑道时，触发接近开关而停止（滑道1处接近开关是SQ5；滑道2处接近开关是SQ6；滑道3处接近开关是SQ7），同时触发拨料电机转动，带动拨料杆（8）正转将物料推入指定的滑道。
当拨料杆（8）转一圈复位时，触发转盘电机反转，带动盖板（18）反转，当触发接近开关（SQ3）时，转盘电机停止转动；这时盖板的矩形槽刚好在料斗的正下方，于是物料通过盖板上的矩形槽掉入转盘中，为下一个物料的分选做好准备。
当料斗中的物料被分选完时，盖板停止在滑道1或滑道2或滑道3，这时只要在料斗中放入物料，转盘就会自动返回，继续分选物料。
2.1.3方案确定
根据对系统的控制要求和工作原理的分析和研究，在对多种方案进行研究比较后，最终选择了如图2-2的模型结构方案。
模型所需用到的标准件如下：
1、滚动轴承，GB/T276-946010
2、滚动轴承，
3、挡圈，GB893-8680
4、挡圈，GB894-8650
图2-2：
分选系统模型
2.2模型零部件设计制作
在模型结构方案确定之后，就开始设计模型零部件了，在这部分主要用到的软件是UG3.0。
得益于UG3.0，使我们的设计变得更快捷、更简单，即使是很复杂的零件也能够轻松地设计出来。
我们只要花费很少的时间和精力，就能够清楚模型的结构和装配关系。
2.2.1底撑（01）设计制作
底撑装配在底板（19）上面，主要是用来支撑整个模型并为电机的安装留出足够的空间。
对底撑的要求不高，使用的材料为板金喷塑，数量为2。
如图2-3：
底撑上8个孔的直径为4.5毫米
图2-3：
底撑三维图
2.2.2底板（02）设计制作
底板（02）固定在底成撑（01）的上面，作用主要是放置主轴承座、小轴承座及传感器架。
由于大、小齿轮之间要求较精确的啮合，对两个轴承座的中心距要求较高，所以对底板上两个圆糟之间的中心距要求较高。
底板采用的材料是铝合金，数量为1。
如图2-4：
图中箭头1所指的圆槽和小轴承座配合，箭头2所指的圆槽和主轴承座配合，槽深2毫米，中心距为65
0.1毫米。
箭头3所指的5个螺纹孔为M4，用来定位传感器架。
图2-4：
底板三维图
2.2.3滑道（03）设计制作
滑道有三个过道，作用是让三种不同的物料通过，从而达到分选物料的目的，对滑道的要求不高。
使用的材料为板金喷塑，数量为1。
如图2-5.1：
图2-5.1：
滑道三维图
由于滑道的结构复杂，难以加工，因此工厂里加工出来的滑道和图中的滑道相差较大，几乎不能使用，所以我用有机玻璃自制了一个简易的滑道。
如图2-5.2：
图2-5.2：
自制滑道
2.2.4主轴承座（04）设计制作
主轴承座的作用是支撑滚动轴承，再由滚动轴承支撑转盘，以实现转盘的转动。
主轴承座的材料为铝合金，数量为1。
如图2-6：
图中箭头1所指的圆柱面直径为
50，和国标为GB/T276-946010的滚动轴承的内径配合，箭头2所指的台阶用于滚动轴承的定位
主轴承座需要和底板（02）上箭头2所指的槽配合，但工厂里加工的配合尺寸略大，难以安装。
用螺钉拧紧之后，就不能拆卸了。
图2-6：
主轴承座三维图
2.2.5大齿轮（05）设计制作
大齿轮由小齿轮带动以实现转盘的转动，材料为尼龙，数量为1，模数为1，齿数为110，齿形角为20度，精度为8级，要求较高。
如图2-7：
图中箭头1所指的圆柱面上需要粘贴小铁片，这样接近开关可以通过感应铁片，将信号传递给PLC，通过PLC控制转盘的定位。
图中箭头2所指的圆柱面和国标为GB/T276-946010的滚动轴承的外径配合。
图2-7：
齿轮三维图
2.2.6端盖（06）设计制作
端盖的作用是带动盖板转动，使用的材料是铝合金，数量为1，如图2-8：
通过图中箭头1所指的4个
4.5的孔将端盖固定在大齿轮上，图中箭头2所指的台阶由滚动轴承支撑。
图2-8：
端盖三维图
2.2.7隔料板（07）设计制作
隔料板的作用是运送物料和支撑盖板，材料是板金喷塑，数量为1。
如图2-9：
通过图中箭头1所指的4个孔将隔料板固定在端盖上，物料落入隔料板内，当拨料杆转动经过箭头2所指的间隙时，将物料推出隔料板
图2-9：
料隔板三维图
2.2.8拨料杆（08）设计制作
拨料杆的作用是通过旋转将物料从隔料板内推入滑道，制作材料是有机玻璃，数量为1。
如图2-10：
拨料杆上孔的直径是6，但工厂里加工的是4，所以要用锉刀将孔锉到6毫米。
图2-10：
拨料杆三维图
2.2.9拨料杆轴（09）设计制作
拨料杆轴由拨料电机带动正转，从而使拨料杆转动，使用的材料是A3，数量为1。
如图2-11：
图中箭头2所指的孔和电机轴配合，箭头1所指的孔为M3，用于轴和电机的连接；箭头3所指的表面上有M6的螺纹，用于安装拨料杆。
图2-11：
拨料杆轴三维图
2.2.10拨料套（10）设计制作
拨料套主要是用来固定拨料杆轴的顶端，以保持拨料杆轴的垂直度，制作材料是铝合金，数量为1。
如图2-12：
图2-12：
拨料套三维图
2.2.11盖板支撑（11）设计制作
盖板支撑的作用是固定和支撑盖板，制作材料是黄铜，数量为1。
如图2-13：
图2-13：
盖板支撑三维图
2.2.12盖板（12）设计制作
盖板的作用是托住物料，当盖板的矩形槽转动到料斗正下方时，物料通过盖板上的矩形槽落入转盘。
制作材料是有机玻璃，数量为1。
如图2-14：
图2-14：
盖板三维图
工厂里加工了三块盖板，但其中有一块缺图中箭头1所指的孔，我们用电烙铁在上面烙了个孔，然后用锉刀将孔锉到
10；另外两块没有箭头2所指的矩形槽，同样使用电烙铁将多余的材料去除，然后用锉刀修整。
2.2.13小齿轮（13）设计制作
小齿轮由转盘电机带动，将转动传递给大齿轮，从而带动转盘转动。
制作材料为A3，数量为1，模数为1，齿数为20，齿形角为20度。
如图2-15：
图2-15：
小齿轮三维图
工厂里加工的小齿轮没有图中箭头2所指的台阶，给后面的模型装配添加了难度，图中箭头1所指的孔为
8，和齿轮轴（14）配合。
2.2.14齿轮轴（14）设计制作
齿轮轴由转盘电机带动，将转动传递给小齿轮，制作材料是A3，数量为1。
如图2-16：
图中箭头1所指的孔为M3，用于小齿轮和齿轮轴的连接，箭头2所指的圆柱面为
8，和两个
的滚动轴承配合。
图2-16：
齿轮轴三维图
2.2.15隔套（15）设计制作
隔套用于两个（
）滚动轴承的定位和固定，制作材料是铝合金，数量为1。
如图2-17：
图2-17：
隔套三维图
2.2.16小轴承座（16）设计制作
小轴承座的作用是定位小齿轮轴和小齿轮，制作材料是铝合金，数量为1。
如图2-18：
图2-18：
小轴承座三维图
2.2.17传感器架（17）设计制作
传感器架是为了安装接近开关和料斗而设计的，制作材料是板金喷塑，数量为1。
如图2-19：
工厂里加工的传感器架缺少图中箭头1所指的一个腰孔，而且图中箭头2所指的定位孔加工也不准，不能够固定在底板（02）上，所以必须重新加工定位孔，添加腰孔。
在加工腰孔时，需要先在传感器架上将腰孔的位置标出来，然后在所标的位置上钻两个孔，再用锉刀锉成腰形。
腰孔是用来安装接近开关的，之所以设计成腰形，是为了便于调节接近开关的位置。
图2-19：
传感器架三维图
2.2.18料斗（18）设计制作
料斗的作用是盛放将要被分选的物料，相当于一个仓库，后面的两个矩形孔是为接近开关感应物料开的，通过零件上的4个孔固定在传感器架上，制作材料是板金喷塑，数量为1。
如图2-20：
图2-20：
料斗三维图
2.2.19底板（19）设计制作
底板（19）的作用主要是安放整个模型和滑道，制作材料是塑料，数量为1，如图2-21：
图2-21：
底板三维图
这个零件工厂没有加工，我使用白色有机玻璃自制了一块。
2.2.20底撑设计过程
以上零件三维图是用UG设计制作的，有些零件设计比较复杂，如滑道和传感器架；有些零件设计比较简单，如底撑和底板。
在这里我就以底撑为例介绍零件的制作过程和UG的操作方法。
首先打开UG，点击图2-22中箭头1所指的Application,在下拉菜单中选择Modeling，进入建模状态；点击箭头2所指的Block，出现右上角的对话框；在箭头3所指的空格里输入长方体的长、宽、高，点击确定出现图中所示的长方体；
图2-22：
底撑制图1
再点击图2-23中箭头1所指的Hollow,出现右边的对话框，选择需要去除的表面，然后在箭头2所指的空格里输入板厚，点击确定就可以得到图2-23中的模型了；
图2-23：
底撑制图2
再点击图2-24中箭头1所指的Hole，出现右边的对话框，在箭头2所指的空格里输入孔的直径、深度、顶角，选择放置面，建立图2-24中箭头3所指的一对孔；
图2-24：
UG制图3
再点击图2-25中箭头1所指的InstanceFeature,选择矩形阵列，出现右边的对话框，在箭头2所指的空格里输入参数，就可以由图中箭头3所指的一对孔阵列出另外三对孔。
这样底撑就制作好了。
图2-25：
底撑制图4
2.3电气元件确定和购置
根据控制要求可知，需要购置的电气元件有选择开关（SA）1个、按钮（SB）4个、接近开关（SQ）6个、指示灯6个、继电器3个、电机2个等。
购置选择开关时要注意它的尺寸大小；购置按钮时需要考虑按钮的大小、颜色以及是否带锁，我们所使用的4个按钮都是不带锁的，两个点动按钮为黄色，启动按钮为绿色，停止按钮为红色；购买接近开关时要看它的工作电压范围是否满足要求，是常开还是常闭，工作电流，以及感应距离等，我们使用的接近开关是常开的，感应距离是2毫米，工作电压10-30伏；购买继电器时要看它的工作电压和触点对数，由于我们只有12伏的电源，而且电机的电压也是12伏，所以我们之前购买的24伏的继电器就不能用，后来重新购买了三个12伏的继电器；购买电机要看它的转速和工作电压，我们所使用的转盘电机是30转每分钟，由于大小齿轮的减速作用，转盘的转速是5转每分钟，拨料电机是7转每分钟，电机转速选这么低是为了减小转盘的惯性作用，使接近开关能够成功及时地感应到信号，实现PLC的实时控制。
2.4控制板及支架设计制作
控制板是控制系统的一部分，是操作
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