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1、重庆理工大学毕业论文 曲轴装配生产线电控系统设计曲轴装配生产线电控系统设计摘 要本文通过研究西门子S7系列PLC可编程逻辑控制技术在曲轴装配生产线上的运用，也是对传统的曲轴装配方式以及继电器接触器控制技术的改造。在该曲轴装配系统中，采用的装配方式为热装，装配过程是通过PLC控制两条分开的输送链分别输送箱体和曲轴，以及控制机械手搬运曲轴及装配和加热装置的加热过程，来完成曲轴的装配，从而实现了曲轴装配生产线的自动化。本文首先对现代可编程控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，然后说明了曲轴装配生产线的改进背景和研究目的，也进行了该课题的可行性分析。接下来简单概括了曲轴装配生产线的系统总体设计方案、电
2、控系统的整体设计和系统的功能实现，并详细讲述了电控系统电路设计中PLC控制系统设计。最后，对提高PLC控制系统安全性和可靠性设计、PLC控制系统的故障诊断方法和抗干扰技术作了简单的探讨。此外，文中对本系统整体的设计思想和一些关键的技术以及所获得的经验都进行了介绍和讨论。另外，在本设计中综合运用了可编程控制器(PLC)、传感器等现代控制部件。 关键词：PLC 电控系统 电气元件 故障诊断Crankshaft assembly lineelectric control system designAbstractBy studying Siemens S7 series PLC programmab
3、le logic control technology in the use of the crankshaft assembly line, but also the traditional way of the crankshaft assembly and the relay - contactor control technology transformation. In the crankshaft assembly systems, the use of hot charging assembly way, the assembly process is controlled by
4、 two separate conveyor PLC transmission box and the crankshaft, respectively, and the control of robot handling assembly and crankshaft and heating the heating process, to complete crankshaft assembly, in order to achieve the crankshaft assembly line automation. This article first modern programmabl
5、e control technology, trends are briefly introduced, and then describes the improvement of the crankshaft assembly line background and research purposes, have also been the subject of the feasibility analysis. Then a simple summary of the crankshaft assembly line overall system design, electrical co
6、ntrol systems overall design and function of the system implementation and detail of the electrical control circuit design, PLC control system design. Finally, PLC control systems to improve safety and reliability of the design, PLC control system fault diagnosis method and anti-jamming technology i
7、s briefly discussed. In addition, the text of the overall design of the system and some key technologies and experiences gained were presented and discussed. In addition, the design of the integrated use of the programmable logic controller (PLC), sensors and other modern control components.Key word
8、s： PLC； PLC Control System； Electronic Control System； Electrical Components； Faults Diagnoses 1.绪论11可编程控制技术的现状及发展趋势自1969年第一台PLC可编程控制器装置在美国DEC公司问世以来，而今已走过了30多年的历程。那么当今的PLC技术发展状况和它的发展趋向又是怎么样的呢?111可编程控制技术的现状在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止：电磁阀的开闭；工件的位置、速度、加速度等的测定；产品的计数以及温度、压力、流量的设定和控
9、制等等。传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知，这种控制方式虽然造价便宜，但却存在着许多致命弱点；如只能适用于简单的逻辑控制；仅适用于某种控制项目，缺乏通用性，一旦要实现改动或优化，只能通过硬件的重新组合来实现。随着计算机技术的不断发展，它给工业自动化带来了革命性的变革。这个变革是由继电器控制到计算机控制的飞跃。所谓计算机控制，主要具备以下两个基本特点，即硬件上至少有一个微处理器，而其控制方式是通过软件来实现的。目前工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别：(1)单板机控制系统单板机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及IO接口的限
10、制；软件上也受限于与CPU类型有关的编程语言。一般来说单板机或单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的。其通用性、兼容性和扩展性都相当差。(2)工业控制机(IPC)工业控制机是从PC(Personal computer)的基础上通过应用推广发展起来的。由于它是由微机及芯片的专业生产厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强且总线标准化程度高，其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，运行速度快，实时性强，可适用于模型复杂的项目。能把控制任务和图文显示功能集成在一起。但工业控制机的缺点在两个方面：第一有较长的装置访问时间；第二IO控制点数不能够随意扩展。(3)计算机集散控制系统(DCS)计算机集散
11、控制系统是由回路仪表控制系统发展而来的。它的优势在于模拟量的处理及回路调节功能。白上世纪70年代初期问世以来，得到了迅速发展。微处理器特别是单片机的出现和通信技术的成熟，使得计算机集散控制系统把顺序控制装置、数据采集装景、过程控制的模拟量仪表有机的结合在一起，形成了满足各种不同要求的集散控制系统。(4)系统的可编程逻辑控制器(PLC)传统的可编程逻辑控制器的最初控制概念和设计思想是将计算机软件的控制思想代替继电器逻辑。其硬件的构成与微机相似。在可编程逻辑控制器发展的初期，其主要的开发意图和应用领域是数字式控制，它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采入现场信息，执行逻辑或数值运算，然后
12、通过输出接口去控制各种执行机构动作。然而经历了30年的发展之后，使传统的PLC也具备了逻辑顺序控制、模拟量处理、回路调节技术等三个功能。112可编程控制技术的发展趋势随着计算机科学的发展和满足工业自动化程度越来越高的要求，可编程控制技术得到了飞速的发展。仅仅将PLC作为继电器逻辑控制的替代，或者说仅只将PLC理解为丌关量控制的话，那就是一个错误的概念了。综合国内外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势有以下几个方面：(1)可编程控制技术的标准化与个人计算机相比，可编程控制器的硬件、软件的体系结构是封闭的，而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和IO模块互不通用，通信网络和通信协议往往也不
13、是专用的。各厂家PLC的编程语言+和指令系统的功能和表达方式也不一致，有的甚至有相当大的差异，因此各厂家的可编程控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC(国际电工协会)制定了可编程控制器标准IECll3l，其中IECll3l一3中制定了编程语言的标准。目前，已有越来越多的工控产品厂商推出了符合IECll313标准的PLC指令系统或在个人计算机运行的软件包，并提供多种编程语言供用户选择使用。一些公司也已作出规划，准备以个人计算机为基础，在WIND0WS平台上开发符合IECll313标准的全新一代开放体系结构的可编程控制器。(2)大型计算机特点的集成传统的PLC仅凭单纯的逻辑顺序控制功能己远远不能
14、适应当今工业控制任务的需求，要处理一些复杂的任务，使控制系统具有较高的智能度，可编程控制系统必须具备大型计算机的分析计算能力。这种对大型计算机特点的集成主要表现在以下几个方面：系统的高速响应性这还有一个概念要澄清，那就是：系统速度不仅由CPU来决定，而且还要考虑IO数据的传输速度。当然CPU的速度起着决定性的作用。判断CPU的速度主要是看每条指令的执行时间。如：Siemens S7200 PLC的每条逻辑指令的计算速度为013s；三菱FX2c的每条指令执行时间为O2S；贝加莱(B&R)的B&R2010的每条指令执行时间为O125s。要提高整个系统的速度就要考虑CPU模块的多处理器结构。如Sie
15、mens公司的T1555PLC、贝加莱的PCC等。图ll所示为贝加莱的PCC的CPU模块结构。图11 BR CPU模块结构图11中的IO处理器主要负责独立于CPU的数据传输工作。DPR-Contro1ler即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。可见一个模块上有三个处理器，它们既相互独立，又相互关联(通过DPR)，从而使主CPU的资源得到合理利用，同时又最大限度的提高整个系统的速度。定性的多任务分时操作系统多任务分时操作系统来自于大型计算机，如UNIX机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权的任务等级(Task class)。其中优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任
16、务等级可包含多个具体任务。在这些任务中间可再细分其优先权的高低。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是被先执行，剩余的时间里可执行优先权较低的任务等级。这样一个操作系统使得比较重要的任务可以定义的任务等级高一些，如调节器(由用户定义)，例外任务(EXCEPTIONTASK，由系统定义)，中断任务(INTERRUPT-TASK，由系统定义)，而一些较一般的任务可以定义的任务等级低一些，如报警处理任务、结果处理任务等。这样整个控制系统便得到了优化，具有较好的实时性。编程语言高级化可能对于一个电气工程师来说，梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和习惯的。因为这两种方式都有着明显的优点。例如
17、梯形图靠近电器线路比较直观。而指令表是由汇编语言演绎过来的，比较靠近计算机硬件结构，然而，在控制思想同趋复杂的今天，用梯形图和指令表来表达就显得过于复杂和繁琐。随着C语言、FORTRAN、PASCAL等高级语言加入到PLC中去，使复杂思想的表达就显得方便简洁得多了。较大的应用程序存储空间较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间。同时足够的程序存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义上说明了其硬件系统的先进程度。贝加莱PCC的内存容量为100KB16MB：siemens的S7400的内存容量为4KB16MB等等。(3)系统的开放性和兼容性开放性和
18、兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。这里一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品的种类繁多加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其它产品的兼容性问题：另一方面，可编程控制器与工业控制机等其它装置的通信难易体现了开放性的特点。除此之外，同一厂家的产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制器产品的水平。(4)通用性和专业化的结合可编程控制产品是通用的，但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性
19、又具有专业化呢?硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。常用的专用模块包括：定位或CNC模块、温度测量模块、称重模块、电力行业用的高速采样模块、网络接口模块等等。(5)可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。其智能化发展的特点主要体现在以下几点：开发环境的智能性这包括可编程控制系统的自诊断功能、监控功能以及在线帮助。同时丰富的功能库也是判断一个系统智能性的重要依据。硬件的智能集成度现场总线的智能分布式结构是突出的一点。另外，多处理器技术(MPU)和智能外设技术
20、(IP)并列于CPU的智能硬件也是不可忽略的发展趋向。模糊逻辑和神经网络的应用模糊逻辑的应用分为硬件和软件实现，主要用于模糊调节技术，神经网络的应用有待于进一步发展。故障自诊断功能PLC本身具有一定的自诊断能力，使用者可从PLC面板上各种指示灯的发亮和熄灭，判断PLC系统是否出现故障，这给用户初步诊断故障带来很大的方便。(6)可靠性与冗余所谓冗余既容错，就是功能的备份、安全及可靠性的备份。因为特定的环境和条件要求自动化系统有较高的可靠性。冗余基本上可以划分为：CPU和电源冗余、网络冗余，以及IO冗余三个层次。同时冗余又可分双冗余和多冗余的结构。但从根本上讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程
21、度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。通过综上所述，我们可以了解到，用PLC可编程逻辑控制器这个词来表达当今可编程控制器系统，已经不再合适了。因为在其中已融入了工业计算机和计算机集散控制系统的特点。贝加莱公司1994年首先提出了“PCC可编程计算机控制器(Programmable computer controller)”的概念。SIEMENS提出了PCS过程控制系统(Progress control system)的概念。基于现场总线技术的人
22、们也提出了FCS现场总线控制系统(Field Bus control system)的概念。这些系统虽然名称不同，侧重面不一，但系统的技术水平是近似的。因此，我们不难得出下面几个结论：(1)工业控制机(IPC)及计算机集散控制系统(DCS)以及PLC正在走着一条相互融合的道路。PCC、PCS以及FCS就是集中的代表。(2)智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。(3)系统的智能性越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强。(4)基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。(5)通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。1.2 曲轴装配生产线及其电控系统简介
23、以上介绍了可编程控制技术的一些概要情况,下面就具体结合曲轴装配生产线控制系统的实际来看一下它的应用。正如前面所提到的那样，可编程控制技术并非单纯的指PLC本身，而是包括PLC在内的一系列自动化控制产品和技术的应用。1.2.1曲轴装配生产线改进背景及研究目的在曲轴装配生产的过程中，其实有很多厂家基本还是通过人工操作完成的此过程。主要装配形式为将箱体放在流水线上，再通过工人师傅把曲轴放入箱体后，用敲击或者其它机械手段进行装配，如图12，为装配车间的状况。在工厂车间中，对于这种人工控制的装配方式也存在着一些缺陷。主要有以下几点：（1）成本高 因为对于上述装配方法来说，这个工位必须要有一个工人来完成，
24、多一位工人师傅，就会增加产品的成本；（2）质量低 由于有了人的参与，并且人的行为起着主要作用，所以也增加了很多的人为因素在里面，对于工人师傅的技术有一定的要求。对于一般的工人来说，在连续工作的一段时间里很难保证装配的质量；（3）效率低 这种人工装配的方法，需要工人的配合，而一般的工人很难保证在那么长的时间里保证效率；（4）管理难 整个装配都主要由人工完成，那么对于工人和生产线都需要严格的管理，从而也增加了管理的负担。 图12，装配车间的生产状况针对以上的不足，国内外很多厂家已经开始研究自动化装配生产线，这样不仅减少了人为因素的影响，也提高了生产效率。要实现装配生产线的自动化，电控系统则是关键部
25、分之一。于是，考虑从以下几方面对曲轴装配生产线进行改造：（1） 采用西门子可编程逻辑控制器来改造现有的曲轴装配生产线。PLC具有功能丰富，使用方便，工作可靠，经济合算的优点，采用西门子S7-200系列的可编程控制器对此系统实现控制，稳定性好，控制方便简单。（2） 利用高频加热装置对曲轴进行热装。曲轴上的轴承与箱体的配合为过盈配合，所以综合考虑，可以采用加热箱体的方法，使孔径变大，这样就可以直接将曲轴放上来完成装配。（3） 运用机械手来完成曲轴的搬运和装配。利用机械手可以减轻人的劳动量，也增加了整个装配过程的严密性。通过以上几个方面的改进以后，基本上实现了曲轴装配生产线装配过程的自动化，克服了原
26、有控制系统的不利因素，减少了故障，降低了成本，提高了生产的可靠性和效率。1.2.2曲轴装配生产线电控系统简介曲轴装配生产线的设备结构布置如图13所示，总体有箱体输送链，曲轴输送链，机械手，加热装置等几大机械部件组成，其中还有控制部分。曲轴轴装配过程如下：首先，由两个电动机分别带动箱体输送链和曲轴输送链，箱体输送链将箱体运送到加热装置的下方。另外，曲轴输送链将曲轴运送到机械手下方。然后，加热装置对箱体的指定孔进行加热，同时机械手的功能是将曲轴从曲轴输送链上运送到箱体输送链的上方。接下来，在箱体的指定孔加热完成之后，加热装置上升，之后箱体输送链继续前进，一直到输送链将箱体输送到机械手的下方。在同时
27、满足箱体被运送到机械手下方和机械手将曲轴搬运到箱体输送链上方时，即达到装配条件时，机械手开始下降装配曲轴。最后，机械手松开，再上升并退回起始位置，箱体输送链继续前进，进行第二次的循环操作。对于上述的一系列过程都可以通过主控柜中的PLC可编程逻辑控制器的控制来完成，并利用传感器来进行检测，同时这样还可以进行程序、参数的修改，还可以有显示装置显示一些参数、实际状态信息等，这样控制起来也比较方便。图13 设备结构的布置示意图1.3 本课题研究的内容与可行性分析 1.3.1本课题研究的主要内容(1)对可编程控制系统的现状与发展作一简单的介绍，明确背景知识与选题根据。(2)完成电气控制部分的设计，包括总
28、体控制流程、外围电路设计、控制部件的选取及总体布置等。(3)根据PLC控制对象的工艺和参数要求，确定PLC的选型与硬件配置，设计外部接线图和控制程序，最后进行程序调试。(4)通过软件设计提高PLC控制系统的可靠性；通过PLC的逻辑判断和其它功能，在实施要求的控制任务的同时，实现外部输入输出环节故障的诊断。1.3.2本课题的可行性分析首先，经过大学四年理论的学习与实践相结合，再加上学校的图书馆这个庞大的资料库，从而给顺利进行该课题的研究奠定了理论基础。其次，随着计算机技术、网络通信技术、微电子技术、自动控制技术和继电气控制技术的不断发展，PLC也在不断的发展进步，功能也在不断的更新强大，即给本课
29、题的研究带来了物质基础。最后，现在已经普及相关的编程软件、画图软件以及相关的其他辅助工具，对该课题的研究带来了有利条件。综上所述，有了硬件和软件上的完美结合，该课题的研究设计是完全可行的。1.4 本章小结本章阐述了可编程逻辑控制技术的现状和发展趋势，分析了曲轴装配生产线的改进背景和目的，简单介绍了曲轴装配生产线的控制系统，并提出了本课题研究的具体内容。2.系统的总体设计2.1 系统设计总体方案的选择与讨论如第1章所述，根据系统的应用背景和功能要求，现在可以对系统的整体方案进行选型。方案一：根据当前的生产状况，对于传统的手工装配方式是完全可行的，但是在生产过程中，会存在效率低，质量无法保障，成本
30、高等诸多不足。方案二：对该装配生产线采用继电器接触器来实现顺序、逻辑控制功能，完成装配生产操作。但这种方式在装配生产过程中存在操作复杂、噪音大、故障率高等缺点，严重影响装配生产过程和装配效率。方案三：利用PLC可编程逻辑控制器控制整个装配过程，装配方法为采用拉伸机将曲轴拉到位。但这种方式有可能对曲轴的结构有影响，装配过程比较复杂，并且难以控制。方案四：同样利用PLC可编程逻辑控制器控制整个装配过程，装配方法为采用热装，即利用加热装置给箱体部分加热，利用热胀冷缩的原理进行曲轴装配。对于上述几种方案，我们组进行讨论研究之后，最终决定采用第四种方案，热装。主要是采用PLC可编程逻辑控制器结构，PLC
31、负责开关按钮、限位开关、光电接近开关、磁性开关和其它开关量的信号的输入，以及发出信号去控制接触器、继电器等电器元件从而达到控制各台电动机和各电磁阀的运行，同时控制相应的指示灯进行指示和显示装置。装配过程中，加热装置是该系统的主要部分之一，加热过程采用高频加热，而加热时间设定的是7S。控制系统的原理框图如图21。图21 控制系统原理框图2.2 电控系统的总体设计系统在电气控制部分设计时，应充分考虑到用户的功能需求和与系统机械部分的配合需求，在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与应用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于实现的曲轴装配生产设备。基于以上考虑，系统电气控制部分的总
32、体设计如下： 2.2.1 功能设定（1）运行的模式分为自动和手动，可选择。自动运行模式是控制系统的主要运行模式，该模式下工作的时候，由操作人员在系统启动条件下选择自动运行模式之后按下循环启动按钮，此时系统就开始自动的循环运行。手动运行模式是用于设备调试、系统调整或紧急情况下的控制方式，是自动运行模式的辅助或后备方式，系统转为手动工作后，电机运行、电磁阀、加热等自动停止，单独进行开关控制；手动操作可通过控制面板上的按钮开关操作。（2）利用PLC对曲轴装配生产线上的机械部件进行控制：PLC具有功能丰富，使用方便，工作可靠，稳定性好，控制方便，性价比高等优点。对于装配过程，可通过软件编程来实现各机械
33、部件之间的高度协调配合，已达到装配的目的。通过光电传感器的检测，来提高成品率。（3）各个机械部件的功能是：箱体输送链用于输送箱体，曲轴输送链用于输送曲轴，机械手用于搬运曲轴并完成装配。对于箱体输送链，曲轴输送链，以及机械手左右移动的运动都是分别用电机来带动的。而机械手的夹紧/松开和上升/下降，以及加热装置的上升/下降都是通过气缸的运动实现的。利用PLC控制电机的运动以及气缸的动作就可以达到控制各机械部件的目的。（4）装配过程中箱体输送链各自独立的输送，运送速度的不同，加热装配与机械手分别独立的工作等都是为了进一步提高生产效率。（5）利用热胀冷缩的原理，对箱体需要与曲轴进行装配的孔进行高频加热，
34、之后只要将曲轴轻轻放下，利用曲轴的自重就可以将曲轴装配好。（6）利用PLC的逻辑判断功能和其它功能，在实施要求的任务的同时，实现外部输入输出环节的故障诊断；PLC控制系统中故障多种多样，可通过一些专门的传感器进行检测，然后判断和输出信息。（7）由于曲轴装配生产线的工业现场振动、噪声、灰尘等恶劣环境条件，对PLC控制系统的安全性、可靠性和抗干扰能力具有一定的影响，采用软件设计可提高PLC的可靠性和增强其抗干扰能力。综上所述，根据要求最后的功能设计如表21、表22。表21 输入功能说明表工作模式电器元件功能说明自动模式行程开关SQ1检测箱体到位置1行程开关SQ2检测箱体到位置2行程开关SQ3检测曲
35、轴到位置3行程开关SQ4检测机械手右移到位行程开关SQ5检测机械手左移到位磁性开关CK1检测机械手松开磁性开关CK2检测机械手抓紧磁性开关CK3检测机械手爪抓取位置磁性开关CK4检测机械手上升到位磁性开关CK5检测加热头处于原位磁性开关CK6检测加热头位于加热位置光电接近开关ST1检测装配位置及完成选择开关KS1手动/自动模式选择按钮SB1系统启动按钮SB2系统停止按钮SB3急停按钮SB4循环启动手动模式选择开关KS2选择加热装置上升/下降工作模式选择开关KS3选择机械手上升/下降工作模式选择开关KS4选择机械手抓紧/松开工作模式选择开关KS5选择机械手左移/右移工作模式选择开关KS6选择箱体
36、输送链前进/后退工作模式选择开关KS7选择曲轴输送链前进/后退工作模式按钮SB5正方向动作按钮SB6反方向动作表22 输出功能说明表分 类电器元件功能说明电 机线圈KM1箱体输送链前进线圈KM2曲轴输送链前进线圈KM3机械手左移线圈KM4机械手右移电磁阀YA1加热装置下降YA2加热装置上升YA3机械手上升YA4机械手下降YA5机械手抓紧YA6机械手松开指示灯HL1系统启动指示灯HL2自动运行指示灯HL3加热装置运行指示灯HL4机械手上升/下降模式指示灯HL5机械手夹紧/松开模式指示灯HL6机械手左移/右移模式指示灯HL7箱体输送链运行指示灯HL8曲轴输送链运行指示灯HL9循环启动指示灯ST_1
37、装配完成检测指示灯2.2.2 电控系统主要器件选择曲轴装配生产线电气系统主要器件包括PLC、传感器、开关按钮等。它们的选择都是以在保证功能的前提下，尽可能的选择可靠性高，使用方便和成本低的产品为依据，总体的选择情况如下：(1) PLC 自PLC问世以来，目前，世界上有200多个厂家生产，而比较有名的厂家有：德国的西门子（SIEMENS）公司；美国的AB公司、通用电气GE公司、莫迪康（MODICON）公司；日本的三菱（MITSUBISHI）公司、富士（FUJI）公司、欧姆龙（OMRON）公司、松下电工公司等；法国的TE公司、施耐德（SCHNEIDER）公司；韩国的三星（SAMSUNG）公司、LG
38、公司等。根据控制要求，再经过综合比较，最终决定选用德国西门子公司开发、生产的小型模块化PLC的S7200。S7200 PLC除了具有PLC基本的控制功能外，还具有功能强大、体积小、价格低、有较强的通信与网络功能等优点，既适用于简单的控制场合，又适用于复杂的自动检测、监测及控制系统，还可组成网络控制系统，一经推出便受到广大工程技术人员的青睐，有很高的市场认可度。S7200 PLC的主要特点如下：系统集成方便，安装简单。S7200 PLC有多种可供选择的功能模块和人机界面，系统集成非常方便。运算速度快。基本逻辑控制指令的执行时间为0.22S。功能强大的编程软件。具有功能齐全的编程和工业控制组态软件
39、，在进行控制系统设计时更加方便、快捷。输入/输出通道响应速度快。系统内部集成的高速计数输入与高速脉冲输出，最高输出频率可达到100kHz。强大的通信能力。带有RS-485串行通信接口，可用于编程或通信。可以支持PPI（点到点）通信、MPI（多点）通信、自由口通信等。丰富的扩展模块。最多可扩展7个扩展模块，通过扩展可实现通信功能扩展及控制功能扩展。（2）空气开关 空气开关（又称断路器）在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。空气开关的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。 短路时
40、，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。空气开关的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，空气开关具有很高的分断能力和限流能力。 具有复式脱扣器。反时限动作是双金属片受热弯曲使脱扣器动作，瞬时动作是铁芯街铁机构带动脱扣器动作。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。 当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向
41、上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。 主触点通过操作机构(手动或电动)使之闭合的，其触点系统由于装有灭弧装置因而不仅能接通或切断正常的工作电流，还能在发生故障时迅速切断比正常工作电流大好几倍的故障电流，从而能有效地保护电路中的电气设备。 开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型。 在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串
42、联的线圈就将产生较强的电磁吸力把街铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。低压断路器的选用原则： 根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式-确定选用框架式、装置式或限流式等。 断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。 断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。 断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有
43、效值。 配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。 断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流低压电器选型的一般原则： 低压电器的额定电压应不小于回路的工作电压，即UeUg。设备的遮断电流应不小于短路电流，即IzhIch。热稳定保证值应不小于计算值。否则熔断器和自动空气开关就需按起动情况进行选择。配电用断路器的选型： 长延时动作电流整定为导线允许载流量的0.81倍； 3倍长延时动作电流整定值的可返回时间不小于线路中最大起动电流的电动机的起动时间； 短延时动作电流整定值不小于1.1（Ijx+1.35kIedm)。k1为电动机起动电流的冲击
44、系数，取1.72。主电路中的三个电机的型号分别为：箱体输送链的电机M1型号为Y8024：额定电压380V，额定功率0.75KW，则其额定电流为I1=0.75KW/380V=2.0A。根据选型要求可以选择4A的，因此QF3可以选择施耐德C65N 3P C4A空气开关 ；曲轴输送链的电机M2型号为Y8014：额定电压380V，额定功率0.55KW,则其额定电流为I2=0.55KW/380V=1.45A，根据选型要求可以选择4A的，由于该系列没有3A的，因此QF4可以选择施耐德C65N 3P C4A空气开关；机械手左右移动的电机M3型号为Y8014：额定电压380V，额定功率0.55KW,则其额定电
45、流为I3=0.55KW/380V=1.45A，根据选型要求可以选择3A的，同样由于该系列没有3A的，因此QF5可以选择施耐德C65N 3P C4A空气开关。则主电路中的总电流为=I1+I2+I3=4.9A。对于PLC控制部分的输入输出和PLC本身的所需要的电流同样可以通过估算得出其额定电流，最终选出电源开关中的空气开关的额定电流约为13A。QF2可选择施耐德C65N 1P C16A空气开关。因此，可以得出控制总电路的空气开关的额定电流需要大于或等=+=17.9A,但考虑到电机的起动电流，在起到保护作用的前提下，需要保证工作过程有效的，顺利的进行，所以QF1可以选择施耐德C65N 4P 32A（
46、3）光电接近开关 光电接近开关用于检测曲轴是否装配到位，它的性能对装配的完成质量至关重要。所以综合比较，最终选择西门子SIMATIC PXO系列的产品。其突出特点有：高精度快速点定位功能，即使是长距离，也表现出高性能；结构小巧，外型紧凑；防护等级可达IP68；感应范围可调；调试简单；UL/CSA认证提供有用于EX Zone 2/22(type K80)的传感器可测量远距离的激光传感器。最终，根据光电传感器需要检测的范围及性能，最终选择光电接近开关的型号代码为：3RG7650，三线制，可与PLC直接通信，工作电压为24V DC。这款光电接近开关完全可以准确检测曲轴是否装配完成，从而提高装配精度。
47、（4）行程开关 为了检测运动范围比较大的机械部件，最终考虑选用行程开关控制检测。本课题中行程开关主要运用于控制检测箱体、曲轴分别输送到指定位置和机械手左右移动到指定位置，同时行程开关还有限位保护的作用。根据设计要求，选择的行程开关型号为：LX32-3S/TU，三线制，工作电源24V DC。其主要特点是：结构简单，价格便宜，维修方便，实用性强，灵敏度高等。（5）磁性开关 磁性开关用于检测气缸伸出，收回距离，分别控制加热装配的上升/下降，机械手的上升/下降，机械手的夹紧/松开。根据控制的要求和所选择的气缸，对应选出相应的磁性开关。对于控制加热装置的磁性开关型号为Z76，控制机械手上升/下降的磁性开关为C76，控制机械手夹紧/松开的磁性开关为M9N。根
