汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统设计

汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统设计摘 要随着我国汽车工业的快速发展，汽车制造业对其零部件的质量提出了更高的要求。为确保零部件质量的稳定性和可靠性，从而达到产品质量的零缺陷，要求在零件制造完成后，对其进行质量检验。汽车发动机缸体密封件是发动机上防止泄漏的重要零件，因为在制造的过程中，其上的密封胶存在有裂缝的可能，所以要对其进行检测。对于这种特殊的检测，就要设计一种可以精确检测的系统，所以这个系统就应运而生。汽车发动机缸体密封件涂胶缺陷检测系统是本次设计的检测缺陷的系统，在进行了多方案的比较之后，最终确定了设计方案。本文所述的汽车发动机缸体密封件涂胶缺陷检测系统是汽车发动机缸体密封件流水线上的一台用于检测密封涂胶缺陷的设备。主要设计工作包括以下几个方面:1.确定总体设计方案，将国外先进技术和我国现有技术水平相结合。使此设备满足生产现场及生产工艺的要求。2.完成机械部分的设计，主要从二维工作台、定位夹紧装置和视觉检测装置这三大部分进行详细的阐述。3.软件部分选择 PLC 作为控制器，控制程序根据密封件涂胶的位置、检测部分的传感器的输入以及电器部分伺服电机，来控制机器的运行。关键词：二维工作台;涂胶缺陷;视觉检测;可编程序控制AbstractWith the rapid development of Chinas automobile industry, the quality of the parts of the automobile manufacturing industry has put forward higher requirements. In order to ensure the stability and reliability of parts quality, the zero defect of product quality is achieved. Automobile engine cylinder seal is an important part of the engine to prevent leakage, because in the process of manufacturing, the sealant on the existence of cracks may be, so to be tested. For this particular test, it is to design a system that can be accurately detected, so the system is born. Automobile engine cylinder block sealing glue defects detection system is the design of defect detection system, after comparison of many schemes, and ultimately determine the design scheme.The automobile engine cylinder block sealing coating defect detection system for automobile engine cylinder sealing parts on the assembly line of a coating defects of equipment for testing sealing the. The main design work includes the following aspects:1. to determine the overall design of the program, the foreign advanced technology and Chinas current level of technology combination. To satisfy the production site and production process requirements.2. to complete the mechanical part of the design, mainly from the two-dimensional table, positioning and clamping device and visual detection device of these three parts are described in detail.3. The software part of the PLC as the controller, control program according to the sealing glue position, testing part of the sensor input and electrical parts of the servo motor, to control the machines operation.Keywords: two-dimensional table; coating defects;visual inspection; PLC目 录1 前言 .11.1 概述 11.2 现状分析 .11.2.1 国内现状分析 .11.2.2 国外现状分析 .21.3 发展趋势 .31.4 本章小结 .32 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统总体方案设计 32.1 设计思想 .32.2 设计参数的确定 .42.3 总体方案设计 42.5 本章小结 .53 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统的机械结构设计 .53.1 滚珠丝杠及电机选型计算 .53.1.1 确定滚珠丝杠副的导程 .53.1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 .63.1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 .63.1.4 估算滚珠丝杠副的螺纹底 X 73.1.5 导程精度的选择 .83.1.6 确定滚珠丝杠副规格代号 83.1.7 电机选择 83.2 定位夹具设计 93.3 本章小结 104 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统 PLC 控制系统设计 104.1 可编程控制器 PLC 的简介 .104.1.1 可编程控制器 PLC 发展与历史 104.1.2 可编程控制器 PLC 的基本结构与分类 114.1.3 可编程控制器 PLC 的特点与工作原理 124.2 PLC 控制系统的设计 .124.2.1 PLC 控制系统的设计的基本原则 124.2.2 PLC 可编程控制器的选型 134.2.3 软件程序的流程图 .194.2.5 梯形图 .204.3 本章小结 .285 毕业设计总结 .29参考文献 .31谢 辞 .3211 前言1.1 概述机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、 I/O 卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。机器视觉技术由于其突出的特点，顺应了现代制造业发展的要求，已经在世界范围内得到了广泛的应用。但是机器视觉检测技术尚未形成完整的理论体系。在技术上，很多方面还不能达到实际应用的水平。在功能上，与人的视觉系统相比还处于低水平阶段。1.2 现状分析1.2.1 国内现状分析国内则在近几年，才开始流行起来。在中国，机器视觉技术的应用开始于 90 年代，因为行业本身就属于新兴的领域，再加上机器视觉产品技术还不够普及，导致在很多行业的应用基本处于空白状态，即便是有，也只是低端方面的应用。 目前在我国随着配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、只能话需求开始广泛出现。国内有关大专院校、研究所和企业近年来在图像和机器视觉技术领域进行了大胆的尝试，逐步开始了工业现场的应用。但由于供应、核心技术、价格等诸多因素，国内的市场一直处于缓慢的发展状态。像芬兰 TVI 相机、德国 NET 相机等全球第一的机器视觉厂商，进入中国多年，业绩和市场占有率也不断逐年递增，但也只是在国内少数的企业中应用，总体销售额还是和美国、欧洲，甚至日本都无法相比。这一原因，无不和中国的特殊情况有关。首先，外国的机器视觉厂商还没有完全对国内的情形所了解，只是清楚市场是巨大的，却忽视了国内的文化，特别是中国企业发展中的特殊需求与企业文化。国内，特别是珠三角劳动力的低廉和器材初期投入的相比落差，造成了企业的疑虑。机器视觉无疑是个处于上升时期的朝阳产业。造就中国机器视觉市场发展的最大动力是中国经济的长期高速增长，“世界工厂”的成熟和产品结构的高度化。当市场达到一定的规模，供求关系就会象2滚雪球一样产生倍数效应。应该说现在的从业者做得都很辛苦，按市场规律办事，相信绝大多数的企业和个人会得到相应的回报。既然中国将成为“世界工厂”，那么真正买单的应该会是全世界的消费者。 1.2.2 国外现状分析在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，其中大概 40%-50%都集中在半导体行业。具体如 PCB 印刷电路：各类生产印刷电路板组装技术、设备；单、双面、多层线路板，覆铜板及所需的材料及辅料；辅助设施以及耗材、油墨、药水药剂、配件；电子封装技术与设备；丝网印刷设备及丝网周边材料等。SMT 表面贴装：SMT 工艺与设备、焊接设备、测试仪器、返修设备及各种辅助工具及配件、SMT 材料、贴片剂、胶粘剂、焊剂、焊料及防氧化油、焊膏、清洗剂等；再流焊机、波峰焊机及自动化生产线设备。电子生产加工设备：电子元件制造设备、半导体及集成电路制造设备、元器件成型设备、电子工模具。机器视觉系统还在质量检测的各个方面已经得到了广泛的应用，并且其产品在应用中占据着举足轻重的地位。除此之外，机器视觉还用于其他各个领域。视觉检测是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。自起步发展至今，已经有 20 多年的历史，其功能以及应用范围随着工业自动化的发展逐渐完善和推广，其中特别是目前的数字图像传感器、CMOS 和 CCD 摄像机、DSP、FPGA、ARM 等嵌入式技术、图像处理和模式识别等技术的快速发展，大大地推动了机器视觉的发展。简而言之，机器视觉解决方案就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。1.3 发展趋势目前工业中应用的机器视觉检测绝大部分执行的是二维检测任务，三维机器视觉检测仍处于理论研究和试验阶段。除此之外，机器视觉检测的精度、智能化和检测速度还有待提高。机器视觉检测的发展趋势主要体现在以下几个方面：一、实现在线实时检测;二、实现智能化检测; 三、实现 高精度检测 ;四、计算机视觉柔性检测技 术; 五、研究开发彩色图像、灰度图像和多谱图像的处理算法，拓展视觉检测的应用。机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科，主要利用计算机来模拟人或再现与人类视觉有关的某些智能行为，从客观事物的图像中提取信息进行处理，并加以理解，最终用于实际检测和控制.主要应用于如3工业检测、工业探伤、精密测控、自动生产线、邮政自动化、粮食选优、显微医学操作以及各种危险场合工作的机器人等。机器视觉系统的应用，大大提高了装备的智能化、自动化水平、使用效率和可靠性等性能。随着新的技术、新的理论在机器视觉系统中的应用，机器视觉将在国民经济的各个领域发挥更大的作用。机器视觉检测技术，对产品整体进行自动检测，对于控制产品品质保障产品质量有着非常重要的作用，可以防止不合格产品的外流，从而提高企业的核心竞争力。企业获得的不仅仅是社会效益，其机器视觉检测设备已经为企业带来了实质性的经济效益，在各大行业中都得到广泛应用，其也迎来全新的快速发展阶段。1.4 本章小结本章主要介绍了课题的来源，视觉检测的作用，以及对国内外视觉检测现状，进一步的提出了设计研究的具体内容。2 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统总体方案设计2.1 设计思想在开题报告与论文撰写前，在充分查阅和研究国内外相关的权威文献资料的基础上，针对研究对象，尽可能提出新的研究思路和研究方法。事实上，任何理论的创新归根结底都是方法的创新。对于机械制造这个领域的研究方法要尽可能做到定性分析与定量分析相结合、规范分析与实证分析相结合，运用一些基本概念和理论观点对所要研究的问题进行定性和规范分析，确定研究对象的内涵与外延、特点与本质。在此基础上，借助数理工具，建立分析模型，推演要素之间的逻辑关系，从而深化对所要研究问题的认识和理解。因此，在研究选题确定后，就要努力去构建一个创新的研究思路，设计一个创新的技术路线，在研究方法上进行一些改进或借用，就有可能有新的发现，从而找到课题的创新点。2.2 设计参数的确定（1）被测零件由教师给定；（2）检测节拍 90 秒；（3）长度1mm，宽度小于 0.05mm 的缺陷认定为合格产品，否则为不合格。2.3 总体方案设计通过分析课题可知，要设计一个用于检测工件表面缺陷的系统及机构。需要检测的零件如4图 2.31 所示。图 2-1 被测零件该零件中间的三个孔边缘是用橡胶密封的，要检测橡胶是否存在裂痕。所以需要用到视觉检测装置来检测出现的裂痕，工作台按照路径运动，视觉传感器静止，结构简图如图 2.32 所示。图 2-2 结构草图这个机构运用的是 xy 二维工作台，按照工件孔路径移动，达到扫描密封涂胶的目的。传感器与上端连接的部分要有两个自由度，加装旋转装置，使传感器能够全面扫描密封涂胶。这个设计方案最重要的部分就是 xy 二维工作台，它是路径控制，速度控制的核心部分。驱动工作台用伺服电机，通过控制速度来是工作台按照规定的路径运动，达到最终的目的。工作台的驱动连接是通过丝杠完成的，这样能够达到精度要求。这样整个机构的设计大体就完成了。2.5 本章小结5本章主要对汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统的结构进行了设计，并且对其各个部分的功能进行了细致的分析，以及对一些重要部件的结构进行了选型和说明。3 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统的机械结构设计3.1 滚珠丝杠及电机选型计算3.1.1 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和 X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V，电机最高转速为 900rpm。电机与滚珠丝杆直连，传动比为 1。X 向最大运动速度10mm/s，即 600mm/min。则丝杠导程为（3-1）mNiVP67.091/6/maxaxh 实际取 ，可满足速度要求。mh103.1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为 0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为 0.006。则导轨静摩擦力：（3-2）NfgMF6.2054106.0 式中：工件及工作台质量，经计算 约为 10kg。M导轨滑块密封阻力，按 4 个滑块，每个滑块密封阻力 5N。f由于该设备主要用于传动，丝杠工作时不受切削力，运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有：（3-3）rmpPvNh150/260/minax F6.20minax滚珠丝杠副的当量载荷：（3-4）NF6.2032minaxm滚珠丝杠副的当量转速：（3-5）rpN12inax63.1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷（1）按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：（3-6）NfFLNCcawmhm 65.10.2150610633a 式中：当量转速， rpmmn /2/hmPvn预期工作时间，测试机床选择 15000 小时hL负荷系数，平稳无冲击选择 =1wf wf精度系数，2 级精度选择 =1a a可靠性系数，一般选择 =1cf cf（2）按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：（3-7）NfPLCcawmhs 01.279516.0253-3a 式中：预期运行距离，一般选择sLs3025（3） 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算： NFfCeam.1386.207ax式中：预加负荷系数，轻预载时，选择 =6.7ef ef丝杠副最大载荷maxF（4）估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量m重复定位精度4/13X 向运动的重复定位精度要求为 0.005mm，则mm （3-8）0125.41m73.1.4 估算滚珠丝杠副的螺纹底 X （1）根据 X 向运动行程为 270mm，可计算出两个固定支承的最大距离：（3-9）mPlLh461027.1)410()2.1( （2） 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底 X：（3-10）momLFd27039.2式中：F0导轨静摩擦力，F 0=20.6NL滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=464mm 则有 mdm56.012.746039.2 3.1.5 导程精度的选择根据 X 向运动的定位精度要求达到 0.005mm/1000mm，则任意 270mm。长度的导程精度为0.0015mm。3.1.6 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠 Ph、d2m、Cam 选择内循环双螺母式滚珠丝杆，型号为 FYND6310-4，精度等级 2 级。丝杆基本导程 Ph=10mm，丝杠底 Xd2m=14mm13.42mm，外 Xd=20mm，公称直 Xd0=21mm，额定动载荷 Ca =487N C am，额定静载荷 Cao=1569N。3.1.7 电机选择条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下 NAS A4 系列 MAMA5AZP1A 型电机，其功率：50W, 额定转矩：2.15 N.m, 电机惯量 JM：0.00123 Kg.m 2X 向运动工件及工作台质量估计最大值约 10Kg。（1）外部负荷的转动惯量：丝杆部分的转动惯量：（3-11）2221 015.3.6.1mkgrmJ 外部负荷的负荷转动惯量：8（3-12）2221 0.153.501.)( mkgPmJhL 则有： 4.1203. MLJ加在电机上的转动惯量：（3-13）2 16.215mkgJL （2）外部负荷产生的摩擦扭矩：（3-14）NPFThp 0.49.260233式中：滚珠丝杆副的导程hP未预紧的滚珠丝杆副的效率（2 级精度 =0.9）外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为 0F（3）预紧力产生的摩擦扭矩：6 （3-15）mNPThpD .2519.02187.6012 3232式中：滚珠丝杆副间的预紧力，pFFp 87.63/./max（4） 支承轴承产生的摩擦扭矩：选择 HRC 轴承，型号：7603050TN，查轴承样本可得摩擦力矩： =0.23N.m。1bT（5） 加速度产生的负荷扭矩：根据设计要求可知：X 向工作台运动速度为 v=10mm/s，对应电机 =150rpm，最大加速度为2na=40mm/s2,则工作台速度从 0 升至 10mm/s 所需时间：s （3-16）71.042avt9当电机转速从 =0 升至 =150rpm 时，其负荷扭矩1n2（3-17）mNtnJTj .0285.16)(2 0.6)(1 （6） 电机总扭矩：（3-18）TbjDpm .7所选择电机额定扭矩为 2.15N.m，大于计算电机总扭矩 3 倍以上。所选择电机扭矩符合要求。xy 二维工作台的电机、丝杠选择完成。3.2 定位夹具设计在对零件进行检测时，要对零件进行夹紧定位，所以需要设计夹具来进行固定。由于零件的质量很轻，可以忽略不计，所以夹具的夹持力不需要很大。要对零件进行双面检测，所以夹具要设计一个旋转机构，才能完成对零件的翻转。翻转机构使用步进电机驱动，通过等齿轮传动来实现，这样就要进行电机 的选型和齿轮的计算。电机的选择夹具加持的零件重量可以忽略不计，夹具内的电机要精确的控制零件的位置，准确的翻转180，所以该电机应该选择伺服电机。由于电机所承载的载荷很小，所以电机的功率初选为 50w，因为该电机的载荷远小于二维工作台电机，50w 足以驱动翻转机构，选取松下 NAS A4 系列 MAMA5AZP1A 型电机。齿轮计算翻转机构中采用电机带动齿轮传动进行翻转，齿轮传动采用的是等齿轮传动。两个齿轮的分度圆直径 d 是 30mm，压力角取 20，模数 m 取 2。传动比：（3-19）1d/=Z/n1/2=w/i 要求得齿数 z，已知分度圆直径 d=30mm，模数 m=2，所以根据（3-20）zd得齿数 z=15，所以连个齿轮的齿数为 15。中心距：（3-21）30)/2(d1)/+(2 =a10齿顶高 ha=ha*xm=m,一般取 ha*为 1。齿根高 c*=0.25 ha*=1（3-22）2.5*0.)(=+c)m (f 齿高=齿顶高+齿根高=2.25 m齿顶圆直径：（3-23）342*)(152)+(z=had齿根圆直径：（3-24）5.)-(.)m-(f-f齿轮的主要数据全部计算完成。3.3 本章小结本章主要描述了关于系统主要驱动部分，即 xy 二维工作台的主要数据计算，还有就是工作台上的夹具的设计计算。4 汽车发动机密封件涂胶缺陷检测系统 PLC 控制系统设计4.1 可编程控制器 PLC 的简介4.1.1 可编程控制器 PLC 发展与历史1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14；1 1971 年，日本研制出第一台DCS-8；1973 年，德国研制出第一台 PLC；1974 年，中国研制出第一台 PLC。11图 4-1 三菱 PLC20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。 20 世纪 70 年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。4.1.2 可编程控制器 PLC 的基本结构与分类可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：（1）电源：可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。（2）中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。（3）存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。输入输出接口电路：（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。12（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。功能模块：如计数、定位等功能模块。通信模块。可编程逻辑控制器按照结构分类，可分为整体式和模块式；按照功能分类，可分为低档、中档和高档；按照 I/O 点数分类，可分为小型、中型和大型。4.1.3 可编程控制器 PLC 的特点与工作原理可编程控制器是一种无触点控制设备，用户可以根据需要，通过编程器改变其内部的应用程序，来改变它对控制对象的摔制功能，简称为 PLC。目前应用 PLC 技术已心为世界潮流。它是实现工业自动化控制的重要支柱之一，其主要特点为：软件简单易学；运行稳定可靠，使用寿命长；体积小、维护方便；设计施工周期短。PLC 采用的是循环扫描工作方式。在 PLC 中，用户程序按照先后顺序存放在 PLC 中，工作时CPU 从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。 PLC 的工作过程可分为五个阶段：自诊断、与计算机或编程器等通信、读人现场信号、执行用户程序、输出结果。这五个阶段的上作过程称为一个扫描周期。4.2 PLC 控制系统的设计4.2.1 PLC 控制系统的设计的基本原则在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 最大限度地满足被控对象的控制要求：充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 保证 PLC 控制系统安全可靠：保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 力求简单、经济、使用及维修方便：一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来13巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 适应发展的需要：由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 PLC 控制系统设计的步骤 （1）分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（2）确定输入输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与 PLC 有关的输入/输出设备，以确定 PLC 的 I/O 点数。（3）选择 PLCPLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选择（4）分配 I/O 点并设计 PLC 外围硬件线路分配 I/O 点：画出 PLC 的 I/O 点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。（5）程序设计程序设计：a.控制程序；b.初始化程序；c.检测、故障诊断和显示等程序；d.保护和连锁程序。（6）硬件实施设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；设计系统各部分之间的电气互连图；根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此 PLC 控制系统的设计周期可大大缩短。4.2.2 PLC 可编程控制器的选型14随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 （1）PLC 的机型的选择选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。要从结构形式、安装方式、功能要求、系统的可靠性等方面考虑。（2）PLC 容量的选择 在满足控制要求的前提下力争使用的 IO 点最少。一般需要加上 1015的裕量。此外，还要考虑存储容量，存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25之多。在 IO 点数确定的基础上，可按下式估算存储容量后，再加 2030的裕量。存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。存储容量(字节)开关量 I/O 点数10 模拟量 I/O 通道数100（3）IO 模块的选择 开关量输入模块的选择输入信号的类型及电压等级有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。其中直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境；开关量输入模块的电压等级有：直流 5、12、24、48、60等；交流110、220等。选择时要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5、12、24用于传输距离较近场合，如 5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。同时还要考虑输入接线方式、同时接通的输入点数量、输入门槛电平等参数，对于选用高密度的输入模块(如 32 点、48 点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。开关量输出模块的选择15a.输出方式开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。其中继电器输出：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用的电压大小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过 1Hz）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。 b.输出接线方式开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式c.驱动能力应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。d.同时接通的输出点数量同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的 60e.输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关。晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。 模拟量 I/O 模块的选择模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成 PLC 内部可接受的数字量。模拟量输出(D/A)模块是将 PLC 内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量 I/O 模块的量程为-10V+10V、0+10V、420mA 等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些 PLC 制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号，如 RTD、热电偶等信号。电源模块及其它外设的选择a.电源模块的选择电源模块选择仅对于模块式结构的 PLC 而言，对于整体式 PLC 不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。 16b.编程器的选择c.写入器的选择为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏 RAM 中的用户程序，可选用 EPROM 写入器，通过它将用户程序固化在 EPROM 中。有些 PLC 或其编程器本身就具有 EPROM 写入的功能。（4）PLC 与输入输出设备的连接 PLC 与常用输入设备的连接 图 4-2 PLC 与主令电器类设备的连接图 4-4 PLC 与旋转编码器的连接17图 4-5 与传感器类设备的连接其中电阻的选择可参照右面的公式式中：I -传感器的漏电流（mA）UOFF-PLC 输入电压低电平的上限值（V）RC-PLC 的输入阻抗（K）PLC 与常用输出设备的连接图 4-6 PLC 与输出设备的一般连接方法PLC 与感性输出设备的连接 续流二极管的额定电流为 1A、额定电压大于电源电压的 3 倍；电阻值可取 50120，电容值可取 0.10.47F，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。 18图 4-7 PLC 与感性输出设备的连接 PLC 与输出设备连接的其它注意事项除了 PLC 输入和输出共用同一电源外，输入公共端与输出公共端一般不能接在一起；PLC 的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流，尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻 R 的阻值估算可由下式确定：RUon/I （UON 是负载的开启电压（V），I 是输出漏电流（mA）。以上是 PLC 选型需要运用的知识。汽车发动机密封件涂胶检测系统设计中，PLC 可编程控制器要控制 4 台伺服电机，选择三菱FX2N-64MR-001。4.2.3 软件程序的流程图 工作台是由 PLC 控制的，所以所有数据来源于数控编程，在工作台工作前，首先由 PLC 完成数据输入，之后在输出数据到伺服电机。19图 4-9 流程图4.2.4 梯形图20212223242526