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电气专业自动化本科毕业答辩ppt.

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电气专业自动化本科毕业答辩ppt.

电气专业自动化本科毕业答辩ppt.

简介:这是一个电气专业自动化本科毕业答辩ppt.,主要介绍了可编程控制器、输送及搬运模块、传感器、生产线气动、电动控制系统等内容。1.首先阐述个人的毕业设计简介.
2.边演示边结合论文进行讲解,如功能、设计方法、使用了何种技术、取得了哪些成果等.

电气专业自动化本科毕业答辩ppt.是由星星PPT用户ppt上传提供的答辩PPT类型素材,上传时间为2017-03-16,本页面网址为http://www.cnd8.com/ppt/2016102895228.html

毕业论文                                call  me  2be
      PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法,由于其控制方便,能够承受恶劣的环境,因此,在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。     本设计主要是PLC在材料分拣系统中的应用,利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。
模块一   可编程控制器
模块二   输送及搬运模块
模块三   传感器
模块四  生产线气动、电动控制系统
模块一:可编程控制器
1.1  可编程控制器的定义
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程,是工业控制的核心部分。
            PLC是一种即时系统有别于个人电脑传统式以继电器为主的电机控制系统中, 每当变更设计时,整个系统几乎都要重新制作,不但费时又费力;同时由于继电器还有接点接触不良、磨损、体积大之缺点, 因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问。为了改善这些缺点, 美国DEC在1969年首度发表:可程式控制器(Programmable Controller)。可程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic -Controller)简称PLC, 最先的目的是取代继电器,执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主, 所以也称顺序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为Programmable Controller, 即可程式控制器,简称PC,由于目前个人电脑(Personal Computer)极为普遍,加上常与可程式控制器配合使用,为了区分两者,所以一般都称可程式控制器为PLC 以加以分别。目前市面上之PLC种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异,但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型;而一般工厂及学校通常使用小型PLC。
1.2.1 中央处理器       中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机,如8031、M68000等,这类芯片价格很低;中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机,如8086、96系列单片机等,这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。
1.2.2 存储器   PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。   (1)系统程序存储器        PLC系统程序决定了PLC的基本功能,该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中,主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行,使PLC按正确的次序工作:用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令,传输到CPU内执行;功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。系统程序属于需长期保存的重要数据,所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器,该存储器只能读出内容,不能写入内容,ROM具有非易失性,即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器,须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容,可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。 (2)用户程序存储器        用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序,载入初期的用户程序因需修改与调试,所以称为用户调试程序,存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。 (3)数据存储器        PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等),这类数据存放在工作数据存储器中,由于工作数据与组态数据不断变化,且不需要长期保存,所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器,可用锂电池作为备用电源,一旦断电就可通过锂电池供电,保持RAM中的内容。
1.2.3
1.2.4    S7—200可编程程控制器的外形结构        S7—200 PLC系列PLC由PLC主机和扩展模块组成。其中,PLC主机由CPU、存储器、通信电路、基本输入/输出电路、电源等基本模块组成,相当一个整体式的PLC,可以单独完成控制功能,它包含一个控制系统所需的最小组成单元。
1.2.5  可编程程控制器的特点 (1)PLC抗干扰能力强、可靠性高。 (2)操作简便:PLC不要改变接线就能完成不同的控制要         求。 (3)PLC是在电控的基础上发展起来的、入门简单。 (4)体积小、重量轻、便于携带、易于现场调试。 (5)通用性强、使用方便、适应面广、编程简单。 (6)安装简单、维修方便。
1.3  西门子PLC的常用指令 1.3.1  基本逻辑指令    (1)基本位操作指令  LD:装载指令,对应梯形图从左侧母线开始,连接动合触点。  LDN:装载指令,对应梯形图从左侧母线开始,连接动断触点。  A:与操作指令,用于动合触点的串联。  AN:与操作指令,用于动断触点的串联。  O:或操作指令,用于动合触点的并联。  ON:或操作指令,用于动断触点的并联。  =(Out):置位指令,线圈输出。      OLD:块“或”操作指令,是将梯形图中以LD起始的电路块和另一  以LD起始的电路块并联起来。  ALD:块“与”操作指令,是将梯形图中以LD起始的电路块和另一  以LD起始的电路块串联起来。  LPS:逻辑堆栈操作指令。  LRD:逻辑读栈操作指令。  LPP:逻辑弹栈操作指令。
(2)置位/复位指令     普通线圈获得能量流时线圈通电,能量流不能到达时,线圈断电,梯形图利用线圈通、断电描述存储器位的置位、复位操作。置位线圈收到脉冲前沿触发时,线圈通电锁存,复位线圈收到脉冲前沿触发时,线圈断电锁存,下次置位、复位操作信号到来前,线圈状态保持不变。为了增强指令的功能,置位、复位指令将置位和复位的位数扩展为N位。 操作数S-BIT类型:BIT、S-BIT、位数N寻址范围    S S-BIT,N:从起始位(S-BIT)开始的N个元件置1    R S-BIT,N:从起始位(S-BIT)开始的N个元件位置0
(3)定时器        S7-200 PLC的定时器为增量型定时器,用于实现时间控制,按照工作    方式和时间基准(时基)分类,定时器共有六种类型。时间基准又称为定时精度和分辨率。 1)工作方式 :通电延时型(TON)、有记忆通电延时型(保持型)(TONR)、断电延时型(TOF)类型。 2)时基标准:分为1ms、10ms、100ms三种类型,不同的时基标准,定时精度,定时范围和定时器的刷新方式不同。
(4)计数器指令       计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数,S7-200系列PLC有递增计数(CTU)、增/减计数(CTUD)、递减计数(CTD)三类计数指令。计数器的使用方法和基本结构与定时器基本相同,主要由预置值寄存器、当前值寄存器、状态为等组成。 (5)边沿触发指令(脉冲生成)       边沿触发是指用边沿触发信号产生一个机器周期的扫描脉冲,通常用作脉冲整形。边沿触发指令分为正跳变触发(上升沿)和负跳变触发(下降沿)两大类。正跳变触发指输入脉冲的上升沿,使触点ON一个扫描周期。负跳变触发指输入脉冲的下降沿,使触点ON一个扫描周期。
1.3.2  程序控制类指令 (1)顺序控制指令        1)功能流程图简介        功能流程图是按照顺序控制的思想,根据工艺过程,将程序的执行分成各个程序步,每一步有进入条件、程序处理、转换条件和程序结束四部分。        2)顺序控制指令        顺序控制用三条指令描述程序的顺序控制步进状态,可以用于程序的步进控制,分支、循环和转移控制,SCR :步开始;SCRT :步转移;SCRE:步结束。 * 顺序步开始指令(SCR) 顺序控制继电器位Sx,y=1时,该程序步执行。   * 顺序步结束指令(SCRE)     SCRE为顺序步结束指令,顺序步的处理程序在SCR和SCRE之间。   * 顺序步转移指令(SCRT)     使能输入有效时,将本顺序步的顺序控制继电器位清零,下一步顺序控制继电器位置
(2)系统控制指令         1)暂停指令(STOP)        使能输入有效时,立即终止程序的执行,指令执行的结果,CPU工作方式由RUN切换到STOP方式。在中断程序中执行STOP指令,该中断立即终止,并且忽略所有挂起的中断,继续扫描程序的剩余部分,在本次扫描的最后,将CPU由RUN切换到STOP。         2)结束指令(END/MEND)        梯形图结束指令直接连在左侧电源母线时,为无条件结束指令(MEND),不连在左侧母线时,为条件结束指令(END);条件结束指令在使能输入有效时,终止用户程序的执行返回主程序的第一条指令执行(循环扫描工作方式);无条件结束指令,执行指令是(指令直接连在左侧母线,无使能输入),立即终止用户程序的执行,返回主程序的第一条指令执行。 结束指令只能在主程序使用。不能用在子程序和中断服务程序。
1.4 可编程控制器的工作原理    1.4.1  扫描技术      当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。    (1)输入采样阶段      (2)用户程序执行阶段      (3)输出刷新阶段
1.5  可编程控制器的分类       可编程序控制器PLC的分类 PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。    (1)按结构形式分类 :整体式和模块式      (2)按功能分类 :低档、中档和高档      (3)按I/O点数分类 :小型、中型和大型
1.6  可编程控制器的选型      SIEMENS PLC在中国的产品,根据规模和性能的大小,主要有 S7-200、 S7-300和S7-400三种,下面就简单介绍一下S7-200产品的一些特性。         S7-200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备,如:冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统、纺织机械、木工机械、污水处理、包装机等。S7-200产品凭借其先进性、成熟性和广泛的适用性在自动化产品中受到广泛的重视,相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需求,同时在自动化领域中获得更广泛的应用。 SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合的检测、监测及控制的自动化。强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列产品具有极高的性能/价格比。在以下几方面均有出色的表现:极高的可靠性;极丰富的指令集;易于掌握;便捷的操作;丰富的内置集成功能;实时特性;强劲的通讯能力;丰富的扩展模块。
模块二   输送及搬运模块
(2)变频器的作用     1)变频节能      2)功率因数补偿节能      3)软启动节能
2.1  输送模块 2.1.1  变频器的组成与功能 (1)变频器的组成    变频器通常分为4部分:整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。     1)整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。     2)高容量电容存储转换后的电能。     3)逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关,将直流电转化成 不同频率、宽度、幅度的方波。     4)控制器按设定的程序工作,控制输出方波的幅度与脉宽,使叠加     为近似正弦波的交流电,驱动交流电动机。    
(3) 变频器的分类 1) 按照主电路工作方式:电压型变频器和电流型变频器 2) 按照开关方式:PAW控制方式,PWM控制方式和高载频PWM控制方式 3) 按照工作原理:V/f控制方式、转差频率控制方式和矢量控制方式 4) 按照用途分类:通用变频器和专用变频器 (4) 电机的分类 1) 根据电动机工作电源的不同:可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机    和三相  电动机。 2)按结构及工作原理分类:电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。
(5)电机的选择    本设计的控制电动机是带动皮带,当物料由料仓下来后,在输送单元的控制程序中,推料缸把工件推出到物料槽中,由于本设计对物料到位的位置有比较严格的要求,所以对于电机的精确度要求比较高,因此所选电机的型号及规格为:
2.2  搬运模块    2.2.1  机械手的组成和分类   (1)机械手的组成  由悬臂、手臂、手指、旋转气缸组成  1)悬臂的作用:用于机械手的伸出与缩回。    2)手臂的作用:用于机械手的上升与下降。    3)手指的作用:用于物料的抓紧与松开。    4)旋转气缸的作用:控制机械手的正反转,向左或向右,有双向电磁阀控制。    5)左右限位传感器:机械手正转或反转到位之后,传感器输出信号。  6)缓冲器:旋转气缸高速正转或反转时,起缓冲减速作用,防止机械手撞击。
(2) 机械手的分类  1)按用途分  * 专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无  独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、  工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特 点,适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手, 如自动机床、自动线的上、下料机械手。    * 通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可 变的、动作灵活多样的机械手。各性能范围内,其动 作程序是可变的,通过调整可在不同场合使用,驱动 系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、 定位精度高、通用性强,适用于不断变换生产品种的 中小批量自动化的生产。
2) 按驱动方式分  * 液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。 其主要特点是:抓重可达几百千克以上、传动平稳、结构紧凑、  动作灵敏。但对密封装置要求严格,不然油的泄漏对机械手的工 作性能有很大的影响,且不宜在高温、低温下工作。  * 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机 械手。其主要特点是:介质气源极为方便,输出力小,气动动作 迅速,结构简单,成本低。抓重一般在30千克以下,在同样抓 重条件下它比液压机械手的结构大,所以适用于高速、轻载、高 温和粉尘大的环境中进行工作。  * 机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、 间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机 械手,其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可 靠,用于工作主机的上、下料。动作频率大,但结构较大,动作 程序不可变。   * 电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率 步进电机直接驱动执行机构运动的械手,因为不需要中间的转换 机构,故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行 程长,维护和使用方便。
(2) 机械手的分类  1)按用途分  * 专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无 独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、  工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特 点,适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手, 如自动机床、自动线的上、下料机械手。  * 通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可 变的、动作灵活多样的机械手。各性能范围内,其动 作程序是可变的,通过调整可在不同场合使用,驱动 系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、 定位精度高、通用性强,适用于不断变换生产品种的 中小批量自动化的生产。
2) 按驱动方式分  * 液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。  其主要特点是:抓重可达几百千克以上、传动平稳、结构紧凑、动  作灵敏。但对密封装置要求严格,不然油的泄漏对机械手的工作  性能有很大的影响,且不宜在高温、低温下工作。   * 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机 械手。其主要特点是:介质气源极为方便,输出力小,气动动作 迅速,结构简单,成本低。抓重一般在30千克以下,在同样抓 重条件下它比液压机械手的结构大,所以适用于高速、轻载、高 温和粉尘大的环境中进行工作。   * 机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿 条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专 用机械手,其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准 确可靠,用于工作主机的上、下料。动作频率大,但结构较大, 动作程序不可变。   * 电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率 步进电机直接驱动执行机构运动的械手,因为不需要中间的转换 机构,故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行 程长,维护和使用方便。
3)按控制方式分  * 点位控制它的运动为空间点到点之间的移动,只能控 制运动过程中几个点的位置,不能控制其运动轨迹。若 欲控制的点数多,则必然增加电气控制系统的复杂性。  目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。   * 连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线, 其特点是设定点为无限的,整个移动过程处于控制之 下,可以实现平稳和准确的运动,并且使用范围广,但 电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算 机进行控制。    * 连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线, 其特点是设定点为无限的,整个移动过程处于控制之 下,可以实现平稳和准确的运动,并且使用范围广,但 电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算 机进行控制。
(4)常见的机械手示意图:
2.2.3  执行机构 (1) 手指        即与物件接触的部件,由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式。 (2)手臂       手臂是支承被抓物件、手指、悬臂的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件,并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合,以实现手臂的各种运动。 (3)悬臂       悬臂是支承手臂的部件,悬臂也可以是手臂的一部分,手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的悬臂因工作需要,有时也可作横向移动,即称为可移式立柱。 (4)机座        机座是机械手的基础部分,机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上,故起支撑和连接的作用。
2.2.4  本设计中机械手的工作过程      (1)初始位置:悬臂缩回、手臂上升、手指松开、整个机械手处于右限止位置。      (2)工作过程:物料到位→机械手悬臂伸出→手臂下降延时0.5S→手指合拢→抓紧物料时0.5S→手臂上升→悬臂缩回→机械手向左旋转到左限止位置→悬臂伸出→手指松开,将物料放入进料盘→悬臂缩回→机械手向右旋转到右限止位置。
2.2.5  机械手的动作要求 (1) 机械手有初始位置的要求 (2) 旋转气缸转动时,悬臂气缸活塞杆处于缩回  状态。 (3)气爪在抓取工件前后和放置工件前有延时 (4)机械手每个动作时间的转换都通过传感器的  位置信号控制 (5)停止信号的处理
2.2.6  多功能加工及分拣设备装配布局图
模块三   传感器
2.2.7  多功能加工及分拣设备动作流程图
3.1  传感器的概述    3.1.1  传感器的定义及组成         传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。 一般来说,可以把传感器看作由敏感元件(有时又称为预变换器)和变换元件(有时又称为变换器)两部分组成。敏感元件能完成预变换的器件,变换器则能将感受到的非电量变换为电量。
3.1.2  传感器的结构       传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分;转换元件能将感受到的非电量直接转换成电信号的器件或元件;转换电路是对电信号进行选择、分析、放大,并转换为需要的输出信号等的信号处理电路。尽管各种传感器的组成部分大体相同但不同种类的传感器的外形结构都不尽相同。
3.1.3  传感器的分类    (1)可以用不同的观点对传感器进行分类:它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应);它们的用途;它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 (2)传感器的种类繁多,功能各异。由于同一被测量物体可用不同转换原理实现探测,利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量物体的传感器,而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域,因此传感器有不同的分类法。
(3)不同种类传感器的图形符号也有一些差别,根据其结构和使用电源种类的不同,有直流两线制、直流三线制、直流四线制、交流两线制和交流三线制传感器。
3.2  设计中常用的传感器    3.2.1  光电传感器(接近开关)        光电式传感器是用光电转换器件作敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。光电式传感器的种类很多,按照其输出信号的形式,可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。以开关量形式输出的光电传感器,即为光电式接近开关。       光电式接近开关,利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。光电式传感器的种类很多,其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。        自动化生产分拣中当工件进入的输送带上时,分拣站上的光电开关发射出的光线被自身的光敏元件接受,光电开关输出信号是传送带运转。用在环境比较好、无灰尘、无粉尘污染的场合,为非接触式测量,对被测物体无任何影响,在工业中得到广泛应用。 其原理是利用光敏三极管、光敏二极管射回的光的强弱或有无光线、光敏电阻或光敏电池检测反从而检测是否存在物体。
图六  光电传感器及其原理图
(1) 光电传感的工作原理       光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电传感器在一般情况下由发射器、接收器和检测电路三部分构成。发射器对准物体发射光束,发射对的光束一般来源于发光二极管和激光二极管等半导体光源。光束不间断地发射,或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成,用于接收发射器发出的光线。检测电路用于滤出有效信号。常用的光电传感器又可分为漫反射式、反射式、对反射式等几种,它们中大多数的动作距离都可以调节。     1)漫射式光电传感器     2)反射式光电传感器     3)对射式光电传感器
(2)光电传感器的调试        通电状态下在光电传感器检测头前方的传送带上,放置物料,调整传感器上两螺母,使传感器前后移动,恰好使传感器尾端指示灯发光,该位置即为传感器对物料的检出点。
       选用欧姆龙(OMRON)公司生产的,型号为E3X-NA11光纤传感器。此传感器为黑白颜色传感器,可检测目标物体对黑白色的反射比率,从而鉴别物体颜色。
3.2.2  光纤传感器        光纤式光电传感器又称光电传感器,它利用光导纤维进行信号传输。光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质,它由高折射率的纤芯和包层组织。包层的折射率小于纤芯的折射率,直径为0.1~0.2mm。当光线通过端面透入纤芯,在到达与包层的交界面时,由于光线的完全内反射,光线反射回纤芯层。这样经过不断反射,光线就能沿着纤芯向前传播且只有很小的衰减。光纤式光电传感器就是把发射器发出的光线用光导纤维引导检测点,再把检测到的光信号用光纤引导到接收器来实现检测。光纤传感器可以实现被检测物体在较远区域的检测。由于光纤损耗和光纤色散的存在,在长距离光纤传输系统中,必须在线路适当位置设立中级放大器,以对衰减和失真的光脉冲信号进行处理及放大。
(1) 光纤传感器介绍        光纤是光电接近开关(简称光纤式光电开关)由光纤检测头、光纤放大器两部分组成,放大器和光纤检测头是分离的两部分,光纤检测头的尾部部分分成分别插入两个光纤孔。光纤是光电传感器的输出连接至PLC。光纤式光电开关的传感器部分没有丝毫电路连接,不产生热量,只利用很少的光能,这些特点使光纤传感器成为危险环境下的理想选择。还可以用于关键生产设备的长期高温可靠稳定的监视。相对于传统传感器,光纤传感器的优点有:抗电磁干扰,可工作于恶劣黄警,传输距离长,使用寿命长,此外,由于光纤头具有较小的体积,所以可以安装在很小的空间里。
(2)光纤传感器调试      安装完成后,用螺丝刀进行灵敏度的调节,调节时会看到“入光量指示灯”发生的变化。在检测距离固定后当白色共检出现在光纤头下方时,“动作显示灯”亮,提示检测到工件,当黑色共检出现在光纤头下方时,“动作显示灯”不亮,这个光线是光电开关调试完成。        通电状态下,在光纤传感器检测头前方的传送带上,放置带有一白色物料,调节传感器上的旋钮,观察窗口中指示灯,灯发光时,再放一黑色物料,灯不亮该灵敏点即为传感器检出点。
3.2.3 电感式接近开关      电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器,用来检测金属物体。 它由LC 高频振荡器和放大处理电路组成,利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化。 由此,可识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。本系统选用LJG2A-4/ZONA2电感传感器。                           图十一   电感传感器工作原理图
(1)电感传感器介绍       由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器,又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的,其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时,就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。
(2)电感式传感器的特点   1)无活动触点、可靠度高、寿命长;    2)分辨率高;    3)灵敏度高;   4)线性度高、重复性好;   5)测量范围宽(测量范围大时分辨率低);   6)无输入时有零位输出电压,引起测量误差;   7)对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;    8)不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移    变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 (3) 电感式传感器的调试        通电状态下在电感传感器检测头前方的传送带上,放置金属物料,调整传感器上两螺母,使传感器前后移动,恰好使传感器尾端指示灯发光,该位置即为传感器对金属质物料的检出点。
模块四   生产线气动、电动控制系统
4.1  生产线气动控制系统   4.1.1  电磁阀的概述 (1)电磁阀的简介         气动电磁阀里有密闭的腔,在的不同位置开有通孔,气动电磁阀的每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边。        气动电磁阀通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,然后通过气动电磁阀的油的压力来推动油刚的活塞,这样通过控制气动电磁阀的电磁铁的电流就控制了整个电磁阀的机械运动。      气动电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件,属于执行器;气动电磁阀并不限于液压气动;气动电磁阀用于控制液压流动方向,工厂的机械装置一般都由液压钢或电磁阀来控制。
(2)电磁阀的工作原理        电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会吸引到哪边,然后通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,通过油的压力来推动油缸的活塞,活塞又会带动活塞杆,活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。
(3)电磁阀的设备说明       1)电磁铁,它是电磁阀的主要部件之一,其作用是利用电磁原理将电信号转换成阀芯的位移。电磁铁的结构可分为T型、I型和平板型,T型电磁铁为减少铁损,用高磁通的硅钢片叠制成,能够获得较好的效率和较大的吸引力,但所需的行程和体积较大,主要用于行程较大的直动式电磁阀。I型电磁铁适用于直流电磁铁和小型交流电磁铁,用圆柱形普通材料制成,其铁心的端面通常制成平面装货圆锥状。与T型电磁铁相比,I型电磁铁的吸力小,行程较短。圆柱形铁心的重量轻、吸引时的冲击较小,所以使用寿命长,主要用与小型直动式和先导式电磁阀。        2)更换安装电磁阀:如有一电磁阀损坏了,需要更换一个电磁阀,可按照下列步骤安装电磁阀。   * 切断气源,用螺丝刀拆卸下已经损坏的电磁阀。   * 用螺丝刀将新的电磁阀装上。   * 将电气控制接头插入电磁阀上。   * 将气路管插入电磁阀上的快速接头。   * 接通气源,用手控开关进行调试,检查气缸动作情况。
4.1.2  电磁阀的分类    (1)按被控制管路内的介质及使用工况的不同可将电磁阀分为:液用电磁阀、气用电磁阀、蒸汽电磁阀、燃气电磁阀、油用电磁阀、消防专用电磁阀、制冷电磁阀、 防腐电磁阀、高温电磁阀、高压电磁阀、无压差电磁阀、超低温电磁阀(深冷电磁阀)、真空电磁阀。     (2)按电磁阀内部结构不同可分为:先导式、直动式、复合式、反冲式、自保持式、脉冲式、双稳态、双向型等。     (3)按电磁阀的使用材质不同可分为:铸铁体(灰口铸铁、 球墨铸铁)、铜体(铸铜、锻铜)、铸钢体、全不锈钢体(304、316)、非金属材料(ABS、聚四氟乙烯)。     (4)按管道中介质的压力不同可分为:真空型 (-0.1~0Mpa)、低压型(0~0.8Mpa)、中压型(1.0~2.5Mpa)、高压型(4.0~6.4Mpa)、超高压型(10~21Mpa)     (5)按介质温度不同可分为:常温型(5℃~80℃)、中温型(100℃~150℃)、高温型(150℃~220℃)、超高温型(250℃~450℃)、低温型 (-40℃~0℃)、超低温型(-196℃)。     (6)按工作电压不同分为:交流电压:AC220V 380V 110V 24V;直流电压:DC24V 12V 6V 220V;一般常用电压为AC220V DC24V,推荐用户尽量选用常用电压、特殊电压供货周期较长。     (7)按电磁阀的防护等级可分为: 防爆型、防水型、户外型等。
4.1.3  图形符号的含义 (1)用方框表示阀的工作位置,有几个方框就表示有几“位”。 (2)方框内的箭头表示油路处于接通状态,但箭头方向不一定表示液流的实际方向。 (3) 方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通。 (4) 方框外部连接的接口数有几个,就表示几“通”。 (5)阀与系统供油路或气闸连接的进油口/进气口用字母p表示;阀与系统回油路/气路连通的回油/回气口用t(有时用o)表示;而阀与执行元件连接的油口/气口用a、b等表示。有时在图形符号上用l表示泄漏油口。 (6)换向阀都有两个或两个以上的工作位置,其中一个为常态位,即阀芯未受到操纵力时所处的位置。图形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。绘制系统图时,油路/气路一般应连接在换向阀的常态位上。
4.1.4  推料部分状态图
4.1.5  液压缸和气压缸       液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。根据常用液压缸的结构形式,可将其分为四种类型:活塞式、柱塞式、伸缩式、摆动式。气压缸是将气压能转变为机械能的气压系统元件。
(1)液压缸和气压缸的区别主要表现在如下四个方面:      1)气压缸的气压系统使用压力一般在0.2-1.0Mpa范围,因此本设计采用气压缸。      2)液压缸得以正常运转靠的是液压油,油是非可再生资源,不能循环往复的利用,并且会利用后的液压油会对环境造成影响;气压缸就不同的,它利用空气完成运转,空气是取之不尽、用之不竭的,没有费用和供应上的困难,将用过的气体直接排入大气,处理方便,可重复利用又不会产生任何污染。      3)空气黏度小,阻力就小于液压油。      4)空气的压缩率远大于液压油,所以它的工作平稳性和响应方面就差好多了。
(2) 设计中采用气缸的技术参数                                            技术参数         额定电压:220V         额定频率:50HZ        排气量:115L/min         噪音值: 55分贝           储气罐: 25L          压力: 10公斤          重量: 35KGS        尺寸: 45X45X62CM          图十二   压缩空气泵
4.1.6  气源处理装置      本次设计的气源处理组件及其回路原理图分别如图所示。气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件,它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水,调节并保持恒定的工作压力。在使用时,应注意经常检查过滤器中凝结水的水位,在超过最高标线以前,必须排放,以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关,用于启/闭气源,当把气路开关向左拔出时,气路接通气源,反之把气路开关向右推入时气路关闭。
4.1.7  气路的连接与调试 (1) 气路的连接        1)截取气管 导气管的长度以既不造成浪费又不影响机械手的长度为准。        2)检查气管截取口 每条气管截取口要保持“圆”的状态,防止在截取气管时因剪刀刀口不够锋利,造成剪切口部分粘在一起,增大气路阻力,甚至影响气路的导通。如果发现有个别截取口在截取时内腔粘在一起,可以将该部分除去不用。        3)插紧气管 将截取好的气管按照“气源—汇流板气源—电磁阀气源—气缸的顺序,用气管将各个部件气管接口连接起来。
(2) 气路调试       1)检查气管是否插紧 各个气管接口之间通过气管连接,气管如果不插紧,易造成漏气或气体不导通。       2)检查气源压力 检查气泵是否正常,开启气泵,检查气源压力是否过大或过小,然后将力调节到合适的压力范围。       3)检查是否漏气 接通气源,首先听到“咝咝”的声音。如果有,说明气体泄漏。然后通过听觉或手的感觉查找具体位置。       4)扎紧气管 将气管捆扎好,以免影响机械手的动作,或者机械手动作时破坏气管。       5)调节节流阀开度 将节流阀的开度调节到合适的位置,保持气流速度适中。如果速度过大,机械手动作过快,容易造成对设备的冲击,甚至破坏设备;如果气流速度太小,设备动作过慢,影响调节效率,甚至会造成气路不能导通。       6)检查四自由度机械手的动作 用小螺钉旋具将“手动换向、加锁钮”调到开启位置,然后用工具向下按,查看四个自由度的动作是否正常。检查时要注意其他部件对机械手的机械 干涉,防止破坏设备。
4.1.8  气动控制图
4.2  生产线电动控制系统 4.2.1 常用导线的名称及型号    表2  常用导线的名称及型号
4.2.2  导线型号的含义     (1)用途和特征代号:B为固定敷设、R为软线、A为安装     (2)导线的代号:T为铜、L为铝、G为钢铁     (3)绝缘层的代号:X为橡胶、F为复合物、V为聚氯乙烯     (4)保护层的代号:H为普通橡胶、V为聚氯乙烯、无表示为纱编制     (5)形状和特性代号:B为平型、S为校型、P为屏蔽
4.2.3  导体颜色的选择:             黄——U1   绿——V1   红——W1       蓝——1V  (零线或中性线)
4.2.4  导线截面积的选择    (1)导线的截面积以㎜²为单位;    (2)导线的截面积越大,允许经过的安全电流越大,在同样条件下,铜导线比铝导线可以小一号;    (3)在选择导线截面积试,主要依据导线的截流量来选择;    (4)机械强度,主要依据导线的使用环境。
4.2.5  供电电源      外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V,图3-4为供电电源模块一次回路原理图。图中,总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。系统各主要负载通过自动开关单独供电。其中,变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电;各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电。此外,系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料、加工和分拣单元,及输送单元的直流电源。
图十三   供电电源模块一次回路原理图
4.2.6  PLC接线端子图
4.2.9  小型生产线的PLC控制梯形图
      为期八周的毕业设计已经结束,通过这次基于PLC控制程序的设计,使我对所学的专业知识有了一次全面、系统的应用总结,提高了理论联系实际的能力。 此次设计主要工作内容如下: (1) 对生产线、PLC、变频器、传感器、电磁阀、电机、等等的基础知识调研。 (2)机械手动作程序的设计和物料输送及分拣的程序设计。 (3) 根据图纸对生产线的安装调试。 (4) 根据要求对程序进行验证及修改。 本设计以光机电一体化实训装置为设计平台,熟悉小型生产线的结构、各个单元的作用,按控制要求规范地绘制电路图和气路图,并能正确连接,初步掌握机械手的动作及控制要求,变频器的选型与参数设置,各类传感器的选择与调整,能针对不同生产线的控制要求,设计与调试PLC程序。 通过对图纸的绘制,让我提高了计算机绘图能力和机械制图能力。此次毕业设计使我各方面的能力得到了很大的提高,达到了预期的设计目的,为以后从事PLC程序设计奠定了坚实的基础。
[1]孙平. 可编程控制器原理及应用.  北京:高等教育出版社(第二版), 2008 [2] 李景学. 可编程序控制器应用系统设计及方法   化学工业出版社  2001. [3] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [4] 蔡红斌. 电气与 PLC 控制技术[M].北京:清华大学出版社,2007 [5] 王兆义. 小型可编程控制器实用技术. 化学工业出版社, 2002年. [6] 许翏、王淑英. 电气控制与 PLC 应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [7] 常晓玲. 电气控制系统与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社,2004. [8] 范晶彦. 传感器与检测技术应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [9] 赵继文. 传感器与应用电路设计[M].北京:科学出版社,2002. [10] 武昌俊. 自动检测技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [11] 宁宗奇. 自动生产线装配、调试与维修.北京:机械工业出版社,2011. [12] 吴明亮、樊明龙. 北京:化学工业出版社,2011.
                                致   谢        本毕业设计是在我的指导老师坚老师和陈老师的悉心指导和热忱关心下完成的。老师严谨求实的治学态度和朴素的生活作风,为我树立了学习的榜样,也将在我的人生道路上一直鼓励着我前进,在此我对两位老师表示由衷的谢意!        我也非常感谢我的父母,是他们在生活和学习上给我关心和帮助,让我全身心地投入到学习中。        最后感谢所有曾经帮助过我的同学和舍友,是他们的鼓励和帮助,让我圆满完成毕业设计。        在设计过程中,使我充分认识到效率的分量,熟练的重要性。虽然在设计过程中天空总是被乌云遮盖,但能获此教训,我知足了,所以我很感谢所有使我一路顺利走来的人。
谢   谢!                                                        2013年4月10日

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