自动控制清洗系统
前言
1 毕业课题任务描述
初始状态，升降气缸伸出，停留在位置2(空位）。搬运爪通过电机控制的丝杠系统移动，完成取货和放货动作。按下启动按钮,丝杠系统带动气缸爪移动到1位置气缸缩回取货,搬运货物到3位，气缸伸出放下货物，延时5秒气缸缩回取出货物，移动到4位气缸伸出放下货物再延时5秒气缸缩回取出货物移动到5位气缸伸出放下货物，然后移动到2位（初始位置）等待下一次运行搬运.
2 毕业课题的组成
自动控制清洗系统分为两个不同的控制过程:①自动控制过程和②手动控制过程.
1.自动控制过程的描述：初始状态时，气缸保持伸出状态，停留在初始位置2号位。调节手动，自动切换按钮到自动档，进行自动操作。当按下启动按钮时,丝杠开始向放有货物的1号位移动,此时气缸仍旧保持伸出的状态。当到达1号位置时，丝杠停止移动。此时气缸收缩，提货爪提起货物随着气缸的收缩向上移动。当气缸收缩到位时，丝杠开始向3号位移动，当到达3号位时，气缸伸出，随着气缸的伸出,提货爪将货物放入清洗盒1，进行第一遍清洗（一次清洗5秒钟）。5秒后气缸收缩，提货爪带动货物向上移动。当气缸收缩到位时，丝杠开始向4号位移动,当到达4号位时，气缸伸出，随着气缸的伸出，提货爪将货物放入清洗盒2，进行第二遍清洗。5秒后气缸收缩，提货爪带动货物向上移动。当气缸收缩到位时,丝杠开始向5号位移动,当到达5号位时，气缸伸出，将货物放入最终的放料盒。当货物放入放料盒后，气缸保持伸出的状态，此时丝杠向1号位移动，循环以上的动作(若在1号位传感器没有检测到货物,则丝杠移动至2号位停止,整个系统循环结束)。当按下停止按钮后，整个系统完成一个循环后，最终气缸保持伸出状态,丝杠移动至2号位停止。
①自动控制过程流程图：
2.手动控制过程的描述:初始状态时，气缸保持伸出状态，停留在初始位置2号位.调节手动，自动切换按钮到手动档,进行手动操作。按下手动按钮1，丝杠由初始状态向放有货物的1号位移动，此时气缸仍旧保持伸出的状态。当到达1号位置时,丝杠停止移动。此时气缸收缩,提货爪提起货物随着气缸的收缩向上移动.当气缸收缩到位时，丝杠开始向3号位移动,当到达3号位时，气缸伸出，随着气缸的伸出,提货爪将货物放入清洗盒1，进行第一遍清洗（清洗时间不定)。只有当按下手动按钮2后,气缸才会收缩，提货爪提起货物在丝杠的移动下到4号位，进行第二遍清洗。按下手动按钮2第二遍后，提货爪带动货物向上移动。当气缸收缩到位时，丝杠开始向5号位移动,当到达5号位时，气缸伸出,将货物放入最终的放料盒.（注意:若丝杠在3号位的清洗盒清洗时，再次按下手动按钮1是不起作用的，只有当货物进入到4号位进行第二遍清洗时，此时按下手动按钮1，提货爪才会在丝杠的移动下到1号位提取货物到3号位的清洗盒进行清洗。当两个清洗盒内都有货物清洗时，按下手动按钮2时，提货爪会先提取4号位的货物在丝杠的移动下到5号位，将货物放入最终料盒，再次按下手动按钮2，将重复3号位到4号位的移动过程,当再次按下手动按钮1时，又将重复1号位到3号位的移动过程。如此往复循环。）按下停止按钮后，只有手动按钮2起作用，在手动按钮2的作用下，将最后清洗的货物放入到最终料盒后。气缸保持伸出状态在丝杠的移动下会到初始位置2号位。
②手动控制过程流程图：
3按钮盒功能详细介绍
结合以上自动控制过程和手动控制过程的描述,需要制作合理的按钮盒来实现控制这些过程的要求。
按钮盒装配按钮和指示灯后的详细介绍(见下图)
启动按钮； 暂停按钮； 停止按钮； 手动按钮1； 手动按钮2； 急停按钮； 上电按钮； 手动、自动切换按钮
上电指示灯; 启动指示灯； 暂停指示灯； 货物清洗指示灯1
货物清洗指示灯2
4课题完成后应达到的效果
课题完成后应实现课题任务所描述的全部功能，并且应有良好的电气保护措施。提货爪在提取货物时,应准确的将货物提起，不可以出现提偏，提歪，提不起的现象。货物在进入清洗盒时,应算准距离,不可以出现放不进去的现象。当货物放入5号位最终放料台时，料台的底部应比清洗盒的底部高出些许，这样当货物放入料台时，提货爪可与货物分开，保持提货爪在回到1号位或者2号位时,提货爪是空载的状态。自动状态可以循环往复，手动状态可以在人的操作下完成需要达到的要求.机械零件应拆装方便，便于维修和日常维护。整体设备应有良好的模拟运行过程，也应具备一定的观赏性
当设备开始工作时:自动状态时,按下启动按钮,启动指示灯会亮起。设备开始工作，当货物进入3号位清洗盒清洗时,会有相应的指示灯亮起说明货物在进行第一遍清洗；当货物进入4号位清洗盒进行第二遍清洗时，也会有相应的指示灯亮起说明货物在进行第二遍清洗。若在运行过程中,按下暂停按钮,不论运行在什么状态，都将停止，同时暂停指示灯亮起，当再次按下启动按钮时,设备会接着上一个暂停的状态继续运行。若在运行中按下停止按钮，设备会完成一个相应的循环最终停止在2号位。手动状态时，会根据对应的手动操作设备进行相应的动作。当货物在3号位或者4号位进行清洗时，对应的清洗指示灯也会亮起提示货物正在清洗.
完成步骤及过程
1.机械部分
1、相关机械材料的准备
1;铝型材（底板，丝杠支撑架）
2；有机玻璃（放货台面板）
3；铝合金（货物,提货爪,传感器支撑架）
2、部分机械材料的加工介绍
铝合金
1、货物(下图)
货物加工介绍【加工尺寸祥见加工图纸】加工步骤如下：
1)车加工Φ5长40mm的圆柱
2）用板牙在加工后的圆柱上套螺纹（螺纹规格M5),螺纹长度为15mm
3）备料40×40×40的正方体
4）根据加工图纸在正方体上划线，并在钻床上钻孔
5）使用M5的丝锥攻螺纹,螺纹的有效深度为15mm
6)将加工完成后的货杆旋入正方体的螺纹孔，货物即完成。
2、提货爪（下图）
提货爪介绍【加工尺寸祥见加工图纸】加工步骤如下：
1）备料110×60×10的长方体（提货爪盖板）
2）根据加工图纸在长方体上划线，并在钻床上钻孔，沉头深度为6.5mm
3）根据加工图纸加工出V槽块块连接架，与盖板相配合的面,根据加工图纸钻孔并攻M4的螺纹孔。
4）V槽块连接架与V槽块相配合连接的面，根据加工图纸在V槽块连接架上划线并钻削M4的通孔.
5）根据加工图纸加工出V槽块，V槽块厚度为10mm。
6）在加工完成后的V槽块上根据加工图纸划线钻孔并攻M4的通孔螺纹。
提货爪(装配图）
装配图简要说明：根据加工要求可以知道，在提货盖板、V槽块连接架、V槽块上分别加工了不同的通孔和螺纹孔。根据这些通孔和螺纹孔,通过螺丝将其进行紧固连接,提货爪即加工完成.
2．电子部分
设备中电器元件的应用介绍:
1。步进电机
在本课题中使用的是两相步进电机,相数不同的步进电机的工作原理是相同的。为了更形象的了解步进电机的工作原理，在这里以三相步进电机作为介绍：当第一个脉冲通入A相时,磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下,转子的1、3齿要和A级对齐.当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时针方向转动一定的角度:（工作原理图如下)
步进电机脉冲的计算：
电机转子转一圈的角位移为360°（用⊙来表示），系统中电机为二位，四拍，转子齿数为50个。所得公式为
步距角 = ⊙ / （ 转子齿数 J·运行拍数)
步距角 = 360°/（50＊4）
= 1.8°
步进电机运行一圈脉冲：脉冲 = 圆周360° / 步距角1.8 = 200
此时所得的200是指脉冲数，不过在电机没有使用细分驱动器之前，电机旋转一圈为200个脉冲.当接了驱动器时,根据上述资料是32细分。所得出公式;
细分后的脉冲 = 细分前的脉冲 · 细分数
= 200 · 32
= 6400 （为细分运行时转6400个脉冲,电机转一圈）
在计算平台到各指定位置的脉冲时,首先要了解在1个脉冲下,平台移动多远,当然实际计算量出这么小的值很困难。所以先量出电机转动一圈走了多远.再计算一个脉冲的距离.电机转动一圈后,经卡尺量得平台运行了93。5mm.所以得出脉冲公式:
1个脉冲的距离 = S( 电机转一圈平台移动的距离 ） / L（ 脉冲数)
= 93。5 / 6400
=0。0146 mm /L
题目所需要求利用PLC根据以上公式来计算。
步进电机的安装及接线说明：
1;电机安装时，务必用电机前端盖安装止口定位，并注意公差配合，严格保证电机轴与负载轴的同心度，否则会造成电机轴弯曲和断裂.
2;电机与驱动器连接时，应严格按照要求,否则会造成电机和驱动器的损坏，步进电机与驱动器的相位接线如下图所示：
2。磁性开关
将磁性开关通过气缸上所附分别安装于气缸首尾端，因为是双轴气缸,所选磁性开关可插入双轴气缸表面的插槽内；磁性开关有两根线:棕线和蓝线,棕线接正,蓝线接负；将线顺着气缸方向布置并固定好，避免拉扯,影响讯号接收；当两端信号灯亮说明有信号，通过调节磁性开关的位置来确定所需的行程。
3．微动开关
安装前要检查微动开关的好坏。将微动开关安装在导轨两侧的倒“L”型微动开关支架上，对角安装。控制好运行平台的速度，否则会引起微动开关的接触不良或损坏。在引常开与公共端的配线时要牢靠,同时配线上不能施加拉力。
4．传感器
本课题采用电容传感器，电容传感器分三根线,即蓝线，棕线，黑线。其中蓝线接地，棕色为+24V，黑线为性号线，不可接反
3。气动部分
设备中气动元件的部分介绍:
1．电磁阀(二位五通电磁换向阀）
电磁阀是用来控制流体的自动化的基础元件，属于执行元件.并不限于液动、气动。腔在不同的位置时，电磁阀的通路也不同（左腔工作，通路为1，4 ；右腔工作，通路为1，2）。腔的工作位置有2个,该电磁阀就叫2位电磁阀，阀体上有5个接口,也就是电磁阀的通路数为5个 ，该电磁阀就叫5位电磁阀.
二位五通电磁换向阀的接线分为蓝色线与棕色线。其中蓝色线接-24V，棕色线接+24V.常亮时为接线正确，闪一下时表面正负接反。
2．单向节流调速阀
1)节流调速阀的作用
节流调节阀调节气压进入汽缸的工作气压，它可以控制汽缸伸出与缩回速度的快慢。同时也起到缓冲的作用以保护汽缸。
2) 优点： ①体积小，安装方便，美观。
②价格便宜.
气动元器件连接时注意事项：气动元器件连接时，应注意元器件的进出气方向,如电磁阀的进气口与出气口不可颠倒，否则将会影响元器件的正常工作.元件安装要紧固,不可松动，否则会出现安全事故。为了防止气缸带动物件因冲击力过大而对其造成损坏，在气缸进出气口各安装一个节流阀，控制气流大小，减慢气缸活塞伸缩的速度。
气动元器件的动作描述：当有气源通入时，在二位五通电磁换向阀的作用下，控制气缸的伸缩.在单向节流阀的作用下，可以调节气缸伸缩适度的快慢.
气动连接时的注意事项
1）使用前注意检查元件,是否有损坏,然后安装使用.
2)安装时，注意气流方向及接管是否正确，气压是否合适。
3）应按使用要求来使用各个元器件。
4）使用时，应注意元器件的维护与清洁.
5）安装电磁阀时，注意电压是否符合要求，接线是否正确,整个装置调试时，应先用手动装置调试，然后在电调试。
6） 安装电磁阀的螺纹直通和消音器时应在螺纹端用生胶带拧紧，防止通气时漏气；
7）在管路连接在弯曲改变方向时,管路必须以圆弧方式过度,以免折弯损伤气管；
8）在安装连接时，必须注意气管切口及连接形式，以免存在漏气；
总结
1、课题完成后的亮点
根据所给课题，加工完成后的设备亮点在于：分为手动控制和自动控制两部分。目前大多数机械产品都是自动化较多，缺乏可以人为地操纵-—也就是手动部分。因为在有的时候自动控制所加工出来产品的效果不一定可以达到人们所需的理想要求，所以在设备中添加手动控制部分是很重要的.本套设备既可以实现自动控制也可以人为地手动控制，而且自动控制和手动控制之间的切换也较方便。当按下自动、手动切换按钮时，便可以方便的实现自动控制和手动控制之间的转换。在本课题中，当货物在清洗盒中进行清洗时，一次清洗为5秒钟。如果在实际生产中，货物在自动控制过程中清洗5秒的时间不够或者时间过长，就达不到理想中的要求。这时如果在手动操作下控制时,就可以避免这些问题.本套设备在运行过程中的动作都会有相应的指示灯亮起,以便准确提示设备在运行过程中的当时的状态；对于按钮的控制，容易辨认、易操作；提货爪中所设计的V型块,可以方便而又稳定的将货物提起。这些都是课题完成后，设备中所展现出来的亮点。
2、课题完成后的电气安全性测试和调试
本套设备以达到课题内容所提的全部要求。提货爪在对货物进行提货时，能够准确而又平稳的在指定区域提起（或放置）货物.且整体设备有一定的电气保护措施。具有良好的运行模拟过程，有一定的观赏性。当在手动操作时，分别按下手动操作的两个按钮时，可以按照设备的要求,准确无误的实现人为地手动控制。
1机械部分调试
（1） 检查机械部分各零部件的尺寸规格。
（2） 把机械各部分的刺角倒成圆角，防止尖角划伤人。
（3) 选择符合规格的螺钉，在用螺钉固定配合中要注意零部件的配合度。
(4） 固定好零部件后，要保证固定的整体部分的稳定性，防止事故出现。
(5） 要保证各零部件之间的配合度及安全性。
2 气动部分调试
（1） 调试前的准备工作；
a：气动回路的调试必须要在机械部分动作完全正常的情况下进行。
b：在调试气动回路前，首先要仔细阅读气动回路图。
c：详细检查各管道的连接情况。
（2） 熟悉气源，向气动系统供气时，首先要把压力调整到工作压力范围（一般为0.4～0.5MPa）。然后检查系统有无泄漏。调试工作一定要在无泄漏情况下进行。
（3） 气动回路无异常情况下，首先继续手动调试。
（4） 在手动动作完全正常的基础上，方可转入自动循环的调试工作。
（5) 空载试运转不得少于2h，注意观察压力的变化，如果发现异常现象，应立即停车检查，带排除故障后才能继续试运转.
（6) 负载试运转应分段加载，运转不得少于4h。
（7） 在调试中应做好记录，以便总结经验。找出问题。
3 电气部分调试
（1） 做好安全准备工作，穿戴好安全防护服及绝缘鞋。
（2） 按照安全操作规程进行作业。
(3) 通电前严格按照电路图用数字万用表进行测量，若发现接错、漏接、短路等情况，立即解决并做记录。
(4） 等检测完毕，确认无一处错误后,才可通电，通电时安全作业。
（5） 在调节检测时,逐一记录，逐一排除.
4 系统的整体调试
系统的整体调节在于机械、气动、电气方面的整体运行配合，三个方面组成了这个整体系统，使系统的整体度更加的和谐，运行的更加的流畅，三个方面相辅相成。
（1） 检查设备的完整性，机械部分是否牢固，有无螺丝松动。
（2） 检查气动回路连接是否正确;通气，按电磁阀上的按钮,看气缸是否伸出和缩回，然后断气。
（3） 检查电子部分接线是否正确，然后让PLC处于“STOP”状态,拉动活塞杆调节磁性开关的位置。
（4） 根据实际情况，设置好传感器的检测距离.
通气,让PLC处于“RUN”状态,启动系统,观察设备的运行情况，然后把设备调节到最佳状态
3、课题完成后还须改进的地方
设备设计完成后的不足：1、传感器的放置在设备中布局的不合理，影响力设备的整体美观效果。2、双轴气缸与丝杠的固定不合理,固定后没有整体性.3、放货台设计的过于简单,没有新颖性。
改进的方法：1、布局要合理，将所有器材包括其附属部件都要完全的融合到设备的整体设计规划中,以求达到最佳效果。2、设计更加合理的连接件,以便双轴气缸与丝杠的完美结合。3、放货台的制作材料，可用其它金属材料来代替，可以设计的更加灵巧活动一些,以便货物的提起与存放更加灵动。使设备整体有一种未来化的机械感。