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喷砂机设计毕业设计论文
中文摘要
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高,对工业生产提出了更高的要求,从数量到质量、从材料到结构等都经历了一次又一次的技术革新。
从原始的钳工,到普通机床,再到如今的数控机床,生产作业工具在日新月异地更新。
对于精加工,有数控车、铣、镗、磨,有特种加工、电火花加工;而对于没有余量的表面机械加工,就需要用到喷砂机了。
喷砂机类型可分为:
吸入式喷砂机、压入式喷砂机、液体喷砂机、冷却喷砂机等。
目前,喷砂机工作方式大多是利用继电器、开关和按钮进行控制;因此,喷砂机存在着一些缺陷。
譬如,继电器、按钮、开关易疲劳受损、易受腐蚀、误动作等诸多故障,喷砂机机体密封性不够好易造成磨料泄漏回收难、污染环境等。
综上,针对上述弊端,在此设计中对喷砂机进行现代化改进;与PLC、触摸屏进行现代化工艺结合,改善其使用方式和工作方式,使之应用面更广,使之符合现代化、智能化控制的要求。
对在舱室中的砂进行吸收再利用。
在此次设计中,利用基于STM32单片机的自制简易三菱FX系列PLC与现在主流的组态软件MCGS、触摸屏相结合的方式实现对喷砂机运行的智能化控制和实时监控;利用各种各样的传感器实现自动运行,实现了成本低廉、性能优异的对喷砂机的智能化改造。
关键词:
喷砂机,MCGS,触摸屏,自动化
ABSTRACT
Withthesocialandeconomicdevelopmentandscientificandtechnologicallevelofindustrialproductionhasputforwardhigherrequirements,fromquantitytoquality,frommaterialstostructureandsoonceagainexperiencedatechnologicalinnovation.Fromtheoriginalfitter,togeneralmachinetools,totoday'sCNCmachinetools,productionoperationstoolsinarapidlychangingupdated.Forfinishing,aCNCturning,milling,boring,grinding,therearespecialprocessing,EDM;whilenomarginforsurfacemachining,youneedtouseasandblastingmachine.Blastingmachinetypescanbedividedinto:
suctionblastingmachine,pressure-blastingmachine,liquidsandblastingmachine,sandblastingmachinecooling.Currently,workismostlysandblastingmachinesuserelays,switchesandbuttonstocontrol;therefore,sandblastingmachinetherearesomeflaws.Forexample,relays,buttons,switchesfatiguedamage,susceptibletocorrosion,malfunction,andmanyfailures,sandblastingmachinebodyisnotgoodenoughsealleakagecouldeasilyleadtoabrasiverecyclingdifficult,andenvironmentalpollution.
Insummary,fortheabove-mentioneddrawbacks,inthisdesignforsandblastingmachinemodernimprovements;withPLC,touchscreentechnologycombinedtomodernizeandimproveitsuseandworktomakeitwiderapplication,toconformtomodern,intelligentcontrolrequirements.Sandincompartmenttoabsorbandreuse.Inthisdesign,theusemadesimpleMitsubishiFXseriesPLC,MCGSandtouchscreencombinationofsimulationintelligentcontrolblastingmachineisrunning;takeadvantageofavarietyofsensorsforautomaticoperation.
Keywords:
Sand-blastingmachine,MCGS,Touchscreen,Automation
第一章绪论
喷砂机是一种表面处理机器,在无加工余量的情况下对工件表面进行精加工、精磨、抛光等。
其是采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料高速喷射到被需处理工件表面,使工件表面的外表面的机械性能发生变化的一种机器。
由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰,把表面的杂质、杂色及氧化层清除掉,同时使介质表面粗化,消除工件残余应力和提高基材表面硬度的作用。
喷砂机是通过一种或多种砂料来打击金属的表面,消除金属表面的一些附着物,如铁锈,但有时也通过喷砂碰击来获得一个特定的表面层。
喷砂介质可以是各种规格的砂,碳化硅颗粒、小钢球等。
喷砂机抛出的的钢砂通过叶片旋转,打击到物体的表面。
上世纪30年代美国公司在世界上制成第一台喷砂机。
中国的喷砂强化设备生产始于上世纪50年代,主要是仿前苏联技术。
60年代初,青岛设计生产了一台Q31lO滚筒式喷砂清理机,标志着中国抛喷丸技术与装备从纯仿制到可自行开发和制造的转变,中国也开始有喷砂设备专业生产厂家。
多年来喷砂技术与装备日臻完善,性能不断提高,应用范围从单纯的铸造业的表面清理扩大到冶金矿山、机械制造、汽车拖拉机、兵器制造、轻纺机械、船舶车辆、航空宇航等不同行业,其工艺范围亦从铸锻件的表面清理扩展到金属结构件的强化、表面加工、抛喷丸成形等不同的领域。
历经几十年的不断发展,喷砂机从传统的固定式到现在的移动式发展,从水平移动到垂直移动。
喷砂机从单一的一种机械发展到一个领域,从单一的一道生产程序到整个生产工艺中的一部分。
喷砂机正在不断延伸到每一个行业,给各行业生产工艺带来很大的便利。
喷砂机主要由4个部件组成:
①喷砂器一般用高速旋转的叶轮将弹丸在高离心力作用下向一定方向抛射。
在工作过程中,有的喷砂器可作一定角度的摆动或上、下移动。
②弹丸收集、分离和运输系统。
③使铸件在喷砂清理过程中连续不断运行和翻转的承载体。
④除尘系统。
喷砂房:
无需深地坑(亦可不做地坑)、基建费用低,施工周期短。
喷砂清理机设备主要由喷砂器、耐磨橡胶环带、绞龙、提升、分离器、进料输送、除尘机、清理机械组合而成。
目前,大多数喷砂机仍处于硬元件控制的时代,靠时间继电器、中间继电器、接触器等有机械动作的电气控制元件来进行过程控制;各种命令的发出也是依赖各式各样的开关和按钮。
在这信息化、数字化的时代,人们已不满足这类麻烦且故障频发的控制系统。
本设计就上述电气方面的不足进行了智能化改进,利用可编程逻辑控制器(PLC)、监视与控制通用系统(MCGS)、触摸屏对其进行电气改进,使其符合现代化控制要求。
第二章设计工具概况
2.1喷砂机简介
喷砂机是采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料高速喷射到被需处理工件表面,使工件表面的外表面的机械性能发生变化的一种机器。
由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰,把表面的杂质、杂色及氧化层清除掉,同时使介质表面粗化,消除工件残余应力和提高基材表面硬度的作用。
喷砂机大致可分为:
吸入式喷砂机、压入式喷砂机、液体喷砂机、冷冻喷砂机等。
喷砂机可用于工件表面的清理;工件表面涂覆前的前处理;改变工件的物理机械性能提高或降低表面粗糙度,变表面拉应力为压应力,提高表面的润滑状态,降低偶件的运动噪音,提高表面的摩擦系数;工件表面的光饰加工、刻蚀防滑加工等。
吸入式喷砂机一般组成一个完整的吸入式干喷砂机一般由六个系统组成,即结构系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助系统。
吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力,通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压,将磨料通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出,喷射到被加工表面,达到预期的加工目的。
在吸入式干喷砂机中,压缩空气既是供料动力又是射流的加速动力。
压入式干喷砂机工作单元一般由四个系统组成,即压力罐、介质动力系统、管路系统、控制系统。
压入式干喷砂机是以压缩空气为动力,通过压缩空气在压力罐内建立的工作压力,将磨料通过出砂阀压入输砂管并经喷嘴射出,喷射到被加工表面达到预期的加工目。
在压入式干喷砂机中,压缩空气既是供料动力又是射流的加速动力。
2.2PLC简介
PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)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,用来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。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/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:
电源、中央处理单元、存储器、输入/输出接口电路、功能模块及通讯模块等。
世界上较为著名的PLC生产商有:
西门子、欧姆龙、施耐德、三菱、松下、嘉华、研华等。
PLC可灵活运用于各种工业自动控制场合,如冶金、化工、塑料、轻纺、食品、包装、印刷、建材、中央空调、环保设备以及单一过程控制装置等行业中的生产机械、工业流水线、各种机床的工业控制设备中。
2.3GXDeveloper简介
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计,网络参数设定,可进行程序的线上更改、监控及调试,具有异地读写PLC程序功能。
GXDeveloper能够制作Q系列,QnA系列,A系列(包括运动控制(SCPU)),FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。
此外,选择FX系列的情况下,还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。
利用Windows的优越性,使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制,粘贴,并有效利用。
程序标准化,1.用标号编程制作可编程控制器程序的话,就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序,用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用;2.FB(功能块)是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能,把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化,使得顺序程序的开发变得容易,此外,零件化后,能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误;3.只要在任意的回路模式上加上名字(宏定义名)登录(宏登录)到文档,然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式,变更软元件就能够灵活利用了;4.能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定;5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接;6.丰富的调试功能。
2.4监视与控制通用系统(MCGS)简介
MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制,可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。
MCGS组态软件包括三个版本,分别是网络版、通用版、嵌入版。
具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
通过与其他相关的硬件设备结合,可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。
用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统,如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块,无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
MCGS6.2网络版用于C/S(客户端/服务器)结构,使用于网络中。
MCGS6.2通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英,历时整整一年时间,辛勤耕耘的结晶,MCGS6.2通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃,是国内组态软件行业划时代的产品,必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。
MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的,专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件,MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分,它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行,运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。
适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。
通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在自动化领域有着广泛的应用。
此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境,用于对组态后的工程进行模拟测试,方便用户对组态过程的调试。
PLC应用范围:
可灵活运用在各种工业自动控制场合,如冶金、化工、塑料、轻纺、食品、包装、印刷、建材、木工、中央空调、环保设备以及单一过程控制装置等行业中的生产机械、工业流水线、各种机床的工业控制设备中。
PLC应用范围:
可灵活运用在各种工业自动控制场合,如冶金、化工、塑料、轻纺、食品、包装、印刷、建材、木工、中央空调、环保设备以及单一过程控制装置等行业中的生产机械、工业流水线、各种机床的工业控制设备中。
2.5触摸屏简介
触摸屏(touchscreen)又称为“触控屏”、“触控面板”,是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置,当接触了屏幕上的图形按钮时,屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置,可用以取代机械式的按钮面板,并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。
触摸屏作为一种最新的电脑输入设备,它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。
它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。
所谓触摸屏,从市场概念来讲,就是一种人人都会使用的计算机输入设备,或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。
从技术原理角度来讲,触摸屏是一套透明的绝对定位系统,首先它必须保证是透明的,因此它必须通过材料科技来解决透明问题;其次它是绝对坐标,不像鼠标是相对定位的一套系统,对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要时刻反馈;再其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置。
触摸屏从技术原理来区别触摸屏,可分为五个基本种类:
矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏;按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质,把触摸屏分为四种,它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。
目前,触摸屏应用范围已变得越来越广泛,从工业用途的工厂设备的控制/操作系统、公共信息查询的电子查询设施、商业用途的提款机,到消费性电子的移动电话、PDA、数码相机等都可看到触控屏幕的身影。
当然,这其中应用最为广泛的仍是手机。
第三章PLC程序系统设计
3.1PLC的比较
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,用来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。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
较为著名的PLC生产厂商有,西门子、三菱、欧姆龙、汇川等等。
3.1.1西门子PLC
德国西门子(SIEMENS)公司生产的可编程逻辑控制器在我国的应用也相当广泛,在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。
西门子(SIEMENS)公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性高。
S7系列PLC产品可分为微型PLC(如S7-200),小规模性能要求的PLC(如S7-300)和中、高性能要求的PLC(如S7-400)等。
一般来说可以从三个角度对可编程序控制器进行分类。
其一是从可编程序控制器的控制规模大小去分类,其二是从可编程序控制器的性能高低去分类,其三是从可编程序控制器的结构特点去分类。
按控制规模分类可分为大型机、中型机和小型机。
小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。
西门子小型机有S7-200:
处理速度0.8~1.2ms;存贮器2k;数字量248点;模拟量35路。
中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控,它适合中型或大型控制系统的控制。
西门子中型机有S7-300:
处理速度0.8~1.2ms;存贮器2k;数字量1024点;模拟量128路;网络PROFIBUS;工业以太网;MPI。
大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。
它不仅可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。
西门子大型机有S7-400:
处理速度0.3ms/1k字;存贮器512k;I/O点12672。
按控制性能分类可分为高档机、中档机和低档机。
低档机,这类可编程序控制器,具有基本的控制功能和一般的运算能力。
工作速度比较低,能带的输入和输出模块的数量比较少。
例如,S7-200。
中档机,这类可编程序控制器,具有较强的控制功能和较强的运算能力。
它不仅能完成一般的逻辑运算,也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。
工作速度比较快,能带的输入输出模块的数量也比较多,输入和输出模块的种类也比较多。
例如,S7-300。
高档机,这类可编程序控制器,具有强大的控制功能和强大的运算能力。
在联网中一般做主站使用。
例如,S7-400。
按结构分类可分为整体式、叠装式和组合式。
整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内,该单元叫做作基本单元。
一个基本单元就是一台完整的PLC。
组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块,如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。
其中各模块功能比较单一,模块的种类却日趋丰富。
叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的I/O点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。
它也是由各个单元的组合构成。
3.1.2三菱PLC
三菱PLC英文名又称:
MitsubishPowerLineCommunication,是三菱电机在大连生产的主力产品。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
三菱PLC在中国市场常见的有以下型号:
FR-FX1NFR-FX1SFR-FX2NFR-FX3UFR-FX2NCFR-AFR-Q)。
三菱FX1S系列PLC是一种集成型小型单元式PLC。
且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。
如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。
FX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。
具有扩展输入输出,模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。
是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点,为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
FX3U系列是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。
基本性能大幅提升,晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能,并且增加了新的定位指令,从而使得定位控制功能更加强大,使用更为方便。
FX3G系列是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,基本单元自带两路高速通讯接口(RS422&USB,内置高达32K大容量存储器,标准模式时基本指令处理速度可达0.21μs,控制规模:
14~256点(包括CC-LINK网络I/O),定位功能设置简便(最多三轴),基本单元左侧最多可连接4台FX3U特殊适配器,可实现浮点数运算,可设置两级密码,每级16字符,增强密码保护功能。
三菱FXPLC是小形化,高速度,高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置,除输入出16~25点的独立用途外,还可以适用于多个基本组件间的连接,模拟控制,定位控制等特殊用途,是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
3.1.3欧姆龙PLC
欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型PLC,能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制;它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力,大程序容量和存储器单元,以Windows环境下高效的软件开发能力。
欧姆龙PLC也能用于包装系统,并支持HACCP(寄生脉冲分析关键控制点)过程处理标准。
欧姆龙PLC不受环境的限制,有电即可组建网络,同时可以灵活扩展接入端口数量,使资源保持较高的利用率,在移动性方面可与WLAN媲美。
其可以很平顺的在线观赏DVD影片,它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps;为了确保QoS,HomePlugAV采用了时分多路访问(TDMA)与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问(CSMA)协议,两者结合,能够很好地传输流媒体。
无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙,但对于高层建筑来说,其必需布设N多个AP才能满足需求,而且同样不能避免信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络,它的规模之大,是其他任何网络无法比拟的。
终端用户只需要插上电力猫,就可以实现因特网接入,电视频道接收节目,打电话或者是可视电话。
充分利用现有的低压配电网络基础设施,无需任何布线,节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞,避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏,同时也节省了人力。
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