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1、1摘摘 要要应用 PLC 技术对气门压装机进行改造，以实现汽车缸盖的自动在线压装。设计 PLC 的发动机气门压装机控制设计，是为了提高流水线的生产效率，也为流水线工人减轻了一部分劳动力，而且也让工人操作起来比起以前手动控制更安全，减少了在生产流水线过程中的事故率。采用的 PLC 可编程控制器对压装机进行控制，所用的变频器是三菱 FX2N 系列的，而驱动压装机和升降台控制的是液压泵，对于压装的整个过程，在机械结构上安装了光幕传感器和压力继电器，一旦有人或物体进入压装区域范围、压装机的压力过载或者压力不足，警报器就会发出声响，提醒操作人员。而且也可以在快发生危险状况时，可以使用急停按钮，急停当前状
2、态。它的不足之处是在压装的过程中它不是纯自动化控制，而是属于以自动控制为主，并结合手动控制方式。如果把这个方案设计成纯自动化控制，这样能更有效的节省劳动力，同时操作时也更安全。关键词关键词：PLC，控制系统，压装机2基于基于 PLCPLC 的发动机气门压装机控制系统设计的发动机气门压装机控制系统设计0 0 引言引言基于 PLC 的发动机气门压装机的控制设计，主要实现的目的是对于压装机是被液压和 PLC 等两方面控制的，这样方便于在生产线上压装机对发动机的压装。以前对发动机的压装大部分都是人工操作的，用手操作控制压装机，该操作工劳动强度大，且随着生产规模的不断扩大，该工位的生产速度不能满足生产的
3、需要，而且对工人有一定的危险性。现在可以先设计 PLC，用按钮键控制 PLC，然后用 PLC 控制两个电动机，两个电动机分别控制液压泵和传送带，液压泵再控制压装机，而传送带是用来让工件在流水线上不断往前移动，进行下一步操作。整个流程基本上不用手动操作了，以自动为主，大大减少了工人的手动操作，仅需按几个控制按钮就行了。PLC 控制的东西越多，使得生产线越来越自动化，越来越先进化，无需更多的人工操作了。这一个过程从生产角度来说加快了流水线的生产速度，从工人的角度来说大大的加强了对工人的安全和减轻了他们的工作量。压装机，是机械行业用于压装轴套、轴承等的设备。压装机的种类有很多，有轴承压装机、伺服压装
4、机、轮对压装机、数控压装机、定子压装机、气门压装机、精密压装机和液压压装机。数字压装机采用触摸屏作为数据输入，数据显示，原装美国进口测力传感器作为压力采集信号，系统能以每秒 500 次的速度对压力信号，3位移信号进行运算，作出各种报警，以及曲线的描绘。可以预先设定位移与压力的上下限曲线与当前压装值进行比较,输入任意压装位置,即可得到该位置在上次压装时产生的过盈阻力。特点是：以 2-20MPA 的液体压力为动力源,外接三相 AC380V 50HZ 或三相 AC220 60HZ 交流电源；以液体作为介质来传递能量，采用进口低噪音齿轮油泵；采用测力传感器直接测量压装力,精度为正负 5N。压力信号控制
5、系统采用数字信号传输,精确保证了测力传感器的精度不受传输而下降；设备待机,滑快上下移动时噪音均不超过 75 分贝；采用整体焊接的坚固开式结构,可使机身保持足够的的钢性,同时拥有最方便的操作空间；分手动和半自动两种控制方式,手动可将压装上模停在任意行程范围内,配有紧急回升按钮,加装有红外线护手装置；该系列压床的压装行程通过旋转编码器将位移量传送至可编程器,由已编写好的程序自动控制；压力、行程、保压时间、闭合高度客户均可在触摸屏上自行调整；液压系统计内置机架内,外观整洁,轻巧,稳重；该系列液压机械出力为 5 吨。1 吨=1000 千克，牛是力学单位，千克和吨都是质量单位。1 千克的物体在地球上可以
6、产生 9.8 牛的力。1吨可以产生 9800 牛的力，所以 5 吨可以产生 49000 牛的力。气门压装机是利用气门进行压装的一个机械结构，用气门压装机比其他压装机简单明了，而且不像其他压装机的结构复杂，所以本设计就采用气门压装机进行对发动机的压装。PLC 称为可编程控制器，英文称 Programmable LogicController，是一种专门为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。它源于继电控制装置，4但它不像
7、继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于 PLC 内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的进入和输出，只要人机界面好就可以了。而PLC 则还要考虑信息进入和输出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。PLC 及其有关的外围设备都应该按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。它的特点是：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、工作量小，维护方便，
8、容易改造。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此在初步设计阶段时选用可编程控制器，在实施阶段时再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM 一起，被称为现代工业控制的三大支柱。可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。异步电动机，又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子饶组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实
9、现电机能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电5力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要
10、求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。由于异步电动机生产量大，使用面广，要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础
11、上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。液压泵，英文称 hydraulic pump，是依靠密闭工作容积的改变实现吸、压液体，从而将机械能转换为液压能的机器。它是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。常用液压泵的种类：按流量是否可调节可分为：变量泵和定量泵；输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵；按液压系统中常用的泵结构分为：齿轮泵、叶片泵、6柱塞泵。要保证液压泵正常工作，必须满足以下条件：应具备密封工作容积，并且密封
12、容积应能不断重复地由小变大，再由大变小；要有配油装置，在吸油过程中必须使油箱与大气相通，容积减小时向系统压油。液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是众多类型泵中一种。它的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。单柱塞泵的工作原理是凸轮由电动机带动旋转,当凸轮推动柱塞向上运动时，柱塞和缸体形成的密封体积减小，油液从密封体积中挤出，经单向阀排到需要的地方去。 当凸轮旋转至曲线的下降部位时，弹簧迫使柱塞向下，形成一定真空度，油箱中的油液在大气压力的作用下进入密封容积。凸轮使柱塞不断地升降，密封容积周期性地减小和增大，泵就不断吸油和排油。1 1 系统工作原理系统工作原
13、理1.11.1 系统工作结构系统工作结构系统结构是操作按钮控制传感器和 PLC 控制系统，传感器检测到发动机的信号后，信号传输给 PLC，PLC 再控制液压泵、传送带发动机、液压阀和警报器。液压泵是是供应给液压阀和液压控制系统的，传送带是用来传送压装和压装完成的发动机，而液压阀是用来控制压装机的升降，警报器是传感器检测到有物体或人进入正在工作的压装机的工作范围内或者压装机工作到一半停止不动了等一些状况是发出警报声。系统工作的结构中有很多部件组成，有 S2 自动停止器、可编程控制器 PLC、S1 升降台、缸盖位置传感器和系统气液封压装机等部件。S2 自动停止器的作用是下降挡住发动机防止它相前移动
14、，然后等压装机压装完成，就升上去让发动机通过；可编程控制器是在结构中利用 PLC 控制7压装机对发动机进行压装；S1 升降台的作用是把发动机升上到一定的高度让压装机进行压装；位置传感器在这些部件中检测发动机在传送带上传过来时是否到位；压装机是对升降台升上来的发动机进行压装。1.21.2 系统工作过程系统工作过程为了实现在线功能，将气门压装机从原工作台上拆卸下来，移动到专门为其设计的固定支架上来。新增使用气缸驱动的自动升降台 S1，其作用是把发动机缸盖顶离流水线 3mm，从而使压装机的压力能够经过发动机缸盖作用在升降台上，避免此力作用在流水线上造成对流水线的破坏。另外升降台 S1 还可以保证发动
15、机缸盖的水平，保证在不压坏气门零件、压伤缸盖的情况下每个气门零件都能压紧。此外，生产线上还新增气缸驱动的自动停止器 S2 和缸盖接近开关 K1 以及系统启动按钮。如图 1.1 所示，当发动机缸盖在生产线上流动到达 K1 位置时，在压装工位上无发动机缸盖存在，PLC 接收到 K1 信号后控制自动停止器 S2下降挡住发动机缸盖；操作工确定缸盖到位后，如此时气压正常，则无须按下急停按钮，而按下启动按钮使升降台 S1 上升，顶住发动机缸盖并保持其水平；操作工安装气门垫圈后，同时按下压装按钮 1 和压装按钮2 进行压装操作；压装完成后，升降台 S1 自动下降，停止器 S2 自动上升，发动机缸盖继续沿生产
16、线前行，如此循环。8图 1.1 系统工作原理1.31.3 系统工作元件系统工作元件1.3.11.3.1 液压泵液压泵液压泵是供应高压微型电动液压油泵，叶轮数目是单级，用途是增压泵，泵轴位置是卧式的，材料是铝合金的。它的类型是齿轮泵，流量是 2L，品牌是 RUITENG,驱动方式是电动的型号是 RMH-8643，重量是22.8KG.它的额定压力为 31.5MPa，高压微型电动液压油泵是一种用插装阀块把电机、泵、阀、油箱紧凑连接在一起的微型液压泵站。与同规格的液压站相比，具有体积小巧，结构紧凑，重量轻，造价低，使用操作简单，维护保养方便等特点。此产品功能齐全，噪音低，运行平稳，效率高，无外泄漏，工作可靠，外形美观，使用寿命长。由于生产批量大，因此不但质量高，而且价格低。作为小型液压缸，液压马达的动力源非常适宜，广泛应用于工程机械，汽车，农机，冶金，机床，医疗，疗卫生环保，液压机具，升降平台，自动化等。液压泵的电机电压的规格是：DC12V、DC24V、DC48V、AC110V、AC220V、AC380V 等。本设计选用的电机的电压为 AC380V 的液压泵。液压泵的功
