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1、5 曲面印刷机自动控制系统硬件设计5.1 变频器的选择5.1.1 变频器的工作原理根据电机学原理，交流电动机转速公式为：式中：n为电动机转速，n0为同步转速，f为电源频率，p为电动机磁极对数，s为转差率。由上式可知，当p和s不变时，电动机转子转速与定子电源频率f成正比，连续改变异步电动机供电电源的频率，则可连续平滑的调节电动机的转速。这是变频器的工作原理。变频器自带有完善的保护功能，如过流、过压、欠压、过热、过载等功能。当电机发生赌转等故障时，变频器可跳闸，以保护电机。变频器每次故障都有故障记忆，可将最新的故障记忆下来，以便运行人员进行故障分析。变频器输出的电源频率可通过操作面板的手动旋钮调节
2、，也可在频率设置输入端上接入控制信号实现远程控制模式。5.1.2 变频器的选型此曲面印刷机对变频器功能要求是调节印刷机的速度即调节主电动机的转速。由于主电动机的功率是7.5KW，输入电压为三相380V交流电，电流19A，选择的变频器也应该大于等于电动机的功率，考虑到成本问题，安川变频器全球销量比较好，性价比比较高，所以选择安川VS-616G5型号的变频器其功率为11KW。其端子详解图如图5-1所示。我们所使用的端子有1正传运行/停止、3异常复位、4外部异常。图5-1安川VS-616G5端子详解图 5.2 光电编码器的选择5.2.1 光电编码器的概述光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械
3、几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器。一般的光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。5.2.2 光电编码器的选型根据去面印刷机的工作方式要求，在本设计中我
4、们选用增量式光电编码器。增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 其型号为TR公司IE40编码器如图5-2所示。图5-2 光电编码器 5.3 PLC显示器的选型 5.3.1 PLC显示器的选择 采用了MD204L可编程文本显示器对PLC进行监控。MD204L的外观形状如图5-3所示。MD204L是一个小型的人机界面，可以采用TP200 V4.0.0
5、专用的组态软件在PC上制作组态画面,自由输入汉字及设定PLC地址,使用串口通讯下载画面，通讯协议和画面数据一同下载到显示器,无须PLC编写通讯程序。它主要与各类PLC（或带通信口的智能控制器）配合使用，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。 图5-3 MD204L可编程显示器MD204L的正面除液晶显示窗之外，还有20个薄膜开关按键,触摸手感好、使用寿命长、安全可靠。所有的20个按键除了具备基本功能外，还能被设定成特殊功能按键，直接完成画面跳转，开关量设定等功能。MD204L可编程显示器的前面板的所有20 个按键都能被用户定义
6、成特定功能。如Bit置位、Bit复位、画面跳转等。对于这次的设计，主要是采用此显示器显示印刷机的转速以及印刷杯子的速度。它的基本功能包括设定寄存器数值、初始画面复位、前页后页画面跳转；在背面，左侧为外接DC 电源端子和9针D型公座的通讯端口，RS422通讯端口是置于9针D型插座中，下载画面数据时，使用通讯电缆MD2-PC将MD204L 的9芯通讯口和个人计算机的9芯通讯口连接起来；和PLC通讯时，用MD2-FX2N连接。调试当中，如果发现液晶屏对比度不合适，可以用小尺寸螺丝刀旋转产品背面右侧的对比度调节电位器，直到对比度达到合适程度为止MD204L显示屏自带LED背景光灯，只要有按键操作，背景
7、光打开。持续3分钟以上没有任何键按下，背景光自动熄灭。5.3.2 MD204L显示器与PLC的连接MD204L目前可以和三菱FX系列PLC通讯，通讯口为PLC的编程口。FX系列PLC的RS422串行通讯接口采用8针阳头。以下为MD204L显示器与PLC的连接的项目和内容，如表1所示。表1 MD204L与PLC连接的项目和内容项目内容MD204L通讯口9针通讯口PLC通讯口编程口缺省通讯参数9600bps、7bits、1stop、Even站号号1局通信距离（最大）70米通讯方式RS-422串形通讯接口电缆型号MD2-FX2N（必须用此专用线缆）开关量对应地址M000-M511数字量对应地址D00
8、0-D5115.4 光纤传感器的选择5.4.1 光纤传感器的工作原理光纤传感器应该属于光电传感器中的一种，相对来说，光纤传感器通常比普通的光电传感器的精度要高，对射式传感器是光纤传感器的一种，是发射端发出红光或红外，接收端接收。有物体经过光线切断，便输出信号。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器的优点：一、灵敏度较高
9、； 二、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； 三、可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 四、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 五、而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。5.4.2 光纤传感器的选型此传感器主要是为了实现曲面印刷机的无杯不印检测的，当八工位料盘上模头处有杯子时，发射端发射红外线，接收端会被杯子挡住，开关常开，当无杯子时就会有输出，根据上述，可以选择欧姆龙E3F-5DN1型光纤传感器如图5-4所示。图5-4 E3F-5DN1型光纤传感器欧姆龙E3F-5DN1型光纤传感器的相关参数如下：安装方式：对射型 电压类型：直流
10、6-36V输出方式：三线制（NPN） 检测距离：5m工作温度：-20+555.5 接近开关的选择 5.5.1 接近开关的原理接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无无触点开关），它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。 接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当
11、金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。5.5.2 接近开关的选型根据工作条件和印刷机所需动作在本设计中我选用欧姆龙公司E2E-X2E1型接近开关。如图5-5。该开关用于曲面印刷机的手动和自动的
12、切换，是手轮插入的确认开关，首轮插入开关ON。所有的自动动作停止，一切动作由手轮旋转控制。图5-5 E2E-X2E1型接近开关E2E-X2E1型接近开关的技术参数如下：检测距离：5mm10% 设定距离：04mm应答频率：直流200HZ 工作环境：-20+60便准检测物：12*12*1mm5.6 调速电机的选择 主机控制系统主要使用两个调速电机，在下杯吸附皮带和下杯传输皮带处两处需要两个调速电机。印刷机每分钟最多印刷300个杯子，杯子最大直径12cm，保证两个杯子之间距离8cm，则皮带的速度为（12+8）300cm/min=1m/s，即皮带轮的线速度为1m/s。电动机的功率，平摩擦轮传动效率,F
13、e为皮带的有效拉力，其大小等于带与带轮的总摩擦力。取皮带的预紧力为F0为500N，摩擦系数f为0.15，Fe=75N所以电动机的功率。为保证电动机能提供足够的动力，取P为90W,根据公式回推预紧力的F0为540N。 根据机械设计课程设计手册第3版 表12-12 YS系列电动机技术数据选用型号为YS5624的电动机（见图5-6），其功率为90W，电压380v，转速1400r/min,外形尺寸长宽高=170mm120mm135mm。YS系列三相电动机，具有优良的起动和运行性能，结构简单，使用、维修方便，适用于使用三相电源的小型机械。图5-6 调速电机5.7 抽风机的选择图5-7 负压风机抽风机使箱
14、体内部形成负压吸住杯子。主要用在下杯吸附、下杯传输，以及干燥箱和摞杯处等。设杯子的重量为0.02kg，杯底直径5cm，所以根据P=F/S，吸住杯子的最小压强P=0.02/196=102Pa，选择4-48型离心机，机号4.5，转速2900r/min，全压990Pa，流量1131m3/h,电动机功率1.1kw,电动机型号Y802-2见图5-7。5.8 真空泵的选择 真空泵在里面的使用主要是为八工位料盘上的C前处理，E印刷，A上料等提供真空源吸气的，没有什么特别的要求。在此我们选择的型号是2XZ4真空泵如图5-8。其参数为 型号：2XZ4 抽气速率（升/秒）：4 极限真空（Pa）：6x10-2 转速（r/min）：1440进气口直径（mm）：19 泵油温升（）：45电机功率（KW）：0.55 噪音（分贝）：70图5-8 2XZ4 真空泵5.9 空气压缩机的选择 空气压缩机为整个印刷机的工作中下杯吹气，下杯辅助吹气和四螺头上杯吹气等提供气源，其他没什么特殊的要求因此选择空气压缩机型 V-0.7/30 如图5-9。其主要参数为：型号：V-0.7/30 型式：双列V型两级级差活塞式冷却方式：风冷 排气量：0.7 (m3/min)额定压力：3
