切纸机的设计(10篇)

篇一：切纸机的设计

　　

　　编号：

　　毕业设计（论文）说明书

　　题学专目：

　　切纸机压纸机构的结构设计

　　院：

　　机电工程学院

　　业：

　　机械电子工程

　　学生姓名：

　　学号：

　　指导教师单位：

　　机械电子系

　　姓职名：

　　彭晓楠

　　称：

　　副教授

　　题目类型：

　　理论研究

　　实验研究

　　工程设计

　　工程技术研究

　　软件开发

　　2021年

　　05月20日

　　摘

　　要

　　本次毕业设计的课题是压纸机构的设计。在选定毕设课题后，我进行了方案的拟定。初步拟定了两个方案，其一是用丝杠传递压力进行设计的压纸机构，其二是采纳连杆传递压力而设计的压纸机构。可是本次设计要求压纸的最大压力为35KN，因此采纳丝杠传递动力会使得整个机构显得专门大，本钱也会提高。最终确信了利用连杆传递压力，而采纳液压系统提供动力和压纸的速度，如此整个机构就可不能太大，本钱大大降低，而且能够高效的工作。

　　本次课题设计的压纸机构的工作原理是：通过电动机带动液压泵运动，液压泵在液压系统中产生动力通过液压系统使液压缸的液压缸进行伸缩运动，液压系统提供的运动和力通过连杆传递到压纸部件，从而实现压纸机构压纸和压纸后的退回工作。而压纸机构的组成为：压纸架，连接压纸架与连杆的连接件，底板小底板，用于固定的各轴，滑块和把滑块和连杆连接的轴及轴承，连杆能在滑块中运动。本文中关于各结构件进行了结构设计、尺寸设计和材料的选择，完成尺寸和机构设计后，对经受压力较为灵敏的零件进行了校核，最终证明整个机构符合强度和刚度要求，最后编制了重要零件的加工工艺。

　　最后是液压系统的设计，依照要求对液压系统进行设计。选定各类液压元件后绘制了液压系统图。然后确实是对各类元件的校核，结果证明符合要求。如此就完成了整个设计。

　　关键词:压纸机构；液压系统；压纸部件；连杆；连接件

　　Abstract

　　Thegraduationprojectisthesubjectoftheplatenmechanismdesign.Albertlocatedattheselectedtopic,Ididaprogramdevelopment.Initiallydevelopedtwoprograms,oneofwhichisdesignedwithadeliverypressurescrewplatenmechanism,andthesecondistheuseofroddesignedtransmitpressureplatenagency.However,thisdesignrequiresplatenmaximumpressureof35KN,sotheuseofscrewtransmissionofpowerwillmaketheentireorganizationbecomeslarge,thecostwillincrease.Ultimatelydeterminetheuseoflinktransmitpressure,whiletheuseofhydraulicsystemsprovidepowerandspeedoftheplatensothattheentireorganizationwillnotbetoolarge,greatlyreducethecost,butalsotoefficientwork.

　　Thetopicoftheplatenmechanismdesignedworkingprincipleis:thehydraulicpumpdrivenbyamotormovement,thepumpinthehydraulicsystem,hydraulicsystemtogeneratepowerbythehydrauliccylinderfortelescopicmovementofthehydrauliccylinder,thehydraulicsystemofmotionandforcebyconnectingtransmittedtotheplatenunitlever,enablingorganizationsplatenplatenandtheplatenreturnedafterwork.Themechanismisconstitutedbytheplaten:aplatenholder,theplatenframeandtheconnectingrodconnectingmember,thesmallbaseplate,forfixingeachaxis,thesliderandthesliderandtheaxisoftheconnectingrodandbearing,evenrodintheslidermovement.Hereinforstructuralpartsofthestructuraldesign,sizedesignandmaterialselection,dimensionsandmechanicaldesign

　　,afterthecompletionofpressuresensitivepartsofthecheck,thatthemechanisminaccordancewiththefinalstrengthandstiffnessrequirements,thefinalpreparationofimportantpartsoftheprocess.

　　Finally,thedesignofthehydraulicsystem,thehydraulicsystemaccordingtothedesignrequirements.Aftervarioushydrauliccomponentsselectedhydraulicsystemdiagramdrawn.Thencheckthatthevariouscomponents,theresultsdemonstratecompliancewithrequirements.Thiscompletestheentire:

　　Platenmechanism

　　Hydraulicsystem

　　Platenassembly

　　Keywords:Platenmechanism；Hydraulicsystem；Platenassembly；connectingrod；

　　Connections

　　目

　　录

　　引言

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　　切纸机压纸机构的方案确信

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　　设计方案的确信

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　　弹簧形变传递压力

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　　液压气压式传动

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　　凸轮式.............................................................................................................错误!未定义书签。

　　确信方案

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　　压纸机构设计

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　　设计的原始参数

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　　设计时考虑的问题......................................................................................错误!未定义书签。

　　液压压纸机构的两种方案

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　　采纳丝杠和弹簧带动压纸机构压纸...........................................................错误!未定义书签。

　　采纳连杆传动设计压纸机构

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　　压纸部件的设计

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　　连接件强度校核

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　　传动部件的设计

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　　底板的设计

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　　支撑板的设计

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　　小底板的设计

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　　液压系统的设计

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　　液压系统的方案设计

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　　液压系统的参数计算

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　　结论.................................................................................错误!未定义书签。

　　谢

　　辞...................................................................................错误!未定义书签。

　　参考文献

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　　引言

　　切纸机进展的现状随着印刷业的蓬勃进展和新型高速印刷机的普遍采纳，对平板纸的切边质量、规格精度和堆垛质量的要求也愈来愈高。由此，促使横切纸机在结构上不断改良，制造上精益求精，使横切纸机的品种规格多样化以便知足各类要求。横切纸机按工作原理可划分为两种型式：闸刀式和圆筒切刀式。把纸卷的纸幅切成平板的闸刀式切纸机，当纸幅间歇地送人闸刀切断时纸幅是不动的。

　　由于切纸、送纸机构采纳往复运动的形式，致使零件的应力增大，寿命缩短。同时，纸卷被间歇性加速与制动，从而纸幅断头增加，又因生产能力较低，每分钟切

　　15~30次，因此该种切纸机现多用于小批量裁剪和特殊裁剪要求是所用。圆筒切刀式横切纸机(又称甩刀机)这种设备以成为目前切平板纸的要紧设备之一。

　　甩刀性能够持续的送纸和切纸，结构较为简单、紧凑、工作条件良好，亦能同时裁切成两种长度规格，生产能力可观而被各家纸厂、纸制品厂等普遍采纳。

　　一台标准的切纸机甩刀机通常由引纸部份、托纸喂纸部份、切纸边装置、甩刀

　　辊装置、甩刀辊速度装置、输送皮带组合、接纸台、自控及电气等组

　　成。有的为了放纸设置一组放纸卷的搁纸架。引纸部份由一弹簧压紧或气动压紧胶辊和纲质引纸辊组合，两辊一起牵拉纸幅经托纸喂纸部份将纸送人甩刀部甩切。由气缸操纵的胶辊一样配有

　　2个气压调剂阀。操作者依照纸幅的厚度设定不同的压紧力。若是多卷纸运行，胶辊辊体表面车有左右螺旋2糟，起到伸展纸幅，避免起皱、松驰的作用。

　　托纸喂纸部切纸机分用于支承纸幅进入甩刀座，安置在裁切点位置前的托板，对甩切的方正度具有极为重要的阻碍。若是托板对准性不佳，或纸幅未能正面进人裁切点，那么成品纸的四角将很难保证方正。切纸机托板的设计还能起到护送纸幅的作用。有些机械在托板接近裁切点处设有紧缩空气吹纸装置，以此形成局部真空将纸幅吸附在托板上运行，从而排除纸幅的抖动。若是引纸辊组合与甩刀座间距较大时，还可添装一支导辊，保证纸幅在运行进程中不发生松驰，顺利进入切纸机甩刀部。横切纸机按转刀分为以下几种：固定转刀式，滑动转刀式，固定间歇转刀式，双转刀式，间歇双转刀式。

　　本次设计的课题为切纸机压纸机构的结构设计，该课题来源于结合生产实际。

　　本次课题的研究的要紧内容是：

　　a)

　　分析切纸机压纸机构的运动要求，完成压纸机构整体结构计划和设计；

　　b)

　　进行方案论证，进行结构设计与仿真；

　　c)

　　提出系统结构设计方案，并优化；

　　d)

　　知足力学要求，充分的设计计算、理论强度和结构受力分析；

　　e)

　　设计计算出符合压纸机构的液压系统。

　　本课题所设计出的压纸机构能够解决如下问题：

　　与此刻市面上的切纸机相较，提高压制机构压纸的效率，使切纸机在更短的时刻完成更多的生产任务，从而降低生产本钱；

　　a)

　　拥有足够准确的操纵特点；具有必然的成长空间。

　　切纸机压纸机构的方案确信

　　设计方案的确信

　　切纸压纸机构可选用多种方式，如：

　　a)

　　选用伺服机驱动丝杆，在丝杆和受力物体间，添加一弹簧，利用伺服机特性，用电机驱动丝杆前进，改变弹簧形变量，从而输送压力。

　　b)

　　利用齿轮齿条的传动特性，提供压力。

　　c)

　　采纳气压，液压传动，调剂气压达到不同输送目的。

　　d)

　　利用凸轮机构，通过凸轮转动，利用凸轮特性提供不同的压力形变提供压力。

　　依照目前普遍利用的切纸机压制机构的种类，和应用的范围，初步拟定三种设计方案。

　　1.1.1弹簧形变传递压力

　　弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力。当题目中显现弹簧时，第一要注意弹力的大小与方向时刻要与那时的形变相对应，在题目中一样应从弹簧的形变分析入手，先确信弹簧原长位置、现长位置、平稳位置等，找出形变量x与物体空间位置转变的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，结合物体受其他力的情形来分析物体运动状态。相关于其他机构，弹簧容易实现互换性，方便在利用进程中对损坏部份进行检修和及时调换。其他特点是结构简单，能量传递效率高，配合步进电机，传递能量大小精准。

　　1.1.2液压气压式传动

　　液压传动是利用液体的压力能来实现能量传递的一种传动方式，其工作介质主若是石油基液压油和难燃液压油。其特点别离为：

　　a)

　　与电动机相较，在一样体积下，液压打包机液压装置能产生更大的动力，也确实是说，在一样功率下，液压装置的体积小、质量轻、结构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在那个地址指工作压力。

　　b)

　　液压打包机的液压装置容易做到对速度的无级调剂，而且调速范围大，而且对速度的调剂还能够在工作进程中进行。

　　c)

　　液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。

　　d)

　　液压打包机液压装置易于实现过载爱惜，能实现自润滑，利用寿命长。

　　液压装置易于实现自动化，能够很方便地对液压打包机液体的流动方向、压力和流量进行调剂和操纵，并能很容易地和电气、电子操纵或气压传动操纵结合起来，实现复杂的运动和操作。

　　e)

　　液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推行利用。

　　f)

　　由于液压打包机液压传动中的泄漏和液体的可紧缩性使这种传动无法保证严格的传动比。

　　g)

　　液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低。

　　h)

　　液压传动对液压打包机油温的转变比较灵敏，不宜在较高或较低的温度下工作。

　　i)

　　液压传动在显现故障时不易诊断。

　　1.1.3凸轮式

　　凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮机构的最大优势是只要适当的设计出图轮的轮廓曲线，就能够够取得各类预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。缺点是凸轮廓线与物体或推杆之间以点接触，线接触，容易磨损，凸轮制造较困难。而在压纸机构当选用凸轮的话，那么对轴的刚度强度要求增大。

　　1.1.4确信方案

　　依照开题报告技术要求，同时考虑到制造本钱，加工难易，和便于用户检查维修等因素，最后结合切纸机的特点和现有切纸机压纸机构的特点，此刻选用步进电机配合液压系统利用来设计本次切纸机的压制机构。那个方案能使切纸机实现更高的生产效率，降低生产本钱。

　　压纸机构设计

　　为了使压纸机构能够知足压紧纸张而且在切纸进程中使纸张不致松动阻碍切纸精度，把压纸机构的压纸部份设计的面积，应使压纸部份能与纸张有足够的接触面积。

　　设计的原始参数

　　本次设计的压纸机构的要紧参数如下：

　　（1）压纸机构的最大压纸门幅920mm；

　　（2）压纸机构的压纸高度为150mm；

　　（3）压纸机构的最大压纸压力为35KN；

　　（4）驱动方式：液压驱动。

　　设计时考虑的问题

　　（1）具有足够的压力

　　在设计进程中，应考虑到压纸机构的最大压力为35KN。因压力较大，设计的机构就应知足强度和刚度要求。

　　（2）压纸部件有必然的面积

　　压纸机构压纸时，要保证压纸机构能够把纸压稳，不能显现松动，不然就会阻碍切纸的精度，达不到要求。

　　液压压纸机构的两种方案

　　2.3.1采纳丝杠和弹簧带动压纸机构压纸

　　基于对纸张施与35KN的压力的要求，结合整体设计的框架，现对弹簧进行理论计算，确信弹簧的大体参数。

　　弹簧在机械产品中是一种很小的零件，过去曾由于没有给予足够重视，专门是缺少有关材料的热处置知识，在十九世纪五十年代以前，弹簧的质量很不稳固，而且常常损坏，造成了极为严峻的恶果，以后随之科学技术的进步，令人们慢慢熟悉到了弹簧对机械的精度，工作能力和寿命都有着极为重要的作用。

　　依照弹簧的形状分类，如图2-1所示。

　　图2-1弹簧的分类

　　可选用紧缩螺旋弹簧，该种弹簧式各类弹簧顶用得最为普遍的一种。这种类型弹簧的尺寸因用途不同而各类不同的规格：有材料直径小于的轻载荷用弹簧；也有材料直径超过100mm的超大型重载荷用弹簧。紧缩螺旋弹簧的特点是：

　　a)

　　易于制造；

　　b)

　　结构紧凑；

　　c)

　　吸收能量的效率高；

　　d)

　　无摩擦。

　　关于第一点、由于这种弹簧的形状简单和加工方便，因此易于明白得。关于第二、三点，这种弹簧每单位体积的弹性能量为

　　（τ——剪切应力，G——切变弹性模量），将它与杆纯拉伸时的弹性能量相较较，其换算比率为，这在各类弹簧中是最高的。但事实上，由于还要考虑末圈的体积，因此这一数值还要少小一些。即便如此，这种弹簧在小空间中仍有专门好的效率，能发挥出良好的弹簧性能。第四点意味着其载荷特性不显现滞后现象，有良好的弹性再现性。

　　原始条件：

　　a)最大工作负荷35KN；

　　b)最大工作负荷下的形变量，F2=30mm；

　　c)在空气中工作。

　　由于载荷过大，弹簧的直径也将变得专门大，而且丝杆不能经受过大的力，因此用丝杠和弹簧来设计压纸机构不合理。

　　2.3.2采纳连杆传动设计压纸机构

　　压纸机构是本次设计的基石，只有具有高效、稳固、及达到35KN的最大工作负载的压纸机构才能够快速而有效地完成压纸的任务。

　　一样来讲，压纸机构的设计应遵循以下几方面原那么：

　　1）

　　必需完成设计方案规定的动作指标。

　　2）

　　必需具有较高的靠得住性及必要的强度、刚度。

　　3）

　　保护和维修简便。

　　4）

　　结构材料的强度和刚度要知足要求，并考虑要节约本钱。

　　5）

　　在保证功能的前提下提高机构的精妙性。

　　此刻采纳连杆传动来设计本次压纸机构

　　压纸部件的设计

　　所有的压纸机构都有一类一起的组成部件，即用压纸板和连接压纸板的元件所组成。那个压纸部件是实现最终压纸功能的。

　　压纸部件的工作原理是：当液压系统输出压力时，通过传动部件传递压力和运动到压纸部件，最终实现压纸功能。

　　通过以上分析咱们明白压纸部件由压纸板和连接件组成。为了维修装拆的方便，在压纸架的两边各设置一个接头，用于与连接部件相配合。然后用连杆连接接头，它们能够通过轴连接，为了固定，可在轴两头加上挡圈。尽管本次设计是要求最大压纸压纸高度为150mm，可是为了能够适应更多的要求，设计一个调剂杆，而连杆车制螺纹，通过旋入连杆深度的不同，能够实现最大压纸高度的不同。最后通过另一个连杆实现与传递压力和运动的连杆的连接。压纸部件的结构如图2-2所示。

　　图2-2压纸部件

　　a.压纸架的设计

　　为了能够让压力均匀地施加到纸上，使得压纸加倍平稳，能够利用阵列结构对压纸架进行设计，使力既能均匀又能集中于一系列的点，从而使纸压得平稳。然后在压纸架上增加两个接头，其结构如图2-3所示，压纸架尺寸如图2-4所示，接头尺寸如图2-5所示。

　　图2-3压纸架

　　图2-4压纸架尺寸

　　图2-5接头尺寸

　　对压纸架材料的选择：

　　压纸架要能够经受最大的载荷，同时要具有较高的寿命，要求其耐磨，经受压力。结合这些特点选择灰铸铁。

　　灰铸铁的介绍

　　灰铸铁的组织和性能

　　[组织]：可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。

　　[力学性能]：灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严峻，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是经常使用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有必然的阻碍，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，要紧用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多利用的是珠光体基体的灰铸铁。

　　[其他性能]：良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口灵敏性

　　灰铸铁的热处置：(1)排除内应力退火；(2)改善切削加工性退火；(3)表面淬火。

　　用途：灰铸铁要紧用于制造经受压力和振动的零部件，如机身车床、各类箱体、壳体、泵体、缸体等。

　　灰铸铁的牌号、力学性能如下表所示

　　表2-1灰铸铁牌号、力学性能

　　-

　　查找相关材料，咱们能够明白：钢按用途能够分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢包括工程用钢和机械用钢。工程用钢用于建筑、桥梁、船舶、车辆等，而机械用钢包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、转动轴承钢和耐磨钢。工具钢包括模具钢、刃具钢和量具钢。特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢等。

　　而结构按用途可分为工程用钢和机械用钢两大类。工程用钢要紧用于各类工程结构，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，这种钢冶炼方便、本钱低、用量大，一样不进行热处置；而机械用钢大多数采纳优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一样都需要通过热处置以后才可利用。

　　碳素结构钢原称一般碳素结构钢，1988年国家标准修订后，增加了C、D质量品级的优质钢。碳素结构钢含碳量低（%%），S、P含量较高。这种钢通常在热轧冷空状态下利用，其塑性高，可焊性好，利用状态下的组织为铁素体加珠光体。碳素结构钢常以热轧板、带、棒及型钢利用，用量约占钢材总量的70%，适合于焊接、铆接、栓接等。碳素结构钢的牌号及用途见表2-2所示。

　　表2-2碳素结构钢牌号及用途

　　牌号

　　Q195Q215Q235Q255Q275等级

　　——

　　A,B用途

　　载荷小的零件、冲压件及焊接件。

　　垫圈、渗碳零件及焊接件。

　　A,B;C,D金属结构件，心部强度低的渗碳零件、螺栓、螺母、轴及焊接件，C,D级用于重要的焊接件

　　A,B

　　轴，吊钩等低强度的零件，焊接件尚可。

　　从表中咱们能够看到Q235要紧用于结构件、钢板、螺纹、钢筋、型钢、螺栓、螺母、铆钉、拉杆、齿轮、轴、连杆。

　　依照表2-2可知灰铸铁要紧用于制造经受压力和振动的零部件，并结合本次设计的压纸机构特点，咱们初选HT200作为压纸架的材料。

　　当压纸机构在最大压纸压力下时，对压纸架进行校核：

　　图2-6压纸架受力分析图

　　将压纸架看做以简支梁，进行分析如图2-6所示。

　　成立剪力、弯矩方程:由平稳方程与，得A与B端的支反力别离为如图2-7,2-8所示。

　　图2-7A点支反力

　　图2-8B点支反力

　　(2-1)截面C处作用有载荷F，故应按梁段AC与CB，分段成立剪力，弯矩方程。关于AC段，选A点为原点，并用坐标弯矩方程别离为表示横截面的位置，由b图可知，该两头的剪力与

　　(2-2)

　　(2-3)关于CB段，为计算简单，选B点为原点，并用坐标图c可知，该梁段的剪力与弯矩方程别离为

　　表示横截面的位置，那么有

　　(2-4)

　　(2-5)画剪力、弯矩图:依照以上公式及其所得出的结果，绘制如图(2-9,2-10)。

　　图2-9剪力图

　　图2-10弯矩图

　　能够看出，横截面C的弯矩最大，其值为

　　(2-6)

　　加工工艺:铸铁平台（又称铸铁平板）及床身类铸件产品作为一种大型铸件必需要通过热处置才能提高本身的利用性能，改善铸铁平板的内在质量。金属热处置是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相较，热处置一样不改变工件的形状和整体的化学成份，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成份，给予或改善工件的利用性能。其特点是改善工件的内在质量。

　　为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各类成形工艺外，热处置工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，能够通过热处置予以操纵，因此钢铁的热处置是金属热处置的要紧内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都能够通过热处置改变其力学、物理和化学性能，以取得不同的利用性能。

　　整体热处置是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处置工艺。钢铁整体热处置大致有退火、正火、淬火和回火四种大体工艺。

　　退火:热处置的退火种类：常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主若是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成份的均匀化，或为后道热处置作好组织预备等。

　　完全退火和等温退火:完全退火又称重结晶退火，一样简称为退火，这种退火要紧用于亚共析成份的各类碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一样常作为一些不重工件的最终热处置，或作为某些工件的预先热处置。

　　球化退火

　　球化退火要紧用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其要紧目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好预备。

　　去应力退火:去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火要紧用来排除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。若是这些应力不予排除，将会引发钢件在一按时刻以后，或在随后的切削加工进程中产生变形或裂纹。

　　淬火

　　咱们淬火最经常使用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易患到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严峻，乃至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳固性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。

　　回火

　　回火的目的有以下几个方面：

　　（1）降低脆性，排除或减少内应力，钢件淬火后存在专门大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形乃至开裂。

　　（2）

　　取得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了知足各类工件的不同性能的要求，能够通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，取得所需要的韧性，塑性。

　　（3）

　　稳固工件尺寸

　　（4）关于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采纳高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。

　　b.连接件的设计

　　在压纸板上钻一个孔，用一个接头（接头车制了螺纹）旋入到那个孔中，那个接头钻一个孔，用于连接一根连杆。接头与连杆（连杆车制了螺纹）通过一根轴进行连接，用弹性挡圈对连杆和轴进行固定。连杆接入调剂杆中，能够调剂压纸的最大高度。调剂杆的另一端也与一根连杆连接，连杆上一样钻孔，通过轴与传动连杆连接，用弹性挡圈对传动连杆和轴进行固定。尽管本设计是要求最大压纸高度为150mm，但为了实验更多的生产要求，设计了调剂杆。当咱们确信了最大压纸高度后，把连杆旋入调剂杆相应的长度，然后通过螺母进行固定。连接件如图2-11所示。

　　图2-11连接件

　　初步设定各连接件的尺寸：与接头连接的连杆如图2-12所示，与传动连杆连接的连杆如图2-13所示，调剂杆如图2-14所示。

　　图2-12与接头连接的连杆

　　图2-13与传动连杆连接的连杆

　　图2-14调剂杆

　　依照表2-2，选定Q235作为连接件的材料。

　　连接件强度校核

　　对连接件的强度和刚度进行校核：

　　这压纸机构在最大负载压力35KN的力下工作时，最容易蒙受破坏的零件为与压纸架和接头连接的轴，因为是对称结构，只需对一边的轴进行校核:

　　1）

　　强度校核

　　轴的尺寸如图2-15所示。

　　图2-15轴的尺寸图

　　a．

　　弯曲强度校核

　　把销轴看成简支梁进行分析：

　　最大弯矩值

　　(2-7)

　　销轴弯曲强度计算

　　(2-8)

　　(2-9)

　　公式中：M——把销轴作为简支梁分析所求得的最大弯矩值

　　W——销轴截面的抗弯模量

　　——销轴的许用弯曲应力，那个地址采纳45b.销轴剪切强度验算

　　号钢

　　把销轴当做简支梁进行分析

　　最大剪切应力值（取在中和轴位置，此位置剪切应力最大）

　　(2-10)计算知足。

　　公式中：Q——把销轴作为简支梁分析所求得的最大剪力值

　　d——销轴直径

　　——销轴的许用剪切应力，那个地址采纳45号钢c.平均剪应力复核

　　将销轴按双剪进行平均剪应力计算

　　(2-11)

　　2)接头强度验算

　　a.接头孔壁承压应力验算

　　接头（02-8-011接头）：

　　(2-12)

　　计算知足。

　　连杆（02-8-012连杆）：

　　公式中：N——构件中的轴力，即构件通过承压传给销轴的力；

　　——构件的承压面压总厚度

　　——耳板孔壁的许用承压应力，采纳Q235钢取值为

　　积，，其中d为销轴直径，为孔壁的承注意：此处取承压面面积时，近似取用销轴直径为承压面长度，一样是能够知足结构平安的需求的，可是事实上圆柱体体侧承压，经实验说明多为沿圆周45度到135度范围内承压面接触，也确实是圆柱销轴的圆周的1/4范围进行接触，因此此处的承压面长度（上文公式取为d）取为销轴周长的1/4更为准确，即：。

　　b.接头杆抗剪验算

　　02-8-011接头：

　　(2-13)

　　计算知足。

　　02-8-012连杆：

　　(2-14)

　　销轴要紧受力特点：

　　a)轴直径相关于耳板厚度越粗壮，销轴刚度越大，销轴以剪切变形为主；销轴直径相关于耳板厚度比较细，销轴刚度较小，销轴慢慢转变成以弯曲变形为主。

　　b)上下耳板之间的间距（图中为5mm）越大，那么销轴经受的弯矩越大，承压面受力散布越不均匀；间距越小乃至达到紧密贴合的程度，销轴经受的弯矩达到最小，受力状态较为理想（上文中取弯矩受力点为板中心位置，和实际受力略有区别，计算时要依如实际情形加以区分），承压面散布均匀。

　　c)

　　销轴孔径与销轴直径比值越大，那么显然造成销轴承压接触面变小，计算与假定误差较大，而且应力集中现象严峻；一样要求孔径与直径比尽可能接近1:1，一样情形为孔径大于直径约2~5mm，如此承压区域散布均匀且接触面积与计算接近。

　　d)销轴直径与耳板厚度的比值需和谐，尽可能不要显现极端的薄耳板大销轴或厚耳板小销轴的情形，计算假定应尽可能与实际节点形式相符合，只有此种情形下的计算结果才是能够采纳的。

　　销轴的工艺性设计

　　加工工艺性设计:图a、b、c所示的三种不同的销轴轴端结构，焊接时的焊口别离为：（a）销轴和连盘配合处都加工有倒角；（b）在连接盘上加工倒角；（c）在销轴上加工倒角。实践说明：后两种轴端结构的焊接完全能够知足盘与轴的连接强度要求，而且，实际加工中连接盘用数控机床下料，倒角加工还要在切削机床上加工。因此，在销轴上加工倒角，能够在车端面或车外圆时一次成型，工艺性好，结构合理。如如轴径较大，可采纳图d所示的轴端台阶结构。销轴轴端结构如图2-16所示。

　　图2-16销轴轴端结构

　　由以上结论可知销轴知足材料的剪切力要求，销轴的结构形式设计合理。

　　图2-17组装工艺图

　　组装工艺性:销轴安装端设计不同形式的倒角结构，可取得好的组装工艺性：图a的倒角形式，加工简单，倒角尺寸b可取较小值，但倒角角度大（45°），安装较大型工程机械结构件时，很难找正，安装困难，利用较少。图b的倒角形式，加工简单，但倒角尺寸b需取较大值，才能保证安装直径，且安装后，销轴伸出孔外太大，不仅费料，且不美观。图c的销轴轴端倒角形式，一样去R=3mm~5mm，加工简单，安装容易，外形滑腻美观。在工程机械销轴结构上愈来愈多的被采纳。

　　销轴与销套的间隙，销轴直径与销套间隙的关系如图2-18所示。

　　图2-18销轴的直径和配合间隙的关系

　　工程机械销轴与销套间的相对运动速度很慢，但彼此作使劲专门大。因此配合间隙的选择，对保证销轴与销套有成份的润滑超级重要。通过对日本小松公司、美国Caterpillar公司和国内工程机械生产厂家生产的销轴结构分析，得出销轴与销套间的间隙与轴径的关系如上图。

　　传动部件的设计

　　传动部件是用于传递液压系统（其实液压系统也是一个传动系统）的动力到压纸部件上，实现压纸动作的部件。在传动进程中要求传动平稳，传递的压力能够知足35KN最大压力的要求。同时关于运动的传递要实现快速，准确的功能，从而节约工作时刻，达到高效的目的。压纸机压纸时上下运动，运动方向只能是在纵向的运动。因此在设计的时候要对传动部件的运动方向进行限制。

　　基于上述考虑，能够采纳连杆作为传动部件。为了限制连杆的运动方向，需要对连杆进行必然的固定。能够把连杆的中段固定于一个支撑杆（支撑杆的来源于设计在后续的文章会介绍），而连杆的一个端点要固定于压纸部件上才能成立起连杆与压纸机构的联系，连杆的另一端固定于一个滑块上，滑块需要进行切槽，通过轴和轴承连接实现连杆与滑块的相对运动。如此在滑块做上下的运动时，压纸机构就能够实现压纸和后退的功能。传动部件的结构如图2-19所示。

　　图2-19传动部件

　　a.连杆的设计

　　连杆的作用是为了实现传递力的功能,本设计中通过滑块的运动带动连杆上下运动,传递液压系统所提供的压力,实现压纸板压纸的功能。

　　连杆机构具有以下传递特点：

　　(1)连杆机构中运动副运动副均为低副。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一样是几何封锁，对保证工作的靠得住性有利。

　　(2)连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可改变各构件的相对长度来使从动件取得不同的运动规律。

　　(3)在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各类不同形状的曲线，其形状伴随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来知足一些特定的工作需要。

　　(4)利用连杆机构能够很方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。

　　基于压制机构的运动特点，应该对连杆做必然的限制，已达到压制机构上下运动以达到压纸和后退的功能。把连杆的一端固定于滑块上，如此就能够跟从滑块一路运动。把连杆的中端固定于支撑板上，连杆的另一端固定在链接压纸板的接头上。以如此的方式设计连杆能够在滑块受到压力向上运动时，与滑块连接的一端向上运动，与接头连接的一端向下运动。从而实现压纸的目的。

　　连杆尺寸如图2-20所示。

　　图2-20连杆尺寸

　　选定Q235为连杆的材料。

　　b.滑块的设计

　　初选材料Q235作为滑块的材料。

　　设计滑块是为了让滑块运动带动连杆的上下摆动，从而实现压纸板压纸和后退的功能。对滑块进行切槽用来固定连杆的一端，对滑块进行钻孔来与油缸连接，从而传递油缸的推力。滑块尺寸如图2-21所示。

　　图2-21滑块尺寸

　　c.轴系的设计

　　1）轴和轴承的介绍

　　轴是组成机械的要紧零件之一。一切做回转运动的传动零件，都必需安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴要紧功用是支承回转零件及传递运动和动力。

　　依照经受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴、和传动轴三类。工作中既能经受弯矩又能经受扭矩的轴成为转轴。这种轴在各类机械中最为常见。只经受弯矩而不经受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只经受扭矩而不经受弯矩的轴称为传动轴。

　　轴还能够依照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆能够将旋转运动改变成往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴依照外形的不同，能够分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴那么正好与光轴相反。因此光轴要紧用于心轴和传动轴，阶梯轴那么用于转轴。

　　依照轴承的摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和转动摩擦轴承两大类。转动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已经标准化，选用、润滑、保护都很方便，因此在一样机械中应用较广。但由于滑动轴承本身具有一些独特的优势，使得它在某些不能、不便或利用转动轴承没有优势的场合，如在工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必需剖分安装、和需要在谁或侵蚀性介质中工作等场合，仍占有重要的地位。因此，滑动轴承在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通信地面站、天文望远镜和各类仪表中应用很是普遍。

　　转动轴承的类型很多，现将经常使用的各类转动轴承的性能和特点简要介绍与表2-3中

　　表2-3各类转动轴承的性能和特点

　　类型轴承类型名称、尺寸系列代号

　　简图

　　0双列角接触球轴承

　　331调心球轴承

　　(0)222(0)3332调心滚子轴承

　　13，2223，3031，3240，412推力调心滚子轴承

　　93949232代号

　　轴承性能特点

　　基本额定极限

　　价格动载荷比

　　转速比

　　比

　　允许

　　角偏斜

　　能同时承受径向和双向轴向载荷。

　　外圈内表是以轴承中点为圆心的球面，可自动调心。主要承受径向载荷。

　　～

　　中

　　～

　　中

　　3°

　　与调心球轴承相似，可自动调心。主要承受径向载荷。承载能力高，允许角偏斜略小于调心球轴承。

　　外圈内表是球面，可自动调心。主要承受径向、单向轴向载荷载荷。

　　～4低

　　1°～°

　　～

　　中

　　°～

　　°

　　3圆锥滚子轴承

　　02，03能同时承受较大的径向和单向轴向载13，20荷。内、外圈可分22，2329，30离,便于装拆、调整间隙。一般成对使用。

　　～

　　中

　　2′

　　31，32双列深沟球轴承

　　(2)2(2)3能同时承受径向和双向轴向载荷。径向和轴向刚度大于深沟球轴承。

　　只能承受单向轴向载荷。

　　～

　　中

　　8′～16′

　　推力轴承

　　321213141低

　　≈0°

　　双向推力轴承

　　222324能承受双向轴向载荷。

　　1低

　　≈0°

　　深沟球轴承

　　17，37能同时承受径向和一定的双向轴向载18，19(0)0(1)0(0)2(0)3(0)4荷。高速时可代替推力轴承。价格便宜。使用最广泛。

　　1高

　　18′～16′

　　角接触球轴承

　　19(1)0(0)2(0)3能同时承受径向和单向轴向载荷。接触角α有15°、25°很0°三种，接触角大的承受轴向载荷能力高。一般成对使用。

　　1～

　　高

　　2′～10′

　　(0)4N

　　推力圆柱滚子轴承

　　3212只能承受较大的单向轴向载荷。轴向刚度大。

　　能承受较大的径向载荷。内、外圈间可沿轴向自由移动,不能承受轴向载荷。

　　～

　　低

　　≈0°

　　圆柱滚子轴承

　　（外圈无挡边）

　　10(0)222(0)323(0)4～3高

　　22′～4′

　　UC外球面球轴承

　　（带顶丝）

　　23外圈外表面为球面，与轴承座的球面配合能自动调心。内圈用顶丝固定于轴上，拆装方便。

　　1中

　　2°～5°

　　QJ四点接触轴承

　　(0)2(0)3内圈为两个环组成，内、外圈可分离。两边接触角均为35°，能同时承受径向和双向轴向载荷。旋转精度高。

　　～

　　高

　　注：表中括号内的数字在大体代号中可省略。

　　除表2-3中介绍的转动轴承之外，标准的转动轴承还有双列深沟球轴承、双列接触轴承和各类组合轴承等。目前，国内外转动轴承在品种规格方面愈来愈趋向专业化、轻型化、部件化和微型化。

　　2）轴系的结构设计

　　依照前面1）的介绍，本次设计的轴为传动轴。本设计中的轴连接滑块和连杆，依照前面滑块的设计和连杆的设计能够设计出轴的长度，轴的长度应该大于连接连杆通过滑块的长度，便于两头的固定。轴上应该安装轴承，轴承应用滚针轴承。

　　拟定轴上零件的装配方案:在本设计中只有轴和轴承进行装配，因此方案能够确信。

　　轴上零件的定位:

　　为了避免轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除有游动或空转的要求外，都必需进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。

　　零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方即靠得住的方式，但采纳轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引发应力集中。另外，轴肩过量也无益于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。轴环的功用与轴肩相同，轴环宽度b大于等于。套筒定位结构简单，定位靠得住，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因此不阻碍轴的疲劳强度，一样用于两个零件之间的定位。轴端挡圈适用于固定轴端零件，能够经受较大的轴向力。圆螺母定位可经受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一样用于固定轴端的零件。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体连接而使转动轴承的外圈取得轴向定位。利用弹性挡圈、紧定螺钉及锁紧挡圈等进行轴向定位，只适用于零件上轴向力不大处，紧定螺钉和锁紧挡圈经常使用于光轴上零件的定位。

　　通过以上关于轴上零件的定位的介绍，结合本次设计的具体实际，采纳弹性挡圈对轴上零件进行定位。由于轴是要进行周向运动的，因此不进行零件的周向定位。

　　轴的长度和直径的确信

　　确信轴的长度，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。依照那个要求，选定轴尺寸如图2-22所示

　　图2-22轴的尺寸

　　确信利用型号为NA4901的滚针轴承。

　　轴系结构如图2-23所示。

　　图2-23轴系结构

　　底板的设计

　　底板是用于放纸张的零件，底板的长度应该知足压纸门幅为920mm的要求，底板要有足够的强度和刚度。底板还要与一些零件进行连接，是压纸机构组成一个整体。

　　在底板上钻有10个孔，其中大孔穿过压纸部件的连接部件，小孔固定其他的零件。初步设计在据底板中心为465mm左右两边各钻一个直径为55mm的孔，孔的中心距板前沿65mm，便于连杆与压纸架的连接，使压纸架上下运动，实现压纸和压纸后的后退功能。在距底板中心为211mm处钻左右两边各钻两个孔，距底板中心为251mm处也各钻两个孔，板前面的孔的中心距前边沿为65mm，板后面的孔距后边沿为45mm。底板尺寸如图2-24所示。

　　图2-24底板尺寸

　　压纸机构的最大压力为35KN，底板选定选择Q235作为材料。

　　由于压纸门幅为920mm，因此底板长度应比压纸门幅长和为了知足强度要求。能够初选底板的长度为

　　1200mm,底板的宽度为

　　200mm,底板的厚度为30mm。

　　支撑板的设计

　　在本次设计中，支撑板用于连接底板与小底板，在支撑板上固定传动部件中的连杆，限制连杆的自由度。在压纸机构中设计了四个支撑板。

　　从表2-1中介绍，能够选择材料为Q235的钢板为支撑板。

　　为了实现强度要求和连接底板与小底板的功能，可初选定支撑板的长，宽和厚度别离为180mm，60mm，20mm。

　　支撑板尺寸如图2-25所示。

　　图2-25支撑板的尺寸

　　小底板的设计

　　小底板用于连接4个支撑板支撑底板和连接液压缸的作用。小底板应能经受住压纸机构在最大工作压力下工作而不蒙受破坏。依照表3-1，咱们选择Q235作为小底板的材料。小底板尺寸如图2-26所示

　　图2-26小底板尺寸

　　本次设计的液压压纸机构的主视图，左视图，俯视图如图2-27，2-28,2-29所示。

　　图2-27主视图

　　图2-28左视图

　　图2-29俯视图

　　1-底板

　　2-支撑板

　　3-支撑板

　　4-小底板

　　5-连杆

　　6-挡圈

　　7-压纸架

　　8-支柱

　　9-接头

　　10-调剂杆

　　11-接头

　　12-连杆

　　13-滑块

　　14-左旋螺母

　　15-挡圈

　　16-挡圈

　　17-螺钉M6*20-A218-螺钉M8*25-A219-螺钉M10*35-A220-螺母M16-A221-垫圈20-3cr1322-垫圈16-A1423-挡圈12-A224-挡圈16-A225-轴承NA490126-油缸-行程6液压系统的设计

　　液压压纸机构的工作循环是:快进-维持-快退-停止。液压系统的要紧参数与性能要求如下：最大压纸压力F1=35KN，，快进行程最大=130mm,,快进的速度为4m/min，该压纸机构竖直，压制机构可在任意位置停止。

　　负载分析

　　负载分析中，暂不考虑回油腔的被压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是竖直放置，那么液压缸在各个工作时期的负载都是一样的，为327N。

　　液压系统的方案设计

　　液压系统的组成：

　　一个完整的液压系统由五个部份组成，即动力元件、执行元件、操纵元件、辅助元件和液压油。

　　动力元件的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样有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

　　执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

　　操纵元件(即各类液压阀)在液压系统中操纵和调剂液体的压力、流量和方向。依照操纵功能的不同，液压阀可分为压力操纵阀、流量操纵阀和方向操纵阀。压力

　　操纵阀又分为溢流阀(平安阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量操纵阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向操纵阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。依照操纵方式不同，液压阀可分为开关式操纵阀、定值操纵阀和比例操纵阀。

　　辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

　　液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各类矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压油的分类、牌号划分及规格

　　(1）

　　液压油的分类与牌号划分：

　　液压油的种类繁多,分类方式各异,长期以来,适应以用途进行分类,也有依照油品类型、化学组分或可燃性分类的。这些分类方式只反映了油品的挣注,但缺乏系统性,也难以了解油品间的彼此关系和进展。

　　1982年iso提出了《润滑剂、工业润滑油和有关产品---第四部份h组》分类,即iso6743/4一1982,该系统分类较全面地反映了液压油间的彼此关系及其进展。

　　gb一87等效采纳ⅰs06743/4的规定。液压油采纳统一的命名方式,其一样形式如下:

　　类—品种

　　数字

　　l

　　hv

　　22其中：l--类别(润滑剂及有关产品,

　　hv--品种(低温抗磨)

　　22--牌号(粘度级,gb3141)

　　液压油的粘度牌号由gb3141做出了规定,等效采纳iso的粘度分类法,以40’c运动粘度的中心值来划分牌号。

　　（2）

　　液压油的规格、性能及应用：

　　在gb/一87分类中的hh、hl、hm、hr、hⅴ、hg液压油均属矿油型液压油,这种油的品种多,利用量约占液压油总量的85%以上,汽车与工程机械液压系统经常使用的液压油也多属这种。

　　以下别离介绍其规格、性能及其应用。

　　l）hh液压油

　　按gb一87分类,hh液压油是一种不含任何添加剂的矿物油。这种油虽己列入分类当中,但在液压系统中己不利用。因为这种油安宁性差、易起泡,在液压设备中利用寿命短。

　　2）hl液压油(也称通用型机床工业用润滑油)

　　规格

　　：

　　h1液压油是由精制深度较高的中性基础油,加抗氧和防锈添加剂制成的。hl液压油按40c运动粘度可分为1五、2二、3二、4六、6八、100六个牌号。

　　用途

　　：

　　hl液压油要紧用于对润滑油无特殊要求,环境温度在以上的各类机床的轴承箱、齿轮箱、低压循环系统或类似机械设备循环系统的润滑。它的利历时刻比机械油可延长一倍以上。该产品具有较好的橡胶密封适应性,其最高利用温度为80。

　　质量要求：

　　(l)适宜的粘度和良好的粘温性能。要求油的粘度受温度转变的阻碍小,即温度转变不致阻碍液压系统的正常工作。

　　(2)具有良好的防锈性、抗氧化安宁性。

　　(3)其有较理想的空气释放值、抗泡性、分水性和橡胶密封适应性。

　　利用注意事项：

　　(l)利用前要完全清洗原液压油箱,清除剩油、废油及沉淀物等,避兔与其他油品混用。

　　(2)本品不适用于工作条件苛刻,润滑要求高的专用机床。对油品质量要求较高的齿轮传动装置、液压系统及导轨,应选用中、重负荷齿轮油、抗磨液压油或hg液压油。

　　(3)本油品代替机械油用于通用机床及其他类似机械设备的循环系统的润滑,经济效益显著,能延长换油周糊,平均节约润滑油1/3-1/2。

　　3）抗磨液压油(hm液压油)

　　规格：

　　抗磨液压油(hm液压油)是从防锈、抗氧液压油基础上进展而来的,它有碱性高锌、碱性低锌、中性高锌型及无灰型等系列产品,它们均按40运动粘度分为2二、3二、4六、68四个牌号。

　　用途：

　　(l)抗磨液压油要紧用于重负荷、中压、高压的叶片泵、柱塞泵和齿轮泵的液压系统j目yb一d25叶片泵、pf15柱塞泵、cbn一e306齿轮泵、yb一e80/40双联泵等液压系统。

　　(2)用于中压、高压工程机械、引进设备和车辆的液压系统。如电脑数控机床、隧道掘进机、履带式起重机、液压反铲挖掘机和采煤机等的液压系统。

　　(3)除适用于各类液压泵的中高压液压系统外,也可用于中等负荷工业齿轮(蜗轮、双曲线齿轮除外)的润滑。其应用的环境温度为一10-40。该产品与丁腈橡胶具有良好的适应性。

　　质量要求：

　　(l)适合的粘度和良好的粘温性能,以保证液压元件在工作压力和工作温度发生转变的条件下取得良好润滑、冷却和密封。

　　(2)良好的极压抗磨性,以保证油泵、液压马达、操纵阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下取得正常的润滑,减少磨损。

　　(3)优良的抗氧化安宁性、水解安宁性和热稳固性,以抗击空气、水分和高温、高压等因素的阻碍或作用,使其不易老化变质，延长利用寿命。

　　(4)良好的抗泡性和空气释放值,以保证在运转中受到机械猛烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失;并能将混入油中的空气在较短时刻内释放出来,以实现准确、灵敏、平稳地传递静压。

　　(5)良好的抗乳化性,能与混入油中的水分迅速分离,以避免形成乳化液,引发液压系统的金属材质锈蚀和降低利用性能。

　　(6)良好的防锈性,以避免金属表面锈蚀。

　　注意事项：

　　(l)要维持液压系统的清洁,及时清除油箱内的油泥和金属屑。

　　(2)按换油参考指标进行换油,换油时应将设备各部件清洗干净,以避免杂质等混入油中,阻碍利用成效。

　　(3)贮存和利历时,容器和加油工具必需清洁,避免油品被污染。

　　(4)该油品要紧适用于钢-钢摩擦副的液压油泵。用于其它材质摩擦副的液压油泵时,必需要有油泵制造厂或供油单位推荐本产品所适用的油泵负荷限值。

　　4）hr、hg液压油

　　hr液压油是在环境温度转变大的中低压液压系统中利用的液压油。该油具有良好的防锈、抗氧性能,并在此基础上加入了粘度指数改良剂,使油品具有较好的粘温特性。该

　　类油由于用量小至今尚未大力开发,在此不作详细介绍。

　　hg液压油原为一般液压油中的32g和68g,曾用名为液压导轨油,该产品是在hm液压油基础上添加油性剂或减磨剂组成的丶一类液压油。该油不仅具有优良的防锈、抗氧、抗磨性能,而且具有优良的抗粘滑性。该产品要紧适用于各类机床液压和导轨合用的润滑系统或机床导轨润滑系统及机床液压系统。在低速惰况下,防爬成效良好。目前的液压一导轨油属这一类产品。

　　5）hⅴ、hs液压油(低温液压油)

　　规格：

　　这是两种不同档次的液压油,在gb一87中均属宽温度转变范围下利用的液压油。此二类油都有低的倾点,优良的抗磨性、低温流动性和低温泵送性。hv、hs液压油按基础油分为矿油型与合成油型两种,按40运动粘度,hⅴ油分为15、2二、3二、4六、6八、100六个牌号用途

　　：

　　(l)hⅴ低温液压油要紧用于寒区或温度转变范围较大和工作条件苛刻的工程机械、引进设备和车辆的中压或高压液压系统。如数控机床、电缆井泵.和船舶起重机、挖掘机、大型吊车等液压系统。利用温度在一30以上。

　　(2)hs低温液压油要紧用于酷寒地域上述各类设备。利用温度为一30以下。

　　质量要求

　　：

　　(l)适宜的粘度。

　　(2)良好的极压抗磨性能。

　　动和正常运转。

　　(4)优良的粘温性能,粘度指数均在130以上,保证液压设备在温度转变幅度较大的情形下取得良好的润滑、冷却和密封。

　　(5)良好的抗乳化性和防锈性能。

　　(6)良好的氧化安宁性、水解安宁性和热稳固性能。

　　注意事项：

　　(l)低温液压油是一种既具有抗磨又具有高低温性能的高级液压油,应注意合理利用。

　　(2)低温液压油不能用于有银部件的液压设备。

　　(3)hv油和hs油由于基础油组成不同,因此不能混装混用八以避免阻碍利用性能。其它注意事项同hm液压油。

　　确信液压泵类型及调速方式：

　　依照本设计实际，选用叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定向阀。

　　选用执行元件：

　　(3)优良的低温性能,倾点较低,能保证工程机械或设备在寒区或酷寒区环境下易于启hs油分为1五、3二、3二、46四个牌号。

　　因系统动作循环要求正向快进工作，反向快退，且快进工作、快退时速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。

　　快速运动回路：

　　依照本系统的运动方式和要求，采纳差动连接与液压泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进压纸和退回时，由供油，液压缸实现差动连接。

　　换向回路的选择：

　　本系统对换向回路的平稳性没有严格的要求，因此选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用三位五通阀,组成液压系统绘原理图

　　将上述所选定的液压回路进行组合，并依照要求作必要的修改补充，即组成如图3-1所示液压系统图。为便于观看调整压力，在液压泵入口处、背压阀和液压缸无杆腔入口处设置测压点。如此只需一个压力表即能观看各点压力。

　　图3-1液压系统图

　　液压系统的参数计算

　　液压缸参数计算

　　初选液压缸的工作压力：

　　初定液压缸的工作压力为P1=6Mpa。

　　确信液压缸的要紧结构尺寸：

篇二：切纸机的设计

　　

　　小型裁纸机的机械设计发布时间：2022-11-30T05:16:33.326Z来源：《城镇建设》2022年14期7月

　　作者：

　　胡冬冬[导读]本课题内容记录了对小型裁纸机的整机机械设计的设计全过程

　　胡冬冬34042119910101****

　　摘要：本课题内容记录了对小型裁纸机的整机机械设计的设计全过程，先是通过设计整机结构，提出本次设计要达到的预期目标，并对机器运行时的全部工作过程进行模块化设计，在本次方案设计中，牵引装置、裁切装置是主要设计内容，因此本次设计主要对牵引系统进行方案设计，基于设计尺寸的要求等，最终决定采用辊组形式为牵引系统主要内容。本设计中还对裁切装置进行创新，通过在刀组上装配检测定位移动系统，对刀组裁切时可通过程序控制裁切尺寸，由此完成对裁切的自动化设计。本次设计涉及的工作内容有刀具的选择和电机的选型、对机架基座的结构设计和尺寸设计，以及设计的分析计算过程，对主要部件如轴承的机械强度校核，还完成了本次设计所需主要零件的二维图和机器整机的二维装配图以及三维建模装配体等等。

　　关键词：整机设计

　　牵引装置

　　裁切装置

　　裁切刀组1绪论1.1课题背景

　　随着当前世界生活水平质量的提高，人们对于印后技术以及印后种类的要求也有较大的提高，对于印后机器来说，功能性印后机器的需求对于人们有了更多的要求。基于我国印后市场的现状，大型裁切机器市场基本已经饱和，但还存在问题如品类不齐，针对性功能较小，机器对功能性技术还不够专一，简便。针对这一问题，如能设计一款满足个性裁切并拥有完整裁切功能的小型裁纸机，通过控制系统实现机器的自动化功能完成精确裁切，实现操作的简便性并保证人员的安全，还能尽量缩小机器的尺寸，主要使用在办公或者室内加工等小型场所。1.2国内外发展概况

　　随着印后市场的发展，印后加工设备也开始如雨后春笋般蓬勃出现。奥德利对手动裁切机进行改进，他选择使用特有的刀片，再配上鱼形垫，整个机构结构简单，拆卸也很方便，刀组还可以对介质进行双向裁切，并完成压料型材的抬起与放下，操作安全简单，是裁切机器增加了不少亮点。随后电动裁切机的出现更是为裁切机器积攒了人气，机器可以通过程序控制完成自动加工，进退刀过程，还设计安全装置，联动锁电开关、双手安全按钮保障人们的安全，此外，加工方面设置有提示标尺，为操作人员提供可视化尺寸选择，还有电机电磁刹车装置的选用，更是在加工过程中为纸质裁切提供了质量保证。但电动裁切机还存在许多不足，在专利CN101189105A中纵向裁切模块的添加,直接完成了全xy轴的裁切加工，并通过同步纵刀组的运动，大大提高了机器加工效率。外国的切纸机发展较国内水平处于先进水平，国外的机器机构裁切精度高、并且具有较高的精度保持性、加工出来的产品质量稳定较好、在操作方面还算是较为人性化，操作界面方便简洁并对操作人员具有很好的安全保护作用。2设计方案对比2.1设计分析

　　由绪论可知，本课题希望设计一个个性化裁切机器以满足小型裁切机器的需求，根据市面上主流裁纸机的结构进行调查，本次设计的裁纸机主要包括4个机构，分别是裁切机构，放卷机构，牵引机构，纠偏结构，其中最主要的是牵引机构和裁切机构的设计，因此对小型裁纸机的整机设计时，应针对以上机器裁切系统进行多个方案设计，并选择合适的方案来完成整机设计。2.2裁切系统方案对比2.2.1裁切系统设计方案一

　　小型裁纸机的主要工作内容是完成固定尺寸纸张的裁切，所以对于裁切系统的设计就是本课题重点内容。裁切方式主要分为横切和纵切，在整个机器的裁切工作过程中，可把纵切和横切分为单独的工作模块，两者的工作状态不相干扰。横刀的工作是在介质移动方向上的垂直边线上对介质进行裁切，可以采取圆盘切刀的形式，通过上下刀旋转配合裁切介质，裁切系统还有纵刀的设计，纵刀是裁切介质随牵引方向上的力，纵刀的裁切与横切刀的工作方式相近，都可采用圆盘切刀的方式进行裁切，但又与横切有所不同，在横切刀之前设置有夹送辊，介质通过夹送辊的牵引作用推送至横切刀处加工，若在纵切刀处继续增加一个夹送装置，不但增加安装难度，还会加长机器的尺寸，不利于整体结构紧凑，布局优化的实现。为解决这个问题，可以采用上下圆盘切刀安装胶轮的方法，胶轮给提供裁切动力并带动介质前进的方式进行安装。2.2.2裁切系统设计方案二

　　裁切方式有很多种，可以参考市面上主要裁切机器的裁切装置来选用切刀。横切最常见的为斜刃裁切，即上刀为条刀，下刀起固定作用，通过将上刀抬起，给予上刀足够的角度和足够的力往下裁切，将介质裁断。其次是在纵切刀的选择，圆盘刀与条刀配合，工作方式为上刀为圆盘刀，圆盘刀自身旋转并沿条刀方向移动，通过上下刀刃裁切完成纸质裁切。2.2.3设计方案对比及最终方案确定

　　在市场上的主流裁切机器中，都主要选用了斜刃裁切刀具，通过上刀上下运动并与下刀配合进行裁切，最终可将介质横边裁断以获得所需尺寸。这种方式主要在大型尺寸的介质中进行裁切，裁切刀运动时机器会产生极大的冲击和振动，会对刀片很快造成磨损，对机器寿命会产生影响，并且本课题所设计机器的横向方向尺寸最大值为841mm，在裁切时抬刀会占用更大的空间，对于本课题尽量缩小机器尺寸不适应，在切纸时机器承受的冲击以及载荷承载能力都会过大，因此方案二不适用本次设计。本课题选用上下圆盘刀裁切方式，选取的裁切刀不仅能够提升裁切精度，减少误差，还能减小裁切时的剪切应力，减少刀具磨损。在纵刀安装时，下刀还可以可以固定安装在轴上，刀具跟随轴转动和上刀配合裁切介质，上刀加装胶轮，胶轮同下刀配合起到牵引夹送作用，上刀同时起裁切和牵引作用，这种方案不但可以减少机器尾部的夹送辊牵引装置，减少安装尺寸，使整机结构更加紧凑，还有减少受力的功能，延长机器寿命。裁切系统的选用最终决定选择方案一。参考文献

　　[1]陈振民.卷取机夹送辊对卷形的影响及改进[J].科技风,2013(5):120.DOI:10.3969/j.issn.1671-7341.2013.05.111.[2]陈垒.自动裁切机的机械设计[D].上海:东华大学,2018.[3]涂新发.单面切纸机最佳开料顺序设计[J].印刷杂志,2008,(7):71-72.DOI:10.3969/j.issn.1004-6267.2008.07.022.[4]梁剑春.切纸机的优化裁切[J].印刷杂志,2002,(3):41-43.DOI:10.3969/j.issn.1004-6267.2002.03.014.[5]范立霞,李彦,辛勇.切纸机裁切歪斜问题解决方案[J].印刷工业,2011,(007):77-78.

篇三：切纸机的设计

　　

　　切纸机控制系统课程设计

　　切纸机控制系统是一种用于精确切割纸张的设备，广泛应用于印刷、包装、纸品加工等行业。在现代工业生产中，自动化的控制系统是提高生产效率、保证产品质量的重要手段。本文将对切纸机控制系统的课程设计进行探讨。

　　切纸机控制系统的设计需要考虑多个方面，包括硬件设计、软件设计和用户界面设计。在硬件设计方面，需要选择合适的传感器和执行器，如纸张传感器、电动驱动器等，并设计适当的电路板和接口电路，以实现传感器和执行器的连接。在软件设计方面，需要编写程序控制切纸机的运动，包括纸张进料、切割和收纸等操作。同时，还需要设计相应的算法，用于实现精确的切割控制。用户界面设计主要考虑使用者对切纸机的操作和监控需求，包括触摸屏、按钮和指示灯等元素的布局和功能设计。

　　在切纸机控制系统的课程设计中，通常会涉及以下几个方面的内容：

　　1.系统方案设计：需要根据切纸机的具体要求和工作原理，选择合适的控制方案。常见的控制方案有基于PLC（可编程逻辑控制器）的控制系统和基于单片机的控制系统。根据系统方案的选择，设计硬件和软件的结构。

　　2.硬件设计：根据系统方案，选择和设计所需的传感器和执行器，并设计相应的电路板和接口电路。需要考虑电路的稳定性、可靠性以及系统的扩展性。

　　3.软件设计：编写程序控制切纸机的运动，并设计相应的算法，实现精确的切割控制。考虑到切纸机的安全性和稳定性，还需要实现故障检测和报警功能。

　　4.用户界面设计：根据用户的需求和使用习惯，设计直观、易用的操作界面。可以使用触摸屏、按钮和指示灯等元素，用于控制切纸机的操作和监控系统的状态。

　　5.系统测试和优化：在完成硬件和软件设计后，需要进行系统测试，验证系统的功能和性能是否符合要求。如果有必要，可以进行系统的优化，提高系统的响应速度和运行效率。

　　切纸机控制系统的课程设计不仅需要掌握硬件和软件设计的基本知识，还需要理解切纸机的工作原理和相关的控制理论。通过对切纸机控制系统的课程设计，可以培养学生的工程实践能力和创新能力，同时提高他们在工业自动化领域的竞争力。

　　总之，切纸机控制系统的课程设计是一个综合性的实践项目，需要学生综合运用硬件和软件设计的知识，以实现自动化的切纸机控制。通过这样的课程设计，学生可以加深对自动化控制系统的理解和应用，为将来的工作和研究奠定基础。

篇四：切纸机的设计

　　

　　双刀切纸机控制系统设计

　　双刀切纸机控制系统设计

　　一、引言

　　随着科技的不断进步，自动化设备在工业生产中扮演着越来越重要的角色。在纸品加工行业中，双刀切纸机作为一种常用的设备，其控制系统的设计尤为重要。本文将探讨双刀切纸机控制系统的设计原理、核心组成以及功能实现等方面，并通过实例介绍一种基于PLC的双刀切纸机控制系统的具体设计过程。

　　二、双刀切纸机控制系统设计的原理

　　双刀切纸机控制系统的设计需要根据切纸机的工作特点和要求进行。双刀切纸机的主要工作原理是通过双刀同时切割纸张，以实现快速而准确的切割。在控制系统设计中，需要实现以下几个核心功能：

　　1.纸张进给控制：通过控制进给装置，精确控制纸张的进给速度和位置，以确保切纸机在切割过程中能够准确对准纸张。

　　2.刀具运动控制：控制刀具的运动速度和位置，确保切割精度和速度的要求。

　　3.切割长度控制：根据需要设定切割长度，控制系统能够根据设置，在切割过程中自动停止或准确定位。

　　4.安全保护控制：在切割过程中，将纸张和刀具之间的安全距离保持在一定范围内，避免意外发生。

　　三、双刀切纸机控制系统的核心组成

　　1.传感器：通过纸张厚度传感器、切割长度传感器等，实时监测纸张的厚度和长度等参数，将实时获取的数据传递给控制系统。

　　2.PLC：采用可编程逻辑控制器（PLC）作为控制核心，接收

　　传感器信号，并根据设定的程序进行逻辑判断和控制输出，实现对整个系统的控制。

　　3.伺服电机：通过控制伺服电机的转速和位置，从而控制刀具的运动。

　　4.人机界面：通过人机界面，可以方便地对控制系统进行操作和设置，实现对切割长度、速度等参数的调整。

　　5.安全装置：通过安全光栅、紧急停止按钮等，确保操作人员和设备的安全。

　　四、基于PLC的双刀切纸机控制系统设计

　　以一台双刀切纸机为例，介绍基于PLC的双刀切纸机控制系统的设计过程。

　　1.纸张进给控制：采用伺服电机驱动的皮带传动系统，PLC通过接收传感器反馈的纸张位置信号，调整伺服电机的转速和位置，控制纸张的进给速度和位置。

　　2.刀具运动控制：采用伺服电机驱动刀具的运动，控制刀具的速度和位置。通过设置切割长度，并接收传感器反馈的位置信号，PLC控制伺服电机的动作，实现精确的切割。

　　3.切割长度控制：在人机界面上设置切割长度参数，PLC根据设定的长度，控制切割过程中的停止或准确定位，实现精确的切割长度控制。

　　4.安全保护控制：通过安全光栅、紧急停止按钮等安全装置，实现对切割过程的安全保护。当安全装置发生触发时，PLC会立即执行紧急停止操作，确保设备和操作人员的安全。

　　五、总结

　　双刀切纸机控制系统的设计是一个复杂而关键的任务，需要考虑到切割精度、速度和安全等多个方面的要求。本文通过介绍双刀切纸机控制系统设计的原理、核心组成和具体实现过程，为类似设备的控制系统设计提供了一定的参考。随着科技的不断进步，控制系统的设计将会更加先进和智能化，推动纸品加工行业的发展和提高生产效率

　　综上所述，基于PLC的双刀切纸机控制系统的设计过程包括纸张进给控制、刀具运动控制、切割长度控制和安全保护控制等方面。通过PLC控制纸张进给速度和位置、刀具速度和位置，并根据设定的切割长度参数实现精确的切割。同时，通过安全装置实现对切割过程的安全保护。这种控制系统设计能够满足双刀切纸机的切割精度、速度和安全等要求。随着科技的发展，控制系统的设计将会更加先进和智能化，进一步提高纸品加工行业的生产效率

篇五：切纸机的设计

　　

　　题目：

　　切纸机

　　毕业论文（设计）原创性声明

　　本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

　　作者签名：

　　日期：

　　毕业论文（设计）授权使用说明

　　本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

　　作者签名：

　　指导教师签名：

　　日期：

　　日期：

　　注

　　意

　　事

　　项

　　1.设计（论文）的内容包括：

　　1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

　　2）原创性声明

　　3）中文摘要（300字左右）、关键词

　　4）外文摘要、关键词

　　5）目次页（附件不统一编入）

　　6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

　　7）参考文献

　　8）致谢

　　9）附录（对论文支持必要时）

　　2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

　　3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

　　4.文字、图表要求：

　　1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

　　2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

　　3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

　　4）图表应绘制于无格子的页面上

　　5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

　　5.装订顺序

　　1）设计（论文）

　　2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

　　3）其它

　　摘

　　要

　　根据程控切纸机的工作过程，为克服继电器、接触器控制故障率高、可靠性低等缺点，设计了一套以PLC为核心的切纸机裁切自动控制系统。它利用PLC完善的内部功能，有效而可靠的实现了自动裁切、自动送纸等全自动控制。

　　本文首先对现代可编程控制技术的应用现状、发展趋势作了较为详细的介绍，并简要介绍了切纸机的产生背景和应用意义。简单概括了切纸机的电气系统的总体方案设计，并比较了工控机、可编程控制器等控制方案的优缺点。对于三菱公司的F2-20MR型PLC也做了一定的介绍。之后详细讲述了程控切纸机系统主体软硬件的研制过程和设计方法。

　　本设计的关键就是要在原继电器控制电路的基础上，经过合理的转换，从而设计出具有相同功能的控制程序。

　　关键词：PLC;继电器

　　;切纸机

　　AbstractAccordingtotheworkingprocessofthecutterprogram,toovercometherelays,highreliability,lowfailureratecontrol,asetoffaultsinPLCisthecoreofcuttercuttingautomaticcontrolsystem.ItUSESPLCperfectinternalfunctions,effectiveandreliablerealizesautomaticpaper

　　feeding,automaticcuttingfullautomaticcontrol,etc.Thispaperfirstlymodernprogrammablecontroltechnologyapplicationsituationandthedevelopmenttrendsareintroduced,andbrieflyintroducesthebackgroundandcutter.Simplysummarizedcutterelectricalsystem,andtheoveralldesignofindustrialcomputer,comparestheprogrammablecontrollertocontrolscheme.IntheF2-20MRmitsubishitypePLCmadecertain.Afterdiscoursedprogram-controlledcuttersystemhardwareandsoftwaredevelopmentprocessandthemaindesignmethod.Thekeyoriginallydesignedisthatshouldbeonthebasisofcontrolcircuitoforiginalrelay,throughrationalconversion,thusdesignPLCcontrolprocedurewithsamefunctionKeyWords：PLC;Relay;Cardboardcuttingmachine

　　目

　　录

　　摘

　　要

　　........................................................................................................................1Abstract

　　.........................................................................................................................4引言

　　................................................................................................................................11绪论

　　.............................................................................................................................11.1切纸机的基本概况

　　..........................................................................................11.2切纸机的基本设计要求

　　...................................................................................22切纸机的总体设计方案

　　.............................................................................................32.1课题分析

　　...........................................................................................................32.2设计思路

　　...........................................................................................................33硬件设计与分析

　　.........................................................................................................63.1原继电器控制电路与分析

　　...............................................................................63.2PLC控制电路分析

　　..........................................................................................3.3可编程控制器简介

　　...........................................................................................3.3.1PLC的产生与发展

　　................................................................................3.3.2PLC的基本结构与特点

　　......................................................................104切纸机的PLC控制系统设计.................................................................................194.1PLC的环境技术条件设计

　　............................................................................194.2切纸机的加工工艺过程

　　.................................................................................214.3切纸机的控制要求

　　.........................................................................................294.4PLC型号的选择

　　.........................................................................................225设备布置图及程序说明

　　...........................................................................................255.1设备布置图

　　.....................................................................................................255.2程序设计要求及程序说明

　　.............................................................................265.2.1编程方法及编程规则

　　...........................................................................265.2.2程序说明

　　...............................................................................................30结

　　论

　　......................................................................................................................38参

　　考

　　文

　　献

　　................................................................................................................39致

　　谢

　　..........................................................................................................................4引言

　　可编程控制器简称PLC，它是一种用作数字控制的专用计算机。它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采集现场信号，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口去控制执行机构动作。它组态灵活、编程简单、维护方便、可靠性高，现已成为工业自动化核心技术之一。目前，我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，纸和纸板的消费水平已成为一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。

　　本文对PLC的概念，发展情况进行总结，对如何将继电器电路如何用PLC系统代替作了详细的分析。

　　1绪论

　　1.1切纸机的基本概况

　　我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，纸和纸板的消费水平已成为一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。

　　可编程控制器简称PLC，它是一种用作数字控制的专用计算机。它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采集现场信号，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口去控制执行机构动作。它组态灵活、编程简单、维护方便、可靠性高，现已成为工业自动化核心技术之一。

　　本文介绍了柴河纸板厂继电器控制电路旧设备的改造。“PLC控制的`纸板切割机”作为控制系统中的一个典型的实验设计。柴河纸板厂的纸板切割机是特种工业用纸生产重要的配套设备之一，由于该设备仍采用继电器控制电路，设备老化，逻辑电路的接线较复杂。由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性，继电器控制系统的维修工作不仅耗资费时,而且停产维修所造成的损失也不可估量,而现代化生产过程是不断变化的,生产工艺和市场需求也是不断地变化,所以用PLC取代继电器控制已是大势所趋。

　　1.2切纸机的基本设计要求

　　该控制系统的关键是在原继电器控制电路的基础上,经过合理的转换,从而设计出具有相同功能的PLC控制程序。在把继电器控制转换成PLC控制时要注意转换方法,以确保转换后系统的功能不变。

　　（1）根据原继电器电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

　　（2）分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是发送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的。同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配，在此基础上确定PLC的机型。

　　（3）根据原继电器电路和控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时采用梯形图形式的用户程序。

　　2切纸机的总体设计方案

　　2.1课题分析

　　PLC控制的纸板切割机，就是利用PLC作为纸板切割机控制电路的主控制器，PLC采用环扫描工作方式，在系统软件控制下，扫描输入的状态，按纸板切割机工作程序进行运算处理，然后向输出发出响应的控制信号。整个工作过程可分为5个阶段：自诊段，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。PLC经过这些5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期周而复始地进行。

　　本PLC控制系统的具体指标要求是：对导辊从造纸机上接纸板的线速度比造纸机上纸板传输度高1%-5%。纸板完全静止在切纸机导辊上的预定位置不能超过10mm。

　　2.2设计思路

　　本设计包括硬件配置和软件程序设计两部分。

　　硬件设计时，对被控设备的工艺要求和所选PLC的特点与性能有较全面的了解；软件设计时在对原继电器控制电路熟悉掌握的基础上，以步为核心，一步步设计，一步步修改直到完成整个程序的设计。

　　对于PLC程序设计采取以下几步：

　　（1）

　　根据原继电器控制电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作，确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

　　（2）

　　分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的，同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应，对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的机型。

　　（3）

　　根据原继电器电路、控制系统的控制要求、所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况，设计PLC用户程序，此时采用梯形图形式的用户程序。纸板切割机的加工工艺过程如下：

　　①启动设备，切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置。

　　②导辊停止导纸，当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，切纸刀车开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停机。

　　③导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板。

　　④送纸结束，切纸机导辊又恢复高速，等待造纸机下一副纸板的到来。刀车再由另一侧向原方向运动进行下一次切割过程。如此反复。

　　（4）控制要求：

　　①导辊的速度由主传动机控制。主传动电机是CYT—4型三相交电磁调速电动机。调整器外装两只电位器，当导辊从造纸机上接纸板时为了顺利地从造纸机上接到纸板，根据纸板的密度，原料和定量的不同情况，导辊速度要比造纸机上纸板传输速度高1%—5%，由电位器W1设定。当导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板时，由光电管E2发出切割完毕信号，经继电器Z5，Z9调速器和电位器W2投入，由电位器W2设定。

　　②当切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置时，由光电管E1向时间继电器ST2发出信号，经中间继电器K1，控制继电器Z3，Z8及C4。调速器与电位器W1同时脱机发出零速度信号，导辊停止导纸。

　　③导辊停止后，纸板在导辊上仍然存在惯性滑动，由时间继电器ST2的延时作用来调节纸副的位置。

　　④当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，由时间继电器ST3向切纸刀发出开始的命令。刀车电机MZ与切刀电机M3，M4，M5同

　　时启动切割纸板。当刀车离开纸板，运动到光电管侧端后，由光电管发出切割完毕信号，刀车电机与切刀电机均断电停机。

　　⑤送纸结束后，主传动输出恢复高速，由于时间继电器SJ1延时时间达到，接点断开，继电器Z6，Z7失电，使K1失电，Z9，C4得电。由调速器和电位器W1投入实现。

　　3硬件设计与分析

　　3.1原继电器控制电路与分析

　　剪板机原来采用继电器—接触器控制，但控制系统较复杂，大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。采用PLC控制可较好地解决这一问题。剪板机的原理结构，如图3?1所示：

　　图3.1剪切板原理结构示意图

　　系统由送料、定位压紧、剪切、自动传送4个部分组成。采用7个限位开关和1个光电开关检测各部分的工作状态。送料机构E、压板B、剪切刀A、送料小车分别由4台电动机拖动。系统未动作时，压板及剪切刀的限位开关SQ1、SQ3和SQ4均断开，SQ1、SQ7也是断开的。启动时，小车应处于接料口位置，限位开关SQ5、SQ6闭合。若小车空载或板料数未达到设定数，起动送料机构Ｅ，带动板料C向右移动。当板

　　料碰到行程开关SQ1时，送料停止。同时启动压块电动机，使压块B压下，压块上限开关SQ2闭合。当压块到位，板料压紧时，压块下限开关SQ3闭合，剪切电动机起动，控制剪刀下落。此时，SQ4闭合，直到把板料剪断，板料落入小车。光电接近开关SQ7对落入小车的板料进行检测并产生计数脉冲。当小车上的板料达到设定数时，启动小车控制电动机，带动小车右行，将切好的板料送至包装线。卸下后，再启动小车左行，重新返回到剪切机下，开始下一车的工作循环。

　　3.2PLC控制电路分析

　　可编程控制器（以下简称PLC）由于采用了微机技术，具有微机的许多优良性能，又有较强的抗干扰能力，可在强电磁干扰的工业生产场合可靠运行，因而得到很快的发展。它比传统的继电接触控制系统控制精度高、时间响应快、改变控制程序方便、开发周期大大缩短，而且设备体积小、能耗少。设备结构除超小型、小型机为整体式的外，大多采用模块结构，用户可根据控制要求选择模块组成系统，非常灵活，维护维修也容易，而软件大多采用梯形图程序，具有继电接触控制线路清晰直观的优点，易被广大熟悉继电接触控制线路的工程技术人员接受。随着微机技术的发展和新电子器件的不断出现，PLC技术必将得到更大的发展，成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备之一。

　　PLC技术进入我国只有十几年时间，已经得到相当广泛的应用，许多工厂企业已把它作为新产品开发、老产品更新及旧设备改造的重要控制手段。其中应用最多的是进行开关逻辑控制。目前国内的PC产品，功能越来越多样，有些小型机、超小型机也装置有一些特殊单元，如高速计数、定位、定时单元，甚至有模拟量输入、模拟量输出和PID单元，可用来进行闭环过程控制图，应用前景非常广阔。

　　3.3可编程控制器简介

　　3.3.1PLC的产生与发展

　　可编程控制器是以自动控制技术、微机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。早期的可编程控制器只能进行计数、定时及对开关量的逻辑控制。因此，可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已远远超过逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为ProgrammableController，简称PC。但个人计算机（PersonalComputer）也常简称PC，为避免混淆，可编程控制器仍被称为PLC。

　　1987年，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器国际标准草案第三稿中，对可编程控制器定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入与输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

　　PLC是生产力发展的必然产物。20世纪60年代初，美国的汽车制造业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产线必须随之频繁的变更。传统的继电器控制对频繁变动的生产线很不适应。自然，人们对控制装置提出了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修。

　　首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家通用公司（GM）。

　　1986年，该公司提出用一种新型控制装置替代继电器控制，这种控制装置更把计算机的通用、灵活、功能完善等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便、价格便宜等特点结合起来，而且要使那些不很熟悉电脑的人也能方便的使用。根据这种设想，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在美国GM公司的汽车自动装置生产线上试用获得成功。

　　由于PLC优越的性能，其问世后发展极为迅速。1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。70年代中期，欧美及日本的一些生产厂家，其PLC产品中多以微处理器及大规模集成电路芯片为其核心部件，使PLC的功能进一步扩展，并且有了自诊断功能，可靠性得到进一步提高。随着微电子技术的迅猛发展，80年代中期，PLC几乎完全计算机化，其速度更快、功能更强，PLC的各种智能化模块不断的被开发出来，一些厂家还推出了PLC的计算机辅助编程软件，许多小型PLC的性能也不可小视。

　　现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面都得到广泛的应用。如今大、中、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC应用与模拟量的闭合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；PLC配合可编程终端设备（如触摸屏）可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产的需要。

　　目前，世界上一些著名的电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善、换代周期越来越短。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制，更便于实现机电一体化；大中型PLC向可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。

　　我国从70年代中期开始研制PLC。1977年，我国采用美国Motorola公司的一位机集成芯片，研制成功了国内第一台有实用价值的PLC。此后，在不断引进国外PLC生产线的同时，积极开发国产PLC。许多企业在PLC的应用方面进行了积极的探索，取得了成功的经验和良好的效益。随着PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个革命性的飞跃。

　　3.3.2PLC的基本结构与特点

　　可编程控制器内部的基本结构与普通微机是类似的，特别是和单片机的结构极为相似。可编程控制器实施控制的基本原理是按一定算法实现输入、输出变换，并加以物理实现。这种输入、输出变换就是信息处理。当今工业控制中信息处理最为常用的方式是采用微处理机技术，PLC也是利用微处理机技术将其应用于工业生产现场，使其专业化。相对于普通微机，物理实现是PLC的特长，因为普通微机大多只考虑自身的数据、信息处理能力和通信等功能，又要考虑实际控制能力及其实现等问题。因此，PLC在硬件设计时更注重I/O接口技术和抗干扰等问题的解

　　决。

　　根据控制系统的基本要求，PLC采用典型的计算机结构，它主要由中央处理单元CPU、存储器（RAM，ROM，EFPROM，EEPROM等）、专门设计的输入输出接口电路、通信接口电源等单元组成。

　　PLC优越的性能表现在以下几个方面：

　　1.灵活性和通用性强

　　继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接。其致命的弱点是，如果工艺的要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。PLC是利用存储在主机内的程序实现各种控制功能的。因此，在PLC外部接线改动极少，甚至可不必改动。一台PLC可以用于不同的控制系统中，只不过改变了其中的程序罢了。其灵活性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。

　　2.抗干扰能力强、可靠性高

　　继电器控制系统中，由于器件老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性。继电器控制系统的维修工作不仅耗力费时，而且停产维修所造成的损失也不可估量。而在PLC控制系统中大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成，因此PLC可以直接安装在工业现场而稳定的工作。从国外使用PLC的实际情况来看，平均无故障率可以达到几万甚至几十万小时以上。因此PLC被誉为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。

　　PLC在硬件和软件方面主要采取以下措施来提高其可靠性：

　　(1)硬件方面采取的措施

　　对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏

　　蔽，以防外界干扰；对供电系统及输入电路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰,也削弱了各部分之间的相互影响；对PLC内部所需的+5V电源采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以消除由于交流电网的波动引起的过电压、欠电压的影响；采用光电隔离措施，有效地隔离了内部与外部电路之间的直接电联系，以减少故障和误动作；采用模块结构的PLC，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。

　　(2)软件方面采取的措施

　　其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，PLC通过监控程序定时的进行检测。当检测到故障时，立即把当前状态保存起来，并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。故障排除后立即恢复到故障前的状态继续执行程序。其二，PLC设置了监视定时器，如果程序每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序进入了死循环，则立即报警。其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。其四，利用后备电池对用户程序及动态数据进行保护，确保停电时信息不丢失。

　　由于采取了以上措施，PLC的抗干扰能力和可靠性得到了大大的提高。

　　3.编程语言简单易学

　　虽然PLC是以微型计算机技术为核心的控制装置，但是不要求使用者精通计算机方面复杂的硬件和软件知识。大多数PLC采用类似继电器控制电路的“梯形图”语言编程，清晰直观，简单易学，了解继电器控制线路的电气技术人员很容易接受。

　　4.PLC与外部设备的连接简单，使用方便

　　用微机控制时，要在输入/输出接口电路上做大量的工作，才能使微机与控制现场的设备连接起来，调试也比较麻烦。而PLC的输入/输出接口已经做好，其输入接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等强电电器连接，接线简单，使用方便。

　　5.PLC的功能强、功能的扩展能力强

　　其一，PLC利用程序进行定义、计数、顺序、步进等控制，十分准确可靠。而用继电器控制时，需使用大量时间继电器、计数器、进步控制开关等设备，其准确性与可靠性无法与PLC相比。其二，PLC还具有A/D和D/A转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能。因此它即可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制，也可远距离对生产过程进行控制。

　　PLC的功能扩展极为方便，硬件配置相当灵活，根据控制要求的改变，可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，再相应修改用户程序就可以达到变换和增加控制功能的目的。

　　6.PLC控制系统的设计高度周期短

　　由于PLC是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里设计和修改程序。更为方便的是可在实验室里进行系统的模拟运行调试，使现场工作量大为减少。而继电器控制系统是靠调整电路的接线来改变控制功能的，调试时费时又费力。

　　7.PLC的体积小、重量轻、易于实现机电一体化

　　由于PLC内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点；更由于它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶劣的环境，因而它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。

　　.3.3.3PLC基本工作原理各与单元的作用

　　PLC与普通微机在许多方面有相似之处，但其工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如在常见的键盘扫描方式或I/O动作则转入相应的子程序，无键按下I/O不动作则继续扫描键盘和I/O口。PLC则采用循环工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，其工作方式如图3-2所示，扫描周期如图3-3所示，即CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，扫描输入的状态（输入刷新）。整个工作过程可分为5个阶段：自诊断，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。PLC的工作过程如图3-4所示。

　　第一阶段：自诊断。每次扫描用户程序之前，都先执行故障自扫描程序。洗诊断内容分为I/O、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。

　　第二阶段：与编程器或计算机通信。PLC检查是否有与编程器或计算机等的通信请求，若有则进行相应的处理，例如接受由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机的通信请求，也在这段时间内发送完成数据的接受和发送任务。

　　图3.2PLC工作方式示意图

　　图3.3PLC扫描周期示意图

　　图3.4PLC工作过程流程图

　　第三阶段：读入现场信号。PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到状态存储器，也即输入采样阶段。

　　第四阶段：执行用户程序。CPU将指令逐条调出并执行，以对输入和输出的状态进行处理，即按程序对数据进行逻辑、运算，再将正确的结果送到输出状态存储器中，这就是程序执行阶段。

　　第五阶段：输出结果。当所有的指令执行完毕时，集中把输出状态存储器的状态通过输出部件转换成被控制设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。

　　PLC经过这5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期周而复始的进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，PLC在正常工作情况下，扫描周期T为T=（运算速度*程序步数+I/O刷新时间+故障诊断时间）

　　由于I/O刷新时间和故障时间相对用户程序执行时间要小得多，因此扫描时间主要由用户程序和的长短和CPU的运算速度决定，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于一般工业设备控制通常没有什么影响，但对于控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，则应考虑PLC的速度，并且应该精确计算响应的时间，精心编排程序，合理安排指令的顺序，尽可能减少扫描周期造成的响应时间。由于PLC是采用循环扫描的工作方式，所以它的输入输出响应速度受扫描周期的影响较大。

　　PLC与继电器控制的重要区别之一就是工作方式不同，继电器是按并行方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就有可能有几个电路同时工作。而PLC上一以反复扫描的方式工作的，这是循环地连续逐条执行程序，任意时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以串行方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。

　　最初研制生产的PLC主要用于替代传统的继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。

　　(1)继电器控制装置采用硬件逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所以的触点（包括其通常开或常闭触点）在继电器控制的那个位置上都会立即同时动作。

　　(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在1000ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般小于100ms。因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行

　　方式——扫描方式。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没什么区别了。

　　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。

　　图3.5PLC运行扫描图

　　(1)输入采样阶段

　　在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

　　(2)用户程序执行阶段

　　在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右，先上后下的顺序对由各触点构

　　成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的序对由各触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区内的状态；或者确定是否要执行该程序过程中，只有输入点在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

　　(3)输出刷新阶段

　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应外设。这时才是PLC的真正输出。比较下面

　　这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对M4的刷新；程序2要用四次扫描周期，才能完成对M4的刷新。

　　这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行的结果有区别。

　　程序1程序2当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

　　图3.6扫描周期流量图

　　2．PLC的I/O响应时间

　　为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电藕等技术。

　　为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

　　以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

　　所谓I/O响应时间是指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端的时间。其最短的I/O响应时间与最长I/O响应时间如图所示：

　　第（n-1）个

　　第n个扫描周期

　　第（n+1）个

　　扫描周期

　　扫描周期

　　输出刷新

　　用户程序执行

　　输入采样

　　输入采样

　　输出刷新

　　最短I/O响应时间

　　第n个扫描时间

　　第n+1个扫描周期

　　输入采样

　　用户程序执行

　　输出刷新

　　输入采样

　　用户程

　　输出刷新

　　序执行

　　最长I/O响应时间

　　图3.7I/O响应时间

　　以上是一般的PLC的工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映象刷新循环、程序执行循环和输出映象刷新循环已经各自独立工作，提高了PLC的执行效率。

　　1.中央处理单元（CPU）

　　中央处理单元（centerprocessunit,CPU）可比作PLC的大脑，是PLC实现信息处理和控制的关键部件，其性能的优劣直接影响PLC的技术性能指标。

　　(1)CPU的组成

　　CPU一般是由控制电路、运算器和总线等部件组成，这些电路一般

　　都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。

　　不同型号的PLC使用不同的CPU部件，制造厂家使用CPU部件的系统指令编写系统程序，并固化到只读存储器RAM中。CPU按系统程序赋予的功能，接收编者按编程器或计算机等编程工具输入的用户程序和数据，存入随机存储器RAM中。CPU按扫描方式工作，从规定着的地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停的周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。

　　(1)CPU的主要功能

　　①运行程序：PLC的程序存放于内存中，但程序运行却在CPU中。PLC运行时首先CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出行译码，最后，CPU执行指令规定的操作，如读取输入信号，取操作数，进行逻辑运算或算术运算，并将运算结果输出给有关部件。CPU运行程序是周而复始不断重复着的，这与PLC扫描工作方式是相适应的。若PLC设置在中断主程序转而执行中断服务程序。中断服务程序完成后，自动返回主程序。

　　②接受程序：PLC的系统程序由厂家提供并固化在CPU内部存储器ROM中，它除了能编译、运行用户程序以外，还对PLC进行上电初始化、I/O刷新及公共处理。用户程序由用户根据机械设备的生产工艺和控制要求进行编制并保存在ROM中。CPU通过系统程序对用户程序进行编辑或计算机来实现上诉过程。同时，有时还需要对系统的特殊功能进行设置，如将系统设置为具有中断控制、高速脉冲记数、高速脉冲输出、输入脉冲延时和捕捉等功能。CPU则根据系统设置来实现上诉功能。

　　部分PLC接受程序是通过编程来实现的。如西门子的PLC编程软件STEP5，即是通过组织块来实现分段程序的连接，通过功能来实现各种控制功能。

　　③系统监控：PLC除了可处于运行及编程状态外，还可设置成监控状态。此时，PLC即可实现对系统的监控，也可通过编程和计算机修改程序或改变程序。在这种状态下，PLC的CPU工作状态及接收编程器操作的功能。

　　2.存储器

　　存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑程序、逻辑变量和其他一些信息。系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序由PLC制造厂商相应的CPU指令系统来编写，并固化到ROM中。用户程序存储用来存放由编辑器或计算机输入的用户程序。用户程序是使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可通过编程工具进行修改。在PLC中主要使用两种类型的储存器，即ROM和RAM储存器，部分PLC也使用EEPROM和EPROM储存器。

　　(1)只读储存器ROMROM中的内容一般是由PLC制造厂家写入的系统程序，并且永远驻留。系统主要包括检查程序、编译程序和监控程序。PLC启动后，首先由检查程序检查PLC的各部分操作是否正常，并将检查结果显示给操作人员；然后编译程序将用户键入的控制程序变换成由微电脑指令组成的程序，并对用户的需要调用相应的内部程序。例如用编程器选择了程序工作方式，则监控程序就调入“键盘输入处理程序”，将用户输入的程序送到RAM中；若用编程选择运行工作方式，则监控程序将启动用户程

　　序。ROM的容量与PLC的复杂程序有关。

　　(2)随机储存器RAMRAM是可读写储存器。读出时，RAM中的内容不被破坏，而写入时，刚写入的信息就会覆盖原来位置上的信息。RAM中一般存入用户程序、逻辑变量、中间结果、最终运算结果及供内部监控、管理程序使用的系数数据等内容。用户程序是指选择编程工作方式时，用编程工具输入的程序经过预处理后，存入在RAM的低地址区。而逻辑变量则指在输出继电器、内部辅助继电器、保持继电器、定时器、移位电器等。一般PLC还开辟一定数量的数据区供数值运算，A/D，D/A，高速脉冲计数等功能。内部监控、管理程序也要使用部分存储单元存放系数数据。由于不同型号的PLC其储存器的容量是不同的，所以在技术说明书中，一般都会给出与用户编程和使用单元有关的指标，如输入输出继电器的数量、保持继电器的数量、内部辅助继电器的数量、定时器和记数器的数量、允许用户程序的最大长度等，这些指标都间接地反映了RAM的容量。RAM通常和锂电池配合使用，这样在断电时可起到对用户程序的保存作用。

　　(3)EPROM,EFPROM部分PLC还使用内置EPROM或外置EEPROM，EEPROM存储器用于存放用户程序，这样用户程序可实现“永久”保存，不会出现存储器采用RAM+锂电池结构时，随着锂电池电能的消耗，电量不足而出现用户程序丢失的现象。

　　3.电源部件

　　电源部件将交流转换成供PLC的中央处理器、存储器等电路工作需要的直流电源，使PLC能正常工作。PLC内部使用的电源是整机的供给

　　中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。

　　4.输入输出接口电路

　　这是PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按扭、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入借口电路将这些信号转换成中央处理器能够接收和处理的信号。输出接口电路将中央处理器送出的弱电控制信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控执行元件。

　　(1)输入接口的电路

　　输入接口的电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。

　　①光电耦合电路：采用光电偶合电路和现场输入信号相连的目的是防止现场的强电干扰进入PLC，也防止传导性干扰，从而起到对电信号的隔离作用。光电耦合电路的关键部件是光电耦合器，一般由发光二极管和光敏三极管组成。

　　②微电脑输入接口电路：它一般是数据输入存储器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，这些电路集成在一个芯片上。现场的输入信号通过光电耦合器送到输入储存器，然后通过数据总线送给CPU。

　　(2)输出接口电路

　　PLC的输出接口电路是一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成。微电脑输出接口电路一般由输出数据储存器、选通电路和中断请求电路集成而成。CPU通过数据总线将要输出的信号放到输出储存器中，并通过光电耦合器隔离后输出。功率放大电路是为了适应工业控制的要求，将PLC的输出信号加以放大。PLC一般采用继电器输出,部分PLC采用晶闸管输出。

　　①继电器输出电路：负载电源由用户提供，可以是交流也可以是直流，视负载情况而定。继电器输出电路抗干扰能力强，负载能力大（工作电流可达2-5A），但信号响应速度较慢，其延迟一般为8-10ms。

　　②晶闸管输出电路：负载电源由用户提供，只能是直流。晶体管输出电路负载能力较大（工作电流仅1A左右），其响应速度较快，延迟一般为导通1-2ms，关断8-10ms。

　　③晶体管输出电路：负载电源由用户提供，只能是直流。晶体管输出电路负载能力小（工作电流仅为0.3-0.5A），但响应速度快，其延迟一般为0.5-1ms.除了上面介绍的这几个主要单元以外，PLC上还配有各种与外围设备连接用的并行、串行接口，通常用插座引出到外壳上，可通过电缆或通过底板方便的配接编程器、计算机、打印机、触摸屏、显示器以及A/D，D/A，高速计数等模块。

　　4切纸机的PLC控制系统设计

　　4.1PLC的环境技术条件设计

　　1.由于PLC是直接用于工业现场控制装置，在设计制造时，充分考虑了它的环境适应性，它具有在恶劣技术条件下可靠工作的性能。但是，每种PLC都有自己的工作环境技术条件，用户在选用时，特别在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。在设计、安装时尽可能地改善可编程器的现场工作环境，达到延长其工作命，提高系统的可靠性的目的。

　　一般PLC及外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列工作条

　　件下可靠地工作：

　　湿度：相对湿度为5%—95%（无凝结霜）：

　　震动和冲击：满足国际电工委员会标准：

　　电源：220V交流，允许变化上下15%频率47~53HZ，瞬间停电保持为10ms；

　　周围空气：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体。

　　2.环境条件对PLC的影响

　　(1)温度的影响：晶体管和电阻电容等外部电路都是由半导体集成电路（简称IC）、晶体管和电阻电容等元件构成的，温度的变化将直接影响这些元件的可靠性和寿命。温度高时容易产生下列问题：IC晶体管等到半导体器件性能恶化，故障率增加和寿命降低：模拟回路的漂移变大，精度降低等。如果温度偏低，除模拟回路精度降低外，回路的安全系数也会变小，超低温时还可能引起控制系统的动作不正常。别是温度的急剧变化（高低温冲击），由于电子器件热胀冷缩，更容易引起电子器件的恶化和温度特性变坏。

　　(2)湿度的影响：在湿度大的环境中，水分容易通过模块上IC的金属表面进内部，引起内部元件的恶化，印刷板可能由于高压或高电流而引起短路，干燥的绝缘物体上可能带静电，特别是MOS集成电路，由于输入阻抗高，可能会因静电感应而损坏。控制器不运行时，温度、湿度的急剧变化，会引起结露，结露后会使绝缘电阻大大降低，容易引发高压的泄露，使金属表面生锈，从而导致绝缘恶化，特别是交流会20V，110V的I/O模块，由于绝缘的恶化，可能产生预料不到的事故。

　　(3)振动和冲击的影响：一般PLC能耐的振动和冲击频率为10~55HZ，振幅为0.5mm,加速度为2g,冲击为10g。超过这个极限时,可能

　　会引发电磁阀或断路器误动作、机械结构松动、电气部件疲劳损坏以及连接器的接触不良等后果。

　　(4)周围空气的影响：周围空气中不能混有尘埃。导电煤炭煤田粉末、腐蚀性气体、水分，油分、油雾、有机溶剂和盐分等，否则会引起下列不良现象：尘埃可引起接触部分的接触不良，或使滤波器的网眼堵住，使盘内温度上升；导电性粉末可引起误动作，绝缘性能变差和短路等；油和油雾可能会引起接触不良和腐蚀塑料；腐蚀性气体和盐分可能引起印刷电路板的底部或引线腐蚀，造成继电路或开头的可动部件接触不良。

　　3.控制系统环境设计

　　由上面的分析可知，环境条件对PLC控制系统可靠性影响很大，为此，必须针对具体应用场合采取相应的改善环境措施。下面是几种常用、可行的有效措施。

　　(1)高温设计处理：如果控制系统的周围环境温度低于极限温度五十五摄氏度，必须采取下面的有效措施，迫使环境温度低于极限值。

　　①控制盘、柜内设置风扇或冷风机，通过滤波器一起把自然风引入盘、柜内。由于风扇的寿命不长，必须和滤波器一起定期检修，使用冷风机时注意不能结露。

　　②控制系统置于有空调的控制室内，降低工作环境温度。开展系统不能直接放在日光下。

　　③PLC主控制器的安装应考虑良好的通风和散热，主控制器的上下左右都要留有不小于50mm的距离，各I/O框架之间应有足够的空间，用于通风、散热和信号的进出。I/O模块配线时要按规定和标准使用导线槽，以免妨碍通风。Iv安装时要把发热休，如电阻器或电磁接触器等远离主控制器，或者把主控制器安装在发热体的下面。同一框架内的电源

　　模块要远离PLC主控制器安装。一般化情况下，PLC主控制器与电源模块分别安装在框架的两端。

　　(2)低温设计处理

　　①在控制盘、柜子内设置加热器，冬季时通过使用吵架热器，可使盘、柜内温度保持在零摄氏度以上或在十摄氏度左右。设置加热时要选择适当的温度传感器，以便能在高温自动切断加热电源，低温时自动接通电源。

　　②停运时，不切断控制器和I/O模块电源靠其自身的发热量使周围温度升高，特别是夜间低温时，这种措施是有效的。

　　③骤变化的场合，不要打开控制盘、柜的门，以防冷空气进入。

　　(3)湿度设计处理

　　①将控制盘、柜设计成密封型，并且放入吸湿剂。

　　②把外部干燥的空气引入控制盘、柜内。

　　③印刷板上再覆盖一层保护层，如喷松香水等。

　　④在湿度低，即干燥的场合进行检修时，人体应尽量不接触模块，以防感应电损坏器件。

　　(4)防振动和防冲击措施。在有振动和冲击时，应弄清振动源是什么，以便采取相应的防振措施。

　　①如果振动来自控制盘、柜外，可相应的控制盘、柜采用防震橡皮，以达到减震目的。同时也把控制盘、柜设置在远离震源的地方。

　　②如果振动来自控制盘、柜内，则要把产生振动和冲击的设备、柜移走，或单独设置盘、柜。

　　③紧靠主控制器或I/O模块印刷板、连接器等可能产生松动的部件或器件，连接线也要固定牢靠。

　　(5)空气设计处理。如果周围环境空气不清洁，可采取下面一定相应措施：

　　①将控制盘、柜采用密封型结构。

　　②在控制盘、柜内打入高压清洁空气，使控制盘、柜内形成一定压差，使外界不清洁空气不能进入控制盘、柜内部。

　　③印刷板表面涂一层保护层,如松香水等。

　　上诉措施都不能保证绝对有效，根据需要可采用综合防护措施。

　　4.2切纸机的加工工艺过程

　　纸张切割机的加工工艺如下：

　　①启动设备，切割机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置。

　　②导辊停止导纸，当纸板完全静止在切割机上预定的位置时，切纸刀车开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停机。

　　③导辊向接纸传送切割完毕的纸板。

　　④送纸结束，切纸机导辊又恢复高速等待纸机下一副纸板的到来。刀车再由另一侧向原方向运动进行下一次切割过程，如此反复。

　　4.3切纸机的控制要求

　　（1）导辊的速度由主传动电机控制。主传动电机是YCT-4型三相交流电磁调速电动机。调速器外装两只电位器，当导辊从造纸机上接纸板时，为了顺利从造纸机上接到纸板，根据纸板的密度，原料和定量的不同情况，导辊线速度要比造纸机上纸板传输速度高1%-5%。由电位器W1设定。当导辊向接纸台传递已切割完毕的纸板时，由光电管E2发出切割完毕的信号，经继电器Z5，Z9使调速器和电位器W2投入，由电位器W2设定。

　　（2）当纸板切割机导辊从造纸机上接到纸板传到预想的位置时，由光电管E1向时间继电器SJ2发出信号,经过中间继电器K1,控制继电器Z3,Z8及C4.调速器与电位器W1同时发出零速度信号，导辊停止导纸。

　　（3）导辊停止后纸板在导纸辊上仍然存在惯性滑动,由时间继电器SJ2的延时作用来调节纸板的位置.当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时,由时间继电器SJ3向切纸刀车发出切割开始的命令,刀车电机MZ与切刀电机M3、M4、M5同时启动,切割纸板。当刀车离开纸板，运动到光电管侧端后,由光电管发出切割完毕信号,刀车电机与切刀电机均断电停机。送纸结束后,主传动输出恢复高速,由于时间继电器SJ1延时时间达到,接点断开,继电器Z6、Z7失电,使K1失电,Z9、C4得电。由调速器和电位器W1投入来实现。

　　4.4PLC型号的选择

　　由继电器控制的电路图可知,该纸板切割机的控制装置的输入器件有9个,输出器件有8个,故选用F2-20MR型PLC即可完全满足要求。

　　该PLC是日本三电器工司生产的。输入点数是12,输出点数是8；输入继电器有12个,是X400-X407和X410-X413；输出继电器有8个,是Y430-Y437；辅助继电器有28个,是M100-M127；定时器有8个,是T450-T457。

　　图4.1PLC系统I/O点分配示意图

　　原电路所用器件

　　名

　　称

　　型

　　号

　　符

　　号

　　数

　　量

　　注

　　释

　　断路器

　　断路器

　　DZ47-69/25DZ47-60/15ADZ47-60/29ADZ47-60/5ADZ47-60/3ACJX1-16/22NC1-1210CJX12/22JZC1-44JQX-10/220e1e2113P3P断路器

　　断路器

　　断路器

　　接触器

　　接触器

　　接触器

　　中间继电器

　　电磁继电器

　　e3e4e5C1C2C3C4C5Z1Z2Z4Z5111122243P2P2PAC220VAC220VAC220VAC220V11脚

　　V电磁继电器

　　电磁继电器

　　按钮

　　按钮

　　按钮

　　按钮

　　控制变压器

　　整流桥块

　　半导体信号灯

　　光电开关

　　辅助触头

　　制动器

　　线圈

　　时间继电器

　　时间继电器

　　配电箱

　　原来号

　　Z

　　Z6Z3Z7Z8Z9k1-k3TAQAQA1-QA3XZBDXHE1-E3C2C3BZBZSJ1SJ2-SJ325113111132111218脚

　　11脚

　　10A/100V红

　　AC380VAC220VDC24V

　　JQX-10/220VJQX-10/24VNP2-BA42NP2-BA31NP2-BA21NP2-BA25BK-25VA

　　AD11-22E1-D10B3F413TJZ-200Mzd1-200JSS26/220VST3PA/24V800*600*250由PLC代替号

　　M10Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7K1K2K3SJ1SJ2SJ3M101M102M103M104M105M106M107M108M109M110T450T451T4525设备布置图及程序说明

　　5.1设备布置图

　　图5.1设备布置图

　　图5.2设备接线图

　　5.2程序设计要求及程序说明

　　5.2.1编程方法及编程规则

　　在对PLC进行编程的实际过程中大体可归纳出四种编程方法：经验编程法、解析编程法、图解编程法及计算机辅助设计法。无论用何种方法,最主要的是经常编、经常练，才能提高自己的编程水平.人的经验积累到了一定的程度就会产生质的变化,那就是熟能生巧。PLC编程也一样,多编程可使已有的经验“升华”,进而能够进行创造性的编程。掌握PLC编程方法能够充分发挥PLC的功效,因而不因编程的问题制约PLC的应用。

　　1.经验编程法

　　所谓经验编程法就是利用自己和别人的经验进行编程。通常在编程前选择一定数量的“参考程序”,并结合实际控制系统的具体情况,对“参考程序”逐一修改,直到满足自己系统的控制要求。“参考程序”一般为与自己

　　系统的控制性能相似的一个或若干个成功的程序,也可以是一些具体典型功能的标准程序。在实际工作过程中,可以有意识地收集和积累这些“参考程序”,从而不断地丰富自己的实践经验,提高自己的编程能力。

　　2.解析法

　　可编程控制器是逻辑控制,实际上是逻辑问题的综合。所以,可以根据组合逻辑与时序的理论,运用相应的逻辑运算的解析方法,对其进行逻辑关系的求解。然后,再根据求解的结果,转化成相应的用户程序,如梯形图或助记语言程序。用解析法进行编程,逻辑关系比较严密,可以运用一定的标准算法,使程序优化,并可避免程序的盲目性,是较有效的编程方法。

　　3.图解法

　　图解法是通过画图的方式实现PLC的程序设计。常用的图形编程方法主要有三种:梯形图法、波形图法及流程图法。

　　梯形图法是一种最基本的图形编程方法。无论采用经验编程法还是解析法,都可把PLC控制程序转换成梯形图来表达,并通过计算机传输给PLC。梯形法是目前使用最多的一种编程手段。波形图法很适合设计与时间有关的各类控制系统。它先把相应的输入、输出信号的波形图画出,然后再依据时间顺序用逻辑关系组合,就查容易地把电路设计出来。

　　流程图是用框图来表示程序的执行过程及输入条件与输出响应之间的关系,在PLC进行流程控制时(一般PLC中称步进控制),用流程图进行程序设计就显得很方便。

　　图解法与解析法不能截然分开。往往在使用解析法时也要用画图手法,而在用图解法编程时也要列出函数,只是这两种方法各有其侧重点。

　　4.计算机辅助设计

　　PLC可通过上位连接单元或通信接口等与个人计算机进行连接和通

　　信,并应用个人计算机与计算机辅助编程软件进行联机辅助编程。目前PLC的计算机辅助编程软件主要编制梯形图和助记符语言程序，其特点是可在计算机屏幕上显示所设计的梯形图，设计过程直观明了。编制好的程序可通过相关软件将其转换并传送到PLC中。目前，计算机辅助编程软件都有编程和监控的功能。

　　计算机辅助设计是PLC程序设计的发展方向。随着可编程控制器更加广泛的应用和计算机技术的进步，使用也会越来越多，方法也会越来越完善。

　　对已编好的可编程控制程序，评价其好坏有一定的困难。但在编制PLC用户程序一般遵循基本编程原则，编程的基本原则大体有这样几个方面：

　　1.正确性

　　对于PLC程序而言,最基本的要求是正确。一个程序必须经过实际检验,以证明其运行时的正确性,这是对可编程控制器程序的最基本要求。如果这一点没做到,其它方面就无从谈起。为了使程序逻辑正确实用,必须正确规范地使用各种指令,正确合理地使用各类内部器件,一些程序出错大多与这两个方面有关。

　　正确使用指令与准确理解指令的相互关系必须对每条指令,特别是对高级指令和特殊功能指令的含义和使用条件有全面的了解,必要时可通过编写一些实验性小程序对一些不清楚的指令作些测试力求完全弄清楚。值得注意的是,同一条指令,由于PLC的出厂批次不一样,在个别情况下,一些细节可能不完全一样。

　　其次,有的指令执行一次就可以了,用多了反而不行,大多数指令可多次执行。有的指令在子程序中和在主程序中执行情况可能性不一样，有

　　的指令在中断子程序中不能使用等等,这些细节要弄清楚,不弄清楚也很容易出错。

　　内部器件的正确使用也是很重要的。如有的器件有掉电保护功能,而有的器件没有这个功能。要做到需要掉电保护的一定要用有掉电保护的器件反之则不必使用。定时器、计数器前面的号(随机型而异)有的PLC小于是15号的可中断计时,可用于精确计时。需要精确计时,若用的不是能中断工作的定时器则其计时精度无法保证。

　　准确使用指令,合理使用内部器件是保证所编PLC程序正确性的一个重要因素。在编写过程中还应避免出现逻辑矛盾和其它的低级错误。总之,程序的正确性是可编程控制器设计最基本的要求。

　　2.可靠性

　　用户所编程序不仅要正确而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作状态下的稳定性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下或合乎逻辑要求的操作情况下能正常工作，但当出现非正常工作情况（如临时停电，又很快再通电）或进行非法操作（操作工作人员不按规程操作）后程序就不一定能正常工作了。这种程序就不太可靠或者说稳定性不太好，即它不是一个好的PLC程序。

　　一个好的PLC程序应能对非政党工作情况的出现予以识别，并能使其与正常状态予以衔接，可使程序能对各种非正常工作情况予以应对。如PLC程序应能对各种非法操作予以拒绝且不留下痕迹，只接受已定义了的合法操作，实现的方法是通过PLC内部器件的记忆功能和程序连锁来实现。对于临时停电问题，可通过PLC的一些具有掉电保护的内部器件的记忆功能，在断电时对工作状态、系统参数、中间数据等必须记录的状态予以保存（即断点保护）。这样即使出现临时断电，PLC也能在复

　　电后从断点衔接并继续执行后续的控制过程。

　　连锁是拒绝非法操作最常用的控制手段,继电器控制电路常用这种方法。如在控制两台电机工作时,要求两台电机不能同时运行。此时,两个启动按扭同时按下显然是非法操作。PLC在实现类似控制时也可以借鉴和采用这些方法。

　　总之,为保证PLC的正常工作,使PLC能应付各种非正常的突发事件提高在实际应用中的可靠性,是非常重要的。

　　3.合理性

　　PLC程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能地使使用程序简短；二是应尽可能缩短扫描周期,提高输入、输出响应速度。

　　程序是否简短一般可用完成同一功能的PLC程序所用的指令条数来衡量。所用的指令条数越少,程序自然就越短。简短的程序可节省用户存储区,并在大多数情况下可缩短扫描周期,提高输入、输出响应速度,提高程序的可读者性。要想使PLC程序简洁,条理清楚。从大的方面来讲,必须优化程序结构,按功能划分,用流程控制指令简化程序；从小的方面来讲,必须合理正确地使用各类指令,常用功能强的一条指令取代由功能单一的多条指令组成的相同功能的程序,同时还应注意指令前后次序的安排等。

　　在大多数情况下,程序简短可以缩短PLC运行的扫描周期,但简化程序与缩短扫描周期并不完全是一回事。虽然PLC的扫描周期与程序中的指令条数有关，不同指令的执行时间也大不相同，有时相差很大。有的指令在逻辑状态为ON的执行时间在与OFF时的执行时间也不同。另外，当程序中使用多个流程控制指令时，就不是所有指令都要执行。上诉种种原因可见，要推测PLC在一定控制程序下的扫描周期是困难的,对扫描时间的计算也是比较复杂的。缩短扫描时间的关键是用好流程控制指令,

　　按照实际控制情况确定一些必须执行的指令和按功能进行流程控制的程序块,并合理使用各类指令,尽可能使程序的平均扫描时间、最大扫描时间缩短。这样可提高PLC的响应速度,提高其他高功能模块的工作可靠性。

　　4.可读性

　　要求设计的程序可读性好,是指程序要层次清晰,结构合理,指令使用得当,并按模块化、功能化和标准化设计。在输入、输出点及内部器件的分配和使用上要有规律性，还应在一些功能及特殊指令边作一些注释,便于记忆和理解。一个可读性好的程序不仅便于设计者加深对程序的理解,便于修改和调试,而且,还便于使用者读懂程序,便于调整功能和日常维护。

　　可读性在程序设计开始时就应加以重视。一般初期编制出的程序可读性并不很理想,因为,在对程序进行修改,调试的过程中,指令的增减,内部器件使用的变化,可能使原本比较清晰的程序显得更凌乱,因此对经过修改且已通过调试的程序,还应对其部分指令进行局部调整，整体结构进行全面整理，使程序更具可读性，更易于理解。通常一个正确性、可靠性、合理性等方面好的PLC程序其可读性一般也比较好。PLC程序设计者经过多次编程实践并在编程时注意上诉各方面,就一定能编出较高质量的程序。

　　5.可塑性

　　所谓程序的可塑性是指对已设计好的程序,当控制方案稍做改动时,只需在原有程序的基础上略做修改即可实现新的控制要求。程序容易修改或控制方案容易改变是PLC的一大特点。因此PLC可广泛地应用于各种控制场合,特别适合灵活多变的控制系统中应用。

　　程序的可塑性应体现在程序是否具有弹性的留用余地上。程序设计初期,在充分理解生产工艺和控制要求的基础上,考虑程序的结构安排和

　　PLC结构器件的合理分配及指令的正确使用。为此要使程序尽可能循环渐进尽可能采用步进控制的方法，一个动作到另一个动作的转换控制来一步步实现。更改时，只需更改步的内容，而不必改变整个逻辑。参数的设定尽可能用间接方法，如实现时间控制的定时器，其时间常数不直接设定，用指定某内存单位的内容来设定这个内容单元的内容就可以了，较灵活。另外，在选用指令时，注意了上诉这些问题，设计出一个可塑性较强的程序是完全可能的。通常来讲，一个结构布局合理，线条层次清晰，指令应用正确，器件分配得当的PLC控制程序,其正确性、可靠性、合理性、可读性及可塑性均较好。

　　5.2.2程序说明

　　(1)

　　梯形图：

篇六：切纸机的设计

　　

　　切纸机的结构设计

　　摘

　　要

　　不干胶在平时的生活中应用非常广泛，如在液晶显示屏生产中需要在引脚处贴覆一张单面不干胶保护纸，可以用来保护液晶屏。贴保护纸在许多生产线上都是必不可少的一道工序，但是目前却还没有现成的条状不干胶保护纸，生产商们均需要对整张纸的不干胶进行切割，因此企业对可以长时间、高精度的不干胶切纸机需求比较大。本次机械设计的目标就是设计出一款用于单面不干胶保护纸切割的专用设备。不干胶切纸机的主要工作运行原理是通过控制伺服电机的转动速度及气缸在不同时点的动作，伺服电动机通过蜗轮蜗杆的传动带动大滚筒转动并在从动滚筒间夹紧力的作用下，通过存在的摩擦力的传动作用进行不干胶切纸的送料，当所要切割的不干胶切纸送料到位后，机器上方的气缸作用开始下行进行切纸。不干胶切纸机的主要部件有以下几部分：支撑轴部件、传动系统、切割组件、送料机构和机架底座等部分组成

　　关键字：

　　伺服电动机

　　切纸系统

　　气缸

　　蜗轮蜗杆

　　StructuredesignofadhesivepapercuttingmachineAbstract

　　Non-dryingadhesiveiswidelyusedindailylife.Forexample,intheproductionofLCD,asingle-sidednon-dryingadhesiveprotectivepaperisrequiredatthepin,whichcanbeusedtoprotecttheLCDscreen.Pasteprotectionpaperisanessentialprocessinmanyproductionlines,butthereisnoready-madestripofnon-stickprotectionpaper.Manufacturersneedtocutthedryadhesiveofthewholepaper.Therefore,enterprisesneedalong-term,high-precisionpapercutter.Thegoalofthismechanicaldesignistodesignaspecialequipmentforcuttingsingle-sidedadhesiveprotectivepaper.Itsmainprincipleistocontroltheactionofservomotorandcylinder.Themotordrivesthelargedrumtorotateandclampstheadhesiveprotectivepaperwiththedrivendrumtocut.Thepaperisfedbythefrictiontransmission.Aftertheadhesivecuttingpaperisfedinplace,thecylinderstartstocutthepaperdownward.Itismainlycomposedofsupportingshaftparts,transmissionsystem,feedingsystem,cuttingcomponentsandframe,etc

　　Keywords:

　　Servomotor

　　Cylinder

　　Papercuttingsystem

　　Wormgears

　　第一章

　　绪论

　　1.1引言

　　切纸机是目前是市面上运用非常普通常用的办公机器，并且其存在的时间已经有了数十年之久，技术相对来说已经成熟。它主要运用于一些造纸厂单张纸张的裁剪，并且市场前景非常好。而不干胶切纸机则是众多切纸机中比较独特的一种，其对于，目前用的大部分不干胶切纸机为机械式的切纸机，虽然有一定的自动化程度、价格相对低廉，但问题也十分突出，主要有以下几大问题：a、没有高精度的尺寸定位系统和装置，精度极低，不能满足现在市场上对精度的高要求；b、机械式切纸机存在冲击力和噪音巨大，且设置的安全机构并不可靠易出事故；c、机构的自动化水平偏低不够高，不符合现代企业大规模生产中对产量的诉求，且浪费资源。

　　不干胶切纸机不仅适用于大型工厂中，同时在日常办公室中对其也有一定要求。在随着社会经济的不断发展和科技水平的不断提高，切纸机在实际工厂中运用的需求量也在不断成倍增加，与之同时消费者对其高科技含量的诉求也愈发强烈。经过近些年的不断改进和发展，现在的不干胶已经不再单单运用于电器制品，而是广泛地运用于食品业、汽车工业、办公用品、医疗用品等标签和标牌，因此对于不干胶切纸机的需求也变的愈高。所以在如此巨大规模的市场需求和运用需求的情况之下，先前发明并用于实际生产生活中的机械式切纸机已经在不同程度上，无论是安全性还是精密程度或是生产效率等均已表现出了其已不再适应当代的生产方式和所匹配的生产效率，同时这种机械式切纸机存在的问题也更加突出。这也是从另一个方面来倒逼社会生产技术进行变革与改善，从而提高整个行业的技术水平提高资源利用率。

　　在面对如此多的实际操作问题下，对于我们机械从业者来说这便是要求我们能够运用所学到的知识储备，根据可以实际操作的、符合理论论证的、经济效率最高的方案，对其不足之处来进行必要的改良改进，最终经过理论和实际操作的验证后运用到生产生活之中。通过此次对传统机械式切纸机的结构进行改良，我相信我们不仅可以提高其整体的使用水平及影响，还能在提高效能的同时使机构的整体操作更加精密、舒适感更好、安全性更高、应用范围更大。

　　1.2不干胶切纸机简述

　　1.2.1工作原理

　　该机构的动力来源于伺服电动机和普通气缸，通过以伺服电动机提供的动力来带动传动系统中的大辊筒，利用上部从动滚和下部的主动辊之间的加紧力来加紧待切的不干胶纸，通过两个辊筒之间的摩擦力使得不干胶的送料与出料，等到不干胶纸杯传送到一定位置后，上部的气缸动力系统开始工作，向下推动刀具进行切纸，然后往复这些动作，直到整个切纸工作完成。对于机构的控制系统方面是以PLC为核心器件来工作的，可以非常精确控制不干胶纸张送料、切纸的精度；并且采用触摸屏进行人机交互的工作，操作方便，可以在线对纸张宽度进行修改，可以实现机构的点进、点退和全自动运行等功能。

　　1.2.2机械结构的特征

　　印刷此次对不干胶切纸的机构进行设计，其主要有机架、传动系统、送料系统、切割组件、支承轴部件构成。其中主要部件为传动系统、送料系统及切割组件，对于这三部分也将进行着重说明；而对于机架、支撑轴部件等简易机构，便会稍微带过。对于切纸机的主要设计难点是在于将伺服电机传出的动力和气缸切割的工作进行有效结合，实现送料一次切割一次的动作。另一个难点便是对切割工作精度的控制，由于被切割的不干胶的大小随着工作的不同会变化，则对于机器切割精度的变化要求也随之提高了。不干胶切纸机的结构示意图如下图1。

　　第二章

　　传动系统分析

　　2.1传动系统简述

　　驱动不干胶切纸机的传动系统主要是由电动机、联轴器、轴承和蜗轮蜗杆组成的。其是切纸机中最为重要的系统之一。当进去工作时候，电动机开始运转带动蜗杆转动，将动力传递到蜗轮上。蜗轮带动与其连接的两个辊筒转动，一个实现上料，另一个实现下料。通过保证两个蜗轮与蜗杆之间同步运行，来使得在整个切割的过程中上料、下料的纸张的长度一致，切割精度和机构的稳定性也同时得到了保证。传动系统如图2。

　　2.2电动机的选择

　　2.2.1步进电动机的分析

　　步进电动机的工作方式是通过把控制器中发出的一定强度的电脉冲信号换5转成一定角度的角位移，并且用其角度变换来控制电机中的转子进行特定转动的电动机。当伺服电动机在自动控制的系统装置中作为动力输出的关键部件，它是通过控制不同的输入目标脉冲信号来使得步进电动机向一个方向转动一个步位，每每输入一定的目标脉冲信号便会使得电动机转动一个特定的步位，也正是因为这种原因，通常普遍也称其为脉冲电动机。步进电动机中主要部件——驱动电源是由能够产生并发射变频脉冲的信号源、使得变频脉冲放大的放大器以及将脉冲分配给不同部分的分配器组成的，其中驱动电源的作用是为电机中的绕组来提供不同的脉冲变频电流，其所体现运行性能的优良和寿命取决于驱动电源与电机二者之间的配合程度的不同。步进电动机的工作原理：是通过将不同的电脉冲信号换转成特定的角位移或者线位移的开环的一种控制器元件。在日常工作的非超载的工况条件下，步进电动机的停止所在的位置和转动速度的快慢程度只与信号源所发出的变频脉冲信号的脉冲个数的多少和频率的高低有直接关系，而不会受到机构承受负载的大小的变化所带来的影响，或者简而言之就是给电机发出一个特定的目标变频脉冲信号，其中的转子就会对应的转动一定的步距角。由于这个关系的存在，同时还有步进电动机无累积误差的特点，便使得电机在控制转速、位移等方面变得非常简单，易于操作。

　　2.2.2伺服电动机的分析

　　伺服系统是随动系统的一种情况就其本质上而言，可以让被带动的物体的实际状态、工作步位以及所在具体方位等要被电机输出的控制量可以跟随使用者输入的不同特征的目标指令（或者一个定值）的任意变化，而与之相应进行改变的控制系统。对于伺服系统来说，他主要是依靠脉冲变化的特征来实现定位的，或者可以通过转换问题面临的角度来理解——每当伺服电动机工作时候接收到一个特定的发出的脉冲变频信号量，其中转子就会相应的转动进行工作与这个发出的脉冲信号所对应的角度变化量，从而进一步实现操作者所要达到的操作目标。同时由于伺服电机本是具有脉冲信号源发出的功能，所以每次转子工作时被动旋转特定不同的角度量的时候，电机都会产生并且发出对应数量的脉冲信号量。这样的情况下，就相当于伺服电动机内部系统形成了脉冲呼应（也可以称之为“闭环”），这时候内部系统就会知道有多少数量的脉冲传输到伺服电机，同时接收到多少返回的脉冲信号，这是电动机相对于其他普通的电机可以实现非常精准的控6制和定位的重要因素，并且其精度是可以高达千分之一毫米的。伺服系统的功能是每当发出一定的目的控制命令，对电机的输出功率进行控制调整及变换等，使得装置可以在最终输出的位移、速度等性能方面符合要求，其控制变化的非常灵活便捷。

　　2.2.3步进、伺服电动机的比较

　　⑴精度的掌控方面

　　五相的混合式的电动机的内部所规定的存在的步距角大小通常情况下为0.72°、0.36°，而另一面两相的混合式的步进电动机规定存在的步距角为1.8°、3.6°。而另一方面交流伺服电动机的精度是由电动机后端的旋转编码器来实现控制的，其精度比步进电机高出了许多。

　　⑵电机反应的速度方面

　　交流伺服电动机的系统的加速度性能方面比较好，通常只需要几毫秒，可以用于要求电机快速启停的工作场合；而对于步进电动机来说却逊色许多，其从静止到正常工作的转速通常需要几百毫秒。

　　⑶低频特性方面

　　步进电动机在较低速度条件下工作时容易出现低频振动的现象，而对于振动频率的变化则是与负载的大小和驱动器性能的不同有关联，通常情况下振动频率的大小为电动机空载时候起跳频率的二分之一，这种情况对于切纸机的正常非常不好。而伺服电动机却没有这方面的问题，其运转非常平稳，较低速度情况下也不会出现像步进电动机那样的振动。对于机械的刚性不足方面，可以通过交流伺服系统本身所具有的可以抑制共振能力来弥补进而达到工作要求。

　　⑷负载的过载方面

　　通常正常的步进电动机是没有过载的性能的。但是伺服电动机在过载性能方面是具有易于普通电机的诸多优势，不仅是在速度方面的过载工作，还是转矩过载方面的运行，都是具有非常好的性能的可以持续可靠进行工作。

　　⑸工作的性能方面

　　步进电动机内部系统为开环控制系统，工作时候每每当出现启动的频率过高、负载载荷太大，则出现电机不转动或者丢步工作是非常非常容易见的；当机器在工作需要停止时，如果电机的转动速度过高也是非常容易发生电动机过冲的现象的。伺服电动机内部控制系统是闭环操作的，内部的驱动控制器是可以对电机中内置的编码器进行直接信号反馈的采集并进行加工处理，通常的情况下是不会出现电动机丢步或者过冲的情况，所以其控制性能方面更好也更加可靠。

　　2.2.4综合选择

　　综合上述原因分析，由于不干胶切纸机的组成结构和传动系统的特殊，所以对电机的要求比较高。首先对于切纸机传动系统的要求是动力输出平稳持续，并且还是还可以控制电机的转速从而达到可以实现不同工作环境下，对不同尺寸的不干胶进行送料和出料的要求，所以我在电动机的大的方向甄选上使用伺服电动机。

　　2.2.5伺服电动机的选择

　　⑴通过工作环境的差别选择合适电动机

　　1）从安装选择的方法上——卧式伺服电动机

　　在对伺服电动机安装的选择上有主要就是两种——立式安装法、卧式安装法。二者存在的异同主要有：卧式电动机的价格是相对来说比较便宜的，而立式电动机一般也只是在简化传动装置并且必须要垂直运转的时候才会被选择，所以综上我选择的是卧式电动机。

　　2）防护形式的选择——防护式电动机

　　在电动机的防护形式上主要有以下几个选择：开启式、防护式、封闭式、防爆式。经过多方位比较探讨认为防护式的电机比较适合。通过观察可以知道防护式的电动机的机座下方会留有通风口，可以在保证电动机有较好的散热条件，同时又可以防止水滴和纸屑等杂物从工作环境中进入电动机，但是有一个很大的缺点便是不能防止灰尘和潮湿的空气进去，但由于不干胶的特殊性也会要求工作环境相对干燥，所以这方面的影响便大大减小了。可以使得电动机工作寿命相对延长。

　　⑵根据机械设备工作性质和负载性质选择电动机的类型

　　1）由于不干胶划线机对于调速的要求不是很高，并且对于正常的工作环境其主要是在220v的交流电下，所以应该优先选用交流电动机。

　　2）同对于工作中我们要求其可以长期稳定的来进行工作、负载平稳，可以持续输出并且适应工厂或者办公环境，从而应该选用笼型三相一步电动机。

　　⑶根据电机的尺寸和工作额定选择电机的类型

　　1）由于不干胶切纸机主要用在日常办公环境，并且其整体的设计尺寸也有一定的要求，不能过于庞大。这就要求处在其中的伺服电机尺寸不能太大，一方面不方便安装在工作平面上同时还会增加重量使工作面长久受到重压：另一方面大尺寸的电动机的费用也过大不利于降低成本，其提供的动力也会过大，相当于大牛拉小车其实是没有必要的。所以综上，应该选择高度不高于90mm，长度不长于200mm，质量不高于3kg的小型电动机。

　　2）不干胶切纸机的功率要求不是很高只有P<=0.6kw，所以电动机的功率应该大于0.6kw小于1kw即可，同时电动机的额定电流也要符合相关要求，所以小功率的电动机便可符合。

　　2.2.6电动机的参数

　　最终由于上述分析，所选用的电动机应该是卧式低功率防护型伺服电动机。可以查找机械手册找到符合的型号

　　额定额定额定额定转额定力峰值力峰值力矩系数.重量功率线电线电速（kw）

　　压流矩矩电流（N*m/A）

　　（kg）

　　（rpm）

　　（N*m）

　　（N*m）

　　（A）

　　（V）

　　（A）

　　0.7522330002.397.10.82.2.3联轴器的选择

　　2.3.1考虑的因素

　　⑴动力源的特性

　　对于使用不同的动力部件作为动力源系统，其所蕴含的特性对于整个机器的运行和各个部件间的配合都起着至关重要的影响。由于存在无数种不同的机械特征的动力源部件，所以在工作及计算选用中确定的动力机的系数也肯定是不一样的，因此在选择联轴器的时候我们也应该根据不同是实际情况来选择最佳的联轴器来使用。联轴器选择的最为基本的因素是动力源的不同种类，而另一个因素是功率其同时也会决定联轴器的规格大小与转矩的大小（转矩和功率成正比）。如果需要对轴系本身存在的的固有频率、振幅进行调整调控时，一般的情况之下会选择具有高弹性的联轴器，这样不仅可以对重要的机械部件进行保护和减震，同时还可以使得连接的轴的对中性进行改善提高，并且对于输出到机械工作时候的功率的稳定性方面有很大的提高。

　　⑵载荷的类别

　　在选择联轴器的众多的依据中，系统所承受的载荷的不同种类也是一个非常重要的基本选择依据。对于主要选择的不同承载的载荷种类有以下几种：冲击力载荷、振动幅度大小、正反转、频繁地制动与启动等。对于面对工作环境中具有较大的冲击载荷、振动幅度和转矩变化也都比较大时，应该选择具有高弹性的联轴器；而面对低转速、重负载的工况条件下，我们应该尽量不选用只能在中小功率中工作的联轴器。同时无论何种类别的联轴器均只能够短时间内进行超载，短时超载不得高于公称转矩的2~3倍，即[Tmax]≥2~3Tn。常用分类如下表1：

　　表2.2-1载荷类别

　　I载荷状况

　　工况系数K载荷类别

　　III载荷状况

　　工况系数K载荷比较均匀、工作运行平稳

　　1~1.5工作中频繁正反转或者有重的负载冲击

　　2.5~2.75II工作中遇到中等载荷的冲击力

　　1.5~2.5IV频繁在工作中转换方向或者特别重的负载冲击

　　>2.751⑶传动的精度高低

　　在普通的轴系传动系统中，面对中小转矩时会要求较高的传动精度，所以在设计的时候应该用以金属材料制作的弹性件的联轴器；而面对较大的转矩和传递动力的传动的轴系系统时候，精度方面也是不可忽略的一个环节，当电动机进行高转速的时候，应该优先选择具有高精度性能的的膜片联轴器。

　　⑷许用的转速大小

　　应用的联轴器的许用转动速度范围的大小与联轴器允许的线速度大小和最大边缘尺寸有关联，并且可以经过具体的计算数值来确定。当面对不同的工作环境和工况条件下，可以通过改变联轴器不同的制造材料来提高加强联轴器的许用转速大小的使用范围，同时联轴器的材料是刚材料的许用转速一般会大于以铸铁为材料的联轴器。

　　⑸轴之间的相对位移

　　在一般正常的工况条件下工作，被联轴器联接的两根轴之间是会存在不可以避免的相对位移量。在面对各种不同的工况工作环境条件状态下，被连接的两轴之间所存在传动方向的位移（例如轴向、径向位移）的大小会存在非常明显的差异。在众多各异的联轴器中具备可以补偿被连接两轴之间的相对位移的只有挠性联轴器，所以在平常生活工作中被运用最多最广泛的便是挠性联轴器了。

　　⑹尺寸和安装及维护方面

　　联轴器中所指的外形尺寸通常是指联轴器中的最大径向尺寸和最大的轴向尺寸，并且选择的联轴器的尺寸大小时要注意被安装的空间大小必须满足要求。同时应该拆装方便、维护简易，维护周期较长，更换零件时候不需要移动两轴并且可以容易对中。

　　2.3.2梅花形弹性联轴器的基本原理

　　在工作时候所使用的梅花形弹性联轴器的工作原理是：在两个形状大小完全一样的半个联轴器之间放置一个梅花形状的具有高弹性的弹环，而本来两轴之间所存在的相对位移会被弹性环所产生的形变来进行弥补和补偿，从而达到一定的减缓震动以及缓减冲击力的作用。因为梅花形弹性联轴器中间的梅花形橡胶体只受到了传递扭矩过程中间的挤压力，而不会承受到旋转时候的弯矩，所以其整体可以承受来自电机更大的负载可靠性也更加好，不易磨损使用寿命也有一定提升。11通过机械手册的标准GB/T5272-2002可以查找到其基本结构形式有：LM基本型、LMD单法兰型、LMS双法兰型、LMZ-I分体式制动轮型和LNZ-II整全式制动轮型。

　　2.3.3梅花形弹性联轴器的优点

　　梅花形弹性联轴器的优点有以下几个方面：①具有减震、缓冲的性能，可以很好的补偿两轴之间的相对偏移量；②联轴器的结构简单，同时径向尺寸小，在维护保养方面易操作③具有较强的承载能力，而且还不需要使用润滑。

　　2.3.4梅花形弹性元件的材料

　　在新的弹性元件标准修订后，梅花形弹性件的材料来源为主要是以铸形尼龙和聚氨酯两种材料为主的，其中的弹性元件可以根据不同的工况条件和不同的任务要求来选择不同的材料，列如在轻工业、纺织工作、水泵等机器工作条件环境稳定，载荷的变化范围不大的情况下，选用聚氨酯。同时其经济优势也非常明显。见表2.2-2表2.2-22.3.5梅花形弹性联轴器的校核计算

　　⑴梅花形弹性联轴器根据伺服电动机的需求工作转速大小和额定功率大小来计算得出理论上的转矩，如下：

　　??T=9550??=9550??163000≈50.94其中

　　Pw—驱动部件的额定功率（kw）；

　　n—工作时的转动速速度（rpm）。

　　⑵通过计算出的理论转矩、实际工况的系数以及动力源的系数等相关的标准系数共同计算出计算转矩，如下：

　　????=??????K????????=50.94×1.25×1.0×1.3×1.2=99.3412表2.2-3（动力机系数）

　　动力机类别代号

　　III动力机名称

　　动力系数Kw

　　动力机类别代号

　　动力机名称

　　动力系数Kw

　　电动机

　　四缸及其以上内燃机

　　1.01.2IIIIV二缸的内燃机

　　单缸的内燃机

　　1.41.6表2.2-4（启动系数）

　　ZKz

　　≤1201.0>120~2401.3>240制造商自行决定

　　表2.2-5（工况系数）

　　给料机

　　板式给料机

　　圆盘给料机

　　螺旋给料机

　　表2.2-6（温度系数）

　　1.25环境温度

　　复合材料系数Kt

　　橡胶（天然的）

　　巨氨基甲酸乙丙烯酸烷基氢酯弹性体

　　-丁二烯

　　1.01.01.01.2-20~3030~4040~6060~81.01.11.41.81.01.21.5不可使用

　　13⑶梅花形弹性联轴器的强度计算

　　在此的强度计算主要的作用是对处于工作环境不同的弹性元件所要进行承受载荷的表面的压力大小的进行强度校核

　　⑷梅花形弹性联轴器的刚度计算

　　对此联轴器的刚度计算主要为压缩刚度Ct和剪切刚度Cr的近似计算。

　　????=????????

　　????=????????

　　2.3.6梅花形弹性联轴器的尺寸

　　梅花形弹性联轴器采用可拆式的设计、安装方便；拥有零回转间隙，可以实现正反转；中间的梅花形弹性胶垫可以很好地吸收振动，补偿径向、角向和轴向的偏差；弹性胶体采用聚氨酯材料，有良好的耐磨性、耐油性和电器绝缘性。其具体尺寸和图形如下表2.2-7、图2.2-8???

　　LLFLPFCM固定螺丝扭矩

　　?4503414.57.5142-M5*167N?m

　　d11d220额定扭矩N?m

　　最高转速rpm1214重量kg0.32800表2.2-图2.2-2.4轴承的选择

　　2.4.1滚动与滑动轴承的讨论比较

　　滑动轴承：是一种处在完整的滑动工作摩擦环境中进行正常工作的系列轴承大种类。在轴承的润滑环境液体工作环境时，轴承中的工作面将会被周围环境中的润滑油分开形成定的间隙从而不会直接接触工作，也正因为如此轴承可以非常大地减少摩擦力而带来的系统传动效率的减少，同时被加入轴承中的润滑油还有一定的吸附能力。滑动轴承工作可靠平稳、无噪声，但在启动时摩擦阻力比较大，一般情况下用于高速轻载的工作环境中。

　　滚动轴承：是指轴承座和套入的轴二者中的传动是通过滚动方式实现的，其中的摩擦方式主要指的是滚动摩擦，这样的摩擦方式可以大大减少不必要的摩擦损失。滚动轴承的结构部件组成由以下几部分组成：内外圈、滚动体和保持架，其中是内圈在正常进入工作的时候都是和轴配合然后一起旋转从而工作的；另一方面的外圈则是和轴承的底座配合固定的，并且轴承的外圈还有另一个比较重要的功能——对轴承的支撑作用。在轴承中的重要部件保持架的功能是将滚动体均匀分布在内圈和外圈之间滚道内部，这样可以使滚动体能够按照设计目的而进行正常工作。

　　二者的区别：①有无滚动体方面：滚动轴承内部有，而滑动轴承没有。②接触的方式：滚动轴承的接触方式是点接触，其中转动轴的转动工作是通过滚动体的转动支撑作用来实现的；而滑动轴承是以一个平滑的面来支撑转动轴的，以面接触来实现的。③在进行工作的方式上：滚动轴承是以滚动方式工作的，而滑动15轴承是以滑动的方式进行带动轴进行工作，所以两种不同的轴承所对应的摩擦系数也各不相同。④滑动轴承一般运用在低速重载的工作下，而滚动轴承则一般用于比较小的机械设备中。

　　因此通过多角度比较，在不干胶切纸机中的传动系统中选用滚动轴承比较适合。

　　2.4.2滚动轴承类型的选择

　　当选择轴承的时候，我们首先就要对轴承的类型进行选择。主要考虑的方面有载荷、转速、调心性能和安装拆卸等多方面影响。

　　i载荷的影响

　　对于轴承类型选择最为重要的判断依据是其在正常时候所能承受的载荷有关，主要是从其负载力的性质和方向大小来综合判断总结的。当面对在工作环境中机器需要承受较大的载荷并且要求其形变不能过高时，我们应该优先选择以线接触为主要的滚动轴承来使用。而如果对于机器中所承受的负载比较轻载荷不是很大的时候，我们则应该考虑最先使用以点接触我球轴承类别。而工作中如果只有单纯的径向的载荷力存在时候，我们应该优先选择更好的深沟球轴承。

　　ii转速的影响

　　iii调心性能的影响

　　如果选择的轴承和被安装的轴二者各自的中心线不重合并且会有一定程度的角度偏差的时候，会引起轴承内外圈的轴承线发生一定程度的偏移。所以这时应该再用可以进行调心性能的轴承火折子带座外球面球轴承（如图2.4-1）。有调心性能的轴承可以在轴承座孔和轴之间偏斜程度不大的时候正常工作。

　　16iv装拆时考虑因素

　　选择的联轴器最终还是要安装在机构中的，所以对于实际操作中的拆装方便也是选择不同种类轴承需要仔细考虑的重要影响因素之一。如果选择的轴承不需要在安装和拆卸底座时候顺着轴的方向来操作，我们则应该最先想到使用可以将轴承的内外圈进行拆分的轴承。如果轴承选用的是长轴的工作环境状态时，我们却就要考虑一种内孔锥度比为1:12的轴承系列产品。

　　2.4.3轴承参数的确定

　　不干胶切纸机传递系统中的动力是通过蜗轮蜗杆输送的，轴承需要将蜗轮蜗杆支承起来，所以我选用带座的深沟球轴承，并且用偏心套将轴与轴承的内圈锁紧，防止发生相对位移。轴承径向载荷Fr=5500N,轴向载荷Fa=2700N,轴承转速为3000r/min，预期计算寿命4500h。

　　①基本数值的计算

　　所选择轴承是实际求比值

　　=据比值最大e=0.44，即e0

　　轴承选择后其承受的当量动载荷的大小P=fd(XFr+YFa)

　　从国家标准和日常设计的规定：fd=1.0~1.2；根据实际情况的判断计算值选择最后可以确定fd=1.2；X=0.56，Y值需确定额定静载荷后才能求出，暂定中间值Y=1.5P=1.2*(0.56*5500+1.5*2700)=8556N

　　从选择轴承的计算公式入手可以得到其基本的额定动载荷数值的大小：

　　160nL60?3000?5000C=P√6h=8556*√=82607.3N63ε’101从设计师所能查得的基本参考标准我们应该选择C=82.6KN的6310轴承，这个轴承的基本额定的静载荷力大小为C0=38KN。

　　②验算并校核确定

　　轴承的轴方向的相对载荷力大小之比=Fa2700C038000=0.07105，由于计算得出的数值大小处于规定的0.07-0.13之间，其对应的e=0.27~0.31,Y=1.4~1.6采用线性插值法求Y=1.4+(1.6?1.4)×(0.13?0.07105)0.13?0.07=1.597X=0.56,Y=1.597当量动载荷P=1.2×（0.56×5500+1.597×2700）=8870.28N106Cε106618003验算轴承寿命，Lh=()=×()=4509.12h>4500h，符合预计60nP60×30008870.28寿命。

　　2.5蜗轮蜗杆传动计算

　　蜗轮蜗杆作为传动系统中的主要部件，其是一个承上启下的作用。一边它连接动力源伺服电动机，另一边它接到辊筒上传递出动力，使得机构可以实现送料和出料工作。从而所以对于蜗轮蜗杆的数据计算是非常重要的，必须确保其的精度、强度足够准确能够保证机构动力传输的要求。图2.5-0是蜗轮蜗杆传递系统的结构原理机械图

　　图2.5-0蜗轮蜗杆传递系统的结构原理机械图

　　2.5.1蜗轮蜗杆传动原理及特点

　　蜗轮蜗杆组合的一种动力传递机构部件，他是将处在空间内的两个不同位置1的轴线连接在一起进行动力传输。通常情况下蜗轮蜗杆两个不同的轴线交错夹角可以是90°或者其他角度均可以。其主要有以下特点：

　　①蜗轮蜗杆所代表的传递系统是一种逐渐工作的机械系统。蜗杆与对应设计的蜗轮是慢慢逐渐开始啮合工作，然后再一个个地逐渐开始分开脱离。虽然蜗轮的齿数很多可能一般都会有几十个，但是他们一起工作的齿数还是可以的，所以蜗轮蜗杆机构所拥有的工作中的冲击击载荷力的大小比较小、传动系统整体的稳定性很高，同时在工作中所附带的噪音音量也很低。

　　②如果说选择蜗杆的标准在于蜗杆头数的确定，则如果我们选择的是单头的蜗杆时，每每当蜗杆可以转动一个旋转圆时，蜗轮就会随之对应的转动一个齿的距离大小，因此我们可以通过控制蜗轮蜗杆对应的头数害人齿数来设计传动比。在手动或分度的机械传动系统机构中，其正常的传动比大小甚至可以高达300或者更高；而对于普通的一般机械动力机构中，它达到的正常水平的传动比大小应该在5~80之间；如果只是面对机构系统中的只会做传递运动时，他们所到达一般传动比最高可以高达1000。同时其结构都比较紧凑，零部件数目较少。

　　③当机器在工作不是很好的环境条件下转动并且其额定工作的速度非常的快时候，便会有比较严重的摩擦和磨损，引起机构发热使得润滑的效果下降。所以其摩擦损失比较大，效率比较低。为了使得蜗轮传动系统有较良好的滑动摩擦性，有时候会选用有色金属来制造蜗轮，从而减少磨损和摩擦。

　　④蜗轮蜗杆传递系统具有非常优良的自锁性能。其自锁功能的实现是要在一定条件下才会有的，就是当所选择的蜗杆上的螺旋线的升角大小比蜗轮蜗杆啮合面的摩擦角小时出现。

　　2.5.2传动系统选择的基本准则

　　在选择传动系统中的传动部件的时候，我们应该遵循实事求的准则并且要从解决实际问题的角度出发。当选择了蜗轮蜗杆为不干胶切纸机中连接电动机和传送部件的中间动力传输机构，我是经过是多重方面思考和比较的：在使用时候不仅需要看到蜗轮蜗杆传动的特点，同时其还需要满足在工作状态下的使用条件和具体结构要求，从而最终使用到机器中的蜗轮蜗杆是最佳的、最符合实际状况的。

　　①对于工作要求效率高、精度高，同时面对重载和高速的传动系统，比较适合选择ZC蜗杆（圆弧圆柱蜗杆）传动；

　　1②当加工工艺要求比较简单，工作转速较高、精密要求高、蜗杆的头数较多的时候，比较适合选用ZK蜗杆（锥面包络蜗杆）、ZI蜗杆（渐开线圆柱蜗杆）等；

　　③当工作要求的蜗轮蜗杆可以自锁，并且工作在低转速、轻载荷的环境中，比较适合选用ZA蜗杆（阿基米德圆柱蜗杆）传动；

　　④在对于传动效率要求比较高，且蜗杆不会发生磨削的比较大功率的传动系统中，比较适合选择环面蜗杆传动；

　　⑤对于一些不太重要或者对精度要求不是很高的传动系统，同时其中转动速度比较低、载荷比较小，蜗杆的加工比较简单的时候，比较适合选用ZA蜗杆（阿基米德圆柱蜗杆）传动。

　　综上所述，在所设计的不干胶切纸机送料系统中的蜗杆传动应该选用圆柱蜗杆传动。

　　2.5.3圆柱蜗杆传动参数计算

　　根据设计要求，设定模数m=2.5，蜗杆转速3000r/min，蜗轮转速100r/min，蜗轮齿数Z2=Z1×i=60，齿形角α=20°，分度圆直径d1=50mm①模数、压力角的计算与选择

　　蜗轮蜗杆机械传动系统的主要的机构参数种类和尺寸类型的大小是通过把其模数确定后才能够计算而得出的。当蜗轮和蜗杆在工作状态啮合的时候，在二者中间的工作平面上，蜗杆的轴面各种参数中的压力角、模数应该和蜗轮上的对应数据完全一致，如下：

　　m=ma1=ma2=2.5αa1=αa2=20°

　　②蜗杆直径系数的计算

　　在日常的制造和购买蜗轮蜗杆时候，我们一般都是选择国家标准作为依据进行买卖（不过也有的是行业标准或特别定制），对不同类型的标准其中所规定的模数都会存在一个对应的蜗杆是分度圆直径大小，在机械行业中我们一般会把这两者所对应的比值称为蜗杆的直径系数。

　　1q=m=2.5=2d50③蜗杆的头数要求

　　在确定蜗杆头数的时候，我们不可以是凭空想象的必须要符合实际工作情况2的依据，其中非常重要的并且是决定因素的一个判断点就是机器最终所要达到的工作效率和传动比的大小。对于单头蜗轮蜗杆的传动来说，其传动比可以实现的比较大，但是缺点也很明显，就是效率不高。因此我们可以提高蜗杆的头数来提高效率，而头数过多也会给制造加工带来困难，所以需要综合考虑。在不干胶切纸机的设计中，蜗杆头数取2。

　　即，Z1=2④导程角的计算

　　蜗轮蜗杆选择中对于导程角的计算是必不可少的，如果能够先期确定蜗杆头数的多少和其直径的大小后，我们便可以通过固定的步骤和公式来计算得出了。导程角与其所对应的导程之间的关系如图2.5-1。

　　z1atanγ=πd=πd=11PzpZ1mz1d1=q=20=0.12所以γ=5.71°

　　其中，pz是蜗杆的导程;pz=z1pa,pa表示蜗杆的轴向齿距

　　⑤传动比与齿数比的选择计算

　　蜗轮蜗杆机构传动系统的传动比

　　i=n1n2=3000100=3蜗轮与蜗杆组合所对应的齿数比

　　u=,Z1Z2其中的符号Z2表示的是蜗轮的齿数数量。

　　因为在不干胶切纸机系统中，蜗杆直接连接伺服电动机，所以在切纸机的传动系统中蜗杆是主动件蜗轮是从动件，即

　　21i=1=2=u

　　n2Z1nZ⑥齿数的选择及确定

　　蜗轮的齿数（Z2）的多少是根据机构的传动比来确定的，当蜗轮直径的大小固定不发生改变的时候，齿数与模数成反比，这个时候就会使得蜗轮上的轮齿所对应的弯曲强度降低；假若使得模数的大小固定不变的时候，一旦与之对应的蜗轮的尺寸数值增大，便会将对蜗轮蜗杆工作时候的啮合的支撑距离变长不利于正常的机构运转，从而进一步会对降低蜗杆的弯曲强度，使得影响传动的正常啮合。如表2.5-2，是Z2、Z1之间关系的推荐用值

　　表2.5-2i=Z21ZZ164Z229至3129至61i=Z21ZZ121Z229至6129至82大约5左右

　　7至1514至3029至82因为i=30，蜗杆的头数Z1=2，所以蜗轮齿数Z2=60，符合要求。

　　⑦标准中心距

　　切纸机中的蜗轮蜗杆系统所应该确定的的标准中心距：

　　a=2（d1+d2）=2（q+Z2）×m=11（20+60）×2.52=100即d1=50，d2=150⑧其他数据计算如下表2.5-3表2.5-3蜗轮分度圆直径

　　顶隙

　　蜗杆齿顶圆直径

　　蜗杆齿顶高

　　蜗轮变位系数

　　x2=m

　　蜗轮齿顶高

　　蜗杆齿根高

　　蜗杆齿根圆直径

　　ad2=m×Z2=2.5×60=150，符合

　　c=c?×m=0.2×2.5=0.5da1=d1+2ha1=50+2×2.5=55?ha1=ham=1×2.5=2（da1?d1）=2.5d1+d21002m1=2.5?50+1502×2.5=01ha2=m×（h?a+x2）=2（da2?d2）=2.5??hf1=（ha+c）m=（1+0.2）×2.5=3df1=d1-2hf1=50-3×2=4422蜗杆齿高

　　蜗轮喉圆直径

　　蜗轮齿根高

　　蜗轮齿根圆直径

　　蜗轮齿高

　　蜗杆轴向齿距

　　蜗轮咽喉母圆半径

　　蜗杆轴向齿厚

　　蜗杆法向齿厚

　　蜗轮齿厚

　　h1=ha1+hf1=2.5+3=5.5da2=d2+2ha2=150+2×2.5=155?hf2=m（ha-x2+c?）=2.5×（1-0+0.2）=3df2=d2-2hf2=150-2×3=144h2=ha2+hf2=2.5+3=5.5Px=πm=3.14×2.5=7085rg2=a-2da2=100-0.5×155=22.5Sa=πm=0.5×7.85=3.925211Sn=Sacosγ=3.925×cos5.71°=3.906b2=（0.67~0.75）×da1=（d1+2×1×2.5）×（0.67~0.75）=41.25~36.85，所以选取38.5⑨蜗轮和蜗杆的齿宽、顶圆直径的计算

　　对于蜗轮宽度B、顶圆直径de2和蜗杆齿宽b1的计算已经有成熟的公式，我们只需要根据对应表格进行查询便可计算出来。如表2.5-4因为先知条件Z1=2且X2=0所以：

　　蜗轮宽度B≤0.75da1=0.75×55=41.25，顶圆直径de2≤da2+2m=155+2.5×2=160,蜗轮齿宽b1≥（11+0.06Z2）m=（11+0.06×60）×2.5=36.5表2.5-4Z11B不大于0.75da1da2不大于da2+2mx20-0.5-1.0b2（11+0.06Z2）m（8+0.06Z2）m（10.5+Z1）m（11+0.1Z2）m（12+0.1Z2）m2小于等于da2+1.5m0.51.23第三章

　　切割组件

　　3.1气缸的选择

　　在不干胶切纸机的切割系统中，其动力来源于气缸，通过气压传动将气缸输出的动力，传递到下方刀具上，对已经处在待切割位的不干胶进行切割。气缸推动刀架下行，在导柱的规定的路径上动作。切割系统是整个切纸机设备中关键的执行部件，其主要有气缸、浮动接头、两侧的筋板、两根导柱、上下两个刀梁、以及气缸安装板等部件组成。如下图3.1-0。

　　图3.1-03.1.1气缸不同种类的选择

　　气缸的工作原理是：通过压缩机将空气进行压缩输入到气缸中，然后推动气缸中的活塞杆进行运动，从而将压力能转换为需要输出的机械能，与此同时还有必要的引导部件来使机械能持续正确输出到其他工作件中。

　　气缸是气压传动中最为重要的一个，也是工作要求最多的一个。根据工作环境的不同、使用条件的不同，对于气缸的结构、形状以及设计也要求不同。通常按以下几种进行分类：

　　①按气缸的结构分类：有活塞式、伸缩式、薄膜式

　　②按气缸所产生的作用力的方向分类：双作用气缸（气缸可以实现一定的的往复运动）、单作用气缸（气缸只可以进行一个方向的运动，返回时需通过外力作用才可实现）

　　24③按气缸所要实现的功能分类：普通气缸（对于没有特殊工作要求的环境中，如单、双作用气缸）、缓冲气缸（为了防止或者减缓气缸中活塞运动到最大位置时对缸体的缸盖产生撞击，通常在缸中带有缓冲装置）、摆动气缸（在需要气缸内叶片轴旋转一定服角度的场合）、冲击气缸（一般用于冲压或者切断工作中，是以活塞杆的高速运动为依靠，从而形成一定冲击力的高性能气缸）

　　④按气缸安装的方式分类：回转式（需要气缸可以安装在高速旋转的机器上）、固定式（安装在固定位置上不能移动）、嵌入式（将气缸镶嵌在某一机架或者夹具体内）。

　　所以综上，在不干胶切纸机的切割系统中，我选择固定式的活塞式双作用普通气缸

　　3.1.2气缸尺寸的计算

　　①气缸的直径D大小计算

　　气缸中的所指的直径通常是气缸服内径的大小，其也是设计气缸的主要数据之一，我们可以根据要选择的气缸需要克服工作负载的大小和输入的压缩空气的压力大小来进一步计算：

　　D≥√4Fπp=√4×10003.14×1.5=29.14对于通过计算公式而得到的直径大小D,通常情况下为了留有足够的余量，会对直径提高20%再圆整到系列标准值（如表3.1-1）。

　　表3.1-1气缸内径32405080（90）

　　100（110）

　　125D/mm活塞杆直12141620径d/mm所以气缸直径D=29.14×1.2=34.97,取D=40，d=14②活塞的行程L活塞的行程L是根据实际的操作情况来选取的，通常为0.5~5倍的D,在不干胶切纸机中行程L=110<5D,符合。

　　③气缸的排气口、进气口的直径d0计算

　　2522252832对于气缸中的排、进气口的大小，是决定气缸进气、出气速度的关键因素，同时也是控制气缸动作运行快慢的标准。直径大小的确定应该根据经过进排气口的空气的所允许的速度[V]的大小来计算，其中[V]=10~25m/s，q指工作时进入缸内的空气流量。

　　d0=√4qπ[V]

　　不过对于基本参数化的气缸来说，可以通过气缸的内径来对其进、排气口的大小进行选择。（如下表3.1-2）

　　表3.1-2气缸内径D/mm32和4050和6380、100和125140、160和180所以可以取进、排气口d0=8mm3.1.3气缸工作的特性及计算

　　排、进气口直径d/mm8101520气缸中的主要工作特性包括气缸内部的输出力、气缸内外压力的变化和运动时气缸的运动速度的静动态变化等。在此我只对部分特性进行计算选择。

　　①气缸的输出力的计算

　　在气缸的输出力计算中，对其大小产生影响的有活塞的工作面积、活塞上的压力、缸筒内部的摩擦力、活塞的位移等。对于选择的单作用缸（图3.1-1），其输出的推力大小为：

　　F=A1p1-A2p2-（f+ma）

　　其中，A1、A2表示为活塞两边输入侧和输出侧的面积大小

　　p1、p2表示缸体中输入侧和输出侧的气压大小

　　f表示摩擦阻力大小m表示运动部件的质量

　　a表示运动部件的加速度的大小

　　ks表示弹簧的刚度的大小

　　L0表示弹簧压缩量与活塞位移的合计数

　　但是在一般的情况下，由于一些条件的不确定所以并不采用上式求气缸输出26的推力，而是下式（其中η为气缸的效率，取0.8~0.9）

　　F=（A1p1-A2p2）η

　　图3.1-1②气缸中压力的特性

　　气缸的内腔被活塞分为两部分，一个是进气腔和另一个是排气腔。当对进气腔充入压缩的空气时，排气腔是处在排气状态的，此时当两个腔内形成一定的压力差并且可以克服需要工作时的负载时，活塞可以动作，开始对外部进行做工。通常在气缸无负载状态的时候，初始运动所要的压力大小为0.02~0.05MPa。当气缸动作的时候，进气腔内部的压力会慢慢升高最终达到气源压力的大小，与此同时排气腔中压力逐渐下降。对于进气腔与排气腔中压力大小随时间变化的曲线，称为压力特性曲线（图3.1-2）

　　当气缸运行到最末端的时候，排气腔压力会突然地下降，最后与大气压相平；而进气腔的压力也会上升到气源的压力。也正是因为这样会形成较大的压力差，并且对缸体会产生冲击，所以还需要考虑有一定的缓冲装置。

　　2③气缸的动作速度计算

　　气缸的运动速度快慢主要是取决于气缸中进气腔和排气腔中的压力差的大小，同时还有其他一些因素（如摩擦力大小、气体的可压缩性、腔的大小等）。所以准确的运动速度比较难计算，一般是计算气缸的平均运动速度，按进气量的多少来计算的，即

　　V==q表示的是压缩空气的体积

　　④气缸消耗的气体量

　　q0.015A0.03=0.5m/sA表示为活塞的有效面积的大小

　　气缸的运动与其所消耗的气体量有关，而耗气量又与气缸中的活塞杆直径d、活塞直径D、活塞的行程大小L和单位时间内气缸工作往复的次数等有关系。在不干胶切纸机中，我选择的是单杆双作用的气缸，其计算如下表3.1-3：

　　表3.1-3活塞杆伸出时的耗气量

　　活塞杆退回时的耗气量

　　活塞杆往复一次时的耗气量

　　V1=4D2L=1.3816×10?4m2V2=π（D2?d2）4πL=1.1021×10?3m24V=V1+V2=π（2D2?d2）L=1.2403×10?3m2理论活塞杆往复N次时的耗V′=VN=100×1.2403×10?3=0.1241m2气量

　　实际的活塞杆往复N次时的V=(1.2~1.5)V′=1.4×0.1241=0.1736m2S耗气量

　　实际自由空气的消耗量

　　Vsz=VSp+0.10130.10131+0.10130.1013=0.1736×=1.888m23.1.4气缸结构的主要设计及计算

　　①气缸缸筒的结构尺寸计算

　　气缸中最大的部件应该莫过于气缸筒了，而其主要的作用就是为压缩空气的储放和空气的膨胀提供场所，并且对活塞运动实现导向，将空气的压力转化为输出的机械能，并且可以有效控制。气缸筒的形状均为圆筒形，其主要尺寸如下：

　　气缸的内径（缸筒的直径）D=40气缸的缸筒的长度

　　≥L+H=110+30=1402气缸的缸筒的厚度

　　δ=pD2[σ]+C

　　Rmn其中，p表示工作的时候压力MPa；D表示缸筒的内部直径大小mm，[σ]=表示制造气缸时候选用的材料所对应的许用拉应力MPa大小，Rm表示制造气缸时材料的抗拉强度MPa大小，n指的为缸体材料的安全系数指数（通常取6~8）。通常情况下气缸的筒壁厚度可以约取计算数值的7倍，而重型气缸可以取计算数值高达到20倍，然后再进行圆整到可以选取的标准尺寸。一般材料的许用拉应力如下表3.1-4表3.1-4气缸的材料

　　许用拉应力[σ]铸铁HT150、HT20030Q235钢管

　　45钢管

　　铸造路合金ZL2036012030由于不干胶切纸机对于气缸的要求不高，所以其缸体材料选择铸铁HT150，缸筒的直径为40mm，壁厚为5mm。

　　②气缸活塞的设计方案

　　活塞作为气缸中将压缩的空气转化为机械能的主要部件，这也是其主要的功能，而能量转换的效率在于活塞所提供的足够的转换面积。同时，由于活塞作用是无限频繁的往复工作的，这就要求对进、排气腔的空气进行隔绝，而且需要保证活塞的耐磨性和密封性。通常没有特殊要求的情况下，活塞的材料为铸铁，并配以O形圈进行密封。

　　对于气缸的内径和活塞的外径需要进行精度的配合，一般时候选用f9。活塞表面的粗糙度为Ra=0.8μm。活塞的密封圈一般选用两排，而活塞的宽度H也是由密封圈的排数来决定的。

　　③活塞杆的校核

　　在气缸的所有部件中，对于活塞杆的强度校核是非常重要的一步。活塞杆推动负载进行工作，其是连接气缸与负载之间的机构，所以其重要性可见一斑。不仅需要对其结构进行设计，还要某一特定的进行强度校核。在工作中，活塞杆会在往复运动中受到轴向的拉伸和轴向的压缩，所以对稳定性与强度的校核很重要。

　　因为活塞杆的长度L=110<10d(10×14),所以要进行活塞杆的强度校核，即：

　　2Hd≥√4Fπ[σ]=√3.14×30=82.4，符合

　　4×160000其中，F表示活塞杆受到的外力大小

　　[σ]表示为活塞杆所用材料的许用应力大小

　　④气缸其余结构设计

　　除了上述重要部件的设计和参数的计算外，还有缸体与缸盖尺寸设计和材料的选择、活塞杆和活塞之间的连接形式以及气缸中密封结构的设计。对于所有设计的选择，要充分留有余量，以便可以承受一定的超载运行。下图3.1-3为气缸的剖面图。

　　3.2浮动接头的选择

　　3.2.1选择原因及作用

　　原因：对于使用气缸为动力源的机器，由于在工作时候可能会出现一定的“偏心”、精度不准确或者平衡度不高等现象，其气缸杆是不可以直接连接到机器部件上的。同时还可能会引起气缸活塞杆变弯曲以及中间的密封件过度磨损，从而大大减少在工作系统中的使用寿命和性能强度。所以在使用气缸的大部分工作时候需要使用浮动接头来连接。

　　浮动接头的作用：使用浮动接头主要是用来解决气缸工作时候可能出现的偏心问题，通过浮动接头在中间的调整，使得气缸可以平稳动作，通过吸收连接杆及气缸等部件在传动中的精度误差和可能存在的偏心运动，使得被连接的机械工3作部件与气缸中发生的误差在一定范围内可以完全掌控，动力可以平稳持续安全地输出到需要工作的部件上。

　　3.2.2浮动接头的优点

　　使用浮动接头的优点：

　　①避免两轴之间发生干涉的不符合规范的现象；

　　②可以在一定可控制的范围内放大加工部件的实际加工精度；

　　③消除活塞杆与连接件两轴之间可能存在的误差；

　　④便于实际操作中的安装，并且后期维修更换比较容易；

　　⑤具有很高的抗拉性、抗压强，并且体积比较小，符合结构紧凑的要求；

　　⑥可以消除机构部件连接间的误差，可以保证部件可以平稳运行持续输出，使机构的使用寿命相对寿命。

　　3.2.3浮动接头的尺寸

　　浮动接头的尺寸主要和气缸的活塞杆、与被连接的部件的尺寸有关，符号及尺寸图如下图3.2-1符号

　　尺寸

　　符号

　　尺寸

　　符号

　　尺寸

　　MA70ME11MI22MB22.5MFM14×1.5MJ15MC9MG13MKM16×1.5MD29.5MH35图3.2-1313.3导柱及导柱支架

　　导柱是切割系统中重要的部件，它是辅助气缸进行工作的，气缸通过浮动接头连接刀梁，气缸动作的时候将刀梁向下推，但是由于其只有一个连接点对于刀具运动的轨迹不好固定。所以在设计的时候，便在两侧个安装一根导柱，通过导柱可以将刀具的运动确定在一个平面上，防止其乱动。而在导柱的下方通过导柱支架固定，上方用螺母连接在支承梁上。具体安装如图3.3-13.3.1导柱支架的选择及尺寸

　　导柱支架的材料为HT200,选择遵循JB/T7645.7-2008标准，其中对

　　图3.3-1导柱的尺寸和使用范围进行的规定。在进行加工支架的时候要主要其底部与切纸机工作平面安装的要求。同时在对导柱的固定和安装要方便，并且可以承受一定的强度刚度要求，对导柱可以长时间支承。具体尺寸如下图3.3-2图3.3-2导柱支架

　　3.3.2导柱的选择及尺寸

　　导柱的材料选择轴承钢，其上端通过螺母与上方的支承梁连接，下端通过导柱支架固定在工作平面上。导柱的外表面需要和刀梁进行配合，同时还需要对其进行润滑，防止在工作的时候发生动作迟缓，影响精度。导柱的底部尺寸为25并且和支架进行过盈配合。

　　3.4上下刀梁的选择

　　3.4.1上刀梁选择

　　32①工作原理：上刀梁是不干胶切纸机中直接对不干胶进行工作的部件，其上端连接气缸，两侧有导柱进行轨迹固定，下端通过圆柱销和螺母将刀具固定，当工作时候刀梁带动刀具上下运动进行切割不干胶。

　　②基本尺寸：上刀梁的全长665mm，高度为110mm，宽度80mm。图3.4-1是上刀梁的主视图，图3.4-2是上刀梁的俯视图。可以知道上刀梁与刀具的连接是由正面上的三个螺母进行固定的。

　　图3.4-1上刀梁主视图

　　图3.4-2上刀梁俯视图

　　③注意事项：由于上刀梁是切纸的连接部件，所以对于其刚度、强度有一定要求。其次是刀梁的材料是45钢。最后就是其加工表面的粗糙度，对于有配合要求的接触面需要对其进行特别的加工。

　　3.4.2下刀梁选择

　　①工作原理：下刀梁是主要用来配合上刀梁进行工作的，当上刀梁向下运行动作的时候，下刀梁为不干胶提供一个支承力，使得不干胶可以被切割。另一方面，下刀梁也是承接不干胶从传送系统到切割系统的中间件，是不可或缺的中间部件。

　　②基本尺寸：下刀梁的尺寸主要是根据上刀梁和工作场合来确定的。其制作材料为45钢，长430mm，高190mm，宽230mm。其底座通过10个直径8mm的螺母固定在机架上。上下两部分通过螺母和圆柱销进行固定。其主视图如图3.4-3、俯视图3.4-4。

　　33图3.4-3下刀梁主视图

　　图3.4-4下刀梁俯视图

　　③注意事项：下刀梁安装的位置必须精准，要配合上刀梁进行工作的。其必须在机架上安装紧固，不可发生移动。其质量必须符合机架承受要求，同时其强度和刚度也要达到要求，能够为切纸系统持续工作提供可能。34结

　　论

　　不干胶切纸机在日常办公环境及制造企业中，运用的非常广泛。但是由于其本身机构设计的局限性，已经逐渐无法满足现在的使用要求了，所以对于其结构部件的改进或者说重新设计已经变成一种非常迫切的需求了。在对不干胶切纸机进行设计和改良的时候，不仅要注重现在的需求，同时还要有发展的眼光来看待问题，预见那些可能会出现的问题提前预判防范于未然，并且还要注重其经济价值，可以真正投入到实际生产中。

　　在这次的不干胶切纸机设计中，主要针对的是切纸机中精度和操作的设计改进，在保证提高工作的精密度时，又保证具有良好的操作性。其主要的传动系统是采用伺服电动机为动力部件的，可以根据不同的工作要求来控制满足其实际的工作情况；通过蜗轮蜗杆传递出的动力既可以保证其传送的精度要求，又可以使得机器传动平稳持久，再者这样的结构也非常简单并且紧凑；从控制两个主动大辊筒带动上方的从动小辊筒，通过控制调整二者之间的间隙对纸张进行压紧，使得不干胶进行上料、下料，从而完成切纸机中传递和送料系统的整体工作。对于另一个系统——切割系统，其就显得比较简单，其中的机器控制部件就是气缸，通过控制气缸的进出气快慢、体积和时间点，来实现不同运行状态下对不干胶进行切割。在不干胶切纸机正常工作的时候，我们只需要根据不同尺寸的不干胶，来调整控制器，从而可以改变伺服电动机的快慢和气缸下切的时间点，使得不干胶到达待切割的工位时，气缸推动刀具进行切割不干胶。

　　此次设计主要是机器的结构设计，对不干胶切纸机的主要的部件进行了参数设计和选择，使得各个部件间可以紧密联系在一起进行工作。其次还有的就是对主要的承载部件进行强度、刚度载荷进行了校核，使得可以满足正常的使用。通过这次的设计，对于过往学过的知识是一个非常全面的检测，不仅可以巩固专业知识，而且还是我们课后补充知识非常好的一种手段。将学过的知识运用到实处，这也是我们学习的最终目的。

　　35致

　　谢

　　在这次机械设计过程中，我深深发现自己专业知识的薄弱点，还有对于知识重点把握的不够准确，以至于在整个设计过程中有遇到了许多的困难。例如，在对于切纸机中传动系统选择何种的传动比较适合，我就是非常纠结的，对于蜗轮蜗杆及丝杠传动犹豫不决，最后在老师和同学的细心探讨和讲解下，我选择了更加符合要求、满足实际情况的蜗轮蜗杆；再如，对于切割系统，由于平时接触比较多液压系统，所以我打算选用液压缸作为动力源的，但后来老师指出液压缸可能压力太大同时还有漏油风险，不利于作为小型机器的不干胶切纸机，从而我重新选择了气缸。所以我觉得，这次不干胶切纸机的结构设计并不仅仅是一个单纯的课程设计，更为重要的是让我们在设计过程中找到不足、找到自己的缺点，从而可以完善、提高自己的能力，让所学或者需要了解的知识可以运用到实处，真正做到学以致用。

　　在此，我要对我大学生涯中的所有帮助过我的老师表示深深的感谢，是你们的循循善诱、悉心指导，才让我掌握了如此多的知识和做人的道理，同时还要感谢在这次毕设中帮助过我的李江澜老师和同学，正是有了你们的帮助，我才能解决面临的许许多多的困难，才能将设计想法转变为实际产品，才能最终完美的完成这一个毕业设计，真的非常感谢。同时，我也懂得了只有将所学的知识运用到实处，才是真正的学到了知识，才是学以致用，才是我们学习知识的最终目的。最后，预祝所有同学未来鹏程似锦，归来仍是少年。

　　36

篇七：切纸机的设计篇八：切纸机的设计

　　

　　印刷机械

　　切纸机设计及结构安全规则

　　印刷机械切纸机的设计和结构应符合以下安全规则：

　　1.机械结构应稳固可靠，能够承受切纸过程中的冲击力和压力。

　　2.刀座和刀片应安装在牢固的座椅上，确保切割精度和切割品质。

　　3.切纸机应配备防护罩，防止工人在操作过程中接触到刀片，减少意外伤害的发生。

　　4.切纸机应配备切纸尺，用于调整切割长度，并设有定位器，确保切割位置准确。

　　5.切纸机应配备故障报警装置，如过载保护、断电自动停机等，确保安全运行。

　　6.切纸机应配备紧急停机按钮，方便操作人员在紧急情况下迅速停止机器运行。

　　7.切纸机的电气系统应符合国家标准，具备过载保护、漏电保护等功能。

　　8.切纸机应定期维护和保养，确保设备处于良好的工作状态。

　　9.操作人员应接受相关培训，熟悉切纸机的操作规程和安全操作规定。

　　10.切纸机周围应保持整洁，避免堆积杂物和防止滑倒等事故发生。

　　以上是印刷机械切纸机设计和结构的安全规则，这些规则可以保障切纸机在操作过程中的安全性和稳定性，减少意外事故的发生。

篇九：切纸机的设计

　　

　　目

　　录

　　摘

　　要............................................................................................................................2ABSTRACT...................................................................................................................3第一章

　　绪论................................................................................................................41.1切纸机简介.......................................................................................................41.2国内外研究现状...............................................................................................41.3题目选取...........................................................................................................61.4小型切纸机的特点...........................................................................................61.5设计的要求.......................................................................................................6第二章

　　切纸机总体结构设计....................................................................................2.1切纸力的分析计算...........................................................................................2.2总体结构设计.................................................................错误！未定义书签。

　　2.3电机的选用.....................................................................错误！未定义书签。

　　第三章

　　切纸机传动结构设计..................................................错误！未定义书签。

　　3.1基本传动数据计算.........................................................错误！未定义书签。

　　3.2带传动设计....................................................................错误！未定义书签。

　　3.3齿轮传动设计................................................................错误！未定义书签。

　　3.4轴的校核......................................................................错误！未定义书签。

　　3.5键的校核......................................................................错误！未定义书签。

　　3.6轴承的校核....................................................................错误！未定义书签。

　　第四章

　　切纸机其余部件设计..................................................错误！未定义书签。

　　4.1推纸部件设计概述.........................................................错误！未定义书签。

　　4.2压纸部件设计概述.........................................................错误！未定义书签。

　　结束语..........................................................................................错误！未定义书签。

　　参考文献......................................................................................错误！未定义书签。

　　致谢..............................................................................................错误！未定义书签。

　　摘

　　要

　　切纸机是印后加工装订生产线常采用的一种设备，具备电动切纸，轮盘螺旋式压纸千斤，裁切光道指示，裁切尺寸侧边定位标尺，手动微调校准等功能。在操作上要求双手同时操作切纸程序，透明安全保护罩等多重安全装置，确保操作安全。其主要结构包括：工作台、裁刀机构、定位机构、压纸机构等组成。

　　本课题设计的切纸机的工作原理是：采用电动机经带传动减速后,带动偏心轮旋转,偏心轮推动连杆使滑块和刀片实现切纸的往复运动，通过气缸的气压带动压纸器实现压纸、手轮的旋转带动丝杠的运动从而实现了推纸板的运动，调节切纸的尺寸。

　　根据电机的工作环境选择电动机类型，采用立式安装，防护式电机，鼠笼式三相异步电动机。选择带传动，它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点，并安装张紧轮。切纸动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。压制动力由气缸提供，通过连杆带动压纸板的运动。推纸机构的运动是通过手动的手轮带动丝杠的旋转从而实现运动的。

　　关键词

　　切纸

　　压纸

　　推纸

　　偏心轮

　　ABSTRACTCutterisaprintfinishingequipmentoftenusedintheproductionline,withanelectriccutter,roulettespiralplatenjin,cuttingthetrackindication,cuttingthesizeofthesidepositioningruler,manualfine-tuningcalibrationandotherfunctions.Onthecuttingoperationrequiresbothhandswhileoperatingprocedures,transparentsafetyshieldandmanyothersafetydevicestoensuresafeoperation.Themainstructurecomprising:atable,thecuttermechanism,thepositioningmechanism,theplatenmechanismandothercomponents.Thistopicinpapermakingindustrydesignofmechanicalcuttersworkprincipleis:byusingmotorslowdowndrivenbelt,promote,connectingeccentriceccentrictoslideandrealizethecutterblades,throughthecylinderreciprocatingmotionofthepneumaticdrivepaperrealizepaper,ballscrewrotationhandwheeldrivesthemovementrealizesthepushofexercise,adjustthecardboardcuttersize.Accordingtothemotorworkingenvironmentandtheverticalmotortypeselection,installation,protectivemotormousecagethree-phaseasynchronousmotor.Choosebelttransmission,ithasthebuffer,vibration,lownoise,smoothoperation,overloadprotection,andinstallawheel.Drivenbymotoroutputcutter,throughtheforcetransmissionsystem,theinputtotheactuator.Bypressingpowercylinderrods,throughthemovement.Drivepressurecardboard,Pushthemovementofthehandwheelisdrivenbymanualballscrewrotationsoastorealizethemovement.Keywords

　　papercut;Paperweights;paperdrivingunit;eccentric

　　第一章

　　绪论

　　1.1切纸机简介

　　切纸机是一种常用的纸张加工设备，其应用于生产已有上百年的历史。它主要用于造纸厂单张纸的裁切切纸机有较好的市场前景，主要表现在以下几点。第一，印刷厂现配备的切纸机，大都是在印刷业大发展的八、九十年代购入，那时国产的切纸机主要是机械式的。存在的问题有，一是没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置，精度低，不能满足高档印品裁切的要求；二是机械式切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠，容易出工伤事故；三是自动化水平低，没有加工、印刷企业印前单张纸裁切和印后印刷品的整形加工以及包装产品中纸蜂窝芯的切制。近年来，切纸机又广泛应用于商标、不干胶贴片、卡片、甚至PS版、皮革、硬塑料等非纸材料的裁切。在印刷机械产品家族中，切纸机占有重要的地位，年销售量仅次于小型平版印刷机。随着社会经济的发展和科技的进步，切纸机的社会需求量不断增加，其自身的高科技含量也大幅提升。

　　1.2国内外研究现状

　　国内制造切纸机的厂家约34家。主要企业有上海申威达、长春印机、四川中江、甘肃平凉普业、山东荷泽生建、浙江嘉路等切纸机厂。2001年十家切纸机厂统计，共销售切纸机2703台，完成销售额2.84亿元，2002年七家企业统计，共销售切纸机2484台，完成销售额2.18亿元。主要切纸机规格有420mm、580mm、650mm、760mm、780mm、920mm、1150mm、1250mm、I300mm、1370mm、1550mm、1660mm、1860mm、2200mm等14种规格。上海申威达公司飞达牌系列切纸机和四川中江利通公司的利通牌系列切纸机，代表了国产切纸机的发展水平。这两家企业已经不再生产落后的机械式切纸机，而以液压切纸机、程控切纸机和微机程控切纸机作为现阶段主流产品。申威达飞达牌系列切纸机，通过微机处理及位置检测装置进行程序控制，是集机、电、光、液、气与数字技术为一体的机电一体化产品。其主要特点包括：采用模块化设计，零部件标准化、设计通用化；压纸器采用液压驱动实现无级调压，压力大而恒定；采用Internet网络技4术、中英文选择的人机对话界面，实现远程故障监控和诊断；采用PLC进行控制，RS485接口进行通讯；当系统出现故障报警时，系统自动弹出故障名和建议处理方式；利用先进的滚珠丝杆和线性导轨结构使推纸器运行平稳、轻快，定位准确，噪声低，提高了裁切精度；工作台全部镀铬并附带气垫，使工作台耐磨，不生锈，推纸轻快；在安全防护方面，有双手连动保护按钮，红外线光电保护及电子锁等安全防护装置，从而保障了操作人员和设备的安全；可循环单次裁切，裁切时具有过载保护功能，换刀轻捷方便。四川中江利通公司的利通牌系列切纸机也有多项改进。“双导轨整体无槽工作台”利用台下两侧面的两根导轨进行导向，提高了工作台的刚性，使推纸器冲撞后位移量<0.05mm，精度远高于行业标准，使切纸机推纸器的抗冲撞能力和稳定性得到很大提高；“平衡式压纸机构”采用了配重式平衡结构新技术，压纸器在全行程内压力均衡稳定，运行平稳，性能可靠，并率先在国内达到了欧洲标准要求的压纸器压纸压力不得超过300牛顿的技术指标；“无间隙电磁离合制动器”具有强大而恒定的吸合力、制动力和恒定的输出推力，能保证离合机构适中工作在最佳工作状态，减少了磨损和维护，功耗低，裁切力大，响应速度快，制动迅速，达到了国际标准。国际上众多先进的切纸机中最著名的当数Polar切纸机，它代表了切纸机的发展方向。

　　包括法国的沃伦贝格(WOHLENBERG)、施耐德(SCHNEIDER)、英国的凯琳琪(CHELLENGE)、日本的伊藤(ITON)等其他品牌切纸机也各有千秋。这里以Polar公司的机型为代表说明国外切纸机的发展历程。最早的切纸机是机械式切纸机，它采用单导轨结构，结构简单，调试维修方便，但是这类切纸机没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置，裁切精度低，不能满足高档印刷品裁切的要求。另外这种切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠，容易出现工伤事故，而且没有自动送纸机构，劳动强度大，生产效率低下。该机型现已被淘汰。机械式切纸机之后，人们将液压机构引入切纸机设计出了液压式切纸机。采用液压驱动的压纸器，压力大而恒定，受裁切时冲击力的干扰小，有的切纸机的裁刀也使用液压驱动，裁切准确而稳定。

　　随着控制论和电子技术的发展，数显和程控式液压切纸机开始成为切纸机的发展主流。1956年波拉公司生产出了第一台磁带控制的切纸机，开辟了程控切纸机的设计先河。自1997年开始，德国Polar公司在国际性展览会上几乎每次都有新机型参展。

　　1.3题目选取

　　本次毕业设计的任务是设计一台小型切纸机。任务要求切纸的尺寸为470-400mm，最厚60mm。

　　在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数，从而达到设计要求，同时尽可能的降低成本，这也是一个综合运用所学专业知识的过程。。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。

　　1.4小型切纸机的特点

　　小型切纸机能够实现自动切纸的功能，具有切纸精度高、可以对大量的纸进行同时裁切，裁切的精度也比较高。这种切纸机比较小巧，既方便使用也不会占用太大的地方，价格根据裁切幅面的大小以及机器的配置而定的。切纸机的结构相对复杂，主要由主机、工作台、压纸机构、推纸机构和裁切机构组成。这种切纸机主要适用于对大量的文件装订之前将纸切整齐。这种切纸机广泛应用于现代数码快印、中高档办公、图书馆、国家公务机构和中小型印刷等。从推纸机构乃至裁切机构的驱动方式上又分为手动切纸机（纯机械结构）、电动切纸机；

　　从压纸机构的驱动方式上又分为机械压纸和液压压纸

　　1.5设计的要求

　　机器的种类虽然很多，但设计时的基本要求往往是共同的，根据对现有机器的分析，现代机器的设计应满足下列两大要求：

　　一、经济性要求

　　机器的经济性必须体现并贯穿在其设计、制造和使用的全过程中。体现在设计阶段是指应用先进的设计方法，将三钟传动（机械、电子、液压）有机地匹配，各得其所。此外尽量采用标准件、通用件和使用产品系列化而缩短设计周期；体现在制造过程中是指使用无切削加工等各种新的制造工艺技术，提高工效、缩短制造周期等；体现在使用方面是指消耗（水、电、油及辅助材料等）少、管理和维修费用低等。

　　二、社会要求

　　机器应有好的社会效果，表现为；应满足人机工程学的要求，如操作方便、省力、舒适劳动强度低、维修简捷等；应符合安全运行要求，如设置可靠的安全防护装置，设置能排除误操作的连锁装置，采用安全联轴器和离合器，配备各类预警信号装置等；应满足工艺美术要求，如造型精巧、线形流畅、形体简练、色彩明快等；应符合环保要求，如控制噪声、有效地排除废气、废液等，以免造成环境污染。第二章

　　切纸机总体结构设计

　　2.1切纸力的分析计算

　　切纸机切刀的下落方式直接影响机器结构和裁切质量，常见的裁切刀下落运动方式有以下两种运动方式：其一是裁刀作倾斜直线运动方式；其二是裁刀作复合下落运动。我们将裁刀倾斜直线下落运动方式叫做平刃裁切（如图1），裁刀作复合下落运动方式叫做斜刃裁切（如图2）。

　　图1平刃裁切

　　图2斜刃裁切??arctgh/l

　　平刃裁切特点是裁切刀在裁切纸张时，刀片刃口始终与纸张平行，裁切刀扫过的轨迹为平行四边形，刀刃与被裁切物是全长接触，被裁切物的抗切力和刀刃的冲击力较大，致使被裁切物的弯曲变形大，裁切质量差。低档切纸机一般采用这种裁切方式。其裁切力可按下式计算：

　　F?S??Lh?

　　式中：F——平刃裁切力

　　S——切纸刀扫过纸张的面积

　　L——纸张的宽度需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353

篇十：切纸机的设计

　　

　　题目：

　　切纸机

　　毕业论文（设计）原创性声明

　　本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

　　作者签名：

　　日期：

　　毕业论文（设计）授权使用说明

　　本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

　　作者签名：

　　指导教师签名：

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　　注

　　意

　　事

　　项

　　1.设计（论文）的内容包括：

　　1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

　　2）原创性声明

　　3）中文摘要（300字左右）、关键词

　　4）外文摘要、关键词

　　5）目次页（附件不统一编入）

　　6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

　　7）参考文献

　　8）致谢

　　9）附录（对论文支持必要时）

　　2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

　　3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

　　4.文字、图表要求：

　　1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

　　2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

　　3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

　　4）图表应绘制于无格子的页面上

　　5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

　　5.装订顺序

　　1）设计（论文）

　　2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

　　3）其它

　　摘

　　要

　　根据程控切纸机的工作过程，为克服继电器、接触器控制故障率高、可靠性低等缺点，设计了一套以PLC为核心的切纸机裁切自动控制系统。它利用PLC完善的内部功能，有效而可靠的实现了自动裁切、自动送纸等全自动控制。

　　本文首先对现代可编程控制技术的应用现状、发展趋势作了较为详细的介绍，并简要介绍了切纸机的产生背景和应用意义。简单概括了切纸机的电气系统的总体方案设计，并比较了工控机、可编程控制器等控制方案的优缺点。对于三菱公司的F2-20MR型PLC也做了一定的介绍。之后详细讲述了程控切纸机系统主体软硬件的研制过程和设计方法。

　　本设计的关键就是要在原继电器控制电路的基础上，经过合理的转换，从而设计出具有相同功能的控制程序。

　　关键词：PLC;继电器

　　;切纸机

　　AbstractAccordingtotheworkingprocessofthecutterprogram,toovercometherelays,highreliability,lowfailureratecontrol,asetoffaultsinPLCisthecoreofcuttercuttingautomaticcontrolsystem.ItUSESPLCperfectinternalfunctions,effectiveandreliablerealizesautomaticpaper

　　feeding,automaticcuttingfullautomaticcontrol,etc.Thispaperfirstlymodernprogrammablecontroltechnologyapplicationsituationandthedevelopmenttrendsareintroduced,andbrieflyintroducesthebackgroundandcutter.Simplysummarizedcutterelectricalsystem,andtheoveralldesignofindustrialcomputer,comparestheprogrammablecontrollertocontrolscheme.IntheF2-20MRmitsubishitypePLCmadecertain.Afterdiscoursedprogram-controlledcuttersystemhardwareandsoftwaredevelopmentprocessandthemaindesignmethod.Thekeyoriginallydesignedisthatshouldbeonthebasisofcontrolcircuitoforiginalrelay,throughrationalconversion,thusdesignPLCcontrolprocedurewithsamefunctionKeyWords：PLC;Relay;Cardboardcuttingmachine

　　目

　　录

　　摘

　　要

　　........................................................................................................................1Abstract

　　.........................................................................................................................4引言

　　................................................................................................................................11绪论

　　.............................................................................................................................11.1切纸机的基本概况

　　..........................................................................................11.2切纸机的基本设计要求

　　...................................................................................22切纸机的总体设计方案

　　.............................................................................................32.1课题分析

　　...........................................................................................................32.2设计思路

　　...........................................................................................................33硬件设计与分析

　　.........................................................................................................63.1原继电器控制电路与分析

　　...............................................................................63.2PLC控制电路分析

　　..........................................................................................3.3可编程控制器简介

　　...........................................................................................3.3.1PLC的产生与发展

　　................................................................................3.3.2PLC的基本结构与特点

　　......................................................................104切纸机的PLC控制系统设计.................................................................................194.1PLC的环境技术条件设计

　　............................................................................194.2切纸机的加工工艺过程

　　.................................................................................214.3切纸机的控制要求

　　.........................................................................................294.4PLC型号的选择

　　.........................................................................................225设备布置图及程序说明

　　...........................................................................................255.1设备布置图

　　.....................................................................................................255.2程序设计要求及程序说明

　　.............................................................................265.2.1编程方法及编程规则

　　...........................................................................265.2.2程序说明

　　...............................................................................................30结

　　论

　　......................................................................................................................38参

　　考

　　文

　　献

　　................................................................................................................39致

　　谢

　　..........................................................................................................................4引言

　　可编程控制器简称PLC，它是一种用作数字控制的专用计算机。它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采集现场信号，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口去控制执行机构动作。它组态灵活、编程简单、维护方便、可靠性高，现已成为工业自动化核心技术之一。目前，我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，纸和纸板的消费水平已成为一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。

　　本文对PLC的概念，发展情况进行总结，对如何将继电器电路如何用PLC系统代替作了详细的分析。

　　1绪论

　　1.1切纸机的基本概况

　　我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，纸和纸板的消费水平已成为一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。

　　可编程控制器简称PLC，它是一种用作数字控制的专用计算机。它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采集现场信号，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口去控制执行机构动作。它组态灵活、编程简单、维护方便、可靠性高，现已成为工业自动化核心技术之一。

　　本文介绍了柴河纸板厂继电器控制电路旧设备的改造。“PLC控制的`纸板切割机”作为控制系统中的一个典型的实验设计。柴河纸板厂的纸板切割机是特种工业用纸生产重要的配套设备之一，由于该设备仍采用继电器控制电路，设备老化，逻辑电路的接线较复杂。由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性，继电器控制系统的维修工作不仅耗资费时,而且停产维修所造成的损失也不可估量,而现代化生产过程是不断变化的,生产工艺和市场需求也是不断地变化,所以用PLC取代继电器控制已是大势所趋。

　　1.2切纸机的基本设计要求

　　该控制系统的关键是在原继电器控制电路的基础上,经过合理的转换,从而设计出具有相同功能的PLC控制程序。在把继电器控制转换成PLC控制时要注意转换方法,以确保转换后系统的功能不变。

　　（1）根据原继电器电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

　　（2）分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是发送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的。同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配，在此基础上确定PLC的机型。

　　（3）根据原继电器电路和控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时采用梯形图形式的用户程序。

　　2切纸机的总体设计方案

　　2.1课题分析

　　PLC控制的纸板切割机，就是利用PLC作为纸板切割机控制电路的主控制器，PLC采用环扫描工作方式，在系统软件控制下，扫描输入的状态，按纸板切割机工作程序进行运算处理，然后向输出发出响应的控制信号。整个工作过程可分为5个阶段：自诊段，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。PLC经过这些5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期周而复始地进行。

　　本PLC控制系统的具体指标要求是：对导辊从造纸机上接纸板的线速度比造纸机上纸板传输度高1%-5%。纸板完全静止在切纸机导辊上的预定位置不能超过10mm。

　　2.2设计思路

　　本设计包括硬件配置和软件程序设计两部分。

　　硬件设计时，对被控设备的工艺要求和所选PLC的特点与性能有较全面的了解；软件设计时在对原继电器控制电路熟悉掌握的基础上，以步为核心，一步步设计，一步步修改直到完成整个程序的设计。

　　对于PLC程序设计采取以下几步：

　　（1）

　　根据原继电器控制电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作，确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

　　（2）

　　分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的，同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应，对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的机型。

　　（3）

　　根据原继电器电路、控制系统的控制要求、所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况，设计PLC用户程序，此时采用梯形图形式的用户程序。纸板切割机的加工工艺过程如下：

　　①启动设备，切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置。

　　②导辊停止导纸，当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，切纸刀车开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停机。

　　③导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板。

　　④送纸结束，切纸机导辊又恢复高速，等待造纸机下一副纸板的到来。刀车再由另一侧向原方向运动进行下一次切割过程。如此反复。

　　（4）控制要求：

　　①导辊的速度由主传动机控制。主传动电机是CYT—4型三相交电磁调速电动机。调整器外装两只电位器，当导辊从造纸机上接纸板时为了顺利地从造纸机上接到纸板，根据纸板的密度，原料和定量的不同情况，导辊速度要比造纸机上纸板传输速度高1%—5%，由电位器W1设定。当导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板时，由光电管E2发出切割完毕信号，经继电器Z5，Z9调速器和电位器W2投入，由电位器W2设定。

　　②当切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置时，由光电管E1向时间继电器ST2发出信号，经中间继电器K1，控制继电器Z3，Z8及C4。调速器与电位器W1同时脱机发出零速度信号，导辊停止导纸。

　　③导辊停止后，纸板在导辊上仍然存在惯性滑动，由时间继电器ST2的延时作用来调节纸副的位置。

　　④当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，由时间继电器ST3向切纸刀发出开始的命令。刀车电机MZ与切刀电机M3，M4，M5同

　　时启动切割纸板。当刀车离开纸板，运动到光电管侧端后，由光电管发出切割完毕信号，刀车电机与切刀电机均断电停机。

　　⑤送纸结束后，主传动输出恢复高速，由于时间继电器SJ1延时时间达到，接点断开，继电器Z6，Z7失电，使K1失电，Z9，C4得电。由调速器和电位器W1投入实现。

　　3硬件设计与分析

　　3.1原继电器控制电路与分析

　　剪板机原来采用继电器—接触器控制，但控制系统较复杂，大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。采用PLC控制可较好地解决这一问题。剪板机的原理结构，如图3?1所示：

　　图3.1剪切板原理结构示意图

　　系统由送料、定位压紧、剪切、自动传送4个部分组成。采用7个限位开关和1个光电开关检测各部分的工作状态。送料机构E、压板B、剪切刀A、送料小车分别由4台电动机拖动。系统未动作时，压板及剪切刀的限位开关SQ1、SQ3和SQ4均断开，SQ1、SQ7也是断开的。启动时，小车应处于接料口位置，限位开关SQ5、SQ6闭合。若小车空载或板料数未达到设定数，起动送料机构Ｅ，带动板料C向右移动。当板

　　料碰到行程开关SQ1时，送料停止。同时启动压块电动机，使压块B压下，压块上限开关SQ2闭合。当压块到位，板料压紧时，压块下限开关SQ3闭合，剪切电动机起动，控制剪刀下落。此时，SQ4闭合，直到把板料剪断，板料落入小车。光电接近开关SQ7对落入小车的板料进行检测并产生计数脉冲。当小车上的板料达到设定数时，启动小车控制电动机，带动小车右行，将切好的板料送至包装线。卸下后，再启动小车左行，重新返回到剪切机下，开始下一车的工作循环。

　　3.2PLC控制电路分析

　　可编程控制器（以下简称PLC）由于采用了微机技术，具有微机的许多优良性能，又有较强的抗干扰能力，可在强电磁干扰的工业生产场合可靠运行，因而得到很快的发展。它比传统的继电接触控制系统控制精度高、时间响应快、改变控制程序方便、开发周期大大缩短，而且设备体积小、能耗少。设备结构除超小型、小型机为整体式的外，大多采用模块结构，用户可根据控制要求选择模块组成系统，非常灵活，维护维修也容易，而软件大多采用梯形图程序，具有继电接触控制线路清晰直观的优点，易被广大熟悉继电接触控制线路的工程技术人员接受。随着微机技术的发展和新电子器件的不断出现，PLC技术必将得到更大的发展，成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备之一。

　　PLC技术进入我国只有十几年时间，已经得到相当广泛的应用，许多工厂企业已把它作为新产品开发、老产品更新及旧设备改造的重要控制手段。其中应用最多的是进行开关逻辑控制。目前国内的PC产品，功能越来越多样，有些小型机、超小型机也装置有一些特殊单元，如高速计数、定位、定时单元，甚至有模拟量输入、模拟量输出和PID单元，可用来进行闭环过程控制图，应用前景非常广阔。

　　3.3可编程控制器简介

　　3.3.1PLC的产生与发展

　　可编程控制器是以自动控制技术、微机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。早期的可编程控制器只能进行计数、定时及对开关量的逻辑控制。因此，可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已远远超过逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为ProgrammableController，简称PC。但个人计算机（PersonalComputer）也常简称PC，为避免混淆，可编程控制器仍被称为PLC。

　　1987年，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器国际标准草案第三稿中，对可编程控制器定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入与输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

　　PLC是生产力发展的必然产物。20世纪60年代初，美国的汽车制造业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产线必须随之频繁的变更。传统的继电器控制对频繁变动的生产线很不适应。自然，人们对控制装置提出了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修。

　　首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家通用公司（GM）。

　　1986年，该公司提出用一种新型控制装置替代继电器控制，这种控制装置更把计算机的通用、灵活、功能完善等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便、价格便宜等特点结合起来，而且要使那些不很熟悉电脑的人也能方便的使用。根据这种设想，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在美国GM公司的汽车自动装置生产线上试用获得成功。

　　由于PLC优越的性能，其问世后发展极为迅速。1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。70年代中期，欧美及日本的一些生产厂家，其PLC产品中多以微处理器及大规模集成电路芯片为其核心部件，使PLC的功能进一步扩展，并且有了自诊断功能，可靠性得到进一步提高。随着微电子技术的迅猛发展，80年代中期，PLC几乎完全计算机化，其速度更快、功能更强，PLC的各种智能化模块不断的被开发出来，一些厂家还推出了PLC的计算机辅助编程软件，许多小型PLC的性能也不可小视。

　　现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面都得到广泛的应用。如今大、中、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC应用与模拟量的闭合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；PLC配合可编程终端设备（如触摸屏）可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产的需要。

　　目前，世界上一些著名的电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善、换代周期越来越短。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制，更便于实现机电一体化；大中型PLC向可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。

　　我国从70年代中期开始研制PLC。1977年，我国采用美国Motorola公司的一位机集成芯片，研制成功了国内第一台有实用价值的PLC。此后，在不断引进国外PLC生产线的同时，积极开发国产PLC。许多企业在PLC的应用方面进行了积极的探索，取得了成功的经验和良好的效益。随着PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个革命性的飞跃。

　　3.3.2PLC的基本结构与特点

　　可编程控制器内部的基本结构与普通微机是类似的，特别是和单片机的结构极为相似。可编程控制器实施控制的基本原理是按一定算法实现输入、输出变换，并加以物理实现。这种输入、输出变换就是信息处理。当今工业控制中信息处理最为常用的方式是采用微处理机技术，PLC也是利用微处理机技术将其应用于工业生产现场，使其专业化。相对于普通微机，物理实现是PLC的特长，因为普通微机大多只考虑自身的数据、信息处理能力和通信等功能，又要考虑实际控制能力及其实现等问题。因此，PLC在硬件设计时更注重I/O接口技术和抗干扰等问题的解

　　决。

　　根据控制系统的基本要求，PLC采用典型的计算机结构，它主要由中央处理单元CPU、存储器（RAM，ROM，EFPROM，EEPROM等）、专门设计的输入输出接口电路、通信接口电源等单元组成。

　　PLC优越的性能表现在以下几个方面：

　　1.灵活性和通用性强

　　继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接。其致命的弱点是，如果工艺的要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。PLC是利用存储在主机内的程序实现各种控制功能的。因此，在PLC外部接线改动极少，甚至可不必改动。一台PLC可以用于不同的控制系统中，只不过改变了其中的程序罢了。其灵活性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。

　　2.抗干扰能力强、可靠性高

　　继电器控制系统中，由于器件老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性。继电器控制系统的维修工作不仅耗力费时，而且停产维修所造成的损失也不可估量。而在PLC控制系统中大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成，因此PLC可以直接安装在工业现场而稳定的工作。从国外使用PLC的实际情况来看，平均无故障率可以达到几万甚至几十万小时以上。因此PLC被誉为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。

　　PLC在硬件和软件方面主要采取以下措施来提高其可靠性：

　　(1)硬件方面采取的措施

　　对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏

　　蔽，以防外界干扰；对供电系统及输入电路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰,也削弱了各部分之间的相互影响；对PLC内部所需的+5V电源采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以消除由于交流电网的波动引起的过电压、欠电压的影响；采用光电隔离措施，有效地隔离了内部与外部电路之间的直接电联系，以减少故障和误动作；采用模块结构的PLC，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。

　　(2)软件方面采取的措施

　　其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，PLC通过监控程序定时的进行检测。当检测到故障时，立即把当前状态保存起来，并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。故障排除后立即恢复到故障前的状态继续执行程序。其二，PLC设置了监视定时器，如果程序每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序进入了死循环，则立即报警。其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。其四，利用后备电池对用户程序及动态数据进行保护，确保停电时信息不丢失。

　　由于采取了以上措施，PLC的抗干扰能力和可靠性得到了大大的提高。

　　3.编程语言简单易学

　　虽然PLC是以微型计算机技术为核心的控制装置，但是不要求使用者精通计算机方面复杂的硬件和软件知识。大多数PLC采用类似继电器控制电路的“梯形图”语言编程，清晰直观，简单易学，了解继电器控制线路的电气技术人员很容易接受。

　　4.PLC与外部设备的连接简单，使用方便

　　用微机控制时，要在输入/输出接口电路上做大量的工作，才能使微机与控制现场的设备连接起来，调试也比较麻烦。而PLC的输入/输出接口已经做好，其输入接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等强电电器连接，接线简单，使用方便。

　　5.PLC的功能强、功能的扩展能力强

　　其一，PLC利用程序进行定义、计数、顺序、步进等控制，十分准确可靠。而用继电器控制时，需使用大量时间继电器、计数器、进步控制开关等设备，其准确性与可靠性无法与PLC相比。其二，PLC还具有A/D和D/A转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能。因此它即可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制，也可远距离对生产过程进行控制。

　　PLC的功能扩展极为方便，硬件配置相当灵活，根据控制要求的改变，可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，再相应修改用户程序就可以达到变换和增加控制功能的目的。

　　6.PLC控制系统的设计高度周期短

　　由于PLC是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里设计和修改程序。更为方便的是可在实验室里进行系统的模拟运行调试，使现场工作量大为减少。而继电器控制系统是靠调整电路的接线来改变控制功能的，调试时费时又费力。

　　7.PLC的体积小、重量轻、易于实现机电一体化

　　由于PLC内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点；更由于它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶劣的环境，因而它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。

　　.3.3.3PLC基本工作原理各与单元的作用

　　PLC与普通微机在许多方面有相似之处，但其工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如在常见的键盘扫描方式或I/O动作则转入相应的子程序，无键按下I/O不动作则继续扫描键盘和I/O口。PLC则采用循环工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，其工作方式如图3-2所示，扫描周期如图3-3所示，即CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，扫描输入的状态（输入刷新）。整个工作过程可分为5个阶段：自诊断，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。PLC的工作过程如图3-4所示。

　　第一阶段：自诊断。每次扫描用户程序之前，都先执行故障自扫描程序。洗诊断内容分为I/O、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。

　　第二阶段：与编程器或计算机通信。PLC检查是否有与编程器或计算机等的通信请求，若有则进行相应的处理，例如接受由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机的通信请求，也在这段时间内发送完成数据的接受和发送任务。

　　图3.2PLC工作方式示意图

　　图3.3PLC扫描周期示意图

　　图3.4PLC工作过程流程图

　　第三阶段：读入现场信号。PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到状态存储器，也即输入采样阶段。

　　第四阶段：执行用户程序。CPU将指令逐条调出并执行，以对输入和输出的状态进行处理，即按程序对数据进行逻辑、运算，再将正确的结果送到输出状态存储器中，这就是程序执行阶段。

　　第五阶段：输出结果。当所有的指令执行完毕时，集中把输出状态存储器的状态通过输出部件转换成被控制设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。

　　PLC经过这5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期周而复始的进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，PLC在正常工作情况下，扫描周期T为T=（运算速度*程序步数+I/O刷新时间+故障诊断时间）

　　由于I/O刷新时间和故障时间相对用户程序执行时间要小得多，因此扫描时间主要由用户程序和的长短和CPU的运算速度决定，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于一般工业设备控制通常没有什么影响，但对于控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，则应考虑PLC的速度，并且应该精确计算响应的时间，精心编排程序，合理安排指令的顺序，尽可能减少扫描周期造成的响应时间。由于PLC是采用循环扫描的工作方式，所以它的输入输出响应速度受扫描周期的影响较大。

　　PLC与继电器控制的重要区别之一就是工作方式不同，继电器是按并行方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就有可能有几个电路同时工作。而PLC上一以反复扫描的方式工作的，这是循环地连续逐条执行程序，任意时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以串行方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。

　　最初研制生产的PLC主要用于替代传统的继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。

　　(1)继电器控制装置采用硬件逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所以的触点（包括其通常开或常闭触点）在继电器控制的那个位置上都会立即同时动作。

　　(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在1000ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般小于100ms。因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行

　　方式——扫描方式。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没什么区别了。

　　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。

　　图3.5PLC运行扫描图

　　(1)输入采样阶段

　　在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

　　(2)用户程序执行阶段

　　在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右，先上后下的顺序对由各触点构

　　成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的序对由各触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区内的状态；或者确定是否要执行该程序过程中，只有输入点在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

　　(3)输出刷新阶段

　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应外设。这时才是PLC的真正输出。比较下面

　　这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对M4的刷新；程序2要用四次扫描周期，才能完成对M4的刷新。

　　这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行的结果有区别。

　　程序1程序2当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

　　图3.6扫描周期流量图

　　2．PLC的I/O响应时间

　　为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电藕等技术。

　　为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

　　以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

　　所谓I/O响应时间是指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端的时间。其最短的I/O响应时间与最长I/O响应时间如图所示：

　　第（n-1）个

　　第n个扫描周期

　　第（n+1）个

　　扫描周期

　　扫描周期

　　输出刷新

　　用户程序执行

　　输入采样

　　输入采样

　　输出刷新

　　最短I/O响应时间

　　第n个扫描时间

　　第n+1个扫描周期

　　输入采样

　　用户程序执行

　　输出刷新

　　输入采样

　　用户程

　　输出刷新

　　序执行

　　最长I/O响应时间

　　图3.7I/O响应时间

　　以上是一般的PLC的工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映象刷新循环、程序执行循环和输出映象刷新循环已经各自独立工作，提高了PLC的执行效率。

　　1.中央处理单元（CPU）

　　中央处理单元（centerprocessunit,CPU）可比作PLC的大脑，是PLC实现信息处理和控制的关键部件，其性能的优劣直接影响PLC的技术性能指标。

　　(1)CPU的组成

　　CPU一般是由控制电路、运算器和总线等部件组成，这些电路一般

　　都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。

　　不同型号的PLC使用不同的CPU部件，制造厂家使用CPU部件的系统指令编写系统程序，并固化到只读存储器RAM中。CPU按系统程序赋予的功能，接收编者按编程器或计算机等编程工具输入的用户程序和数据，存入随机存储器RAM中。CPU按扫描方式工作，从规定着的地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停的周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。

　　(1)CPU的主要功能

　　①运行程序：PLC的程序存放于内存中，但程序运行却在CPU中。PLC运行时首先CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出行译码，最后，CPU执行指令规定的操作，如读取输入信号，取操作数，进行逻辑运算或算术运算，并将运算结果输出给有关部件。CPU运行程序是周而复始不断重复着的，这与PLC扫描工作方式是相适应的。若PLC设置在中断主程序转而执行中断服务程序。中断服务程序完成后，自动返回主程序。

　　②接受程序：PLC的系统程序由厂家提供并固化在CPU内部存储器ROM中，它除了能编译、运行用户程序以外，还对PLC进行上电初始化、I/O刷新及公共处理。用户程序由用户根据机械设备的生产工艺和控制要求进行编制并保存在ROM中。CPU通过系统程序对用户程序进行编辑或计算机来实现上诉过程。同时，有时还需要对系统的特殊功能进行设置，如将系统设置为具有中断控制、高速脉冲记数、高速脉冲输出、输入脉冲延时和捕捉等功能。CPU则根据系统设置来实现上诉功能。

　　部分PLC接受程序是通过编程来实现的。如西门子的PLC编程软件STEP5，即是通过组织块来实现分段程序的连接，通过功能来实现各种控制功能。

　　③系统监控：PLC除了可处于运行及编程状态外，还可设置成监控状态。此时，PLC即可实现对系统的监控，也可通过编程和计算机修改程序或改变程序。在这种状态下，PLC的CPU工作状态及接收编程器操作的功能。

　　2.存储器

　　存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑程序、逻辑变量和其他一些信息。系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序由PLC制造厂商相应的CPU指令系统来编写，并固化到ROM中。用户程序存储用来存放由编辑器或计算机输入的用户程序。用户程序是使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可通过编程工具进行修改。在PLC中主要使用两种类型的储存器，即ROM和RAM储存器，部分PLC也使用EEPROM和EPROM储存器。

　　(1)只读储存器ROMROM中的内容一般是由PLC制造厂家写入的系统程序，并且永远驻留。系统主要包括检查程序、编译程序和监控程序。PLC启动后，首先由检查程序检查PLC的各部分操作是否正常，并将检查结果显示给操作人员；然后编译程序将用户键入的控制程序变换成由微电脑指令组成的程序，并对用户的需要调用相应的内部程序。例如用编程器选择了程序工作方式，则监控程序就调入“键盘输入处理程序”，将用户输入的程序送到RAM中；若用编程选择运行工作方式，则监控程序将启动用户程

　　序。ROM的容量与PLC的复杂程序有关。

　　(2)随机储存器RAMRAM是可读写储存器。读出时，RAM中的内容不被破坏，而写入时，刚写入的信息就会覆盖原来位置上的信息。RAM中一般存入用户程序、逻辑变量、中间结果、最终运算结果及供内部监控、管理程序使用的系数数据等内容。用户程序是指选择编程工作方式时，用编程工具输入的程序经过预处理后，存入在RAM的低地址区。而逻辑变量则指在输出继电器、内部辅助继电器、保持继电器、定时器、移位电器等。一般PLC还开辟一定数量的数据区供数值运算，A/D，D/A，高速脉冲计数等功能。内部监控、管理程序也要使用部分存储单元存放系数数据。由于不同型号的PLC其储存器的容量是不同的，所以在技术说明书中，一般都会给出与用户编程和使用单元有关的指标，如输入输出继电器的数量、保持继电器的数量、内部辅助继电器的数量、定时器和记数器的数量、允许用户程序的最大长度等，这些指标都间接地反映了RAM的容量。RAM通常和锂电池配合使用，这样在断电时可起到对用户程序的保存作用。

　　(3)EPROM,EFPROM部分PLC还使用内置EPROM或外置EEPROM，EEPROM存储器用于存放用户程序，这样用户程序可实现“永久”保存，不会出现存储器采用RAM+锂电池结构时，随着锂电池电能的消耗，电量不足而出现用户程序丢失的现象。

　　3.电源部件

　　电源部件将交流转换成供PLC的中央处理器、存储器等电路工作需要的直流电源，使PLC能正常工作。PLC内部使用的电源是整机的供给

　　中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。

　　4.输入输出接口电路

　　这是PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按扭、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入借口电路将这些信号转换成中央处理器能够接收和处理的信号。输出接口电路将中央处理器送出的弱电控制信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控执行元件。

　　(1)输入接口的电路

　　输入接口的电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。

　　①光电耦合电路：采用光电偶合电路和现场输入信号相连的目的是防止现场的强电干扰进入PLC，也防止传导性干扰，从而起到对电信号的隔离作用。光电耦合电路的关键部件是光电耦合器，一般由发光二极管和光敏三极管组成。

　　②微电脑输入接口电路：它一般是数据输入存储器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，这些电路集成在一个芯片上。现场的输入信号通过光电耦合器送到输入储存器，然后通过数据总线送给CPU。

　　(2)输出接口电路

　　PLC的输出接口电路是一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成。微电脑输出接口电路一般由输出数据储存器、选通电路和中断请求电路集成而成。CPU通过数据总线将要输出的信号放到输出储存器中，并通过光电耦合器隔离后输出。功率放大电路是为了适应工业控制的要求，将PLC的输出信号加以放大。PLC一般采用继电器输出,部分PLC采用晶闸管输出。

　　①继电器输出电路：负载电源由用户提供，可以是交流也可以是直流，视负载情况而定。继电器输出电路抗干扰能力强，负载能力大（工作电流可达2-5A），但信号响应速度较慢，其延迟一般为8-10ms。

　　②晶闸管输出电路：负载电源由用户提供，只能是直流。晶体管输出电路负载能力较大（工作电流仅1A左右），其响应速度较快，延迟一般为导通1-2ms，关断8-10ms。

　　③晶体管输出电路：负载电源由用户提供，只能是直流。晶体管输出电路负载能力小（工作电流仅为0.3-0.5A），但响应速度快，其延迟一般为0.5-1ms.除了上面介绍的这几个主要单元以外，PLC上还配有各种与外围设备连接用的并行、串行接口，通常用插座引出到外壳上，可通过电缆或通过底板方便的配接编程器、计算机、打印机、触摸屏、显示器以及A/D，D/A，高速计数等模块。

　　4切纸机的PLC控制系统设计

　　4.1PLC的环境技术条件设计

　　1.由于PLC是直接用于工业现场控制装置，在设计制造时，充分考虑了它的环境适应性，它具有在恶劣技术条件下可靠工作的性能。但是，每种PLC都有自己的工作环境技术条件，用户在选用时，特别在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。在设计、安装时尽可能地改善可编程器的现场工作环境，达到延长其工作命，提高系统的可靠性的目的。

　　一般PLC及外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列工作条

　　件下可靠地工作：

　　湿度：相对湿度为5%—95%（无凝结霜）：

　　震动和冲击：满足国际电工委员会标准：

　　电源：220V交流，允许变化上下15%频率47~53HZ，瞬间停电保持为10ms；

　　周围空气：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体。

　　2.环境条件对PLC的影响

　　(1)温度的影响：晶体管和电阻电容等外部电路都是由半导体集成电路（简称IC）、晶体管和电阻电容等元件构成的，温度的变化将直接影响这些元件的可靠性和寿命。温度高时容易产生下列问题：IC晶体管等到半导体器件性能恶化，故障率增加和寿命降低：模拟回路的漂移变大，精度降低等。如果温度偏低，除模拟回路精度降低外，回路的安全系数也会变小，超低温时还可能引起控制系统的动作不正常。别是温度的急剧变化（高低温冲击），由于电子器件热胀冷缩，更容易引起电子器件的恶化和温度特性变坏。

　　(2)湿度的影响：在湿度大的环境中，水分容易通过模块上IC的金属表面进内部，引起内部元件的恶化，印刷板可能由于高压或高电流而引起短路，干燥的绝缘物体上可能带静电，特别是MOS集成电路，由于输入阻抗高，可能会因静电感应而损坏。控制器不运行时，温度、湿度的急剧变化，会引起结露，结露后会使绝缘电阻大大降低，容易引发高压的泄露，使金属表面生锈，从而导致绝缘恶化，特别是交流会20V，110V的I/O模块，由于绝缘的恶化，可能产生预料不到的事故。

　　(3)振动和冲击的影响：一般PLC能耐的振动和冲击频率为10~55HZ，振幅为0.5mm,加速度为2g,冲击为10g。超过这个极限时,可能

　　会引发电磁阀或断路器误动作、机械结构松动、电气部件疲劳损坏以及连接器的接触不良等后果。

　　(4)周围空气的影响：周围空气中不能混有尘埃。导电煤炭煤田粉末、腐蚀性气体、水分，油分、油雾、有机溶剂和盐分等，否则会引起下列不良现象：尘埃可引起接触部分的接触不良，或使滤波器的网眼堵住，使盘内温度上升；导电性粉末可引起误动作，绝缘性能变差和短路等；油和油雾可能会引起接触不良和腐蚀塑料；腐蚀性气体和盐分可能引起印刷电路板的底部或引线腐蚀，造成继电路或开头的可动部件接触不良。

　　3.控制系统环境设计

　　由上面的分析可知，环境条件对PLC控制系统可靠性影响很大，为此，必须针对具体应用场合采取相应的改善环境措施。下面是几种常用、可行的有效措施。

　　(1)高温设计处理：如果控制系统的周围环境温度低于极限温度五十五摄氏度，必须采取下面的有效措施，迫使环境温度低于极限值。

　　①控制盘、柜内设置风扇或冷风机，通过滤波器一起把自然风引入盘、柜内。由于风扇的寿命不长，必须和滤波器一起定期检修，使用冷风机时注意不能结露。

　　②控制系统置于有空调的控制室内，降低工作环境温度。开展系统不能直接放在日光下。

　　③PLC主控制器的安装应考虑良好的通风和散热，主控制器的上下左右都要留有不小于50mm的距离，各I/O框架之间应有足够的空间，用于通风、散热和信号的进出。I/O模块配线时要按规定和标准使用导线槽，以免妨碍通风。Iv安装时要把发热休，如电阻器或电磁接触器等远离主控制器，或者把主控制器安装在发热体的下面。同一框架内的电源

　　模块要远离PLC主控制器安装。一般化情况下，PLC主控制器与电源模块分别安装在框架的两端。

　　(2)低温设计处理

　　①在控制盘、柜子内设置加热器，冬季时通过使用吵架热器，可使盘、柜内温度保持在零摄氏度以上或在十摄氏度左右。设置加热时要选择适当的温度传感器，以便能在高温自动切断加热电源，低温时自动接通电源。

　　②停运时，不切断控制器和I/O模块电源靠其自身的发热量使周围温度升高，特别是夜间低温时，这种措施是有效的。

　　③骤变化的场合，不要打开控制盘、柜的门，以防冷空气进入。

　　(3)湿度设计处理

　　①将控制盘、柜设计成密封型，并且放入吸湿剂。

　　②把外部干燥的空气引入控制盘、柜内。

　　③印刷板上再覆盖一层保护层，如喷松香水等。

　　④在湿度低，即干燥的场合进行检修时，人体应尽量不接触模块，以防感应电损坏器件。

　　(4)防振动和防冲击措施。在有振动和冲击时，应弄清振动源是什么，以便采取相应的防振措施。

　　①如果振动来自控制盘、柜外，可相应的控制盘、柜采用防震橡皮，以达到减震目的。同时也把控制盘、柜设置在远离震源的地方。

　　②如果振动来自控制盘、柜内，则要把产生振动和冲击的设备、柜移走，或单独设置盘、柜。

　　③紧靠主控制器或I/O模块印刷板、连接器等可能产生松动的部件或器件，连接线也要固定牢靠。

　　(5)空气设计处理。如果周围环境空气不清洁，可采取下面一定相应措施：

　　①将控制盘、柜采用密封型结构。

　　②在控制盘、柜内打入高压清洁空气，使控制盘、柜内形成一定压差，使外界不清洁空气不能进入控制盘、柜内部。

　　③印刷板表面涂一层保护层,如松香水等。

　　上诉措施都不能保证绝对有效，根据需要可采用综合防护措施。

　　4.2切纸机的加工工艺过程

　　纸张切割机的加工工艺如下：

　　①启动设备，切割机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置。

　　②导辊停止导纸，当纸板完全静止在切割机上预定的位置时，切纸刀车开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停机。

　　③导辊向接纸传送切割完毕的纸板。

　　④送纸结束，切纸机导辊又恢复高速等待纸机下一副纸板的到来。刀车再由另一侧向原方向运动进行下一次切割过程，如此反复。

　　4.3切纸机的控制要求

　　（1）导辊的速度由主传动电机控制。主传动电机是YCT-4型三相交流电磁调速电动机。调速器外装两只电位器，当导辊从造纸机上接纸板时，为了顺利从造纸机上接到纸板，根据纸板的密度，原料和定量的不同情况，导辊线速度要比造纸机上纸板传输速度高1%-5%。由电位器W1设定。当导辊向接纸台传递已切割完毕的纸板时，由光电管E2发出切割完毕的信号，经继电器Z5，Z9使调速器和电位器W2投入，由电位器W2设定。

　　（2）当纸板切割机导辊从造纸机上接到纸板传到预想的位置时，由光电管E1向时间继电器SJ2发出信号,经过中间继电器K1,控制继电器Z3,Z8及C4.调速器与电位器W1同时发出零速度信号，导辊停止导纸。

　　（3）导辊停止后纸板在导纸辊上仍然存在惯性滑动,由时间继电器SJ2的延时作用来调节纸板的位置.当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时,由时间继电器SJ3向切纸刀车发出切割开始的命令,刀车电机MZ与切刀电机M3、M4、M5同时启动,切割纸板。当刀车离开纸板，运动到光电管侧端后,由光电管发出切割完毕信号,刀车电机与切刀电机均断电停机。送纸结束后,主传动输出恢复高速,由于时间继电器SJ1延时时间达到,接点断开,继电器Z6、Z7失电,使K1失电,Z9、C4得电。由调速器和电位器W1投入来实现。

　　4.4PLC型号的选择

　　由继电器控制的电路图可知,该纸板切割机的控制装置的输入器件有9个,输出器件有8个,故选用F2-20MR型PLC即可完全满足要求。

　　该PLC是日本三电器工司生产的。输入点数是12,输出点数是8；输入继电器有12个,是X400-X407和X410-X413；输出继电器有8个,是Y430-Y437；辅助继电器有28个,是M100-M127；定时器有8个,是T450-T457。

　　图4.1PLC系统I/O点分配示意图

　　原电路所用器件

　　名

　　称

　　型

　　号

　　符

　　号

　　数

　　量

　　注

　　释

　　断路器

　　断路器

　　DZ47-69/25DZ47-60/15ADZ47-60/29ADZ47-60/5ADZ47-60/3ACJX1-16/22NC1-1210CJX12/22JZC1-44JQX-10/220e1e2113P3P断路器

　　断路器

　　断路器

　　接触器

　　接触器

　　接触器

　　中间继电器

　　电磁继电器

　　e3e4e5C1C2C3C4C5Z1Z2Z4Z5111122243P2P2PAC220VAC220VAC220VAC220V11脚

　　V电磁继电器

　　电磁继电器

　　按钮

　　按钮

　　按钮

　　按钮

　　控制变压器

　　整流桥块

　　半导体信号灯

　　光电开关

　　辅助触头

　　制动器

　　线圈

　　时间继电器

　　时间继电器

　　配电箱

　　原来号

　　Z

　　Z6Z3Z7Z8Z9k1-k3TAQAQA1-QA3XZBDXHE1-E3C2C3BZBZSJ1SJ2-SJ325113111132111218脚

　　11脚

　　10A/100V红

　　AC380VAC220VDC24V

　　JQX-10/220VJQX-10/24VNP2-BA42NP2-BA31NP2-BA21NP2-BA25BK-25VA

　　AD11-22E1-D10B3F413TJZ-200Mzd1-200JSS26/220VST3PA/24V800*600*250由PLC代替号

　　M10Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7K1K2K3SJ1SJ2SJ3M101M102M103M104M105M106M107M108M109M110T450T451T4525设备布置图及程序说明

　　5.1设备布置图

　　图5.1设备布置图

　　图5.2设备接线图

　　5.2程序设计要求及程序说明

　　5.2.1编程方法及编程规则

　　在对PLC进行编程的实际过程中大体可归纳出四种编程方法：经验编程法、解析编程法、图解编程法及计算机辅助设计法。无论用何种方法,最主要的是经常编、经常练，才能提高自己的编程水平.人的经验积累到了一定的程度就会产生质的变化,那就是熟能生巧。PLC编程也一样,多编程可使已有的经验“升华”,进而能够进行创造性的编程。掌握PLC编程方法能够充分发挥PLC的功效,因而不因编程的问题制约PLC的应用。

　　1.经验编程法

　　所谓经验编程法就是利用自己和别人的经验进行编程。通常在编程前选择一定数量的“参考程序”,并结合实际控制系统的具体情况,对“参考程序”逐一修改,直到满足自己系统的控制要求。“参考程序”一般为与自己

　　系统的控制性能相似的一个或若干个成功的程序,也可以是一些具体典型功能的标准程序。在实际工作过程中,可以有意识地收集和积累这些“参考程序”,从而不断地丰富自己的实践经验,提高自己的编程能力。

　　2.解析法

　　可编程控制器是逻辑控制,实际上是逻辑问题的综合。所以,可以根据组合逻辑与时序的理论,运用相应的逻辑运算的解析方法,对其进行逻辑关系的求解。然后,再根据求解的结果,转化成相应的用户程序,如梯形图或助记语言程序。用解析法进行编程,逻辑关系比较严密,可以运用一定的标准算法,使程序优化,并可避免程序的盲目性,是较有效的编程方法。

　　3.图解法

　　图解法是通过画图的方式实现PLC的程序设计。常用的图形编程方法主要有三种:梯形图法、波形图法及流程图法。

　　梯形图法是一种最基本的图形编程方法。无论采用经验编程法还是解析法,都可把PLC控制程序转换成梯形图来表达,并通过计算机传输给PLC。梯形法是目前使用最多的一种编程手段。波形图法很适合设计与时间有关的各类控制系统。它先把相应的输入、输出信号的波形图画出,然后再依据时间顺序用逻辑关系组合,就查容易地把电路设计出来。

　　流程图是用框图来表示程序的执行过程及输入条件与输出响应之间的关系,在PLC进行流程控制时(一般PLC中称步进控制),用流程图进行程序设计就显得很方便。

　　图解法与解析法不能截然分开。往往在使用解析法时也要用画图手法,而在用图解法编程时也要列出函数,只是这两种方法各有其侧重点。

　　4.计算机辅助设计

　　PLC可通过上位连接单元或通信接口等与个人计算机进行连接和通

　　信,并应用个人计算机与计算机辅助编程软件进行联机辅助编程。目前PLC的计算机辅助编程软件主要编制梯形图和助记符语言程序，其特点是可在计算机屏幕上显示所设计的梯形图，设计过程直观明了。编制好的程序可通过相关软件将其转换并传送到PLC中。目前，计算机辅助编程软件都有编程和监控的功能。

　　计算机辅助设计是PLC程序设计的发展方向。随着可编程控制器更加广泛的应用和计算机技术的进步，使用也会越来越多，方法也会越来越完善。

　　对已编好的可编程控制程序，评价其好坏有一定的困难。但在编制PLC用户程序一般遵循基本编程原则，编程的基本原则大体有这样几个方面：

　　1.正确性

　　对于PLC程序而言,最基本的要求是正确。一个程序必须经过实际检验,以证明其运行时的正确性,这是对可编程控制器程序的最基本要求。如果这一点没做到,其它方面就无从谈起。为了使程序逻辑正确实用,必须正确规范地使用各种指令,正确合理地使用各类内部器件,一些程序出错大多与这两个方面有关。

　　正确使用指令与准确理解指令的相互关系必须对每条指令,特别是对高级指令和特殊功能指令的含义和使用条件有全面的了解,必要时可通过编写一些实验性小程序对一些不清楚的指令作些测试力求完全弄清楚。值得注意的是,同一条指令,由于PLC的出厂批次不一样,在个别情况下,一些细节可能不完全一样。

　　其次,有的指令执行一次就可以了,用多了反而不行,大多数指令可多次执行。有的指令在子程序中和在主程序中执行情况可能性不一样，有

　　的指令在中断子程序中不能使用等等,这些细节要弄清楚,不弄清楚也很容易出错。

　　内部器件的正确使用也是很重要的。如有的器件有掉电保护功能,而有的器件没有这个功能。要做到需要掉电保护的一定要用有掉电保护的器件反之则不必使用。定时器、计数器前面的号(随机型而异)有的PLC小于是15号的可中断计时,可用于精确计时。需要精确计时,若用的不是能中断工作的定时器则其计时精度无法保证。

　　准确使用指令,合理使用内部器件是保证所编PLC程序正确性的一个重要因素。在编写过程中还应避免出现逻辑矛盾和其它的低级错误。总之,程序的正确性是可编程控制器设计最基本的要求。

　　2.可靠性

　　用户所编程序不仅要正确而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作状态下的稳定性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下或合乎逻辑要求的操作情况下能正常工作，但当出现非正常工作情况（如临时停电，又很快再通电）或进行非法操作（操作工作人员不按规程操作）后程序就不一定能正常工作了。这种程序就不太可靠或者说稳定性不太好，即它不是一个好的PLC程序。

　　一个好的PLC程序应能对非政党工作情况的出现予以识别，并能使其与正常状态予以衔接，可使程序能对各种非正常工作情况予以应对。如PLC程序应能对各种非法操作予以拒绝且不留下痕迹，只接受已定义了的合法操作，实现的方法是通过PLC内部器件的记忆功能和程序连锁来实现。对于临时停电问题，可通过PLC的一些具有掉电保护的内部器件的记忆功能，在断电时对工作状态、系统参数、中间数据等必须记录的状态予以保存（即断点保护）。这样即使出现临时断电，PLC也能在复

　　电后从断点衔接并继续执行后续的控制过程。

　　连锁是拒绝非法操作最常用的控制手段,继电器控制电路常用这种方法。如在控制两台电机工作时,要求两台电机不能同时运行。此时,两个启动按扭同时按下显然是非法操作。PLC在实现类似控制时也可以借鉴和采用这些方法。

　　总之,为保证PLC的正常工作,使PLC能应付各种非正常的突发事件提高在实际应用中的可靠性,是非常重要的。

　　3.合理性

　　PLC程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能地使使用程序简短；二是应尽可能缩短扫描周期,提高输入、输出响应速度。

　　程序是否简短一般可用完成同一功能的PLC程序所用的指令条数来衡量。所用的指令条数越少,程序自然就越短。简短的程序可节省用户存储区,并在大多数情况下可缩短扫描周期,提高输入、输出响应速度,提高程序的可读者性。要想使PLC程序简洁,条理清楚。从大的方面来讲,必须优化程序结构,按功能划分,用流程控制指令简化程序；从小的方面来讲,必须合理正确地使用各类指令,常用功能强的一条指令取代由功能单一的多条指令组成的相同功能的程序,同时还应注意指令前后次序的安排等。

　　在大多数情况下,程序简短可以缩短PLC运行的扫描周期,但简化程序与缩短扫描周期并不完全是一回事。虽然PLC的扫描周期与程序中的指令条数有关，不同指令的执行时间也大不相同，有时相差很大。有的指令在逻辑状态为ON的执行时间在与OFF时的执行时间也不同。另外，当程序中使用多个流程控制指令时，就不是所有指令都要执行。上诉种种原因可见，要推测PLC在一定控制程序下的扫描周期是困难的,对扫描时间的计算也是比较复杂的。缩短扫描时间的关键是用好流程控制指令,

　　按照实际控制情况确定一些必须执行的指令和按功能进行流程控制的程序块,并合理使用各类指令,尽可能使程序的平均扫描时间、最大扫描时间缩短。这样可提高PLC的响应速度,提高其他高功能模块的工作可靠性。

　　4.可读性

　　要求设计的程序可读性好,是指程序要层次清晰,结构合理,指令使用得当,并按模块化、功能化和标准化设计。在输入、输出点及内部器件的分配和使用上要有规律性，还应在一些功能及特殊指令边作一些注释,便于记忆和理解。一个可读性好的程序不仅便于设计者加深对程序的理解,便于修改和调试,而且,还便于使用者读懂程序,便于调整功能和日常维护。

　　可读性在程序设计开始时就应加以重视。一般初期编制出的程序可读性并不很理想,因为,在对程序进行修改,调试的过程中,指令的增减,内部器件使用的变化,可能使原本比较清晰的程序显得更凌乱,因此对经过修改且已通过调试的程序,还应对其部分指令进行局部调整，整体结构进行全面整理，使程序更具可读性，更易于理解。通常一个正确性、可靠性、合理性等方面好的PLC程序其可读性一般也比较好。PLC程序设计者经过多次编程实践并在编程时注意上诉各方面,就一定能编出较高质量的程序。

　　5.可塑性

　　所谓程序的可塑性是指对已设计好的程序,当控制方案稍做改动时,只需在原有程序的基础上略做修改即可实现新的控制要求。程序容易修改或控制方案容易改变是PLC的一大特点。因此PLC可广泛地应用于各种控制场合,特别适合灵活多变的控制系统中应用。

　　程序的可塑性应体现在程序是否具有弹性的留用余地上。程序设计初期,在充分理解生产工艺和控制要求的基础上,考虑程序的结构安排和

　　PLC结构器件的合理分配及指令的正确使用。为此要使程序尽可能循环渐进尽可能采用步进控制的方法，一个动作到另一个动作的转换控制来一步步实现。更改时，只需更改步的内容，而不必改变整个逻辑。参数的设定尽可能用间接方法，如实现时间控制的定时器，其时间常数不直接设定，用指定某内存单位的内容来设定这个内容单元的内容就可以了，较灵活。另外，在选用指令时，注意了上诉这些问题，设计出一个可塑性较强的程序是完全可能的。通常来讲，一个结构布局合理，线条层次清晰，指令应用正确，器件分配得当的PLC控制程序,其正确性、可靠性、合理性、可读性及可塑性均较好。

　　5.2.2程序说明

　　(1)

　　梯形图：