全自動捆鈔機(jī)設(shè)計 說明書

1、引言隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國現(xiàn)鈔流通量規(guī)模巨大。在銀行流通業(yè)務(wù)中，紙幣回籠捆扎歷來是一項十分繁重的工作，在上世紀(jì)七、八十年代，國內(nèi)曾先后研制了“手動式液壓捆鈔機(jī)”、“手搖式棘輪捆鈔機(jī)”、“電動捆鈔機(jī)”等，初步實現(xiàn)了紙幣捆扎前的壓緊工序機(jī)械化，但紙幣捆扎仍由人工進(jìn)行。國內(nèi)的捆鈔機(jī)主要分為3 類。第一類是機(jī)械式的, 即通過杠桿、螺旋或液壓機(jī)械按壓后由手工捆扎, 其工作人員勞動強(qiáng)度較大, 且操作不規(guī)范。第二類是半自動的, 即用電腦控制實現(xiàn)其中連續(xù)的1 個或2 個動作, 然后在工作人配合下完成捆鈔。第三類是全自動的, 由工作人員把捆扎的現(xiàn)金放在工作臺上, 按下自動捆扎鍵后, 自動捆鈔機(jī)將完成全部動

2、作。采用全自動方式可以真正地把操作人員從重復(fù)勞中解放出來,同時大大提高效率。目前金融部門用的捆鈔機(jī)大部分是三點式半自動捆鈔機(jī)。自動捆鈔機(jī)的總體設(shè)計 自動捆鈔機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計2.1.1 壓緊部分 在設(shè)計自動捆鈔機(jī)的過程中,首先遇到的問題就是捆松散的紙幣壓到多大壓力以后再進(jìn)行捆扎,才能使打出的紙幣捆由于紙幣的彈性恢復(fù),并可使捆扎帶緊緊地扎在紙幣捆上,從而使紙幣捆結(jié)實牢固。摔不散，抽不出，達(dá)到捆扎目的。壓緊機(jī)構(gòu)的作用就是利用壓力壓緊紙幣。在此采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)。如圖1示。圖1 壓緊機(jī)構(gòu)的組成 送帶與抽帶部分 在這個部分由帶盤軸帶動帶盤反向轉(zhuǎn)動，使抽回的袋子重新纏繞在帶盤上，而且繼續(xù)反轉(zhuǎn)使帶子抽緊，起到

3、張緊作用。當(dāng)達(dá)到一定的張緊力后，才發(fā)出信號使左壓頭上升壓住帶尾。帶盤軸的轉(zhuǎn)動由送帶軸經(jīng)過皮帶輪傳動。如圖2示。采取這種方法，需要解決以下問題:1)帶盤在送帶過程中，沒有動力，隨帶運動；而自抽帶張緊過程中，需要動力傳動作反向轉(zhuǎn)動。2)帶盤軸在抽帶張緊時，在張緊力范圍內(nèi)，帶盤與帶盤軸之間不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。在帶盤張緊帶子的瞬間，防止電動機(jī)過載破壞。為解決第一個問題，我們把傳動帶盤軸的皮帶輪做成只做單向傳動的分輪形式，即把分輪鑲嵌在皮帶輪內(nèi)。這樣，在送帶過程中，分輪的外殼轉(zhuǎn)動，但并不把運動傳動給內(nèi)圈，帶盤軸不主動轉(zhuǎn)動，只是送，抽帶滾輪送帶，帶子拉著帶盤隨動；抽帶張緊時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，分輪起作用，帶盤軸反轉(zhuǎn)，

4、起抽帶張緊作用。為解決第二個問題，我們利用兩個錐形輪支撐帶盤，并用螺母擰緊，這樣就確保了帶盤與帶盤套之間的同步運動，確保了帶盤套在隨動帶盤軸反轉(zhuǎn)進(jìn)行抽帶與張緊過程中不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。為解決第三個問題，我們把帶盤軸做成分離的兩部分即帶盤軸部分和帶盤套部分，兩部分之間靠彈性摩擦力傳動，摩擦力的大小可以用彈簧和鎖緊螺母調(diào)節(jié)。在沒有達(dá)到張緊力時，帶盤軸部分利用摩擦力把運動傳給帶盤套部分，帶動帶盤反方向轉(zhuǎn)動抽帶并張緊；在達(dá)到所需的張緊力時，電動機(jī)可以繼續(xù)帶動帶盤軸部分轉(zhuǎn)動，這時電動機(jī)克服的仍是張緊力，從而防止了過載損壞，如圖3所示。圖2 帶盤軸傳動示意圖圖3 帶盤軸部分機(jī)構(gòu)示意圖 凸輪部分 這部分是捆鈔

5、機(jī)的最主要部分。主要完成壓帶頭，壓帶尾，燙合，切斷四個過程。由四個凸輪完成。自動捆鈔機(jī)的工作過程與控制部分的設(shè)計自動捆鈔機(jī)的工作過程可表示為：壓緊紙幣、送帶右壓頭上頂抽帶左壓頭上頂隔離臂退出、燙頭進(jìn)燙合燙頭退出切斷帶隔離臂進(jìn)。 自動捆鈔機(jī)的實現(xiàn)過程如下：1)將現(xiàn)鈔放在工作臺上，按下自動捆扎鍵，壓緊電機(jī)開始動作，將現(xiàn)鈔壓緊。當(dāng)檢測到現(xiàn)鈔被壓緊時，壓緊電機(jī)停止工作。2)在此同時啟動進(jìn)帶電機(jī)，進(jìn)帶電機(jī)開始進(jìn)帶，當(dāng)帶頭碰到帶道上的進(jìn)帶到位行程開關(guān)時，進(jìn)帶電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。3)送帶到位并且壓板也壓到位后，凸輪電機(jī)啟動，使右壓頭上頂，壓住帶頭，由發(fā)訊凸輪壓下右壓頭到位行程開關(guān)，凸輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。4)右壓頭壓緊

6、帶頭，進(jìn)帶電機(jī)反轉(zhuǎn)抽帶，帶子被抽緊后，抽帶到位行程開關(guān)發(fā)信號。5)帶子抽緊以后，左壓頭上頂，壓住帶尾；隔離臂退出，燙頭隨之進(jìn)入帶縫中，加熱燙合；中壓頭上行，切斷帶尾，壓實燙合面；凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至初始位置，并由發(fā)訊凸輪壓下?lián)嵛啃谐涕_關(guān)發(fā)訊。6)壓緊電機(jī)反轉(zhuǎn)，提起上壓板，延時后停止，完成一個工作循環(huán)。圖4自動捆鈔機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 自動捆鈔機(jī)采用PLC控制共有五個輸入點，分別是:復(fù)位，壓力到行程開關(guān)，進(jìn)帶到位行程開關(guān)，右壓頭到位開關(guān)，抽帶到位開關(guān)。有五個輸出點，分別是：凸輪正傳，壓板下壓，壓板退回，進(jìn)帶電機(jī)正傳，進(jìn)帶電機(jī)反轉(zhuǎn)。 自動捆鈔機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 凸輪的設(shè)計機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過

7、某一角度時，推桿完成一行程，對推桿的運動規(guī)律無嚴(yán)格要求因此凸輪推桿的推程部分和回程部分可采用等速運動，如下 圖5 推桿運動角度與位移關(guān)系凸輪機(jī)構(gòu)可采用四個推桿，即右壓頭推桿、左壓頭推桿、燙頭和隔離臂推桿、切斷推桿。各推桿的位移隨角度的變化規(guī)律(即凸輪的運動規(guī)律)如下圖所示右壓頭位移曲線隔離臂位移曲線左壓頭位移曲線燙頭位移曲線切斷推桿位移曲線圖6 推桿位移曲線 推桿的設(shè)計推桿按其形狀可分為三種：（1）尖頂推桿，這種推桿的構(gòu)造最簡單，但易磨損，所以只適應(yīng)于作用力不大和速度較低的場合。（2）滾子推桿，這種推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力，滾子常用特制結(jié)構(gòu)的球

8、軸承或滾子軸承。（3）平底推桿，這種推桿的優(yōu)點是凸輪于平底的接觸面易形成油膜，潤滑較好，所以常用于告訴傳動中。本設(shè)計所用的推桿因所受作用力不大，速度較低，故尖頂推桿即可滿足要求，所以采用尖頂推桿，但由于其磨損較重，其頂尖可不做成純尖的，而是有點平底。 軸的設(shè)計軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其功能主要是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力，因此大多數(shù)軸都要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。不難看出，本次設(shè)計所涉及的凸輪軸在工作時既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，這也是機(jī)器中最常見的轉(zhuǎn)軸。軸的材料主要是合金鋼和碳素鋼。碳素鋼比合金鋼廉價，對應(yīng)力集中的敏感性小，又可通過熱處理提高起耐磨性和疲勞強(qiáng)度，故應(yīng)用較為廣泛，其中最常用的是45

9、號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，這也是本次設(shè)計采用它的原因。為保證力學(xué)性能，一般應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)和正火處理。許用應(yīng)力的計算： （3-1） 寫成設(shè)計公式為： （3-2） 式中：切應(yīng)力，MPa； T軸所受的轉(zhuǎn)矩，Nmm； 軸的抗扭截面系數(shù)，mm3； 軸的轉(zhuǎn)速，r/min； 軸傳遞的功率，kW； 軸的計算直徑，mm； 許用切應(yīng)力，MPa； 與軸材料有關(guān)的系數(shù)。和值見表1，對于受彎矩較大的軸宜選用較小的值，反之取較大值。 表1 軸的材料與和C值軸的材料Q235，20Q255，Q275，354540Cr等（MPa）12-2020-3030-4040-52160-135135-118118-106106-98（注意：上式求出的直

10、徑，只宜作為承受轉(zhuǎn)矩作用的軸段的最小直徑。當(dāng)軸上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強(qiáng)度的削弱。當(dāng)直徑100mm時，單鍵應(yīng)增大3%7%，雙鍵應(yīng)增大10%15%。當(dāng)直徑100mm時，單鍵應(yīng)增大3%，雙鍵應(yīng)增大7%。最后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。）本設(shè)計中，為13KW，取35，（這里3000為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速）代入有 ： （3-3）由于有單鍵，且mm，故有 （3-4）其強(qiáng)度簡圖和計算如下：結(jié)構(gòu)圖軸受力簡圖水平面受力水平面彎矩垂直面受力 垂直面彎矩合成彎矩轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩圖7 軸的強(qiáng)度簡圖由水平受力圖，可計算出：支點反力 （3-5）C點彎矩 （3-6）D點彎矩 （3-7）由垂直面受力圖可得：支點反力 （3-

11、8） （3-9）C點彎矩 （3-10）D點彎矩 （3-11）求合成彎矩：C點合成彎矩 （3-12） D點合成彎矩 （3-13）C、D處當(dāng)量彎矩：C處當(dāng)量彎矩 （3-14）D處當(dāng)量彎矩 （3-15）校核軸的強(qiáng)度：根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定C、D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。當(dāng)鋼為45，=640Mpa，用差值法得。C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （3-16）D截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （3-17）故兩截面都安全。3.1.4 鍵的選擇鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的軸向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導(dǎo)向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接，半圓鍵連接，楔鍵連接和切向鍵連接。其中平鍵州的普通平鍵連接最

12、為常用。本次設(shè)計凸輪軸上的鍵即為A型普通平鍵。它是放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩方面，前面已經(jīng)講過凸輪軸選擇A型普通平鍵。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬bx鍵高h(yuǎn)表示）與長度l，鍵的截面尺寸bxh按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尖的長度l一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短語輪轂的長度。根據(jù)以上鍵的尺寸選擇方法，可選擇四個鍵的長度分別為22mm、10mm、10mm、10mm、10mm。其bxh分別為4x4、5x5、5x5、5x5、5x5。 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器類型的選擇應(yīng)由工作要求決定。對與中小型減速器，輸入軸、輸出軸均可采用彈性柱銷

13、聯(lián)軸器，它加工制造容易，裝拆方便，成本低，能緩沖減振。輸入軸如果與電動機(jī)相連，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，可選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。對于按照對中困難的低速重載軸的連接，可選用齒輪聯(lián)軸器，但是制造困難，成本較高。對高溫、潮濕或多塵的單向傳動，且有一定角位移時，可選用滾子鏈聯(lián)軸器。聯(lián)軸器型號按所連接兩軸的尺寸要求選擇，要求所選型號聯(lián)軸器允許的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小于計算轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計采用LX型彈性柱銷聯(lián)軸器。3.1.6 軸承的選擇與校核a)初選軸承型號因為軸承承受徑向載荷，選用徑向接觸軸承中的深溝球軸承，深溝球軸承摩擦因數(shù)小，允許極限轉(zhuǎn)速高，價格低廉，應(yīng)用廣泛。根據(jù)軸頸選用6202軸承，選用脂潤滑方式，查GB/T276得

14、軸承的性能參數(shù)為：C=1.05KN，=2.55KN，=18000r/min。b)壽命計算1）當(dāng)量載荷 （3-18） 由于軸承不受軸向載荷，所以軸承的軸向載荷=0，查表得X=1，Y=0，=1.1。故 （3-19） （3-20）,且軸承1.2有同型號，尺寸相同的，故對軸承2進(jìn)行壽命計算即可。=1274N (3-21)2）計算軸承壽命= (3-22)= (3-23)式中=3c)極限轉(zhuǎn)速計算 (3-24)C/=10500/1274=80 (3-25)=arctan（）=0 （3-26）查表得 載荷系數(shù) 載荷分布系數(shù) 故 18000=18000 （3-27） 計算結(jié)果表明，選用6202型深溝球軸承能滿足

15、要求3.1.6 電機(jī)的選擇由于凸輪機(jī)構(gòu)在一個周期內(nèi)僅轉(zhuǎn)一周，且不連續(xù)轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)過一定角度要停止，待時間合適時再轉(zhuǎn)過一定角度，并且每次轉(zhuǎn)過的角度為一定值，故可考慮選擇步進(jìn)電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。伺服系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機(jī)有快速步進(jìn)電機(jī)和功率步進(jìn)電機(jī)?？焖俨竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距一般為：0.007NM-4NM?？梢杂脕砜刂菩⌒偷臄?shù)控裝置。功率步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距一般為：5NM-40NM。可以直接用來驅(qū)動大型的數(shù)控裝置。此外，按勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等。相數(shù)越多步距角越小，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。

16、在本次設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)選擇型號為BYG系列永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，其型號可選擇86BYG001，其主要參數(shù)如下： 電壓：28V 相電流：最大靜轉(zhuǎn)矩：1170M/mN.m 分配方式： 空載啟動頻率：950step/s 送抽帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計3.2.1 送抽帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 對于這一部分的設(shè)計，總體設(shè)計部分已經(jīng)有過詳細(xì)分析，在此不再過多介紹。 3.2.2 送抽帶機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇每個循環(huán)的送帶距離應(yīng)約等于帶道的整個周長，帶道周長為300*2+2*3.14*100=1228，故可取送帶距離為1250，其送帶過程按預(yù)期計劃須在2s完成，所以V=S/T=1250/2=625/s由于送帶滾輪電機(jī)僅作送、抽帶用，而不帶動

17、負(fù)載運動，故所需功率較小，可選YU系列的YU7114型電動機(jī)，其額定功率萬惡120W，轉(zhuǎn)速n=1400r/min，所以/60=144rad/s, R=V/W=,為使其整個結(jié)構(gòu)具有一定的可靠性，可采用增大滾輪直徑的方法來提高速度，時間未到時可采用控制方法令其延時，因此可取R=8mm。YU7114型電動機(jī)的主要參數(shù)如下：額定功率：120W 同步轉(zhuǎn)速：1500r/min 額定電流： 轉(zhuǎn)速：1400 r/min 壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計壓緊機(jī)構(gòu)合理行程的確定為了獲得紙幣厚度與壓力變化的第一手?jǐn)?shù)據(jù),在壓力機(jī)上做了實驗。用壓力機(jī)對紙幣從0kN 開始, 每間隔0.5N 施加不同壓力,測出不同壓力下對應(yīng)的紙幣厚度。開始

18、用5 元新紙幣做了3 次實驗,實驗數(shù)據(jù)見表1 。圖8 紙幣厚度隨壓力變化曲線表2 不同壓力下紙幣的厚度根據(jù)表1 數(shù)據(jù),繪制了紙幣厚度隨壓力變化的關(guān)系曲線。后來又用不同面額、不同新舊程度的紙幣做了實驗,發(fā)現(xiàn)其厚度隨壓力變化的關(guān)系都符合圖5所示的曲線。從圖可以看到,當(dāng)壓力達(dá)到1215kN 時,紙幣厚度壓到91mm。這時,即使再增大壓力,其厚度也不再發(fā)生變化,所以,我們把行程開關(guān)2 離工作臺面的位置即L 1 確定為91mm ,就可達(dá)到壓力要求。殘幣原始厚度最大可達(dá)170mm ,為使放入和取出方便,同時減少不必要的空行程,提高生產(chǎn)率,確定L 2 為200mm。 壓緊機(jī)構(gòu)合理行程的確定從圖可以看到,當(dāng)壓

19、力達(dá)到1215kN 時,紙幣厚度壓到91mm。這時,即使再增大壓力,其厚度也不再發(fā)生變化,所以,我們把行程開關(guān)2 離工作臺面的位置即L 1 確定為91mm ,就可達(dá)到壓力要求。殘幣原始厚度最大可達(dá)170mm ,為使放入和取出方便,同時減少不必要的空行程,提高生產(chǎn)率,確定L 2 為200mm。3.3.3 壓緊機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇由于每10把紙幣的自由高度為130170mm,即紙幣的原始厚度最大可達(dá)170mm,而壓實后其高度在85mm95mm，故可確定壓緊機(jī)構(gòu)的合理行程為100mm,其整個過程按預(yù)想要在2s內(nèi)完成，所以V=S/T=100/2=50mm/s所需壓緊力 F=15KN考慮到中間傳動過程（如絲杠

20、螺母傳動）的功率損失，可選系列小功率電動機(jī)，即90L2。其主要參數(shù)如下： 額定功率：1100W 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min 額定電流： 轉(zhuǎn)速：2800 r/min質(zhì)量：21kg 絲杠螺母的選擇絲杠螺母作為驅(qū)動部件，它是在較低速狀態(tài)運行所以絲杠螺母產(chǎn)生的慣性矩可以忽略不記，而電動機(jī)始終保持一種動態(tài)平衡狀態(tài)。絲杠及絲杠螺母的校核計算：相關(guān)設(shè)備的重量：約為40kg；絲杠長度為580mm；絲杠導(dǎo)程：4mm假設(shè)運動速度為100mm/min（實際是低速）絲杠螺母的選擇：絲杠的參數(shù)：d=50mm-公稱直徑； 絲杠螺母的校核 （1） 耐磨性的核算螺紋工作面上單位壓力P的大小，直接影響絲杠的速度。應(yīng)限制工作面

21、上的單位壓力，以確保絲杠的耐磨性。根據(jù)設(shè)計手冊得：p=64 p （3-28）式中P絲杠所受最大軸向力（keg），螺母長徑比，= =580/50=11.6，p許用單位壓力（kgf/）；其中P的值為200 kgfp的值由設(shè)計手冊表得p=25所以p= =0.72 kgf/ （3-29） pp ，顧滿足耐磨性的要求。（2） 強(qiáng)度的核算由于絲杠在低速運動所以此時滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大塑性變形，影響正常工作。為此進(jìn)行靜載強(qiáng)度計算，最大計算靜載荷。式中 滾珠絲杠螺母副的額定靜載荷，N。 表3 硬度系數(shù)表硬度（HRC）55504540由上式和圖表知遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所以強(qiáng)度足夠。（3） 穩(wěn)定性

22、的核算當(dāng)絲杠的長徑比較大（一般大于10），而且承受軸向壓力很小，絲杠沒有發(fā)生縱向彎曲的危險，當(dāng)細(xì)長桿在受壓縮載荷時，不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷。 （3-30）式中 (當(dāng)一端固定,一段自由時,;當(dāng)一端固定,一端游動時,;兩端固定,)。由上式得： （3-31）綜上所述：選擇的絲杠螺母傳動完全符合要求。4 電氣控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計 PLC簡介PLC已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中得到廣泛的應(yīng)用。PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，硬件電路由CPU、電源、存儲器和專門的輸入輸出接口電路以及編程器等外接口組成。生產(chǎn)PLC的廠家為了使自己生產(chǎn)的可編程序控制器連網(wǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)一些，對通信協(xié)議的物理層

23、通常配置好幾種接口標(biāo)準(zhǔn)，如RS-232C和RS-122等;其數(shù)據(jù)異步傳送的格式也有兩種以上，用戶可根據(jù)應(yīng)用需要，用硬件開關(guān)或向指定單元寫人控制字的方法進(jìn)行選擇。在大型集散系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中已很少使用集中式主從式)存取控制方法，而在PLC網(wǎng)絡(luò)中主從式存取控制方法仍在使用，因為主從式存取控制方法簡單，實現(xiàn)方便。不過，隨著PLC網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷增大及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，符合MAP規(guī)約的PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)愈來愈多。PLC網(wǎng)絡(luò)中的過程數(shù)據(jù)多數(shù)是觸點的開通與關(guān)斷，數(shù)據(jù)更短，而且若受干擾出錯就整個錯了，因此對差錯控制要求較高。在可編程序控制器中，可使用“異或碼”進(jìn)行校驗。隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來

24、越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等國引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列、上百種型號。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。梯形圖(Ladder)是一種最典型的也是最基本的編程方式，它采用圖形符號，沿用了繼電器的觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，并增加了一些繼電接觸控制沒有的符號。梯形圖形象、直觀，對于熟悉繼電器方式的人來說，非常容易接受，而不需要學(xué)習(xí)更深的計算機(jī)知識。這是一種最為廣泛的編程方式，適用于順序邏輯控制、離散童控

25、制、定時/計數(shù)控制等。梯形圖一般由多個不同的階梯(RUNG )組成，每一階梯又由輸人及輸出指令組成。在一個階梯中，輸出指令應(yīng)出現(xiàn)在階梯的最右邊，而輸人指令則出現(xiàn)在輸出指令的左邊。當(dāng)輸人指令所表示的階梯條件為真則執(zhí)行輸出指令，否則不執(zhí)行輸出指令。因此，允許在一個階梯中無輸人指令表示階梯條件永遠(yuǎn)為真;也允許有多個輸人指令串、并聯(lián):串聯(lián)意味著幾個條件之I可是“與”的關(guān)系，并聯(lián)則意味著幾個條件之間是“或，的關(guān)系。輸出指令則不允許串聯(lián)，但允許并聯(lián)，表示階梯條件為真時，幾個輸出指令可一并執(zhí)行。梯形圖掃描的順序是從左到右，從上而下?？删幊绦蚩刂破魈幚砥鞒宋⑻幚砥饕酝?，還包括存貯器，其中一部分是用戶存貯器。

26、用戶存貯器中的程序存貯器用來存放用戶程序文件，而數(shù)據(jù)文件用來存放數(shù)據(jù)文件。程序文件用以存貯用戶程序,PLC可以有1000個程序文件，用編號0-999(十進(jìn)制數(shù))表示。其中()文件是用來存放系統(tǒng)信息的，屬系統(tǒng)文件，1號文件一般預(yù)以保留(如普通PLC是作為順序功能圖文件予以保留的)，而2-999號文件則可以由用戶定義，它們既可以是梯形圖程序，也可以是SFC，甚至結(jié)構(gòu)文本(有些處理器支持這種編程方式)。 對于PLC而言，用戶程序可以具有多于16個主程序文件，每一個程序文件完成一特定的功能，這些主程序中的每一個叫做主控程序(MCP)，定義這個主控程序時可以任意混用SFC和梯形圖程序，并且所有MCP使用

27、的是同一個數(shù)據(jù)表也就是說，每個IVICP沒有一個獨立的數(shù)據(jù)表).利用主控程序，就可以將SFCC順序功能流程圖)和梯形圖邏輯分開，把用戶過程更好地結(jié)構(gòu)化，并使故障的排除變得更容易。例如，可以指定一個SFC程序來確定過程中事件的次序，另外指定一個獨立的梯形圖邏輯程序來控制輸出。PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機(jī)型。在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用

28、帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機(jī)后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣

29、便于相互通信，集中管理。（1）輸入/輸出的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進(jìn)行控制。同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)控制。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需要，一般情況下，PLC都有許多I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模

30、塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時應(yīng)根據(jù)它們的特點進(jìn)行選擇。（2）確定I/O點數(shù)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點數(shù)時應(yīng)再增加10%20%的備用量，以便隨時增加控制功能。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點數(shù)也應(yīng)有所不同。（3）開關(guān)量輸入/輸出通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口可從傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報警器、電動機(jī)起動器等）接收信號。典型的交流輸入/輸出信號為24240V，直流輸入/輸出信號為5240V。盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除錯誤信號的抖動電

31、路；免于較大瞬態(tài)過電壓的浪涌保護(hù)電路等。此外，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設(shè)有可選的隔離電路。在評估離散輸出時，應(yīng)考慮熔絲、瞬時浪涌保護(hù)和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開始時花費較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。（4）模擬量輸入/輸出模擬量輸入/輸出接口一般用來感知傳感器產(chǎn)生的信號。這些接口可用于測量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為10+10V、0+10V、420mA或1050mA。一些制造廠家在PLC上設(shè)計有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號如RTD、熱電偶等。一般來說，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類

32、型的熱電偶或RTD混合信號。（5）特殊功能輸人/輸出在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實現(xiàn)的I/O限定如定位、快速輸入、頻率等。此時用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供有特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使CPU從耗時的任務(wù)處理中解脫出來。（6）智能式輸入/輸出當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入/輸出模塊。一般智能式輸入/輸出模塊本身帶有處理器，可對輸入或輸出信號作預(yù)先規(guī)定的處理，并將處理結(jié)果送入CPU或直接輸出，這樣可提高PLC的處理速度并節(jié)省存儲器的容量。智能式輸入/輸出模塊有高速計數(shù)器（可作加法計數(shù)或

33、減法計數(shù)）、凸輪模擬器（用作絕對編碼輸人）、帶速度補(bǔ)償?shù)耐馆喣M器、單回路或多回路的PID調(diào)節(jié)器、ASCII/BASIC處理器、RS-232C/422接口模塊等。PLC系統(tǒng)所用的存儲器基本上由PROM、E-PROM及PAM三種類型組成，存儲容量則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲能力低于6KB，中型機(jī)的最大存儲能力可達(dá)64KB，大型機(jī)的最大存儲能力可上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機(jī)型，必要時也可專門進(jìn)行存儲器的擴(kuò)充設(shè)計。PLC的存儲器容量選擇和計算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點數(shù)精確計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照下

34、表的公式來估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲容量。表4同時給出了存儲器容量的估算方法表4 控制目的估算存儲器容量的方法控制目的公式說明代替繼電路模擬量控制多路采樣控制M=Km（10DI+5D0）M=Km(10DI+5Do+100AI)M=Km10DI+5Do+100AI+(1+采樣點0.25DI為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號；Do為數(shù)字（開關(guān)）量輸出信號；AI為模擬量輸入信號；Km為每個接點所點存儲器字節(jié)數(shù)；M為存儲器容量在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，PLC的編程問題是非常重要的。用戶應(yīng)當(dāng)對所選擇PL

35、C產(chǎn)品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應(yīng)用系統(tǒng)也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣崿F(xiàn)控制程序所需的時間和程序執(zhí)行的時間。PLC的環(huán)境適應(yīng)性：由于PLC通常直接用于工業(yè)控制，生產(chǎn)廠都把它設(shè)計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。一般PLC及其外部電路（包括I/O模塊、輔助電源等）都能在表5

36、所列的環(huán)境條件下可靠工作。表5 PLC的工作環(huán)境序號項目說明12345濕度濕度振動和沖擊電源環(huán)境工作溫度范圍為055，最高為60，貯存溫度范圍為-40+85相對濕度5%95%*無凝結(jié)霜）滿足國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)采用220V交流電源，允許變化范圍為-15%+15%，頻率為4753Hz，瞬間停電保持10ms周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體4.2 可編程序控制器的點數(shù)選擇、程序方框圖和梯型圖(1) 點數(shù)選擇根據(jù)捆鈔機(jī)的控制原理和動作順序, 確定可編程序控制器的輸入輸出點數(shù)。按鈕、行程開關(guān)共計8 個輸入點, 2 個正反轉(zhuǎn)電機(jī)、1 個單向正轉(zhuǎn)電機(jī)共5 個輸出點。我們選用了西門子S IMA T I

37、C S7- 200PLC 可編程序控制器, 它具有14 個輸入點, 10 個輸出點。 表6 可編程序控制器的輸入、輸出( I/O ) 表輸入點按鈕或開關(guān)輸出點電動機(jī)I0. 0復(fù)位Q 0. 4凸輪電機(jī)正轉(zhuǎn)I0. 1啟動按鈕Q 0. 5進(jìn)帶電機(jī)正轉(zhuǎn)送帶I0. 2壓力到檢測開關(guān)Q 0. 6進(jìn)帶電機(jī)反轉(zhuǎn)抽帶I0. 3進(jìn)帶到位開關(guān)Q 1. 0壓板壓下I0. 4右壓頭到位行程開關(guān)Q 1. 1壓板退回I0. 5抽帶到位行程開關(guān) （2）梯形圖本次設(shè)計的全自動捆鈔機(jī)的梯形圖如下所示 圖9 梯形圖（3）程序方框圖 圖10 流程框圖可編程序控制器的外部接線圖 圖11 外部接線圖 結(jié)論眨眼間，六月早已如期而至，這意味

38、著三個多月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束。這次設(shè)計是我在大學(xué)里的最后一次設(shè)計。它是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的概括與升華，是將理論知識付諸于實踐的一次最完整的過程，也是在走上工作崗位之前的一次全面的模擬。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我收獲頗多。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我進(jìn)一步了解了產(chǎn)品的設(shè)計過程與步驟，我所涉及的課題是全自動捆鈔機(jī)的設(shè)計。這一畢業(yè)課題使我深深地認(rèn)識到：每一個產(chǎn)品的產(chǎn)生，并不是簡單實現(xiàn)的。它要花費很多的時間和精力。產(chǎn)品的設(shè)計是一項復(fù)雜而艱巨的工作，需要有扎實的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗，設(shè)計是一個不斷嘗試、不斷修改、不斷完善的過程。在我接受這一課題之初，我還有些迷惘。因為之前從未自己親身

39、設(shè)計過一個產(chǎn)品，而且對捆鈔機(jī)的工作過程還不甚清楚，所以不知道如何著手設(shè)計，在我當(dāng)時看來我面臨許多問題和困難。主要有：1.機(jī)械部分中三大部分的設(shè)計,即自動捆鈔機(jī)的壓緊部分、自動捆鈔機(jī)的捆扎部分、自動捆鈔機(jī)的送抽帶部分的設(shè)計。其中包括電機(jī)的選擇，壓緊方案的選擇，捆扎帶如何牢固捆扎，送抽帶部分如何工作等等。2.控制部分控制方法的選擇，主要是在PLC控制和單片機(jī)控制中選擇其一。3.如何實現(xiàn)自動控制，各部件的連線、框圖的設(shè)計。以上問題也是這次設(shè)計所必須解決的最主要的問題，隨著設(shè)計的不斷深入，我克服了一個又一個的難題，對我的設(shè)計做了一次又一次的改進(jìn)，并查閱了大量的資料，是我所涉及的題目日益完善。通過計算選取了三個電機(jī)，其中包括一個步進(jìn)電機(jī)，并對三個主要的機(jī)械部分的相關(guān)零件進(jìn)行了校核，選取了PLC的控制方法，并對其點數(shù)選擇，梯形圖和方框圖的設(shè)計做了詳細(xì)說