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喷漆自动化
喷漆生产线
第一章
1.1喷漆生产线的研究背景
在我国发展喷漆生产线，前景是非常广阔的，据有关部门不完全统计，全国从事喷漆作业的人数超过三十万人。
随着独生子女为主体的劳动力就业队伍的出现，喷漆作业将后继乏人，这就为喷漆是那个程序的使用提供了良好的契机，随着人们的生活水平的提高，这种需求将更加明显。
采用喷漆生产线的主要优点是提高产品质量和稳定性，减少废品的数量，同时减少漆料和能量的消耗，实现漆装生产作业的自动化，提高劳动生产效率。
因此从长远看，喷漆生产线必然会有一个大的发展。
但是，我国目前的人均经济水平还不高，人均国民收入和工资水平还很低，在短期内不可能大量的应用喷漆生产线。
另外生产线是在工业生产普遍采用和实现自动化的基础上产生和发展的。
另外工业生产线的应用，要求产品数额及、生产工艺、生产设备及辅助设备条件、甚至生产组织和管理都要与之相适应，甚至生产组织和管理都要与之相适应，这些条件不具备，就会制约生产线的广泛使用。
因此必须从国内的实际情况出发，重点发展符合国情、实用、可靠的生产线和自动漆装装备，满足不同层次用户的需要，创造更多的应用机会的使用范围。
1.2PLC的介绍
1.2.1PLC的种类：
按PLC得控制规模可分为小型机，中型机和大型机。
小型PLC---I/O点数小于2556点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
中型PLC---I/O点数256--2048点；多CPU，用户存储器容器2--8K。
大型PLC---I/O点数大于2048点；多CPU，16位，32位处理器，用户存储器容量8--16K。
按PLC得结构形成可分为整体式，模块式，叠装式。
按功能可分为低，中，高三档。
1.2.2PLC的特点、功能及应用领域：
PLC的主要特点有可靠性高、抗干扰能力强；通用性强、灵活型好、功能几圈；编程简单、使用方便；模块化结构；安装简单、调试方便；维修工作量小、维护方便；体积小、能耗低。
PLC的功能主要有逻辑控制、定时控制、技术控制、步进（顺序）控制、PID控制、数据控制、通信和联网等。
PLC的主要应用领域有数学量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信连网。
1.2.3PLC的产生和发展：
20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。
在60年代初，美国汽车制作业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新时间。
所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来代替原有的继电器控制系统。
1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。
在1969年，美国数字设备公司终于研制出世界上第一台PLC。
据预测，在不远的将来，PLC/CAD/CAM和机器人将成为工业自动化的三大支柱。
毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。
1.3颜色配比简介
颜色配比：
原色为黄绿红,色彩饱和度的范围为0--255。
0为色彩饱和度最深、255为色彩饱和度最浅。
白色是由原色的色彩饱和度都为255，1:
1:
1而得，灰色是由原色的色彩饱和度都为192，1:
1:
1而得。
1.4传感器介绍
1.4.1传感器的定义：
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
“传感器”在新韦式大词典中定义为：
“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。
根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式。
1.4.2传感器的作用：
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：
例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到微米的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到秒的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
1.4.3传感器的原理：
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。
被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
1.4.4常见传感器的应用：
1）自动门，利用人体的红外微波来开关门；
2）烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的；
3）手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象；
4）电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的；
5）水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……
1.4.5敏感元件的分类：
1）物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；
2）化学类，基于化学反应的原理；
3）生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类有人。
1.4.6常见的传感器：
1）电阻式传感器；
2）电容式传感器；
3）变磁阻式传感器；
4）压电式传感器；
5）热电式传感器；
6）光纤式传感器；
7）光电式传感器；
8）霍尔式传感器。
1.4.7传感器的分辨率：
分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。
也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。
当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。
只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。
通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨率的指标。
上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。
分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。
1.5电机简介、分类及用途
人类社会的生产和发展离不开能源，而电能是最重要的能源之一。
电机是生产、传输、分配及应用的主要设备。
电机是指依据电磁感应定律实现电能的装换或传递的一种电磁装置。
电机也称马达，在电路中用之母“M”表示。
它主要作用是生产驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
发电机在电路中用之母“G”表示。
它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风能也慢慢走进我们的生活。
电机是利用电磁感应原理工作的机械，它用途广泛，种类很多。
可归结如下：
1）伺服电动机：
伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
伺服电动机有直流和交流之分，最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。
目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。
2）步进电动机：
步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。
除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。
3）力矩电动机：
力矩电动机具有低转速和大力矩的特点。
一般在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同。
4）开关磁阻电动机：
开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。
5）无刷直流电动机：
无刷直流电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用。
6）直流电动机：
直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。
7）异步电动机：
异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。
异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。
在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。
8）同步电动机：
同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件。
其中三相同步电动机是其主体。
此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。
1.6继电器的简介
继电器是一种根据电量（电压、电流等）或非电量（热、时间、转速、压力等）的变化使触点动作，接通或断开控制电路，以实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。
继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。
感测机构把感测到的电量或非电量传递给中间机构，将它与预定值（整定值）进行比较，当达到整定值时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开电路。
继电器的种类和型式很多，主要按以下方法分类：
1）按用途可分为控制继电器和保护继电器；
2）按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器电子式继电器等；
3）按反应的参数（动作信号）可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等；
4）按动作时间可分为瞬时继电器（动作时间小于0.05s）和延时继电器（动作时间大于0.15s）；
5）按输出形式可分为有触电继电器和无触点继电器。
第二章
2.1选择PLC的依据
2.1.1PLC与其他控制器相比，具有以下特点：
1）可靠性高，抗干扰能力强；
2）适应性强，应用灵活；
3）编程方便，易于使用；
4）控制系统设计、安装、调试方便；
5）维修方便，维修工作量小；
6）功能完善。
2.1.2三菱PLC与其他种类的PLC相比，具有以下特点：
1）小型高功能人机界面，以数据、图形、曲线等形式显示并可修改PLC内部暂存器状态。
通讯协议和画面数据一同下载到显示器，无须PLC编写通讯程序；
2）表面IP65构造，防水、防油对应PLC机种广泛，也可和单片机通讯可直接数字键输入数据带背景光STN液晶显示，可显示24字符*4行，即12汉字*4行；
3）具有密码保护功能，文本精灵，动态显示文本，可显示静态BMP图档，可显示实时曲线图；
4）具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息20个按键可被定义成功能键，可替代部分控制柜上机械按键，自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485任选。
2.1.3三菱PLC的优势为：
1）价钱便宜，三菱FX系列的PLC市场占有率很高，几乎到处都有卖的，价格上已经非常透明，没有暴利可言了。
2）性能良好，编程方便，容易学习。
鉴于以上特点，这次设计选用三菱系列PLC作为自动喷漆生产线的控制器。
2.2PLC的基本结构
2.2.1整体式结构的PLC如下图：
2.2.2模块式结构的PLC如下图：
2.3选择红外传感器的依据
2.3.1红外传感器概述：
红外技术发展到现在，已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。
红外传感器系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：
1）辐射计，用于辐射和光谱测量；
2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；
3）热成像系统，可生产整个目标红外辐射的分布图像；
4）红外测距和通信系统；
5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：
光子探测器和热探测器。
2.3.2红外传感器的优点：
1）昼夜测量；
2）不需要光源；
3）遥测技术；
4）红外线是以波的形式在空间直线传播的，且有反射这一特点。
2.4选择交流异步电机的依据
异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机具有结构简单，制造、使用和维修方便，运行可靠，价格便宜，效率较高，使用寿命长，全部电机均可直接从市电或变频器供电，通用性强，杰出的电机效应、最佳的冷却方式等优点。
2.5选择空气阻尼式时间继电器的依据
优点是结构简单、寿命长、价格低、还附有不延时的触电，所以应用广泛。
第三章
3.1硬件型号
表3.1硬件型号
红外传感器
FR50
PLC
—15MR—A
电机
Y630—10/1180
空气阻尼式时间继电器
JS7—4A
3.2I/O表
表3.2控制系统I/O
类别
元件
PLC元件
作用
输出
KM1
Y0
进车
KM2
Y1
流水线启动
KM3
Y2
一号门开启
KM4
Y3
喷漆
KM5
Y4
二号门开启
KM6
Y5
调漆
输入
SB1
X1
送入汽车
SB2
X2
开启流水线
SB3
X3
停止
SB4
X7
黄色漆导入
SB5
X8
绿色漆导入
SB6
X9
红色漆导入
3.3PLC外部接线图
第四章
4.1状态转移图
4.2梯形图
图4.2梯形图
4.3程序指令
LDX1
ORY0
OUTY0
LDY0
ORY1
ANIX4
ANB
ORT1
ORY1
ANIX5
ANB
ORM0
ORT4
ORY1
ANIX6
ANIT5
OUTY1
LDX2
OUTM0
LDX4
OUTT0
K10
LDT0
ORY2
ANIX5
OUTY2
LDY2
OUTT1
K20
LDX5
OUTT2
LDX2
ANDX3
ANDX7
OUTY5
LDT2
ORY3
ANIT3
OUTY3
LDY3
OUTT3
K100
LDT3
ORY4
ANIX6
OUTY4
LDY4
OUTT4
K20
LDT4
OUTC0
K3
LDC0
ORM0
OUTT5
LDT5
OUTRST
C0
END
第五章
本设计的主要工作如下：
1）首先对生产线有个初步了解，掌握PLC的种类、性能、特点、应用领域及PLC的背景，现状和发展趋势。
2）根据任务要求确定喷漆生产线的工作方式。
基于对PLC的了解和喷漆生产线方式的了解确定选用三菱PLC为本设计的控制器。
3）设计了喷漆生产线的整体方案，使在喷漆过程中能自动调漆和喷漆及喷漆的量。
4）根据三菱PLC，完成控制I/O分配表，完成控制外部接线图，完成控制功能表图和控制梯形图。
完成本设计的最核心部分。
经过一个月的设计和开发，成功地通过了模拟调试，生产线基本设计完毕，其功能基本达到要求。
整个系统稳定性好。
系统的分析与设计过程也是对学校的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。
在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对生产线的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的了解和认识，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。
系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满热趣的过程，在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力即可使问题得到解决。
在设计中，体会到理论必须和实际相结合。
虽然收集了大量的资料，但是在应用中却出现了许多意想不到的问题。
在经过很多次分析修改后，才设计出达到控制要求的系统
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