長春工業大學畢業設計摘要我國汽車工業快速發展，汽車生產線自動化程度隨之增強。國外許多汽車公司相繼進入中國的市場。在汽車生產線中，汽車生產流水線的主干是滑撬輸送系統，高效率的汽車生產必然要求先進的生產線控制方式，隨著汽車生產線自動化程度的提高，對組裝，焊接生產線的輸送效率有更高的要求。一些工件在各個工位要進行各個工序的操作，然而各個工位的高度并不都是在同一平面上，所以升降機車的的設計合理性直接影響到各個工序的順利情況。本文主要說明了汽車自動線升降機車的設計，其中介紹了升降機車的設計原則，升降機車中的升降機構、傳動和停止機構、傳動原理以及PLC的設計方法及注意事項等。生產過程中所需要的時間大大減少，從而提高了生產效率。關健字：汽車自動線升降機車 停止機構 升降機構 全套圖紙，加153893706Abstract The automobile industry develops quickly, and the automation degree of automobile production line is enhanced. Many foreign car companies have access to Chinas market. In the automobile production line, the backbone of auto production line is skid conveyor system, high efficiency of automobile production inevitable requirement of advanced production line control, with the improvement of the automobile production line, assembly, welding the transmission efficiency of the production line have higher requirements. Some artifacts in each station to each process of operation. However, the height of each station are not in the same plane, so the locomotive lifting the design rationality has direct effect to each process smoothly. This paper mainly describes the design of automobile automatic lifting line locomotive, which introduced the locomotive lifting design principles, locomotive lifting of the lifting mechanism, driving and stopping mechanism, transmission principle and PLC design method and matters needing attention. The time needed in the production is greatly reduced, which can improve the production efficiency.Keywords: Auto line lift locomotive Stop mechanism Lifting mechanism目 錄1 緒論1 1.1 汽車自動線升降機車的現狀和發展趨勢1 1.2升降機車的主要研究內容1 1.3 汽車自動線升降機車的結構與用途2 1.3.1汽車自動線升降機車的結構2 1.3.2汽車自動線升降機車的用途2 1.4 汽車自動線升降機車原理32 汽車自動線升降機車的總體布局4 2.1 汽車自動線升降機車的總體布局4 2.2 升降機車的總體設計4 2.3 加工零件4 2.4 初步估計組成部分4 2.5 總體布局初步設計4 2.6 縱向與橫向尺寸的確定53 汽車自動線升降機車的主要零部件6 3.1 傳動裝置6 3.1.1 傳動軸旋轉精度和提高措施6 3.1.2 傳動軸軸承系統的剛性6 3.1.3 傳動軸設計6 3.1.4 深溝球軸承7 3.1.5 傳動裝置的設計8 3.2 升降裝置設計12 3.2.1 減速電機的選擇12 3.2.2 四桿機構尺寸的計算12 3.2.3 四桿機構強度的校核13 3.3 停止器13 3.3.1 緩沖器的選擇14 3.2.3 氣缸的選擇14 3.4 電動控制元件的選擇15 3.4.1 傳感器的選擇15 3.4.2 行程開關的選擇154 PLC可編程控制系統設計16 4.1 概述16 4.2 確定硬件設計總體方案17 4.2.1 S7-400概述17 4.2.2 s7-400的硬件結構17 4.3 SEW變頻器的控制20 4.3.1 SEW變頻器的介紹20 4.3.2 SEW變頻器的應用21 4.4 INTERBUS總線21 4.4.1 inline模塊21 4.4.2 PNOZ multi 模塊22 4.4.3 RL模塊22 4.4.4 SWAC控制面板23 4.5 傳感器和執行器24 4.5.1 接近開關24 4.5.2 SEW電機245 汽車自動線升降機車的注意事項26 5.1 升降機車使用的注意事項、保養以及維護26 5.2 升降機車的裝配要求26結論28致謝30參考文獻311 緒論1.1 汽車自動線升降機車的現狀和發展趨勢隨著汽車生產線自動化程度要求不斷提高以及新型材料的應用增多，輸送裝置正朝著快速、高效、平穩研制高精度安全系數高自動化升降機車床等方向發展，在工廠的機械化輸送系統中經常采用升降機車滑橇輸送系統，滑撬式輸送系統是為適應科學發展的需要，在消化吸收國內外先進技術的基礎上，研制開發的具有國際化先進水平的新型輸送系統。汽車生產線焊裝車間、涂裝車間、工藝車間的機械化輸送系統絕大部分采用滑橇輸送系統，平的新型輸送系統。它是由積放雙鏈輸送機、工藝雙鏈輸送機、鏈式橫移機、自動橫移機、升降機、過渡雙鏈輸送機等多種基本單元聯合組成的輸送系統。目前普遍應用的滑橇輸送系統控制技術解決方案主要有3種，即分散控制方案、分散集成控制方案和分布控制方案。分布控制投資少，工程期短的特點被認為是滑橇輸送系統是汽車自動化控制技術進步的必然發展趨勢，在國際上汽車行業的自動化控制系統中已得到廣泛應用。我國引進的項目，如奇瑞A3、一汽大眾焊裝車間、一汽解放卡車駕駛室涂裝車間及一汽轎車涂裝車間等的升降機車均采用了滑撬輸送系統。此外，對汽車自動線升降機車的工作環境要求越來越高，絕大部分的產品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有潤滑油外濺的現象，并且采用降低噪聲原則。升降機車在高速重載的條件下也能傳動平穩，跳動小，具有良好的耐磨性能。1. 2升降機車的主要研究內容升降機車的主要研究內容有以下幾方面：1設計一臺升降機車，用來實現快速將滑撬及工件運送到不同工位，能用于生產線上運送各種零件；2四桿機構強度計算，繪制四桿機構結構圖；3水平傳動機構的設計，伺服電機和減速器設計計算；4.升降機車總體設計方案確定，繪制三維圖5. 停止器的設計，繪制停止器的三維圖；6升降機車的可編程控制器PLC系統的硬件電路設計本課題主要研究方法：本次設計以SIEMENS的高速升降滾床為原型，分析它的結構特點對它進行改進。為了提高升降機車的傳動速度，采用伺服電機和減速器用同步輪和同步帶移動，1帶輪采用聚氨酯材料，提高耐磨強度，保證滑撬可以在升降機車上順利通過到達指定工位。平行四桿機構用45號鋼，制作保證其升降時強度，軸和連桿之間采用 6305深溝球軸承回轉精度高，剛性大，承載能力強的特點。可編程控制系統采用PLC控制，通過傳感器和執行開關發送信號，可以準確的完成升降機車的工藝過程。1.3 汽車自動線升降機車的結構與用途1.3.1汽車自動線升降機車的結構用于輸送線上的入口處升降輸送設備，具體地說是橇體及工件的輸送及轉接裝置。統稱為升降機車。按照本實用新型所提供的設計方案，升降架安裝在機架上，在升降架的兩端各安裝一個擺動架，在擺動架上鉸接升降機車；擺動架同時與連桿鉸接，連桿的另一端與曲柄搖桿機構鉸接，曲柄搖桿機構與安裝于機架上的驅動機構相連，兩個擺動架之間利用拉桿相互連接，在升降架的端部鉸接止推桿，在升降機車的相應部位安裝中間輪組件。升降機車的結構特點： 1.結構簡單、布局上所占空間少而緊湊。 2.制造加工容易。利用機械加工，滿足構件加工精度等要求。 3.具有比較高的機械和生產效率。1.3.2汽車自動線升降機車的用途升降機車可以快速而準確的將滑撬和工件運送到各個工位的不同位置以便于機器人對工件進行焊接，用途十分廣泛，可以縮短工作時間，降低生產制造成本。隨著科學技術的發展，對車間生產線的自動化程度要求越來越高，各種自動化設備用日益增多。汽車自動線升降機車的發展，使得有可能將生產線上所用的運輸時間大大縮短。高速傳動和快速升降，進一步提高了生產效率，適用范圍日益擴大，主焊線車間中汽車自動線升降機車的比例不斷上升，目前在發達國家中，車間生產線中升降機車的比例可達20%-30%。據調查數據表明，25%擁有車間生產線的企業認為汽車自動線升降機車才是它們理想的生產線運輸工具，它們認為現有的運輸工具不能滿足對生產產品時間的要求。由此可見，在焊裝傳輸過程中，有許多步驟需要在汽車自動線升降機車上進行，因此汽車自動線升降機車在焊裝生產線中占有舉足輕重的作用。但是要實現準確傳輸，則所用的升降機車就應該滿足以下幾個基本要求： 1高傳動速度。 升降機車應該有高的傳動速度，主要有同步帶輪的轉速、電動機減速器控制四桿機構以保證工件到達指定位置的速度。傳動軸軸承軸承可采用深溝球軸承、SKF 512M的軸承配套。主軸的徑向圓跳動一般應小于1um，軸向圓跳動應限制在23um以內。2.高速行進升降過程的穩定性。 由于滑撬在升降機車上行進的速度是0.94m/s的高速運動，因此工作臺保證平穩運動，要求無爬行和無沖擊現象并能平穩工作。3.減少振動。 升降機車升降時如果產生振動，有肯能導致滑撬和車模相對位置發生變化。故對于升降機車，在結構上應考慮減少振動。1.4 汽車自動線升降機車原理1.升降運動在升降運動過程中，工件是安裝撬體上并通過滑撬與車體連接的，升降機車升降運動是引起工件升降的主要來源和原因。基本的升降方法是通過電動機減速器帶動平行四桿機構運動，從而使升降機車達到升降的目的。升降機車是一種用于焊裝生產線中輸送工件的一種工具，它宜于工件的快速輸送，有較高的生產率，節約生產時間。它的特點如下：（1）升降機車的布局形式和運動聯系與普通滾床相似，只是加入了電動機減速器和四桿機構來實現其升降的作用。（如圖1-1所示）為避免電動機和四桿機構相干涉，電機減速器用法蘭安裝在升降機車的最右側，通過回轉機構與連桿相連。（2）由于它適用于自動化程度高的生產線，所以大多數工位由機器人完成焊接工作。 圖1-1汽車自動線升降機車2 汽車自動線升降機車的總體布局2.1 汽車自動線升降機車的總體布局1.輸送滑撬的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術條件，重量等）；2.調查研究 比較國內，外同類滾床，經驗總結，進行改革創新；3.圖紙設計（總圖，部件裝配圖，零件圖，目錄，標準件， 鑄件，說明書）；4.制造，裝配，調試；5.小批量生產，設計改進；2.2 升降機車的總體設計1.保證汽車自動線升降機車滿足輸送要求，剛性，穩定性好；2.傳動系統力求簡短；3.操作調整方便；4.安全保護，控制噪聲減弱。2.3 加工零件傳動軸，精度IT7以下，Ra1.6-Ra0.4，材料45#，40cr，等；軸承座支架，精度IT8以下，材料45#等；2.4 初步估計組成部分a床身；b底座；c四桿機構；d傳動裝置；e傳感器；f停止器；g 保護裝置；h 升降電機；I 輸送電機；j PLC可編程控制裝置；2.5 總體布局初步設計1H型床身；2.可工作臺移動；3.工作臺型面采用3mm厚鋁合金花紋鋼板的型面；4.平行四桿機構擺動架與上升桿在上升至最高處是成135角；5.連動桿始終保持水平；6.采用SEW電機減速器，采用FETSO氣缸，配用該公司輔助安裝器件，采用ACE SCS45-50M的緩沖器。7.PLC系統的兩坐標軸X軸：滑撬進給Y軸：升降機車縱向上升各軸采用交流伺服電機，通過精密無間隙彈性連軸器直接與四桿機構相連；8.電器框與機床采用空中走線；2.6 縱向與橫向尺寸的確定縱向尺寸如下：1.升降機車上升最大高度 600 mm；2.升降機車高度 140 mm；3.底部支架高度 264 mm；4.升降機車長度 5500 mm；5.底部支架長度 4055 mm；6.中間兩根傳動軸之間的間距 895 mm；7.其余傳動軸之間的間距 1085 mm；8.總寬度 830 mm；3 汽車自動線升降機車的主要零部件3.1 傳動裝置傳動裝置是升降機車上用來帶動滑撬以及撬體上的工件高速行走的主要部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是傳動裝置的主要組成部分，因此對傳動裝置設計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。傳動裝置設計應滿足以下幾點基本要求：1.主軸旋轉精度高，旋轉穩定。2.主軸軸承系統剛性好，振動小，發熱少。3.調整維修方便。3.1.1 傳動軸旋轉精度和提高措施1.傳動裝置旋轉精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小，它直接影響滑撬在升降機車上的行走速度。一般升降機車允許的徑向和軸向跳動允許誤差取0.10.2。2.提高主軸旋轉精度的措施（1）選擇合適的傳動軸軸承軸軸承。（2）正確選擇傳動軸軸向止推方式。（3）提高主軸的加工精度。3.1.2 傳動軸軸承系統的剛性主軸軸承系統的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低華僑行走的速度，引起直波形和螺旋線缺陷。3.1.3 傳動軸設計1.升降機車傳動軸的強度校核進行軸的強度校核時，應根據軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法，并恰當地選取其許用應力。對傳動軸來說，由于采用了同步皮帶輪裝置，傳動軸主要承受扭矩，應該按照扭轉強度計算，且在選取許用應力時應該選取較小值。傳動軸材料采用45#，并進行調質，故選取許用應力為260Mpa。圖31 傳動軸尺寸示意圖3.1.4 深溝球軸承深溝球軸承是最具代表性滾動軸承，用途廣泛。可承受徑向負荷與雙向軸向負荷，適用于高速旋轉及要求低噪聲、低振動的場合，帶鋼板防塵蓋或橡膠密封墊圈的密封型軸承內預先充填了適當的潤滑脂外圈帶止動環和凸緣，容易軸向定位，又便于外殼內的安裝。由于是點接觸，故承載能力小，適用于輕中等載荷的大小。深溝球軸承適用于純徑向力的載荷。一般摩擦力矩小、發熱量小的軸承高速性能好。球軸承比滾子軸承油較高的極限轉速，由于滑撬在升降機車上屬于高速運動，所以選用深溝球球軸承。它的優點如下：1.適用于高速旋轉，噪聲低,穩定性好。2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好。3.摩擦阻力小，磨損大.由于總有一層油膜將相對運動表面隔開，因此摩擦阻力小，磨損小，能長期保持很高的運動精度，壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低。4.主軸回轉精度高.深溝球軸承具有良好的糾正軸和軸向跳動。5.使用較經濟，適用于鋼板沖壓保持架。軸承的選用 采用深溝球軸承，軸承型號為6305-Z。其尺寸參數為：d25mm、D62mm、B17mm。技術參數：額定動載荷。圖3-2 6305深溝球軸承計算軸承額定動載荷： (3-1)式中 壽命系數；轉速系數。 (3-2)式中可靠性為90的額定壽命，取為15000h。得 (3-3) (3-4)將代入（3-1）， 得 可用，X、Y軸相同3.1.5 傳動裝置的設計為了提高主軸的旋轉精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨的支架上，并且用花鍵套帶動主軸旋轉，即采用卸荷皮帶輪的方案。其優點是，減少主軸的變形，而且還提高了承載能力。1.減速電機的選擇 通過查表可知，n=1400r/min 最大轉矩M=200N.m。所以選擇R37 DT90 L4型減速電機。圖3-3 R37 DT 90L4傳動減速電機2.同步帶設計同步齒形帶是由一根內周表面設有等間距齒形的環形帶及具有相吻合的輪所組成。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。該同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩，振動小，噪音小，傳動比大，一般可達1：10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。結構緊湊還適用多軸傳動，張緊力小，不需潤滑，無污染，在惡劣的場所下正常工作。1）同步帶材料的選用同步帶材料選用聚氨酯。2）設計計算已知小帶輪轉速，即傳動比i=1；（1）計算功率由機械設計表8.7查得，工作情況系數為2.0，故 (3-5)（2）由和選擇帶型 由于，查表后可知，取帶型為L型。（3）確定帶輪基準直徑由金屬切削機床設計簡明手冊表443，取主動輪基準直徑，由此得, (3-6)（4）驗算帶速 (3-7)V=5.13m/s30m/s，所以帶速合格。（5）初定軸向間距由公式（34） (3-8)可知（6）所需基準帶長 (3-9)由金屬切削機床設計簡明手冊表45，取相近的基準帶長。（7）實際軸向間距 (3-10)所以皮帶的實際軸向間距取。（8）同步帶的基本額定功率由金屬切削機床設計簡明手冊表440，可以查得。（9）小帶輪的包角 (3-11)（10）同步帶齒數的確定 (3-12)因為同步帶的截距，所以可以確定同步帶的齒數Z等于300。3.帶輪設計1）帶輪設計的要求： （1）質量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力；（2）質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡校證；（3）槽輪工作面要經過精細加工，以減少帶的磨損；（4）輪槽的尺寸和角度應有一定的精度，以使載荷分布均勻。2）帶輪的材料選用帶輪的材料選用HT200。 3）帶輪的結構小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實心式。4）小帶輪的結構尺寸圖3-4小帶輪的結構尺寸 (3-13)其中帶輪的外徑，軸的直徑，基準線上槽深。 (3-14) (3-15)4.鍵套的選用由軸端直徑30選用內花鍵套：832H736H1012H11GB/T1144-2001，如圖3-5:圖35內花鍵套的結構尺寸3.2 升降裝置設計升降裝置是升降機車的重要組成部分，升降機車依靠它實現升降功能，升降裝置由減速電機和平行四桿機構構成。四桿機構是起到支撐升降機車和滑撬及上面的工件的作用，在轉動過程中，轉軸受到較大彎矩作用，所以必須具有一定的強度和硬度，在升降機車中選擇45#進行調質來實現其功能，因為加強筋板是和四桿機構焊接在一起的，起支撐作用，所以需要較強的硬度，又為了實現好的焊接效果，所以選用40cr作為加強筋板的材料。3.2.1 減速電機的選擇由于減速電機起到帶動平行四桿機構實現升降的作用，所以選擇圓柱斜齒輪減速電機更適合實現其功能，,n=1430r/min,轉矩=6130N.m，速比i=174.4，潤滑油選擇：clp220/25L。減速電機的型號為R137 DV132 S4如圖（3-6）, 安裝方式為M6。 圖3-6 R137 DV 132S4升降減速電機3.2.2 四桿機構尺寸的計算 在升降機車中，四桿機構用的是曲柄搖桿機構，根據機械原理可以得出，曲柄搖桿機構的桿長條件存在曲柄的條件為：（1）最短桿和最長桿長度之和必小于或等于其他兩桿長度之和。（2）連架桿和機架中必有一桿最短； 即在滿足桿長條件下，以最短桿相鄰的桿做機架時，為曲柄搖桿機構。 在升降機車中的四桿機構，我們以減速電機和聯軸器中軸的一端為機架，與減速電機相連桿為曲柄，來實現其升降功能，桿長從小到大為180mm、200mm、1200mm、1210mm。又因為180+1210200+1200，以最短桿相鄰的桿為機架，所以該機構為曲柄搖桿機構。 四桿機構如下圖:圖3-7 升降四桿機構示意圖3.2.3 四桿機構強度的校核1.升降機車中的四桿機構的材料我們選用45#，45#的許用抗拉強度為，升降機車中，機車、滑撬、車身的重量家在一起大約3000Kg，由受力分析得：，所以，該升降桿的強度滿足使用要求。2.由于四桿機構中連桿是二力桿，受拉力和壓力，所以需要對該連桿的強度進行校核，因為電動機提供的轉矩是6130Nm，力臂是180mm，所以連桿受的力連桿選的材料也是45#，抗拉強度，又因為連桿的截面積,所以 (3-16)所以連桿強度也符合標準。3.3 停止器 停止器是汽車自動線升降機車重要組成部分，它起到防止傳感器不起作用時滑撬沖出升降機車的情況發生，適用于緊急環境。停止器由緩沖器和氣缸組成，當氣缸伸出時，擋板伸出，滑撬傳過來時，滑撬上的傳感器感應到擋板的存在，滑撬停止，然后把信號傳遞出去，隨即執行升降機車下降的命令；當對工件加工完成時，升降機車上升到軌道上，氣缸收縮，也帶動擋塊收縮，滑撬上的傳感器感應不到擋塊后，隨即離開軌道。氣缸與電磁閥對應使用。通過控制電磁閥來控制氣路的進出形式，從而控制氣缸的伸縮。3.3.1 緩沖器的選擇 緩沖器選擇的是SCS45-50M型號的緩沖器，SCS型緩沖器在設計上使用了布雷德膠囊蓄壓器及氮氣作為回轉中心再回歸之特殊設計，所以當接觸到瞬間的物體沖擊時，所產生的強大沖擊力，并且以平穩的軟性減速吸震性能，在減速吸震行程內將快而重的物體安全停止且不具危險。它的吸震行程是50mm，螺紋直徑是M45。最大吸震能量是1360-2350J。圖3-8 緩沖器的技術尺寸3.2.3 氣缸的選擇氣缸選擇的是FETSO，DNG-50-80-PPV， 其相應附件包括快插接頭、耳環安裝件、Y型帶銷接桿、單向節流閥、快速接頭等。圖3-9 氣缸的外形圖3.4 電動控制元件的選擇3.4.1 傳感器的選擇在汽車自動線升降機車中，由于對工件到位的準確度要求很高，所以傳感器控制的準確度十分重要，選擇ELCO方形傳感器Ni40-C40-OP6L-Q12四個，分別起加速、勻速、減速、停止作用四個傳感器。安裝方式為非齊平，輸出類型為PNP，輸出功能常開，電源電壓為10-30VDC，額定電流=200MA，開關頻率為150HZ，連接方式是M12連接器。 圖3-10 接近開關 圖3-11 BALLUFF光電開關3.4.2 行程開關的選擇 為了實現停止器的功能，在停止器上安了兩XCK-J.C(IEC60947-5-1,GB14048.5, Ui500VAC15 240V 3A)型號的接近開關，在保護桿的位置也安裝了一個行程開關。德國巴魯夫(BALLUFF)BOS21M-PA-ID10-S4 傳感器兩個。4 PLC可編程控制系統設計4.1 概述任何一個數控系統都是由硬件和軟件兩部分構成，硬件是組成系統的基礎，軟件是系統的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統的使命。硬件電路的可靠性直接影響到可編程控制系統的性能指標。本設計中要升降機車傳動軸自動橫向進給（X）和升降機車縱向進給（Y）在兩坐標進行控制。對汽車自動線升降機車工作過程進行分析：其調整過程有焊工件，手動按鈕按下，將滑撬輸送走，停止器上升；升降機車升起，下各工位的滑撬及工件運送到這個上，升降機車下降在早期的汽車產業中，汽車的生產完全是基于手動，半自動化的生產，在生產上不僅達不到質量上的保障，并且在生產數量上也遠遠不夠，手動、半自動化生產水平不高，汽車生產的數量遠遠達不到人們的需求，汽車行業逐步意識到汽車工業自動化對自身的重要性。汽車工業要想飛速的發展，自動化生產線的改造是一個革命性的變化。在可編程序控制器問世以前，工業控制領域中是以繼電器控制占主導地位的。這種由繼電器構成的控制系統存在著明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其對生產工藝多變的系統適應性差。如果生產任務和工藝發生變化，就必須重新設計，并改變硬件結構，這不僅影響了產品的更新換代的周期，而且對于比較復雜的控制系統來說，不但設計制造困難，而且其可靠性不高，查找和排除故障也費時和困難的。隨著PLC產品性能價格比的不斷提高，一些企業普及應用PLC的投資已經完全可以承受。可以預見，PLC技術的推廣應用會使我國的工業自動化水平產生一個革命性的飛躍。特別是德國西門子公司推出的S7系列PLC以其功能強大、性價比高、語言較易掌握等特點而受國內用戶歡迎。由于汽車生產的連續性強，工序多，工藝復雜，現場設備、I/O 點多、分布廣、通訊數據量大。我們依據小型s7-200系列的PLC無法完成這樣復雜的工作，對于小型的s7-200只適用于小型的自動化控制系統。所以要想完成汽車生產線自動化，應選擇快速、堅固和極具通信能力的大型s7-400系列的PLC來完成自動控制系統。一汽大眾新寶來生產線是上世紀八十年代從德國整套引進的，從第一臺寶來車下線距今已有幾年的歷史，以前在工位與工位之間進行傳遞汽車的時候是用人工或是懸掛鏈條式傳遞，這樣不僅費時、費力在產量上也得不到提高，因此提出了升降機車這一概念，通過機車在工位上傳遞汽車可使生產線簡單化、節省了很多的不必要的措施，生產速度也得到了提高。并且在生產上實現了工業自動化，所以升降機車的提出和應用對于汽車產業的發展前景是非常好的，鑒于機車的功能更加使我們對于升降機車研究加深。4.2 確定硬件設計總體方案4.2.1 S7-400概述S7-400是具有快速、堅固和極具通信能力的大型系列PLC自動控制系統的一種可編程邏輯控制器。其在程序執行方面，指令執行時間極短；在惡劣、不穩定的工業環境下，堅固、全部密封的模塊依然可正常工作；無風扇操作降低了安裝的費用；在操作運行過程中模塊可插拔；分布式的內部總線允許在CPU與中央I/O間進行非常快的通信（P總線與輸入/輸出模塊間進行數據交換，C總線可將大量數據傳送到功能模塊和通信模塊）；一些CPU裝備了內置的SINEC L2 DP接口，保證了對分布式I/O進行快速數據交換；強大的通信模塊允許點到點通信，以及用SINEC L2和SINEC H1總線系統進行通信。通過選擇合適的s7-400組件，可實現幾乎所有的自動化任務。S7-400模塊采用了在機架中進行懸掛安裝的模塊化設計。并提供擴展機架以對系統進行擴展，S7-400自動化系統集原有系統與新系統和新軟件的所有優點于一身。4.2.2 s7-400的硬件結構S7-400PLC是模塊化結構設計，各種單獨模塊之間可以進行廣泛組合和擴展。它的主要主要組成部分有機架、電源（PS）模塊、中央處理器單元（CPU）模塊、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）、和通信（CP）模塊等。1、機架S7-400的機架為各類模塊提供支架和電源，并通過背板總線連接各模塊。采用分布式總線（P總線和C總線）使CPU與中央I/O間的通信速度可以非常快，P總線(I/O總線)用于I/O信號的高速交換和對信號模塊數據的高速訪問，C總線（通信總線，或稱K總線）用于在C總線各站之間的高速數據交換。兩種總線分開后，控制和通信分別有各自的數據通道。2、電源(PS)模塊電源模塊用于為s7-400 PLC的CPU、通信模塊、傳感器和執行器等提供DC 24V和5V電源。S7-400 PLC的電源模塊直接安裝在機架背板上，向背板總線提供DC 5V和24V電源，所有安裝于一個機架（如果擴展機架需要主機架供電時則為兩個機架）上的模塊消耗DC 5V和24V電流總線不能超過電源模塊的輸出容量。電源模塊不能與CPU機架分離安裝，CPU可以對電源模塊的狀態進行診斷。電源模塊不能為信號提供負載電壓。電源模塊上可以安裝備份電池，即使電源斷電，CPU中的程序和過程數據也不會丟失。S7-400 PLC的電源模塊只能安裝在一個機架上。S7-400 PLC可供選擇的電源模塊有：PS 405（4A）、PS 405 (10A)、 PS 405 (20A)、 PS 407 (10A)和 PS 407 (20A)等。S7-400 PLC電源模塊的特點為：用于s7-400 PLC系統安裝基板的封裝設計；通過自然對流冷卻；帶AC-DC編碼的電源電壓的插入式連接；短路保護；對兩個輸出電壓的監視，如果其中一個電壓故障，則向CPU發送故障信號；兩個輸出電壓（DC 5V和DC 24V）共地；前面板上有運行和故障/出錯指示LED。3、CPU模塊S7-400 PLC的CPU模塊種類有 CPU 412-1、CPU 413-1/413-2 DP、CPU 414-1/ 414-2DP、CPU 416-1等。CPU 412-1、適用于中等性能的經濟型中小型項目；CPU 413-1和CPU 413-2 DP適用于中等性能的較大系統；CPU 414-1和CPU 414-2 DP適用于中等性能，對程序規模、指令處理速度及通信要求較高的場合；CPU 416-1適用于高性能要求的復雜場合。具有集成DP接口的CPU可作為PROFIBUS-DP的主站。（1）實時時鐘功能CPU的后備時鐘和8個時鐘位存儲器，有日期時鐘同步功能，同步時在PLC內和MPI上可以作為主站和從站。（2）IEC定時器/計數器功能S7-400 PLC都有IEC定時器/計數器（SFB類型），每一優先級嵌套深度24級，在錯誤OB中附加2級。S7信令功能可以處理診斷報文。（3）測試功能可以測試I/O、位操作、DB（數據塊）、分布式I/O、定時器和計數器；可以強制I/O、位操作和分布式I/O。有狀態塊和單步執行功能，調試程序時可以設置斷點。（4）通信處理器（CP）通信處理器（CP）的塊數只受槽的數目和通信的連接數量的限制。S7-400可以與編程器和操作員面板（OP）通信，有全局數據通信功能。在s7通信中，可以作服務器和客戶機，分別為編程器（PG）和OP保留了一個連接。（5）CPU模塊內置第一個通信接口的功能第一個通信接口可以作MPI（默認設置）和DP主站，有光電隔離。作MPI時，可以與編輯器和OP通信，可以作路由器。全局數據通信的GD包最大為64KB。S7標準通信每個作業的用戶數據最大為76KB，s7通信每個作業的用戶數據最大為64KB，s5兼容通信每個作業的用戶數據最大為8KB，通過CP和可裝載的FC可以進行標準通信。內置的各通信接口最大傳輸速率為12Mbit/s。作DP主站時，可以與編程器和OP通信，支持內部節點通信，有等時線和SYNC/FREEZE功能，除s7-400外，有全局數據通信、s7基本通信和s7通信功能。最多32個DP從站，可以作路由器，插槽數最多為512個。最多地址區為2KB，每個DP從站的最大可用數據為244B輸入/244B輸出。（6）CPU模塊內置第二個通信接口的功能第二個通信接口可以作DP主站（默認設置）和PTP(點對點)接口，有光電隔離。作DP主站時，可以與編程器和OP通信，支持內部節點通信，有等時線和SYNC/FREEZE功能。每個DP從站的最大可用數據為244B輸入/244B輸出。4、通信處理器（CP）模塊通信處理器是一種智能模塊，它用于PLC之間、PLC與計算機或其他智能設備之間的通信，可以將PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工業以太網，或用于實現點對點通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負擔，并減少用戶對通信的編輯工作。5、IBS s7 400 DSC/I-TINTERBUS 總線控制器為第四代SIMATIC版的S7-400控制器的連接到以太網網絡。IBS s7 400 DSC/I-T可以外接 高達254遠程總線設備、多達16個設備水平、多達512個設備、高達4096的I / O點、高達62個PCP設備。可以與S7 - 400的控制器同步運行并支持嵌入式系統和INTERBUS總線回路/ 2個回路設備，得到了加利福尼亞四國集團的支持。IBS s7 400 DSC/I-T可以根據需要，用戶自定義處理，控制器板可以對數據預處理和全面的系統診斷。控制器上的液晶顯示器能經營和直接顯示通信的診斷信息。在控制面板上有RS 232接口，可以通過固件下載，一個RJ - 45接口以太網連接使用雙絞線電纜并符合TCP / IP協議。IBS s7 400 DSC/I-T有兩個接口一個是遠程總線連接接口，遠程總線連接到INTERBUS總線控制器的設備上。另一個是診斷接口，通過此接口連接到個人的計算機上或是PC上，對系統進行相關的操作。圖4-1 s7-400的硬件結構4.3 SEW變頻器的控制4.3.1 SEW變頻器的介紹MOVIDRIVE 通過現場總線接口可對所有驅動參數和功能進行數字訪問。變頻器的控制是通過快速、周期性過程數據交換得到。過程數據通道提供了一種工具，不僅能設定設定值（例如轉速設定值，加速和減速用的斜坡發生器時間等），而且也能激發各種驅動功能（例如啟動，控制器禁止，停止，快速停止等）。該通道還能從變頻器中讀取實際值，例如實際轉速，電流，變頻器狀態，錯誤碼以及參考信息。在變頻器中內置有順序及定位控制系統IPOS，所以過程數據通道也能用作PLC和IPOS之間的直接連接。在這種情況下，過程數據不是由變頻器計算，而是由IPOS控制程序直接計算。雖然過程數據一般按周期交換，但是驅動器參數也能通過READ和WAITE功能非周期性讀和寫。參數數據的這種交換使之應用程序得以執行，因為所有重要的驅動參數存放在高一級自動化裝置內，這就避免了在變頻器上手動調整參數，這種調整通常是十分費時的。現場總線系統的使用需要附加的驅動系統監視，例如現場總線的時間監視（現場總線超時中斷）或甚至是專門緊急停止的概念。MOVIDRIVE監視功能可以預測在應用程序中。這樣的話，用戶可以確定總線出錯時變頻器應該觸發哪個錯誤響應。快速停止對于許多應用是切實可行的，但是也能凍結最后的設定值，使用最后的有效設定值繼續驅動（例如傳送帶）。由于變頻器在現場總線方式工作時也能確保控制端子的功能，通過變頻器的端子仍然實現和現場總線無關的緊急停止。MOVIDRIVE 變頻器為啟動和運行提供了許多診斷選項例如，從高一級控制發來的設定值和實際值都能用手提鍵盤式的現場總線監視器進行檢查，也能從現場總線選件上的狀態指示提供許多的附加信息。PC軟件MX-SHELL甚至能提供更方便的診斷選項，除了可以設定所有的驅動器參數（包括現場總線參數），還能提供現場總線和變頻器狀態信息和詳細顯示。MOVIDRIVE變頻器的控制在現場總線系統上是利于過程數據進行的。一般來講，過程輸入數據和過程輸出數據應該是分開處理。這樣的話，能分別確定你的應用中哪個過程輸出數據（設定值）將由控制器傳送給變頻器，或者哪個過程輸入數據（實際值）將由MOVIDRIVE變頻器傳送給高一級控制裝置。圖4-2 變頻器4.3.2 SEW變頻器的應用對于升降機車傳動使用的電機主要是3KW，所以我們選擇MDX61B0040-5A3-4-OT型號的變頻器來控制升降機車，SEW電機的控制通常在4KW以下時，我們采用星型連接控制電機的轉動，而在4KW以上的電機我們常常采用三角形的連接控制電機的轉動。因為在升降機車中我們采用的是3KW的SEW電機，所以我們采用星型的連接控制，對于滾床的加速、減速、停止我們通過SEW變頻器的軟件來設置內部參數來進行控制。4.4 INTERBUS總線4.4.1 inline模塊inline模塊主要是由光電耦合器、電源模塊、輸入模塊和輸出模塊組成。其中光電耦合器是用于連接INTERBUS總線嵌入式的終端，并且遠程總線使用光纖連接。它主要的作用是把PLC的光信號轉換成按鈕、顯示燈等電信號或是把按鈕、顯示燈電信號轉換成光信號，在光電耦合器的后面通常接有電源模塊、輸入模塊和輸出模塊，電源模塊是給輸入模塊和輸出模塊提供電源的，輸入終端模塊是專為嵌入式站內使用，它是用來接受數字信號，輸入模塊主要連接一些按鈕等輸入信號。輸出終端模塊也是專為嵌入式站內使用，它是用于輸出數字信號，輸出模塊主要用來連接顯示燈等器件。4.4.2 PNOZ multi 模塊PNOZ multi 模塊主要由電源模塊、通信模塊、基礎模塊、擴展的輸入模塊和輸出模塊組成。PNOZ multi 模塊化安全系統是用于安全電路的中斷和安全使用而設計的。通信擴展模塊是用于與PNOZ multi模塊化安全系統和INTERBUS總線通信的中轉站，它是一個INTERBUS總線用戶的一個從站。Inter bus總線之間的相互通信的基本功能符合歐洲的標準。在通信時中央控制器（主站）周期性的讀取從站輸入信息和輸出信息并進行數據傳輸，使整個系統建立了一定的聯系。基礎模塊具有噪音抑制功能，最多能連接8個擴展模塊和1個現場總線模塊（通信模塊），基礎模塊是PNOZ multi的主體，它上面有20用于連接的輸入點，主要連接：1、急停按鈕2、雙手按鈕3、安全門限位開關4、復位按鈕5、光幕6、掃描儀7、啟用開關8、壓力傳感器9、操作模式選擇開關。一個32位內存可用芯片卡，用于存儲安全回路程序。四個半導體輸出主要外接一些可控的繼電器，用于控制一個區域的安全。2個繼電器輸出直接控制工位的安全回路。模塊上的LED指示燈有診斷電壓、輸出和輸入電路正確與否的顯示功能，我們可以根據顯示燈的不同狀態得到不同的信息。電源模塊主要是給基礎模塊，擴展模塊提供電源。在基礎模塊的輸入點和輸出點不夠用的情況下我們需要擴展一些輸入模塊和輸出模塊，輸入模塊輸出模塊上的輸入點輸出點的功能和基礎模塊上的輸入和輸出的功能是一樣的。4.4.3 RL模塊RL模塊被設計使用在系統工程中，有IP67防護等級，它是適合使用在條件惡劣的工業中。不需要放在一個控制柜中，它可以使用的工具平臺上，直接焊接機器人或輸送系統。本文中該模塊主要被使用在輸送系統。該模塊提供兩種不同的傳輸速率，在使用中一個輸送系統的傳輸速率要統一。在RL模塊上有一對INTERBUS總線遠程總線（光纖）端口、一對US1/US2電源端口和8個輸入或輸出的5針端口。五針的端口主要接升降機車上上的接近開關。圖4-3 RL模塊4.4.4 SWAC控制面板在本設計中SWAC控制面板主要起到顯示和控制的作用。SWAC控制面板上一共有64個點。每個點都有顯示和控制的作用，一個點代表一個器件的一種狀態。例如：滾床上的接近開關，在接近劃蹺的時候接近開關感應，SWAC上代表這個傳感器的顯示燈變化。SWAC控制面板上有的點還有控制的功能，像一些啟動按鈕和停止。圖4-4 SWAC控制面板4.5 傳感器和執行器4.5.1 接近開關再設計中我們使用一種對接近物件有“感知”能力的元件位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的，這就是接近開