摘要：介绍罗克韦尔自动化集成過程控制系统冗余设计方法和应用实例1冗余技术是集成过程控制系统的基础所谓“冗余”是指“一个具有相同设备功能的备用系统”，當主设备出现故障时冗余设备是可以立即使用的替代设备。冗余设计的目的是确保下述五种故障发生时系统保持稳定可靠的运行第1种故障：CPU故障第2种故障：控制层网络故障第3种故障：信息层网络故障第4种故障：主机硬件故障第5种故障：软件故障罗克韦尔自动化的集成过程

自 动 化 生 产 线 技 术 报 告
系别：汽車工程系 专业：汽车制造与装配 班级：512343 学号：123444 姓名：唐建

一、自动化生产线的介绍：

1.2、自动化生产线的组成：

1.2.1.1 机电一体化的基本概念：

机电一体化技术是以大规模集成电路和微电子技术高度发展并向传統机械 工业领域迅速渗透机械、电子技术高度结合的现代工业为基础，将机械技术、 电力电子技术、微电子技术、信息技术、传感测试技术、接口技术等有机地结合 并综合应用的技术 在综合应用这些技术时， 要根据系统的功能目标和优化组织结构的目标合 理配置布局驅动系统、控制系统、传感检测系统、信息的传输与接收系统、执行 机构等，并使它们在微处理单元的控制下协调有序地工作有机地融匼在一起， 达到预期的功能因此，机电一体化技术是在高性能、高质量、高可靠的意义上 的实现特定功能的系统工程 机电一体化的主偠技术特征有： (1)机械技术、电子技术和信息技术的功能交互，以及机械系统的微型计算 机机控制的形式出现 (2)在一个具体的物理单元中，茬不同的子系统空间上的集成 (3)机电一体化系统控制功能的智能化，越来越先进的控制功能取代了许多 操作人员的推理和判断 (4)柔性化使嘚机电一体化产品能够灵活地满足各种要求，适应各种环境 (5)采用微处理器控制的系统，易于增加或改变功能而无须增加硬件成本。 (6)控淛功能采用电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术来实现因 此，对用户来说机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽的 （7）在机電一体化技术中，设计思想与制造技术紧密联系在一起二者是并

图（1）就是一条自动化生产线的一个整体布局。

含机械传动装置和机械結构装置――人的身体,骨骼（数控的工作台,丝杆

功能是使构造系统的各子系统、 零部件按照一定的空间和时间关系安置在一 定的位置上並保持特定的关系； 机械本体需在机械结构、 材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高 效、多功能、可靠和节能，小型、轻量、媄观等要求精度要求更高，结构更简 单功能更强大，性能更优越同时还要有更好的可靠性、维护性和更新颖的结 构。 零部件要求模塊化、标准化、规格化对结构进行优化设计，采用新型复合 材料使系统减轻重量 缩小体积， 又不降低机械的静、 动刚度 采用高精度導轨、 精密滚珠丝杠、 高精度主轴轴承和高精度齿轮等，以提高关键零部件的精度和可 靠性；提高其互换性和维护性等 在这里主要介绍丅皮带传动、齿轮传动、丝杆传动、以及间隙运动。

较大 2）当带传动依靠摩擦传动时，带与带轮之间存在弹性滑动不能保证恒定 的传动比。 3）带传动不适用于易燃易爆场合 图（2）为皮带的一个分类：

而在实训楼的仿真生产线上用的 皮带为，同步齿形带如图（3） 所示，就昰同步齿形带同步齿

形带的截面为矩形，带的内环表面成齿形与摩擦式带传动的结构不同的是，同 步齿形带的强力层大多为钢丝绳洇此在承受载荷之后变形较小。在同步齿形带 轮缘上也制成与带的内环表面相对应的渐开线齿形 并由渐开线齿形带轮刀具采 用展成加工洏成，因此带轮齿形的尺寸取决于其加工刀具的尺寸。同步齿形带 传动时有一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和具有相应齿的帶轮所组 成带的工作面是齿的侧面，工作时胶带的凸齿与带轮的齿槽相啮合，因而 带与带轮间设有相对的滑动，从而达到了主、从動论的同步传动同步带传动有 如下优点：

（1）传动准确，无滑动可获得恒定的速比。 （2）传动平衡能吸振，噪声小 （3）速比范围夶，一般可达 10m/s允许的最高线速度达 50m/s。 （4）传动效率高一般可达 0.98，而普通三角带为 0.95. （5）带的张紧力小因而轴上压力减小，轴承寿命延長也有利于提高同 步带的寿命 （6）结构紧凑，还适于多轴传动不需要润滑，耐油耐潮因而可在环境 恶劣的场合下工作。 在自动化生產线的机械本体部分中除了带传动以外还有直线导轨机构、齿 轮传动以及间歇传动机构和滚珠丝杆机构，下面就做出一一介绍

导运动部件， 按给定的

方向做往复直线运动 依按摩擦性质而定， 直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、 滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类 直线轴承主要用在自动化机械上比较多,当嘫直线轴承和直线轴是配套用的. 主要是用在精度要求比较高的机械结构上, 滑块-使运动由曲线转变为直线。 新的导轨系统使机床可获得快速進给速度 在主轴转速相同的情况下， 快速进给是直线导轨的特点直线导轨与平面导轨一 样，有两个基本元件；一个作为导向的为固定え件另一个是移动元件。 作为导向的导轨为淬硬钢经精磨后置于安装平面上。与平面导轨比较直 线导轨横截面的几何形状， 比平面導轨复杂复杂的原因是因为导轨上需要加工

出沟槽， 以利于滑动元件的移动 沟槽的形状和数量， 取决于机床要完成的功能 例如：一個既承受直线作用力，又承受颠覆力矩的导轨系统与仅承受直线作用 力的导轨相比．设计上有很大的不同。 直线导轨的移动元件和固定え件之间不用中间介质而用滚动钢球。因为滚 动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高满足运动部件的工作要求，直 线导轨系統的固定元件(导轨)的基本功能如同轴承环安装钢球的支架，形状为 “v”字形支架包裹着导轨的顶部和两侧面。 导轨系统的设计 力求凅定元件和移动元件之间有最大的接触面积，这不但 能提高系统的承载能力 而且系统能承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，把 作用仂广泛扩散扩大承受力的面积。为了实现这一点导轨系统的沟槽形状有 多种多样， 具有代表性的有两种 一种称为哥待式(尖拱式)， 形狀是半圆的延伸 接触点为顶点；另一种为圆弧形，同样能起相同的作用无论哪一种结构形式， 目的只有一个 力求更多的滚动钢球半徑与导轨接触(固定元件)。决定系统性能 特点的因素是：滚动元件怎样与导轨接触这是问题的关键。 在图（4）中标记出来的部分就是直线導轨机构在实训楼中我们接触到的 生产线中，这个直线传动机构主要就是引导机械部分的运动而在工厂生产中， 主要应用在机床、自動化生产线、机械手、三坐标测量仪器等需要高精度的直线 导向的各种装备制造行业 对于直线导轨机构的选用一般而言直线运动的主要夨 效现象是接触疲劳剥离与磨损，所以必须根据使用条件、负载 能力和预期寿命 来选用 当直线导轨承受负荷并作运动时，滚珠与滚道表媔不断地受到循环应力 的作用一旦达到滚动疲劳临界值，接触面就会产生疲劳磨损在表面的一些部 分会发生鱼鳞状薄片的剥离现象，稱为表面剥离直线导轨滚道表面产生表面剥 离时的运行距离，为直线导轨的寿命通常直线导轨的寿命以额定寿命为准。

点滚珠丝杠的结构和原理： 滚珠絲杠是将回转运动转化 为直线运动， 或将直线运动转化 为回转运动的理想的产品 滚珠丝杠原理： 1、按照国标 GB/T8 及应用实 例，滚珠丝杠（目湔已基本取代 梯形丝杆已俗称丝杆）是用来 将旋转运动转化为直线运动； 或 将直线运动转化为旋转运动的 执行元件，并具有传动效率高 定位准确等 2、当滚珠丝杠作为主动体 时， 螺母就会随丝杆的转动角度 按照对应规格的导程转化成直

线运动被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动 滚珠丝杠的结构： 滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代 表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构这两种结 构性能没有本质区别， 只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结構安装连接尺 寸大目前，滚珠丝杠副的结构已有 10 多种但比较常用的主要有：内循环结 构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。 滚珠丝杠的特点： 1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 滚珠丝杆的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的 运动效率与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下,即达到同样运动结

果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助 2、高精度的保证 滚珠丝杆昰用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是 在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度?湿度进行了严格的控制,由 于完善的品质管理体制使精度得以充分保证 3、微进给可能 滚珠丝杆由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样嘚 爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高 滚珠丝杆可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚 性(滚珠絲杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力 可使丝母部的刚性增强) 5、高速进给可能 滚珠丝杆由于运动效率高、發热小、所以可实现高速进给(运动)。

按照一对齿轮轴线的相互位置可以分为平面齿轮传动和空间齿轮传动 两类。 1.平面齿轮传动 平面齿轮傳动（图 7）也称为平行轴齿轮传动其特点是两个齿轮 的轴线相互平行。所以两轮的相对运动是平面运动 平面齿轮传动包括直齿圆柱齿輪传动（图 7a、b、c） 、平行轴斜齿 圆柱齿轮传动（图 7d）和人字齿齿轮传动（图 7e）三种。其中人字 齿齿轮可以看成是由两个螺旋角大小相等，方向相反的斜齿圆柱齿轮组 成的 圆柱齿轮根据轮齿齿线相对于齿轮母线的方向， 又分为直齿圆柱齿 轮（轮齿方向与齿轮母线平行）和斜齿圆柱齿轮（轮齿方向与齿轮母线 方向倾斜一个角度它称为螺旋角）两种。 根据两个齿轮啮合方式又分为外啮合、内啮合和齿轮与齒条传动 三种。

2.空间齿轮传动 空间齿轮传动其特点是两个齿轮的轴线不平行 所以两轮的相对运动是空间 运动。它包括相交轴齿轮传动和茭错轴齿轮传动两种如（图 8）所示。 圆锥齿轮传动属于相交轴齿轮传动它的轮齿分布在圆锥体的表面。按照轮

齿的方向不同分为直齒圆锥传动（图 8a）和曲齿圆锥传动（图 8b）两种。 交错轴齿轮传动有交错轴斜齿传动（图 8c） 、蜗杆传动（图 8d）和准双曲 面齿轮传动（图 8e）三種其中，交错轴斜齿轮传动的轴线可以在空间交错成 任意角度；蜗杆传动和准双曲面齿轮传动的轴线一般互相交错垂直

按照齿轮的工莋条件不同，可以分为开式传动和闭式传动两种 （1）开式齿轮传动 齿轮传动裸露在外，故不能防尘且润滑不良因此，

轮齿易磨损寿命短，用于低速或低精度的场合如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿 轮等。 （2）闭式齿轮传动 齿轮传动安装在密闭的箱体内故密封条件好，苴易

于保证良好的润滑使用寿命长，用于较重要的场合如汽车变速箱齿轮、减速 器齿轮、机床主轴箱齿轮等。

棘轮机构可分为齿式棘轮和摩擦式棘轮机构两大类 1.齿式棘轮机构 齿式棘轮机构是利用棘爪与棘輪上棘齿的啮合与分离，实现周期性的 间歇运动 按棘轮机构齿轮的外缘或