基于PLC控制機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I 基于 制機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，可編程控制器的需求量逐年增大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。 本設(shè)計(jì)中 制機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)組成。每個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)用都比較廣泛，特別是搬運(yùn)機(jī)械手，其 應(yīng)用 逐漸普及 ，在汽車 、 電子 、 機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等 領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn)已得到廣泛應(yīng)用，更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 通過本設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)靈活的運(yùn)用各類傳感器進(jìn)行物料檢測 、識(shí)別、傳送位子檢測，機(jī)械手限位控制。同時(shí)用步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度，變頻器控制物料傳輸速度。通過所學(xué)的知識(shí)，將各種元器件通過邏輯關(guān)系有序的聯(lián)系起來，構(gòu)成機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。 關(guān)鍵詞： 搬運(yùn)機(jī)械手 步進(jìn)電機(jī) 傳輸分揀 變頻器瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 錄 摘 要 . I 目 錄 . 言 . 4 第 1 章 可編程序控制的概述 . 5 產(chǎn)生和定義 . 5 特點(diǎn)和其它典型的控制系統(tǒng)的 區(qū)別 . 7 應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 . 8 分類及系統(tǒng)的組成和工作原理 . 9 編程語言和程序結(jié)構(gòu) . 14 第 2 章 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 . 18 系統(tǒng)的組成 . 18 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的組成與功能 . 18 系統(tǒng)的控制要求 . 23 第 3 章 系統(tǒng)硬的件設(shè)計(jì) . 25 系統(tǒng)元器件 . 25 輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)分配 . 26 選型 . 27 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì) . 30 變頻器設(shè)計(jì) . 32 三菱變頻器電路圖 . 34 制原理圖 . 35 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 36 三菱編程軟件、模擬仿真軟件 . 36 上料機(jī)構(gòu)控制流程圖 . 38 搬運(yùn)機(jī)械手控制流程圖 . 39 傳輸與分揀結(jié)構(gòu)控制流程圖 . 40 制程序設(shè)計(jì) . 41 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 . 52 程序的調(diào)試與運(yùn)行監(jiān)控 . 52 系統(tǒng)模擬調(diào)試 . 54 結(jié) 束 語 . 55 致 謝 . 56 參考文獻(xiàn) . 57 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 引 言 4 引 言 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱 ,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作，更需要自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中 制越來得到重視，在本設(shè)計(jì)中難點(diǎn)的是搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以 成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 本設(shè)計(jì)模擬生產(chǎn)線系統(tǒng)，采用日本三菱公司的 列 物料的存放，機(jī)械手的上下、左右、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)以及抓取運(yùn)動(dòng)，物料的傳輸速度、分揀進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，模擬實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制的機(jī)電一體化。 由于 個(gè)人水平限制，在設(shè)計(jì)的過程中多加了一份心，不斷的學(xué)習(xí)，力求做得更好。所說如此但在設(shè)計(jì)中仍存在著許多問題，希望老師、同學(xué)們能夠給予批評指正，在此深表謝意！瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 5 第 1 章 可編程序控制的概述 產(chǎn)生和定義 以自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置， 現(xiàn)在 隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， 到了迅速的發(fā)展，也在社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)得到了越來越多的應(yīng)用。 產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司（ 開招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （ 1） 編程方便，可現(xiàn)場修改程序； （ 2） 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； （ 3） 可靠性高于繼電器控制裝置； （ 4） 體積小于繼電器控制盤； （ 5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； （ 6） 成本可與繼電器控制盤競爭； （ 7） 輸入可以是交流市電（ 115V）（美國電壓標(biāo)準(zhǔn)） （ 8） 輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等； （ 9） 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變??； （ 10） 用戶程序存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到 4 以上這就是著名的“ 條”。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ 標(biāo)后，制造出世界上 第一臺(tái)可編程序控制器。（ 簡稱 以下便是較早研制的 1969 年，美國研制出世界第一臺(tái) 圖 1971 年，日本研制出第一臺(tái) 1973 年，德國研制出第一臺(tái) 圖 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 6 1974 年，中國研制出第一臺(tái) 16 位和 32 位微處理器的應(yīng)用，使 到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一。 定義及發(fā)展 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的 微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的 地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為 3040%。在這時(shí)期， 處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， 漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 統(tǒng)。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí) 期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 現(xiàn)在的 品已經(jīng)使用了 16 位、 32 位高性能微處理器，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術(shù)使 應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。 技術(shù)已經(jīng)比較成熟。 目前，世界上有 200 多個(gè)廠家生產(chǎn) 品， 國內(nèi)廠家的 響率和市場占有率很小，主要是國外品牌。 比較著名的有美國的 用（ 莫迪康（ 日本的三菱（ 歐姆龍（ 富士電機(jī)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 7 （ 松下電工、德國的西門子（ 法國的 耐德（ 韓國的三星（ 。 特點(diǎn)和其它典型的控制系統(tǒng)的區(qū)別 特點(diǎn) （ 1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 （ 3）編程方便，易于使用 （ 3）功能強(qiáng)、速度快、精度高 （ 4）通用性好 （ 5）體積小，重量輕，耗能低，適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)，不需專門的機(jī)房和空調(diào) 繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 （ 1）控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬連線邏輯； 用存儲(chǔ)器邏 輯，也稱“軟連線”邏輯。 （ 2）工作方式 繼電器控制線路屬并行工作方式； 串行工作方式。 （ 3）可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制線路使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多，可靠性和可維護(hù)性差；制邏輯，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。 （ 4）控制速度 繼電器控制線路控制速度低； 制速度高。 （ 5）定時(shí)控制 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制，精度低； 用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，精度高，定時(shí)范圍大。 （ 6）設(shè)計(jì)和施工 繼電器控制邏輯周期長； 期短。 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 8 應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 應(yīng)用領(lǐng)域 目前， 國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （ 1） 開關(guān)量的邏輯控制 這是 基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （ 2） 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許 多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ 數(shù)字量（ 間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 家都生產(chǎn)配套的 A/，使可編程控制器用于模擬量控制。 （ 3） 運(yùn)動(dòng)控制 以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn) 動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 （ 4） 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 有 塊，目前許多小型 理一般是運(yùn)行專用的 程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （ 5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 9 數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （ 6） 通信及聯(lián)網(wǎng) 信含 的通信及 其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 商都十分重視 通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 具有通信接口，通信非常方便。 展趨勢 的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾方面。 （ 1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 （ 2）向大容量、高速度方向發(fā)展 （ 3）智能型 I/O 模塊的發(fā)展 （ 4）基于 編程軟件取代編程器 （ 5） 程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 （ 6） 信的易用化 （ 7）組態(tài)軟件與 軟件化 （ 9） 現(xiàn)場總線相結(jié)合 分類及系統(tǒng)的組成和工作原理 分類 （ 1）按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類 1）小型機(jī) 小型機(jī)的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型 入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256 點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 4K 字左右。 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 10 例如： 列（如圖 列； 列； 列等。 2）中型機(jī) 中型機(jī)的輸入、輸 出總點(diǎn)數(shù)在2562048 點(diǎn)之間。，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 8K 字左右。 例如： 列； 列； 品。 3）大型機(jī) 大型 輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到 16 典型的大型 列、 5 等系列產(chǎn)品。 （ 2）按結(jié)構(gòu)形式分 根據(jù) 結(jié)構(gòu)形式的不同， 要分為整體式和模塊式兩種。 1）整體式結(jié)構(gòu) 圖 西門子 列 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 11 其特點(diǎn)是將 基本部件，如 ，輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成 一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。 小型 般為整體式結(jié)構(gòu)。 2）模塊式結(jié)構(gòu) 一 些模塊單元組成，如 塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊和各種功能模塊等。 目前，大中型 采用模塊式結(jié)構(gòu)（如圖 示）。 系 統(tǒng)組成 要由 源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成（如圖 示）。 （ 1）中央處理單元（ （ 2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由 家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ，用戶不能更改。 系統(tǒng)程序包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序以及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與 系統(tǒng)調(diào)用。 圖 大中型模塊式 州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 12 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 程語言編寫的各種用戶程序。 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來存放用戶程序中所使用器件的 態(tài)和數(shù)值、數(shù)等。 用的存儲(chǔ)器類型有三種： 1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ 2）只讀存儲(chǔ)器（ 3）可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（ （ 3）輸入 /輸出單元 輸入 /輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入 /輸出單元包括兩部分 ：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 1）輸入接口電路 通常 輸入接口電路的類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源（ +24V）可由外部供給，有的也可以由 部提供。 2）輸出接口電路 輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。電源由外部提供，輸出電流一般為 A，輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。 圖 件結(jié)構(gòu)圖 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 13 （ 4）電源部分 般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V、 12V、 24V 等直流 電源，使 正常工作。 （ 5） 擴(kuò)展接口 （ 6） 通信接口 （ 7） 編程器 編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，分簡易型和智能型。 （ 8）其他部件 工作原理 工作方式與運(yùn)行框圖（如圖 示）。 繼電器控制系統(tǒng)是“硬連線邏輯系統(tǒng)”，采用的是并行工作方式；而 一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用的是串行工作方式。 概括而言， 按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。 每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 當(dāng) 常工作時(shí)，它將不斷重復(fù)上圖中的 掃描過程。如果暫不考慮對遠(yuǎn)程 I/O 特殊模塊和通信服務(wù)，掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”了。這三個(gè)階段是 作過程的中心內(nèi)容。 輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 出刷新階段X 00 1Y 00 1Y 00 1 圖 運(yùn)行框圖 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 14 （ 1）輸入采樣階段 輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)怎樣變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。 （ 2）程序執(zhí)行階段 根據(jù) 形圖程序掃描原則 ， 從左到右、從上到下的順序執(zhí)行用戶程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， 從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)的狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（軟繼電器）的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。因此，每一個(gè)元件（不包括輸入繼電器）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化的。 (3)輸出刷新階段 在所有用戶程序的指令執(zhí)行完畢后 ,元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài) (接通 /斷開 )在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載 ,實(shí)現(xiàn)控制命令的輸出。 輸入 /輸 出的處理原則 （ 1）輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一掃描周期的輸入刷新期間的接通和斷開狀態(tài)。 （ 2）程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入 /輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他個(gè)各元件映像寄存器的內(nèi)容。 （ 3）輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。 （ 4）輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 （ 5）輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。 編程語言和程序結(jié)構(gòu) 編程語言 供的編程語言通常有：梯形圖 (語句表（ 功能圖（ 功能塊圖（ 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 15 圖 梯形圖 （ 1）梯形圖（ 梯形圖（ 程語言（如圖 示）是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。兩者基本思想一致，只是在使用符號(hào)和表達(dá)式上有一定區(qū)別。 梯形圖中一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”（ 這只是概念上的“能流”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)。如沒有“能流”，則線圈未被激勵(lì)。 梯形圖語言簡單明了，易于理解，是所有編程語言的首選。 （ 2）語句表（ 語句表 (似于計(jì)算機(jī)中的助記符語言（如圖 示），它是用一個(gè)或幾個(gè)容易記憶的字符來代表 某種操作功能。 （ 3）順序功能流程圖（ 圖 語句表 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 16 順序功能流程圖 (程是一種圖形化的編程方法（如圖 示），亦稱功圖。使用它可以對具有并行發(fā)生、多種選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程。許多 供了用于 程的指令。第六章詳述。 （ 4）功能塊圖（ 門提供了功能塊圖（ 程語言（如圖 示），利用 以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯框指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點(diǎn)和線圈，但有與之等價(jià)的指令，這些指令是作為邏輯框指令出現(xiàn)的，程序邏輯由這些邏輯框指令之間的連接決定。 程序結(jié)構(gòu) 控制一個(gè)任務(wù)或過程，是通過在 式下，使 環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行圖 順序功能流 程圖 圖 電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能塊圖 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 可編程控制器的概述 17 用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，用戶程序決定了一個(gè)控制系統(tǒng)的功能。 廣義上的用戶程序由三部分組成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。 （ 1）用戶程序 也稱組織塊，一般包括一個(gè)主程 序，若干子程序和若干中斷程序。 （ 2）數(shù)據(jù)塊（可選） 主要存放控制程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。 （ 3）參數(shù)塊（可選） 存放 組態(tài)數(shù)據(jù)，用戶若未進(jìn)行 組態(tài)，則系統(tǒng)以默認(rèn)值進(jìn)行自動(dòng)配置。瀘州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 18 第 2 章 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 第 1 章主要對系統(tǒng)的核心 可編程控制器進(jìn)行了介紹，本章中將對組成該系統(tǒng)的其它機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹。 系統(tǒng)的組成 機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手、皮帶輸送線、物件分揀等機(jī)構(gòu)組成，通過 接控制的模擬機(jī)電一體化生產(chǎn)線。其 制工作流程圖如下圖（圖 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的組成與功能 上料機(jī)構(gòu) 上料機(jī)構(gòu)的組要組成部分如下圖所示（圖 送料機(jī)構(gòu) 物料光電檢測 有物料驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械手抓料取走 機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn) 機(jī)械手放料后回原點(diǎn) 傳送和分揀機(jī)構(gòu) 無物料報(bào)警停機(jī) 圖 作流程 瀘州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 19 （ 1）主要組成與功能 上料機(jī)構(gòu)由井式工件庫、光電傳感器、工件、存放料臺(tái)、推料氣缸、安裝支架等組成。主要完成將工件依次送至存放料臺(tái)上。沒有工件時(shí)，報(bào)警指示黃燈閃爍，放入工件后閃爍自動(dòng)停止。 1）光電傳感器：物料檢測傳感器為光電漫反射型傳感器，檢測到有物料時(shí)推料氣缸將物料推出到存放料臺(tái) ，有物料時(shí)為 供一個(gè)輸入信號(hào)。 2）推料氣缸：依次將工件推到存放料臺(tái)上，由單相電控氣閥控制。 3）警示燈：在設(shè)備停止時(shí)警示紅燈亮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)警示綠燈，在無物料時(shí)警示黃燈閃爍。 4）井式工件庫：用于存放 32件，料筒側(cè)面有觀察槽。 5）安裝支架：用于安裝工件庫和推料氣缸。 （ 2）主要技術(shù)指標(biāo) 1）控制電源：直流 24V/6A 2） 制器 三菱 3）光電傳感器： ）磁性傳感器： ）單桿氣缸： ）警示燈： 、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 20 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu) 搬運(yùn)機(jī)械手的組要組成部分如下圖所示（圖 （ 1）主要組成與功能 搬運(yùn)機(jī)械手由氣動(dòng)手爪、雙導(dǎo)桿氣缸、單桿氣缸、電感傳感器、磁性傳感器、多種類型電磁閥、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器組成。主要完成通過氣動(dòng)機(jī)械手手臂前伸，前臂下降，氣動(dòng)手指夾緊物料，前臂上升，手臂縮回，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松開將物料放入料口，機(jī)械手返回原位，等待下一個(gè)物料到位等動(dòng)作。 1）氣動(dòng)手爪：完成工件的抓取動(dòng)作，由雙向電控閥控制，手爪夾緊時(shí) 磁性傳感器有信號(hào)輸出，磁性開關(guān)指示燈亮。 2）雙導(dǎo)桿氣缸：控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。 3）單桿氣缸：控制氣動(dòng)手爪的提升、下降，由電控氣閥控制。 4）電感傳感器：機(jī)械手臂左擺或右擺到位后，電感傳感器有信號(hào)輸出。（接線注意棕色接“ +”、藍(lán)色接“ -”、黑色接“輸出”）。 5）磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測。當(dāng)檢測到氣缸準(zhǔn)確到位后將給 磁性傳感器接線時(shí)注意藍(lán)色接“ -”，棕色接“ 入端”）。 5）步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器：用于控制機(jī)械手手臂的旋轉(zhuǎn)。通過脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行精圖 州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 21 確定位。 （ 2） 主要技術(shù)指標(biāo) 1）控制電源：直流 24V/6A 2） 制器 三菱 3）電磁閥： 44）調(diào)速閥：出氣節(jié)流式 5）磁性傳感器： ）氣缸： ）氣動(dòng)手指： ）電感式傳感器 :）步進(jìn)電機(jī)： 570）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器： 3 皮帶輸送與分揀機(jī)構(gòu) 皮帶傳送與分揀機(jī)構(gòu)組要組成部分如下圖所示（圖 圖 州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 22 （ 1）主要組成與功能 皮帶輸送與分揀機(jī)構(gòu) 由皮帶輸送線、分揀料槽、單桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、三相異步電動(dòng)機(jī)、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器及電磁閥等組成。主要完成物料的輸送、分揀任務(wù)。 1）光電傳感器：當(dāng)有物料放入時(shí)，給 個(gè)輸入信號(hào)。（接線注意棕色接“ +”、藍(lán)色接“ -”、黑色接“輸出 ” ）。 2）入料口：物料入料位置定位。 3）電感式傳感器：檢測金屬材料，檢測距離為 25線注意棕色接“ +”、藍(lán)色接“ -”、黑色接“輸出”）。 4）光纖傳感器：用于檢測非金屬的白色物料 ，檢測距離為 38測距離可通過傳感器放大器的電位器調(diào)節(jié)。（接線注意棕色接“ +”、藍(lán)色接“ -”、黑色接“輸出 ” ）。 5） 1 號(hào)料槽：用于放置金屬物料。 6） 2 號(hào)料槽：用于放置白色尼龍物料。 7） 3 號(hào)料槽：用于放置黑色尼龍物料。 8）推料氣缸：將物料推入料槽，由單向電控氣閥控制。 9）導(dǎo)料氣缸：在檢測到有白色物料時(shí)，將導(dǎo)料塊旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置。 10）皮帶輸送線：由三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將物料輸送到相應(yīng)的位置。 11）三相異步電動(dòng)機(jī)：驅(qū)動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，由變頻器控制。 （ 2）主要技術(shù)指標(biāo) 1）控制電源：直流 24V/6A 2） 制器 三菱 3）三相異步電動(dòng)機(jī)： 4125W,輸出軸轉(zhuǎn)速 130 轉(zhuǎn) /分。 4）電磁閥： 4）調(diào)速閥：出氣節(jié)流式 6）磁性開關(guān)： ）氣缸 :）光電傳感器： ）電感傳感器： 0）光纖傳感器： 1）電容傳感器： 2）調(diào)壓過濾器： 有壓力表 0 1 瀘州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 23 系統(tǒng)的控制要求 控制要求 （ 1）上料機(jī)構(gòu) 在復(fù)位完成后，點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕，料筒光電傳感器檢測到有工件時(shí)，推料氣缸將工件推出至存放料臺(tái)，若 3 秒鐘后，料筒檢測光電傳感器仍未檢測到工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時(shí)警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機(jī)械手將工件取走后，推料氣缸縮回，工件下落，氣缸重復(fù)上一次動(dòng)作。 （ 2）搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)（自動(dòng)控制 +手動(dòng)控制） 1）自動(dòng)控制：（旋轉(zhuǎn)開關(guān)打到自動(dòng)擋） 當(dāng)存放料臺(tái)檢測光電傳感器檢測物料到位后，機(jī)械手手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，延時(shí) ，手爪氣缸下 降，手爪下降限位傳感器檢測到位后，延時(shí) ，氣動(dòng)手爪抓取物料 ,手爪夾緊限位傳感器檢測到夾緊信號(hào)后；延時(shí) ，手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測到位后；手臂向右旋轉(zhuǎn)，手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測到位后，延時(shí) ，氣動(dòng)手爪放開物料 ,手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測到位后，手臂向左旋轉(zhuǎn)，等待下一個(gè)物料到位，重復(fù)上面的動(dòng)作。在分揀氣缸完成分揀后 ，再將物料放入輸送線上。 2）手動(dòng)控制：（旋轉(zhuǎn)開關(guān)打到手動(dòng)擋） 按一下“手臂伸出 /縮回按鈕”時(shí)手臂伸出，再按一下按鈕手臂縮回，如此按下同一按鈕手臂在伸出與縮回兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。 按一下“手爪下降 /上升按鈕”時(shí)手爪下降，再按一下按鈕手爪上升，如此按下同一按鈕手爪在下降與上升兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。 按一下“手爪夾緊 /松開按鈕”時(shí)手爪抓緊，再按一下按鈕手爪松開，如此按下同一按鈕手爪在夾緊與松開兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)； 按一下“手臂右旋 /左旋按鈕”手臂向右旋，再按一下按鈕手臂向左旋，如此按下同一按鈕手臂在向右旋轉(zhuǎn)與向左旋轉(zhuǎn)兩態(tài)間往 復(fù)循環(huán)； （ 3）成品分揀機(jī)構(gòu) 當(dāng)入料口光電傳感器檢測到物料時(shí)，變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)，三相交流異步電機(jī)以 30頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測傳感器檢測到金屬物料時(shí)，推料一氣缸動(dòng)作，將金屬物料推入一號(hào)料槽，料槽檢測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)料槽二檢測傳感器檢測到白色物料時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作，將白色物料導(dǎo)入二號(hào)料槽，料槽檢測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)回原位，同時(shí)電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)物料為黑色物料直接導(dǎo)入三號(hào)料槽，料槽檢瀘州職 業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求 24 測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。 （ 4）啟動(dòng)、停止 、復(fù)位、警示 1）系統(tǒng)上電后，點(diǎn)動(dòng)“復(fù)位”按鈕后系統(tǒng)復(fù)位，將存放料臺(tái)、皮帶上的工件清空，點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕，警示綠燈亮，缺料時(shí)警示黃燈閃爍；放入工件后設(shè)備開始運(yùn)行，不得人為干預(yù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以免影響設(shè)備正常運(yùn)行。 2）按“停止”按鈕，所有部件停止工作，警示紅燈亮，缺料警示黃閃爍。 （ 5）突然斷電的處理 突然斷電，設(shè)備停止工作。電源恢復(fù)后，點(diǎn)動(dòng)“復(fù)位”按鈕，再點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕。瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 第 3章 系統(tǒng)硬的件設(shè)計(jì) 在第二章中已對系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能與控制要求進(jìn)行的介紹。本章中組要對 制所需的各類元器件、 I/O 分配和硬件原 理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)元器件 上料機(jī)構(gòu)配置元器件 （ 1） 光電傳感器 2 只 （ 2） 磁性開關(guān) 2 只 （ 3） 單桿氣缸 1 只 （ 4） 單控電磁閥 1 只 （ 5） 警示燈（圖 3 只 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)配置元器件 圖 警示燈 （ 1） 單桿氣缸 1 只 （ 2） 雙桿氣缸 1 只 （ 3） 氣動(dòng)手爪 1 只 （ 4） 電感傳感器 1 只（圖 （ 5） 磁性開關(guān) 5 只 （ 6） 行程開關(guān) 2 只 （ 7） 步進(jìn)電機(jī) 1 只 （ 8） 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 1 只 （ 9） 單控電磁閥 2 只 圖 感器 （ 10） 雙控電磁閥 1 只 皮帶傳送與分揀機(jī)構(gòu)配置元器件 （ 1） 三相交流減速電機(jī)（ 出轉(zhuǎn)速 130r/1 臺(tái) （ 2） 滾動(dòng)軸承 4 只 （ 3） 滾輪 2 只 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 26 （ 4） 傳輸帶 1500 67 2 （ 5） 旋轉(zhuǎn)氣缸 （ 6） 電感傳感器 1 只 （ 7） 光纖傳感器 1 只 （ 8） 漫反射式光電傳感器 1 只 （ 9） 對射式光電傳感器 1 對 （ 10） 磁性開關(guān) 4 只 （ 11） 物料分揀槽 3 個(gè) （ 12） 導(dǎo)料塊 2 只 （ 13） 單控電磁閥 2 只 輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)分配 序號(hào) 名稱及功能說明 1 動(dòng)按鈕 2 止按鈕 3 位按鈕 3 周期控制 4 料檢測光電傳感器（料庫） 5 料推出檢測光電傳感器（放料臺(tái)） 6 料伸出限位傳感器 7 料縮回限位傳感器 8 臂伸出限位傳感器 9 臂縮回限位傳感器 10 爪下降限位傳感器 11 爪提升限位傳感器 12 爪夾緊限位傳感器 13 械手基準(zhǔn)傳感器 14 料一伸出限位傳感器 15 料一縮回限位傳感器 16 料轉(zhuǎn)出限位傳感器 （ 1）輸入點(diǎn)分配（表