生產(chǎn)線中的自動往返自動傳送單元系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 i目目 錄錄摘 要.iabstract .ii引 言.21 自動生產(chǎn)線的組成及電氣控制.31.1 基本組成.31.2 電氣控制系統(tǒng).52 自動往返傳送單元裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計.72.1 系統(tǒng)控制回路.72.2 自傳動送單元分揀裝置工作過程概述.92.3 系統(tǒng)的技術(shù)指標.102.4 系統(tǒng)的設(shè)計要求.113 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.113.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu).123.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù).123.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇.134 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.194.1 控制系統(tǒng)總原理圖設(shè)計.194.2 控制系統(tǒng) plc 梯形圖設(shè)計.205 控制系統(tǒng)的調(diào)試.255.1 硬件調(diào)試.255.2 軟件調(diào)試.255.3

2、 系統(tǒng)調(diào)試.25總結(jié)與展望.26致 謝.27參考文獻.28 ii生產(chǎn)線中的自動往返自動傳送單元系統(tǒng)設(shè)計摘摘 要要：隨著我國工業(yè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)自動化的應用也越來越廣泛，規(guī)模也不斷的擴大，所以生產(chǎn)線中自動往返傳送單元系統(tǒng)設(shè)計也是一個重要的工作。生產(chǎn)線中自動往返傳送單元系統(tǒng)中的重點就是plc控制，plc控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，由于其控制方便、能夠承受惡劣的環(huán)境，因此在工業(yè)上優(yōu)于單片機的控制。plc將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門為工業(yè)控制而設(shè)計,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應性強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點,因此

3、在工業(yè)上的應用越來越廣泛。本文主要講述在生產(chǎn)線中自動傳送單元分揀系統(tǒng)中plc的應用，利用可編程控器（plc) ,設(shè)計成本低、效率高的自動傳送單元自動分揀裝置。以plc為主控制器,結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。該系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點,可根據(jù)不同對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞: 可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，電氣控制 iithe automatic production line and automatic transmission unit system designabstractwith chinas indus

4、trial enterprise of booming development, production of automatic application more and more widely, and enlarging the scale, so the automatic production line and automatic transmission unit system design is also an important workplc control is the most commonly used industrial automation control meth

5、od, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it is better than mcu control in the industrial. plc traditional relay control technology, computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design, have strong function, common fl

6、exible, high reliability and environmental adaptability, and programming simple, easy to use and small size, light weight, a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive. this paper focuses on the plc in the canned beverage production, the design of an automatic so

7、rting device with low cost and high efficiency is presented in the paper, which regards programmable logic controller ( plc) as the master controller and combines pneumatic device, sensing technology, position control and other technology to implement automatic selecting of the products live. the de

8、vice is characteristic of high automation, steady running, high precision and easy control, which can fulfill the requirement according to different situations with little modifications.【key words】： programmable logic controller，sorting device，control system，electrical control 1引言1 plc（可編程控制器）1.1 概念

9、plc 是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。1.2 發(fā)展必然性60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)相當發(fā)達，要求不斷更換汽車的型號。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)被淘汰。1968 年，美國最大的汽車制造商 gm 公司公開招標。研制新的控制系統(tǒng)。提出以下要求：1.設(shè)計周期短，更改容易，接線簡單，成本低。2.把繼電器控制和計算機技術(shù)結(jié)合起來。但編程要比計算機簡單易學，操作方便。3.系統(tǒng)通用性強。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺 plc，并在 gm 公司的汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。其后，日

10、本、德國相繼引入。中國 1974 年研制，1977 年成功1.3 plc 的發(fā)展趨勢 目前，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，進一步擴大 plc 在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用范圍，plc 正朝以下幾個方向發(fā)展： 1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展； 2向多品種方向發(fā)展和提高可靠性； 3產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準型； 4發(fā)展分散型/智能型 i/o 系統(tǒng)，發(fā)展與現(xiàn)場總線兼容的 i/o 系統(tǒng)； 5控制的開放和模塊化的結(jié)論。2.自動化生產(chǎn)線 自動化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構(gòu)成的路線。狹義的生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程

11、的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負責完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。 生產(chǎn)線的自動化有以下步驟： 1先確定節(jié)拍時間：不論何種制品，皆在其必須完成的恰好時間內(nèi)制造。 2單位流程：只針對一項產(chǎn)品，進行單位配件的搬運、裝配、加工及素材的領(lǐng)取。 3先導器：制作以目視即能了解節(jié)拍時間的裝置。 4u 字型生產(chǎn)線：將設(shè)備依工程順序逆時針排列，并由一人負責出口及入口。 5ab 控制：只有當后工程無產(chǎn)品，而前工程有產(chǎn)品的情形，才進行工程。 26燈號：傳達生產(chǎn)線流程中產(chǎn)品異狀的裝置。 7后工程領(lǐng)?。荷a(chǎn)

12、線的產(chǎn)品要因應后工程的需求。3.課題研究的目的意義 自動化生產(chǎn)線是當今發(fā)展最迅速、應用 、效益最顯著、最引人矚目的關(guān)鍵技術(shù)之一：是推動新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)之一；是信息電子技術(shù)的綜合集成技術(shù)之一；是一種技術(shù)密集型、智力密集型的技術(shù)；是走新型工業(yè)化道路的關(guān)鍵技術(shù)。運用自動化控制技術(shù)和計算機應用技術(shù)實現(xiàn)以提高經(jīng)濟效益為目標的傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造，已經(jīng)成為了提高國力的主要手段之一。為此，國家與國家、企業(yè)與企業(yè)之間展開了激烈的競爭，日本和西德的經(jīng)濟騰飛便是在這場競爭中取得優(yōu)勢的例證；美國在高度重視以技術(shù)密集型為特征的高科技產(chǎn)業(yè)時，也致力發(fā)展工業(yè)自動化，運用現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機 技術(shù)進行傳統(tǒng)工

13、業(yè)技術(shù)改造，取得了巨大的經(jīng)濟收益。發(fā)展工業(yè)自動化技術(shù)，相關(guān)工藝技術(shù)和自動控制技術(shù)的緊密結(jié)合和高度集成。實現(xiàn)“三高”治理三部曲，在設(shè)計過程中，運用先進工藝技術(shù)和先進控制技術(shù)的結(jié)合，主動排除“三高”在運行過程中，運用先進檢測技術(shù)和在線優(yōu)化技術(shù)的結(jié)合，盡量減少“三高” ；在“三高”形成后，運用高端自動化節(jié)能技術(shù)、降耗技術(shù)和綠色技術(shù)的結(jié)合，努力治理“三高”通過治污三部曲，努力改變我國工業(yè)生產(chǎn)高能耗、高消耗、高污染的局面。生產(chǎn)線自動化的蓬勃發(fā)展，中國工業(yè)將實現(xiàn)質(zhì)的飛躍！ 31 自動生產(chǎn)線的組成及電氣控制1.1 基本組成自動生產(chǎn)線由安裝在鋁合金導軌式臺面上的供料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元

14、 5 個單元組成。其外觀如圖 2-1 所示。圖 1-1 生產(chǎn)線外觀圖其中，每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機構(gòu)基本上以氣動執(zhí)行機構(gòu)為主，但輸送單元的機械手裝置整體運動則采取步進電機驅(qū)動、精密定位的位置控制，該驅(qū)動系統(tǒng)具有長行程、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅(qū)動則采用了通用變頻器驅(qū)動三相異步電動機的交流傳動裝置。位置控制和變頻器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應用最為廣泛的電氣控制技術(shù)。設(shè)計中應用了多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體通過的狀態(tài)、物體的顏色及材質(zhì)等。 4各工作單元在臺面上的分布如圖 1-2 的俯視

15、圖所示。圖 1-2 自動生產(chǎn)線設(shè)備俯視圖560310430350 51.2電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由以下部分組成:電源.plc、變頻器、各種傳感器、手動按鈕/開關(guān) 5指示燈、人機界面(觸摸屏) 、各種 smc 氣缸的電磁閥組件. 1.2.1 plcplc 的硬件主要有中央處理器 cpu、存儲器、輸出單元、輸入單元、通信接口、拓展接口電源等部分組成.其中,cpu 是 plc 的核心,輸入和輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與 cpu 的接口電路,通信接口用于與編碼器、上位計算機等外設(shè)連接.圖 1-3 plc 結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 變頻器變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用，將恒壓頻的交流電轉(zhuǎn)換為變

16、壓變頻的交流電，以滿足交流電機變頻調(diào)速的需要。選用三菱 fra700 系列，可有觸摸屏通過 plc 設(shè)置其內(nèi)部參數(shù)，根據(jù) plc 發(fā)送過來的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并將其內(nèi)部運行參數(shù)反饋到plc 及觸摸屏。1.2.3 傳感器傳感器是一種檢測裝置，能感受被測量的信息，并能將檢測的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它是實現(xiàn)自動檢測合自動控制的首要環(huán)節(jié)。1.2.4 供電電源外部供電電源為三相五線制 ac 380v/220v，圖 1-4 為供電電源模塊一次回路原理圖。圖中，總電源開關(guān)選用 dz47le

17、-32/c32 型三相四線漏電開關(guān)。系統(tǒng)各主要負載通過自動開關(guān)單獨供電。其中，變頻器電源通過 dz47c16/3p 三相自動開關(guān)供電；各工作站plc 均采用 dz47c5/2p 單相自動開關(guān)供電。此外，系統(tǒng)配置 4 臺 dc24v6a 開關(guān)穩(wěn)壓電源分別用作供料、加工和分揀單元，及輸送單元的直流電源。 6圖 1-4 供電電源模塊一次回路原理圖圖 1-5 配電箱設(shè)備安裝圖 71自動往返傳送單元裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計plc 控制分揀裝置涵蓋了 plc 技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工藝過程及控制要求。要想進行 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)

18、計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過程、工作特點，明確控制要求以及各階段的特點和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。2.1 系統(tǒng)控制回路 2.1.1 供料單元氣動控制回路供料單元氣動控制回路的工作原理如圖 2-1 所示。圖中 1a 和 2a 分別為推料氣缸和頂料氣缸。1b1 和 1b2 為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān)，2b1 和2b2 為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān)。1y1 和 2y1 分別為控制推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。通常，這兩個氣缸的初始位置均設(shè)定在縮回狀。圖 2-1 供料單元氣動控制回路工作原理圖 2.1.2 加工單元氣動控制回路加工單

19、元的氣動控制元件均采用二位五通單電控電磁換向閥，各電磁閥均帶有手動換向和加鎖鈕。它們集中安裝成閥組固定在沖壓支撐架后面。氣動控制回路的工作原理如圖 2-2 所示。1b1 和 1b2 為安裝在沖壓氣缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān)，2b1 和 2b2 為安裝在加工臺伸縮氣缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān)，3b1 為安裝在手爪氣缸工作位置的磁感應接近開關(guān)。1y1、2y1 和 3y1 分別為控制沖壓氣缸、加工臺伸縮氣缸和手爪氣缸的電磁閥的電磁控制端。 8圖 2-2 加工單元氣動控制回路工作原理圖1.2自傳動送單元分揀裝置工作過程概述如圖2-3所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 9圖2-3 自動傳

20、送單元分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖它采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器及對不同自動傳送單元敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動輸送帶，下料傳感器 sn 檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運轉(zhuǎn)一個周期后自動停止等待下料，當料槽有料時，下料傳感器輸出信號給 plc，plc 控制輸送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制氣動閥 5 進行下料，每次下料時間間隔可以進行調(diào)整。物料傳感器 sa 為電感傳感器，當檢測出物料為鐵質(zhì)物料時，反

21、饋信號送入 plc，由 plc 控制氣動閥 1 動作選出該物料；物料傳感器 sb 為電容傳感器，當檢測出物料為鋁質(zhì)物料時，反饋信號送 plc,plc 控制氣動閥 2 動作選出該物料；物料傳感器sc 為顏色傳感器，當檢測出物料的顏色為待檢測顏色時，plc 控制氣動閥 3 動作選出該物料。物料傳感器 sd 為備用傳感器。當系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務。2.3 系統(tǒng)的技術(shù)指標輸入電壓：ac200240v（帶保護地三芯插座）消耗功率：250w環(huán)境溫度范圍：-540氣源：大于0.2mpa切小于0.85mpa 102.4 系統(tǒng)的設(shè)計要求系統(tǒng)的設(shè)計要求主

22、要包括功能要求和控制要求，進行設(shè)計之前，首先應分析控制對象的要求。 2.4.1 功能要求自動傳送單元分揀裝置應實現(xiàn)基本功能如下 （1）分揀出材料合格和材料不合格（2）分揀出合格材料中某一顏色（不合格）塊（3）分揀出不合格材料中某一顏色（不合格）塊 2.4.2 系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)利用各種傳感器對待測自動傳送單元進行檢測并分類。當待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳感器檢測。如果被某種傳感器測中，通過相應的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下9 個方面：（1）系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖 （2）電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行（3）有物料時，下料汽缸動作

23、，將物料送出（4）當電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸1 動作（5）當電容傳感器檢測到鋁物料時，推汽缸2 動作（6）當顏色傳感器檢測到自動傳送單元為某一顏色時，推汽缸3 動作 （7）其他物料被送到sd 位置時，推汽缸4 動作 （8）汽缸運行應有動作限位保護 （9）下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 11plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是根據(jù)被控制對象對plc控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的plc類型，并分配i/o點。3.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1 所示。圖3-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析控制

24、系統(tǒng)的要求，確定i/o點數(shù)，選擇plc的型號，然后進行i/o分配。3.2.1 確定i/ o 點數(shù)根據(jù)控制要求，輸入應該有2個開關(guān)信號，6個傳感器信號，包括電感傳感器、電容感器、顏色傳感器、備用傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感器。相應地，有5個 汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需i/o點24個，其中18個輸入，6個輸出。 3.2.2 plc 的選擇根據(jù)上面所確定的i/ o 點數(shù)，且該自動傳送單元分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門子公司的s7-200

25、系列cpu226 型plc。它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。 3.2.3 plc的i/o分配表根據(jù)所選擇的plc型號，對本系統(tǒng)中plc的輸入輸出端子進行分配，如表3-2所示 12西門子 plc(i/o)分揀系統(tǒng)接口(i/o)備注i0.0ucp(計數(shù)傳感器)接旋轉(zhuǎn)編碼器i0.1sn(下料傳感器)判斷下料有無i0.2sa(電感傳感器)i0.3sb(電容傳感器)i0.4sc(顏色傳感器)i0.5sd(備用傳感器)i0.6sfw1(推氣缸 1 動作限位)i0.7sew2(推氣缸 2 動作限位)i1.0sfw3(推氣缸 3 動作限位)i1.1sfw4(推氣缸 4 動作限位)i1.2sf

26、w5(下料氣缸動作限位)i1.3sbw1(推氣缸 1 回位限位)i1.4sbw2(推氣缸 2 回位限位)i1.5sbw3(推氣缸 3 回位限位)i1.6sbw4(推氣缸 4 回位限位)i1.7sbw5(下料氣缸回位限位)i2.0sb1(啟動)輸入部分i2.1sb2(停止)q0.0m(輸送帶電機驅(qū)動器)q0.1yv1(推氣缸 1 電磁閥)推出材料不合格產(chǎn)品q0.2yv2(推氣缸 2 電磁閥)推出材料不合格產(chǎn)品q0.3yv3(推氣缸 3 電磁閥)推出顏色不合格產(chǎn)品q0.4yv4(推氣缸 4 電磁閥)推出合格產(chǎn)品輸出部分q0.5yv5(下料氣缸電磁閥)卸貨表3-2 自動傳送單元分揀裝置plc 輸入/

27、輸出端子分配表3.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇主要是對旋轉(zhuǎn)編碼器和各個傳感器的選擇，并對其作簡要介紹。3.3.1旋轉(zhuǎn)編碼器 13旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計數(shù)器，并提供脈沖輸入。它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的物料進行位置控制。 傳送至相應的傳感器時，發(fā)出信號到plc ，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用e6a2cw5c 旋轉(zhuǎn)編碼器,原理如圖3-4所示。圖3-4 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的

28、輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號原理來分，可分為增量脈沖編碼器（spc）和絕對脈沖編碼器（apc）兩者一般都應用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。編碼器碼盤的自動傳送單元有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。工作原理如下：由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和

29、接收器件讀取，獲得四組正弦波信號組合成a、b、c、d，每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將c、d信號反向，疊加在a、b兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個z相脈沖以代表零位參考位。 由于a、b 兩相相差90度，可通過比較a相在前還是b相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。分辨率：編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。 3.3.2 電感傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。 它由lc 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近

30、這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。 這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。 由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用m18x1x40 電感傳感器。接線圖如圖3-5，原理圖如圖3-6。 14圖3-5 m18x1x40 dc二線常開式電感傳感器接線圖圖3-6 電感傳感器工作原理圖電感傳感器介紹： 由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和自動傳送單元導磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電

31、路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：無活動觸點、可靠度高、壽命長；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復性好；測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低） ；無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。3.3.2電容傳感器電容傳感器也

32、屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用e2kx8me1 電容傳感器，原理圖如圖3-7。圖3-7 電容傳感器工作原理圖電容傳感器介紹：用電測法測量非電學量時，首先必須將被測的非電學量轉(zhuǎn)換為電 15學量而后輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為變換器；根據(jù)不同非電學量的特點設(shè)計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測的力學量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器

33、。從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無源變換器，需要將所測的力學量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長度或者長度比值進行測量的量，而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求，在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達到 15m 數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為 0.01 m，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為 1005 m，因此他在精密

34、小位移測量中受到青睞。3.3.4 顏色傳感器選用 taos 公司生產(chǎn)的，型號為 tcs230 顏色傳感器。此傳感器為 rgb(紅綠藍) 顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。tcs230 傳感器引腳如圖 3-8 所示圖3-8 tcs230顏色傳感器rgb 顏色傳感器介紹：tcs230 是美國 taos 公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的cmos 電路上，tcs230 的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的

35、ttl 或 cmos 邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道 10 位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要 a/d 轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。tcs230 采用 8 引腳的 soic 表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有 64 個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中 16 個光電二極管帶有紅色濾波器，16 個光電二極管帶有綠色濾波器，16 個光電二極管帶有藍色濾波器，其余 16 個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色

36、的 16 個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2hz500khz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇 100%、20%或 2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。當入射光投射到 tcs230 上時，通過光電二極管控制引腳 s2、s3 的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是 50%)，不同 16的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳 s0、s1 選

37、擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào)整，以適應不同的需求。3.3.5 光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。本系統(tǒng)選用 fpg 系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。原理如圖 3-9 所示，其中負載可接至plc。圖 3-9 fpg 光電傳感器原理圖光電傳感器介紹：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光電傳感器采用光電

38、元件作為檢測元件，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓?，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件 3部分組成。光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光敏器件。它可用于檢測直接引起光強變化的非電量，也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來,隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格的產(chǎn)品，它在機電控制、計算機、國防科技等方面的應用都非常廣泛。 3.3.6 步進電機步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳輸帶

39、輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。同時，可以通過控制脈沖頻率來控制自動傳送單元分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機轉(zhuǎn)動的速度，達到調(diào)速的目的。步進電機選用的型號為 42bygh101。4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 17軟件設(shè)計是自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)總原理圖并設(shè)計出梯形圖4.1 控制系統(tǒng)總原理圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序總原理圖，如圖4-1所示。圖4-1控制系統(tǒng)總原理圖 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計

40、總原理圖中的汽缸4 動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始;若為單次運行，則汽缸4 動作后停機。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的自動傳送單元進行數(shù)量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計數(shù)器計數(shù)步進電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理。 在汽缸13 動作后，電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)。如果相應的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù)運行到下一位置。如果只對自動傳送單元的某一特性進行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對傳

41、感器的安放或程序進行修改即可。 184.2控制系統(tǒng) plc 梯形圖設(shè)計下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，首先i2.0啟動后，m0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備，i2.1為停止按鈕。當plc處于run模式時，sm0.1通電一個周期，q0.0復位清零，并調(diào)用子程序。 19（2）以上為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器進行初始化，然后當i0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動pls（脈沖輸出）指令；如果i0.0檢測沒有物料時，啟動定時器t30，延時30秒自動停機。 20（3）以上為子程序中的高速計數(shù)指令，首先進行高速計數(shù)指令的初始化操作，當電機

42、旋轉(zhuǎn)時，帶動光電碼盤發(fā)出脈沖，并輸入plc的接收端，由高速計數(shù)指令進行計數(shù)，計算步進電機轉(zhuǎn)過的步數(shù)，進行定位控制。其中設(shè)定預置值為50，當計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。 21（4）以上為中斷程序，當高速計數(shù)指令計數(shù)至預置值時，這時物料移動至傳感器的位置，m0.0得電，導致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉(zhuǎn)。由于汽缸動作需要1秒，讓電機停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當物料被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，將物料推下。i1.3，i1.4，i1.5，i1.6，i1.7為汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉合，i0.6，i0.7，i1.0，i1.1，i1.2為汽缸的動作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動作時，回位限位

43、開關(guān)關(guān)斷，到達動作限位開關(guān)時，動作限位開關(guān)閉合。5控制系統(tǒng)的調(diào)試 22在plc軟硬件設(shè)計完成后，應進行調(diào)試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方，因此在將plc連接到現(xiàn)場設(shè)備之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也需事先調(diào)試好。 5.1 硬件調(diào)試1電感傳感器的調(diào)試在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)自動傳送單元的檢出點。2電容傳感器的調(diào)試在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器

44、上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鋁質(zhì)自動傳送單元的檢出點。3顏色傳感器的調(diào)試通電狀態(tài)下，在顏色傳感器下方的傳送帶上，放置帶有某一顏色料塊，調(diào)節(jié)傳感器上的電位器，觀察窗口中紅綠（或藍）指示燈，當兩燈恰同時發(fā)光時，該靈敏點即為料塊顏色檢出點。（注：順時針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動，否則反之）5.2 軟件調(diào)試將所編寫的梯形圖程序進行編譯，通過上下位機的連接電纜把程序下載到plc中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時都能作出正確的響應，需要進行離線測試，既不將plc的輸出接到設(shè)備上。按照控

45、制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。 5.3系統(tǒng)調(diào)試將設(shè)備接入plc，進行聯(lián)機調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。 23總結(jié)與展望通過一段時間的研究與設(shè)計，經(jīng)歷了驗證與測試，本生產(chǎn)線中自動往返傳送單元系統(tǒng)中的各項功能基本達到了預先設(shè)定的目標，保證全部邏輯正確完成，系統(tǒng)可正常工作。在本課題設(shè)計工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗，現(xiàn)總結(jié)如下： （1）掌握了plc控制原理及編程方式，設(shè)計了生產(chǎn)線中自動往返傳送單元的工藝過程及動作流程。 （2）完成了生產(chǎn)中自動往返傳送單元系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計和調(diào)試工作，使系統(tǒng)能按預期目標正常地進行。 （3）程序的注釋和文檔也比較充足，不僅在設(shè)計時使結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為以后的軟件維護和改進提供了方便。 （4）對系統(tǒng)的可靠性進行了充分的考慮，加入了各種保護措施，盡量消除了各種可能的事故隱患。通過這次設(shè)計，最大的收獲是對理論和實際相結(jié)合的重要性有了深刻的認識。原來在課本上學到的東西當實際用起來時才知道相差甚遠，在設(shè)計過程中問題不斷，所有這些，都使我深深認識到 “紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。在這個過程中我培養(yǎng)了自己的自學能力，為以后的繼續(xù)學習也奠定了一定的基礎(chǔ)。當然一個好的畢業(yè)設(shè)計并不是一個人所能完成的，它需要一個團體