基于YL235A的機械手分揀生產線設計論文

1、 . . . 基于YL-235A設備的工件分揀生產線設計本文的設計任務就是設計一條能夠自動對于金屬與非金屬、黑色以與非黑色工件進行識別，并且將這些工件進行分揀堆放的自動生產線。執(zhí)行系統(tǒng)與電控系統(tǒng)組成了生產線。PLC自從問世以來就在自動控制各個行業(yè)發(fā)揮著難以取代的核心控制作用。PLC運行可靠，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，PLC和工控機（IPC）相比，其運行可靠、可擴展性好、便于電氣連接、控制更專業(yè)，但是工控機良好的人機界面，方便高級語言都是PLC所不能比擬的。組態(tài)軟件在很多場合應用于控制，可整個控制的中心往往還是PLC，組態(tài)軟件（上位機）所起的控制作用很小。人機界面一般用于簡單的動作控制，工藝參數

2、的編制，配方的設定等等，雖然在概念上屬于控制疇，但它并未真正起到核心控制作用，因為真正長期的自動運行控制是由PLC完成。我們不經常使用工控機作為核心控制部分的原因有兩點：第一，工控機不適于在很惡略的環(huán)境下運行；第二，工控機經常采用的Windows系統(tǒng)并不能夠讓人放心，其長期運行效果并不好。盡管PLC、IPC在自動化控制中扮演不同角色，在許多運行連續(xù)時間較短，環(huán)境相對比較好的地方，人們還是希望使用IPC進行核心控制。使用IPC進行核心控制有很多種實現方式，當然其中最為簡單的辦法就是使用組態(tài)軟件。在工廠和企業(yè)里面PLC一直是實現自動化的有效方式，而且目前國真正懂得PLC的人才太少，希望針對本次實訓

3、對我們自動化的人大有裨益！1 工件分揀生產線的工作流程與工作原理本次畢業(yè)設計項目亞龍YL-235A工件分揀生產線設計主要包含了電氣自動化專業(yè)學習中所涉與的諸如電機驅動、機械傳動、氣動、觸摸屏控制、可編程控制器、傳感器，變頻調速等多項技術，為我們提供了一個典型的綜合設計環(huán)境，使學生對過去學過的諸多單科的專業(yè)和基礎知識，在這里能得到全面的認識與鞏固、綜合的訓練和實際運用。亞龍YL-235A型光機電一體化實訓考核裝置既包含了機電一體化專業(yè)所涉與的基礎知識、專業(yè)知識和基本的機電技能要求，也體現了當前先進技術在生產實際中的應用。同時為我們提供了一個典型的、可進行綜合訓練的工程環(huán)境，為我們構建了一個可充分

4、發(fā)揮學生潛能和創(chuàng)造力的實踐平臺35 / 351.1工作流程圖1 工作流程圖1.2工作原理在觸摸屏上按啟動按扭后，裝置進行復位過程，當裝置復位到位后，由PLC啟動送料電機驅動放料盤旋轉，物料由送料盤滑到物料檢測位置，物料檢測光電傳感器檢測；如果送料電機運行若干秒鐘后，物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構已經無物料或故障，這時要停機并報警；當物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將給PLC發(fā)出信號,由PLC驅動機械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉到右限位，手臂伸出，手爪下降，將物料放到傳送帶上，落料口的物料檢測傳感器檢測到物料后啟動傳送帶輸送物料，同時機械手按原來位置返

5、回，進行下一個流程；傳感器則根據物料的材料特性、顏色等特性進行辨別，分別由PLC控制相應電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀。1.3 YL235A器材簡介YL235A的準備器材由:實訓控制臺一臺（電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器模塊、警示燈），電工常用工具一套，計算機一臺，連接導線若干，機械手模擬顯示模塊一塊，傳送帶和物料槽、變頻器、電機構成。電源模塊：三相電源總開關（帶漏電和短路保護）、熔斷器。單相電源插座用于模塊電源連接和給外部設備提供電源，模塊之間電源連接采用安全導線方式連接。圖2 電源模塊按鈕模塊：提供了多種不同功能的按鈕和指示燈（DC24V），急停按鈕、轉換開關、蜂鳴器。所有接口采

6、用安全插連接。置開關電源（24V/6A一組，12V/2A一組，）為外部設備工作提供電源。圖3 按鈕模塊PLC模塊：采用西門子S7-200CN系列數字量輸出模塊EM222 輸出，所有接口采用安全插連接。圖4 PLC模塊變頻器模塊：三菱E540-0.75KW 控制傳送帶電機轉動，所有接口采用安全插連接。圖5 變頻器警示燈：共有綠色和紅色兩種顏色。引出線五根，其中并在一起的兩根粗線是電源線（紅線接“+24” ，黑紅雙色線接“GND” ），其余三根是信號控制線（棕色線為控制信號公共端，如果將控制信號線中的紅色線和棕色線接通，則紅燈閃爍，將控制信號線中的綠色線和棕色線接通，則綠燈閃爍）。圖6 警示燈2

7、課題控制要求與意外情況處理工件分揀設備能自動完成金屬工件、黑色塑料工件與白色塑料工件的傳送、分揀與包裝任務。圖 設備控制流程圖2.1課題控制要求圖5 工件分揀概況圖2.1.1 初始狀態(tài)通電后，紅色警示燈閃亮，提示工件分揀設備送電。此時，設備的相關部件應為初始狀態(tài)。相關部件的初始狀態(tài)為：供料盤的撥桿停止轉動。機械手停止在左限止位置，氣爪松開，手臂氣缸和懸臂氣缸活塞桿縮回。傳送帶停止運行，分揀氣缸A、B、C的活塞桿全部縮回復位。急停按鈕處于復位位置（常開觸點斷開、常閉觸點閉合）。2.1.2啟動在設備相關部件為初始狀態(tài)的情況下，才能按下啟動按鈕SB5使設備進入運行，紅色警示燈滅，綠色警示燈閃亮。如圖

8、所示圖 運行啟動2.1.3 送料按下啟動按鈕SB5后，若物料盤上的出口傳感器檢測無物料，則送料電動機開啟，驅動物料盤旋轉送料，當出料口傳感器檢測到物料后停止送料；如果送料電動機運行20秒后，出料口傳感器仍沒檢測到物料，則停止送料，紅色警示燈閃亮，報警器報警，直到按下復位按鈕才停止報警，并重新開始。圖31 物料傳送機構1磁性開關D-C73 2傳送機構 3落料口傳感器 4落料口 5料槽6電感式傳感器 7光纖傳感器 8過濾調壓閥 9節(jié)流閥 10三相異步電機 11光纖放大器 12推料氣缸落料口傳感器：檢測是否有物料到傳送帶上，并給PLC一個輸入信號。落料孔：物料落料位置定位。料槽：放置物料。電感式傳感

9、器：檢測金屬材料，檢測距離為35mm。光纖傳感器：用于檢測不同顏色的物料，可通過調節(jié)光纖放大器來區(qū)分不同顏色的靈敏度。三相異步電機：驅動傳送帶轉動，由變頻器控制。推料氣缸：將物料推入料槽，由電控氣閥控制。2.1.4 機械手搬送工件圖30 機械手搬運機構1旋轉氣缸 2非標螺絲 3氣動手爪 4手爪磁性開關Y59BLS 5提升氣缸6磁性開關D-C73 7節(jié)流閥 8伸縮氣缸 9磁性開關D-Z73 10左右限位傳感器 11緩沖閥 12安裝支架手爪提升氣缸：提升氣缸采用雙向電控氣閥控制。磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當檢測到氣缸準確到位后將給PLC發(fā)

10、出一個信號；（在應用過程中棕色接PLC主機輸入端，藍色接輸入的公共端）手爪: 抓取和松開物料由雙電控氣閥控制，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。旋轉氣缸：機械手臂的正反轉，由雙電控氣閥控制。接近傳感器：機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。（在應用過程中 棕色線接直流24V電源“+”、藍色線接直流24V電源“-”、黑色線接PLC主機的輸入端）雙桿氣缸：機械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。當出料口傳感器檢測到物料且機械手和各氣缸活塞桿的位置正確時，按下啟動按鈕，機械手開始搬物加工。機械手懸臂伸出下

11、降夾緊物料，夾緊1秒后上升縮回右轉伸出下降放物，延時1秒后上升縮回左轉至左側極限位置停止，等待傳送帶上的工件分揀完成后再進行下一次搬物。圖4 機械手控制流程圖2.1.5 工件的分揀通過皮帶輸送機位置的進料口到達傳送帶上的工件，按下面的方式分揀：進料口放入工件后，傳送帶啟動。放入傳送帶上金屬、白色塑料或黑色塑料中每種工件的第一個，由位置的氣缸A推入出料斜槽D；每種工件第二個由位置的氣缸B推入出料斜槽E；每種工件第二個以后的則由位置的氣缸C推入出料斜槽F。每次將工件推入斜槽，氣缸活塞桿縮回后，機械手再進行搬運下一個工件。推料時，傳送帶要先停止。當出料斜槽D和E中各有1個金屬、白色塑料和黑色塑料工件

12、時，設備停止運行，綠色警示燈滅，紅色警示燈閃亮，報警器報警2秒，等待下一輪的工作。 2.1.6 設備的停止需要停止工作，按下停止按鈕SB6。按下停止按鈕SB6時，所有正在工作的部件，應完成當前工件分揀成功后，設備才能停止運行，綠色警示燈滅，紅色警示燈閃亮。再次啟動時，設備繼續(xù)運行。2.2工件分揀設備的意外情況處理機械手在夾持工件時可能會出現意外，請對這種情況作出下述處理與保護：由于位置的機械手取件平臺的工件相互擠壓，使機械手氣爪夾持不到工件就提升。發(fā)生此種情況時，機械手應立刻回到初始狀態(tài)并停止，同時蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲。當出現這種情況，蜂鳴器發(fā)出鳴叫后，工作人員應按下急停按鈕QS使設備停止運行。Q

13、S按下后，蜂鳴器停止發(fā)聲。當故障排除后，作人員將QS復位，設備將在停止時保持的狀態(tài)上繼續(xù)運行。調試問題與解決：1、PLC I/O設置錯誤。解決：重新設置修改I/O。2、PLC上電不運行。解決：沒有將PLC開關檔位調到RUN位置，調到RUN位置運行。觸摸屏點擊按鈕沒有反應。3、觸摸屏點擊按鈕沒有反應。解決：設置變量錯誤，重新修改變量。4、觸摸屏程序無法下載。解決：設置通訊接口錯誤，重新修改后正?？上螺d。5、通電后元器件不動作。解決：氣源沒有打開，打開后正常。3.工件分揀生產線硬件設計3.1機械部分硬件設計工業(yè)機械手是工業(yè)生產發(fā)展中的必然產物。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或

14、握持工具進行操作的自動化技術裝備。這種新穎技術裝備的出現和應用，對實現工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用，因而具有強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)生產上應用的機械手，由于使用場合和工作要求的不同，其結構型式亦各不一樣，技術復雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動作與功能；一般都能按預定程序，自動地、重復循環(huán)地進行工作。此外，還有些非自動化的裝備，具有與人體上肢類似的部分動作，結構上與工業(yè)機械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機械手的疇。例如，早期就有一種由人直接用繩索牽引進行操作的隨動機械手和近期發(fā)展起來的由人工進行操縱的機械手（如平衡吊），以與一些

15、就近按鈕控制或遙控的非全自動的單循環(huán)的機械手等。機械手的總體設計要進行全面綜合考慮，盡可能使之做到結構簡單、緊湊、容易操作、安全可靠、安裝維修方便、經濟性好。機械手在工業(yè)生產中的應用，幾乎遍與各行各業(yè)。圖9 工件分揀概況圖3.1.1工件分揀傳送裝置的設計工件分揀傳送裝置的配置與功能：（1）落料口傳感器的功能有檢測是否有物料到傳送帶上，并給PLC一個輸入信號。（2）落料孔的功能有物料落料位置定位。（3）料槽的功能是放置物料。（4）電感式傳感器是檢測金屬材料，檢測距離為35mm。（5）光纖傳感器是用于檢測不同顏色的物料，可通過調節(jié)光纖放大器來區(qū)分不同顏色的靈敏度。（6）三相異步電機是驅動傳送帶轉動

16、，由變頻器控制。（7）推料氣缸是將物料推入料槽，由電控氣閥控制。圖18 傳送帶3.1.2機械手裝置的設計整個搬運機構能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手爪上下、手爪松緊。（1）手爪提升氣缸是提升氣缸采用雙向電控氣閥控制。（2）磁性傳感器是用于氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當檢測到氣缸準確到位后將給PLC發(fā)出一個信號；（在應用過程中棕色接PLC主機輸入端，藍色接輸入的公共端）（3）手爪是抓取和松開物料由雙電控氣閥控制，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。（4）旋轉氣缸是機械手臂的正反轉，由雙電控氣閥控制。（5

17、）接近傳感器是機械手臂正轉和反轉到位后，接近傳感器信號輸出。（在應用過程中 棕色線接直流24V電源“+”、藍色線接直流24V電源“-”、黑色線接PLC主機的輸入端）（6）伸縮氣缸是機械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。（7）緩沖器是 旋轉氣缸高速正轉和反轉時，起緩沖減速作用。3.1.3氣動裝置設計本裝置氣動主要分為兩部分：一、氣動執(zhí)行元件部分有單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉氣缸、氣動手爪。二、氣動控制元件部分有單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥、節(jié)流閥、磁性限位傳感器。當壓縮空氣從A管嘴進入氣動執(zhí)行器時，氣體推動雙活塞向兩端(缸蓋端)直線運動，活塞上

18、的齒條帶動旋轉軸上的齒輪逆時針方向轉動90度，閥門即被打開。此時氣動執(zhí)行閥兩端的氣體隨B管嘴排出。反之，當壓縮空氣從B官嘴進入氣動執(zhí)行器的兩端時，氣體推動雙塞向中間直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉軸上的齒輪順時針方向轉動90度，閥門即被關閉。此時氣動執(zhí)行器中間的氣體隨A管嘴排出。以上為標準型的傳動原理。根據用戶需求，氣動執(zhí)行器可裝置成與標準型相反的傳動原理，即選準軸順時針方向轉動為開啟閥門，逆時針方向轉動為關閉閥門。單作用(彈簧復位型)氣動執(zhí)行器A管嘴為進氣口，B管嘴為排氣孔(B管嘴應安裝消聲器)。A管嘴進氣為開啟閥門，斷氣時靠彈簧力關閉閥門圖6 氣路原理圖按下按鈕SB4，選擇指示燈組為“2”狀

19、態(tài)，指示燈HL6常亮、HL4與HL5熄滅，即為氣缸、的調試。然后按下按鈕SB5，氣缸活塞桿伸出、按下按鈕SB6，氣缸活塞桿縮回。再按下按鈕SB5，氣缸活塞桿伸出，按下按鈕SB6，氣缸活塞桿縮回。再按下按鈕SB5，氣缸活塞桿伸出，按下按鈕SB6，氣缸活塞桿縮回。3.2 電氣部分硬件設計圖7 電氣硬件結構圖3.2.1電路設置的設計PLC大多采用成批輸入/輸出的周期掃描方式工作，按用戶程序的先后次序逐條運行。一個完整的周期可分為三個階段： 輸入刷新階段 程序開始時，監(jiān)控程序使機器以掃描方式逐個輸入所有輸入端口上的信號，并依次存入對應的輸入映象寄存器程序處理階段 所有的輸入端口采樣結束后，即開始進行邏

20、輯運算處理，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始，逐條加以執(zhí)行，并將相應的邏輯運行結果，存入對應的中間元件和輸出元件映象寄存器，當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸出刷新處理。 輸出刷新階段 將輸出元件映象寄存器的容，從第一個輸出端口開始，到最后一個結束，依次讀入對應的輸出鎖存器，從而驅動輸出器件形成可編程的實際輸出。 一般地，PLC的一個掃描周期約10ms，另外，可編程序控制器的輸入/輸出還有響應滯后（輸入濾波約10ms），繼電器機械滯后約10ms，所以，一個信號從輸入到實際輸出，大約有20-30ms的滯后。表1電路的設置輸 入 地 址輸 出 地 址序號地址備注序號地址備注1I0.0啟動1

21、Q0.0驅動轉盤電機2I0.1停止2Q0.1驅動手爪放松3I0.2氣動手爪傳感器3 Q0.2驅動手爪夾緊4I0.3旋轉左限位傳感器4 Q0.3驅動手臂左轉5I0.4旋轉右限位傳感器5Q0.4驅動手臂右轉6I0.5氣動手臂伸出傳感器6Q0.5驅動手臂伸出7I0.6氣動手臂縮回傳感器7 Q0.6驅動手臂縮回8I0.7手爪提升限位傳感器8Q0.7驅動手抓上升9I1.0手爪下降限位傳感器9 Q1.0驅動手抓下降10I1.1物料檢測傳感器10Q1.1驅動推料一伸出11I1.2推料一伸出限位傳感器11 Q1.2驅動推料二伸出12I1.3推料一縮回限位傳感器12Q1.3驅動推料三伸出13I1.4推料二伸出限

22、位傳感器13Q1.4驅動蜂鳴報警14I1.5推料二縮回限位傳感器14Q1.5驅動變頻器五端子15I1.6推料三伸出限位傳感器15Q1.6 驅動變頻器六端子16I1.7推料三縮回限位傳感器16Q1.7驅動變頻器七端子17I2.0啟動推料一傳感器17Q2.0驅動綠色指示燈18I2.1啟動推料二傳感器18Q2.1驅動紅色指示燈19I2.2啟動推料三傳感器20 I2.3傳送帶入料檢測光電傳感器3.2.2.變頻器的設計通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）

23、。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線上的n0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉矩，即變頻器可以啟動重載負荷。 變頻器具有調壓、調頻、穩(wěn)壓、調速等基本功能，應用了現代的科學技術，價格昂貴但性能良好，部結構復雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機，而是廣泛的應用到各個領域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術的發(fā)展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應用。變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電

24、動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。圖 三菱變頻器、三菱變頻器參數設置的方法：1、連續(xù)按壓鍵，直至進入參數寫入狀態(tài)，此時LED顯示為：Pr.0。2、按壓鍵，把參數調至Pr.340，開始調整Pr.340參數。3、按壓，LED顯示Pr.340的初始值，按壓鍵把Pr.340的

25、值調整到2。4、持續(xù)按壓鍵，直至Pr.340呈閃亮狀態(tài)，松開按鍵。5、連續(xù)按壓鍵，直至返回參數設定狀態(tài)，LED顯示為：Pr.0。6、以一樣的方法把Pr.79調整為1。7、連續(xù)按壓鍵，直至返回頻率顯示狀態(tài)，LED顯示為：0。8、參數設置完成。表2變頻器參數設定值序號參數號設置值說明1P0010302P09701恢復出廠值3P00033參數訪問級別4P00040參數過濾器5P00101快速調試6P010007P0304380電動機的額定電壓8P03050.18電動機的額定電流9P03070.03電動機的額定功率10P031050電動機的額定頻率11P03111395電動機的額定速度12P07002

26、選擇命令源13P10001選擇頻率設定值14P10800電動機最小頻率15P108250.00電動機最大頻率16P11202斜坡上升時間17P11212斜坡下降時間18P39001結束快速調試P00033P104010HZP00032參數訪問級別P00047參數過濾器P07001選擇命令源P070117固定頻率設定值P070217固定頻率設定值P070317固定頻率設定值P000410參數過濾器P10003固定頻率P1001X頻率1P1002X頻率2P1004X頻率33.2.3 PLC控制的設計PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的具有計算機特點的控制器。按照物理結構，PLC分為整體式和模塊化。整體

27、式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式PLC。但是模塊化PLC的功能擴展方便靈活，I/點數的多少、輸入點數與輸出點數的比例、I/O模塊的種類和塊數、特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時更換模塊、判斷故障圍也很方便。因此，對于較復雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應選用模塊化PLC。圖7 電器連接圖在本設計中，由于輸入/輸出點數較多，為了便于以后的擴充，所以選擇了模塊化PLC結構。在模塊化PLC結構中，PLC由電源（PS）、中央處理器（CPU）、信號模板（SM）、功能模板（FM）、通信處理器（CP）等五種模塊組成。PLC機型的選擇

28、應是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以與最佳的性能價格比，并且性能與任務相適應。對于小型單臺、僅需要數字量控制的設備，一般的小型PLC（如西門子公司的S7-300系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以滿足要求。PLC是一種以微型處理器為基礎的通用工業(yè)自動控制裝置，它綜合了現代計算機技術、自動控制技術和通信技術，具有體積小、功能強、程序設計簡單、維修方便、可靠性高等優(yōu)點，特別適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，被稱為現代工業(yè)自動化的支柱之一。圖8 PLC工作流程3.2.4 觸摸屏的設計觸摸屏（Touch panel) 又成為觸控面板，是個可接入觸頭等輸入訊號

29、的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據預先編程的程式驅動各種連接裝置，可用以替代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。圖10 觸摸屏外觀觸摸屏的工作特點：可靠性高，正面的防護等級為IP65。通用性強，大多數HMI設備基于Windows CE操作系統(tǒng)。接口豐富，可以連接各主要生產廠家的PLC。是全集成自動化的一個重要組成部分，對不同的自動化系統(tǒng)具有開放性。創(chuàng)新的HMI解決方案，例如移動面板和MP370的軟PLC功能。使用統(tǒng)一的組態(tài)軟件WinCC fiexible 對所有的操作員設備組態(tài)，支持多種語言，全球通用。觸摸屏是一種最直觀的操作設備

30、，只要用手指觸摸屏幕上圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應的操作。人的行為和機器的行為變得簡單、直接、自然，達到完美的統(tǒng)一。為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。圖10 人機界面工作原理圖4工件分揀生產線軟件設計圖16 PL

31、C運行模式圖4.1PLC工作流程設計在PLC控制系統(tǒng)中，為了實現對生產過程的控制，要將對象的各種測量參數，按要求的方式送入PLC。PLC經過運算、處理后，再將結果以數字量的形式輸出，此時也要把該輸出變換為適合于對生產過程進行控制的量。所以，在PLC和生產過程之間，必須設置信息的傳遞和變換裝置。這個裝置就是輸入/輸出（I/O）模塊。不同的信號形式，需要不同類型的I/O模塊。不同的I/O模塊，其電路和性能不同，它直接影響著PLC的應用圍和價格，應該根據實際情況合理選擇。在本設計的智能化厭氧環(huán)境發(fā)生實驗系統(tǒng)中，需要與PLC連接的設備有電源、開關、指示燈、急停按鈕、各種傳感器（磁感應接近開關和氣電轉換

32、開關）、繼電器、電磁閥等設備。輸入模塊的選擇：在本設計中，實驗系統(tǒng)中的輸入設備如急停按鈕、傳感器等，它們都只有兩種狀態(tài)：通或斷，對這類信號的拾取需要通過數字量輸入模塊來實現。輸入模塊最常見的為24V直流輸入，還有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。在本設計中，傳感器的電源供電24V直流，因此選擇24V直流輸入數字量模塊。其中，開關的作用是啟動和停止該系統(tǒng)的運行；急停按鈕的作用當系統(tǒng)發(fā)生緊急情況或遇故障無法排除時，按下該按鈕，使設備能夠立即停止運行，起到了防護作用。當各個工位接收到“啟動”的信號傳輸后，夾緊氣缸和穿刺氣缸開始工作。每個工位夾緊氣缸的松、緊限位和穿刺氣缸的上、下限位

33、的磁感應接近開關共有四個，總共十二個；在夾緊氣缸和穿刺氣缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應接近開關，磁感應接近開關的基本工作原理是：當磁性物質接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信號。若在氣缸的活塞（或活塞桿）上安裝上磁性物質，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應接近開關，就可以用這兩個傳感器分別標識氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸的活塞桿運動哪一端時，哪一端的磁感應接近開關就動作并發(fā)出電信號。在PLC自動控制中，可以利用該信號判斷夾緊氣缸和穿刺氣缸的運動狀態(tài)或所處的位置，目的是簡介判斷工位是否處于正確位置。在傳感器上設置有LED顯示用于顯示傳感器的信號狀態(tài)，供調試使用。傳感器動作時，

34、輸出信號1，LED燈亮；傳感器不動作時，輸出信號為0，LED燈不亮。本系統(tǒng)中還設有三個氣-電轉換開關，作用是判斷充氮氣和抽真空是否達到預設的充氣壓力和真空壓力。通過調查統(tǒng)計得知：本系統(tǒng)中共有23個輸入點設備，所以需要選擇一塊DI32×DC24的信號模板作為輸入模塊。輸出模塊的選擇。在本設計中，許多控制對象，如指示燈的亮和滅、真空泵的啟動和停止、繼電器的觸點、蜂鳴器、閥門的打開和關閉等，對它們的控制只需通過二值邏輯“1”和“0”來實現。這種信號通過數字量輸出模塊去驅動。數字量輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型等。在本設計中選擇是繼電器輸出型。根據統(tǒng)計，本

35、設計中的輸出設備共需要輸出點數20，所以需要選擇一塊DO32×DC24V/0.5A的信號模板作為輸出模塊。其中，在指示燈和真空泵都安有繼電器線圈，其作用控制真空泵的電源和控制三層的各顏色指示燈。當夾緊氣缸和穿刺氣缸完成動作后，通過控制真空通道和氮氣通道的電磁閥線圈，控制各工位的真空通道和氮氣通道與穿刺氣缸的上下位、夾緊氣缸的松緊位。4.2 PLC的總程序設計圖8 總程序圖I0.2在主程序中用于加緊限位，I0.0在主程序中用于啟動按鈕，I0.7在主程序中用于上限位，I0.6在主程序中用于縮回限位，I0.3在主程序中用于左轉限位。圖9 分程序圖Q0.5在程序中代表的是伸出繼電器，I1.4

36、在程序中代表推料二前點，I1.6在程序中代表推料3前點，I1.2在程序中代表推料一前點。圖10 子程序圖I1.4在程序中代表推料二前點，I1.6在程序中代表推料三前點，P代表的是上升沿。圖11 機械手程序圖SM0.0該位總是打開。SM0.1 首次掃描周期時該位打開，一種用途是調用初始化子程序。SM0.2如果保留性數據丟失，該位為一次掃描周期打開。該位可用作錯誤存位或激活特殊啟動順序的機制。SM0.3 從電源開啟條件進入RUN（運行）模式時，該位為一次掃描周期打開。該位可用于在啟動操作之前提供機器預熱時間。4.2.1 機械手的程序設計圖12 機械手分程序圖M表示輔助繼電器，I表示輸入繼電器，Q表

37、示輸出繼電器輔助繼電器M0.0在程序部使用,不能提供外部輸出；輸入繼電器I0.0為接收外部輸入設備的信號；輸出繼電器Q0.0為輸出程序執(zhí)行結果并驅動外部設備4.2.2 復位部分程序設計圖12 復位部分程序SM0.0該位總是打開。SM0.1 首次掃描周期時該位打開，一種用途是調用初始化子程序。SM0.2如果保留性數據丟失，該位為一次掃描周期打開。該位可用作錯誤存位或激活特殊啟動順序的機制。SM0.3 從電源開啟條件進入RUN（運行）模式時，該位為一次掃描周期打開。該位可用于在啟動操作之前提供機器預熱時間。4.2.3工件分揀部分程序設計圖13 工件分揀部分程序圖Q1.1在工件分揀程序中代表推料繼電

38、器，I1.2在工件分揀程序中代表推料前點。圖14 工件分揀部分程序圖I1.2在工件分揀程序中代表推料前點，I2.3在工件分揀程序中代表無聊檢測光電傳感器。圖15 工件分揀部分程序圖M表示輔助繼電器，I表示輸入繼電器，Q表示輸出繼電器輔助繼電器M0.0在程序部使用,不能提供外部輸出；4.3 組態(tài)流程設計為了操作上的方便人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面用于檢測用戶觸摸位置。接受后送觸摸屏控制器.而觸摸屏控制器的

39、主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息并將它轉換成觸點坐標,再送給CPU它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。圖 24 觸摸屏程序控制功能轉換圖歡迎界面：為啟動界面，即啟動觸摸屏后自動進入的界面，如圖27所示。圖右上角設置一個指示燈。在本界面狀態(tài)，若系統(tǒng)已進入運行模式，則該指示燈閃爍，催促操作人員將界面切換到運行模式監(jiān)控界面。圖10 運行模式監(jiān)控界面運行模式監(jiān)控界面：運行模式監(jiān)控界面包括一個自鎖按鈕（SB3）、三個自復位按鈕(SB4、SB5、SB6)、兩個指示燈(HL4、HL6)、兩個用于裝配件計數的顯示（B槽和C槽）和一個置于界面右下角用于切換界面的按鈕（切換到歡迎界面）。觸摸屏應連接到

40、PLC的編程口。通過二個用戶窗口的組態(tài)來實現對設備的監(jiān)控,組態(tài)用戶界面應具有下列功能： 圖23 測試模式歡迎界面觸摸屏程序控制功能轉換圖測試模式歡迎界面：為啟動界面，即啟動觸摸屏后自動進入的界面，如圖25所示。圖右上角設置一個指示燈。在本界面狀態(tài)，若系統(tǒng)已進入測試模式，則該指示燈閃爍，催促操作人員將界面切換到測試模式監(jiān)控界面。圖 24 觸摸屏程序控制功能轉換圖結束語本系統(tǒng)的設計基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的硬件實現方案和人機界面HMI技術應用相結合，簡化了硬件結構，使得開發(fā)的控制系統(tǒng)符合開發(fā)式體系結構的要求，系統(tǒng)的可擴展性、可靠性、可維護性大大提高，最重要的是實現了自動裝配加工生產線這一技術的應用

41、。操作簡單，降耗低，實驗性能高的設計目標，更好地滿足了實際生產的需要,提高了經濟效益，并且在安全問題上也有了一定的保障。經過實踐檢驗，本設計方案達到了預期的效果，具有十分廣闊的應用前景。三年的大學學習，使我們有一個系統(tǒng)的自動化專業(yè)知識和全新的認識。本次畢業(yè)設計是我們學習的一個重要實踐方面的一個全面的設計任務，它奠定了良好的基礎，為我們以后從事技術工作的，全面的掌握所學知識，直觀的檢測。為了能夠更好地完成本次畢業(yè)設計，我把極端的努力，做了充分的準備。 首先，我的課程設計問題考慮的指導下，和幫助的教練，需要收集和整理數據，根據設計的要求，然后做一個簡單的分類。其次，設計任務的要求，按照文濤老師給出

42、的第一個開發(fā)的整體方案的設計，按照設計要求的教練，一步一步地完成設計任務的進度。幾個星期前拆除的數控實驗，畢業(yè)設計做了很好的鋪墊，讓我這樣做是沒有太大意義的陌生，更得心應手一些。 課程設計走到了盡頭，但想約我學到了知識，遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我知道新產品的設計，原來的老產品的改造是一個復雜的技術過程，不能忍受任何含糊之處。設計人員應先了解設計的目的理解的價值和實用性的產品，在產品的設計思路，確定總體方案，獲取信息，以與產品的設計規(guī)格書，圖紙的最后準備。 辭時間總是過得很快，轉眼間，三年的美好的大學生活仿佛就要在這篇畢業(yè)論文最后的辭里緩緩落幕，青春散場，時光依然，有些悵然若失，卻又收獲滿載

43、。在本論文的寫作過程中，我的導師宏老師傾注了大量的心血，從論文的選題到開題報告，從搜集資料到寫作提綱，從寫稿到反復修改，期間經歷了喜悅、枯燥、痛苦和彷徨，一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，正是老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，宏老師。在此我表示衷心感。同時我還要感在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以與關心我的同學和朋友。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著要告別學生時代，邁進社會生活的開始。參考文獻1、廖常初，PLC編程與應用M ：機械工業(yè)，2005，52、勞動職業(yè)技術學院電氣與自動化系;機電工程技術;中國知網（數字

44、圖書館），2009 年01期3、王國海，鵬，可編程序控制器與其應用，：中國勞動，20014、譚維瑜:電機與電氣控制，：機械工業(yè)5、建東.太合. 可編程控制器原理與其應用（第四版）.華南理工大學，2008年2月6、應金. PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應用.自動化博覽，2008年02月刊：71-737、曾繁鈴. 一種PLC控制的工業(yè)機械手. 常熟理工學院報，2008年4月第22卷第四期：101-1048、言紀蘭.懂峰. 基于PLC控制的搬運機械手的應用. 機械工程與自動化，2008年4月第2期：156-158畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手