自動(dòng)生產(chǎn)線分揀站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 Henan Polytechnic Institute 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)生產(chǎn)線分揀站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)機(jī)電1003班姓 名楊金光指導(dǎo)教師朱文琦 自動(dòng)生產(chǎn)線分揀站（PLC+直流伺服電機(jī)+氣動(dòng)元件）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率是其能否生存和發(fā)展的決定性因素。要想提高生產(chǎn)效率就必須提高各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，產(chǎn)品自動(dòng)化控制系統(tǒng)的使用是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常使用的控制系統(tǒng)之一。比如工件分揀這個(gè)環(huán)節(jié)，有沒(méi)有自動(dòng)分揀系統(tǒng)就成為判斷條件之一，也是必須的條件。本文在縱觀了近年來(lái)自動(dòng)化發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)，對(duì)自

2、動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)物料分揀的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，采用氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。最后提出了一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。通過(guò)以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型物料分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其他經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。關(guān)鍵詞: 物料分揀，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，可編程控制器（PLC），自動(dòng)化控制 ABSTRACTPLC control is th

3、e most commonly used industrial automation control method, 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 industr

4、ial control and design, have strong function, common flexible, 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 ca

5、nned beverage production, The design of an automatic sorting 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 imp

6、lement automatic selecting of the products live. The device 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，con

7、trol system，sensors 目 錄 附 錄37專心-專注-專業(yè)第一章緒 論§1.1課題研究的背景在時(shí)代的前進(jìn)過(guò)程中自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)已對(duì)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的理論和實(shí)踐做了重要貢獻(xiàn)，并為人類社會(huì)帶來(lái)了巨大利益。，近年來(lái)，自動(dòng)控制的另一個(gè)發(fā)展方向智能控制取得了較大進(jìn)展，智能控制理論不同于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的處理方法，控制器不再是單一的數(shù)學(xué)解析模型，而是數(shù)學(xué)解析模型與知識(shí)系統(tǒng)相結(jié)合的廣義模型。它以控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)控制理論和人工智能相結(jié)合，模仿人的智能來(lái)研究解決復(fù)雜控制問(wèn)題。因此，智能控制技術(shù)特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)可以彌補(bǔ)常規(guī)方法

8、的局限性，使得不確定性和未知非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制成為可能。目前，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制已成為非線性控制理論中的一個(gè)重要方面。§1.2課題研究的目的和意義本課題的目的是研究以PLC為核心，為產(chǎn)品分揀自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)應(yīng)能使產(chǎn)品分揀自動(dòng)生產(chǎn)線具有全線全自動(dòng)分揀功能，并能完成對(duì)混雜在一起的三種不同產(chǎn)品的分揀的控制要求；應(yīng)具有啟動(dòng)、預(yù)停、和計(jì)數(shù)功能；具有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠壓保護(hù)功能。具有提高工效、促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率和減輕勞動(dòng)力作用，為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要提供必備條件，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、輕工業(yè)和物流等部門(mén)。第

9、二章 自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理§2.1自動(dòng)化生產(chǎn)線的核心技術(shù)PLC就像人的大腦；光電傳感器就像人的眼睛；電機(jī)與皮帶輸送帶就像人的腿電磁閥組就像人的肌肉；人機(jī)界面就像人的嘴巴；軟件就像人的大腦的中樞神經(jīng)。磁性開(kāi)關(guān)就像人的觸覺(jué)；直線氣缸就像人的手和胳膊；通信總線就像人的神經(jīng)系統(tǒng)，而分揀站中同樣具有這些技術(shù)，下面就讓我們進(jìn)行研究吧。§2.2自動(dòng)化分揀單元工作過(guò)程分揀單元是自動(dòng)化生產(chǎn)線中的最末單元，完成對(duì)上一單元送來(lái)的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來(lái)工件放到傳送帶上并被入料口的光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，工件開(kāi)始送入分揀區(qū)進(jìn)行

10、分揀。如圖2-1所示圖2-1分揀單元實(shí)物§2.3分揀單元的結(jié)構(gòu)組成圖2-2分揀單元實(shí)物的全貌分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制模塊，電磁閥組，接線端口，PLC模塊，底板等。§2.3.1傳送和分揀機(jī)構(gòu)傳送和分揀機(jī)構(gòu)中將傳送已經(jīng)加工、裝配好的工件，在光纖傳感器檢測(cè)到并進(jìn)行分揀。它主要由傳送帶、料抖、物料槽、推料（分揀）氣缸、光電傳感器、光纖傳感器、磁感應(yīng)接近式傳感器、金屬傳感器組成。傳送帶是把機(jī)械手輸送過(guò)來(lái)加工好的工件進(jìn)行傳輸，輸送至分揀區(qū)。料抖是用糾偏機(jī)械手輸送過(guò)來(lái)的工件。三條物料槽分別用于存放加工好的金屬工件、黑色工件和白色工

11、件。傳送和分揀的工作原理：本站的功能是完成從裝配站送來(lái)的裝配好的工件進(jìn)行分揀。當(dāng)輸送站送來(lái)工件放到傳送帶上并為入料口的漫射式光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，將信號(hào)傳輸給PLC，通過(guò)PLC的程序使啟動(dòng)變頻器，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳送帶工作，把工件帶進(jìn)分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)的為金屬塊，則被磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，1號(hào)氣缸動(dòng)作，金屬塊被推入1號(hào)槽；如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色，則檢測(cè)白色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為2號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將白色料推到2號(hào)槽里，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為黑色，檢測(cè)黑色的光纖傳感器作為3號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將黑色料推到3號(hào)槽里。自動(dòng)生產(chǎn)線的加工結(jié)束。在每個(gè)料槽的對(duì)面都裝有推料（分揀）氣缸，把分揀出的工件

12、推到對(duì)號(hào)的料槽中。在三個(gè)推料（分揀）氣缸的前極限位置分別裝有磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)，在PLC的自動(dòng)控制可根據(jù)該信號(hào)來(lái)判別分揀氣缸當(dāng)前所處位置。當(dāng)推料（分揀）氣缸將物料推出時(shí)磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作輸出信號(hào)為“1”，反之，輸出信號(hào)為“0”。為了準(zhǔn)確且平穩(wěn)地把工件從滑槽中間推出，需要仔細(xì)地調(diào)整三個(gè)分揀氣缸的位置和氣缸活塞桿的伸出速度。在傳送帶入料口位置裝有光電式傳感器，用以檢測(cè)是否有工件輸送過(guò)來(lái)進(jìn)行分揀。有工件時(shí)，光電式傳感器將信號(hào)傳輸給PLC，用戶PLC程序輸出啟動(dòng)控制器信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，將工件輸送至分揀區(qū)。§2.3.2驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)控制輸出正旋波的驅(qū)動(dòng)電源是以恒電壓頻率比（U/f）保

13、持磁不變?yōu)榛A(chǔ)的（SPWM）驅(qū)動(dòng)主電路，以產(chǎn)生脈沖直流電壓以驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。§2.3.3電磁閥組分揀單元的電磁閥組（如圖2-3所示）只使用了三個(gè)由三位五通的帶手控開(kāi)關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這三個(gè)閥分別對(duì)金屬氣缸、白料推動(dòng)氣和黑料推動(dòng)氣缸的氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。圖2-3電磁閥組所采用的電磁閥所帶手控開(kāi)關(guān)有鎖定（LOCK）和開(kāi)啟（PUSH）2種位置。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，使手控開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟位置，可以使用手控開(kāi)關(guān)對(duì)電磁閥組進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。分揀單元的兩個(gè)電磁閥安裝時(shí)需注意，一是安裝位置，應(yīng)使得工件從

14、滑槽中間推出，二是要安裝水平，或稍微略向下，否則推出時(shí)導(dǎo)致工件翻轉(zhuǎn)。所采用的電磁閥所帶手控開(kāi)關(guān)有鎖定（LOCK）和開(kāi)啟（PUSH）2種位置。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，使手控開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟位置，可以使用手控開(kāi)關(guān)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。§2.4分揀中的傳感器§2.4.1光纖傳感器在傳送帶上方分別裝有兩個(gè)光纖傳感器如圖2-4所示，光纖傳感器由光纖檢圖2-4光纖傳感器測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分，光纖檢測(cè)頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖孔。圖2-4 光纖傳感器光纖式光電

15、接近開(kāi)關(guān)的放大器的靈敏度調(diào)節(jié)范圍較大。當(dāng)光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時(shí)，反射性較差的黑色物體，光電探測(cè)器無(wú)法接收到反射信號(hào)；而反射性較好的白色物體，光電探測(cè)器就可以接收到反射信號(hào)。反之，若調(diào)高光纖傳感器靈敏度，則即使對(duì)反射性較差的黑色物體，光電探測(cè)器也可以接收到反射信號(hào)。從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)靈敏度判別黑白兩種顏色物體，將兩種物料區(qū)分開(kāi)，從而完成自動(dòng)分揀工序。§2.4.2光電傳感器光電式傳感器是用光電轉(zhuǎn)換器件作敏感元件、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。光電式傳感器的種類很多，按照其輸出信號(hào)的形式，可以分為模擬式、數(shù)字式、開(kāi)關(guān)量輸出式。（如圖2-5所示） 以開(kāi)關(guān)量形式輸出的光電傳感器，即為光電式接近

16、開(kāi)關(guān)。圖2-5光電傳感器光電式接近開(kāi)關(guān),利用光電效應(yīng)制成的傳感器稱為光電式傳感器。光電式傳感器的種類很多，其中輸出形式為開(kāi)關(guān)量的傳感器為光電式接近開(kāi)關(guān)。 自動(dòng)化生產(chǎn)分揀中當(dāng)工件進(jìn)入的輸送帶上時(shí)，分揀站上的光電開(kāi)關(guān)發(fā)射出的光線被自身的光敏元件接受，光電開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)是傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。用在環(huán)境比較好、無(wú)灰塵、無(wú)粉塵污染的場(chǎng)合，為非接觸式測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體無(wú)任何影響，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 其原理是利用光敏三極管、光敏二極管射回的光的強(qiáng)弱或有無(wú)光線、光敏電阻或光敏電池檢測(cè)反從而檢測(cè)是否存在物體。§2.4.3磁感應(yīng)接近式傳感器自動(dòng)化中所使用的氣缸都是帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸。這些氣缸的缸筒采用導(dǎo)磁性弱、隔磁

17、性強(qiáng)的材料，如硬鋁、不銹鋼等。在非磁性體的活塞上安裝一個(gè)永久磁（2-6所示）定工件是否被推出或氣缸是否返回。圖2-6磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)在磁性開(kāi)關(guān)上設(shè)置的LED顯示用于顯示其信號(hào)狀態(tài)，供調(diào)試時(shí)使用。磁性開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“1”，LED亮；磁性開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“0”，LED不亮。磁性開(kāi)關(guān)的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開(kāi)它的緊定螺栓，讓磁性開(kāi)關(guān)順著氣缸滑動(dòng)，到達(dá)指定位置后，再旋緊緊定螺栓。§2.4.4 金屬傳感器金屬傳感器又叫電感式接近開(kāi)關(guān)。為了檢測(cè)物料是否為金屬，在分揀工件導(dǎo)向件右側(cè)裝有一個(gè)電感傳感器（2-7所示） 圖2-7金屬傳感器實(shí)物圖其原理是利用電渦流原理制成的，利用電渦

18、流效應(yīng)制成的具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，這個(gè)渦流反過(guò)來(lái)作用于接近開(kāi)關(guān)使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力減弱，導(dǎo)致內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化，由此來(lái)識(shí)別是否是金屬物料，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)與斷。第三章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)§3.1氣動(dòng)技術(shù)在氣動(dòng)裝置中的設(shè)計(jì)§3.1.1 氣泵的認(rèn)識(shí)與選擇氣泵包括：空氣壓縮機(jī)安全保護(hù)器、儲(chǔ)氣罐、主管道過(guò)濾器、壓力開(kāi)關(guān)、過(guò)載壓力表、氣源開(kāi)關(guān)（如圖3-1所示）。圖3-1氣泵及其周圍元件氣源處理組件是氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)

19、節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過(guò)濾器中凝結(jié)水的水位，在超過(guò)最高標(biāo)線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個(gè)快速氣路開(kāi)關(guān)，用于啟/閉氣源，當(dāng)把氣路開(kāi)關(guān)向左拔出時(shí)，氣路接通氣源，反之把氣路開(kāi)關(guān)向右推入時(shí)氣路關(guān)閉。§3.1.2空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備（如圖3-2所示）。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來(lái)增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。.空壓機(jī)供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、

20、考慮未來(lái)擴(kuò)充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運(yùn)轉(zhuǎn)、氣動(dòng)元件和管接頭的漏損及各種氣動(dòng)設(shè)備是否同時(shí)連續(xù)使用等）。其公式為Qc=kQ Q為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量（m3Min），K為修正系數(shù)。一般可取=1.31.5。 有了供氣壓力與供氣量，按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào)。圖3-2 壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣罐§3.1.3儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)（如圖3-2所示）。儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式

21、兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。§3.1.4氣動(dòng)控制元件的認(rèn)識(shí)自動(dòng)化中使用的氣動(dòng)控制元件按其作用和功能有壓力控制閥、方向控制閥、和流量控制閥。一、 壓力控制閥調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動(dòng)元件稱為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。1、 調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)，并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。（如圖3-3）圖3-3壓力調(diào)節(jié)閥及過(guò)濾干燥系統(tǒng)2、 減壓閥 減壓閥的作用是降低由空氣壓縮機(jī)來(lái)的壓力，以適于每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的需要部分壓力保持穩(wěn)定。3、 溢流閥 溢流閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)調(diào)定值時(shí)，便自動(dòng)排氣，使系統(tǒng)的壓力

22、下降，以保證系統(tǒng)安全，故也稱其為安全閥。4、 調(diào)速閥是根據(jù)“流量負(fù)反饋”原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。調(diào)速閥根據(jù)“串聯(lián)減壓式”和“并聯(lián)溢流式”，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。二、 方向控制閥方向控制閥是改變壓縮空氣流動(dòng)方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類。1. 單向型控制閥單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過(guò)的閥，是最簡(jiǎn)單的單向型方向閥。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，單向閥除單獨(dú)使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的

23、閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過(guò)程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過(guò)手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。當(dāng)正向流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流。當(dāng)反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不能節(jié)流。2. 換向型控制閥換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。換向閥是利用閥芯和閥體間相對(duì)位置的不同來(lái)變換不同管路間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接通、切斷，或改變流體方向的閥。它的用途很廣，種類也很多。按換向閥的操縱方式有：手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電磁式、液動(dòng)式

24、、電液動(dòng)式、氣動(dòng)式。4圖3-4雙電控氣閥示意圖注意：雙電控電磁閥的兩個(gè)電控信號(hào)不能同時(shí)為“1”，即在控制過(guò)程中不允許兩個(gè)線圈同時(shí)得電，否則，可能會(huì)造成電磁線圈燒毀，當(dāng)然，在這種情況下閥芯的位置是不確定的。三、 輔助元件輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤(rùn)滑、元件間的連接及消聲等所必須的?？煞譃闅庠磧艋b置和其他輔助元件兩大類。1. 源凈化裝置過(guò)濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動(dòng)三聯(lián)件。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低氣動(dòng)元件的耐用度和性能，造成誤動(dòng)作和事故，必須清除?？諝馓幚韱卧褪怯脕?lái)清除壓縮空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。2. 消聲器消聲器是降低排

25、氣噪聲的裝置。壓縮空氣完成驅(qū)動(dòng)工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時(shí)的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進(jìn)入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為80dB100dB，為了改善勞動(dòng)條件，應(yīng)使用消聲器。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來(lái)消聲的。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件，當(dāng)氣流通過(guò)時(shí)，讓氣流在其內(nèi)部擴(kuò)散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。氣流由斜孔引入，氣流束 相互撞擊、干涉、進(jìn)一步減速，再通過(guò)設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲， 最后排向大氣。本設(shè)計(jì)選用膨脹型消聲器。&

26、#167;3.2 分揀站的執(zhí)行元件§3.2.1 氣動(dòng)執(zhí)行元件分揀站的執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。分揀站中的氣缸為輸出直線往復(fù)式氣缸，氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，下側(cè)

27、有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。分揀站中用導(dǎo)彈是標(biāo)準(zhǔn)作用直線氣缸標(biāo)準(zhǔn)氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通常作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)的氣缸。(a)氣動(dòng)回路圖 (b)電氣回路圖圖3-5單汽缸自動(dòng)往復(fù)回路直線氣缸是指活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)均由壓縮空氣來(lái)推動(dòng)。直線氣缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點(diǎn)，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的，回縮時(shí)壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時(shí)產(chǎn)生的推力。氣缸的理論輸出力，普通單作用氣缸(預(yù)伸型)理論拉力為：理論拉力： 式中：D缸徑（m）,d 活塞桿直徑（m）,p 工作壓力（Pa）,Ft1復(fù)位彈

28、簧預(yù)壓量及行程所產(chǎn)生的彈簧力（N）,Ft2復(fù)位彈簧預(yù)緊力（N） 為了使氣缸的動(dòng)作平穩(wěn)可靠，應(yīng)對(duì)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度加以控制，常用的方法是使用單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，所以也稱為速度控制閥。有觸點(diǎn)式的磁性開(kāi)關(guān)用舌簧開(kāi)關(guān)作磁場(chǎng)檢測(cè)元件。舌簧開(kāi)關(guān)成型于合成樹(shù)脂塊內(nèi)，并且一般還有動(dòng)作指示燈、過(guò)電壓保護(hù)電路也塑封在內(nèi)。帶磁性開(kāi)關(guān)氣缸的工作原理。當(dāng)氣缸中隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近開(kāi)關(guān)時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點(diǎn)閉合；當(dāng)磁環(huán)移開(kāi)開(kāi)關(guān)后，簧片失磁，觸點(diǎn)斷開(kāi)。觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)時(shí)發(fā)出電控信號(hào)，在PLC的自動(dòng)控制中，可以利用該信號(hào)判斷推料及頂料缸

29、的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。§3.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)§3.3.1直流伺服電機(jī)的認(rèn)識(shí)與選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-6所示。采用的是ZJ系列的直流伺服電機(jī)，用于拖動(dòng)傳送帶從而輸送物料。它主要由電機(jī)支架、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器等組成。圖3-6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直流伺服電機(jī)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢由電壓信號(hào)來(lái)控制的，其作用是帶傳送帶從而輸送物料。電機(jī)支架用于固定電動(dòng)機(jī)。聯(lián)軸器由于把電動(dòng)機(jī)的軸和輸送帶主動(dòng)輪的軸聯(lián)接起來(lái)，從而組成一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在安裝和調(diào)整時(shí)，要注意電動(dòng)機(jī)的軸和輸送帶主動(dòng)輪的軸要保持在同一直線上。其中直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用較為廣泛. 無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力

30、大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境這種電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等

31、等。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性，下面說(shuō)明它們的變化規(guī)律。圖3-7 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，可得轉(zhuǎn)速特性為： 3-1 從式（3-1）可見(jiàn)，當(dāng)電樞電流增加時(shí)，如氣隙磁通中不變，轉(zhuǎn)速將隨的增加而直線下降。一般他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻的值很小，轉(zhuǎn)速下降不多。如果考慮去磁的電樞反應(yīng)，會(huì)變小，轉(zhuǎn)速下降會(huì)更小些。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。§3.4伺服控制器的認(rèn)識(shí)伺服控制器是用來(lái)控制伺服馬達(dá)的一種器件，一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)搞精度的

32、傳動(dòng)系統(tǒng)定位。 從結(jié)構(gòu)上看，伺服控制器和變頻器器差不多，但對(duì)元器件的要求精度和可靠性更高。目前主流的伺服控制器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，事項(xiàng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊.§3.5旋轉(zhuǎn)編碼器概述旋轉(zhuǎn)編碼器是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字信號(hào)的傳感器，主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。典型的旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝

33、置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形狹縫。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖5-7所示；通過(guò)計(jì)算每秒旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的方式的不同，可以分為增量式、絕對(duì)式以及復(fù)合式三大類。自動(dòng)線上常采用的是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90，用于辯向：當(dāng)A相脈沖超前B相時(shí)為正轉(zhuǎn)方向，而當(dāng)B相脈沖超前A相時(shí)則為反轉(zhuǎn)方向。Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。

34、如圖5-8所示。分揀單元使用了這種具有A、B兩相90o相位差的旋轉(zhuǎn)編碼器，用于計(jì)算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動(dòng)軸上。該旋轉(zhuǎn)編碼器的三相脈沖采用NPN型集電極開(kāi)路輸出，分辨率500線，工作電源DC1224V。本工作單元沒(méi)有使用Z相脈沖，A、B兩相輸出端直接連接到PLC（S7-224XP AC/DC/RLY主單元）的高速計(jì)數(shù)器輸入端。計(jì)算工件在傳送帶上的位置時(shí)，需確定每?jī)蓚€(gè)脈沖之間的距離即脈沖當(dāng)量。分揀單元主動(dòng)軸的直徑為d=43 mm,則減速電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，皮帶上工件移動(dòng)距離L= × d =3.14×43=136.35 mm。故脈沖當(dāng)量為=L/5000.27

35、3 mm。當(dāng)工件從下料口中心線移動(dòng)時(shí)：移至傳感器中心時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器約發(fā)出450個(gè)脈沖；移至第一個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出610個(gè)脈沖；移至第二個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出1000個(gè)脈沖；移至第三個(gè)推桿中心點(diǎn)時(shí)，約發(fā)出1350個(gè)脈沖。第四章 控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)§4.1分揀單元的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則§4.1.1分揀站的工作原理 設(shè)備的工作目標(biāo)是完成對(duì)白色芯金屬工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金屬或塑料工件進(jìn)行分揀。為了在分揀時(shí)準(zhǔn)確推出工件，要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測(cè)。并且工件材料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測(cè)出來(lái)。§4.1.2 PLC機(jī)型的選擇PLC機(jī)

36、型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 一、 確定合理的結(jié)構(gòu)型式，PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)?？紤]此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試PLC的結(jié)構(gòu)形式較為合適。二、 確定合理的安裝方式PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PL

37、C聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。三、 滿足相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔) PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶AD和DA轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)

38、傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。此系統(tǒng)只需用開(kāi)關(guān)量控制，選用一般小型PLC即可。四、 滿足響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速IO處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 本系統(tǒng)不需要跨范圍使用PLC對(duì)某些功能或信號(hào)

39、也沒(méi)有特殊的速度要求，不需要選用具有高速IO處理功能的PLC。五、 滿足系統(tǒng)可靠性要求對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用一般系統(tǒng)PLC能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問(wèn)題。六、 機(jī)型盡量統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。以保證其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高；其外部設(shè)備可以通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 本課題的要求不高，不需要考慮配備上位計(jì)算機(jī)，但為了方便采購(gòu)和管理等我們還是要求機(jī)型要統(tǒng)一。§4.1.3確定

40、PLC的容量一、 確定應(yīng)選擇PLC的點(diǎn)數(shù)PLC平均的I/O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。 通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10到15的裕量來(lái)確定。本系統(tǒng)的輸入、輸出實(shí)際需要24個(gè)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)定為26點(diǎn)比較合適，但輸入和輸出各應(yīng)留有裕量。系統(tǒng)存儲(chǔ)容量的選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加20到30的裕量。存儲(chǔ)容量（字節(jié)）開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)×10 模擬

41、量I/O通道數(shù)×100A=24×10+0×100 =240 （字節(jié)）另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類型的選擇。但是，本課題要求的存儲(chǔ)容量很低，一般的PLC能夠滿足，所以我們不需要考慮存儲(chǔ)容量。§4.1.4 確定PLC的IO模塊一般I/O模塊的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上。PLC的I/O模塊有開(kāi)關(guān)量I/O模塊、模擬量I/O模塊及各種特殊功能模塊等。不同的I/O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。根據(jù)本課題要求，不需要用到模擬量I/O模塊及各種特殊功能模塊，所以只需要對(duì)開(kāi)關(guān)量I/O模塊選擇即可。一、

42、開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊是用來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：二、 輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí)開(kāi)關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入三種類型。按電壓等級(jí)有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來(lái)考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如5V輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過(guò)十米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。本系統(tǒng)傳輸距離較近可選擇24V直流輸入。三、 輸入接線方式開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)

43、式和分組式兩種接線方式。匯點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（COM）；而分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào)之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。所以本系統(tǒng)考慮價(jià)格便宜問(wèn)題，且輸入信號(hào)之間不需要分隔，選用匯點(diǎn)式較合適。四、 輸入門(mén)檻電平為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門(mén)檻電平的大小。門(mén)檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱PLC說(shuō)明書(shū)。§4.1.5 PLC種類及型號(hào)的確定PLC種類較多，主要有西門(mén)子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生

44、產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門(mén)子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)14點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)10點(diǎn)，綜合對(duì)比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門(mén)子系列、OMRON系列中I/O點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)各型號(hào)的PLC的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號(hào)為：S7-200-224XP-AC/DC/RLY。該型號(hào)PLC有14個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，12個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。§4.2 PLC的I/O 接線及氣路圖分揀單元的電磁閥使用了三個(gè)由二位五通的帶手控開(kāi)關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流

45、板上。這三個(gè)電磁閥對(duì)金屬、白料和黑料推動(dòng)氣缸的氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。（如圖4-1所示）圖4-1分揀站氣缸動(dòng)作原理圖分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配如表4-1所示。由于用于判別工件材料和芯體顏色屬性的傳感器只須安裝在傳感器支架上的電感式傳感器和一個(gè)光纖傳感器，故光纖傳感器2可不使用。表4-1 分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配輸入端口中間層輸出端口中間層端子號(hào)設(shè)備符號(hào)信號(hào)線端子號(hào)設(shè)備符號(hào)信號(hào)線2DECO旋轉(zhuǎn)編碼器A相21Y推桿1電磁閥3旋轉(zhuǎn)編碼器B相32Y推桿2電磁閥4旋轉(zhuǎn)編碼器Z相43Y推桿3電磁閥5SC1進(jìn)料口工件檢測(cè)   6SC2電感式

46、傳感器   7SC3光纖傳感器1   8SC4光纖傳感器2   91B推桿1推出到位   102B推桿2推出到位   113B推桿3推出到位   12#17#端子沒(méi)有連接5#14#端子沒(méi)有連接分揀單元PLC選用S7-224 XP AC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。選用S7-224 XP主單元的原因是，當(dāng)變頻器的頻率設(shè)定值由HMI指定時(shí)，該頻率設(shè)定值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，需要由PLC通過(guò)變換方式向變頻器

47、輸入模擬量的頻率指令，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度連續(xù)調(diào)整。S7-224 XP主單元集成有2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，有兩個(gè)RS-485通信口。本項(xiàng)目工作任務(wù)僅要求以50Hz的固定頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，只須用固定頻率方式控制驅(qū)動(dòng)即可。本例中，PLC的信號(hào)表見(jiàn)表4-2。表4-2分揀單元PLC的 I/O信號(hào)表輸入信號(hào)輸出信號(hào)序號(hào)PLC輸入點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來(lái)源序號(hào)PLC輸出點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)輸出目標(biāo)1I0.0旋轉(zhuǎn)編碼器A相裝置側(cè)1Q0.0電機(jī)啟動(dòng)伺服控制器2I0.1旋轉(zhuǎn)編碼器B相2Q0.1  3I0.2旋轉(zhuǎn)編碼器Z相 3Q0.2  4I0.3進(jìn)料口工件檢測(cè)4Q0.3&

48、#160; 5I0.4光纖傳感器5Q0.4推料1 氣缸1動(dòng)作6I0.5電感式傳感器6Q0.5推料2 氣缸2動(dòng)作7I0.67Q0.6推料氣缸3動(dòng)作8I0.7推桿1推出到位8Q0.7HL1(黃)指示燈模塊 9I1.0推桿2推出到位9Q1.0HL2（綠）10I1.1推桿3推出到位 10 Q1.1HL3（紅）11I1.2停止按鈕指示燈模塊11V   12I1.3啟動(dòng)按鈕12M    13I1.4 停止按鈕    14I1.5單站/全線分揀單元接

49、線原理圖如圖4-2所示。我們能夠清晰的看到該分揀系統(tǒng)的接線圖圖4-2分揀單元PLC的I/O接線原理圖§4.3分揀單元的編程要點(diǎn)§4.3.1 高速計(jì)數(shù)器的編程高速計(jì)數(shù)器的編程方法有兩種，一是采用梯形圖或語(yǔ)句表進(jìn)行正常編程，二是通過(guò)STEP7-Micro/WIN編程軟件進(jìn)行引導(dǎo)式編程。不論那一種方法，都先要根據(jù)計(jì)數(shù)輸入信號(hào)的形式與要求確定計(jì)數(shù)模式；然后選擇計(jì)數(shù)器編號(hào)，確定輸入地址。分揀單元所配置的PLC是S7-224XP AC/DC/RLY主單元，集成有6點(diǎn)的高速計(jì)數(shù)器，編號(hào)為HSC0HSC5，每一編號(hào)的計(jì)數(shù)器均分配有固定地址的輸入端。同時(shí)，高速計(jì)數(shù)器可以被配置為12種模式中的

50、任意一種。如表4-3所示。4-3 S7-200PLC的HSC0HSC5輸入地址和計(jì)數(shù)模式模式中斷描述輸入點(diǎn)HSC0I0.0I0.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.4  0帶有內(nèi)部方向控制的單相計(jì)數(shù)器時(shí)鐘  1時(shí)鐘 復(fù)位2時(shí)鐘 復(fù)位啟動(dòng)3帶有外部方向控制的單相計(jì)數(shù)器時(shí)鐘方向 4時(shí)鐘方向復(fù)位5時(shí)鐘方向復(fù)位啟動(dòng)6帶有增減計(jì)數(shù)時(shí)鐘的雙相計(jì)數(shù)器增時(shí)鐘減時(shí)鐘 7增時(shí)鐘減時(shí)鐘復(fù)位8增時(shí)鐘減時(shí)鐘復(fù)位啟動(dòng)9相正交計(jì)數(shù)

51、器時(shí)鐘A時(shí)鐘B 10時(shí)鐘A時(shí)鐘B復(fù)位11時(shí)鐘A時(shí)鐘B復(fù)位啟動(dòng)根據(jù)分揀單元旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖信號(hào)形式 (A/B相正交脈沖，Z相脈沖不使用，無(wú)外部復(fù)位和啟動(dòng)信號(hào)) ，由表4-3容易確定，所采用的計(jì)數(shù)模式為模式9，所選用的計(jì)數(shù)器為HSC0，A相脈沖從I0.0輸入，B相脈沖從I0.1輸入，計(jì)數(shù)倍頻設(shè)定為4倍頻。分揀單元高速計(jì)數(shù)器編程要求較簡(jiǎn)單，不考慮中斷子程序，預(yù)置值等。使用引導(dǎo)式編程，很容易自動(dòng)生成了符號(hào)地址為“HSC_INIT”的子程序。其程序清單如圖4-3所示圖4-3 子程序HSC_INIT清單在主程序塊中使用SM0.1（上電首次掃描ON）調(diào)用此子程序，即完成高速計(jì)數(shù)器定義并啟動(dòng)計(jì)數(shù)

52、器。§4.3.2程序結(jié)構(gòu)1、分揀單元的主要工作過(guò)程是分揀控制，可編寫(xiě)一個(gè)子程序供主程序調(diào)用，工作狀態(tài)顯示的要求比較簡(jiǎn)單，可直接在主程序中編寫(xiě)。2、主程序的流程與前面所述的供料、加工等單元是類似的。但由于用高速計(jì)數(shù)器編程，必須在上電第1個(gè)掃描周期調(diào)用HSC_INIT子程序，以定義并使能高速計(jì)數(shù)器。主程序的編制，請(qǐng)讀者自行完成。3、分揀控制子程序也是一個(gè)步進(jìn)順控程序，編程思路如下：當(dāng)檢測(cè)到待分揀工件下料到進(jìn)料口后，清零HC0當(dāng)前值，以固定頻率啟動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。梯形圖如圖4-4所示。圖4-4分揀控制子程序初始步梯形圖當(dāng)工件經(jīng)過(guò)安裝傳感器支架上的光纖探頭和電感式傳感器時(shí)，根據(jù)2個(gè)傳感器

53、動(dòng)作與否，判別工件的屬性，決定程序的流向。HC0當(dāng)前值與傳感器位置值的比較可采用觸點(diǎn)比較指令實(shí)現(xiàn)。完成上述功能的梯形圖見(jiàn)圖4-5。根據(jù)工件屬性和分揀任務(wù)要求，在相應(yīng)的推料氣缸位置把工件推出。推料氣缸返回后，步進(jìn)順控子程序返回初始步。 圖4-5 在傳感器位置判別工件屬性的梯形圖§4.4 編寫(xiě)和調(diào)試PLC控制程序§4.4.1 編寫(xiě)程序的思路從前面所述的傳送工件功能測(cè)試任務(wù)可以看出，功能測(cè)試過(guò)程應(yīng)包括上電后復(fù)位、傳送功能測(cè)試、緊急停止處理和狀態(tài)指示等部分，傳送功能測(cè)試基本上是一個(gè)步進(jìn)順序控制過(guò)程?？刹捎貌竭M(jìn)指令驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)?？紤]到急停狀態(tài)，此程序段可在非急停標(biāo)志為ON時(shí)所啟

54、動(dòng)的主控塊內(nèi)編寫(xiě)。輸送單元程序控制的關(guān)鍵點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)的定位控制，直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使物料從某一起始點(diǎn)出發(fā)，到達(dá)第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，檢測(cè)是否為金屬，如是的話第一個(gè)氣缸動(dòng)作 ，否則第二個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，檢測(cè)是否為白是物料，否則進(jìn)如第三個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)物料的分揀。§4.4.2 功能測(cè)試程序的結(jié)構(gòu) 緊急停止處理當(dāng)分揀裝置正在向某一目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)按下急停按鈕，則分揀裝置驟然停止，勢(shì)必由于慣性導(dǎo)致越步，這時(shí)必須返回原點(diǎn)重新校準(zhǔn)基準(zhǔn)位，才能保證到目標(biāo)點(diǎn)的精確定位。這樣當(dāng)急停復(fù)位后，程序不能馬上回到原來(lái)的順控過(guò)程，而是要經(jīng)過(guò)使分揀裝置返回原點(diǎn)的一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，用M11標(biāo)志這一過(guò)程。當(dāng)機(jī)械手裝置返回原點(diǎn)并延時(shí)0.5秒后，M11復(fù)位，順控過(guò)程標(biāo)志M10置位，程序回到原來(lái)的順控過(guò)程繼續(xù)執(zhí)行。分揀裝置高速返回時(shí)發(fā)生急停，急停復(fù)位后無(wú)須進(jìn)行再校準(zhǔn)，但步進(jìn)工步應(yīng)轉(zhuǎn)移到低速返回工步。§4.4.3調(diào)試與運(yùn)行一、 調(diào)整氣動(dòng)部分，檢查氣路是否正確，氣壓是否合理，氣缸的動(dòng)作速度是否合