自動(dòng)分檢傳送帶的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)自動(dòng)分檢傳送線的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院班級： 機(jī)械1001班 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)老師： 王剛 2013年1月3日 目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 1總體方案設(shè)計(jì) 22.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32.3 創(chuàng)新點(diǎn) 6硬件設(shè)計(jì) 73.1 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的確定 73.2 PLC的選型 83.3 輸入/輸出地址分配表 103.4 控制面板的布置圖 113.5 輸入/輸出設(shè)備的接線圖 123.6 傳感器的選型 133.7 氣缸的選型 15軟件設(shè)計(jì) 164.

2、1 主程序流程圖和順序功能圖 164.2 程序梯形圖 18總結(jié) 24附錄 程序指令表 25 參考文獻(xiàn) 27 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)分撿傳送線的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目類型: 機(jī)電一體化工程設(shè)計(jì) 時(shí)間： 2013.12專業(yè)班級：機(jī)械10級 指導(dǎo)教師：王剛設(shè)計(jì)內(nèi)容要求：某自動(dòng)分撿傳送線要求完成檢測物件尺寸大小,并根據(jù)檢測結(jié)果將大、中、小號物件分配到特定位置的工作，該分撿傳送線系統(tǒng)組成及其PLC控制系統(tǒng)輸入輸出信號示意圖如圖所示。物件被機(jī)械手Y0供給上傳送帶后，大、中、小號物件分別被上X1、中X2、下X3光電傳感器檢測，并經(jīng)過分撿控制器Y3，中號物件通過前面的傳送帶傳送，大、小號物件通過后面的傳送

3、帶傳送。其后，大號物件由圖中X4信號處滑落，中號物件在圖中X5信號處由機(jī)械手提走，小號物件在圖中X6信號處由氣缸Y6推出。注意：在氣缸推出過程中傳送帶相應(yīng)的起、停控制。設(shè)計(jì)具體內(nèi)容包括：進(jìn)行傳感器和執(zhí)行部件（如氣缸）選型，繪制傳感器和執(zhí)行部件安裝部裝圖。制定基于PLC的總體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：要求系統(tǒng)能完成手動(dòng)（點(diǎn)動(dòng)）、 單步、單周期、連續(xù)等控制方式的選擇。根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)選擇PLC，繪制控制面板布置圖。建立I/O分配表，繪制PLC控制系統(tǒng)輸入輸出接線圖（A3或A2圖紙）。繪制用戶程序流程圖，并編制程序（要求用編程軟件，如FXGP-WIN-C）。實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試程序。整理相關(guān)文檔，完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

4、。設(shè)計(jì)說明書格式符合中南大學(xué)機(jī) 電工程學(xué)院的統(tǒng)一格式和規(guī)范要求。（F-7）第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1）本課程設(shè)計(jì)中的自動(dòng)分撿傳送線控制系統(tǒng)由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口、電源、通信接口、擴(kuò)展單元等部件構(gòu)成，這些單元部件都是通過內(nèi)部總線進(jìn)行連接。2）輸入回路元件包括行程開關(guān)、光電檢測開關(guān)以及按鈕輸入和開關(guān)量輸入。各元件功能介紹如下：行程開關(guān) （又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、或自動(dòng)

5、往返運(yùn)動(dòng)等。光電開關(guān) 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。常用光電開關(guān)的分類方法：按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型。對射式檢測距 離遠(yuǎn)，可檢測半透明物體的密度（透光度）。按鈕開關(guān) 利用按鈕推動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)按通或斷開并實(shí)現(xiàn)電路換接的一種開關(guān)。按鈕開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用十分廣泛的主令電器。3）輸出回路通過對給定的信號控制執(zhí)行元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)

6、給定要求。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中采用X1、X2、X3、X4、X5、X6共6個(gè)光電開關(guān)，X0、X10、X11、X12共 4個(gè)行程開關(guān)，以及 X20、X21、X22、X24、X25共5個(gè)按鈕開關(guān)。2.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)自動(dòng)分檢傳送線的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)在功能上實(shí)現(xiàn)機(jī)械手、氣缸、傳送帶等部件的使用。機(jī)械手能模仿人手臂的某些動(dòng)作功能，用來按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具。機(jī)械手可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。氣缸是氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的

7、和作往復(fù)擺動(dòng)的兩類，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。氣缸的作用在于將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 輸送帶則用來輸送物體，方便，節(jié)省人力、物力。傳感器的部裝圖如圖2-1、2-2、2-3所示：圖2-1 傳感器部裝圖的主視圖圖2-2 傳感器部裝圖的俯視圖圖2-3 傳感器部裝圖的左視圖 氣缸的部裝圖如圖2-4、2-5所示：圖2-4 氣缸部裝圖的主視圖 圖2-5 氣缸部裝圖的左視圖2.3 創(chuàng)新點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)方面，此次課程設(shè)計(jì)采用順序控制梯形圖的編程方法，即用指令的編程方法實(shí)現(xiàn)單步、單周期、連續(xù)、點(diǎn)動(dòng)等功能。程序較為美觀、整齊、清楚

8、，易于找出程序漏洞和錯(cuò)誤。在編程中為了節(jié)約能源，就根據(jù)需要來控制不同輸送帶的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)輸送帶上沒有物體時(shí)，輸送帶自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)輸送帶檢測到是大號物體和小號物體時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行Y1、Y2、Y5 共3條輸送帶，不運(yùn)行Y4輸送帶；當(dāng)輸送帶檢測到是中號物體時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行Y1、Y2、Y4共3條輸送帶，不運(yùn)行Y5輸送帶。硬件設(shè)計(jì)方面，開關(guān)數(shù)量較少，控制相對簡單方便。氣缸選用標(biāo)準(zhǔn)型CA1氣缸，造價(jià)較便宜又能保證行程和推力足夠。傳感器選用對射式光電傳感器，體積較小，是整體上結(jié)構(gòu)緊湊，并有利于傳感器的安裝。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的確定3.1.1 輸入設(shè)備的數(shù)量 根據(jù)自動(dòng)分檢機(jī)的要求可知，有啟動(dòng)開關(guān)1個(gè)

9、；上、中、下位光電傳感器檢測開關(guān)各1個(gè)，共3個(gè)；檢測部件是否到達(dá)推出機(jī)構(gòu)位置的光電開關(guān)1個(gè)；原點(diǎn)位置檢測開關(guān)1個(gè)；Y4輸送帶右端檢測開關(guān)1個(gè)；Y5輸送帶右端檢測開關(guān)1個(gè)；機(jī)械手行程開關(guān)3個(gè)；自動(dòng)連續(xù)控制啟動(dòng)按鈕1個(gè)；自動(dòng)單周期控制按鈕1個(gè)；手動(dòng)控制啟動(dòng)按鈕1個(gè)；單步控制按鈕1個(gè)?？偣残枰拈_關(guān)量輸入為15點(diǎn)。3.1.2 輸出設(shè)備的數(shù)量 供給輸出1個(gè)；紅、黃、綠指示燈輸出3個(gè)；輸送帶正轉(zhuǎn)輸出4個(gè)；分揀器輸出1個(gè)；推出機(jī)構(gòu)輸出1個(gè)；機(jī)械手取出指令輸出1個(gè)。總共需要的開關(guān)輸出為11點(diǎn)。3.2 PLC的選型3.2.1 PLC的特點(diǎn)和基本控制原理 可編程程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)

10、環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲器執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程，可編程程序控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC是綜合了繼電器、接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)靈活方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展起來的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。PLC有如下特點(diǎn)：編程方法簡單易學(xué)功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的工作量少維修工作量小，維修方便體積小，能耗低PLC可以

11、分成三個(gè)基本組成部分，即輸入部分、邏輯部分和輸出部分。各個(gè)部分的主要作用是：輸入部分：收集并保存被控對象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實(shí)際的動(dòng)作要求做出反應(yīng)。輸出部分：提供正在被控的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。PLC通過編程控制器編制控制程序，即將PLC內(nèi)部的各種邏輯部件按照控制工藝進(jìn)行組合以達(dá)到一定的邏輯功能。PLC將輸入信息采入PLC內(nèi)部之后執(zhí)行邏輯部件組合后所達(dá)到的邏輯功能，最后輸出達(dá)到控制要求。這就是PLC的基本控制原理。3.2.2 PLC的選型FX系列的PLC體積小，外部結(jié)構(gòu)先進(jìn)美觀，可提供多個(gè)子系列供用戶選用，系統(tǒng)配置靈活多變，

12、功能強(qiáng)大且使用方便。而所選擇FX2N的則是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC。它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08us，內(nèi)置的用戶存儲器為8K步，可擴(kuò)展到16K步，最大可以擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，有多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。機(jī)內(nèi)有實(shí)時(shí)鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、開平方和三角函數(shù)等。每個(gè)FX2N基本單元可以擴(kuò)展8個(gè)特殊單元?？紤]到I/O 點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留10%的余量，應(yīng)選擇開關(guān)輸入量24點(diǎn)，輸出量24點(diǎn)。在綜合考慮PLC設(shè)備的運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能、處理速度以及成本，還有以后可能會(huì)擴(kuò)展功能和進(jìn)行電機(jī)

13、的速度檢測，選擇FX2N-48MR-D型PLC。3.3 輸入/輸出地址分配表3.3.1 輸入地址分配表（見表3-1）表3-1 輸入地址分配表序號輸入點(diǎn)名稱1X0原點(diǎn)位置行程開關(guān)2X1上位傳感器檢測開關(guān)3X2中位傳感器檢測開關(guān)4X3下位傳感器檢測開關(guān)5X4帶5右端傳感器檢測開關(guān)6X5帶4右端傳感器檢測開關(guān)7X6推出機(jī)構(gòu)傳感器檢測開關(guān)8X10物件在原點(diǎn)位置行程開關(guān)9X11部件在桌上行程開關(guān)10X12機(jī)器人操作完成行程開關(guān)11X20點(diǎn)動(dòng)控制按鈕12X21單步控制按鈕13X22單周期控制按鈕14X24連續(xù)控制開關(guān)15X25啟動(dòng)開關(guān)3.3.2 輸出地址分配表（見表3-2）表-2 輸出地址分配表序號輸出點(diǎn)

14、名稱1Y0機(jī)械手供給物件2Y1輸送帶13Y2輸送帶24Y3分揀器5Y4輸送帶46Y5輸送帶5 7Y6推出機(jī)構(gòu)8Y7機(jī)械手取出物件9Y10紅燈10Y11綠燈11Y12黃燈3.4 控制面板的布置圖（見圖3-1）圖3-1 控制面板的布置圖3.5 輸入/輸出設(shè)備的接線圖（見圖3-2） 圖3-2 輸入/輸出設(shè)備的接線圖 3.6 傳感器的選型3.6.1 光電傳感器的基本概念 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)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(xué)通路和光電元件三部分組成。 光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且

15、可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。3.6.2 光電傳感器工作原理 由光通量對

16、光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射到光電元件上的光通量改變,

17、改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。3.6.3 光電傳感器選擇本次選用杭州杰布迪電子有限公司的圓形系列光電傳感器，該傳感器為M12對射型傳感器。具體參數(shù)如下圖3-3及表3-3所示：圖3-3 M12 對射式光電開關(guān)表3-3 光電傳感器具體參數(shù)3.7 氣缸的選型氣缸的選擇需根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：F：氣缸理論輸出力F：效率為85%時(shí)的輸出力(F

18、=F85%） D：氣缸缸徑P：工作壓力考慮物件尺寸為100*100*100，則依據(jù)給定條件物體的重力為1kg,選擇摩擦系數(shù)0.5，則可知?dú)飧姿璧耐屏?N，又氣缸為水平放置，根據(jù)日本SMC公司官方氣缸選型手冊，選擇CA1BN 40-400氣缸，行程為300。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖和順序功能圖4.1.1 主程序流程圖（見圖4-1）圖4-1 主程序流程圖4.1.2 主程序順序功能圖（見圖4-2）圖4-2 主程序順序功能圖4.2程序梯形圖第5章 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)習(xí)過PLC相關(guān)基本知識以及你能夠選擇相關(guān) 的產(chǎn)品，比如傳感器、氣缸等，并能熟練掌握PLC學(xué)習(xí)軟件及仿真軟件。PLC 技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。邏輯控制功能通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化。要能學(xué)會(huì)將所學(xué)只是結(jié)合實(shí)際加以運(yùn)用，這才是PLC課程設(shè)計(jì)的真正目的。本程序?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)分檢傳送線檢測物件尺寸大小,并根據(jù)檢測結(jié)果將大、中、小號物件分配到特定位置的工作。能夠?qū)崿F(xiàn)單步、單周期、連續(xù)以及手動(dòng)多種工作方式切換。 本次試驗(yàn)也遇到了一些問題，比如以