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文檔簡(jiǎn)介
基于PLC的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)主講人:孫文飛引言分揀控制系統(tǒng)在社會(huì)各行各業(yè)如:物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、自動(dòng)生產(chǎn)、等行業(yè)得到廣泛運(yùn)用,分揀系統(tǒng)能夠大大提高企事業(yè)單位該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。本文在對(duì)熟悉了自動(dòng)及分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)一定的分揀要求,對(duì)材料分揀進(jìn)行了以三菱PLC為控制核心,MCGS組態(tài)軟件為監(jiān)控軟件,設(shè)計(jì)出材料分揀控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。該材料分揀系統(tǒng)以PLC為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感器技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控等技術(shù),可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點(diǎn),對(duì)不同的分揀對(duì)象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。對(duì)本系統(tǒng)完成其設(shè)計(jì)之后,進(jìn)行了整體調(diào)試。在硬件部分,調(diào)試其各部分安裝的位置及角度,使其材料物塊的運(yùn)行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動(dòng)作幅度進(jìn)行調(diào)試之后,進(jìn)行了軟硬件綜合調(diào)試,實(shí)現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過(guò)程。1 緒論2分揀系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)1.1分揀系統(tǒng)基本介紹 1.2分揀系統(tǒng)的意義 1.3本文研究的主要內(nèi)容 2.1PLC的選型
2.1.1PLC的分類
2.1.2PLC種類及型號(hào)選擇 2.2傳感器的選擇
2.2.1傳感器的簡(jiǎn)介
2.2.2傳感器的選擇 2.3驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇
2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 2.5硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立 2.6其他元器件及其選擇 2.7I/O口的選擇及PLC接線 3自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)3.1可編程控制器(PLC)簡(jiǎn)介 3.2分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖
3.3軟件設(shè)計(jì)及編程 3.4材料分揀系統(tǒng)的調(diào)試 4.1組態(tài)控制技術(shù) 4.2模型的建立 4.3PLC與組態(tài)軟件之間的通信
1.1分揀系統(tǒng)基本介紹分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示,當(dāng)具有相同分揀信號(hào)的商品經(jīng)過(guò)該裝置時(shí),該裝置動(dòng)作,使改變?cè)谳斔脱b置上的運(yùn)行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類裝置的種類很多,一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種,不同的裝置對(duì)分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī),其主要作用是使待分揀商品貫通過(guò)控制裝置、分類裝置,并輸送裝置的兩側(cè),一般要連接若干分揀道口,使分好類的商品滑下主輸送機(jī)(或主傳送帶)以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)(或主傳送帶)進(jìn)入集貨區(qū)域的通道,一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道,使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺(tái),在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫(kù)儲(chǔ)存,或是組配裝車并進(jìn)行配送作業(yè)。以上四部分裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起,配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。1.2分揀系統(tǒng)的意義二次大戰(zhàn)以后,自動(dòng)分揀系統(tǒng)逐漸開(kāi)始在西方發(fā)達(dá)國(guó)家投入使用,成為發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)和物流中心,配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一。(1)能連續(xù)、大批量地分揀貨物由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式,自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制,可以連續(xù)運(yùn)行,同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多,它可以連續(xù)運(yùn)行100個(gè)小時(shí)以上,每小時(shí)可分揀7000件包裝商品,如用人工分揀則每小時(shí)只能分揀150件左右,同時(shí)分揀人員也不能在這種勞動(dòng)強(qiáng)度下連續(xù)工作8小時(shí)。(2)分揀誤差率極低自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性大小,這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制,如果采用人工鍵盤(pán)或語(yǔ)音識(shí)別方式輸入,則誤差率在3%以上,如采用條形碼掃描輸入,除非條形碼的印刷本身有差錯(cuò),否則不會(huì)出錯(cuò)。因此,目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來(lái)識(shí)別貨物。(3)分揀作業(yè)基本實(shí)無(wú)人化國(guó)外建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用,減輕工員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高人員的使用效率,因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用,基本做到無(wú)人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員,人員的使用僅局限于送貨車輛抵達(dá)自動(dòng)分揀線的進(jìn)貨端時(shí),由人工接貨,由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行,分揀線末端由人工將分揀出來(lái)的貨物進(jìn)行集載、裝車,自動(dòng)分揀系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)、管理與維護(hù)。1.2分揀系統(tǒng)的意義如美國(guó)一公司配送中心面積為10萬(wàn)平方米左右,每天可分揀近40萬(wàn)件商品,僅使用400名左右員工,自動(dòng)分揀線做到了無(wú)人化作業(yè)。對(duì)于分揀系統(tǒng)的應(yīng)用前景,主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性,優(yōu)越性,應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本等方而來(lái)考慮。但因分揀系統(tǒng)其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,因此,在發(fā)達(dá)國(guó)家,物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問(wèn)題,在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍。在引進(jìn)和建設(shè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)時(shí)一定要考慮以下條件:自動(dòng)分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大,其本身需要建設(shè)短則40~50米,長(zhǎng)則150~200米的機(jī)械傳輸線,還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等,這一系統(tǒng)不僅占地面積大,動(dòng)輒2萬(wàn)平方米以上,而且一般自動(dòng)分揀系統(tǒng)都建在自動(dòng)主體倉(cāng)庫(kù)中,這樣就要建3~4層樓高的立體倉(cāng)庫(kù),庫(kù)內(nèi)需要配備各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施,這絲毫不亞于建立一個(gè)現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。這種巨額的先期投入要花10~20年才能收回,如果沒(méi)有可靠的貨源作保證,則有可能系統(tǒng)大都由大型生產(chǎn)企業(yè)或大型專業(yè)物流公司投資,小企業(yè)無(wú)力進(jìn)行此項(xiàng)投資。它對(duì)商品外包裝要求也很高,自動(dòng)分揀機(jī)只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長(zhǎng)、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行分揀,因此為了使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀,可以采取二條措施:一是推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝,使大部分商品的包裝符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);二是根據(jù)所分揀的大部分商品的統(tǒng)一的包裝特性定制特定的分揀機(jī)。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的,定制特寫(xiě)的分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升,并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營(yíng)商品的包裝情況來(lái)確定是否建或建什么樣的自動(dòng)分揀系統(tǒng)[6]。1.2本文研究的主要內(nèi)容在本文中,以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例,詳細(xì)的分析了在基于PLC控制的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì),文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號(hào)的采集分析中傳感器的一些基本知識(shí),并通過(guò)要求與比較,確定了硬件系統(tǒng)中的一些元器件的選擇與確定了PLC的選型。在介紹了一些PLC與組態(tài)軟件的基本知識(shí)后,對(duì)本課題進(jìn)行硬件與軟件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出主電路與控制回路,并建立了實(shí)際的模型,在軟件設(shè)計(jì)中,確定了I/O分配,并按照控制要求設(shè)計(jì)出了PLC梯形圖。在實(shí)際工作過(guò)程中,需要對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,運(yùn)用組態(tài)軟件(MCGS)建立其實(shí)際的模型,并進(jìn)行動(dòng)態(tài)畫(huà)面的設(shè)定與數(shù)據(jù)報(bào)表的輸出,完成一個(gè)較完整的監(jiān)控界面。在本系統(tǒng)完成其設(shè)計(jì)之后,對(duì)其進(jìn)行整體調(diào)試。在硬件部分,調(diào)試其各部分安裝的位置及角度,使其材料物塊的運(yùn)行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動(dòng)作幅度進(jìn)行調(diào)試之后,進(jìn)行了軟硬件綜合調(diào)試,實(shí)現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過(guò)程。2分揀系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)
2.1PLC的分類
目前,在我國(guó)PLC的分類還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)性能和應(yīng)用范圍可將其進(jìn)行如下分類。1、按性能分類根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量和控制功能的不同,可將其分為小型、中型和大型二類。小型PLC又稱低檔PLC,它的I/O點(diǎn)數(shù)小于128點(diǎn),用戶程序存儲(chǔ)器容量小于4K字,功能簡(jiǎn)單,以開(kāi)關(guān)量控制為主,可實(shí)現(xiàn)條件控制、順序控制、定時(shí)記數(shù)控制。適用于單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程。中型PLC又稱中檔PLC,它的I/O點(diǎn)數(shù)在128~512點(diǎn)之間,用戶程序存儲(chǔ)器容量為4K~8K字,功能比較豐富、兼有開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制能力,具有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、通信聯(lián)網(wǎng)和PID調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)過(guò)程控制。大型PLC又稱高檔PLC,它的I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上,用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字以上,控制功能完善,在中檔機(jī)的基礎(chǔ)上,擴(kuò)大和增加了函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制的功能。適用于大規(guī)模的過(guò)程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。2、按結(jié)構(gòu)分類根據(jù)PLC的構(gòu)成形式,可將PLC分為整體式和機(jī)架式(模塊式)兩大類。整體式PLC是將CPU、存儲(chǔ)單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。這種PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)少、體積小,價(jià)格低,便于裝入設(shè)備內(nèi)部。小型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。機(jī)架式PLC將各單元做成獨(dú)立的模塊,使用時(shí)將這些模塊分別插入機(jī)架底板的插座上??筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際的控制要求建立模塊,構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。這種PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)多,配置靈活方便,易于擴(kuò)展。大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。3、按應(yīng)用范圍分類根據(jù)應(yīng)用范圍的不同,可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC作為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制裝置可在各個(gè)領(lǐng)域使用,而專用型PLC是為了某類控制要求專門(mén)設(shè)計(jì)的PLC,如數(shù)控機(jī)床專用型、鍋爐設(shè)備專用型、報(bào)警監(jiān)視專用型等。由于應(yīng)用的專一性,使其控制質(zhì)量大大提高[9]。
2.1.2PLC種類及型號(hào)選擇
PLC種類較多,主要有西門(mén)子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等,但能配套生產(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)系統(tǒng)中的控制要求PLC點(diǎn)數(shù):實(shí)際輸入點(diǎn)15點(diǎn),實(shí)際輸出點(diǎn)8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32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:FX2N—32MR,合計(jì)總數(shù)32點(diǎn)—16點(diǎn)輸入,DC24V,16點(diǎn)繼電器輸出;尺寸(mm):220×87×90,其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列,它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn),程式執(zhí)行更快,全面補(bǔ)充通訊功能,適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊,它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn):最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊,它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。該型號(hào)PLC有16個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),16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。
2.2傳感器的選擇
2.1.2PLC種類及型號(hào)選擇
PLC種類較多,主要有西門(mén)子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等,但能配套生產(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)系統(tǒng)中的控制要求PLC點(diǎn)數(shù):實(shí)際輸入點(diǎn)15點(diǎn),實(shí)際輸出點(diǎn)8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32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:FX2N—32MR,合計(jì)總數(shù)32點(diǎn)—16點(diǎn)輸入,DC24V,16點(diǎn)繼電器輸出;尺寸(mm):220×87×90,其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列,它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn),程式執(zhí)行更快,全面補(bǔ)充通訊功能,適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊,它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn):最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊,它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。該型號(hào)PLC有16個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),16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。
2.2.1傳感器的簡(jiǎn)介
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是:“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,并能將檢測(cè)感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器是一個(gè)完整的測(cè)量裝置(或系統(tǒng)),能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的有用電量輸出,以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。[3]傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展,傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會(huì)安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片之上。因此,信號(hào)調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分,如圖2-1所示。
敏感元件——感受被測(cè)量,并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件,如膜片和波紋管,可以把被測(cè)壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量(如熱電偶),就兼為傳感元件了。還有一些新型傳感器,如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動(dòng)變壓器式位移傳感器等,其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。
變換元件——又稱傳感元件,是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測(cè)量(一般為非電量)且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量,如熱電偶和熱敏電阻。傳感元件也可以不直接感受被測(cè)量,而只感受與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他非電量。例如,差動(dòng)變壓器式壓力傳感器,并不直接感受壓力,而只是感受與被測(cè)壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量,然后輸出電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路——能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號(hào)的電路。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類,常用的電路有電橋、放大器、振動(dòng)器和阻抗變換器等。傳感器根據(jù)使用要求的不同,可以做的很簡(jiǎn)單,也可以做的很復(fù)雜;可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng),也可以是不帶反饋的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因此,傳感器的組成將依不同的情況而有所差異[2]。
圖2-1傳感器的組成示意圖
2.2.2傳感器的選擇
傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài),為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)氣缸動(dòng)作是否到位,視覺(jué)傳感器是為了完成對(duì)物料的識(shí)別。(1)位置檢測(cè)裝置在本設(shè)計(jì)中,當(dāng)氣缸執(zhí)行動(dòng)作時(shí),應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位,常用的位置檢測(cè)裝置是行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān),是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器,用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中,將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置,當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí),行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開(kāi)關(guān)的品種規(guī)格很多,按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)、滾輪直動(dòng)、杠桿單、雙輪等。選用行程開(kāi)關(guān)時(shí),應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合,滿足各方面的要求來(lái)進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)氣缸回位動(dòng)作是否到位,當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí),碰到行程開(kāi)關(guān),終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作,準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。
(2)視覺(jué)傳感器系統(tǒng)視覺(jué)的作用就是最大程度模仿人的眼睛,能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識(shí)別,本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器,對(duì)物料進(jìn)行分揀。電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器,用來(lái)檢測(cè)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)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān),使接近開(kāi)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(shí)別出有無(wú)金屬物體接近,進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來(lái)檢測(cè)鐵質(zhì)材料。電容傳感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器,是一種接近式開(kāi)關(guān)。它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板,而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí),物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化,使得和測(cè)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(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料[1]。根據(jù)不同物料有不同的顏色,可以針對(duì)一種顏色的物料進(jìn)行揀出。顏色傳感器同樣也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在Si等多數(shù)光電二極管之前,分別放置R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三種顏色的彩色濾光器,以便處理各自的輸出信號(hào)并識(shí)別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來(lái)識(shí)別紅色與綠色的材料。目前,用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類型:①色標(biāo)傳感器,它使用一個(gè)白熾燈光源或單色LED光源;②RGB(紅綠藍(lán))顏色傳感器,它檢測(cè)物體的對(duì)三基色的反射比率,從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的,封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有:NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。為了便于PCL控制程序的編寫(xiě),利于公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,綜合其各種情況,在本設(shè)計(jì),選擇RGB顏色傳感器著為識(shí)別物料顏色的裝置,繼電器輸出方式,便于PLC控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化,控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)[4~5]。
2.2.2傳感器的選擇
傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài),為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)氣缸動(dòng)作是否到位,視覺(jué)傳感器是為了完成對(duì)物料的識(shí)別。(1)位置檢測(cè)裝置在本設(shè)計(jì)中,當(dāng)氣缸執(zhí)行動(dòng)作時(shí),應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位,常用的位置檢測(cè)裝置是行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān),是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器,用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中,將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置,當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí),行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開(kāi)關(guān)的品種規(guī)格很多,按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)、滾輪直動(dòng)、杠桿單、雙輪等。選用行程開(kāi)關(guān)時(shí),應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合,滿足各方面的要求來(lái)進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)氣缸回位動(dòng)作是否到位,當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí),碰到行程開(kāi)關(guān),終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作,準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。
2.3驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇
系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置,其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同,分為液壓、氣壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。液壓驅(qū)動(dòng),功率重量比大,可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向,容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù),可自行潤(rùn)滑,使用壽命長(zhǎng)。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境,需要配備油源,成本較高,工作噪聲較大。電氣驅(qū)動(dòng),控制精度高,驅(qū)動(dòng)力較大,響應(yīng)快,信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴,限制了在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此,人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。另一方面,氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”,由于其元器件性能的不斷提高,生產(chǎn)成本的不斷降低,被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上,幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。表2-1給出了各種控制方式的比較:
通過(guò)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式,不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要求,而且節(jié)約了成本。表2-1各種控制方式的比較
2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置,其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是:力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸,靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制,正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路?,F(xiàn)今各控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種:(1)機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似,是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式,區(qū)別在于夾持工件的部位不同,手爪動(dòng)作方向相反。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):①手指應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍;②手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力;③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度;④結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,效率高;⑤通用性和可換性。(2)氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤(pán)式手部,它是通過(guò)吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓,利用壓差而將工件吸附,是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn);但要求工件上與吸盤(pán)接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密,沒(méi)有透氣空隙。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。
氣吸式又可分為:負(fù)壓吸盤(pán):真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán);磁力吸盤(pán):永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空,故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時(shí),由于管路的開(kāi)始段截面積是逐漸收縮的,所以氣流速度逐漸增大,在吸氣口處形成負(fù)壓。吸附頭與吸氣口連同,故形成真空,以吸住工件。自擠式空氣吸盤(pán)是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面,擠出吸盤(pán)內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)磁性,利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來(lái)吸附材料工件。(3)氣缸式氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動(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)有桿腔排氣時(shí),活塞桿下降,反之活塞桿上升。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi),氣缸快速?gòu)棾?,此時(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位,當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒(méi)有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)動(dòng)作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作比較穩(wěn)定,易于維修,控制過(guò)程簡(jiǎn)單,所以該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動(dòng)式。
2.5硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立
材料分揀機(jī)的PLC控制用于對(duì)相關(guān)材料的自動(dòng)化分揀,其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。
圖2-2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖
根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,可得出其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示。按下啟動(dòng)按鈕后,電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行,綠燈L2亮,
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