畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于人機(jī)界面的物料自動分揀裝置的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組建題目： 基于人機(jī)界面的物料自動分揀裝置的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 學(xué)號 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 年級 2012級 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2014年11月11日 摘 要物料自動分揀裝置廣泛應(yīng)用于社會各行各業(yè)，如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉庫該裝置的應(yīng)用可以大大提高事業(yè)單位在該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。該裝置主要使用plc控制，plc控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jì),具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、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(diǎn),因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來

2、越廣泛。 本文主要講述在物料自動分揀系統(tǒng)中基于人機(jī)界面的plc應(yīng)用，利用可編程控制器( plc),設(shè)計(jì)成本低、效率高的物料自動分揀裝置。以西門子s7-200plc為主控制器,wincc flexible組態(tài)軟件為監(jiān)控軟件，結(jié)合氣動裝置和傳感器技術(shù)?，F(xiàn)場控制物料的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn),對不同的分揀對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞:可編程控制器，氣動裝置，傳感器，wincc flexible組態(tài)軟件abstractautomatic material sorting device widely applied in all wa

3、lks of life,such as: logistics distribution center, post office, mining, port, dock,warehouse. the application of the device can greatly improve theinstitutions in the aspect of the production efficiency. the device is mainly the use of plc

4、 control, the plc control is the most commonly used industrial automation control method, which combines the traditional relay control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for indus

5、trial control, strong functions, universal and flexible, high reliability and environmental adaptability, simple programming, small volume, convenient and light weight, low power consumption, a series of advantages to use, so the applicatio

6、n in industry more and more widely.this paper is mainly about plc application based on human machine interface in the automatic sorting system, the use of programmable logic controller (plc), automatic material sorting device design of 

7、;low cost and high efficiency. taking siemens s7-200plc as the main controller, the wincc flexible configuration software for monitoring software, combined with pneumatic deviceand sensor technology. automatic sorting field control material.

8、0;the system has a high degree of automation, stable operation, high precision, easy to control the characteristics of different sorting object, slightly modified the system requirements can be achieved.keywords: programmable controller, a pneum

9、atic device, sensor,wincc flexible configuration software目 錄第一章 緒論 1第一節(jié) 物料自動分揀的意義 1 第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 1 一、功能要求 1 二、設(shè)計(jì)要求 2第三節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 2 第二章 物料自動分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)方案 3第一節(jié) 物料自動分揀裝置總體結(jié)構(gòu) 3 一、總體結(jié)構(gòu)示意圖 3 二、上料機(jī)構(gòu) 3 三、分揀裝置 4第2節(jié) 設(shè)計(jì)方案 5 一、上料機(jī)構(gòu) 5 二、分揀裝置 5第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6第一節(jié) 基本結(jié)構(gòu) 6第二節(jié) 主要組成部件 6 一、plc的型號選擇 6 二、電動機(jī)及變頻器的選取和

10、工作原理 7 三、氣動元件的選取及工作原理 10 第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 15第一節(jié) i/o分配表 15第二節(jié) plc硬件接線圖 17第三節(jié) 軟件控制流程圖 18第四節(jié) 順序控制功能圖 19第五節(jié) plc的控制程序 19 一、開機(jī)清零與工作模式的選擇 19 二、啟動、自動/單循環(huán)、預(yù)停的程序 20 三、急停的程序 20 四、警示燈的程序 21 五、計(jì)數(shù)的程序 22第五章 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 23第一節(jié) 組態(tài)控制界面的設(shè)計(jì) 23第二節(jié) 組態(tài)控制參數(shù)及通信參數(shù)的設(shè)置 23 一、連接的建立 23 二、變量的生成 24 三、按鈕置位的設(shè)置 24 四、按鈕復(fù)位的設(shè)置 24 五、系統(tǒng)輸出部分的組態(tài)監(jiān)控 2

11、5 第三節(jié) 組態(tài)監(jiān)控功能概述 26第四節(jié) 物料自動分揀系統(tǒng)的調(diào)試 26第六章 系統(tǒng)成本的估算 27第一節(jié) 系統(tǒng)所使用的元件 27第二節(jié) 系統(tǒng)的總開支 27結(jié)束語 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 第一章 緒 論第一節(jié) 物料自動分揀的意義分揀是把很多貨物按品種從不同的地點(diǎn)和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機(jī)械分揀和自動分揀。目前自動分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣臃謷菑呢浳镞M(jìn)入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報(bào)的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機(jī)械自動作業(yè)

12、，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題，利用 plc 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。物料分揀采用可編程控制器plc 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對物料實(shí)物流、物料信息流的分

13、配和管理。 其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求。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)、組態(tài)控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。應(yīng)用plc技術(shù)結(jié)合氣動、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)不同類型材料的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)要求一、 功能要求該控制系統(tǒng)應(yīng)能使物料分揀具有自動循環(huán)、單循環(huán)、單動作三種工作方式，且能使各種工作方式不相互發(fā)生沖突；應(yīng)能完成鐵料、鋁料、不同顏色的塑料

14、分揀至不同料槽的控制要求；應(yīng)具有啟動、預(yù)停、急停和計(jì)數(shù)功能；應(yīng)具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)等功能。二、 設(shè)計(jì)要求 應(yīng)確定具體的控制過程、控制系統(tǒng)的總體及軟件設(shè)計(jì)；確定plc的型號規(guī)格；確定plc各i/o元件；設(shè)計(jì)氣動系統(tǒng)控制原理圖；確定各氣動元件；設(shè)計(jì)電動機(jī)及變頻器的主電路及控制電路原理圖；確定變頻器型號及各電氣元件；設(shè)計(jì)物料分揀系統(tǒng)的單動作手動程序、單循環(huán)程序、自動循環(huán)程序，故障報(bào)警和信號顯示程序；利用組態(tài)的人機(jī)界面控制；上機(jī)調(diào)試程序；進(jìn)行成本估算。第三節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)分析分揀的物料都是圓柱形規(guī)則工件，我們可以先把物料裝進(jìn)一個垂直的套筒，然后就讓物料在重力的作用下一個一個的向下移動到推料氣缸

15、前，再由氣缸將物料推送至傳送帶。在這個過程中需要設(shè)計(jì)一個上料機(jī)構(gòu)來完成這一步驟。接著物料到達(dá)傳送帶時(shí)，我們要把鐵、鋁、塑料（黃、藍(lán)色）物料進(jìn)行分揀，可以用各種傳感器來進(jìn)行物料識別，這就需要設(shè)計(jì)一個分揀裝置。這兩個裝置可以用接觸器控制，也可以用plc控制，考慮到接線方面的麻煩，決定用plc來控制整個流程！第二章 物料自動分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)方案第一節(jié) 物料自動分揀裝置總體結(jié)構(gòu)一、 總體結(jié)構(gòu)示意圖本裝置是由上料機(jī)構(gòu)和分揀機(jī)構(gòu)構(gòu)成，物料通過上料機(jī)構(gòu)推送至傳送帶進(jìn)行分揀。如圖2.1所示。圖2.1 總體結(jié)構(gòu)示意圖二、 上料機(jī)構(gòu)上料機(jī)構(gòu)由料筒、漫反射光電傳感器、安裝支架、推料氣缸、頂料氣缸、警示燈等部分

16、組成，如下圖2.2所示。 圖2.2 上料機(jī)構(gòu)示意圖（一） 漫光電檢測傳感器sj、sk：檢測到有物料時(shí)，為plc提供輸入信號，實(shí)現(xiàn)氣缸的頂料與推料；（二） 頂料氣缸：將物料頂??；（三） 推料氣缸：將物料推送至傳送帶；（四） 警示燈：設(shè)備急?；蜻^載時(shí)警示紅燈亮，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)警示綠燈亮，料筒缺料時(shí)警示黃燈亮。（五） 料筒：用于存放直徑100mm的圓柱型工件，料筒側(cè)面有觀察槽。（六） 5b1：頂料氣缸復(fù)位磁性開關(guān)，為plc提供提供輸入信號，反饋頂料氣缸的位置信息。（七） 6b1：推料氣缸復(fù)位磁性開關(guān)，為plc提供提供輸入信號，反饋推料氣缸的位置信息。（八） 安裝支架：用于安裝料筒和氣缸。三、 分揀裝

17、置整個分揀裝置由氣動部件和電氣部件兩大部分組成。氣動部分由空氣壓縮機(jī)、氣動三聯(lián)件、氣缸等部件組成；電氣部分由plc、電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、光電傳感器、三相異步電動機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥等部件組成。其外形結(jié)構(gòu)、各傳感器位置見圖2.1。（一） sg:漫反射光電傳感器,當(dāng)物料被推送至傳送帶入料口時(shí)，為plc提供輸入信號。（二） sc:電感式傳感器,檢測鐵材料，檢測距離為25cm。（三） sd:電容傳感器,檢測鋁材料，檢測距離為25cm。（四） se:顏色傳感器,用于檢測非金屬的藍(lán)色物料，檢測距離為38cm,檢測 距離可通過傳感器放大器的點(diǎn)位器調(diào)節(jié)。（五） sf：漫反射光電傳感器傳感器，用

18、于檢測分揀剩余的黃色塑料物料。 (六) 1b1：磁性開關(guān)，氣缸縮回到位時(shí)，為plc提供輸入信號。(七） 1b2：磁性開關(guān)，氣缸伸出到位時(shí)，為plc提供輸入信號。（八） 1號料槽：用于放置鐵物料。（九） 2號料槽：用于放置鋁物料。（十） 3號料槽：用于放置藍(lán)色塑料物料。（十一） 4號料槽：用于放置黃色塑料物料。（十二） 傳送帶：由三相異步電動機(jī)拖動，將物料輸送到相應(yīng)的分揀位置。（十三） 三相異步電動機(jī)：為傳送帶提供動力，由變頻器控制。第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案一、 上料機(jī)構(gòu)啟動后，氣缸縮回復(fù)位，推料氣缸光電傳感器檢測到物料，頂料氣缸伸出頂住次層物料。定時(shí)器延時(shí)2秒后，推料氣缸伸出將物料推送到傳送帶。傳送帶

19、入料口傳感器得到信號，推料氣缸縮回，待單次循環(huán)結(jié)束后，頂料氣缸縮回到位，料倉物料在重力作用下自動向下移動一個工件。若頂料氣缸傳感器未檢測到物料，此時(shí)黃燈亮，加入物料黃燈滅。二、 分揀機(jī)構(gòu)當(dāng)傳送帶入料口漫射式光電傳感器檢測到物料時(shí)，將信號傳輸給plc，通過plc 的程序啟動變頻器，三相異步電動機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動傳送帶工作，將工件輸送至分揀區(qū)，當(dāng)料槽一電感傳感器檢測到鐵物料時(shí)，推料一號氣缸動作，將鐵物料推入一號料槽，并計(jì)數(shù)；當(dāng)料槽二電容傳感器檢測到鋁物料時(shí)，推料二氣缸動作，將鋁物料推入二號料槽，并計(jì)數(shù)；當(dāng)料槽三顏色傳感器檢測到藍(lán)色物料時(shí)，推料三氣缸動作，將藍(lán)色物料推入三號料槽，并計(jì)數(shù)；當(dāng)料槽四漫反射光電傳

20、感器檢測到分揀剩余的黃色物料時(shí)，推料四氣缸動作，將黃色物料推入料槽，并計(jì)數(shù)。分揀裝置的一個自動分揀周期結(jié)束。第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 基本結(jié)構(gòu) 硬件部分由傳感器、可編程控制器、變頻器、氣缸、三相異步電動機(jī)、氣體壓縮機(jī)組成，他們之間的關(guān)系如圖3.10所示。圖3.10 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖第二節(jié) 主要組成部件一、 plc的型號選擇根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)合理選擇plc，由i/o分配表4.1可知使用輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，使用輸出點(diǎn)為10點(diǎn)，考慮到以后使用中的升級、添加功能的需要，點(diǎn)數(shù)應(yīng)略多于現(xiàn)用的點(diǎn)數(shù)。對比下表3.1可知。表3.1 s7-200主要技術(shù)指標(biāo)特性cpu221cpu222cpu224cpu226

21、外形尺寸90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本機(jī)i/o數(shù)字量6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出擴(kuò)展模塊0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊i/o映象區(qū)256（128入/128出） 西門子s7-200系列中cpu226 dc/dc/dc有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)，輸入輸出點(diǎn)較多。所以選擇6es7 216-2ad23-0xb8 cpu226 s7-200cn型號的plc作為自動分揀裝置所用可編程控制器。二、 電動機(jī)及變頻器的選取和工作原理（一） 電動機(jī)的工作原理電動機(jī)(m

22、otors)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。（二） 電動機(jī)的選擇電動機(jī)主要帶動傳送帶，要想選擇合適的電動機(jī)，必須考慮到傳送帶的工作壓力和輸送的速度。由于傳送帶上有五個傳感器，所以傳送帶上最多同時(shí)有五個工件，假設(shè)都是鐵，已知工件的底面直徑為100mm，高20mm,密度為kg/。由已知條件可以計(jì)算傳送帶上物料的重量： m=5×s×h&#

23、215;=5×3.14×0.05 ×0.02×7.9×=6.2kg傳送帶總長4m,厚0.008m，寬0.15m。材質(zhì)為橡膠，密度為kg/，傳送帶重量為：=7.68kg所以傳送帶的工作壓力：f=（6.2+7.68)×10=138.8n假設(shè)傳送帶的速度v=0.8m/s，卷筒的直徑d=100mm。1） 確定工作機(jī)需要的功率和卷筒的轉(zhuǎn)速=0.11kw=152.87r/min2） 初定電機(jī)類型和轉(zhuǎn)速初估系統(tǒng)的總效率為0.8-0.9,需要電動機(jī)功率為，=0.120.14kw根據(jù)pp，則可以選用的電機(jī)有y2-71m1-2、y2-71m2-2、y2-

24、71m1-4、y2-71m2-4四種。以這四種方案做一比較見下表3.2，綜合考慮到裝置各方面的因素，擬選用電動機(jī)的型號為y2-71m2-4，該電動機(jī)的額定功率=0.37kw,轉(zhuǎn)速 =1330r/min.表3.2 電機(jī)的型號與參數(shù)方案電動機(jī)型號額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速 r/min額定電流1y2-71m1-20.3727406.12y2-71m2-20.5527406.13y2-71m1-40.2513305.24y2-71m2-40.3713305.23） 電動機(jī)的主電路圖 電動機(jī)的主電路由刀開關(guān)qs、熔斷器fu、熱繼電器fr、變頻器組成，它的接線圖如圖3.11。圖3.11 電動機(jī)主電路圖接線圖

25、合上刀開關(guān)qs后，電路通路，變頻器得電，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。當(dāng)電路過載或短路時(shí)，熔斷器fu和熱繼電器fr會切斷電路，起到保護(hù)電路的作用。(三) 變頻器的選擇1) 變頻器工作原理變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的cpu以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。2）選擇變頻器的型號考慮到變頻器使用

26、的功能以及各系列變頻器的特點(diǎn)，最終決定使用西門子micromaster 440系列的變頻器。該型號變頻器有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： 易于安裝調(diào)試； 可由it中性點(diǎn)不接地電源供電； hmi純文本面板簡化了操作，并支持使用多種外國語言； 動態(tài)驅(qū)動和制動； 具有各種控制和制動類型； 具有通信功能； 各種通訊接口可確保能夠用于最常見的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 具有過電壓/欠電壓保護(hù)、變頻器過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)。變頻器主要是用來控制輸送帶的電動機(jī)，因?yàn)樗x電動機(jī)的功率是0.37kw,且西門子micromaster 440系列的變頻器工作的功率范圍是120w200kw,足夠安全，所以選用西門子micromaster

27、440系列變頻器。3) 硬件連接 三角形連接為：變頻器u、v、w端分別接入電機(jī)的u1、v1、w1,電機(jī)端u1接v2,v1接w2,w1接u2。圖3.12 變頻器硬件端子圖 變頻器控制端口連接為：端子5（din1）為正轉(zhuǎn)，端子6（din2）為反轉(zhuǎn)，plc端子公共端接入端子9（lso24v），端子1（10v）和端子2（0v）給電位器供電，端子3(a1n1+)接電位器中間滑點(diǎn)，端子4（a1n11-）接電位器負(fù)極以及端子2（0v）。 變頻器連接為：l1、l2、l3分別接入三相電源的l1、l2、l3。4) 參數(shù)設(shè)置電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置如下表3.3所示。表3.3 電動機(jī)參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置出廠值設(shè)置值說明p0003

28、11設(shè)用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級p001001快速調(diào)試p010000工作地區(qū)，功率kw表示，頻率50hzp0304230380電動機(jī)額定電壓vp03053.255.2電動機(jī)額定電流ap03070.750.37電動機(jī)額定功率kwp030800.8電動機(jī)額定功率因素cosp03105050電動機(jī)額定頻率hzp031101310電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min設(shè)置完成后，p0010設(shè)置為0，變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運(yùn)行。5) 電位器的選擇電位器的工作原理：首先在應(yīng)該選用正比例變化線性的電位器，這種電位器的轉(zhuǎn)動角度基本上跟電阻值的變化成正比例，這樣根據(jù)電阻器的分壓原理，就可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度大小轉(zhuǎn)變成電壓大小了。選擇的

29、型號是la42dwq-22 10k。三、 氣動元件的選取及工作原理（一） 氣動回路原理圖3.13 氣動回路圖（二） 氣源裝置由于氣路圖是并聯(lián)連接，所以只要計(jì)算出最大壓力就是氣源需要的壓力。氣動系統(tǒng)裝置中，經(jīng)過分析，頂料氣缸需要的壓力最大，而且當(dāng)頂鐵物料時(shí)需要的壓力最大。假設(shè)料筒可以裝20個物料，已知工件的底面直徑為100mm，高20mm，密度為7.9×kg/m。由已知條件可以計(jì)算出當(dāng)頂鐵物料時(shí)，料筒中物料的總重量為，m=20×s×h×=20×3.14××0.02×7.9×=24.8kg經(jīng)查資料可知鐵與塑料

30、的摩擦因數(shù)為0.25，所以要想物料不落下，氣缸所需要的頂力f，由力的平衡方程可得：=mg=992n 考慮到各種元器件之間的摩擦，最終選擇需要的最大壓力必須大于992n?？諌簷C(jī)的選用是以氣壓傳動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)為依據(jù)，根據(jù)計(jì)算，可選用額定排氣壓力為0.71mpa的低壓空氣壓縮機(jī)。輸出流量根據(jù)整個氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的需要，再加一定的備用余量，作為選擇空氣壓縮機(jī)流量的依據(jù)。根據(jù)估算，選擇（流量110/min）的小型空氣壓縮機(jī)。品牌名稱：捷順。型號：js-4003。排氣量：0.15/ ，最大工作壓力：0.8mpa。（三） 執(zhí)行元件執(zhí)行元件主要是氣缸，選擇雙作用氣缸，它的工作原理及特點(diǎn)

31、是：壓縮空氣驅(qū)動活塞沿軸線雙方向運(yùn)動，活塞桿伸出和返回的伸出力和速度不相等，壓縮空氣消耗量也不相等。如圖3.14所示。圖3.14 雙作用氣缸我們選用的氣缸品牌是亞德客。依據(jù)壓力換算公式1kgf/=9.80665n/0.0001=98066.5pa和表3.4，頂料氣缸選用sc80×25型號，其余氣缸選用sc32×150型號。表3.4 亞德客部分雙作用氣缸參數(shù)型號缸徑（mm）活塞缸外徑（mm）受壓面積（）空氣壓力（壓側(cè)）kgf/空氣壓力（外徑）kgf/sc80×2580253150.78136.08sc80×15080253150136.08sc32

32、5;1503212432.1632.16(四) 控制元件氣動部分主要的控制元件是二位四通單電控電磁換向閥。它的工作原理是利用電磁鐵推力和復(fù)位彈簧控制閥芯運(yùn)動，借助閥芯和閥體之間的相對運(yùn)動，使之與閥體相連的進(jìn)氣管與排氣管實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的接通、切斷和換向?？紤]到壓力、流量，所以決定選用天榆牌，型號為q24dh-8 dc24v。它的氣動符號圖如圖3.15所示。圖3.15 二位四通單電控電磁換向閥（五） 輔助元件 1） 氣源調(diào)節(jié)裝置氣源調(diào)節(jié)裝置由過濾器、減壓閥和油霧器三部分組成，簡稱為氣動三聯(lián)件。過濾器用于從壓縮空氣中進(jìn)一步除去水分和固體雜質(zhì)粒子等，減壓閥用于將進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的壓力；油霧器可以把油滴噴

33、射到壓縮空氣中，以便對氣動元件進(jìn)行潤滑。選擇亞德客品牌，型號為ac2000。它的連接圖如圖3.16所示。圖3.16 氣動三聯(lián)件 2） 單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥作用是只允許氣體沿一個方向流動，反之則被截止。節(jié)流閥利用閥芯與閥口之間的縫隙大小來控制流量，縫隙越小，節(jié)流出過流面積越小，通過流量就越少；縫隙越大，通過的流量就越大。單向閥與節(jié)流閥就組成了單向節(jié)流閥，它只適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化很小且速度穩(wěn)定性要求不高的場合。選擇品牌為smc,型號是as1201f-m5-04。它的圖形符號如圖3.17所示。圖3.17 單向節(jié)流閥（六） 檢測元件的選取及工作原理 1） 磁性傳感器磁性傳感器(簡稱磁性開關(guān))是一種非

34、接觸式位置檢測開關(guān)，它的工作原理：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。選擇品牌為smc，型號是d-c73。該元件位于系統(tǒng)中各氣缸的頭尾兩端，共有12個，用于檢測氣缸是否動作到位和復(fù)位，并為plc提供輸入信號。其圖形符號如圖3.18所示。圖3.18 磁性傳感器2） 光電傳感器 光電傳感器工作原理，在工作時(shí)，光電傳感器始終發(fā)射檢測光，若接近開關(guān)前方一定距離內(nèi)沒有物體，則沒有光被發(fā)射到接收器，光電開關(guān)處于常態(tài)而不動作；反之若接近開關(guān)的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要發(fā)射回來的光強(qiáng)度足夠，則接收器接收到足夠的漫射光就會使接近開關(guān)動作而改變輸出的狀態(tài)。選擇品牌為sick，型號為

35、cdd-11n npn。該元件位于系統(tǒng)的上料機(jī)構(gòu)、傳送帶入料口、氣缸四前，共有4個，用于檢測物料，并為plc提供輸入信號。其圖形符號如圖3.19所示。圖3.19 光電傳感器3） 電感傳感器 電感傳感器的工作原理，它是利用電渦流效應(yīng)制成的有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由lc高頻振蕩器和放大處理器組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流。這個電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)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。選擇品牌為omdhon，型號為pr18-8dn。該元件位于系統(tǒng)的氣缸一前，共有1個，用于檢測鐵物料，并為p

36、lc提供輸入信號。其圖形符號如圖3.20所示。圖3.20 電感傳感器4） 電容傳感器 電容式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電容量的變化，再經(jīng)過測量電路將電容量的變化轉(zhuǎn)換成電信號輸出。選擇品牌為qw前衛(wèi)，型號為cm18-3008na。該元件位于系統(tǒng)的氣缸二前，共有1個，用于檢測鋁物料，并為plc提供輸入信號。其圖形符號如圖3.21所示。圖3.21 電容傳感器5） 顏色傳感器 顏色傳感器是將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測顏色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器 。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測顏色，當(dāng)兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸

37、出檢測結(jié)果。品牌為宇銘，型號為e18-f10nk。該元件位于系統(tǒng)的氣缸三前，共有1個，用于檢測材質(zhì)為藍(lán)色塑料的物料，并為plc提供輸入信號。其圖形符號如圖3.22所示。圖3.22 顏色傳感器第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 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(jìn)行分配，如下表4.1、表4.2所示。表4.1 輸入端子分配表plc地址分揀系統(tǒng)接口備注i0.0sb1啟動i0.1sb2計(jì)數(shù)器復(fù)位i0.2sb3急停i0.3sa4動作模式選擇i0.4sa5自動/單循環(huán)選擇，預(yù)停i0.5sb6單動作按鈕i0.6sj料槽頂料光電傳感器i0.71b2氣缸1到位磁性開關(guān)i1.02b2

38、氣缸2到位磁性開關(guān)i1.13b2氣缸3到位磁性開關(guān)i1.24b2氣缸4到位磁性開關(guān)i1.3sc電感傳感器i1.4sd電容傳感器i1.5se顏色傳感器i1.6sf其他光電傳感器i1.7sk料槽推料光電傳感器i2.05b1頂料氣缸復(fù)位磁性開關(guān)i2.16b1推料氣缸復(fù)位磁性開關(guān)i2.21b1氣缸1復(fù)位磁性開關(guān)i2.32b1氣缸2復(fù)位磁性開關(guān)i2.43b1氣缸3復(fù)位磁性開關(guān)i2.54b1氣缸4復(fù)位磁性開關(guān)i2.6fr過載保護(hù)i2.7sg入料口光電傳感器表4.2 輸出端子分配表plc地址分揀系統(tǒng)接口備注q0.0yv1頂料氣缸電磁閥伸出q0.1yv2推料氣缸電磁閥伸出q0.2yv3氣缸1電磁閥伸出q0.3

39、yv4氣缸2電磁閥伸出q0.4yv5氣缸3電磁閥伸出q0.5yv6氣缸4電磁閥伸出q0.6m輸出變頻器q0.7l1指示燈黃q1.0l2指示燈綠q1.1l3指示燈紅第二節(jié) plc硬件接線圖根據(jù)表4.1、表4.2可以繪制出plc的輸入輸出接線端子圖，如圖4.10所示。圖4.10 plc硬件接線圖第三節(jié) 軟件控制流程圖由分揀控制系統(tǒng)的分揀要求畫出控制系統(tǒng)的軟件控制流程圖，如圖4.11所示。圖4.11 軟件控制流程圖 第四節(jié) 順序控制功能圖根據(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，可畫出順序控制功能圖，如圖4.12所示。圖4.12 順序控制功能圖第五節(jié) plc的控制程序 根據(jù)所繪順序功

40、能圖，在microwin軟件中編寫梯形圖程序。以下為程序簡介。一、 開機(jī)清零與工作方式的選擇如圖4.13所示，為程序的開機(jī)清零與模式選擇，開機(jī)時(shí)，自動清零。當(dāng)選擇模式時(shí)，按下選擇按鈕“i0.3”，選擇需要的工作方式。圖4.13 開機(jī)清零與工作方式選擇二、 啟動、單/自動循環(huán)、預(yù)停的程序 如圖4.14所示，為啟動、單/自動循環(huán)、預(yù)停程序，當(dāng)需要啟動時(shí)，按下“i0.0”按鈕，啟動程序。當(dāng)需要選擇單/自動循環(huán)時(shí)，按下選擇按鈕“i0.4”，選擇單/自動循環(huán)，當(dāng)選擇單循環(huán)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)停。圖4.14 啟動、單/自動循環(huán)、預(yù)停三、 急停的程序如圖4.16所示，需要急停時(shí)按下按鈕i0.2，系統(tǒng)急停，程序復(fù)位，

41、圖4.16 急停四、 警示燈的程序（一） 黃燈 如圖4.18所示，缺料報(bào)警時(shí)，黃燈亮：圖4.18 缺料報(bào)警，黃燈閃爍（2） 綠燈 如圖4.19所示，開機(jī)啟動后，除了故障、缺料時(shí)，綠燈亮：圖4.19 開機(jī)，綠燈亮（三） 紅燈 如圖4.20所示，急停、過載時(shí)，紅燈亮：圖4.20 急停、過載，紅燈亮五、 計(jì)數(shù)的程序如圖4.21所示，為計(jì)數(shù)程序，當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，按下按鈕i0.1，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位：圖4.21 計(jì)數(shù)第五章 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)第一節(jié) 組態(tài)控制界面的設(shè)計(jì)打開wincc flexible這個軟件，選定觸摸屏型號后，進(jìn)入它的主界面。設(shè)計(jì)出監(jiān)控的畫面如圖5.1，圖5.1 材料分揀系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫面第2節(jié)

42、 組態(tài)控制參數(shù)及通信參數(shù)的設(shè)置一、 連接的建立首先建立通信連接，如圖5.2所示。圖5.2 通信連接二、 變量的生成使用變量編輯器生成變量，如圖5.3所示。圖5.3 生成變量三、 按鈕置位的設(shè)置首先對畫面上的按鈕進(jìn)行置位的變量連接設(shè)置。例如：單擊畫面上的啟動按鈕，在事件里設(shè)置setbit,并與對應(yīng)的變量連接。具體設(shè)置如圖5.4所示。圖5.4 按鈕置位的設(shè)置四、 按鈕復(fù)位的設(shè)置對畫面上的按鈕進(jìn)行復(fù)位的變量連接設(shè)置。例如：松開畫面上的啟動按鈕，在事件里設(shè)置resetbit,并與對應(yīng)的變量連接。具體設(shè)置如下圖5.5所示。圖5.5 按鈕復(fù)位的設(shè)置五、 系統(tǒng)輸出部分的組態(tài)監(jiān)控要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出部分的組態(tài)監(jiān)控，

43、首先要對畫面上與輸出部分相對應(yīng)的矩形進(jìn)行變量連接設(shè)置，如圖5.6所示。圖5.6 矩形變量的連接設(shè)置確定變量連接后，再進(jìn)行動畫設(shè)置，便可由矩形的外觀變化知曉系統(tǒng)輸出部分的實(shí)際運(yùn)行情況，達(dá)到監(jiān)控的效果。具體動畫設(shè)置如圖5.7所示。圖5.7 矩形動畫的設(shè)置第三節(jié) 組態(tài)監(jiān)控功能概述通過對組態(tài)的畫面與通訊參數(shù)的設(shè)置之后就可以對物料分揀進(jìn)行監(jiān)控了。按下“啟動”按鈕，系統(tǒng)啟動。按下“急停”按鈕時(shí)，系統(tǒng)急停。按下“預(yù)?！卑粹o時(shí)，系統(tǒng)預(yù)停，在單次循環(huán)結(jié)束時(shí)停止。按下“計(jì)數(shù)器復(fù)位”按鈕時(shí)，plc程序中的計(jì)數(shù)器復(fù)位。按下“動作模式選擇”按鈕時(shí)，可以在自動/單循環(huán)和單動作模式中選擇動作模式。在單動作模式中按下“單動作

44、”按鈕可以實(shí)現(xiàn)單動作控制。按下以上按鈕后，組態(tài)畫面的矩形會發(fā)生相應(yīng)的外觀變化，例如，按下“啟動”按鈕后，代表綠色指示燈的矩形便會閃爍，由此實(shí)現(xiàn)組態(tài)監(jiān)控功能。第四節(jié) 物料自動分揀系統(tǒng)的調(diào)試在軟件與硬件都已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，開始對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。這個過程便于我們發(fā)現(xiàn)問題與不足。通上電源，觀察觸摸屏，按下“啟動”按鈕，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)毫無反應(yīng)，通過檢查后發(fā)現(xiàn)是通信連接的接口使用的是if1b接口，后改成以太網(wǎng)接口，但系統(tǒng)仍未啟動成功。后詢問指導(dǎo)老師得知，變量連接中的地址范圍應(yīng)使用“m”，之前所使用的地址范圍“i”是不正確的。改正了以上不足后，系統(tǒng)成功啟動，但在之后的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有些按鈕按下之后無法實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能，檢

45、查plc程序后發(fā)現(xiàn)部分輸出線圈重復(fù)，導(dǎo)致程序無法正常運(yùn)行，刪除重復(fù)線圈后，程序正常運(yùn)行。第六章 系統(tǒng)成本的估算第一節(jié) 系統(tǒng)所使用的元件表6.1 系統(tǒng)元件清單序號名稱品牌型號數(shù)量單價(jià)/元總價(jià)/元1光電傳感器sick cdd-11n npn4個401602磁性傳感器smcd-c7310個121203電感傳感器omdhonpr18-8dn1個11114電容傳感器qw前衛(wèi)cm18-3008na1個83835顏色傳感器宇銘e18-f10nk1個50506三相異步電動機(jī)犇馬y2-71m2-41臺2052057變頻器西門子micromaster 4401臺173017308刀開關(guān)上海德力西hd11f-100/381個30309熱繼