【多功能物料自動分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計5800字（論文）】

13多功能物料自動分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計摘要本課題所研究的多功能物料自動分揀裝置種類繁多，廣泛應(yīng)用在各類工廠當(dāng)中。而我要研究多功能物料自動分揀裝置在化工、飼料、建材、食品、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這些領(lǐng)域都需要對原料進(jìn)行分揀制成產(chǎn)品。分揀工段是生產(chǎn)工藝過程中至關(guān)重要的一環(huán)，分揀水平與產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率關(guān)聯(lián)密切，如今工業(yè)的高速提升，對生產(chǎn)過程自動化的要求不斷提升，而之前的分揀水平達(dá)不到目前對自動化的需求，目前，自動分揀系統(tǒng)目前的問題是：分揀準(zhǔn)確性差，不可靠，數(shù)據(jù)庫管理稀缺，實時動態(tài)監(jiān)控稀缺。本設(shè)計的目的達(dá)到精確分揀，生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化，提升勞動生產(chǎn)率。關(guān)鍵詞：多功能物料自動分揀裝置；可編程控制器；方案設(shè)計目錄1緒論 11.1選題背景 11.2研究思路 11.3研究方法 11.4主要設(shè)計內(nèi)容 12多功能物料自動分揀裝置的總體方案設(shè)計 32.1多功能物料自動分揀裝置的工作原理分析 32.2多功能物料自動分揀裝置的功能分析 32.3多功能物料自動分揀裝置的功能要求 32.4執(zhí)行系統(tǒng)方案選定 33多功能物料自動分揀裝置硬件系統(tǒng)的方案設(shè)計 63.1電動機(jī)的選擇 63.2變頻器的選擇 63.3PLC的選擇 63.4檢測元件的工作原理 84決策與評價 94.1評價 94.1.1機(jī)械系統(tǒng)方案 94.1.2機(jī)械總體方案綜合評價 94.2決策 9參考文獻(xiàn) 11結(jié)論與展望 121緒論1.1選題背景本選題來源于現(xiàn)實的車間工作場景。多功能物料自動分揀裝置種類繁多，廣泛應(yīng)用在各類工廠當(dāng)中。多功能物料自動分揀裝置是自動化中一個重要組成部分，傳統(tǒng)的工廠采用工人手動分揀的方式，可工人手動分揀缺點顯而易見，一是全靠工人確定，分揀精度不高；二是容易失誤，帶來不利因素；三是生產(chǎn)工作人員工作量大，造成了人工和生產(chǎn)資料的浪費(fèi)；四是雇傭工人開銷的生產(chǎn)成本高。降低工作強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的可靠性和安全性，降低生產(chǎn)開銷，提升產(chǎn)品品質(zhì)，是如今追求的目標(biāo)。所以現(xiàn)在工廠大都采用自動分揀裝置，使得自動分揀裝置擁有廣大的市場。物料分揀是把貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設(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。在技術(shù)日益發(fā)展的今天，以往采用人工進(jìn)行物料分揀的企業(yè)，生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本高，無法適應(yīng)激烈的市場競爭。鑒此，應(yīng)用PLC技術(shù)和變頻器技術(shù)，設(shè)計物料分揀系統(tǒng)，能夠自動連續(xù)對物料進(jìn)行分揀。REF_Ref75262780\r\h[11]目前世界工業(yè)水平的快速進(jìn)步，工廠對的自動化需要日益提升，而之前的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到現(xiàn)在對自動化的要求，因此分揀系統(tǒng)的優(yōu)化尤為緊迫。1.2研究思路根據(jù)多功能物料自動分揀裝置的工作原理，確定它的整體方案。首先是對多功能物料自動分揀裝置進(jìn)行整體的功能分析，之后再提出可行的設(shè)計方案。組合提出的幾個可行的方案，通過對系統(tǒng)提出的總體評價和比較，選擇出滿足整體綜合設(shè)計的眾多方面要求的設(shè)計方案。對多功能物料自動分揀裝置要滿足的功能必須從經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)、自動化性能等多個方向進(jìn)行比較分析。并對多功能物料自動分揀裝置進(jìn)行可靠性分析。通過對方案審察決策確定，選擇出最符合要求的多功能物料自動分揀裝置的設(shè)計方案。1.3研究方法首先通過查閱文獻(xiàn)的方法了解多功能物料自動分揀裝置的結(jié)構(gòu)和基本的工作原理，掌握本次的方案設(shè)計理論依據(jù)基礎(chǔ)。然后查找多功能物料自動分揀裝置的研究現(xiàn)狀或歷史狀況的資料。通過對多功能物料自動分揀裝置的設(shè)計的現(xiàn)狀調(diào)查，更好地提出多功能物料自動分揀裝置方案設(shè)計的思路。通過互聯(lián)網(wǎng)查詢研究文獻(xiàn)、了解多功能物料自動分揀裝置的設(shè)計發(fā)展的總體情況之外，根據(jù)低成本、高速網(wǎng)絡(luò)通信媒體的特點，采用網(wǎng)絡(luò)搜索、線上調(diào)研等方法進(jìn)行調(diào)查和研究。利用數(shù)據(jù)庫完成對多功能物料自動分揀裝置的方案設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的論文信息檢索與引用。1.4主要設(shè)計內(nèi)容我國正在飛速發(fā)展，發(fā)展重工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。多功能物料自動分揀裝置目前的發(fā)展存在著分揀準(zhǔn)確性差，不可靠，數(shù)據(jù)庫管理稀缺，實時動態(tài)監(jiān)控稀缺。首先，多功能物料自動分揀裝置進(jìn)行功能分析，確定其各個機(jī)構(gòu)的備選方案，再進(jìn)行可行性調(diào)研，確定出大致的方案。再對多功能物料自動分揀裝置功能中必須達(dá)到的要求如：運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、低成本、最低達(dá)到能夠進(jìn)行正常的分揀等要求，以及希望達(dá)到的自動化、操作方便、工作效率高等要求進(jìn)行綜合性的分析。依據(jù)各個部件的工作原理的不一樣，定多種不同的結(jié)構(gòu)的方案。通過綜合評價提出的可能的方案，提供出一種能夠滿足設(shè)計要求的不僅結(jié)構(gòu)相對簡單、可靠性高多功能物料自動分揀裝置的設(shè)計方案。

2多功能物料自動分揀裝置的總體方案設(shè)計2.1多功能物料自動分揀裝置的工作原理分析系統(tǒng)通過傳感器，檢測不同顏色的物料，并按不同顏色、不同種類的物料，進(jìn)行分揀。系統(tǒng)能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低。REF_Ref75262877\r\h[13]分揀控制原理:使用傳感器分揀。到達(dá)系統(tǒng)指定檢測位置之后,傳送帶自動利用光電驅(qū)動傳感器進(jìn)行檢測。通過新的plc控制信息進(jìn)行傳送，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),啟動新的plc。在兩條傳送帶的高速運(yùn)輸下,將每個工件區(qū)別分到兩個分揀處理區(qū),設(shè)定多個物料槽,其中每個物料槽放三種工件。對應(yīng)推動物料氣缸,在每個物料槽放置工件。運(yùn)輸一個周期,分揀工作就完成一個量REF_Ref73605462\r\h[6]。將系統(tǒng)連接電源后，人為開啟，當(dāng)需要分揀的物體從進(jìn)口傳輸?shù)絺鲃訋蠒r，產(chǎn)生信號，光電傳感器進(jìn)行傳輸，傳送到PLC。光纖傳感器也進(jìn)行檢查，感應(yīng)傳感器也進(jìn)行檢查，將物體信息進(jìn)行傳遞，傳給PLC，PLC根據(jù)要求的不一樣選擇不一樣的傳輸通道，操制相應(yīng)的電磁閥工作，把物品送到相應(yīng)的倉庫。2.2多功能物料自動分揀裝置的功能分析本課題所設(shè)計的多功能物料自動分揀裝置主要用于車間篩取物料所用的裝置，機(jī)器啟動后，電動機(jī)通過傳動系統(tǒng)帶動砂箱進(jìn)行往復(fù)激振運(yùn)動，以此來獲取合格的型砂。在多功能物料自動分揀裝置的工作運(yùn)行期間，盡可能使多功能物料自動分揀裝置的分揀保持相對的平穩(wěn)，所以傳送帶不能速度過快或者過慢，同時還要保證分揀物料的質(zhì)量和分揀效率。2.3多功能物料自動分揀裝置的功能要求多功能物料自動分揀裝置的功能要求如下（1）準(zhǔn)確分揀出金屬和非金屬（2）準(zhǔn)確分揀出白色和黑色物料2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案根據(jù)2.1多功能物料自動分揀裝置工作原理的分析和2.2部分的功能分析，初步提供出以下幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計方案：方案一此方案由電動機(jī)、各類傳感器、傳送帶、氣缸、減壓閥、物料倉等部分組成，它的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示圖2-1分揀裝置示意圖使用各類傳感器對物品執(zhí)行檢查，也執(zhí)行區(qū)分。把待測物品放入傳輸帶后，將接受各類傳感器檢查。如果被其中的某個傳感器查到，將經(jīng)對應(yīng)的氣動元件將相對應(yīng)的物品推進(jìn)倉中REF_Ref73605494\r\h[2]。多功能物料自動分揀裝置工作過程有如下幾個方面:(1)通電后，各個部件都在初始的地方時，要人為啟動后才可工作。(2)電機(jī)工作帶著輸送帶向前移動輸送物品。(3)當(dāng)有物料時，電機(jī)帶動輸送帶將物料送走。(4)檢查出物品是金屬時，汽缸1運(yùn)行。(5)檢查出是白色時，汽缸2運(yùn)行。(6電感式傳感器沒有檢查到材料，光纖傳感器也沒有檢查到材料，而光電傳感器檢查到材料時，氣缸3運(yùn)行。(7)一號物料倉:用來存放金屬物品。(8)二號物料倉:用來存放白色物料。(9)三號物料倉:用來存放黑色物品，和存放非金屬物品。方案二此方案的多功能物料自動分揀裝置由電動機(jī)、各類傳感器、傳送帶、氣缸等部分組成，如圖所示圖2-2示意圖(1)SN，物體進(jìn)入傳送帶，會傳遞一個信號，到PLC。(2)SA:檢查物體是不是金屬。(3)SB:用于檢查物料是否為非金屬。(4)SC:用來檢查白色物料。(5)SD:檢查黑色物體。(6)SBW氣缸縮回到位。(7)SFW氣缸伸出到位。(8)一號倉，存放金屬物體。(9)2號物料槽:用來存放非金屬物料。(10)3號物料槽:用來存放白色物料。(11)4號物料槽:用來存放黑色物料。

3多功能物料自動分揀裝置硬件系統(tǒng)的方案設(shè)計3.1電動機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選用了三相異步鼠籠式交流電動機(jī)。它的原理：在旋轉(zhuǎn)磁場當(dāng)中，放置一個轉(zhuǎn)子。使轉(zhuǎn)子得到能使其旋轉(zhuǎn)的力矩。轉(zhuǎn)子是一個導(dǎo)電物體，并且可以轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子一般是鼠籠狀的。定子不可旋轉(zhuǎn)的，它能生成旋轉(zhuǎn)磁場。在電磁鐵上施加交流電，并在一個周期的時間內(nèi)內(nèi)改變電磁鐵的磁極，這相當(dāng)于生成了旋轉(zhuǎn)磁場。3.2變頻器的選擇3.2.1．變頻器的工作原理為了保證分揀速度和分揀精度，輸送帶在運(yùn)行中采用雙速運(yùn)行，即輸送帶快速輸送至設(shè)定值的90%以保證分揀效率，然后輸送帶緩慢輸送以保證分揀精度，這就需要使用變頻器，來調(diào)整轉(zhuǎn)速REF_Ref73605521\r\h[3]。轉(zhuǎn)速公式為：n=60f（1?s）/p式中：n表示轉(zhuǎn)速，r/min；p是磁極對數(shù)；f是頻率,Hz；S是轉(zhuǎn)移率。根據(jù)速度公式，調(diào)速的方法：變化極數(shù)，轉(zhuǎn)差率，頻率。極對數(shù)一定的狀況下，只需改變f。電電源的頻率發(fā)生變化還可能使得速度發(fā)生變化。隨著電源工作頻率的提高,同步轉(zhuǎn)速n逐漸變大,實際轉(zhuǎn)速逐漸變大。電源頻率減慢時,同步轉(zhuǎn)速就會有所減小,實際轉(zhuǎn)速就會隨著減小。隨著轉(zhuǎn)速減小,磁場偏移角速度也會逐漸減小,輸入功率就會逐漸PM=t就會逐漸減小，輸出功率P=PM（1?s）也會逐漸減小，但損耗不增加。因此，這種方法是對于電機(jī)驅(qū)動控制中一種更為有效的手段REF_Ref73605370\r\h[4]。3.2.2.選擇變頻器的型號根據(jù)設(shè)計要求，選擇富士“frn18.5g11s-4cx”。它作應(yīng)用十分廣泛。3.3PLC的選擇為了能夠滿足分揀條件,基本要求是要在保證質(zhì)量可靠的情況下,選擇好的產(chǎn)品。需要注意以下幾點:(1)PLC的硬件功能功能為一個開關(guān)量測及控制管理系統(tǒng),主要針對s、plc等微控制器及系統(tǒng)的各個i/o控制點陣以滿足要求。部分網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)中還含有對網(wǎng)絡(luò)plc控制功能性的要求,如通過網(wǎng)絡(luò)影響器對網(wǎng)絡(luò)通訊,pid進(jìn)行控制。響應(yīng)范圍較大。模擬時間電位器對模擬I/O系統(tǒng)、PLC存在思考,通過調(diào)整脈沖,以及捕獲中斷功能?？紤]到最大的模擬I/O系統(tǒng)不存在連接PLC對功能的使用,信號聯(lián)系也沒有特殊要,可以滿足模塊的分辨率和轉(zhuǎn)換時間使用在高速I/O理功能REF_Ref73605396\r\h[5]。(2)PLC指令系統(tǒng)的功能按照PLC達(dá)成某種指定要求,相對于單臺裝置可以通過開關(guān)量控制設(shè)備的指定命令,條件使用非常簡單,單臺PLC就能滿足要求。(3)PLC物理結(jié)構(gòu)的選擇結(jié)構(gòu)按照大型企業(yè)專用plc軟件系統(tǒng)集成模塊及其結(jié)構(gòu)應(yīng)用類型分別進(jìn)行價格選擇,將大型企業(yè)專用plc系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)分為整體式和用于集成式及模塊式的每兩類三至四大塊,整體式模塊用于集成系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的大型企業(yè)專用i/o管理軟件系統(tǒng)集成模塊及其平均價格不高,體積較小方便使用。模塊化模型plc組件功能易于使用用戶選擇的模型是更大的比特微積分模型plc,i/o可以判斷出在規(guī)定頻率范圍內(nèi)要改變的每個模塊組件數(shù)量,簡單方便。要求的工會控制相對于更加精確,選擇使用模塊化軟件控制較為簡單,plc控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線等多種形式。(4)選擇I/O點數(shù)在考慮那些信號需要快速使用,需要對PLC負(fù)載驅(qū)動。實際有效輸入10點,輸出5點。本方案使用西門子S7?200系列cpu224，插件EM231。它適用于多種行業(yè)、多種場所的自動檢測與監(jiān)控。因此，其性價比比較高。S7-200CPU與cpu221除外的擴(kuò)展模塊連接達(dá)到擴(kuò)展I/O點和執(zhí)行特殊功能的目的REF_Ref73605183\r\h[7]。它可方便程序的編制，在計算機(jī)（上位機(jī)）安裝此軟件，與PLC進(jìn)行傳輸，可方便改變PLC的動作指令REF_Ref73605235\r\h[8].1.數(shù)字I/O擴(kuò)展模塊Em221：數(shù)字輸入擴(kuò)展模塊Em222：數(shù)字輸出擴(kuò)展模塊Em223：數(shù)字輸入/輸出擴(kuò)展模塊2.模擬I/O擴(kuò)展模塊在生產(chǎn)的過程當(dāng)中，有著非常多電壓，和非常多電流信號，它們以連續(xù)變化的形式表示流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)。這些模擬信號在-10到+10V或4到20mA的范圍間連續(xù)的變化。它提供了一個特殊的模擬模塊，用來處理模擬信號。EM231：模擬輸入擴(kuò)展模塊Em232：模擬輸出擴(kuò)展模塊EM235：模擬輸入/輸出擴(kuò)展模塊3.通信模塊4.特殊功能模塊S7-200還提供了一些特殊的功能模塊來完成特定的任務(wù)。例如：定位控制模塊3.4檢測元件的工作原理它可以感應(yīng)出測量信息,國家標(biāo)準(zhǔn)GB6465-80對傳感器的概述是滿足信息傳輸處理以及存儲的控制過程。通過顯示記錄可以把具體的測量信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,信號裝置可安照基本的規(guī)則實現(xiàn)自動化檢測。自動控制對傳感器工程模擬量的安排可以被稱為生物傳感器,將傳感器定義為非電量信息轉(zhuǎn)化REF_Ref73605302\r\h[1]。傳感器組成系統(tǒng)基本元件的四部分主要組成系統(tǒng)基本部件:它由電壓變換器和控制元件、敏感元件和其他主要用于輔助驅(qū)動傳感器的元件四個部分共同組成。傳感器的運(yùn)動采用控制信號反饋轉(zhuǎn)換反向集成綜合控制電路技術(shù),實現(xiàn)控制信號反向轉(zhuǎn)換集成控制電路與采用集成控制傳感器的兩個控制殼體之間的反向運(yùn)動。在以后的發(fā)展趨勢下,信號調(diào)理電路是可以借助電源的方式。3.5氣壓元件的工作原理空氣壓縮機(jī)是該裝置不可缺少的部件，它是一種氣動發(fā)電裝置，將電動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓能，壓縮機(jī)的選擇取決于氣動系統(tǒng)運(yùn)行所需的壓力和流量。由于本實驗不需要提供電磁閥過大的壓力（能彈出物料即可），故將氣壓調(diào)整為0.2MPa左右。REF_Ref75262923\r\h[12]

4決策與評價一個好的機(jī)械系統(tǒng)不僅要成本低而且要高效可靠。機(jī)械系統(tǒng)的好壞大致可以從實用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和效率等方面進(jìn)行討論，因為是方案設(shè)計階段，無法詳細(xì)的去計算多功能物料自動分揀裝置的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)。因此，方案設(shè)計階段對方案進(jìn)行實用性、經(jīng)濟(jì)性、操作簡便性和環(huán)保性等方面進(jìn)行討論，選出最優(yōu)成本最低的方案之后，為下一步的技術(shù)設(shè)計提供了基礎(chǔ)依據(jù)和設(shè)計思路。4.1評價4.1.1機(jī)械系統(tǒng)方案方案一：本案不可以同時分揀兩類物料。方案二：本案可以同時分揀金屬、非金屬物料和白色、黑色物料。4.1.2機(jī)械總體方案綜合評價本次評價采用總分計分法中的相對值法：Qi將各個評價目標(biāo)的分值簡單相加后算出平均值后進(jìn)行比較。當(dāng)設(shè)計方案的具體化程度較低時，評分標(biāo)準(zhǔn)采用五分制。得分為零即“不能用”，五分即為“理想狀態(tài)”，具體評分等級見下表。表4-1評分等級表4-2方案評分結(jié)果Q1=3.833Q2=2.6774.2決策通過對比Q1、Q2的數(shù)值和進(jìn)行可行性調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)方案一是最理想合理的多功能物料自動分揀裝置的設(shè)計方案。機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，操作方便且簡單，安裝方便和方便拆卸和維修。方案二的步進(jìn)電機(jī)的制造成本高，且需配合其他復(fù)雜的控制系統(tǒng)和電腦系統(tǒng)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器的自動化，卻增加了設(shè)計的難度和機(jī)器的復(fù)雜程度，不符合本次設(shè)計的設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)趙繼文，何玉彬．傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計．北京．科學(xué)出版社．2002．25-42陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)