教學(xué)用物料傳送分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).

1、高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 教學(xué)用物料傳送分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 機(jī)電一體化 姓名 申建偉 指導(dǎo)教師姓名、職稱 黃媛 工程師 所屬助學(xué)單位 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 2013年3月12日目錄摘要1Abstract2緒論31.1課題研究意義41.2物料分揀系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀42.系統(tǒng)分析62.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析62.2系統(tǒng)流程72.3系統(tǒng)組成部件93.系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)103.2物料傳送分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)113.3分揀氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)154.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.1PLC的選擇174.2傳感器的選擇185.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)215.1分揀系統(tǒng)部分的I/O點(diǎn)數(shù)分配和PLC接線圖21參考文獻(xiàn)23附錄24

2、致謝25摘 要 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC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(jiǎn)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(lái)越廣泛。 本文主要講述PLC在材料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器( PLC) ,設(shè)計(jì)成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以PLC 為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),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、精度高、易控制的特點(diǎn)

3、,可根據(jù)不同對(duì)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，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器26ABSTRACTPLC control is the 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, comp

4、uter and communication technologies are integrated specifically for industrial 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

5、applications become more extensive. This paper focuses on the PLC in the canned 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 pneumat

6、ic device, sensing technology, position control and other technology to implement 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 littl

7、e modifications.Key words： programmable logic controller，sorting device，control system，sensors緒 論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(chǎng)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(dòng)分揀。目前自動(dòng)分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣?dòng)分揀是從貨物進(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(dòng)分揀裝置來(lái)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(dòng)作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較

8、多。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，因此各個(gè)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(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對(duì)上述問(wèn)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(dòng)分揀裝置，在材料分揀過(guò)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(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝

9、，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)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(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。應(yīng)用PLC技術(shù)結(jié)合氣動(dòng)、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(dòng)分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，以及一些調(diào)試方法。1.1課題研究意義物料分揀系統(tǒng)作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色

10、。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，物料分揀系統(tǒng)作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、用以代替人的繁重及單調(diào)勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化；并能在高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，被廣泛用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能部門適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開(kāi)發(fā)基于PLC的物料分揀設(shè)計(jì)，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)計(jì)的程序進(jìn)

11、行分揀，動(dòng)作靈活多樣，適應(yīng)于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料分揀的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對(duì)于位置改變時(shí)，只要重新編程，就能很快的投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分設(shè)計(jì)。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；赑LC的物料分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，是以可編程控制器是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)

12、成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著分揀系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的深度和廣度及機(jī)器人只能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)擁有維護(hù)的機(jī)器人的等。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來(lái)越多。1.2 物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 縱觀國(guó)內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng)，而且應(yīng)用也較為廣泛。而在我國(guó)，由于物流業(yè)起步晚，物料分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。盡管

13、自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國(guó)家某些行業(yè)不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn):一是一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營(yíng)成本相當(dāng)高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資 小企業(yè)則無(wú)能為力。二是系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。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，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，且越是特別的通用性就越差。 雖然物料分揀系統(tǒng)有它的局限性，但隨著社會(huì)的高速

14、發(fā)展，一切都講究效率，我相信高效率的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)被人們?cè)絹?lái)越重視。而本設(shè)計(jì)就針對(duì)物料分揀設(shè)計(jì)出了一個(gè)由PLC控制的分揀系統(tǒng)，解決了組成系統(tǒng)的設(shè)備能在安全工作的同時(shí)又能提高物料分揀效率的問(wèn)題。2系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 該裝置配置了觸摸屏模塊、PLC模塊、變頻器模塊、氣動(dòng)裝置、上料器、送料傳動(dòng)和分揀裝置等實(shí)訓(xùn)機(jī)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)提供開(kāi)放式實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，實(shí)訓(xùn)模塊可根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)要求進(jìn)行組合：系統(tǒng)的控制部分采用觸摸屏模塊和PLC控制模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)電磁閥-氣缸構(gòu)成的氣壓驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，并完成物料的分揀。整個(gè)實(shí)訓(xùn)考核裝置的模塊之間連接方式采用安全導(dǎo)線連接，以確保實(shí)訓(xùn)

15、和考核安全。 變頻器采用三菱變頻器，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到分揀機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)速。推料氣缸是為了將物料推下傳送帶。送料傳動(dòng)是將物料推上托盤，方便機(jī)械手的夾取。物料放到托盤上后，機(jī)械手便可夾取物料，將物料放在傳送帶上。分揀裝置是本次設(shè)計(jì)的核心，通過(guò)PLC的操作，傳感器的探測(cè)，可以選取所需的物料，控制氣缸將物料推下傳送帶。探測(cè)非金屬材質(zhì)傳感器探測(cè)白色物塊傳感器探測(cè)金屬材質(zhì)傳感器出料口傳感器落料口傳感器停止開(kāi)關(guān)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)PLC送料電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)分揀金屬塊推料氣缸動(dòng)作分揀非金屬塊推料氣缸動(dòng)作分揀白色物塊推料氣缸動(dòng)作變頻器傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2.1為本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。2.2系統(tǒng)流

16、程 該課題是基于區(qū)分材料的材質(zhì)的不同而設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬、非金屬和白色的材料的自動(dòng)分揀。具體控制過(guò)程為：<1>接通電源,按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān),系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。<2>系統(tǒng)啟動(dòng)后,送料機(jī)構(gòu),將物料送到出料口,出料口出裝有傳感器檢測(cè)出料口物料有無(wú),有料時(shí)有氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)物料到下料口,如果出料口沒(méi)有物料時(shí),機(jī)械手不動(dòng)做。當(dāng)下料口傳感器檢測(cè)到傳送帶上有材料時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)。如果下料傳感器沒(méi)有感應(yīng)到材料，傳送帶不運(yùn)行。<3>當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，推料缸1將物料推入分揀鐵質(zhì)材料的導(dǎo)料軌道30中。<4>當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為白

17、色時(shí)，推料氣缸2動(dòng)作將被檢測(cè)到的物料推入分揀白色材料的導(dǎo)料軌道中。<5>當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到非金屬材料時(shí)，推料氣缸3動(dòng)作將待測(cè)物體推入相應(yīng)的導(dǎo)料軌道中。<6>當(dāng)傳送帶上無(wú)材料時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程后自動(dòng)停機(jī)。 系統(tǒng)控制圖：開(kāi)始有無(wú)材料 有YV5是否歸位是傳送帶運(yùn)行氣缸動(dòng)作傳送帶停止運(yùn)行氣缸動(dòng)作是否復(fù)是傳送帶運(yùn)行SA是否檢測(cè)材料否SC是否檢測(cè)材料否SB是否檢測(cè)材料否是是是氣缸YV2動(dòng)作氣缸YV3動(dòng)作氣缸YV4動(dòng)作氣缸動(dòng)作是否復(fù)氣缸動(dòng)作是否復(fù)氣缸動(dòng)作是否復(fù)否否否傳送帶停止運(yùn)行周期是否結(jié)束自動(dòng)循環(huán)周期開(kāi)始否無(wú) 圖2.2 系統(tǒng)控制圖2.3系統(tǒng)組成部件如上圖所示，本次設(shè)計(jì)的物

18、料分揀系統(tǒng)主要組成的部件有：落料槽、傳送帶、電動(dòng)機(jī)以及推料氣缸等部分。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1.1送料機(jī)構(gòu)的組成送料機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤、調(diào)節(jié)支架、直流電機(jī)物料、出料口傳感器、物料檢測(cè)支架組成。放料轉(zhuǎn)盤： 轉(zhuǎn)盤中共放三種物料：金屬物料、白色非金屬物料、黑色非金屬物料。驅(qū)動(dòng)電機(jī)：電機(jī)采用24V直流減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速6r/min：用于驅(qū)動(dòng)放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。物料支架：將物料有效定位，并確保每次只上一個(gè)物料。出料口傳感器：物料檢測(cè)為光電漫反射型傳感器，主要為單片機(jī)提供一個(gè)輸入信號(hào)，如果運(yùn)行中，光電傳感器沒(méi)有檢測(cè)到物料并保持若干秒鐘，則應(yīng)讓系統(tǒng)報(bào)警。3.1.2送料機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)采用3

19、7ZYJ-36ZY246000減速電機(jī)，工作電壓為24V，轉(zhuǎn)速6r/min用于驅(qū)動(dòng)放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速Nm=1000r/min,工作轉(zhuǎn)速Nw=6r/min,空載電流80mA,負(fù)載電流400mA。P1=0.08*24=1.92W,P2=0.4*24=9.6w傳動(dòng)比i=1000/6=166.67起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1=9550P1/N=9550*1.92/1000=18.336N*M最大轉(zhuǎn)矩T2=9550P2/N=9550*9.6/1000=91.68N*M經(jīng)計(jì)算可得該電動(dòng)機(jī)的選型符合實(shí)驗(yàn)整體的要求，適應(yīng)送料機(jī)構(gòu)的工作要求故選擇正確。3.2物料傳送分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.2.1傳送帶的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)是屬于

20、輕負(fù)荷傳送，且轉(zhuǎn)速要求較低，功率較低帶的長(zhǎng)度為1355mm,寬度為49mm,厚度為2mm,轉(zhuǎn)速為40r/min，所需最負(fù)最重物料m=200g最多傳送三個(gè)物料故最大負(fù)重為0.6Kg。不打滑的情況下且具有較高的抗拉強(qiáng)度，故選取同步帶傳送。同步帶的基準(zhǔn)寬度Bs0，許用工作拉力Fp，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量q 表3.1帶型MXLXXLXLLHXHXXHBs0/mm6.46.49.525.476.2101.6127.0Fp/N273150.17244.462100.854048.96398.03q/<kd/m>0.0070.010.0220.0950.4481.4842.473查表3.1可選取H型的同

21、步帶傳送3.2.2傳送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 本次實(shí)驗(yàn)主要為教學(xué)用，試驗(yàn)條件要求電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為40r/min，且轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，所以最好直接選擇調(diào)速電機(jī)，能夠直接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 根據(jù)公式 <1>其中 n-輸出轉(zhuǎn)速 n0-同步轉(zhuǎn)速 S-異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 P-極對(duì)數(shù) F-電流的頻率 由式<1-1>可知，異步電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行的條件<T=>下，欲得到不同的轉(zhuǎn)速n，其調(diào)節(jié)方法有：改變轉(zhuǎn)差率S和改變電源頻率f等。交流調(diào)速的分類如下： 變極對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)-改變鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù) 便轉(zhuǎn)差率調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速-改變定子電壓 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速-線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串

22、電阻 串級(jí)調(diào)速-線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電動(dòng)勢(shì) 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速-滑動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速 變頻調(diào)速-改變定子電源的頻率 在以上的三種調(diào)速方法中，變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速不用調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，低速時(shí)電阻能耗大，效率較低：只有串級(jí)調(diào)速情況下，轉(zhuǎn)差功率才得以利用，效率較高。變頻調(diào)速要調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，可以從高速到低速都保持很小的轉(zhuǎn)差率，效率高，調(diào)速范圍大，精度高，是交流電動(dòng)機(jī)一種比較理想的調(diào)速方法。故選擇變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為該試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)速電機(jī)。 由于要求的最高轉(zhuǎn)速是40r/min，可以選擇額定轉(zhuǎn)速=580r/min,頻率范圍5到100Hz其中，n0是對(duì)應(yīng)工作頻率100Hz是的轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的速度范圍如下計(jì)

23、算： 變頻調(diào)速電機(jī)一般選擇4級(jí)電機(jī)，基頻工作點(diǎn)一般在50Hz，頻率0-50Hz范圍內(nèi)電機(jī)作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，頻率50-100Hz范圍內(nèi)電機(jī)作恒功率運(yùn)行，整個(gè)調(diào)速范圍為0-2800r/min，基本滿足一般驅(qū)動(dòng)設(shè)備的要求，其工作特性與直流調(diào)速電機(jī)相同，調(diào)速平滑穩(wěn)定。如果在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍內(nèi)要提高輸出轉(zhuǎn)矩，也可以選擇6級(jí)或8級(jí)電機(jī)，但電機(jī)的體積相對(duì)要大一點(diǎn)。在滿足要求的情況下選擇4級(jí)電機(jī)。 變頻調(diào)速電機(jī)為三相交流同步或異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)變頻器的輸出電源有三相380V或三星220V，所以電機(jī)電源也有三相380V或三相220V的不同區(qū)別，一般4KW以下的變頻器才有三相220V可，由于變頻電機(jī)是以電機(jī)的基頻點(diǎn)來(lái)劃分

24、不同的恒功率調(diào)速區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的，所以變頻器基頻點(diǎn)和變頻電機(jī)基頻點(diǎn)的設(shè)置都非常重要。電機(jī)的功率特性曲線決定了電機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下的輸出功率，設(shè)計(jì)中影視在如何轉(zhuǎn)速下，電機(jī)的輸出功率大于等于需要功率。本次實(shí)驗(yàn)用電動(dòng)機(jī)的工作功率選取25w工作電壓為380V滿載轉(zhuǎn)速Nm=1600r/min,工作轉(zhuǎn)速Nw=40r/min則總傳動(dòng)比i=Nm/Nw=40輸入轉(zhuǎn)矩T1=9.55P/Nw=0.15N*M輸出轉(zhuǎn)矩T2=9.55P/Nm=5.96N*M根據(jù)計(jì)算查有相關(guān)資料選取80YS25GY38減速電機(jī)。3.2.3變頻器的選擇變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳

25、動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用可以大大地提高工藝的高效性，同時(shí)可以比原來(lái)的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。本次設(shè)計(jì)采用的是三菱變頻器，可以更好的適應(yīng)教學(xué)用物料分揀系統(tǒng)使用。三菱變頻器參數(shù)設(shè)置如下圖所示：序號(hào)參數(shù)代號(hào)參數(shù)值說(shuō)明1P435高速2P520中速3P611低速4P75加速時(shí)間5P85減速時(shí)間6P1407P792電動(dòng)機(jī)控制模式8P80默認(rèn)電動(dòng)機(jī)的額定功率9P82默認(rèn)電動(dòng)機(jī)的額定電流10P83默認(rèn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓11P84默認(rèn)電動(dòng)機(jī)的額定頻率 3.3分揀氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本裝置氣動(dòng)主要分為兩部分：1、氣動(dòng)執(zhí)行元件部分有雙作用單出桿氣缸。2、氣動(dòng)控制元件部分有單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥、節(jié)流閥、磁

26、性限位傳感器。氣動(dòng)原理圖：標(biāo)準(zhǔn)氣缸有圓柱形的活塞桿，并且其動(dòng)力的輸出也是通過(guò)活塞桿與外界相連來(lái)實(shí)現(xiàn)的，于是標(biāo)準(zhǔn)氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算選型有它的一整套的流程： 有工況來(lái)確定氣缸的實(shí)際負(fù)載： 由氣缸的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)確定氣缸負(fù)載率：有公式氣缸的理論輸出力算出氣缸的理論輸出力：有公式計(jì)算出氣缸的缸徑：查表按推薦值取活塞桿的直徑。根據(jù)的設(shè)計(jì)要求，推桿行程為49mm，推料最大為200g，由此，伸縮手臂的最大橫向負(fù)載F=umg=1*0.2*10=2N。對(duì)于慣性負(fù)載，如氣缸用來(lái)推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力的，負(fù)載率的取值為： 推進(jìn)的最大速度為10mm/s,可取負(fù)載率=0.65由公式D=計(jì)算出氣缸的缸徑，D=1.99mm考慮

27、到氣缸內(nèi)部的緩沖能力，故可取缸徑D=5mm。當(dāng)取缸徑D=5mm時(shí)，氣缸的輸出力為.故可選定為缸徑為5mm型號(hào)為CDJ2KB10-60-B的氣缸作為推料氣缸。4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 PLC的選擇 目前，國(guó)內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的PLC產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂，無(wú)所適從。所以全面權(quán)衡利弊，合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。選擇自己熟悉的機(jī)種和機(jī)型：同樣的控制設(shè)備的設(shè)計(jì)，可以用任何同樣級(jí)別的PLC來(lái)完成。如果選用你不熟悉的PLC，你就必須從頭熟悉它，雖然不費(fèi)太多

28、的事，但畢竟沒(méi)有用你熟悉的機(jī)型來(lái)的快。不要大材小用：什么樣的規(guī)模設(shè)計(jì)任務(wù)就選用什么樣的規(guī)模的PLC，避免造成太多的硬件資源的浪費(fèi)。具體的控制對(duì)象，具體選擇：根據(jù)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，來(lái)選擇PLC的機(jī)型。選用易采購(gòu)的機(jī)型：有的產(chǎn)品經(jīng)銷商較少，不容易采購(gòu)或進(jìn)行比較。有的產(chǎn)品經(jīng)銷商很多，容易采購(gòu)和比較，你就可以選用信譽(yù)好、價(jià)格實(shí)惠、技術(shù)上能夠給與支持的公司。由本系統(tǒng)所需，PLC控制系統(tǒng)輸入為18點(diǎn)，輸出共19點(diǎn)。選擇FP0-C32T，擴(kuò)展單元選擇FP0-E32T，共計(jì)輸入32點(diǎn)，輸出32點(diǎn)，均為品體管型。配套1/0轉(zhuǎn)換版4塊，每塊各8點(diǎn)輸入與輸出，配套相應(yīng)連接電纜。按鈕3個(gè)撥桿式開(kāi)關(guān)8個(gè) 【手動(dòng)控制電磁閥

29、】選擇開(kāi)關(guān)1個(gè) 【自動(dòng)與手動(dòng)控制模式選擇】選擇開(kāi)關(guān)1個(gè) 【周期、單周期、單補(bǔ)運(yùn)行模式選擇】光電傳感器4個(gè) 顏色分辨?zhèn)鞲衅?個(gè)指示燈13個(gè) 【綠。安裝直徑16mm以下，最好12mm】電源指示燈1個(gè) 【紅，安裝直徑16mm】以上電氣元件均為24v直流元件開(kāi)關(guān)電源1個(gè) 【150W】?jī)上嗫諝忾_(kāi)關(guān)1個(gè)三菱PLC的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)緊湊：具有二組輸入及一組輸出通道。模擬信號(hào)輸入輸出單元的尺寸與其它擴(kuò)展單元的尺寸大小相同，適于在狹小的空間使用。體積小，但性能優(yōu)越：I/0 32點(diǎn)控制單元寬度：30mm，控制單元尺寸：寬25×高90×長(zhǎng)60毫米。最大可擴(kuò)充至128點(diǎn)，此時(shí)尺寸僅為：寬105×

30、;高90×長(zhǎng)60毫米。超小型外型設(shè)計(jì)打破了以往人們對(duì)小型PLC的看法。由于FPO具有世界上最小的安裝面積，故可安裝在小型機(jī)器、設(shè)備及越來(lái)越小的控制面板上。輸入和輸出的分辨率達(dá)1/400012比特，性能優(yōu)越容量大：具有最大達(dá)10000步僅I/O 32點(diǎn)型的大容量?jī)?nèi)存內(nèi)部設(shè)備也具有大容量。適用于甚至最復(fù)雜的應(yīng)用設(shè)備大容量數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制及大量數(shù)據(jù)量控制。4.2 傳感器的選擇本設(shè)計(jì)中我們主要使用了兩種傳感器，一是光電傳感器，二是顏色分辨?zhèn)鞲衅?。光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有

31、三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。光電傳感器主要參數(shù)：尺寸、傳感模式、傳感范圍、安裝方式、輸出、工作模式、工作電壓、光源、連接方式、封裝材料、特殊功能包括：可處理高速和/或高溫、邏輯控制、可計(jì)算機(jī)編程、網(wǎng)絡(luò)兼容性。光電傳感器性能參數(shù)說(shuō)明顏色辨別傳感器為檢測(cè)顏色專用傳感器：通過(guò)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)三色選擇：根據(jù)色素鑒別顏色，微小色差即可判別：使用方便快捷。NPN四線傳感器盲區(qū)：是指反射型光電傳感器不能識(shí)別目標(biāo)的范圍。檢測(cè)距離：動(dòng)作距離是指檢測(cè)體按一定方式移動(dòng)時(shí)，從基準(zhǔn)位置光電傳感器的感應(yīng)表面到傳感器動(dòng)作時(shí)測(cè)的基準(zhǔn)位置到檢查面的空間距離。額定動(dòng)作距離指?jìng)鞲衅鲃?dòng)作距離的標(biāo)稱值。動(dòng)作距離與復(fù)

32、位距離之間的距離差值。 響應(yīng)頻率：按規(guī)定的1秒的時(shí)間間隔內(nèi)，允許光電傳感器動(dòng)作循環(huán)的次數(shù)。 響應(yīng)時(shí)間： 輸出狀態(tài)：分常開(kāi)和常閉。當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí)，常開(kāi)型的光電傳感器所接通的負(fù)載，由于光電傳感器內(nèi)部的輸出晶體管的截至面不工作，當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí)，晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。檢測(cè)方式：根據(jù)光電傳感器在檢測(cè)物體時(shí)，發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式、近鏡射式、對(duì)射式等。輸出形式：分NPN二線，NPN三線，NPN四線，PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線自帶繼電器。及直流NPN/PNP/常開(kāi)/常閉多功能多種常用的形式輸出。表面反射率：對(duì)于漫反射型光電傳感器發(fā)出的光線

33、需要被檢測(cè)物表面將足夠的光線反射回漫反射傳感器的接收器，所在檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將是決定接收器接收到光線的強(qiáng)度大小，粗糙的表面反射回的光線必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度，而且，被檢測(cè)物體的表面必須垂直于光電傳感器的發(fā)射光線。參考軸：發(fā)送器和接收器，或者發(fā)送器和目標(biāo)/發(fā)射板反射型。反射板型光電傳感器之間構(gòu)成的相對(duì)的理想軸線。在對(duì)射型光電傳感器的情況下，參考軸就是透鏡的光軸。在反射型和反射板型光電傳感器的情況下，參考軸就是發(fā)送器和接收器透鏡的光軸之間的中線。最小檢測(cè)體：指在一定條件下傳感器能夠檢測(cè)到的最小物體。檢測(cè)體大小對(duì)檢測(cè)距離的影響：光電傳感器類型如表：系列VS1VS2VS3VS4對(duì)

34、射式1.2m1.2m1.2m反射式0.25m聚焦式10或20mm焦距15或30mm焦距外形尺寸26*8.3*12mm25*12*4.3mm26*9*16mm25.4*12.5*4.75mm外殼材料ABSABSABS熱塑性材料防護(hù)等級(jí)IP67:NEMA6IP67:NEMA6IP67:NEMA6IP67:NEMA6工作溫度-20到+55-20到+55-20到+555-20到+55供電電壓12到24V12到24V10到30V10到30V輸出50mA50mA50mA50mA接線方式 電纜式接插件式接線端子式根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需求，查詢表選取VS2型光電傳感器作為物料分揀機(jī)構(gòu)上配置的傳感器。顏色分辨?zhèn)鞲衅黝?/p>

35、型：元件檢測(cè)類型傳感器頭形狀傳感器頭尺寸視圖鏡頭最小可檢測(cè)物體檢測(cè)距離光纖類型光纖詳細(xì)信息注釋MEGA精細(xì)FU-16透過(guò)型圓柱形4側(cè)視型內(nèi)嵌鏡頭0.13800950標(biāo)準(zhǔn)型2m自由裁切超遠(yuǎn)距離檢測(cè)，側(cè)視型，約8gFU-16Z透過(guò)型圓柱形4側(cè)視型內(nèi)嵌鏡頭3200630不斷裂2m自由裁切超遠(yuǎn)距離檢測(cè)，側(cè)視型，約8gFU-18透過(guò)型圓柱形44側(cè)視型內(nèi)嵌鏡頭3200800標(biāo)準(zhǔn)型2m自由裁切超窄光束，側(cè)視型，約8gFU-20擴(kuò)散反射型圓柱形3端視型內(nèi)嵌鏡頭標(biāo)準(zhǔn)型50cm微小目標(biāo)物檢測(cè)節(jié)省空間約2gFU-22X擴(kuò)散反射型圓柱形2.5端視型0.0054810標(biāo)準(zhǔn)型2m自由裁切薄管套窄光束類型約4gFU-23X

36、擴(kuò)散反射型圓柱形3端視型0.005680125標(biāo)準(zhǔn)型2m自由裁切適用于定位約4g5系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1分揀系統(tǒng)部分的I/O點(diǎn)數(shù)分配和PLC接線圖5.1.1分揀系統(tǒng)部分的1/0點(diǎn)數(shù)分配分配表序號(hào)輸入地址說(shuō)明序號(hào)輸入地址說(shuō)明1X0啟動(dòng)11X12上料氣缸下限位2X1停止12X13物料檢測(cè)光電3X2氣動(dòng)手爪傳感器13X14推料一氣缸前限位4X3旋轉(zhuǎn)左限位14X15推料一氣缸后限位5X4旋轉(zhuǎn)右限位15X16推料二氣缸前限位6X5伸出臂前點(diǎn)16X17推料二氣缸后限位7X6縮回臂后點(diǎn)17X20電感式傳感器推料1氣缸8X7提升氣缸上限位18X21電容式傳感器推料2氣缸9X10提升氣缸下限位19X22傳送帶物料檢測(cè)光電傳感器10X11上料氣缸上限位19X23序號(hào)輸入地址說(shuō)明序號(hào)輸入地址說(shuō)明1Y0驅(qū)動(dòng)電機(jī)10Y11推料一氣缸推出2Y1上料電磁閥11Y12推料二氣缸推出3Y2臂氣缸伸出12Y13推料而氣缸縮回4Y3臂氣缸返回13Y14報(bào)警輸出5Y4提升氣缸下降14Y15手爪夾緊6Y5提升氣缸上升15Y16停止指示7Y6旋轉(zhuǎn)氣缸正轉(zhuǎn)16Y17啟動(dòng)指示8Y7旋轉(zhuǎn)氣缸反轉(zhuǎn)17Y20變頻器正轉(zhuǎn)變頻器低速度9Y10推料一氣缸縮