基于PLC的自動生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動生產(chǎn)線分揀單元PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章緒論1.1自動化控制系統(tǒng)發(fā)展在20世紀(jì)40年代之前，工業(yè)生產(chǎn)幾乎完全依賴于手工操作。工人們依據(jù)儀表的指示，通過人工方式調(diào)整操作條件，使得生產(chǎn)過程主要基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。然而，從20世紀(jì)50年代到60年代，隨著對工業(yè)生產(chǎn)單元操作的大量開發(fā)，生產(chǎn)過程開始向大規(guī)模、高效率和連續(xù)生產(chǎn)的方向迅速發(fā)展，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益大型化和連續(xù)化的需求。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，自動化控制技術(shù)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。特別是計(jì)算機(jī)在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來越重要，它使得生產(chǎn)過程中對能量利用和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的要求得到了更高的控制精度。此外，控制方式也變得更加多樣化，自動化技術(shù)不僅減輕了人們的體力勞動，還在很大程度上替代了人們的腦力勞動。到了20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展使得它們具備了數(shù)字通訊能力。集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得生產(chǎn)自動化過程控制得以分散進(jìn)行，這種相對集中的設(shè)計(jì)思想——即監(jiān)視、操作與管理集中進(jìn)行——被大型自動化過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)商和用戶廣泛接受。自動化過程控制系統(tǒng)在控制功能、可靠性、安全性、操作性以及經(jīng)濟(jì)效益等方面都達(dá)到了新的水平。自動化過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了顯著的變化，從最初的單變量控制系統(tǒng)發(fā)展到了多變量系統(tǒng)。生產(chǎn)過程的控制方式也從定值控制演進(jìn)到了最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等更為先進(jìn)的控制策略。這一系列的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變革，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。1.2自動分揀系統(tǒng)自動分揀技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代物流行業(yè)的重要組成部分，它通過自動化裝置完成貨物的分揀工作，從進(jìn)入分揀系統(tǒng)到分配到指定位置的全過程均遵循預(yù)設(shè)的指令。這種技術(shù)顯著提升了分揀能力和效率，相較于人工分揀有著無可比擬的優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力得到了顯著增強(qiáng)。目前，大型分揀系統(tǒng)能夠處理數(shù)十到數(shù)百種不同類型的物品，分揀效率更是高達(dá)每小時(shí)數(shù)萬件。最初，自動分揀技術(shù)在郵政部門得到應(yīng)用，用于快速準(zhǔn)確地處理大量信件和郵包。隨后，它的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，包括了火力發(fā)電廠、運(yùn)輸企業(yè)、配送中心、通訊出版部門、煙草行業(yè)、食品化工、造紙業(yè)、化工業(yè)、機(jī)械制造以及眾多工業(yè)企業(yè)。在過去二十年里，尤其是隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的發(fā)展，自動分揀技術(shù)在物流行業(yè)的應(yīng)用變得日益普遍。商品趨勢趨于“短小輕”，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時(shí)制，分揀作業(yè)的重要性日益凸顯。然而，本文國目前大多數(shù)配送中心和物流企業(yè)仍然依賴人工分揀，這在面對分揀量增加、配送點(diǎn)增多、配貨響應(yīng)時(shí)間縮短和服務(wù)質(zhì)量提升的需求時(shí)，已經(jīng)無法滿足大規(guī)模配送的要求。相比之下，國外一些配送中心已經(jīng)采用了自動分揀系統(tǒng)，這使得他們能夠充分利用分揀技術(shù)的優(yōu)勢，如分揀速度快、分揀點(diǎn)多、差錯(cuò)率極低、效率高和全自動操作。自動分揀系統(tǒng)已成為當(dāng)代物流技術(shù)發(fā)展的三大標(biāo)志之一，它不僅提高了工作效率，還降低了人力成本，提升了服務(wù)質(zhì)量。因此，引入自動分揀系統(tǒng)是本文國物流行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，它將為本文國物流業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。1.3選題的意義YL-335B自動化生產(chǎn)線的分揀單元融合了多項(xiàng)技術(shù)，包括PLC控制、氣動、組態(tài)監(jiān)控、變頻、傳感和通訊技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)多種殼體和芯件組合工件的分揀入槽功能。然而，在原分揀單元中，存在一些問題：物料分揀需要依賴兩個(gè)光纖傳感器和一個(gè)電感式光電開關(guān)，其中一個(gè)光纖傳感器的安裝和調(diào)整精度較低；同時(shí)，電機(jī)頻率的差異影響了物料的入料率和效率。為了解決這些問題，本畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了一套優(yōu)化方案。這套方案旨在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升分揀的精度和效率，使其更好地適應(yīng)自動化生產(chǎn)的要求。

第二章分揀單元設(shè)計(jì)方案2.1控制要求1、在自動化系統(tǒng)中，啟動過程是關(guān)鍵步驟之一。操作人員需在觸摸屏上預(yù)先設(shè)置好變頻器的輸入頻率以及物料對應(yīng)的槽位信息，確保每個(gè)槽位能夠適應(yīng)至少兩種不同的物料。設(shè)置完成后，通過觸摸屏上的啟動按鈕或指示燈模塊中的SB1按鈕觸發(fā)系統(tǒng)啟動。這一過程的順利進(jìn)行，為后續(xù)的物料分揀工作奠定了基礎(chǔ)。2、當(dāng)系統(tǒng)檢測到物料被放置入料口時(shí)，一個(gè)復(fù)雜的過程被觸發(fā)，旨在確保物料被有效分揀至正確的槽位。首先，變頻器接收信號并啟動，隨后電機(jī)也開始工作。電機(jī)的啟動不僅僅是為了動力傳輸，它還負(fù)責(zé)開始對物料進(jìn)行檢測和分揀。在這個(gè)過程中，電機(jī)將繼續(xù)運(yùn)行，直到到達(dá)預(yù)設(shè)的停止槽位置，這時(shí)它會平穩(wěn)地停止運(yùn)行。緊接著，分揀氣缸介入，它負(fù)責(zé)將物料推送到正確的槽位，確保物料被準(zhǔn)確無誤地分揀。這一系列動作的精準(zhǔn)執(zhí)行，保證了生產(chǎn)線的連續(xù)性和效率。。3、分揀過程是自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它以一種循環(huán)的方式進(jìn)行，每次循環(huán)的目標(biāo)是分揀6個(gè)物料。這種規(guī)律性的分揀循環(huán)確保了物料的有序處理，為后續(xù)的生產(chǎn)流程提供了穩(wěn)定的物料供應(yīng)。4、自動化分揀系統(tǒng)中，停止操作是一個(gè)精確控制的步驟。為了確保分揀過程的完整性和物料的有序性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種特殊的停止邏輯。操作者可以通過兩種方式觸發(fā)系統(tǒng)的停止：一是通過觸摸屏上的停止按鈕，二是通過指示燈模塊中的SB2按鈕。但系統(tǒng)并不會立即停止，而是在完成當(dāng)前分揀循環(huán)后才停止運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)保證了分揀任務(wù)的連續(xù)性和完整性，確保了分揀過程不會因?yàn)橹型就Ｖ苟绊懙轿锪系臏?zhǔn)確分揀。5、在自動化分揀系統(tǒng)的操作界面中，包含了一個(gè)關(guān)鍵的安全feature，即急停按鈕。這個(gè)按鈕位于指示燈模塊中，一旦按下，將立即觸發(fā)分揀單元的工作停止。這種快速停止機(jī)制是為了在出現(xiàn)緊急情況時(shí)能夠迅速響應(yīng)，確保操作人員和設(shè)備的安全。隨著急停按鈕的按下，指示燈模塊中的HL3燈開始以2Hz的頻率閃爍，這是一個(gè)明顯的視覺信號，表明系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入緊急停止?fàn)顟B(tài)。一旦緊急情況解除，操作人員可以復(fù)位急停按鈕，系統(tǒng)將會繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的運(yùn)行流程，確保生產(chǎn)的連續(xù)性和物料分揀的準(zhǔn)確性。這種設(shè)計(jì)既保障了安全，又最小化了因緊急停止而對生產(chǎn)流程造成的影響。。6、在自動化分揀系統(tǒng)中，各種指示燈和氣缸的狀態(tài)是反映系統(tǒng)運(yùn)行情況的重要指標(biāo)。首先，系統(tǒng)啟動時(shí)，所有氣缸都會回到初始位置，傳送帶電機(jī)保持停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)觸摸屏上的準(zhǔn)備就緒指示燈和指示燈模塊中的HL2燈會亮起，表明系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好開始工作。當(dāng)物料被送入檢測段時(shí)，系統(tǒng)開始進(jìn)行檢測，此時(shí)觸摸屏上的檢測中指示燈亮起，同時(shí)指示燈模塊中的HL1燈保持常亮，這表示系統(tǒng)正在對物料進(jìn)行檢測。隨后，物料進(jìn)入分揀段，觸摸屏上的分揀中指示燈亮起，指示燈模塊中的HL1燈開始以1Hz的頻率閃爍，這表明分揀過程正在進(jìn)行。此外，為了確保分揀過程的順利進(jìn)行，觸摸屏上顯示的電機(jī)轉(zhuǎn)速需要與變頻器上顯示的轉(zhuǎn)速保持一致。這一要求保證了分揀速度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，從而提高了分揀效率和準(zhǔn)確性。7、變頻器和PLC是兩種常用的關(guān)鍵組件。它們之間的通訊方式對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效控制至關(guān)重要。變頻器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，而PLC則負(fù)責(zé)邏輯控制和過程監(jiān)控。通過采用合適的通訊方式，變頻器和PLC可以有效地交換數(shù)據(jù)和指令，實(shí)現(xiàn)精確的控制和調(diào)節(jié)。圖2-1物料實(shí)物2.2改進(jìn)方案在傳統(tǒng)的分揀系統(tǒng)中，YL335B分揀單元常常面臨分揀頻率固定的局限性。這種限制意味著，如果需要調(diào)整分揀頻率，就必須重新調(diào)試三個(gè)槽位的距離，這一過程不僅效率低下，而且耗時(shí)較長，且不能保證調(diào)整后物料的入槽率會有所提高。為了解決這一問題，提高物料入槽率和工作效率，可以對PLC程序進(jìn)行優(yōu)化，采用差補(bǔ)法來計(jì)算每個(gè)頻率對應(yīng)的槽位距離。通過這種優(yōu)化，PLC能夠自動計(jì)算并調(diào)整槽位距離，無需人工重新調(diào)試，從而顯著提高了入槽率和效率。這種方法不僅簡化了調(diào)整過程，還提高了分揀系統(tǒng)的整體性能，確保了分揀作業(yè)的準(zhǔn)確性和效率。2.3分揀單元的結(jié)構(gòu)YL-335B分揀單元是整個(gè)系統(tǒng)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，它的主要任務(wù)是對來自上一單元的加工完畢的物料進(jìn)行分類，確保不同顏色的物料能夠被準(zhǔn)確地分配到各自的料槽中。當(dāng)物料被輸送站送到傳送帶上并被入料口的光電傳感器檢測到時(shí)，分揀單元會啟動變頻器，然后物料被送入分揀區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。分揀單元的核心結(jié)構(gòu)包括傳送和分揀機(jī)構(gòu)、傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)、變頻器模塊、電磁閥組、接線端口、PLC模塊、按鈕/指示燈模塊以及底板等。這些部件的協(xié)同工作確保了分揀單元的高效運(yùn)作。其中，機(jī)械部分的裝配總成如圖2.2所示，展示了各個(gè)組件的詳細(xì)配置和布局。通過這種方式，分揀單元不僅能夠提高物料的分揀效率，還能夠確保分揀的準(zhǔn)確性，為整個(gè)自動化生產(chǎn)線的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力支持。圖2-2裝配總成圖2.3.1傳送和分揀機(jī)構(gòu)在自動化分揀系統(tǒng)中，傳送和分揀機(jī)構(gòu)是核心組成部分，它主要由傳送帶、出料滑槽、推料（分揀）氣缸和傳感器等構(gòu)成。這些組件協(xié)同工作，確保物料能夠被高效、準(zhǔn)確地分揀。傳送帶承擔(dān)著將機(jī)械手加工好的工件傳輸至分揀區(qū)的重任，而出料滑槽則負(fù)責(zé)將分揀后的物料導(dǎo)向指定的料槽。推料（分揀）氣缸則通過氣壓驅(qū)動，將物料推送到相應(yīng)的滑槽中。傳感器的作用在于檢測物料，并在檢測到物料后啟動分揀過程。此外，導(dǎo)向器的作用不可或缺，它用來糾正機(jī)械手輸送過程中可能出現(xiàn)的工件偏移，確保工件能夠準(zhǔn)確無誤地被分揀。分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三條物料槽，每條物料槽專門用于存放一種特定顏色或規(guī)格的物料，共計(jì)九種不同的物料。這種設(shè)計(jì)提高了分揀的準(zhǔn)確性和效率，同時(shí)也方便了物料的管理和提取。在自動化分揀系統(tǒng)中，傳送和分揀機(jī)構(gòu)的工作原理可以概括為以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：首先，當(dāng)工件由輸送站送達(dá)并放置在傳送帶上時(shí)，它們會被入料口的漫射式光電傳感器檢測到。這一檢測動作將觸發(fā)一個(gè)信號，該信號會被傳遞至PLC。接下來，PLC將根據(jù)預(yù)設(shè)的程序執(zhí)行一系列操作。其中，最重要的操作是啟動變頻器。變頻器的啟動會調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而驅(qū)動傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著傳送帶的啟動，工件被順利地帶入分揀區(qū)。分揀區(qū)是傳送和分揀機(jī)構(gòu)的核心部分，它負(fù)責(zé)對工件進(jìn)行精確的分揀。2.3.2傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)如圖2-3所示，傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)是分揀單元中的關(guān)鍵組成部分，它負(fù)責(zé)驅(qū)動傳送帶，從而實(shí)現(xiàn)物料的輸送。該機(jī)構(gòu)采用了一臺三相減速電機(jī)，其主要功能是提供足夠的扭矩和速度，以拖動傳送帶，并確保物料能夠被順利地輸送至分揀區(qū)。減速電機(jī)由電機(jī)支架、電動機(jī)和聯(lián)軸器等組成。電機(jī)支架提供了電機(jī)的安裝和固定，確保了電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。電動機(jī)則是傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)的核心，它通過減速器將高速低扭的電能轉(zhuǎn)換為低速高扭的機(jī)械能，以適應(yīng)傳送帶所需的驅(qū)動條件。聯(lián)軸器則起到了連接電動機(jī)和傳動帶的作用，它能夠有效地傳遞扭矩，并減少因軸向偏差引起的振動和噪音。圖2-3驅(qū)動機(jī)構(gòu)圖三相電機(jī)扮演著至關(guān)重要的角色，它是傳動機(jī)構(gòu)的核心。電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢可以通過變頻器進(jìn)行精確控制，這一功能對于確保物料順暢輸送至關(guān)重要。電機(jī)支架的存在，提供了電動機(jī)的安裝和固定，這對于維持電機(jī)在復(fù)雜工作環(huán)境中的穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。支架的設(shè)計(jì)必須能夠承受電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各種力，包括振動和熱膨脹等。聯(lián)軸器則是連接電動機(jī)和輸送帶主動輪的重要部件。它通過將兩者的軸聯(lián)接起來，形成了一個(gè)完整的傳動機(jī)構(gòu)。這一設(shè)計(jì)允許電動機(jī)的動力能夠有效地傳遞到輸送帶，從而驅(qū)動物料的移動。2.3.3電磁閥組在分揀單元的自動化系統(tǒng)中，電磁閥組是關(guān)鍵的組成部分，負(fù)責(zé)對物料推動氣缸的氣路進(jìn)行精確控制。該電磁閥組由三個(gè)帶手控開關(guān)的單電控電磁閥構(gòu)成，它們被有序地安裝在匯流板上，以實(shí)現(xiàn)對氣路的集中管理。每個(gè)電磁閥都承擔(dān)著重要的職責(zé)，它們分別對九種不同物料的氣缸動作狀態(tài)進(jìn)行獨(dú)立控制。這意味著，通過對電磁閥的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對物料氣缸的精準(zhǔn)操控，從而改變物料的動作狀態(tài)。這一設(shè)計(jì)使得分揀單元能夠高效、準(zhǔn)確地對不同物料進(jìn)行處理，提高了分揀效率和準(zhǔn)確性。電磁閥組的工作原理是，當(dāng)電磁閥受到電信號刺激時(shí)，會改變氣路的狀態(tài)，從而使氣缸受到氣壓的作用，推動物料進(jìn)行相應(yīng)的動作。而手控開關(guān)的設(shè)置，則為操作人員提供了一種直接干預(yù)的方式，可以在需要時(shí)手動調(diào)整電磁閥的工作狀態(tài)，以應(yīng)對各種突發(fā)情況。通過這種設(shè)計(jì)，分揀單元能夠?qū)崿F(xiàn)對物料的精確控制，為分揀作業(yè)提供了可靠的保障。2.4電機(jī)的選擇圖2-4JSCC80YS25GY38電機(jī)在自動化輸送系統(tǒng)中，傳送帶的關(guān)鍵動力來源是電動機(jī)。針對本設(shè)計(jì)所需的動力規(guī)模，選擇了JSCC80YS25GY38型號的三相減速電動機(jī)（如圖2-4）。這款電動機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡潔、耐用性強(qiáng)、運(yùn)行可靠性高、成本較低、維護(hù)便捷等特點(diǎn)而受到青睞。由于本設(shè)計(jì)所需的動力規(guī)模相對較小，因此，這款電動機(jī)完全能夠滿足輸送系統(tǒng)的動力需求。JSCC80YS25GY38三相減速電動機(jī)不僅為傳送帶提供了穩(wěn)定持久的動力，而且其維護(hù)簡便的特性也大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)營成本。2.5控制器的選擇PLC相對于單片機(jī)來說具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、編程方便、使用便捷、惡劣工業(yè)環(huán)境適用強(qiáng)等特點(diǎn)因而越來越受到企業(yè)的青瞇，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步為PLC所取代。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能增強(qiáng)、速度加快、體積減少、成本下降、可靠性提高。2.6傳感器的選擇圖2-5MHT15-N2317光電開關(guān)為了提高自動分揀裝置的效率和準(zhǔn)確性，本文采用了多種傳感器進(jìn)行關(guān)鍵信息的檢測。首先，本文選用了SICK品牌的NPN型MHT15-N2317光電開關(guān)，這種開關(guān)能夠準(zhǔn)確檢測工件物體的到來，是分揀過程中非常關(guān)鍵的一步。在確定傳送帶的方向和工件槽位距離時(shí)，本文選擇了NPN型光電編碼器。這種編碼器能夠提供精確的位置信息，幫助系統(tǒng)準(zhǔn)確控制傳送帶的運(yùn)動方向和工件的放置位置。為了檢測物料外殼和芯件的顏色，本文采用了NPN型的E3Z-NA11型光纖傳感器。這種傳感器能夠通過顏色變化來識別不同的物料，是分揀系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精細(xì)分類的重要工具。圖2-6OBM-D07NK電感式傳感器對于檢測物料外殼和芯件是否為金屬材料，本文選用了OBM-D07NK型電感式傳感器。這種傳感器能夠通過檢測物料的電磁特性來判斷其是否為金屬材料，對于分揀系統(tǒng)中金屬和非金屬物料的區(qū)分非常有用。圖2-7D-C73磁性開關(guān)最后，為了確保料槽氣缸能夠準(zhǔn)確伸出并到位，本文采用了磁性開關(guān)，具體型號為D-C73、NPN型。這種開關(guān)能夠提供可靠的信號，指示氣缸是否已經(jīng)完全伸出并到達(dá)指定位置。2.7變頻器的選擇圖2-8西門子G120C變頻器傳送帶往往需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景和工作需求，在多種速度下穩(wěn)定運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，系統(tǒng)選用了變頻器來進(jìn)行調(diào)試控制，以滿足傳送帶在不同速度下的工作需求。在眾多變頻器品牌中，西門子G120C變頻器因其出色的調(diào)速性能和穩(wěn)定的運(yùn)行效果，成為了本次系統(tǒng)的首選。G120C變頻器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的速度調(diào)節(jié)，還具有易于與PLC通信的優(yōu)點(diǎn)，為系統(tǒng)的自動化控制提供了便捷。通過使用西門子G120C變頻器，傳送帶系統(tǒng)能夠在多種速度下穩(wěn)定運(yùn)行，提高了工作效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，G120C變頻器與PLC的良好通信性能也為系統(tǒng)的進(jìn)一步自動化升級提供了可能。2.8氣動回路的設(shè)計(jì)為了確保分揀機(jī)構(gòu)能夠高效地將工件運(yùn)送至成品工件區(qū)域，本設(shè)計(jì)采用了氣動系統(tǒng)作為驅(qū)動方式。該氣動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖2-4所示，展示了氣動回路的詳細(xì)配置和布局。通過這種設(shè)計(jì)，分揀機(jī)構(gòu)能夠利用氣動力量穩(wěn)定地將工件推進(jìn)成品區(qū)域，從而提高整個(gè)分揀過程的效率和準(zhǔn)確性。圖2-4中的氣動回路設(shè)計(jì)為分揀機(jī)構(gòu)的操作提供了可靠的氣動支持，確保了工件能夠被順利地推送到目的地。圖2-4氣動回路圖

第三章硬件設(shè)計(jì)3.1PLC型號的選擇3.1.1輸入輸出分析根據(jù)控制要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)總共配備了9個(gè)輸入信號，以滿足自動分揀過程中的各種監(jiān)測需求。這些輸入信號包括：光電編碼器A相：用于監(jiān)測傳送帶的運(yùn)動狀態(tài)和位置信息。電編碼器B相：用于獲取傳送帶另一相的運(yùn)動和位置數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)精確的速度和距離控制。物料口檢測：用于確認(rèn)物料是否到達(dá)特定的檢測位置，以便后續(xù)的分揀操作。光纖傳感器：用于檢測物料的顏色特征，以區(qū)分不同類型的物料。電感式傳感器：用于檢測物料是否為金屬材料，這對于分揀系統(tǒng)中的安全操作至關(guān)重要。分揀推桿1到位：指示分揀推桿1是否已經(jīng)到達(dá)其預(yù)定的工作位置。分揀推桿2到位：用于檢測分揀推桿2是否到位，以保證分揀動作的準(zhǔn)確性。分揀推桿3到位：確認(rèn)分揀推桿3是否已經(jīng)到達(dá)指定的位置，是分揀流程正確執(zhí)行的關(guān)鍵。這些輸入信號共同構(gòu)成了自動分揀系統(tǒng)的感知層，為系統(tǒng)的決策層提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，確保了分揀過程的順利進(jìn)行。本系統(tǒng)的輸出信號部分包括六個(gè)關(guān)鍵組件，它們分別是：分揀一氣缸電磁閥：負(fù)責(zé)控制分揀一氣缸的動作，以實(shí)現(xiàn)對工件的抓取或釋放。分揀二氣缸電磁閥：用于操控分揀二氣缸的運(yùn)動，是執(zhí)行分揀操作的關(guān)鍵部件。分揀三氣缸電磁閥：控制分揀三氣缸的運(yùn)作，確保工件能夠被準(zhǔn)確地分配到相應(yīng)的區(qū)域。HL1燈：作為指示燈，用于顯示系統(tǒng)某一狀態(tài)或提供視覺提示。HL2燈：同樣作為指示燈，用于指示系統(tǒng)的另一狀態(tài)或提供額外的視覺信息。HL3燈：作為系統(tǒng)的一個(gè)指示燈，用于顯示或指示系統(tǒng)特定的工作狀態(tài)。這些輸出信號和指示燈的設(shè)計(jì)，確保了自動分揀系統(tǒng)在執(zhí)行分揀任務(wù)時(shí)能夠進(jìn)行有效的溝通和反饋，提高了系統(tǒng)的操作性和可見性。3.1.2PLC具體型號為了確保自動分揀系統(tǒng)的有效運(yùn)作，對其輸入和輸出信號進(jìn)行了精確的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)共有9個(gè)輸入信號，包括光電編碼器A相、電編碼器B相、物料口檢測、光纖傳感器、電感式傳感器、分揀推桿1到位、分揀推桿2到位、分揀推桿3到位，以及一個(gè)額外的輸入信號。輸出信號部分包括六個(gè)關(guān)鍵組件，它們分別是：分揀一氣缸電磁閥、分揀二氣缸電磁閥、分揀三氣缸電磁閥、HL1燈、HL2燈、HL3燈。圖3-1西門子Smart-200CPUSR40控制系統(tǒng)需要與觸摸屏、變頻器等進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)分揀過程的精確控制。為此，本設(shè)計(jì)采用了西門子Smart-200CPUSR40的PLC。該P(yáng)LC具備24個(gè)輸入和16個(gè)輸出，共計(jì)40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)的控制需求。此外，它還配備了一個(gè)RS485接口，用于與變頻器進(jìn)行通信，以及一個(gè)以太網(wǎng)接口，用于與觸摸屏進(jìn)行通信。這使得PLC能夠有效地控制整個(gè)分揀系統(tǒng)，并確保各個(gè)組件之間的順暢通信。通過采用這款PLC，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對自動分揀系統(tǒng)的高效、精確控制，提高了系統(tǒng)的操作性和可靠性。3.2I/O分配為了實(shí)現(xiàn)對這些輸入輸出信號的控制，本文選擇了西門子Smart-200CPUSR40的PLC。這款PLC具備24個(gè)輸入和16個(gè)輸出，共計(jì)40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，能夠滿足本文的控制需求。此外，它還配備了一個(gè)RS485接口，用于與變頻器進(jìn)行通信，以及一個(gè)以太網(wǎng)接口，用于與觸摸屏進(jìn)行通信。通過這些輸入輸出設(shè)備的分配和PLC的控制，本文可以確保自動分揀系統(tǒng)的有效運(yùn)作。每個(gè)輸入信號都有其特定的作用，例如光電編碼器和電編碼器用于監(jiān)測位置信息，物料口檢測用于確認(rèn)物料位置，光纖傳感器和電感式傳感器用于檢測物料特征等。而每個(gè)輸出信號則負(fù)責(zé)控制相應(yīng)的執(zhí)行元件或提供視覺反饋，如氣缸電磁閥用于控制分揀動作，指示燈用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)等。表3-1I/0分配表輸入輸出序號地址信號名稱序號地址信號名稱1I0.0光電編碼器A相1Q0.4分揀一氣缸電磁閥2I0.1光電編碼器B相2Q0.5分揀二氣缸電磁閥3I0.3物料口檢測3Q0.6分揀三氣缸電磁閥4I0.4光纖檢測4Q0.7HL1燈5I0.5金屬檢測5Q1.0HL2燈6I0.7分揀推桿一到位6Q1.1HL3燈7I1.0分揀推桿二到位8I1.1分揀推桿三到位9I1.2SB2按鈕10I1.3SB1按鈕3.3設(shè)計(jì)硬件電路圖如圖3-1所示，展示了基于西門子Smart-200CPUSR40的PLC的自動生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，本文根據(jù)控制要求及I/O分配表，合理地配置了各種硬件設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的分揀功能。圖3-1電路圖首先，本文選用了西門子Smart-200CPUSR40作為控制核心。該CPU具有高性能、高可靠性和易于編程的特點(diǎn)，能夠滿足自動生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)的需求。同時(shí)，本文還選擇了適當(dāng)?shù)妮斎?輸出模塊，以實(shí)現(xiàn)與各種傳感器和執(zhí)行器的連接。在硬件電路圖中，輸入部分包括了各種傳感器，如物料口檢測傳感器、光纖傳感器、金屬傳感器等，用于檢測生產(chǎn)線上的產(chǎn)品信息。這些傳感器將檢測到的信號傳輸至PLC，PLC根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯進(jìn)行處理，并輸出相應(yīng)的控制信號。輸出部分則包括了電磁閥、執(zhí)行器等，用于實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)控制。例如，當(dāng)PLC接收到傳感器信號判斷產(chǎn)品需要進(jìn)行分揀時(shí)，它會激活相應(yīng)的電磁閥，使得分揀裝置動作，將產(chǎn)品準(zhǔn)確地分揀到指定的位置。此外，硬件電路圖中還展示了通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)、其他PLC或其他設(shè)備的通信。通過通信模塊，本文可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線的狀態(tài)，對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和故障診斷，提高生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性根據(jù)控制要求及I/O分配表，設(shè)計(jì)硬件電路圖如圖3.1所示。(1)供電電源部分設(shè)計(jì)，運(yùn)用了明緯電源將AC220V轉(zhuǎn)化為DC24V，輸入DC24V,電源接線端子分別為M和L+。(2)輸入接口的電路設(shè)計(jì)，輸入接口為直流24V輸入，公共端子為M端子，該端子接直流負(fù)端，外部主令按鈕或繼電器觸點(diǎn)的一端接入DC24V的正極，另一端接入相應(yīng)的端子，比如外部輸入元件，該元件的一端接24V的正極，另一端接入I0.0接口，當(dāng)該元件動作，I0.0接口有電壓輸入，輸入指示燈亮。(3)輸出接口的電路設(shè)計(jì)，輸出接口為繼電器輸出，由于選用的接觸器是交流220V線圈故公共端子為L，該端子接火線，執(zhí)行元件線圈的一端接輸出信號，另一端接N零線。比如外部輸出元件KM1，一端接Q0.0，另一端接N極。輸出端主要是對電機(jī)進(jìn)行啟停輸出控制。3.4變頻器參數(shù)的設(shè)置在自動分揀系統(tǒng)中，PLC與變頻器G120C之間的通訊是通過RS485接口實(shí)現(xiàn)的。這種通訊方式允許PLC發(fā)送指令給變頻器，并接收變頻器的反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和方向的精準(zhǔn)控制。為了確保通訊的穩(wěn)定性和可靠性，需要對G120C變頻器的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。這些參數(shù)的設(shè)定如表3.2所示，包含了各種關(guān)鍵的設(shè)置值，如地址、波特率、停止位等。通過這些參數(shù)的設(shè)定，可以優(yōu)化變頻器的性能，并確保其與PLC之間的通訊流暢無阻。表3.2中的參數(shù)設(shè)定是經(jīng)過仔細(xì)調(diào)試和驗(yàn)證的，以確保自動分揀系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的高效和穩(wěn)定。表3-2G120C變頻器參數(shù)設(shè)置表序號參數(shù)設(shè)置值說明1P001030參數(shù)復(fù)位2P09701啟動參數(shù)復(fù)位3P00101快速調(diào)試4P001521USS宏連接5P03001設(shè)置為異步電機(jī)6P0304380V電機(jī)額定電壓7P03050.13A電機(jī)額定電流8P03070.03KW電機(jī)額定功率9P031050Hz電機(jī)額定頻率10P03111300r電機(jī)額定轉(zhuǎn)速11P11200.1s加速時(shí)間12P11210.1s減速時(shí)間13P19000電機(jī)數(shù)據(jù)檢查14P200050基頻15P20301現(xiàn)場總線協(xié)議選擇USS16P20206現(xiàn)場總線波特率（可選）17P20210USS地址（在地址撥碼開關(guān)都為OFF時(shí)，才有效）18P20400過程數(shù)據(jù)監(jiān)控時(shí)間19P00100電機(jī)就緒20P09711保持參數(shù)

第四章分揀單元的程序優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1程序流程圖在自動分揀系統(tǒng)中，當(dāng)物料被放置在分揀單元的料臺上并檢測到工件時(shí)，PLC控制程序會啟動變頻器，使減速電機(jī)開始工作。這個(gè)過程首先涉及將物料進(jìn)行糾正，以確保其正確位置。糾正后，物料被送至檢測區(qū)域，以便進(jìn)行物料識別。識別完成后，物料將被傳送到分揀推桿的位置。此時(shí)，變頻器將停止電機(jī)，并且分揀推桿會被推出，將物料推至指定位置。一旦分揀推桿到達(dá)到位，分揀氣缸將縮回，完成整個(gè)分揀工序。在整個(gè)分揀過程中，每當(dāng)完成六個(gè)物料的分揀，系統(tǒng)就會發(fā)出一個(gè)分揀完成的信號，為下一次工件的分揀做好準(zhǔn)備。圖4-1流程圖值得注意的是，在按下停止按鈕后，系統(tǒng)需要等待一個(gè)完整的分揀循環(huán)結(jié)束才能真正停止。這個(gè)流程的詳細(xì)步驟可以在圖4.1中找到，它清晰地展示了從物料檢測到分揀完成的全過程。4.2組態(tài)變量的建立添加到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，如圖4-2所示。圖4-2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫4.3設(shè)備組態(tài)建立打開MCGS編輯軟件，打開設(shè)備窗口，如下圖4-3所示。圖4-3打開設(shè)備窗口在進(jìn)行西門子Smart200PLC的操作時(shí)，本文可以利用設(shè)備工具箱中的相關(guān)圖標(biāo)來進(jìn)行。具體來說，在設(shè)備的組態(tài)窗口中，本文只需簡單地點(diǎn)擊相應(yīng)的位置，就可以出現(xiàn)設(shè)備0，如圖4-4所示。這個(gè)操作步驟簡單易懂，有助于本文快速地完成設(shè)備的配置和組態(tài)。圖4-4添加設(shè)備0本文需要雙擊設(shè)備0，以便對其屬性進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)置過程中，本文需要將本地IP地址修改為觸摸屏的IP地址，同時(shí)將遠(yuǎn)程IP地址修改為PLC的IP地址。其它的設(shè)置值，本文可以選擇保持默認(rèn)。具體的設(shè)置過程和結(jié)果，可以通過圖4-5來進(jìn)行查看和理解。圖4-5設(shè)備屬性值設(shè)置在設(shè)備屬性設(shè)置界面，本文需要重點(diǎn)關(guān)注IP地址的設(shè)置。具體來說，本文需要將本地IP地址修改為觸摸屏的IP地址，同時(shí)將遠(yuǎn)程IP地址修改為PLC的IP地址。其它的設(shè)置值，本文可以選擇保持默認(rèn)。完成這些設(shè)置后，本文可以通過圖4-5來查看設(shè)置過程和結(jié)果。此外，為了進(jìn)一步完成設(shè)備的配置，本文還需要增加設(shè)備通道。具體操作是，打開西門子_Smart200通道屬性設(shè)置，點(diǎn)擊增加通道，然后增加相應(yīng)的地址等。這個(gè)過程可以通過圖4-6來進(jìn)行展示和理解。設(shè)備屬性名設(shè)備屬性值說明內(nèi)部屬性設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性用于配置設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)采集優(yōu)化1-優(yōu)化優(yōu)化采集過程設(shè)備名稱設(shè)備0設(shè)備的唯一標(biāo)識設(shè)備注釋西門子_Smart200設(shè)備的描述信息初始工作狀態(tài)1-啟動設(shè)備啟動時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)最小采集周期(ms)100設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的最小時(shí)間間隔TCP/IP通訊延時(shí)200TCP/IP通信過程中的延時(shí)重建TCP/IP連接等待時(shí)間[s]10設(shè)備重新連接TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的等待時(shí)間機(jī)架號[Rack]2設(shè)備所在的機(jī)架編號槽號[S1ot]2設(shè)備所在的槽位編號快速采集次數(shù)未提供具體數(shù)值本地IP地址192.168.0.190設(shè)備本地網(wǎng)絡(luò)的IP地址本地端口號3000設(shè)備本地網(wǎng)絡(luò)的端口號遠(yuǎn)端IP地址192.168.0.5設(shè)備遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的IP地址遠(yuǎn)端端口號102設(shè)備遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的端口號圖4.6增加通道4.4建立畫面在構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，首先需要根據(jù)具體的工藝流程和控制需求來確立監(jiān)控畫面的框架。這一過程中，關(guān)鍵在于理解工藝流程和控制邏輯，以確保監(jiān)控畫面能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際生產(chǎn)狀況。接下來，為了使監(jiān)控畫面更加直觀和生動，本文采用了組態(tài)動畫技術(shù)。這種技術(shù)能夠?qū)⑸a(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)以動畫的形式展示出來，使得操作人員可以直觀地了解到設(shè)備的工作狀態(tài)和生產(chǎn)進(jìn)度。最后，完成的監(jiān)控畫面如圖4-7所示。這個(gè)畫面不僅包含了必要的監(jiān)控信息，而且通過組態(tài)動畫的運(yùn)用，使得整個(gè)監(jiān)控過程更加生動和直觀。圖4-7界面最終完成圖4.5程序優(yōu)化一為了實(shí)現(xiàn)對九種不同物料的準(zhǔn)確識別，本文最終決定采用一種結(jié)合了光纖傳感器和電感式傳感器的方法。這兩種傳感器各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但也存在一些局限性。通過將它們結(jié)合起來，本文可以充分利用各自的優(yōu)勢，同時(shí)彌補(bǔ)彼此的不足，從而實(shí)現(xiàn)對九種物料的準(zhǔn)確識別。光纖傳感器具有高靈敏度和高精度的特點(diǎn)，能夠?qū)ξ锪系募?xì)微變化進(jìn)行檢測。然而，它在一定程度上受到環(huán)境因素的影響，如溫度和濕度等，這可能會對識別結(jié)果產(chǎn)生一定的干擾。電感式傳感器則具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定工作。但它對物料的細(xì)微變化檢測能力相對較弱。通過將這兩種傳感器結(jié)合起來，本文可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。光纖傳感器負(fù)責(zé)對物料的細(xì)微變化進(jìn)行檢測，而電感式傳感器則負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定的識別結(jié)果，抵抗環(huán)境因素的干擾。這樣，本文就可以同時(shí)獲得高靈敏度和高抗干擾能力的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對九種物料的準(zhǔn)確識別。。為了更好地比較和分析兩種傳感器的性能，本文將測試結(jié)果整理成了表格，即表4-1。通過觀察表4-1，本文可以明顯地看出，計(jì)數(shù)器在測試四種物料時(shí)，即白殼黑芯、黑殼黑芯、金屬殼白芯、金屬殼黑芯，能夠達(dá)到較高的準(zhǔn)確率。然而，對于剩下的五種物料，計(jì)數(shù)器的識別能力明顯不足，無法準(zhǔn)確地區(qū)分它們。這一結(jié)果提示本文，雖然光纖傳感器和電感式傳感器各自具有一定的優(yōu)勢，但它們在識別不同物料時(shí)仍存在一定的局限性。因此，本文需要進(jìn)一步研究如何結(jié)合這兩種傳感器的優(yōu)點(diǎn)，以提高識別物料的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。綜上所述，通過實(shí)驗(yàn)本文發(fā)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器在測試四種物料時(shí)表現(xiàn)良好，但對于另外五種物料的識別能力有限。這為本文今后的研究提供了方向，即如何有效地結(jié)合光纖傳感器和電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對九種物料的準(zhǔn)確識別。表4-1計(jì)數(shù)表物料|傳感器光纖傳感器電感式傳感器白殼白芯1次0次白殼黑芯2次0次白殼金屬芯1次1次黑殼白芯1次0次黑殼黑芯0次0次黑殼金屬芯1次1次金屬殼白芯1次2次金屬殼黑芯2次2次金屬殼金屬芯1次1次在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，本文采用了另一種方法，即以20Hz的頻率使用光纖傳感器和電感式傳感器對九種物料進(jìn)行測試和計(jì)時(shí)。所有的測試結(jié)果都被詳細(xì)地記錄在表4-2中。通過仔細(xì)分析表4-2，本文發(fā)現(xiàn)，盡管時(shí)間可以用來區(qū)分九種不同的物料，但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)測試頻率提高到25Hz及以上時(shí)，這種方法的識別準(zhǔn)確度并不如計(jì)數(shù)方法高。這一發(fā)現(xiàn)提示本文，雖然時(shí)間是一個(gè)可以用來區(qū)分物料的參數(shù)，但在高頻率的測試環(huán)境下，它的準(zhǔn)確性會受到影響。這一結(jié)果對本文的研究工作具有重要的指導(dǎo)意義。它告訴本文，在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在高頻率的測試環(huán)境下，使用時(shí)間來區(qū)分物料可能會遇到準(zhǔn)確性的問題。因此，本文需要探索其他的方法和技術(shù)，以提高在高頻率環(huán)境下對物料進(jìn)行識別的準(zhǔn)確度。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然時(shí)間可以用來區(qū)分九種物料，但在高頻率的測試環(huán)境下，其識別準(zhǔn)確度不如計(jì)數(shù)方法。這一發(fā)現(xiàn)為本文提供了重要的研究方向，即如何在高頻率環(huán)境下提高物料識別的準(zhǔn)確度。表4-2計(jì)時(shí)表物料|傳感器光纖傳感器電感式傳感器白殼白芯300ms-325ms0ms白殼黑芯170ms-177ms0ms白殼金屬芯295ms-318ms145ms-167ms黑殼白芯209ms-227ms0ms黑殼黑芯0ms0ms黑殼金屬芯200ms-224ms145ms-167ms金屬殼白芯315ms-333ms110ms-116ms金屬殼黑芯170ms-216ms118ms-124ms金屬殼金屬芯325ms-341ms269ms-294ms通過分析表4-1中的數(shù)據(jù)，本文發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器在識別芯件方面表現(xiàn)出色，能夠精確地區(qū)分不同類型的芯件。具體來說，無論是白色芯件還是金屬芯件，光纖傳感器在計(jì)數(shù)時(shí)都只記錄了一次。同理，當(dāng)芯件是金屬時(shí)，電感式傳感器也只進(jìn)行了一次計(jì)數(shù)。對于殼件的識別，情況則有所不同。本文發(fā)現(xiàn)，只有在光纖傳感器進(jìn)行兩次計(jì)數(shù)的情況下，才能準(zhǔn)確地區(qū)分出白色殼件和金屬殼件。而當(dāng)電感式傳感器進(jìn)行兩次計(jì)數(shù)時(shí)，它能夠準(zhǔn)確識別出金屬殼件。這些數(shù)據(jù)表明，計(jì)數(shù)器在識別芯件方面具有較高的準(zhǔn)確性。然而，對于殼件的識別，需要結(jié)合光纖傳感器和電感式傳感器兩次計(jì)數(shù)的結(jié)果，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的識別。在實(shí)驗(yàn)中，本文發(fā)現(xiàn)計(jì)時(shí)器能夠有效地識別九種不同的物料。然而，由于每個(gè)殼件和芯件的表面清潔度存在差異，這導(dǎo)致同一種物料的測試時(shí)間范圍較大，從而影響到識別的準(zhǔn)確性。特別是在高頻率（25Hz及以上）的分揀速度下，清潔度較好的物料檢測時(shí)間較長，而清潔度較差的物料檢測時(shí)間較短，這可能會導(dǎo)致在高頻率分揀時(shí)出現(xiàn)物料識別錯(cuò)誤的情況。進(jìn)一步分析表4-2中的數(shù)據(jù)，本文可以看到不同物料通過光纖傳感器和電感式傳感器的檢測時(shí)間有明顯的差異。對于光纖傳感器，黑殼白芯物料的檢測時(shí)間范圍在209ms到227ms之間，白殼白芯物料在300ms到325ms之間，白殼金屬芯物料在295ms到318ms之間。值得注意的是，單個(gè)白芯件的檢測時(shí)間如果超過227ms，就可以確定它不是白色殼件。在電感式傳感器方面，金屬殼白芯物料的檢測時(shí)間在110ms到116ms之間，金屬殼金屬芯物料在269ms到294ms之間，而白殼金屬芯和黑殼金屬芯物料的檢測時(shí)間則在145ms到167ms之間。對于單個(gè)金屬芯件，如果檢測時(shí)間超過167ms，就可以判斷它是金屬殼件。這些數(shù)據(jù)為本文提供了識別不同物料的依據(jù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，本文需要注意物料表面清潔度對檢測時(shí)間的影響，特別是在高頻率的分揀環(huán)境中。在分析識別物料的準(zhǔn)確性時(shí)，本文發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)方法在區(qū)分芯件方面具有高精準(zhǔn)度。具體來說，通過光纖傳感器，本文發(fā)現(xiàn)只計(jì)一次數(shù)的芯件是白色或金屬芯件，而計(jì)兩次數(shù)或零次數(shù)的是黑色芯件。另一方面，電感式傳感器僅計(jì)一次數(shù)時(shí)即可確定為核心金屬芯件。對于殼件的識別，光纖傳感器的行為模式有所不同。當(dāng)計(jì)數(shù)為零時(shí)，表明殼件為黑色；計(jì)兩次數(shù)時(shí)，則為白色殼件或金屬殼件。此外，當(dāng)光纖傳感器計(jì)一次數(shù)且時(shí)間超過255ms時(shí)，可以確定殼件為白色或金屬殼件，這一閾值是通過大量測試白殼白芯與黑殼白芯光纖得出的中間值。在電感式傳感器方面，計(jì)兩次數(shù)時(shí)可識別為金屬殼件。而當(dāng)計(jì)一次數(shù)且時(shí)間超過170ms時(shí)，可以判斷為金屬殼，這一閾值是通過大量測試白殼金屬芯和黑殼金屬芯與金屬殼金屬芯得出的中間值。為了確保在高頻率分揀時(shí)計(jì)時(shí)器的比較值仍然有效，本文需要對光纖傳感器和電感式傳感器的時(shí)間比較值進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)文章分析結(jié)果，本文可以得知，對于光纖傳感器，以20Hz頻率為基礎(chǔ)，每增加1Hz頻率，計(jì)時(shí)器的比較時(shí)間需要減少7ms；而對于電感式傳感器，每增加1Hz頻率，計(jì)時(shí)器的比較時(shí)間減少5ms。這些調(diào)整值需要被寫入PLC中，以便PLC能夠根據(jù)不同的頻率自行計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間比較值。這里本文可以采用差補(bǔ)法，讓PLC自動進(jìn)行計(jì)算。通過這種方式，本文能夠確保在高頻率分揀時(shí)，計(jì)時(shí)器的比較值仍然準(zhǔn)確有效，從而提高分揀的效率和準(zhǔn)確性。通過計(jì)數(shù)和時(shí)間調(diào)整的方案，本文可以有效地提高傳感器在高頻率下對物料識別的精準(zhǔn)度。具體來說，本文需要對光纖傳感器和電感式傳感器的時(shí)間比較值進(jìn)行調(diào)整，以確保它們在不同頻率下都能保持準(zhǔn)確的識別效果。對于光纖傳感器，本文以20Hz頻率為基礎(chǔ)，每增加1Hz頻率，計(jì)時(shí)器的比較時(shí)間就需要減少7ms。而對于電感式傳感器，每增加1Hz頻率，計(jì)時(shí)器的比較時(shí)間減少5ms。這樣的調(diào)整可以幫助本文在高頻率下保持準(zhǔn)確的識別效果。為了實(shí)現(xiàn)這一方案，本文需要將這些調(diào)整值寫入PLC中，并采用差補(bǔ)法讓PLC自行計(jì)算其他頻率下的時(shí)間比較值。這樣，無論是低、中、高頻率，本文的傳感器都能保持與三個(gè)傳感器相同的物料識別精準(zhǔn)度。4.6程序優(yōu)化二分揀單元在實(shí)際操作中的物料入槽率僅為70%到75%。經(jīng)過長時(shí)間的觀察和對分揀單元結(jié)構(gòu)的深入分析，本文發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的程序并沒有充分利用進(jìn)料導(dǎo)向器的糾正功能。具體來說，現(xiàn)有的程序只利用了進(jìn)料導(dǎo)向器的左右糾正功能，而忽略了其前后糾正功能。圖4-8導(dǎo)向器圖為了提升物料的入槽率，關(guān)鍵在于引入前后糾正步驟。具體操作上，每次送至分揀單元的物料需要先倒退至進(jìn)料導(dǎo)向器的最尾端，在此過程中進(jìn)行物料的檢測和分揀。在傳統(tǒng)程序中，本文面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是入槽率不高導(dǎo)致頻率變動時(shí)必須重新測量每個(gè)槽位的脈沖當(dāng)量。這種做法在頻率波動超過2Hz時(shí)尤為耗時(shí)。為了克服這一挑戰(zhàn)并提高自動化水平，本文進(jìn)行了大量測試，并對比了不同頻率下的數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，以20Hz頻率為基礎(chǔ)，每增加1Hz頻率，每個(gè)槽位的脈沖當(dāng)量應(yīng)減少16個(gè)脈沖?；谶@一發(fā)現(xiàn)，本文只需將20Hz頻率下的每個(gè)槽位的脈沖當(dāng)量寫入PLC，并利用差補(bǔ)法讓PLC自行計(jì)算其他頻率下的每個(gè)槽位的脈沖當(dāng)量。4.7程序設(shè)計(jì)程序分為五個(gè)部分：主程序、分揀物料控制子程序、槽位選擇子程序、槽位補(bǔ)差子程序、時(shí)間補(bǔ)差子程序。主程序承擔(dān)著系統(tǒng)啟動、檢查系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒、顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、控制系統(tǒng)的啟停及急停等重要功能。它確保了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和操作安全。分揀物料控制子程序負(fù)責(zé)工件的自動分揀和檢測識別物料的過程。這是實(shí)現(xiàn)高效分揀的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保了物料的準(zhǔn)確識別和分揀。槽位選擇子程序則專注于檢測觸摸屏上的槽位選擇是否符合要求。它確保了用戶輸入的準(zhǔn)確性，避免了錯(cuò)誤的槽位選擇。槽位補(bǔ)差子程序的主要作用是補(bǔ)差以20Hz頻率為基準(zhǔn)的脈沖當(dāng)量，計(jì)算其他頻率的脈沖當(dāng)量。這有助于提高系統(tǒng)在不同頻率下的精確度。時(shí)間補(bǔ)差子程序則負(fù)責(zé)補(bǔ)差以20Hz頻率為基準(zhǔn)的兩個(gè)傳感器的時(shí)間比較值，計(jì)算其他頻率的時(shí)間比較值。這保證了傳感器在不同頻率下的一致性和準(zhǔn)確性。以上各子程序協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)了工件自動分揀系統(tǒng)的精確控制。具體的程序細(xì)節(jié)見圖4-9至4-25，它們共同構(gòu)成了一個(gè)完整的自動化分揀解決方案。圖4-9主程序梯形圖一圖4-10主程序梯形圖二圖4-11主程序梯形圖三圖4-12主程序梯形圖四圖4-13主程序梯形圖五圖4-14主程序梯形圖六圖4-15高數(shù)技術(shù)器子程序梯形圖圖4-16分揀物料控制子程序梯形圖一圖4-17分揀物料控制子程序梯形圖二圖4-18分揀物料子程序梯形圖三圖4-19分揀物料子程序梯形圖四圖4-20槽位選擇子程序梯形圖一圖4-21槽位選擇子程序梯形圖二圖4-22槽位選擇子程序梯形圖三圖4-23槽位選擇子程序梯形圖四圖4-24槽位補(bǔ)差子程序梯形圖圖4-25時(shí)間補(bǔ)差子程序梯形圖

第五章分揀單元系統(tǒng)調(diào)試為了確保系統(tǒng)的順利運(yùn)行，首先需要根據(jù)I/O接線圖進(jìn)行I/O接線，確保所有的輸入輸出設(shè)備都能夠正確連接。接下來，將設(shè)計(jì)的程序下載到PLC中，這是實(shí)現(xiàn)自動化控制的核心。同時(shí)，也需要下載組態(tài)界面，以便于操作人員能夠直觀地監(jiān)控和控制系統(tǒng)。完成上述準(zhǔn)備工作后，便可以開始進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試過程是確保系統(tǒng)按照預(yù)期運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，它涉及到檢查和調(diào)整各個(gè)環(huán)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過這一系列的步驟，可以確保系統(tǒng)在正式運(yùn)行前達(dá)到最佳狀態(tài)，為后續(xù)的自動化分揀工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，本文拍攝了一些關(guān)于自動化生產(chǎn)線的實(shí)體照片。這些照片記錄了本文在實(shí)訓(xùn)平臺上的實(shí)際操作，其中涉及對自動分揀裝置的改造和設(shè)計(jì)。這一過程的目的是為了在實(shí)踐中驗(yàn)證自動分揀裝置設(shè)計(jì)的可行性。為了確保理論知識和實(shí)際操作的一致性，本文對PLC編程程序進(jìn)行了詳細(xì)的檢驗(yàn)。這個(gè)過程幫助本文清晰地認(rèn)識到理論與實(shí)踐之間的差異，并據(jù)此對程序進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。此外，本文還根據(jù)I/O分配圖完成了I/O接線工作，這是確保自動化生產(chǎn)線各部分正確通信的關(guān)鍵步驟。其中主程序運(yùn)行監(jiān)控如圖5-4至5-15所示。自動化生產(chǎn)線中PLC程序具有不同網(wǎng)絡(luò)的作用。首先，主程序負(fù)責(zé)在PLC開機(jī)時(shí)對輸出及中間繼電器進(jìn)行上電復(fù)位，并啟用變頻通訊，確保系統(tǒng)的正常通訊和運(yùn)行。其次，網(wǎng)絡(luò)2負(fù)責(zé)控制和激活變頻器，這是調(diào)節(jié)電機(jī)速度的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)3則負(fù)責(zé)初始化高數(shù)計(jì)數(shù)器，并對推桿一、二、三進(jìn)行復(fù)位，確保計(jì)數(shù)準(zhǔn)確和推桿位置正確。此外，網(wǎng)絡(luò)4負(fù)責(zé)控制觸摸屏和指示燈的顯示狀態(tài)，讓操作人員能夠?qū)崟r(shí)了解系統(tǒng)狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)5到網(wǎng)絡(luò)6則處理觸摸屏和按鈕的啟?？刂疲峁┯脩舨僮鹘缑?。最后，網(wǎng)絡(luò)7在物料分揀時(shí)起到糾正物料前后位置的作用，保證分揀的準(zhǔn)確性。這些網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，確保了自動化生產(chǎn)線的順暢運(yùn)行和物料分揀的高效準(zhǔn)確性。通過對這些網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)分析和理解，可以更好地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和優(yōu)化，提高生產(chǎn)線的整體性能。圖5-4主程序監(jiān)控一圖5-5主程序監(jiān)控二圖5-6主程序監(jiān)控三圖5-7主程序監(jiān)控四圖5-8主程序監(jiān)控五圖5-8主程序監(jiān)控六圖5-9主程序監(jiān)控七分揀物料控制子程序運(yùn)行監(jiān)控如圖5-10至5-16所示。在自動化生產(chǎn)線的分揀子程序中，S0.0步承擔(dān)著關(guān)鍵的角色。它通過檢測區(qū)中的光纖傳感器和電感式傳感器來對物料進(jìn)行細(xì)致的分類和識別。這一過程涉及到對傳感器計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)間的比較分析，以便準(zhǔn)確地區(qū)分不同類型的物料。具體來說，S0.0步能夠識別三種不同的殼件，它們的代號分別是VW19。白殼件被標(biāo)記為1，黑殼件為0，金屬殼件為2。對于芯件，也有三種不同的代號，VW9。白芯件被標(biāo)記為4，黑芯件為0，金屬芯件為9。此外，還有一種更為復(fù)雜的芯件代號VW29，它包括了多種組合，涵蓋了殼件和芯件的顏色和材質(zhì)的多種可能性。在完成這些檢測之后，物料將被引導(dǎo)至分揀區(qū)，并跳轉(zhuǎn)至S0.1步，繼續(xù)后續(xù)的分揀流程。這一系列的精確操作確保了自動化生產(chǎn)線能夠高效、準(zhǔn)確地對不同物料進(jìn)行分揀，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在自動化生產(chǎn)線的分揀程序中，S0.1步承擔(dān)著將物料準(zhǔn)確送入指定槽位的重要任務(wù)。當(dāng)物料進(jìn)入分揀區(qū)域后，操作人員通過觸摸屏選擇目標(biāo)槽位。一旦物料到達(dá)選定的槽位，程序?qū)油屏蠙C(jī)制，將物料推入槽位。完成推料動作后，該物料的分揀過程即告結(jié)束。系統(tǒng)隨后進(jìn)入等待狀態(tài)，準(zhǔn)備迎接下一物料的到來。這樣的操作流程確保了物料能夠被高效、準(zhǔn)確地分揀到指定的位置，提高了整個(gè)自動化生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和準(zhǔn)確性。通過精確的觸摸屏控制，操作人員可以輕松地管理分揀過程。圖5-10分揀物料控制子程序監(jiān)控一圖5-11分揀物料控制子程序監(jiān)控二圖5-12分揀物料控制子程序監(jiān)控三圖5-13分揀物料控制子程序監(jiān)控四圖5-14分揀物料控制子程序監(jiān)控五圖5-15分揀物料控制子程序監(jiān)控六自動化生產(chǎn)線中槽位選擇子程序的運(yùn)行監(jiān)控。以槽位三為例，監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)控制要求同時(shí)遞增和遞減來計(jì)算每個(gè)槽位是否有兩個(gè)以上的物料，并判斷是否需要設(shè)置頻率。在監(jiān)控過程中，涉及到多種物料的代號，包括VW31代表白殼白芯、VW33代表白殼黑芯、VW35代表白殼金屬芯、VW41代表黑殼白芯、VW43代表黑殼黑芯、VW45代表黑殼金屬芯、VW51代表金屬殼白芯、VW53代表金屬殼黑芯、VW55代表金屬殼金屬芯。此外，還有對應(yīng)的槽位代號VW61、VW63、VW65。頻率的設(shè)置則由VD1004代表。通過這樣的監(jiān)控系統(tǒng)，自動化生產(chǎn)線能夠精確地控制物料的分配和頻率的設(shè)置，確保生產(chǎn)過程的高效和準(zhǔn)確性。通過對各種物料代號和槽位代號的分析，操作人員可以更好地了解生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。圖5-16槽位選擇子程序監(jiān)控一圖5-17槽位選擇子程序監(jiān)控二自動化生產(chǎn)線中槽位補(bǔ)差子程序的運(yùn)行監(jiān)控。以槽位三為例，監(jiān)控系統(tǒng)通過槽位脈沖計(jì)算來實(shí)現(xiàn)對物料的精確控制。脈沖計(jì)算以20Hz頻率為基礎(chǔ)，這意味著生產(chǎn)線的運(yùn)行速度以此頻率為基準(zhǔn)。而每增加1Hz頻率，每個(gè)槽位的脈沖當(dāng)量就