基于yl235a的機械手分揀生產(chǎn)線設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　基于YL-235A設(shè)備的工件分揀生產(chǎn)線設(shè)計</p><p>　　本文的設(shè)計任務(wù)就是設(shè)計一條能夠自動對于金屬與非金屬、黑色以及非黑色工件進(jìn)行識別，并且將這些工件進(jìn)行分揀堆放的自動生產(chǎn)線。執(zhí)行系統(tǒng)與電控系統(tǒng)組成了生產(chǎn)線。</p><p>　　PLC自從問世以來就在自動控制各個行業(yè)發(fā)揮著難以取代的核心控制作用。PLC運行可靠，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，PLC和工控機（IPC

2、）相比，其運行可靠、可擴展性好、便于電氣連接、控制更專業(yè)，但是工控機良好的人機界面，方便高級語言都是PLC所不能比擬的?！　〗M態(tài)軟件在很多場合應(yīng)用于控制，可整個控制的中心往往還是PLC，組態(tài)軟件（上位機）所起的控制作用很小。人機界面一般用于簡單的動作控制，工藝參數(shù)的編制，配方的設(shè)定等等，雖然在概念上屬于控制范疇，但它并未真正起到核心控制作用，因為真正長期的自動運行控制是由PLC完成。我們不經(jīng)常使用工控機作為核心控制部分的原因有兩點：第

3、一，工控機不適于在很惡略的環(huán)境下運行；第二，工控機經(jīng)常采用的Windows系統(tǒng)并不能夠讓人放心，其長期運行效果并不好?！　”M管PLC、IPC在自動化控制中扮演不同角色，在許多運行連續(xù)時間較短，環(huán)境相對比較好的地方，人們還是希望使用IPC進(jìn)行核心控制。使用IPC進(jìn)行核心控制有很多種實現(xiàn)方式，當(dāng)然其中最為簡單的辦法就是使用組態(tài)軟件。在工廠和企業(yè)里面PLC一直是實現(xiàn)自動化的有效方式，而且目前國內(nèi)真正懂得PLC的人才太少，希望針對</p

4、><p>　　1 工件分揀生產(chǎn)線的工作流程及工作原理</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計項目亞龍YL-235A工件分揀生產(chǎn)線設(shè)計主要包含了電氣自動化專業(yè)學(xué)習(xí)中所涉及的諸如電機驅(qū)動、機械傳動、氣動、觸摸屏控制、可編程控制器、傳感器，變頻調(diào)速等多項技術(shù)，為我們提供了一個典型的綜合設(shè)計環(huán)境，使學(xué)生對過去學(xué)過的諸多單科的專業(yè)和基礎(chǔ)知識，在這里能得到全面的認(rèn)識與鞏固、綜合的訓(xùn)練和實際運用。亞龍YL-235

5、A型光機電一體化實訓(xùn)考核裝置既包含了機電一體化專業(yè)所涉及的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識和基本的機電技能要求，也體現(xiàn)了當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用。同時為我們提供了一個典型的、可進(jìn)行綜合訓(xùn)練的工程環(huán)境，為我們構(gòu)建了一個可充分發(fā)揮學(xué)生潛能和創(chuàng)造力的實踐平臺</p><p><b>　　1.1工作流程</b></p><p><b>　　圖1 工作流程圖</b&g

6、t;</p><p><b>　　1.2工作原理</b></p><p>　　在觸摸屏上按啟動按扭后，裝置進(jìn)行復(fù)位過程，當(dāng)裝置復(fù)位到位后，由PLC啟動送料電機驅(qū)動放料盤旋轉(zhuǎn)，物料由送料盤滑到物料檢測位置，物料檢測光電傳感器檢測；如果送料電機運行若干秒鐘后，物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構(gòu)已經(jīng)無物料或故障，這時要停機并報警；當(dāng)物料檢測光電傳感器檢測到有物

7、料，將給PLC發(fā)出信號,由PLC驅(qū)動機械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉(zhuǎn)到右限位，手臂伸出，手爪下降，將物料放到傳送帶上，落料口的物料檢測傳感器檢測到物料后啟動傳送帶輸送物料，同時機械手按原來位置返回，進(jìn)行下一個流程；傳感器則根據(jù)物料的材料特性、顏色等特性進(jìn)行辨別，分別由PLC控制相應(yīng)電磁閥使氣缸動作，對物料進(jìn)行分揀。</p><p>　　1.3 YL235A器材簡介</p>

8、<p>　　YL235A的準(zhǔn)備器材由:實訓(xùn)控制臺一臺（電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器模塊、警示燈），電工常用工具一套，計算機一臺，連接導(dǎo)線若干，機械手模擬顯示模塊一塊，傳送帶和物料槽、變頻器、電機構(gòu)成。</p><p>　　電源模塊：三相電源總開關(guān)（帶漏電和短路保護(hù)）、熔斷器。單相電源插座用于模塊電源連接和給外部設(shè)備提供電源，模塊之間電源連接采用安全導(dǎo)線方式連接。</p><

9、p><b>　　圖2 電源模塊</b></p><p>　　按鈕模塊：提供了多種不同功能的按鈕和指示燈（DC24V），急停按鈕、轉(zhuǎn)換開</p><p>　　關(guān)、蜂鳴器。所有接口采用安全插連接。內(nèi)置開關(guān)電源（24V/6A一組，12V/2A一組，）為外部設(shè)備工作提供電源。</p><p><b>　　圖3 按鈕模塊</b&

10、gt;</p><p>　　PLC模塊：采用西門子S7-200CN系列數(shù)字量輸出模塊EM222 輸出，所有接口采用安全插連接。</p><p><b>　　圖4 PLC模塊</b></p><p>　　變頻器模塊：三菱E540-0.75KW 控制傳送帶電機轉(zhuǎn)動，所有接口采用安全插連接。</p><p><b>

11、　　圖5 變頻器</b></p><p>　　警示燈：共有綠色和紅色兩種顏色。引出線五根，其中并在一起的兩根粗線是電源線（紅線接“+24” ，黑紅雙色線接“GND” ），其余三根是信號控制線（棕色線為控制信號公共端，如果將控制信號線中的紅色線和棕色線接通，則紅燈閃爍，將控制信號線中的綠色線和棕色線接通，則綠燈閃爍）。</p><p><b>　　圖6 警示燈<

12、;/b></p><p>　　2 課題控制要求及意外情況處理</p><p>　　工件分揀設(shè)備能自動完成金屬工件、黑色塑料工件與白色塑料工件的傳送、分揀與包裝任務(wù)。</p><p>　　圖 設(shè)備控制流程圖</p><p><b>　　2.1課題控制要求</b></p><p>　　圖5 工

13、件分揀概況圖</p><p>　　2.1.1 初始狀態(tài)</p><p>　　通電后，紅色警示燈閃亮，提示工件分揀設(shè)備送電。此時，設(shè)備的相關(guān)部件應(yīng)為初始狀態(tài)。相關(guān)部件的初始狀態(tài)為：</p><p>　?、殴┝媳P的撥桿停止轉(zhuǎn)動。</p><p>　?、茩C械手停止在左限止位置，氣爪松開，手臂氣缸和懸臂氣缸活塞桿縮回。</p><

14、p>　?、莻魉蛶Ｖ惯\行，分揀氣缸A、B、C的活塞桿全部縮回復(fù)位。</p><p>　?、燃蓖０粹o處于復(fù)位位置（常開觸點斷開、常閉觸點閉合）。</p><p><b>　　2.1.2啟動</b></p><p>　　在設(shè)備相關(guān)部件為初始狀態(tài)的情況下，才能按下啟動按鈕SB5使設(shè)備進(jìn)入運行，紅色警示燈滅，綠色警示燈閃亮。如圖所示</p

15、><p><b>　　圖 運行啟動</b></p><p><b>　　2.1.3 送料 </b></p><p>　　按下啟動按鈕SB5后，若物料盤上的出口傳感器檢測無物料，則送料電動機開啟，驅(qū)動物料盤旋轉(zhuǎn)送料，當(dāng)出料口傳感器檢測到物料后停止送料；如果送料電動機運行20秒后，出料口傳感器仍沒檢測到物料，則停止送料，紅色警示燈

16、閃亮，報警器報警，直到按下復(fù)位按鈕才停止報警，并重新開始。</p><p>　　圖31 物料傳送機構(gòu)</p><p>　　1－磁性開關(guān)D-C73 2－傳送機構(gòu) 3－落料口傳感器 4－落料口 5－料槽</p><p>　　6－電感式傳感器 7－光纖傳感器 8－過濾調(diào)壓閥 9－節(jié)流閥 10－三相異步電機 11－光纖

17、放大器 12－推料氣缸</p><p>　　落料口傳感器：檢測是否有物料到傳送帶上，并給PLC一個輸入信號。</p><p>　　落料孔：物料落料位置定位。</p><p><b>　　料槽：放置物料。</b></p><p>　　電感式傳感器：檢測金屬材料，檢測距離為3~5mm。</p><

18、p>　　光纖傳感器：用于檢測不同顏色的物料，可通過調(diào)節(jié)光纖放大器來區(qū)分不同顏色的靈敏度。</p><p>　　三相異步電機：驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制。</p><p>　　推料氣缸：將物料推入料槽，由電控氣閥控制。</p><p>　　2.1.4 機械手搬送工件</p><p>　　圖30 機械手搬運機構(gòu)</p>&l

19、t;p>　　1－旋轉(zhuǎn)氣缸 2－非標(biāo)螺絲 3－氣動手爪 4－手爪磁性開關(guān)Y59BLS 5－提升氣缸</p><p>　　6－磁性開關(guān)D-C73 7－節(jié)流閥 8－伸縮氣缸 9－磁性開關(guān)D-Z73 10－左右限位傳感器 11－緩沖閥 12－安裝支架</p><p>　　手爪提升氣缸：提升氣缸采用雙向電控氣閥控制。</p>&l

20、t;p>　　磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當(dāng)檢測到氣缸準(zhǔn)確到位后將給PLC發(fā)出一個信號；（在應(yīng)用過程中棕色接PLC主機輸入端，藍(lán)色接輸入的公共端）</p><p>　　手爪: 抓取和松開物料由雙電控氣閥控制，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)氣缸：機械手臂的正反

21、轉(zhuǎn)，由雙電控氣閥控制。</p><p>　　接近傳感器：機械手臂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位后，接近傳感器信號輸出。（在應(yīng)用過程中 棕色線接直流24V電源“+”、藍(lán)色線接直流24V電源“-”、黑色線接PLC主機的輸入端）</p><p>　　雙桿氣缸：機械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。</p><p>　　當(dāng)出料口傳感器檢測到物

22、料且機械手和各氣缸活塞桿的位置正確時，按下啟動按鈕，機械手開始搬物加工。機械手懸臂伸出——下降——夾緊物料，夾緊1秒后——上升——縮回——右轉(zhuǎn)——伸出——下降——放物，延時1秒后——上升——縮回——左轉(zhuǎn)至左側(cè)極限位置停止，等待傳送帶上的工件分揀完成后再進(jìn)行下一次搬物。</p><p>　　圖4 機械手控制流程圖</p><p>　　2.1.5 工件的分揀</p><p&

23、gt;　　通過皮帶輸送機位置Ⅱ的進(jìn)料口到達(dá)傳送帶上的工件，按下面的方式分揀：</p><p>　　進(jìn)料口放入工件后，傳送帶啟動。放入傳送帶上金屬、白色塑料或黑色塑料中每種工件的第一個，由位置Ⅲ的氣缸A推入出料斜槽D；每種工件第二個由位置Ⅳ的氣缸B推入出料斜槽E；每種工件第二個以后的則由位置Ⅴ的氣缸C推入出料斜槽F。每次將工件推入斜槽，氣缸活塞桿縮回后，機械手再進(jìn)行搬運下一個工件。推料時，傳送帶要先停止。</

24、p><p>　　當(dāng)出料斜槽D和E中各有1個金屬、白色塑料和黑色塑料工件時，設(shè)備停止運行，綠色警示燈滅，紅色警示燈閃亮，報警器報警2秒，等待下一輪的工作。 </p><p>　　2.1.6 設(shè)備的停止</p><p>　　需要停止工作，按下停止按鈕SB6。</p><p>　　按下停止按鈕SB6時，所有正在工作的部件，應(yīng)完成當(dāng)前工件分揀成功后，

25、設(shè)備才能停止運行，綠色警示燈滅，紅色警示燈閃亮。再次啟動時，設(shè)備繼續(xù)運行。</p><p>　　2.2工件分揀設(shè)備的意外情況處理</p><p>　　機械手在夾持工件時可能會出現(xiàn)意外，請對這種情況作出下述處理與保護(hù)：</p><p>　　由于位置Ⅰ的機械手取件平臺的工件相互擠壓，使機械手氣爪夾持不到工件就提升。發(fā)生此種情況時，機械手應(yīng)立刻回到初始狀態(tài)并停止，同時蜂鳴

26、器發(fā)出鳴叫聲。</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)這種情況，蜂鳴器發(fā)出鳴叫后，工作人員應(yīng)按下急停按鈕QS使設(shè)備停止運行。QS按下后，蜂鳴器停止發(fā)聲。當(dāng)故障排除后，作人員將QS復(fù)位，設(shè)備將在停止時保持的狀態(tài)上繼續(xù)運行。</p><p>　　調(diào)試問題與解決：1、PLC I/O設(shè)置錯誤。解決：重新設(shè)置修改I/O。2、PLC上電不運行。解決：沒有將PLC開關(guān)檔位調(diào)到RUN位置，調(diào)到RUN位置運行。觸摸屏點

27、擊按鈕沒有反應(yīng)。3、觸摸屏點擊按鈕沒有反應(yīng)。解決：設(shè)置變量錯誤，重新修改變量。4、觸摸屏程序無法下載。解決：設(shè)置通訊接口錯誤，重新修改后正常可下載。5、通電后元器件不動作。解決：氣源沒有打開，打開后正常。</p><p>　　3.工件分揀生產(chǎn)線硬件設(shè)計</p><p>　　3.1機械部分硬件設(shè)計</p><p>　　工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的必然產(chǎn)物。它是一種模仿

28、人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)裝備。這種新穎技術(shù)裝備的出現(xiàn)和應(yīng)用，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用，因而具有強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機械手，由于使用場合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動地、

29、重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作。此外，還有些非自動化的裝備，具有與人體上肢類似的部分動作，結(jié)構(gòu)上與工業(yè)機械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機械手的范疇。例如，早期就有一種由人直接用繩索牽引進(jìn)行操作的隨動機械手和近期發(fā)展起來的由人工進(jìn)行操縱的機械手（如平衡吊），以及一些就近按鈕控制或遙控的非全自動的單循環(huán)的機械手等。</p><p>　　機械手的總體設(shè)計要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、容易操作、安全可靠、安裝維修方

30、便、經(jīng)濟性好。機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，幾乎遍及各行各業(yè)。</p><p>　　圖9 工件分揀概況圖</p><p>　　3.1.1工件分揀傳送裝置的設(shè)計</p><p>　　工件分揀傳送裝置的配置及功能：（1）落料口傳感器的功能有檢測是否有物料到傳送帶上，并給PLC一個輸入信號。（2）落料孔的功能有物料落料位置定位。（3）料槽的功能是放置物料。（4）電感式傳感器是

31、檢測金屬材料，檢測距離為3~5mm。（5）光纖傳感器是用于檢測不同顏色的物料，可通過調(diào)節(jié)光纖放大器來區(qū)分不同顏色的靈敏度。（6）三相異步電機是驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制。（7）推料氣缸是將物料推入料槽，由電控氣閥控制。</p><p><b>　　圖18 傳送帶</b></p><p>　　3.1.2機械手裝置的設(shè)計</p><p>　　整個

32、搬運機構(gòu)能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉(zhuǎn)、手爪上下、手爪松緊。（1）手爪提升氣缸是提升氣缸采用雙向電控氣閥控制。（2）磁性傳感器是用于氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當(dāng)檢測到氣缸準(zhǔn)確到位后將給PLC發(fā)出一個信號；（在應(yīng)用過程中棕色接PLC主機輸入端，藍(lán)色接輸入的公共端）（3）手爪是抓取和松開物料由雙電控氣閥控制，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。（4

33、）旋轉(zhuǎn)氣缸是機械手臂的正反轉(zhuǎn)，由雙電控氣閥控制。（5）接近傳感器是機械手臂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位后，接近傳感器信號輸出。（在應(yīng)用過程中 棕色線接直流24V電源“+”、藍(lán)色線接直流24V電源“-”、黑色線接PLC主機的輸入端）（6）伸縮氣缸是機械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。（7）緩沖器是 旋轉(zhuǎn)氣缸高速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時，起緩沖減速作用。</p><p>　　3.1.3氣動裝置

34、設(shè)計</p><p>　　本裝置氣動主要分為兩部分：一、氣動執(zhí)行元件部分有單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、氣動手爪。二、氣動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、磁性限位傳感器。</p><p>　　當(dāng)壓縮空氣從A管嘴進(jìn)入氣動執(zhí)行器時，氣體推動雙活塞向兩端(缸蓋端)直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪逆時針方向轉(zhuǎn)動90度，閥門即被打開。此時氣動執(zhí)行閥兩端的氣體隨B管

35、嘴排出。反之，當(dāng)壓縮空氣從B官嘴進(jìn)入氣動執(zhí)行器的兩端時，氣體推動雙塞向中間直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪順時針方向轉(zhuǎn)動90度，閥門即被關(guān)閉。此時氣動執(zhí)行器中間的氣體隨A管嘴排出。以上為標(biāo)準(zhǔn)型的傳動原理。根據(jù)用戶需求，氣動執(zhí)行器可裝置成與標(biāo)準(zhǔn)型相反的傳動原理，即選準(zhǔn)軸順時針方向轉(zhuǎn)動為開啟閥門，逆時針方向轉(zhuǎn)動為關(guān)閉閥門。單作用(彈簧復(fù)位型)氣動執(zhí)行器A管嘴為進(jìn)氣口，B管嘴為排氣孔(B管嘴應(yīng)安裝消聲器)。A管嘴進(jìn)氣為開啟閥門，斷氣時

36、靠彈簧力關(guān)閉閥門</p><p><b>　　圖6 氣路原理圖</b></p><p>　　按下按鈕SB4，選擇指示燈組為“2”狀態(tài)，指示燈HL6常亮、HL4與HL5熄滅，即為氣缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的調(diào)試。然后按下按鈕SB5，氣缸Ⅰ活塞桿伸出、按下按鈕SB6，氣缸Ⅰ活塞桿縮回。再按下按鈕SB5，氣缸Ⅱ活塞桿伸出，按下按鈕SB6，氣缸Ⅱ活塞桿縮回。再按下按鈕SB5，氣缸Ⅲ活塞桿

37、伸出，按下按鈕SB6，氣缸Ⅲ活塞桿縮回。</p><p>　　3.2 電氣部分硬件設(shè)計</p><p>　　圖7 電氣硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2.1電路設(shè)置的設(shè)計</p><p>　　PLC大多采用成批輸入/輸出的周期掃描方式工作，按用戶程序的先后次序逐條運行。一個完整的周期可分為三個階段： </p><

38、;p>　?、佥斎胨⑿码A段 程序開始時，監(jiān)控程序使機器以掃描方式逐個輸入所有輸入端口上的信號，并依次存入對應(yīng)的輸入映象寄存器</p><p>　?、诔绦蛱幚黼A段 所有的輸入端口采樣結(jié)束后，即開始進(jìn)行邏輯運算處理，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始，逐條加以執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運行結(jié)果，存入對應(yīng)的中間元件和輸出元件映象寄存器，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。 </p>

39、<p>　?、圯敵鏊⑿码A段 將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個輸出端口開始，到最后一個結(jié)束，依次讀入對應(yīng)的輸出鎖存器，從而驅(qū)動輸出器件形成可編程的實際輸出。</p><p>　　一般地，PLC的一個掃描周期約10ms，另外，可編程序控制器的輸入/輸出還有響應(yīng)滯后（輸入濾波約10ms），繼電器機械滯后約10ms，所以，一個信號從輸入到實際輸出，大約有20--30ms的滯后。</p>

40、<p><b>　　表1電路的設(shè)置</b></p><p>　　3.2.2.變頻器的設(shè)計</p><p>　　通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線上的n

41、0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。 變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，應(yīng)用了現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，價格昂貴但性能良好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機，而是廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應(yīng)用。變頻器（Variable-freq

42、uency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要</p><p><b>　　圖 三菱變頻器</b></p><

43、;p>　?、佟⑷庾冾l器參數(shù)設(shè)置的方法：</p><p>　　1、連續(xù)按壓 鍵，直至進(jìn)入?yún)?shù)寫入狀態(tài)，此時LED顯示為：Pr.0。</p><p>　　2、按壓 鍵，把參數(shù)調(diào)至Pr.340，開始調(diào)整Pr.340參數(shù)。</p><p>　　3、按壓 ，LED顯示Pr.340的初始值，按壓 鍵把Pr.340的值調(diào)整到2。</

44、p><p>　　4、持續(xù)按壓 鍵，直至Pr.340呈閃亮狀態(tài)，松開按鍵。</p><p>　　5、連續(xù)按壓 鍵，直至返回參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，LED顯示為：Pr.0。</p><p>　　6、以相同的方法把Pr.79調(diào)整為1。</p><p>　　7、連續(xù)按壓 鍵，直至返回頻率顯示狀態(tài)，LED顯示為：0。</p>

45、<p><b>　　8、參數(shù)設(shè)置完成。</b></p><p>　　表2變頻器參數(shù)設(shè)定值</p><p>　　3.2.3 PLC控制的設(shè)計</p><p>　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的具有計算機特點的控制器。按照物理結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式和模塊化。整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)

46、中采用整體式PLC。但是模塊化PLC的功能擴展方便靈活，I/點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)、特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便。因此，對于較復(fù)雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應(yīng)選用模塊化PLC。</p><p><b>　　圖7 電器連接圖</b></p><p>　　在本設(shè)計中，由于

47、輸入/輸出點數(shù)較多，為了便于以后的擴充，所以選擇了模塊化PLC結(jié)構(gòu)。在模塊化PLC結(jié)構(gòu)中，PLC由電源（PS）、中央處理器（CPU）、信號模板（SM）、功能模板（FM）、通信處理器（CP）等五種模塊組成。</p><p>　　PLC機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價格比，并且性能與任務(wù)相適應(yīng)。對于小型單臺、僅需要數(shù)字量控制的設(shè)備，一般的小型PLC（如西門子公司的S7-30

48、0系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以滿足要求。</p><p>　　PLC是一種以微型處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)自動控制裝置，它綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、維修方便、可靠性高等優(yōu)點，特別適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱之一。</p><p>　　圖8 PLC工作流程</p>

49、;<p>　　3.2.4 觸摸屏的設(shè)計</p><p>　　觸摸屏（Touch panel) 又成為觸控面板，是個可接入觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連接裝置，可用以替代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。</p><p><b>　　圖10 觸摸屏外觀<

50、/b></p><p><b>　　觸摸屏的工作特點：</b></p><p>　　可靠性高，正面的防護(hù)等級為IP65。</p><p>　　通用性強，大多數(shù)HMI設(shè)備基于Windows CE操作系統(tǒng)。</p><p>　　接口豐富，可以連接各主要生產(chǎn)廠家的PLC。</p><p>　　是全

51、集成自動化的一個重要組成部分，對不同的自動化系統(tǒng)具有開放性。</p><p>　　創(chuàng)新的HMI解決方案，例如移動面板和MP370的軟PLC功能。</p><p>　　使用統(tǒng)一的組態(tài)軟件WinCC fiexible 對所有的操作員設(shè)備組態(tài)，支持多種語言，全球通用。</p><p>　　觸摸屏是一種最直觀的操作設(shè)備，只要用手指觸摸屏幕上圖形對象，計算機便會執(zhí)行相應(yīng)的操作

52、。人的行為和機器的行為變得簡單、直接、自然，達(dá)到完美的統(tǒng)一。</p><p>　　為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接

53、收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。</p><p>　　圖10 人機界面工作原理圖4工件分揀生產(chǎn)線軟件設(shè)計</p><p>　　圖16 PLC運行模式圖</p><p>　　4.1PLC工作流程設(shè)計</p><p>　　在PLC控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，要將對象的各種測量參數(shù)，

54、按要求的方式送入PLC。PLC經(jīng)過運算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時也要把該輸出變換為適合于對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的量。所以，在PLC和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換裝置。這個裝置就是輸入/輸出（I/O）模塊。不同的信號形式，需要不同類型的I/O模塊。不同的I/O模塊，其電路和性能不同，它直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價格，應(yīng)該根據(jù)實際情況合理選擇。</p><p>　　在本設(shè)計的智能化厭氧環(huán)境發(fā)生

55、實驗系統(tǒng)中，需要與PLC連接的設(shè)備有電源、開關(guān)、指示燈、急停按鈕、各種傳感器（磁感應(yīng)接近開關(guān)和氣電轉(zhuǎn)換開關(guān)）、繼電器、電磁閥等設(shè)備。</p><p>　　輸入模塊的選擇：在本設(shè)計中，實驗系統(tǒng)中的輸入設(shè)備如急停按鈕、傳感器等，它們都只有兩種狀態(tài)：通或斷，對這類信號的拾取需要通過數(shù)字量輸入模塊來實現(xiàn)。輸入模塊最常見的為24V直流輸入，還有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。在本設(shè)計中，傳感器的電源供電

56、24V直流，因此選擇24V直流輸入數(shù)字量模塊。</p><p>　　其中，開關(guān)的作用是啟動和停止該系統(tǒng)的運行；急停按鈕的作用當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急情況或遇故障無法排除時，按下該按鈕，使設(shè)備能夠立即停止運行，起到了防護(hù)作用。</p><p>　　當(dāng)各個工位接收到“啟動”的信號傳輸后，夾緊氣缸和穿刺氣缸開始工作。每個工位夾緊氣缸的松、緊限位和穿刺氣缸的上、下限位的磁感應(yīng)接近開關(guān)共有四個，總共十二個；在

57、夾緊氣缸和穿刺氣缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應(yīng)接近開關(guān)，磁感應(yīng)接近開關(guān)的基本工作原理是：當(dāng)磁性物質(zhì)接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信號。若在氣缸的活塞（或活塞桿）上安裝上磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應(yīng)接近開關(guān)，就可以用這兩個傳感器分別標(biāo)識氣缸運動的兩個極限位置。當(dāng)氣缸的活塞桿運動哪一端時，哪一端的磁感應(yīng)接近開關(guān)就動作并發(fā)出電信號。在PLC自動控制中，可以利用該信號判斷夾緊氣缸和穿刺氣缸的運動狀態(tài)或所處的

58、位置，目的是簡介判斷工位是否處于正確位置。在傳感器上設(shè)置有LED顯示用于顯示傳感器的信號狀態(tài)，供調(diào)試使用。傳感器動作時，輸出信號1，LED燈亮；傳感器不動作時，輸出信號為0，LED燈不亮。</p><p>　　本系統(tǒng)中還設(shè)有三個氣-電轉(zhuǎn)換開關(guān)，作用是判斷充氮氣和抽真空是否達(dá)到預(yù)設(shè)的充氣壓力和真空壓力。通過調(diào)查統(tǒng)計得知：本系統(tǒng)中共有23個輸入點設(shè)備，所以需要選擇一塊DI32×DC24的信號模板作為輸入模塊

59、。輸出模塊的選擇。</p><p>　　在本設(shè)計中，許多控制對象，如指示燈的亮和滅、真空泵的啟動和停止、繼電器的觸點、蜂鳴器、閥門的打開和關(guān)閉等，對它們的控制只需通過二值邏輯“1”和“0”來實現(xiàn)。這種信號通過數(shù)字量輸出模塊去驅(qū)動。數(shù)字量輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型等。在本設(shè)計中選擇是繼電器輸出型。根據(jù)統(tǒng)計，本設(shè)計中的輸出設(shè)備共需要輸出點數(shù)20，所以需要選擇一塊DO32

60、5;DC24V/0.5A的信號模板作為輸出模塊。</p><p>　　其中，在指示燈和真空泵都安有繼電器線圈，其作用控制真空泵的電源和控制三層的各顏色指示燈。當(dāng)夾緊氣缸和穿刺氣缸完成動作后，通過控制真空通道和氮氣通道的電磁閥線圈，控制各工位的真空通道和氮氣通道及穿刺氣缸的上下位、夾緊氣缸的松緊位。</p><p>　　4.2 PLC的總程序設(shè)計</p><p>&l

61、t;b>　　圖8 總程序圖</b></p><p>　　I0.2在主程序中用于加緊限位，I0.0在主程序中用于啟動按鈕，I0.7在主程序中用于上限位，I0.6在主程序中用于縮回限位，I0.3在主程序中用于左轉(zhuǎn)限位。</p><p><b>　　圖9 分程序圖</b></p><p>　　Q0.5在程序中代表的是伸出繼電器，I

62、1.4在程序中代表推料二前點，I1.6在程序中代表推料3前點，I1.2在程序中代表推料一前點。</p><p><b>　　圖10 子程序圖</b></p><p>　　I1.4在程序中代表推料二前點，I1.6在程序中代表推料三前點，┃P┃代表的是上升沿。</p><p>　　圖11 機械手程序圖</p><p>　

63、　SM0.0該位總是打開。SM0.1 首次掃描周期時該位打開，一種用途是調(diào)用初始化子程序。SM0.2如果保留性數(shù)據(jù)丟失，該位為一次掃描周期打開。該位可用作錯誤內(nèi)存位或激活特殊啟動順序的機制。SM0.3 從電源開啟條件進(jìn)入RUN（運行）模式時，該位為一次掃描周期打開。該位可用于在啟動操作之前提供機器預(yù)熱時間。</p><p>　　4.2.1 機械手的程序設(shè)計</p><p>　　圖12

64、機械手分程序圖</p><p>　　M表示輔助繼電器，I表示輸入繼電器，Q表示輸出繼電器輔助繼電器M0.0在程序內(nèi)部使用,不能提供外部輸出；輸入繼電器I0.0為接收外部輸入設(shè)備的信號；輸出繼電器Q0.0為輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動外部設(shè)備</p><p>　　4.2.2 復(fù)位部分程序設(shè)計</p><p>　　圖12 復(fù)位部分程序</p><p>

65、;　　SM0.0該位總是打開。SM0.1 首次掃描周期時該位打開，一種用途是調(diào)用初始化子程序。SM0.2如果保留性數(shù)據(jù)丟失，該位為一次掃描周期打開。該位可用作錯誤內(nèi)存位或激活特殊啟動順序的機制。SM0.3 從電源開啟條件進(jìn)入RUN（運行）模式時，該位為一次掃描周期打開。該位可用于在啟動操作之前提供機器預(yù)熱時間。</p><p>　　4.2.3工件分揀部分程序設(shè)計</p><p>　　圖13

66、 工件分揀部分程序圖</p><p>　　Q1.1在工件分揀程序中代表推料繼電器，I1.2在工件分揀程序中代表推料前點。</p><p>　　圖14 工件分揀部分程序圖</p><p>　　I1.2在工件分揀程序中代表推料前點，I2.3在工件分揀程序中代表無聊檢測光電傳感器。</p><p>　　圖15 工件分揀部分程序圖</p&

67、gt;<p>　　M表示輔助繼電器，I表示輸入繼電器，Q表示輸出繼電器輔助繼電器M0.0在程序內(nèi)部使用,不能提供外部輸出；</p><p><b>　　組態(tài)流程設(shè)計</b></p><p>　　為了操作上的方便人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息

68、輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面用于檢測用戶觸摸位置。接受后送觸摸屏控制器.而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo),再送給CPU它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。</p><p>　　圖 24 觸摸屏程序控制功能轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　歡迎界面：為啟動界面，即啟動觸摸屏后自動進(jìn)入的界面，如圖27所

69、示。圖右上角設(shè)置一個指示燈。在本界面狀態(tài)，若系統(tǒng)已進(jìn)入運行模式，則該指示燈閃爍，催促操作人員將界面切換到運行模式監(jiān)控界面。</p><p>　　圖10 運行模式監(jiān)控界面</p><p>　　運行模式監(jiān)控界面：運行模式監(jiān)控界面包括一個自鎖按鈕（SB3）、三個自復(fù)位按鈕(SB4、SB5、SB6)、兩個指示燈(HL4、HL6)、兩個用于裝配件計數(shù)的顯示（B槽和C槽）和一個置于界面右下角用于切換界

70、面的按鈕（切換到歡迎界面）。</p><p>　　觸摸屏應(yīng)連接到PLC的編程口。通過二個用戶窗口的組態(tài)來實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控,組態(tài)用戶界面應(yīng)具有下列功能： </p><p>　　圖23 測試模式歡迎界面觸摸屏程序控制功能轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　測試模式歡迎界面：為啟動界面，即啟動觸摸屏后自動進(jìn)入的界面，如圖25所示。圖右上角設(shè)置一個指示燈。在本界面狀態(tài)，若系統(tǒng)已進(jìn)入

71、測試模式，則該指示燈閃爍，催促操作人員將界面切換到測試模式監(jiān)控界面。</p><p>　　圖 24 觸摸屏程序控制功能轉(zhuǎn)換圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案和人機界面HMI技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，使得開發(fā)的控制系統(tǒng)符合開發(fā)式體系結(jié)構(gòu)的要求，系統(tǒng)的可擴展性

72、、可靠性、可維護(hù)性大大提高，最重要的是實現(xiàn)了自動裝配加工生產(chǎn)線這一技術(shù)的應(yīng)用。操作簡單，降耗低，實驗性能高的設(shè)計目標(biāo)，更好地滿足了實際生產(chǎn)的需要,提高了經(jīng)濟效益，并且在安全問題上也有了一定的保障。經(jīng)過實踐檢驗，本設(shè)計方案達(dá)到了預(yù)期的效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，使我們有一個系統(tǒng)的自動化專業(yè)知識和全新的認(rèn)識。本次畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)習(xí)的一個重要實踐方面的一個全面的設(shè)計任務(wù)，它奠定了

73、良好的基礎(chǔ)，為我們以后從事技術(shù)工作的，全面的掌握所學(xué)知識，直觀的檢測。為了能夠更好地完成本次畢業(yè)設(shè)計，我把極端的努力，做了充分的準(zhǔn)備。 首先，我的課程設(shè)計問題考慮的指導(dǎo)下，和幫助的教練，需要收集和整理數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計的要求，然后做一個簡單的分類。其次，設(shè)計任務(wù)的要求，按照**老師給出的第一個開發(fā)的整體方案的設(shè)計，按照設(shè)計要求的教練，一步一步地完成設(shè)計任務(wù)的進(jìn)度。幾個星期前拆除的數(shù)控實驗，畢業(yè)設(shè)計做了很好的鋪墊，讓我這樣做是沒有太

74、大意義的陌生，更得心應(yīng)手一些。 課程設(shè)計走到了盡頭，但想約我學(xué)到了知識，遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我知道新產(chǎn)品的設(shè)計，原來的老產(chǎn)品的改造是一個復(fù)雜的技術(shù)過程，不能忍受任何含糊之處。設(shè)計人員應(yīng)先了解設(shè)計的目的理解的價值和實用性的產(chǎn)品，在產(chǎn)品的設(shè)計思路，確定總體方案，獲取信息，以及產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)格書，圖紙的最后準(zhǔn)備。 </p><p><b>　　謝辭</b></p>&

75、lt;p>　　時間總是過得很快，轉(zhuǎn)眼間，三年的美好的大學(xué)生活仿佛就要在這篇畢業(yè)論文最后的謝辭里緩緩落幕，青春散場，時光依然，有些悵然若失，卻又收獲滿載。</p><p>　　在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師**老師傾注了大量的心血，從論文的選題到開題報告，從搜集資料到寫作提綱，從寫稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、枯燥、痛苦和彷徨，一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，正是李老師的無私幫助與熱忱鼓

76、勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝李宏老師。在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。</p><p>　　寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著要告別學(xué)生時代，邁進(jìn)社會生活的開始。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、廖常

77、初，PLC編程及應(yīng)用[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2005，5</p><p>　　2、山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣及自動化系;《機電工程技術(shù)》; 中國知網(wǎng)（數(shù)字圖書館），2009 年01期</p><p>　　3、王國海，沈鵬，《可編程序控制器及其應(yīng)用》，北京：中國勞動出版社，2001</p><p>　　4、譚維瑜:《電機與電氣控制》，北京：機械工業(yè)出版社</

78、p><p>　　5、范建東.馮太合. 可編程控制器原理及其應(yīng)用（第四版）.華南理工大學(xué)出版社，2008年2月</p><p>　　6、張應(yīng)金. PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動化博覽，2008年02月刊：71-73</p><p>　　7、曾繁鈴. 一種PLC控制的工業(yè)機械手. 常熟理工學(xué)院報，2008年4月第22卷第四期：101-104</p>