資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除。**大學(xué)**遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:材料分揀系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(單片機(jī))入學(xué)年月姓名代xxx學(xué)號110xxxxx專業(yè)機(jī)電一體化聯(lián)系方式13xxxx學(xué)習(xí)中心xxxxx指導(dǎo)教師XXXXXXX___完成時間X月XX日目錄1緒論………………11.1自動分揀系統(tǒng)的定義………11.2自動分揀系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢………12系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)……………………22.1傳感器的選型……………22.1.1電感式傳感器…………2.1.2電容式傳感器…………2.1.3顏色傳感器……………2.2限位開關(guān)的設(shè)計(jì)……………62.3電磁閥的設(shè)計(jì)…………….72.4PLC的選型…………………82.5PLC輸入輸出接線端子圖…………………93系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………103．1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)………103.2PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)………113.3整體梯形圖…………………123.4PLC程序指令表……………124總結(jié)………………14參考文獻(xiàn)……………15TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論1．1自動分揀系統(tǒng)的定義自動分揀是指貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)到指定的分配位置為止,都是按照系統(tǒng)設(shè)定的指令靠自動裝置來完成的。自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成?？刂蒲b置的作用是識別、接收和處理分揀信號,根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點(diǎn)或按貨主的類別對商品進(jìn)行自動分類。這些分揀需求能夠經(jīng)過不同方式,如可經(jīng)過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式,輸入到分揀控制系統(tǒng)中去,根據(jù)對這些分揀信號判斷,來決定某一種商品該進(jìn)入哪一個分揀道口。1．2自動分揀系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢中國自動分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于1980年代,近期的市場興起和技術(shù)發(fā)展始于1997年。自動分揀的概念先在機(jī)場行李處理和郵政處理中心得到應(yīng)用,然后普及到其它行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實(shí)際需求的增長,各行業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域,并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。這些領(lǐng)域的一個共同特點(diǎn)是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準(zhǔn)確性要求高和人工處理效率低等特點(diǎn)。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,特別在需要進(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。當(dāng)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),因此,分揀處理能力較大,分揀分類數(shù)量也較多;另外組態(tài)軟件的的發(fā)展,為物料分揀系統(tǒng)增添了新的活力。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2．1傳感器的選型2.1.1此傳感器接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器,用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成,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,使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個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)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此,可識別出有無金屬物體接近,進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來檢測鐵質(zhì)材料。電感式接近傳感器選擇LE4-1K,技術(shù)參數(shù)如表3.1:表3.1電感式傳感器技術(shù)參數(shù)工作電壓10-30V額定電流200MA感應(yīng)距離4mm圖3.1電感傳感器工作原理圖圖3.2電感傳感器LE4-1K成品圖電感傳感器介紹:由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器,又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的,其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時,就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是:①無活動觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長;②分辨率高;③靈敏度高;④線性度高、重復(fù)性好;⑤測量范圍寬(測量范圍大時分辨率低);⑥無輸入時有零位輸出電壓,引起測量誤差;⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高;⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和能夠轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測量。常見電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中,這三種傳感器多制成差動式,以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。2.1.2此傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器,是一種接近式開關(guān)。它的測量頭一般是構(gòu)成電容器的一個極板,而另一個極板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時,物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化,使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此,便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測鋁質(zhì)材料。電容式傳感器選擇OMRON的E2K—X81ME1型,技術(shù)參數(shù)如表3.2:表3.2電容式傳感器技術(shù)參數(shù)工作電壓10-30V額定電流200MA感應(yīng)距離8mm圖3.3電容傳感器工作原理圖圖3.4電容傳感器E2K—X81ME1成品圖電容傳感器介紹:用電測法測量非電學(xué)量時,首先必須將被測的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。一般把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換器;根據(jù)不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器,而被測的力學(xué)量(如位移、力、速度等)轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。從能量轉(zhuǎn)換的角度而言,電容變換器為無源變換器,需要將所測的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量;這些量又都是經(jīng)過長度或者長度比值進(jìn)行測量的量,而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外,在有些條件下,這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢,而且變化范圍極小,如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率,其它傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求,在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1～5μm數(shù)量級;而有一種電容測微儀,她的分辨率為0.01μm,比前者提高了兩個數(shù)量級,最大量程為100±5μm,因此她在精密小位移測量中受到青睞。對于上述這些力學(xué)量,特別是緩慢變化或微小量的測量,一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜,主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn):(1)測量范圍大其相對變化率可超過100%;(2)靈敏度高,如用比率變壓器電橋測量,相對變化量可達(dá)10-7數(shù)量級;(3)動態(tài)響應(yīng)快,因其可動質(zhì)量小,固有頻率高,高頻特性既適宜動態(tài)測量,也可靜態(tài)測量;(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料,極板間襯物多為無機(jī)材料,如空氣、玻璃、陶瓷、石英等;因此能夠在高溫、低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射下長期工作,特別是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。2.1.3此傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在Si等多數(shù)光電二極管之前,分別放置R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三種顏色的彩色濾光器,以便處理各自的輸出信號并識別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識別綠色與黃色的材料。本系統(tǒng)共設(shè)置了三個檢測材料的傳感器,同時預(yù)留了一個空余的電磁閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶能夠根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。選用TAOS公司生產(chǎn)的,型號為TCS230顏色傳感器。此傳感器為RGB(紅綠藍(lán))顏色傳感器,可檢測目標(biāo)物體對三基色的反射比率,從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如下圖所示。圖3.5TCS230顏色傳感器圖3.6顏色傳感器TCS230成品圖RGB顏色傳感器介紹:TCS230是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標(biāo)、單電源供電等特點(diǎn);輸出為數(shù)字量,可直接與微處理器連接。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上,同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(lán)(RGB)三種濾光器,是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數(shù)字量,能夠驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入,因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量,而且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度,因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路,使電路變得更簡單。TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝,在單一芯片上集成有64個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器,16個光電二極管帶有綠色濾波器,16個光電二極管帶有藍(lán)色濾波器,其余16個不帶有任何濾波器,能夠透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的,能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性,從而增加顏色識別的精確度;另一方面,相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的,均勻分布在二極管陣列中,能夠消除顏色的位置誤差。工作時,經(jīng)過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2Hz~500kHz,用戶還能夠經(jīng)過兩個可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子,或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍,提高了它的適應(yīng)能力。當(dāng)入射光投射到TCS230上時,經(jīng)過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合,能夠選擇不同的濾波器;經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%),不同的顏色和光強(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波;還能夠經(jīng)過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1選擇不同的輸出比例因子,對輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)不同的需求。S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式;S2、S3用于選擇濾波器的類型;OE是頻率輸出使能引腳,能夠控制輸出的狀態(tài),當(dāng)有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時,也能夠作為片選信號;OUT是頻率輸出引腳,GND是芯片的接地引腳,VCC為芯片提供工作電壓。表2是S0、S1及S2、S3的可用組合。表3.3S0、S1及S2、S3的組合選項(xiàng)S0S1輸出頻率定標(biāo)S2S3濾波器類型LL關(guān)斷電源LLHH20%LHLH20%HLLH100%HH紅色藍(lán)色無綠色2.2限位開關(guān)的設(shè)計(jì)限位開關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動極限位置的電氣開關(guān)。這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀,機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動部件上,安裝上行程開關(guān),與其相對運(yùn)動的固定點(diǎn)上安裝極限位置的擋塊,或者是相反安裝位置。當(dāng)行程開關(guān)的機(jī)械觸頭碰上擋塊時,切斷了(或改變了)控制電路,機(jī)械就停止運(yùn)行或改變運(yùn)行。由于機(jī)械的慣性運(yùn)動,這種行程開關(guān)有一定的”超行程”以保護(hù)開關(guān)不受損壞。非接觸式的形式很多,常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等。材料自動化分揀系統(tǒng)中,氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動作限位開關(guān)都選用D—C73型號的磁感應(yīng)開關(guān),控制功率高、作用距離大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、壽命長。適合用于自動控制系統(tǒng)中,進(jìn)行自動檢測、定位、保護(hù)等。它的技術(shù)參數(shù)如表3.4所示:表3.4限位開關(guān)的技術(shù)參數(shù)額定電壓DC24VAC110V額定電流DC:5~40mAAC:5~20mA而震程度10~50HZ使用溫度0~60攝氏度2.3電磁閥的設(shè)計(jì)ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個常開進(jìn)油電磁閥的最大起動電流約為3.6A;4個常閉出油電磁閥最大起動電流約為2.4A。而L9439的工作電壓4.5～32V,兩路通道內(nèi)阻0.2Ω,最大負(fù)載電流3A;另兩路內(nèi)阻0.3Ω,最大負(fù)載電流5A,恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅(qū)動電流要求,而且較低的導(dǎo)通內(nèi)阻又能保證低功耗,因此L9349非常適合進(jìn)行ABS電磁閥的驅(qū)動控制。電磁閥驅(qū)動電路原理圖見圖3.7。圖3.7電磁閥驅(qū)動電路原理圖在圖中,每片L9349能驅(qū)動4個電磁閥工作,屬于典型的低端驅(qū)動。經(jīng)過Vs端口給芯片提供12V供電電壓;當(dāng)給輸入端IN1～I(xiàn)N4PWM控制信號,就能方便地控制輸出端以驅(qū)動4路電磁閥工作,OUT1和OUT2端口的最大驅(qū)動能力為5A,應(yīng)該連接ABS的常閉電磁閥;OUT3和OUT4端口最大驅(qū)動能力為3A,應(yīng)連接ABS常開電磁閥,不可接反;EN端口為使能端,能經(jīng)過MCU快速關(guān)閉芯片;L9349的數(shù)字地和模擬地分開,提高了驅(qū)動模塊的抗干擾能力。2.4PLC的選型根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知,系統(tǒng)的控制有輸入信號12個,均為開關(guān)量。輸出信號有5個,其中一個控制電動機(jī),剩下的控制電磁閥,也都是開關(guān)量。根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應(yīng)功能,如表3.5所示:表3.5I/O接線表輸入部分x010sfw2x011sfw3氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)電感傳感器電容傳感器顏色傳感器氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)判斷下料有無(下料傳感器)x017x013x000x001x002x005x006x007x015x014sfw4sfw5sasbscsbw2sbw3sbw4sbw5sn輸出部分y000y001y003y004y005yv2yv3yv4yv5m先導(dǎo)式電磁換向閥11先導(dǎo)式電磁換向閥10先導(dǎo)式電磁換向閥9先導(dǎo)式電磁換向閥13傳送帶再根據(jù)PLC選型的要求,在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上需15%---20%的備用量,因此選擇三菱FX2N—32MR的PLC作為主機(jī),它能夠滿足本系統(tǒng)的需求,且還有一定的剩余I/O以備將來的擴(kuò)展。2.5PLC輸入輸出接線端子圖根據(jù)表3.5,利用AutoCAD繪圖軟件能夠繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖,如下圖3.8所示。圖3.8PLC輸入輸出接線端子圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)的核心,程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程,畫出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。材料自動分揀系統(tǒng)采用三菱公司的FXFP_WIN_C作為編程軟件,此軟件是專為三菱PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件,適用于FX型號的PLC。能夠經(jīng)過梯形圖符號、指令語句以及SFC符號創(chuàng)立編輯程序,還能夠在程序中加入中文或者英文注釋,而且還能夠經(jīng)過該軟件監(jiān)控PLC運(yùn)行時各編程元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化,還具有程序和監(jiān)控結(jié)果打印的功能。3.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 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,可畫出程序流程圖,如下圖4.1所示。圖4.1控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài),則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸4動作后,程序再轉(zhuǎn)到開始;若為單次運(yùn)行,則汽缸4動作后停機(jī)。如果需要,該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì),這只需在各汽缸動作的同時累計(jì)即可。應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù),來確定物料到達(dá)傳感器的距離,實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時,電機(jī)停轉(zhuǎn),計(jì)數(shù)器清零,傳感器開始工作,對物料進(jìn)行分揀處理。在汽缸1～3動作后,電機(jī)重新運(yùn)行,高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測到物體,則電機(jī)重新運(yùn)行,高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù),繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。如果只對材料的某一特性進(jìn)行分揀,比如只分揀金屬和非金屬,則只需對傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。3.2PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)材料自動分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)出梯形圖,梯形圖的部分程序分析如下:1、啟動材料自動分揀機(jī),開關(guān)X014判斷是否有材料,無材料系統(tǒng)運(yùn)行30S后自動停下,送料汽缸啟動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,汽缸限位開關(guān)運(yùn)作,傳送帶停止動作。2、開關(guān)X014判斷有無材料,如有材料,汽缸限位開關(guān)運(yùn)作,系統(tǒng)每隔2S送一次料,系統(tǒng)開始自動分揀動作。3、開關(guān)X0、X2、X1傳感器開關(guān)開始運(yùn)作,如檢測到相對應(yīng)的材料,則汽缸運(yùn)作推動物體到相應(yīng)的物品槽里,如無檢測到相應(yīng)的物體,則繼續(xù)運(yùn)作到下個傳感器進(jìn)行檢測,檢測完畢自動進(jìn)行結(jié)束。然后繼續(xù)下一輪的檢測。3.3整體梯形圖3.4PLC程序指令表根據(jù)系統(tǒng)的程序流程圖,設(shè)計(jì)出材料自動分揀系統(tǒng)中PLC程序的指令表:LDM71 OUTF671 K600 OUTF672 K647 OUTF670K26 LDX20ANIX21ANIT450OUTY005LDX014ANDX016OUTY004LDIX016OUTT450LDX0005ANIX0000ANDX010OUTY000LDX0007ANDX011ANIX0001OUTY001LDX0006ANDX012ANIX0002OUTY002LDX015ANDX013ANIX003OUTY003END程序表4總結(jié)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)制作過程中,感觸最多的就是知識面的匱乏,此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題,開題到選型、制作直到完成設(shè)計(jì)。其間,查找資料,老師指導(dǎo),與同學(xué)交流,重復(fù)修改PLC程序,每一個過程都是對自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中,出現(xiàn)了不少難題:傳感器很容易受到外界因素的干擾;PLC的選型以及程序的設(shè)計(jì);組態(tài)仿真調(diào)試監(jiān)控等。經(jīng)過多次試驗(yàn)與實(shí)踐,以上問題基本上得到了解決。根據(jù)自動分揀系統(tǒng)的任務(wù)書,由于時間的倉促和知識面的狹窄,導(dǎo)致了一些性能沒有達(dá)標(biāo)。如傳感器模塊,沒有使用到光電傳感器測量尺寸,也沒有扎實(shí)的去學(xué)習(xí)氣動裝置的相關(guān)知識,進(jìn)一步的提高材料自動分揀系統(tǒng)的輸出性能。如何進(jìn)一步提高