1、1 XX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 分料自動(dòng)機(jī)基于 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)( ( ( (含圖紙含圖紙 CADCADCADCAD 和和 WORDWORDWORDWORD 論文）論文） QQQQQQQQ 1003471643100347164310034716431003471643 所在學(xué)院機(jī)電學(xué)院 專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 摘要 傳統(tǒng)的物料分選方法采用人工分選，存在物料速度慢、效率低下和人為因素影響大 的問題。隨著生產(chǎn)力的提高，物料的自動(dòng)化

2、分選成為發(fā)展的必然。本文通過對物料工藝 流程分析，設(shè)計(jì)了基于 PC-PLC 模式的物料自動(dòng)化分選系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件。通過對分 選系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的總體方案和工作原理的介紹，闡明了控制部分硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思 想，完成了硬件的選型和軟件的設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)場調(diào)試驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的合理性和可靠 性。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，控制，PLC，物料分選 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 3 Abstract The traditional separation methods using artificial detection, slow speed, low ef

3、ficiency of existing material and human factors issues. With the increasing productivity, material for automated detection of inevitable. Based on the material analysis of the process flow, design based on the PC-PLC model material automatic sorting system of hardware of control system. Through the

4、sorting system control system general scheme and working principle of introduction, elucidation of the control part of the hardware system design, completed the selection of hardware and software design, and through on-site commissioning verifies the rationality and reliability of the control system

5、. KeyKey Words:Words:Stepping motor, control, PLC, material sorting 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 4 目錄 摘要.3 Abstract.4 目錄.5 第 1 章緒論.7 1.1 概述.7 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢.7 1.3 本課題研究的意義.8 1.4 本課題擬采用的方法.8 1.5 本課題的主要內(nèi)容.8 第 2 章分料自動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).10 2.1 總體設(shè)計(jì)概要.10 2.2 分料機(jī)構(gòu)控制要求.10 2.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).11 2.3.1 概述. 1

6、1 2.3.2 控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì).12 第 3 章 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì).13 3.1 概述.13 3.1.1 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)部分.13 3.1.2 狀態(tài)檢測及報(bào)警設(shè)計(jì).13 3.2 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型.14 3.2.1 PLC 系統(tǒng)的選型.14 3.2.2 各模塊的電路原理圖和 PLC 的 I/O 點(diǎn)分配.15 3.2.3 PLC 與工控機(jī)的通信協(xié)議. 26 3.2.4 驅(qū)動(dòng)器的選擇.26 3.3 軟件的實(shí)現(xiàn)方法.27 3.4 各模塊的動(dòng)作互鎖.29 總結(jié).30 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 5 致謝.31 參考文獻(xiàn).32 訂做

7、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 6 第 1 章緒論 1.1 概述 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無論在工廠還是在人們的日常生活中，自動(dòng)化 設(shè)備都得到了 高度的普及，這極大的改善了人們的工作條件和生活水平。 總的來說，自動(dòng)化設(shè)備是由機(jī)械和控制兩大部分組成，其中機(jī)械部分主要負(fù) 責(zé)完成具體 的動(dòng)作，如導(dǎo)軌與的直線運(yùn)動(dòng)、圓弧的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等等；控制部分主 要負(fù)責(zé)各種機(jī)械動(dòng)作的先后順序以及一些保護(hù)措施等等。 機(jī)械與電控是相輔相成 的，誰也離不開誰，其中以機(jī)械為主，電控為輔。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求生產(chǎn)向著快速、靈活、高質(zhì)量、大批量的自動(dòng)化方向發(fā) 展，與此同時(shí)，產(chǎn)品分

8、選能否跟得上生產(chǎn)的速度就決定了工廠效益的高低，尤其 是對大批量生產(chǎn)的重要元件的分選，靠人工分選費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。因此，如果能有一 條自動(dòng)分選生產(chǎn)線來取代原來的手工操作，就顯得非常必要。因此，由寧波市科 技局提出、南京理工大學(xué)承擔(dān)研制一套自動(dòng)化程度高、分選效率高的分選平臺(tái)。 該系統(tǒng)可以達(dá)到自動(dòng)分選的尺寸， 以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 節(jié)省大量的人力、 財(cái)力、 物力，并提高分選的正確率，使產(chǎn)量與分選同步，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢 成件物品分料是將眾多的不同物品， 迅速地按其要求分送到眾多目的地的一 種物料搬運(yùn)過程。過去，成件物品分料一般用人力和借助簡單機(jī)械來進(jìn)行，其主 要缺點(diǎn)

9、是勞動(dòng)量大，效力低，差錯(cuò)率高。 隨著生產(chǎn)及商業(yè)連鎖經(jīng)營模式的發(fā)展和商品品種的激烈增多，目前物品分 料自動(dòng)機(jī)已成為各種行業(yè)，如郵政、醫(yī)藥、煙草、圖書等末端配送中心的重要 設(shè)施，也是物料搬運(yùn)自動(dòng)化的一個(gè)重要分支。 分料自動(dòng)機(jī)主要由振動(dòng)進(jìn)料模塊、裝配及檢測模塊、成品分檢及轉(zhuǎn)移模 塊、進(jìn)倉模塊等電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)四部分組成。 振動(dòng)進(jìn)料模塊：振動(dòng)模塊主要由振動(dòng)料倉配直線振動(dòng)器、檢測裝置等組成， 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 7 主要完成工作 1 的裝配準(zhǔn)備工作及檢測是否有工件（以便確定第二模塊是否工 作） 。 裝配及檢測模塊： 物料轉(zhuǎn)移模塊主要由氣

10、缸等完成上下、 水平、 轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作， 由氣爪（機(jī)械手）完成工作的抓取及釋放工作，使工作 1 從直線振動(dòng)器轉(zhuǎn)發(fā)移到 工作臺(tái)上。 成品分檢及轉(zhuǎn)移模塊：裝配及檢測模塊主要完成工作的裝配及檢測工作， 分 成四個(gè)工位，第一工位為接料，第二為裝配，第三為接觸式檢測，第四為出料。 進(jìn)倉模塊： 成品分撿及轉(zhuǎn)移模塊根據(jù)上一模塊的檢測結(jié)果確定在哪一位置釋 放工件，不良品進(jìn)入廢品斗，良品上皮帶機(jī)進(jìn)入后道工序，皮帶機(jī)上配有工作檢 知器，用于檢測是否有工作向后道移動(dòng)，若有工件則給予后一模塊動(dòng)作信號(hào)。 1.3 本課題研究的意義 本課題意在研制出一套分選平臺(tái)系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的自動(dòng)分選功能，來取代原 有的人工分選，以達(dá)到減輕工

11、人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的目的。自動(dòng)分選裝置 的應(yīng)用，將有效地提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，在提高了測量精度的基礎(chǔ)上，極大地 提高工廠的生產(chǎn)分選效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。 因此，此分選裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有極高的實(shí)用價(jià)值與推廣價(jià)值，有著重要的 意義。 1.4 本課題擬采用的方法 隨著科技的不斷發(fā)展， 分選自動(dòng)化已成為一種提高效率、提高分選結(jié)果精確 性的重要途徑。 傳統(tǒng)的分選主要依靠工人手工打表的方式， 對是否合格進(jìn)行檢驗(yàn)。人工分選 存在分選速度慢、效率低下、人為因素影響大等問題。因此，的自動(dòng)化分選成為 必然。采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控

12、機(jī)組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對分選、分料過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制。 1.5 本課題的主要內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容如下： 第一章緒論部分介紹了分選平臺(tái)的研制原因、目的、作用以及國內(nèi)外在該課 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 8 題方面的發(fā)展概況及趨勢，并闡述了本課題研究的方法、手段及意義。 第二章介紹了分選平臺(tái)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，闡述了分選平臺(tái)系統(tǒng)的要求、系統(tǒng) 組成、各組成部分的功能以及控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 第三章介紹了控制系統(tǒng)硬件部分的選型及分析，其中詳細(xì)介紹了對步進(jìn)電 機(jī)、感應(yīng)開關(guān)、電磁鐵、PLC 和驅(qū)動(dòng)元件的選擇，對 PLC 的輸出輸入口的分配及

13、 PLC 與工控機(jī)的通信協(xié)議做了介紹，最后生成控制系統(tǒng)硬件接線圖和電路圖?？?制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)簡介，對軟件的要求、功能、實(shí)現(xiàn)方法及流程圖做了簡單的介 紹。 全文總結(jié)中介紹了本人通過在本課題中工作所得收獲， 以及在工作中發(fā)現(xiàn)的 不足、有待解決的問題等 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 9 第 2 章分料自動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)概要 分料自動(dòng)機(jī)四個(gè)模塊的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 振動(dòng)進(jìn)料模塊、 裝配及檢測模塊、 成品分檢及轉(zhuǎn)移模塊、進(jìn)倉模塊。 1、為避免因摩擦產(chǎn)生的影響，在設(shè)計(jì)傳送帶時(shí)，我們采用組合式的物料 夾具，即在外物料夾具內(nèi)配上

14、圓形的與物料相配的內(nèi)夾具，盡量減少物料與 導(dǎo)軌的摩擦，且要有物料保護(hù)罩； 2、由于物料合格產(chǎn)品占多數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，把中間一個(gè)出口作為合格產(chǎn)品 的出口，考慮到要盡可能地減少步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在出料口左右兩邊各 設(shè)三個(gè)分料出口； 3、為使傳送帶具有良好的穩(wěn)定性，需要設(shè)計(jì)壓帶輪部件，以壓帶輪彈簧 的彈性減弱外部環(huán)境引起的震動(dòng)； 4、在設(shè)計(jì)測頭夾具時(shí)，要考慮到如何保護(hù)傳感器探頭及有效夾緊。 2.2 分料機(jī)構(gòu)控制要求 分類機(jī)構(gòu)由 PLC 依據(jù)接收到的分類信息控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度， 將物 料分類出去。PLC 對分類電機(jī)的控制是通過 PTO（高速脈沖串輸出）的方式。PTO 方式中，可輸出多個(gè)脈沖串，并

15、允許脈沖串排隊(duì)，以形成管線。依據(jù)管線的實(shí)現(xiàn) 方式分為單段管線和多段管線。本系統(tǒng)中采用多段管線的方式，通過在變量存儲(chǔ) 區(qū)建立包絡(luò)表的方式，控制輸出脈沖的周期和脈沖數(shù)，從而達(dá)到對步進(jìn)電機(jī)的速 度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度精確控制的目的。然后由電磁鐵失電將物料推出到對應(yīng)的出口。 分 類結(jié)束后步進(jìn)電機(jī)復(fù)位回到起始狀態(tài)，等待下一個(gè)物料的到來。 在分類的過程中，PLC 通過對安裝在系統(tǒng)中的感應(yīng)開關(guān)來判斷分類過程中的 各種狀態(tài)。如：物料到達(dá)、定位信號(hào)、分類完成等等。如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)， 則 向工控機(jī)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)告知工作人員，以方便排除故障。 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 10034

16、71643 10 2.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.3.1 概述 控制系統(tǒng)的作用是保證所有結(jié)構(gòu)能嚴(yán)格按照預(yù)定的順序， 協(xié)調(diào)地、 有節(jié)奏地 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)， 是工作循環(huán)得以周而復(fù)始地進(jìn)行。 控制系統(tǒng)對生產(chǎn)率和工 作可靠性影響 物料平臺(tái)控制系統(tǒng)是基于工控機(jī)-PLC 模式構(gòu)成的一個(gè)集散控制系統(tǒng)。工控 機(jī)作為監(jiān)控管理層實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的管理工作， 并且對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、 控制 和調(diào)度。PLC 作為控制執(zhí)行層，完成局部的控制工作。工控機(jī)把管理決策、控制 任務(wù)、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過通信電纜傳送給控制層PLC，PLC 也要通過 電纜把控制過程的參數(shù)、控制進(jìn)程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層。 PLC 與工控機(jī)通過通

17、信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取 PLC 的通行口識(shí)別整個(gè)系統(tǒng) 的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)上有所顯示。通過軟件控制各個(gè)控制部件的運(yùn)行?？刂?軟件主要完成初始參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)顯示、容錯(cuò)檢測和故障檢測報(bào)警等功能。 當(dāng) PLC 得到工控機(jī)的分類信號(hào)后， 輸出相應(yīng)脈沖，從而達(dá)到設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng) 距離（旋轉(zhuǎn)角度） 、速度、方向等參數(shù)的目的。 控制系統(tǒng)應(yīng)完成的功能有： （1）確保完成物料在流水線上的穩(wěn)定傳送，保證物料按進(jìn)入系統(tǒng)的先后形 成的隊(duì)列傳送，并且要充分保證隊(duì)列的有序性和完整性； （2）確保完成物料的正確分類。電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的正確的角度以控制各 部件按照預(yù)定的軌跡、動(dòng)作把物料從進(jìn)入滑道到正確分類出去； （

18、3）前級傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度不應(yīng)快于后級分類機(jī)構(gòu)，且至少應(yīng)保證在分類機(jī) 構(gòu)沒有完成分類時(shí)，沒有物料進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)； （4）保證分類機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)失步時(shí)，分類機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng) 復(fù)位； （5）當(dāng)多有于一個(gè)物料進(jìn)入分類機(jī)構(gòu)時(shí)，要告知工作人員系統(tǒng)故障，同時(shí)， 能判斷分類電機(jī)的工作是否正常，輸出角位移是否正確； （6）控制系統(tǒng)應(yīng)具有一定的容錯(cuò)能力。當(dāng)出現(xiàn)一般性錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)能夠自 我修復(fù)，不影響系統(tǒng)的正常工作，即使是出現(xiàn)物料卡位、不能完成正確分類也不 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 11 會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。 如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)明確指出錯(cuò)

19、誤來自哪個(gè)方 位，即使不能指明錯(cuò)誤來源，也能檢測到流水線的某個(gè)大致位置，以方便維護(hù)， 及時(shí)排除故障。 該控制系統(tǒng)是以 PLC 為控制核心， 通過與工控機(jī)的通信， 執(zhí)行工控機(jī)的命令。 在工控機(jī)與 PLC 接口時(shí)， 由于 PLC 采用的是 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)與工控機(jī) RS-232 標(biāo)準(zhǔn)不 兼容，必須通過 PC/PPI 電纜進(jìn)行轉(zhuǎn)接。工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的管理者，控制測量 傳感器測量流水線上物料的幾何參量，并通過計(jì)算得出物料分類信息。PLC 是整 個(gè)系統(tǒng)的控制執(zhí)行核心，主要完成系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制、狀態(tài)檢測、命令執(zhí)行等功能。 PLC 通過接收工控機(jī)的分類信息和控制信息控制分類機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。 2.3.2

20、控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)主要包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢 測傳感器和各控制及執(zhí)行元件等， 結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2-5 所示。各部分在本監(jiān)控系統(tǒng) 中的功能介紹如下： 1. 工控機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度中心，通過 PLC 間接地控制、監(jiān)測系 統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)； 2. PLC 作為系統(tǒng)的控制核心， 直接完成對各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制以及各運(yùn)動(dòng) 位置檢測； 3. 檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)采卡和工控機(jī)等組成，通過對物料的 幾何量的測量、計(jì)算，作為分類產(chǎn)品判斷的依據(jù)； 4. 位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)的檢測以及 各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)執(zhí)行。 PLC 與工控機(jī)通

21、過通信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取 PLC 的通信口以識(shí)別整個(gè) 系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)的控制軟件上顯示，通過軟件控制各部件的運(yùn)行。 控制軟件主要完成初始參數(shù)設(shè)定、 運(yùn)行狀態(tài)顯示、容錯(cuò)檢測和故障檢測報(bào)警等功 能。 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 12 第 3 章 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 概述 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括對傳感器、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵等元器件的選擇， 對輸出驅(qū)動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)元件的選擇以及對人機(jī)聯(lián)系方式的選擇，最后生成控制 系統(tǒng)原理圖和接線圖。系統(tǒng)所選用的傳感器要有較高的靈敏度和較大的信噪比， 響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。 就硬

22、件而言，系統(tǒng)所用元器件質(zhì)量的優(yōu)劣和結(jié)構(gòu)工藝是影響可靠性的重要 因素，故應(yīng)合理地選擇元、器件，在設(shè)計(jì)時(shí)對元、器件的負(fù)載、速度、功耗、 工作環(huán)境等技術(shù)參數(shù)應(yīng)留有一定的安全量，并對元、器件進(jìn)行老化和篩選。所 選用的元、器件在滿足技術(shù)要求的前提下應(yīng)盡可能選擇價(jià)格低的元、器件，且 元、器件的工作溫度環(huán)境應(yīng)大于所使用環(huán)境的溫度變化范圍，系統(tǒng)中相關(guān)的器 件要盡可能做到性能匹配。 本控制系統(tǒng)主要是由以 PLC 為中心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、通信部分、狀態(tài)檢測部 分和報(bào)警部分組成。控制系統(tǒng)硬件采用微機(jī)-PLC 模式，工控機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng) 的核心， 完成檢測、 控制處理檢測過程中的各種問題和提供人機(jī)交互的界面； PLC

23、是地層的控制執(zhí)行核心，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種控制命令。它們之間的接口就是 通信協(xié)議。 3.1.1 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)部分 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將 PLC 輸出的電脈沖轉(zhuǎn)換成與電脈沖成正比的角位移或直線 位移的執(zhí)行元件。前級傳動(dòng)部分步進(jìn)電機(jī)主要完成流水線的速度控制，后級分類 機(jī)構(gòu)則要精確控制步進(jìn)電機(jī)的輸出角位移和方向。 步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn) 失步現(xiàn)象，可在后級增加光電編碼器對電動(dòng)機(jī)的輸出相位做出控制，以確保與實(shí) 際的輸出相位一致。 后級分類電機(jī)采用正反轉(zhuǎn)定位的方式，以消除電機(jī)的累計(jì)誤 差，保證電動(dòng)機(jī)每次都從零位置起輸出一定的角度。 3.1.2 狀態(tài)檢測及報(bào)警設(shè)計(jì) 通過安裝在系統(tǒng)各個(gè)位置的感應(yīng)開關(guān)判斷系統(tǒng)

24、運(yùn)行過程中的狀態(tài)， 是否與已 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 13 設(shè)定的狀態(tài)一致。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警方式設(shè)計(jì)為聲光報(bào)警的 方式，依據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重性而不同。 3.2 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型 3.2.1 PLC 系統(tǒng)的選型 可編程控制器是一種典型的采樣控制系統(tǒng)， 是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì) 算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而開發(fā)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它通 過循環(huán)方式進(jìn)行閉環(huán)控制，包括數(shù)字量和模擬量控制。它既可進(jìn)行順序控制， 也 可實(shí)現(xiàn)過程控制，隨著微處理器技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器已不僅 僅是傳統(tǒng)意義上的控制

25、元件，其功能日益完善，具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈 活方便、易于編程以及適應(yīng)測試環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)、 生 產(chǎn)流水線及過程工業(yè)的自動(dòng)控制領(lǐng)域， 具有性能穩(wěn)定、 高可靠性、 強(qiáng)抗干擾能力、 功能強(qiáng)大及硬、軟件開發(fā)方便等特點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)選擇 PLC 作為系統(tǒng)控制的 核心，完成對各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制。 世界上約有 200 多個(gè) PLC 生產(chǎn)廠家, 如美國的 AB 公司、 莫迪康公司、 GE 公 司、德國的西門子公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國內(nèi)的浙大中控 等。它們一般滿足用戶各方面的需求, 但在外形、結(jié)構(gòu)、功能、網(wǎng)絡(luò)通信和編程 方法等方面各有不同,對于不同的工業(yè)控制需求

26、, 應(yīng)當(dāng)選擇合適的 PLC。 PLC 選型的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能和容量, 并考慮維護(hù)的方便性、 備件的通用性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性以及能滿足特殊功能要求等，即應(yīng)最大限度地滿足 系統(tǒng)的控制要求；力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，且保證控制系統(tǒng)安全可靠； 。由 于本課題中的檢測平臺(tái)有連續(xù)性, 應(yīng)盡可能地考慮將來新增功能要求， 考慮選擇 比較新型 PLC , 由于西門子公司的產(chǎn)品質(zhì)量比較有保障, 且技術(shù)支持、售后服 務(wù)較完善, 有利于產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級，所以我們確定選用西門子公司生產(chǎn)的 PLC。 PLC 一般是根據(jù)其輸入輸出點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量的大小來分類, 在 PLC 選型 之前首先確定系統(tǒng) I/ O 點(diǎn)數(shù)和

27、存儲(chǔ)器容量。 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生 產(chǎn)， 大、 中、 小、 微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、 三菱、 OMRON 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 14 的 PLC。根據(jù)前面確定的 PLC 點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 28 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 12 點(diǎn)，綜合 對比三菱 FX 系列（包括 FX0S、FX1S、 FX0N、FX1N、 FX2N 等） 、西門子系列、 OMRON 系列中 I/O 點(diǎn)數(shù)為 48 點(diǎn)各型號(hào)的 PLC 的價(jià)格、性能、實(shí)用場合等各方面。本系 統(tǒng)可選擇 PLC 型號(hào)

28、為：FX2N48MR，合計(jì)總數(shù) 48 點(diǎn)324 點(diǎn)輸入，DC24V，24 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（mm） ：2208790，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 PLC。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn) 特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單 個(gè)需要的大量特殊功能模塊， 它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和 控制能力。該型號(hào) PLC 有 24 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，24 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并 留有一定的余量。 根據(jù)實(shí)際需要,在這里選擇三菱 PLC FX2N48MR. 3.2.2 各模塊的電路原理圖和 PLC 的 I/O

29、點(diǎn)分配 控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)。其中，當(dāng)有輸入信號(hào) 時(shí)為 1，無信號(hào)輸入時(shí)為 0。 1、振動(dòng)進(jìn)料模塊 主要任務(wù) 振動(dòng)模塊主要由振動(dòng)料倉配直線振動(dòng)器、檢測裝置等組成，主要 完成工作 1 的裝配準(zhǔn)備工作及檢測是否有工件（以便確定第二模塊是否工作） 。 把信號(hào)傳送給第二模塊。 控制電路圖 圖 3- 1 料斗電路控制圖 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 15 動(dòng)作流程:啟動(dòng)綠燈亮頂進(jìn)頂退復(fù)位 圖 3- 2 料斗 I/O 口分配圖 圖 3- 3 料斗手動(dòng)控制梯形圖 當(dāng)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕 SB1(X000)啟動(dòng)電路電機(jī),當(dāng)按下檢測按鈕

30、,光幕常閉按鈕正常 時(shí),綠燈亮.當(dāng)按住頂進(jìn)按鈕,實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)動(dòng)作,當(dāng)按住頂退按鈕實(shí)現(xiàn)頂退動(dòng)作.當(dāng)按下 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 16 復(fù)位,實(shí)現(xiàn)復(fù)位. 圖 3- 4 料斗手自動(dòng)控制梯形圖 2、 物料轉(zhuǎn)移模塊 主要任務(wù) 物料轉(zhuǎn)移模塊主要由氣缸等完成上下、 水平、 轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作， 由氣爪 （機(jī) 械手）完成工作的抓取及釋放工作，使工作 1 從直線振動(dòng)器轉(zhuǎn)發(fā)移到工作臺(tái)上。 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 17 圖 3- 5 機(jī)械手電路控制圖 動(dòng)作流程:啟動(dòng)擺進(jìn)伸進(jìn)探進(jìn)吸物探退伸退擺退 復(fù)位

31、圖 3- 6 機(jī)械手 I/O 口分配 圖 3- 7 機(jī)械手手動(dòng)控制梯形圖 訂做機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(含圖紙 CAD 和 WORD 論文） QQ 1003471643 18 圖 3- 8 機(jī)械手自動(dòng)控制梯形圖 3 裝配及檢測模塊 主要任務(wù) :裝配及檢測模塊主要完成工作的裝配及檢測工作，分成四個(gè)工位，第 一工位為接料，第二為裝配，第三為接觸式檢測，第四為出料 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 動(dòng)作流程:啟動(dòng)推進(jìn)壓進(jìn)壓退推退復(fù)位 圖 3- 9 轉(zhuǎn)臺(tái)電路控制圖 圖 3- 10 轉(zhuǎn)臺(tái) I/O 資源分配 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 3- 11 轉(zhuǎn)臺(tái)手動(dòng)控制梯形圖 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2

32、1 圖 3- 12 轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)控制梯形圖 4 成品分檢及轉(zhuǎn)移模塊 主要任務(wù) :成品分撿及轉(zhuǎn)移模塊根據(jù)上一模塊的檢測結(jié)果確定在哪一位置釋放工 件，不良品進(jìn)入廢品斗，良品上皮帶機(jī)進(jìn)入后道工序，皮帶機(jī)上配有工作檢知器，用于 檢測是否有工作向后道移動(dòng)，若有工件則給予后一模塊動(dòng)作信號(hào)。 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 3- 13 傳送帶控制電路圖 圖 3- 14 傳送帶 I/O 資源分配 動(dòng)作流程:啟動(dòng)擺進(jìn)探進(jìn)吸盤探退擺退釋放復(fù)位 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 3- 15 傳送帶手動(dòng)控制梯形圖 圖 3- 16 傳送帶自動(dòng)控制梯形圖 5 進(jìn)倉模塊 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 主要任

33、務(wù) 進(jìn)倉模塊根據(jù)前一模塊的信號(hào)確定角度氣缸、步進(jìn)電機(jī)是否動(dòng)作，上下 移動(dòng)氣缸根據(jù)料倉內(nèi)的物料情況確定是否動(dòng)作， 推料氣缸在步進(jìn)電機(jī)及上下氣缸動(dòng)作完 成后（即確定放料倉位后）推料入倉。 圖 3- 17 立體倉控制電路圖 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 3- 18立體倉 I/O 資源分配 動(dòng)作流程:啟動(dòng)吸物移進(jìn)探進(jìn)放物探退移退復(fù)位 圖 3- 19 立體倉手動(dòng)控制梯形圖 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 3- 20 立體倉自動(dòng)控制梯形圖 3.2.3 PLC 與工控機(jī)的通信協(xié)議 PLC 與工控機(jī)的通信采用串行口通信，由于 PLC 的通信口是 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，而工控 機(jī)是 RS-232

34、 標(biāo)準(zhǔn)，因此，二者的連接通過 PC/PPI 電纜進(jìn)行連接PLC 的通信方式采用 自由口通信模式，由使用者確定通信雙方的數(shù)據(jù)，通信雙方的通信格式，如波特率、奇 偶校驗(yàn)、停止位等，要事先約定。通信單位為 2 個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)，第二 個(gè)字節(jié)是握手信號(hào)回車符 0D 各字節(jié)狀態(tài)定義如下： 通信格式定義： 通信雙方以一個(gè)字節(jié)為通信其定義如下： A7A6: 00: 表示為正常分類狀態(tài) 01：表示為控制代碼 10：錯(cuò)誤種類 11：備用 3.2.4 驅(qū)動(dòng)器的選擇 1、選型原則 電流是判斷驅(qū)動(dòng)器能力的大小，是選擇驅(qū)動(dòng)器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動(dòng)器的最大 電流要略大于電機(jī)標(biāo)稱電流，通常驅(qū)動(dòng)器有 2.0A、

35、3.5A、6.0A、8.0A 等規(guī)格。 供電電壓是判斷驅(qū)動(dòng)器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有：24VDC、40VDC、80VDC、 110VAC 等。 細(xì)分是控制精度的標(biāo)志， 通過增大細(xì)分能改善精度。 細(xì)分能增加電機(jī)平穩(wěn)性， 通常步進(jìn)電機(jī)都有低頻振動(dòng)的特點(diǎn)，通過加大細(xì)分可以改善，使電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)。 2、選型 步進(jìn)電機(jī)必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源才能夠正常工作。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源一般由環(huán) 行分配器、 功率放大器等部分組成。 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型， 其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力矩越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)系統(tǒng)中的

36、核心組件之一。如圖 3-3 所示，它按照控制器發(fā)來的脈 沖/方向指令（弱電信號(hào)）對電機(jī)線圈電流（強(qiáng)電）進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位 置和速度。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 為了提高工作可靠性， 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器采用商品化的整體結(jié)構(gòu)， 選用北京四通電機(jī)公司的 SH-20806， 其采用數(shù)字式升頻升壓驅(qū)動(dòng)方式， 并結(jié)合了恒電流 控制技術(shù)，采用 36V 交流電源供電，輸入控制信號(hào)為 TTL 電平信號(hào)，且提供過流保護(hù)、 過壓保護(hù)、步距角切換、雙/單脈沖控制模式切換和試機(jī)等功能，可以滿足大多數(shù)控制 場合下的要求。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器工作模式有三種基本的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：整步、半步、細(xì)分。其主要 區(qū)別在于電機(jī)線圈電流的控

37、制精度（即激磁方式） 。 本課題中，我們選用半步驅(qū)動(dòng)方式：在單相激磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū) 動(dòng)器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移 動(dòng)半個(gè)步距角，停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進(jìn)行單相然后雙 相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖 0.9的半步方式轉(zhuǎn)動(dòng)。和整步方式相比，半步方式具有 精度高一倍和低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn)， 所以實(shí)際使用整/半步驅(qū)動(dòng)器時(shí)一般選用半步 模式。 3.3 軟件的實(shí)現(xiàn)方法 系統(tǒng)上電后，首先調(diào)用初始化程序完成對整個(gè)系統(tǒng)的初始化及各感應(yīng)開關(guān)的掃描， 并依此判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。如否，則向工控及發(fā)出初始化失敗信息，并等待操作人

38、 員處理；如正常，則在初始化完成后，向工控機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)，工控機(jī)收到后，啟 動(dòng)系統(tǒng)工作。 工作過程中，PLC 不斷掃描各感應(yīng)開關(guān)，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)有滑塊到達(dá) 分類機(jī)構(gòu)依據(jù)工控機(jī)發(fā)出的分類信號(hào)，控制分類機(jī)構(gòu)將滑塊分類出去。由于多個(gè)分類的 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 存在，可能出現(xiàn)因電機(jī)失步而導(dǎo)致誤分類。因此，在彈出滑塊后，PLC 要依據(jù)分類信息 和收到的分類完成信號(hào)，判斷他們是否一致。如一致，則表明分類正確；否則應(yīng)報(bào)警， 告知分類錯(cuò)誤，同時(shí)中止系統(tǒng)的運(yùn)行。 振動(dòng)料倉采用外購，具體提供工件給供應(yīng)商，由供應(yīng)商根據(jù)工件確定料倉。直線振 動(dòng)器出口處裝有檢測裝置，檢測是否有工件通過，

39、若有工件，即指揮第二模塊動(dòng)作（第 二模塊的動(dòng)作還需第三模塊的動(dòng)作命令） 。 當(dāng)上一模塊檢測有工件時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸、水平移動(dòng)氣缸工作，使機(jī)械手動(dòng)作到直線振 動(dòng)器的出口上方，然后上下移動(dòng)氣缸動(dòng)作，使氣爪移動(dòng)到工件處，氣爪動(dòng)作，抓緊工件， 然后上下移動(dòng)氣缸、水平移動(dòng)氣缸、角度氣缸分別移動(dòng)，使工件 1 移至下一模塊的第一 工位上方，然后氣爪動(dòng)作，放下工件 1，最后機(jī)械手恢復(fù)原始位置；根據(jù)時(shí)序控制及上 一模塊是否有工件確定機(jī)械手的下一動(dòng)作時(shí)間。 當(dāng)?shù)诙K將工件 1 放入第一工位后，工件轉(zhuǎn)動(dòng)到下工位（注意：應(yīng)測試模塊 2 的 動(dòng)作時(shí)間，模塊 3 的轉(zhuǎn)動(dòng) 1 工位的時(shí)間，根據(jù)兩個(gè)動(dòng)作的時(shí)間確定哪個(gè)模塊等待，由

40、動(dòng) 作時(shí)間長的模塊在動(dòng)作完成時(shí)提供一電信號(hào)給予動(dòng)作快的模塊，確定其可以動(dòng)作） ，第 二工位的進(jìn)料缺陷缸動(dòng)作，使工件 2 進(jìn)入工件 1，壓緊氣缸動(dòng)作，壓入工件 2，轉(zhuǎn)動(dòng)工 件臺(tái)，使工件進(jìn)入第四工位。 第四模塊的電磁吸盤初始位置為第三模塊的第四工位正上方，當(dāng)?shù)谌K轉(zhuǎn)動(dòng)一工 位時(shí)，電磁吸盤工作，吸上工件，然后水平移動(dòng)氣缸移動(dòng)，根據(jù)第三模塊檢測結(jié)果確定 將工件在何處釋放，釋放工件后恢復(fù)初始位置。皮帶機(jī)減速電機(jī)在系統(tǒng)開機(jī)后通電，保 持在 10r/min 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶作勻速運(yùn)動(dòng)，在皮帶的靠近出口處裝有工件檢測裝置， 檢測是否有工件進(jìn)入后道，若檢測有工件通過，第五模塊的角度氣缸動(dòng)作（角度氣缸動(dòng) 作的時(shí)

41、機(jī)根據(jù)實(shí)際確定）夾緊工件，工件進(jìn)入第五模塊。 第五模塊接收工件后，判斷工件的放置入口，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，上 下移動(dòng)氣缸根據(jù)計(jì)算確定是否動(dòng)作，入倉位置定位完成后，推料氣缸動(dòng)作推入工件并復(fù) 位，待推料氣缸動(dòng)作完成后，工作臺(tái)復(fù)位，等待下一工件進(jìn)入（注意：測試第五模塊的 動(dòng)作完成時(shí)間，應(yīng)保證動(dòng)作時(shí)間快于皮帶送料的時(shí)間） 。 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 3.4 各模塊的動(dòng)作互鎖 、第二模塊的動(dòng)作由第一模塊的工件檢測裝置及第三模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作完成信號(hào)決 定，當(dāng)?shù)谌K轉(zhuǎn)動(dòng)一工位的時(shí)間小于第二模塊的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，不需要第三模塊的反饋 信號(hào)。 、第三模塊的動(dòng)作由第二模塊是否動(dòng)作決定，當(dāng)?shù)诙K

42、動(dòng)作時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間， 工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。 、第四模塊的動(dòng)作周期由第二模塊及第三模塊中動(dòng)作時(shí)間長的確定，與第二模塊 同時(shí)動(dòng)作，第四模塊的皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于前部所有模塊的單元?jiǎng)幼魉俣?，以保證工件 始終在皮帶上。 、第四模塊上工件檢知器用于檢測是否工件通過，當(dāng)檢測有工件時(shí)，通過一定的 延時(shí)，第五模塊上角度氣缸動(dòng)作，夾緊工件，然后完成入倉動(dòng)作。應(yīng)保證入倉動(dòng)作時(shí)間 少于前部單元?jiǎng)幼鲿r(shí)間，若無法保證，應(yīng)使前部所有模塊有動(dòng)作延時(shí)功能。入倉工作臺(tái) 上有上下位置行程開關(guān)及水平行程開關(guān)，以使工作臺(tái)能恢復(fù)到初始位置，當(dāng)工作臺(tái)無法 恢復(fù)時(shí)，應(yīng)保證所有模塊停止動(dòng)作，并恢復(fù)到初始狀態(tài)。 寧波大紅鷹學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 總結(jié) 本課題研制的分料自動(dòng)機(jī)解決了制約企業(yè)提高生產(chǎn)效率的問題， 實(shí)現(xiàn)了本課題的主 要任務(wù)是對分料自動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，選型及調(diào)試。在設(shè)計(jì)過程中，首先， 應(yīng)該使要求實(shí)現(xiàn)的功能得以實(shí)現(xiàn)，并且達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)盡量降 低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，以提高可靠性，同時(shí)也可以降低成本。考慮到費(fèi)用的問題，我們也 應(yīng)當(dāng)在保證功能的同時(shí)，盡可能選用造價(jià)低廉的部件。 所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，通過模擬實(shí)驗(yàn)板的調(diào)試及