毕业论文基于plc的物料分拣控制系统的设计

毕业论文基于plc的物料分拣控制系统的设计内容摘要：

件信 号调 理与 转换 电路辅 助 电 源被 测 量非 电 量 电 参 量 电 量 图 2 传感器的组成示意图 敏感元件 —— 是用来 感受被测量，输出与被测量成确定关系的其他量的元件，例 如 波纹管 和 膜片 ，可以把被测压力变成位移量。 若敏感元件能直接输出电量（如热电偶），就兼为传感元件。 另外 还有一些新型传感器，如压阻式和谐振式压力传感器等，其敏感元件和传感器 是 一体的。 变换元件 —— 又称传感元件， 是 传感器的重要组成元件。 直接感受被测量（一般为非电量）且输出与被测量成确定关系的电量，如 热敏电阻 和 热电偶。 传感元件也可以 间接 感受被测量，只感受与被测量成确定关系的其他非电量。 一般情况下使用的都是这种传感元件。 信号调理与转换电路 —— 把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。 信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类，常用的电路有放大器、 电桥、阻抗变换器 和 振动器 等。 传感器根据使用要求的不同，可以做的很简单，也可以做的很复杂；可以使带反馈的闭环系统，也可以是不带反馈的开环系统。 因此，传感器的组成将依不同的情况而有所差异 [4]。 传感器的选择 传感器是将被 检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。 主要用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信本科毕业论文 11 息。 根据本论文设计的要求， 经分析可知： 需要对位置检测装置、视觉传感器进行选用。 位置检测装置 用来 检测气缸动作是否到位，视觉传感器是 用来 完成对不同物料的识别。 （ 1）位置检测装置 在本设计中 ，应有相应的位置检测装置检测 当气缸执行动作时 是否到位。 常用的位置检测装置是行程开关。 行程开关又称限位开关，是根据运动部件 位置 而切换电路的 自动控制电器、。 动作时，由挡块与行程开关的滚轮碰撞，使触头接通或 断开， 用 来 控制 运动部件 的 运动方向、 行程 大小 及限位保护。 在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。 行程开关的品种规格很多， 有机械式和电子式两种。 按其操作结构可分为直动、滚轮直动、杠杆单、双轮等。 选用行程开关时，应 结合 不同使用场合，满足各方面的要求 等 来进行选择。 在 本设计中采用直线接触式磁感应开关检测气缸回位动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。 （ 2）视觉传感器 视觉 传感器 的作用 就是最大程度模仿人的眼睛，能够对不同的物体进行识别，本系统采用材质传感器和颜色传感器，对物料进行分拣。 电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器， 是一个具有可变参数的电容量。 多数场合下，电容由两个金属平行极板组成的，并且以空气为介质。 是一个接近开关。 电容传感器的测量头构成电容器的一个板 ,另一个是板待测物的本身。 当对象移动到接近开关、接近开关的对象和介电常数的变化 ,和测量头相连的电路状态也相应地改变。 因此 ,可以控制开关是开启和关闭。 在 本 设计里面 电容传感器用于检测铝质材料。 电感式 传感器 属于有开关量输出的位置 传感器， 是利用电磁感应原理，将被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数 L 或互感系数 M的变化， 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量转本科毕业论文 12 换的装置。 用来检测金属物体。 它由 LC 高频振荡器和放大电路 ,使用金属物体可以产生电磁振荡诱导在接近头部 ,使对象在涡。 涡流产生的反应在接近开关 ,接近开关振荡容量衰减、内部参数变化的电路。 总之 ,电感式传感器可以找出存在的金属物体接近 ,和控制开关打开或关闭。 在这种设计使用设备来检测铁材料 [5]。 根据不同物料有不同的颜色，可以对 同 一种颜色的物料进 行拣出。 颜色传感器 也属于具有开关量输出的位置传感器。 它是在 Si 等多数光电二极管之前，分别放置 R（红）、 G（绿）、 B（蓝）三种颜色的彩色滤光器， 通过 处理各自的输出信号并识别彩色的方法。 材料分拣系统采用 颜色传感器 主要是用来识别红色与绿色的材料。 目前， 用于颜色识别传感器有两种基本类型 :(1)颜色代码传感器 ,它使用一个白炽光源或单色 LED 光源。 (2)RGB(红、绿、蓝 )颜色传感器 ,检测对象的反射比的三个主要的颜色 ,以便识别物体色。 许多这样的设备被温暖的反射式、梁式、纤维类型、包装在各种金属和聚碳酸酯住房 ,典型的输 出是 :NPN 型和 PNP 型、继电器。 为了便于 PCL 控制程序的编写， 综合 公司企业的经济效益 及 其各种情况，在本设计 中 ，选择 RGB 颜色传感器 作为 识别物料颜色的装置，继电器输出方式， 使得 PLC 控制系统简单化，控制系统更容易实现 [4~6]。 驱动部分的分析与选择 系统的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置，其驱动系统根据动力源的不同，分为 气压、 液压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。 目前主要采用的有 气压、 液压、电气这三种驱动方式。 气压驱动 ， 价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工 业机械手中应用较多。 另一方面， 气动技术作为一种“廉价的自动化技术” ,由于不断提高性能的组件 ,降低生产成本 ,广泛应用于现代工业生产领域。 在现代设备和自动化生产线 ,几乎所有配备气动系统。 气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具。 液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。 但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油本科毕业论文 13 源，成本较高，工作噪声较大。 电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便。 但是由于 电气 驱动方式价格 昂贵，限制了 电气驱动 在一些场合的应用。 因此，人们寻求其他一些经济适用的驱动方式。 表 1 给出了各种控制方式的比较： 表 1 各种控制方式的比较 项目 气压传动 液压传动 电气传动 机械传送 系统结构 简单 复杂 复杂 较复杂 安装自由度 大 大 中 小 输出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 动作速度 大 稍大 大 小 响应速度 慢 快 快 中 清洁度 清洁 可能 会产生 污染 清洁 较清洁 维护 简单 相对于 气动 来说 复杂 使用 专门技术 简单 价格 一般 稍高 高 一般 技术要求 较低 较高 最高 较低 控制自由度 大 大 中 小 危险性 几乎 没有问题 注意着火 一般 没有问题 没有 特殊问题 通过以上三种驱动方式的比较以及对本设计的参考选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本 [7~9]。 系统执行机构的分析与选择 本科毕业论文 14 机械手的执行结构是机械手赖以实现各种运动的实体。 执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。 在气压传动系统中，组成气动回路是为了驱动用于各种不同目的机械装置，其最重要的三个控制内容是：力的大小、运动的方向和运动的速度。 与生产装 置相连接的各种类型的气缸，靠压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制，利用它们组成了各种气动控制回路。 现在各种控制系统中用于分拣物料的执行机构主要有以下几种： （ 1）机械手夹持式 夹持式手部的结构与人手类似，是工业机械广泛应用的一种手部形式。 它主要由手指、传动机构、驱动机构组成。 其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反。 夹持式手部设计时应注意以下事项：①手指应有一定的开闭范围；②手指应具有适当的夹紧力；③要保证工件在手指内的定位精度；④结构紧凑，重 量轻，效率高；⑤通用性和可换性。 [10] （ 2）气吸式 气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，利用压差而将工件吸附，是工业机械手常用的一种吸持工件的装置。 它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单、质量轻、不易损伤工件、使用方便可靠等优点；但要求工件上与吸盘接触的部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密，没有透气空隙。 主要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件的抓取。 气吸式又可分为：负压吸盘：真空式、喷气式、自挤式空气吸盘；磁力吸盘：永磁吸盘、电磁 吸盘。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空，故称真空式。 喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时，由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的，所以气流速度逐渐增大，在吸气口处形成负压。 吸附头与吸气口连同，故形成真空，以吸住工件。 自挤式空气吸盘是将软质吸盘按压在工件的表面，挤出吸盘内的空气、从而造成真空、吸住工件。 磁吸式手是利用工件的导磁性，利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件。 3）气缸式 本科毕业论文 15 气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之一。 目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化 、标准化、通用化。 水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。 单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成。 其工作原理：对于前伸 /回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩；对于上升 /下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。 当气缸动作时动作限位开关断开，气缸快速弹出，此时先导式电磁阀复位，当气压太大时而气缸没有复位时气缸复位限位开关感应动作从而关闭先导式电磁阀从而起到保护气缸的作用。 气缸式的执行机构动作比较稳定，易于维修 ，控制过程简单，所以该材料分拣系统执行机构选择气缸推动式 [11] 硬件设计及实际模型的建立 物料分拣系统的 PLC 控制用于对相关材料的自动化分拣，其硬件结构框图如图 3 所示。 本科毕业论文 16 图 3 系统的硬件结构框图 根据材料分拣系统的结构框图，可得出其结构示意图如图 4 所示。 按下启动按钮后，电动机 M 运行，绿灯 L2 亮，传送带运转，表示可以进物料。 材料经传感器对其进行识别，检测其分别为 铁质 、 铝质、红色，其相对应的气缸进行动作，将材料推入滑槽内，若不是上述的几种材 料，则最后剩余的气缸动作，将其推入滑槽内，以完成对其的分拣。 可编程控制器 PLC 下料传感器 电感传感器 颜色传感器 电机及下料气缸 气缸 1 气缸 2 气缸 3 气缸压缩机 气缸 4 接近开关 A/D 转换 电容传感 器 本科毕业论文 17 物 料铁 质 铝 质 红 色 其 他电 机 M气 缸传 感 器传 送 带滑 槽指 示 灯 L 1 指 示 灯 L 2 图 4 材料分拣系统的示意图 其他元器件及其选择 料槽是材料手动入库而自动出库的装置， 它底部有一个光电传感器。 在 使用时先人为地 在料槽中放入 材料， 当 光电传感器检测到料块时 ， 系统开始运行。 当系统运行时，传送带 启动， 出料气缸将料库内底层材料推入传送带。 传送带是由单向感应电机驱动的皮带式输送装置。 控制按钮是一种短时接通或断开小电流电路的电器。 它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发 出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。 常见的控制按钮有 LA 系列和 LAY1 系列。 LA 系列按钮的额定电压为交流 500V、额定电流为 5A； LAY1 系列按钮的额定电压为交流 380V、直流 220V，额定电流为5A。 按钮帽有红、绿、黄、白等颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作启动按钮。 待机控制按钮 SB1 和停机控制按钮 SB2 选择 LAY1 系列控制按钮，电压 220V，电流 5A。 其中待机控制按钮为绿色，停机控制按钮为红色。 调压阀、空气 过 滤器与气压指示仪表集中于一个模块上，它们接收来自气源的气压并传送 到下面的 5 个气阀中。 调节调压阀降压，使其输出压力与每台气动设备和装置所需要的压力一致，并保持该压力的稳定。 空气过滤器作用是滤除压本科毕业论文 18 缩空气中的水分、油滴以及杂质微粒等危害，以达到系统要求的净化程度。 油雾器是一种特殊的注油装置，以压缩空气为动力，将润滑油喷成雾状并混合于压缩空气中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的，使压缩空气具有润滑气动元件的能力。 在 自动分选部分 中，先导式电磁。