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1、自动生产线分拣站（PLC+直流伺服电机+气动元件）控制系统设计摘 要 面对激烈的市场竞争，一个企业的生产效率是其能否生存和发展的决定性因素。要想提高生产效率就必须提高各个环节的效率，产品自动化控制系统的使用是现在工业生产经常使用的控制系统之一。比如工件分拣这个环节，有没有自动分拣系统就成为判断条件之一，也是必须的条件。本文在纵观了近年来自动化发展状况的基础上，结合自动化方面的设计，对自动化技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统
2、中采用气动驱动，采用气压驱动系统，具有动作迅速、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣系统的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。关键词: 物料分拣，气动驱动，可编程控制器（PLC），自动化控制目 录摘 要I目 录II第一章绪 论11.1课题研究的背景11.2课题研究的目的和意义1第二章 自动化分拣系统的构成与工作原理22.1自动化生产线的核心技术22.2自动化分拣单元工作过程22.3分拣单元的结构组成32.3.1传送和分拣机构32.3.2驱动模块42.
3、3.3电磁阀组52.4分拣中的传感器62.4.1光纤传感器62.4.2光电传感器72.4.3磁感应接近式传感器72.4.4 金属传感器8第三章 执行系统的分析与设计93.1气动技术在气动装置中的设计93.1.1 气泵的认识与选择93.1.2空气压缩机93.1.3储气罐103.1.4气动控制元件的认识113.2 分拣站的执行元件143.2.1 气动执行元件143.3传动机构163.3.1直流伺服电机的认识与选择163.4伺服控制器的认识183.5旋转编码器概述18第四章 控制系统的分析与设计204.1分拣单元的 PLC控制系统设计的基本原则204.1.1分拣站的工作原理204.1.2 PLC机型
4、的选择204.1.3确定PLC的容量224.1.4 确定PLC的IO模块234.1.5 PLC种类及型号的确定244.2 PLC的I/O 接线及气路图244.3分拣单元的编程要点274.3.1 高速计数器的编程274.3.2程序结构304.4 编写和调试PLC控制程序324.4.1 编写程序的思路324.4.2 功能测试程序的结构334.4.3调试与运行33总 结34参考文献35致 谢36第一章绪 论1.1课题研究的背景在时代的前进过程中自动化科学技术已对整个科学技术的理论和实践做了重要贡献，并为人类社会带来了巨大利益。，近年来，自动控制的另一个发展方向智能控制取得了较大进展，智能控制理论不同
5、于经典控制理论和现代控制理论的处理方法，控制器不再是单一的数学解析模型，而是数学解析模型与知识系统相结合的广义模型。它以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础，将传统控制理论和人工智能相结合，模仿人的智能来研究解决复杂控制问题。因此，智能控制技术特别是神经网络技术和模糊控制技术可以弥补常规方法的局限性，使得不确定性和未知非线性系统的自适应控制成为可能。目前，将智能控制技术应用于非线性系统的自适应控制已成为非线性控制理论中的一个重要方面。1.2课题研究的目的和意义本课题的目的是研究以PLC为核心，为产品分拣自动生产线设计一个电气控制系统。该控制系统应能使产品分拣自动生产线具有全线全自
6、动分拣功能，并能完成对混杂在一起的三种不同产品的分拣的控制要求；应具有启动、预停、和计数功能；具有短路保护、过载保护、欠压保护功能。具有提高工效、促进生产自动化，提高生产效率和减轻劳动力作用，为前沿的产品应自动化设备更新时的需要提供必备条件，可以广泛应用于机械制造、电子、轻工业和物流等部门。第二章 自动化分拣系统的构成与工作原理2.1自动化生产线的核心技术PLC就像人的大脑；光电传感器就像人的眼睛；电机与皮带输送带就像人的腿电磁阀组就像人的肌肉；人机界面就像人的嘴巴；软件就像人的大脑的中枢神经。磁性开关就像人的触觉；直线气缸就像人的手和胳膊；通信总线就像人的神经系统，而分拣站中同样具有这些技术
7、，下面就让我们进行研究吧。2.2自动化分拣单元工作过程分拣单元是自动化生产线中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并被入料口的光电传感器检测到时，电机启动，工件开始送入分拣区进行分拣。如图2-1所示图2-1分拣单元实物2.3分拣单元的结构组成图2-2分拣单元实物的全貌分拣单元的结构组成如图2-2所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构，传动机构，控制模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，底板等。2.3.1传送和分拣机构传送和分拣机构中将传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。它主要由传送
8、带、料抖、物料槽、推料（分拣）气缸、光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器、金属传感器组成。传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。料抖是用纠偏机械手输送过来的工件。三条物料槽分别用于存放加工好的金属工件、黑色工件和白色工件。传送和分拣的工作原理：本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口的漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序使启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区的为金属块，则被磁感应接近开关动作，1号气缸动作，金属块被推入1号槽；如果进入分拣区工件为白色，则检测白
9、色物料的光纤传感器动作，作为2号槽推料气缸启动信号，将白色料推到2号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为3号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到3号槽里。自动生产线的加工结束。在每个料槽的对面都装有推料（分拣）气缸，把分拣出的工件推到对号的料槽中。在三个推料（分拣）气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关，在PLC的自动控制可根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。当推料（分拣）气缸将物料推出时磁感应接近开关动作输出信号为“1”，反之，输出信号为“0”。为了准确且平稳地把工件从滑槽中间推出，需要仔细地调整三个分拣气缸的位置和气缸活塞杆的伸出速度。在传送带入料口位置装有光电式传感器，
10、用以检测是否有工件输送过来进行分拣。有工件时，光电式传感器将信号传输给PLC，用户PLC程序输出启动控制器信号，从而驱动直流伺服电动机启动，将工件输送至分拣区。2.3.2驱动模块驱动控制输出正旋波的驱动电源是以恒电压频率比（U/f）保持磁不变为基础的（SPWM）驱动主电路，以产生脉冲直流电压以驱动直流电动机转动。2.3.3电磁阀组分拣单元的电磁阀组（如图2-3所示）只使用了三个由三位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属气缸、白料推动气和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。图2-3电磁阀组所采用的电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH
11、）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对电磁阀组进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。分拣单元的两个电磁阀安装时需注意，一是安装位置，应使得工件从滑槽中间推出，二是要安装水平，或稍微略向下，否则推出时导致工件翻转。所采用的电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对电磁阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。2.4分拣中的传感器2.4.1光纤传感器在传送带上方分别装有两个光纤传感器如图2-4所示，
12、光纤传感器由光纤检图2-4光纤传感器测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。图2-4 光纤传感器光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。从而可以通过调节灵敏度判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。2.4.2光电传感器光电式传感器是用光电转换器件作
13、敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。光电式传感器的种类很多，按照其输出信号的形式，可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。（如图2-5所示） 以开关量形式输出的光电传感器，即为光电式接近开关。图2-5光电传感器光电式接近开关,利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。光电式传感器的种类很多，其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。 自动化生产分拣中当工件进入的输送带上时，分拣站上的光电开关发射出的光线被自身的光敏元件接受，光电开关输出信号是传送带运转。用在环境比较好、无灰尘、无粉尘污染的场合，为非接触式测量，对被测物体无任何影响，在工业中得到广泛应用。 其原理是利用光敏三极管、光敏二极管
14、射回的光的强弱或有无光线、光敏电阻或光敏电池检测反从而检测是否存在物体。2.4.3磁感应接近式传感器自动化中所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁（2-6所示）定工件是否被推出或气缸是否返回。图2-6磁感应式接近开关在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关没有动作时，输出信号“0”，LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。2.4.4 金属传感器金属传感
15、器又叫电感式接近开关。为了检测物料是否为金属，在分拣工件导向件右侧装有一个电感传感器（2-7所示） 图2-7金属传感器实物图其原理是利用电涡流原理制成的，利用电涡流效应制成的具有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生电涡流，这个涡流反过来作用于接近开关使接近开关振荡能力减弱，导致内部参数发生变化，由此来识别是否是金属物料，进而控制开关的开与断。第三章 执行系统的分析与设计3.1气动技术在气动装置中的设计3.1.1 气泵的认识与选择气泵包括：空气压缩机安全保护器、储气罐、主管道过滤器、压力开关、过载压力表、气源开关（如图3-1所示）。图3-1气泵及其周围元件气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭
