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1、维修电工 技师资格考评论文论文题目：基于步进电机控制的 货物检测.搬运及仓储系统的设计与安装 作 者： 职业技能鉴定等级： 单位名称： 单位地址： 指导老师： 2012年 3月 28 日目录摘 要3关键词3前 言4第一章 系统结构及工作原理61.1系统组成61.2 系统工作原理7第二章 系统设计的关键技术82.1 系统设计方案82.2 传感器的检测技术112.3 气动元件概述142.4 步进电动机概述16第三章 系统的硬件设计223.1 PLC的I/O分配表223.2 PLC的硬件接线图243.3步进驱动器参数的选择25第四章 系统的软件设计264.1系统上电.初始化.急停的程序设计264.2
2、 材料分拣小系统的程序设计274.3 机械搬运小系统304.4 平面仓库小系统32第五章 总结34致谢34参考文献35摘 要 工业机械手传送带及系统是流水线自动化生产的重要组成分，它完成了物件的运送、抓取、转移等功能是大规模集成控制的基础工作单元。在以前的控制系统中，大多数是采用继电器作为开关量控制 ，自动化程度低，工作效率偏低，已经不能适应目前的生产需要。本文对传送带、机械手的自动化运行方案进行探讨，在此基础上，设计添加了步进电动机定位这一环节，利用气动原理，从而实现物件的仓储这一功能。 选用三菱公司FX2N-48MT型PLC、三菱FR-A700变频器、三种传感器、型号为SH-2H057的步
3、进驱动器进行传送带的变频节能、物的分拣、物料的转移、物料的定位及物料的仓储的控制系统设计。关键词 传送带 机械手 步进电机 变频器 PLC 自动控制 前 言 自改革开放以来，我国的工业化以非常快的速度在发展着，工业自动化的趋势也是越来越明显，并逐渐取代着原来的大量人工劳动力的生产方式。而在高自动化的流水线上，传送带机械手工作单元可以说是用得最广泛的一种控制技术。现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，工业机械手传送带的设计方案也越来越来先进，越来越趋于完美。随着我国工业生产的飞速发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸 转向 输送或操持焊枪，喷枪，扳手等工具进行加工，装配等作业的自动化，已
4、越 越来越引起人们重视，同时也要求供料机构更加的灵活，柔性化。对机械手的控制系统提出了更高的要求，原来的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。针对这么一个情况我决定论文内容为机械手配传送带。本次论文设计是基于变频器技术、PLC技术、传感器技术、气动技术、电机控制技术的基础上，完成物料的传送和分拣、物料的搬运以及物料的仓储功能。在控制系统设计方面分为三大块，分别为（1）材料分拣小系统（2）机械手搬运小系统（3）平面仓储小系统。材料分拣小系统是在传送带环节上添加电感传感器、光纤传感器、光电传感器分别检测物料的材质、颜色以及确认。另一方面传送带采用变频器控制，实现高速低速传送，以达到节能的目的机
5、械搬运小系统采用五个气缸，利用气动技术，实现机械手的上升、下降、夹紧、放松、左旋、右旋功能。平面仓储小系统是论文的重点。仓库设有8个，每个仓库都有个满库限位，分为仓储4种材料，当机械手把检测过的物料放到指定位置，步进电机根据物料所设定的脉冲数，移动相应的距离，再由气动元件进行仓储。仓储完成，步进电机移动回到初始位置等待下个物料。 步进电机作为辅助电动机，工业上常与单片机或PLC组合工作，本篇论文中利用步进电动机每输出一个脉冲，移动相应距离，而且定位准确这个特性，来代替以往的继电器进行物料运送，从而实现自动化。 第一章 系统结构及工作原理1.1系统组成材料分检搬运仓储系统主要由材料分拣小系统、机
6、械手搬运小系统、材料仓储小系统三个部分组成。其实物图如1-1所示。 图 1-1 实物图 材料分拣小系统由井式出料塔、气动推料机构、传送带、传感器组组成。气动机械手由升降机构、旋转机构、夹紧机构、安装支架等部件组成。平面仓储小系统：由直线导轨、平面库、气动入库机构等组成。1.2 系统工作原理1.2.1 材料分拣小系统：由井式出料塔、气动推料机构、传送带、传感器组成。实现物料出库、物料输送和物料检测的功能。皮带上方安装有三个传感器，分别用来识别颜色（深、浅）、材质（金属）、和数量的功能。图1-2 物料分检小系统结构图1.2.2 机械手搬运小系统：气动机械手由升降机构、旋转机构、夹紧机构、安装支架等
7、部件组成。机械手由三个汽缸分别实现机械手的夹紧放松、摇臂的上升下降、摇臂左右旋转。 图1-3机械手搬运小系统1.2.3 平面仓储小系统：由直线导轨、平面库、气动入库机构等组成。 通过控制物料在直线导轨上的位移，气动入库机构实现不同材料进入到不同的仓库位置。第二章 系统设计的关键技术2.1 系统设计方案2.1.1系统设计总方案 材料分检搬运仓储系统中的传送带传送物料采用变频器控制三相异步电动机实现二段速运行，即传送带上有物料则高速运行，传送带没有物料则低速运行以达到节能的目的。传送带上安装有三个传感器。根据物料的外壳有蓝色和黄色两种颜色，物料的内芯有尼龙和金属两种材质，共有四种组合的物料：蓝色尼
8、龙、蓝色金属、黄色尼龙、黄色金属。所以选用半导体光敏传感器来识别颜色；采用电感传感器来识别材质；确认到位和检测数量的传感器采用光电传感器。材料机械搬运系统采用气动回路机构，令机械手夹紧与放松、上升与下降、左右旋转从而来完成物料的搬运。平面仓储小系统中的物料移动，是采用步进电动机来控制物料在直线上的位移，移动到仓库口，利用推料气缸将物料存入仓库 2.1.2 系统控制策略首先给变频器上电，传送带低速传送，物料由井式出料塔，利用推料气缸，将物料推送到运输带上，运输带高速传送，当物料经过传感器时，光电传感器和电感传感器分别对物料进行检测，识别物料颜色及物料内芯，物料传送到位后，由半导体光敏传感器进行确
9、认。确认完毕，当货物到达指定位置后，机械手（处于手爪松开、临空状态）下降并夹紧货物，运动到位后旋转到下一工位完成搬运过程。其动作过程如下： 图 2-1 机械手运动过程 当物料到达接货区时，步进电动机开始工作，根据之前传感器分辨出的物料颜色材质，步进电动机给出相应的直线移动距离，使物料到达对应的仓库门口，利用推料气缸将物料存入相应的仓库(7.8号为黄色尼龙仓库、5.6号为黄色金属仓库、3.4号为蓝色尼龙仓库、1.2号为蓝色金属仓库)每种材料首先存入相应的偶数（2.4.6.8号）仓库，当该偶数仓库货满时PLC得到信号，传输给步进电动机使物料存入相应的基数(1.3.5.7号)仓库。2.2 传感器的检
10、测技术该系统设计采用了电感传感器、光电传感器、漫射式光电接近开关。2.2.1 电感传感器 电感式传感器的结构原理图如下图所示。它由线圈1、铁芯2 和衔铁3 三部分组成, 在铁芯和衔铁之间留有空气隙。被测物与衔铁相连, 当被测物移动时通过衔铁引起空气隙变化, 改变磁路的磁阻, 使线圈电感量变化。电感量的变化通过测量电路转换为电压、电流或频率的变化, 从而实现对被测物位移的检测。图2-2 电感传感器 图2-3电感式传感器2.2.2 光电传感器光电传感器是一种光电结合的器件。从结构上看,就是将发光元件和受光元件完全封装起来,并将外部光线加以遮断的元件。常用硅光电三极管作受光部分,砷化镓发光二极管作发
11、光部分。发光二极管不属于传感器的范围,这里略加介绍。发光二极管（LED）是靠注入PN 结的载流子自发跃迁产生的自发辐射发光的。发射的是相干光,波长在可见光或红外光区域。发光二极管的开启电压约为12V,发光亮度与流过管子的电流密度有关。光电传感器工作时,在输入端接入电信号,使发光器件发光,而受光器件管芯在此光辐射的作用下输出光电流。通过电-光、光-电两次转换,进行输入端和输出端之间的电的耦合图2-4为一种光电三极管和发光二极管组合的光电耦合器件的结构和外形。 图2-4 结构外形图图2-5光电传感器2.2.3 漫射式光电接近开关“光电传感器” 是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的
12、传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3 种，如图2-15 所示。 图2-6光电式接近开关2.3 气动元件概述2.3.1气缸的作用本次系统设计使用了5个气缸，分别为货物出料气缸，用于把货物推到传送带上，机械手抓紧放松气缸，用于货物的夹紧和放松。旋转气缸，用于机械手的左右旋转。升降气缸，用于机械手的上升与下降。以及货物存储气缸，用于把货物推进仓库。2.3.2气动回路图气动控制回路
