基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

韶 關(guān) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計題 目：基于PLC的物料分揀機械手自動化控制 系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：陳 浩學(xué) 號：12101102015系 （院）：物理與機電工程學(xué)院自動化系專 業(yè)：自動化專業(yè)班 級：2012級2班指導(dǎo)教師姓名及職稱：韓竺秦 講師起止時間：2015年 10 月 2016年 5 月基于PLC的機械手分揀控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進展之下,機械手在先進制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動，可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全。機械手臂的應(yīng)用也將會越來越廣泛,機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。因此被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。結(jié)合近年來整個機械手的發(fā)展,并分析了機械手系統(tǒng)和機械手方面的設(shè)計，提出了用氣動驅(qū)動和PLC控制設(shè)計方案?？紤]了軟、硬件各自的特點，對物料分揀機械手的整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行了分析和設(shè)計，我們可以采用整體化的設(shè)計思想并進行互補和優(yōu)化。在氣動驅(qū)動和PLC控制設(shè)計方案中，其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機械手的移動、故障報警，分揀等功能。我們很容易得出了一種簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。通過以上部分的分析,得出了經(jīng)濟,實用,高可靠的材料分揀機械手設(shè)計方案,對于其他經(jīng)濟的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計也有一定的參考價值。關(guān)鍵詞: 機械手；觸摸屏（HMI）；可編程控制器（PLC）；自動化控制；物料分揀Automatic sorting line PLC control system designAbstract: In todays life, science and technology, the development of the new moon, the manipulator in the advanced manufacturing field plays an extremely important role, it can carry goods, sorting goods, can realize the mechanization and automation of production, can be used to protect the safety of human body, the application will be more and more widely.The application of mechanical arm is also more and more extensive. The machine is a kind of high-tech automatic production equipment which has been developed in recent decades. It is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy.In this paper, based on the development of mechanical hand in recent years, combined with the design of the manipulator, the mechanical hand technology is analyzed, and the design scheme of pneumatic drive and PLC control is proposed.Using the holistic design idea, considering the characteristics of the software and the hardware, the software and the hardware are complementary and optimized.The whole structure, drive system, the structure and control system of the material sorting manipulator are analyzed and designed.In its drive system, the control system of the PLC control unit is used to complete the initialization of the system function, the movement of the manipulator, the fault alarm, the sorting and other functions.At last, a simple, easy to implement, and the theoretical significance of the control strategy is proposed.Through the work above, it is concluded that the economic, practical, high reliable material sorting manipulator design scheme, the design of PLC control system in other economic type also certain reference value.Keywords：manipulator ; touch screen (HMI);programmable logic controller (PLC); automatic control;sorting materials目 錄1 緒論11.1機械手的簡介11.2課題選題意義及主要研究內(nèi)容21.2.1選題意義21.2.2本課題的主要研究內(nèi)容22 控制方案設(shè)計22.1控制方案選擇22.2 控制系統(tǒng)整體架構(gòu)32.3機械手自動分揀系統(tǒng)53 系統(tǒng)硬件的選型73.1 PLC種類及型號選擇73.2 機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇83.2.1機械手執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇83.2.2機械手執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的分析103.3 機械手執(zhí)行機構(gòu)的組成103.3.1手部的選擇103.3.2手臂結(jié)構(gòu)的選擇113.4 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇123.5 傳感器的選擇133.5.1 位置檢測裝置143.5.2光纖傳感器143.5.3電感式傳感器143.6氣缸裝置143.7 觸摸屏選擇153.7.1觸摸屏特點153.8變頻器的選擇163.8.1 硬件準(zhǔn)備和接線163.8.2 可編程控制器的初始設(shè)定173.8.3變頻器的初始設(shè)定173.8.4 通訊用到的指令174 控制系統(tǒng)設(shè)計184.1 控制系統(tǒng)流程圖184.2 系統(tǒng)輸入和輸出點的I/O點數(shù)分配214.3 PLC外部接線圖22參考文獻23致 謝24附 錄25 基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計自動化專業(yè)2012級2班：陳浩指導(dǎo)教師：韓竺秦 講師1 緒論在現(xiàn)今的科技的日新月益的進的展下, 在現(xiàn)今的科技日新月益的進展之下,機械手在先進技術(shù)領(lǐng)域中承擔(dān)著重要一部分。機械手不但可以搬運一些工件、分揀一些物品等，而且能夠工作在一些人類標(biāo)記為危險的地區(qū),例如能夠在高溫區(qū)域工作,能在有毒的環(huán)境中工作,能在腐蝕的環(huán)境中工作，并且可以實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機械化，因此，被廣泛應(yīng)用于冶金、電子、機械制造、原子能和輕工業(yè)等部門。1.1機械手的簡介機械手作為一個尖端的產(chǎn)物取代一些傳統(tǒng)的工業(yè)的設(shè)備是現(xiàn)在現(xiàn)今社會的必要工具,它可以根據(jù)各種自動化設(shè)備的工作需求或需要,來完成我們想要完成的任務(wù)，所以機械手在這個先進的領(lǐng)域中承擔(dān)著很重要的一部分。它能夠工作在一些人類標(biāo)記為危險的地區(qū),例如能夠在高溫區(qū)域工作,能在有毒的環(huán)境中工作,能在腐蝕的環(huán)境中工作，并可以實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機械化。機械手是機器人的重要驅(qū)動部一件,其機械手的驅(qū)動裝置所提供的安全性、高效性和平穩(wěn)性都會直接影響機器人工作空間的輕量化要求、準(zhǔn)確性和工作性能等，除此之外，機構(gòu)尺寸也是關(guān)鍵之一。1.2課題選題意義及主要研究內(nèi)容1.2.1選題意義為了適應(yīng)工業(yè)需一要，例如一些可變換生產(chǎn)品一種的中小批量自動化生產(chǎn)、單調(diào)重復(fù)某一種運動的工作、柔性生產(chǎn)線動作靈活多樣等等，本論文研究PLC對物料分揀機械手的操控，利用一些合適的傳感器，使其機械手能夠像人一樣區(qū)分一些有顏色的物料或不同材質(zhì)的物料把他們區(qū)分開來和像人一樣靈活地把一些不同顏色或材料的區(qū)分在指定的位置上，機械手也可以普遍使用于一些柔性生產(chǎn)線。有很多時候一些工作是作往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動，人難免會出錯，而機械手可以很好代替人來工作。本次設(shè)計主要是控制機械手的系統(tǒng)、驅(qū)動機械手的系統(tǒng)、執(zhí)行機械手的系統(tǒng)的設(shè)計和完成機械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計。在這種環(huán)境下，智能化的機械手獲得快速的更新，智能化的機械手不僅能夠可以實現(xiàn)一些我們要求的行動和動作，而且可以想人一樣靈活地運動，最重要就是能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)反饋，也就是能夠檢測到環(huán)境的變化，自動地修改正確的運動參數(shù)和行動的規(guī)律。1.2.2本課題的主要研究內(nèi)容智能化的機械手是未來機械手的發(fā)展趨勢，希望在我國科研工作者的共同努力下，我國能在智能機械手領(lǐng)域取得優(yōu)勢地位，為工業(yè)化注入新的活力。本論文首要研討物料分揀機械手：智能化的機械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計和執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選取，還有其驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選取。2 控制方案設(shè)計2.1控制方案選擇一般的運動控制系統(tǒng)主要分為以下幾類：1、基于單一片機的運動控制系統(tǒng)單片機（MCU）具有耗能低、一般的功能都能實現(xiàn)、價格便宜等優(yōu)點，但是，一般的單片機（MCU）由于集成簡單，功能不能很精密，很難實現(xiàn)日常生活中的一些要求，所以在一些大的工業(yè)上很少會用到單片機（CPU）作為他們的控制系統(tǒng)。2、基于PLC的運動控制系統(tǒng)可編程序控制器，也被稱為可編程邏輯控制器(PLC)。機械手控制系統(tǒng)在組成和功能上的合適拆分，不但把成本降低了，還會增加其通用性，而且會讓機械手更合適一些特定的環(huán)境當(dāng)中，對比單片機運動控制方案，可編程邏輯控制器(PLC)不但可以擴展輸入/輸出端口（I/O），它的通訊也能快速響應(yīng)的能力，還有就是他的抗干擾能力比起單片機當(dāng)然強大很多了。為此本章采取PLC控制的方法。2.2 控制系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2.2所示，該系統(tǒng)以PLC為主控部件，是這個系統(tǒng)的核心部分，可編程邏輯控制器(PLC)的可拓展I/O口模塊可以接受各種檢測開關(guān)傳送回來的信號，和實時地監(jiān)控一些開關(guān)和一些傳感器的工作狀態(tài)。觸摸屏可為上位機，對整個系統(tǒng)的各個關(guān)鍵的參數(shù)進行設(shè)置、修正和記錄。各部分的傳感器是獲取機械手的內(nèi)部和外部的信息，如位置傳感器可檢測機械手的實時狀況，檢測一些位置開關(guān)工作狀態(tài)也就是說監(jiān)控機械手的所有動作是否到了該到的位置，其圖如下。圖2.1 機械手分揀控制系統(tǒng)整體架構(gòu)圖 圖2.2 分揀系統(tǒng)示意圖其工作流程:A按觸摸屏“啟動”按鈕，組合的紅燈熄滅，組合的綠燈閃爍，系統(tǒng)檢測各個執(zhí)行機構(gòu)是否處于原點位置，原點位置滿足，執(zhí)行步驟B。B傳送帶正轉(zhuǎn)運行，觸摸屏顯示皮帶運行速度。將料盤上的物料推送至料倉出口物料檢測位置。物料檢測傳感器檢測是否有料，若檢測有料執(zhí)行步驟C； C機械手搬運物料。機械手動作順序如下：伸縮機械手臂伸出至前限位一一垂直機械手臂下降至下限位一一啟動手指抓取物料一一垂直機械手臂上升至上限位一一伸縮機械手臂縮回至后限位一一旋轉(zhuǎn)機械手臂右轉(zhuǎn)至右限位一一伸縮機械手臂伸出至前限位一一垂直機械手臂下降至下限位一一氣動手指釋放物料。執(zhí)行步驟D。D氣動的手指釋放物料后，落料口物料的檢測傳感器檢測是否有料，同時機械手返回原點位置等待抓料。返回順序如下：垂直機械手臂上升至上限位一一伸縮機械手臂縮回至后限位一一旋轉(zhuǎn)機械手臂左轉(zhuǎn)至左限位。若正在處理的物料未分揀完，即使檢測到料倉出口處有料，機械手亦不動作。若落料口檢測傳感器檢測有料，則執(zhí)行步驟E；若落料口檢測傳感器檢測無料，機械手處于原點位置等待，傳送帶停止運行。此時若傳感器檢測有料，則皮帶運行，將物料送入分揀。執(zhí)行步驟E。E物料分揀。傳送帶運行，傳感器則按照物料的質(zhì)料的顏色、性質(zhì)等特征進行分辨，分別由PLC控制的電磁閥使氣缸的動作，對物料進行分揀。若金屬傳感器檢測物料為金屬材質(zhì)，則A桿氣缸動作，將物料推入儲料裝置。若光傳感器I檢測物料為白色塑料工件，則B桿氣缸動作；若光傳感器II檢測到物料為黑色塑料工件，則C桿氣缸動作。觸摸屏顯示工件的總數(shù)量以及各類型工件的數(shù)量。氣缸將不同的工件推入相應(yīng)的儲料裝置中后，系統(tǒng)返回步驟B。2.3機械手自動分揀系統(tǒng)1、上電系統(tǒng)上電后，組合警示紅燈閃爍，提示的系統(tǒng)處于待機模式。注：組合警示燈任何時候只有一個燈亮。2、工作模式生產(chǎn)線有三種操作模式：原點回歸、手動操作、自動運行。使用觸摸屏進行操作。3、原點回歸故障停機、緊迫停機或設(shè)備檢驗更改后，各個執(zhí)行機構(gòu)或許沒有在工作原點狀態(tài)，故系統(tǒng)上電后必須實行原點回歸運作?！霸c回歸”工作，按觸摸屏的“回原啟動”按鈕，各執(zhí)行機構(gòu)返回原點位置：（1）旋轉(zhuǎn)機械手臂左轉(zhuǎn)至左限位（2）垂直機械手臂上升至上限位（3）伸縮機械手臂縮回至后限位（4）氣動手指張開（5）各推料氣缸活塞桿內(nèi)縮至后限位（6）轉(zhuǎn)盤電機停止運行（7）皮帶停止傳送4、手動操作“手動操作”模式，可在觸摸屏上分別對各執(zhí)行機構(gòu)的運行的控制。5、自動運行選擇“自動運行”工作模式。 A按觸摸屏“啟動”按鈕，組合警示紅燈熄滅，組合警示綠燈閃爍，系統(tǒng)檢測各個執(zhí)行機構(gòu)是否處于原點位置，原點位置滿足，執(zhí)行步驟B。B傳送帶正轉(zhuǎn)運行，觸摸屏顯示皮帶運行速度。將料盤上的物料推送至料倉出口物料檢測位置。物料檢測傳感器檢測是否有料，若檢測有料執(zhí)行步驟C； C機械手搬運物料。機械手動作順序如下：伸縮機械手臂伸出至前限位垂直機械手臂下降至下限位啟動手指抓取物料垂直機械手臂上升至上限位伸縮機械手臂縮回至后限位旋轉(zhuǎn)機械手臂右轉(zhuǎn)至右限位伸縮機械手臂伸出至前限位垂直機械手臂下降至下限位氣動手指釋放物料。執(zhí)行步驟D。D氣動手指釋放物料后，落料口物料檢測傳感器檢測是否有料，同時機械手返回原點位置等待抓料。返回順序如下：垂直機械手臂上升至上限位伸縮機械手臂縮回至后限位旋轉(zhuǎn)機械手臂左轉(zhuǎn)至左限位。若正在處理的物料未分揀完，即使檢測到料倉出口處有料，機械手亦不動作。若落料口檢測傳感器檢測有料，則執(zhí)行步驟E；若落料口檢測傳感器檢測無料，機械手處于原點位置等待，傳送帶停止運行。此時若傳感器檢測有料，則皮帶運行，將物料送入分揀。執(zhí)行步驟E。E物料分揀。若光傳感器II檢測到物料為黑色塑料工件，則C桿氣缸動作。觸摸屏顯示工件的總數(shù)量以及各類型工件的數(shù)量。氣缸將不同的工件推入相應(yīng)的儲料裝置中后，系統(tǒng)返回步驟B。注：金屬傳感器只能感應(yīng)金屬物料，光傳感器I只能感應(yīng)高亮度物料，光傳感器II只能感應(yīng)黑色物料。6、停止與急停系統(tǒng)處于“自動運行”模式下時，按下觸摸屏“停止”按鈕，若機械手和傳送帶處于輸送物料狀態(tài)中，則必須完成物料分揀操作過程后停止。停止后，不管料倉出料口和皮帶落料口是否有物料，生產(chǎn)線均不再動作。此時組合警示綠燈熄滅，組合警示紅燈閃爍。在任何時刻，按下操作面板“急?！遍_關(guān)，系統(tǒng)立即停止在當(dāng)前位置，組合警示紅燈閃爍，同時蜂鳴器鳴叫報警。松開“急?！保到y(tǒng)不自動開始運行，組合警示紅燈閃爍，蜂鳴器停止報警。3 系統(tǒng)硬件的選型PLC作為控制系統(tǒng)當(dāng)中的最重要一部分，現(xiàn)在已被應(yīng)用得非常成熟的一種技術(shù)了。3.1 PLC種類及型號選擇當(dāng)前的市場上PLC類型比較多，如西門子、三菱、歐姆龍、施耐特等等200多家廠家，而PLC型號就有400多種。他們各種型號各有優(yōu)缺點，這里就不一一進行闡述。本論文采用的PLC的類型是FX2N系列，它具有32個輸入口和32個輸出口，可以足夠本次的系統(tǒng)要求并留有一定的空出的輸入，輸出點。3.2 機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇合適的執(zhí)行機構(gòu)可以大大地提高機械手的各種性能，所以下面就開始選取一些合適的執(zhí)行機構(gòu)。3.2.1機械手執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇按照機械手的手臂運動形式的不同，現(xiàn)成的機械手的種類可以區(qū)分成4種:直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式。根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展之中。本論文簡單的分析一下各模式的機械手對比：1、直角坐標(biāo)式機械手機械手的工作地方成行布列或與運輸帶共同運用是適合直角坐標(biāo)式機械手。2、球坐標(biāo)式機械手球坐標(biāo)式機械手是用途較廣，多空間，多角度的控制的機械手，故球坐標(biāo)式機械手可實現(xiàn)很多多角度的動作。3、關(guān)節(jié)式機械手關(guān)節(jié)式機械手是一種似于人的手臂運作的機能，故合適于接近機能運作傳動模型。4、圓柱坐標(biāo)式機械手圓柱坐標(biāo)式機械手是采用很多的模型，它很合適運用在運輸和丈量的工件。圓柱坐標(biāo)式機械手有四個基本動作：（1）伸和縮；（2）上和下；（3）左和右；（4）爪和夾。 3.2.2機械手執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的分析 圓柱坐標(biāo)式機械手能滿足手臂的向前向后、來回轉(zhuǎn)動、向上向下等動作。圓柱坐標(biāo)式機械手是采用很多的模型，它很合適運用在運輸和丈量的工件，手臂的向前向后、來回轉(zhuǎn)動、向上向下等動作滿足本設(shè)計中機械手的動作要求，故決定使用圓柱坐標(biāo)式機械手作為本次設(shè)計的機械手。3.3 機械手執(zhí)行機構(gòu)的組成機械手的執(zhí)行系統(tǒng)由手部，臂部，支撐手臂的機械裝置，機座等部分組成。3.3.1手部的選擇手部是機械手直接抓或拿工具或貨物的部件,它的作用是支撐手部和腕部，并驅(qū)動它們在空間運轉(zhuǎn)。對工件無損害、真空擁有構(gòu)造簡單、重量輕、使用簡單而且對機械手的手抓的正常操作沒有影響等優(yōu)點，按照所設(shè)計機械手的要求，故選用了真空式吸盤。3.3.2手臂結(jié)構(gòu)的選擇機械手手臂的結(jié)構(gòu)為直線運動，這通常是由驅(qū)動機構(gòu)中使用的拉伸和起重運動直油（氣）缸驅(qū)動，并且基本上和導(dǎo)向裝置構(gòu)成。驅(qū)動機構(gòu)的直線運動，通常使用的機架，馬達加斯加汽缸油，齒輪來實現(xiàn)的，而線性往氣缸或復(fù)油缸，可區(qū)分為以下幾種。1、 雙作用單活塞桿油缸:它是由機械手手臂的來回運動用得很多的一種手臂的結(jié)構(gòu)。其原理就是在有呀的作用下，使活塞進行來回運動。2、雙作用雙活塞桿油缸：當(dāng)要求很大的行程，一般我們可以選用伸縮式雙活塞桿油缸，不但滿足行程要求，而且油缸的體積又小，美中不足是次行程有兩種速度。本論文中的機械手的手臂不要求特大的行程但要求來回的直線運動，經(jīng)過各種各樣的需求，選用缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿氣缸最為適合，主要其構(gòu)造的簡單和設(shè)計的便宜。 而導(dǎo)向裝置機械手的手臂在運行伸或縮運作時，要求設(shè)有導(dǎo)向裝置的配置，不僅可以提高行動的精度，還可以為防止手臂沿伸縮方向向中軸線轉(zhuǎn)動，使其加大承載能力。3.3.3 機座結(jié)構(gòu)的選擇 機座是機械手的基礎(chǔ)部分，是支撐起機械手全部重量的構(gòu)件，所以對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。 按照本機械手的設(shè)計要求機座在停下來時要求能夠剎車定位，所以可采用可移動式的機座。3.4 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置，目前選用的大多數(shù)都是電氣、液壓、氣壓這三種驅(qū)動方式。液壓驅(qū)動：其不足就是工作時候聲音較大，要求配有油源，價格較高，而且油液容易泄露，污染空氣和環(huán)境；其好處就是可實現(xiàn)多次平穩(wěn)的換向和變速，功率和質(zhì)量比較大。電氣驅(qū)動：電氣驅(qū)動主要是成本很貴，一般很少會用到這種驅(qū)動模式。氣壓驅(qū)動：氣壓驅(qū)動這個模式最主要成本低，而且對環(huán)境無污染，穩(wěn)定性強，另外，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，氣動技術(shù)越來越成熟，現(xiàn)在成為主流的一種技術(shù)了。 表3.4 各種控制方式的比較項目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高動作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能有污染清潔較清潔維護簡單比氣動復(fù)雜需要專門的技術(shù)簡單價格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控住自由度大大中小危險性幾乎無問題注意著火一般沒問題無特殊問題經(jīng)過分析和對比，本論文采用的是氣動驅(qū)動的模式。3.5 傳感器的選擇傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。本設(shè)計選擇的開關(guān)主要用于檢測工件的材質(zhì)、顏色，以及檢測各個氣缸動作的位置。下面主要介紹本系統(tǒng)涉及的接近開關(guān)類型。3.5.1 位置檢測裝置在本設(shè)計中，當(dāng)機械手執(zhí)行左旋/右旋，前伸/回縮，上升/下降等動作時，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。本設(shè)計中采用直線接觸式行程開關(guān)檢測機械手動作是否到位，當(dāng)運動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個動作。3.5.2光纖傳感器光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號源，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。傳感器朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強、小巧和智能化的方向發(fā)展，它能夠在人達不到的地方(如高溫區(qū)或者對人有害的地區(qū)，如核輻射區(qū))，起到人的耳目作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。3.5.3電感式傳感器電感式傳感器相對于電容式電感器,雖然只能識別金屬物質(zhì)的工件，但是它具有體積小，定位精度高，抗干擾性能好等特點，普遍的利用于各種自動化生產(chǎn)線、機電一體化設(shè)備及石油、化工、科研等多種行業(yè)。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。在本設(shè)計，選擇（PR18-8N）電感式傳感器著為識別工件的金屬和非金屬的裝置，光纖傳感器識別物料黑和白，便于PLC控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。3.6氣缸裝置氣缸是一種可將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化成機械能的元器件，是應(yīng)用非常普遍的氣動執(zhí)行部件。氣缸式的執(zhí)行機構(gòu)運作相對穩(wěn)定，容易維修，控制比較簡單，故該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)選擇氣缸推動式93.7 觸摸屏選擇MT4300是觸摸屏（HMI）當(dāng)中，最為穩(wěn)定的一系列的產(chǎn)品。該MT4300（HMI）采用了5.4尺寸和8:5的薄膜晶體管（TFT）液晶顯示屏，具有更加清晰的顯示效果。3.7 觸摸屏特點 如表3.7觸摸屏特點型號MT4300C顯示尺寸5.6TFT(113.28*84.7mm)分辨率320*234像素顯示色彩65536彩色亮度300cd/m*2背光燈LED觸摸屏4線 精密電阻網(wǎng)絡(luò)液晶壽命50000小時CPU32-bit 400MHz RISC存儲器8M FLASH+16M SDRAMRTC256KB+實時時鐘打印端口DB15/串口以太網(wǎng)不支持程序下載1個USB SLAVE接口通訊端口COM0:RS232/RS485-2/RS485-4,COM1:RS232/RS485-2/RS485-4,COM2:RS2323.8變頻器的選擇在功率較低機電控制系統(tǒng)中，可編程控制器（PLC）與變頻器（xxxF）最為契合的通訊方法是，利用雙絞線把變頻器（xxxF）和可編程控制器（PLC）連接起來，采用Rs-485的串行通信的方式來實行通訊。 3.8.1 硬件準(zhǔn)備和接線 PLC 選用FX2N-64MR，PLC 通信件選用FX2N-485-BD，變頻器選用FR-E540。通信電纜選用10Base-t的電纜，終端的電阻和通訊接線的分配器。變頻器端接在PU接口上PLC 端接在 FX2N-485-BD 接口中。3.8.2 可編程控制器的初始設(shè)定 可編程控制器（PLC）的初始參數(shù)的設(shè)定：其協(xié)議設(shè)定選用無協(xié)議的通訊，而數(shù)據(jù)長度一般為：7 位，停止位一般為： 1 位，傳輸速率一般為：9600bps，H/W 類型選用 RS-485，其以項不用更改。 3.8.3變頻器的初始設(shè)定Pr117的變頻器站號設(shè)定為：0031，而Pr118的波特率設(shè)定與 PLC的設(shè) 定內(nèi)容致采用：9600bps，Pr119的數(shù)據(jù)長度/停止位設(shè)定為：10(數(shù)據(jù)長度): ，Pr120的奇偶校驗設(shè)定為：2(偶校驗) 7 位/停止位:1 （位) ，Pr123的等待時間設(shè)定為：9999，Pr124的有無 CR、LF 指令設(shè)定為：1， Pr79的運行模式設(shè)定為：0 ，Pr122的通信檢查時間間隔設(shè)定為：9999。 (上電時外部運行模式) 。3.8.4 通訊用到的指令 可編程控制器與變頻器之間的通信選用EXTR(FNC.180) EXTR 指令按照通信的功能分為 EXTR K10，EXTR K11，EXTR K12，EXTR K13 四種。 4 控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 控制系統(tǒng)流程圖對自動分揀系統(tǒng)的流程設(shè)計如下：A將料盤上的物料推送至料倉出口物料檢測位置。物料檢測傳感器檢測是否有料，若檢測有料執(zhí)行步驟B； B機械手搬運物料。機械手動作順序如下：伸縮機械手臂伸出至前限位一一垂直機械手臂下降到下限位一一啟動手指抓取物料一一垂直機械手臂上升到上限位一一伸縮機械手臂縮回到后限位一一旋轉(zhuǎn)機械手臂右轉(zhuǎn)到右限位一一伸縮機械手臂伸出到前限位一一垂直機械手臂下降至下限位氣動手指釋放物料。執(zhí)行步驟C。C氣動手指釋放物料后，落料口物料檢測傳感器檢測是否有料，同時機械手返回原點位置等待抓料。返回順序如下：垂直機械手臂上升至上限位一一伸縮機械手臂縮回至后限位一一旋轉(zhuǎn)機械手臂左轉(zhuǎn)至左限位。若正在處理的物料未分揀完，即使檢測到料倉出口處有料，機械手亦不動作。若落料口檢測傳感器檢測有料，則執(zhí)行步驟D；D氣動的手指釋放物料后，落料口物料的檢測傳感器檢測是否有料，同時機械手返回原點位置等待抓料。返回順序如下：垂直機械手臂上升至上限位一一伸縮機械手臂縮回至后限位一一旋轉(zhuǎn)機械手臂左轉(zhuǎn)至左限位。若正在處理的物料未分揀完，即使檢測到料倉出口處有料，機械手亦不動作。其流程圖圖4.1所示： 如圖4.1 分揀的流程圖4.2 系統(tǒng)輸入和輸出點的I/O點數(shù)分配根據(jù)機械手動作流程分析及I/O點數(shù)確定，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。PLC的IO點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在IO點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，再加20到30的裕量，并實現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離?？梢源_定電氣控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4.2所示： 表4.2 機械手控制輸入和輸出點分配表輸入 功能描述輸出功能描述 X0急停的按鈕Y0運送物料電機 X1啟動的按鈕Y1組合警示燈（紅色） X2停止的按鈕Y2組合警示燈（綠色）X3單步的按鈕Y3黃色指示燈X4回原位的按鈕Y4氣動手指抓緊X5傳送帶落料口物料檢測Y5氣動手指釋放X6料倉出料口物料檢測Y6旋轉(zhuǎn)機械手左轉(zhuǎn)X7金屬工件檢測Y7旋轉(zhuǎn)機械手右轉(zhuǎn)X10白色工件檢測Y10伸縮機械手伸出X11黑色工件檢測Y11伸縮機械手縮回X12旋轉(zhuǎn)機械手左限位Y12垂直機械手上升X13旋轉(zhuǎn)機械手右限位Y13垂直機械手下降X14伸縮機械手前限位Y14A桿氣缸電磁閥X15伸縮機械手后限位Y15B桿氣缸電磁閥X16垂直機械手上限位Y16C桿氣缸電磁閥X17垂直機械手下限位Y17蜂鳴器X20氣動手指抓放限位Y20皮帶正轉(zhuǎn)X21A桿推料氣缸前限位Y21皮帶反轉(zhuǎn)X22A桿推料氣缸后限位Y22皮帶運轉(zhuǎn)X23B桿推料氣缸前限位Y23X24B桿推料氣缸后限位Y24X25C桿推料氣缸前限位Y25X26C桿推料氣缸后限位Y264.3 PLC外部接線圖根據(jù)分配輸入/輸出信號與PLC輸入/輸出接口分配情況及所選定的PLC，得到PLC的外部接線圖如圖4.3：圖4.3 PLC外部接線圖參考文獻1張建民等.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.1691832袁子榮.液氣壓傳動與控制M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2007.39241.3陳懇，楊向東，劉莉，等.機器人技術(shù)應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.106 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