生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計

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It with control theory, computer science, artificial intelligence, operations research disciplines as the foundation, combining the traditional control theory and artificial intelligence, imitate human intelligence to study complex control solution. Therefore, intelligent control technology, neural network and fuzzy control technology in particular can make up for the limitations of conventional methods and makes the uncertainty and adaptive control of unknown nonlinear systems is possible. At present, the intelligent control technology is applied to the adaptive control of nonlinear systems has become an important aspect of the theory of nonlinear control. Target: to improve work efficiency, promote the production automation, improve production efficiency and reduce labor, to the forefront of product should need to provide the necessary conditions of automation equipment update, can be widely used in machinery, electronics, light industry and logistics departments.  目錄 *工具篇* 1. 磁性接近開關(guān) 2. 光釬傳感器 3. 光電開關(guān) 4. 步進電機 5. 氣缸 6. 西門子MM420變頻器 7. 西門子S7-1200系列PLC 生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 *組態(tài)篇* 1. 設(shè)備組態(tài) 2. 軸組態(tài) *程序篇* 1. plc變量表 2. 順序圖部分 3. 程序部分 一.公共，急停部分 二. 啟動部分 三．軸啟動部分 四. 指示燈部分 *總結(jié)篇* 1.主要解決的問題 2.總結(jié) 3.結(jié)語 *工具篇* 1.磁性接近開關(guān) 磁性接近開關(guān)是接近開關(guān)的一種，接近開關(guān)是傳感器家族中眾多種類中的一個，它是利用電磁工作原理，用先進的工藝制成的，是一種位置傳感器。它能通過傳感器與物體之間的位置關(guān)系變化，將非電量或電磁量轉(zhuǎn)化為所希望的電信號，從而達到控制或測量的目的。 磁性接近開關(guān)能以細小的開關(guān)體積達到最大的檢測距離。它能檢測磁性物體（一般為永久磁鐵），然后產(chǎn)生觸發(fā)開關(guān)信號輸出。 由于磁場能通過很多非磁性物，所以此觸發(fā)過程并不一定需要把目標物體直接靠近磁性接近開關(guān)的感應(yīng)面，而是通過磁性導體（如鐵）把磁場傳送至遠距離，例如，信號能夠通過高溫的地方傳送到磁性接近開關(guān)而產(chǎn)生觸發(fā)動作號。 性能特點 在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。 當有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。 有時被檢測驗物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移向接近開關(guān)，又一個一個地離開，這樣不斷地重復。不同的接近開關(guān)，對檢測對象的響應(yīng)能力是不同的。這種響應(yīng)特性被稱為“響應(yīng)頻率”。 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，導致光的光學性質(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)制的信號光，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)。 光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(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，導致光的光學性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，再過利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量. 光纖傳感器工作原理 光纖傳感器的測量原理有兩種。 （1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時，其傳光特性，如相位與光強，會發(fā)生變化的現(xiàn)象。 因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準光路，另一為測量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動等)引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對它的模向移動進行計數(shù)，就可測量溫度或壓等。 （2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理，結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。  3.光電開關(guān) 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來計數(shù)機械臂的運動次數(shù)。 特點 光電開關(guān)是傳感器的一種，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。 采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動作。具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強的優(yōu)點。 4.步進電機 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。 工作原理 通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。 功能模塊設(shè)計 本模塊可分為如下3個部分： · 單片機系統(tǒng)：控制步進電動機； · 外圍電路：PIC單片機和步進電動機的接口電路； · PIC程序：編寫單片機控制步進電功機的接口程序，實現(xiàn)三角波信號的輸出功能。  驅(qū)動方法 步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。驅(qū)動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。  5.氣缸 引導活塞在缸內(nèi)進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。 結(jié)構(gòu) 氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成  6.西門子MM420變頻器 MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，從單相 電源電壓，額定功率 120W 到三相電源電壓，額定功率 11KW 可供用戶選用。 本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功 率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可 選的， 因而降低了電動機運行的噪聲。 全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的 理想變頻驅(qū)動裝置。 由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能， 在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后， 它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。 MICROMASTER 420 既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到‘自動化系統(tǒng)’中。 操作界面   7.西門子S7-1200系列PLC   軟件：SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12 將下載的SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12解壓，并雙擊Start進行SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12的安裝，安裝時間在半個小時左右  生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 工作流程 （1）接通電源后，首先復位，各導向氣缸驅(qū)動的導向裝置均回縮到位，傳送帶無工件。 （2）放入一個工件，工作單元讀取工件信息（有兩種不同顏色的工件，要求利用PLC控制系統(tǒng)和傳感器分辨工件的顏色）。 （3）檢測是否為金屬，如是的話第一個氣缸動作 ，否則第二個目標點。 檢測是否為銀色物料，否則進如第三個目標點。從而實現(xiàn)物料的分揀 （4）機械手在后端傳感器激活時，應(yīng)該啟動，按照定位點進行正確運輸 （5）只要送料裝置內(nèi)有制品，系統(tǒng)則不停執(zhí)行（3）~（4）所述步驟對其進行分揀與傳動。 （6）若分揀傳送完畢并且儲存架中無制品則綠色指示燈HL1、紅色指示燈HL2閃爍。閃爍10s，期間若有制品放入則執(zhí)行步驟（2），無則HL1、HL2熄滅并停機。  *組態(tài)篇* 1.設(shè)備組態(tài) Cpu為 1214c DC/DC/DC。 DI/DQ為 DI16/DQ16 x 24 VDC_1。 圖為設(shè)備組態(tài)完成。 2.軸組態(tài) 組態(tài)參數(shù)詳見 韓琳，《可編程序控制工程師s7-1200》，華南理工大學出版社 p101-107 *程序篇* 1.plc 變量表 2.順序圖部分   3.程序部分 一.公共、急停部分  二.啟動部分  三.軸啟動部分 四.指示燈部分 4.編譯下載、運行 一.當程序編寫好之后，我們需要進行編譯，看是否有錯誤的地方，只有編譯無錯誤，才能進行下載。 點擊編譯按鈕  編譯顯示的結(jié)果 二.當編譯完成后，我們就可以下載到plc里，進行工作。 點擊下載按鈕 程序篇已經(jīng)完成，生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置也到此完成 解決的主要問題 （1） 進行分揀時的傳感器發(fā)出信號后怎么識別的？ 通過計數(shù)器，對信號發(fā)出次數(shù)進行計數(shù)，通過感應(yīng)是否為金屬，而判斷是否進行推料，通過感應(yīng)光線，判斷哪種顏色的工件，進行分揀目標位置的確認。 （2）任務(wù)工件不能成功進行推料和分揀，怎么辦？ 任務(wù)工件的定位和延時動作，需要通過時間繼電器進行反復的測試和精確，通過動作早了或者動作晚了，進行調(diào)整。 （3）機械手在進行分揀的時候，動作錯亂，該怎么辦？ （a）按照順序圖，機械手應(yīng)該在后端感應(yīng)接收到信號后，進行下降-吸氣-上升-軸運動-下級-放氣-上升-回原點的步驟 （b）程序編寫時應(yīng)該注意set 1 和 rest 1的使用，避免出現(xiàn)機械手多個動作。例如：下降和上升同時置1，倒置無法進行動作。 （4）有料信號后發(fā)出的程序和無料信號發(fā)出后的程序是什么？ 有料的程序是進行皮帶運輸，通過傳感器接收信號，按照信號進行分揀運動 無料的程序是指示燈閃爍，等待工件放入，如10秒后無放入，系統(tǒng)將停止。 （5）急停控制系統(tǒng)應(yīng)該如何符合安全規(guī)范？ 按下急停按鈕時候，系統(tǒng)應(yīng)該停止所有動作，無論是否在動作。 當機械手處于動作時，按下急停按鈕，機械手應(yīng)該停止所有動作，但是符合安全規(guī)范的，機械手應(yīng)該保持吸氣狀態(tài)，以免工件砸落。  總 結(jié) PLC作為當前主流的工業(yè)控制模塊，可靠性高，功能強大，可以滿足一般的中小型設(shè)備的控制要求。本文采用西門子s7-1200系列plc，設(shè)計PLC程序，通過對工件的黑白兩色識別和金屬與非金屬的判斷，驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)進行裝配工件的分組檢料，實現(xiàn)了控制要求，并可對于同類的自動線分揀控制程序設(shè)計提供參考。 參考文獻 郭艷萍，《電氣控制與PLC應(yīng)用》，人民郵電出版社，2013年2月 董愛華、可編程控制器原理及應(yīng)用、北京：中國電力出版社2009.7 巫莉.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社 2008.5 陳恒亮、閆莉麗.可編程控制器控制電梯技術(shù)及應(yīng)用.：北京國防工業(yè)出版社2008 機械 韓琳，《可編程序控制工程師s7-1200》，華南理工大學出版社 p101-107 結(jié) 語 機械手的出現(xiàn)延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，機械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。 本論文的設(shè)計主要取得了以下成果： (1) 對物料分揀機械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計方案。 (2) 氣動驅(qū)動系統(tǒng)是強的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非線性摩擦力等因素，實現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對各參數(shù)進行調(diào)定，以達到比較理想狀態(tài)。 (3) 機械手的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的PLC進行控制。這使得機械設(shè)備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。 本課題在完成了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對物料分揀機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。由于時間的限制以及機械手的結(jié)構(gòu)比較復雜，有些問題需要進一步的研究： (1) 對機械手各部分連接方式的改進。 本機械手結(jié)構(gòu)具有模塊式的特點，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標準的單活塞桿雙作用氣缸，加導向裝置的結(jié)構(gòu)。各部分不能實現(xiàn)任意方式拼裝，通過各種過渡連接件，使各個部分可以自由拼裝。 (2) 氣動驅(qū)動改進 在氣動驅(qū)動系統(tǒng)方面存在一個固有的弱點，僅采用古典的反饋控制很難得到高精度位置和力等的控制。所以，在氣動驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)代控制理論和智慧控制等方法是其特征之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一大規(guī)模并行分布處理非線性動力學系統(tǒng)，適用于強非線性的氣動機械手的控制。 雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀機械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。 致 謝 三年的大學，匆匆而過，畢業(yè)設(shè)計是我們?nèi)晁鶎W的一個體現(xiàn)，經(jīng)歷半年的努力，此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束。在設(shè)計的過程中，慢慢的學習，逐漸的鞏固大學所學的知識，期間有艱苦，有辛酸，也有欣喜，有快樂。 在廣州城建職業(yè)學院三年的學習生活將成為我人生中的一段重要旅程，一段最珍貴的回憶，感謝這三年來，同學，老師，朋友對我的關(guān)心和照顧。 論文的寫作是枯燥乏味但卻富有挑戰(zhàn)，在此，要感謝我的指導老師林老師，是他給予了我精心的指導和嚴格的教誨，使我受益匪淺。 最后，衷心地感謝為評閱本論文而付出寶貴時間和辛勤勞動的老師們，有不足的地方還望老師不吝賜教。 設(shè)計（論文）題目：生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 組員：  畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 任務(wù)：完成該項目主要設(shè)備的選型，PLC外圍接線圖及I/O分配，程序流程圖及程序設(shè)計，并按學院要求的格式完成畢業(yè)設(shè)計論文。 一、設(shè)計目的 1.通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識、基本技能進行分析和解決實際問題的能力。 2.學生能對AutoCAD軟件進行實際應(yīng)用，會根據(jù)具體需求繪制相關(guān)裝配圖。 3.掌握機構(gòu)的設(shè)計原理，并能進行簡單的設(shè)計。 4.掌握PLC在機電一體產(chǎn)品中作為控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計思路。 二、課題介紹 1.設(shè)計內(nèi)容： （1）以FMS柔性生產(chǎn)線的分揀單元為載體，設(shè)計制作以西門子S7-1200為控制核心的分揀裝置結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)該單元的獨立運行。按照傳送帶工作要求編制PLC控制程序。 （2）對傳送帶中的傳動系統(tǒng)——齒輪機構(gòu)進行尺寸設(shè)計（如模數(shù)m、齒數(shù)z的選定，主動輪和從動輪的基圓直徑、齒頂圓直徑等各相關(guān)參數(shù)）： （3）利用AutoCAD軟件繪制傳送帶裝配圖； 2.控制要求：機械部分：要求設(shè)計出來的齒輪機構(gòu)達到分揀單元控制系統(tǒng)的傳動要求、做到平穩(wěn)、連續(xù)運行。 PLC控制程序部分： （1）接通電源后，首先復位，各導向氣缸驅(qū)動的導向裝置均回縮到位，傳送帶無工件。 （2）放入一個工件，工作單元讀取工件信息（有兩種不同顏色的工件，要求利用PLC控制系統(tǒng)和傳感器分辨工件的顏色）。 （3）按啟動按鈕，根據(jù)工件信息確定滑槽位置，對應(yīng)導向裝置動作。? 參考文獻 郭艷萍，《電氣控制與PLC應(yīng)用》，人民郵電出版社，2013年2月 董愛華、可編程控制器原理及應(yīng)用、北京：中國電力出版社2009.7 巫莉.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社 2008.5 陳恒亮、閆莉麗.可編程控制器控制電梯技術(shù)及應(yīng)用.：北京國防工業(yè)出版社2008 機械  生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 背景：在時代的前進過程中自動化科學技術(shù)已對整個科學技術(shù)的理論和實踐做了重要貢獻，并為人類社會帶來了巨大利益。，近年來，自動控制的另一個發(fā)展方向智能控制取得了較大進展，智能控制理論不同于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的處理方法，控制器不再是單一的數(shù)學解析模型，而是數(shù)學解析模型與知識系統(tǒng)相結(jié)合的廣義模型。它以控制理論、計算機科學、人工智能、運籌學等學科為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)控制理論和人工智能相結(jié)合，模仿人的智能來研究解決復雜控制問題。因此，智能控制技術(shù)特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)可以彌補常規(guī)方法的局限性，使得不確定性和未知非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制成為可能。目前，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制已成為非線性控制理論中的一個重要方面。 預期目標：具有提高工效、促進生產(chǎn)自動化，提高生產(chǎn)效率和減輕勞動力作用，為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要提供必備條件，可以廣泛應(yīng)用于機械制造、電子、輕工業(yè)和物流等部門。 Abstract Background: in the process of the progress of the era of automation science and technology has on the whole of science and technology made important contribution to the theory and practice, and for the human society has brought huge benefits. , in recent years, the automatic control of another big progress has been made in developing direction of intelligent control, intelligent control theory is different from the classical control theory and modern control theory of processing method, analytic mathematic models of the controller is no longer a single, but a mathematical analytical model and knowledge system combining the generalized model. It with control theory, computer science, artificial intelligence, operations research disciplines as the foundation, combining the traditional control theory and artificial intelligence, imitate human intelligence to study complex control solution. Therefore, intelligent control technology, neural network and fuzzy control technology in particular can make up for the limitations of conventional methods and makes the uncertainty and adaptive control of unknown nonlinear systems is possible. At present, the intelligent control technology is applied to the adaptive control of nonlinear systems has become an important aspect of the theory of nonlinear control. Target: to improve work efficiency, promote the production automation, improve production efficiency and reduce labor, to the forefront of product should need to provide the necessary conditions of automation equipment update, can be widely used in machinery, electronics, light industry and logistics departments.  目錄 *工具篇* 1. 磁性接近開關(guān) 2. 光釬傳感器 3. 光電開關(guān) 4. 步進電機 5. 氣缸 6. 西門子MM420變頻器 7. 西門子S7-1200系列PLC 生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 *組態(tài)篇* 1.設(shè)備組態(tài) 2.軸組態(tài) *程序篇* 1.plc變量表 2.順序圖部分 3. 程序部分 一.公共，急停部分 二. 啟動部分 三．軸啟動部分 四. 指示燈部分 *總結(jié)篇* 1.主要解決的問題 2.總結(jié) 3.結(jié)語 *工具篇* 1.磁性接近開關(guān) 磁性接近開關(guān)是接近開關(guān)的一種，接近開關(guān)是傳感器家族中眾多種類中的一個，它是利用電磁工作原理，用先進的工藝制成的，是一種位置傳感器。它能通過傳感器與物體之間的位置關(guān)系變化，將非電量或電磁量轉(zhuǎn)化為所希望的電信號，從而達到控制或測量的目的。 磁性接近開關(guān)能以細小的開關(guān)體積達到最大的檢測距離。它能檢測磁性物體（一般為永久磁鐵），然后產(chǎn)生觸發(fā)開關(guān)信號輸出。由于磁場能通過很多非磁性物，所以此觸發(fā)過程并不一定需要把目標物體直接靠近磁性接近開關(guān)的感應(yīng)面，而是通過磁性導體（如鐵）把磁場傳送至遠距離，例如，信號能夠通過高溫的地方傳送到磁性接近開關(guān)而產(chǎn)生觸發(fā)動作號。 性能特點 在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。 當有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。 有時被檢測驗物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移向接近開關(guān)，又一個一個地離開，這樣不斷地重復。不同的接近開關(guān)，對檢測對象的響應(yīng)能力是不同的。這種響應(yīng)特性被稱為“響應(yīng)頻率”。 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，導致光的光學性質(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)制的信號光，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)。 光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(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，導致光的光學性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，再過利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量. 光纖傳感器工作原理 光纖傳感器的測量原理有兩種。 （1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時，其傳光特性，如相位與光強，會發(fā)生變化的現(xiàn)象。 因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準光路，另一為測量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動等)引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對它的模向移動進行計數(shù)，就可測量溫度或壓等。 （2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理，結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。  3.光電開關(guān) 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來計數(shù)機械臂的運動次數(shù)。 特點 光電開關(guān)是傳感器的一種，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。 采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動作。具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強的優(yōu)點。 4.步進電機 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。 工作原理 通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。 功能模塊設(shè)計 本模塊可分為如下3個部分： · 單片機系統(tǒng)：控制步進電動機； · 外圍電路：PIC單片機和步進電動機的接口電路； · PIC程序：編寫單片機控制步進電功機的接口程序，實現(xiàn)三角波信號的輸出功能。  驅(qū)動方法 步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。驅(qū)動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。  5.氣缸 引導活塞在缸內(nèi)進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。 結(jié)構(gòu) 氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成  6.西門子MM420變頻器 MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，從單相 電源電壓，額定功率 120W 到三相電源電壓，額定功率 11KW 可供用戶選用。 本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功 率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可 選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的 理想變頻驅(qū)動裝置。由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后， 它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。 MICROMASTER 420 既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到‘自動化系統(tǒng)’中。 操作界面   7.西門子S7-1200系列PLC   軟件：SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12 將下載的SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12解壓，并雙擊Start進行SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12的安裝，安裝時間在半個小時左右  生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計 工作流程 （1）接通電源后，首先復位，各導向氣缸驅(qū)動的導向裝置均回縮到位，傳送帶無工件。 （2）放入一個工件，工作單元讀取工件信息（有兩種不同顏色的工件，要求利用PLC控制系統(tǒng)和傳感器分辨工件的顏色）。 （3）檢測是否為金屬，如是的話第一個氣缸動作，否則第二個目標點。檢測是否為銀色物料，否則進如第三個目標點。從而實現(xiàn)物料的分揀 （4）機械手在后端傳感器激活時，應(yīng)該啟動，按照定位點進行正確運輸 （5）只要送料裝置內(nèi)有制品，系統(tǒng)則不停執(zhí)行（3）~（4）所述步驟對其進行分揀與傳動。 （6）若分揀傳送完畢并且儲存架中無制品則綠色指示燈HL1、紅色指示燈HL2閃爍。閃爍10s，期間若有制品放入則執(zhí)行步驟（2），無則HL1、HL2熄滅并停機。  *組態(tài)篇* 1.設(shè)備組態(tài) Cpu為1214c DC/DC/DC。 DI/DQ為DI16/DQ16 x 24 VDC_1。 圖為設(shè)備組態(tài)完成。 2.軸組態(tài) 組態(tài)參數(shù)詳見韓琳，《可編程序控制工程師s7-1200》，華南理工大學出版社 p101-107 *程序篇* 1.plc 變量表 2.順序圖部分   3.程序部分 一.公共、急停部分  二.啟動部分  三.軸啟動部分 四.指示燈部分 4.編譯下載、運行 一.當程序編寫好之后，我們需要進行編譯，看是否有錯誤的地方，只有編譯無錯誤，才能進行下載。 點擊編譯按鈕  編譯顯示的結(jié)果 二.當編譯完成后，我們就可以下載到plc里，進行工作。 點擊下載按鈕 程序篇已經(jīng)完成，生產(chǎn)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置也到此完成 解決的主要問題 （1） 進行分揀時的傳感器發(fā)出信號后怎么識別的？ 通過計數(shù)器，對信號發(fā)出次數(shù)進行計數(shù)，通過感應(yīng)是否為金屬，而判斷是否進行推料，通過感應(yīng)光線，判斷哪種顏色的工件，進行分揀目標位置的確認。 （2）任務(wù)工件不能成功進行推料和分揀，怎么辦？ 任務(wù)工件的定位和延時動作，需要通過時間繼電器進行反復的測試和精確，通過動作早了或者動作晚了，進行調(diào)整。 （3）機械手在進行分揀的時候，動作錯亂，該怎么辦？ （a）按照順序圖，機械手應(yīng)該在后端感應(yīng)接收到信號后，進行下降-吸氣-上升-軸運動-下級-放氣-上升-回原點的步驟 （b）程序編寫時應(yīng)該注意set 1 和 rest 1的使用，避免出現(xiàn)機械手多個動作。例如：下降和上升同時置1，倒置無法進行動作。 （4）有料信號后發(fā)出的程序和無料信號發(fā)出后的程序是什么？ 有料的程序是進行皮帶運輸，通過傳感器接收信號，按照信號進行分揀運動 無料的程序是指示燈閃爍，等待工件放入，如10秒后無放入，系統(tǒng)將停止。 （5）急?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)該如何符合安全規(guī)范？ 按下急停按鈕時候，系統(tǒng)應(yīng)該停止所有動作，無論是否在動作。 當機械手處于動作時，按下急停按鈕，機械手應(yīng)該停止所有動作，但是符合安全規(guī)范的，機械手應(yīng)該保持吸氣狀態(tài)，以免工件砸落。  總結(jié) PLC作為當前主流的工業(yè)控制模塊，可靠性高，功能強大，可以滿足一般的中小型設(shè)備的控制要求。本文采用西門子s7-1200系列plc，設(shè)計PLC程序，通過對工件的黑白兩色識別和金屬與非金屬的判斷，驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)進行裝配工件的分組檢料，實現(xiàn)了控制要求，并可對于同類的自動線分揀控制程序設(shè)計提供參考。 參考文獻 郭艷萍，《電氣控制與PLC應(yīng)用》，人民郵電出版社，2013年2月 董愛華、可編程控制器原理及應(yīng)用、北京：中國電力出版社2009.7 巫莉.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社 2008.5 陳恒亮、閆莉麗.可編程控制器控制電梯技術(shù)及應(yīng)用.：北京國防工業(yè)出版社2008 機械 韓琳，《可編程序控制工程師s7-1200》，華南理工大學出版社 p101-107  結(jié)語 機械手的出現(xiàn)延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，機械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。 本論文的設(shè)計主要取得了以下成果： (1) 對物料分揀機械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計方案。 (2) 氣動驅(qū)動系統(tǒng)是強的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非線性摩擦力等因素，實現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對各參數(shù)進行調(diào)定，以達到比較理想狀態(tài)。 (3) 機械手的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的PLC進行控制。這使得機械設(shè)備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。 本課題在完成了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對物料分揀機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。由于時間的限制以及機械手的結(jié)構(gòu)比較復雜，有些問題需要進一步的研究： (1) 對機械手各部分連接方式的改進。 本機械手結(jié)構(gòu)具有模塊式的特點，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標準的單活塞桿雙作用氣缸，加導向裝置的結(jié)構(gòu)。各部分不能實現(xiàn)任意方式拼裝，通過各種過渡連接件，使各個部分可以自由拼裝。 (2) 氣動驅(qū)動改進 在氣動驅(qū)動系統(tǒng)方面存在一個固有的弱點，僅采用古典的反饋控制很難得到高精度位置和力等的控制。所以，在氣動驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)代控制理論和智慧控制等方法是其特征之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一大規(guī)模并行分布處理非線性動力學系統(tǒng)，適用于強非線性的氣動機械手的控制。 雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀機械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。 致謝 三年的大學，匆匆而過，畢業(yè)設(shè)計是我們?nèi)晁鶎W的一個體現(xiàn)，經(jīng)歷半年的努力，此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束。在設(shè)計的過程中，慢慢的學習，逐漸的鞏固大學所學的知識，期間有艱苦，有辛酸，也有欣喜，有快樂。 在廣州城建職業(yè)學院三年的學習生活將成為我人生中的一段重要旅程，一段最珍貴的回憶，感謝這三年來，同學，老師，朋友對我的關(guān)心和照顧。 論文的寫作是枯燥乏味但卻富有挑戰(zhàn)，在此，要感謝我的指導老師林老師，是他給予了我精心的指導和嚴格的教誨，使我受益匪淺。 最后，衷心地感謝為評閱本論文而付出寶貴時間和辛勤勞動的老師們，有不足的地方還望老師不吝賜教。