基于PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)
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畢業(yè)論文 物料自動(dòng)分揀系統(tǒng) 學(xué)生:指導(dǎo)教師:緒論自動(dòng)分揀系統(tǒng)的概述 自動(dòng)化的程度是工作發(fā)展程度的標(biāo)志,自動(dòng)分揀正是自動(dòng)化中的一個(gè)必不可的部分,而PLC控制分揀裝置以其成本低,效率高的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為主流,他可以根據(jù)設(shè)定的程序無(wú)人的,高效的工作,維護(hù)費(fèi)用極少。由于全部采用機(jī)械自動(dòng)化作業(yè),因此,分揀處理能力較大,分揀分類(lèi)數(shù)量也較多。節(jié)省了大量的人力勞動(dòng),減少了企業(yè)的額外支出,是企業(yè)節(jié)省成本最好的方法。物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 縱觀國(guó)內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn),國(guó)外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng),而且應(yīng)用也較為廣泛。而在我國(guó),由于物流業(yè)起步晚,物料分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn),但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,在發(fā)達(dá)國(guó)家某些行業(yè)不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn):一是一次性投資巨大,先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜,投資和運(yùn)營(yíng)成本相當(dāng)高,需要可靠的貨源作保證,也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資。小企業(yè)則無(wú)能為力。二是系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀,需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的,定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升,且越是特別的通用性就越差。研究的目的及意義 分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要,可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作,在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門(mén)。第一章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖采用臺(tái)式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件,可與各類(lèi)氣源相連接。選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材料敏感的電容式和電感式傳感器,分別固定在網(wǎng)板上,且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。系統(tǒng)上電后,可編程序控制器首先控制啟動(dòng)輸送帶,下料傳感器SN檢測(cè)料槽有無(wú)物料,若無(wú)料,輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動(dòng)停止等待下料;當(dāng)料槽有料時(shí),下料傳感器輸出信號(hào)給 PLC,PLC 控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)控制氣動(dòng)閥5進(jìn)行下料,每次下料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器 SA為電感傳感器,當(dāng)檢測(cè)出物料為鐵質(zhì)物料時(shí),反饋信號(hào)送 PLC,由 PLC 控制氣動(dòng)閥 1 動(dòng)作選出該物料;物料傳感器SB為電容傳感器,當(dāng)檢測(cè)出物料為鋁質(zhì)物料時(shí),反饋信號(hào)送 PLC,PLC控制氣動(dòng)閥 2 動(dòng)作選出該物料;物料傳感器 SC 為顏色傳感器,當(dāng)檢測(cè)出物料的顏色為待檢測(cè)顏色時(shí),PLC 控制氣動(dòng)閥 3 動(dòng)作選出該物料。物料傳感器SD為備用傳感器。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時(shí),由程序記憶各傳感器的狀態(tài),完成分揀任務(wù)。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓:AC200240V(帶保護(hù)地三芯插座)消耗功率:250W 環(huán)境溫度范圍:-540 氣源:大于0.2MPa小于0.85Mpa系統(tǒng)的功能要求 (1)分揀出金屬和非金屬 (2)分揀某一顏色塊 (3)分揀出金屬中某一顏色塊 (4)分揀出非金屬中某一顏色塊 (5)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 系統(tǒng)的控制要求 系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行檢測(cè)并分類(lèi)。當(dāng)待測(cè)物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶后,依次接受各種傳感器檢測(cè)。如果被某種傳感器測(cè)中,通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料箱;否則,繼續(xù)前行。其控制要求有如下9 個(gè)方面:(1)系統(tǒng)送電后,光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖(2)電機(jī)運(yùn)行,帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行(3)有物料時(shí),下料汽缸動(dòng)作,將物料送出(4)當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí),推汽缸1 動(dòng)作(5)當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí),推汽缸2 動(dòng)作(6)當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到材料為某一顏色時(shí),推汽缸3 動(dòng)作 (7)其他物料被送到SD 位置時(shí),推汽缸4 動(dòng)作(8)汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù)(9)下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí),延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備,選擇合適的PLC類(lèi)型,并分配I/O點(diǎn)。系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)框圖框圖根據(jù)控制要求,輸入應(yīng)該有2個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),6 個(gè)傳感器信號(hào),包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器,以及檢測(cè)下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。相應(yīng)地,有 5 個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào),每個(gè)汽缸有動(dòng)作限位和回位限位,共計(jì)10 個(gè)信號(hào)。輸出包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接觸器,以及5 個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需I/O 點(diǎn)24 個(gè),其中18 個(gè)輸入,6 個(gè)輸出。根據(jù)上面所確定的I/O 點(diǎn)數(shù),且該材料分揀裝置的控制為開(kāi)關(guān)量控制。因此,選擇一般的小型機(jī)即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的S7-200系列CPU226 型PLC。它有24個(gè)輸入點(diǎn),16個(gè)輸出點(diǎn),滿足本系統(tǒng)的要求。檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行,與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起??梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù),來(lái)控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí),可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制材料分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度,達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)為42BYGH101。旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。它轉(zhuǎn)化為位移量,可對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí),發(fā)出信號(hào)到PLC,以進(jìn)行分揀,也可用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器電感式傳感器的選擇 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移,壓力,流量,振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化,再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)選用M18X1X40 電感傳感器電容式傳感器 本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)非金屬物料。顏色傳感器 選用TAOS公司生產(chǎn)的,型號(hào)為T(mén)CS230顏色傳感器。此傳感器為RGB(紅綠藍(lán))顏色傳感器,可檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率,從而鑒別物體顏色。光電編碼器 光電編碼器可以定義為:一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換,將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器,它主要用于速度或位置(角度)的檢測(cè)。典型的光電編碼器由碼盤(pán)(Disk)、檢測(cè)光柵(Mask)、光電轉(zhuǎn)換電路(包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路)、機(jī)械部件等組成。第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài),則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸4 動(dòng)作后,程序再轉(zhuǎn)到開(kāi)始;若為單次運(yùn)行,則汽缸4 動(dòng)作后停機(jī)。如果需要,該系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì),這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù),來(lái)確定物料到達(dá)傳感器的距離,實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(shí),電機(jī)停轉(zhuǎn),計(jì)數(shù)器清零,傳感器開(kāi)始工作,對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。在汽缸13 動(dòng)作后,電機(jī)重新運(yùn)行,高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒(méi)有檢測(cè)到物體,則電機(jī)重新運(yùn)行,高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù),繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。如果只對(duì)材料的某一特性進(jìn)行分揀,比如只分揀金屬和非金屬,則只需對(duì)傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可??刂葡到y(tǒng)流程圖 最后通過(guò)將寫(xiě)好的程序輸入到PLC中,調(diào)試運(yùn)行,即可實(shí)現(xiàn)以PLC 為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn),可根據(jù)不同對(duì)象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。結(jié)論 物料分揀采用可編程控制器PLC 進(jìn)行控制,能連續(xù)、大批量地分揀貨物,分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且,分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝,具有系統(tǒng)布局靈活,維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn),受場(chǎng)地原因影響不大。同時(shí),只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象,對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)求。本系統(tǒng)采用的可編程控制器,只要結(jié)合不同的傳感器,比如根據(jù)材料的屬性、尺寸的大小、物體的顏色等選擇相應(yīng)的傳感器,就可對(duì)不同的物料進(jìn)行分揀,具有廣泛的應(yīng)用前景。致謝 本論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的,論文從選題到寫(xiě)作及最后的成稿,老師都給予了精心的指導(dǎo)和極大的幫助。借著畢業(yè)論文的這個(gè)機(jī)會(huì),好好地總結(jié)一下了我在學(xué)校所學(xué)的各門(mén)課程,將它們分化理解,合理分類(lèi),融會(huì)貫通。也不愧四年來(lái)老師含辛茹苦的授課和課下的諄諄教導(dǎo),以及同學(xué)間的團(tuán)結(jié)互助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),老師給予我們?cè)S多幫助,同時(shí)也為我們指明了方向。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我們把以前所學(xué)都綜合起來(lái),感覺(jué)自己的水平提高很多。我們了解到了做一個(gè)系統(tǒng)的基本常識(shí),為我們以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。最后,再次向所有幫助過(guò)我,激勵(lì)過(guò)我,關(guān)心過(guò)我的人,致以最誠(chéng)摯的謝意和最美好的祝福!
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上傳時(shí)間:2021-12-05
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