【正文】 下 控制 球門 的 開啟，使小球從滑道一掉落到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的前置軌道，每次只允許一個(gè)小球通過。 動(dòng)作五：由標(biāo)準(zhǔn)氣缸支配的推動(dòng)桿將小球推動(dòng) 到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。 動(dòng)作六：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在氣動(dòng)分度盤的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)過一定角度，被推動(dòng)到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)球在出口落下并沿軌道滾動(dòng)到擺動(dòng)夾緊缸下。 動(dòng)作七 ：在 擺動(dòng) 夾緊 缸和 氣動(dòng) 吸盤 的帶 動(dòng)下 ，小 球逆 時(shí)針 轉(zhuǎn) 過90176。進(jìn)入軌道四，顏色識(shí)別器對(duì)不同顏色的小球進(jìn)行識(shí)別。 動(dòng)作八：小球在一個(gè)滑臺(tái)氣缸、兩個(gè)雙桿氣缸、吸盤的帶動(dòng)下根據(jù)顏色的不同被送往軌道五和六，小球自行滾動(dòng)到軌道末端，每個(gè)軌道都有傳感器檢測(cè)小球是否到位。 動(dòng)作九：由一個(gè)滑臺(tái)氣缸、兩個(gè)雙桿氣缸、一個(gè)氣動(dòng)吸盤組成的三坐標(biāo)機(jī)械手將小球送往起始位置 — 物料籃。 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 圖 動(dòng)作流程圖 圖 動(dòng)作流程圖 動(dòng)作二 動(dòng)作三 動(dòng)作六 動(dòng)作七 動(dòng)作八 動(dòng)作九 動(dòng)作一 動(dòng)作五 動(dòng)作四 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 167。 送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 167。 直線送料機(jī)構(gòu) 直線送料機(jī)構(gòu)主要完成豎直（ Z 軸）方向的送料，由標(biāo)準(zhǔn)型氣缸驅(qū)動(dòng)，送料棒完成，應(yīng)用于動(dòng)作一和動(dòng)作五。 167。 二坐標(biāo)送料機(jī)構(gòu) 二坐標(biāo)送料機(jī)構(gòu)主要完成豎直（ Z 軸）方向?qū)τ谇蛄系膴A取以及水平（ Y 軸）方向的送料，由滑臺(tái)氣缸、雙缸氣缸、雙指氣動(dòng)手指、連接部件以及型材組成，應(yīng)用于動(dòng)作二。 167。 回轉(zhuǎn)送料機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)氣缸主要完成球料水平方向 X、 Y 軸之間的轉(zhuǎn)換，回轉(zhuǎn)氣缸包括回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸和回轉(zhuǎn)夾緊氣缸。回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸與有兩個(gè)帶導(dǎo)桿氣缸和一個(gè)三指氣動(dòng)手指組成的二坐標(biāo)機(jī)械手完成對(duì)球料的傳送，用于動(dòng)作三。回轉(zhuǎn)夾緊氣缸用于動(dòng)作七。 167。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要完成對(duì)球料的儲(chǔ)存以及運(yùn)送，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為八工位，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為氣缸驅(qū)動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。用于動(dòng)作六，在工業(yè)生產(chǎn)中可以用于產(chǎn)品的打標(biāo)，質(zhì)量檢查等工 序。 167。 三坐標(biāo)機(jī)械手 三坐標(biāo)機(jī)械手主要完成球料在三維空間中的傳送運(yùn)輸。三坐標(biāo)機(jī)械手分為兩種：一種由帶導(dǎo)軌滑臺(tái)氣缸兩個(gè)帶導(dǎo)桿氣缸組成，用于動(dòng)作八；另一種由磁耦氣缸、帶導(dǎo)桿氣缸、雙缸氣缸組成，用于動(dòng)作九。 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 傳感器的選擇 167。 磁性開關(guān)的選 擇 本流水線設(shè)計(jì)動(dòng)作的執(zhí)行全部由氣缸實(shí)現(xiàn)，并且每個(gè)動(dòng)作都需要有精準(zhǔn)的位置，因此需要對(duì)氣缸的行程進(jìn)行定位。由于磁性開關(guān)具有易于安裝，并且可以和氣缸很好的融為一體，所以選擇磁性開關(guān)對(duì) 氣缸的行程進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的動(dòng)作控制。 由于氣缸形狀、類型的不同所以需要選擇不同類型的磁性開關(guān)。本設(shè)計(jì)中總共用到了 TA、 TD、 TE、 TG、 TR、 SH 系列的磁性開關(guān)。這6 種類型的磁性開關(guān)均為控制行程的傳感器。 每個(gè)類型的傳感均選用常開型，此外每個(gè)類型的傳感器均分為兩線式和三線式，其中三線式分為 NPN、 PNP 型。因?yàn)閮删€型便可以完成功能，所以每個(gè)類型的磁性開關(guān)均選用兩線式常開型。 其工作原理為當(dāng)氣缸的活塞運(yùn)動(dòng)到磁性開關(guān)的位置時(shí)，活塞上的磁性會(huì)吸合磁性開關(guān)，磁性開關(guān)的一端連接 24V 電源正極，另一端連接 PLC 的擴(kuò)張 IO，所以當(dāng)磁性開關(guān)吸合時(shí)就會(huì)發(fā)送一個(gè)高 電平給 PLC，使 PLC 接收到信號(hào)。 167。 光電傳感器的 選擇 本流水線在運(yùn)行時(shí)需要檢測(cè)球料運(yùn)動(dòng)是否到位，用于檢測(cè)目標(biāo)產(chǎn)品是否到位的傳感器一般選用光電傳感器和接近傳感器，而接近傳感器只能用于檢測(cè)金屬器件，本流水線的球料為非金屬的，所以選用光電傳感器。光電傳感器為三線，分為 PNP、 NPN、常開、常閉型。 PNP 常開型輸出的是高電平， NPN 常開型輸出的是低電平。因?yàn)榭刂破鳛楦唠娖接行В詰?yīng)選擇 PNP 常開型。如果選用 NPN 常開型也可以通過中間繼電器轉(zhuǎn)換與 PLC 連接。 由于檢測(cè)距離比較近，大概為 200mm,所以選擇擴(kuò)散反射短距離XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 式，檢測(cè)距離為 300mm，光源為紅色 LED 燈，為集電極開路輸出，電壓為 24V，最大 100mA。 167。 數(shù)字光纖（ 顏色）傳 感器的 選擇 光纖傳感器將來自光源的光信號(hào)通過光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)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(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)至的信號(hào)源，再經(jīng)過光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)調(diào)解后，獲得被測(cè)參數(shù)。與光電傳感器類似，光纖傳感器也采用 PNP 常開類型。 本流水線主要實(shí)現(xiàn)紅色球料和黑色球料的檢測(cè)分揀，選用的傳感器為電纜型 1 路輸入 2 路輸出 ，當(dāng)黑色球時(shí)輸出一個(gè)高電平，當(dāng)紅色球 時(shí) 輸 出 為 兩 個(gè) 高 電 平 。 光 源 為 紅 色 ， 4 元 素 發(fā) 光 二 極 管 （ 波 長(zhǎng)630nm）。 167。 數(shù)字量輸入針 對(duì)不同 開關(guān)接 線方法 167。 干觸點(diǎn) /通斷開關(guān)接線方法圖 （本設(shè)備中使用的磁性開關(guān)都是此類開關(guān)）： 通斷類型開關(guān)通常有棕藍(lán)兩根線，接線時(shí)棕線 V+連接電源正端，藍(lán)線 0V 接入 PLC 輸入端子。 圖 磁性開關(guān)接線 圖 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 167。 常用的三線制數(shù)字量感應(yīng)開關(guān)分 PNP 型和 NPN 型： PNP 常開型開關(guān)導(dǎo)通時(shí)輸出高電平， NPN 常開型開關(guān)導(dǎo)通時(shí)輸出低電平。 PNP 與 NPN 型傳感器一般有三條引出線，即電源線 VCC（棕）、0V 線（藍(lán)）， out 信號(hào)輸出線（黑）。 常開型開關(guān)：棕線連接電源正 V+，藍(lán)線連接 0V，黑線接入 PLC輸入端子，黑線即為信號(hào)線，接完 PLC 負(fù)載后與 OV 連接，接線圖如下： 圖 PNP 型傳感 器接 線圖 常開型開關(guān)通過繼電器轉(zhuǎn)接入 PLC 輸入端接線方法：棕線連接電源正 V+，藍(lán)線連接 0V，黑線接入繼電器線圈一端，繼電器線圈另一端連接電源正 V+，繼電器中常開觸點(diǎn)一端連接電源正 V+，另一端接入 PLC 輸入端子。如下圖所示： XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 NPN 型傳感器 接 線 圖 ，繼電器的另一種用途為：低壓電路控制高壓電路。繼電器線圈兩端接低壓電路，常開觸點(diǎn)接高壓電路，低壓通電線圈吸合常開電路開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電路的控制。 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本流水線采用固高歐辰的 SoftLink 系列產(chǎn)品的 SOFTLINK IDEABOX mini控制器。 C P U:Ideabo x mi ni 300 412 1CG02I/O:C AN Open遠(yuǎn)程 I/O RT1331P L02C AN 167。 控制器的選型 167。 方案 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制 單片機(jī)又稱單片微控制器，是一種集成電路芯片，是采用電路集成技術(shù)將 CPU、 ROM、 RAM、多種 IO 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能集成于一起的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它質(zhì)量輕、體積小、價(jià)格便宜，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，如導(dǎo)航系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、家用電器、工控系統(tǒng)、通訊設(shè)備。單片機(jī)引領(lǐng)了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，智能型漸漸到來。單片機(jī)相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)分支領(lǐng)域，單片機(jī)可大致分為專用型 /通用型、工控型 /家電型、總線型 /非總線型。單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 方案二： PLC 控制 可編程邏輯控制器（ PLC）是一種專業(yè)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，適合于大型自動(dòng)加工流水線。 PLC 的發(fā)展取代了繼電器線路和進(jìn)行順序?yàn)橹鞯漠a(chǎn)品， PLC 控制器的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有數(shù)字 IO 模板，母版，模擬 IO 模板，用戶可以根據(jù)自身需要在母版上擴(kuò)展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程擴(kuò)展 IO 來實(shí)現(xiàn)目的。 PLC 在實(shí)現(xiàn)各種數(shù)量 IO 控制的同時(shí)，還可以輸出模擬脈沖和數(shù)字電壓，從而可以控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、變頻電機(jī)等。 PLC 具有斷電保護(hù)、自我診斷、輸入輸出光電隔離，更干擾能力強(qiáng)。 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 方案三： DCS 控制 DCS 是集散控制系 統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，以微處理器為控制系統(tǒng)，采用控制功能分散、顯示操作集中的新一代儀表控制系統(tǒng)。 DCS 在控制上特點(diǎn)為靠著各種運(yùn)算、控制模塊的靈活組態(tài)，實(shí)現(xiàn)多種化的控制策略，該系統(tǒng)能夠直接完成順序控制、數(shù)字控制、數(shù)據(jù)采集與處理、批量控制以及最優(yōu)控制功能。 DCS 可以監(jiān)視和控制工藝的整個(gè)流程，對(duì)自身進(jìn)行組態(tài)、維護(hù)和診斷。 167。 比較與選型 用單片機(jī)做控制系統(tǒng)要受制于布局結(jié)構(gòu)、制版工藝、器件質(zhì)量等因素的制約，并且抗干擾能力差、擴(kuò)展困難、開發(fā)周期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng)。 DCS 控制系統(tǒng)無法在工程師站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)方的組態(tài)、維護(hù)和 診斷。 DCS 系統(tǒng)比較龐大，控制器和數(shù)據(jù)公路是系統(tǒng)的關(guān)鍵，整體投資時(shí)要一步到位，事后在進(jìn)行擴(kuò)容比較困難。綜合比較， PLC 具有使用方便、編程簡(jiǎn)單，功能性強(qiáng)，可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，選用 PLC 做控制系統(tǒng)。 167。 SOFTLINK IDEABOX mini 控制器簡(jiǎn) 介 167。 SOFTLINK IDEABOX mini 控制器 將工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)完美結(jié)合在一起，適用于中小型分布式PLC 系統(tǒng)和中小型高端機(jī)器設(shè)備。 ① 采用 X86 構(gòu)架核心處理器，掃描周期 1ms ； ②可擴(kuò)展 16 個(gè)本地 I/O 模塊，包括開關(guān)量、模擬量、通訊模塊、功能模塊； ③支持 CANOpen 總線、 TCP/IP、 RS485/RS32 ModbusTCP/RTU、 OPC等多種通訊模式進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、調(diào)試與控制； ④最多支持 126 個(gè)遠(yuǎn)程 I/O 從站，最大傳輸距離 10KM； ⑤支持多達(dá) 32 軸的運(yùn)動(dòng)控制功能，包括點(diǎn)位、多軸同步、電子齒輪、電子凸輪、 PT 等功能； XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ⑥軟件編程平臺(tái) SOFTPRO 完全符合 IEC611313 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 本設(shè)備選用的 Ideabox mini 300 4121CG02 控制器，自帶 24路 DI 和 24 路 DO,通過 CANopen 總線擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)數(shù)，并可以擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制，通過 Ether 口對(duì)控制器進(jìn)行編程和在線監(jiān)控，也可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)控制器之間通訊等。 圖 SOFTLINK IDEABOX mini 控制器 167。 Softlink CANopen 現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程 I/O CANopen 是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)路（ Controller Area NetWork,CAN)上的高層通訊協(xié)定，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。由 CiA（ CAN in Automaion）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的起草及審核工作，基本的 CANopen 設(shè)備及通訊子協(xié)定定義在 CiA 301 中。針對(duì)個(gè)別設(shè)備的子協(xié)定以 CiA 301 為基礎(chǔ)再進(jìn)行擴(kuò)充，如針對(duì) I/O 模組的 CiA 401及針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的 CiA 402。 CANopen 采用雙線 串行通信方式，一個(gè) CANopen 網(wǎng)絡(luò)上最多允許 127 臺(tái)設(shè)備 ,最大傳輸速率 1Mbps/40 米，最大傳輸距離 10000 米 /5kbps。 CANopen 遠(yuǎn)程 I/O從站模塊實(shí)現(xiàn)了到 CANopen 總線 網(wǎng)絡(luò)的快速連接，采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并與主站進(jìn)行通訊，可靠完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 本設(shè)備選用的 CAPopen 遠(yuǎn)程 I/O RT1331PL02CAN 是 16 路數(shù)字量輸入和 16 路數(shù)字量輸出模塊。數(shù)字量輸出為繼電器型，可以根據(jù)需要選擇性輸出低電平或高電平；輸入端對(duì)于三線制 NPN 和 PNP 型開關(guān)都可以連接，兼容性強(qiáng)。 圖 擴(kuò)展 IO 167。 I/O 定義 見附錄一 167。 電控元件 表 31 電控元件表 器件代號(hào) 數(shù)量 功能說明 SOFTLINK IDEABOX mini 控制器 1 進(jìn)行過程控制和動(dòng)作控制 SoftLink CANopen 現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程 I/O 2 對(duì) PLC 的 I/O 進(jìn)行擴(kuò)展 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 24V 開關(guān)電源 1 給除照明以外的所有回路供電 12V 開關(guān)電源 1 對(duì)照明電路進(jìn)行供電 光電傳感器 1 用于識(shí)別小球是否到位、辨別小球顏色 繼電器 24 用于共陽傳感器到共陰 PLC之間的轉(zhuǎn)換 三相電源插座 1 對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行供電 熔斷器 1 用于保護(hù)電路，防止短路對(duì)設(shè)備損壞 接線端子 24 用于線路之間的轉(zhuǎn)換以及接口的擴(kuò)展 24V 風(fēng)扇 1 對(duì)電路進(jìn)行散熱 照明燈 用于照明 電線 用于供電和信號(hào)的傳遞 線槽 安放電線 167。 電控圖 見附錄二 圖 電控圖 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（