【正文】 1)漫反射型 影響檢測的因素：安裝角度；測量物體的顏色； 振動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)： 安裝最簡單，方便 缺點(diǎn)： 漫反射光電傳感器是檢測最不穩(wěn)定的。 反射 光電傳感器 對射 距離 漫反射 回歸反射 物件到達(dá)預(yù)定位置 由傳感器檢測并輸出信號 交由 PLC處理后輸出信息 變頻器接受信號控制電動(dòng)機(jī) 10 圖 24 漫反射型傳感器 2)回歸反射型 影響檢測的因素： 被測物的光主亮度； 反光鏡的安裝角度 97年前，以上兩方面確實(shí)是回歸型傳感器存在的影響因素。 但后來該類型傳感器增加了 ：即 該功能的一個(gè)重要特點(diǎn)就是 ：反光鏡可以把縱波轉(zhuǎn)換為橫波。發(fā)射器發(fā)射的是縱波，而接收器只能接收橫波。發(fā)射器發(fā)射的縱波經(jīng)過反光鏡把縱波轉(zhuǎn)變成橫波，由接收器接收。由于物體沒有把縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波的功能，因此，無論物體光亮度如何，只能把發(fā)射器發(fā)射的縱波返回，接收器不能接收到橫波信號，這樣，就可以準(zhǔn)確地檢測物體的有無。 優(yōu)點(diǎn)： 可檢測透明物體和光亮度高的物體；檢測穩(wěn)定，安裝方便 缺點(diǎn)： 當(dāng)反光鏡或傳感器表面有灰塵時(shí)，檢測精度降低?？梢愿淖儼惭b方式，經(jīng)常擦拭灰塵來消除此影響。反光鏡角度影響檢測精度 圖 25 回歸反射型傳感器 (3)對射型 影響檢測的因素： 被測物的透光性；被測物的大小 優(yōu)點(diǎn)： 反光鏡 T R 傳感器 被 測物體 T R 傳感器 11 檢測精度最高 缺點(diǎn)： 安裝不方便，占用較大安裝空間；能檢測透明和體積小的物體 圖 26 對射型傳感器 (4)距離型傳感器 原理： 該傳感器的檢測距離是一定的，因此，檢測的發(fā)射光和反射光間的角度也是一定值。當(dāng)傳感器檢測被測物時(shí)，檢測到發(fā)射光和由被檢測物返回的反射光之間的角度和設(shè)定的角度不同，此時(shí)，傳感器就認(rèn)為檢測到物體。 另外，該 傳感器發(fā)射器是點(diǎn)發(fā)射，而接收器是面接收。這樣，就允許被測物有一個(gè)更大的偏轉(zhuǎn)角度。 優(yōu)點(diǎn)： 和物體的顏色無關(guān)； 被測物可以偏轉(zhuǎn)更大的角度 ；有灰塵擋住時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)入射光和反射光的強(qiáng)度，保證檢測精度不受灰塵的影響；安裝方便 應(yīng)差距離 當(dāng)物體移到傳感器臨界檢測距離時(shí)，傳感器有輸出；而當(dāng)物體向右移動(dòng)時(shí)，傳感器并不隨之就沒有輸出了，而是移動(dòng)一段距離后，傳感器才沒有輸出。這段距離就是應(yīng)差距離。應(yīng)差距離越小越好，現(xiàn)在應(yīng)差距離一般在 1mm～ 6mm間。 檢測距離 指傳感器最大檢測的距離。對于漫反 射型傳感器來說，是可以檢測到物體的最大距離；回歸反射型傳感器是傳感器和反光鏡間的距離；對射型傳感器是發(fā)射器和接收器間距離。 IP等級 IP等級指傳感器的防塵防水的等級 (前一數(shù)字是防塵等級，后一數(shù)字是防水等級 )。如：IP68：完全防塵，可以長時(shí)間在水中工作； IP67：完全防塵，可以在水中工作 90分鐘；IP65：完全防塵，防水噴濺。 L(ight)ON/D(ark)ON 模式 L(ight)ON：沒有檢測物時(shí)，傳感器有輸出 D(ark)ON：有檢測物時(shí)，傳感器有輸出 T 發(fā)射器 R 接收器 12 光電 傳感器選用 原則： 能用對射，用對射。不能用對射時(shí)再考慮其它方式 光點(diǎn)直徑≈被測物的大小 由于生產(chǎn)線上的物件有外形上的不規(guī)則性，直反式的光電傳感器可能不能及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信息，或者效果不明顯。并且由于自動(dòng)化流水線設(shè)備必須準(zhǔn)確抓握物件，防止物件的損傷，所以對時(shí)間反應(yīng)上要求較為嚴(yán)格。同時(shí)傳送帶寬度為 1M，所以此次設(shè)計(jì)選用距離型傳感器。 變頻調(diào)速及變頻器的選用 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系，當(dāng)極數(shù)不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此連續(xù)地改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種 調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速，它完全不同于前面提到的各種調(diào)速方式。變頻調(diào)速具有較好的調(diào)速性能，是現(xiàn)代交流調(diào)速方法中具有重要意義的一種調(diào)速方法。 變頻器簡介 變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，而作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心 —變頻器的性能也越來越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。 變頻器是把工頻電源 (50Hz或 60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成 對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。 變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM 控制變頻器、 PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照 用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 1 非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有 V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 13 (1) V/f控制 V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且， 在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在 V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī) 定子電流的大小和相位，以達(dá)到對電動(dòng)機(jī)在 d、 q、 0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種 PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的 PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通 過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。 (5) 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 (6) 其他非智能控制方式 在實(shí)際應(yīng)用中，還有一 些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。 2 智能控制方式 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。 (1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制，這時(shí)對于系統(tǒng)的模型了解甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能，又要進(jìn)行控制。而 14 且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此在多個(gè)變頻器級聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制比 較適合。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會在具體應(yīng)用中帶來不少實(shí)際困難。 (2) 模糊控制 模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動(dòng)機(jī)的升速時(shí)間得到控制，以避免升速過快對電機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。 (3) 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個(gè)專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機(jī)制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控 制結(jié)果。專家?guī)炫c推理機(jī)制的設(shè)計(jì)是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (4) 學(xué)習(xí)控制 學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的 PWM信號 (例如中心調(diào)制 PWM)恰好滿足這個(gè)條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要 1~2個(gè)學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時(shí)要特別注意。 本章小結(jié) 本章主要完成了傳送帶傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及所設(shè)計(jì)的硬件的選用，傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)是整個(gè)工作單元實(shí)現(xiàn)工作目標(biāo)的第一步，光傳感器在這里以采集信號作為整個(gè)工作單元開始自動(dòng)控制的開端。當(dāng)物件行走到指定地點(diǎn)，傳送帶停止時(shí)，則將自動(dòng)轉(zhuǎn)入物件搬運(yùn)系統(tǒng)的工作，將在下個(gè)章節(jié)做詳細(xì)介紹。 第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)流水線系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 此次設(shè)計(jì)中，物件搬運(yùn)系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng)。要求發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)至指定位置并停止后，能夠進(jìn)入到升降臺上，然后返回進(jìn)行下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的流水線裝配。其中控制系統(tǒng)還是采取了 PLC控制。 發(fā)動(dòng) 機(jī)流水線的運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部件電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)以及 PLC控制中心，為了發(fā)動(dòng)機(jī)流水線能夠準(zhǔn)確定位及自動(dòng)控制，這里流水線的行動(dòng)采用了一工位一活動(dòng)限位塊的限制方式來控制。兩頭的升降結(jié)構(gòu)則是由氣缸、 PLC控制的電磁閥控制完成。具體結(jié)構(gòu)圖 (圖 210)如下： 15 由電磁閥控制氣體的進(jìn)口方向，從而推動(dòng)氣缸活塞的左右運(yùn)動(dòng)，達(dá)到控制自動(dòng)化流水線設(shè)備左右，上下，抓握等動(dòng)作。下面將分別介紹氣缸和電磁閥的工作原理、特性及選型。 圖 31 氣缸運(yùn)作結(jié)構(gòu)圖 氣缸的介 紹及選用 氣動(dòng)元件及雙向活塞式氣缸 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的元件，稱為氣動(dòng)元件。 在氣動(dòng)執(zhí)行元件中，使用最多的是直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。按照將空氣壓力轉(zhuǎn)換成力的受壓不見的機(jī)構(gòu)不同，有活塞式和非活塞式（如膜片式）目前使用最多的是活塞式。此次設(shè)計(jì)中采用的活塞式單桿雙向氣缸。 雙向氣缸的活塞前進(jìn)或后退都能輸出動(dòng)力，行程可根據(jù)需要選擇。一般氣缸兩段都帶有緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)，活塞撞擊的力量很大，所以緩沖裝置可以有效的減少?zèng)_撞力。 同時(shí)，氣缸的兩端還設(shè) 有行程開關(guān)，用以檢測氣缸是否行駛到了極限位置。當(dāng)氣缸行駛到極限位置時(shí)，行程開關(guān)閉合，電磁閥停止供氣。 氣缸工作原理 此次設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線設(shè)備在一個(gè)方向上的雙向移動(dòng)，所以選用雙向氣缸。如圖 211, 當(dāng) a 道進(jìn)氣時(shí)，活塞帶動(dòng)自動(dòng)化流水線設(shè)備向右移動(dòng)；當(dāng) b道進(jìn)氣時(shí)，活塞帶動(dòng)自動(dòng)化流水線設(shè)備向左移動(dòng)。 電磁閥 氣 缸 16 圖 32 氣缸的選用 氣缸的選用主要考慮的是氣缸直徑，氣缸長度等。此次設(shè)計(jì)中，采用了 SMC CJ2型，缸徑 20mm，長度為 600mm 的標(biāo)準(zhǔn)型雙向氣缸。 電磁閥的介紹及選用 電磁閥簡介及分類 追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式），而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類 (直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu) ) 。 一、直動(dòng)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但一般通徑不超過 25mm。 二、分步直動(dòng)式電磁閥 原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差≤ ，通電時(shí)，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口壓差 ，通電時(shí)，電磁力先打開