【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 一、課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義 通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，重在鍛煉了自己理論與實(shí)際的結(jié)合能力 .機(jī)電一體化產(chǎn)品與人們的日常生活密切相關(guān)，步進(jìn)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制維護(hù)方便、機(jī)電一體化技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)電產(chǎn)品中，通過(guò)收集設(shè)計(jì)資料與設(shè)計(jì)依據(jù)，有關(guān)數(shù)據(jù)的整理，方案的比較確定，以及說(shuō)明書(shū)的撰寫等有關(guān)過(guò)程深化和綜合了基礎(chǔ)課、專業(yè)課，初步了解機(jī)電一體化技術(shù)的 概念，熟悉 PLC 系統(tǒng)在機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，深入進(jìn)行與本專業(yè)相關(guān)的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，深入了解了本專業(yè)的主要課程，從而鞏固了所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并培養(yǎng)了獨(dú)立思考的能力，更有助于我們提高理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握，更進(jìn)一步提高機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能聯(lián)系實(shí)際使設(shè)計(jì)達(dá)到技術(shù)，操作的合理性，此外還能培養(yǎng)我們的協(xié)作精神，樹(shù)立高度的工作責(zé)任感，從而更快適應(yīng)工作，為以后的工作打下基礎(chǔ)。 二、課題設(shè)計(jì)（論文） 提綱 。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 。 。 。 三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排 思路方法：利用網(wǎng)上模擬，搜集各種資料，組織論文 進(jìn)度安排：第一周：弄清該設(shè)計(jì)的工作原理，選題方案，對(duì)比各種方案，選擇合適的方案。 第四周：寫出論文的整體提綱。 第六周：畢業(yè)答辯 四、課題設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)； 1. 袁秀英。 ?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。 3. 使用手冊(cè) —— 三菱系列微型可編程控 制器。 4. 常斗南。 。 。 。液壓與氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。 8. 郝蕓。 。液壓與氣動(dòng)，北京：北京理工大學(xué)出版社。 魯曉春。 2021。 。 。 本文作者通過(guò)查閱大量資料， 對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)及其相關(guān)的技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢(shì)作了一個(gè)比較全面的總結(jié)。該材料分揀系統(tǒng) 以 PLC 為主控制器 ,結(jié)合氣動(dòng)裝置、 傳感器技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控 等技術(shù) ,現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀 。 關(guān)鍵詞： 材料分揀 三菱 PLC 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 引言 自動(dòng)分揀是指貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動(dòng)裝置來(lái)完成的。 除了使用終端的鍵盤、鼠標(biāo)或者其它方式向控制裝置輸入分揀指示信息的作業(yè)外，由于全部采用自動(dòng)控制作業(yè)，因此它的分揀能力、分揀數(shù)量同人為分揀相比都比較大，效率也得到了進(jìn)一步突 破。國(guó)外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺(tái)、信號(hào)盤、分揀機(jī)、分揀信息識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。 從分揀技術(shù)水平上說(shuō)，歐美各國(guó)發(fā)展最早，技術(shù)比較成熟，目前處于世界領(lǐng)先地位。到 1987 年就已經(jīng)擁有自動(dòng)分揀機(jī) 1000 臺(tái)，號(hào)稱是世界上擁有分揀機(jī)最多的國(guó)家。在二十世紀(jì) 80 年代，我國(guó)最初是一些郵局 采用小型的半自動(dòng)翻盤分揀機(jī)，用于郵包分揀。而如今分揀技術(shù)已經(jīng)用于我國(guó)的各行各業(yè)，使這環(huán)節(jié)的效率得到了很大的提高。此后，運(yùn)輸企業(yè)、配送中心、通訊出版部門、煙草部門、出版行業(yè)、食品化工、造紙業(yè)、化工業(yè)、機(jī)械制造以及各類工業(yè)企業(yè)亦相繼應(yīng)用 。分揀作業(yè)已成為一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨普遍。顯然，隨著分揀量的增加、分送點(diǎn)的增多、配貨響應(yīng)時(shí)間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無(wú)法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)亟待提高。日本一位物流專家認(rèn)為，在用戶需求表現(xiàn)為多種小批量的時(shí)代，物流技術(shù)的三大措施是自動(dòng)分揀機(jī)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和無(wú)人自動(dòng)引導(dǎo)車。自動(dòng)分揀系統(tǒng)成為當(dāng)代物流技術(shù)發(fā)展的三大標(biāo)志之一。但隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。要把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡(jiǎn)單，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。其后，日本、德國(guó)等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來(lái)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， 20世紀(jì) 70 年代末至 80 年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。 80 年代以來(lái)，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)韻迅猛發(fā)展，以 16 位和 32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發(fā)展。 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化 娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。為使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)于 1985 年 1月制定了PLC 的標(biāo)準(zhǔn)，并給它作了如下定義： 可編程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。可編程序控制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng) 按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： a)可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。 c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作 方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。例如，采用可靠性高的工業(yè)級(jí)元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（ SMT）制造，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。現(xiàn)在的 PLC 的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號(hào)、繼電 器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。 3 靈活性好 a)編程的靈活性： PLC 采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言等。 b)擴(kuò)展的靈活性： PLC 的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它不僅可以通過(guò)增加輸入輸出模塊增加點(diǎn)數(shù)，通過(guò)擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過(guò)多臺(tái) PLC 的通信來(lái)擴(kuò)大容量和功 能。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。 4可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對(duì)過(guò)程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC 正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過(guò)程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié) 合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過(guò)程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（ PLC，機(jī)器人， CAD/CAM）之一。 PLC基本結(jié)構(gòu)和工作原理 基本結(jié)構(gòu) 目前，可編程序控制器的產(chǎn)品很多，不同廠家生產(chǎn)的 PLC 以及同一廠家 生產(chǎn)的不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)各不相同，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致相同的。實(shí)際上可編程序控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 2 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及 運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。 3 輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部分。按照信號(hào)的種類歸類有直流信號(hào)輸入、輸出，交流信號(hào)的輸入、輸出；按照信號(hào)的輸人、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 (1)開(kāi)關(guān)量輸入模塊 開(kāi)關(guān)量輸人設(shè)備是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等，其信號(hào)可能是交流電壓 (110 V 或 220 V)，直流電壓 (12～ 24 V)等。對(duì)于開(kāi)關(guān)量中交流輸入模塊的工作原理，只是在輸人端先通過(guò)整流將交流輸入信號(hào)變成直流信號(hào)，其他與開(kāi)關(guān)量直流輸入模塊工作原理相同。 通常開(kāi)關(guān)量輸出模塊有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸出的頻率低于 1000 Hz，一般選用繼電器輸出模塊。而雙向晶閘管輸出屬交流輸出。對(duì)于晶體管輸出型，則是通過(guò)光電耦合使開(kāi)關(guān)晶體管截止或飽和導(dǎo)通 以控制外部電路。 4 電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開(kāi)關(guān)電源以及為掉電保護(hù)電路供電的后備電源，后者一般為電池。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為以下三種類型。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 基本工作原理 我們已經(jīng)知道 PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。PLC 的控制功能就是通過(guò)運(yùn)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而 PLC 從 0000 號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結(jié)束。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。另外， PLC對(duì)輸入、輸出信號(hào)的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。下面我們具體介紹 PLC 的掃描工作過(guò)程。 1)輸入采樣 PLC 在開(kāi)始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。 3)輸出刷新 在執(zhí)行到 END 指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后， PLC 將 輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 PLC掃描過(guò)程示意圖 PLC 工作過(guò)程除了包括上述三個(gè)主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段， PLC檢查 CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 第 2章 設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計(jì) 材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu) 及工作過(guò)程 該系統(tǒng)采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，設(shè)置的轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計(jì)了可與 PLC連接 的轉(zhuǎn)接口。使用時(shí)可先人為地將材料放入料 庫(kù) 中 時(shí) ，此時(shí)光電傳感器檢測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī) (圖 6中的 2)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置。 自 動(dòng)分 揀 部分由傳感器（圖 6 中的 2 2 26）、先導(dǎo)式電磁換向閥（圖 6中的 1 12）、氣缸（圖 6中的 3 3 3 35）及導(dǎo)料軌道（圖 6中的 2 2 30）組成。例如：當(dāng)電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時(shí)，氣缸（圖 6 中的 32） 動(dòng)作，將鐵塊 上面的物料頂住，氣缸 36動(dòng)作將物料推到傳送帶上，當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，氣缸 33 動(dòng)作將物料推入導(dǎo)料軌道中 （圖 6 中的 30）。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路。氣動(dòng)換向閥是利用電磁力的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)閥的換向的。先導(dǎo)式電磁換向閥首先由直動(dòng)式電磁閥（先導(dǎo)閥）提供控制氣壓，再去控制主閥（氣控閥）閥芯的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主閥的換向。 當(dāng)傳感器感應(yīng)到有材料通過(guò)時(shí)，輸出一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò) PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)先導(dǎo)式電磁換向閥的控制，先導(dǎo)式電磁換向閥又控制相對(duì)應(yīng)的氣缸來(lái)彈出材料到導(dǎo)山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 料軌道。分別作為氣缸 動(dòng)作 限位開(kāi)關(guān) 和 氣缸 回位 限位開(kāi)關(guān)。 當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，氣缸快速?gòu)棾?，此時(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒(méi)有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)動(dòng)作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。 轉(zhuǎn)接板上有相對(duì)應(yīng)的指示燈，用于指示各個(gè)輸入輸出信號(hào)的指示以便于我們進(jìn)一步控制。它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。由此，可識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。 電容傳感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開(kāi)關(guān)。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè) 非金屬 材料。它是在 Si 等多數(shù)光電二極管之前，分別放置 R（紅）、 G（綠）、 B（藍(lán)）三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的