自動生產(chǎn)線分揀站控制系統(tǒng)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類。1. 源凈化裝置過濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動三聯(lián)件。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會降低氣動元件的耐用度和性能，造成誤動作和事故，必須清除。空氣處理單元就是用來清除壓縮空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。2. 消聲器消聲器是降低排氣噪聲的裝置。壓縮空氣完成驅(qū)動工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為80dB～100dB，為了改善勞動條件，應(yīng)使用消聲器。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡單，相當于一段比排氣口徑大的管件，當氣流通過時，讓氣流在其內(nèi)部擴散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。氣流由斜孔引入，氣流束 相互撞擊、干涉、進一步減速，再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲， 最后排向大氣。本設(shè)計選用膨脹型消聲器。167。 分揀站的執(zhí)行元件167。 氣動執(zhí)行元件分揀站的執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機械能，擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機械能。分揀站中的氣缸為輸出直線往復(fù)式氣缸，氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側(cè)無桿腔進氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側(cè)無桿腔進氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。分揀站中用導(dǎo)彈是標準作用直線氣缸標準氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通常作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場的氣缸。(a)氣動回路圖 (b)電氣回路圖圖35單汽缸自動往復(fù)回路直線氣缸是指活塞的往復(fù)運動均由壓縮空氣來推動。直線氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實現(xiàn)伸縮運動的，回縮時壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時產(chǎn)生的推力。氣缸的理論輸出力，普通單作用氣缸(預(yù)伸型)理論拉力為：理論拉力： 式中：D缸徑（m）,d —活塞桿直徑（m）,p —工作壓力（Pa）,Ft1—復(fù)位彈簧預(yù)壓量及行程所產(chǎn)生的彈簧力（N）,Ft2—復(fù)位彈簧預(yù)緊力（N） 為了使氣缸的動作平穩(wěn)可靠，應(yīng)對氣缸的運動速度加以控制，常用的方法是使用單向節(jié)流閥來實現(xiàn)。單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運動速度，所以也稱為速度控制閥。有觸點式的磁性開關(guān)用舌簧開關(guān)作磁場檢測元件。舌簧開關(guān)成型于合成樹脂塊內(nèi)，并且一般還有動作指示燈、過電壓保護電路也塑封在內(nèi)。帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理。當氣缸中隨活塞移動的磁環(huán)靠近開關(guān)時，舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點閉合；當磁環(huán)移開開關(guān)后，簧片失磁，觸點斷開。觸點閉合或斷開時發(fā)出電控信號，在PLC的自動控制中，可以利用該信號判斷推料及頂料缸的運動狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。167。167。傳動機構(gòu)如圖36所示。采用的是ZJ系列的直流伺服電機，用于拖動傳送帶從而輸送物料。它主要由電機支架、電動機、聯(lián)軸器等組成。圖36 傳動機構(gòu)直流伺服電機是傳動機構(gòu)的主要部分，電動機轉(zhuǎn)速的快慢由電壓信號來控制的，其作用是帶傳送帶從而輸送物料。電機支架用于固定電動機。聯(lián)軸器由于把電動機的軸和輸送帶主動輪的軸聯(lián)接起來，從而組成一個傳動機構(gòu)。在安裝和調(diào)整時，要注意電動機的軸和輸送帶主動輪的軸要保持在同一直線上。其中直流無刷電機應(yīng)用較為廣泛. 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境這種電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護和顯示等等。直流電動機的工作特性，下面說明它們的變化規(guī)律。圖37 直流電動機的工作特性 根據(jù)直流電動機電動勢平衡方程式，可得轉(zhuǎn)速特性為： 31 從式（31）可見，當電樞電流增加時，如氣隙磁通中不變，轉(zhuǎn)速將隨的增加而直線下降。一般他勵直流電動機電樞回路電阻的值很小，轉(zhuǎn)速下降不多。如果考慮去磁的電樞反應(yīng)，會變小，轉(zhuǎn)速下降會更小些。由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。167。伺服控制器是用來控制伺服馬達的一種器件，一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)搞精度的傳動系統(tǒng)定位。 從結(jié)構(gòu)上看，伺服控制器和變頻器器差不多，但對元器件的要求精度和可靠性更高。目前主流的伺服控制器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，事項數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊.167。旋轉(zhuǎn)編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出至軸上的機械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字信號的傳感器，主要用于速度或位置（角度）的檢測。典型的旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形狹縫。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖57所示；通過計算每秒旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。一般來說，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的方式的不同，可以分為增量式、絕對式以及復(fù)合式三大類。自動線上常采用的是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90，用于辯向：當A相脈沖超前B相時為正轉(zhuǎn)方向，而當B相脈沖超前A相時則為反轉(zhuǎn)方向。Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。如圖58所示。分揀單元使用了這種具有A、B兩相90o相位差的旋轉(zhuǎn)編碼器，用于計算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動軸上。該旋轉(zhuǎn)編碼器的三相脈沖采用NPN型集電極開路輸出，分辨率500線，工作電源DC12～24V。本工作單元沒有使用Z相脈沖，A、B兩相輸出端直接連接到PLC（S7224XP AC/DC/RLY主單元）的高速計數(shù)器輸入端。計算工件在傳送帶上的位置時，需確定每兩個脈沖之間的距離即脈沖當量。分揀單元主動軸的直徑為d=43 mm,則減速電機每旋轉(zhuǎn)一周，皮帶上工件移動距離L=π d =43= mm。故脈沖當量μ為μ=L/500≈ mm。當工件從下料口中心線移動時：移至傳感器中心時，旋轉(zhuǎn)編碼器約發(fā)出450個脈沖；移至第一個推桿中心點時，約發(fā)出610個脈沖；移至第二個推桿中心點時，約發(fā)出1000個脈沖；移至第三個推桿中心點時，約發(fā)出1350個脈沖。第四章 控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計167。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則167。 設(shè)備的工作目標是完成對白色芯金屬工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金屬或塑料工件進行分揀。為了在分揀時準確推出工件，要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測。并且工件材料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測出來。167。 PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： 一、 確定合理的結(jié)構(gòu)型式，PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試PLC的結(jié)構(gòu)形式較為合適。二、 確定合理的安裝方式PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠