毕业设计_机电一体化实训装置设计.doc

广州铁路职业技术学院 电气自动化07-1班 杨东旭 机电一体化实训装置设计摘要：本文章采用三菱FX2N-48MT系列PLC和变频器实现光机电一体化装置物料分拣的自动化控制，该装置包含三个工作状态，分别为：上料检测站、搬运站、物料分拣。该系统囊括了电气自动化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，能给学生提供一个典型的综合科技环境，使学生将从学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。关键词： 三菱PLC、变频器、物料分拣目 录摘要- 1 -关键词- 1 -目录- 2 -前 言- 3 -一 光机电实训设备介绍- 4 -1.1 上料机构- 4 -1.2 搬运机械手机构- 5 -1.3 皮带输送与分拣机构- 5 -1.4 电源控制方式- 6 -二 硬件系统- 7 -2.1 硬件系统的核心元件 (PLC)- 7 -2.2 硬件系统的检测元件（传感器）- 7 -1.金属传感器：LK4-1K- 8 -2.光纤传感器SB03-1K- 8 -3.对射式光电传感器：WS100-D1032- 9 -4.漫反射式光电传感器：ZD-LO9N- 9 -5.磁性开关：D-Z73- 9 -2.3 硬件系统的执行元件- 10 -1、三相步进电动机- 10 -2、电磁阀与气缸- 12 -3、变频器- 13 -三 程序设计- 14 -3.1 控制要求- 14 -3.2 电气控制框图- 15 -3.3 I/O分配表- 15 -3.4 程序流程图- 16 -3.5 PLC程序讲解图- 17 -总 结- 21 -致 谢- 22 -参考文献- 23 -附录：- 24 -前 言随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈，人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产结构，加上需要人力监督操作，这就大大增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度保障生产的可靠性、安全性，减低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业所必须面临的重要问题。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了公认的劳动轻度，提高了劳动生产率，所以机械手得到快速发展。因为机械手的范围太广，所以本文就以光机电一体化装置的物料分拣，进行简单的介绍，该装置包含三个工作状态，分别为：上料检测站、搬运站、物料分拣。该系统主要囊括了电气自动化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，能给学生提供一个典型的综合科技环境，使学生将从学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程。并通过调试检查过后，能很明显地体现出光机电一体化技术的特点：使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复的工作方式。使机械结构大大简化，可以提高精度、增加功能、提高稳定性和延长使用寿命，具有很高的功能水平和附加价值，将给生产者和用户带来巨大的社会经济效益。也使得学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。机电一体化是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程来完成各种动作，它的准确性和多自由度，保证了生产线能在各种不同的环境中工作。一 光机电实训设备介绍如下图为光机电设备。由井式上料机构2、搬运机械手机构3、皮带输送机构4、物件分拣机构，共同组成。 图1-1 光机电设备1.1 上料机构井式工件库1件，物料推出机构1件，光电传感器2只，磁性开关2只，单杆气缸 1只， 单控电磁阀1只，警示灯 1只，主要完成将工件库中的工件依次推出。在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料， 这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。 图1-2 上料机构上料机构主要组成与功能 上料机构由井式工件库、光电传感器、工件、存放料台、推料气缸、安装支架等组成。主要完成将工件依次送至存放料台上。没有工件时，报警指示黄灯闪烁，放入工件后闪烁自动停止。 (1) 光电传感器：物料检测传感器为光电漫反射型传感器，检测到有物料时推料气缸将物料推出到存放料台，有物料时为PLC提供一个输入信号。 (2) 推料气缸：依次将工件推到存放料台上，由单相电控气阀控制。 (3) 警示灯：在设备停止时警示红灯亮，在设备运行时警示绿灯，在无物料时警示黄灯闪烁。 (4) 井式工件库：用于存放32mm工件，料筒侧面有观察槽。 (5) 安装支架：用于安装工件库和推料气缸。 1.2 搬运机械手机构单杆气缸 1 只，双杆气缸 1 只，气动手爪 1 只，电感传感器 1 只，磁性开关 5 只，行程 开关 2 只，步进电机 1 只，步进驱动器 1 只，单控电磁阀 2 只，双控电磁阀 1 只。主要完成 将工件从上料台搬运到输送带上。 当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检 测到位后，延时 0.5 秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时 0.5 秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面的动作。在分拣气缸完成分拣后，再将物料放入输送线上。如图1-3所示： 图1-3 机械手主要组成与功能 由气动手爪、双导杆气缸、单杆气缸、电感传感器、磁性传感器、多种类型电磁阀、步进电机及驱动器组成。主要完成通过气动机械手手臂前伸，前臂下降，气动手指夹紧物料，前臂上升，手臂缩回，手臂旋转到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松开将物料放入料口，机械手返回原位，等待下一个物料到位等动作。 （1）气动手爪：完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，手爪夹紧时磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。 （2）双导杆气缸：控制机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。 （3） 单杆气缸：控制气动手爪的提升、下降，由电控气阀控制。 （4）电感传感器：机械手臂左摆或右摆到位后，电感传感器有信号输出。（接线注意棕色接“+” 、蓝色接“-” 、黑色接“输出” ）。 （5） 磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给 PLC 发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-” ，棕色接“PLC输入端” ）。 （6） 步进电机及驱动器：用于控制机械手手臂的旋转。通过脉冲个数进行精确定位。如图1-4所示： 图1-4 旋转机构1.3 皮带输送与分拣机构皮带输送机构主要完成将工件输送到分拣区。分拣机构包含旋转气缸，电感传感器 1只，光纤传感器1只，漫反射式光电传感器 1 只，对射式光电传感器1对，磁性开关 4只，物料分拣槽3个，导料块 2只，单控电磁阀 2 只，完成物料的分拣工作。如图1-5所示：当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收启动信号，三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行，皮带开始输送工件，当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时，推料一气缸动作，将金属物料推入一号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止；当料槽二检测传感器检测到白色物料时，旋转气缸动作，将白色物料导入二号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，旋转气缸转回原位，同时电动机停止；当物料为黑色物料直接导入三号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止。 图 1-5 分拣机构（1）主要组成与功能 由皮带输送线、分拣料槽、单杆气缸、旋转气缸、三相异步电动机、磁性传感器、光电传感器、电感传感器、光纤传感器及电磁阀等组成。主要完成物料的输送、分拣任务。 （2） 光电传感器：当有物料放入时，给PLC 一个输入信号。（接线注意棕色接“+” 、蓝色接“-” 、黑色接“输出”）。 （3） 入料口：物料入料位置定位。 （4） 电感式传感器：检测金属材料，检测距离为25mm（接线注意棕色接“+” 、蓝色接“-” 、黑色接“输出” ）。 （5）光纤传感器：用于检测非金属的白色物料，检测距离为38mm，检测距离可通过传感器放大器的电位器调节。（接线注意棕色接“+” 、蓝色接“-” 、黑色接“输出”）。 （6） 料槽1号：用于放置金属物料。 （7） 料槽2号：用于放置白色尼龙物料。 （8） 料槽3号：用于放置黑色尼龙物料。 （9） 推料气缸：将物料推入料槽，由单向电控气阀控制。 （10）导料气缸：在检测到有白色物料时，将导料块旋转到相应的位置。 （11）皮带输送线：由三相交流异步电动机拖动，将物料输送到相应的位置。 （12）三相异步电动机：驱动传送带转动，由变频器控制。1.4 电源控制方式1. 电源：三相四线 380V 交流电源经三相电源总开关后给系统供电，设有保险丝具有漏电和短路保护功能。提供单相双联暗插座，可以给外部设备、模块供电，并提供单、三相交流电源，同时配有安全连接导线。 2. 按钮：提供红、黄、绿三种指示灯（DC24V），复位、自锁按钮，急停开关，转换开关、蜂鸣器。提供24V/6A、12V/5A直流电源，为外部设备提供直流电源。 3变频器：系统采用三菱 E540 系列高性能变频器，三相交流 380V 电源供电，输出功率0.75KW。 具有八段速控制制动功能、 再试功能以及根据外部SW调整频率和记忆功能。具备电流控制保护、跳闸（停止）保护、防止过电流失控保护、防止过电压失控保护。 4. PLC：采用日本三菱FX2N-48MT（AC/DC/晶体管输出）主机，内置数字量I/O（24路数字量输入/24路晶体管输出）。每个PLC的输入端均设有输入开关。PLC的输入/输出接口均已连接到面板上，方便用户使用。 二 硬件系统2.1 硬件系统的核心元件 (PLC) PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，在本文章中，最常用到的有三菱FX2N-48MT系列PLC，如图2-1所示：图2-1 可编程控制器三菱FX2N-48MT系列PLC的优点三菱FX2N-48MT具有48个接线端口，刚好满足本次设计的接线端口，能最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要，模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。 2.2 硬件系统的检测元件（传感器）传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。如图2-2所示：被测量传感器输出敏感元件转换元件转换电路辅助电源 图2-2 传感器的组成传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感电阻和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 常见传感器的应用领域和工作原理列于下表: 1.按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器 位置传感器液面传感器 能耗传感器 速度传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 2.按照其原理，传感器可分类为： 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 图2-3 传感器 3.以其输出信号为标准可将传感器分为： 模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。在本文章中，最常用到的检测元件有：1.金属传感器：LK4-1K、2.光纤传感器：SB03-1K、3.对射式传感器WS100-D1032、4.漫反射光电传感器：ZD-LO9N、5.磁性开关：D-Z73,等五种元件，以下简单介绍各种传感器的原理及作用。1.金属传感器：LK4-1K 金属传感器,型号LK4-1K,亦称无触点接近开关,它由振荡器和整形放大器组成振荡器起振后在开关的感应头上产生一个交变的磁场,当金属体接近感应区时，在金属体内产生了涡流,从而吸收了振荡的能量,使振荡幅度减弱以至于停振使接近开关达到反转的目的,由整形放大器换成二进制的开关电信号,从而达到检测的目的。如图2-4所示： 图2-4 金属传感器2.光纤传感器SB03-1K光纤传感器，型号：SB03-1K，用于检测非金属的白色物料，检测距离为38mm，检测距离可通过传感器放大器的电位器调节。（接线：棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接“输出” ）。图图2-5 光纤传感器光纤式光电接近开光只要应用于传送带上的分拣单元，它是由光纤发达器、光纤检测头两部分组成，光纤发达器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤传感器法分为传感型和传光型两大类。传感型是以光纤本身作为敏感元件，使光纤兼有感受和传递被测信息的作用，传光型是把由被测对象所调制的光信号输入光纤，通过输出端进行光信号处理而进行测量的，传光型光纤传感器的工作原理与光电传感器类似。在分拣单元中使用的就是传光型的光纤式光电开关。如图2-5所示：3.对射式光电传感器：WS100-D1032对射式光电传感器，型号：WS100-D1032，如图2-6所示，用于检测料槽是否有工件进入，检测距离最大距离大概为2m，检测距离可通过传感器发射器或接收器来调节。（接线：棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接“输出” ）。若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。对射式光电传感器分发射和接收两部分，由于光的发散性，发射部分发射出去的光束并 不是一条直线，而是呈发散状的，在距离发射部分较远处可能光斑就变得比较大。因此，对射式光电传感器安装，尤其是多个传感器同时安装且距离较近时，要注意传感器的安装方式，以防止传感器之间的互相干扰。 图2-6 对射式光电传感器 4.漫反射式光电传感器：ZD-LO9N 光电传感器ZD-LO9N是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 图2-7 漫反射式光电传感器5.磁性开关：D-Z73光电机体所使用的气缸都带有磁性开关,型号:D-Z73，这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场，而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图2-8是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。图2-8 带磁性开关气缸的工作原理图 图2-9 磁性开关内部电路在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。磁性开关的内部电路如图2-9中虚线框内所示。 2.3 硬件系统的执行元件在光机电一体化物料分拣中，常用到的执行元件主要由：1、三相步进电动机，2、电磁阀与汽缸，3、变频器等三部分组成，以下简单介绍各元件的作用。1、三相步进电动机在本章张中，所用到的步进电动机，型号：3S57Q-04079，具有高性价比、使用简单、低振动、高转速、大力矩。步进电机主要由转子、定子和定子绕组组成，转子上有均匀分布的齿，如图19所示。当某相定子绕组由脉冲电流励磁后，便能吸引转子，使转子转动一个角度，该角度称为步距角，则有 式中：步距角；m定子相数； z转子齿数； k控制方式确定的拍数与相数的比例系数；图10 步进电动机结构图在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。3MD560三相步进驱动器概述 3MD560细分型三相混合式步进电机驱动器，采用直流18-50V供电，适合驱动相电流小于6A、外经42-86毫米三相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，电机的转矩波动很小，低速运行平稳，几乎没有振动和噪音。高速时力矩也大大高于二相混合式步进电机，定位精度高 图2-11 3MD560步进电机驱动器电流设置： 细分设置：电流值（A）SW1SW2SW3SW41.5AOFFOFFOFFOFF2.1AOFFONOFFOFF2.6AOFFOFFONOFF3.2AOFFONONOFF3.8AOFFOFFOFFNO4.4AOFFNOOFFNO4.9AOFFOFFONON5.2AONOFFONON6.0AONONONON步数/圈SW6SW7SW82000N0N0N400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF 根据表格（左）所示，驱动器参数的设定：这此设计中，根据步进电机的额定电流，确定驱动器的输出电流为6A，所选的开关档位SW1SW4为ON；根据表格（右）所示，推算出驱动器选用的细分倍数为：10000脉冲/圈，测量机械手的旋转的角度大概在63度左右，根据，得出旋转大概需要1750个脉冲；所以SW6SW8都为OFF，10000脉冲/圈。信 号 功 能:PUL+PUL-脉冲控制信号：控制电机运行步数。DIR+DIR-方向控制信号：TTL电平信号，高低电平控制电机运转方向。ENA+ENA-使能信号：此输入信号用于使能/禁止，ENA+接电源时，ENA-高电平使能，低电平时驱动器不能工作。2、电磁阀与气缸(1)、电磁阀电磁阀是控制汽缸气体的流动方向，包含一个或几个孔的阀体。当线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。电磁阀的电磁部件由固定铁芯、动铁芯、线圈等部件组成；阀体部分由滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等组成。电磁线圈被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，构成一个简洁、紧凑的组合。我们在生产中常用的电磁阀有二位三通、二位四通、二位五通等。在本设计中所使用到的电磁阀型号有：4V11006（二位三通），4V330-10(二位五通)。如图所示：工作原理：电磁阀分为常闭型和常开型两种，常闭型指线圈没通电时气路是断的，常开型指线圈没通电时气路是通的。本单元采用 工作电压为直流“24V”常闭型电磁阀。 图12 单（左）双（右）控电磁阀常闭型两位三通电磁阀动作原理：“两位”是指两个位置可控：开关；“三通”是指有三个通道通气，一般情况下具有1个进气孔(接进气气源)、1个出气孔(提供给目标设备气源)、1个排气孔(一般安装一个消声器，如果不怕噪音的话也可以不装)。两位三通电磁阀通常与单作用气动执行机构配套使用，给线圈通电，气路接通，线圈一旦断电，气路就会断开，这相当于“点动”。两位五通双电控电磁阀动作原理：“两位”是指两个位置可控：开关；“五通”是指有五个通道通气，具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别提供给目标设备的一正一反动作的气源)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔(安装消声器)。两位五通电磁阀通常与双作用气动执行机构配套使用。给正动作线圈通电，则正动作气路接通(正动作出气孔有气)，即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给反动作线圈通电为止。给反动作线圈通电，则反动作气路接通(反动作出气孔有气)，即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给正动作线圈通电为止。这相当于“自锁”。两位五通双电控电磁阀在本站只用于气爪气缸的夹紧和松开。(2)、气缸引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。在本设计中，所用到的汽缸主要有：双作用汽缸和旋转汽缸。图2-13 双作用气缸所谓的双作用气缸指活塞的往返运动均由压缩空气来推动。如下图9在单伸出活塞杆的动力缸中，因为活塞右边面积比较大，当空气压力作用在右边时，提供一个慢速的和作用力大的工作行程；返回行程时，由于活塞左边的面积比较小，所以速度较快而作用力变小。双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时，其往返运动输出力及速度均相等。两腔可以分别输入 压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛，一般主要用在机械、食品机械、加工机 械等设备上。回旋气缸，如图2-13所示，他是由直线驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角在0度90度和0度180度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号。本站用于物件分拣机构的导料，旋转范围是0度60度。当需要调节回转角度或调整摆动位置精度时，应首先松开调节螺杆上的反扣螺母，通过旋入和旋出调节螺杆，从而改变回转凸台图2-13 旋转汽缸的回转角度，当调整好摆动角度后，应将反扣螺母与基体反扣锁紧，防止调节螺杆松动，造成回转精度下降。其型号为： 图2-14 旋转汽缸1. 分拣槽推金属汽缸MSQB10A：利用金属传感器判断金属或塑料，当是金属的时候，将去推入分料槽中，在自行回到原位。2. 下降的汽缸CDJ2KB16-45A：用改变机械手与物料之间的距离。3. 手臂的汽缸CXSM15-100：用于手臂的伸与缩。4. 料台推料的汽缸CDJZB16-25：用于将物料推出。3、变频器 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它的主电路都采用交直交电路。，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM（脉宽调制）波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率（1）Pr.79=1，PU操作模式，清除所有参数；（2）Pr.1=30Hz，上限频率；（3）Pr.2=0.5Hz，下限频率；（4）Pr.7=2S，加速时间；（5）Pr.8=2S，减速时间；（6）Pr.9=电动机额定电流；（7）Pr.79=2，运行模式，设置为外部运行。图2-15 变频器三 程序设计3.1 控制要求在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料，这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，延时0.5秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位。完成分拣后，再将物料放入输送线上。当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收启动信号，三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行，皮带开始输送工件，当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时，推料一气缸动作，将金属物料推入一号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止；当料槽二检测传感器检测到白色物料时，旋转气缸动作，将白色物料导入二号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，旋转气缸转回原位，同时电动机停止；当物料为黑色物料直接导入三号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止。动作框图如下所示：用PLC进行控制设计，使用变频器进行速度调节，步进电机进行位置变动等。启动、停止、复位、警示 系统上电后，点动“复位”按钮后系统复位，将存放料台、皮带上的工件清空，点动“启动”按钮，警示绿灯亮，缺料时警示黄灯闪烁；放入工件后设备开始运行，不得人为干预执行机构，以免影响设备正常运行。 按“停止”按钮，所有部件停止工作，警示红灯亮，缺料警示黄闪烁。 突然断电的处理突然断电，设备停止工作。电源恢复后，点动“复位”按钮，再点动“启动”按钮。 3.2 电气控制框图3.3 I/O分配表序号I名称及功能说明序号O名称及功能说明1X0启动按钮1Y0步进电机驱动器PUL-2X1停止按钮2Y1步进电机驱动器DIR-3X2复位按钮3Y3物料推出4X3物料检测光电传感器4Y4手臂伸出5X4物料推出检测光电传感器5Y5手爪下降6X5推料伸出限位传感器 器6Y6手爪夹紧7X6推料缩回限位传感器7Y7手爪松开8X7手臂伸出限位传感器8Y10推料气缸9X10手臂缩回限位传感器9Y11导料气缸10X11手爪下降限位传感器10Y12警示红灯11X12手爪提升限位传感器11Y13警示绿灯12X13手爪夹紧限位传感12Y14警示黄灯13X14机械手基准传感器13Y20变频器STF14X15推料一伸出限位传感器15X16推料一缩回限位传感器16X17导料转出限位传感器17X20导料原位限位传感器18X21入料检测光电传感器19X22料槽一检测传感器20X23料槽二检测传感器21X24分拣槽检测光电传器3.4 程序流程图3.5 PLC程序讲解图1.复位程序启动电源,将PLC打到RUN的状态时。首先，按下“复位”按钮，对输Y3-Y5,Y10-Y14，变频器Y020进行清零，在复位完成后，机械手还原原来位置，推料缩回限位传感器、手臂缩回限位传感器、手爪提升限位传感器、推料一缩回限位传感器、导料原位限位传感器，全部闭合，S1置位,变频器开始动作,机械手恢复原来位置,机械手基准限位传感器闭合,S2置位,程序进入下一步,按下“启动” X0按钮，程序开始运行。2.启动程序当按下“启动” X0按钮后，继电器M0、M2置位，程序进入下一步骤；当按下停止按钮时，继电器M2置位，Y000-Y011、Y013-Y020清零，红灯Y012常亮。3.上料机构当按下“启动” X0按钮，若料筒光电传感器X3检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台；若3秒钟后，料筒检测光电传感器X3仍未检测到工件，则说明料筒内无物料,这时警示黄灯Y14闪烁，放入物料后熄灭。机械手将工件取走后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。4.机械手取料机构当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，延时 0.5 秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时 0.5 秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回。5机械手旋转机构手臂缩回限位传感器检测到位后；置位S25，3MD560细分型三相混合式步进电机驱动器动作，手臂向右旋转，当手臂旋转到一定角度后停止，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，到基准位停，等待分拣完成在做重复的动作。6.料槽分拣机构当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收PLC给的脉冲启动信号，三相交流异步电机以30HZ