ABB工业机器人和物料分拣设计报告

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业ABB工业机器人系统应用实践 题 目： ABB工业机器人系统应用实践 学 院： 电气工程与自动化学院 专 业： 自动化 班 级： 112 学 生： 黄智敏 学 号： 37 指导教师：朱俊林老师 时 间：2014/10/9目录TOC o 1-3 t h z u 摘要本文介绍了如何使用RobotStudio 对ABB工业机器人单元和工作站进行创建、编程和仿真。对ABB工业机器人的手动自动操作方法，编写使机器人工具中心点（TCP）沿着生产工艺需要的路径运动的控制程序。通过路径

2、规划让机器人走出一条直/曲线来。并可以连续的对多条运动路径进行编程，并能把程序下载到机器人控制器上执行，在RobotStudio软件上进行仿真运动验证。本课程设计用到的机器人型号是IRB1410机器人，该机器人工作范围大、到达距离长 (最长 1.44 m)。承重能力为5 kg，上臂可承受18 kg的附加载荷。这在同类机器人中绝无仅有。ABB机器人运动控制技术具有精度高、速度快、周期时间长、可编程性好以及可与外部设备同步等性能指标。ABB机器人有在线和离线两种编程方式，本文对真实的机器人控制器的在线编程进行了详细的介绍，同时对离线编程进行了简要的介绍。关键词:RobotStudio，ABB，机器

3、人，路径规划，在线/离线编程第一章 绪论工业是面向工业领域的多关节机械手或多的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据制定的原则纲领行动。1.1我国的工业机器人发展我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。1970年我国也发射了。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。进入8

4、0年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和。1986年（863计划）开始实施，主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批。从90年代初期起，我国的进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人

5、产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，当前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。1.2国外机器人的发展在发达国家中，工业机器人成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段

6、。机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。1990年10月，国际机器人工业人士在首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。

7、而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。1.3未来工业机器人的发展全球工业机器人的应用领域也有所扩大。2010年，在德国市场，除了汽车行业，食品行业显著增加了机器人的利用。可见，在药品和行业和塑料行业，机器人的投资潜力巨大。预计亚洲将成为工业机器人行业发展最快的地区。工业机器人行业作为高端装备制造产业的重要组成部分，必将在此期间得到更多的政策扶持，实现进一步增长。当前，国外已经研制和生产了各种不同的标准组件，而中国作为未来工业机

8、器人的主要生产国，标准化的过程是发展趋势。、仿生化是工业机器人的最高阶段，随着材料、控制等技术不断发展，实验室产品越来越多的产品化，逐步应用於各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展，多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多，逐步渗透制造业的方方面面，并且由制造实施型向服务型转化。工业机器人最先大规模使用的区域将会出如今发达地区。随着产业转移的进行，发达地区的制造业需要提升。基於工人成本不断增长的现实，工业机器人的应用成为最好替代方式。未来我国工业机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人拥有量将占全国一半以上。日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世

9、界着名机器人生产厂家的目光。当前，我国进口的工业机器人主要来自日本，但是随着诸如“机器人”类似的具有自有知识产权的企业不断出现，越来越多的工业机器人将会由中国制造。第二章RobotStudio 仿真2.1 Robotsudio仿真软件的安装双击打开Lunch.exe出现图2.1所示语言选择窗口，选择中文（简体，中国）点击确定，在跳出的新窗口中（图2.2a）选择“安装产品”，出现如图2.2b所示窗口，点击“Robotsudio”进入图2.3a所示的安装窗口，一直点“下一步”，等待十几分钟最后点击出现“完成”（图2.3b）即可。然后回到图2.2b窗口点击“RobotWare”，进入图2.4a所示窗

10、口，点击“下一步”，最后在出现的图2.4b窗口中点击“完成”。如此Robotsudio仿真软件就安装完成了。在电脑桌面会出现一个软件图标，双击即可打开Robotsudio仿真软件。注意：Robotsudio仿真软件需在连接网络的情况下才能正常安装。图2.1图2.2a 图2.2b图2.3a 图2.3b图2.4a 图2.4b2.2 Robotsudio软件仿真2.2.1仿真软件的认识和建立空工作站双击打开Robotsudio仿真软件，跳出图2.5a所示软件界面，在“空工作站”点击“新建”，出现图2.5b所示窗口。图2.5b中软件界面菜单栏有“基本”、“建模”、“仿真”、“离线”等菜单和基本菜单的子

11、菜单，而“建模”、“仿真”、“离线”的子菜单如图2.6所示。图2.5a 图2.5b图2.62.2.2选择机器人系统和从布局保存因为我们电气楼101实验室中的机器人型号是IRB1410，所以如图2.7a所示，在“基本”菜单的子菜单“ABB模型库”中单击选择“IRB1410”型号的机器人，然后“机器人系统”中点击“从布局”弹出图2.8a所示窗口。键入“系统名称”并选好“地址”，点击“下一个”，在图2.8b中点击“下一个”跳到图2.8c，在图2.8c中点击“选择”，最后在弹出窗口中点击“确定”回到图2.8c中点击“确定”出现图2.9所示正在从布局创建系统界面，等待几分钟即可。最后点击保存，在弹出窗口

12、选择软件保存地址，填写文件名，点击确认即已经保存软件。如图2.10所示。 弹出图2.7a 图2.7b不能含中文图2.8b 图2.8a回到跳转图2.8c 图2.8d图2.9正在从布局创建系统界面图2.10 Robotstudio软件保存窗口2.2.3添加并建立工具添加一个工具（如焊枪、切割工具等）到工作站中。如图2.11所示。在“导入模型库”中进入“设备”，在“设备”中单击选择一个工具，如图2.12在布局栏右键所选的工具，点击进入下方的“安装到”所添加的机器人“IRB1410”，在跳出窗口点击“否”即可将工具安装到机器人工具安装的接口上。图2.11 图2.12为工具设定本地原点。如果将要设定成本

13、地原点的位置不可见，可以制作一个表面圆覆盖，并保证表面圆的圆心为本地原点位置，在表面圆上设定本地原点，然后将表面圆删除即可。以下详细说明设定的过程。先将软件视图移动到如下图2.13a所示位置，为本地原点处覆盖一个表面圆：鼠标点击“建模”“曲线”“三点画圆”，在工具头上选中三个点后点击“创建”，如图2.13b所示。图2.13a 图2.13b然后用鼠标选择“表面”“从曲线生成表面”，选中刚刚画出的圆点击“创建”，如下图2.14a和图2.14b所示。图2.14a 图2.14b之后是如图2.15a所示，从布局窗口中右击“部件1”工具选择“设定本地原点”，然后鼠标左键点中之前“三点画圆”所画的圆（即本地

14、原点），选中后如图2.15b所示点击“应用”。图2.15a 图2.15b 设定好本地原点的位置以后，需要对本地原点的方向进行设置：右击“部件1”工具选择“设定位置”将xyz的位置都设置成0，如图2.16所示，点击应用，使调整方向与机器人方向对应。接下来与上面类似要设置本地原点的方向与大地坐标一致：右击“部件1”工具选择设“定本地原点”调整各轴方向使之与大地坐标对应。因为所有方向都为0，是相同的，所有此步骤可有可无。至此，本地原点便设定好了图2.163、创建工具坐标系TCP首先建立一个框架，框架位置为焊帽中心点，具体步骤如下：在基本菜单栏中点击框架创建框架点击“三点画圆”所画的圆（即本地原点），

15、如图2.17a所示，点击创建。然后如图2.17b所示，右键布局栏内的刚建立的框架选择“设定为表面的发线方向”点击“三点画圆”所画的圆（即本地原点），如图2.17c所示，点击应用。图2.17a 图2.17b 图2.17c选择建模创建工具,弹出以下图2.18a所示窗口，设定tool名称点击为“使用已有的部件”“下一个”选中“数值来自目标点/框架”下空栏点击布局中的“框架”点击长条中的“-”，最后如图2.18b所示点击“完成”。不能为中文图2.18a 图2.18b至此，工具的TCP也创建好了，工具便建立完成。2.2.4 运动路径的仿真建立工件坐标系:如下图2.19所示，在“基本”菜单栏“其他”点击“

16、创建工件坐标”，在如图2.20所示弹出窗口中点击“取点创建框架”右侧倒三角，在弹出窗口选中“三点”，（用三点法确定坐标系）最后点接受。图19图2.20 图2.21在工作站中添加或创建一个工件：如图2.21所示，选择点击“建模”“固体”“矩形体”，弹出图2.22a所示界面，在创建方体窗口下设定矩形体的长宽高和角点坐标，设定好后点击创建，如图2.22b所示即创建好了一个矩形工件。图2.22a 图2.22b图2.23a 图2.23b创建目标点和自动生成路径如图2.22b中所示，选择点击“基本”“路径”“自动路径”，然后用鼠标双击矩形工件的某一条边，界面会跳转到图2.23a所示界面，点击自动路径窗口下

17、的创建就会在路径与目标点窗口下生成一条自动的路径“path-10”，然后如图2.23b所示右键“path-10”“配置参数”“自动配置”，在弹出的如图2.24a窗口中任意选择一个参数点击“应用”，机器人将会让工具头沿着矩形工件的一条边运动，如图2.24b所示。选择点击“建模”“固体”“圆柱体”，弹出图2.24c中所示窗口，设定好圆柱的半径、高度和基座中心点，即可创建一个圆柱体。用上面相同的方法生成自动路径，即可让机器人画一个圆，如图2.25a所示。图2.24a 图2.24b 图2.24c图2.25a 图2.25b注意：可能有时机器人画圆时会在某些目标点停下来，可如图2.25b所示右击所出错的目

18、标点，选择“修改指令”，弹出图2.26a所示窗口，更改动作类型为“Joint”，应用后重新自动生成路径“path-20”即可解决。另外，如图2.26b所示，复制“Moel Target-10”，然后粘贴到“Path10”中，然后再右键“Path10”“配置参数”“自动配置”，即可实现机器人在矩形工件的一条边上来回运动。图2.26 a 图2.26b第三章 ABB机器人虚拟示教器示教器是ABB机器人的控制器，可以用示教器来控制ABB机器人，虚拟示教器是在Robotstudio软件上仿真机器人的控制器。3.1认识ABB虚拟示教器如图3.1所示在“离线”子菜单下有一个“虚拟示教器”，点击它会出现如图3

19、.2所示界面。点击示教器左上角”ABB”转到图3.3所示示教器主界面。图3.1图3.2图3.3虚拟示教器主界面3.2在虚拟示教器上建立新程序项目在图3.3中点击进入“Program Editor”界面，如图3.4所示进入界面后新建一个取名为“abb”的新程序。然后回到虚拟教器主界面，点击进入“Jogging”界面，在“Jogging”界面将“Motion mode”和“Coordinate system”分别选择为“Linear”和“Work Object”类型，并新建“Tool”、“Work object”、“Payload”三个项目。如图3.5a、图3.5c、图3.5d所示。其中Tool1

20、的“Initial Value”类型中“x.y.z”数值都改为80，“mass”的数值改为1，如图3.5b所示。图3.4 新建abb程序界面图3.5a 图3.5b图3.5c 图3.5d建立好的Jogging界面如图3.6所示：图3.6 Jogging界面3.3程序的编写回到虚拟教器主界面，进入“Program Editor”界面，如图3.7所示，在“abb”程序内建立“main”函数和几个子函数。建立好的函数见图3.8所示。其中“main（）”是主函数，“Intiall（）”是初始化函数，“MoveRoutine（）”是机器人运动指令函数，“Home（）”是机器人回原点函数。图3.7图3.83

21、.3.1“Intiall（）”初始化函数如下图3.9所示为初始化函数程序，图中AccSet和Velset都是运动控制指令。AccSet 100,100; 是加速度设定指令VelSet 100, 5000; 是速度设定指令图3.93.3.2“MoveRoutine（）”机器人运动指令函数如下图3.10a所示。MoveJ p10, v200, z1, tool1wobj: wobj1;表示机器人将携带工具 tool1沿着一个非线性路径到绝对轴位置 p10，以速度数据 v200 和 zone 数据 z1。MoveL p20, v200, z1, tool1wobj: wobj1;表示机器人将携带工具

22、 tool1沿着一直线路径由绝对轴位置 p10到绝对轴位置 p20，以速度数据 v200 和 zone 数据 z1。Movel p30, v200, fine, tool1wobj: wobj1;表示机器人将携带工具 tool1沿着一直线路径由绝对轴位置 p20到绝对轴位置 p30，以速度数据 v200 和 zone 数据 fine。其中绝对轴位置 p10、p20、p30要自己建立如图3.10b所示，并用手动移动机器人到相应的不同位置，然后分别设定好绝对轴位置。图3.10a 图3.10b3.3.3“Home()”机器人回原点函数如图3.11a所示。MoveJ pHome, v150, fine

23、, tool1wobj: wobj1;表示机器人将携带工具 tool1沿着一个非线性路径回到原点位置pHome，以速度数据 v150 和 zone 数据 fine。其中原点位置pHome也要自己建立如图3.11b所示，并用手动移动机器人到某个被认为的原点位置，然后设定原点位置。图3.11a 图3.11b3.3.4“main()”主函数如图3.12a所示。在主函数中，先调入初始化函数，然后加一个while循环函数，将剩下的两个子函数“MoveRoutine（）”和“Home（）”分别调入while循环中，同时在while循环函数中加一个“WaitTime 0.3;” 时间等待指令。如此主函数就写

24、好了。图3.12a 图3.12b3.4运行程序调试机器人如下图3.13a所示，将示教器开个打到图中所示中间的“手动档位”，再点击“Enable”，使它如图3.13b所示变蓝，此时表示机器人已经上电，最后按下程序运行按钮即可启动示教器中所编写的程序。程序开始运行的同时机器人也将会安按照程序中设定的路线运动。程序运行按钮图3.13a 图3.13b参考文献ABB工业机器人应用技术培训教程 ABB上海工程有限公司RobotStudio中文手册 瑞士ABB公司基于S7-300的物料分拣系统设计 题 目： 基于S7-300的物料分拣系统设计学 院： 电气工程与自动化学院专 业： 自动化班 级： 112学

25、生： 黄智敏学 号： 37指导教师：朱俊林老师 时 间：2014/10/7摘要本文介绍的是基于S7-300编程控制和杰控FameView界面设计来控制QSPLC-CL1 材料分拣系统的完整设计过程。S7-300编程控制是目前工业上最常用的自动化控制方法PLC控制方法之一，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。S7-300编程控制将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。 本文主要讲述PLC和杰控Fa

26、meview仿真软件在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键词: 可编程控制器，杰控FameView，分拣装置，控制系统，传感器第一章 绪论1.1 物料分拣系统概述自动化的程度是工作发展程度的标志，自动分拣正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。由于全

27、部采用机械自动化作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。所以分拣装置人PLC控制系统必然会取代人工的分拣工作。这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动分拣装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。材料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大

28、大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求，非常方面。现在的大部分的企业都有自己的生产流水线，而自动分拣装置是流水线上不可少的部分，有的流水线甚至要用到多个分拣装置，这也说明它有着很大的市场空间。PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。材料分拣装置的PLC控制系统利用了PLC技术、位置控制技术、气

29、动技术、传感器技术、电动技术传动技术等，这些技术都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产现场生产设备的一个微小的模型。本论文主要介绍了材料分拣装置的PLC控制系统的结构、硬件组成、软件控制、程序流程以及软硬件的组装和调试方法。让大家对材料分拣装置的PLC控制系统有一个较为深入的了解。1.2 物料分拣系统的发展现状与趋势纵观国内外物料分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工业中倾向于采用自动化程度很高的分拣系统，而且应用也较为广泛。而在我国，由于物流业起步晚，物料分拣系统中人工作业的比例也较高。尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某

30、些行业不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 一是一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。二是系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。虽然物料分拣系统有它的局限性，但随着社会的高速发展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料分拣系统设计将会被人们越来越重视。而本设计

31、就针对物料分拣设计出了一个由PLC控制的分拣系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料分拣效率的问题。1.3 研究的目的及意义分拣系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。分料盘在物料分拣中起着关键作用，安装在其内部的步进电机的驱动将使分料盘发生相应的动作来达到物料的最终分拣。由于同样实现了自动化分拣，因此在现代工

32、业中也较广泛地使用。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料分拣控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。使其适应了工业等的需要。本课题试图开发PLC对物料与分拣物料的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久

33、的作业，并且在产品变化或临时需要对物料传感器，气缸进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低了安装和转换工作的费用。第二章 物料分拣装置结构及总体设计2.1 QSPLC-CL1 材料分拣系统简介 该装置采用台式结构，内置电源，单相交流电动机，进口气缸、电磁阀、旋转编码器等部件，转接面板上接口可与 PLC或单片机、工控机连接。涵盖 PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连

34、接。可完成传感器、交流电机、旋转编程器、PLC编程及调试、计算机组态监控、气动等方面的综合应用设计训练。其结构如下图所示： 如图1-2所示为本分拣装置的结构示意图图1-2 材料分拣装置结构它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，下料传感器SN检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待下料；当料槽有料时，下料传感器输出信号给PLC

35、，PLC控制输送带继续运转，同时控制气动阀5进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感器SA为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀1动作选出该物料；物料传感器SB为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC, PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器SC为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料。2.2系统的设计要求系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先应分析控制对象的要求。2.2.1功能要求材料分拣装置应实现基本功能如下 （1）分拣出金属和非金属（2）分拣某一颜色块（3）分

36、拣出金属中某一颜色块（4）分拣出非金属中某一颜色块（5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块2.2.2系统的控制要求系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行。其控制要求有如下9个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲 （2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出（4）当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸1动作（5）当电容传感器检测到铝物料时，推汽缸2动作（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作 （

37、7）其他物料被送到SD位置时，推汽缸4动作 （8）汽缸运行应有动作限位保护 （9）下料槽内无下料时，延时后自动停机第三章 控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型，并分配I/O点。3.1系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图，如图2-1所示。图2-1 系统的硬件结构框3.2系统关键技术系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O分配。3.2.1确定I/ O点数根据控制要求，输入应该有1个开关信号，4个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器，以

38、及检测下料的传感器。相应地，有4个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计8个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及4个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/ O点18个，其中13个输入，5个输出。3.2.2 PLC的选择根据上面所确定的I/ O点数，且该材料分拣装置的控制为开关量控制。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用西门子公司的S7-300系列CPU315-2DP型PLC，带一个MPI口，一个DP口，输入点58个，输出电27个，满足本系统的要求。3.2.3 PLC的输入输出端子分配根据所选择的PLC型号，对本系统中PLC的输入输出端子进行分配，如表1所示：表1 材料

39、分拣装置PLC输入/输出端子分配表西门子PLC(I/O)分拣系统接口(I/O)备注输入部分I8.1电机启动接旋转编码器I137.1SB(物料传感器)137.2SA(电感传感器)I137.3SD(出料传感器)判断下料有无I137.5SC(颜色传感器)输出部分Q136.1YV2(物料推气缸1电磁阀)Q136.2YV3(颜色推气缸2电磁阀)Q136.3YV1(金属推气缸3电磁阀)Q136.4YV4(出料推气缸4电磁阀)Q136.5(电机启动)3.3检测元件与执行装置的选择主要是对旋转编码器和各个传感器的选择，并对其作简要介绍。3.3.1旋转编码器旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为

40、控制系统的计数器，并提供脉冲输入。它转化为位移量，可对传输带上的物料进行位置控制。 传送至相应的传感器时，发出信号到PLC ，以进行分拣，也可用来控制步进电机的转速。本系统选用E6A2CW5C旋转编码器,原理如图2-3所示。图2-3 旋转编码器原理3.3.2电感传感器电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。 它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。 由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统选用M18X1X40电

41、感传感器。接线图如图2-4，原理图如图2-5。图2-4 M18X1X40 DC二线常开式电感传感器接线图图2-5 电感传感器工作原理图电感传感器介绍： 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；

42、对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。2.3.3电容传感器电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关。 它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身。当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。由此，便可控

43、制开关的接通和关断。本系统选用E2KX8ME1电容传感器，接线图可参考图2-5，原理图如图2-6。图2-6 电容传感器工作原理图电容传感器介绍：用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长

44、度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的分辨率仅达到15 m数量级；而有一种电容测微仪，他的分辨率为0.01 m，比前者提高了两个数量级，最大量程为1005 m，因此他在精密小位移测量中受到青睐。对于上述这些力学量，尤其是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜，主要是这类传感器具有以下突出优点：(1)测量范围大其相对变化率可超过100%；(2)灵敏度高，如用比率变压

45、器电桥测量，相对变化量可达10-7数量级；(3)动态响应快，因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量；(4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。2.3.4半导体色敏传感器半导体色敏传感器可用来直接测量从可见光到红外波段内单色辐射的波长。半导体色敏传感器的结构如图 1.3 (a)所示。它有两个深浅不同的 PN结,形成反向连接的两个光电二极管 PD1和PD2,故又称为双结光电二极管。当外部光照射到色敏器件上时,P1层吸收光子产生电子空穴对,电

46、子扩散到 P1N结,形成电流I1。在 N层中吸收透过 P1层的长波光,产生电子空穴对,其中一半向 P1层一侧扩散,另一半向 P2层一侧扩散,分别形成电流 I2和I3。到达P2层的红外光区域的光在这里被吸收,产生电子,扩散到 P2N结,形成电流I4。光电二极管 PD1和 PD2的短路电流 Isc1和 Isc2为 ：图 1.3 半导体色敏传感器的结构和等效电路光电二极管的光谱特性与 PN结的结深有关,在靠近表面的 PN结的 PD1对短波长的光比较灵敏,而远离表面的 PN结的 PD2对长波长比较灵敏。上面的一个 PN结距离上表面约0.5m,对 580nm波长具有峰值灵敏度,距上表面深度为 10m的另

47、一 PN结,对 900nm波长具有峰值灵敏度。为了测定入射光的波长,仅有这两个光电二极管的光谱灵敏度特性曲线还不够。为此,将这两个光电二极管等效电路串联连接,先取出 PD1的短路电流 Isc1及 PD2的短路电流Isc2,然后测出它们的电流比Isc2/Isc1,如图3.58(b)所示。该短路电流比与波长有一一对应的关系,如图 3.60所示。因此,如果测出短路电流比,就可以求出对应的入射光的波长,即可分辨出不同的颜色。 2.3.5步进电机步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起。可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 同时，可以通过控制脉冲频

48、率来控制材料分拣装置的可编程控制系统控制电机转动的速度，达到调速的目的。第三章 控制系统的软件设计软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，设计出梯形图。3.1 PLC组态本次设计采用STEP7-300类型PLC，软件编写前先在STEP7中新建项目并进行硬件组态，组态以实验室设备为准，各组件顺序、类型不可有差错，否则下载至PLC中时，PLC会报错。在组态前应先将各项指标设定好，先如图3.1所示进入网络配置：图3.1如上图3.1所示，点击下拉菜单中的“set PG/PC interface”进入如图3.2a所示“网卡配置界面”，点击右侧“diagnostics”

49、进行测试，当网卡正确时结果如下图3.2b所示。图3.2a网卡配置界面 图3.2b网卡配置成功后进入下一步，进行PLC硬件组态。组态如下图3.3所示，双击击PN/IO，设置好IP地址，一般IP最后一位数与计算机本地地址不同即可，然后点击编译下载进PLC，下载成功即说明配置正确。图3.33.2 PLC梯形图编程根据系统所需，所编写的梯形图程序如下所示：第四章 FAMVIEW组态界面4.1 Fameview 简介杰控Fameview仿真软件在以前课程设计已近介绍过，这里就不在重复介绍。4. 2监控界面的设计4.2.1 建立工程要建立新的应用程序，先打 开桌面 上 的 Fameview 图标， 启动F

50、ameview组态软件 管理器，选择菜单项目新建”，打开如图4-1所示窗口。在打开的窗 口中，选择新建项目（当前项目被清除），出现图4.2所示窗 口，等待几分钟，在出现新的窗口“项目名称”中输入物料分拣。 图4.1 图4.2点击确认，进入fameview管理界面，如图4.4所示：图4.44. 2. 2安装驱动并启动设备通讯驱动程序被安装,才能够在项目中使用; 项目最多允许安装 32 种驱动程序; 安装驱动程序步骤: 1.选择设备通讯功能,执行1.安装驱动任务:2.从驱动列表选择要通讯驱动程序; 3.选择列表包含常用驱动程序,可以手动添加驱动程序;4.驱动程序版本或参数常有更新,执行更新驱动按钮进行更新; 5.选择列表右边显示某驱动相关数据类型,不同设备驱动具有不同数据类型,被选择数据类型能被访问,根据具体需求进行选择,最多支持 24 种数据类型; 6.鼠标双