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1、* 高校 * 远程训练毕 业 设 计入 学 年 月 2021 年姓名 代 xxx学 号 110xxxxx专业 机电一体化联 系 方 式 13xxxx学 习 中 心 xxxxx指 导 教 师 XXXXXXX 完成时间 2021 年 X 月 XX日题目： 材料分拣系统掌握系统设计（单片机）1绪论1.1自动分拣系统的定义 1.2自动分拣系统讨论现状及进展趋势2系统硬件设计 2.1传感器的选型 2.1.1电感式传感器 2.1.2电容式传感器 2.1.3颜色传感器 2.2限位开关的设计2.3电磁阀的设计 2.4 PLC的选型 2.5 PLC输入输出接线端子图3系统软件设计 3 1 掌握系统流程图设计 3
2、.2 PLC梯形图程序设计 3.3整体梯形图 3.4 PLC程序指令表 111222356.78910101112124总结14参考文献 15目 录1绪论1.1 1自动分拣系统的定义自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的安排位置为止，都是依据系统设定的指令靠自动装置来完成的；自动分拣系统一般由掌握装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成；掌握装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，依据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类；这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫 描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及外形识别等方 式，输入到分拣
3、掌握系统中去，依据对这些分拣信号判定，来打算某一种商品该进入哪一个分拣道口；1.2 2自动分拣系统讨论现状及进展趋势我国自动分拣机的应用大约始于1980 岁月, 近期的市场兴起和技术进展始于 1997 年；自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用,然后普及到其他行业；随着业界对现代化物流的实际需求的增长, 各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高；这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域 ,并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展；这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、精确性要求高和人工处理效率低等特点；随着社会的不断进展，市场的竞争
4、也越来越猛烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，特别在需要进行材料分拣的企业，以往始终采纳人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争才能差，材料的自动分拣已成为企业的唯独挑选；目前自动分拣已逐步成为主流，由于自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的安排位置为止，都是依据人们的指令靠自动分拣装置来完成的；这种装置是由接受分拣指示情报的掌握装置、运算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置；由于全部采纳机械自动作业，因此，分拣处理才能较 大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的进展，为物料分拣系统增加了新的活力；2 系统硬件设计2.1 1传感器的选型2.1.
5、1 电感式传感器此传感器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，使接近开关振荡才能衰减，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，进而掌握开关的通或断；本系统用该器件来检测铁质材料；电感式接近传感器挑选 LE4-1K，技术参数如表 3.1 ：表 3.1电感式传感器技术参数工作电压额定电流感应距离10-30V200MA4mm图 3.1 电感传感器工作原理图图 3.2电感传感器 LE4-1K 成品图电感传感器介绍：由铁心和线圈构成的
6、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肯定的，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鼓励电源时，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、牢靠度高、寿命长；辨论率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范畴宽（测量范畴大时辨论率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对鼓励电源的频率和幅值稳固性要求较高；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、
7、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；2.1.2 电容传感器此传感器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，便可掌握开关的接通和关断；本装置中电容传 感器是用于检测铝质材料；电容式传感器挑选 OMRO的N E2KX81ME1型，技术参数如表 3.2 ：表 3.2电容式传感器技
8、术参数工作电压额定电流感应距离10-30V200MA8mm图 3.3电容传感器工作原理图图 3.4电容传感器 E2K X81ME1成品图电容传感器介绍：用电测法测量非电学量时，第一必需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； 依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亲密联系的量；这些量
9、又都是通过长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亲密；另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范畴微小，假如要求测量微小距离或位移时要有较高的辨论率，其他传感器很难做到实现高辨论率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的辨论率仅达到15 m数量级；而有一种电容测微仪，他的辨论率为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，特别是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采纳电容式传感器进行检测比较相宜，主要是这类传感器具有以下突出优点：(1) 测量范畴大其相对变化率可超过100%；(2) 灵敏
10、度高，如用比率变压器电桥测量，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，高频特性既相宜动态测量，也可静态测量；(4) 稳固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，特别是解决高温高压环境下的检测难题；2.1.3 颜色传感器此传感器属于具有开关量输出的位置传感器；它是在Si 等多数光电二极管之前，分别放置 R（红）、 G（绿）、 B（蓝）三种颜色的彩色滤光器，以便处理各自的输出信号并识别彩色的方法；材料分拣系统采纳它主要是用来识别绿色与黄色的材料；本系统共设置了三个检测材
11、料的传感器，同时预留了一个空余的电磁阀与气缸用来添加其它的传感器；用户可以依据自己的需求挑选相应的传感器安装即可；选用 TAOS公司生产的，型号为 TCS230颜色传感器；此传感器为 RGB红绿蓝颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色；TCS230传感器引脚如下图所示；图 3.5 TCS230颜色传感器图 3.6颜色传感器 TCS230成品图RGB颜色传感器介绍：TCS230是美国 TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器；该传感器具有辨论率高、可编程的颜色挑选与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量，可直接与微处理器连接；它把可配置的硅光电二极管与电流频率转
12、换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上仍集成了红绿蓝RGB三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器； TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或 CMOS规律输入，因此可直接与微处理器或其它规律电路相连接；由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D 转换电路，使电路变得更简洁；TCS230 采纳 8 引脚的 SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64 个光电二极管；这些二极管共分为四种类型；其中16 个光电二极管带有红色滤波器，16 个光电二极管带有绿色滤波器， 16 个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16
13、个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息；这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地削减入射光幅射的不匀称性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的 16 个光电二极管是并联连接的，匀称分布在二极管阵列中，可以排除颜色的位置误差；工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器；该传感器的典型输出频率范畴从2Hz500kHz，用户仍可以通过两个可编程引脚来挑选 100%、20%或 2%的输出比例因子，或电源关断模式；输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范畴，提高了它的适应才能；当入射光投射到 TCS230上时，通过光电二极管掌握引脚 S2、S3 的不同组合，可以挑选
14、不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波 占空比是 50%，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；仍可以通过输出定标控制引脚 S0、S1 挑选不同的输出比例因子，对输出频率范畴进行调整，以适应不同的需求；S0、S1用于挑选输出比例因子或电源关断模式；S2、S3 用于挑选滤波器的类型； OE是频率输出访能引脚，可以掌握输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚， GND是芯片的接地引脚， VCC为芯片供应工作电压；表 2 是 S0、S1及 S2、S3的可用组合；S0S1输出频率定标 S2 S3 滤波器类型LL 关断电源 L L HH
15、20% L H LH20% H L LH100% H H红色蓝色无 绿色表 3.3 S0、S1 及 S2、S3 的组合选项2.2 限位开关的设计限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关；这种开关有接触式的和非接触式的；接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置；当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或转变了）掌握电路，机械就停止运行或转变运行；由于机械的惯性运动，这种行程开关有肯定的“超行程”以爱护开关不受损坏；非接触式的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等；材料自动化分拣系统中 , 气缸回位限位开关
16、、气缸动作限位开关都选用 D2.3电磁阀的设计ABS压力调剂器的 4 个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3.6 A ；4 个常闭出油电磁阀最大起动电流约为通道内阻 0.2 ，最大负载电流2.4 A ；而 L9439 的工作电压 4.5 32 V，两路3A；另两路内阻 0.3 ，最大负载电流5A，恰好能满意 ABS常开和常闭电磁阀的驱动电流要求，而且较低的导通内阻又能保证低功耗，因此 L9349 特别适合进行 ABS电磁阀的驱动掌握；电磁阀驱动电路原理图见图 3.7 ；C73型号的磁感应开关，掌握功率高、作用距离大、结构简洁、成本低、工作稳固牢靠、寿命长；适合用于自动掌握系统中，进行自动检测、定
17、位、爱护等； 它的技术参数如表 3.4 所示：表 3.4限位开关的技术参数额定电压DC24VAC110V额定电流DC：540mAAC: 520mA而震程度使用温度1050HZ060 摄氏度图 3.7电磁阀驱动电路原理图在图中，每片 L9349 能驱动 4 个电磁阀工作，属于典型的低端驱动；通过Vs 端口给芯片供应 12V 供电电压；当给输入端IN1IN4 PWM掌握信号，就能便利地掌握输出端以驱动 4 路电磁阀工作， OUT1和 OUT2端口的最大驱动才能为 5A，应当连接 ABS的常闭电磁阀； OUT3和 OUT4端口最大驱动才能为 3A，应连接 ABS常开电磁阀，不行接反； EN端口为使能
18、端，能通过MCU快速关闭芯 片； L9349 的数字地和模拟地分开，提高了驱动模块的抗干扰才能；2.4 PLC的选型依据材料分拣系统的工作过程由可知，系统的掌握有输入信号12 个，均为开关量；输出信号有 5 个，其中一个掌握电动机，剩下的掌握电磁阀，也都是开关量；依据分拣系统的需要配置出 I/O 对应功能，如表 3.5 所示：表 3.5 I/O接线表输入部分X010SFW2X011SFW3 X017SFW4X013SFW5X000SAX001SBX002SCX005SBW2X006SBW3X007SBW4X015SBW5X014SN输出部分Y000Y001 Y003 Y004Y005YV2YV
19、3 YV4 YV5M气缸动作限位开关气缸动作限位开关气缸动作限位开关气缸动作限位开关电感传感器电容传感器颜色传感器 气缸回位限位开关气缸回位限位开关气缸回位限位开关气缸回位限位开关判定下料有无 下料传感器 先导式电磁换向阀 11先导式电磁换向阀 10先导式电磁换向阀 9先导式电磁换向阀 13传送带再依据 PLC选型的要求，在实际统计的输入 / 输出点数的基础上需 15%- 20% 的备用量，因此挑选三菱 FX2N 32MR的 PLC作为主机，它可以满意本系统的需求，且仍有肯定的剩余 I/O 以备将来的扩展；2.5 PLC输入输出接线端子图依据表 3.5 ，利用 AutoCAD绘图软件可以绘制出
20、 PLC的输入输出接线端子图，如下图 3.8 所示；图 3.8 PLC输入输出接线端子图3 系统软件设计软件设计是 PLC掌握系统的核心，程序设计的主要任务是依据掌握要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图；材料自动分拣系统采纳三菱公司的 FXFP_WIN_C作为编程软件，此软件是专为三菱PLC而设计的编程软件，适用于 FX型号的 PLC；可以通过梯形图符号、指令语句以及SFC符号创建编辑程 序，仍可以在程序中加入中文或者英文注释，并且仍可以通过该软件监控PLC 运行时各编程元件的状态及数据变化，仍具有程序和监控结果打印的功能；3.1 掌握系统流程图设计依据系统生产工艺的要求，分析各个设备
21、的操作内容和操作次序，可画出程序流程图，如下图 4.1 所示；图 4.1掌握系统流程图该系统可挑选连续或单次运行工作状态；如为连续运行状态，就系统软件设计流程图中的汽缸 4 动作后，程序再转到开头；如为单次运行，就汽缸4 动作后停机；假如需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可；应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位掌握功能；用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达 传感器的距离，实现定位功能；定位时，电机停转，计数器清零，传感器开头 工作，对物料进行分拣处理；在汽缸1 3 动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数； 假如相应的传感
22、器没有检测到物体，就电机重新运行，高速计数器也重新计数，连续运行到下一位置；假如只对材料的某一特性进行分拣， 比如只分拣金属和非金属，就只需对传感器的安放或程序进行修改即可；3.2 PLC梯形图程序设计依据材料自动分拣系统的要求设计出梯形图，梯形图的部分程序分析如下：1、启动材料自动分拣机，开关 X014 判定是否有材料，无材料系统运行2、开关 X014 判定有无材料，如有材料，汽缸限位开关运作，系统每隔送一次料，系统开头自动分拣动作；2S3、开关 X0、X2、X1 传感器开关开头运作，如检测到相对应的材料，就汽缸运作推动物体到相应的物品槽里，如无检测到相应的物体，就连续运作到下个传感器进行检
23、测，检测完毕自动进行终止；然后连续下一轮的检测；30S 后自动停下，送料汽缸启动电机停止转动，汽缸限位开关运作，传送带停止动作；3.3 整体梯形图3.4 PLC程序指令表依据系统的程序流程图，设计出材料自动分拣系统中PLC程序的指令表：LDM71OUTF671K600OUTF672K647OUTF670K26LDX20ANIX21ANIT450OUTY005LDX014ANDX016OUTY004LDIX016OUTT450LDX0005ANIX0000ANDX010OUTY000LDX0007ANDX011ANIX0001OUTY001LDX0006ANDX012ANIX0002OUTY00
24、2LDX015ANDX013ANIX003OUTY003END程序表4 总结这次的毕业设计制作过程中，感受最多的就是学问面的匮乏，此次毕业设计是我们从高校毕业生走向将来工程师重要的一步；从最初的选题，开题到选型、制作直到完成设计；其间，查找资料，老师指导，与同学沟通，反复修改PLC程序，每一个过程都是对自己才能的一次检验和充实；实际的设计工作中，显现了不少难题：传感器很简洁受到外界因素的干扰； PLC的选型以及程序的设计；组态仿真调试监控等；通过多次试验与实践，以上问题基本上得到明白决；依据自动分拣系统的任务书，由于时间的仓促和学问面的狭窄，导致了一些性能没有达标；如传感器模块，没有使用到光电
25、传感器测量尺寸，也没有扎实的去学习气动装置的相关学问，进一步的提高材料自动分拣系统的输出性 能；如何进一步提高材料自动分拣系统的掌握性能，工作展望如下:一、进一步提高传感器的性能，找出一系列牢靠的参数，实现系统的稳定；二、进一步讨论 PLC在材料自动分拣系统的核心掌握才能，努力改进出更精简更实效的程序；三、进一步分析 MCGS组态仿真软件材料自动分拣系统中的调试监控才能；四、进一步分析讨论各种分拣系统地优劣，比如以PLC为掌握核心的材料自动分拣系统和以 RAM芯片为掌握核心的材料自动分拣系统，提高材料分拣系统的综合性能，讨论出对现代工业更加有用的材料自动分拣系统；毕业设计收成很多，比如学会了查
26、找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的编写程序的才能，懂得了很多体会功能的应用，获得是前人不懈努力的结果；同时，加深了对组态软件的熟识，能娴熟使用MCGS对系统进行监测和掌握；在材料自动分拣系统的讨论中，我进一步明白了物料自动分检掌握系统的用途及工作原理，熟识了物料自动分检掌握系统的设计步骤，锤炼了工程设计实践才能，培育了自己独立设计才能；此次毕业设计是对我专业学问和专业基础学问一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身；参考文献1 张福学. 2004/2005传感器与执行器大全传感器.变送器.执行器年卷北京：机械工业出版社 ,2005.122 梅晓榕，柏桂珍，张瑞自动掌握元件及
27、线路科学出版社,1993 年 8 月3 王顺晃，舒迪前智能掌握系统及其应用机械工业出版社,2005 年 7 月4 韩兵，于飞现场总线掌握系统应用实例化学工业出版社,2006 年 8 月5 凌志浩现场总线与工业以太网机械工业出版社,2006 年 9 月6 姚锡禄现场总线掌握技术高等训练出版社,2006 年 6 月7 贾贵礼，吴尚庆组态软件掌握技术北京理工高校出版社,2007 年 8 月8 张华电类专业毕业设计指导机械工业出版社,2001 年 4 月9 机械工业职业技能鉴定指导中心电工基础机械工业出版社,1999 年 5 月10 四周，杨晓非，李实秋电路分析基础人民邮电出版社11 MCGS培训教程北京昆仑通态自动化软件科技有限公司12 张文明，刘志军组态软件掌握技术清华高校出版社北京交通高校出版社13 袁秀英. 组态掌握技术，北京：电子工业出版社 ,2003.8 ；