最终论文(2)

图1-5装配台料斗

1.1.6警示灯

本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯，它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为”地线”；红色线：红色灯控制线；黄色线：橙色灯控制线、绿色线：绿色灯控制线；黑色线：信号灯公共控制线。如图1-6所示

图1-6警示灯及接线

1.2系统控制要求

本设计中系统对三种不同的物料（金属铝物料、白色纤维物料、黑色纤维物料）进行上料和装配，基于PLC的控制可实现系统的自动化和半自动化控制。

1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小圆柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升（缩回）状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小圆柱零件；工件装配台上没有待装配工件。则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。

2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。 如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，

而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。 3、如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配，机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操作。

4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满

足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。

6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和 HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。 （3）启动、停止、复位、警示

1、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，尽量避免人为的干扰，以免影响设备正常运行。

2、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。 （4）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，系统按照工作流程工作。

第二章控制系统的硬件设计

2.1 系统的硬件结构

设计系统的硬件结构框图，如图2-1 所示。

下料传感器 PLC 传送带及下料气动阀 物料传感器 气动阀1 物料传感器 气动阀2 物料传感器 气动阀3 空 气 压 缩 机 物料传感器 气动阀4

图2-1系统的硬件结构框图 2.2 检测元件与执行装置的选择 设计一个好的实用的系统，先择好合适的器件是关键，为了既保系统能安全可靠稳定的工作又能做到最小的经济投入，对器件的选择不能太高也不能太低，要尽量做到合适。

2.2.1电感式传感器的选择

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器具有以下特点： （1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。

（2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。

（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传

感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。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 电感传感器。接线图如图2-2，原理图如图2-3。

图2-2M18X1X40DC二线常开式电感传感器接线图

图2-3电感传感器工作原理图

2.2.2电容式传感器的选择

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，便可控制开关的接通和关断．本装置中电容传感器是用于检测非金属物料。

图2-4电容式传感器

2.2.3漫射式开关选择

用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视公司的CX-441型光电开关，该光电开关是一种小型、可调节检测距离、放大器内置的反射型光电传感器，具有细小光束（光点直径约2mm)、可检测同等距离的黑色和白色物体、检测距离可精确设定等特点。漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接

收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。 2.2.4光纤传感器的选择

选用E3Z-NA11型光纤传感器，光纤传感器也是光电传感器的一种，它由光纤单元、放大器两部分组成。其工作原理示：投光器和受光器均在放大器内，投光器发出的光线通过一条光纤内部从端面（光纤头）以约60°的角度扩散，照射到检测物体上；同样，反射回来的光线通过另一条光纤的内部回送到受光器。光纤传感器由于检测部中完全没有电气部件，所以耐干扰耐环境性良好，并且具有光纤头可安装在很小的空间，传输距离远，使用寿命长。光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。

2.2.5触摸屏的选择Tpc7062ks是一款在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE环境中运行，MCGS嵌入式软件组态。该产品设计采用7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800成480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096成4096），色彩高达64K彩色。CPU主板：ARM结构嵌入式低功耗CPU为核心，主频400MHz,64M存储空间。

2.2.6PLC的选择

选用三菱FX2N-48MR PLC (1).灵活的配置

除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6个基本单元中的每个单元可扩展至256I/O

(2).高速运算

基本指令:0.08us/指令,应用指令:1.52至几百us/指令 (3).突出的寄存器容量

FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器,用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM (4).丰富的元件资源

3072点辅助继电器,256点计时器,235点计数器,8000数据存储器 FX2N-48ER扩展24入24出继电器FX1S-10MR-001主机6入4出，继电器FX2N-32ER扩展16入16出继电器FX1S-30MR-D主机16入14出，继电器FX2N-16ER扩展16入FX1S-20MR-D主机12入18出，继电器FX2N-16EYR扩展16出继电器FX1S-14MR-D主机8入6出，继电器FX2N特殊扩展模块FX1S-10MR-D主机6入4出，继电器FX2N-CNV-BDFX0N适配器连接用模块FX2N特殊功能单元 FX2N-CNV-BC扩展电缆转换器FX2N-2DA2通道模拟量输出块 FX2N-CNV-IF扩展电缆转换器

FX2N-2AD2通道模拟量输入模块FX2N-8AV-BD8通道模拟量设定模块FX2N-4DA4通道模拟量输出模块FX2N-232-BDRS-232接口1通道FX2N-4AD2通道模拟量输入模块

2.2.7电磁阀的选择

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很

多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 选用2.4.1 4V120-60电磁阀： 电磁阀的结构参数

接口：ISO228/1标准G1/4

环境温度：-20℃～+60(防爆型-15℃～+50℃） 介质温度：-20℃～+80℃(防爆型-15℃～+50℃)

材质：阀体和内部零件：阳极电镀铝合金、铜。加固端盖：塑料。 密封圈：丁苯橡胶（NBR）和聚亚安酯（AU）。 安装：符合NAMUR标准和VDI/VDE3845的双孔。 电磁阀的工作原理:

电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。

第三章控制系统软件的设计

3.1装配单元PLC控制系统设计 3.1.1 工作任务

1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小园柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。 设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小园柱零件；工件装配台上没有待装配工件。则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。 2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。如果回转台上的左料盘内没有小园柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。

3、如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小园柱零件，放入待装配工件中的控制。

4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。

6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。

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