yl-335b自動化生產(chǎn)線實訓教學系統(tǒng)

畢業(yè)論文課題名稱 : 基于亞龍 YL335B 自動化生產(chǎn)線實訓裝 置設計的分揀裝置控制系統(tǒng)設計學生姓名 學 專 班 號 業(yè) 級黃陳樺 201220431210 機電一體化技術 機電 1232指導教師楊銓2014 年 9 月I

廣西工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）題目： 基 于亞龍 YL335B 自動化生產(chǎn) 線實訓裝 置設計 的分揀裝置控制 系統(tǒng)設計II

摘要闡述 了可 編 程控 制 器（ PLC ） 在自 動 化生 產(chǎn) 線分 揀單 元 中的 應 用,。

利 用可編 程控制 器，設計 成本低 ,、效 率高 的物料 自動 分揀裝 置,。

以 PLC 為主 控制器 ，結 合氣 動裝置 ,、傳感技 術 ,、觸摸 屏人 機界面 等 ，現(xiàn)場 控制 物料的 自動分 揀,。

關鍵詞 可 編程 控 制 器 分揀裝置 傳感技術 氣動技術 電磁閥變頻器 觸 摸屏 人機界 面III

前言系統(tǒng)具 有自動 化程 度高 、運行 穩(wěn)定 ,、精 度高 ,、易控 制的 特點 ，能連 續(xù) ,、 大批量 地分揀 貨物,，分揀 誤差率 低且 人工勞 動強 度大大 降低，可明 顯提高 勞動生 產(chǎn)率 。

而且 ,，分 揀系 統(tǒng)能靈 活地 與其他 物流 設備無 縫連 接,，實現(xiàn)對 物料的 分配和 管理 。

其設 計采 用標準 化,、 模塊化 的組 裝,，系 統(tǒng)布 局靈活， 程序開 發(fā)簡單 ,，維 護,、檢修 方便 ，可適 應進 行物料 分揀 的彈性 生產(chǎn) 線的需 求,，受 場地 等因素 的影 響不大 ,。

同 時，只要 對本系 統(tǒng)稍 加修改 即可 實現(xiàn)各 種不同 生產(chǎn)線 的要 求,。

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目 錄第 1 章 概論.................................................................................................................. 1 1.1 課題設計要求.................................................................................................. 1 1.2 自動分揀系統(tǒng)設計目的.................................................................................. 2 1.3 YL-335A 自動化生產(chǎn)線實訓考核裝備介紹 ................................................. 2 1.3.1 YL-335A 的基本組成 .......................................................................... 2 1.3.2. YL-335A 各工作單元的基本功能 ..................................................... 3 1.3.3. YL-335A 的特點 ................................................................................ 3 1.3.4 YL-335A 的 PLC 網(wǎng)絡控制方案設計 ................................................. 4 1.3.5 YL-335A 的公共模塊和器件設計 ...................................................... 4 第 2 章 分揀單元的硬件設計 ..................................................................................... 7 2.1 分揀單元的結構組成...................................................................................... 7 2.1.1 傳送和分揀機構................................................................................... 8 2.1.2 傳動機構............................................................................................ 10 2.1.3 電磁閥組............................................................................................ 11 2.2 分揀單元的工作原理.................................................................................... 12 2.3 氣動控制回路................................................................................................ 12 2.4 分揀單元的電氣接線.................................................................................... 13 2.5 PLC 的 I/O 接線 ........................................................................................... 14 2.6 西門子 MM420 變頻器簡介 ........................................................................ 15 2.6.1 MM420 變頻器的 BOP 操作面板 ................................................... 17 2.6.2 MM420 變頻器的參數(shù)設置 .......................................................... 18 第 3 章 分揀單元的軟件設計 . .................................................................................. 21 3.1 分揀單元的編程要點.................................................................................... 21 3.2 分揀單元變頻器的參數(shù)設置及梯形圖........................................................ 21 3.2.1 變頻器固定頻率調(diào)速......................................................................... 21 3.2.2 變頻器模擬輸入變速調(diào)速................................................................. 23 3.2.3 在 PLC 網(wǎng)絡控制下的分揀單元程序 ................................................. 24 3.2.4 系統(tǒng)控制方案的調(diào)試及觸摸屏的設計............................................... 27 結束語.......................................................................................................................... 27 參考文獻...................................................................................................................... 29

第 1 章 概論在高新技術不斷迅速發(fā)展及企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化的今 天,，不斷更新和研發(fā)自動化生產(chǎn)線非常重要。

1.1 課題設計要求自動化生產(chǎn)裝備的水平和制造能力代表了一個國家裝備制造能力的最高水 平,，是一個國家制造業(yè)發(fā)達程度和國家綜合實力的集中體現(xiàn),。

國外汽車行業(yè)、電 子和電器行業(yè),、物流與倉儲行業(yè)等已大量使用自動化生產(chǎn)線,，從而保證了其產(chǎn)品 的質(zhì)量和生產(chǎn)的高效。

目前我國制造業(yè)特別是汽車,、 摩托車,、 家電等行業(yè)的發(fā)展和日趨激烈的競爭， 制造業(yè)對自動化生產(chǎn)裝備應用提出迫切需求,。

自動化生產(chǎn)裝備對提高產(chǎn)品質(zhì)量,， 降低工人勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率,，降低勞動成本進而提高企業(yè)競爭力具有重 要的作用,。

隨著變頻技術、PLC 控制技術,、計算機技術和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展,，工廠中 的自動化生產(chǎn)線也越來越多，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備也呈現(xiàn)出新的面貌,，它的最 大特點就是它的綜合性和系統(tǒng)性,，綜合性指的是機械技術、微電子技術,、電工電 子技術,、傳感測試技術,、接口技術、信息變換技術,、網(wǎng)絡通信技術等多種技術有 機地結合,，并綜合應用到生產(chǎn)設備中；而系統(tǒng)性指的是,，生產(chǎn)線的傳感檢測,、傳 輸與處理、控制,、執(zhí)行與驅動等機構在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作,，有 機地融合在一起。

亞龍 YL-335A 型自動生產(chǎn)線實訓考核裝備綜合應用了多種技術知識,，如氣 動控制技術,、機械技術（機械傳動、機械連接等）,、傳感器應用技術,、PLC 控 制和組網(wǎng)、步進電機位置控制和變頻器技術等,，在鋁合金導軌式實訓臺上安裝送 料,、加工、裝配,、輸送,、分揀等工作單元，系統(tǒng)的各個單元又采用了氣動驅動,、 變頻器驅動和步進電機位置控制等技術,，由一臺 PLC 承擔其控制任務，各 PLC 之間通過 RS485 串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式,，構成一個典型的自動生 產(chǎn)線的機械平臺,。

因此，利用 YL-335A,，可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接 近的控制過程,，從而可以提高我們進行機電一體化設備和自動加工、裝配生產(chǎn)線 組裝和調(diào)試的技能,。

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1.2 自動分揀系統(tǒng)設計目的分揀指的是依據(jù)顧客訂貨要求或配送中心送貨計劃,，迅速、準確地將商品從 儲位或其他區(qū)域揀出,，并按照一定方式進行分類,、集中，等待配裝送貨的作業(yè)過 程,。

它是配送中心作業(yè)中最繁鎖,、工作量最大的環(huán)節(jié)，也是配送中心作業(yè)系統(tǒng)的 核心,。

如今,，商品經(jīng)濟逐步深入，社會需求呈現(xiàn)出向小批量,、多品種方向發(fā)展的 趨勢,，配送商品的種類和數(shù)量急劇增加，這使得分揀作業(yè)在配送中心作業(yè)的比重 越來越大,，而客戶對配送服務和質(zhì)量的要求也越來越高,。

分揀作業(yè)的速度和質(zhì)量 直接關系到整個配送中心的信譽和服務水平， 分揀系統(tǒng)的建設也成為配送中心非 常重視的問題之一,。

最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng),，通過人工搜索、搬運貨物來完 成貨物的提取,。

在這種系統(tǒng)中,，書面文件的制作和查找、人工搬運等浪費了巨大 的人力物力,，作業(yè)效率低下,，顯然無法滿足現(xiàn)代化物流配送對速度和準確性的高 要求。

隨著科學技術的飛速發(fā)展,，分揀系統(tǒng)開始運用各種各樣的自動化機械設備,、 計算機控制技術和信息技術傳遞和處理信息。

機械化,、自動化,、智能化成為現(xiàn)代 分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。

在現(xiàn)代物流配送中,，高科技的應用為作業(yè)效 率和質(zhì)量的提高提供了堅實的技術保證,，而計算機控制技術、信息技術以及自動 化控制技術也成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的重要組成部分,。

亞龍 YL-335A 自動化生產(chǎn)線分揀單元應用西門子 S7-200 PLC 和西門子 MM420 變頻器組成的分揀控制和驅動系統(tǒng),，可以完成對物料的自動分揀的智能 化控制和管理， 可以根據(jù)生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)需要和具體工藝要求自動調(diào)整速度快 慢,。

系統(tǒng)還設有警示燈控制系統(tǒng),，可以向工作人員提示設備的狀態(tài)和故障信息。

整個系統(tǒng)自動化程度高,，應用范圍廣,，可以在多個行業(yè)與國內(nèi)外各型生產(chǎn)線配套 使用。

1.3 YL-335A 自動化生產(chǎn)線實訓考核裝備介紹1.3.1 YL-335A 的基本組成 亞龍 YL-335A 型自動生產(chǎn)線實訓考核裝備由安裝在鋁合金導軌式實訓臺上 的送料單元,、加工單元,、裝配單元,、輸送單元和分揀單元五個單元組成。

其外觀 如圖 1-1 所示,。

圖 1-1 外觀圖每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng),。

各個單元的執(zhí)行機構基本上以氣動 執(zhí)行機構為主，但輸送單元的機械手裝置整體運動則采取步進電機驅動,、精密定2

位的位置控制,，該驅動系統(tǒng)具有長行程、多定位點的特點,，是一個典型的一維位 置控制系統(tǒng),。

分揀單元的傳送帶驅動則采用了通用變頻器驅動三相異步電動機的 交流傳動裝置。

位置控制和變頻器技術是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應用最為廣泛的電氣控制 技術,。

在 YL-335A 設備上應用了多種類型的傳感器,，分別用于判斷物體的運動位 置、物體通過的狀態(tài),、物體的顏色及材質(zhì)等,。

傳感器技術是機電一體化技術中的 關鍵技術之一，是現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)高度自動化的前提之一,。

在控制方面,，YL-335A 采用了基于 RS485 串行通信的 PLC 網(wǎng)絡控制方案， 即每一工作單元由一臺 PLC 承擔其控制任務,，各 PLC 之間通過 RS485 串行通 訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式,。

用戶可根據(jù)需要選擇不同廠家的 PLC 及其所支 持的 RS485 通信模式，組建成一個小型的 PLC 網(wǎng)絡,。

小型 PLC 網(wǎng)絡以其結構 簡單,，價格低廉的特點在小型自動生產(chǎn)線仍然有著廣泛的應用，在現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡 通信中仍占據(jù)相當?shù)姆蓊~,。

另一方面,，掌握基于 RS485 串行通信的 PLC 網(wǎng)絡技 術，將為進一步學習現(xiàn)場總線技術,、工業(yè)以太網(wǎng)技術等打下了良好的基礎,。

1.3.2. YL-335A 各工作單元的基本功能 供料單元的基本功能： 按照需要將放置在料倉中待加工的工件自動送出到物 料臺上，以便輸送單元的抓取機械手裝置將工件抓取送往其他工作單元,。

加工單元的基本功能：把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機 械手裝置送來）送到?jīng)_壓機構下面,，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料 臺上,，待輸送單元的抓取機械手裝置取出,。

裝配單元的基本功能： 完成將該單元料倉內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到 已加工的工件中的裝配過程。

分揀單元的基本功能： 完成將上一單元送來的已加工,、 裝配的工件進行分揀,， 使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能,。

輸送單元的基本功能：該單元通過到指定單元的物料臺精確定位，并在該物 料臺上抓取工件,，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下的功能,。

1.3.3. YL-335A 的特點 YL-335A 設備是一套半開放式的設備，用戶在一定程度上可根據(jù)自己的需 要選擇設備組成單元的數(shù)量,、類型，最多可由五個單元組成,，最少時一個單元即 可自成一個獨立的控制系統(tǒng),。

由多個單元組成的系統(tǒng)，PLC 網(wǎng)絡的控制方案可 以體現(xiàn)出自動生產(chǎn)線的控制特點,。

設備中的各工作單元均安放在實訓臺上,， 便于各個機械機構及氣動部件的拆 卸和安裝，控制線路的布線,、氣動電磁閥及氣管安裝,。

其中，輸送單元采用了最 為靈活的拆裝式模塊結構：組成該單元的按鈕/指示燈模塊,、電源模塊,、PLC 模3

塊、步進電機驅動器模塊等均放置在抽屜式模塊放置架上,；模塊之間,、模塊與實 訓臺上接線端子排之間的連接方式采用安全導線連接， 最大限度地滿足了綜合性 實訓的要求,。

1.3.4 YL-335A 的 PLC 網(wǎng)絡控制方案 YL-335A 系統(tǒng)的控制方式采用每一工作單元由一臺 PLC 承擔其控制任務,， 各 PLC 之間通過 RS485 串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式。

組建成網(wǎng)絡后,， 系統(tǒng)中每一個工作單元也稱作工作站,。

PLC 網(wǎng)絡的具體通信模式， 取決于所選廠家的 PLC 類型,。

PPI 協(xié)議是 S7-200 CPU 最基本的通信方式,，通過原來自身的端口（PORT0 或 PORT1）就可以實 現(xiàn)通信，是 S7-200 默認的通信方式,。

PPI 是一種主—從協(xié)議通信,，主—從站在一個令牌環(huán)網(wǎng)中，主站發(fā)送要求到 從站器件,，從站器件響應,；從站器件不發(fā)信息，只是等待主站的要求并對要求做 出響應,。

如果在用戶程序中使能 PPI 主站模式,，就可以在主站程序中使用網(wǎng)絡 讀寫指令來讀寫從站信息,。

而從站程序沒有必要使用網(wǎng)絡讀寫指令。

在 YL-335A 系統(tǒng)中,，按鈕及指示燈模塊的按鈕,、開關信號連接到輸送單元 的 PLC（S7-226CN）輸入口，以提供系統(tǒng)的主令信號,。

因此在網(wǎng)絡中輸送站是 指定為主站的,，其余各站均指定為從站。

圖 1-2 所示為 YL-335A 的 PPI 網(wǎng)絡,。

圖 1-2 YL-335A 的 PPI 網(wǎng)絡1.3.5 YL-335A 的公共模塊和器件 供電電源模塊及電路原理如圖 1-2 所示,。

外部供電電源為三相五線制 AC 380V/220V ，三根相線經(jīng)三相三線漏電保護開關后連接到三個安全導線插孔處,， 零線和接地線也連接到安全導線插孔處,。

另外，模塊上提供二個單相電源插座,， 為 PLC 模塊和按鈕/指示燈模塊提供 AC220V 電源,。

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圖 1-2 供電電源模塊氣源處理組件及其回路原理圖分別如圖 1-3 和 1-4 所示。

氣源處理組件是氣 動控制系統(tǒng)中的基本組成器件,，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結 水,，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。

該氣源處理組件的氣路入口處安裝一個快速氣 路開關,，用于關閉氣源,。

在使用時，應注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結水的水位,，在 超過最高標線以前,，必須排放，以免被重新吸入,。

圖 1-4 氣源處理組件的氣動原理圖 圖 1-3 氣源處理組件圖氣源處理組件輸入氣源來自空氣壓 縮機,， 所提供的壓力為 0.6～1.0MPa, 輸 出壓力為 0.6～0.8MPa 可調(diào)。

輸出的壓 縮空氣通過快速三通接頭和氣管輸送到 各 工 作 單 元,， 提 供 它們 的 工作 氣 源 ,。

YL-335A 的氣動控制系統(tǒng)原理圖如圖 1-5 所示。

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圖 1-5 氣動控制系統(tǒng)原理圖6

第 2 章 分揀單元的硬件設計2.1 分揀單元的結構組成 分揀單元是 YL-335A 中的最末單元,，完成對上一單元送來的已加工,、裝配 的工件進行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能,。

當輸送站送來工 件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時,，即啟動變頻器，工件開始送入 分揀區(qū)進行分揀。

如圖 2-1 所示分揀單元實物的全貌,。

圖 2-1 分揀單元實物的全貌分揀單元的結構組成如圖 2-2 所示,。

其主要結構組成為：傳送和分揀機構、 傳動機構,、變頻器模塊,、電磁閥組、接線端口,、PLC 模塊,、底板等。

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圖 2-2 分揀單元的結構組成2.1.1 傳送和分揀機構 傳送和分揀機構如圖 2-3 所示,。

傳送已經(jīng)加工,、裝配好的工件，在光纖傳感 器檢測到并進行分揀,。

它主要由傳送帶、物料槽,、推料（分揀）氣缸,、漫射式光 電傳感器、光纖傳感器,、磁感應接近式傳感器組成,。

圖 2-3 傳送和分揀機構傳送帶是把機械手輸送過來加工好的工件進行傳輸，輸送至分揀區(qū),。

導向件 是用糾偏機械手輸送過來的工件,。

兩條物料槽分別用于存放加工好的黑色工件和 白色工件。

在每個料槽的對面都裝有推料（分揀）氣缸,，把分揀出的工件推到對 號的料槽中,。

氣缸兩端分別有縮回限位和伸出限位兩個極限位置， 這兩個極限位置都分別 裝有一個磁感應接近開關,，如圖 2-4 所示,。

磁感應接近開關的基本工作原理是： 當磁性物質(zhì)接近傳感器時，傳感器便會動作,，并輸出傳感器信號,。

若在氣缸的活 塞（或活塞桿）上安裝上磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感 應式接近開關,，就可以用這兩個傳感器分別標識氣缸運動的兩個極限位置,。

當氣 缸的活塞桿運動到哪一端時，哪一端的磁感應式接近開關就動作并發(fā)出電信號,。

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。

在傳感器上設置有 LED 顯示用 于顯示傳感器的信號狀態(tài),，供調(diào)試時使用,。

傳感器動作時，輸出信號“1” ,，LED 亮,；傳感器不動作時，輸出信號“0” ,，LED 不亮,。

傳感器（也叫做磁性開關） 的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開磁性開關的緊定螺釘,，讓磁性開關在氣缸 的滑軌里滑動,，到達指定位置后，再旋緊緊定螺釘,。

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圖 2-4 磁感應接近開關在安裝和調(diào)試時,，分揀單元必須注意： ①兩個氣缸安裝時需注意事項： 一是安裝位置， 應使工件從料槽中間被推入,； 二是要注意安裝水平,，否則有可能推翻。

②為了準確且平穩(wěn)地把工件從滑槽中間推出,， 需要仔細地調(diào)整兩個分揀氣缸 的位置和氣缸活塞桿的伸出速度,。

③在傳送帶入料口位置裝有漫射式光電傳感器， 用以檢測是否有工件輸送過 來進行分揀,。

有工件時,，漫射式光電傳感器將信號傳輸給 PLC ，用戶 PLC 程序 輸出啟動變頻器信號,，從而驅動三相減速電動機啟動,，將工件輸送至分揀區(qū)。

漫射式光電接近開關是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作 的,，由于物體反射的光線為漫射光,，故稱為漫射式光電接近開關。

它的光發(fā)射器 與光接收器處于同一側位置,，且為一體化結構,。

在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢 測光,，若接近開關前方一定距離內(nèi)沒有物體,，則沒有光被反射到接收器，接近開 關處于常態(tài)而不動作,；反之若接近開關的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體,，只要反射回 來的光強度足夠， 則接收器接收到足夠的漫射光就會使接近開關動作而改變輸出 的狀態(tài)。

圖 2-5 為漫射式光電接近開關的工作原理示意圖,。

圖 2-5 漫射式接近開關的工作原理④在傳送帶上方分別裝有兩個光纖傳感器如圖 2-6 所示,，光纖傳感器由光 纖檢測頭、光纖放大器兩部分組成,，放大器和光纖檢測頭是分離的兩個部分,，光 纖檢測頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時分別插入放大器的兩個光纖孔,。

該光 電開關靈敏度的調(diào)整以能從傳送帶上方檢測到工件為準,，過高靈敏度會引入干 擾。

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圖 2-6 光纖傳感器光纖傳感器也是光電傳感器的一種,，相對于傳統(tǒng)電量型傳感器（熱電偶,、熱 電阻、壓阻式,、振弦式,、磁電式） ，光纖傳感器具有下述優(yōu)點：抗電磁干擾,、可 工作于惡劣環(huán)境,， 傳輸距離遠， 使用壽命長,， 此外， 由于光纖頭具有較小的體積,， 所以可以安裝在很小空間的地方,。

光纖式光電接近開關的放大器的靈敏度調(diào)節(jié)范圍較大。

當光纖傳感器靈敏度 調(diào)得較小時,，反射性較差的黑色物體,，光電探測器無法接收到反射信號；而反射 性較好的白色物體,，光電探測器就可以接收到反射信號,。

反之，若調(diào)高光纖傳感 器靈敏度,， 則即使對反射性較差的黑色物體,， 光電探測器也可以接收到反射信號。

從而可以通過調(diào)節(jié)靈敏度判別黑白兩種顏色物體,，將兩種物料區(qū)分開,，從而完成 自動分揀工序。

放大器單元中,， 調(diào)節(jié)其中的 8 旋轉靈敏度高速旋鈕進就能進行放大器靈敏度 調(diào)節(jié)（順時針旋轉靈敏度增大） ,，調(diào)節(jié)時，會看到“入光顯示燈”發(fā)光的變化。

當探測器檢測到物料時,， “動作顯示燈”會亮,，提示檢測到物料。

2.1.2 傳動機構 傳動機構如圖 2-7 所示,。

采用的三相減速電機,，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。

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圖 2-7 傳動機構三相異步電機是傳動機構的主要部分,，電動機轉速的快慢由變頻器來控制,， 其作用是帶傳送帶從而輸送物料。

三相異步電機主要由定子和轉子兩大部分組 成,，定子部分的主要作用是產(chǎn)生旋轉磁場,，由機座、定子鐵心和定子繞組三個部 分組成,。

轉子部分的主要作用是產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢,，由轉子鐵心、轉子 繞組,，氣隙及其它部件組成,。

三相異步電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差 120 度電 角度） ，通入三相交流電后,，將產(chǎn)生一個旋轉磁場,，該旋轉磁場切割轉子繞組， 從而在轉子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉子繞組是閉合通路） ,，載流的轉子導體在定 子旋轉磁場作用下將產(chǎn)生電磁力,，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機 旋轉,，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同,。

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,。

在安裝和調(diào)整時，要注意： （1）電動機的軸和輸送帶主動輪的軸必須要保持在同一直線上,。

（2）傳動機構安裝基線（導向器中心線）與輸送單元滑動導軌中心重合,。

2.1.3 電磁閥組 電磁閥組，就是將多個閥集中在一起構成的一組閥,，而每個閥的功能是彼此 獨立的,。

分揀單元的電磁閥組只使用了兩個由二位五通的帶手控開關的單電控電磁 閥,，它們安裝在匯流板上，匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器,，消聲器的 作用是減少壓縮空氣在向大氣排放時的噪聲,。

這兩個電磁閥分別對白物料推動氣 缸和黑物料推動氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài),。

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本單元所采用的電磁閥帶手動換向,、 加鎖鈕， 有鎖定 （LOCK） 和開啟 （PUSH） 2 個位置,。

用小螺絲刀把加鎖旋鈕旋到在 LOCK 位置時,，手控開關向下凹進去， 不能進行手控操作,。

只有在 PUSH 位置,，可用工具向下按，信號為“1” ,，等同 于該側的電磁信號為“1 ” ,；常態(tài)時，手控開關的信號為“0” ,。

在進行設備調(diào)試 時,，可以使用手控開關對電磁閥進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路的控制,，以改變 推料缸等執(zhí)行機構的控制,，達到調(diào)試的目的所帶手控開關有鎖定（LOCK）和開 啟（PUSH）2 種位置。

圖 2-8 電磁閥組2.2 分揀單元的工作原理 本站的功能是完成從裝配站送來的裝配好的工件進行分揀,。

當機械手送來工 件放到傳送帶上并當入料口漫射式光電傳感器檢測到物料時,，將信號傳輸給 PLC ，通過 PLC 的程序啟動變頻器,，電機運轉驅動傳送帶工作，把工件帶進分 揀區(qū),，如果進入分揀區(qū)工件為白色,，則檢測白色物料的光纖傳感器動作，作為 1 號槽推料氣缸啟動信號,，將白色料推到 1 號槽里,，如果進入分揀區(qū)工件為黑色， 檢測黑色的光纖傳感器作為 2 號槽推料氣缸啟動信號,， 將黑色料推到 2 號槽里,。

自動生產(chǎn)線的加工結束。

2.3 氣動控制回路 本單元氣動控制回路的工作原理如圖 2-9 所示,。

圖中 1A 和 2A 分別為分揀 氣缸一和分揀氣缸二,。

1B1 為安裝在分揀氣缸一的前極限工作位置的磁感應接近 開關,，2B1 為安裝在分揀氣缸二的前極限工作位置的磁感應接近開關。

1Y1 和 2Y1 分別為控制分揀氣缸一和分揀氣缸二的電磁閥的電磁控制端,。

12

圖 2-9 分揀單元氣動控制回路工作原理圖2.4 分揀單元的電氣接線 分揀單元與前述幾個單元電氣接線方法有所不同,， 該單元的變頻器模塊是安 裝在抽屜式模塊放置架上的。

因此,，該單元 PLC 輸出到變頻器控制端子的控制 線,，須首先通過接線端口連接到實訓臺面上的接線端子排上，然后用安全導線插 接到變頻器模塊上,。

同樣,，變頻器的驅動輸出線也須首先用安全導線插接到實訓 臺面上的接線端子排插孔側，再由接線端子排連接到三相交流電動機,。

分揀單元 的接線端口則與其他單元相仿,，圖 2-10 和圖 2-11 是分別本單元的端口外觀接 線圖和端子接線圖。

圖 2-10 分揀單元接線端口外觀圖13

圖 2-11 分揀單元端子接線圖2.5 PLC 的 I/O 接線 本單元中,，傳感器信號占用五個輸入點,，留出兩個點提供給急停按鈕和啟/ 停按鈕作本地主令信號，共需七個輸入點,；輸出點數(shù)為四個,，其中兩個輸出點提 供給變頻器使用。

選用西門子 S7-222 AC/DC/RLY 主單元,，共八個輸入點和六 個繼電器輸出點,，分揀單元的 I/O 接線原理圖如圖 2-12 所示。

14

圖 2-12 分揀單元 PLC 的 I/O 接線原理圖如果用戶希望增加變頻器的控制點數(shù),，可重新組態(tài),，更改輸出端子的接線， 即把 Q0.4 和 Q0.5 分配給分揀氣缸電磁閥,， 而把 Q0.0～ Q0.2 分配給變頻器的 5,、6、7 號控制端子用,。

2.6 西門子 MM420 變頻器簡介 西門子 MM420（MICROMASTER420）是用于控制三相交流電動機速度的 變頻器系列,。

該系列有多種型號，從單相電源電壓,，額定功率 120W 到三相電 源電壓,，額定功率 11KW 可供用戶選用。

變頻器安裝在模塊盒中,， 所有電氣引出線均引出到模塊面板的安全導線插孔 處,，以確保實訓接線操作時的安全。

變頻器模塊外形如圖 2-13 所示,。

圖 2-13 變頻器模塊15

進入主電路接線時,，變頻器模塊面板上的 L1,、L2、L3 插孔接三相電源,，接 地插孔接保護地線,，三個電動機插孔 U、V,、W 連接到三相電動機上,。

MM420 變頻器模塊面板上引出 MM420 的數(shù)字輸入點：DIN1（端子 5） 、 DIN2（端子 6） ,、DIN3（端子 7） ,、內(nèi)部電源 +24V(端子 8)、內(nèi)部電源 0V（端子 9） ,。

數(shù)字輸入量端子可連接到 PLC 的輸出點（例如,，端子 8 接輸出公共端 2L）. 當變頻器命令參數(shù) P0700=2（外部端子控制）時，可由 PLC 控制變頻器的啟/ 停及變速運行等,。

在模塊面板上還引出 MM420 的模擬輸入點：AIN+（端子 3） ,、內(nèi)部電源 +10V(端子 1)、內(nèi)部電源 0V（端子 2） ,，同時面板上還安裝了一個用作變頻器頻 率調(diào)節(jié)的電位器,，它的引出線位【1】 、 【2 】 ,、 【3】端,。

如果需要在變頻器上直接操作控制三相電動機的運行， 可在面板上用安全插 接線把電位器【1】端與內(nèi)部電源 +10V(端子 1)相連,，電位器【3】端與內(nèi)部電 源 0V（端子 2）相連,，電位器【2】與 AIN+（端子 3）相連。

連接主電路后,， 撥動 DIN1 端旁的旋鈕開關即可啟/停變頻器,， 旋動電位器即可改變頻率實現(xiàn)電動 機調(diào)速調(diào)整。

MM420 變頻器方框圖如圖 2-14 所示,。

圖 2-14 MM420 變頻器方框圖從頻率變換的形式來說,，變頻器分為交-交變頻器和交-直-交變頻器兩種。

交16

-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率,、電壓均可控制的交流電。

而交- 直交變頻器則是先把工頻交流電通過整流電路變成直流電,， 然后再把直流電變換成 頻率,、電壓均可控制的交流電。

MM420 就是一個交-直-交變頻器,。

2.6.1 MM420 變頻器的 BOP 操作面板 （1）基本操作面板（BOP ）的功能概述 圖 2-15 是基本操作面板（BOP ）的外形,，利用 BOP 可以改變變頻器的各個參數(shù),。

BOP 具有 7 段顯示的五位數(shù)字， 可以顯示參數(shù)的序號和 數(shù)值,，報警和故障信息,，以及設定值和實際值。

參數(shù)的信息 不能用 BOP 存儲,。

基本操作面板（BOP）上的按鈕及其功能如圖 2-16 所示 圖 2-15圖 2-16 BOP 上的按鈕及其功能（2）用基本操作面板（BOP）更改參數(shù)的數(shù)值： 圖 2-17 說明如何改變參數(shù) P0004 的數(shù)值,。

圖 2-18 則說明修改下標參數(shù)數(shù)值17

的步驟。

按照圖中說明的類似方法,，可以用‘BOP’設定任何一個參數(shù),。

圖 2-17改變參數(shù) P0004 數(shù)值的步驟修改下標參數(shù) P0719 數(shù)值：圖 2-18修改下標參數(shù) P0719 數(shù)值的步驟2.6.2MM420 變頻器的參數(shù)設置（1）參數(shù)號和參數(shù)名稱 參數(shù)號是指該參數(shù)的編號。

參數(shù)號用 0000 到 9999 的 4 位數(shù)字表示,。

在參數(shù) 號的前面冠以一個小寫字母“r”時,，表示該參數(shù)是“只讀”的參數(shù)。

其它所有 參數(shù)號的前面都冠以一個大寫字母“P”,。

這些參數(shù)的設定值可以直接在標題欄 的“最小值”和“最大值”范圍內(nèi)進行修改,。

（2）常用參數(shù)的設置 表 2-1 給出了 YL-335A 上常用到的變頻器參數(shù)設置值，如果希望設置更多18

的參數(shù),，請參考 MM420 用戶手冊,。

表 2-1 YL-335A 上常用參數(shù)設置值（3）部分常用參數(shù)設置說明（更詳細的參數(shù)設置說明請參考 MM420 用戶 手冊） ① 參數(shù) P0003 用于定義用戶訪問參數(shù)組的等級，設置范圍為 0 ～4 ,，其 中： 1 標準級：可以訪問最經(jīng)常使用的參數(shù),； 2 擴展級：允許擴展訪問參數(shù)的范圍，例如變頻器的 I/O 功能,； 3 專家級：只供專家使用,； 4 維修級：只供授權的維修人員使用—具有密碼保護。

該參數(shù)缺省設置為等級 1（標準級）,，YL-335A 裝備中預設置為等級 3（專 家級）,，目的是允許用戶可訪問 1、2 級的參數(shù)及參數(shù)范圍和定義用戶參數(shù),，并 對復雜的功能進行編程,。

② 參數(shù) P0010 是調(diào)試參數(shù)過濾器，對與調(diào)試相關的參數(shù)進行過濾,，只篩選 出那些與特定功能組有關的參數(shù),。

P0010 的可能設定值為：0（準備），1（快速 調(diào)試）,，2（變頻器）,，29（下載），30（工廠的缺省設定值）,；缺省設定值為 0,。

當選擇 P0010=1 時,，進行快速調(diào)試；若選擇 P0010=30,，則進行把所有參數(shù) 復位為工廠的缺省設定值的操作,。

注意：在變頻器運行之前應將本參數(shù)復位為19

0。

③將變頻器復位為工廠的缺省設定值的步驟：設定 P0010=30,，P0970=1,。

這時便開始參數(shù)的復位。

變頻器將自動地把它的所有參數(shù)都復位為它們各自的 缺省設置值,，復位時間大約要 60 秒,。

④參數(shù) P0004（參數(shù)過濾器）的作用是根據(jù)所選定的一組功能，對參數(shù)進行 過濾或篩選,，并集中對過濾出的一組參數(shù)進行訪問,。

可能的設定值有： 0 全部參數(shù) 2 變頻器參數(shù) 3 電動機參數(shù) 7 命令，二進制 I/O 8 ADC（模 - 數(shù)轉換）和 DAC（數(shù) - 模轉換） 10 設定值通道 / RFG（斜坡函數(shù)發(fā)生器） 12 驅動裝置的特征 13 電動機的控制 20 通訊 21 報警 / 警告 / 監(jiān)控 22 工藝參量控制器（例如 PID） 利用 P0004 的參數(shù)過濾功能,，可以更方便地進行調(diào)試,。

例如，在設定數(shù)字輸入 端子的功能（P0701,、P0702,、P0703）時，使 P0004=7,，然后再去搜索 P0701 等 則快捷得多,。

20

第 3 章 分揀單元的軟件設計3.1 分揀單元的編程要點 1、在 YL-335 的加工單元中,，提供啟動/停止按鈕和急停按鈕各一個作為該 單元的主令信號,。

如果需要有啟動和停止兩種主令信號，只能由軟件編程實 現(xiàn),，實現(xiàn)方法：圖 3-1 用一個按鈕產(chǎn)生啟動/停止信號程序本單元的急停按鈕是當本單元出現(xiàn)緊急情況下提供的局部急停信號,，一旦 發(fā)生，本單元所有機構應立即停止運行,，直到急停解除為止,；同時，急停狀態(tài) 信號應回饋到系統(tǒng),，以便協(xié)調(diào)處理,。

2、現(xiàn)有的 PLC 的輸出端子接線中,，分配 Q0.4 和 Q0.5 給變頻器的 5,、6 號 控制端子。

若要求電動機轉速可分級調(diào)整，則應調(diào)整變頻器的 P701 和 P702 參 數(shù),，而參數(shù) P1001 和 P1002 則按轉速要求設定固有頻率值。

與此同時,，應編制 相應的 PLC 程序,。

3、分揀單元需要完成在傳送帶上把不同顏色的工件從不同的滑槽分流的功 能,。

為了使工件能準確地推出,，光纖傳感器靈敏度的調(diào)整、變頻器參數(shù)的設置 以及軟件編程中定時器設定值的設置等,，應相互配合,。

3.2 分揀單元變頻器的參數(shù)設置及梯形圖3.2.1 變頻器固定頻率調(diào)速 （1）變頻器參數(shù)設置 P0010=30 P0970=1 P0003=3 P0004=0 P0010=1 P0100=0 P0304=380 調(diào)出出廠設置參數(shù) 恢復出廠值 專家訪問級 過濾全部參數(shù) 快速調(diào)試 確定功率設定值單位及頻率缺省值 電動機的額定電壓21

P0305=0.18 P0307=0.03 P0310=50 P0311=1300 P0700=2 P0701=1 P0702=15 P1000=3 P1002=15 P1080=0 P1082=50 P1120=2s P1121=2s P3900=1電動機的額定電流 電動機的額定功率 電動機的額定頻率 電動機的額定轉速 命令源由端子輸入 數(shù)字端 1 的功能：接通正轉/停止 數(shù)字端 2 的功能：設置固定頻率 頻率信號源：固定頻率 DIN2 ON 時固定頻率為 15HZ 電動機最小頻率為 0HZ 電動機最大頻率為 50HZ 斜坡上升時間為 2s 斜坡下降時間為 2s 結束快速調(diào)試表 3-1 符號表參數(shù)（2）符號表參數(shù)設置（3）分揀單元流程圖如 3-2 所示22

圖 3-2 分揀站流程圖3.2.2 變頻器模擬輸入變速調(diào)速 （1）變頻器的參數(shù)設置 P0010=30 P0970=1 P0003=3 P0004=0 P0010=1 P0100=0 P0304=380 P0305=0.18 P0307=0.03 P0310=50 P0311=1300 P0700=2 P1000=2 調(diào)出出廠設置參數(shù) 恢復出廠值 專家訪問級 過濾全部參數(shù) 快速調(diào)試 確定功率設定值單位及頻率缺省值 電動機的額定電壓 電動機的額定電流 電動機的額定功率 電動機的額定頻率 電動機的額定轉速 命令源由端子輸入 頻率信號源：模擬輸入可變頻率23

P1080=0 P1082=50 P1120=2s P1121=2s P3900=1電動機最小頻率為 0HZ 電動機最大頻率為 50HZ 斜坡上升時間為 2s 斜坡下降時間為 2s 結束快速調(diào)試表 3-2 符號表參數(shù)（2）符號表參數(shù)設置及梯形圖3.2.3 在 PLC 網(wǎng)絡控制下的分揀單元程序 （1）變頻器參數(shù)設置 P0010=30 P0970=1 P0003=3 P0004=0 P0010=1 P0100=0 P0304=380 P0305=0.18 P0307=0.03 P0310=50 P0311=1300 P0700=2 P1000=2 調(diào)出出廠設置參數(shù) 恢復出廠值 專家訪問級 過濾全部參數(shù) 快速調(diào)試 確定功率設定值單位及頻率缺省值 電動機的額定電壓 電動機的額定電流 電動機的額定功率 電動機的額定頻率 電動機的額定轉速 命令源由端子輸入 頻率信號源：模擬輸入可變頻率24

P1080=0 P1082=50 P1120=2s P1121=2s P3900=1電動機最小頻率為 0HZ 電動機最大頻率為 50HZ 斜坡上升時間為 2s 斜坡下降時間為 2s 結束快速調(diào)試表 3-3 符號表參數(shù)（2）符號表參數(shù)設置及梯形圖梯形圖如下所示：25

26

3.2.4 系統(tǒng)控制方案的調(diào)試及觸摸屏的設計 通過對該程序的運行，可以實現(xiàn)對物料的自動分揀,。

當物料檢測臺上檢測到 有物料時,，按下啟動按鈕，開始運轉實現(xiàn)物料分揀,，使不同顏色的物料進入相應 的料槽,。

觸摸屏畫面設計27

結束語本系統(tǒng)是在我國制造業(yè)的迅速發(fā)展和日趨激烈的競爭以及制造業(yè)對自動化 生產(chǎn)裝備應用提出迫切需求的背景下研究的，其目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量,，降低工 人勞動強度,，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動成本進而提高企業(yè)競爭力,。

本系統(tǒng)實現(xiàn)了預期目標,，基本上可以滿足了制造業(yè)大批量、多品種快速生產(chǎn) 以及對物料的分配和管理的需要,。

該系統(tǒng)具有自動化程度高,、 運行穩(wěn)定、 精度高,、 易控制的特點,，能連續(xù)、大批量地分揀物料,，分揀誤差率低且人工勞動強度大大 降低,，可明顯提高勞動生產(chǎn)率。

但是隨著科學技術的不斷發(fā)展,，分揀系統(tǒng)日趨自 動化,、智能化，而該系統(tǒng)功能略顯簡單,，并且安全性能有待完善,。

因此，在以后 的工作學習中，隨著認識的不斷深入,，需要對某些功能進行補充和完善,。

在此感謝所有在這次畢業(yè)設計中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W， 尤其是我的老 師楊銓老師,， 每次遇到難題,， 楊老師不管閑忙， 總是引導我獨立找到解決的辦法,。

另外,，感謝學校給予我這樣的機會，能夠獨立地完成一個課題,，并在這個過 程當中,，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里,，能夠學習一 些實踐應用知識,， 增強了我們實踐操作和動手應用能力， 提高了獨立思考的能力,。

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