322 櫻桃西紅柿分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),櫻桃,西紅柿,分揀,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 櫻桃番茄分揀機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,,指導(dǎo)老師：劉仲壽 班 級(jí)：機(jī)制051 姓 名：王繼理,www.1ppt.com,,前言,櫻桃番茄是一種熱帶作物，鮮紅碧透，味清甜，無核，口感好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。伴隨著人們生活水平的提高，其消費(fèi)量逐漸增加 。 在不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求刺激下，我國(guó)的櫻桃西紅柿產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，目前已經(jīng)形成一定規(guī)模。并且伴隨著國(guó)際市場(chǎng)的需求增大，作為一種高檔蔬菜的櫻桃番茄將會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)足的發(fā)展。 為了提高櫻桃西紅柿的出產(chǎn)效率，并且使櫻桃番茄規(guī)格劃分更加準(zhǔn)確，效率更高，需要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)的等級(jí)分揀機(jī)。 在該自動(dòng)分揀機(jī)的幫助下，櫻桃番茄可以在更嚴(yán)格的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下，快速準(zhǔn)確的分出等級(jí)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有更明確的保證，增加勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。,,www.1ppt.com,目錄,,,,,,,功能描述,,電控設(shè)計(jì),系統(tǒng)PLC選擇,結(jié)束語,www.1ppt.com,功能描述,一、分揀機(jī)介紹,對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)，首先必須實(shí)現(xiàn)以下基本條件： 1、分揀誤差率極低。因此要求系統(tǒng)擁有很高的穩(wěn)定性，以及對(duì)產(chǎn)品信息采集要有較高的準(zhǔn)確性。 2、能夠持續(xù)工作。采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行。同樣要求控制系統(tǒng)有極高的穩(wěn)定性。 3、自動(dòng)化生產(chǎn)。建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，基本實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)。,www.1ppt.com,功能描述,二、功能實(shí)現(xiàn),,現(xiàn)將櫻桃番茄按照其尺寸及色澤分為規(guī)格一和規(guī)格二兩種。 產(chǎn)品經(jīng)送料系統(tǒng)送入排隊(duì)系統(tǒng)，在此等待，并依次經(jīng)過光耦。光耦在傳送系統(tǒng)配合下，采集每個(gè)櫻桃番茄的信息，并且將該信息送入PC機(jī)的采集卡。PC機(jī)將光耦采集的信息進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)裝的程序判斷該產(chǎn)品屬于規(guī)格一或者規(guī)格二。判斷完成后，根據(jù)結(jié)果向每種規(guī)格所對(duì)應(yīng)的繼電器發(fā)出信號(hào)。并轉(zhuǎn)換成指令送入PLC。 PLC根據(jù)程序設(shè)計(jì)，在收到產(chǎn)品的規(guī)格指令后，經(jīng)過一定時(shí)間延遲，打開規(guī)格一或者規(guī)格二出料口的電磁閥，產(chǎn)品在空氣壓縮機(jī)的氣壓作用下出料，將不同規(guī)格的產(chǎn)品經(jīng)不同出料口送出分揀機(jī)，分揀任務(wù)完成。,www.1ppt.com,功能描述,三、排隊(duì)部分,,使產(chǎn)品可以依次經(jīng)過光耦進(jìn)入輸送部分,排隊(duì)輸送機(jī)構(gòu)采取電機(jī)帶動(dòng)。電機(jī)軸上功率P=0.06KW。要求電機(jī)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、質(zhì)量輕，故選用90YYJT90型齒輪減速電子調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率0.09kW，頻率50Hz，電壓200V，輸出轉(zhuǎn)速1-500r/min(任意選擇)。 選用浙江佳雪微特電機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的 90YYJT90-3。該產(chǎn)品具有高精度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并且擁有良好的加工工藝，整體適應(yīng)性良好。 與電機(jī)相適配的是浙江微特電機(jī)生產(chǎn)的SC-A電子無級(jí)速度控制器。該產(chǎn)品采用PD比例調(diào)節(jié)器，電流負(fù)反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)恒力矩?zé)o級(jí)調(diào)速，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)迅速，控制精度高等特點(diǎn)。,www.1ppt.com,功能描述,四、輸送部分,,產(chǎn)品經(jīng)過光耦后，經(jīng)由輸送系統(tǒng)送到出料口,電機(jī)功率P=0.65KW。選擇由上海銳進(jìn)電機(jī)公司生產(chǎn)的MBL07-Y0.75-C5（一級(jí)齒輪減速，減速比為1：5）。 該電機(jī)主要由壓緊的主動(dòng)輪裝置、摩檫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速控制機(jī)構(gòu)組成，并具有以下的特點(diǎn)： （1）.高強(qiáng)度：在加沖擊負(fù)栽或機(jī)器逆轉(zhuǎn)時(shí)，本機(jī)性能可靠，能精確轉(zhuǎn)動(dòng)，無后坐力。 （2）.變速范圍大：變速比均為1：5，即輸出轉(zhuǎn)速可在1：45至1：7.25之間任意變化。 （3）.調(diào)速精度高：調(diào)速精度為1--0.5轉(zhuǎn)。（4）.性能穩(wěn)定：本機(jī)的傳動(dòng)部件都經(jīng)過特殊的熱處理，精密度加工摩檫部位，潤(rùn)滑良好，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)。,www.1ppt.com,功能描述,五、視覺系統(tǒng),視覺系統(tǒng)主要包括光耦、采集卡、攝像燈、攝像頭等，主要完成對(duì)產(chǎn)品信息的采集功能。,作為產(chǎn)品等級(jí)劃分的指令輸出部分，采集卡及采集燈需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，來保證產(chǎn)品規(guī)格劃分的可靠性。 選用德力西公司生產(chǎn)的SA-350-24型號(hào)交直流轉(zhuǎn)換器。 SA-350-24轉(zhuǎn)換器采用薄膜量程電阻器，能夠提供非比尋常的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，其總不確定度低達(dá)±2%，并且能夠提供較寬的電壓范圍和寬頻率范圍。該轉(zhuǎn)換器擁有良好的溫度穩(wěn)定性和快速的穩(wěn)定時(shí)間。,www.1ppt.com,電控設(shè)計(jì),一、輸入部分,產(chǎn)品信息由光耦采集PC分析后，給出兩種規(guī)格結(jié)果并輸入給PLC。由于采集卡給出信號(hào)為弱電輸入，不足以作為指令信號(hào)輸送給PLC，因此這里需要兩個(gè)繼電器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 需要直流控直流繼電器作為PLC指令的輸入，負(fù)載電流為5A左右，因此選用2個(gè)美格爾公司的JGX-1 D10型號(hào)固態(tài)繼電器。 美格爾公司生產(chǎn)的JGX型固態(tài)繼電器，是一種性能優(yōu)良的新型無觸點(diǎn)電子開關(guān)。其輸入端僅要求很小的控制電流，能與各集成電路較好地兼容；而輸出回路則采用可控硅或大功率晶體管接通和斷開負(fù)載電流。輸入和輸出之間采用光電耦合，通斷沒有可動(dòng)接觸部件，因此具有工作可靠、開關(guān)速度快、無噪音、壽命長(zhǎng)、體積小、耐蝕防爆抗震等特點(diǎn)。,www.1ppt.com,電控設(shè)計(jì),二、輸出部分,系統(tǒng)的進(jìn)料、出料部分由PLC發(fā)出指令，控制電磁閥完成。 櫻桃番茄的重量一般為10g-20g，因此流量 Cv : 0.18即可滿足需要。選用MAC公司的MAC 35A ACA DDAA-1BA型號(hào)電磁閥。 其主要特點(diǎn)：　 1，平衡式閥門設(shè)計(jì)，反應(yīng)時(shí)間不受壓力變化影響；　 2，閥芯防卡死保護(hù)設(shè)計(jì)，避免電線圈燒毀；　 3，電線圈吸力大，確保動(dòng)作快速，精確，每分鐘精確作動(dòng)速度最高可達(dá)14000次以上?！?4，自動(dòng)補(bǔ)償磨損，增長(zhǎng)閥門的使用壽命；　 5，電線圈與空氣隔離，增長(zhǎng)線圈的壽命。,www.1ppt.com,電控設(shè)計(jì),三、控制面板,系統(tǒng)共設(shè)置總行、送料、輸送、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換四個(gè)控制按鈕。 輸送電機(jī)為三相交流電機(jī)，所需繼電器負(fù)載電壓為24V，負(fù)載電流為40A。選用美格爾電子電器公司生產(chǎn)的JGX-3 380D40三相交流固態(tài)繼電器。 排隊(duì)電機(jī)為單相電機(jī)，所需繼電器的負(fù)載電壓為24V,負(fù)載電流為10A，因此選用美格爾公司的JGX-1 D4810交流固態(tài)繼電器。,www.1ppt.com,電控設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)系統(tǒng)供電電壓為220，電流10A左右，選用江陰長(zhǎng)江電器公司的LA38-11型號(hào)開關(guān)。 該開關(guān)適用于交流50Hz（或60Hz），電壓380V及以下，直流電壓220V及以下的電磁起動(dòng)器、接觸器、繼電器及其它電氣線路中作遙遠(yuǎn)控制之用 。 壽命指標(biāo)：按鈕：機(jī)械壽命：100×104次　電壽命：50×104次旋鈕：機(jī)械壽命：20×104次　 電壽命：10×104次電壽命：10×104次 信號(hào)燈，選擇江陰長(zhǎng)江電器公司的AD11-22/21（AC/DC24V）信號(hào)燈，該信號(hào)燈適用于電訊、電器等設(shè)備的線路中作指示信號(hào)、預(yù)告信號(hào)、事故信號(hào)及其它指示用信號(hào)，它采用LED作光源，具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、耐振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是原鎢絲和氖泡信號(hào)燈的最佳更新?lián)Q代產(chǎn)品 。,www.1ppt.com,PLC選擇,PLC簡(jiǎn)介,國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定了PLC的標(biāo)準(zhǔn)，并給出了它的定義。 ：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等才操作，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。,具有體積小，功能強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，靈活通用，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使其在一般的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。,www.1ppt.com,根據(jù)分揀機(jī)功能要求，并考慮到成本等，整體集中式小型的PLC就可以滿足系統(tǒng)使用要求。因此選用西門子S7-200型號(hào)的PLC，CPU224. 該P(yáng)LC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　　--------* 極高的可靠性 　　--------* 極豐富的指令集 　　--------* 易于掌握 　　--------* 便捷的操作 　　--------* 豐富的內(nèi)置集成功能 　　--------* 實(shí)時(shí)特性 　　--------* 強(qiáng)勁的通訊能力 　　--------* 豐富的擴(kuò)展模塊,PLC選擇,www.1ppt.com,結(jié)束語 本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過安裝、檢測(cè)，實(shí)際使用表明，能夠可靠、快速的完成產(chǎn)品的分揀任務(wù)。并且該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用且靈活性強(qiáng)，可以應(yīng)用于其他類似的分揀機(jī)構(gòu)中。 但是該控制系統(tǒng)也存在著很多不足，目前的生產(chǎn)效率為3個(gè)/秒，還有待提高。希望各位老師提出更多的不足之處，我一定盡快改正！,Thank You!,1學(xué)校代碼：10410序 號(hào)：050377本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 櫻桃西紅柿分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 王 繼 理 學(xué) 號(hào)： 20050377 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2005 級(jí) 指導(dǎo)教師： 劉 仲 壽 二 OO 九年 五 月2江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）課 題 名 稱櫻桃番茄分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王繼理 院（系） 工學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 劉仲壽 職 稱 副教授 學(xué) 歷 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：設(shè)計(jì)櫻桃番茄分揀機(jī)的控制系統(tǒng)，要求能夠準(zhǔn)確可靠、快速的對(duì)櫻桃番茄的規(guī)格做出分類，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)的生產(chǎn)工作以及自動(dòng)化無人操作。并根據(jù)系統(tǒng)性能要求，合理選擇各控制元件，要求做到經(jīng)濟(jì)適用，既能夠保證性能，又具有很高的經(jīng)濟(jì)性。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：首先根據(jù)總體功能要求，設(shè)計(jì)各功能模塊。能夠通過各模塊的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)分揀機(jī)的功能要求。其次針對(duì)各功能模塊設(shè)計(jì)其控制部分，然后進(jìn)行總體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。最后根據(jù)設(shè)計(jì)完成的控制系統(tǒng)，結(jié)合各模塊功能，合理選擇各模塊控制元件。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃：第一步，仔細(xì)了解分揀機(jī)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。第二步，選擇市場(chǎng)上已有的與我們需求的分揀功能相類似的分揀系統(tǒng)進(jìn)行研究，以此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)櫻桃番茄分揀功能的各功能模塊以及控制系統(tǒng)。第三步，合理選擇各控制元件，做到經(jīng)濟(jì)適用。接受任務(wù)日期 2009 年 1 月 7 日 要求完成日期 2009 年 5 月 20 日學(xué) 生 簽 名 2009 年 2 月 10 日指導(dǎo)教師簽名 年 月 日院長(zhǎng)（主任）簽名 年 月 日3摘要本論文介紹了櫻桃西紅柿分揀機(jī)的工作機(jī)理及其簡(jiǎn)單的工藝流程，主要針對(duì)其控制系統(tǒng)做詳細(xì)說明。本文對(duì)該分揀機(jī)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，采用 PC 與 PLC 相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了櫻桃西紅柿的自動(dòng)分選。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求以及設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，合理選擇各動(dòng)力及控制元件。并且編制控制程序。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該分揀機(jī)分級(jí)效果良好，該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用且靈活性強(qiáng)。關(guān)鍵詞自動(dòng)分揀機(jī)；控制系統(tǒng)；可編程邏輯控制器；PC；繼電器。4AbstractWith the rapid development of the micro electric technique and computer technology, PLC (namely programmable controller) gets widely application very in the industry controlled field.PLC is one kind on the basis of technology of digital computer, electronic control device designed to use under the environment of industry specially, adopt it by memory that can programmer, it is last user order not to used for, through figure or introductions of simulation /export, finish such functions confirmed as a series of logic, order, timing, counting, operation ,etc., to control all kinds of integrated equipment of electro mechanics and production process.Key wordsAutomatic sorting system；Control system; Programmable logicalcontroller；PC；Solid State Rely5目錄1、前言 ..............................................................................................................................................52、總體功能介紹 ..............................................................................................................................62.1 排隊(duì)部分 ..............................................................................................................................72.1.1 電機(jī)選擇 ...................................................................................................................82.1.2 電子無級(jí)速度控制器選擇 ......................................................................................82.2 輸送部分 ..............................................................................................................................92.2.1 電機(jī)的選擇 ..............................................................................................................92.2.2 電機(jī)工作情況 .......................................................................................................102.3 視覺系統(tǒng) ............................................................................................................................113、電控設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................123.1 輸入部分 ...........................................................................................................................123.2 輸出部分 ...........................................................................................................................133.3 控制面板 ...........................................................................................................................133.3.1 輸送、排隊(duì)繼電器 ...............................................................................................143.3.2 按鈕開關(guān) ...............................................................................................................143.3.3 信號(hào)燈 ...................................................................................................................154、系統(tǒng) PLC 選擇 ..........................................................................................................................154.1PLC 簡(jiǎn)介 .............................................................................................................................154.1.1PLC 的起源與發(fā)展 .................................................................................................154.1.2 PLC 控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 .......................................................164.1.3PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成 .....................................................................................184.1.4PLC 控制系統(tǒng)的軟件組成 .....................................................................................204.2PLC 選擇 .............................................................................................................................235、總結(jié) ............................................................................................................................................246、參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................2561、前言櫻桃西紅柿又名葡萄番茄、圣女果、珍珠番茄，在國(guó)外又有“小金果” 、“愛情果”之稱。它既是蔬菜又是水果，色澤艷麗、形態(tài)優(yōu)美，并且味道適口、營(yíng)養(yǎng)豐富，除了含有番茄的所有營(yíng)養(yǎng)成分之外，其維生素含量比普通番茄高。被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織列為優(yōu)先推廣的“四大水果”之一。圣女果是一種熱帶作物，鮮紅碧透，味清甜，無核，口感好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。伴隨著人們生活水平的提高，其消費(fèi)量逐漸增加 。 圣女果一般單重 10～20g，果實(shí)橫徑 2 厘米左右。在不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求刺激下，我國(guó)的櫻桃西紅柿產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，目前已經(jīng)形成一定規(guī)模。并且伴隨著國(guó)際市場(chǎng)的需求增大，作為一種高檔蔬菜的櫻桃番茄將會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)足的發(fā)展。為了提高櫻桃西紅柿的出產(chǎn)效率，并且使櫻桃番茄規(guī)格劃分更加準(zhǔn)確，效率更高，需要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)的等級(jí)分揀機(jī)。自動(dòng)分揀機(jī)是將混在一起而去向不同的物品，按設(shè)定要求自動(dòng)進(jìn)行分發(fā)配送的設(shè)備，它主要由輸送裝置、分揀機(jī)構(gòu)、控制裝置等組成。當(dāng)分揀物到達(dá)分揀口時(shí)，通過推拉機(jī)構(gòu)、撥塊、傾倒、輸送等方式，使分揀物滑動(dòng)或傳輸?shù)椒謷?，可?shí)現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動(dòng)分揀機(jī)的種類很多，但較為先進(jìn)的主要有三種：滑靴式分揀機(jī)、翻盤/翻板式分揀機(jī)、交叉帶式分揀機(jī)。在該自動(dòng)分揀機(jī)的幫助下，櫻桃番茄的分級(jí)不再是單純依靠采摘人員的大致分類，而是可以在更嚴(yán)格的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下，快速準(zhǔn)確的分出等級(jí)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有更明確的保證，增加勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。利用該自動(dòng)分揀系統(tǒng)，可以省去專人進(jìn)行櫻桃番茄的等級(jí)劃分，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)成本，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，很大程度的提高生產(chǎn)效率，取得更大的利益。72、總體功能介紹 對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)，首先必須實(shí)現(xiàn)以下基本條件：1、分揀誤差率極低。因此要求系統(tǒng)擁有很高的穩(wěn)定性，以及對(duì)產(chǎn)品信息采集要有較高的準(zhǔn)確性。2、能夠持續(xù)工作。同樣要求控制系統(tǒng)有極高的穩(wěn)定性。3、自動(dòng)化生產(chǎn)。建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，基本實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)。現(xiàn)將櫻桃番茄按照其尺寸及色澤分為規(guī)格一和規(guī)格二兩種。產(chǎn)品經(jīng)送料系統(tǒng)送入排隊(duì)系統(tǒng)，在此等待，并依次經(jīng)過光耦。光耦在傳送系統(tǒng)配合下，采集每個(gè)櫻桃番茄的信息，并且將該信息送入 PC 機(jī)的采集卡。PC 機(jī)將光耦采集的信息進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)裝的程序判斷該產(chǎn)品屬于規(guī)格一或者規(guī)格二。判斷完成后，根據(jù)結(jié)果向每種規(guī)格所對(duì)應(yīng)的繼電器發(fā)出信號(hào)。并轉(zhuǎn)換成指令送入 PLC。PLC 根據(jù)程序設(shè)計(jì)，在收到產(chǎn)品的規(guī)格指令后，經(jīng)過一定時(shí)間延遲，打開規(guī)格一或者規(guī)格二出料口的電磁閥，產(chǎn)品在空氣壓縮機(jī)的氣壓作用下出料，將不同規(guī)格的產(chǎn)品經(jīng)不同出料口送出分揀機(jī)，分揀任務(wù)完成。考慮到產(chǎn)品的特殊性，產(chǎn)品在分揀機(jī)的各部分中不能有強(qiáng)烈的碰撞等，因此產(chǎn)品在進(jìn)出料時(shí)由空氣壓縮機(jī)提供氣壓使產(chǎn)品移動(dòng)。以下是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀機(jī)的上述功能的各種控制要求。送料、出料部分，由一臺(tái)空氣壓縮機(jī)提供氣壓，電磁閥控制，共需要三個(gè)電磁閥。產(chǎn)品的輸送及依次排隊(duì)由電機(jī)提供動(dòng)力。這里需要兩個(gè)繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。產(chǎn)品規(guī)格信息由視覺系統(tǒng)采集后送給 PC 進(jìn)行分析，并將分級(jí)結(jié)果轉(zhuǎn)換為指令送入控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要控制功能將由 PLC 實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 個(gè)控制開關(guān)：總行、送料、輸送、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換。下面對(duì)分揀機(jī)各功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)說明：82.1 排隊(duì)部分產(chǎn)品經(jīng)進(jìn)料口送入分揀機(jī)后，需要使其可以依次經(jīng)過光耦進(jìn)入輸送部分，而排隊(duì)部分就是實(shí)現(xiàn)這一功能的。功能的具體實(shí)現(xiàn)如下圖：2.1.1 電機(jī)選擇排隊(duì)輸送機(jī)構(gòu)采取電機(jī)帶動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率及小番茄重量，需要電機(jī)軸上功率P=0.06KW。并且要求電機(jī)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、質(zhì)量輕，故選用 90YYJT90型齒輪減速電子調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率 0.09kW，頻率50Hz，電壓 200V，輸出轉(zhuǎn)速 1-500r/min(任意選擇)。選用浙江佳雪微特電機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的 90YYJT90-3。該產(chǎn)品具有高精度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并且擁有良好的加工工藝，整體適應(yīng)性良好，屬于小功率齒輪減速、電子調(diào)速電機(jī)，具有較高的性價(jià)比。排隊(duì)電機(jī)的安裝線路圖：92.1.2 電子無級(jí)速度控制器選擇在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的 KZ—D 拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的 F—D 系統(tǒng)，并且伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，促使電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。選擇浙江微特電機(jī)生產(chǎn)的 SC-A 電子無級(jí)速度控制器。該產(chǎn)品采用 PD 比例調(diào)節(jié)器，電流負(fù)反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)恒力矩?zé)o級(jí)調(diào)速，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)迅速，控制精度高等特點(diǎn)。并且該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能與主電路同步，能平穩(wěn)移相且有足夠的移相范圍，控制角調(diào)整量可達(dá) 10000 步，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的無級(jí)平滑控制，脈沖前沿陡且有足夠的幅值，脈寬可設(shè)定，穩(wěn)定性與抗干擾性能好。以下為其接線圖：2.2 輸送部分產(chǎn)品經(jīng)過光耦后，經(jīng)由輸送系統(tǒng)送到出料口，由電機(jī)帶動(dòng)滾輪來實(shí)現(xiàn)。2.2.1 電機(jī)的選擇該電機(jī)的線路圖如下所示：10根據(jù)傳送帶設(shè)計(jì)所需轉(zhuǎn)速，以及生產(chǎn)效率，確定在輸送部分所需電機(jī)功率 P=0.65KW。選擇由上海銳進(jìn)電機(jī)公司生產(chǎn)的 MBL07-Y0.75-C5（一級(jí)齒輪減速，減速比為 1：5） 。該電機(jī)主要由壓緊的主動(dòng)輪裝置、摩檫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速控制機(jī)構(gòu)組成，并具有以下的特點(diǎn)。（1）.高強(qiáng)度：在加沖擊負(fù)栽或機(jī)器逆轉(zhuǎn)時(shí)，本機(jī)性能可靠，能精確轉(zhuǎn)動(dòng)，無后坐力。（2）.變速范圍大：變速比均為 1：5，即輸出轉(zhuǎn)速可在 1：45 至 1：7.25 之間任意變化。（3）.調(diào)速精度高：調(diào)速精度為 1--0.5 轉(zhuǎn)。（4）.性能穩(wěn)定：本機(jī)的傳動(dòng)部件都經(jīng)過特殊的熱處理，精密度加工摩檫部位，潤(rùn)滑良好，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)。（5）.同軸結(jié)構(gòu)：輸入軸、輸出軸同向旋轉(zhuǎn)，體積小、重量輕。（6）.組合能力強(qiáng)：本機(jī)可與各種類型減速機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，大扭矩的變速效果。（7）.在允許負(fù)載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定；（8）.全機(jī)密封，可適用于潮濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。2.2.2 電機(jī)工作情況工作溫度：部件磨合（空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）開始時(shí)，溫升可高于環(huán)境溫度的 40°-50°，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn) 60-80 小時(shí)后，溫度逐漸降低，溫度約高于環(huán)境溫度 25°，并保持恒定。工況系數(shù)表：調(diào)速方式：手動(dòng)調(diào)速（分快慢手輪、指針手輪兩種）配直角器調(diào)速電動(dòng)調(diào)速K 工作情況1 均勻、勻速負(fù)載、單向旋轉(zhuǎn)、無慣性1.3 中等沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、中慣性1.5 中等沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、大慣性1.75 嚴(yán)重沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、大慣性112.3 視覺系統(tǒng) 視覺系統(tǒng)主要包括光耦、采集卡、攝像燈、攝像頭等，主要完成對(duì)產(chǎn)品信息的采集功能。下面是視覺系統(tǒng)安裝線路：視覺攝像頭需要 24V 直流電源。視覺系統(tǒng)的攝像燈以及采集卡需要 12V 直流電源。作為產(chǎn)品等級(jí)劃分的指令輸出部分，采集卡及采集燈需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，來保證產(chǎn)品規(guī)格劃分的可靠性?？紤]到控制系統(tǒng)的保護(hù)，所選交直流轉(zhuǎn)換器要求很高的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。交直流轉(zhuǎn)換有熱電變換、電動(dòng)系、靜電系、電子系等方法。系統(tǒng)需要高穩(wěn)定性，低誤差，較高的靈敏度，因此選用熱電變換。由所需電壓及考慮使用環(huán)境和成本，選用德力西公司生產(chǎn)的 SA-350-24 型號(hào)交直流轉(zhuǎn)換器。SA-350-24 轉(zhuǎn)換器采用了擁有專利的薄膜量程電阻器，能夠提供非比尋常的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，其總不確定度低達(dá)±2%，并且能夠提供較寬的電壓范圍和寬頻率范圍。該轉(zhuǎn)換器擁有良好的溫度穩(wěn)定性和快速的穩(wěn)定時(shí)間，可以在更快的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。并且該產(chǎn)品在保證良好的性能之外，擁有比同規(guī)格產(chǎn)品要低的價(jià)格。具有較高的性價(jià)比，適合在我們的番茄分揀機(jī)上使用。以下為其功能參數(shù)：溫度穩(wěn)定度 在使用環(huán)境中可達(dá) 12 個(gè)小時(shí)穩(wěn)定時(shí)間預(yù)熱時(shí)間 上電 15 分鐘，達(dá)到穩(wěn)定 溫度性能 工作： 11°C 至 35°C;12校準(zhǔn)： 18°C 至 28°C;儲(chǔ)存： -40°C 至 50°C 3、電控設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要針對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以下就對(duì)該部分設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的說明。3.1 輸入部分產(chǎn)品信息由光耦采集，PC 分析后，給出兩種規(guī)格結(jié)果，并輸入給 PLC。由于采集卡給出信號(hào)為弱電輸入，不足以作為指令信號(hào)輸送給 PLC，因此這里需要兩個(gè)繼電器進(jìn)行調(diào)節(jié)。右圖為產(chǎn)品規(guī)格信息的輸入線路圖：根據(jù)系統(tǒng)性能要求及成本考慮，可以選擇固態(tài)繼電器。作為固態(tài)繼電器，其擁有以下特點(diǎn)：（ 1） 高 壽 命 ， 高 可 靠 :SSR 沒 有 機(jī) 械零 部 件 ， 有 固 體 器 件 完 成 觸 點(diǎn) 功 能 ， 由 于沒 有 運(yùn) 動(dòng) 的 零 部 件 ， 因 此 能 在 高 沖 擊 ， 高振 動(dòng) 的 環(huán) 境 下 工 作 ， 由 于 組 成 固 態(tài) 繼 電 器的 元 器 件 的 固 有 特 性 ， 決 定 了 固 態(tài) 繼 電 器的 壽 命 長(zhǎng) ， 可 靠 性 高 。（ 2） 靈 敏 度 高 ， 控 制 功 率 小 ， 電 磁 兼 容 性 好 :固 態(tài) 繼 電 器 的 輸 入 電 壓范 圍 較 寬 ， 驅(qū) 動(dòng) 功 率 低 ， 可 與 大 多 數(shù) 邏 輯 集 成 電 路 兼 容 不 需 加 緩 沖 器 或 驅(qū) 動(dòng)器 。（ 3） 快 速 轉(zhuǎn) 換 :固 態(tài) 繼 電 器 因 為 采 用 固 體 器 件 ， 所 以 切 換 速 度 可 從 幾 毫秒 至 幾 微 妙 。（ 4） 電 磁 干 擾 小 :固 態(tài) 繼 電 器 沒 有 輸 入 "線 圈 "， 沒 有 觸 點(diǎn) 燃 弧 和 回 跳 ，因 而 減 少 了 電 磁 干 擾 。 大 多 數(shù) 交 流 輸 出 固 態(tài) 繼 電 器 是 一 個(gè) 零 電 壓 開 關(guān) ， 在 零電 壓 處 導(dǎo) 通 ， 零 電 流 處 關(guān) 斷 ， 減 少 了 電 流 波 形 的 突 然 中 斷 ， 從 而 減 少 了 開 關(guān)瞬 態(tài) 效 應(yīng) 。需要直流控直流繼電器作為 PLC 指令的輸入，負(fù)載電流為 5A 左右，因此選用 2 個(gè)美格爾公司的 JGX-1 D10 型號(hào)固態(tài)繼電器。美格爾公司生產(chǎn)的 JGX 型固態(tài)繼電器，是采用先進(jìn)的技術(shù)和器件制造的一種性能優(yōu)良的新型無觸點(diǎn)電子開關(guān)。其輸入端僅要求很小的控制電流，能與13各集成電路較好地兼容；而輸出回路則采用可控硅或大功率晶體管接通和斷開負(fù)載電流。輸入和輸出之間采用光電耦合，通斷沒有可動(dòng)接觸部件，因此具有工作可靠、開關(guān)速度快、無噪音、壽命長(zhǎng)、體積小、耐蝕防爆抗震等特點(diǎn)。3.2 輸出部分系統(tǒng)的進(jìn)料、出料部分由 PLC 發(fā)出指令，控制電磁閥完成。產(chǎn)品分兩種規(guī)格，因此一共需要三個(gè)電磁閥。電磁閥安裝在分揀機(jī)的進(jìn)料、出料口，因此電磁閥的遠(yuǎn)距離控制，需要三個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)。下面是電磁閥輸出的線路圖：櫻桃番茄的重量一般為 10g-20g，因此流量 Cv : 0.18 即可滿足需要。選用MAC 公司的 MAC 35A ACA DDAA-1BA 型號(hào)電磁閥，三個(gè)。MAC 閥門公司是北美最大的電磁閥生產(chǎn)廠，專業(yè)生產(chǎn)氣動(dòng)電磁閥。MAC 電磁閥因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及卓越的性能品質(zhì)，在北美有 26%的市場(chǎng)占有率。 　　 MAC 的電磁閥結(jié)合了閥門高速運(yùn)動(dòng)所需的所有設(shè)計(jì)理念及 60 年的閥門制造經(jīng)驗(yàn),公司將閥門的性能發(fā)揮到極限,可以滿足任何速度及精確度上的嚴(yán)格要求,是在高速、精確的應(yīng)用中唯一的選擇,最重要的是原廠 18 個(gè)月不限次數(shù)品質(zhì)保證，壽命特長(zhǎng)，價(jià)格合理。其主要特點(diǎn)：　 1，平衡式閥門設(shè)計(jì)，反應(yīng)時(shí)間不受壓力變化影響；　 2，閥芯防卡死保護(hù)設(shè)計(jì)，避免電線圈燒毀；　 3，電線圈吸力大，確保動(dòng)作快速，精確，每分鐘精確作動(dòng)速度最高可達(dá) 14000 次以上?！?4，自動(dòng)補(bǔ)償磨損，增長(zhǎng)閥門的使用壽命；　 5，電線圈與空氣隔離，增長(zhǎng)線圈的壽命。電磁閥工作電壓 220V，電流 10A 左右，因此選用美格爾公司的 JGX-1 DD220D10 型號(hào)直流控直流繼電器。3.3 控制面板系統(tǒng)共設(shè)置總行、送料、輸送、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換四個(gè)控制按鈕。14下圖為這些控制按鈕的信號(hào)輸入圖：3.3.1 輸送、排隊(duì)繼電器輸送電機(jī)為三相交流電機(jī)，并且考慮到該電機(jī)功率要求，所需負(fù)載電壓為24V，負(fù)載電流為 40A。選用樂清市美格爾電子電器公司生產(chǎn)的 JGX-3 380D40三相交流固態(tài)繼電器。排隊(duì)電機(jī)為單相電機(jī)，所需控制繼電器的負(fù)載電壓為 24V,負(fù)載電流為10A，因此選用美格爾公司的 JGX-1 D4810 交流固態(tài)繼電器。美格爾公司該系列的繼電器，不僅能夠良好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求，擁有較高的質(zhì)量，并且方便繼電器的維護(hù)等。3.3.2 按鈕開關(guān)設(shè)計(jì)系統(tǒng)供電電壓為 220，電流 10A 左右，選用江陰長(zhǎng)江電器公司的 LA38-11 型號(hào)開關(guān)。該開關(guān)適 用 于 交 流 50Hz（ 或 60Hz） ， 電 壓 380V 及 以 下 ， 直 流 電 壓220V 及 以 下 的 電 磁 起 動(dòng) 器 、 接 觸 器 、 繼 電 器 及 其 它 電 氣 線 路 中 作 遙 遠(yuǎn) 控制 之 用 ； 其 中 帶 燈 式 按 鈕 （ LED 發(fā) 光 ） 還 適 用 于 需 要 燈 光 信 號(hào) 指 示 的 場(chǎng)合 。其 技 術(shù) 指 標(biāo) 為 ：● 帶 燈 鈕 （ LED） 發(fā) 光 壽 命 ： 30000h● 信 號(hào) 燈 額 定 工 作 電 壓 ：AC、 DC： 24V、 220V● 顏 色 ： 紅 、 綠 、 黃 、 白 、 藍(lán) 、 黑 （ 選 紅 色 ）15● 相 比 漏 電 起 痕 指 數(shù) CTI≥ 100,阻 燃● 壽 命 指 標(biāo) ：按 鈕 ： 機(jī) 械 壽 命 ： 100×104 次 　 電 壽 命 ： 50×104 次旋 鈕 ： 機(jī) 械 壽 命 ： 20×104 次 　 電 壽 命 ： 10×104 次電 壽 命 ： 10×104 次 ● 絕 緣 電 阻 ≥ 50MΩ● 接 觸 電 阻 ≤ 50mΩ3.3.3 信號(hào)燈選擇江陰長(zhǎng)江電器公司的 AD11-22/21（AC/DC24V）信號(hào)燈，該信號(hào)燈適用 于 電 訊 、 電 器 等 設(shè) 備 的 線 路 中 作 指 示 信 號(hào) 、 預(yù) 告 信 號(hào) 、 事 故 信 號(hào) 及 其 它指 示 用 信 號(hào) ， 它 采 用 LED 作 光 源 ， 具 有 壽 命 長(zhǎng) 、 可 靠 性 高 、 耐 振 動(dòng) 等 優(yōu)點(diǎn) ， 是 原 鎢 絲 和 氖 泡 信 號(hào) 燈 的 最 佳 更 新 換 代 產(chǎn) 品 。其 性 能 指 標(biāo) 為 ：●連 續(xù) 工 作 壽 命 ≥30000h ●光 亮 度 ： 40～ 60cd/m2●允 許 瞬 間 電 壓 波 動(dòng) ±20%（ 110V 以 上 ）；●相 比 漏 電 起 痕 指 數(shù) CTI≥100， 阻燃交 流 頻 率 50Hz ●工 頻 耐 壓 ： 2.5kV●發(fā) 光 顏 色 ： 紅 、 綠 、 黃 、 白 、 藍(lán) ●絕 緣 電 阻 ： Ui≤60V 為 5MΩ60V＜ Ui≤660V 為50MΩ4、系統(tǒng) PLC 選擇用 PLC 進(jìn)行控制，外圍設(shè)備少，占地空間小，是實(shí)現(xiàn)集控的良好設(shè)備。4.1PLC 簡(jiǎn)介 4.1.1PLC 的起源與發(fā)展在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐?，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)這 4 個(gè)部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關(guān)，限位開關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對(duì)象，如電動(dòng)機(jī)，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導(dǎo)線將各個(gè)分立的繼電器，電子元器件連接起來對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是指被控制的對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)16等）或生產(chǎn)過程。美國(guó)通用汽車公司（GM）于 1968 年提出了公開招標(biāo)研制新型的工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，即 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器。在這一時(shí)期，可編程序控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等順序控制功能。所以人們將可編程序控制器稱之為 PLC（Programmable Logical Controller） ，即可編程序邏輯控制器：20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點(diǎn)運(yùn)算，函數(shù)運(yùn)算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。以 16 位和 32 位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計(jì)上，性能價(jià)格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆?jì)數(shù)，中斷技術(shù)，PID 控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強(qiáng)，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定了 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)，并給出了它的定義?！翱删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等才操作，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。 ”綜上所述，PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，靈活通用，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認(rèn)和好評(píng)。他經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機(jī)器人和 CAD/CAM）之一，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械，冶金，化工交通，電力等領(lǐng)域中。4.1.2 PLC 控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1　PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較plc 與繼電器控制系統(tǒng)比較表比較項(xiàng)目 繼電器控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn) 由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能各種控制功能是通過編制的程序來實(shí)現(xiàn)的對(duì)生產(chǎn)工藝過程變更的適應(yīng)性適應(yīng)性差。需要重新設(shè)計(jì)，改變繼電器和接線適應(yīng)性強(qiáng)，只需對(duì)程序進(jìn)行修改17控制速度 低。靠機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn) 極快?？课⑻幚砥鬟M(jìn)行處理計(jì)數(shù)及其他特殊功能一般沒有 有安裝，施工 連線多，施工繁 安裝容易，施工方便可靠性 差，觸點(diǎn)多，故障多 高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施壽命 短 長(zhǎng)可擴(kuò)展性 困難 容易維護(hù) 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護(hù)工作量小結(jié)論：由于 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被 PLC 控制系統(tǒng)所代替是大勢(shì)所趨。2　PLC 控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，有人曾試圖用小型計(jì)算機(jī)來取代當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)果未獲成功，代只的卻是 PLC 的出現(xiàn)。通過計(jì)算機(jī)與 PLC 本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結(jié)果比較見下表。PLC 與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較表比較項(xiàng)目 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)工作目的 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動(dòng)控制工作環(huán)境 對(duì)工作環(huán)境要求比較高 對(duì)環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件 需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)的軟件一般只需要簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護(hù)等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修編程語言 匯編語言，高級(jí)語言 梯形圖，助記符語言，SFC 標(biāo)準(zhǔn)化語言對(duì)操縱人員的要求需專門培訓(xùn)，并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一般技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用對(duì)內(nèi)存的要求容量大 容量小價(jià)格 價(jià)格高 價(jià)格較低18其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計(jì)機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)自動(dòng)化工程中采用 PLC 可靠，方便，易于維護(hù)。進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，采用微處理器的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了。它與 PLC共同推動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間是實(shí)踐，人們又發(fā)現(xiàn)，PLC 與一般的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，PLC 還是有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其原因是 PLC 專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在 PLC 中采用了如下的硬件和軟件措施：? 錯(cuò)誤！未找到引用源。 光電耦合隔離和 R-C 濾波器，有效地防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入。? 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。? 采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。? 具有良好的自診斷功能可對(duì) CPU 等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。? 對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)有電池供電進(jìn)行后備，一旦斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。? 對(duì)采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和簡(jiǎn)化，排除了因器件問題而造成的故障。? 采用了冗余技術(shù)進(jìn)行一步增強(qiáng)了可靠性。對(duì)某些大型 PLC 還采用了雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)。隨著構(gòu)成 PLC 的元器件性能的提高，PLC 的可靠性也在相應(yīng)的提高。一般PLC 的平均無故障時(shí)間可達(dá)到幾萬小時(shí)以上。某些 PLC 的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn) PLC 不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì) PCL 來講這一指標(biāo)已毫無意義了。經(jīng)過大量時(shí)間人們發(fā)現(xiàn) PLC 系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是是由于 PLC 的外部開關(guān)，傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是 PLC 本身發(fā)生的。另外，PLC 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂易維護(hù)，更適合于工程技術(shù)人員。因此，PLC 在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計(jì)算機(jī)在信息處理方面還是優(yōu)于 PLC，所以在一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來，PLC 做下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)在控制，計(jì)算機(jī)做上位機(jī)信息處理。計(jì)算機(jī)與 PLC 之間通過通信線路實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和交換。這樣相輔相成，構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的完整的控制系統(tǒng)。4.1.3PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成19PLC 控制系統(tǒng)的硬件是由 PLC，輸入/輸出（I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對(duì)構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡(jiǎn)要介紹。PLC 系統(tǒng)（1）主控模塊CPU：CPU 是 PLC 的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。PLC 在 CPU 的控制下使整個(gè)機(jī)器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的控制。CPU 的具體作用如下：執(zhí)行接受，存儲(chǔ)用戶程序的操作指令。用以掃描方式來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請(qǐng)求。存儲(chǔ)器：PLC 系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：采用 PROM 或 EPROM 芯片存儲(chǔ)器。它是由生產(chǎn)廠家直接存放的，永久存儲(chǔ)的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和 PLC 的硬件組成與專用部件的特性有關(guān)，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲(chǔ)器的程序。存儲(chǔ)器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是 PLC 運(yùn)行過程中經(jīng)常變化的，需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長(zhǎng)久保存，因此采用隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置和當(dāng)前數(shù)值的數(shù)據(jù)。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程器或計(jì)算機(jī)輸入的應(yīng)用程序。一般采用 EPROM 或 EEPROM 存儲(chǔ)器，用戶可檫寫重新編程。用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般就代表 PLC 的標(biāo)稱容量。通常，小型機(jī)小于 8KB，中型機(jī)小于 50KB，而大型機(jī)可以在 50KB 以上。通信接口：主控模塊通常有一個(gè)或一個(gè)以上的通信接口（簡(jiǎn)稱通信口） ，用以與計(jì)算機(jī)，編程器相連，實(shí)現(xiàn)編程，調(diào)試，運(yùn)行，監(jiān)視等功能。（2）輸入/輸出模塊 PLC 的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 模塊實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的 I/O 模塊作為 CPU 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開發(fā)出各種型號(hào)的模塊供用戶選擇。對(duì)于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開關(guān)20量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流新號(hào)輸入/輸出模塊，220V 交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶 CPU，存儲(chǔ)器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨(dú)立完成各種運(yùn)算。智能模塊的種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊，PID 調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲(chǔ)模塊和智能 I/O 模塊。（3）電源模塊該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供 CPU 存儲(chǔ)器所需的直流電源，是整個(gè) PLC 系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到 PLC 的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC 采用高質(zhì)量的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC 的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供 24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。I/O 電路PLC 的基本功能就是控制，它采集被控對(duì)象的各種信號(hào)。經(jīng)過 PLC 處理后，通過執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對(duì)象（需要進(jìn)行控制的機(jī)器，設(shè)備和生產(chǎn)過程）進(jìn)行檢測(cè)，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺(tái)上的按鈕，開關(guān)等也可以向 PLC 送控制指令。輸出電路的功能就是接受 PLC 輸出的控制信號(hào)，對(duì)被孔對(duì)象執(zhí)行控制任務(wù)。4.1.4PLC 控制系統(tǒng)的軟件組成PLC 控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個(gè)部分組成。PLC 系統(tǒng)軟件與工作過程PLC 系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC 對(duì)用戶程序進(jìn)行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開始新的一輪掃描。PLC 的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描?，F(xiàn)以 OMRONP 型機(jī)為例來說明 PLC 掃描的工作過程：如下圖在沒有掃描之前，PLC 首先應(yīng)保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性，進(jìn)行清零或復(fù)位處理，檢查 I/O 單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時(shí)間不超過規(guī)定的時(shí)間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描用戶程序。21公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報(bào)警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；對(duì)于嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí) PLC 切斷一切輸出。上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描用戶程序。數(shù)據(jù)輸入/輸出操作有的稱為 I/O 狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號(hào)（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。PLC 數(shù)據(jù) I/O 示意圖如下：22? 輸入映象存儲(chǔ)器及刷新。由上圖所示可知送入 PLC 端子上的輸入信號(hào)，經(jīng)過電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進(jìn)入緩沖器內(nèi) CPU 的采樣。 。在 PLC 的存儲(chǔ)器有一個(gè)專門存放 I/O 數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲(chǔ)器。當(dāng) CPU 采樣時(shí)，輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。只有在采樣刷新的時(shí)刻，輸入映象存儲(chǔ)器中的內(nèi)容才與輸入信號(hào)（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時(shí)間范圍輸入信號(hào)變化是不會(huì)影響映象存儲(chǔ)器的內(nèi)容的。由于 PLC 掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時(shí)間很短，對(duì)一般開關(guān)量來說，可以認(rèn)為沒有因間斷采樣引起的誤差。即認(rèn)為輸入信號(hào)一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映象的存儲(chǔ)器內(nèi)。? 輸出映象存儲(chǔ)器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，CPU 不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。按用戶程序要求及當(dāng)前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對(duì)于變化較慢的控制過程來說，因?yàn)閮纱嗡⑿碌臅r(shí)間間隔和輸出電路的慣性時(shí)間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認(rèn)為輸出信號(hào)是及時(shí)的。應(yīng)用軟件PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成 PLC 實(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高，PLC 應(yīng)用軟件也大大豐富起來了。PLC 應(yīng)用軟件與一般計(jì)算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同，PLC 應(yīng)用軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)：? 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。? 應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計(jì)人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序23設(shè)計(jì)。? PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。特別是 PLC 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，PLC 控制系統(tǒng)不再是一個(gè)單獨(dú)的裝置。編程語言及編程支持工具軟件PLC 有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級(jí)語言（Basic，C 語言等） 。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言?，F(xiàn)在世界上各個(gè) PLC 生產(chǎn)廠家都研制了自己的 PLC 編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。4.2PLC 選擇根據(jù)分揀機(jī)功能要求，并考慮到成本等，整體集中式小型的 PLC 就可以滿足系統(tǒng)使用要求。因此選用西門子 S7-200 型號(hào)的 PLC，CPU224.該 PLC 適 用 于 各 行 各 業(yè) ， 各 種 場(chǎng) 合 中 的 檢 測(cè) 、 監(jiān) 測(cè) 及 控 制 的 自 動(dòng) 化 。 S7-200 系 列 的 強(qiáng) 大 功 能 使 其 無 論 在 獨(dú) 立 運(yùn) 行 中 ， 或 相 連 成 網(wǎng) 絡(luò) 皆 能 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 控制 功 能 。 因 此 S7-200 系 列 具 有 極 高 的 性 能 /價(jià) 格 比 。S7-200 系 列 出 色 表 現(xiàn) 在 以 下 幾 個(gè) 方 面 ： --------* 極 高 的 可 靠 性 --------* 極 豐 富 的 指 令 集 --------* 易 于 掌 握 --------* 便 捷 的 操 作 --------* 豐 富 的 內(nèi) 置 集 成 功 能 --------* 實(shí) 時(shí) 特 性 --------* 強(qiáng) 勁 的 通 訊 能 力 --------* 豐 富 的 擴(kuò) 展 模 塊CPU224 集 成 14 輸 入 /10 輸 出 共 24 個(gè) 數(shù) 字 量 I/O 點(diǎn) 。 可 連 接 7 個(gè) 擴(kuò) 展 模塊 。 6K 字 節(jié) 程 序 和 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 空 間 。 4 個(gè) 獨(dú) 立 的 30kHz 高 速 計(jì) 數(shù) 器 ， 2 路 獨(dú)立 的 20kHz 高 速 脈 沖 輸 出 。 1 個(gè) RS485 通 訊 /編 程 口 ， 具 有 PPI 通 訊 協(xié) 議 、MPI 通 訊 協(xié) 議 和 自 由 方 式 通 訊 能 力 。 非 常 適 合 于 小 點(diǎn) 數(shù) 控 制 的 微 型 控 制 器 。以下為該 PLC 的性能參數(shù)：存 儲(chǔ) 器 用戶存儲(chǔ)器類型：EEPROM 程序：4096 字用戶數(shù)據(jù)：2560 字本機(jī) I/O 14 入 10 出，并有 7 個(gè)擴(kuò)展模塊。通 訊 通訊口數(shù)量：1（RS-485）24支持協(xié)議： 0 號(hào)口：PPI,DP/T，自由口5、總結(jié)經(jīng)過兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)、研究，以及在劉老師的悉心指導(dǎo)下，終于完成了本論文。在這里，首先要感謝劉老師，對(duì)于我的設(shè)計(jì)，劉老師不論是在總體方向還是具體的實(shí)施方面都給予了很大的幫助，并且在論文后期幫助我不斷改善。正是在劉老師的耐心指導(dǎo)下，本論文才可以如此順利的完成。本自動(dòng)分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)了高可靠高效率的設(shè)計(jì)要求，并且具有一定的代表性，完全可以把本控制系統(tǒng)應(yīng)用于其他的自動(dòng)分揀系統(tǒng)中。這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的全體老師表示由衷的謝意。感謝你們四年來的辛勤栽培。256、參考文獻(xiàn)1．陳立定，吳玉香，蘇開才編．電氣控制與可編程控制器．華南理工大學(xué) 出版社．200l 2．西門子公司.SIMATICs7—200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè) .20003．西門子自動(dòng)化設(shè)備公司. 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