材料分拣技师论文.docx
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材料分拣技师论文
国家职业资格全国统一鉴定
维修电工(职业名称)论文
(国家职业资格Ⅱ级)
论文题目:
材料分拣模型设计
姓名:
某某某
身份证号:
30000000000000000
准考证号:
所在省市:
安徽省芜湖市
所在单位:
浙江天煌实业有限公司
材料分拣模型设计
某某
浙江天煌实业有限公司
摘要:
本文讨论的材料分拣控制系统,完成了材料自动分拣系统的所有基本工作。
它使用了PLC、传感器、位置控制、电气传动和气动等技术,可以实现不同材料的自动分拣和归类功能,并可配置监控软件由上位计算机监控。
材料自动分拣系统能连续、大批量地分拣货物,不受气候、时间、人的体力等的限制,可以连续运行,同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多,因此自动分拣系统可以弥补人力分拣在重复分拣方面的低效率工作,而且分拣误差率极低,自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小,这又取决于分拣信息的输入机制,如果采用人工键盘或语音识别方式输入,则误差率在3%以上,如采用传感器信息输入,除非物料本身的特征有差错,否则不会出错。
因此,本设计使用传感器甄别物料外部特征作为信息输入机制,以最大限度的降低分拣误差。
人员的使用上也仅局限于在上位机上对整个控制系统进行监控和针对不同生产要求修改系统控制流程,基本做到无人化生产。
本论文阐述了利用气动、传感器和位置控制等技术,并运用梯形图编程,实现对铁块、铝块、黄色塑料块及其它颜色非金属材料块共四种材料的自动分拣.该系统的通用性极强,可靠性好,程序开发简单,可适应进行材料分拣生产线的需求。
文中主要介绍了系统的硬件及软件设计。
概述
该实训模型是一种最为典型的实训模型,是为职业院校、职业教育培训机构而研制的,它适合PLC、变频器、机电一体化、自动化等相关专业的教学和培训。
该装置由光电传感器、电感传感器、电容传感器、磁性传感器、二位五通带手控开关的单控电磁阀、笔型气缸、减压阀、三相交流减速电机、皮带、安装支架、端子排组成。
系统采用PLC控制技术实现物料的输送、分拣功能,模拟工业自动生产线中的供料、检测、输送、分拣过程。
设备从选材、工艺、流程、结构、控制等各方面都从实际工业现场出发,考虑工学结合要求,有机融合了机械、电气、气动、传感器、交流电机变频调速、PLC控制等多种技术,能开展任务驱动的项目教学法。
整体结构采用开放式和拆装式,具有明显的动手拆装实训功能,可以拆装到各零部件及每颗细小的螺丝,能很好的服务于项目实训教学
关键词:
可编程控制器,分拣装置,控制系统,传感器
一材料分拣装置结构及总体设计
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容,是实际工业现场生产设备的微缩模型。
本章主要介绍分拣装置的工艺过程及控制要求。
要想进行PLC控制系统的设计,首先必须对控制对象进行调查,搞清楚控制对象的工艺过程、工作特点,明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条件。
一)材料分拣装置工作过程概述
如图1所示为本分拣装置的结构示意图。
图1-1材料分拣装置结构示意图
图1材料分拣装置结构示意图
该模型由光电传感器、电感传感器、电容传感器、磁性传感器、二位五通带手控开关的单控电磁阀、笔型气缸、减压阀、三相交流减速电机、皮带、安装支架、端子排组成。
主要完成物料的检测、输送、分拣功能。
系统上电后,可编程序控制器首先控制启动输送带,光电传感器检测料槽有无物料,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,光电传感器输出信号给PLC,PLC控制输送带继续运转,物料传感器为电感传感器,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动作选出该物料完成分拣任务。
二)系统的技术指标
输入电压:
AC200~240V(带保护地三芯插座)
消耗功率:
250W
环境温度范围:
-5~40℃
气源:
大于0.2MPa切小于0.85Mpa
三)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。
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
(2)分拣出非金属
(3)变频器的使用
(4)变频器参数使用
(5)变频器端子使用
(6)面板使用
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。
(1)有物料时,光电传感器检测到物料
(2)电机运行,带动传输带传送物体向前运行
(3)当电感传感器检测到铁物料时,推汽缸1动作
(4)当电容传感器检测到铝物料时,推汽缸2动作
二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
一)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。
1确定I/O点数
根据控制要求,输入应该有2个开关信号,3个传感器信号,包括电感传感器、电容传感器、光电传感器。
相应地,有2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4个信号。
输出包括控制电动机运行的接触器,以及2个控制汽缸动作的电磁阀。
共需I/O点10个,其中7个输入,3个输出。
2PLC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S7-200系列CPU226型PLC。
它有24个输入点,16个输出点,满足本系统的要求。
二)变频器选择
本系统采用了西门子M420系列的小型变频器驱动交流电机运转,它可以有效地通过可触类旁通掌握其它厂家的变频器的使用方法与技能。
了解变频器的结构、安装及接线的基本知识,进而学会使用变频器的基本技能,包括参数设定和操作方法,控制回路接线端子的设置,接线及智能化功能,功能参数的设置,变频器的维护等进行实际操作培训。
三)PLC输入输出接线端子图
图2PLC输入输出接线端子图
四)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电感传感器。
接线图如图3,原理图如图4。
图3M18X1X40DC二线常开式电感传感器接线图
图4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:
①无活动触点、可靠度高、寿命长;②分辨率高;③灵敏度高;④线性度高、重复性好;⑤测量范围宽(测量范围大时分辨率低);⑥无输入时有零位输出电压,引起测量误差;⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;⑧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。
1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4,原理图如图5。
图5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1~5μm数量级;而有一种电容测微仪,他的分辨率为0.01μm,比前者提高了两个数量级,最大量程为100±5μm,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光电传感器
光电传感器是一种小型电子设备,它可以检测出其接收到的光强的变化。
用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备,发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。
在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。
这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。
本系统选用FPG系列小型放大器内藏型光电传感器。
原理如图6所示,其中负载可接至PLC。
图6FPG光电传感器原理图
光电传感器介绍:
光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。
光电传感器采用光电元件作为检测元件,首先把被测量的变化转变为信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。
光电传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。
它可用于检测直接引起光强变化的非电量,也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多。
传感器的结构简单,形式灵活多样,体积小。
近年来,随着光电技术的发展,光电式传感器已成为系列产品,其品种及产量日益增加,用户可根据需要选用各种规格的产品,它在机电控制、计算机
国防科技等方面的应用都非常广泛。
五)M420参数设置
序号
参数代号
设置值
说明
1
P0010
30
调出出厂设置参数
2
P0970
1
恢复出厂值
3
P0003
3
参数访问级
4
P0004
0
参数过滤器
5
P0010
1
快速调试
6
P0100
0
工频选择
7
P0304
380
电动机的额定电压
8
P0305
0.17
电动机的额定电流
9
P0307
0.03
电动机的额定功率
10
P0310
50
电动机的额定频率
11
P0311
1500
电动机的额定速度
12
P0700
2
选择命令源(外部端子控制)
13
P1000
1
选择频率设定值
14
P1080
0
电动机最小频率
15
P1082
50.00
电动机最大频率
16
P1120
1.00
斜坡上升时间
17
P1121
0.5
斜坡下降时间
18
P3900
1
结束快速调试
19
P0003
3
检查P0003是否为3
20
P1040
30
频率设定
表1
六)控制系统程序设计
下面对所编写梯形图作简要的介绍:
以上为主程序,首先I2.0启动后,M0.1得电并自锁,为之后电动机得电做好准备,I2.1为停止按钮。
当PLC处于RUN模式时,SM0.1通电一个周期,Q0.0复位清零,并调用子程序。
三控制系统的调试
在PLC软硬件设计完成后,应进行调试工作。
因为在程序设计过程中,难免会有疏漏的地方,因此在将PLC连接到现场设备之前,必需进行软件测试,以排除程序中的错误,同时也为整体调试打好基础,缩短整体调试的周期。
另外,一些硬件如传感器等,在使用前,也需事先调试好。
一)软件调试
将所编写的梯形图程序进行编译,通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。
刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。
为了及时发现和消除程序中的错误,减少系统现场调试的工作量,确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应,需要进行离线测试,既不将PLC的输出接到设备上。
按照控制要求在指定输入端输入信号,观察输出指示灯的状态,若输出不符合要求,则查找原因,并排除之。
二)硬件调试
1.电感传感器的调试
在电感传感器下方的传送带上,放置铁质料块,调整传感器上两螺母,使传感器上下移动,恰好使传感器上端指示灯发光,该高度即为传感器对铁质材料的检出点。
2.电容传感器的调试
在电容传感器下方的传送带上,放置铝质料块,调整传感器上两螺母,使传感器上下移动,恰好使传感器上端指示灯发光,该高度即为传感器对铝质材料的检出点。
三)整体调试
将设备接入PLC,进行联机调试,看是否满足要求,如果不满足
要求,可通过综合调整软件和硬件系统,直到满足要求为止。
结论
物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求。
本系统采用的可编程控制器,只要结合不同的传感器,比如根据材料的属性、尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器,就可对不同的物料进行分拣,具有广泛的应用前景。
参考文献
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