SoftLink自动气动分拣线机械回路及控制系统设计

XXXX 大学毕业设计（论文）基于 SoftLink 全自动气动分拣线机械回路及控制系统设计摘要随着工业 4.0 的到来以及工业自动化的发展与普及，生产效率是每个企业致胜的关键。而人工在繁杂重复的物料分拣中越来越满足不了企业和社会的需求，并且伴随着人力资源的匮乏以及价格的昂贵，企业更是负担不起。为了解决这一矛盾，协调好人、机器和物料这三者之间的关系，即用最少的人力控制机器来完成对物料高效且精准的分拣。全自动气动分拣流水线便应运而生。本文主要讲述了 SoftLink 产品（PLC）控制的全自动气动分拣流水线的设计。分拣线的硬件部分采用三坐标机械手以及回转机械手可以实现多工位、多流程的功能；采用气动做为动力系统，具有价格低廉、安全、清洁、环保的优点，使用电磁换向阀和气缸完成动作的实现；控制系统为 SoftLink 产品，采用此系统配合传感器使流水线具有高程度自动化、高精度、运行稳定、易于控制的特点；采用SoftPro 软件进行编程，程序采用 ST、梯形图语言。以上每一部分均在本文中有详细的介绍。此流水线采用传感技术，多工位同时运行实现了全自动、高准确度、高效率的功能。关键词：机械设计，SoftLink，传感器，气动XXXX 大学毕业设计（论文）BASEDONTHE SOFTLINKAUTOMATICPNEUMATICSORTINGLINEDESIGNABSTRACTWith the arrival of the 4.0 industry and the development of industrial automation and popularization, the production efficiency is the key to each enterprisewins.Materials and artificial in repetitive sorting in more and more cant satisfy the needs of enterprises and society, and accompanied by the lack of human resources and the price is expensive, enterprise also cant afford it.In order to solve this contradiction, to coordinate the good relationship between these three, machine and material, which USES the least amount of human control of machine to complete the sorting to the efficient and accurate of materials.Automatic pneumatic sorting line was born.This article mainly tells the SoftLink products (PLC) control of the design of the automatic pneumatic sorting line.Sorting line hardware part adopts three coordinates of the manipulators and rotary manipulator can realize the function of the transfer, process;Adopt pneumatic as a dynamic system, with the advantages of low cost, safe, clean,environmental protection, make the action of usingelectromagnetic directional valve and cylinder;Control system for the SoftLink products, adopt the system with a sensor assembly line with a high degree of automation, high precision, stable running, easy to control the characteristics of;Using SoftPro software programming, the program using ST, ladder diagram language. KEY WORDS：Mechanical design, SoftLink, sensor, pneumatic目 录前 言 .1XXXX 大学毕业设计（论文）第 1 章 机械设计 .21.1 动作分析 .21.2 送料机构设计 .41.2.1 直线送料机构 .41.2.2 二坐标送料机构 .41.2.3 回转气功 .41.2.4 直线送料机构 .41.2.5 三坐标机械手 .4第 2 章 传感器的选择 .52.1 磁性开关的选择 .52.2 光电传感器的选择 .52.3 数字光纤（颜色）传感器的选择 .62.4 数字量输入针对不同开关接线方法 .62.4.1 干触点/通断开关接线方法图 .62.4.2 三线制数字量感应开关 PNP 型和 NPN 型 .7第 3 章 电控系统设计 .93.1 控制器的选型 .93.1.1 方案 .93.1.2 比较与选型 .103.2SOFTLINK IDEABOX mini 控制器简介 .10 3.2.1SOFTLINK IDEABOX mini 控制器 .103.2.2Softlink CANopen 现场总线远程 I/O .113.3I/O 定义 .123.4 电控元件 .123.5 电路图 .13第 4 章 气动系统设计 .14XXXX 大学毕业设计（论文）4.1 气缸的选择 .144.1.1 气爪的选型 .144.1.2 双活塞杆气缸的选型 .154.1.3 回转气缸的选型 .174.2 气动元件 .194.35 通先导式电磁阀 .204.4 气路图 .20第 5 章 SoftPro 软件系统的认识 .225.1 SOFTPRO 编程软件 .225.2 Softpro 运行于 Windows CE/QNX 多种操作环境 .225.3 编程语言 .225.4 自由且丰富的 HMI 组态界面 .235.5 支持远程维护和访问 .235.6 强大的运动控制功能 .23第 6 章 程序编写与简介 .246.1 程序简介 .246.2 程序 .246.3 程序调试 .246.3.1 软件 PLC 配置 .246.3.2 程序的编写与调试 .25结 论 .27参考文献 .28致 谢 .29附 录一 .30附 录二 .33附 录三 .34XXXX 大学毕业设计（论文）1前言随着工业 4.0 的到来，现代工业生产中自动化、机械化已经成为企业的重要支柱，无人生产线、无人车间已经随处可见。在科技和经济飞速发展的现代，企业对高生产效率、高精准度的要求以及对生产环境多样化的需求使得人工在某些部分无法完成，尤其是在分拣系统中，恶略的环境随处可见，如有害气体、高温、放射性。所以自动化在物料分拣系统中已经企业的最佳选择。自动分拣系统是在二战后发达国家的物流分拣中心兴起，到现在为止已经成为企业工业生产中必不可少的环节。全自动分拣线能连续的，批量的分拣不同颜色的球体，分拣错误率极低，并且全过程实现无人化。自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等得限制，可以连续的运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工系统无法比拟的。它适用于：烟草、邮政、医药、物流配送中心、连锁超市、百货商场制造工业等。自动化分拣系统为工业生产以及物流中心大大提高了效率，这种自动分拣系统正是先进配送中心所必需的设施条件之一。如果再配备立体车库，则整个自动化系统一定会更加完美。本设计主要以不同颜色的的球料为分拣对象，以 PLC 为主控制系统，以气动做为动力源，机械部分采用气缸驱动，包含分拣系统中最为主流、常见的功能流程，本设计实现了高效率，高准确度的全自动分拣。本文主要介绍了机械部分的设计与计算，电控系统中 PLC、传感器的介绍以及选型以及电控元件之间的重要部分连线，气动部分的元件以及气缸选型，软件部分的介绍以及程序的编写与调试。由于本人水平有限，论文编写处多有不当，期待老师的批评指正。第 1 章 机械设计XXXX 大学毕业设计（论文）2 1.1 动作分析动作一：由标准型气缸组成实现推杆的推升动作，把小球推出物料篮。动作二：由滑台气缸、双导杆气缸、气动手指完成气动机械手将球带到指定位置并由传感器检测是否到位。动作三：由导杆气缸、强力气动手指、回转摆动缸完成气动机械手抓取小球顺时针转动 90后放下小球，小球沿轨道自行滚动到指定位置，在轨道的始端有传感器检测小球是否到位。动作四：水平移动的挡片在一标准气缸的支配下控制球门的开启，使小球从滑道一掉落到回转工作台的前置轨道，每次只允许一个小球通过。动作五：由标准气缸支配的推动杆将小球推动到回转工作台上。动作六：回转工作台在气动分度盘的带动下转过一定角度，被推动到回转工作台球在出口落下并沿轨道滚动到摆动夹紧缸下。动作七：在摆动夹紧缸和气动吸盘的带动下，小球逆时针转过 90进入轨道四，颜色识别器对不同颜色的小球进行识别。动作八：小球在一个滑台气缸、两个双杆气缸、吸盘的带动下根据颜色的不同被送往轨道五和六，小球自行滚动到轨道末端，每个轨道都有传感器检测小球是否到位。动作九：由一个滑台气缸、两个双杆气缸、一个气动吸盘组成的三坐标机械手将小球送往起始位置物料篮。 XXXX 大学毕业设计（论文）3图 1.1 动作流程图图 1.2 动作流程图动作二动作三动作六动作七动作八动作九动作一动作五动作四XXXX 大学毕业设计（论文）4 1.2 送料机构设计1.2.1 直线送料机构直线送料机构主要完成竖直（Z 轴）方向的送料，由标准型气缸驱动，送料棒完成，应用于动作一和动作五。1.2.2 二坐标送料机构二坐标送料机构主要完成竖直（Z 轴）方向对于球料的夹取以及水平（Y 轴）方向的送料，由滑台气缸、双缸气缸、双指气动手指、连接部件以及型材组成，应用于动作二。1.2.3 回转送料机构回转气缸主要完成球料水平方向 X、Y 轴之间的转换，回转气缸包括回转摆动气缸和回转夹紧气缸。回转摆动气缸与有两个带导杆气缸和一个三指气动手指组成的二坐标机械手完成对球料的传送，用于动作三。回转夹紧气缸用于动作七。1.2.4 回转工作台回转工作台主要完成对球料的储存以及运送，回转工作台为八工位，内部结构为气缸驱动齿条，齿条带动齿轮转动。用于动作六，在工业生产中可以用于产品的打标，质量检查等工序。1.2.5 三坐标机械手三坐标机械手主要完成球料在三维空间中的传送运输。三坐标机械手分为两种：一种由带导轨滑台气缸两个带导杆气缸组成，用于动作八；另一种由磁耦气缸、带导杆气缸、双缸气缸组成，用于动作九。XXXX 大学毕业设计（论文）5第 2 章 传感器的选择2.1 磁性开关的选择本流水线设计动作的执行全部由气缸实现，并且每个动作都需要有精准的位置，因此需要对气缸的行程进行定位。由于磁性开关具有易于安装，并且可以和气缸很好的融为一体，所以选择磁性开关对气缸的行程进行定位，从而实现精准的动作控制。由于气缸形状、类型的不同所以需要选择不同类型的磁性开关。本设计中总共用到了 TA、TD、TE、TG、TR、SH 系列的磁性开关。这 6 种类型的磁性开关均为控制行程的传感器。每个类型的传感均选用常开型，此外每个类型的传感器均分为两线式和三线式，其中三线式分为 NPN、PNP 型。因为两线型便可以完成功能，所以每个类型的磁性开关均选用两线式常开型。其工作原理为当气缸的活塞运动到磁性开关的位置时，活塞上的磁性会吸合磁性开关，磁性开关的一端连接 24V 电源正极，另一端连接 PLC 的扩张 IO，所以当磁性开关吸合时就会发送一个高电平给 PLC，使 PLC 接收到信号。2.2 光电传感器的选择本流水线在运行时需要检测球料运动是否到位，用于检测目标产品是否到位的传感器一般选用光电传感器和接近传感器，而接近传感器只能用于检测金属器件，本流水线的球料为非金属的，所以选用光电传感器。光电传感器为三线，分为PNP、NPN、常开、常闭型。PNP 常开型输出的是高电平，NPN 常开型输出的是低电平。因为控制器为高电平有效，所以应选择 PNP 常开型。如果选用 NPN 常开型也可以通过中间继电器转换与 PLC 连接。由于检测距离比较近，大概为 200mm,所以选择扩散反射短距离式，检测距离为 300mm，光源为红色 LED 灯，为集电极开路输出，电压为 24V，最大 100mA。XXXX 大学毕业设计（论文）62.3 数字光纤（颜色）传感器的选择光纤传感器将来自光源的光信号通过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调至的信号源，再经过光纤送入光探测器，经调解后，获得被测参数。与光电传感器类似，光纤传感器也采用 PNP 常开类型。本流水线主要实现红色球料和黑色球料的检测分拣，选用的传感器为电缆型1 路输入