脐橙分级设备电控系统设计.doc

摘要随着工业的迅猛发展，自动化越来越凸显出重要性，1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词，并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程。“自动化(Automation)”是美国人D.S.Harder于1936年提出的他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。 自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。 今天看来自动化的上述概念也还不完善。把自动化的功能目标看成是用机器代替人的体力劳动或脑力劳动是比较狭窄的理解。这种理解甚至在某种程度上阻碍了自动化技术的发展，例如，有人就认为，中国人多，搞自动化没有很大的必要。亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的Q&Q:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。机械制造自动化 这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。本篇论文所要设计的就是脐橙分级，根据脐橙的大小对脐橙进行分级，如果人工分级的话，即浪费劳动力效率又底。如果采用自动化系统的话，效率就会高很多，即减少了雇佣劳动力的成本，又提高了工作效率。而且还能减小误差。关键词：自动化、自动分拣系统、PLC。自动化：（automation）机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。自动分拣系统：(Automatic sorting system) 自动分拣系统是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经广泛用于工业、农业、军事等方面。PLC：即可编程控制器（Programmable logic Controller）中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。Navel Orange classification device circuit control design.Key words: Automation、Automation classification、PLCAutomation：Machine or device in the absence of intervention by the procedures or instructions to operate automatically or under the control of the process, with the goal of steady, accurate, quick. Automation technology is widely used in industry, agriculture, military, scientific research, transportation, commercial, medical, service and family and so on. The use of automation technology can not only from the heavy manual labor, some mental work, as well as poor and dangerous working environment liberate, but also the expansion of human organ function, significantly improve productivity, enhance human understanding of the world and the ability to change the world . Therefore, the automation industry, agriculture, national defense and science and technology, an important condition for the modernization and significant signs. Modern production and development of science and technology, automation technology for the ever-increasing demands, as well as automation technology provides a necessary condition for innovation. 70s after the beginning of the complex automated system control and advanced the development of intelligent control, and widely used in national defense, scientific research and economic and other fields, to achieve a large-scale automation, such as large-scale enterprise integrated automation system, the national railway automatic scheduling system, the national power grid auto-scheduling systems, air traffic control systems, urban traffic control systems, automated command system, national economic management system. From the application of automation engineering to expand to non-engineering fields, such as medical automation, population control, economic management and automation. Automation will be a greater extent mimic human intelligence, robotics has been in industrial production, ocean development and the universe are applied in areas such as detection, expert systems in medical diagnosis, geological exploration and achieved significant results. Factory automation, office automation, home automation and agricultural automation will become an important new technological revolution and signed by the rapid development。Automation classification：Automatic sorting system in the United States after the Second World War, Japans logistics center is widely used in an automatic sorting system, which has been widely used in industry, agriculture, military and so on.PLC：（Programmable logic Controller）The Chinese called the programmable logic controller, the definition is: a digital computing operation of electronic systems, in industrial environments for applications. It uses a class of programmable memory, for its internal storage procedures, the implementation of logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as user-oriented instruction, and digital or analog input / output control of all types the machinery or the production process. PLC is programmable logic circuits, and hardware is also a very strong combination of language, in the semiconductor has a very important application, is a place where there semiconductor PLC. PLC is a specialized in industrial environments for applications designed to operate electronic digital computing device. It uses the memory can be programmed to store in its internal implementation logic operations, the order of operations, timing, counting and arithmetic operations, such as operating instructions, and can be digital or analog input and output, control of various types of machinery or the production process. PLC and its associated peripheral equipment should be in accordance with the industrial control system is easy to form a whole, easy to extend the principle of its design features.目录前 言- 6 -一 脐橙自动分拣系统设计- 7 -1.1脐橙自动分拣系统功能- 7 -1.2提升子系统设计- 7 -1.3输送子系统设计- 9 -1.4上料子系统设计- 10 -1.5 控制子系统及视觉系统设计- 10 -二 电控系统设计- 12 -2.1输入部分- 12 -2. 2输出部分- 12 -2.3输送、上料、提升部分- 13 -2.4控制面板部分- 13 -2.4.1开关- 13 -2.4.2信号灯- 14 -三 电控系统中PLC设计- 15 -3.1PLC简介- 15 -3.1.1PLC的起源与发展- 15 -3.1.2 PLC控制系统与其他工业控制系统的比较- 16 -3.1.3 PLC控制系统与计算机系统的比较- 16 -3.1.4 PLC控制系统的组成- 18 -3.1.5硬件的组成- 18 -3.1.6软件的组成- 19 -3.2 PLC选择- 21 -3.3 PLC主程序图（见附图）- 23 -四 总结- 23 -参 考 文 献- 24 -前 言脐橙品质优良、色泽鲜艳，是世界各国竞相栽培的柑桔良种。脐橙营养丰富，含有人体所必需的各类营养成份。据检测，每100ML鲜橙汁含：热量207焦耳，蛋白质0.9g，脂肪0.2g，氨基酸203.9mg，维生素A0.127mg，维生素B10.08mg，维生素B20.03mg维生素C60mg，并富含钙、铁、磷等元素， 脐橙果汁中含可溶性固型物11-15% ，每100毫升果汁中含糖11.0-13.0克，含柠檬酸0.80-0.95克， 维生素c55-75毫克。此外还含有丰富的维生素B1、维生素B2、维生素P、胡萝卜素、钙、磷、铁、镁、钾、钠，还含有（R）柠檬油、香豆素、黄酮类化合物、柠檬苦素类似物、类胡萝卜素、甘油糖脂质、Y啶酮、果胶等防癌物质。为优良的保健营养绿色食品，经常食用具有降低胆固醇、分解脂肪、减少有色金属和放射性元素在人体内积累、清火养颜、防癌抗癌、延年益寿之功效。成熟果实果皮的油胞和果肉的汁胞中含有高级醇、醛、酮、挥发性有机酸及萜烯类等，散发出诱人的香气，置之幽香满室，食之清香盈口，是深受人们喜爱的果品。为了提高脐橙的出产效率，并且使脐橙规格划分更加准确，效率更高，需要设计一种自动的等级分拣机。自动分拣机是将混在一起而去向不同的物品，按设定要求自动进行分发配送的设备，它主要由输送装置、分拣机构、控制装置等组成。当分拣物到达分拣口时，通过推拉机构、拨块、倾倒、输送等方式，使分拣物滑动或传输到分拣口，可实现多品种、小批量、多批次、短周期的物品分拣和配送作业。自动分拣机的种类很多，但较为先进的主要有三种：滑靴式分拣机、翻盘/翻板式分拣机、交叉带式分拣机。在该自动分拣机的帮助下，脐橙的分级不再是单纯依靠采摘人员的大致分类，而是可以在更严格的分级标准下，快速准确的分出等级，对产品的质量有更明确的保证，增加劳动生产率，提高产品的市场竞争力。利用该自动分拣系统，可以省去专人进行脐橙的等级划分，减少工人的劳动强度，节约劳动成本，并且可以实现连续的生产，很大程度的提高生产效率，取得更大的利益。一 脐橙自动分拣系统设计1.1脐橙自动分拣系统功能1）分拣误差率极低。因此要求系统拥有很高的稳定性，以及对产品信息采集要有较高的准确性。2）能够持续工作。同样要求控制系统有极高的稳定性。3）自动化生产。基本实现无人化作业。现将脐橙按照其尺寸及色泽分为五种规格。产品经送料系统送入排队系统，在此等待，并依次经过光耦。光耦在传送系统配合下，采集每个脐橙的信息，并且将该信息送入PC机的采集卡。PC机将光耦采集的信息进行分析，并根据预装的程序判断该产品属于规格几。判断完成后，根据结果向每种规格所对应的继电器发出信号。并转换成指令送入PLC。PLC根据程序设计，在收到产品的规格指令后，经过一定时间延迟，打开各个规格出料口的电磁阀，产品在空气压缩机的气压作用下出料，将不同规格的产品经不同出料口送出分拣机，分拣任务完成。考虑到产品的特殊性，产品在分拣机的各部分中不能有强烈的碰撞等，因此产品在进出料时由空气压缩机提供气压使产品移动。1.2提升子系统设计提升就是将脐橙输送到上料部分，通过电机带动装置输送。其中包含控制继电器及提升电机。根据系统性能要求及成本考虑，可以选择固态继电器。作为固态继电器，其拥有以下特点：1）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。2）快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。3）电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。4）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 考虑到该电机功率要求，选用美格尔电子电器有限公司的JGX-3型号继电器。该型号继电器具有以下参数：控制电流10A，输入控制电压3-32V，输出控制电压400V。系统电磁阀控制系统送料、出料部分由电磁阀控制。共需要4个。选用美格尔公司的JGX-1 DD220D10型号直流控直流继电器。美格尔公司生产的JGX型固态继电器，是采用先进的技术和器件制造的一种性能优良的新型无触点电子开关。其输入端仅要求很小的控制电流，能与各集成电路较好地兼容；而输出回路则采用可控硅或大功率晶体管接通和断开负载电流。输入和输出之间采用光电耦合，通断没有可动接触部件，因此具有工作可靠、开关速度快、无噪音、寿命长、体积小、耐蚀防爆抗震等特点。 电机的选择：选择上海锐进减速机有限公司生产电机，该电机功率为0.18KW、输入转速为1400RPM，速比为1.4-7、调速范围为850-170RPM、输出扭矩为1.5-3KM。该类电机具有高效低噪等特点，转矩启动性能好，使用及维护方便，性价比高。断路器选择：低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。系统总线用断路器，选用Merlin Gerin公司的Multi9 C65N 系列 小型断路器，C25型号，额定电流25A，额定电压400V，类型3P，宽度54MM。“Merlin Gerin”是国内低压电器行业最为耀眼和客户最为信赖的品牌。其技术水平一直处于低压电器制造业的顶端。其生产的C65系列断路器拥有卓越的限流特性，意味着当发生短路时C65断路器可将电缆和故障点的热效应降至最低，这不仅提高了电气系统的安全性，减小了故障对系统和设备的影响，而且也减小了短路对断路器本身的影响，大大提高了其电气寿命。同时，该产品拥有优良的分段特性。断路器在极限分段情况下的可靠性，关系到低压系统、设备甚至人身的安全。C65系列断路器在快速分段、灭弧技术等方面的改进不仅大大提高了C65系列的分段能力，而且也增强了极限分段情况下的安全可靠性。C65系列断路器采用的是快速闭合设计，触头的闭合与操作者操作方式无关，这种设计将显著降低操作时电弧对触头的影响，提高断路器电气寿命。该系列产品的主要功能有：短路保护、过载保护、控制、隔离等。1.3输送子系统设计输送即为分拣过程其中也包括继电器及电机的选择问题。 根据设计生产效率及脐橙的重量，并且要求电机效率高，运转平稳、振动小、质量轻，所以输送电机我选择上海锐进减速机有限公司生产的型号为MBW07， 的电机，这个电动机有以下特点.1） 在加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动，屋后座历。 2） 变速比均为1：5，即输出转速可在1：45至1：7.25之间任意变化。3） 调速精度为1-0.5转。4） 本机的传动部件都经过特殊的热处理，精密度加工摩檫部位，润滑良好，运行平稳、噪音低、寿命长。5） 输入轴、输出轴同向旋转，体积小、重量轻。6） 本机可与各种类型减速机组合，实现低转速，大扭规的变速效果。7） 在允许负载的情况下，调定的转速恒定；8） 全机密封，可适用于潮湿、多尘、有轻度腐蚀性的工作环境。其技术参数功率为0.18KW-7.5KW。考虑到该电机功率要求，选用美格尔电子电器有限公司的JGX-3型号继电器。该型号继电器具有以下参数：控制电流10A，输入控制电压3-32V，输出控制电压400V。 该系统中断路器与提升系统断路器相同。选用Merlin Gerin公司的Multi9 C65N 系列 小型断路器，C25型号，额定电流25A，额定电压400V，类型3P，宽度54MM。 1.4上料子系统设计上料输送即为排队，是将提升上来的脐橙输送到分拣部分的系统。为避免脐橙传送稳定，避免滑落，所以系统采用V字型结构，需要两个电机带动。根据传动所需，我选择HUANGYAN MOTOR FACTORY生产的Y2-63M2-4电机，该电机具有以下特点：具有设计新颖、造型美观、噪音低、效率、转矩高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等特点。整机采用F级绝缘，且按国际惯例的绝缘结构评定方法设计，从而大大提高了整机安全可靠性。达到了国外同类产品九十年代初期先进水平。 此类电机广泛应用于机床、风机、水泵、压缩机和交通运输、农业、食品加工等各类机械传动设备。考虑到该电机功率要求，选用美格尔电子电器有限公司的JGX-3型号继电器。该型号继电器具有以下参数：控制电流10A，输入控制电压3-32V，输出控制电压400V。1.5 控制子系统及视觉系统设计控制系统及视觉摄像头需要24V直流电源。视觉系统的采集灯以及采集卡需要12V直流电源。作为产品等级划分的指令输出部分，采集卡及采集灯需要稳定的电源供应，以满足系统的稳定性要求，来保证产品规格划分的可靠性。考虑到控制系统的保护，所选交直流转换器要求很高的转换准确度。交直流转换有热电变换、电动系、静电系、电子系等方法。考虑到系统所需要的高稳定性，以及要求小的误差，较高的灵敏度，因此选用热电变换。 因此需要一交直流转换器来满足需要。由所需电压及考虑使用环境和成本，选用德力西公司生产的SA-350-24型号交直流转换器。 SA-350-24转换器采用了拥有专利的薄膜量程电阻器，能够提供非比寻常的转换准确度，其总不确定度低达2%，并且能够提供较宽的电压范围和宽频率范围。该转换器拥有良好的温度稳定性和快速的稳定时间，可以在更快的时间内进行测量。 并且该产品在保证良好的性能之外，拥有比同规格产品要低的价格。具有较高的性价比，适合在我们的番茄分拣机上使用。 以下为其功能参数： 温度稳定度 在使用环境中可达12个小时稳定时间 预热时间 上电15分钟，达到稳定 温度性能 工作： 11C 至 35C; 校准： 18C 至 28C; 储存： -40C 至 50C 输入低端隔离电压 20V 到机箱 地隔离 10V 到 LO 输入端或机箱。 二 电控系统设计2.1输入部分本篇设计就是将混合的脐橙分成大小成色不同的五个级别，所以信号输入中需要四个继电器进行调节，因为系统输送的信号为弱电输入，所以必须采用继电器输送。本系统中继电器共需要4个。选用美格尔公司的JGX-1 DD220D10型号直流控直流继电器。此类直流固态继电器广泛应用于计算机与外部设备的输出接口，使用与控制或开关直流负载，PLC逻辑电器。本系统工作原理为，信息采集卡采集到经过脐橙的成色大小把信息反馈给计算机，然后计算机发出信号给继电器，信号经过继电器传送到PLC。2. 2输出部分在本系统中，接收由PLC发出的指令，然后经过继电器对电磁阀进行控制，从而对脐橙分级。电磁阀选择如下，脐橙的重量一般为300g左右，因此流量 Cv : 0.18即可满足需要。选用MAC公司的MAC 35A ACA DDAA-1BA型号电磁阀4个。MAC阀门公司是北美最大的电磁阀生产厂，专业生产气动电磁阀。MAC电磁阀因其独特的结构设计及卓越的性能品质，在北美有26%的市场占有率。MAC的电磁阀结合了阀门高速运动所需的所有设计理念及60年的阀门制造经验,公司将阀门的性能发挥到您无法相信的极限,可以满足您任何速度及精确度上的严格要求,是您在高速、精确的应用中唯一的选择,最重要的是原厂18个月不限次数品质保证，寿命特长，价格合理。其主要特点：1、平衡式阀门设计，反应时间不受压力变化影响；2、阀芯防卡死保护设计，避免电线圈烧毁；3、电线圈吸力大，确保动作快速，精确，每分钟精确作动速度最高可达14000次以上。4、自动补偿磨损，增长阀门的使用寿命；5、电线圈与空气隔离，增长线圈的寿命。本系统工作原理为，由计算机输出的信号经过PLC进行分析，分析经过视觉采集器的脐橙的大小及成色，对其分级，然后PLC发出指令给输出系统，信号经过继电器传给电磁阀，电磁阀启动，空气压缩机吹气，从而对脐橙进行分级。2.3输送、上料、提升部分 该系统由电机及继电器组成。工作原理即为PLC输出指令，使电磁阀中磁感应线圈通电，触发继电器，使电机正常运转工作。 2.4控制面板部分2.4.1开关设计系统供电电压为220，电流10A左右，因此选择德力西公司生产的CDY8和LAY8系列开关。该开关适用于交流50Hz（或60Hz），电压380V及以下，直流电压220V及以下的电磁起动器、接触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用；其中带灯式按钮（LED发光）还适用于需要灯光信此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和CAD图纸等.请联系扣扣：二五一一三三四零八 另提供全 套机械毕业设计下载！1） 输入映象存储器及刷新。由上图所示可知送入PLC端子上的输入信号，经过电隔离，电平转换，滤波处理后，进入缓冲器内CPU的采样。在PLC的存储器有一个专门存放I/O数据区，其中对应输入端子的数据区，称之为输入映象存储器。当CPU采样时，输入信号由缓冲区进入映象区。接着就是数据输入或输出状态刷新。只有在采样刷新的时刻，输入映象存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路固有的惯性和滤波滞后影响）一致，其他时间范围输入信号变化是不会影响映象存储器的内容的。由于PLC扫描周期一般只有几十毫秒，所以两次采样时间很短，对一般开关量来说，可以认为没有因间断采样引起的误差。即认为输入信号一旦变化，就能立即进入输入映象的存储器内。3.2 PLC选择 根据分拣机功能要求，本控制系统6入5出就可以满足，并考虑到成本等，整体集中式小型的PLC就可以满足系统使用要求。因此选用西门子S7-200型号的PLC，CPU224. 该PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性； 极丰富的指令集； 易于掌握 ； 便捷的操作 ； 丰富的内置集成功能； 实时特性 ； 强劲的通讯能力； 丰富的扩展模块； CPU224尺寸120.5*80*62mm，集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，无数字I/O映象区，允许最大的智能模块 256 (128 输入/128输出)，脉冲捕捉输入64(32输入/32输出)，高速计数器为7个模块，单相计数器为7个模块，定时器总数为256个，1个RS-485接口，PPI,DP/T波特率自由口波特率为9.6,19.2和187.5kbaud，输入电压为20.4 至 28.8VDC，输入电流为110mA (仅CPU，24VDC)/ 700mA (最大负载，24VDC)， 冲击电流为12A28