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生产线 分拣 单元 控制系统 设计

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内容简介：

任务书任务：完成该项目主要设备的选型，PLC外围接线图及I/O分配，程序流程图及程序设计，并按学院要求的格式完成毕业设计论文。 一、 设计目的 1.通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。2.学生能对AutoCAD软件进行实际应用，会根据具体需求绘制相关装配图。3.掌握机构的设计原理，并能进行简单的设计。4.掌握PLC在机电一体产品中作为控制系统的工作原理和设计思路。 二、 课题介绍 1.设计内容：（1）以FMS柔性生产线的分拣单元为载体，设计制作以西门子S7-1200为控制核心的分拣装置结构和控制系统，实现该单元的独立运行。按照传送带工作要求编制PLC控制程序。 （2）对传送带中的传动系统齿轮机构进行尺寸设计（如模数m、齿数z的选定，主动轮和从动轮的基圆直径、齿顶圆直径等各相关参数）：（3）利用AutoCAD软件绘制传送带装配图； 2.控制要求： 机械部分： 要求设计出来的齿轮机构达到分拣单元控制系统的传动要求、做到平稳、连续运行。 PLC控制程序部分：（1）接通电源后，首先复位，各导向气缸驱动的导向装置均回缩到位，传送带无工件。 （2）放入一个工件，工作单元读取工件信息（有两种不同颜色的工件，要求利用PLC控制系统和传感器分辨工件的颜色）。（3）按启动按钮，根据工件信息确定滑槽位置，对应导向装置动作。参考文献郭艳萍，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社，2013年2月董爱华、可编程控制器原理及应用、北京：中国电力出版社2009.7 巫莉.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社 2008.5 陈恒亮、闫莉丽.可编程控制器控制电梯技术及应用.：北京国防工业出版社2008 机械生产线分拣单元控制系统设计摘要背景：在时代的前进过程中自动化科学技术已对整个科学技术的理论和实践做了重要贡献，并为人类社会带来了巨大利益。，近年来，自动控制的另一个发展方向智能控制取得了较大进展，智能控制理论不同于经典控制理论和现代控制理论的处理方法，控制器不再是单一的数学解析模型，而是数学解析模型与知识系统相结合的广义模型。它以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础，将传统控制理论和人工智能相结合，模仿人的智能来研究解决复杂控制问题。因此，智能控制技术特别是神经网络技术和模糊控制技术可以弥补常规方法的局限性，使得不确定性和未知非线性系统的自适应控制成为可能。目前，将智能控制技术应用于非线性系统的自适应控制已成为非线性控制理论中的一个重要方面。预期目标：具有提高工效、促进生产自动化， 提高生产效率和减轻劳动力作用，为前沿的产品应自动化设备更新时的需要提供必备条件，可以广泛应用于机械制造、电子、轻工业和物流等部门。AbstractBackground: in the process of the progress of the era of automation science and technology has on the whole of science and technology made important contribution to the theory and practice, and for the human society has brought huge benefits. , in recent years, the automatic control of another big progress has been made in developing direction of intelligent control, intelligent control theory is different from the classical control theory and modern control theory of processing method, analytic mathematic models of the controller is no longer a single, but a mathematical analytical model and knowledge system combining the generalized model. It with control theory, computer science, artificial intelligence, operations research disciplines as the foundation, combining the traditional control theory and artificial intelligence, imitate human intelligence to study complex control solution. Therefore, intelligent control technology, neural network and fuzzy control technology in particular can make up for the limitations of conventional methods and makes the uncertainty and adaptive control of unknown nonlinear systems is possible. At present, the intelligent control technology is applied to the adaptive control of nonlinear systems has become an important aspect of the theory of nonlinear control.Target: to improve work efficiency, promote the production automation, improve production efficiency and reduce labor, to the forefront of product should need to provide the necessary conditions of automation equipment update, can be widely used in machinery, electronics, light industry and logistics departments.目录*工具篇*1. 磁性接近开关2. 光钎传感器3. 光电开关4. 步进电机5. 气缸6. 西门子MM420变频器7. 西门子S7-1200系列PLC生产线分拣单元控制系统设计*组态篇*1. 设备组态2. 轴组态*程序篇*1. plc变量表2. 顺序图部分3. 程序部分一.公共，急停部分二. 启动部分三轴启动部分四. 指示灯部分*总结篇*1.主要解决的问题2.总结3.结语*工具篇*1.磁性接近开关磁性接近开关是接近开关的一种，接近开关是传感器家族中众多种类中的一个，它是利用电磁工作原理，用先进的工艺制成的，是一种位置传感器。它能通过传感器与物体之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为所希望的电信号，从而达到控制或测量的目的。磁性接近开关能以细小的开关体积达到最大的检测距离。它能检测磁性物体（一般为永久磁铁），然后产生触发开关信号输出。 由于磁场能通过很多非磁性物，所以此触发过程并不一定需要把目标物体直接靠近磁性接近开关的感应面，而是通过磁性导体（如铁）把磁场传送至远距离，例如，信号能够通过高温的地方传送到磁性接近开关而产生触发动作号。 性能特点在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。2.光纤传感器光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，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，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，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，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量.光纤传感器工作原理光纤传感器的测量原理有两种。（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。 3.光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来计数机械臂的运动次数。特点光电开关是传感器的一种，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强的优点。4.步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。功能模块设计本模块可分为如下3个部分： 单片机系统：控制步进电动机； 外围电路：PIC单片机和步进电动机的接口电路； PIC程序：编写单片机控制步进电功机的接口程序，实现三角波信号的输出功能。 驱动方法步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。5.气缸引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成6.西门子MM420变频器MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率 120W 到三相电源电压，额定功率 11KW 可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的， 因而降低了电动机运行的噪声。 全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER420 具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。 由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能， 在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER 420 既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。操作界面 7.西门子S7-1200系列PLC软件：SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12将下载的SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12解压，并双击Start进行SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12的安装，安装时间在半个小时左右生产线分拣单元控制系统设计工作流程（1）接通电源后，首先复位，各导向气缸驱动的导向装置均回缩到位，传送带无工件。（2）放入一个工件，工作单元读取工件信息（有两种不同颜色的工件，要求利用PLC控制系统和传感器分辨工件的颜色）。 （3）检测是否为金属，如是的话第一个气缸动作 ，否则第二个目标点。 检测是否为银色物料，否则进如第三个目标点。从而实现物料的分拣 （4）机械手在后端传感器激活时，应该启动，按照定位点进行正确运输 （5）只要送料装置内有制品，系统则不停执行（3）（4）所述步骤对其进行分拣与传动。 （6）若分拣传送完毕并且储存架中无制品则绿色指示灯HL1、红色指示灯HL2闪烁。闪烁10s，期间若有制品放入则执行步骤（2），无则HL1、HL2熄灭并停机。*组态篇*1.设备组态Cpu为 1214c DC/DC/DC。DI/DQ为 DI16/DQ16 x 24 VDC_1。图为设备组态完成。2.轴组态组态参数详见 韩琳，可编程序控制工程师s7-1200，华南理工大学出版社 p101-107*程序篇*1.plc 变量表 2.顺序图部分3.程序部分一.公共、急停部分二.启动部分三.轴启动部分四.指示灯部分4.编译下载、运行一.当程序编写好之后，我们需要进行编译，看是否有错误的地方，只有编译无错误，才能进行下载。点击编译按钮编译显示的结果二.当编译完成后，我们就可以下载到plc里，进行工作。点击下载按钮程序篇已经完成，生产线分拣单元控制系统设计设置也到此完成解决的主要问题（1） 进行分拣时的传感器发出信号后怎么识别的？通过计数器，对信号发出次数进行计数，通过感应是否为金属，而判断是否进行推料，通过感应光线，判断哪种颜色的工件，进行分拣目标位置的确认。（2）任务工件不能成功进行推料和分拣，怎么办？任务工件的定位和延时动作，需要通过时间继电器进行反复的测试和精确，通过动作早了或者动作晚了，进行调整。（3）机械手在进行分拣的时候，动作错乱，该怎么办？（a）按照顺序图，机械手应该在后端感应接收到信号后，进行下降-吸气-上升-轴运动-下级-放气-上升-回原点的步骤（b）程序编写时应该注意set 1 和 rest 1的使用，避免出现机械手多个动作。例如：下降和上升同时置1，倒置无法进行动作。（4）有料信号后发出的程序和无料信号发出后的程序是什么？有料的程序是进行皮带运输，通过传感器接收信号，按照信号进行分拣运动无料的程序是指示灯闪烁，等待工件放入，如10秒后无放入，系统将停止。（5）急停控制系统应该如何符合安全规范？按下急停按钮时候，系统应该停止所有动作，无论是否在动作。当机械手处于动作时，按下急停按钮，机械手应该停止所有动作，但是符合安全规范的，机械手应该保持吸气状态，以免工件砸落。总 结PLC作为当前主流的工业控制模块，可靠性高，功能强大，可以满足一般的中小型设备的控制要求。本文采用西门子s7-1200系列plc，设计PLC程序，通过对工件的黑白两色识别和金属与非金属的判断，驱动气动执行机构进行装配工件的分组检料，实现了控制要求，并可对于同类的自动线分拣控制程序设计提供参考。参考文献郭艳萍，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社，2013年2月董爱华、可编程控制器原理及应用、北京：中国电力出版社2009.7 巫莉.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社 2008.5 陈恒亮、闫莉丽.可编程控制器控制电梯技术及应用.：北京国防工业出版社2008 机械韩琳，可编程序控制工程师s7-1200，华南理工大学出版社 p101-107结 语 机械手的出现延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。随着科学技术的发展和PLC在工业生产过程中的广泛应用，机械手技术方面的研究不断得到创新，促使成果不断涌现。本论文的设计主要取得了以下成果：(1) 对物料分拣机械手的结构形式、驱动装置、控制系统等各组成部分进行了较为全面的分析，最后得出其总体设计方案。(2) 气动驱动系统是强的非线性系统，其根本原因是空气具有可压缩性，使得系统中存在流量饱和效应，非线性摩擦力等因素，实现气缸的精度定位非常困难。因此在其应用中，要对各参数进行调定，以达到比较理想状态。(3) 机械手的控制系统采用了技术性、可靠性非常高的PLC进行控制。这使得机械设备更加灵活，动作准确，易于维护，劳动生产率大大得到了提高。各种操作方式自由切换，满足了各种生产要求。本课题在完成了机械结构设计的基础上，对物料分拣机械手的驱动系统和控制系统进行了设计。由于时间的限制以及机械手的结构比较复杂，有些问题需要进一步的研究：(1) 对机械手各部分连接方式的改进。本机械手结构具有模块式的特点，但由于考虑节约成本等因素，采用标准的单活塞杆双作用气缸，加导向装置的结构。各部分不能实现任意方式拼装，通过各种过渡连接件，使各个部分可以自由拼装。(2) 气动驱动改进在气动驱动系统方面存在一个固有的弱点，仅采用古典的反馈控制很难得到高精度位置和力等的控制。所以，在气动驱动系统的控制方法上，广泛地引入现代控制理论和智慧控制等方法是其特征之一。神经网络是一大规模并行分布处理非线性动力学系统，适用于强非线性的气动机械手的控制。虽然还有很多尚未解决的问题有待于继续研究，但相信PLC控制的物料分拣机械手的研究是非常有新意、有意义的，有着广泛的应用前景。致 谢三年的大学，匆匆而过，毕业设计是我们三年所学的一个体现，经历半年的努力，此次毕业设计即将结束。在设计的过程中，慢慢的学习，逐渐的巩固大学所学的知识，期间有艰苦，有辛酸，也有欣喜，有快乐。 在广州城建职业学院三年的学习生活将成为我人生中的一段重要旅程，一段最珍贵的回忆，感谢这三年来，同学，老师，朋友对我的关心和照顾。 论文的写作是枯燥乏味但却富有挑战，在此，要感谢我的指导老师林老师，是他给予了我精心的指导和严格的教诲，使我受益匪浅。最后，衷心地感谢为评阅本论文而付出宝贵时间和辛勤劳动的老师们，有不足的地方还望老师不吝赐教。 设计（论文）题目：生产线分拣单元控制系统设计毕业设计论文组员： 毕业设计（论文）任务书任务：完成该项目主要设备的选型，PLC外围接线图及I/O分配，程序流程图及程序设计，并按学院要求的格式完成毕业设计论文。一、设计目的1.通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。2.学生能对AutoCAD软件进行实际应用，会根据具体需求绘制相关装配图。3.掌握机构的设计原理，并能进行简单的设计。4.掌握PLC在机电一体产品中作为控制系统的工作原理和设计思路。二、课题介绍1.设计内容：（1）以FMS柔性生产线的分拣单元为载体，设计制作以西门子S7-1200为控制核心的分拣装置结构和控制系统，实现该单元的独立运行。按照传送带工作要求编制PLC控制程序。（2）对传送带中的传动系统齿轮机构进行尺寸设计（如模数m、齿数z的选定，主动轮和从动轮的基圆直径、齿顶圆直径等各相关参数）：（3）利用AutoCAD软件绘制传送带装配图；2.控制要求：机械部分：要求设计出来的齿轮机构达到分拣单元控制系统的传动要求、做到平稳、连续运行。PLC控制程序部分：（1）接通电源后，首先复位，各导向气缸驱动的导向装置均回缩到位，传送带无工件。（2）放入一个工件，工作单元读取工件信息（有两种不同颜色的工件，要求利用PLC控制系统和传感器分辨工件的颜色）。（3）按启动按钮，根据工件信息确定滑槽位置，对应导向装置动作。参考文献郭艳萍，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社，2013年2月董爱华、可编程控制器原理及应用、北京：中国电力出版社2009.7 巫莉.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社 2008.5 陈恒亮、闫莉丽.可编程控制器控制电梯技术及应用.：北京国防工业出版社2008 机械生产线分拣单元控制系统设计摘要背景：在时代的前进过程中自动化科学技术已对整个科学技术的理论和实践做了重要贡献，并为人类社会带来了巨大利益。，近年来，自动控制的另一个发展方向智能控制取得了较大进展，智能控制理论不同于经典控制理论和现代控制理论的处理方法，控制器不再是单一的数学解析模型，而是数学解析模型与知识系统相结合的广义模型。它以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础，将传统控制理论和人工智能相结合，模仿人的智能来研究解决复杂控制问题。因此，智能控制技术特别是神经网络技术和模糊控制技术可以弥补常规方法的局限性，使得不确定性和未知非线性系统的自适应控制成为可能。目前，将智能控制技术应用于非线性系统的自适应控制已成为非线性控制理论中的一个重要方面。预期目标：具有提高工效、促进生产自动化，提高生产效率和减轻劳动力作用，为前沿的产品应自动化设备更新时的需要提供必备条件，可以广泛应用于机械制造、电子、轻工业和物流等部门。AbstractBackground: in the process of the progress of the era of automation science and technology has on the whole of science and technology made important contribution to the theory and practice, and for the human society has brought huge benefits. , in recent years, the automatic control of another big progress has been made in developing direction of intelligent control, intelligent control theory is different from the classical control theory and modern control theory of processing method, analytic mathematic models of the controller is no longer a single, but a mathematical analytical model and knowledge system combining the generalized model. It with control theory, computer science, artificial intelligence, operations research disciplines as the foundation, combining the traditional control theory and artificial intelligence, imitate human intelligence to study complex control solution. Therefore, intelligent control technology, neural network and fuzzy control technology in particular can make up for the limitations of conventional methods and makes the uncertainty and adaptive control of unknown nonlinear systems is possible. At present, the intelligent control technology is applied to the adaptive control of nonlinear systems has become an important aspect of the theory of nonlinear control.Target: to improve work efficiency, promote the production automation, improve production efficiency and reduce labor, to the forefront of product should need to provide the necessary conditions of automation equipment update, can be widely used in machinery, electronics, light industry and logistics departments.目录*工具篇*1. 磁性接近开关2. 光钎传感器3. 光电开关4. 步进电机5. 气缸6. 西门子MM420变频器7. 西门子S7-1200系列PLC生产线分拣单元控制系统设计*组态篇*1.设备组态2.轴组态*程序篇*1.plc变量表2.顺序图部分3. 程序部分一.公共，急停部分二. 启动部分三轴启动部分四. 指示灯部分*总结篇*1.主要解决的问题2.总结3.结语*工具篇*1.磁性接近开关磁性接近开关是接近开关的一种，接近开关是传感器家族中众多种类中的一个，它是利用电磁工作原理，用先进的工艺制成的，是一种位置传感器。它能通过传感器与物体之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为所希望的电信号，从而达到控制或测量的目的。磁性接近开关能以细小的开关体积达到最大的检测距离。它能检测磁性物体（一般为永久磁铁），然后产生触发开关信号输出。由于磁场能通过很多非磁性物，所以此触发过程并不一定需要把目标物体直接靠近磁性接近开关的感应面，而是通过磁性导体（如铁）把磁场传送至远距离，例如，信号能够通过高温的地方传送到磁性接近开关而产生触发动作号。性能特点在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。2.光纤传感器光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，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，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，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，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量.光纤传感器工作原理光纤传感器的测量原理有两种。（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。3.光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来计数机械臂的运动次数。特点光电开关是传感器的一种，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强的优点。4.步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。功能模块设计本模块可分为如下3个部分： 单片机系统：控制步进电动机； 外围电路：PIC单片机和步进电动机的接口电路； PIC程序：编写单片机控制步进电功机的接口程序，实现三角波信号的输出功能。驱动方法步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。5.气缸引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成6.西门子MM420变频器MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率 120W 到三相电源电压，额定功率 11KW 可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER420 具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER 420 既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。操作界面7.西门子S7-1200系列PLC软件：SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12将下载的SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12解压，并双击Start进行SIMATCI STEP7 PROFESSIONAL V12的安装，安装时间在半个小时左右生产线分拣单元控制系统设计工作流程（1）接通电源后，首先复位，各导向气缸驱动的导向装置均回缩到位，传送带无工件。（2）放入一个工件，工作单元读取工件信息（有两种不同颜色的工件，要求利用PLC控制系统和传感器分辨工件的颜色）。（3）检测是否为金属，如是的话第一个气缸动作，否则第二个目标点。检测是否为银色物料，否则进如第三个目标点。从而实现物料的分拣（4）机械手在后端传感器激活时，应该启动，按照定位点进行正确运输（5）只要送料装置内有制品，系统则不停执行（3）（4）所述步骤对其进行分拣与传动。（6）若分拣传送完毕并且储存架中无制品则绿色指示灯HL1、红色指示灯HL2闪烁。闪烁10s，期间若有制品放入则执行步骤（2），无则HL1、HL2熄灭并停机。*组态篇*1.设备组态Cpu为1214c DC/DC/DC。DI/DQ为DI16/DQ16 x 24 VDC_1。图为设备组态完成。2.轴组态组态参数详见韩琳，可编程序控制工程师s7-1200，华南理工大学出版社 p101-107*程序篇*1.plc 变量表2.顺序图部分3.程序部分一.公共、急停部分二.启动部分三.轴启动部分四.指示灯部分4.编译下载、运行一.当程序编写好之后，我们需要进行编译，看是否有错误的地方，只有编译无错误，才能进行下载。点击编译按钮编译显示的结果二.当编译完成后，我们就可以下载到plc里，进行工作。点击下载按钮程序篇已经完成，生产线分拣单元控制系统设计设置也到此完成解决的主要问题（1） 进行分拣时的传感器发出信号后怎么识别的？通过计数器，对信号发出次数进行计数，通过感应是否为金属，而判断是否进行推料，通过感应光线，判断哪种颜色的工件，进行分拣目标位置的确认。（2）任务工件不能成功进行推料和分拣，怎么办？任务工件的定位和延时动作，需要通过时