254 脐橙分级设备电控系统设计
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学校代码:10410序 号:050368本 科 毕 业 设 计题目: 脐橙分级设备电控系统设计 学 院: 工 学 院 姓 名: 杨智鹏 学 号: 20050368 专 业: 机械设计制造及其自动化 年 级: 2005 级 指导教师: 刘仲寿 二 OO 九年 五 月脐橙分级设备电控系统设计,指导老师:刘仲寿工学院 机制051班 杨智鹏,一 自动分拣系统设计,自动分拣系统功能 提升系统设计 输送系统设计 上料系统设计 控制系统及视觉系统设计,自动分拣系统功能,分拣误差率极低,因此要求系统拥有很高的稳定性 。能够持续工,同样要求高的稳定性。自动化生产。,提升系统设计,概念: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。,输送系统设计,概念:输送就是将脐橙输送到分拣设备的过程。括继电器及电机的选择问题。,上料系统设计,是将提升上来的脐橙输送到分拣部分的系统。 为传送稳定避免脐橙 滑落,所以采用V字形结构,所以需要两个电机 。,控制系统及视觉系统设计,视觉系统就是利用摄像头拍摄脐橙的信息,然后传送给电脑。 电脑进行分级, 给出指令开启电磁阀, 对脐橙进行分级。,二 电控系统设计,输入输出输送、上料、提升,输入,本系统就是计算机对PLC进行控制。规定将脐橙分为五个级别。,输出,工作原理1.信号经过PLC进行分析,2.PLC发出指令给输出系统3.信号经过继电器传给电磁阀4.电磁阀启动,空气压缩机吹 气从而对脐橙进行分级。,输送、上料、提升,工作原理即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。,三电控系统中PLC设计,PLC简介 PLC的起源与发展 PLC控制系统与其他工业控制系统的比较 PLC控制系统与计算机系统的比较 PLC控制系统的组成 硬件的组成,PLC控制系统的组成,硬件的组成,I/O电路电源模块输入/输出模块 主控模块,PLC选择,选用西门子S7-200型号的PLC,CPU224.特点: -* 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,PLC主程序(部分),致谢!,衷心祝愿各位老师 工作顺利、生活愉快!,脐橙分级设备电控系统设计- 1 -摘要随着工业的迅猛发展,自动化越来越凸显出重要性,1 946 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 。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 。脐橙分级设备电控系统设计- 2 -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 。脐橙分级设备电控系统设计- 3 -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 脐橙分级设备电控系统设计- 4 -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.脐橙分级设备电控系统设计- 5 -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 -脐橙分级设备电控系统设计- 6 -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。脐橙分级设备电控系统设计- 7 -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 。脐橙分级设备电控系统设计- 8 -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。脐橙分级设备电控系统设计- 9 -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。脐橙分级设备电控系统设计- 10 -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脐橙分级设备电控系统设计- 11 -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。脐橙分级设备电控系统设计- 12 -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。脐橙分级设备电控系统设计- 13 -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。 脐橙分级设备电控系统设计- 14 -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 号 指 示 的 场 合 。其 技 术 参 数 为 :带 灯 钮 ( LED) 发 光 寿 命 : 30000h信 号 灯 额 定 工 作 电 压 :AC、 DC: 24V、 220V相 比 漏 电 起 痕 指 数 CTI 100,阻 燃按 钮 : 机 械 寿 命 : 100104 次 电 寿 命 : 50104 次旋 钮 : 机 械 寿 命 : 20104 次 电 寿 命 : 10104 次电 寿 命 : 10104 次 绝 缘 电 阻 50M接 触 电 阻 50m2.4.2 信号灯选用德力西公司生产的 LD-11(le=50mA;Ue=224V),该信号灯适 用 于 电 讯 、电 器 等 设 备 的 线 路 中 作 指 示 信 号 、 预 告 信 号 、 事 故 信 号 及 其 它 指 示 用信 号 , 它 采 用 LED 作 光 源 , 具 有 寿 命 长 、 可 靠 性 高 、 耐 振 动 等 优 点 ,是 原 钨 丝 和 氖 泡 信 号 灯 的 最 佳 更 新 换 代 产 品 。脐橙分级设备电控系统设计- 15 -三 电控系统中 PLC 设计用 PLC 进行控制,外围设备少,占地空间小,是实现集控的良好设备。3.1PLC 简介 3.1.1PLC 的起源与发展在可编程控制器诞生之前,继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域,继电器控制系统通常可以看成由输入电路,控制电路,输出电路和生产现场这 4 个部分组成的。其中输入电路也是由按钮,行程开关,限位开关,传感器等构成。用已向系统送入控制信号。输出电路部分是由接触器,电磁阀等执行元件构成,用以控制各种被控制对象,如电动机,电炉,阀门等。继电器控制电路部分是控制系统的核心部分。它通过导线将各个分立的继电器,电子脐橙分级设备电控系统设计- 16 -元器件连接起来对工业现场实施控制;生产现场是指被控制的对象(如电动机等)或生产过程。美国通用汽车公司(GM)于 1968 年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想,第二年,即 1969 年美国数字设备公司(DEC)就研制出了世界上第一台可编程序控制器。在这一时期,可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想,但实际上只能完成顺序控制,仅有逻辑运算,定时,计数等顺序控制功能。所以人们将可编程序控制器称之为 PLC(Programmable Logical Controller) ,即可编程序逻辑控制器:20 世纪 70 年代末 80 年代初,微处理器技术日趋成熟,使可编程序控制器的处理速度大大提高,增加了许多特殊,如浮点运算,函数运算,查表等。这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制,还可以对模拟量进行控制。以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展,使之在概念上,设计上,性能价格比等方面有了重大突破。可编程序具有了高速计数,中断技术,PID 控制等功能,同时联网通信功能也得到了加强,这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化,国际电工委员会(IEC)制定了 PLC 的标准,并给出了它的定义。“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设计,它采用可编程序的存储器,用来在其内部储存执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术运算等才操作,并通过数字式,模拟式的输入与输出,控制各类的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充功能的原则设计。 ”综上所述,PLC 是以微处理器为基础,综合了计算机技术,自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。这种装置具有体积小,功能强,程序设计简单,灵活通用,维护方便等优点,特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力,得到了用户的公认和好评。他经过短短的几十年发展后,现在已成为现代工业控制的三大支柱(PLC,机器人和 CAD/CAM)之一,被广泛地应用于机械,冶金,化工交通,电力等领域中。3.1.2 PLC 控制系统与其他工业控制系统的比较plc 与继电器控制系统比较表比较项目 继电器控制系统 PLC 控制系统控制功能的实现 由许多继电器,采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能是通过编制的程序来实现的对生产工艺过程变更的适应性适应性差。需要重新设计,改变继电器和接线适应性强,只需对程序进行修改脐橙分级设备电控系统设计- 17 -控制速度 低。靠机械动作实现 极快。靠微处理器进行处理计数及其他特殊功能一般没有 有安装,施工 连线多,施工繁 安装容易,施工方便可靠性 低,触点多,故障多 高,因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施寿命 短 长可扩展性 困难 容易维护 工作量大,故障不易查找 有自诊能力,维护工作量小结论:由于 PLC 控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点,因此,在今后的控制系统中,传统的继电器控制系统被 PLC 控制系统所代替是大势所趋。3.1.3 PLC 控制系统与计算机系统的比较20 世纪 60 年代,由于小型计算机的出现,有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统,结果未获成功,代之的却是 PLC 的出现。通过计算机与 PLC 本身的工作目的,原理和方式上都存在着较大的差异,其结果比较见下表。PLC 与计算机系统比较表比较项目 通用计算机系统 PLC 控制系统工作目的 科学计算,数据管理等 工业自动控制工作环境 对工作环境要求比较高 对环境要求低,可在恶劣的工业现场工作工作方式 中断处理方式 循环扫描方式系统软件 需配备功能较强的系统的软件一般只需要简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施 采用多种抗干扰措施,自诊断,断电保护,可在线维修编程语言 汇编语言,高级语言 梯形图,助记符语言,SFC 标准化语言对操纵人员的要求需专门培训,并具有一定的计算机基础一般技术人员,稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大 容量小价格 价格高 价格较低脐橙分级设备电控系统设计- 18 -其他 若用于控制,一般需自行设计机种多,模块种类多,易于集成系统结论:一般情况下,在工业自动化工程中采用 PLC 可靠,方便,易于维护。进入 20 世纪 70 年代,采用微处理器的工业控制计算机出现了。它与 PLC共同推动着传统工业的技术改造。经过较长时间是实践,人们又发现,PLC 与一般的工业控制计算机相比,PLC 还是有着较强的优势,其原因是 PLC 专为在工业环境下的应用而设计,在 PLC 中采用了如下的硬件和软件措施:光电耦合隔离和 R-C 滤波器,有效地防止了干扰信号的进入。内部采用电磁屏蔽,防止辐射干扰。采用优良的开关电源,防止电源线引入的干扰。具有良好的自诊断功能可对 CPU 等内部电路进行检测,一旦出错,立即报警。对程序及有关数据有电池供电进行后备,一旦断电或运行停止,有关状态及信息不会丢失。对采用的器件都进行了严格的筛选和简化,排除了因器件问题而造成的故障。采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。对某些大型 PLC 还采用了双 CPU构成冗余系统,或三 CPU 构成表决式系统。随着构成 PLC 的元器件性能的提高,PLC 的可靠性也在相应的提高。一般PLC 的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些 PLC 的生产厂家甚至宣布,今后生产 PLC 不再标明可靠性这一指标,因为对 PCL 来讲这一指标已毫无意义了。经过大量时间人们发现 PLC 系统在使用中发生的故障大是是由于 PLC 的外部开关,传感器,执行机构引起的,而不是 PLC 本身发生的。另外,PLC 程序设计简单,易学易懂易维护,更适合于工程技术人员。因此,PLC 在工业控制方面获得了极大成功,成为工业控制中的主流。但是必须指出的是:计算机在信息处理方面还是优于 PLC,所以在一些自动化控制系统中,常常将两者结合起来,PLC 做下位机进行现在控制,计算机做上位机信息处理。计算机与 PLC 之间通过通信线路实现信息的转换和交换。这样相辅相成,构成一个功能较强的完整的控制系统。3.1.4 PLC 控制系统的组成PLC 控制系统像一般的计算机控制系统一样,也是由硬件和软件两个部分组成的,硬件是指 PLC 本身及其外围设备,软件是指管理 PLC 的系统软件,PLC 的应用程序,编程语言和编程支持工具软件。脐橙分级设备电控系统设计- 19 -3.1.5 硬件的组成PLC 控制系统的硬件是由 PLC,输入/输出(I/O)电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定,可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。PLC 系统(1)主控模块CPU:CPU 是 PLC 的控制中枢,它由控制器和运算器组成。PLC 在 CPU 的控制下使整个机器有条不紊的协调工作,以实现对现场各个设备的控制。CPU 的具体作用如下:执行接受,存储用户程序的操作指令。用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息,并存入相应的数据存储区。执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理,产生相应的内部控制信号,完成用户指令规定的各种操作。响应外部设备(如编程器,打印机)的请求。存储器:PLC 系统中的存储器主要用于存放系统程序,用户程序和工作状态数据。系统程序存储区:采用 PROM 或 EPROM 芯片存储器。它是由生产厂家直接存放的,永久存储的程序和指令,称为监控程序。监控程序和 PLC 的硬件组成与专用部件的特性有关,用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。存储器区:工作数据是 PLC 运行过程中经常变化的,需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存,因此采用随机存储器 RAM。数据存储区包括输入,输出数据映象区,定时器/计数器预置和当前数值的数据。脐橙分级设备电控系统设计- 20 -用户程序存储区:用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用 EPROM 或 EEPROM 存储器,用户可檫写重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表 PLC 的标称容量。通常,小型机小于 8KB,中型机小于 50KB,而大型机可以在 50KB
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