基于YL235A的机械手分拣生产线设计设计.docx
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基于YL235A的机械手分拣生产线设计设计
基于YL235A的机械手分拣生产线设计设计
基于YL-235A设备的工件分拣生产线设计
本文的设计任务就是设计一条能够自动对于金属与非金属、黑色以及非黑色工件进行识别，并且将这些工件进行分拣堆放的自动生产线。
执行系统与电控系统组成了生产线。
PLC自从问世以来就在自动控制各个行业发挥着难以取代的核心控制作用。
PLC运行可靠，适用于各种恶劣的工业环境，PLC和工控机（IPC）相比，其运行可靠、可扩展性好、便于电气连接、控制更专业，但是工控机良好的人机界面，方便高级语言都是PLC所不能比拟的。
组态软件在很多场合应用于控制，可整个控制的中心往往还是PLC，组态软件（上位机）所起的控制作用很小。
人机界面一般用于简单的动作控制，工艺参数的编制，配方的设定等等，虽然在概念上属于控制范畴，但它并未真正起到核心控制作用，因为真正长期的自动运行控制是由PLC完成。
我们不经常使用工控机作为核心控制部分的原因有两点：
第一，工控机不适于在很恶略的环境下运行；第二，工控机经常采用的Windows系统并不能够让人放心，其长期运行效果并不好。
尽管PLC、IPC在自动化控制中扮演不同角色，在许多运行连续时间较短，环境相对比较好的地方，人们还是希望使用IPC进行核心控制。
使用IPC进行核心控制有很多种实现方式，当然其中最为简单的办法就是使用组态软件。
在工厂和企业里面PLC一直是实现自动化的有效方式，而且目前国内真正懂得PLC的人才太少，希望针对本次实训对我们自动化的人大有裨益！
1工件分拣生产线的工作流程及工作原理
本次毕业设计项目亚龙YL-235A工件分拣生产线设计主要包含了电气自动化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动、触摸屏控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项技术，为我们提供了一个典型的综合设计环境，使学生对过去学过的诸多单科的专业和基础知识，在这里能得到全面的认识与巩固、综合的训练和实际运用。
亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置既包含了机电一体化专业所涉及的基础知识、专业知识和基本的机电技能要求，也体现了当前先进技术在生产实际中的应用。
同时为我们提供了一个典型的、可进行综合训练的工程环境，为我们构建了一个可充分发挥学生潜能和创造力的实践平台
1.1工作流程
图1工作流程图
1.2工作原理
在触摸屏上按启动按扭后，装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料或故障，这时要停机并报警；当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降，将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。
1.3YL235A器材简介
YL235A的准备器材由:
实训控制台一台（电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器模块、警示灯），电工常用工具一套，计算机一台，连接导线若干，机械手模拟显示模块一块，传送带和物料槽、变频器、电机构成。
电源模块：
三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器。
单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。
图2电源模块
按钮模块：
提供了多种不同功能的按钮和指示灯（DC24V），急停按钮、转换开
关、蜂鸣器。
所有接口采用安全插连接。
内置开关电源（24V/6A一组，12V/2A一组，）为外部设备工作提供电源。
图3按钮模块
PLC模块：
采用西门子S7-200CN系列数字量输出模块EM222输出，所有接口采用安全插连接。
图4PLC模块
变频器模块：
三菱E540-0.75KW控制传送带电机转动，所有接口采用安全插连接。
图5变频器
警示灯：
共有绿色和红色两种颜色。
引出线五根，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24”，黑红双色线接“GND”），其余三根是信号控制线（棕色线为控制信号公共端，如果将控制信号线中的红色线和棕色线接通，则红灯闪烁，将控制信号线中的绿色线和棕色线接通，则绿灯闪烁）。
图6警示灯
2课题控制要求及意外情况处理
工件分拣设备能自动完成金属工件、黑色塑料工件与白色塑料工件的传送、分拣与包装任务。
图设备控制流程图
2.1课题控制要求
图5工件分拣概况图
2.1.1初始状态
通电后，红色警示灯闪亮，提示工件分拣设备送电。
此时，设备的相关部件应为初始状态。
相关部件的初始状态为：
⑴供料盘的拨杆停止转动。
⑵机械手停止在左限止位置，气爪松开，手臂气缸和悬臂气缸活塞杆缩回。
⑶传送带停止运行，分拣气缸A、B、C的活塞杆全部缩回复位。
⑷急停按钮处于复位位置（常开触点断开、常闭触点闭合）。
2.1.2启动
在设备相关部件为初始状态的情况下，才能按下启动按钮SB5使设备进入运行，红色警示灯灭，绿色警示灯闪亮。
如图所示
图运行启动
2.1.3送料
按下启动按钮SB5后，若物料盘上的出口传感器检测无物料，则送料电动机开启，驱动物料盘旋转送料，当出料口传感器检测到物料后停止送料；如果送料电动机运行20秒后，出料口传感器仍没检测到物料，则停止送料，红色警示灯闪亮，报警器报警，直到按下复位按钮才停止报警，并重新开始。
图31物料传送机构
1－磁性开关D-C732－传送机构3－落料口传感器4－落料口5－料槽
6－电感式传感器7－光纤传感器8－过滤调压阀9－节流阀10－三相异步电机11－光纤放大器12－推料气缸
落料口传感器：
检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。
落料孔：
物料落料位置定位。
料槽：
放置物料。
电感式传感器：
检测金属材料，检测距离为3~5mm。
光纤传感器：
用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。
三相异步电机：
驱动传送带转动，由变频器控制。
推料气缸：
将物料推入料槽，由电控气阀控制。
2.1.4机械手搬送工件
图30机械手搬运机构
1－旋转气缸2－非标螺丝3－气动手爪4－手爪磁性开关Y59BLS5－提升气缸
6－磁性开关D-C737－节流阀8－伸缩气缸9－磁性开关D-Z7310－左右限位传感器11－缓冲阀12－安装支架
手爪提升气缸：
提升气缸采用双向电控气阀控制。
磁性传感器：
用于气缸的位置检测。
检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；（在应用过程中棕色接PLC主机输入端，蓝色接输入的公共端）
手爪:
抓取和松开物料由双电控气阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。
旋转气缸：
机械手臂的正反转，由双电控气阀控制。
接近传感器：
机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。
（在应用过程中棕色线接直流24V电源“+”、蓝色线接直流24V电源“-”、黑色线接PLC主机的输入端）
双杆气缸：
机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。
气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。
当出料口传感器检测到物料且机械手和各气缸活塞杆的位置正确时，按下启动按钮，机械手开始搬物加工。
机械手悬臂伸出——下降——夹紧物料，夹紧1秒后——上升——缩回——右转——伸出——下降——放物，延时1秒后——上升——缩回——左转至左侧极限位置停止，等待传送带上的工件分拣完成后再进行下一次搬物。
图4机械手控制流程图
2.1.5工件的分拣
通过皮带输送机位置Ⅱ的进料口到达传送带上的工件，按下面的方式分拣：
进料口放入工件后，传送带启动。
放入传送带上金属、白色塑料或黑色塑料中每种工件的第一个，由位置Ⅲ的气缸A推入出料斜槽D；每种工件第二个由位置Ⅳ的气缸B推入出料斜槽E；每种工件第二个以后的则由位置Ⅴ的气缸C推入出料斜槽F。
每次将工件推入斜槽，气缸活塞杆缩回后，机械手再进行搬运下一个工件。
推料时，传送带要先停止。
当出料斜槽D和E中各有1个金属、白色塑料和黑色塑料工件时，设备停止运行，绿色警示灯灭，红色警示灯闪亮，报警器报警2秒，等待下一轮的工作。
2.1.6设备的停止
需要停止工作，按下停止按钮SB6。
按下停止按钮SB6时，所有正在工作的部件，应完成当前工件分拣成功后，设备才能停止运行，绿色警示灯灭，红色警示灯闪亮。
再次启动时，设备继续运行。
2.2工件分拣设备的意外情况处理
机械手在夹持工件时可能会出现意外，请对这种情况作出下述处理与保护：
由于位置Ⅰ的机械手取件平台的工件相互挤压，使机械手气爪夹持不到工件就提升。
发生此种情况时，机械手应立刻回到初始状态并停止，同时蜂鸣器发出鸣叫声。
当出现这种情况，蜂鸣器发出鸣叫后，工作人员应按下急停按钮QS使设备停止运行。
QS按下后，蜂鸣器停止发声。
当故障排除后，作人员将QS复位，设备将在停止时保持的状态上继续运行。
调试问题与解决：
1、PLCI/O设置错误。
解决：
重新设置修改I/O。
2、PLC上电不运行。
解决：
没有将PLC开关档位调到RUN位置，调到RUN位置运行。
触摸屏点击按钮没有反应。
3、触摸屏点击按钮没有反应。
解决：
设置变量错误，重新修改变量。
4、触摸屏程序无法下载。
解决：
设置通讯接口错误，重新修改后正常可下载。
5、通电后元器件不动作。
解决：
气源没有打开，打开后正常。
3.工件分拣生产线硬件设计
3.1机械部分硬件设计
工业机械手是工业生产发展中的必然产物。
它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。
这种新颖技术装备的出现和应用，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业生产上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其结构型式亦各不相同，技术复杂程度也有很大差别。
但它们都有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作。
此外，还有些非自动化的装备，具有与人体上肢类似的部分动作，结构上与工业机械手是一致的，亦可归属于工业机械手的范畴。
例如，早期就有一种由人直接用绳索牵引进行操作的随动机械手和近期发展起来的由人工进行操纵的机械手（如平衡吊），以及一些就近按钮控制或遥控的非全自动的单循环的机械手等。
机械手的总体设计要进行全面综合考虑，尽可能使之做到结构简单、紧凑、容易操作、安全可靠、安装维修方便、经济性好。
机械手在工业生产中的应用，几乎遍及各行各业。
图9工件分拣概况图
3.1.1工件分拣传送装置的设计
工件分拣传送装置的配置及功能：
（1）落料口传感器的功能有检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。
（2）落料孔的功能有物料落料位置定位。
（3）料槽的功能是放置物料。
（4）电感式传感器是检测金属材料，检测距离为3~5mm。
（5）光纤传感器是用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。
（6）三相异步电机是驱动传送带转动，由变频器控制。
（7）推料气缸是将物料推入料槽，由电控气阀控制。
图18传送带
3.1.2机械手装置的设计
整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。
（1）手爪提升气缸是提升气缸采用双向电控气阀控制。
（2）磁性传感器是用于气缸的位置检测。
检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；（在应用过程
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