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流水线上分拣机构的控制论文
XX学院
毕业论文
2015届
流水线上分拣机构的控制
学生姓名
学号
分院
专业
班级
毕业设计指导教师
企业指导教师
完成日期年月日
摘要
分拣单元的主要任务是将操作手提供的成品工件根据不同的要求按成品工件的材质或颜色进行归类放置。
在整个MPS系统中，分拣单元是对提供成品工件先进行材质或颜色上的识别，分别由电感式接近开关和光电传感器识别，完毕后让成品工件随输送带往下输送，并同时由气动回路开启相应的导向块，让产品流入对应的滑槽内。
该单元模拟了实际生产应用中，对用不同材质或不同颜色制造而成的成品工件进行归类放置的情况（同一材质或同一颜色为同一类产品）。
关键词：
分拣单元；MPS；电感式接近开关；光电传感器；气动回路
1.引言
供料单元是MPS中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。
它的具体功能是：
按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到第二个工作单元——检测单元。
检测单元的主要任务有两个，即：
识别工件材料和检测工件的尺寸。
在MPS系统中，它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。
该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。
传送带工作单元在MPS工作单元之间起着承前启后的作用。
当传送带前端的传感器检测到工件后，传送带开始工作，当传送带中端传感器检测到工件后，挡块工作，挡住工件不继续往下传，直到传送带后端没有工件。
加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。
机械手单元支架模块接收来自上一工作单元传下来的工件。
气抓手上的传感器根据颜色（黑色/非黑色）区分工件。
从支架模块开始，机械手将对工件进行分类并放入相应不同的料仓或直接传送到下一个工作站。
操作手单元配置了柔性2自由度操作装置。
提取装置上的气抓手将工件从该位置提起，气抓手上装有光电式传感器用于区分“黑色”及“非黑色”工件，并将工件根据检测结果堆放，或者工件也可以被直接传输到下一个工作单元。
分拣单元可以实现对工件按照材质或颜色分拣的过程。
本课题完成了分拣单元的结构设计和控制。
2.模块化生产加工系统现状
2.1模块化生产加工系统的历史沿革
1、2005年与德国Festo公司合作建设机电综合技术实训室，引进德国Festo公司先进机电设备：
模块化生产加工系统，该系统综合了机械、电机、气动、可编程控制、传感器检测等光机电一体化方面的先进技术，为学生提供了典型的机电综合技术学习及培训环境。
2、根据2005年本专业市场调查结果，众多企业急需机电设备操作与维修人员，故在我院机电一体化技术专业开设《模块化生产加工系统的运行、调试及维护》课程，使学生在学过诸多单科专业知识以后，通过该系统的学习得到实践体验、综合训练和知识技能的全面提升。
3、在08年浙江省财政支持的实训基地项目评审中，“机电综合技术实训室”扩建项目获得了评审专家的高度评价和一致肯定，并最终顺利通过评审和获得立项。
并开始着手扩建，准备添置机械手单元1套及其它相关设备，进一步提升该实训室的综合水平。
2.2模块化生产加工系统性质
《模块化生产加工系统的运行、调试及维护》是一门集机械、电机、气动、传感器、PLC等技术的综合性课程。
该课程主要适用于机电一体化专业，主要培养学生：
（1）掌握较为扎实的机电专业基本理论知识，具备一定的分析和动手操作的基本能力,塑造适应机电行业现状和发展的复合型的高技能人才。
（2）掌握机电一体化设备的使用、保养、故障诊断与维修方面的知识，具备在生产一线从事机电和自动化控制设备的操作、调试、维护、营销、车间生产组织与管理工作及技术服务等能力的综合型人才。
2.3模块化生产加工系统内容、手段及作用
《模块化生产加工系统的运行、调试及维护》属于一门综合性课程，一般在学习了电工电子、机械基础、气动、传感器、电机、PLC等课程之后学习。
课程教学内容主要包括机械知识、气动电气动知识、传感器知识、电机驱动与运动控制知识、电子电路知识、PLC技能等。
《模块化生产加工系统的运行、调试及维护》课程的任务是要将各项分离的只是加以综合性的应用，采用项目化教学手段采，即自动化生产线（模块化生产加工系统）的六个单元（六个模块），从实际工业项目提出问题，启发学生的解决思路，学生在实训室“仿真性”的工业环境中，在工业训练设备上寻找解决的方案并加以实现，学生在实践中发现问题，教师适当引导，上升到理论，补充理论内容，提供部分解决方案，学生进一步实践，直到彻底解决问题。
形成了以教师为主导、学生为主体的教学模式。
《模块化生产加工系统的运行、调试及维护》课程的作用表现在三个方面：
（1）巩固先修课程，使学员对先修课程有直观的理解，强调学生在工业实际环境中对知识的应用；
（2）对所学课程有一个整合概括和综合提高；（3）是学生毕业前的一门课程，对毕业设计和综合实践具有指导作用。
2.4在职业素质训导中的体现
在普通机床操作工、维修工、机加工工艺员、自动生产线操作员、生产现场管理与维护人员、工控设备的改进与简单开发人员等工作所必需知识技能培养外，本课程对学生职业素质方面还有很重要的作用：
1、接近工厂的技术和管理，使学生知了解基本机电一体化设备的要素；
2、培养学生团队协作精神，培养学生良好的工作习惯，在教学中推行“5S”管理模式；
3、培养学生创新精神，在学习基本知识和技能的同时，对已有的设备进行新功能开发，挖掘其创新潜能。
3.分拣单元的结构
3.1分拣单元的基本功能
分拣单元（如图3.1）可以实现对工件按照材质或颜色分拣的过程。
图3.1分拣单元
3.2分拣单元的基本结构
分拣单元主要由分拣模块、滑槽模块、气源处理组件、I/O接线端口、CP阀组、继电器、对射式光电传感器和反射式光电传感器等组成。
（如图3.2）
A
B
图3.2分拣单元的基本结构
3.2.1分拣模块
该模块通过传送带及导向装置实现对工件分拣。
它主要由传送模块、导向模块1、导向模块2、固定导向块组成。
（如图3.3）
图3.3分拣模块的基本结构
导向模块的作用：
在需要时将工件导入到相应的滑槽中。
（如图3.4-3.5）
（a）导向块初始状态（b）导向块推出状态
图3.4导向模块基本结构
图3.5导向装置传动机构
3.2.2传送模块
图2.6传动模块结构
1、挡料气缸：
当滑槽中储存的工件已经满了的时候，就应当阻止向该滑槽中继续分流工件。
挡料气缸起的就是这样的作用。
（如图3.6-3.7）
A常态
B气缸杆伸出状态
图3.7挡料气缸外观
2、反射式光电接近开关：
用于检测是否有工件进入到滑槽中，或者用于判断滑槽中存放的工件是否已满槽。
（如图3.8-3.9）
图2-8反射式光电接近开关传感器外观
图2-9反射式光电接近开关传感器反光镜外观
3、CP阀组：
本单元的CP阀组由3个阀组成，分别用于控制2个导向气缸和1个挡料气缸，在结构上，它们都是带手控装置的单控电磁阀。
3.2.3分拣单元的主要技术数据
气源工作压力最小6bar，最大8bar
I/O接口开关量：
6个输入/4个输出。
输入用于传感器信号的传输，输出用于执行机构的控制信号的传输。
4.分拣单元的PLC控制及编程
4.1分拣单元的手动单循环控制
分拣单元在作为独立设备被控制时，需要有工件及其信息的来源；在作为MPS整个系统的一部分时，其来源是上一个单元。
工件可通过用人工放置的方法来解决；但工件的相关信息（如颜色）不便于设定，而这些信息又是分拣工件所必需的依据，解决办法是：
让设备按照放置工件的顺序进行分拣，循环进行，周期数为3，分别代表3种颜色。
4.1.1控制任务
在手动操作模式下，在各执行机构处于初始状态的情况下，当按下启动按钮后，设备便被启动，首先是传送带启动运转，当第一个工件从左端被放到传送带上时，导向气缸1推出，使工件从第一个滑槽中分流出去；当第二个工件被放上时，导向气缸1不动，导向气缸2推出，使工件从第二个滑槽中分流出去；当第三个工件被放上时，导向气缸1和导向气缸2都不动，则工件被固定导向块导入到第三个滑槽中。
至此，一个工作循环结束，所有执行机构都回到初始状态。
在上述工作过程完成之前，操作启动按钮应该对其没有影响；上述工作过程不受停止按钮的控制。
在实现上述控制任务中，应注意以下几点：
1、在启动前，分拣单元的执行机构必须是处于初始位置，否则不允许启动。
2、在启动后，全部工作完成前，不再受启动按钮的控制。
3、在该控制模式下，无需使用停止按钮。
4.1.2生产工艺流程
是否满足启动条件且是否为手动模式？
开始
是否按下了启动按钮？
N
N
Y
Y
①
启动传送带
Y
①
是否有工件放在传送带上？
N
Y
第一个工件吗？
N
导向气缸1推出
②
Y
第二个工件吗？
N，是第三个
导向气缸2推出
③
④
⑤
启动传送带
Y
①
是否有工件放在传送带上？
N
Y
第一个工件吗？
N
导向气缸1推出
②
Y
第二个工件吗？
N，是第三个
导向气缸2推出
③
④
⑤
图4.1工艺流程
一、操作手单元的初始状态可设计为：
1．导向气缸1处于退回的位置；
2．导向气缸2处于退回的位置；
3.传送带处于停止状态；
二、工艺流程（如图4.1）：
4.2分拣单元的自动连续运行控制
4.2.1控制任务
在自动操作模式下，在各执行机构处于初始状态的情况下，当按下启动按钮后，设备便被启动，首先是传送带启动运转，当第一个工件从左端被放到传送带上时，导向气缸1推出，使工件从第一个滑槽中分流出去；当第二个工件被放上时，导向气缸1不动，导向气缸2推出，使工件从第二个滑槽中分流出去；当第三个工件被放上时，导向气缸1和导向气缸2都不动，则工件被固定导向块导入到第三个滑槽中。
至此，一个工作循环结束。
当继续向传送带上放置工件时，则按照上述过程重新的循环，直至按下了停止按钮。
当按下了停止按钮时，要求将当前已经放在传送带上的工件分拣完毕再停止运行；如果在按下停止按钮时传送带没有工件，则直接停止运行。
停止后，设备应回到初始状态。
4.2.2生产工艺流程
一、操作手单元的初始状态可设计为：
1．导向气缸1处于退回的位置；
2．导向气缸2处于退回的位置；
3.传送带处于停止状态；
图4.2生产工艺流程
二、工艺流程（如图4.2所示）
5.结论
通过针对性的对象设计及研究，分拣单元在实际生产的操作应用中，只要掌握分拣单元是根据上一单元输送下来成品工件的材质或颜色来区分并对成品工件进行归类放置的原理，就可以是它在实际的生产操作中可以大大提高生产效率，不仅仅如此，在提高效率的同时还能准确的将成品工件进行分类放置，这样一来就可以避免不同材质或不同颜色的成品件混在一起，很好的避免了因产品混合而造成的损失。
致谢
本论文是在指导老师XX的悉心指导下完成的，在整个毕业设计期间，得到了导师的认真指导和帮助，导师的严谨学风和渊博学识使本人受益匪浅，在此表示诚挚的敬意和由衷的感谢。
同时要感谢系领导和老师给我们提供了良好的环境和热心指导。
在设计过程中，还得到其他同学的积极帮助，在此一并表示感谢。
本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。
当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。
我首先要感谢我的导师XX对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的老师、同学给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
同时也感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位领导和老师，由于首次作毕业设计，错误、漏洞一定不少，望各位老师不吝赐教。
最后感谢母校给与本人深造的机会。
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