传感器的工件分类搬运与码放
日期 2018年4月20日 【】随着企业工厂工业4.0的大力推广，传统的物品分类搬运存在着工作效率较低，准确率较差等问题，为了尽可能消除这些问题带来的影响，本文主要从工件识别、抓取、搬运以及成品码放这几个功能模块等的应用，提出了自动转运的电气原理设计。由于工件的尺寸，颜色，合格率不同，要在搬运时需要加以区分，所以提出在基于传感器的识别原理下，进行了系统的整体布局设计。并针对搬运、测量、码放的方案进行优化设计。实现了硬件控制电路及软件程序的原理设计，旨在解决现有生产力装配过程存在的问题。结果显示，采用文中的方案，有效提高了工作的准确度与速度。
引言 3
一、系统的结构介绍 4
（一）、工作站整体设计方案 4
（二）、工作站系统特点 4
（三）、本章小结 5
二、工作站的技术分析 5
（一）、PLC的选型 5
（二）、变频器 5
（三）、传感器选择 8
（四）、步进电机 10
（五）、ASC50系列绝对值编码器 10
（六）、电气元件 12
（七）、电气驱动部分 12
（八）、本章总结 13
三、PLC程序设计 13
（一）、工作站工作流程（如图31所示） 13
（二）、信号传输路线（如图32所示） 13
（三）、I/O分配（如图33所示） 14
（四）、手动控制程序 15
（五）、伺服回原点程序（见图35） 15
（六）、定位程序 16
四、人机交互软件程序设计 20
（一）、HMI工程创建 20
（二）、HMI画面编辑（图46） 23
（三）、PLC程序 25
五、工作站验证 25
总结 27
参考文献 28
致谢 29
引言
随着机器人行业的迅速发展，使用机器代替人在电子行业、航空航天、现代制造等行业的应用已经是大势所趋。因为机器人获取外界 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
信息的媒介多种多样，而使用传感器作为机器人获取外界环境信息的主要媒介，相对于视觉等识别检测媒介不仅价格低廉，而且在响应速度，识别准确度上也有所提高，在工业生产中对工件的检测、识别环节中，速度也大大提高。本文根据南戈特杯的机电设备安装调试手册，提出了自动转运电气原理设计、工件识别设计、PLC逻辑控制原理、机器人搬运过程及码放原理等内容，实现了工件的识别转运、并对工件进行码放。主要为了降低工艺生产过程中的成本，提高企业生产效益，具有一定的工业研究价值。
一、系统的结构介绍
（一）、工作站整体设计方案
根据工艺生产流程要求，通过装配工作站实现对工件进行自动识别、转运并精准抓取搬运码放，具体的功能要求如下：
工作站装配主要由：X/Y/Z三轴线性模组组件、接料转盘组件、供料转盘组件、传感器组件、电磁阀组件、触摸屏组件、按钮盒组件、看板组件、三色灯组件等组件构成，整体结构如图11所示
非合格工件能够被自行判断，并自动识别并处理。
所有装配或者缺陷工件能够经过PLC处理，最终由触摸屏显示
系统有严格的安全机制，配备相关的急停和复位操作。
图11工作站工位布局图
（二）、工作站系统特点
该工作站能自动识别搬运工件，由转盘组件上传感器识别，确定工件的当前信息是否合格，触摸屏HMI能同步显示工件的详细信息以及当前各个设备的状态，并调整运行速度。搬运过程中，传感器检测到非良品工件的信息或者接收到操作者的停止指令，机器人能立刻停止动作。可以自动循环，从开始到结束的过程中，速度快准确率高。设备整体综合使用了传感检测技术、变频器技术、步进电机技术、HMI应用和PLC技术等。该系统可以使生产效率和准确率大幅度提高。其主要特点可以归纳如下：
1.系统自动化程度高，节约人力资源成本，减少生产成本。
2.单元模块化，独立单元出现故障时能快速找到问题，节约待机时间。
3.采用三菱Q系列的PLC。不仅响应速度提高，还能确保实际生产故障率低。
4.触摸屏和HMI的综合使用，使整个控制方便快捷，实用性更强。
（三）、本章小结
在这一章，主要介绍了基于传感器的工件分类搬运与码放设备的总体概述，从工厂生产线的问题进而提出系统的关键技术要求，从基本控制功能要求出发，确定总体设计方案，并总结了系统的总体控制能力以及系统的工作的特征等。在这总体布局上，阐述了系统的流程控制步骤，进一步概括整个系统应用到的知识和技术，实用性和通用性在本设计中得以充分的体现。
二、工作站的技术分析
（一）、PLC的选型
三菱PLC可分为两大类：一是FX系列PLC，一体化结构，主机集成I/o等功能，二、q系列PLC，采用的为模块化结构，通过板卡总线插槽连接CPU、I/o、专用功能模块。目前市面上的PLC种类很多，程序构构在不断的完善，功能更加强大，性价比也在提高。用户在使用性能指标有以下几个方面表示：
1.分为基本型，含有性能强劲的CPU（通称PLC CPU）有多种类型。基本型有（Q00JCPU，Q00CPU，Q01CPU），PLC CPU有（Q02CPU，Q02HCPU，Q06HCPU，Q12HCPU，Q25HCPU）程序容量从8K步到252K步，内置标准的ROM，多种基板供使用，可扩展至7个基板.小型系统多数选择基本型，而构建的大中型系统则选择PLC、CPU。
2.CPU特点。拥有高速型总线，相比原a系列的速度可提高48倍，在MELSEC/H网络刷新速度4.6ms/8K；有USB和RS232两个端口， 传输速率最高为12m。.
3.输入输出模块。其共同点是:有光电隔离电路，输出模块是继电器、晶体管输出等类型，晶体管输出不能直接带负载，但其输出延迟低至1毫秒.而继电器输出电流大，可直接带负载。
4.三菱的网络分为三层，信息层以太网、MELSEC/H和CCLink，速率100/10Mbps；
在q系列中，可以网络层中通信，能在多个的PLC中传输，gppw连接到PLC可监视任何程序状态。
本文本系统需要处理数据的速度为2MS，所需要控制点为100以内，Q系列相较于FX系列更紧凑，支持的点数更多，的I/O地址自动分配，不能改变，S7200只能用仅有的数据区存储数据，FX模块带电源带输入输出端子，而Q系列不带电源和端子只是作为一个模块存在，Q能模块化组合，体积更小功能更强，所以采用了Q系列的cpu。
引言 3
一、系统的结构介绍 4
（一）、工作站整体设计方案 4
（二）、工作站系统特点 4
（三）、本章小结 5
二、工作站的技术分析 5
（一）、PLC的选型 5
（二）、变频器 5
（三）、传感器选择 8
（四）、步进电机 10
（五）、ASC50系列绝对值编码器 10
（六）、电气元件 12
（七）、电气驱动部分 12
（八）、本章总结 13
三、PLC程序设计 13
（一）、工作站工作流程（如图31所示） 13
（二）、信号传输路线（如图32所示） 13
（三）、I/O分配（如图33所示） 14
（四）、手动控制程序 15
（五）、伺服回原点程序（见图35） 15
（六）、定位程序 16
四、人机交互软件程序设计 20
（一）、HMI工程创建 20
（二）、HMI画面编辑（图46） 23
（三）、PLC程序 25
五、工作站验证 25
总结 27
参考文献 28
致谢 29
引言
随着机器人行业的迅速发展，使用机器代替人在电子行业、航空航天、现代制造等行业的应用已经是大势所趋。因为机器人获取外界 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
信息的媒介多种多样，而使用传感器作为机器人获取外界环境信息的主要媒介，相对于视觉等识别检测媒介不仅价格低廉，而且在响应速度，识别准确度上也有所提高，在工业生产中对工件的检测、识别环节中，速度也大大提高。本文根据南戈特杯的机电设备安装调试手册，提出了自动转运电气原理设计、工件识别设计、PLC逻辑控制原理、机器人搬运过程及码放原理等内容，实现了工件的识别转运、并对工件进行码放。主要为了降低工艺生产过程中的成本，提高企业生产效益，具有一定的工业研究价值。
一、系统的结构介绍
（一）、工作站整体设计方案
根据工艺生产流程要求，通过装配工作站实现对工件进行自动识别、转运并精准抓取搬运码放，具体的功能要求如下：
工作站装配主要由：X/Y/Z三轴线性模组组件、接料转盘组件、供料转盘组件、传感器组件、电磁阀组件、触摸屏组件、按钮盒组件、看板组件、三色灯组件等组件构成，整体结构如图11所示
非合格工件能够被自行判断，并自动识别并处理。
所有装配或者缺陷工件能够经过PLC处理，最终由触摸屏显示
系统有严格的安全机制，配备相关的急停和复位操作。
图11工作站工位布局图
（二）、工作站系统特点
该工作站能自动识别搬运工件，由转盘组件上传感器识别，确定工件的当前信息是否合格，触摸屏HMI能同步显示工件的详细信息以及当前各个设备的状态，并调整运行速度。搬运过程中，传感器检测到非良品工件的信息或者接收到操作者的停止指令，机器人能立刻停止动作。可以自动循环，从开始到结束的过程中，速度快准确率高。设备整体综合使用了传感检测技术、变频器技术、步进电机技术、HMI应用和PLC技术等。该系统可以使生产效率和准确率大幅度提高。其主要特点可以归纳如下：
1.系统自动化程度高，节约人力资源成本，减少生产成本。
2.单元模块化，独立单元出现故障时能快速找到问题，节约待机时间。
3.采用三菱Q系列的PLC。不仅响应速度提高，还能确保实际生产故障率低。
4.触摸屏和HMI的综合使用，使整个控制方便快捷，实用性更强。
（三）、本章小结
在这一章，主要介绍了基于传感器的工件分类搬运与码放设备的总体概述，从工厂生产线的问题进而提出系统的关键技术要求，从基本控制功能要求出发，确定总体设计方案，并总结了系统的总体控制能力以及系统的工作的特征等。在这总体布局上，阐述了系统的流程控制步骤，进一步概括整个系统应用到的知识和技术，实用性和通用性在本设计中得以充分的体现。
二、工作站的技术分析
（一）、PLC的选型
三菱PLC可分为两大类：一是FX系列PLC，一体化结构，主机集成I/o等功能，二、q系列PLC，采用的为模块化结构，通过板卡总线插槽连接CPU、I/o、专用功能模块。目前市面上的PLC种类很多，程序构构在不断的完善，功能更加强大，性价比也在提高。用户在使用性能指标有以下几个方面表示：
1.分为基本型，含有性能强劲的CPU（通称PLC CPU）有多种类型。基本型有（Q00JCPU，Q00CPU，Q01CPU），PLC CPU有（Q02CPU，Q02HCPU，Q06HCPU，Q12HCPU，Q25HCPU）程序容量从8K步到252K步，内置标准的ROM，多种基板供使用，可扩展至7个基板.小型系统多数选择基本型，而构建的大中型系统则选择PLC、CPU。
2.CPU特点。拥有高速型总线，相比原a系列的速度可提高48倍，在MELSEC/H网络刷新速度4.6ms/8K；有USB和RS232两个端口， 传输速率最高为12m。.
3.输入输出模块。其共同点是:有光电隔离电路，输出模块是继电器、晶体管输出等类型，晶体管输出不能直接带负载，但其输出延迟低至1毫秒.而继电器输出电流大，可直接带负载。
4.三菱的网络分为三层，信息层以太网、MELSEC/H和CCLink，速率100/10Mbps；
在q系列中，可以网络层中通信，能在多个的PLC中传输，gppw连接到PLC可监视任何程序状态。
本文本系统需要处理数据的速度为2MS，所需要控制点为100以内，Q系列相较于FX系列更紧凑，支持的点数更多，的I/O地址自动分配，不能改变，S7200只能用仅有的数据区存储数据，FX模块带电源带输入输出端子，而Q系列不带电源和端子只是作为一个模块存在，Q能模块化组合，体积更小功能更强，所以采用了Q系列的cpu。
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