樱桃西红柿分拣机控制系统设计Word文件下载.docx
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3.3.2按钮开关14
3.3.3信号灯15
4、系统PLC选择15
4.1PLC简介15
4.1.1PLC的起源与发展15
4.1.2PLC控制系统与其他工业控制系统的比较16
4.1.3PLC控制系统的硬件组成18
4.1.4PLC控制系统的软件组成20
4.2PLC选择23
5、总结24
6、参考文献25
1、前言
樱桃西红柿又名葡萄番茄、圣女果、珍珠番茄，在国外又有“小金果”、“爱情果”之称。
它既是蔬菜又是水果，色泽艳丽、形态优美，并且味道适口、营养丰富，除了含有番茄的所有营养成分之外，其维生素含量比普通番茄高。
被联合国粮农组织列为优先推广的“四大水果”之一。
圣女果是一种热带作物，鲜红碧透，味清甜，无核，口感好，营养价值极高。
伴随着人们生活水平的提高，其消费量逐渐增加。
圣女果一般单重10～20g，果实横径2厘米左右。
在不断增长的市场需求刺激下，我国的樱桃西红柿产业正快速发展，目前已经形成一定规模。
并且伴随着国际市场的需求增大，作为一种高档蔬菜的樱桃番茄将会有一个长足的发展。
为了提高樱桃西红柿的出产效率，并且使樱桃番茄规格划分更加准确，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，樱桃番茄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，可以省去专人进行樱桃番茄的等级划分，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。
2、总体功能介绍
对于自动分拣系统，首先必须实现以下基本条件：
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。
建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻人员的劳动强度，提高人员的使用效率，基本实现无人化作业。
现将樱桃番茄按照其尺寸及色泽分为规格一和规格二两种。
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，采集每个樱桃番茄的信息，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一或者规格二。
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，打开规格一或者规格二出料口的电磁阀，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。
以下是为实现自动分拣机的上述功能的各种控制要求。
送料、出料部分，由一台空气压缩机提供气压，电磁阀控制，共需要三个电磁阀。
产品的输送及依次排队由电机提供动力。
这里需要两个继电器对电机进行控制。
产品规格信息由视觉系统采集后送给PC进行分析，并将分级结果转换为指令送入控制系统。
系统的主要控制功能将由PLC实现。
系统设计4个控制开关：
总行、送料、输送、手/自动转换。
下面对分拣机各功能模块进行设计说明：
2.1排队部分
产品经进料口送入分拣机后，需要使其可以依次经过光耦进入输送部分，而排队部分就是实现这一功能的。
功能的具体实现如下图：
此处省略
NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系
扣扣：
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2.1.1电机选择
排队输送机构采取电机带动。
根据设计生产效率及小番茄重量，需要电机轴上功率P=0.06KW。
并且要求电机效率高，运转平稳、振动小、质量轻，故选用90YYJT90型齿轮减速电子调速电动机，额定功率0.09kW，频率50Hz，电压200V，输出转速1-500r/min（任意选择）。
选用浙江佳雪微特电机集团生产的90YYJT90-3。
该产品具有高精度、低噪声等优点，并且拥有良好的加工工艺，整体适应性良好，属于小功率齿轮减速、电子调速电机，具有较高的性价比。
排队电机的安装线路图：
2.1.2电子无级速度控制器选择
在现代工业系统中，电动机是主要的驱动设备，目前在电动机拖动系统中已大量采用晶闸管（即可控硅）装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，并且伴随着电子技术的发展，促使电机调速逐步从模拟化向数字化转变。
选择浙江微特电机生产的SC-A电子无级速度控制器。
该产品采用PD比例调节器，电流负反馈技术，实现恒力矩无级调速，具有运转平稳，起动迅速，控制精度高等特点。
并且该产品结构简单，能与主电路同步，能平稳移相且有足够的移相范围，控制角调整量可达10000步，能够实现电机的无级平滑控制，脉冲前沿陡且有足够的幅值，脉宽可设定，稳定性与抗干扰性能好。
以下为其接线图：
2.2输送部分
产品经过光耦后，经由输送系统送到出料口，由电机带动滚轮来实现。
2.2.1电机的选择
该电机的线路图如下所示：
根据传送带设计所需转速，以及生产效率，确定在输送部分所需电机功率P=0.65KW。
选择由上海锐进电机公司生产的MBL07-Y0.75-C5（一级齿轮减速，减速比为1：
5）。
该电机主要由压紧的主动轮装置、摩檫传动机构、调速控制机构组成，并具有以下的特点。
（1）.高强度：
在加冲击负栽或机器逆转时，本机性能可靠，能精确转动，无后坐力。
（2）.变速范围大：
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）.调速精度高：
调速精度为1--0.5转。
（4）.性能稳定：
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）.同轴结构：
输入轴、输出轴同向旋转，体积小、重量轻。
（6）.组合能力强：
本机可与各种类型减速机组合，实现低转速，大扭矩的变速效果。
（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。
2.2.2电机工作情况
工作温度：
部件磨合（空机运转）开始时，温升可高于环境温度的40°
-50°
，当运转60-80小时后，温度逐渐降低，温度约高于环境温度25°
，并保持恒定。
工况系数表：
K
工作情况
1
均匀、匀速负载、单向旋转、无惯性
1.3
中等冲击、脉动负载、常反转、中惯性
1.5
中等冲击、脉动负载、常反转、大惯性
1.75
严重冲击、脉动负载、常反转、大惯性
调速方式：
手动调速（分快慢手轮、指针手轮两种）
配直角器调速
电动调速
2.3视觉系统
视觉系统主要包括光耦、采集卡、摄像灯、摄像头等，主要完成对产品信息的采集功能。
下面是视觉系统安装线路：
视觉摄像头需要24V直流电源。
视觉系统的摄像灯以及采集卡需要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。
系统需要高稳定性，低误差，较高的灵敏度，因此选用热电变换。
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：
11°
C至35°
C;
校准：
18°
C至28°
储存：
-40°
C至50°
C
3、电控设计
本设计主要针对自动分拣机控制系统的设计，以下就对该部分设计进行详细的说明。
3.1输入部分
产品信息由光耦采集，PC分析后，给出两种规格结果，并输入给PLC。
由于采集卡给出信号为弱电输入，不足以作为指令信号输送给PLC，因此这里需要两个继电器进行调节。
右图为产品规格信息的输入线路图：
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）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，高振动的环境下工作，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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
需要直流控直流继电器作为PLC指令的输入，负载电流为5A左右，因此选用2个美格尔公司的JGX-1D10型号固态继电器。
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。
3.2输出部分
系统的进料、出料部分由PLC发出指令，控制电磁阀完成。
产品分两种规格，因此一共需要三个电磁阀。
电磁阀安装在分拣机的进料、出料口，因此电磁阀的远距离控制，需要三个继电器实现。
下面是电磁阀输出的线路图：
樱桃番茄的重量一般为10g-20g，因此流量Cv:
0.18即可满足需要。
选用MAC公司的MAC35AACADDAA-1BA型号电磁阀，三个。
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极限,可以满足任何速度及精确度上的严格要求,是在高速、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。
电磁阀工作电压220V，电流10A左右，因此选用美格尔公司的JGX-1DD220D10型号直流控直流继电器。
3.3控制面板
系统共设置总行、送料、输送、手/自动转换四个控制按钮。
下图为这些控制按钮的信号输入图：
3.3.1输送、排队继电器
输送电机为三相交流电机，并且考虑到该电机功率要求，所需负载电压为24V，负载电流为40A。
选用乐清市美格尔电子电器公司生产的JGX-3380D40三相交流固态继电器。
排队电机为单相电机，所需控制继电器的负载电压为24V,负载电流为10A，因此选用美格尔公司的JGX-1D4810交流固态继电器。
美格尔公司该系列的继电器，不仅能够良好的实现系统的功能需求，拥有较高的质量，并且方便继电器的维护等。
3.3.2按钮开关
设计系统供电电压为220，电流10A左右，选用江阴长江电器公司的LA38-11型号开关。
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。
其技术指标为：
●带灯钮（LED）发光寿命：
30000h
●信号灯额定工作电压：
AC、DC：
24V、220V
●颜色：
红、绿、黄、白、蓝、黑（选红色）
●相比漏电起痕指数CTI≥100,阻燃
●寿命指标：
按钮：
机械寿命：
100×
104次 电寿命：
50×
104次
旋钮：
20×
104次 电寿命：
10×
电寿命：
104次
●绝缘电阻≥50MΩ
●接触电阻≤50mΩ
3.3.3信号灯
选择江阴长江电器公司的AD11-22/21（AC/DC24V）信号灯，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。
其性能指标为：
●连续工作寿命≥30000h
●光亮度：
40～60cd/m2
●允许瞬间电压波动±
20%（110V以上）；
●相比漏电起痕指数CTI≥100，阻燃
交流频率50Hz
●工频耐压：
2.5kV
●发光颜色：
红、绿、黄、白、蓝
●绝缘电阻：
Ui≤60V为5MΩ
60V＜Ui≤660V为50MΩ
4、系统PLC选择
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。
4.1PLC简介
4.1.1PLC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承由输入电路，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（ProgrammableLogicalController），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。
4.1.2PLC控制系统与其他工业控制系统的比较
1 PLC与继电器控制系统的比较
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
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
差，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。
2 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，代只的却是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
通用计算机系统
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
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
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
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