基于PLC的物料分拣系统设计

xxxxx毕业设计题 目 基于PLC的物料分拣系统设计英文题目TheDesignofMaterialChooseSystemBasedonPLC院系机械与材料工程学院专业机械设计制造及其自动化姓名xxx年级2009(A0916)指导教师 xxx二零一三年六月摘要他物流设备无缝连接，实现对物料信息流的分配和管理。也越来越广。前物料分拣系统运用甚广，系统中设计到搬运机械手也广泛应用在各行各业。联系起来，构成物料分拣系统，实现了光机电一体化。【关键词IIAbstractThematerialsortingadoptprogrammingcontrollerPLCtobeinprogress under the control of,can criticize in large scale in arowmeasuringfieldsortinggoods,theintensitysorting,errorleadlowandworkingisreducedgreatly,butnotableriseproductivity.Markchoosessystemtobeabletonimblyandlogisticsequipmentseamlessconnectionother,cometruetomaterialinformationstreamassignmentandmanage.Hardware-Design and software-design middle having introduced itmainlyinisdesigned.Withthepopularizationanddevelopmentofindustrialautomation,increaseddemandforprogrammablecontrollers,fieldmoreandmorewidelyused.DesignmaterialsortingsystembasedonFX-2NPLCcontrolbyfeeding,handlingrobotbody,materialtransportpickupbodies,onthreedifferentmaterialsforcategorysorting.Flexiblesensormaterialfordetection,identification,andStatetestingforManipulator.Thisdesignusesasteppermotortopreciselypositiontherotation,useofvariablefrequencycontroltechniquetodesignthematerialtransmissionspeed.Currentmaterialsortingsystemusingawiderangeofsystemdesigntohandlingrobotsarewidelyusedinalltradesandindustries.Mostofthedesignandapplicationoftheknowledgelearntinschool,tolinkvariouscomponentsthroughalogicalandorderly,constituteamaterialsortingsystem,foroptical,mechanicalandelectronicintegration.【Key words】PLC; Sensor; Hardware-design; software-designIII目录前言 1第一章绪论 2分拣系统的研究背景 2物料分拣系统发展概况和现状 3课题研究目的和意义 4本文研究的主要内容 5本章小结 5第二章PLC系统设计 6控制系统设计的基本内容 6控制系统设计的原则 7控制系统设计的一般步骤 7程序设计的步骤 8编写梯形图应该注意的事项 8本章小结 9第三章系统的组成及控制要求 10系统的组成 11上料机构 11搬运机械手机构 11物料传输分拣机构 11系统控制要求 12本章小结 13第四章系统硬件设计 14电气元件名称及功能 14输入电气元件 14输出电气元件 15IV执行电气元件 15输入/输出（I/O）点分配 16PLC的选型 17系统对PLC的要求 18确定PLC型号 18三菱FX-2N型PLC控制原理图 19步进电机设计 20本章小结 21第五章系统软件设计 22三菱编程软件、模拟仿真软件 22程序设计思想 22上料机构流程图 23搬运机械手流程图 25物料传输分拣流程图 30系统控制总程序设计简介 31第六章系统调试 32程序的模拟调试 32通过软元件输入输出状态进行调试 33时序图辅助调试 35程序的现场调试 35结论 37参考文献 38谢辞 39附录 40VPLC果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。物料分拣系统，采用日本三菱公司的FX-2N型PLC，对物料的存放，机械手体化。1PLC是应用面极为广泛的工业控制装类型的机械设备或生产过程[1]它给自动化控制带来很大的方便，目前有不少的国家的公司都在致力于PLC的研究并使其性能不断的改善提高。分拣系统的研究背景大而复杂的系统。拣机，但近二十年来由于其本国经济发展需要发展迅速，后来者居上，从1987年就已经拥有自动分拣机1000机最多的国家。然靠人工分分拣。近二十年来,特别是物流行业，随着经济和生产的发展,商品趋短小轻薄2自动操作的优势。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一[2]本次设计基于PLC的物料分拣系统控制。采用PLC控制开发可以达到短周PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，同时PLC的可靠性高，有丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。物料分拣系统发展概况和现状纵观国内外物料分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工:一是一次性投拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。PLC控制的分拣系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料分拣效率的问题。3课题研究目的和意义以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。本文主要针对生产线上的自动化设开始供料，当物料为金属物料时，物料到位，通过汽缸将物料推出，然后停止传用,安装在其内部的步进电机的驱动将使分料盘发生相应的动作来达到物料的最终分拣。由于同样实现了自动化分拣，因此在现代工业中也较广泛地使用。重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增,其中的产机械化和自动化的步伐。(PLC)PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点[3]PLC的物料分拣传送带可代替人工在高温和危险的作4PLC控制，和传统继电器控制相制线路，节省成本，进一步提高劳动生产率[4]本文研究的主要内容在本文中,以生产线上不同物料的分拣系统为例,详细分析了基于PLC控制的自动分拣系统的设计,介绍了分拣系统中传感器信号的采集、处理的一些基本知识,并通过设计要求与技术指标的比较,确定了硬件系统中的各种元器件及PLC的选型。,对本课题进行硬件与软件设计,设计出主电路与控制回路,并建立了实际的模型,在软件设计中,确定了I/O分配,并按照PLC梯形图。在本系统完成其设计之后,对其进行整体安装与调试。在硬件部分,调试其各部分安装的位置及角度,使其材料物块的运行与传感器安装的角度适合。将各气缸的动作速度进行调试之后,进行了软硬件综合调试,实现材料分拣系统中上料、传送与分拣的全过程。本章小结归纳。为后面的设计打下了良好的基础。5第二章PLC系统设计PLC程序。程序要以满系统指定的功能。控制系统设计的基本内容PLC容易，维修容易等特点。一般不容易发生操作的错误，容易掌握和理解。PLC控制系统设计的基本内容应包括以下内容：选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等、输出设）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。PLC的选择。PLCPLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。PLC，应包括机型选择、容量的选择以及I/O模块的选择、电源模块的选择等。I/OI/O连接图。（即程序清单）和控制系统流程图。关键。因此，设计的控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。必要时还需设计控制台编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表。传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC6PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC部分的I/O连接图[3]。另外，在PLC控制系统中的电气图中还应包括程序图（梯形图，通常称它程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。控制系统设计的原则PLC控制系统，如同设计任何一种电气控制系统一样，其目（生产设备或生产过程PLC控制系统时，应遵循以下基本原则。PLC共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及化和高指标[5]。保证PLC控制系统安全可靠PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等，也能正常工作。考虑到生产的发展和工艺的改进，在配置PLC硬件设备时应适当留有一定裕量。控制系统设计的一般步骤7设计控制系统的步骤可分为：根据生产的工艺过程分析控制要求。PLCI/O点数。PLC系统。PLCI/OI/O连接图。PLC程序设计，同时可进行控制太的设计和现场施工。程序设计的步骤程序的设计要按一定的步骤才可以顺利的完成。程序设计的步骤可分为：作的顺序和条件。设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。根据梯形图编制程序清单。用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。编写技术文件。交付使用。编写梯形图应该注意的事项输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接[6]在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。8不允许出现桥式电路。本章小结本章主要对PLC系统设计一些要求和注意事项进行了详细的介绍。对控制系设计、程序设计奠定了坚实的基础。9等待机械手搬运等待机械手搬运上料机构光电传感器检测放料台有无物料？无有搬运机械手机构工作无光电传感器检测入料口有无物料？有皮带传输机构工作物料分拣机构工作无物料报警上料机构光电传感器检测放料台有无物料？无有搬运机械手机构工作无光电传感器检测入料口有无物料？有皮带传输机构工作物料分拣机构工作无物料报警3-1系统流程简图10系统的组成上料机构3-2上料机构实物图3-2，由井式工件库、光电传感器、工件、存放料台、推料气3-2上料机构实物图搬运机械手机构物料到位等动作。物料传输分拣机构3-3。由皮带输送线、分拣料槽、单杆气缸、旋转（1号料槽：用于放置金属物料；2号料槽：用于放置白色尼龙物料；3）11系统控制要求

3-3物料传输与分拣机构实物图（PLC的控制可实现系统的自动化和半自动化控制。上料机构在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。搬运机械手机构（自动控制）0.5秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，12到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检送线上[7]运输与分拣机构检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止。本章小结本章对控制系统的组成进行了介绍，设计了PLC控制系统机构流程简图，对上料机构、搬运机械手机构、运输与分拣机构的控制功能方面给出了详细的要13PLC输入\FX-2N型PLC相关电气硬件部分进行设计及说明。电气元件名称及功能输入电气元件SB03-1K（3个）反射型传感器，检测到有物料时推料气缸将物料推出到存放料台，有物料时为PLC提供一个输入信号。NPN三线常开，当检测到存料台上有物料时为PLC提供一个输入信号。③位于入料口中间外侧。作用：检测入料口有无物料进入，漫反射式直流NPN三线常开，当检测到入料口有物料时为PLC提供一个输入信号。光电传感器WS/WE100-N1439 位置：位于料槽一与料槽三入口外用：检测物料是否经过料槽一、二、三，该光电传感器为分体直射型，当检测到物料进入料槽时为PLC提供一个输入信号。磁性传感器D-A73 位于气缸两端。作用：用于检测气缸伸出缩回是否达到限位位置点检测气缸达到限位位子时为PLC提供一个输入信号。LE4-1K位置：机械手旋转支柱下侧旁。作用：检测机PLC提供一个输入信号。电感式传感器位置：位于料槽一前、皮带上方。作用：检测金属材PLC提供一个输入信号。14光纤传感器位置：位于料槽一与料槽二的皮带传输的中间上方。PLC提供一个输入信号。其检测距离为3~8mm，检测距离可通过传感器放大器的电位器调节。（7个）（绿色（红色（黄色；4个用于机械手的手动控制。输出电气元件警示灯在设备停止时警示红灯亮，在设备运行时警示绿灯，在无物料或停止时警示黄灯闪烁。电磁阀通过PLC控制电磁阀来控制气缸的动作。变频器当入料口检测到有物料时PLC向变频器提供驱动信号，变频器驱动三项异步电动机按设定频率转动。步进电机驱动器接受PLC。控制机械手手臂的旋转，通过脉冲个数进行精确定位。执行电气元件推料气缸 制[8]推料一气缸将金属物料推入料槽一，由单向电控阀控制。气动手爪 的抓取动作，由双向电控阀控制，手爪夹紧时磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。双导杆气缸控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。单杆气缸 控制气动手爪的提升、下降，由双向电控气阀控制。导料气缸 有白色物料时，将导料块旋转到相应的位置，由双向电控气阀控制。步进电机 用步进电机驱动器控制，用与实现机械手臂的旋转。皮带输送线 由三相交流异步电动机拖动将物料输送到相应的位置。三相异步电动机驱动传送带转动，由变频器控制。15输入/输出（I/O）点分配4-1输入点分配及说明序号PLC地址名称功能说明1X0启动按钮系统启动2X1停止按钮系统停止3X2复位按钮系统复位4X3物料检测光电传感器检测料库有无物料5X4物料推出检测光电传感器检测放料台上有无物料6X5推料伸出限位传感器检测推料气缸是否退出7X6推料缩回限位传感器检测推料气缸是否缩回8X7手臂伸出限位传感器检测手臂是否伸出9X10手臂缩回限位传感器检测手臂是否缩回10X11手爪下降限位传感器检测手爪是否下降11X12手爪提升限位传感器检测手爪是否提升12X13手爪夹紧限位传感器检测手爪是否夹紧13X14机械手基准传感器检测机械手是否在基准位置14X15推料一伸出限位传感器检测推料一气缸是否推出15X16推料一缩回限位传感器检测推料一气缸是否缩回16X17导料转出限位传感器检测导料气缸是否旋转到位17X20导料原位限位传感器检测导料气缸是否回原位18X21入料检测光电传感器检测物料是否放入入料口19X22料槽一检测传感器检测金属物料20X23料槽二检测传感器检测白色物料21X24分拣槽检测光电传感器检测有无物料进入料槽16序号PLC名称序号PLC名称功能说明1Y0步进电机驱动器PUL-输出脉冲2Y1步进电机驱动器DIR-方向控制3Y2步进电机驱动器ENA-使能控制4Y3电磁阀物料推出5Y4电磁阀手臂伸出6Y5电磁阀手臂缩回7Y6电磁阀手爪上升8Y7电磁阀手爪下降9Y10电磁阀手爪夹紧10Y11电磁阀手抓松开11Y12电磁阀推料气缸12Y13电磁阀导料气缸13Y14警示红灯停止指示灯14Y15警示绿灯启动指示灯15Y16警示黄灯物料报警指示灯16Y17变频器STF变频器驱动控制PLC的选型在第二章中已对PLC进行了简单介绍，在设计中应用的是三菱FX-2N型PLC。FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC等几个系列，其中F系列是早期产品，现已停产。FX21991年推出的产品，是加强型的小型机。FX2N是三菱公司的近期产品，按叠装式配置，

FX4-1所示：174-1三菱FXPLCPLC的要求功能要求：在满足一般开关量输入信号控制要的同时，系统要进行步进电机控制，要求输出脉冲信号，所以输出类型要是晶体管输出

。I/O2116点。在实际统计出的I/O点数的基础上加15%——20%的备用量，以便今后调整和扩展。PLC型号FX2N-64MT。FX2N-64MTFX2N-48MTFX2N-48MT的FX2N-8EX（输入点8的扩展模块。考虑多方面因素：FX2N-64MT18三菱FX-2N型PLC控制原理图4-2三菱FX-2NPLC19步进电机设计机驱动器型号为：3MD560。3MD560细分型三相混合式步进电机驱动器，采用直流18-50V供电，适合驱动相电流小于6A、外经42-86毫米的三相混合式步进电机。此驱动器采用交功能简介：纯正弦电流控制，驱动电流可达6.0A；直流供电电压18-50VDC；光电隔离信号输入/输出；有过压、欠压、过流、相间短路、过热保护功能；八档细分和（5秒后再断电，可保持电机上下电位置不变；高启动转速；具有脱机命令输入端子；电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关[11]在本系统中设置参数设置如表4-3所示。1电流设定细分设定电流值(A)SW1SW2SW3SW41.5AOFFOFFOFFOFF2.6AOFFOFFONOFF4.1AONOFFOFFON5.2AONOFFONON6.0AONONONON2步数/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON202000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF1000OFFOFFOFF4-3步进电机驱动器参数设置序号SW1SW2SW3 SW4 SW5SW6SW7SW8开关状态ONONON ON OFFOFFOFFOFF脉冲个数计算：在模拟系统中步进电机左右旋转的角度为63°，步进驱动器所设置的细分步参10000步/6.0APLCY0N为：10000本章小结

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63170步）作，为产品的开发、生产奠定了坚实的基础。21PLC作为核心控制部件将各类元器件通过逻辑关系联系起来，实现系统控制要求。三菱编程软件、模拟仿真软件PLC厂家都相继开发了基于个人计算机的图示化编程软件，例STEP7Micro/WIN32编程软件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件等。这些软件一般都具PLC用户不可缺少的开发工具[12]。PLCGXSimulator：仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编GXSimulator6c之前，GXDeveloper，并且版本要互相兼容。安装好编程软件和仿真软件后，在桌面或者开始菜单中并没有仿真软GXDeveloper中了，其实这个仿真软件相当于编程软件的一个插件[13]。程序设计思想成整个系统的程序设计。22上料机构流程图上料机构的控制要求，在程序设计的时候应注意一下几点：警示黄灯在料库无物料与停止时都要闪烁。动机械手程序的必备条件。5-1所示：复位复位警示绿灯亮启动放入物料后黄灯熄灭料筒光电传感器检测有无物料3s警示黄灯闪烁有推料气缸将工件推至放料台无放料台光电传感器检测有无物料等待物料推出有机械手将工件取走接机械手流程图推料气缸缩回5-1上料机构流程图23上料机构部分的梯形图如图5-2所示：5-2上料机构梯形图24搬运机械手流程图5-3所示：图5-3图5-3搬运机械手流程图夹紧工件后，在没有送到入料口之前的所有状态手爪都必须保持夹紧[14]25一次，从而保护手臂连续旋转对手臂上气管，电线的破坏。5-4所示：5-4搬运机械手机构状态转移图5-4搬运机械手机构状态转移图26机械手控制程序的编写如图5-527285-5搬运机械手机构梯形图29物料传输分拣流程图入料口光电传感器检测变频器接收启动信三相交流异步电机以30HZ的频率带动皮带正传传输物入料口光电传感器检测变频器接收启动信三相交流异步电机以30HZ的频率带动皮带正传传输物料槽一检测料槽二传感器检物料为黑色为金属物料测为白色物料物料推料气缸动作将旋转气缸动作将直接将（黑色物（金属物料）推（白色物料）导料）传送至三号进一号料槽入二号槽料槽料槽传感器检测到有工件经过时电机停转图5-6物料传输分拣流程图PLC给变频器一个停止。305-7所示：5-7物料分拣机构梯形图系统控制总程序设计简介设计就需要将前面三部分的设计思想结合起来。明，这样更有利于读懂程序。31基于三菱FX-2N型PLC控制物料分拣系统的调试分两个调试过程进行。一后完成整个调试工作。程序的模拟调试GX-DeveloperV7.0具有监控功能，将仿真软件GXSimulator6c安装后就可直接在编程软件中进行程序的模拟调试及监控。检查程序并修改后，再仿真调试。若有异再修改程序，这样反复调试，直至程序可用模拟调试运行正常。如图6-1是程序调试及监控的打开界面。6-1程序调试及监控开始32通过软元件输入输出状态进行调试在仿真软件中可以直接对各种软器件进行置位，如：X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等部分常用的软器件可直接进行置位，对于特殊功能辅助继电器、时间继电器、计数器不能直接置位调试。6-2程序启动时调试及运行监控将X0按下系统启动，此时警示绿灯Y15亮，警示黄灯Y16闪烁，无6-26-2程序启动时调试及运行监控将物料检测传感器X3置位，此时警示黄灯Y15停止闪烁，将推料伸出限位传感器X6置位，此时物料推出气缸Y3动作。X6复位，推料伸出传感器X4复位，6-3。分拣调试Y17向变频器发送驱动信号。当物料为Y12动作将物料推入料槽一。33PLC发出一个信号，使电机停转。调试输入输出状态6-4。6-3上料结构上料时运行监控6-4金属物料分拣时运行监控34求。时序图辅助调试进行辅助调试，通过时序图就可以更清晰的看出软元件状态的变化。如图6-5所示为时序的样板。6-5辅助调试时序图拟调试完成。程序的现场调试FX2N型可编程控制器的现场调试。35PLC的外部接线图和软件部分的梯形图程序设计中的问题，经过仔细推敲及时加以解决。调试过程：检查连线，要逐点进行，确保正确无误。检查输入输出接口。将调试好的程序传输的三菱FX-2N型PLC中。检测搬运机械手手动部分和自动部分。进行系统半自动调试。进行系统自动工作调试。异常条件检查，完成上述所有的调试工作，系统调试完成。36结论PLC及传感器技术的工作原理、适用领域做出了详细PLC设计出了材料分拣系统具有很高的实用价值。制技术等基本知识。统进行一些改进。进入、弹出传送带打下基础。在硬件上进一步改进挡板、出料轨道、传送带、进速度的可控制性、实现系统的分拣效率的