FX-2N型PLC控制的物体自动分栋装置

I摘要PLC已在现代自动控制中得到了广泛的应用，本次设计基于THJDZH-1物料自动分拣装置的基础上，应用三菱PLC对装置进行编程，实现其原有的功能。物料自动分拣装置THJDZH-1是模拟自动化工业生产部分过程的微缩模型，是由供料单元、机械手搬运单元和分拣单元组成。由供料单元把物料送到机械手搬运单元处，再由机械手搬运单元使用物料送给分拣单元，当机械手搬运单元送来的物料到位后，并为分拣单元入料口光电传感器检测到时，使机械手动作，机械手把物料搬运到传送带上并为光电传感器检测到时，即启动变频器，使传送带电动机转动，物料开始进入分拣区进行分拣。THJDZH-1使用了PLC控制、传感器、位置控制、电气控制和气动等技术，可以实现不同材料的自动分拣和归类功能，并可配置监控软件由上位机监控。经过模拟实验满足要求实现的功能。关键词PLC传感器物料分拣机械手II目录TOC\o"1-2"\h\z\u引言 1第一章THJDZH-1物料自动分拣装置的PLC控制 21.PLC程序控制要求 2 3 3 4 5第三章PLC对装置的控制原理和方法 63.1步进电机的PLC控制 63.2PLC对变频器控制方法及原理 83.3输入端的接线及原理 9第四章气动原理图与主要气动元件 124.1气动回路的主要部件 12 13 14 145.2PLC的外部接线图 15 16 166.2梯形图程序 17第七章调试 197.1安装调试 197.2软件的调试 19参考文献 24附录 251引言随着PLC逻辑控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等多功能控制器技术的发展，在工业控制中得到了广泛的运用。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。对于I/O点数多，且点数分散的控制系统，可通过PLC网络通信功能实现控制要求，实现PLC的远程控制。由于PLC已成为当代自动控制的一种重要的控制方式，那么如何正确高效把PLC运用到实际的生产中，对于我们大专毕业生尤为重要。所以本文介绍的THJDZH-1物料自动分拣装置是由PLC编程控制的工业自动生产的部分微缩模型，通过对它的重新编程设计控制，对于PLC的运用有了整体的理解，例如，I/O口的连接，根据PLC的I/O口结构形式选择何种传感器等。物料自动分拣装置的PLC选为三菱Fx2n系列的PLC，主要运用于对变频器，步进电机，电磁阀等器件的控制。完成此次设计对使用三菱PLC有了整体认识，如I/O端传感器与输出设备的连接，梯形图的编制等都得到了提高，为以后在工作中使用PLC打下了基础。泸州职业技术学院毕业论文第一章物料自动分拣装置的PLC控制2第一章物料自动分拣装置的PLC控制1.PLC程序控制要求（1）上料机构在复位完成后，“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台后，推料气缸缩回，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料，这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸再次将工件推出至存放料台后，重复上述动作。（2）搬运机械手机构泸州职业技术学院毕业论文第二章装置的组成部分3Ф32mm的圆柱形45泸州职业技术学院毕业论文第三章PLC对装置的控制原理和方法6第三章PLC对装置的控制原理和方法3.1步进电机的PLC控制3.1.1步进电机的控制原理PLC通过对步进电机驱动器发出特定信号，从而对电机进行控制。步进电机驱动器的PUL、DIR、ENA与PLC的输出端连接起来，PLC输出特定的信号通过步进电机驱动器使得步进电机正转、反转、启动、停止、定位等控制。如图所示，PLC向PUL端口输送脉冲信号，步进电机驱动器收到一个脉冲信号则控制步进电机转一个步距，DIR端口输入高低电平，控制电机的正反转，ENA端口输入高低电平，控制电机的开和关。3.1.2（1）概述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、外径42-86毫米三相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环节进行细分控制，电机的转矩波动很小，低速运行平稳，震动和噪音小，定位精度高。（细分电流和步距角都通过拨码开关组合进行调整的）（2）接线信号功能PUL+PLC-脉冲控制信号：控制电机运行步数。DIR+DIR-方向控制信号：TTL电平信号，高低电平控制电机运转方向。ENA+ENA-使能信号：此输入信号用于使能/禁止，ENA+接电源时，ENA-高电平使能，低电平驱动器不能工作。7（3）接线原理图3.1.3步进电机驱动区的细分细分就是对电机的步距角进行选择，应编程的需要电机步距为10000步/转，根据细分表，只需将拨码开关的SW6、SW7、SW8分别打到OFF、OFF、OFF即可完成设定。步数/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF83.2PLC对变频器控制方法及原理3.2.1变频调速的优点三相异步电机采用变频调速技术有着非常明显的节能、增产、提高产品质量的效果，节电率一般在10%～30%，有的高达40%，更重要的是生产中的一些技术难点也得到了解决。变频调速技术作为新技术，同基础技术和节能技术一样，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。变频调速技术使得三相异步电动机实现了无级调速，让三相异步电动机的使用性能得到了改善。3.2.2控制方法利用变频器的外部端子对变频器进行控制，首先将变频器的运行频率设定为装置要求的30Hz，然后调整变频器的内部参数的控制方式调整为外端子控制，如下图，我们主要是STF正转、STR反转、RH高速、RM中速、RL低速、SD公共端这六个端头对变频器进行控制，例如开关S1接通时变频器就按设定控制电机正转启动运行（就和按下RUN按钮相同），开关S1断开时变频器控制电机停止，利用PLC代替开关S1就可实现自动编程控制。93.3输入端的接线及原理3.3.1概述PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，单端共点（COM）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC通常采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。3.3.2PPLC的数字量输入端子，按电源分直流和交流，按输入接口分类由单端共点输入和双端输入，单端共点接电源正极为SINK（拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（灌电流）。3.3.3PLC与传感器的连接本装采用的是三菱PLCFx2N系列的，日系PLC为单端共点接电源正极为SINK（拉电流），SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电流正极，可接NPN型传感器。（1）有源三线制传感器的接线方法有源三线制传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）直流有源三线制接近开关与光电开关输出管使用三极管输出，因此传感器分NPN和PNP输出，也有的是四线制，有双NPN或双PNP，只是状态刚好相反，也有NPN和PNP结合的四线制输出。10传感器引出线的接线方法：棕色表示“+”接“24V+”，蓝色表示“-”接“24V-”，黑色表示“输出”接“PLC的输入端”。由于，单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V+，外部共线→24V-）。那么，棕色线接内部共点端子，蓝色线接外部共线，黑色线接PLC的输入端子。一旦传感器受到信号，就会接通PLC的X0端口输入信号。如图下所示：（2）有源两线制传感器的接法有源两线传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）此传感器的特点就是两根线，传感器输出端导通后，为了保证电路正常工作需要一个保持电压来维持电路工作，通常在3.5-5V之间，静态泄露电流要小于1mA，这个参数很重要，如果过大，在传感器没有信号输出时，就使得PLC的输入端的光电耦合器导通，发出错误信号使装置误动作。直流两线制接近开关分为二极管极性保护与桥整流极性保护，前者在接PLC时需要注意极性，后者就不需要注意极性。有源舌簧磁性开关11主要用在气缸是做位置检测，由于需要信号指示，内部有双向二极管回路，因此也不需要注意极性。传感器引出线的接线方法：棕色表示“+”接“PLC的输入端”，蓝色表示“-”接“24V-”。由于，单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V+，外部共线→24V-）。那么，棕色线接内部共点端子，蓝色线接外部共线。如图下所示：3.3.4小结PLC输入接口电路形式和外接元件（传感器）输出信号形式的多样性，因此在PLC输入模块接线前必要了解PLC输入电路形式和传感器输出信号的形式，才能确保PLC输入模块接线正确无误，为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。泸州职业技术学院毕业论文第四章气动原理图与主要气动元件12第四章气动原理图与主要气动元件4.1气动回路的主要部件13泸州职业技术学院毕业论文第五章硬件设计14序号PLC地址名称及功能说明序号PLC地址名称及功能说明1X0启动按钮1Y0步进电机驱动器PUL-2X1停止按钮2Y1步进电机驱动器DIR-3X2复位按钮3Y2步进电机驱动器ENA-4X3物料检测光电传感器4Y3物料推出5X4物料推出检测光电传感器5Y4手臂伸出6X5推料伸出限位传感器6Y5手爪下降7X6推料缩回限位传感器7Y6手爪夹紧8X7手臂伸出限位传感器8Y7手爪松开9X10手臂缩回限位传感器9Y10推料气缸10X11手爪下降限位传感器10Y11导料气缸11X12手爪提升限位传感器11Y12警示红灯12X13手爪夹紧限位传感器12Y13警示绿灯13X14机械手基准传感器13Y14警示黄灯14X15推料一伸出限位传感器14Y20变频器STF15X16推料一缩回限位传感器16X17导料转出限位传感器17X20导料原位限位传感器18X21入料检测光电传感器19X22料槽一检测传感器20X23料槽二检测传感器21X24分拣槽检测光电传感器155.2PLC的外部接线图PLC的外部接线图泸州职业技术学院毕业论文第六章软件设计16176.2梯形图程序1819第七章调试7.1安装调试自动分拣装置由上料机构、机械手搬运机构、分拣机构三部分组成，上料机构主要是检测到的物料后，使推料气缸把物料推到指定位置和装置的运行指示，加入物料看光电开关是否检测到，检测到后推料气缸能否把加人的物料推到指定工位，如不能，原因很可能是安装位置不当造成的。装置中的气缸的动作速度都能通过该缸上的节流阀调节。机械手搬运机构主要气动系统和步进电机组成，机械手的定向是由电感式传感器检测机械手的基准位置，只有机械手定位无误后，才能准确的将物料抓取，步进电机驱动器的细分决定了电机的步距，步数由程序控制，所以驱动器的细分应与程序对应，否则会使与步进电机相连的机械手转动的角度不准。气动元件的位置反馈信号是否正常，气动元件的位置反馈信号是PLC的输入信号，再者气动元件工作需要一定的气压，气压不能达到要求，可能是漏气和气压发生器没有工作造成的。分拣机构主要对物料进行分拣入库，检测到物料为金属物料时，推料气缸能否快速准确的将物料推入指定料槽，光纤传感器在一定范围内只对白色物料有反应，光纤传感器安装在合适的距离下才能发出正确的信号，才能正确的判别出物料的颜色。由于三个部分为一个整体，正确合理的安装位置才能使得各机构可靠的运行。7.2软件的调试由于GX-Developer编程软件无法完成软件仿真，本装置要求的FX2N-48MT型号的PLC没有，则用FX2N-48MR型号的PLC完成模拟调试。软件调试是用模拟运行流程的办法用按钮、开关等器件代替各种传感器发出信号，观察输出情况是否与要求一致。因为程序中有较高的脉冲输出，FX2N-48MR无法达到，所以在调试过程中的程序中的参数都有调低，但不影响程序本身的调试。该程序是一个整体式的结构，大体可以分为三个部分但是又不能完全被分开三者是相互联系的。调试时由三个部分按装置动作流程交替进行，经过模拟调试结果完全满足第一章提出的要求。部分调试说明如下：①无物料报警调试当物料检测光电传感器X3没有信号输出时延时三秒后T0动作接通Y14，20M8013使得Y14按一秒的频率接通和断开。加入物料X3检测到信号停止输出。②机械手调试机械手夹持物料，机械手基准传感器X14有信号输出，说明机械手处于基准位置，机械手伸出只能使得Y6接通气动手指夹紧工件，夹紧后缩回。21③步进电机控制调试由于气动手指已经将物料夹紧，所以手指夹紧限位传感器X13有信号输出，当手臂缩回到位会使X10动作将17（1750）送PLSY脉冲输出指令输出17（1750）个脉冲，同时使步进电机气动器ENA和DIR接通使步进电机正转，脉冲发送完成后特殊辅助继电器M8029动作是步进电机停转。④物料分拣调试入料检测光电传感器X21检测到机械手搬来的物料，Y20输出传送带动作，物料到达第一个检测点，料槽一检测传感器Y22对物料进行检查，由于Y22为电感式传感器，只对金属有反应，Y22有信号输出，使Y10动作把物料送入1号料槽内，物料进入料槽的同时，分拣槽检测光电传感器线X24发出信号使动作停止。22泸州职业技术学院毕业论文结束语23结束语经过两个月的工作，基于PLC控制的物料自动分拣装置设计已经完成。经试验验证，满足设计要求。本次设计主要涉及了三菱PLC的编程相关知识及三菱PLC使用的诸多要领。在设计中，我积极查阅资料，细心钻研各个技术细节，同学之间互相合作，协调一致地完成了小软件的开发与调试，也让我们明白了在设计中考虑问题应该全面，以及需要互相合作的精神。在设计中既锻炼了我的动手能力，又学会查阅资料，提炼需要的信息。本次设计是PLC的编程控制，除PLC梯形图的编制外，其中还涉及了气动、步进电机的控