分拣装置的PLC控制系统.doc

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山西职业技术学院毕业论文

毕业（设计）论文

题目：

分拣装置的PLC控制系统

系部：

电气工程与自动化系

专业：

机电一体化

班级：

机电A1004班

姓名：

张晓权

指导教师：

朱娟娟

山西职业技术学院

目录

摘要 3

正文 4

第一章前言 4

1.1设计的目的和意义 4

1.2材料分拣装置的发展介绍 4

1.3设计任务及原理 4

第二章系统分析 5

2.1材料分拣装置的系统分析 5

2.1.1系统介绍 5

2.2硬件分析 6

2.2.1硬件介绍 6

2.2.2、检测元件与执行装置的选择 10

2.3软件分析 12

2.3.1软件介绍 12

第三章课题研究的方法和手段 13

3.1硬软件比较 13

3.2PLC的特点及功能 14

3.2.1PLC的优点 14

3.2.2PLC的缺点 14

3.2.3PLC的功能 14

3.3PLC控制系统的发展趋势 15

第四章结果和讨论 15

4.1PLC控制材料分拣装置的硬件设计 15

4.1.1分析被控对象并提出要求 15

4.1.2确定输入输出设备 15

4.1.3选择合适的PLC类型 15

4.1.4分配I/O点 15

4.2程序设计 18

4.2.1程序设计 18

4.2.2程序模拟调试 19

4.2.3硬件实施 19

4.2.4整理和编写技术文献 19

4.3PLC的软件设计 20

4.3.1分配定时器/计数器 20

4.3.2编制控制系统的逻辑关系图 20

4.3.3绘制电路图 21

4.4PLC调试过程及分析 22

第五章电器元件设备的选择 22

5.1PLC机型的选择 22

5.2元器件的选用 23

第六章结论 23

致谢 25

参考文献 26

附表1 27

附表2 28

摘要

利用可编程控制器（PLC）设计成本低、效率高的材料分拣装置，以PLC为主控制器，结合气动装置、传感器合位置控制等技术，现场控制产品的分拣，该系统灵活性较强，程序开发简单，自动化程度高，运行稳定，精度高，易控制的特点，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。

关键字：

PLC；自动分拣；硬件设计；软件设计

正文

第一章前言

1.1设计的目的和意义

1设计的目的

①通过毕业设计培养综合运用所学的基础理论，基础知识，基本技能进行分析和解决实际问题的能力。

②通过PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施调试的目的。

③培养分析和解决系统调试运行过程中出现各种实际问题的能力。

2设计的意义

随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈。

因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。

针对上述问题，利用PLC技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。

采用可编程控制器PLC进行控制物料分拣，能连续，大批量的分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率，分拣作业基本是无人化，而且分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物液、物料信息液的分配和管理，其设计采用标准化、模块化的组装、具有系统布局灵活、维护、检修方便等优点且受场地影响不大。

1.2材料分拣装置的发展介绍

材料分拣（亦称自动分拣）是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统已经成为发达国家先进和大中型物流中心，配送中心或流通中心所必需的设施条件之一，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，因此，在发达国家，物流中心，配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。

1.3设计任务及原理

1设计任务

通电状态下，下料时，下料传感器动作，传送带运行，电感传感器检测到铁块材料时，汽缸1动作将材料推下，电容传感器检测到铝块材料时，汽缸2动作将材料推下，颜色传感器检测非金属材料为黄色块时汽缸3动作将材料推下。

其它颜色非金属材料块被传送到SD位置时，汽缸4动作将材料推下，竖井式下料槽无料时，传送带运行一个行程自动停机。

2设计原理

根据分拣装置工作过程设计功能表图，设计电气控制原理图，在设计的电气控制原理图的基础上对它进行研究，分析工作过程的每一个环节，再选择合适的PLC类型，编写I/O分配图。

第二章系统分析

2.1材料分拣装置的系统分析

2.1.1系统介绍

材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC、传感器、位置控制、电气传动和气动技术，可实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位计算机监控。

它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接．选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装．材料分拣装置能实现如下3种基本功能．

（1）分拣出金属与非金属．

（2）分拣某一颜色块．（3）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块．系统利用各种传感器对待测材料进行

检测并分类．当待测物体经下料装置送入传送带依次接受各种传感器检测如果被某种传感器器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行．

控制要求：

（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲.

（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行．（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出.（4）当电感传感器检测到金属物料时，推汽缸1动作将待测物料推入下料槽．（5）当电容传感器检测到非金属物料时，推汽缸2动作将待测物料推人下料槽．（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作将待测物料推人下料槽．（7）其他物料被送到SD位置时，汽缸4动作将待测物料推入下料槽．（8）汽缸运行应有动作限位保护．（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机．

2.2硬件分析

2.2.1硬件介绍

一、世界各国生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构大体相同，主要有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备几大部分构成。

CPU是PLC的核心。

PLC按硬件结构类型可分为单元式结构、模块式结构、叠装式结构等。

单元式PLC结构框图

单元式PLC一般用于规模较小，输入输出点数固定，以后也少有扩展的场合，模块式PLC一般用于规模较大，输出点数较多，输入输出点数比较灵活的场合。

叠装式PLC具有二者的优点。

1中央处理单元（CPU）

中央处理单元是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。

可编程控制器中采用CPU一般有三大类，一类为通用微处理器，如80286、80386等;一类为单片机芯片，如8031、8096等；另外还有微处理器，如AMD2900\AMD2903等。

2存储器

存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。

分为只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类。

3输入输出接口

输入口用来接受生产过程的各种参数，输出口用来送来送出可编程控制器运算后得到的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。

一、开关量输入单元

通常开关量输入单元（模块）按信号电源的不同分为三种类型：

直流12～24V输入、交流100～120V或200～240V输入和直流12～24V输入三种。

被控对象的现场信号通过开关、按钮或传感器，以开关量的形式通过输入单元送入CPU进行处理，其信号流向如下图

输入模块组成框图

二、开关量输出单元

PLC所控制的现场执行元件有电磁阀、继电器、接触器、指示灯、电热器、电动机等。

CPU输出的控制信号。

经输出模块来驱动执行元件。

其中输出电路由隔离电路和功率放大电路组成。

输出模块组成框图

三、开关量输入接口

PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样的I/O接口供用户选用。

I/O接口的主要类型有：

数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。

常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：

直流输入接口、交流输入接口、交直流输入接口。

原理电路如下：

开关量输入接口

a）直流输入电路b）交流输入电路c）交流输入电路

四、开关量输出接口

开关量输出的模块形式有三种：

继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。

下面简单介绍继电器输出（交直流）模块。

继电器既是输出开关器件，又是隔离器件，电阻R1和LED组成输出状态显示器；电阻R2和电容器C组成RC灭弧电路，消除继电器触点火花。

当CPU输出一个接通信号时，LED亮，继电器线圈得电，其常开触点闭合，使电源、负载和触点形成回路。

继电器触点动作的响应时间约为10ms。

继电器输出模块的负载回路，可选用交流电源。

外界电源及负载电源的大小，由继电器的触点决定，通常在电阻性负载时，继电器的每个触点输出的最大负载电流为2A。

继电器输出模块的电原理图

PLC的I/O接口所能接受的输入信号和输出信号个数称为PLC输入/输出（I/O）点数。

I/O点数是选择PLC的重要依据之一。

当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。

系统的硬件结构框图，如下所示．

其工作过程是开启电源，步进电机运行并驱动传输带，下料传感器检测下料槽内是否有物料．若无物料，延时后自动停止并等待上料；当下料槽内有物料时，系统自动运行．首先，下料传感器发送信号给PLC，并转送给推汽缸．经过一定时间，下料汽缸依次将物料推至传输带．当物料由传输带传输时，光电编码器发出脉冲开始进行计数，电机运行，实现定位控制．当电感传感器检测到物料为金属物料时，发出反馈信号给PLC，由PLC控制推汽缸1动作，将物料推到卸料斗．当推汽缸电磁阀运行到限位时，电磁阀复位，恢复原状态．此时，电机重新工作驱动传输带到下一位置．同理，可通过相应传感器分拣相应的空物料。

系统硬件结构框图

2.2.2、检测元件与执行装置的选择

①旋转编码器

旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系统的计数器并提供脉冲输入，它转化为位移量，可对传输带上的物料进行位置控制。

传送至相应的传感器时，发出信号到PLC，以进行分拣，也可用来控制步进电机的转速。

本次设计选用E6A2—CW5C旋转编码器。

②电容传感器

电容传感器属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关，它的测量头通常是构成电容的一个极板，而另一个极板是待测物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。

由此，便可控制开关的接通和断开。

本装置中电容传感器是用于检测非金属物料，选用E2K—X8ME1电容传感器。

③电感传感器

电感式传感器也属于有开关量输出的位置传感器，也是一种接近式开关，用来检测金