毕业设计气动物料分拣系统

毕业设计气动物料分拣系统 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 无锡职业技术学院 题 目 气动物料分拣实训设备设计及制作 英文并列题目Animal feed gas sorting training equipment design and manufacture Animal 院 系 控制技术学院 班 级 电气21232 学生姓名 汤雅清 学 号 2010123230 所在团队 指导老师(1) 周洁 职 称 讲师 指导老师(2) 职 称 答辩委员会主任 主答辩人 二 零 年 月 0 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 开 题 报 告 所 属 学电气院学生姓名 汤雅清 2010123230 班级 控制系 号 21232 系 专 业 所 职在指导教师 周洁 讲师 控制学院 称 部 门 毕业设计(论气动物料分拣实训设备设计及制作 文)题目 题目类型 ?论文类? 作品设计类? 其他? 工程设计(项目)? 一、选题简介、意义 自动分拣控制系统的使用是现在工业自动化经常使用的控制系统之一。其主要组成部分自动分拣系统在二次大战后美国、日本的物流中心中广泛使用。他可以根据各种产品的加工需要，按照预定的控制程序动作，实现对不同的产品进行分类，减轻工人的劳动强度，完成自动化生产的控制要求。系统由门柱型机械手、气动机械手和传送带三部分组成，本采用气压传动系统，具有动作迅速、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点。在各行业中得到广泛运用。 气动物料分拣技术的核心是可编程控制器(PLC)，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、结构灵活、编程简单、低成本等优点，PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。 应用PLC技术结合气动、传感器和位置控制等技术，设计不同类型材料的自动分拣控制系统。该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。前景将会给人们带来更便利的生活和生产。 二、课题综述(课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等) 一、主要研究内容 首先对PLC、传感器、气动系统进行基本知识的介绍，其次对本课题进行硬件软件的设置，设置出主电路和控制电路，并建立实际的模型，在软件设计中，确定I/O分配，并按照控制要求设计出PLC梯形图。 二、要解决的问题 实现气动分拣系统的具体流程，根据现有设备和性价比等，要解决的问题有: 1 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 传感器检测、PLC控制程序设计、通过实验对比实现对物料的分拣。 三、预期目标 控制程序启动，检测传感器1检测是否有物料，没有检测到物料继续检测;检测到有物料程序往下执行，检测传感器2检测物料类型(铁、尼龙)，检测传感器2检测物料是类型一(铁)，执行器(气缸)一动作，执行器一动作完成后对这一物料的分拣结束同时启动下一轮的分拣;检测传感器2检测物料是类型二(尼龙)，执行器二动作，执行器二动作完成后对这一物料的分拣结束同时启动下一轮的分拣 设计利用模式切换开关实现模式一与模式二之间的切换。 1. 控制模式一(常规继电器控制)工艺要求 将模式切换开关打到模式一，按下启动按钮，按控制要求为传感器开始检测，当检测到有物料及物料的类型后，通过常规继电器的逻辑判断，控制相应的电磁阀的电。气缸动作将物料推出，完成分拣。 设计点动按钮，实现相关功能。 设计急停按钮，按下急停按钮的时候所有气缸立即停止。 2. 控制模式二(PLC控制)工艺要求 将模式切换开关打到模式二，按下启动按钮，按控制要求为传感器开始检测，当检测到有物料及物料的类型后，传感器将相应的开关量给PLC,PLC内程序逻辑运算后输出，输出控制相应的继电器的电，继电器的电控制对应的电磁阀的电。气缸动作将物料推出，完成分拣。 设计点动按钮，实现相关功能; 将启动按钮、停止按钮设计为同一按钮; 设计急停按钮，按下急停按钮的时候所有气缸立即停止; 四、研究步骤 第一阶段:行业企业调研、资料收集与整理、完成调研 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 与开题报告; 第二阶段:系统设计、制作、调试、修改完善; 第三阶段:整理系统相关技术资料。 第四阶段:完成毕业设计论文及答辩。 五、工作方法及措施: 2 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 本课题主要采用的实验法、 1、首先了解研究课题，查阅相关资料 2、对物料分拣进行实验，编程，调速，画出相关图纸 3、完成论文通过资料的收集，老师的指导等 三、设计(论文)体系、结构(大纲) 具体结构如下 1、 引言摘要 2、 图表清单 3、 绪论 4、气动物料系统工艺要求及控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ; 5、气动物料控制系统设置 6、 PLC程序设计 7、 调试及结论 致谢、参考文献、附录 指导教师意见: 院(系)审批意见: 签字: 签章: 年 月 日 年 月 日 3 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 毕业设计(论文)任务书 2015年 3 月 8 日 毕业设计(论 气动物料分拣实训设备设计及制作 题目来源 校内 文)题 目 周洁 所在部门 控制学院 指导教师 职称 讲师 20101电气汤雅清 学号 班级 所属院系专业 电气自动化 学生姓名 23230 21232 外语翻译要求 无 课 题1、查阅物料分拣设备、PLC及触摸屏的相关文献、收集资料; 需2、提出气动物料分拣系统的设计方案并进行论证; 要3、完成系统的主电路图、控制电路图的设计及相关器件选型、电气图纸设计; 完4、完成触摸屏界面的设计与实现; 成 5、完成相关程序设计及调试; 的 6、完成论文一份，包括课题的任务、设计图纸、程序等。 任 务 序号 内 容 时 间 安 排 1 查找相关资料，了解相关技术，确定课题方案 3.9-3.12 课2 进行系统方案的设计、论证，确定相关参数及选型 3.13-3.27 题 3 完成启停测试系统设计， HMI界面设计和PLC程序编制 3.28-4.2 计 4 完成系统集成，进行整机功能调整与测试 4.3-4.10 划 5 联机调试 4.11-4.14 安 6 整理相关技术资料，完成毕业设计论文 4.15-4.23 排 7 完善毕业设计论文，准备毕业答辩 4.24-4.30 计划答辩 5月5日 时间 答辩提交资料 论文 教研室主任审核意 签名: 见 4 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 目录 第1章 绪论 1.1气动物料分拣系统的基本介绍-------------------------------------------1 1.2气动物料分拣系统的技术指标和研究目的及意义-------------------2 1.3气动物料分拣实训设备设计及制作课题研究的内容----------------4 第2章 气动物料分拣系统的硬件设计 2.1气动物料分拣系统的组成-------------------------------------------------5 2.2系统的概述-------------------------------------------------------------------5 2.3送料机构----------------------------------------------------------------------5 2.4物料传送和分拣机构-------------------------------------------------------7 第3章 气动物料分拣系统软件设计 3.1 PLC的分类-------------------------------------------------------------------8 3.1.1 按结构形式分类-----------------------------------------------------------8 3.1.2 按功能分类-----------------------------------------------------------------9 3.1.3按I/O点数和程序容量分类---------------------------------------------9 3.2 PLC的简介与选择----------------------------------------------------------9 3.3 PLC的几种编程语言-------------------------------------------------------10 3.3.1 传感器的定义--------------------------------------------------------------10 3.3.2 传感器的组成--------------------------------------------------------------10 3.3.3 位置检测装置--------------------------------------------------------------11 3.3.4 传感器的分类与检测-----------------------------------------------------12 3.3.5 传感器的工作原理--------------------------------------------------------12 3.3.6 传感器的选择--------------------------------------------------------------13 3.4可编程序控制器概述--------------------------------------------------------14 3.4.1 PLC的组成结构-----------------------------------------------------------14 3.4.2 PLC的基本控制原理-----------------------------------------------------14 3.4.3 PLC的工作过程-----------------------------------------------------------15 3.5分拣系统的控制要求--------------------------------------------------------16 3.6软件设计及编程--------------------------------------------------------------17 3.7分拣系统的控制要求--------------------------------------------------------17 3.8 PLC的I/O分配表及外部接线图----------------------------------------17 3.9 软件设计及编程-------------------------------------------------------------20 第4章 气动物料分拣系统的安装与调试 4.1 PLC程序的模拟调试-------------------------------------------------------25 4.2硬件的安装调试--------------------------------------------------------------25 4.2.1气缸的调试------------------------------------------------------------------26 4.2.2 电感、电容传感器的调试-----------------------------------------------26 4.2.3 光电传感器的调试--------------------------------------------------------26 4.3调试结果-----------------------------------------------------------------------26 结论----------------------------------------------------------------------------------27 致谢----------------------------------------------------------------------------------27 参考文献----------------------------------------------------------------------------28 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 气动物料分拣实训设备设计及制作 摘要:本文主要介绍了利用PLC来完成物料分拣的自动控制,并结合组态软件来对整个监控过程进行 仿真。PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制技术、计算机技术及通信技术融为一体,专门为工业控 制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高环境适应强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功 耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。该PLC控制系统从利用传感器实现对物料的识别入 手,结合气动元件进行对物料的分拣、传送,通过梯形图的形式来编写PLC程序从而实现对物料分拣系统 整个过程的自动控制,同时运用组态软件对系统运行过程中各个环节进行监控,从而使整个画面的运行状 态得以清晰体现。 关键词:物料分拣 , PLC程序 , 传感器 Animal feed gas sorting training equipment design and manufacture Animal Abstract:This paper mainly introduces the use of PLC to complete the automatic control of material sorting, and to simulate the whole process of monitoring configuration software. PLC control is the most commonly used industrial automation control technology, computer technology and communication technology com., designed specifically for industrial control,strong function, high reliability, flexible adaptation to the environment, simple programming,convenient and has the advantages of small volume, light weight, low power consumption and series of advantages, in industrial applications become more widely.The PLC control system from the identification of material by combining with sensor, pneumatic components are sorted, transfer of materials, through the ladder diagram form to write PLC program to realize the automatic control of the whole process of the material sorting system, at the same time, the configuration software to monitor all aspects of the running process of the system application, thus make operation the whole picture can be clearly reflected the state of Keywords:The material sorting; The PLC program ; Sensor 第1章 绪论 1.1气动分拣系统的基本介绍 自动分拣系统(自动分拣系统)是一个必要的先进的配送中心设施。 它具有分选效率很高，通常每小时6000至12000箱货物分类，可以说，自 动分拣机是提高物流配送效率的关键因素。它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，该系统目前已经成为发达国 家大中型物流中心不可缺少的一部分。 系统运行的过程可以简单描述如下:物流中心的几万的货每天接待数 以百计的供应商或货主通过各种运输方式发送的，在最短的时间将这些货 第 0 页 共 7 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 物卸下，并根据货物品种，存储或传递给这些货物快速和准确的分类的主人，运送到指定地点(如指定的货架，加工区，交付平台等)的同时，当供应商或货主通知物流中心根据交货指示发货时，自动分拣系统在最短的时间内从大货架存储系统高层准确地根据位置找到货物，和出境的数量，不同数量的货物从不同的存储空间，根据不同的交货地点不同区域分销平台理货区域或配送站台集中以便装车配送。 自动分拣系统一般由控制装置，分级装置，输送装置和分拣道口组成。控制装置的作用识别，接收和处理装置，信号分拣控制装置，按商品品种分类，按商品交货地点或根据货主的类别根据自动分类分拣信号指示的要求。这些要求可以通过不同的方式，如通过扫描条形码，颜色码扫描，键盘输入，重量检测，语音识别，高度检测和形状识别等方法，对分拣控制系统的输入。根据分拣信号的判断，以决定某一商品在什么样的分拣道口。分类装置的作用是根据控制装置发出的分简指示，根据控制装置发出的指令，当货物的分拣信号的装置，通过该装置，改变输送装置的运行方向或进入其他输送机分拣道口。许多种类的分类装置，一般有推出，浮动，倾斜和分枝数，不是一个设备的不同包装材料，货物包装要求，包装重量的底面平整度等。 输送带及输送的主要成分，其主要作用是使货物要整理分类装置和控制装置，在传送带的两侧，通常有一些交叉，一种很好的商品下滑的主要输送(或主带)的通道中的货物地区，一般滑由钢带，皮带，滚筒，使货物滑集货平台从主传送带，那里的工作人员将所有货物的交叉或集中存储，或配备汽车集团和分销业务。 以上四部分装置通过计算机网络，采用人工控制和人工处理环节相应的形成了一个完整的自动分拣系统。 1.2气动物料分拣的技术指标和研究目的及意义 二次大战以后，自动分拣系统逐渐在西方发达国家投入使用，成为发达国家先进的物流中心、配送中心或流通中心所必需的设施条件之一。 (1)能连续、大批量地分拣货物，由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等限制，可以连续 第 1 页 共 8 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，它可以连续运行100小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如果用人工分拣每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。 (2)分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码输入，除非条形码的印刷本身有误差，否则不会出错。因此，自动分拣系统采用条形码技术识别货物。 (3)分拣作业基本无人化 国外建立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，提高人员的使用率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用近局限于送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货，由人工控制分拣系统的运行，分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车，自动分拣系统是经营、管理和维护。 如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，自动分拣线做到了无人化作业。 对于分拣系统的应用前景，主要着眼于分拣系统的可靠性、优越性，应用领域的适用性以及系统的经济效益、成本等方面考虑。 对于自动分拣系统因其自身存在的一些问题，在一定程度上限制了其应用的领域及其范围，在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件: 自动分拣系统的一次性投资巨大其本身需要建设短则40-50米，长则150-200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统，计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄2万平方米以上，而且一般自动分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建3-4层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。这种巨额的先期投入要花10-20年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资，小企业无力进行此项投资。 它对商品的包装要求也很高，为整理和平底刚性货物包装规则自动分 第 2 页 共 9 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 拣机。袋装商品，包装，包装和软底不易变形，易断裂，超长，超薄，超重，超高不能倾覆的商品不能使用普通货物分拣机分拣，所以为了使大部分商品可以用于自动分拣，可以采取两个措施:一是实施标准化包装，大多数商品的商品符合国家标准;二是基于绝大多数产品排序定制特定的分拣机包装特点的统一。但让所有商品的供应商在全国实施包装标准是很困难的，定制特定的分拣机将使硬件成本的增加，并且越是特别的其通用性就越差。因此公司根据商品的包装来决定是否建立或建立什么样的分拣系统。 1.3气动物料分拣实训设备设计及制作课题研究的内容 在本文中，以生产线上不同物料的分拣系统为例，详细 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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其模块的选型。 在介绍了一些PLC、传感器、气动系统基本知识后，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，并按照控制要求设计出了PLC梯形图。 在本系统完成本设计之后，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，实现物料分拣系统中上料、传送与分拣的全过程。 第 3 页 共 10 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第2章 气动物料分拣系统的硬件设计 2.1气动物料分拣系统的组成 (1)该装置由型材实训台、物料提升机构、物料传送及分拣机构、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、各种传感器、物料、I/O接口板和气管等组成。 (2)电源模块由三相电源总开关(带漏电和短路保护)、熔断器、单相电源输出、三相电源输出、电源插座、开关电源(提供DC24)等组成。 (3)按钮模块由急停按钮、转换开关、复位按钮、自锁按钮、指示灯等组成。 (4)变频器模块由欧姆龙3G3JV-AB004变频器及接线柱组成。 (5)PLC模块由三菱主机为FX1N-40MR-001内置开关量I/O(24路开关量输入/16路继电器输出)构成，机箱内装有24V/5A的开关电源为系统提供直流电源。 (6)物料提升机构由单出杆气缸、电磁阀、磁性开关、警示灯、直流减速电机、机械结构件等组成。 (7)物料传输及分拣机构由三相交流电机、皮带、单出杆气缸、磁性开关(磁电传感器)、电磁阀、电涡流式电感传感器、电容式传感器、漫反射型光电传感器、机械结构件等组成。 2.2系统的概述 本物料分拣装置主要由PLC控制模块、变频器、传感器、位置检测与控制、物料输送及分拣、气动系统等模块组成。通过传感器信号采集，PLC编程，对电磁阀、直流电机、交流电机等进行复杂的开关量控制、位置控制及时序逻辑控制，实现物料提升、故障报警、气动机械手搬运、皮带机输送、物料分拣等功能。 2.3送料机构 如图2-2所示为送料机构硬件图。其中包括放料转盘:转盘中共放两种物料，一种金属物料、一种非金属物料。驱动电机:电机采用24V直流减速电机，转速10r/min，转矩30kg/cm;用于驱动放料转盘旋转;物料滑槽:放料转盘旋转，物料相互推挤趋向入料口，物料则从入料口顺着滑槽 第 4 页 共 11 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 落到提升台上;提升台:将物料和滑槽有效分离，并确保每次提升一个物料;物料检测传感器:物料检测为光电漫反射型传感器，主要为PLC提供一个输入信号，如果有物料在提升台上，就会驱动提升气缸提升物料;如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持4秒钟，则让系统停机然后报警;磁性传感器:用于提升台气缸的位置检测。检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号。磁性传感器接线时注意;蓝色姐GND,棕色经过负载接PLC输入端;提升气缸:提升气缸使用的是单向电控气阀。当电控气阀得电，物料提升台上升，当电控气阀断电，则物料提升台下降。 图2-1 送料机构图 第 5 页 共 12 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 2.4物料传送和分拣机构 如图2-2所示为物料传送和分拣机构的硬件图。其中包括落料光电传感器:检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号;落料口:物料落料位置定位;金属料槽:放置金属物料;塑料料槽:放置非金属物料电涡流式电感传感器:检测金属物料，检测距离为2-5mm;电容式传感器:用于检测非金属材料，检测距离为3-8mm;三相低速电动机:驱动传送带转动，由变频器控制;推料气缸:将物料推入料槽，有单向电控气阀控制。 图2-2 物料传送和分拣机构图 第 6 页 共 13 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第3章 气动物料分拣系统软件设计 3.1PLC的分类 目前PLC生产厂家的产品种类众多，型号规格也不统一，其分类也没有统一的标准，通常可有3种形式分类。 3.1.1按结构形式分类 根据结构形式不同PLC可分为整体式和模块式两种。 (1)整体式 整体式是把PLC的各组成部分(I/O接口电路、CPU、存储器等)安装在一块或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体。输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、扩展单元的接口插座等。其特点是简单紧凑、体积小、重量轻、价格较低。通常小型或小型PLC常采用这种结构。如松下电工的FP1型产品。整体式PLC的主机可通过扁平电缆与I/O扩展单元、智能单元(如A/D、D/A单元)等相连接。这类机适合于单机控制的场合。 (2)模块式 模块式是把PLC的各基本组成部分做成独立的模块，如CPU模块(包含存储器)、输入模块、输出模块、电源模块等。其他各种智能单元和特殊功能单元也制成各自独立的模块。然后以搭积木的方式将它们组装在一个具有标准尺寸并带有若干个插槽的机架内构成完整的系统。框架上有电源及开关，对整个系统供电。每个模块都有弹性锁扣将模板固定在框架中。框架上有地址开关，以便系统识别。通常中型或大型PLC常采用这种结构。如松下电工的FP3型产品就采用了模块式结构。此种结构的PLC具有组装灵活、对现场的应变能力强、便于扩展和维修方便等优点，用户可根据需要灵活方便地将各种功能模块及扩展单元(如A/D、D/A单元和各种智能单元等)插入机架底板的插槽中，以组成不同功能的控制系统。 第 7 页 共 14 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 3.1.2 按功能分类 按PLC所具有的功能不同，可分为高、中、低三档。 (1)抵挡机 具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。有些还有少量模拟输入输出(即A/D、D/A转换)、算数运算、数据传送、远程I/O和通信等功能。常用于开关量控制、定时/计数控制、顺序控制及少量模拟控制等场合。由于其价格低廉、实用，是PLC中量大而面广的产品。 (2)中档机 除具有抵挡机的功能外还有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送与比较、数制转换、子程序调用、远程I/O以及通信联网等功能，有些还具有中断控制、PID回路控制等功能。使用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统，如过程控制、位置控制等。 (3)高档机 除了进一步增加以上功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能的函数运算、监视、记录、打印等功能，以及更强的通信联网、中断控制、智能控制、过程控制等功能。可用于更大规模的过程控制系统，构成分布式控制系统，形成整个工厂的自动化网络。高档PLC因其外部设备配置齐全，可与计算机系统结为一体，可采用梯形图、流程图及高级语言等多种方式编程。它是集管理和控制于一体，实现工厂自动化的重要设备。 3.1.3按I/O点数和程序容量分类 PLC按I/O点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机4类，如下表: 分类 I/O点数 程序容量 超小型机 <64 256—1000字节 小型机 64—256 1—3.6k字节 中型机 256—2048 3.6—13k字节 大型机 >2048 13k字节 第 8 页 共 15 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 3.2 PLC的简介与选择 PLC种类较多，主要由西门子、三菱、OMRON、FANAC、东芝等，但能配套生产大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。根据系统中的控制要求PLC点数:实际输入点15点，实际输出点8点，综合对比三菱FX系列(包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等)、西门子系列、OMRON系列中I/P点数为32点各型号的PLC的价格、性能、实用场合等各方面，本系统可选择PLC型号为:三菱主机为FX1N-40MR内置开关量I/O(24路开关量输入/16路继电器输出);机箱内装有24V/5A的开关电源为系统提供24V电源。三菱FX1N-40MR PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制特点。 三菱FX1N-40MR是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC.具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛用于一般的顺序控制三菱PLC。 3.3 传感器的相关知识介绍与选择 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 3.3.1 传感器的定义 传感器是一个完整的测量装置(或系统)，能把被测非电量转换为与之有关的有用电量输出，以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等要求。 3.3.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成。但是随着传感器集成技术的发展，传感器的信号调理与转换电路也会安装在传感器的壳体内或者与敏感元件集成在同一芯片上。因此，信号调理电路以及所需辅助电源都应为传感器组成的一部分，如图3-1所示。 第 9 页 共 16 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 图3-1 传感器的组成示意图 敏感元件——感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件，如膜片和波纹管，可以把被测压力变成位移量。若敏感元件能直接输出电量(如热电偶)，就兼为传感器元件了。还有一些新型传感器，如压阻式和谐振式压力传感器、差动变压器式位移传感器等，其敏感元件和传感器就完全是融为一体的。 变换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。它可以直接感受被测量(一般为非电量)且输出与被测量成确定关系的电量，如热电偶和热敏电阻。传感元件也可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。例如，差动变压器式压力传感器，并不直接感受压力，而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量，然后输出电量。一般情况下都是这种传感器元件。 信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号电路。信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类，常用的电路有电桥、放大器、振动器和阻抗变换器等。 传感器根据使用要求的不同，可以做的很简单，也可以做的很复杂;可以是带反馈的闭环系统，也可以是不带反馈的开环系统。因此，传感器的组成将依据不同的情况而有所差异。 传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。 3.3.3 位置检测装置 第 10 页 共 17 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 在本设计中，当气缸执行动作时，应有相应的位置检测装置检测动作是否到位，常用的位置检测装置:行程开关，也被称为限位开关，是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，用于机械设备的行程限位保护。在实际生产中，在预定位置安装行程开关，当安装在机械零件生产对行程开关模块的影响，行程开关的触点动作，实现电路切换。行程开关的规格很多，根据操作的结构可分为直动、滚轮直动、杠杆单、双轮等。选用行程开关时，应根据不同的场合，满足各方面的要求来进行选择。 本设计中采用直线接触式磁感应开关检测气缸回位动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。 3.3.4 传感器的分类与检测 金属传感器按工作原理大致可以分为以下三类:利用电磁感应高频振荡型，使用磁铁磁力型和利用电容变化电容型。接近传感器可以不与目标物实际接触情况下检测靠近传感器金属目标物。按检测方法分:所有金属型:相同检测距离内检测任何金属。有色金属:主要检测铝一类有色金属。通用型:主要检测黑色金属(铁)。 3.3.5 传感器的工作原理 接近传感器原理:电容式接近传感器的原理是由高频振荡器和放大器等组成，由传感器检测面和外界组成电容器，参与振荡回路工作，在振荡状态，当物体接近传感器检测面时，电路中的电容发生变化，高频振荡器振荡。这两种振荡和停振状态转变为电子信号经放大器转化为二进制开关信号，高频振荡型接近传感器的工作原理:电感式接近传感器由高频振荡，放大，检测，触发输出电路等组成，振荡器传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测时，金属中产生涡流吸收了振荡器能量，使振荡减弱停振。振荡器的振动和两种状态，转换为电信号整形放大成一个二进制开关信号，经功率放大输出。通用型接近传感器工作原理:振振幅变化程度随目标物金属种类不同而不同。所有的金属传感器的工作原理:所有金属型传感器基本上属于高频振荡器。像普通型一样，它也有一个振荡电路，电路中因感应电流目标物内流动引起能量损失影响到振荡频率。 第 11 页 共 18 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 不管接近传感器的目标物金属种类如何，振荡频率将增加。传感器检测并输出检测信号的变化。 3.3.6 传感器的选择 根据本设计的要求需要对位置检测装置、金属传感器进行选用。位置检测装置检测气缸动作是否到位，金属传感器是为了完成对物料的识别。 3.4 PLC的基本结构及工作原理 3.4.1 PLC的组成结构 PLC硬件系统的基本结构如图3-2所示: 图3-2 PLC结构框图 (1)中央处理单元(CPU) 中央处理器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的工作任务等。 (2)存储器 存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。可编程序控制器配有两种存储器，即系统存储器(EPROM)和用户存储器(RAM). (3)输入/输出(I/O)电路 输入输出电路是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入口用来接收生产过程的各种参数，输出口用来送出可编程控制器的运 第 12 页 共 19 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出;按照信号的输入、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入、输出。 (4)电源 可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元的开关电源以及为断电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。 3.4.2 PLC的基本控制原理 任何一种继电器控制系统都是由三个基本部分组成:即输入部分、逻辑部分和输出部分。其中，输入部分是指各类按钮、开关类主令电器;逻辑部分是由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路;而输出部分则是包括各种电磁阀线圈、接通电动机的接触器、信号指示灯等执行电器。 根据操作台上的操作命令，按下按钮或扳动开关或来自被控对象上的各种开关信息，如限位开关、光电管信号去推动逻辑电路。它是一种按被控对象实际需要的动作要求而设计，并由许多继电器按某种固定方式接好的控制线路。程序固定在线路中，不能灵活变更，由逻辑电路动作结果去驱动执行电器。和继电器系统类似，PLC也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成，如图3-4 图3-4 其中各部分的主要作用如下。 (1)输入部分。收集并保存被控对象实际运行的资料。 (2)逻辑部分。处理输入部分所取得的信息，并判断哪些功能需作出 第 13 页 共 20 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 输出反应。 (3)输出部分。提供正在被控的许多装置中，哪些设备需要实时操作处理。其中，输入部分基本上仍与继电器控制系统相同，但为了将不同的电压或电流形成的信号源转换成微处理器所能接收的低电平信号，输出部分也需要加变换器。 PLC采用由大规模集成电路构成的微处理器和内存来组成逻辑部分。对于大型PLC，还具有数值运算、过程控制等各种复杂功能。尽管逻辑部分的作用与继电器控制系统类似，但是其组成、工作原理、运行方式与前者截然不同。通过编程，可以灵活地改变其控制程序，相当于改变了继电器控制的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送入微处理器中的内存，也可以方便地读出、检查与修改。 3.4.3 PLC的工作过程 PLC扫描工作方式主要分三个阶段:输入采样、程序执行、输出刷新。(1)输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。 (2)执行程序 PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。 (3)输出刷新 在执行到END指令，即执行完了用户的所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到锁存器中进行输出，驱动用户设备。 PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信 第 14 页 共 21 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 处理等工作，在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，PLC与其他的带微处理器的智能装置实现通信。 3.5 PLC的几种编程语言 PLC作为专为工业控制而开发的自控装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人员，考虑到他们的传统习惯以利于使用推广普及，通常PLC不采用微机的编程语言,而采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言最为常用。 本文主要介绍梯形图语言和助记符语言。应该指出，由于PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，因而不同厂家生产的PLC所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能大同小异的，所以了解其中一种就很容易学会其他。本节只介绍一些有关PLC编程语言的基本知识。 一、梯形图语言 PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器-接触器控制图，是在原继电器-接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件(如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排序，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用得最多的PLC编程语言。 二、指令助记符语言 助记符语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。对于同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，因其显示屏幕小不便输入和显示梯形图。特别是在生产现场编制、调试程序使用 第 15 页 共 22 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 手持编程器。而梯形图语言则多用于计算机编程环境中。 3.6 可编程序控制器概述 可编程序控制器(Programmable Logical Controller)，简称PC，但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写，它是70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于使用方便、可靠性极高、价格适中，在近30多年来得到了迅猛发展，至今已成为工业生产自动化三大技术支柱(机器人技术、CAD/CAM技术)之一。目前，国外的生产厂商正不断地开发PLC，使PLC的应用面越来越广。近几年，国内在PLC开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备和自动化生产线外，国产的小型PLC也基本达到国外同类产品的技术指标。因此，作为一个电气工程技术人员，必须掌握PLC技术，以适应当前电气控制技术发展的需求。 3.7 分拣系统的控制要求 本课题是基于区分材料材质的不同而设计的材料分拣系统，主要是实现对金属与非金属材料的自动分拣，具体控制过程为: 当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号，由PLC驱动上料单相电磁阀上料按下停止按钮SB2系统停止，绿色指示灯灭;上料单元及机械手立即复位，传送带传送完最后一个物料后停止。 3.8 PLC的I/O分配表及外部接线图 I/O分配表列表如图3-8(a) 、(b)所示 第 16 页 共 23 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 图3-8(a) 第 17 页 共 24 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 图3-8(b) PLC外部接线图如图3-8(c) 第 18 页 共 25 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 图3-8(c) 3.9 软件设计及编程 三菱电机公司提供专用的编程软件。早期是MEDOC,目前是GPPW编程软件和SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件包。GX编程软件(GX开发器)可以用于生成函数所有三菱电机公司PLC设备的软件包，使用该软件可以为FX/A/QNA/Q系列PLC生成程序。GX使用Windows操作平台，用梯形图、指令表或者SFC进行编程，程序可以与原先包括基于DOS操作系统的程序在内的编程软件相兼容。 三菱SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件是应用于FX系列PLC的中文编程软 第 19 页 共 26 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 件，可在Windows9x或Windows3.1及以上操作系统运行。材料分拣系统采用该软件作为编程软件。 根据分拣系统的要求设计出梯形图，梯形图的程序如下: 第 20 页 共 27 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第 21 页 共 28 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第 22 页 共 29 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第 23 页 共 30 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 第4章 气动物料分拣系统的安装与调试 4.1 PLC程序的模拟调试 将设计好的程序写入PLC后，首先仔细逐条检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般现在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。 在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。 在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。 4.2硬件的安装调试 自动分拣装置由上料机构，气缸的处理机制，排序机制由三部分组成，送料机构主要在材料检测后，使推料气缸把物料推到指定位置和装置的运行指示，看看材料的光电开关是否检测到，检测到后推料气缸能否把加入的物料推到指定工位，如果不能，原因可能是由于安装位置不当引起的。对气缸装置的运动速度可以通过节流阀调节。气动元件的位置反馈信号是PLC的输入信号，气动元件工作需要一定的压力，压力不能达到要求时，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制定料槽，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 第 24 页 共 31 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 的运行。 4.2.1 气缸的调试 传感器对应的各个气缸在感应到材料后便开始动作，但由于气压的原因，材料不是被打飞，就是根本没有触到材料。首先将总气源的气压稳定在2.5MP然后逐个调试气阀的进气开关，使气缸的气量保持在合适的位置。在软件与硬件都已经准备好之后，开始对系统进行调试。 4.2.2 电感、电容传感器的调试 在电容传感器下方的传送带上，放置塑料料块，调整传感器上的两个螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对塑料材料的检出点。材料随传输带送到传感器时，传感器并不能感应到材料，说明传感器与物体的距离不适合。通过多次调试找到了合适的位置，即传感器的底部与传送带的距离。传感器通过在通电状态下，将带分拣的物料块放置在传送带上，通过不停调节电位器并通过调节角度等将传感器调节至最佳状态。电感传感器与传送带最合适距离为 28CM，电容传感器与传送带最佳距离为25CM. 4.2.3 光电传感器的调试 在光电传感器的下方，放置料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使上端指示灯发光，该高度即为传感器材料的检出点。 4.3调试结果 在推料气缸调试的过程中，出现有一个推料气缸伸出后不能及时缩回去，观察后发现是气缸后去调节气压的旋钮，将旋钮拧松点气缸不缩回现象立即消失，恢复正常工作状态。 在机械手左右摆动的过程中发现限位不紧缺出现拿料位置的偏差，通过调节机械手左右旋转处的纤限位点的位置从而达到准确的定位，使之避免出现由于取料位置的误差而对整个系统造成的影响。 在程序的模拟调试中出现程序有几处小错误，发现后对程序进行修改并完成整体程序。 联机调试中偶尔出现机械手夹料不紧的现象，通过调节进气阀从而得以改善并能很好的完成任务。 第 25 页 共 32 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 最后通过联机调试中状况的出现与解决完善了整个物料分拣系统。 结论 综上所述，本文对PLC及传感器技术的工作原理、适用领域做出了详细的介绍，根据物料分拣的实际需求采用PLC设计出了物料分拣系统具有很高的实用价值。 设计物料分拣系统之前，阅读了大量的资料和文献，不但了解了自动分拣系统发展的历史，发展现状，应用背景，还学习了气动技术、传感器技术、位置控制技术等基本知识。 本系统采用的可编程控制器，只要结合不同的传感器，比如根据材料的属性、尺寸、颜色等选择相应的传感器，就可以对不同的物料进行分拣，具有广泛的应用前景。 本文的设计是对材料的材质进行的简单设计，可以在其基础上对分拣物品的种类与分拣的性能进行拓展及完善，可使其实用于实际生活中的各行各业，使分拣实现无人化作业，大大提高该环节的生产效率。 致谢 三年的大学生活匆匆而过，毕业设计是我们三年所学的体现，经历两个月的努力，此次毕业设计即将结束。再设计的过程中慢慢学习，逐渐巩固大学所学的知识，期间有辛苦、有汗水但跟多的是快乐、充实。 在本次设计中我了解到了做一个系统的基本常识，为我们以后从事技术工作打下良好的技术。 本设计的顺利完成，首先要感谢我的指导老师周老师，在论文的写作当中，周老师给了我很多帮助，指出我的不足，使我的设计更加完善合理，周老师使我不仅学到了扎实的专业知识，也让我学到了很多为人处事的道理，谨此对周老师表达衷心的感谢和崇高的敬意。 在此也感谢那些给我帮助和建议的同学，感谢你们对我的帮助，此外，我还要感谢我的父母，谢谢他们一直以来对我的支持和帮助，最后，再次向所有帮助过我，支持我的人们致以最诚挚的谢意和最美好的祝福～ 第 26 页 共 33 页 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 ( 论 文 ) 说 明 书 参考文献 1.孙余凯，吴鸣山，项绮明.传感器应用电路300例[M]. 北京:电子工业出版社，2008.3 2.陶红艳，余成波.传感器与现代检测技术[M].北京:清华大学出版社，2009.3 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