基于PLC的材料分揀裝置設(shè)計(jì)

1、 基于PLC分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求： 根據(jù)當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展和自動(dòng)控制的理論，設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于PLC 的材料分揀裝置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PLC控制編程，自動(dòng)控制材料分揀。二、設(shè)計(jì)作用與目的: 實(shí)現(xiàn)了利用PLC控制編程技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行自動(dòng)控制分揀。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），分揀系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、可靠性高及系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。利用對(duì)PLC軟件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、警示明顯、設(shè)計(jì)

2、人性化等優(yōu)點(diǎn)。三、PLC材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)工作原理本文所設(shè)計(jì)的PLC材料分揀系統(tǒng)采用推塊式分揀機(jī)的臺(tái)式結(jié)構(gòu)，有豎井式材料輸入料槽，滑板式產(chǎn)品輸出料槽口。同時(shí)，輸送帶作為傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，為了方便較快速度的啟動(dòng)和停止，用異步交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；對(duì)不同材質(zhì)的三種傳感器分別固定在網(wǎng)孔板上；為了保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性又加了一個(gè)光電傳感器。整個(gè)控制系統(tǒng)有氣動(dòng)部件、電氣部件和硬件三大部分組成。氣動(dòng)部分由空氣壓縮機(jī)、氣缸、氣瓶、氣壓指示表、分水過(guò)濾器、冷卻器、減壓閥、配氣器、等部件組成；電氣部分由PLC、鐵檢測(cè)傳感器、鋁檢測(cè)傳感器、顏色檢測(cè)傳感器、光電傳感器、異步交流電機(jī)、開(kāi)關(guān)、電源等部件

3、組成；硬件部分由傳送帶異步電動(dòng)機(jī)、傳送帶、底座、支架等組成。材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖如圖3.1所示。圖3.1材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖1氣瓶 2PLC 3料槽 4電源 5電機(jī) 6料槽傳感器 7料倉(cāng)氣缸 8皮帶 9倉(cāng)庫(kù) 10氣缸 11傳感器其工作過(guò)程是開(kāi)啟電源，氣動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始工作，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)。下料傳感器檢測(cè)下料槽內(nèi)是否有物料，若沒(méi)有物料，延時(shí)后自動(dòng)等待上料；當(dāng)下料槽內(nèi)有物料時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。首先，下料傳感器發(fā)送信號(hào)給PLC，PLC傳送信號(hào)給下料氣缸。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，下料汽缸將物料推至傳送帶。當(dāng)物料在傳送帶傳送時(shí)，PLC計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)傳感器檢測(cè)到物料為鐵金屬時(shí)，發(fā)出反饋信號(hào)給

4、PLC，由PLC控制氣缸一動(dòng)作，將物料推到料倉(cāng)。當(dāng)氣缸電磁閥運(yùn)行到后限位開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁閥復(fù)位，回到原狀態(tài)。同理，可通過(guò)相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的物料。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。下料傳感器 P L C鐵檢測(cè)傳感器鋁檢測(cè)傳感器光電檢測(cè)傳感器輸送帶和下料氣缸鐵出料氣缸其他出料氣缸塑料出料氣缸鋁出料氣缸空氣壓縮機(jī)顏色料傳感器圖3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)由氣動(dòng)部件、電氣部件和硬件三大部分組成。3.3系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)是全自動(dòng)的運(yùn)行方式。在系統(tǒng)開(kāi)始工作前需要人工合上刀閘開(kāi)關(guān)，然后手動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，進(jìn)入自檢狀態(tài)，當(dāng)有物料進(jìn)入料槽時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)料槽中沒(méi)有物料時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)

5、入自檢狀態(tài)，等待物料再次進(jìn)入料槽，然后自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)需要停止工作時(shí)，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。自動(dòng)運(yùn)行方式是由一臺(tái)可編程序控制器（PLC）來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳出的信號(hào)執(zhí)行事先編譯好程序3。系統(tǒng)主電路圖和結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。圖3.3 系統(tǒng)主電路圖在圖3.3中，M1為傳送帶提供動(dòng)力的異步電動(dòng)機(jī)，M2為空氣壓縮機(jī)。FU1為主電路的熔斷器，起短路保護(hù)的作用。當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)熔體的電流使其發(fā)熱，當(dāng)達(dá)到熔化溫度時(shí)自行熔斷，從而分段電路。接觸器KM1控制電動(dòng)機(jī)M1的運(yùn)行。當(dāng)接觸器收到PLC為1的信號(hào)時(shí)，接觸器閉合，電動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)運(yùn)行。FR1、FR2分別為電機(jī)過(guò)載保

6、護(hù)用的熱繼電器，電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載自動(dòng)切斷電路。并能購(gòu)隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的繼電器，充分發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)。3.4系統(tǒng)氣壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)3.4.1氣源裝置氣源裝置是為氣動(dòng)系統(tǒng)提供具有一定壓力和足夠流量、滿足一定凈化程度的壓縮空氣的能源裝置,它是氣動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分8。氣源裝置包括氣壓產(chǎn)生、壓縮空氣凈化與儲(chǔ)存、壓力穩(wěn)定和傳輸管道等裝置，這些設(shè)備一般布置于壓縮空氣站內(nèi)，作為整個(gè)工廠或車(chē)間的同一氣源，氣源裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.4。圖2.8中，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)吸氣口的空氣過(guò)濾器將大氣中的空氣吸入9。冷卻器將壓縮空氣降溫冷卻，使高溫汽化的水、油凝結(jié)分離。油

7、水分離器將冷凝出來(lái)的水滴、油滴、雜質(zhì)等分離并排出系統(tǒng)。儲(chǔ)氣罐用以壓縮空氣、穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，并除去其中的部分油、水等雜質(zhì)，儲(chǔ)氣罐輸出的壓縮空氣可用于不同空氣質(zhì)量要求的氣動(dòng)系統(tǒng)。圖3.4氣源裝置結(jié)構(gòu)圖3.4.2氣壓發(fā)生裝置氣壓發(fā)生裝置包括正壓發(fā)生裝置和負(fù)壓發(fā)生裝置，正壓發(fā)生裝置為空氣壓縮機(jī)。這也正是本系統(tǒng)所使用的氣壓發(fā)生裝置?？諝鈮嚎s機(jī)屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力的能量轉(zhuǎn)換裝置，提供高于大氣壓力的氣壓。排氣壓力低于0.2MPa的一般稱為風(fēng)機(jī)（低于0.015MPa的稱為通風(fēng)機(jī)，0.0150.2MPa的稱為鼓風(fēng)機(jī)），它們用于通風(fēng)系統(tǒng)。排氣壓力高于0.2MPa的習(xí)慣上成為壓縮機(jī)，氣動(dòng)

8、系統(tǒng)中通常采用壓縮機(jī)提供氣源。氣動(dòng)系統(tǒng)中多數(shù)氣動(dòng)元件都是在高于大氣壓力下工作的，用這些元件組成的啟動(dòng)系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng)。下面介紹常用的活塞式空氣壓縮機(jī)的工作原理：氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中最常用的是往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)，其工作原理如圖3.5所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄7旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿6、滑塊5和活塞4的傳遞轉(zhuǎn)換，使活塞3在氣缸2內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)左腔密封容積逐漸增大，使其中的氣壓低于大氣壓，吸氣閥8被外界大氣壓力頂開(kāi)，空氣在大氣壓力作用下進(jìn)入氣缸內(nèi)，形成吸氣過(guò)程；當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)左腔密封容積逐漸減小，空氣受壓使氣壓升高，將吸氣閥關(guān)閉，形成壓縮過(guò)程；當(dāng)缸內(nèi)壓縮空氣壓力升至高于輸氣管路中壓力

9、時(shí)，排氣閥1頂開(kāi)，壓縮空氣排入輸氣管路，形成排氣過(guò)程?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，容易實(shí)現(xiàn)大流量和高壓輸出；缺點(diǎn)是振動(dòng)大、噪聲大，輸出流量、壓力有脈動(dòng)，需使用儲(chǔ)氣罐穩(wěn)壓。圖3.5 活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理1排氣閥； 2氣缸； 3活塞； 4活塞；5滑塊； 6連桿； 7曲柄； 8吸氣閥； 9彈簧3.4.3冷卻器冷卻器安裝在空氣壓縮機(jī)出口的管道上，將空氣壓縮機(jī)排出的溫度高達(dá)120150的氣體冷卻到4050，從而使其中的水蒸氣和被高溫氧化的油霧冷凝成水滴和油滴而析出，進(jìn)而初步分離，以便對(duì)壓縮空氣實(shí)施進(jìn)一步凈化處理。因冷卻介質(zhì)為水，它的冷卻效率高，常用于中型和大型壓縮機(jī)。在工作時(shí)，一般

10、是水在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管間流動(dòng)。管內(nèi)流動(dòng)的冷卻水多為單程或雙程流動(dòng)，管間空氣可以自由流動(dòng)。壓縮空氣在冷卻過(guò)程中生成的冷凝水可通過(guò)排水器排出。在冷卻器上應(yīng)安裝溫度計(jì)以監(jiān)測(cè)工作情況。3.4.4儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐的主要作用是：儲(chǔ)存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時(shí)需要應(yīng)急使用；消除由于空氣壓縮機(jī)斷續(xù)排氣而對(duì)系統(tǒng)引起的壓力脈動(dòng)，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性。進(jìn)一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質(zhì)。3.4.5氣動(dòng)控制裝置氣動(dòng)系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個(gè)液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動(dòng)系統(tǒng)中，一般來(lái)說(shuō)由空氣壓縮機(jī)先將空氣壓縮，儲(chǔ)存在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個(gè)氣動(dòng)裝置使用。 有些氣動(dòng)回路需要依靠回路

11、中壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制兩個(gè)執(zhí)行元件的順序動(dòng)作，所用的這種閥就是順序閥。順序閥與單向閥的組合稱為單向順序閥。所有的氣動(dòng)回路或貯氣罐為了安全起見(jiàn)，當(dāng)壓力超過(guò)允許壓力值時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥。3.5系統(tǒng)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.5.1鐵傳感器的選用霍爾接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)材料是否是磁性鐵金屬?；魻栐且环N磁敏元件。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)5。當(dāng)磁性物件移近霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有無(wú)磁性物體存在，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)中，當(dāng)材料是鐵時(shí)傳感器開(kāi)關(guān)閉合，產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)線圈?；魻柦咏_(kāi)關(guān)的工作原理見(jiàn)圖3.6。因此

12、，本系統(tǒng)中檢測(cè)鐵物料選用霍爾傳感器為2AV系列。圖3.6 霍爾接近開(kāi)關(guān)的工作原理圖3.5.2鋁傳感器的選用當(dāng)通過(guò)金屬體的磁通過(guò)變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流6。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器是利用渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化而進(jìn)行測(cè)量的。如圖3.7所示，一個(gè)扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通有交變電流I1時(shí)，線圈周?chē)彤a(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1。置于這一磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng)H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，使通電線圈

13、的有效阻抗發(fā)生變化。圖3.7 電渦流傳感器原理圖我們可以把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)，這樣就可得到如圖3.8的等效電路。圖中R1、L1為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L(zhǎng)2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。當(dāng)鋁檢測(cè)傳感器檢測(cè)到金屬材料時(shí)，傳感器的線圈阻抗就會(huì)發(fā)生變化。圖3.8 電渦流傳感器等效電路圖利用這一性質(zhì)可以把鋁傳感器和繼電器如圖3.9連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用電渦流傳感器為ST系列。圖3.9 鋁傳感器開(kāi)關(guān)原理圖3.5.3顏色傳感器的選用我們所看到的物體顏色，實(shí)際上是物體表面吸收了照射到它上

14、面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)7。白色是由各種頻率的可見(jiàn)光混合在一起構(gòu)成的，也就是說(shuō)白光中包含著各種顏色的色光(如紅、黃、綠、青、藍(lán)、紫)。根據(jù)三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍(lán))混合而成的。如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測(cè)試物體的顏色。高分辨率顏色傳感器TCS230，是我們常用的顏色傳感器。對(duì)于TCS230來(lái)說(shuō)，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色通過(guò)，阻止其它原色的通過(guò)。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過(guò)，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)，同理，選擇其它的濾波器，就可

15、以得到藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。通過(guò)這三個(gè)值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色，本文選擇紅色濾波器。3.5.4光電傳感器的選用利用被檢測(cè)物體對(duì)光束的遮光或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)是一種電量傳感器，把電流或電壓的變化以光電的方式傳送出去，即進(jìn)行電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。光電式傳感器工作原理:光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有

16、光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。3.6系統(tǒng)電氣部件選型3.6.1限位開(kāi)關(guān)的選用限位開(kāi)關(guān)又稱行程開(kāi)關(guān)或位置開(kāi)關(guān)。它是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，在機(jī)床設(shè)備中，事先將行程開(kāi)關(guān)根據(jù)工藝要求安裝在一定的行程位置上。部件在運(yùn)行中，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)部件行程位置的目的。直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)的機(jī)構(gòu)原理與復(fù)式按鈕相似。機(jī)床撞塊壓下推桿時(shí)，其常閉觸頭分開(kāi)，而常開(kāi)觸頭閉合；當(dāng)撞塊離開(kāi)推桿時(shí)，觸頭在彈簧力作用下恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。這種行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

17、單、價(jià)格便宜，因此本設(shè)計(jì)采用直動(dòng)式限位開(kāi)關(guān)型號(hào)為L(zhǎng)X19K。3.6.2熔斷器的選用熔斷器一種簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)電器。在電路中主要起短路保護(hù)作用。其主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時(shí)，熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，熔體被瞬時(shí)熔斷而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。 熔斷器的工作原理是：當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。由于系統(tǒng)容量較小，系統(tǒng)容量主要是電

18、動(dòng)機(jī)，故選用RCIA系列熔斷器。3.6.3電動(dòng)機(jī)的選用電動(dòng)機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，交流電機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。由于異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用方便，運(yùn)行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)中小型軋鋼設(shè)備，各種金屬切削機(jī)床，輕工機(jī)械和礦山機(jī)械等；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異步電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)水泵，粉碎機(jī)以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械；在民用電器方面的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)等也都是用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的。所以系統(tǒng)中電機(jī)選用為異步電機(jī)，因?yàn)橄到y(tǒng)容量較小所以選用電機(jī)為ST-MS90S系列。3.7 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型3.7.1 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別

19、最初研制生產(chǎn)PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：（1）當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作4。但CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行過(guò)個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)似乎是同時(shí)完成的。這種串行工作過(guò)程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一步開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。繼電器控制裝置采

20、用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 （2）PLC的優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短。3.7.2 PLC設(shè)計(jì)選型的一般原則1、選擇自己熟悉的機(jī)種和機(jī)型：同樣的控制設(shè)備的設(shè)計(jì)，可以用任何同樣級(jí)別的PLC來(lái)完成。如果選用你不熟悉的PLC，你就必須從頭熟悉它，雖然不費(fèi)太多的事，但畢竟沒(méi)有用你熟悉的機(jī)型來(lái)的快。 2、不要大材小用：什么樣的規(guī)模

21、設(shè)計(jì)任務(wù)就選用什么樣規(guī)模的PLC，避免造成太多的硬件資源的浪費(fèi)。3、具體的控制對(duì)象，具體選擇：根據(jù)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，來(lái)選擇PLC的機(jī)型。4、選用易采購(gòu)的機(jī)型：有的產(chǎn)品經(jīng)銷(xiāo)商較少，不容易采購(gòu)或進(jìn)行比較，有的產(chǎn)品經(jīng)銷(xiāo)商很多，容易采購(gòu)和比較，你就可以選用信譽(yù)好、價(jià)格優(yōu)惠、技術(shù)上能夠給與支持的公司。5、經(jīng)常了解PLC產(chǎn)品的發(fā)展動(dòng)態(tài)：PLC產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，你熟悉的機(jī)型也許過(guò)幾年就見(jiàn)不著了，所以，你最好在設(shè)計(jì)選型之前，先了解一下市場(chǎng)情況。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有從美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)引進(jìn)的多種系列PLC，國(guó)內(nèi)也有許多廠家組裝、開(kāi)發(fā)數(shù)十種PLC，故PLC系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價(jià)格懸殊。在此情況下，PLC的選

22、擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價(jià)格比，選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC。本文介紹以PLC的材料分揀裝置系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選擇為三菱公司的FX2N系列的FX2N-32MR-001。 四、PLC自動(dòng)控制的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)程序流程PLC程序工作流程10-12如下：(1) 接通電源，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入自檢狀態(tài)，等待物體進(jìn)入料槽；(2)下料光電傳感器檢測(cè)到料槽有料時(shí)，料槽出料氣缸開(kāi)始動(dòng)作，將物料推到傳送帶上；當(dāng)氣缸碰到前限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候，計(jì)數(shù)器加一，氣缸停止前進(jìn)，開(kāi)始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候停止后退。 (3)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)停止后退時(shí)，傳送帶上電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

23、(4)當(dāng)鐵傳感器檢測(cè)到鐵制物料通過(guò)的時(shí)候，氣缸一開(kāi)始動(dòng)作，把物料推到一號(hào)料倉(cāng)中；當(dāng)氣缸碰到前限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候，氣缸停止前進(jìn)，開(kāi)始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候停止后退。(5) 氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)停止后退時(shí)，計(jì)數(shù)器減一。(6) PLC判斷計(jì)數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時(shí)候在料倉(cāng)光電傳感器有信號(hào)的時(shí)候下料氣缸動(dòng)作；下料氣缸沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候返回傳動(dòng)帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。(7)當(dāng)鋁傳感器檢測(cè)到鋁制物料通過(guò)的時(shí)候，氣缸二開(kāi)始動(dòng)作，把物料推到二號(hào)料倉(cāng)中；當(dāng)氣缸碰到前限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候，氣缸停止前進(jìn)，開(kāi)始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候停止后退。(8) 氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)停止后退時(shí)，計(jì)數(shù)器減一。(

24、9) PLC判斷計(jì)數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時(shí)候在料倉(cāng)光電傳感器有信號(hào)的時(shí)候下料氣缸動(dòng)作；下料氣缸沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候返回傳動(dòng)帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。(10)當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到紅顏色物料通過(guò)的時(shí)候，氣缸三開(kāi)始動(dòng)作，把物料推到三號(hào)料倉(cāng)中；當(dāng)氣缸碰到前限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候，氣缸停止前進(jìn)，開(kāi)始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候停止后退。(11) 氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)停止后退時(shí)，計(jì)數(shù)器減一。(12) PLC判斷計(jì)數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時(shí)候在料倉(cāng)光電傳感器有信號(hào)的時(shí)候下料氣缸動(dòng)作；下料氣缸沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候返回傳動(dòng)帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。(13)當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到物料通過(guò)的時(shí)候，氣缸四開(kāi)

25、始動(dòng)作，把物料推到四號(hào)料倉(cāng)中；當(dāng)氣缸碰到前限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候，氣缸停止前進(jìn)，開(kāi)始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)的時(shí)候停止后退。(14) 氣缸碰到后限位開(kāi)關(guān)停止后退時(shí)，計(jì)數(shù)器減一。(15) PLC判斷計(jì)數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時(shí)候在料倉(cāng)光電傳感器有信號(hào)的時(shí)候下料氣缸動(dòng)作；下料氣缸沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候返回傳動(dòng)帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。(16)當(dāng)四個(gè)傳感器都沒(méi)有信號(hào)時(shí)，PLC判斷計(jì)數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時(shí)候在料倉(cāng)光電傳感器有信號(hào)的時(shí)候下料氣缸動(dòng)作；下料氣缸沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候返回傳動(dòng)帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作，系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)的流程圖4.2 系統(tǒng)I/O分配I/O分

26、配如表4.1 所示，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，系統(tǒng)的五個(gè)傳感器需要五個(gè)輸入口，十個(gè)限位開(kāi)關(guān)需要10個(gè)輸入口，輸出口分別分配給一個(gè)傳送帶電機(jī)和五個(gè)氣缸共需要6個(gè)輸出口。型號(hào)為FX2N-32MR-001型的PLC分別有16個(gè)輸入口和輸出口，符合系統(tǒng)的I/O分配要求。 表4.1 I/O分配表輸入繼電器外部器件輸出繼電器外部器件X000料倉(cāng)光電傳感器Y000下料氣缸電磁閥X001料倉(cāng)前限位開(kāi)關(guān)Y001傳送帶電機(jī)X002料倉(cāng)后限位開(kāi)關(guān)Y002氣缸一電磁閥X003鐵傳感器Y003氣缸二電磁閥X004氣缸一前限位開(kāi)關(guān)Y004氣缸三電磁閥X005氣缸一后限位開(kāi)關(guān)Y005氣缸四電磁閥X006鋁傳感器X007氣缸二

27、前限位開(kāi)關(guān)X010氣缸二后限位開(kāi)關(guān)X011顏色傳感器X012氣缸三前限位開(kāi)關(guān)X013氣缸三后限位開(kāi)關(guān)X014光電傳感器X0150氣缸四前限位開(kāi)關(guān)X016氣缸四后限位開(kāi)關(guān)I/O接線圖如圖4.2 所示圖4.2 I/O接線圖4.3 系統(tǒng)功能表圖功能表圖又稱做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)PLC的順序控制程序的有力工具。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，可以用于進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)的人員之間進(jìn)行技術(shù)交流。功能表圖一般主要有步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作組成。由系統(tǒng)程序流程圖繪制出來(lái)的系統(tǒng)功能表圖如圖4.3所示。圖4.3 系統(tǒng)

28、的功能表圖4.4 材料分揀裝置PLC梯形圖本課題的PLC梯形圖編輯使用GX Developer編程軟件。GX Developer可以創(chuàng)建Q 系列、QNA 系列、A 系列(包括運(yùn)動(dòng)控制器(SCPU)、FX系列的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)置操作共用化(簡(jiǎn)稱為GPPA) 13。GX Developer特點(diǎn)：軟件的通用；性充分利用Windows的優(yōu)勢(shì)使操作性能大幅度地提高；程序的標(biāo)準(zhǔn)化；豐富的編程語(yǔ)言；訪問(wèn)其它站時(shí)的設(shè)置簡(jiǎn)單；可以與可編程控制器CPU以各種方式進(jìn)行連接；豐富的調(diào)試功能。由于本系統(tǒng)選擇的PLC型號(hào)為FX2N-32MR-00114，所以本系統(tǒng)編程用仿照STL指令編寫(xiě)程序，程序見(jiàn)(附錄)。本章對(duì)材料分揀

29、裝置編程設(shè)計(jì)做了講述，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，可以加入變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)15。編程軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。利用對(duì)PLC軟件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止。PLC使用應(yīng)注意的問(wèn)題在應(yīng)用PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。（1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單；（3）系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠；（4）控制系統(tǒng)能方便的進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級(jí)。五、所用儀器設(shè)備：P

30、LC 1臺(tái)底座1個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)1個(gè)光電傳感器2個(gè)鐵傳感器1個(gè)電機(jī)2個(gè)鋁傳感器1個(gè)氣缸5個(gè)顏色傳感器1個(gè)限位開(kāi)關(guān)10個(gè)氣瓶1個(gè)皮帶1條電源1個(gè)氣壓傳動(dòng)裝置1套六、心得體會(huì)：1本文根據(jù)當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展和自動(dòng)控制的理論，設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于PLC的材料分揀裝置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PLC控制編程，自動(dòng)控制材料分揀。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、警示明顯、設(shè)計(jì)人性化等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在一些不足，在本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，可以加入變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。2科學(xué)技術(shù)

31、的發(fā)展和社會(huì)對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的重視，必將有更多的新技術(shù)廣泛地應(yīng)用到材料分揀自動(dòng)控制中，使材料分揀自動(dòng)控制有更大的發(fā)展。隨著全球自動(dòng)化程度要求的不斷增加，我國(guó)的材料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)必然向著高度自動(dòng)化和無(wú)人職守的方向發(fā)展。目前，PLC在其穩(wěn)定性，高自動(dòng)化程度的不斷加強(qiáng)，使得PLC成為材料分揀自動(dòng)化方面的首選。3通過(guò)這幾周的學(xué)習(xí)，我深刻體會(huì)到了理論和實(shí)際結(jié)合的重要性，在我三年的大學(xué)生活中，學(xué)校為我們的學(xué)習(xí)提供了非常舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我有充分的機(jī)會(huì)來(lái)鍛煉自己的實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的能力，使我有機(jī)會(huì)把書(shū)本的理論知識(shí)與實(shí)際操作結(jié)合在一起。雖然設(shè)計(jì)寫(xiě)的并不是很好，有許多不足之處，但這是我三年辛勤學(xué)習(xí)的成

32、果，我為之感到驕傲。本次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，通過(guò)做此設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多關(guān)于PLC硬件及編程的基本知識(shí)，并且加固了我的專業(yè)知識(shí)，為我今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。4、目前國(guó)內(nèi)物流裝備技術(shù)雖然已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但目前的技術(shù)和水平還不能完全滿足社會(huì)發(fā)展的需求，需要不斷改進(jìn)完善自主產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠度，另一方面要開(kāi)發(fā)專用物流裝備以滿足不同行業(yè)領(lǐng)域個(gè)性化需求，增加產(chǎn)品系列，同時(shí)在高端物流技術(shù)方面要不斷突破，比如，工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手的物料高速堆拆碼，空中搬運(yùn)小車(chē)在半導(dǎo)體生產(chǎn)無(wú)塵車(chē)間的應(yīng)用。隨著自動(dòng)化物流的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，由于行業(yè)及用戶需求的個(gè)性化差異，導(dǎo)致相關(guān)物流裝備及其技術(shù)將進(jìn)入一個(gè)重要的快速發(fā)展期

33、，且應(yīng)朝著安全、效率、可靠、環(huán)保等方向發(fā)展。5、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開(kāi)始運(yùn)用各種各樣的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在多數(shù)的分揀系統(tǒng)中，某些作業(yè)環(huán)節(jié)還需要有人工的參與，但作業(yè)強(qiáng)度已越來(lái)越小，完全由機(jī)械完成分揀作業(yè)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。 現(xiàn)代物流配送中，高科技的應(yīng)用為作業(yè)效率和質(zhì)量的提高提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證?，F(xiàn)代化的分揀系統(tǒng)逐漸成為物流機(jī)械化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及管理組織系統(tǒng)的有機(jī)組合。物流機(jī)械化系統(tǒng)主要是各種物流設(shè)備的有效組合和配置，信息系統(tǒng)是分揀信息和控制信息等流動(dòng)的載體，管