基于PLC控制金屬塑料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要本論文闡述了利用PLC控制技術(shù)結(jié)合氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、光電感應(yīng)器的應(yīng)用、氣缸的應(yīng)用和位置控制技術(shù)等，并運用PLC的硬件設(shè)計以及軟件編程，來實現(xiàn)對金屬和塑料兩種材料進行自動分揀的控制裝置。該系統(tǒng)的通用性極強，可靠性好，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進行材料分揀生產(chǎn)線的需求。 目前自動分揀已逐漸成為主流，這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較好，分揀分類數(shù)量也較多。關(guān)鍵詞：PLC ， 金屬 ， 塑料分揀 ， 梯形圖編程目錄緒論第一章 自動分揀系統(tǒng)簡介及設(shè)計 1 自動分揀系統(tǒng)的簡介2 方案設(shè)計第二章 硬

2、件電路設(shè)計1 總體結(jié)構(gòu)及原理分析 2 傳感器的工作原理 2.1 電感式傳感器 2.2 電容式傳感器 3 三相異步電機的工作原理 4 電磁閥的工作原理 5 光電感應(yīng)器的工作原理6 氣缸的作用第三章 可編程控制器1 PLC的選擇 2 PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理3 PLC輸入、輸出口的分配 4 自動分揀裝置輸入、輸出接線圖5 系統(tǒng)控制流程圖6 系統(tǒng)控制的梯形圖結(jié)束語致謝參考文獻(xiàn)緒論 隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)

3、的選擇。利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)線上的分揀設(shè)備進行智能化控制是一種既能節(jié)約成本，又能提高生產(chǎn)效率的方法?，F(xiàn)今社會科技發(fā)展迅速，各個行業(yè)不斷創(chuàng)新突破。隨著人們生活的需要，PLC的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，本系統(tǒng)是利用可編程控制器（PLC）控制金屬、塑料自動分揀裝置，以PLC為主控制器，結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點，可根據(jù)不同對象，廣泛應(yīng)用于生活的各個場所。第一章 自動分揀系統(tǒng)的簡介及設(shè)計1 自動分揀系統(tǒng)的簡介自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。 控制裝置的作用是識別、接收和

4、處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按材料性質(zhì)自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去，根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種材料該進入哪一個分揀道口。 分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號的材料經(jīng)過該裝置時，該裝置動作，使改變在輸送裝置上的運行方向進入其它輸送機或進入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對分揀材料性質(zhì)等有不完全相同的要求。 輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機，其主要作用是使待分揀材料通過

5、控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的材料滑下主輸送機（或主傳送帶）以便進行后續(xù)作業(yè)。 分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機（或主傳送帶）進入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進行配送作業(yè)。 以上四部分裝置通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。2 方案設(shè)計思路 PLC控制金屬塑料自動分揀的裝置，具有較高的能動性。采用光電感應(yīng)器來控制識別金屬和塑料的材料性質(zhì)，控制系統(tǒng)中加入氣缸，采用推出式的分類金屬和塑料

6、，再用傳送帶來傳送，在傳送帶同側(cè)有兩個分揀道口，利用氣缸將金屬和塑料推出各自的分揀道口，而每個氣缸的動作時有光電感應(yīng)器所判別出的信號來控制的，此控制系統(tǒng)的控制原理如下：（1）由按鈕SB4作系統(tǒng)的待機控制，按下SB4，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)；若此時各部件處于復(fù)位狀態(tài)，待機指示燈（綠色）發(fā)光。只有在待機指示燈（綠色）正常發(fā)光后，系統(tǒng)才能開始下料運行。待機指示燈（綠色）只作系統(tǒng)通電后按下SB4的待機狀態(tài)指示燈用，系統(tǒng)運行后應(yīng)熄滅。( 2 ) 由按鈕SB5作系統(tǒng)正常停止控制。按下SB5，系統(tǒng)立刻提示停止下料（紅色指示燈發(fā)光），同時系統(tǒng)在完成傳送帶上的工件分揀后停機。（3）下料時，要求工件每隔2S下料一次（每

7、次下料一個），以保證工件的分揀。每次下料后，停止下料指示燈（紅色）都會發(fā)光，每次發(fā)光2S后熄滅；紅色指示燈熄滅的同時下料指示燈（黃色）發(fā)光，提示可以下料。但若在黃色指示燈發(fā)光3S后仍未下料，黃色指示燈就會發(fā)生閃爍（每秒閃光2次），以提示缺料，直至下料后才恢復(fù)正常指示。第二章 硬件電路設(shè)計1 總體結(jié)構(gòu)及原理分析自動分揀系統(tǒng)由光電感應(yīng)器、電感式傳感器、電容式傳感器、三相異步電動機和氣缸等元器件組成。原理分析：當(dāng)光電感應(yīng)器(1)檢測到工件后，三相異步電動機給傳送帶提供動力，傳送帶帶動工件開始運動，光電感應(yīng)器檢測到的是金屬材料時，如圖位置的電感式傳感器接收信號，氣缸A動作將金屬工件推向出料口，當(dāng)檢測到

8、的是塑料材料時，圖中位置的電容式傳感器接收信號，使氣缸B動作，將塑料工件推向出料口。依次反復(fù)，將構(gòu)成金屬、塑料的自動分揀系統(tǒng)2 傳感器的工作原理2.1電感式傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。 它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用M18X1X40 DC 電感傳感器，原理圖如下：此類傳感器的優(yōu)點：（1）無活動觸點、可靠度高、壽命長；（2）分辨率高、靈敏度高；

9、（3）線性度高、重復(fù)性好，測量范圍大；（4）無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；（5）適用于低頻動態(tài)測量。2.2 電容式傳感器電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。 它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。原理圖如圖電容式傳感器的感應(yīng)由兩個同軸金屬電極構(gòu)成，這兩個電極構(gòu)成一個電容，串聯(lián)在RC振蕩回路內(nèi)。電源接通時，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一個目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時，電容器的容量增加，使振蕩器開始振蕩，通過后級電路

10、的處理，將停振和振蕩兩種信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而起到檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體，也能檢測非金屬物體，對金屬物體可以獲得最大的動作距離，對非金屬物體動作距離決定于材料的介電系數(shù)，介電系數(shù)越大，獲得的動作距離越大。當(dāng)一個目標(biāo)靠近時，電容式傳感器的電流消耗隨之增加。本系統(tǒng)選用的是E2K-X8ME1電容式傳感器，原理圖如下:此類傳感器的優(yōu)點：（1）測量范圍大，靈敏度高。（2）質(zhì)量小，動態(tài)響應(yīng)快，固有頻率高，高頻特性。（3）穩(wěn)定性好，過載能力大。（4）結(jié)構(gòu)簡單，對環(huán)境適應(yīng)性強。3 三相異步電動機的工作原理三相交流異步電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它

11、們之間的氣隙構(gòu)成。當(dāng)給電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度）通入三相交流電源后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電動機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子朝著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)向三相定子繞組中通入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。由于導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)

12、生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定），電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子 沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。三相交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。系統(tǒng)選用J0 H80355小型三相異步電動機,此類電動機為0.75315KW 外殼為封閉式，可防止灰塵、水滴侵入，用于無特殊要求的各種機械設(shè)備和運輸機械等。4 電磁閥的工作原理電磁閥是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥是用于控制氣體流動方向的，自動分揀裝置一般都由氣缸控制，所以用到電

13、磁閥。 工作原理 電磁閥里有密閉的腔，不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的氣管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排氣的孔，而進氣孔是常開的，氣體就會進入不同的排氣管，然后通過氣體的壓力來推動氣缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。5 光電感應(yīng)器的工作原理光電傳感器的構(gòu)成光電開關(guān)是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。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、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（

14、LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。 此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。6 氣缸的作用及工作原理1氣缸作用 1引導(dǎo)活塞在其中進行直線往復(fù)運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。 2氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。3氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣

15、動執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運動的和作往復(fù)擺動的兩類。2氣缸工作原理氣缸的運動速度主要由所驅(qū)動的工作機構(gòu)的需要來決定。 要求速度緩慢、平穩(wěn)時，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速的方式有：排氣節(jié)流和進氣節(jié)流。排氣節(jié)流主要用于水平安裝推力載荷中；進氣節(jié)流主要用于垂直安裝升舉載荷中。用緩沖氣缸可使缸在行程終點不發(fā)生沖擊現(xiàn)象，通常緩沖氣缸在阻力載荷且速度不高時，緩沖效果才明顯。如果速度高，行程終端往往會產(chǎn)生沖擊。設(shè)計中主要是通過直動性氣缸將金屬與塑料推入相應(yīng)的斜槽中。第三章 可編程控制器1 PLC的選擇可編程控制器通常也簡稱為可編程控制器，英文縮寫為PC或PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機

16、技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等一系列的優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更是得到了用戶的好評，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。l 設(shè)計中選用的PLC為：名稱:三菱 PLC 型號: FX2Nl 選用三菱 PLC FX2N的意義1）、 結(jié)構(gòu)靈活不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。 2）、 范圍廣無所不在的電力線

17、網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設(shè)N多個AP才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。 3）、 低成本充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技

18、術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。 4）、 適用面廣PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受4.545Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來瀏覽網(wǎng)頁撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。 綜上所述，三菱 PLC FX2N-32MR

19、是此設(shè)計（金屬、塑料分揀裝置自動化控制系統(tǒng)）的最佳選擇。2 PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理1、PLC的基本結(jié)構(gòu)世界各國生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同，主要由中央處理器（PLC）、存儲器（RAM、ROM）、輸入、輸出器件（I/O接口）電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。2、PLC的工作原理可編程控制器的工作原理與計算機的工作原理基本上是一致的，可以簡單地表達(dá)為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但個人計算機與PLC的工作方式有所不同，計算機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當(dāng)鍵盤有鍵按下或I/O口有信號輸入時，中斷轉(zhuǎn)入相應(yīng)的

20、子程序；而PLC在確定了工作任務(wù)、裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是以循環(huán)掃描方式完成。3 PLC輸入、輸出口的分配輸入端：輸出端：X0SB4（待機控制）Y0HL2（綠燈：待機提示）X1SB5（停機控制）Y1HL3（紅燈：禁止下料提示）X2金屬檢測Y2HL1（黃燈：允許下料提示）X3塑料檢測Y3三相異步電動機X5檢測下料裝置Y4氣缸1Y5氣缸24 自動分揀裝置輸入、輸出接線圖5 系統(tǒng)控制流程圖6 系統(tǒng)控制梯形圖結(jié)束語本設(shè)計所采用的日本三菱可編程控制器的硬件配置和程序設(shè)計是完全可行的，在實際控制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點，使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來，因而深受用戶歡迎。同時采用PLC控制金屬塑料的自動分揀。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入，達(dá)到很高的控制精度，本設(shè)計已通過模擬仿真檢驗，有很好的推廣價值。任何設(shè)計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善，就如同我