基于PLC的材料分拣装置设计

基于PLC的材料分拣装置设计学号_200604033098 密级_武汉大学东湖分校本科毕业论文基于PLC的材料分拣装置设计 二一年五月 郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 日 期： 摘 要随着科学技术的飞速发展，现代工业控制系统越来越复杂，传统控制科学面临着新的挑战。PLC以其体积小、功能齐全、价格低廉和可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。PLC的使用大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。如何在PLC自动控制领域充分发挥PLC的优势，是目前自动控制学科的重要课题之一。本课题正是在这样的背景下，围绕基于PLC的材料分拣装置设计展开研究。论文首先叙述了PLC的材料分拣装置的发展背景、现状和发展方向。然后，说明了PLC自动分拣控制系统工作原理和与传统继电器的区别。本文详细叙述了一种基于PLC的材料分拣装置设计及自动控制编程，以及怎样通过PLC程序设计来实现材料分拣和自动控制。其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，系统具有数据采集准确、可靠性高及系统成本低等优点。关键词：PLC；材料分拣；自动控制；传感器ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, modern industrial control systems become more complicated, the traditional control of science is facing new challenges. PLC with its small size, full-featured, low cost and high reliability has unique advantages, in various fields has been applied widely. The use of PLC control system greatly improved the reliability and automation level, providing a more reliable production and protection. How to give full play to PLC automatic control advantages, is an important subject in one of the automatic control. This topic is in this context, the surrounding material sorting device based on PLC design of a study. Paper first describes the material sorting device PLC backs the development, current status and future directions. Then, show the work of PLC control system for automatic sorting principle and the difference between traditional relays. This paper describes the material sorting based on PLC control device design and programming, PLC programming and how to achieve by material sorting and automatic control. The circuit structure is simple, less investment (transformation of existing facilities can be used), sorting system is not only a high degree of automation, but also changes with the online features, flexibility, accurate data acquisition system with high reliability and system cost low.Keywords: PLC；material sorting；automatic control；sensor目 录摘 要I关 键 词IABSTRACTIIKeywordsII第1章 绪 论11.1 PLC材料分拣装置的研究背景11.2 PLC材料分拣系统的现状11.3 PLC材料分拣系统的发展方向11.3.1系统集成21.3.2工艺创新21.3.3自动分捡机2第2章 PLC材料分拣系统的硬件设计42.1 PLC自动分拣控制系统工作原理42.2 系统的硬件配置52.3系统的运行方式62.4 PLC与传统继电器的区别及选型62.4.1 PLC与传统继电器的区别72.4.2 PLC设计选型的一般原则72.5铁传感器的选用82.6铝传感器的选用82.7颜色传感器的选用102.8光电传感器的选用102.9 气压传动装置选用102.9.1气源装置102.9.2气压发生装置112.9.3冷却器122.9.4储气罐122.9.5气动控制装置132.10限位开关的选用132.11熔断器的选用132.12电动机的选用13第3章 PLC自动控制的软件设计153.1 系统程序流程153.2 系统I/O分配173.3 系统功能表图183.4 材料分拣装置PLC梯形图19第4章 总结与展望214.1 总结214.2 未来展望21参考文献23致 谢24附 录A 材料分拣装置PLC梯形图2536第1章 绪 论1.1 PLC材料分拣装置的研究背景随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制几乎扩展到所有工业领域。现代社会要求制造业对市场要求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品1。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的看着系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应着一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化系统的主要设备之一。PLC已经广泛的应用于各种机械设备和生产过程的自动化控制中，PLC在其他领域，例如民用个家庭自动化也得到了迅速的发展。而在众多工业生产领域中，对不同的材料进行分拣，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对材料自动分拣的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），自动分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。本控制系统是一简单的材料分拣控制系统，在本系统的基础上，可以将之改进为物流分拣系统、自动分拣机，从而服务于人们的日常生活中。1.2 PLC材料分拣系统的现状随着生产趋于个性化、集约化，许多企业开始加深对物流的认识及其价值的深度挖掘，通过物流建设降低成本，提升竞争力。自动化物流系统逐渐应用于烟草、制造、家电、医药、食品、图书等领域。随着物流市场需求的增长，国内物流系统及装备供应商通过自主技术创新、引进消化吸收，从起初低端技术、国外进口到现在高端创新、与国外厂商同台竞技，物流装备技术水平已明显提高，但在高端技术方面也还存在较大差距。1.3 PLC材料分拣系统的发展方向PLC材料分拣系统未来发展方向可以分为系统集成、工艺创新和自动分拣机2三个方向。1.3.1系统集成由于专业高度分工和全球经济一体化，系统集成是一种理念和趋势。国内厂商应采取国内集成、国外配套的合作思路，充分利用合作方在高端产品、关键设备上技术先进成熟的优势，迅速实现优势互补，提高整个物流系统的技术含量和技术水平。集成不是简单的设备组合，是以系统思维的方式对设备功能的充分应用，并保证软硬接口的无缝和快捷，目的是实现集成创新。1.3.2工艺创新物流系统应充分注重“系统”概念，系统由多个单元组成。单元的有效组合，即是流程及工艺的设计，这是一个全局优化的复杂过程。工艺设计中最重要的是了解用户的实际需求，不同的行业和用户对物流的需求有着较大的差异，这是一种个性化的服务，应不断拓展创新。就从烟草行业来讲，结合卷烟生产工艺，将物流做宽做深，从烟叶醇化到成品发货，从制丝分组加工到储叶储丝模块化精益生产，工艺创新和装备已融入并实现工厂生产自动化（FA）。现在社会上己将物流的高科技产品(自动分拣机、自动化立体仓库、信息处理及通讯自动化等)广泛应用于各个流通领域。自动分拣系统是一次大战后在美国、日本的配送中心广泛采用的一种物流设备，己经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，科学技术日新月异的进步，特别是感测技术、电子标签及计算机控制技术等的引入使用，自动分拣系统在我国发展空间巨大。1.3.3自动分捡机在商业配送领域自动分捡机的应用较为广泛，可实现多品种、小批量、多批次、短周期的物品分拣和配送作业。自动分捡机的种类很多，有滑靴式、翻板式、交叉带式等，国内厂商能提供相应产品，但从分类能力、可靠性等指标来看，性参数能较国外先进水平还有较大差距。目前，项目系统集成中进口比例较高，在机场物流行李分拣系统中，由于分拣量大及高可靠性要求，基本都从国外进口。随着商业配送物流的快速发展，配送中心对自动分拣机将会有更多需求，分拣技术水平和设备性能将会有较大提高。物流配送中心是从事配送业务的物流场所或组织，它的作业流程包括“入库保管拣货分拣暂存出库” 。物流中心每天接受众多供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种物品，用最短的时间将物品卸下并按品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，然后将物品运送到指定地点。当订货商向物流中心发出配送订单后，自动分拣系统在最短时间内从自动化立体仓库中准确找到要出库的物品所在位置，并按所需数量出库，最后将从不同储位上取出的不同数量的物品按配送地点的不同运送到不同的存货区域进行分拣，以便装车配送。值得一提的是对于小件物品的分拣技术和设备近几年发展较快，主要集中在卷烟配送行业，从电子标签拣选模式到立式、通道式分发机半自动分拣，甚至全自动补货、分拣、装箱，技术和设备都更新很快，目前各供应商仍以高速分拣、高度自动化的方向快速发展。第2章 PLC材料分拣系统的硬件设计2.1 PLC自动分拣控制系统工作原理本文所设计的PLC材料分拣系统采用推块式分拣机的台式结构，有竖井式材料输入料槽，滑板式产品输出料槽口。同时，输送带作为传动结构，为了方便较快速度的启动和停止，用异步交流电机驱动；对不同材质的三种传感器分别固定在网孔板上；为了保证整个系统的安全性又加了一个光电传感器。整个控制系统有气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。气动部分由空气压缩机、气缸、气瓶、气压指示表、分水过滤器、冷却器、减压阀、配气器、等部件组成；电气部分由PLC、铁检测传感器、铝检测传感器、颜色检测传感器、光电传感器、异步交流电机、开关、电源等部件组成；硬件部分由传送带异步电动机、传送带、底座、支架等组成。材料分捡系统工作原理示意图如图2.1所示。图2.1材料分捡系统工作原理示意图1气瓶 2PLC 3料槽 4电源 5电机 6料槽传感器 7料仓气缸 8皮带 9仓库 10气缸 11传感器其工作过程是开启电源，气动系统开始工作，系统进入自检状态。下料传感器检测下料槽内是否有物料，若没有物料，延时后自动等待上料；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，PLC传送信号给下料气缸。经过一定时间，下料汽缸将物料推至传送带。当物料在传送带传送时，PLC计数器开始计数，电机开始运行。当传感器检测到物料为铁金属时，发出反馈信号给PLC，由PLC控制气缸一动作，将物料推到料仓。当气缸电磁阀运行到后限位开关时，电磁阀复位，回到原状态。同理，可通过相应传感器分拣相应的物料。系统的结构图如图2.2所示。下料传感器 P L C铁检测传感器铝检测传感器光电检测传感器输送带和下料气缸铁出料气缸其他出料气缸塑料出料气缸铝出料气缸空气压缩机颜色料传感器图2.2 系统结构图2.2 系统的硬件配置系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。系统的硬件配置如表2.1。表2.1 系统硬件配置PLC 1台底座1个启动开关1个光电传感器2个铁传感器1个电机2个铝传感器1个气缸5个颜色传感器1个限位开关10个气瓶1个皮带1条电源1个气压传动装置1套2.3系统的运行方式系统是全自动的运行方式。在系统开始工作前需要人工合上刀闸开关，然后手动启动系统的电源开关。系统开始运行，进入自检状态，当有物料进入料槽时，系统开始自动运行；当料槽中没有物料时，系统进入自检状态，等待物料再次进入料槽，然后自动运行。系统需要停止工作时，需要人工切断系统电源，然后再切断主电源。自动运行方式是由一台可编程序控制器（PLC）来控制整个系统自动运行，系统根据传感器传出的信号执行事先编译好程序3。系统主电路图和结构图如图2.3所示。在图2.3中，M1为传送带提供动力的异步电动机，M2为空气压缩机。FU1为主电路的熔断器，起短路保护的作用。当电路发生短路时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时自行熔断，从而分段电路。接触器KM1控制电动机M1的运行。当接触器收到PLC为1的信号时，接触器闭合，电动机就可以启动运行。FR1、FR2分别为电机过载保护用的热继电器，电动机一旦出现长时间过载自动切断电路。并能购随过载程度而改变动作时间的继电器，充分发挥了电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转。图2.3 系统主电路图2.4 PLC与传统继电器的区别及选型2.4.1 PLC与传统继电器的区别最初研制生产PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作4。但CPU不可能同时去执行过个操作，它只能按分时操作方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结构似乎是同时完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一步开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 （2）PLC的优点：可靠性高，抗干扰能力强；控制系统结构简单，通用性强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造；设计、施工、调试的周期短。2.4.2 PLC设计选型的一般原则1、选择自己熟悉的机种和机型：同样的控制设备的设计，可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用你不熟悉的PLC，你就必须从头熟悉它，虽然不费太多的事，但毕竟没有用你熟悉的机型来的快。 2、不要大材小用：什么样的规模设计任务就选用什么样规模的PLC，避免造成太多的硬件资源的浪费。3、具体的控制对象，具体选择：根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。4、选用易采购的机型：有的产品经销商较少，不容易采购或进行比较，有的产品经销商很多，容易采购和比较，你就可以选用信誉好、价格优惠、技术上能够给与支持的公司。5、经常了解PLC产品的发展动态：PLC产品更新换代很快，你熟悉的机型也许过几年就见不着了，所以，你最好在设计选型之前，先了解一下市场情况。目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以PLC的材料分拣装置系统输入、输出点数的要求，选择为三菱公司的FX2N系列的FX2N-32MR-001。2.5铁传感器的选用霍尔接近开关来检测材料是否是磁性铁金属。霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关5。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有无磁性物体存在，进而控制开关的通或断。本系统中，当材料是铁时传感器开关闭合，产生电流驱动线圈。霍尔接近开关的工作原理见图2.4。因此，本系统中检测铁物料选用霍尔传感器为2AV系列。图2.4 霍尔接近开关的工作原理图2.6铝传感器的选用当通过金属体的磁通过变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流6。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。如图2.5所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。图2.5 电涡流传感器原理图我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图2.6的等效电路。图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。当铝检测传感器检测到金属材料时，传感器的线圈阻抗就会发生变化。图2.6 电涡流传感器等效电路图利用这一性质可以把铝传感器和继电器如图2.7连接，实现开关功能。所以本系统铝传感器选用电涡流传感器为ST系列。图2.7 铝传感器开关原理图2.7颜色传感器的选用我们所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面，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应7。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红、黄、绿、青、蓝、紫)。根据三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。高分辨率颜色传感器TCS230，是我们常用的颜色传感器。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强，同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色，本文选择红色滤波器。2.8光电传感器的选用利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器，把电流或电压的变化以光电的方式传送出去，即进行电信号光信号电信号的转换。光电式传感器工作原理:光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。2.9 气压传动装置选用2.9.1气源装置气源装置是为气动系统提供具有一定压力和足够流量、满足一定净化程度的压缩空气的能源装置,它是气动系统的重要组成部分8。气源装置包括气压产生、压缩空气净化与储存、压力稳定和传输管道等装置，这些设备一般布置于压缩空气站内，作为整个工厂或车间的同一气源，气源装置结构见图2.8。图2.8中，电动机带动空气压缩机旋转，经吸气口的空气过滤器将大气中的空气吸入9。冷却器将压缩空气降温冷却，使高温汽化的水、油凝结分离。油水分离器将冷凝出来的水滴、油滴、杂质等分离并排出系统。储气罐用以压缩空气、稳定压缩空气的压力，并除去其中的部分油、水等杂质，储气罐输出的压缩空气可用于不同空气质量要求的气动系统。图2.8气源装置结构图2.9.2气压发生装置气压发生装置包括正压发生装置和负压发生装置，正压发生装置为空气压缩机。这也正是本系统所使用的气压发生装置。空气压缩机属于正压发生装置，它是将机械能转换成气体压力的能量转换装置，提供高于大气压力的气压。排气压力低于0.2MPa的一般称为风机（低于0.015MPa的称为通风机，0.0150.2MPa的称为鼓风机），它们用于通风系统。排气压力高于0.2MPa的习惯上成为压缩机，气动系统中通常采用压缩机提供气源。气动系统中多数气动元件都是在高于大气压力下工作的，用这些元件组成的启动系统称为正压系统。下面介绍常用的活塞式空气压缩机的工作原理：气压传动系统中最常用的是往复活塞式空气压缩机，其工作原理如图2.9所示，当电动机带动曲柄7旋转时，通过连杆6、滑块5和活塞4的传递转换，使活塞3在气缸2内作往复运动。当活塞向右移动时，缸内左腔密封容积逐渐增大，使其中的气压低于大气压，吸气阀8被外界大气压力顶开，空气在大气压力作用下进入气缸内，形成吸气过程；当活塞向左移动时，缸内左腔密封容积逐渐减小，空气受压使气压升高，将吸气阀关闭，形成压缩过程；当缸内压缩空气压力升至高于输气管路中压力时，排气阀1顶开，压缩空气排入输气管路，形成排气过程。活塞式空气压缩机的优点是结构简单，使用寿命长，容易实现大流量和高压输出；缺点是振动大、噪声大，输出流量、压力有脉动，需使用储气罐稳压。图2.9 活塞式空气压缩机工作原理1排气阀； 2气缸； 3活塞； 4活塞；5滑块； 6连杆； 7曲柄； 8吸气阀； 9弹簧2.9.3冷却器冷却器安装在空气压缩机出口的管道上，将空气压缩机排出的温度高达120150的气体冷却到4050，从而使其中的水蒸气和被高温氧化的油雾冷凝成水滴和油滴而析出，进而初步分离，以便对压缩空气实施进一步净化处理。因冷却介质为水，它的冷却效率高，常用于中型和大型压缩机。在工作时，一般是水在管内流动，空气在管间流动。管内流动的冷却水多为单程或双程流动，管间空气可以自由流动。压缩空气在冷却过程中生成的冷凝水可通过排水器排出。在冷却器上应安装温度计以监测工作情况。2.9.4储气罐储气罐的主要作用是：储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用；消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性。进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。2.9.5气动控制装置气动系统不同于液压系统，一般每一个液压系统都自带液压源（液压泵）；而在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，储存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。 有些气动回路需要依靠回路中压力的变化来实现控制两个执行元件的顺序动作，所用的这种阀就是顺序阀。顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀。所有的气动回路或贮气罐为了安全起见，当压力超过允许压力值时，需要实现自动向外排气，这种压力控制阀叫安全阀。2.10限位开关的选用限位开关又称行程开关或位置开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在机床设备中，事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上。部件在运行中，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。直动式行程开关的机构原理与复式按钮相似。机床撞块压下推杆时，其常闭触头分开，而常开触头闭合；当撞块离开推杆时，触头在弹簧力作用下恢复原来状态。这种行程开关结构简单、价格便宜，因此本设计采用直动式限位开关型号为LX19K。2.11熔断器的选用熔断器一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。其主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。 熔断器的工作原理是：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。由于系统容量较小，系统容量主要是电动机，故选用RCIA系列熔断器。2.12电动机的选用电动机分为直流电机和交流电机，交流电机又分为同步电机和异步电机。由于异步电动机具有结构简单，制造、使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。例如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品的加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、空调机等也都是用异步电动机拖动的。所以系统中电机选用为异步电机，因为系统容量较小所以选用电机为ST-MS90S系列。 第3章 PLC自动控制的软件设计3.1 系统程序流程PLC程序工作流程10-12如下：(1) 接通电源，按下启动开关，系统启动，进入自检状态，等待物体进入料槽；(2)下料光电传感器检测到料槽有料时，料槽出料气缸开始动作，将物料推到传送带上；当气缸碰到前限位开关的时候，计数器加一，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。 (3)气缸碰到后限位开关停止后退时，传送带上电机开始转动。(4)当铁传感器检测到铁制物料通过的时候，气缸一开始动作，把物料推到一号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(5) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(6) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(7)当铝传感器检测到铝制物料通过的时候，气缸二开始动作，把物料推到二号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(8) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(9) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(10)当颜色传感器检测到红颜色物料通过的时候，气缸三开始动作，把物料推到三号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(11) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(12) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(13)当光电传感器检测到物料通过的时候，气缸四开始动作，把物料推到四号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(14) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(15) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(16)当四个传感器都没有信号时，PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作，系统流程图如图3.1所示。3.1 系统的流程图3.2 系统I/O分配I/O分配如表3.1 所示，为了实现系统的自动控制，系统的五个传感器需要五个输入口，十个限位开关需要10个输入口，输出口分别分配给一个传送带电机和五个气缸共需要6个输出口。型号为FX2N-32MR-001型的PLC分别有16个输入口和输出口，符合系统的I/O分配要求。 表3.1 I/O分配表输入继电器外部器件输出继电器外部器件X000料仓光电传感器Y000下料气缸电磁阀X001料仓前限位开关Y001传送带电机X002料仓后限位开关Y002气缸一电磁阀X003铁传感器Y003气缸二电磁阀X004气缸一前限位开关Y004气缸三电磁阀X005气缸一后限位开关Y005气缸四电磁阀X006铝传感器X007气缸二前限位开关X010气缸二后限位开关X011颜色传感器X012气缸三前限位开关X013气缸三后限位开关X014光电传感器X0150气缸四前限位开关X016气缸四后限位开关I/O接线图如图3.2 所示X000 Y000X001 Y001X002 Y002X003 Y003X004 Y004X005 Y005X006X007X010X011X012X013X014X015X016COM COM料仓光电传感器料仓前限位开关料仓后限位开关铁传感器气缸一前限位关气缸一后限位关铝传感器气缸二前限位关气缸二后限位关颜色传感器气缸三前限位关气缸三后限位关光电传感器气缸四前限位关气缸四后限位关料槽下料气缸电磁阀传送带电动机气缸一电磁阀气缸二电磁阀气缸三电磁阀气缸四电磁阀图3.2 I/O接线图3.3 系统功能表图功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。功能表图一般主要有步、有向连线、转换、转换条件和动作组成。由系统程序流程图绘制出来的系统功能表图如图3.3所示。图3.3 系统的功能表图3.4 材料分拣装置PLC梯形图本课题的PLC梯形图编辑使用GX Developer编程软件。GX Developer可以创建Q 系列、QNA 系列、A 系列(包括运动控制器(SCPU)、FX系列的数据，实现了设置操作共用化(简称为GPPA) 13。GX Developer特点：软件的通用；性充分利用Windows的优势使操作性能大幅度地提高；程序的标准化；丰富的编程语言；访问其它站时的设置简单；可以与可编程控制器CPU以各种方式进行连接；丰富的调试功能。由于本系统选择的PLC型号为FX2N-32MR-00114，所以本系统编程用仿照STL指令编写程序，程序见(附录)。本章对材料分拣装置编程设计做了讲述，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，可以加入变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务15。编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。PLC使用应注意的问题在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）系统结构力求简单；（3）系统工作要稳定、可靠；（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级。第4章 总结与展望4.1 总结1本文根据当前PLC控制系统的发展和自动控制的理论，设计出了一个基于PLC的材料分拣装置控制系统。系统利用PLC控制编程，自动控制材料分拣。该系统具有稳定可靠、性价比高、可扩展性强、警示明显、设计人性化等优点。但同时也存在一些不足，在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，可以加入变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。2科学技术的发展和社会对自动分拣系统的重视，必将有更多的新技术广泛地应用到材料分拣自动控制中，使材料分拣自动控制有更大的发展。随着全球自动化程度要求的不断增加，我国的材料分拣自动控制系统必然向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC在其稳定性，高自动化程度的不断加强，使得PLC成为材料分拣自动化方面的首选。3通过这几个月的学习，我深刻体会到了理论和实际结合的重要性，在我四年的大学生活中，学校为我们的学习提供了非常舒适的学习环境，通过毕业设计，使我有充分的机会来锻炼自己的实际应用知识的能力，使我有机会把书本的理论知识与实际操作结合在一起。虽然论文写的并不是很好，有许多不足之处，但这是我四年辛勤学习的成果，我为之感到骄傲。本次毕业设计让我受益匪浅，通过做此设计，我学会了许多关于PLC硬件及编程的基本知识，并且加固了我的专业知识，为我今后的工作打下了良好的基础。4.2 未来展望1、目前国内物流装备技术虽然已取得长足的进步，但目前的技术和水平还不能完全满足社会发展的需求，需要不断改进完善自主产品，提高产品质量和可靠度，另一方面要开发专用物流装备以满足不同行业领域个性化需求，增加产品系列，同时在高端物流技术方面要不断突破，比如，工业机器人或机械手的物料高速堆拆码，空中搬运小车在半导体生产无尘车间的应用。随着自动化物流的应用领域日益广泛，由于行业及用户需求的个性化差异，导致相关物流装备及其技术将进入一个重要的快速发展期，且应朝着安全、效率、可靠、环保等方向发展。2、随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。 现代物流配送中，高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置，信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体，管理组织系统负责设备、人员的调度，控制系统总体的运作模式。计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分。参考文献1刘祖润，胡俊达.毕业设计指导M .北京：机械工业出版社，1996.2王曼珠，梁维铭.可编程器件应用开发指南M .北京：人民邮电出版社，2004.3 张万忠、刘明芹. 电器与PLC控制技术M. 化学工业出版社,2003年.4 廖常初. PLC基础及应用M. 机械工业出版社,2005年.5阿勒斯.传感器技术及其应用M .北京：国防工业出版社，2001.6吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路M .北京：北京航空航天大学出版社，1994.7 孙建民，杨清梅.传感器技术M .北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005.8 孙建民.传感器技术M .北京：清华大学出版社，2005.9 张爱玲，立岚，谢丽凤.电力拖动与控制M .北京：机械工业出版社，2003. 10 贺哲荣 ，石帅军.流行PLC实用程序及设计M.西安：西安电子科技大学出版社， 2006.11 胡学林. 可编程控制器教程M. 电子工业出版社,2003年，198235.12 陆运华、胡翠华. 图解PLC控制系统梯形图及指令表M. 中国电力出版社,2007年.13 金彦平. OMRON可编程序控制器操作手册M. 中国电力出版社，2003年.14 PLC-based Implementation of Process Observation and Fault Detection for Discrete Event Systems ,Tord Alenljung, Markus Skldstam, Bengt Lennartson and Knut kesson, 1997年.15ISO 63581989 Pneumatic Fluid Power Components using Compressible Fluid Detemination of Flowrate characteristics.1989致 谢本论文是在导师陈尹萍悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！附录A 材料分拣装置PLC梯形图