材料分揀裝置的PLC控制系統(tǒng)畢業(yè)設計論文

1、石家莊鐵道學院畢業(yè)設計（論文）材料分揀裝置的plc控制系統(tǒng)material sorting plc control2014屆石家莊鐵道學院成人教育分院(系)專 業(yè) 電氣自動化應用 學 號 201024136 學生姓名 王旭宏 指導教師 劉東嵐 完成日期 2013年 10 月 30 日畢業(yè)設計（論文）任務書題目材料分揀裝置的plc控制系統(tǒng)專業(yè)電氣技術應用班級電氣技師10班學生姓名王旭宏承擔指導單位石家莊鐵道學院成人分院導師姓名劉東嵐導師職稱一、設計題目材料分揀裝置的plc控制系統(tǒng)二、設計目的1、通過畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、基礎知識、基本技能進行分析和解決實際問題的能力。2、使學生

2、受到plc系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓練，達到能夠進行plc系統(tǒng)設計和實施的目的。3、使學生掌握工業(yè)生產流水線中材料分揀控制系統(tǒng)的工作原理。三、設備概述及技術數(shù)據1、材料分揀裝置工作過程概述下圖為材料分揀裝置的結構示意圖。其工作過程為：通電狀態(tài)下，下料時，下料傳感器動作，傳送帶運行，電感傳感器檢測到鐵塊材料時，汽缸1動作將材料推下。電容傳感器檢測到鋁塊材料時，汽缸2動作將材料推下。顏色傳感器檢測到非金屬材料黃色塊時，汽缸3動作將材料推下。其它顏色非金屬材料塊被傳送到sd位置時，汽缸4動作將材料推下。豎井式下料槽無料時，傳送帶運行一個行程自動停機。2、技術數(shù)據輸入電壓：ac200240v（帶保護地三芯插座）

3、消耗功率：250w環(huán)境溫度范圍：-540氣源：大于0.2mpa且小于0.85mpa四、設計要求1、控制要求：(1)分揀出金屬與非金屬。(2)分揀某一顏色塊。(3)分揀出金屬中某一顏色塊。 (4)分揀出非金屬中某一顏色塊。 (5)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。 (6)建議分揀顏色為：紅、綠、藍；建議分揀材料為：鐵、鋁、塑料。 2、設計內容：(1)根據分揀裝置工作過程設計功能表圖。 (2)設計電氣控制原理圖。 (3)進行plc選型及i/o分配。 (4)設計plc硬件系統(tǒng)。 (5)設計plc控制程序。 (6)按要求撰寫畢業(yè)設計說明書。(7)繪制設計圖樣。五、應完成的技術資料 1、開題報

4、告（3000字左右） 2、畢業(yè)設計說明書（12000字左右） 3、技術資料 (1)系統(tǒng)電氣原理圖； (2)plc的i/o接線圖； (3)控制程序清單及注釋；六、畢業(yè)設計（論文）工作進度安排：9月1日9月3日：熟悉設計內容、要求、任務；收集與設計相關的論文、資料，方案論證與選擇；9月4日9月7日：初步完成系統(tǒng)框圖設計，完成系統(tǒng)配置與選型；9月8日9月12日：完善系統(tǒng)硬件電路設計；9月13日9月18日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調試；9月19日9月23日：撰寫畢業(yè)設計說明書；9月24日9月28日：繪制圖紙；9月29日：完成英文文獻翻譯；10月20日：答辯。教研組主任簽字時間年 月 日畢業(yè)設計

5、（論文）開題報告題目材料分揀裝置的plc控制系統(tǒng)設計專業(yè)電氣自動化應用班級電氣技師10班姓名王旭宏一、選題背景及依據（簡述題目的研究背景，國內外研究現(xiàn)狀，列出主要參考文獻）1、研究背景：可編程序控制器（plc）是20世紀60年代以來發(fā)展極為迅速的一種新型工業(yè)控制裝置?，F(xiàn)代plc應用綜合了計算機技術，自動控制技術和網絡通信技術，其應用越來越廣泛、深入，已進入到系統(tǒng)的過程控制、運動控制、通信網絡、人機交互等領域。由于plc應用向智能化和網絡化方向發(fā)展。智能化是指plc除具有傳統(tǒng)的順序控制功能外，還增加了用于過程控制和位置控制各種專用接口及控制算法；而網絡化是指以觸摸屏為代表的人機接口實現(xiàn)了plc與

6、用戶之間的、靈活的信息交換，且逐漸成為主流趨勢。2、plc編程的特點； (1) 可靠性強，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現(xiàn)在大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的f系列plc平均無故障時間高達30小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器控制系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百以及數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障是可及時發(fā)出報警信息。在應用軟件中，應用者還可以編

7、入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。(2) 配套齊全，功能完善，實用性強plc發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)在的plc大多具有完善的數(shù)據運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來plc功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中，加上plc通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3) 易學易用，深受工程技術人員的歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設

8、備。它接口容易，編程技術易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便的實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4) 系統(tǒng)的設計、建造工作量少，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同事維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能，這很適合多品種，小批量的生產場合。(5) 體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm

9、，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想設備。 2、參考文獻：(1) 陳其純.可編程序控制器應用技術，高等教育出版社 2000年(2) 孫平.可編程序控制器原理及應用，北京高等教育出版社 1999年(3) 張桂香.電氣控制與plc應用，化學工業(yè)出版社 2006年(4) 張運波.工廠電氣控制技術，化學工業(yè)出版社 2001年(5) 余雷聲.電氣控制與plc應用，化學工業(yè)出版社 2001年(6) 王兆義.小型可編程控制器使用技術，化學工業(yè)出版社 2002年(7) 張澤榮.可編程控制器原理及應用，化學工業(yè)出版社 2002年(8) 李景學.可編程控制器應用設計

10、系統(tǒng)及方法，化學工業(yè)出版社 2001年(9) 田瑞庭.可編程應用控制技術，化學工業(yè)出版社 1994年(10) 田效伍.電氣控制與plc應用技術， 機械工業(yè)出版社 2006年(11) 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器，機械工業(yè)出版社 2000年(12) 湯蘊繆.電機學，機械工業(yè)出版社 1999年(13) 姚勇剛.機電傳動與控制技術，北京輕工業(yè)出版社 2005年(14) 孫平.可編程控制器原理，北京高等工業(yè)出版社 2003年(15) 常文平.電氣控制與plc原理及應用 西安電子科技大學出版 2006年二、主要設計（研究）思想、解決的關鍵問題、擬采用的技術方案、設計（研究）工作步驟1設計內容有內置

11、電源，有進步電動機、傳送帶、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、氣體壓縮機、濾清器、氣壓指示等部件。選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網板不同區(qū)域安裝。2、設計思想系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進行檢測并分類。當待測物體經下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳送帶檢測。如果被某種傳感器測中，通過相應的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前進。其控制要求有如下9個方面：(1)系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖(2)電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行(3)有物料時，下料汽缸動作，將物料送出(4)當電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸1動

12、作(5)當電感傳感器檢測到鋁物料時，推汽缸2動作(6)當顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時，推動汽缸3動作(7)其他物料被送到sd位置時，推動汽缸4動作(8)汽缸運行應有動作限位開關(9)下料槽內無下料時，延時后自動停機3關鍵問題在系統(tǒng)的設計過程中，需要根據以下要求具體設計：(1) 擬定設計思路，它是整個設計過程的指導(2) 選擇合適的硬件，以便節(jié)省成本和穩(wěn)定的運行(3) 選擇合適的plc使其能夠滿足工作的需要(4) 編制plc的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖(5) 根據系統(tǒng)要求編寫軟件說明書，然后再進行程序設計(6) 注重設計的可用性，以便在工作過程中工作人員對系統(tǒng)的交流和更好的去

13、操作(7) 設計工作臺、電氣柜及非標準電器元部件4設計步驟(1)根據設計任務書，分析設計任務；(2)查閱相關文獻資料，解決關鍵問題；(3)完成相關硬件電路的設計，并進行器件的選型；(4)繪制軟件流程框圖；(5)編寫程序，調試；(6)功能完善。三、畢業(yè)設計（論文）工作進度安排9月 1日9月10日：熟悉設計內容、要求、任務；收集與設計相關的論文、資料，方案論證與選擇；9月11日9月15日：初步完成系統(tǒng)框圖設計，完成系統(tǒng)配置與選型；9月15日9月20日：完善系統(tǒng)硬件電路設計；9月20日9月23日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調試；9月23日9月25日：撰寫畢業(yè)設計說明書；9月26日9月27日：繪

14、制圖紙；9月27日9月30日：答辯。指導教師簽字時間年 月 日畢業(yè)設計（論文）評語及成績學生姓名王旭宏專業(yè)電氣自動化應用班 級電氣技師10班學 號201024136畢業(yè)設計（論文）題目材料分揀分揀裝置的plc控制系統(tǒng)設計指導教師姓名劉東嵐指導教師職稱指導教師評語：簽字：年 月 日專家評語： 簽字： 年 月 日 答辯小組意見：答辯小組組長簽字： 年 月 日成績： 院長(主任) 簽字：年 月 日摘 要隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)越來越復雜，傳統(tǒng)控制科學面臨著新的挑戰(zhàn)。plc以其體積小、功能齊全、價格低廉和可靠性高等方面具有獨特的優(yōu)點，在各個領域獲得了廣泛應用。plc的使用大大提高了控制

15、系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障。如何在plc自動控制領域充分發(fā)揮plc的優(yōu)勢，是目前自動控制學科的重要課題之一。本課題正是在這樣的背景下，圍繞基于plc的材料分揀裝置設計展開研究。論文首先敘述了plc的材料分揀裝置的發(fā)展背景、現(xiàn)狀和發(fā)展方向。然后，說明了plc自動分揀控制系統(tǒng)工作原理和與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別。本文詳細敘述了一種基于plc的材料分揀裝置設計及自動控制編程，以及怎樣通過plc程序設計來實現(xiàn)材料分揀和自動控制。其電路結構簡單，投資少（可利用原有設施改造），分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，系統(tǒng)具有數(shù)據采集準確、可靠性高及系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。關鍵詞

16、：plc；材料分揀；自動控制；傳感器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 vari

17、ous 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

18、 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

19、 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

20、), 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 錄摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 plc材料分揀裝置的研究背景11.2 plc材料分揀

21、系統(tǒng)的現(xiàn)狀11.3 plc材料分揀系統(tǒng)的發(fā)展方向11.3.1系統(tǒng)集成21.3.2工藝創(chuàng)新21.3.3自動分撿機2第2章 plc材料分揀系統(tǒng)的硬件設計42.1 plc自動分揀控制系統(tǒng)工作原理42.2 系統(tǒng)的硬件配置52.3系統(tǒng)的運行方式62.4 plc與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型72.4.1 plc與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別72.4.2 plc設計選型的一般原則72.5鐵傳感器的選用82.6鋁傳感器的選用82.7顏色傳感器的選用102.8光電傳感器的選用102.9 氣壓傳動裝置選用102.9.1氣源裝置102.9.2氣壓發(fā)生裝置112.9.3冷卻器122.9.4儲氣罐122.9.5氣動控制裝置132.10限

22、位開關的選用132.11熔斷器的選用132.12電動機的選用13第3章 plc自動控制的軟件設計153.1 系統(tǒng)程序流程153.2 系統(tǒng)i/o分配173.3 系統(tǒng)功能表圖183.4 材料分揀裝置plc梯形圖19第4章 總結與展望214.1 總結214.2 未來展望21總 結23參考文獻25致 謝26附 錄27第1章 緒 論1.1 plc材料分揀裝置的研究背景隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制幾乎擴展到所有工業(yè)領域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場要求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品1。為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的看著系統(tǒng)必須具有極高的

23、可靠性和靈活性，可編程控制器（programmable logic controller，plc）正是順應著一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。plc的應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化系統(tǒng)的主要設備之一。plc已經廣泛的應用于各種機械設備和生產過程的自動化控制中，plc在其他領域，例如民用個家庭自動化也得到了迅速的發(fā)展。而在眾多工業(yè)生產領域中，對不同的材料進行分揀，以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動控制程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障

24、。本文在此介紹一種采用可編程控制器（plc）對材料自動分揀的一種方法，其電路結構簡單，投資少（可利用原有設施改造），自動分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強。本控制系統(tǒng)是一簡單的材料分揀控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)的基礎上，可以將之改進為物流分揀系統(tǒng)、自動分揀機，從而服務于人們的日常生活中。1.2 plc材料分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀隨著生產趨于個性化、集約化，許多企業(yè)開始加深對物流的認識及其價值的深度挖掘，通過物流建設降低成本，提升競爭力。自動化物流系統(tǒng)逐漸應用于煙草、制造、家電、醫(yī)藥、食品、圖書等領域。隨著物流市場需求的增長，國內物流系統(tǒng)及裝備供應商通過自主技術創(chuàng)新、引進消化吸收，從起初低端技

25、術、國外進口到現(xiàn)在高端創(chuàng)新、與國外廠商同臺競技，物流裝備技術水平已明顯提高，但在高端技術方面也還存在較大差距。1.3 plc材料分揀系統(tǒng)的發(fā)展方向plc材料分揀系統(tǒng)未來發(fā)展方向可以分為系統(tǒng)集成、工藝創(chuàng)新和自動分揀機2三個方向。1.3.1系統(tǒng)集成由于專業(yè)高度分工和全球經濟一體化，系統(tǒng)集成是一種理念和趨勢。國內廠商應采取國內集成、國外配套的合作思路，充分利用合作方在高端產品、關鍵設備上技術先進成熟的優(yōu)勢，迅速實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高整個物流系統(tǒng)的技術含量和技術水平。集成不是簡單的設備組合，是以系統(tǒng)思維的方式對設備功能的充分應用，并保證軟硬接口的無縫和快捷，目的是實現(xiàn)集成創(chuàng)新。1.3.2工藝創(chuàng)新物流系統(tǒng)應

26、充分注重“系統(tǒng)”概念，系統(tǒng)由多個單元組成。單元的有效組合，即是流程及工藝的設計，這是一個全局優(yōu)化的復雜過程。工藝設計中最重要的是了解用戶的實際需求，不同的行業(yè)和用戶對物流的需求有著較大的差異，這是一種個性化的服務，應不斷拓展創(chuàng)新。就從煙草行業(yè)來講，結合卷煙生產工藝，將物流做寬做深，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲葉儲絲模塊化精益生產，工藝創(chuàng)新和裝備已融入并實現(xiàn)工廠生產自動化（fa）?，F(xiàn)在社會上己將物流的高科技產品(自動分揀機、自動化立體倉庫、信息處理及通訊自動化等)廣泛應用于各個流通領域。自動分揀系統(tǒng)是一次大戰(zhàn)后在美國、日本的配送中心廣泛采用的一種物流設備，己經成為發(fā)達國家大中型物流中

27、心不可缺少的一部分?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學技術日新月異的進步，特別是感測技術、電子標簽及計算機控制技術等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。1.3.3自動分撿機在商業(yè)配送領域自動分撿機的應用較為廣泛，可實現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動分撿機的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國內廠商能提供相應產品，但從分類能力、可靠性等指標來看，性參數(shù)能較國外先進水平還有較大差距。目前，項目系統(tǒng)集成中進口比例較高，在機場物流行李分揀系統(tǒng)中，由于分揀量大及高可靠性要求，基本都從國外進口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對自動分揀機將會有更多需求，分

28、揀技術水平和設備性能將會有較大提高。物流配送中心是從事配送業(yè)務的物流場所或組織，它的作業(yè)流程包括“入庫保管揀貨分揀暫存出庫” 。物流中心每天接受眾多供應商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種物品，用最短的時間將物品卸下并按品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，然后將物品運送到指定地點。當訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動分揀系統(tǒng)在最短時間內從自動化立體倉庫中準確找到要出庫的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，最后將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點的不同運送到不同的存貨區(qū)域進行分揀，以便裝車配送。值得一提的是對于小件物品的分揀技術和設備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)，從

29、電子標簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機半自動分揀，甚至全自動補貨、分揀、裝箱，技術和設備都更新很快，目前各供應商仍以高速分揀、高度自動化的方向快速發(fā)展。第2章 plc材料分揀系統(tǒng)的硬件設計2.1 plc自動分揀控制系統(tǒng)工作原理本文所設計的plc材料分揀系統(tǒng)采用推塊式分揀機的臺式結構，有豎井式材料輸入料槽，滑板式產品輸出料槽口。同時，輸送帶作為傳動結構，為了方便較快速度的啟動和停止，用異步交流電機驅動；對不同材質的三種傳感器分別固定在網孔板上；為了保證整個系統(tǒng)的安全性又加了一個光電傳感器。整個控制系統(tǒng)有氣動部件、電氣部件和硬件三大部分組成。氣動部分由空氣壓縮機、氣缸、氣瓶、氣壓指示表、分水過濾器、

30、冷卻器、減壓閥、配氣器、等部件組成；電氣部分由plc、鐵檢測傳感器、鋁檢測傳感器、顏色檢測傳感器、光電傳感器、異步交流電機、開關、電源等部件組成；硬件部分由傳送帶異步電動機、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2.1所示。圖2.1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 6料槽傳感器 7料倉氣缸 8皮帶 9倉庫 10氣缸 11傳感器其工作過程是開啟電源，氣動系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)。下料傳感器檢測下料槽內是否有物料，若沒有物料，延時后自動等待上料；當下料槽內有物料時，系統(tǒng)自動運行。首先，下料傳感器發(fā)送信號給plc，plc傳送信號給下料氣缸。經

31、過一定時間，下料汽缸將物料推至傳送帶。當物料在傳送帶傳送時，plc計數(shù)器開始計數(shù)，電機開始運行。當傳感器檢測到物料為鐵金屬時，發(fā)出反饋信號給plc，由plc控制氣缸一動作，將物料推到料倉。當氣缸電磁閥運行到后限位開關時，電磁閥復位，回到原狀態(tài)。同理，可通過相應傳感器分揀相應的物料。系統(tǒng)的結構圖如圖2.2所示。下料傳感器 p l c鐵檢測傳感器鋁檢測傳感器光電檢測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顏色料傳感器圖2.2 系統(tǒng)結構圖2.2 系統(tǒng)的硬件配置系統(tǒng)由氣動部件、電氣部件和硬件三大部分組成。系統(tǒng)的硬件配置如表2.1。表2.1 系統(tǒng)硬件配置plc 1臺底

32、座1個啟動開關1個光電傳感器2個鐵傳感器1個電機2個鋁傳感器1個氣缸5個顏色傳感器1個限位開關10個氣瓶1個皮帶1條電源1個氣壓傳動裝置1套2.3系統(tǒng)的運行方式系統(tǒng)是全自動的運行方式。在系統(tǒng)開始工作前需要人工合上刀閘開關，然后手動啟動系統(tǒng)的電源開關。系統(tǒng)開始運行，進入自檢狀態(tài)，當有物料進入料槽時，系統(tǒng)開始自動運行；當料槽中沒有物料時，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)，等待物料再次進入料槽，然后自動運行。系統(tǒng)需要停止工作時，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。自動運行方式是由一臺可編程序控制器（plc）來控制整個系統(tǒng)自動運行，系統(tǒng)根據傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好程序3。系統(tǒng)主電路圖和結構圖如圖2.3所示。

33、在圖2.3中，m1為傳送帶提供動力的異步電動機，m2為空氣壓縮機。fu1為主電路的熔斷器，起短路保護的作用。當電路發(fā)生短路時，通過熔體的電流使其發(fā)熱，當達到熔化溫度時自行熔斷，從而分段電路。接觸器km1控制電動機m1的運行。當接觸器收到plc為1的信號時，接觸器閉合，電動機就可以啟動運行。fr1、fr2分別為電機過載保護用的熱繼電器，電動機一旦出現(xiàn)長時間過載自動切斷電路。并能購隨過載程度而改變動作時間的繼電器，充分發(fā)揮了電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動和運轉?？諌簷C電機傳送帶電機km2圖2.3 系統(tǒng)主電路圖2.4 plc與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型2.4.1 plc與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別最初研制

34、生產plc主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：（1）當plc運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作4。但cpu不可能同時去執(zhí)行過個操作，它只能按分時操作方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于cpu的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，plc外部出現(xiàn)的結構似乎是同時完成的。這種串行工作過程稱為plc的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一步開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。繼電器控制裝置采用硬邏輯

35、并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 （2）plc的優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強；控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強；配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造；設計、施工、調試的周期短。2.4.2 plc設計選型的一般原則1、選擇自己熟悉的機種和機型：同樣的控制設備的設計，可以用任何同樣級別的plc來完成。如果選用你不熟悉的plc，你就必須從頭熟悉它，雖然不費太多的事，但畢竟沒有用你熟悉的機型來的快。 2、不要大材小用：什么樣的規(guī)模設計任務

36、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。3、具體的控制對象，具體選擇：根據不同的設計任務，來選擇plc的機型。4、選用易采購的機型：有的產品經銷商較少，不容易采購或進行比較，有的產品經銷商很多，容易采購和比較，你就可以選用信譽好、價格優(yōu)惠、技術上能夠給與支持的公司。5、經常了解plc產品的發(fā)展動態(tài)：plc產品更新?lián)Q代很快，你熟悉的機型也許過幾年就見不著了，所以，你最好在設計選型之前，先了解一下市場情況。目前在國內市場上有從美國、德國、日本等國引進的多種系列plc，國內也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種plc，故plc系列標準不一，功能參差不齊，價格懸殊。在此情況下，plc的選擇應著重

37、考慮plc的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當，負載能力合適，經濟實惠的plc。本文介紹以plc的材料分揀裝置系統(tǒng)輸入、輸出點數(shù)的要求，選擇為三菱公司的fx2n系列的fx2n-32mr-001。2.5鐵傳感器的選用霍爾接近開關來檢測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關，叫做霍爾開關5。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有無磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。本系統(tǒng)中，當材料是鐵時傳感器開關閉合，產生電流驅動線圈?；魻柦咏_關的工作原理見圖2.4。因此，本系統(tǒng)中檢測鐵物料選用霍爾傳感器為2av系

38、列。圖2.4 霍爾接近開關的工作原理圖2.6鋁傳感器的選用當通過金屬體的磁通過變化時，就會在導體中產生感生電流，這種電流在導體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流6。電渦流的產生必然要消耗一部分能量，從而使產生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應。電渦流式傳感器是利用渦流效應，將非電量轉換為阻抗的變化而進行測量的。如圖2.5所示，一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈中通有交變電流i1時，線圈周圍就產生一個交變磁場h1。置于這一磁場中的金屬導體就產生電渦流i2，電渦流也將產生一個新磁場h2，h2與h1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。圖2.5 電渦流傳感器原理圖

39、我們可以把被測導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖2.6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)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為r2、電感為l2。線圈與導體間存在一個互感m，它隨線圈與導體間距的減小而增大。當鋁檢測傳感器檢測到金屬材料時，傳感器的線圈阻抗就會發(fā)生變化。圖2.6 電渦流傳感器等效電路圖利用這一性質可以把鋁傳感器和繼電器如圖2.7連接，實現(xiàn)開關功能。所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用電渦流傳感器為st系列。圖2.7 鋁傳感器開關原理圖2.7顏色傳感器的選用我們所看到的物體顏色，實際上是物體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

40、部分有色光在人眼中的反應7。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅、黃、綠、青、藍、紫)。根據三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的。如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。高分辨率顏色傳感器tcs230，是我們常用的顏色傳感器。對于tcs230來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其它原色的通過。例如：當選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強，同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析

41、投射到tcs230傳感器上的光的顏色，本文選擇紅色濾波器。2.8光電傳感器的選用利用被檢測物體對光束的遮光或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關是一種電量傳感器，把電流或電壓的變化以光電的方式傳送出去，即進行電信號光信號電信號的轉換。光電式傳感器工作原理:光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，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，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效

42、信號和應用該信號。2.9 氣壓傳動裝置選用2.9.1氣源裝置氣源裝置是為氣動系統(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,它是氣動系統(tǒng)的重要組成部分8。氣源裝置包括氣壓產生、壓縮空氣凈化與儲存、壓力穩(wěn)定和傳輸管道等裝置，這些設備一般布置于壓縮空氣站內，作為整個工廠或車間的同一氣源，氣源裝置結構見圖2.8。圖2.8中，電動機帶動空氣壓縮機旋轉，經吸氣口的空氣過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、油凝結分離。油水分離器將冷凝出來的水滴、油滴、雜質等分離并排出系統(tǒng)。儲氣罐用以壓縮空氣、穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，并除去其中的部分油、水等雜質，儲氣罐輸出

43、的壓縮空氣可用于不同空氣質量要求的氣動系統(tǒng)。圖2.8氣源裝置結構圖2.9.2氣壓發(fā)生裝置氣壓發(fā)生裝置包括正壓發(fā)生裝置和負壓發(fā)生裝置，正壓發(fā)生裝置為空氣壓縮機。這也正是本系統(tǒng)所使用的氣壓發(fā)生裝置?？諝鈮嚎s機屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉換成氣體壓力的能量轉換裝置，提供高于大氣壓力的氣壓。排氣壓力低于0.2mpa的一般稱為風機（低于0.015mpa的稱為通風機，0.0150.2mpa的稱為鼓風機），它們用于通風系統(tǒng)。排氣壓力高于0.2mpa的習慣上成為壓縮機，氣動系統(tǒng)中通常采用壓縮機提供氣源。氣動系統(tǒng)中多數(shù)氣動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系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng)。下面介紹常用的活

44、塞式空氣壓縮機的工作原理：氣壓傳動系統(tǒng)中最常用的是往復活塞式空氣壓縮機，其工作原理如圖2.9所示，當電動機帶動曲柄7旋轉時，通過連桿6、滑塊5和活塞4的傳遞轉換，使活塞3在氣缸2內作往復運動。當活塞向右移動時，缸內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，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸內，形成吸氣過程；當活塞向左移動時，缸內左腔密封容積逐漸減小，空氣受壓使氣壓升高，將吸氣閥關閉，形成壓縮過程；當缸內壓縮空氣壓力升至高于輸氣管路中壓力時，排氣閥1頂開，壓縮空氣排入輸氣管路，形成排氣過程?；钊娇諝鈮嚎s機的優(yōu)點是結構簡單，使用壽命長，容易實現(xiàn)大流量和高壓輸出；缺點是振

45、動大、噪聲大，輸出流量、壓力有脈動，需使用儲氣罐穩(wěn)壓。圖2.9 活塞式空氣壓縮機工作原理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2.9.3冷卻器冷卻器安裝在空氣壓縮機出口的管道上，將空氣壓縮機排出的溫度高達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，進而初步分離，以便對壓縮空氣實施進一步凈化處理。因冷卻介質為水，它的冷卻效率高，常用于中型和大型壓縮機。在工作時，一般是水在管內流動，空氣在管間流動。管內流動的冷卻水多為單程或雙程流動，管間空氣可以自由流動。壓縮空氣在冷卻過程中生成的冷凝水可通過排水器

46、排出。在冷卻器上應安裝溫度計以監(jiān)測工作情況。2.9.4儲氣罐儲氣罐的主要作用是：儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應急使用；消除由于空氣壓縮機斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性。進一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質。2.9.5氣動控制裝置氣動系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機先將空氣壓縮，儲存在貯氣罐內，然后經管路輸送給各個氣動裝置使用。 有些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，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。所有的氣動回路或貯氣罐為了安

47、全起見，當壓力超過允許壓力值時，需要實現(xiàn)自動向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥。2.10限位開關的選用限位開關又稱行程開關或位置開關。它是一種根據運動部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開關的動作原理與控制按鈕相似，在機床設備中，事先將行程開關根據工藝要求安裝在一定的行程位置上。部件在運行中，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，使行程開關的觸點動作而實現(xiàn)電路的切換，達到控制運動部件行程位置的目的。直動式行程開關的機構原理與復式按鈕相似。機床撞塊壓下推桿時，其常閉觸頭分開，而常開觸頭閉合；當撞塊離開推桿時，觸頭在彈簧力作用下恢復原來狀態(tài)。這種行程開關結構簡單、價格便宜，因此本

48、設計采用直動式限位開關型號為lx19k。2.11熔斷器的選用熔斷器一種簡單而有效的保護電器。在電路中主要起短路保護作用。其主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。 熔斷器的工作原理是：當電路發(fā)生故障或異常時，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。若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。由于系統(tǒng)容量較小，系統(tǒng)容量主要是電動機，故選用rcia系

49、列熔斷器。2.12電動機的選用電動機分為直流電機和交流電機，交流電機又分為同步電機和異步電機。由于異步電動機具有結構簡單，制造、使用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應用。例如，在工業(yè)生產中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等；在農業(yè)生產中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農副產品的加工機械；在民用電器方面的電風扇、洗衣機、空調機等也都是用異步電動機拖動的。所以系統(tǒng)中電機選用為異步電機，因為系統(tǒng)容量較小所以選用電機為st-ms90s系列。 第3章 plc自動控制的軟件設計3.1 系統(tǒng)程序流程系統(tǒng)流程圖如下圖3.1所示3.1 系統(tǒng)的流程

50、圖plc程序工作流程10-12如下：(1) 接通電源，按下啟動開關，系統(tǒng)啟動，進入自檢狀態(tài)，等待物體進入料槽；(2)下料光電傳感器檢測到料槽有料時，料槽出料氣缸開始動作，將物料推到傳送帶上；當氣缸碰到前限位開關的時候，計數(shù)器加一，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。 (3)氣缸碰到后限位開關停止后退時，傳送帶上電機開始轉動。(4)當鐵傳感器檢測到鐵制物料通過的時候，氣缸一開始動作，把物料推到一號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(5) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(6) plc判斷計數(shù)器是否為零

51、，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(7)當鋁傳感器檢測到鋁制物料通過的時候，氣缸二開始動作，把物料推到二號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(8) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(9) plc判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(10)當顏色傳感器檢測到紅顏色物料通過的時候，氣缸三開始動作，把物料推到三號料倉中；當氣

52、缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(11) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(12) plc判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(13)當光電傳感器檢測到物料通過的時候，氣缸四開始動作，把物料推到四號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(14) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(15) plc判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳

53、感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(16)當四個傳感器都沒有信號時，plc判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。3.2 系統(tǒng)i/o分配i/o分配如表3.1 所示，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，系統(tǒng)的五個傳感器需要五個輸入口，十個限位開關需要10個輸入口，輸出口分別分配給一個傳送帶電機和五個氣缸共需要6個輸出口。型號為fx2n-32mr-001型的plc分別有16個輸入口和輸出口，符合系統(tǒng)的i/o分配要求。 表3.1 i/o分配表輸入繼電器外部

54、器件輸出繼電器外部器件x000料倉光電傳感器y000下料氣缸電磁閥x001料倉前限位y001傳送帶電機x002料倉后限位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y004氣缸三電磁閥x005氣缸一后限位y005氣缸四電磁閥x006鋁傳感器x007氣缸二前限位x010氣缸二后限位x011顏色傳感器x012氣缸三前限位x013氣缸三后限位x014光電傳感器x0150氣缸四前限位x016氣缸四后限位i/o接線圖如圖3.2 所示圖3.2 i/o接線圖3.3 系統(tǒng)功能表圖功能表圖又稱做狀態(tài)轉移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設計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，它是一種通用的技術語言，可以用于進一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流。功能表圖一般主要有步、有向連線、轉換、轉換條件和動作組