正次品分揀機(jī)控制的設(shè)計(jì)_二稿

1、. v 鞍山師范學(xué)院高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院鞍山師范學(xué)院高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院20162016 屆學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題題 目：目：正次品分揀機(jī)控制的設(shè)計(jì)系系 別：別： 機(jī)械電子系機(jī)械電子系專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 13 級(jí)應(yīng)用電子技術(shù) 2 班 姓姓 名：名：張馨迪張馨迪 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 1388420913884209 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 閆佳閆佳 完成時(shí)間：完成時(shí)間：2016 年年 3 3 月月 17 日日. v摘要：本文采用 PLC 作為主控制器設(shè)計(jì)一套自動(dòng)正次品分揀控制系統(tǒng)，主要包括以下幾部分內(nèi)容。首先，分析本次設(shè)計(jì)的背景以及工程實(shí)踐意義，同時(shí)分析了解目前國內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展現(xiàn)狀。其次，分析自動(dòng)

2、分揀系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計(jì)的整體控制方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。關(guān)鍵詞：可編程控制器；次品分揀；控制系統(tǒng)；傳感器. vABSTRACTABSTRACT：This article USES the PLC as the main controller design is a set of automatic defect sorting control system, mainly includes the

3、following sections. First of all, analyses the design of the background and significance of engineering practice, at the same time, the development of industrial automation control at home and abroad is analyzed, and the status quo. Secondly, analysis the mechanism and working principle of automatic

4、 sorting system, and put forward control index, on the basis of the design of the control system scheme as a whole. Again, according to the design of the overall control scheme, the design of hardware schematic diagram of the system, including the selection of PLC, I/O distribution and interface cir

5、cuit design and so on several aspects. Finally, according to the hardware circuit diagram design software of the system control program, using ladder diagram language.KeyKey wordswords：programmableprogrammable logiclogic controllercontroller，sortingsorting devicedevice，controlcontrol systemsystem，se

6、nsorssensors. v目 錄第 1 章 緒 論 11.1 研究背景及意義 11.2 研究現(xiàn)狀 11.3 研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 3第 2 章 分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 42.1 分揀機(jī)工作過程簡述 42.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo) 52.3 控制系統(tǒng)總體方案 5第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1 PLC 選型 73.2 S7-200 系列 PLC 簡介 73.3 電氣原理圖設(shè)計(jì) 8第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 114.1 編程語言及環(huán)境簡介 114.2 I/O 口分配 124.3 程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13結(jié) 論 17參考文獻(xiàn)：18致 19. v正次品分揀機(jī)控制的設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 研究背

7、景及意義隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，在產(chǎn)品出廠前通常需要進(jìn)行正次品的檢測，需要將次品從中區(qū)分出來，傳統(tǒng)的方式是由人工來完成的，即通過人工篩選的方式，從傳送帶上將次品區(qū)分出來并剔除，但是隨著生產(chǎn)要求的提高和人工成本的上升，這種方式顯然無法滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此設(shè)計(jì)一款提高人工效率的自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義1。PLC 是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的數(shù)字化控制器，其在幾十年的發(fā)展中功能變得越來越強(qiáng)大，但是我國正處于從傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)向自動(dòng)化生產(chǎn)的過渡階段，PLC 在工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用將變得越來越廣泛，本次設(shè)計(jì)就是從采用

8、 PLC 作為主控器設(shè)計(jì)以套自動(dòng)化的正次品分揀系統(tǒng)，旨在為我國工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化盡綿薄之力。1.2 研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀PLC 起源于國外，1968 年美國 GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制2,3，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC，如圖 1-1 所示，其為目前中小型系統(tǒng)中常用的三菱 PLC。. v圖 1-1 三菱 PLC 外形圖自從第一臺(tái) PLC 出現(xiàn)以后，日本，德國，法國等也相繼開始研制 PLC，并得到了

9、迅速的發(fā)展。各國 PLC 都有自己的特色，歐洲的西門子(Siemens)，法國的 TE(Telemecanique)；美國的 A-B(AllenBradly)，GE(GeneralElectric)；日本的三菱電機(jī)(Mitsubishi Electric)，歐姆龍(OMRON)，松下(NALS)FUJI，形成 PLC 的三大流派。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF

10、 系列、杭州鋼鐵機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用4,5。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC 生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。目前，我國在 PLC 應(yīng)用方面是很活躍的，近年來每年約新投入10 萬臺(tái)套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億元；應(yīng)用行業(yè)也很廣，但與其他國家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需加大投入。1.3 研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本文正對(duì)目前人工操作的分揀方式，設(shè)計(jì)一款自動(dòng)

11、的正次品分揀機(jī)的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下：首先，分析本次設(shè)計(jì)的背景以及工程實(shí)踐意義，同時(shí)分析了解. v目前國內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而提出本次課題研究的內(nèi)容。其次，分析自動(dòng)分揀系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計(jì)的整體控制方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。. v第 2 章 分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，需要對(duì)被控對(duì)象有一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)需要對(duì)控制要求有一個(gè)明確的了解，本章就分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過程以及

12、控制要求等方面做一個(gè)詳細(xì)的解釋，在此基礎(chǔ)上提出本次設(shè)計(jì)的主控制方案。2.1 分揀機(jī)工作過程簡述正次品分揀機(jī)的簡易結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，系統(tǒng)中產(chǎn)品在傳送帶上自動(dòng)的向前輸送，傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，在傳送到兩旁有兩個(gè)次品檢測裝置，分別為 S1、S2，當(dāng)檢測到次品時(shí)，就啟動(dòng)剔除裝置 Y 將次品剔除，而正品可以通過。具體的工作過程如下。圖 2-1 正次品分揀機(jī)結(jié)構(gòu)圖首先，用啟動(dòng)和停止按鈕控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下，傳送帶運(yùn)行，被檢測的產(chǎn)品（包括正、次品）在皮帶上運(yùn)送。其次，產(chǎn)品（包括正、次品）在皮帶上運(yùn)送時(shí)，S1（檢測器）檢測到的次品，經(jīng)過 5 秒傳送，到達(dá)次品剔除位置時(shí)，啟動(dòng)電磁鐵

13、Y驅(qū)動(dòng)剔除裝置，剔除次品（電磁鐵通電 0.1 秒），檢測器 S2 檢測到的次品，經(jīng)過 3 秒傳送，啟動(dòng) Y，剔除次品；正品繼續(xù)向前輸送。最后，系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行，知道傳送帶上沒有產(chǎn)品，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止。2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)本次設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)具體如下：(1) 設(shè)計(jì)完整的控制系統(tǒng)原理圖和程序；. v(2) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的區(qū)分正次品，同時(shí)可以將次品剔除；(3) 系統(tǒng)工作效率高，節(jié)約人工成本；(4) 系統(tǒng)具有較高的正確率，可以將次品正確的剔除。2.3 控制系統(tǒng)總體方案本次設(shè)計(jì)采用 PLC 作為主控制器，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體方框圖如圖2-2 所示。圖 2-2 控制系統(tǒng)總體方案圖本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用 PLC 作

14、為主控制器，分為輸入和輸出兩大部分，其中輸入部分包括功能按鈕、次品檢測裝置，輸出部分包括電氣傳動(dòng)部分、指示部分以及次品剔除裝置等。. v第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的 PLC 類型，并分配 I/O 點(diǎn)。3.1 PLC 選型在進(jìn)行 PLC 系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，首先確定總體控制方案，然后進(jìn)行PLC 的選型，在這個(gè)過程中主要考慮的有以下幾點(diǎn)，分別是：輸入/輸出的 I/O 點(diǎn)數(shù)估算、存儲(chǔ)器容量大小、控制功能、診斷功能、處理速度以及編程功能幾個(gè)方面，其中 I/O 點(diǎn)估算是考慮的對(duì)系統(tǒng)將來擴(kuò)展

15、的考慮，一般在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加 15%20%的余量。存儲(chǔ)器容量，目前的可編程控制器基本上都可以滿足，在編程方面主要考慮的是該 PLC 對(duì)編程語言的支持程度，處理速度上根據(jù) PLC 循環(huán)掃描的工作方式，一般希望速度越快越好。綜合以上多個(gè)因素，并考慮運(yùn)行的成本問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步確定采用三菱公司生產(chǎn)的 FX-2N 系列的 PLC，基本能夠滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，各功能均能實(shí)現(xiàn)。3.2 S7-200 系列 PLC 簡介S7-200 系列 PLC 屬于整體式小型 PLC，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。整體式 PLC 將 CPU模塊、I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱型機(jī)殼內(nèi)，S7

16、-200 系列 PLC 提供多種具有不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的 CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量 I/O 擴(kuò)展模塊供用戶選用，CUP 模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。整體式 S7-200系列 PLC 還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如模擬量輸入/輸出. v模塊、熱電偶模塊、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能的的擴(kuò)展。本機(jī)集成 24 輸入/16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID

17、控制器。2 個(gè) RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。綜合上節(jié)的選型方法與本節(jié)中對(duì) S7-200 系列 PLC 的介紹，并考慮到實(shí)際運(yùn)行的成本及維修等多個(gè)因素，最終確定選用 CPU224 系列PLC 作為本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器。3.3 電氣原理圖設(shè)計(jì)3.2.1 主電路原理圖主電路的設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)，包括 PLC 供電電路、觸摸屏供電電路、電磁閥供電電路等，電路的

18、設(shè)計(jì)中要考慮到空開的保護(hù)，即系統(tǒng)的供電過電保護(hù)，主電路主要完成系統(tǒng)上電的功能，具有過載保護(hù)、急停保護(hù)等。電路圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 控制系統(tǒng)供電回路3.2.2 PLC 輸入輸出原理圖根據(jù)之前在 PLC 選型過程中分配的 I/O 進(jìn)行 PLC 輸入輸出電路的設(shè)計(jì)，為了保護(hù) PLC 的輸出點(diǎn)，采用隔離繼電器的方法，即首先PLC 的輸出點(diǎn)控制中間繼電器的輸出，用中間繼電器的觸點(diǎn)去控制電動(dòng)機(jī)和電磁閥的線圈。具體設(shè)計(jì)電路圖如圖 3-2 所示。. v圖 3-2 PLC 接口電路圖. v第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是 PLC 控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出

19、狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。4.1 編程語言及環(huán)境簡介(1) 編程環(huán)境本次設(shè)計(jì)采用的編程環(huán)境是西門子公司的 STEP7 MicroWIN，它是西門子 S7-200 通用性較強(qiáng)的編程軟件，基本支持西門子 S7-200 系列 PLC 的編程，可以選擇梯形圖、指令表、SFC 等編程語言。同時(shí)，該編程軟件能夠?qū)⒊绦蛭臋n化，方便了離線的分析。另外，該編程軟件支持 Windows 應(yīng)用軟件的文字、數(shù)據(jù)，編輯功能，通過復(fù)制、粘貼等簡單操作導(dǎo)入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。在編程語言方面，本次設(shè)計(jì)采用的是使用率非常高的梯形圖語言。首先打開軟件如圖 4-1 所示，選擇 PLC 的型號(hào)，包括 PLC 的

20、系列和類型，項(xiàng)目存儲(chǔ)的路徑等信息。圖 4-1 S7-200 編程界面然后就可以進(jìn)行程序的編制了，這里不再做詳細(xì)的敘述。4.24.2 I/OI/O 口分配口分配在編寫程序之前首先進(jìn)行的是 PLC 的 I/O 的分配。PLC 軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)首先得考慮到現(xiàn)場及工藝的控制要求，對(duì)輸入輸出點(diǎn)做出統(tǒng)計(jì)分配，只有對(duì) I/O 進(jìn)行了合理的分配才能夠進(jìn)行 PLC 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其分配結(jié)果見下表。. v表 4-1 地址分配表區(qū)域地址說明I0.0電機(jī)啟動(dòng)按鈕I0.1電機(jī)停止按鈕I0.2檢測站 1I 區(qū)(輸入?yún)^(qū))I0.3檢測站 2Q0.0電動(dòng)機(jī)Q 區(qū)(輸出區(qū))Q0.1次品剔除T37監(jiān)測站 1 傳送延時(shí)T38監(jiān)測站

21、2 傳送延時(shí)T 區(qū)(定時(shí)區(qū))T39剔除機(jī)構(gòu)動(dòng)作延時(shí)4.3 程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)程序流程主要是對(duì)現(xiàn)場工藝的轉(zhuǎn)換過程，經(jīng)過對(duì)正次品分揀機(jī)的研究和學(xué)習(xí)，并結(jié)合其所特有的工藝處理，將設(shè)備中用到的開關(guān)元件綜合考慮到程序編制中，本次設(shè)計(jì)采用的流程圖見圖 4-3，圖中詳細(xì)解釋了 PLC 程序編制的整個(gè)過程，同時(shí)也可以說程序流程圖觸摸屏程序的編制也有一個(gè)指導(dǎo)作用，意義十分重大。所以在編制流程圖時(shí)，對(duì)多種因素都要進(jìn)行綜合考慮經(jīng)過反復(fù)的修改和印證，最終得到了如下圖所示的程序流程圖。該流程圖也為設(shè)備的安裝調(diào)試提供了方便。具體如圖 4-2 所示。圖 4-2 程序流程圖根據(jù)地址表和設(shè)計(jì)的程序流程圖，就可以開始程序的編寫，程序

22、的具體實(shí)現(xiàn)如圖 4-3 所示.圖 4-3 正次品分揀機(jī)控制程序. v結(jié) 論正次品分揀采用可編程控制器 PLC 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)求。本次設(shè)計(jì)主要完成以下幾項(xiàng)工作。首先，分析本次設(shè)計(jì)的背景以及工程實(shí)踐意義，同時(shí)分析了解目前國內(nèi)外工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而提出本次課題研究的內(nèi)容。其次，分析自動(dòng)分揀系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計(jì)的整體控制方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。. v參考文獻(xiàn)：1 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)M. 北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.2 袁任光. 可編程序控制器選用手冊(cè)M. 機(jī)械工業(yè)出