基于三菱PLC的小型自動送料及分揀生產(chǎn)線設(shè)計

XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE第24頁共24頁第1頁共24頁課題名稱：基于三菱PLC的小型自動送料及分揀生產(chǎn)線設(shè)計專業(yè)班級學(xué)生姓名指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師技術(shù)職稱摘要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠遠不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要。減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。我們?yōu)楦鱾€裝料和分揀生產(chǎn)領(lǐng)域所生產(chǎn)的可編程控制器裝料系統(tǒng)。它集成自動控制技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。自動送料和分揀控制系統(tǒng)在社會很多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，自動分揀系統(tǒng)能實現(xiàn)大規(guī)模無人自動化控制，大大提高企事業(yè)單位在此環(huán)節(jié)上的工作效率。本文主要論述PLC在自動送料和分揀控制上的應(yīng)用，以可編程控制器（PLC）為核心，結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，設(shè)計低成本、高效率的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(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)不同需求,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞：自動送料；自動分揀：PLC控制；傳感器檢測目錄一、前言…………………1二、設(shè)計思路2.1設(shè)計背景………52.2設(shè)計過程………5三、系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1PLC的選用……………………63.2供料單元的設(shè)計……………73.3機械手臂的設(shè)計……………83.4分撿器的設(shè)計………………93.5傳感器的設(shè)計………………10四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1梯形圖的概述………………114.1PLC梯形圖設(shè)計……………114.3PLC指令表設(shè)計……………144.4氣動原理設(shè)計………………16五、PLC控制送料及分揀的設(shè)計5.1自動送料和分揀的概述……165.2系統(tǒng)流程圖的設(shè)計…………165.3PLC控制系統(tǒng)的I/O接線圖…………….…175.4PLC輸入/輸出系統(tǒng)分配圖………………19六、變頻器的主要參數(shù)設(shè)置和調(diào)試6.1參數(shù)設(shè)置…………………196.2控制電路圖………………206.3面板操作…………………216.4切換模式…………………21七、設(shè)計總結(jié)…………22八、參考文獻…………23前言我國是個生產(chǎn)大國，從目前來看，我國的生產(chǎn)和加工大部分工序都是由人工來解決，在生產(chǎn)中，大部分都是手工送料、手工分揀。這樣周而復(fù)始，一天下來，操作工的勞動強度非常大。而且每一臺機器必須配備一個操作人員，并且操作人員要嚴格跟上機器的節(jié)拍，一個動作也不能誤操作，如果一旦出現(xiàn)一次誤操作，就會影響后面工序的進行，這就要求操作者必須認真、仔細，否則就會影響產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。所以，設(shè)計光機電一體化小型自動送料及分揀機是生產(chǎn)企業(yè)提供勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益和企業(yè)競爭力的有效辦法。圖1-1自動送料機的外形示意圖這臺小型自動送料（如圖1-1）及分揀機外形小巧，結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)自動送料和分揀，自動送料機械部分有供料裝置、送料裝置。分揀機械部分由傳感器、傳送帶等組成。在設(shè)計過程中，在機械部分選擇氣動為主的傳動方式控制，電氣部分主要采取PLC控制，在完成設(shè)計后，對設(shè)計進行了模擬測試，并且成功通過，實現(xiàn)了生產(chǎn)線可靠性高、自動化效率高、性價比高。這臺機械的設(shè)計，帶動了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對工業(yè)發(fā)展有極大意義。二、設(shè)計思路2.1設(shè)計背景隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動化越來越多的工廠設(shè)備采用PLC，變頻器，人機界面自動化器件來控制，因此自動化程度越來越高。電器控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而得到迅速發(fā)展的。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動負擔(dān)，要求整個工藝生產(chǎn)過程全盤自動化，這就離不開控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是整個生產(chǎn)線的靈魂，對整個生產(chǎn)線起著指揮的作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進行，重者甚至發(fā)生人生安全事故，這樣將給企業(yè)造成重大損失。自動送料及分揀機是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計的，控制系統(tǒng)的每一步動作都直接作用于送料小車的運行，因此，自動送料及分揀機性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關(guān)系。2.2設(shè)計過程本設(shè)計機械結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)控制合理、可靠、維修簡單，制造成本低。從送料開始，采用機械手傳料，然后采用光電傳感器和光纖傳感器來分揀不同材質(zhì)的工件。在設(shè)計過程中，有幾個步驟，（1）確定送料小車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；（2）設(shè)計送料小車拖動電機的電器控制線路原理圖；(3)確定送料小車控制系統(tǒng)PLC的型號規(guī)格，確定PLCI/O元件，列出PLCI/O元件分配表；(4)設(shè)計送料小車控制系統(tǒng)PLCI/O接線圖；PLC程序的總體結(jié)構(gòu)圖、梯形圖和指令。（5）對硬件系統(tǒng)的設(shè)計，比如送料裝置、機械手臂、分揀裝置和傳感器的設(shè)計。（6）在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適。系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1PLC的選用此次設(shè)計選用的是日本三菱公司的FX3U型PLC，F(xiàn)X3U系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。由于FX3U系列具備如下特點：它是第三代微型可編程控制器、內(nèi)置高達64K大容量的RAM存儲、內(nèi)置業(yè)界最高水平的高速處理0.065μS/基本指令、控制規(guī)模:16~384(包括CC-LINKI/O)點、內(nèi)置獨立3軸100kHz定位功能(晶體管輸出型)和基本單元左側(cè)均可以連接功能強大簡便易用的適配器等優(yōu)點。FX-3U系列PLC的主機選型3.2供料單元的設(shè)計圖3-1供料單元示意圖1轉(zhuǎn)盤2調(diào)節(jié)支架3直流電機4供料到位傳感器5物料檢測支架各個部件的作用：裝盤：可放置三種工件：鋁質(zhì)工件、白色尼龍工件、黑色尼龍工件。調(diào)節(jié)支架：可調(diào)節(jié)供料單元高度。直流電機：24V供電，轉(zhuǎn)速6r/min，用于推料裝置旋轉(zhuǎn)以推出工件。供料到位傳感器：光電傳感器，檢測物料已經(jīng)到位后給PLC提供信號。物料檢測支架：用于安裝擋料裝置與傳感器。工作原理：工件放在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，直流電機轉(zhuǎn)動，把工件推到供料臺上，傳感器可以檢測到工件，并把信號傳輸?shù)絇LC，機械手就開始運動，便開始夾取工件。調(diào)節(jié)支架可以根據(jù)不同情況來調(diào)節(jié)供料單元的高度，當(dāng)傳感器檢測到轉(zhuǎn)盤內(nèi)沒有工件的時候，機器報警、紅燈亮。3.3機械手臂的設(shè)計圖3-2機械手臂示意圖1擺動氣缸2限位螺釘3緩沖閥4電感傳感器5雙聯(lián)氣缸6調(diào)速接頭7筆形氣缸8—氣爪整個機械手單元可完成四個自由度動作。擺動氣缸：實現(xiàn)機械手180度旋轉(zhuǎn)（角度由限位螺釘、緩沖閥、電感傳感器調(diào)節(jié)），由雙控電磁閥控制。雙聯(lián)氣缸：實現(xiàn)機械手的伸出及縮回，由雙控電磁閥控制。筆形氣缸：實現(xiàn)機械手的上升和下降，由雙控電磁閥控制。氣爪：實現(xiàn)機械手的夾緊及放松，由雙控電磁閥控制。工作原理：當(dāng)轉(zhuǎn)盤處的傳感器檢測到轉(zhuǎn)盤內(nèi)有工件時，機械手開始運行，擺動氣缸運作，機械手旋轉(zhuǎn)180度，然后雙聯(lián)氣缸運作，機械手伸出，氣爪打開，最后筆形氣缸也開始運作，機械手下降。當(dāng)下降到工件的地方，氣爪夾緊工件，機械手上升、縮回、旋轉(zhuǎn)、伸出和下降。當(dāng)機械手到達分揀料口的時候，機械手放松，工件到達指定位置。然后機械手重復(fù)動作。3.4分揀器的設(shè)計圖3-3分揀器示意圖1傳送分揀裝置2料口光電傳感器3分揀料口4下料斜槽5電感傳感器6光纖傳感器7光纖傳感器8三相異步電機9推料氣缸10光纖放大器三相交流減速電機：驅(qū)動傳送帶運行，由變頻器控制。推料氣缸：三個推料氣缸得到PLC信號后將對應(yīng)材質(zhì)的工件推到對應(yīng)的下料斜槽。光電傳感器：檢測分揀料是否有物料，有物料則傳送帶運行，準備分揀。電感傳感器：檢測到鋁質(zhì)工件則將其推入對應(yīng)的下斜槽。光纖傳感器一：檢測到白色尼龍工件則將其推入對應(yīng)的下料斜槽。光纖傳感器二：檢測到黑色尼龍工件則將其推入對應(yīng)的下料斜槽。工作原理：當(dāng)工件到達分揀料口時，光電傳感器能夠檢測到，并且傳送信號，傳送帶開始運行，在傳送帶的邊上，設(shè)置了三個傳感器，一個光電傳感器、兩個光纖傳感器。光電傳感器可以檢測到鋁質(zhì)工件，光纖傳感器可以檢測到黑色和白色工件。當(dāng)鋁質(zhì)工件在傳送帶上傳送時，光電傳感器可以檢測到，相應(yīng)的推料氣缸運作，把工件推入相應(yīng)斜槽內(nèi)，黑色和白色工件的分揀原理相似。3.5傳感器的設(shè)計3.5.1光電傳感器在設(shè)計過程中，采用光電傳感器來檢測分揀料口是否有工件，光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，不僅可測光的各種參量，還可把其它非電量變換為光信號以實現(xiàn)檢測和控制。因此光電傳感器又稱為光敏傳感器，或光電探測器，它屬于無損傷、非接觸測量元件，具有靈敏度高、精

度高、測量范圍廣、相應(yīng)速度快、體積小、重量輕、壽命長、可靠性高等特點。在多種光電式傳感器中，選用了對射式光電傳感器對射式光電傳感器的光發(fā)射器和光接收器處于相對位置，面對面安裝。如果沒有被檢測物體通過傳感器光路，光路暢通，光發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。若有物體通過光路，發(fā)射器和接收器之間的光線被阻斷，引起傳感器輸出信號的變化。因此對射式光電傳感器是檢測不透明物體最可靠的檢測模式。3.5.2電感式傳感器采用電感式傳感器，可以檢測轉(zhuǎn)盤內(nèi)是否有工件、供料是否到位和檢測工件的材質(zhì)。電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置，能對位移、壓力、振動、應(yīng)變、流量等參數(shù)進行測量。它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點，因此在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。電感式傳感器的種類很多，在設(shè)計中，我們采用電感接近式傳感器，它屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，又稱為電感式接近開關(guān)，主要由LC振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路3部分組成。電感式傳感器在接通電源且無金屬工件靠近時，其頭部產(chǎn)生自激振蕩的磁場。金屬目標接近這一磁場，并達到感應(yīng)距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流從而導(dǎo)致振蕩器衰減，以致停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，由此識別有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷，從而達到非接觸式檢測的目的。3.5.3光纖傳感器在檢測白色尼龍工件和黑色尼龍工件處，采用了光纖傳感器。光纖傳感器具有靈敏度高、精確高、適應(yīng)性強、小巧和智能化的特點。光纖傳感器是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1梯形圖的概述梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元，（軟繼電器），每一個軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元為“1”狀態(tài)。則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器線圈“通電”，通常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)時軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)，使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。梯形圖兩側(cè)的公共線稱為母線（Busbar），在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線(左母線和右母線)之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”，從左向右流動。右母線可以不畫出.4.2PLC梯形圖設(shè)計部分梯形圖…………4.3PLC指令表設(shè)計4.4氣動原理設(shè)計圖4-1氣動原理示意圖五、PLC控制送料及分揀的設(shè)計5.1自動送料和分揀的概述PLC上電后，所有執(zhí)行元件復(fù)位，報警黃燈亮，為等待狀態(tài)。手動在供料單元轉(zhuǎn)盤中放入若干個工件，按下啟功按鈕，報警綠燈亮，為運行狀態(tài)，供料單元開始供料，當(dāng)供料口檢測到有工件后，機械手向供料單元方向旋轉(zhuǎn)，手臂伸出，氣爪松開，氣爪下降到位后，將工件夾緊，氣爪提升，手臂縮回，然后向分揀單元方向旋轉(zhuǎn)，隨即手臂伸出，氣爪松開，氣爪下降到位后，氣爪放松，將工件放置在分揀單元的入料口，此時分揀單元開始工作，傳送帶運行，將各種材質(zhì)工件依次分揀到不同的斜槽里，其順序為鋁合金工件、白色尼龍工件、黑色尼龍工件。若長時間無工件需要分揀，傳送帶停止運行。按下停止按鈕，系統(tǒng)則完成一個循環(huán)過程后停止。若長時間供料口無工件，

則報警紅燈亮且蜂鳴器報警。5.2系統(tǒng)流程圖的設(shè)計圖5-1系統(tǒng)流程示意圖5.3PLC控制系統(tǒng)的I/O接線圖（圖5-2）I/O接線示意圖5.4PLC輸入/輸出系統(tǒng)分配圖序號輸入地址說明序號輸出地址說明1X0啟動1Y0轉(zhuǎn)盤電機2X1停止2Y1擺動氣缸取料3X2供料檢測傳感器3Y2擺動氣缸送料4X3擺動氣缸取料到位4Y3雙聯(lián)氣缸伸出5X4擺動氣缸送料到位5Y4雙聯(lián)氣缸縮回6X5雙聯(lián)氣缸伸出到位6Y5筆形氣缸上升7X6雙聯(lián)氣缸縮回到位7Y6筆形氣缸下降8X7筆形氣缸上升到位8Y7氣爪放松9X10筆形氣缸下降到位9Y10氣爪夾緊10X11氣爪放松到位10Y11推料氣缸一伸出11X12推料氣缸一伸出到位11Y12推料氣缸二伸出12X13推料氣缸一縮回到位12Y13推料氣缸三伸出13X14推料氣缸二伸出到位13Y14報警紅燈14X15推料氣缸二縮回到位14Y15報