基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

xxxxx畢業(yè)題目基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文題目TheDesignofMaterialChooseSystemBasedonPLC院系機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓名xxx年級(jí)2023(機(jī)材A0916)指導(dǎo)教師xxx二零一三年六月摘要物料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，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料信息流的分配和管理。隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和開展，可編程控制器的需求量逐年增大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。本設(shè)計(jì)基于FX-2N型PLC控制的物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)、物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)組成，對(duì)三種不同的物料進(jìn)行分類分揀。靈活運(yùn)用傳感器對(duì)物料進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、以及對(duì)機(jī)械手的狀態(tài)檢測(cè)。在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用了步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度的精確定位，利用變頻控制技術(shù)對(duì)物料傳輸速度進(jìn)行了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)目前物料分揀系統(tǒng)運(yùn)用甚廣，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)到搬運(yùn)機(jī)械手也廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用了大局部在校所學(xué)的知識(shí)，將各種元器件通過(guò)邏輯關(guān)系有序的聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成物料分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化。【關(guān)鍵詞】可編程序控制器；傳感器；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)AbstractThematerialsortingadoptprogrammingcontrollerPLCtobeinprogressunderthecontrolof,cancriticizeinlargescaleinarowmeasuringfieldsortinggoods,theintensitysorting,errorleadlowandworkingisreducedgreatly,butnotableriseproductivity.Markchoosessystemtobeabletonimblyandlogisticsequipmentseamlessconnectionother,cometruetomaterialinformationstreamassignmentandmanage.Hardware-Designandsoftware-designmiddlehavingintroduceditmainlyinisdesigned.Withthepopularizationanddevelopmentofindustrialautomation,increaseddemandforprogrammablecontrollers,fieldmoreandmorewidelyused.DesignmaterialsortingsystembasedonFX-2NPLCcontrolbyfeeding,handlingrobotbody,materialtransportpickupbodies,onthreedifferentmaterialsforcategorysorting.Flexiblesensormaterialfordetection,identification,andStatetestingforManipulator.Thisdesignusesasteppermotortopreciselypositiontherotation,useofvariablefrequencycontroltechniquetodesignthematerialtransmissionspeed.Currentmaterialsortingsystemusingawiderangeofsystemdesigntohandlingrobotsarewidelyusedinalltradesandindustries.Mostofthedesignandapplicationoftheknowledgelearntinschool,tolinkvariouscomponentsthroughalogicalandorderly,constituteamaterialsortingsystem,foroptical,mechanicalandelectronicintegration.【Keywords】PLC;Sensor;Hardware-design;software-design目錄TOC\o"1-3"\u前言1第一章緒論21.1分揀系統(tǒng)的研究背景21.2物料分揀系統(tǒng)開展概況和現(xiàn)狀31.3課題研究目的和意義41.4本文研究的主要內(nèi)容51.5本章小結(jié)5第二章PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容62.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么72.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟72.4程序設(shè)計(jì)的步驟82.5編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng)82.6本章小結(jié)9第三章系統(tǒng)的組成及控制要求103.1系統(tǒng)的組成11上料機(jī)構(gòu)11搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)11物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)113.2系統(tǒng)控制要求123.3本章小結(jié)13第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)144.1電氣元件名稱及功能14輸入電氣元件14輸出電氣元件15執(zhí)行電氣元件154.2輸入/輸出〔I/O〕點(diǎn)分配164.3PLC的選型174.3.1系統(tǒng)對(duì)PLC的要求184.3.2確定PLC型號(hào)184.4三菱FX-2N型PLC控制原理圖194.5步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)204.6本章小結(jié)21第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)225.1三菱編程軟件、模擬仿真軟件225.2程序設(shè)計(jì)思想22上料機(jī)構(gòu)流程圖23搬運(yùn)機(jī)械手流程圖25物料傳輸分揀流程圖30系統(tǒng)控制總程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介31第六章系統(tǒng)調(diào)試326.1程序的模擬調(diào)試326.1.1通過(guò)軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試336.1.2時(shí)序圖輔助調(diào)試356.2程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試35結(jié)論37參考文獻(xiàn)38謝辭39附錄40前言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步開展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作，更需要自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來(lái)得到重視，在本設(shè)計(jì)中難點(diǎn)的是搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成局部。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的開展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。物料分揀系統(tǒng)，采用日本三菱公司的FX-2N型PLC，對(duì)物料的存放，機(jī)械手的上下、左右、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)以及抓取運(yùn)動(dòng)，物料的傳輸速度、分揀進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，模擬實(shí)現(xiàn)了物料分揀系統(tǒng)控制的機(jī)電一體化。第一章緒論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是經(jīng)過(guò)近二十來(lái)隨著大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)步和開展，可編程序控制器應(yīng)運(yùn)而生并得到快速的開展，而且開展勢(shì)頭越發(fā)迅猛?，F(xiàn)如今PLC是應(yīng)用面極為廣泛的工業(yè)控制裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)用戶指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入、輸出，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算和一些特定的功能，來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程[1]。它給自動(dòng)化控制帶來(lái)很大的方便，目前有不少的國(guó)家的公司都在致力于PLC的研究并使其性能不斷的改善提高。1.1分揀系統(tǒng)的研究背景自動(dòng)分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的開展，目前大型分揀系統(tǒng)大多能分揀幾十到幾百個(gè)種類的物品，分揀能力到達(dá)每小時(shí)萬(wàn)件以上。國(guó)外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺(tái)、信號(hào)盤、分揀機(jī)、分揀信息識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等幾大局部，還要配備外圍的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。從分揀技術(shù)水平上說(shuō)，歐美各國(guó)開展最早，技術(shù)比擬成熟，目前處于世界領(lǐng)先地位。美國(guó)和歐洲在60年代開始使用，日本那么在第二次世界大戰(zhàn)后才引進(jìn)分揀機(jī)，但近二十年來(lái)由于其本國(guó)經(jīng)濟(jì)開展需要開展迅速，后來(lái)者居上，從1970--1985年共有338臺(tái)自動(dòng)分揀機(jī)投入運(yùn)行，其中58.32%用于儲(chǔ)運(yùn)業(yè)，17.15%用于銷售業(yè)。到1987年就已經(jīng)擁有自動(dòng)分揀機(jī)1000臺(tái)，號(hào)稱是世界上擁有分揀機(jī)最多的國(guó)家。我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與國(guó)際先進(jìn)水平保持同步，但是缺少技術(shù)創(chuàng)新能力，使自動(dòng)分揀技術(shù)的物流系數(shù)也減少，大局部小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。近二十年來(lái),特別是物流行業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的開展,商品趨勢(shì)趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時(shí)制〔JUST-IN-TIME，簡(jiǎn)稱JIT)。分揀作業(yè)已成為一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨普遍。我國(guó)目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。而國(guó)外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點(diǎn)多、過(guò)失率極低、效率高和全自動(dòng)操作的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)成為當(dāng)代物流技術(shù)開展的三大標(biāo)志之一[2]。本次設(shè)計(jì)基于PLC的物料分揀系統(tǒng)控制。采用PLC控制開發(fā)可以到達(dá)短周期，低本錢的控制要求，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。PLC控制具有實(shí)時(shí)性、信號(hào)處理時(shí)間短、速度快、更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制工程，同時(shí)PLC的可靠性高，有豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高，安裝簡(jiǎn)單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因?yàn)樗钦w模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單，并且測(cè)試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。1.2物料分揀系統(tǒng)開展概況和現(xiàn)狀縱觀國(guó)內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng)，而且應(yīng)用也較為廣泛。而在我國(guó)，由于物流業(yè)起步晚，物料分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在興旺國(guó)家某些行業(yè)不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn):一是一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營(yíng)本錢相當(dāng)高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資小企業(yè)那么無(wú)能為力。二是系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大局部商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。但要讓所有商品的供給商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件本錢上升，且越是特別的通用性就越差。雖然物料分揀系統(tǒng)有它的局限性，但隨著社會(huì)的高速開展，一切都講究效率，我相信高效率的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)被人們?cè)絹?lái)越重視。而本設(shè)計(jì)就針對(duì)物料分揀設(shè)計(jì)出了一個(gè)由PLC控制的分揀系統(tǒng)，解決了組成系統(tǒng)的設(shè)備能在平安工作的同時(shí)又能提高物料分揀效率的問(wèn)題。1.3課題研究目的和意義分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。本文主要針對(duì)生產(chǎn)線上的自動(dòng)化設(shè)計(jì)了一個(gè)四段物料分揀傳送帶，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。啟動(dòng)后，供料傳送帶啟動(dòng)并開始供料，當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，物料到位，通過(guò)汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為白色物料時(shí)，物料到位，通過(guò)汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為黑色物料時(shí)，直接將物料輸送出去。分料盤在物料分揀中起著關(guān)鍵作用,安裝在其內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)將使分料盤發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)到達(dá)物料的最終分揀。由于同樣實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化分揀，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也較廣泛地使用。伴隨著機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制成分顯得越來(lái)越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。因此機(jī)傳送帶就在這樣誕生了,其中的自動(dòng)分揀傳送帶是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的開展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能局部地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；廣泛的應(yīng)用傳送帶，可以逐步改善勞動(dòng)條件，更強(qiáng)與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除枯燥無(wú)味的工作，節(jié)約勞動(dòng)力，提供更平安的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)床，減少工藝過(guò)程中的工作量及降低停產(chǎn)時(shí)間和庫(kù)存，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐?？删幊炭刂破?PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在物料分揀控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)[3]。本設(shè)計(jì)擬開發(fā)的基于PLC的物料分揀傳送帶可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可分揀重量較大的工件，采用PLC控制，和傳統(tǒng)繼電器控制相比擬，具有穩(wěn)定性高，接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢院?jiǎn)化控制線路，節(jié)省本錢，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[4]。1.4本文研究的主要內(nèi)容在本文中,以生產(chǎn)線上不同物料的分揀系統(tǒng)為例,詳細(xì)分析了基于PLC控制的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì),介紹了分揀系統(tǒng)中傳感器信號(hào)的采集、處理的一些根本知識(shí),并通過(guò)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)的比擬,確定了硬件系統(tǒng)中的各種元器件及PLC的選型。在介紹了一些PLC、傳感器根本知識(shí)后,對(duì)本課題進(jìn)行硬件與軟件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出主電路與控制回路,并建立了實(shí)際的模型,在軟件設(shè)計(jì)中,確定了I/O分配,并按照控制要求設(shè)計(jì)出了PLC梯形圖。在本系統(tǒng)完成其設(shè)計(jì)之后,對(duì)其進(jìn)行整體安裝與調(diào)試。在硬件局部,調(diào)試其各局部安裝的位置及角度,使其材料物塊的運(yùn)行與傳感器安裝的角度適合。將各氣缸的動(dòng)作速度進(jìn)行調(diào)試之后,進(jìn)行了軟硬件綜合調(diào)試,實(shí)現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過(guò)程。1.5本章小結(jié)本章主要是闡述了物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用背景，了解了自動(dòng)分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。明確了課題研究目的和意義，對(duì)物料分揀系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容做了個(gè)簡(jiǎn)單的歸納。為后面的設(shè)計(jì)打下了良好的根底。第二章PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用適宜的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易，維修容易等特點(diǎn)。一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤，容易掌握和理解。PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容應(yīng)包括以下內(nèi)容：〔1〕選擇用戶輸入設(shè)備〔按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等〕、輸出設(shè)備〔繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件〕以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象〔電動(dòng)機(jī)、電磁閥等〕。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹?！?〕PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇以及I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等?！?〕分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖?！?〕設(shè)計(jì)控制程序。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語(yǔ)句表〔即程序清單〕和控制系統(tǒng)流程圖?？刂瞥绦蚴强刂普麄€(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、平安、可靠的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)的控制程序必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。〔5〕必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)〔6〕編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說(shuō)明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一局部圖統(tǒng)稱為“硬件圖〞。它在傳統(tǒng)電氣圖的根底上增加了PLC局部，因此在電氣原理圖中應(yīng)增加PLC局部的I/O連接圖[3]。另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖〔梯形圖〕，通常稱它為“軟件圖〞。向用戶提供“軟件圖〞，可便于用戶在生產(chǎn)開展或工藝改良時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分析和排除故障。2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么設(shè)計(jì)任何一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，如同設(shè)計(jì)任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過(guò)控制被控對(duì)象〔生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程〕來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下根本原那么?！?〕PLC控制系統(tǒng)被控對(duì)象最大限度地滿足工藝要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械局部的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題?！?〕在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的本錢。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、本錢低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)[5]?！?〕保證PLC控制系統(tǒng)平安可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期平安、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原那么。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)平安可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下〔如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等〕，也能正常工作。〔4〕考慮到生產(chǎn)的開展和工藝的改良，在配置PLC硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有一定裕量。2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的步驟可分為：〔1〕根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求?！?〕根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)?！?〕選擇PLC系統(tǒng)?！?〕分配PLC餓I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖?！?〕進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制太的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。2.4程序設(shè)計(jì)的步驟程序的設(shè)計(jì)要按一定的步驟才可以順利的完成。程序設(shè)計(jì)的步驟可分為：〔1〕對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地說(shuō)明動(dòng)作的順序和條件?！?〕設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比擬困難的一步?！?〕根據(jù)梯形圖編制程序清單?！?〕用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確?！?〕對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止?！?〕待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。假設(shè)未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直到滿足為止?！?〕編寫技術(shù)文件?！?〕交付使用。2.5編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng)〔1〕輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以屢次重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)?！?〕梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過(guò)特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個(gè)沒(méi)有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)連接[6]?！?〕在程序中，不允許同一編號(hào)的線圈兩次輸出?！?〕不允許出現(xiàn)橋式電路。程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大右小〞。2.6本章小結(jié)本章主要對(duì)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)一些要求和考前須知進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容、原那么、一般步驟、程序設(shè)計(jì)的步驟以及編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng)有了進(jìn)一步的了解。確定了控制系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)步驟，為后面的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。第三章系統(tǒng)的組成及控制要求物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手、皮帶輸送線、物件分揀機(jī)構(gòu)組成。該系統(tǒng)動(dòng)力由氣壓供能，PLC通過(guò)直接控制電器執(zhí)行元件和間接控制氣動(dòng)執(zhí)行元件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，模擬實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。圖3-1為系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖。上料機(jī)構(gòu)上料機(jī)構(gòu)無(wú)物料報(bào)警無(wú)物料報(bào)警光電傳感器檢測(cè)放料臺(tái)有無(wú)物料？ 無(wú)光電傳感器檢測(cè)放料臺(tái)有無(wú)物料？有有搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)工作搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)工作等待機(jī)械手搬運(yùn)等待機(jī)械手搬運(yùn)光電傳感器檢測(cè)入料口有無(wú)物料？無(wú)光電傳感器檢測(cè)入料口有無(wú)物料？無(wú)有有皮帶傳輸機(jī)構(gòu)工作皮帶傳輸機(jī)構(gòu)工作物料分揀機(jī)構(gòu)工作物料分揀機(jī)構(gòu)工作圖3-1系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖圖3-1系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖3.1系統(tǒng)的組成上料機(jī)構(gòu)上料機(jī)構(gòu)如圖3-2，由井式工件庫(kù)、光電傳感器、工件、存放料臺(tái)、推料氣缸、安裝支架等組成。主要完成將工件依次送至存放料臺(tái)上。沒(méi)有工件時(shí)，報(bào)警指示黃燈閃爍，放入工件后閃爍自動(dòng)停止。圖3-2上料機(jī)構(gòu)實(shí)物圖搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)。由氣動(dòng)手爪、雙導(dǎo)桿氣缸、單桿氣缸、電感傳感器、磁性傳感器、多種類型電磁閥、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器組成。主要完成通過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手手臂前伸，前臂下降，氣動(dòng)手指夾緊物料，前臂上升，手臂縮回，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松開將物料放入料口，機(jī)械手返回原位，等待下一個(gè)物料到位等動(dòng)作。物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)物料輸送與分揀機(jī)構(gòu)如圖3-3。由皮帶輸送線、分揀料槽、單桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、三相異步電動(dòng)機(jī)、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器及電磁閥等組成。主要完成物料的輸送和分揀任務(wù)?！?號(hào)料槽：用于放置金屬物料；2號(hào)料槽：用于放置白色尼龍物料；3號(hào)料槽：用于放置黑色尼龍物料?！硤D3-3物料傳輸與分揀機(jī)構(gòu)實(shí)物圖3.2系統(tǒng)控制要求本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)對(duì)三種不同的物料〔金屬鋁物料、白色纖維物料、黑色纖維物料〕進(jìn)行上料、搬運(yùn)、運(yùn)輸和分類分揀，基于PLC的控制可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化控制?！?〕上料機(jī)構(gòu)在復(fù)位完成后，點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)〞按鈕，料筒光電傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，推料氣缸將工件推出至存放料臺(tái)，假設(shè)3秒鐘后，料筒檢測(cè)光電傳感器仍未檢測(cè)到工件，那么說(shuō)明料筒內(nèi)無(wú)物料，這時(shí)警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機(jī)械手將工件取走后，推料氣缸縮回，工件下落，氣缸重復(fù)上一次動(dòng)作?！?〕搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)〔自動(dòng)控制〕當(dāng)存放料臺(tái)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)物料到位后，機(jī)械手手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后，延時(shí)0.5秒，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后，延時(shí)0.5秒，氣動(dòng)手爪抓取物料,手爪夾緊限位傳感器檢測(cè)到夾緊信號(hào)后；延時(shí)0.5秒，手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后；手臂向右旋轉(zhuǎn)，手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后，延時(shí)0.5秒，氣動(dòng)手爪放開物料,手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂向左旋轉(zhuǎn)，等待下一個(gè)物料到位，重復(fù)上面的動(dòng)作。在分揀氣缸完成分揀后，再將物料放入輸送線上[7]?！?〕運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu)當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)，三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測(cè)傳感器檢測(cè)到金屬物料時(shí)，推料一氣缸動(dòng)作，將金屬物料推入一號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作，將白色物料導(dǎo)入二號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)回原位，同時(shí)電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)物料為黑色物料直接導(dǎo)入三號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。3.3本章小結(jié)本章對(duì)控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)流程簡(jiǎn)圖，對(duì)上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)、運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu)的控制功能方面給出了詳細(xì)的要求，為控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)可編程控制器技術(shù)的最主要應(yīng)用是在自動(dòng)化控制工程中，如何根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，本章主要介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)局部。系統(tǒng)的硬件局部包括機(jī)械元件、氣動(dòng)元件、PLC輸入\輸出電氣元件。在本設(shè)計(jì)中主要對(duì)三菱FX-2N型PLC相關(guān)電氣硬件局部進(jìn)行設(shè)計(jì)及說(shuō)明。4.1電氣元件名稱及功能輸入電氣元件〔1〕光電傳感器SB03-1K〔3個(gè)〕①位于料庫(kù)下外側(cè)。作用：檢測(cè)料庫(kù)中有無(wú)物料，物料檢測(cè)傳感器為光電漫反射型傳感器，檢測(cè)到有物料時(shí)推料氣缸將物料推出到存放料臺(tái)，有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。②位于存放料臺(tái)下方。作用：檢測(cè)存放料臺(tái)上有無(wú)物料，漫反射式直流NPN三線常開，上有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。③位于入料口中間外側(cè)。作用：檢測(cè)入料口有無(wú)物料進(jìn)入，漫反射式直流NPN三線常開，有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。感器WS/WE100-N1439位置：位于料槽一與料槽三入口外側(cè)。作用：檢測(cè)物料是否經(jīng)過(guò)料槽一、二、三，該光電傳感器為分體直射型，當(dāng)檢測(cè)到物料進(jìn)入料槽時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)?！?〕磁性傳感器D-A73位置：位于氣缸兩端。作用：用于檢測(cè)氣缸伸出縮回是否到達(dá)限位位置點(diǎn)檢測(cè)氣缸到達(dá)限位位子時(shí)信號(hào)。〔4〕電感傳感器LE4-1K位置：機(jī)械手旋轉(zhuǎn)支柱下側(cè)旁。作用：檢測(cè)機(jī)械手是否在基準(zhǔn)位子，機(jī)械手臂左擺或右擺到位后，電感傳感器向PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)?！?〕電感式傳感器位置：位于料槽一前、皮帶上方。作用：檢測(cè)金屬材料，當(dāng)金屬物料經(jīng)過(guò)時(shí)，傳感器向PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)?！?〕光纖傳感器位置：位于料槽一與料槽二的皮帶傳輸?shù)闹虚g上方。作用：用于檢測(cè)非金屬的白色物料。當(dāng)光纖傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。其檢測(cè)距離為3~8mm，檢測(cè)距離可通過(guò)傳感器放大器的電位器調(diào)節(jié)?！?〕按鈕〔7個(gè)〕控制系統(tǒng)的啟動(dòng)〔綠色〕、停止〔紅色〕、復(fù)位〔黃色〕；4個(gè)用于機(jī)械手的手動(dòng)控制。輸出電氣元件〔1〕警示燈在設(shè)備停止時(shí)警示紅燈亮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)警示綠燈，在無(wú)物料或停止時(shí)警示黃燈閃爍。〔2〕電磁閥通過(guò)PLC控制電磁閥來(lái)控制氣缸的動(dòng)作?！?〕變頻器當(dāng)入料口檢測(cè)到有物料時(shí)PLC向變頻器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，變頻器驅(qū)動(dòng)三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)按設(shè)定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)?！?〕步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接受PLC的控制脈沖信號(hào)，正反轉(zhuǎn)信號(hào)，使能信號(hào)?？刂茩C(jī)械手手臂的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行精確定位。執(zhí)行電氣元件〔1〕推料氣缸將工件推到存放料臺(tái)上，由單向電控氣閥控制[8]?！?〕推料一氣缸將金屬物料推入料槽一，由單〔3〕氣動(dòng)手爪完成工件的抓取動(dòng)作，由雙向電控閥控制，手爪夾緊時(shí)磁性傳感器有信號(hào)輸出，磁性開關(guān)指示燈亮。〔4〕雙導(dǎo)桿氣缸控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制?！?〕單桿氣缸控制氣動(dòng)手爪的提升、下降，由雙向電控氣閥控制?！?〕導(dǎo)料氣缸在檢測(cè)到有白色物料時(shí)，將導(dǎo)料塊旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，由雙向電控氣閥控制?！?〕步進(jìn)電機(jī)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，用與實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)?！?〕皮帶輸送線由三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將物料輸送到相應(yīng)的位置?！?〕三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，由變頻器控制。4.2輸入/輸出〔I/O〕點(diǎn)分配表4-1輸入點(diǎn)分配及說(shuō)明序號(hào)PLC地址名稱功能說(shuō)明1X0啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)啟動(dòng)2X1停止按鈕系統(tǒng)停止3X2復(fù)位按鈕系統(tǒng)復(fù)位4X3物料檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)料庫(kù)有無(wú)物料5X4物料推出檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)放料臺(tái)上有無(wú)物料6X5推料伸出限位傳感器檢測(cè)推料氣缸是否退出7X6推料縮回限位傳感器檢測(cè)推料氣缸是否縮回8X7手臂伸出限位傳感器檢測(cè)手臂是否伸出9X10手臂縮回限位傳感器檢測(cè)手臂是否縮回10X11手爪下降限位傳感器檢測(cè)手爪是否下降11X12手爪提升限位傳感器檢測(cè)手爪是否提升12X13手爪夾緊限位傳感器檢測(cè)手爪是否夾緊13X14機(jī)械手基準(zhǔn)傳感器檢測(cè)機(jī)械手是否在基準(zhǔn)位置14X15推料一伸出限位傳感器檢測(cè)推料一氣缸是否推出15X16推料一縮回限位傳感器檢測(cè)推料一氣缸是否縮回16X17導(dǎo)料轉(zhuǎn)出限位傳感器檢測(cè)導(dǎo)料氣缸是否旋轉(zhuǎn)到位17X20導(dǎo)料原位限位傳感器檢測(cè)導(dǎo)料氣缸是否回原位18X21入料檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)物料是否放入入料口19X22料槽一檢測(cè)傳感器檢測(cè)金屬物料20X23料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)白色物料21X24分揀槽檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料進(jìn)入料槽表4-2輸出點(diǎn)分配序號(hào)PLC地址名稱功能說(shuō)明1Y0步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PUL-輸出脈沖2Y1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DIR-方向控制3Y2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ENA-使能控制4Y3電磁閥物料推出5Y4電磁閥手臂伸出6Y5電磁閥手臂縮回7Y6電磁閥手爪上升8Y7電磁閥手爪下降9Y10電磁閥手爪夾緊10Y11電磁閥手抓松開11Y12電磁閥推料氣缸12Y13電磁閥導(dǎo)料氣缸13Y14警示紅燈停止指示燈14Y15警示綠燈啟動(dòng)指示燈15Y16警示黃燈物料報(bào)警指示燈16Y17變頻器STF變頻器驅(qū)動(dòng)控制4.3PLC的選型在第二章中已對(duì)PLC進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是三菱FX-2N型PLC。日本三菱可編程控制器分為F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC等幾個(gè)系列，其中F系列是早期產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)。FX2系列是1991年推出的產(chǎn)品，是加強(qiáng)型的小型機(jī)。FX2N是三菱公司的近期產(chǎn)品，按疊裝式配置，是日本高性能小型機(jī)中的代表作[9]。三菱FX系列常見型號(hào)如下列圖4-1所示：圖4-1三菱FX系列PLC圖4-1三菱FX系列PLC4.3.1系統(tǒng)對(duì)PLC的要求〔1〕功能要求：在滿足一般開關(guān)量輸入信號(hào)控制要的同時(shí)，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要求輸出脈沖信號(hào)，所以輸出類型要是晶體管輸出[10]〔T〕?！?〕I/O點(diǎn)數(shù)要求：系統(tǒng)所需輸入點(diǎn)數(shù)為21點(diǎn)；系統(tǒng)所需輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。在實(shí)際統(tǒng)計(jì)出的I/O點(diǎn)數(shù)的根底上加15%——20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴(kuò)展。4.3.2確定PLC型號(hào)根據(jù)上述要求可暫定型號(hào)為：三菱FX2N-64MT。考慮到FX2N-64MT與FX2N-48MT相比價(jià)格稍微較貴。但FX2N-48MT的輸入點(diǎn)數(shù)能不能滿足系統(tǒng)要求，但也可選用擴(kuò)展模塊比方：FX2N-8EX〔輸入點(diǎn)為8的擴(kuò)展模塊〕?？紤]多方面因素：最后確定可編程控制器型號(hào)為：三菱FX2N-64MT4.4三菱FX-2N型PLC控制原理圖圖4-2三菱FX-2N型PLC控制原理圖圖4-2三菱FX-2N型PLC控制原理圖4.5步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：3MD560。3MD560細(xì)分型三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用直流18-50V供電，適合驅(qū)動(dòng)相電流小于6A、外經(jīng)42-86毫米的三相混合式步進(jìn)電機(jī)。此驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有振動(dòng)和噪音。高速時(shí)力矩也大大高于二相混合式步進(jìn)電機(jī)，定位精度高?！?〕功能簡(jiǎn)介：純粹弦電流控制，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)6.0A；直流供電電壓18-50VDC；光電隔離信號(hào)輸入/輸出；有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、相間短路、過(guò)熱保護(hù)功能；八檔細(xì)分和自動(dòng)半流功能；十六檔輸出相電流設(shè)置；具有相位記憶功能〔電機(jī)停止5秒后再斷電，可保持電機(jī)上下電位置不變〕；高啟動(dòng)轉(zhuǎn)速；具有脫機(jī)命令輸入端子；電機(jī)的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)[11]。廣泛適用于雕刻機(jī)、數(shù)控機(jī)床、切割機(jī)和繪圖儀等分辨率要求較高的設(shè)備上?！?〕在本系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)設(shè)置如表4-3所示。eq\o\ac(○,1)電流設(shè)定細(xì)分設(shè)定電流值(A)SW1SW2SW3SW41.5AOFFOFFOFFOFF2.6AOFFOFFONOFF4.1AONOFFOFFON5.2AONOFFONON6.0AONONONONeq\o\ac(○,2)步數(shù)/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF1000OFFOFFOFF表4-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置序號(hào)SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8開關(guān)狀態(tài)ONONONONOFFOFFOFFOFF脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算：在模擬系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)左右旋轉(zhuǎn)的角度為63°，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器所設(shè)置的細(xì)分步參數(shù)為10000步/圈，電流值為6.0A。所以PLC的Y0口產(chǎn)生脈沖數(shù)N為：4.6本章小結(jié)本章在確定了控制系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)步驟之后，詳細(xì)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件局部，給出了I/O分配表、控制器接線圖，完成了PLC選型、步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的主要工作，為產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章中已對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)各類輸入輸出元器件為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準(zhǔn)備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過(guò)邏輯關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。5.1三菱編程軟件、模擬仿真軟件多年來(lái)，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的圖示化編程軟件，例如西門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7Micro/WIN32編程軟件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具[12]。三菱全系列PLC仿真調(diào)試軟件GXSimulator：〔1〕仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行，如果沒(méi)有編好的程序，是無(wú)法進(jìn)行仿真的。所以，在安裝仿真軟件GXSimulator6c之前，必須先安裝編程軟件GXDeveloper，并且版本要互相兼容?！?〕安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開始菜單中并沒(méi)有仿真軟件的圖標(biāo)。因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖礼XDeveloper中了，其實(shí)這個(gè)仿真軟件相當(dāng)于編程軟件的一個(gè)插件[13]。5.2程序設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)局部可分為三局部來(lái)進(jìn)行，上料機(jī)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，搬運(yùn)機(jī)械手程序設(shè)計(jì)，物料傳輸分揀程序設(shè)計(jì)。通過(guò)分別繪制三局部的流程圖可清晰的反響出控制要求，程序執(zhí)行過(guò)程，為程序編寫做好了準(zhǔn)備工作。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)與半自動(dòng)控制，警示燈報(bào)警等控制要求，最后將三局部程序設(shè)計(jì)按要求整合起來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。上料機(jī)構(gòu)流程圖上料機(jī)構(gòu)的控制要求，在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：〔1〕警示黃燈在料庫(kù)無(wú)物料與停止時(shí)都要閃爍?！?〕當(dāng)放料臺(tái)有物料時(shí)，推料氣缸保持伸出狀態(tài)，同時(shí)放料臺(tái)有物料是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手程序的必備條件。上料機(jī)構(gòu)流程圖如圖5-1所示：警示黃燈閃爍放入物料后黃燈熄滅啟動(dòng)復(fù)位警示黃燈閃爍放入物料后黃燈熄滅啟動(dòng)復(fù)位警示綠燈亮警示綠燈亮料筒光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料料筒光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料3s后有等待物料推出接機(jī)械手流程圖推料氣缸將工件推至放料臺(tái)放料臺(tái)光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料機(jī)械手將工件取走推料氣缸縮回等待物料推出接機(jī)械手流程圖推料氣缸將工件推至放料臺(tái)放料臺(tái)光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料機(jī)械手將工件取走推料氣缸縮回?zé)o有圖5-1上料機(jī)構(gòu)流程圖上料機(jī)構(gòu)局部的梯形圖如圖5-2所示：圖5-1上料機(jī)構(gòu)流程圖圖5-2上料機(jī)構(gòu)梯形圖圖5-2上料機(jī)構(gòu)梯形圖搬運(yùn)機(jī)械手流程圖搬運(yùn)機(jī)械手流程圖如圖5-3所示：圖5-3圖5-3搬運(yùn)機(jī)械手流程圖從圖中反響出來(lái)搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求，在進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮到的就是要用步進(jìn)指令進(jìn)行程序編寫，這樣程序編寫就簡(jiǎn)單明了化了。在機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移的時(shí)候，要注意上一個(gè)狀態(tài)的輸出有的必須要保持，比方手爪在夾緊工件后，在沒(méi)有送到入料口之前的所有狀態(tài)手爪都必須保持夾緊[14]。程序中的難點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)控制程序的編寫，要兼顧考慮機(jī)械手復(fù)位的控制要求。在機(jī)械手控制程序的編寫參加了計(jì)數(shù)器，機(jī)械手臂只能在基準(zhǔn)位置向右旋轉(zhuǎn)一次，從而保護(hù)手臂連續(xù)旋轉(zhuǎn)對(duì)手臂上氣管，電線的破壞。搬運(yùn)機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5-4所示：圖5-4搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖機(jī)械手控制程序的編寫如圖5-5所示:圖5-4搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖5-5搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)梯形圖物料傳輸分揀流程圖圖5-5搬運(yùn)機(jī)械構(gòu)梯形圖入料口光電傳感器檢測(cè)到物料物料傳輸分揀流程圖如圖5-6所示料槽傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)：入料口光電傳感器檢測(cè)到物料料槽傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率帶動(dòng)皮帶正傳傳輸物料三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率帶動(dòng)皮帶正傳傳輸物料料槽一檢測(cè)為金屬物料料槽二傳感器檢測(cè)為白色物料物料為黑色物料料槽一檢測(cè)為金屬物料料槽二傳感器檢測(cè)為白色物料物料為黑色物料直接將〔黑色物料〕傳送至三號(hào)料槽旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作將〔白色物料〕導(dǎo)入二號(hào)槽推料氣缸動(dòng)作將〔金屬物料〕推進(jìn)一號(hào)料槽直接將〔黑色物料〕傳送至三號(hào)料槽旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作將〔白色物料〕導(dǎo)入二號(hào)槽推料氣缸動(dòng)作將〔金屬物料〕推進(jìn)一號(hào)料槽圖5-6圖5-6物料傳輸分揀流程圖從圖中反響出物料傳輸分揀過(guò)程，當(dāng)物料進(jìn)入入料口時(shí)，PLC給變頻器一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了傳輸功能。在傳輸?shù)倪^(guò)程中用電感傳感器對(duì)金屬物料進(jìn)行識(shí)別，用光纖傳感器對(duì)白色物料進(jìn)行識(shí)別，沒(méi)有被識(shí)別的就是黑色物料，這樣便對(duì)三種不同物料進(jìn)行了識(shí)別，配合相應(yīng)的動(dòng)作便可以實(shí)現(xiàn)著三種物料的分揀功能。料槽傳感器是用來(lái)檢測(cè)有無(wú)物料進(jìn)入料槽，同時(shí)兼顧控制導(dǎo)料氣缸復(fù)位，三相異步電機(jī)停止。物料分揀機(jī)構(gòu)程序梯形圖如圖5-7所示：圖5-7物料分揀機(jī)構(gòu)梯形圖圖5-7物料分揀機(jī)構(gòu)梯形圖系統(tǒng)控制總程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介上文對(duì)程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，分了三局部進(jìn)行設(shè)計(jì)，在總體程序的設(shè)計(jì)就需要將前面三局部的設(shè)計(jì)思想結(jié)合起來(lái)。總程序中為了實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、復(fù)位、報(bào)警、自動(dòng)控制及半自動(dòng)控制。啟動(dòng)時(shí)用了輔助繼電器，并將啟動(dòng)與停止按鈕互鎖，這樣可直接實(shí)現(xiàn)上料機(jī)構(gòu)與傳輸分揀機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止、報(bào)警的控制。在整個(gè)程序中將搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)與手動(dòng)控制程序設(shè)置成了兩個(gè)子程序。通過(guò)旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行兩者的轉(zhuǎn)換調(diào)用，同時(shí)對(duì)步進(jìn)程序?qū)崿F(xiàn)直接停止，不必再等到執(zhí)行一個(gè)周期后才能停止。在程序中進(jìn)行了文字說(shuō)明，這樣更有利于讀懂程序。第六章系統(tǒng)調(diào)試基于三菱FX-2N型PLC控制物料分揀系統(tǒng)的調(diào)試分兩個(gè)調(diào)試過(guò)程進(jìn)行。一是在程序應(yīng)在未帶載情況下進(jìn)行模擬調(diào)試，二是進(jìn)行程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。在模擬調(diào)試完成后，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，確定參數(shù)，完善程序，最后完成整個(gè)調(diào)試工作。6.1程序的模擬調(diào)試程序的調(diào)試是設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)比擬重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經(jīng)編制就可以運(yùn)行成功的，只有經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行甚至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方并且進(jìn)行修改。本設(shè)計(jì)中使用的編程軟件GX-DeveloperV7.0具有監(jiān)控功能，將仿真軟件GXSimulator6c安裝后就可直接在編程軟件中進(jìn)行程序的模擬調(diào)試及監(jiān)控。通過(guò)仿真軟件按照控制要求一步步進(jìn)行輸入輸出端口設(shè)置，看輸出是否滿足控制要求[15]。仿真調(diào)試時(shí)是否正常按預(yù)期效果運(yùn)行，假設(shè)不是按預(yù)期效果輸出，再仔細(xì)檢查程序并修改后，再仿真調(diào)試。假設(shè)有異再修改程序，這樣反復(fù)調(diào)試，直至程序可用模擬調(diào)試運(yùn)行正常。如圖6-1是程序調(diào)試及監(jiān)控的翻開界面。圖6-1圖6-1程序調(diào)試及監(jiān)控開始6.1.1通過(guò)軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試在仿真軟件中可以直接對(duì)各種軟器件進(jìn)行置位，如：X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等局部常用的軟器件可直接進(jìn)行置位，對(duì)于特殊功能輔助繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器不能直接置位調(diào)試?！?〕將X0按下系統(tǒng)啟動(dòng)，此時(shí)警示綠燈Y15亮，警示黃燈Y16閃爍，無(wú)料報(bào)警。輸入輸出調(diào)試狀態(tài)如圖6-2所示：圖6-2圖6-2程序啟動(dòng)時(shí)調(diào)試及運(yùn)行監(jiān)控〔2〕將物料檢測(cè)傳感器X3置位，此時(shí)警示黃燈Y15停止閃爍，將推料伸出限位傳感器X6置位，此時(shí)物料推出氣缸Y3動(dòng)作。X6復(fù)位，推料伸出傳感器X5被置位，放料臺(tái)光電開關(guān)X4檢測(cè)到物料也被置位。當(dāng)物料被爪走后X4復(fù)位，Y3復(fù)位，推料氣缸縮回，反復(fù)執(zhí)行推料過(guò)程。輸入輸出狀態(tài)見圖6-3?！?〕分揀調(diào)試將入料口光電開關(guān)X21置位，此時(shí)Y17向變頻器發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，料槽一檢測(cè)傳感器置位，此時(shí)氣缸Y12動(dòng)作將物料推入料槽一。同時(shí)分揀檢測(cè)光電開關(guān)向PLC發(fā)出一個(gè)信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。調(diào)試輸入輸出狀態(tài)見圖6-4。圖6-3上料結(jié)構(gòu)上料時(shí)運(yùn)行監(jiān)控圖6-3上料結(jié)構(gòu)上料時(shí)運(yùn)行監(jiān)控圖6-4金屬物料分揀時(shí)運(yùn)行監(jiān)控圖6-4金屬物料分揀時(shí)運(yùn)行監(jiān)控程序仿真調(diào)試方法不變，進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手，物料分揀的調(diào)試時(shí)，按照控制要求及相應(yīng)輸入控制元件的置位情況，對(duì)輸入口進(jìn)行設(shè)置后，同時(shí)觀察輸出的狀態(tài)變化看是否滿足控制要求。依照此法逐步對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試修改，直至滿足控制要求。6.1.2時(shí)序圖輔助調(diào)試如果想更形象的反響出輸入輸出及其它軟元件的狀態(tài)圖式，可以通過(guò)時(shí)序圖進(jìn)行輔助調(diào)試，通過(guò)時(shí)序圖就可以更清晰的看出軟元件狀態(tài)的變化。如圖6-5所示為時(shí)序的樣板。圖6-5輔助調(diào)試時(shí)序圖圖6-5輔助調(diào)試時(shí)序圖依照控制要求對(duì)系統(tǒng)程序一步一步進(jìn)行仿真調(diào)試，在調(diào)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些錯(cuò)誤的方，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，最后是程序在仿真調(diào)試中滿足了控制要求，系統(tǒng)模擬調(diào)試完成。6.2程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試本系統(tǒng)設(shè)計(jì)根底源于學(xué)校的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)控制局部可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。但由于客觀條件限制，目前不能進(jìn)行三菱FX2N型可編程控制器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。硬件局部按照電氣原理圖連接好，在接線過(guò)程中要?jiǎng)?wù)必認(rèn)真仔細(xì)，檢查主電路和控制電路確定無(wú)誤后，方可進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中系統(tǒng)很有可能存在傳感器、執(zhí)行器、和硬件連線等方面的問(wèn)題，以及PLC的外部接線圖和軟件局部的梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)推敲及時(shí)加以解決。調(diào)試過(guò)程：(1)檢查連線，要逐點(diǎn)進(jìn)行，確保正確無(wú)誤。(2)