FX-2N型PLC控制的物體自動分棟裝置

I摘要PLC已在現(xiàn)代自動控制中得到了廣泛的應(yīng)用，本次設(shè)計基于THJDZH-1物料自動分揀裝置的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三菱PLC對裝置進(jìn)行編程，實現(xiàn)其原有的功能。物料自動分揀裝置THJDZH-1是模擬自動化工業(yè)生產(chǎn)部分過程的微縮模型，是由供料單元、機械手搬運單元和分揀單元組成。由供料單元把物料送到機械手搬運單元處，再由機械手搬運單元使用物料送給分揀單元，當(dāng)機械手搬運單元送來的物料到位后，并為分揀單元入料口光電傳感器檢測到時，使機械手動作，機械手把物料搬運到傳送帶上并為光電傳感器檢測到時，即啟動變頻器，使傳送帶電動機轉(zhuǎn)動，物料開始進(jìn)入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。THJDZH-1使用了PLC控制、傳感器、位置控制、電氣控制和氣動等技術(shù)，可以實現(xiàn)不同材料的自動分揀和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位機監(jiān)控。經(jīng)過模擬實驗滿足要求實現(xiàn)的功能。關(guān)鍵詞PLC傳感器物料分揀機械手II目錄TOC\o"1-2"\h\z\u引言 1第一章THJDZH-1物料自動分揀裝置的PLC控制 21.PLC程序控制要求 2 3 3 4 5第三章PLC對裝置的控制原理和方法 63.1步進(jìn)電機的PLC控制 63.2PLC對變頻器控制方法及原理 83.3輸入端的接線及原理 9第四章氣動原理圖與主要氣動元件 124.1氣動回路的主要部件 12 13 14 145.2PLC的外部接線圖 15 16 166.2梯形圖程序 17第七章調(diào)試 197.1安裝調(diào)試 197.2軟件的調(diào)試 19參考文獻(xiàn) 24附錄 251引言隨著PLC邏輯控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等多功能控制器技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制中得到了廣泛的運用。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。對于I/O點數(shù)多，且點數(shù)分散的控制系統(tǒng)，可通過PLC網(wǎng)絡(luò)通信功能實現(xiàn)控制要求，實現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程控制。由于PLC已成為當(dāng)代自動控制的一種重要的控制方式，那么如何正確高效把PLC運用到實際的生產(chǎn)中，對于我們大專畢業(yè)生尤為重要。所以本文介紹的THJDZH-1物料自動分揀裝置是由PLC編程控制的工業(yè)自動生產(chǎn)的部分微縮模型，通過對它的重新編程設(shè)計控制，對于PLC的運用有了整體的理解，例如，I/O口的連接，根據(jù)PLC的I/O口結(jié)構(gòu)形式選擇何種傳感器等。物料自動分揀裝置的PLC選為三菱Fx2n系列的PLC，主要運用于對變頻器，步進(jìn)電機，電磁閥等器件的控制。完成此次設(shè)計對使用三菱PLC有了整體認(rèn)識，如I/O端傳感器與輸出設(shè)備的連接，梯形圖的編制等都得到了提高，為以后在工作中使用PLC打下了基礎(chǔ)。瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第一章物料自動分揀裝置的PLC控制2第一章物料自動分揀裝置的PLC控制1.PLC程序控制要求（1）上料機構(gòu)在復(fù)位完成后，“啟動”按鈕，料筒光電傳感器檢測到有工件時，推料氣缸將工件推出至存放料臺后，推料氣缸縮回，若3秒鐘后，料筒檢測光電傳感器仍未檢測到工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機械手將工件取走后，推料氣缸再次將工件推出至存放料臺后，重復(fù)上述動作。（2）搬運機械手機構(gòu)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第二章裝置的組成部分3Ф32mm的圓柱形45瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第三章PLC對裝置的控制原理和方法6第三章PLC對裝置的控制原理和方法3.1步進(jìn)電機的PLC控制3.1.1步進(jìn)電機的控制原理PLC通過對步進(jìn)電機驅(qū)動器發(fā)出特定信號，從而對電機進(jìn)行控制。步進(jìn)電機驅(qū)動器的PUL、DIR、ENA與PLC的輸出端連接起來，PLC輸出特定的信號通過步進(jìn)電機驅(qū)動器使得步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停止、定位等控制。如圖所示，PLC向PUL端口輸送脈沖信號，步進(jìn)電機驅(qū)動器收到一個脈沖信號則控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)一個步距，DIR端口輸入高低電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA端口輸入高低電平，控制電機的開和關(guān)。3.1.2（1）概述3MD560細(xì)分型三相混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器，采用直流18-50V供電，適合驅(qū)動相電流小于6A、外徑42-86毫米三相混合式步進(jìn)電機。此驅(qū)動器采用交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)分控制，電機的轉(zhuǎn)矩波動很小，低速運行平穩(wěn)，震動和噪音小，定位精度高。（細(xì)分電流和步距角都通過撥碼開關(guān)組合進(jìn)行調(diào)整的）（2）接線信號功能PUL+PLC-脈沖控制信號：控制電機運行步數(shù)。DIR+DIR-方向控制信號：TTL電平信號，高低電平控制電機運轉(zhuǎn)方向。ENA+ENA-使能信號：此輸入信號用于使能/禁止，ENA+接電源時，ENA-高電平使能，低電平驅(qū)動器不能工作。7（3）接線原理圖3.1.3步進(jìn)電機驅(qū)動區(qū)的細(xì)分細(xì)分就是對電機的步距角進(jìn)行選擇，應(yīng)編程的需要電機步距為10000步/轉(zhuǎn)，根據(jù)細(xì)分表，只需將撥碼開關(guān)的SW6、SW7、SW8分別打到OFF、OFF、OFF即可完成設(shè)定。步數(shù)/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF83.2PLC對變頻器控制方法及原理3.2.1變頻調(diào)速的優(yōu)點三相異步電機采用變頻調(diào)速技術(shù)有著非常明顯的節(jié)能、增產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果，節(jié)電率一般在10%～30%，有的高達(dá)40%，更重要的是生產(chǎn)中的一些技術(shù)難點也得到了解決。變頻調(diào)速技術(shù)作為新技術(shù)，同基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)一樣，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。變頻調(diào)速技術(shù)使得三相異步電動機實現(xiàn)了無級調(diào)速，讓三相異步電動機的使用性能得到了改善。3.2.2控制方法利用變頻器的外部端子對變頻器進(jìn)行控制，首先將變頻器的運行頻率設(shè)定為裝置要求的30Hz，然后調(diào)整變頻器的內(nèi)部參數(shù)的控制方式調(diào)整為外端子控制，如下圖，我們主要是STF正轉(zhuǎn)、STR反轉(zhuǎn)、RH高速、RM中速、RL低速、SD公共端這六個端頭對變頻器進(jìn)行控制，例如開關(guān)S1接通時變頻器就按設(shè)定控制電機正轉(zhuǎn)啟動運行（就和按下RUN按鈕相同），開關(guān)S1斷開時變頻器控制電機停止，利用PLC代替開關(guān)S1就可實現(xiàn)自動編程控制。93.3輸入端的接線及原理3.3.1概述PLC的數(shù)字量輸入接口并不復(fù)雜，我們都知道PLC為了提高抗干擾能力，輸入接口都采用光電耦合器來隔離輸入信號與內(nèi)部處理電路的傳輸。目前PLC數(shù)字量輸入端口一般分單端共點與雙端輸入，單端共點（COM）的接口有光電耦合器正極共點與負(fù)極共點之分，日系PLC通常采用正極共點，歐系PLC通常采用負(fù)極共點；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點（S/S）可選型，根據(jù)需要單端共點可以接負(fù)極也可以接正極。3.3.2PPLC的數(shù)字量輸入端子，按電源分直流和交流，按輸入接口分類由單端共點輸入和雙端輸入，單端共點接電源正極為SINK（拉電流），單端共點接電源負(fù)極為SRCE（灌電流）。3.3.3PLC與傳感器的連接本裝采用的是三菱PLCFx2N系列的，日系PLC為單端共點接電源正極為SINK（拉電流），SINK漏型為電流從輸入端流出，那么輸入端與電源負(fù)極相連即可，說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點為電流正極，可接NPN型傳感器。（1）有源三線制傳感器的接線方法有源三線制傳感器（電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等）直流有源三線制接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出管使用三極管輸出，因此傳感器分NPN和PNP輸出，也有的是四線制，有雙NPN或雙PNP，只是狀態(tài)剛好相反，也有NPN和PNP結(jié)合的四線制輸出。10傳感器引出線的接線方法：棕色表示“+”接“24V+”，藍(lán)色表示“-”接“24V-”，黑色表示“輸出”接“PLC的輸入端”。由于，單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。那么，棕色線接內(nèi)部共點端子，藍(lán)色線接外部共線，黑色線接PLC的輸入端子。一旦傳感器受到信號，就會接通PLC的X0端口輸入信號。如圖下所示：（2）有源兩線制傳感器的接法有源兩線傳感器（接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān)）此傳感器的特點就是兩根線，傳感器輸出端導(dǎo)通后，為了保證電路正常工作需要一個保持電壓來維持電路工作，通常在3.5-5V之間，靜態(tài)泄露電流要小于1mA，這個參數(shù)很重要，如果過大，在傳感器沒有信號輸出時，就使得PLC的輸入端的光電耦合器導(dǎo)通，發(fā)出錯誤信號使裝置誤動作。直流兩線制接近開關(guān)分為二極管極性保護(hù)與橋整流極性保護(hù)，前者在接PLC時需要注意極性，后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開關(guān)11主要用在氣缸是做位置檢測，由于需要信號指示，內(nèi)部有雙向二極管回路，因此也不需要注意極性。傳感器引出線的接線方法：棕色表示“+”接“PLC的輸入端”，藍(lán)色表示“-”接“24V-”。由于，單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。那么，棕色線接內(nèi)部共點端子，藍(lán)色線接外部共線。如圖下所示：3.3.4小結(jié)PLC輸入接口電路形式和外接元件（傳感器）輸出信號形式的多樣性，因此在PLC輸入模塊接線前必要了解PLC輸入電路形式和傳感器輸出信號的形式，才能確保PLC輸入模塊接線正確無誤，為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第四章氣動原理圖與主要氣動元件12第四章氣動原理圖與主要氣動元件4.1氣動回路的主要部件13瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第五章硬件設(shè)計14序號PLC地址名稱及功能說明序號PLC地址名稱及功能說明1X0啟動按鈕1Y0步進(jìn)電機驅(qū)動器PUL-2X1停止按鈕2Y1步進(jìn)電機驅(qū)動器DIR-3X2復(fù)位按鈕3Y2步進(jìn)電機驅(qū)動器ENA-4X3物料檢測光電傳感器4Y3物料推出5X4物料推出檢測光電傳感器5Y4手臂伸出6X5推料伸出限位傳感器6Y5手爪下降7X6推料縮回限位傳感器7Y6手爪夾緊8X7手臂伸出限位傳感器8Y7手爪松開9X10手臂縮回限位傳感器9Y10推料氣缸10X11手爪下降限位傳感器10Y11導(dǎo)料氣缸11X12手爪提升限位傳感器11Y12警示紅燈12X13手爪夾緊限位傳感器12Y13警示綠燈13X14機械手基準(zhǔn)傳感器13Y14警示黃燈14X15推料一伸出限位傳感器14Y20變頻器STF15X16推料一縮回限位傳感器16X17導(dǎo)料轉(zhuǎn)出限位傳感器17X20導(dǎo)料原位限位傳感器18X21入料檢測光電傳感器19X22料槽一檢測傳感器20X23料槽二檢測傳感器21X24分揀槽檢測光電傳感器155.2PLC的外部接線圖PLC的外部接線圖瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第六章軟件設(shè)計16176.2梯形圖程序1819第七章調(diào)試7.1安裝調(diào)試自動分揀裝置由上料機構(gòu)、機械手搬運機構(gòu)、分揀機構(gòu)三部分組成，上料機構(gòu)主要是檢測到的物料后，使推料氣缸把物料推到指定位置和裝置的運行指示，加入物料看光電開關(guān)是否檢測到，檢測到后推料氣缸能否把加人的物料推到指定工位，如不能，原因很可能是安裝位置不當(dāng)造成的。裝置中的氣缸的動作速度都能通過該缸上的節(jié)流閥調(diào)節(jié)。機械手搬運機構(gòu)主要氣動系統(tǒng)和步進(jìn)電機組成，機械手的定向是由電感式傳感器檢測機械手的基準(zhǔn)位置，只有機械手定位無誤后，才能準(zhǔn)確的將物料抓取，步進(jìn)電機驅(qū)動器的細(xì)分決定了電機的步距，步數(shù)由程序控制，所以驅(qū)動器的細(xì)分應(yīng)與程序?qū)?yīng)，否則會使與步進(jìn)電機相連的機械手轉(zhuǎn)動的角度不準(zhǔn)。氣動元件的位置反饋信號是否正常，氣動元件的位置反饋信號是PLC的輸入信號，再者氣動元件工作需要一定的氣壓，氣壓不能達(dá)到要求，可能是漏氣和氣壓發(fā)生器沒有工作造成的。分揀機構(gòu)主要對物料進(jìn)行分揀入庫，檢測到物料為金屬物料時，推料氣缸能否快速準(zhǔn)確的將物料推入指定料槽，光纖傳感器在一定范圍內(nèi)只對白色物料有反應(yīng)，光纖傳感器安裝在合適的距離下才能發(fā)出正確的信號，才能正確的判別出物料的顏色。由于三個部分為一個整體，正確合理的安裝位置才能使得各機構(gòu)可靠的運行。7.2軟件的調(diào)試由于GX-Developer編程軟件無法完成軟件仿真，本裝置要求的FX2N-48MT型號的PLC沒有，則用FX2N-48MR型號的PLC完成模擬調(diào)試。軟件調(diào)試是用模擬運行流程的辦法用按鈕、開關(guān)等器件代替各種傳感器發(fā)出信號，觀察輸出情況是否與要求一致。因為程序中有較高的脈沖輸出，F(xiàn)X2N-48MR無法達(dá)到，所以在調(diào)試過程中的程序中的參數(shù)都有調(diào)低，但不影響程序本身的調(diào)試。該程序是一個整體式的結(jié)構(gòu)，大體可以分為三個部分但是又不能完全被分開三者是相互聯(lián)系的。調(diào)試時由三個部分按裝置動作流程交替進(jìn)行，經(jīng)過模擬調(diào)試結(jié)果完全滿足第一章提出的要求。部分調(diào)試說明如下：①無物料報警調(diào)試當(dāng)物料檢測光電傳感器X3沒有信號輸出時延時三秒后T0動作接通Y14，20M8013使得Y14按一秒的頻率接通和斷開。加入物料X3檢測到信號停止輸出。②機械手調(diào)試機械手夾持物料，機械手基準(zhǔn)傳感器X14有信號輸出，說明機械手處于基準(zhǔn)位置，機械手伸出只能使得Y6接通氣動手指夾緊工件，夾緊后縮回。21③步進(jìn)電機控制調(diào)試由于氣動手指已經(jīng)將物料夾緊，所以手指夾緊限位傳感器X13有信號輸出，當(dāng)手臂縮回到位會使X10動作將17（1750）送PLSY脈沖輸出指令輸出17（1750）個脈沖，同時使步進(jìn)電機氣動器ENA和DIR接通使步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)，脈沖發(fā)送完成后特殊輔助繼電器M8029動作是步進(jìn)電機停轉(zhuǎn)。④物料分揀調(diào)試入料檢測光電傳感器X21檢測到機械手搬來的物料，Y20輸出傳送帶動作，物料到達(dá)第一個檢測點，料槽一檢測傳感器Y22對物料進(jìn)行檢查，由于Y22為電感式傳感器，只對金屬有反應(yīng)，Y22有信號輸出，使Y10動作把物料送入1號料槽內(nèi)，物料進(jìn)入料槽的同時，分揀槽檢測光電傳感器線X24發(fā)出信號使動作停止。22瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文結(jié)束語23結(jié)束語經(jīng)過兩個月的工作，基于PLC控制的物料自動分揀裝置設(shè)計已經(jīng)完成。經(jīng)試驗驗證，滿足設(shè)計要求。本次設(shè)計主要涉及了三菱PLC的編程相關(guān)知識及三菱PLC使用的諸多要領(lǐng)。在設(shè)計中，我積極查閱資料，細(xì)心鉆研各個技術(shù)細(xì)節(jié)，同學(xué)之間互相合作，協(xié)調(diào)一致地完成了小軟件的開發(fā)與調(diào)試，也讓我們明白了在設(shè)計中考慮問題應(yīng)該全面，以及需要互相合作的精神。在設(shè)計中既鍛煉了我的動手能力，又學(xué)會查閱資料，提煉需要的信息。本次設(shè)計是PLC的編程控制，除PLC梯形圖的編制外，其中還涉及了氣動、步進(jìn)電機的控