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標題: 基于PLC的分揀控制系統(tǒng)設計 [打印本頁]

作者: Yao625 時間: 2020-4-24 10:22
標題: 基于PLC的分揀控制系統(tǒng)設計
1 緒論
1.1 選題背景和意義：

電氣控制技術在我們的日常生活中和工業(yè)生產(chǎn)中無處不在。如電風扇的搖頭和定時、電子產(chǎn)品總裝生產(chǎn)線運行、機械手搬運工、產(chǎn)品分類入庫等。

隨著科學技術的發(fā)展及生產(chǎn)工藝要求的進步，電氣控制技術得到了不斷地發(fā)展。在控制辦法上，從手動控制到自動控制；在控制性能上，從復雜的控制單臺設施到簡單的控制系統(tǒng)；在控制原理上，從有觸點的繼電接觸器控制系統(tǒng)到以計算機為中心的“軟件”控制系統(tǒng)。20世紀70年代以來，隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，電氣控制技術發(fā)生的巨大的變化，新型控制技術如可編程邏輯控制器、變頻器等被普遍使用在工業(yè)生產(chǎn)和生活的諸多領域。現(xiàn)代的電氣控制技術已經(jīng)綜合了計算機、自動控制、電子技術和精細測量等許多先進的科學技術成績，PLC、CAD/CAM和Robot以成為工業(yè)自動化領域的三大技術支柱。

現(xiàn)代市場競爭也變得越來越強烈, 各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地想要改良生產(chǎn)技術,從而來進步生產(chǎn)的效率, 尤其在需求進行材料分揀的企業(yè), 它們之前不停的采取的是人工分揀的辦法, 這種分揀模式會招致生產(chǎn)效率低下, 生產(chǎn)資本卻很高, 企業(yè)的競爭效率差,不能夠失去很好的發(fā)展，所以材料的自動分揀釀成為了眾多企業(yè)的最佳且獨一的選擇。

1.2 分揀系統(tǒng)的主要內(nèi)容：

基于PLC的分揀控制系統(tǒng)的系統(tǒng)當系統(tǒng)上電后,傳感器1（電容傳感器）檢測到物料時將啟動輸送帶,物料傳感器2為電感傳感器,當檢測出物料為鐵質物料時,反應信號送PLC ,由PLC 控制執(zhí)行機構氣缸1（推送氣缸）推出選出該物料，并推入一號料槽;物料傳感器2 為光電傳感器,當檢測出相應的物料時,反應信號送PLC ,PLC 控制執(zhí)行機構氣缸2（旋轉氣缸）推出選出該物料，并導入二號料槽。

整篇文檔主要分為硬件設計和軟件設計兩部分。完成總體的結構設計，傳感器的選型設計，控制流程、中心電路的設計、控制部件的選取及總體安裝等; 軟件設計，包含I/O接口的調(diào)配確定、控制順序的設計與調(diào)試。

完成相應的硬件接線圖，主要包含PLC接線圖（PLC外部I／O 連接示意圖），I／O分配表，控制回路接線圖，程序設計流程圖，梯形圖或狀態(tài)轉移圖。

2 系統(tǒng)方案設計2.1 設計要求：

A: 分揀出金屬與非金屬

B:分揀出某一塊

C:分揀出金屬中某一塊和非金屬中某一塊

2.2 系統(tǒng)結構框圖：

圖2-1系統(tǒng)結構圖

2.3 主要控制器件選擇：

A:可編程控制器PLC

B:輸入、輸出模塊

C:I/O接口模塊

D:CPU模塊

F:電源模塊

2.4 其余外圍電氣原件選擇簡介：

A：空氣壓縮機：空氣壓縮機是一種用以壓縮氣體的設備，是將原來（通常是電動機）的機械能轉換成氣體壓力能的安裝。它主要由氣路循環(huán)系統(tǒng)、旱路循環(huán)系統(tǒng)、油循環(huán)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、屏保護系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)和DTC控制系統(tǒng)等組成。

空氣壓縮機與水泵結構相似，大多數(shù)空氣壓縮機是往返活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。其主要被使用于車輛制動、風洞檢驗、油井壓裂、輪胎充氣、噴漆等生產(chǎn)工作中。

B: 傳感器（電感式傳感器、光電式傳感器）: 傳感器（英文稱號：transducer/sensor）是一種檢測安裝，能遭受到被測量的信息，并能將遭受到的信息，按必然法則變換成為電信號或其余所需模式的信息輸入，以滿足信息的傳輸、解決、存儲、顯示、記載和控制等要求。

傳感器的特點包含：微型化、數(shù)字化、智能化、多性能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。通常依照其根本感覺性能分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、材料元件、色敏元件等六大類。

C: 傳送帶：傳送帶指裝配在傳送機上用作傳送物件的帶織物。通常分為棉傳送帶、橡膠傳送帶、塑料傳送帶。棉傳送帶普通為4層平紋織物。起初傳送帶輸送機遭到機械制作、電機、化工和冶金工業(yè)技術進步的影響，不停地欠缺，逐漸由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)外部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統(tǒng)機械化和自動化不可缺少的組成部分。

D: 氣缸（金屬氣缸、非金屬氣缸）: 氣缸（cylinder）是指在內(nèi)燃機或是外燃機中，讓活塞居于其內(nèi)，可以其高下往返的容器，由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。氣缸有做往返直線靜止的和做往返擺動的兩類；工作時要靠緊縮空氣中的油霧對活塞中止光滑。

E：直流電動機：直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機，由定子和轉子組成。定子包含：基座，主磁極，換向極，電刷安裝等；轉子（電樞）包含：電樞核心，電樞繞組，換向器，轉軸和風扇等。因其良好的調(diào)速功能而在電力拖動中失去普遍使用，按勵磁模式分為：永磁、他勵和自勵三類。

當直流電源經(jīng)過電刷向電樞繞組供電時，電樞外表的N極下導體可能流過相同方向的電流，依照左手定則導體將遭到逆時針方向的力矩作用；電樞表面S極下部分導體也流過相同方向的電流，異樣依照左手定則導體也將遭到逆時針方向的力矩作用。這樣，整個電樞繞組即轉子將按逆時針旋轉，輸出的直流電能就轉換成轉子軸上輸入的機械能。

F：金屬限位器：限位器是一種為了保護機器及其運用者的安全安裝，常見于汽車和起重機上。

3 PLC簡介基本結構和工作原理簡介3.1PLC發(fā)展史與簡介：

發(fā)展：20世紀70年代初呈現(xiàn)了微計算器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及計算等性能，完成了真正具備計算機特色的工業(yè)控制安裝。此時的PLC為微機技術和繼電器慣例控制概念相結合的產(chǎn)物。個體計算機發(fā)展起來后，為了便利和反映可編程控制器的性能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

20世紀70年代中末期，可編程控制器進入適用化發(fā)展階段，計算機技術已經(jīng)部分引入可編程控制器中，使其性能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更牢靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID性能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的位置。

20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已取得普遍運用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的期間，年增長率不停堅持為30~40%。在這期間，PLC在計算模擬量效率、數(shù)字運算效率、人機接口效率和網(wǎng)絡效率得到大幅度進步，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些使用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治位置的DCS系統(tǒng)。

20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是越加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需求。這個期間發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的非凡性能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通訊單元，使運用可編程控制器的工業(yè)控制設施的配套更加容易。

簡介：三菱PLC（英文：Mitsubish ProgrammableLogic Controller），是三菱電機在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。它采取一類可編程的存儲器，用于其外部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、按時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并經(jīng)過數(shù)字或模擬式輸出/輸入控制各種類型的機械或生產(chǎn)進程。三菱PLC在中國市場普遍的有FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、FR-FX2NC、FR-AFR-Q等型號。

3.2 PLC的基本構成：

一、系統(tǒng)組成，

二、各部分的組成

a． CPU運算和控制核心: 起“心臟”作用, CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU經(jīng)過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。

b．存儲器: 具備記憶性能的半導體電路,分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器:

系統(tǒng)程序存儲器用以寄存系統(tǒng)程序，包含辦理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯解決的解釋編譯程序。由只讀存儲器組成。廠家運用的，內(nèi)容不行更改，斷電不消失。

用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶運用的。斷電內(nèi)容消失。罕用高效的鋰電池作為后備電源，壽命普通為3~5年。

c．輸出 /輸入接口: 輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。

PLC的繼電器輸入接口的三種類型：

繼電器輸入：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載

晶體管輸入：無觸點、壽命長、直流負載

晶閘管輸入：無觸點、壽命長、交流負載

d．編程器：編程器可分為兩種，一種是手持編程器，便利。咱們實驗室運用的就是手持編程器。二種是經(jīng)過PLC的RS232口。與計算機相連。而后敲擊鍵盤。

3.3PLC的根本工作原理：

一：PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式：

1．每次掃描進程。集中對輸出信號進行采樣。集中對輸入信號停止刷新。

2．輸出刷新進程。當輸出端口封閉時，程序在停止執(zhí)行階段時，輸出端有新狀態(tài)，新形態(tài)不克不及被讀入。只需程序停止下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。

3．一個掃描周期分為輸出采樣，程序執(zhí)行，輸入刷新。

4．元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變動而變動的。

5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)

6．因為采取集中采樣。集中輸入的模式。存在輸出/輸入滯后的現(xiàn)象，即輸出/輸入響應延遲。

二：PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別：

1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別：前者工作模式是“串行”，后者工作模式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。

2．PLC與微機區(qū)別：前者工作模式是“循環(huán)掃描”。后者工作模式是“待命或中止”，PLC 編程模式：PLC最突出的優(yōu)點采取“軟繼電器”替代“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”替代“硬件布線邏輯”。PLC編程言語有梯形圖、布爾助記符言語，等等。尤其前兩者為常用。

梯形圖語言特點：

1．每個梯形圖由多個梯級組成。

2．梯形圖中支配兩邊的豎線表現(xiàn)假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算后果為“1”時，有假想的電流經(jīng)過。

3．繼電器線圈只能呈現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可能呈現(xiàn)無數(shù)次。

4．每一梯級的運算后果，立即被前面的梯級所運用。

5．輸出繼電器受內(nèi)部信號控制。只呈現(xiàn)觸點，不呈現(xiàn)線圈。

3.4PLC的掃描工作模式：

PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式；掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令自身占有的功率（3）指令條數(shù)。

3.5PLC的仿真軟件的選擇和說明：

PLC的仿真軟件選擇：GX Developer（GXSimulator）

PLC的仿真軟件的說明：GX Developer是三菱公司設計的在Windows環(huán)境下運用的PLC編程軟件，雖然其版本較多，但其主要性能和運用辦法基本相同，普通選擇三菱的FX系列的PLC，其界面及編程文件均已漢化，性能強大，運用方便，具備豐富的工具箱，擁護在線和離線編程，可能編寫梯形圖和狀態(tài)轉移圖程序，具備軟元件正文、申明、注解及程序監(jiān)督、故障診斷等多種性能。

GX Simulator是GX Developer的一種插件，專門用于仿真測試，能完成程序的離線仿真PLC調(diào)試。運用時，通過把GX Developer軟件編寫的程序寫入到GX Simulator內(nèi)，即可完成通過GX Simulator軟件來仿真調(diào)試程序。但該軟件必需當時安裝好GX Developer軟件基礎上能力運用。

4 PLC分揀系統(tǒng)的設計4.1系統(tǒng)性能的介紹和控制的細節(jié)：

自動分揀系統(tǒng)是由零件料倉（金屬零件料倉、非金屬零件料倉）、直流電動機(Y0)、推料缸1(Y1)、光纖傳感器(X0)、運輸皮帶(Y2)、光電傳感器1(X1)、電感傳感器（X2）、推料缸2（Y4）、光電傳感器2（X3）金屬材料限制器（Y3）、電容傳感器(X4)、推料缸3（Y5）、光電傳感器3（X5）開關電源(X10)、1號料槽、2號料槽、PLC等。

自動分揀系統(tǒng)性能要求如下：（1）、按下啟動開關（X10），零件料倉中光纖傳感器（X0）檢測是否有工件。（2）、如果零件料倉里有工件，直流電動機推出（Y0），推料氣缸（Y1）推出，將工件推出。（3）、工件推出后，啟動運輸皮帶，當工件運行通過光電傳感器（X1）時，推料氣缸縮回。（4）、運輸皮帶（Y2）繼續(xù)運行到工件屬性判別位。（5）、金屬檢測傳感器（電感傳感器X2）對工件進行屬性檢測，如果是金屬工件，置位金屬限位器（Y3），推料氣缸2（Y4）推出，推入1號料槽；如果是非金屬（電容傳感器X4），就直接運輸?shù)酵屏细?（Y5）的位置前，推入2號料槽。（6）、按下關閉啟動開關，復位。

4.2 分揀系統(tǒng)的I/O口清單（I/0分配表）： 表4-1 I/0分配表（PLC分揀控制系統(tǒng)）

輸入				輸出
名稱	標簽	地址	名稱	標簽	地址
啟動開關	啟動（復位）	X10	1#MT伸	1Y1	Y1
1#MT伸完成傳感器	1B1	X0	運輸皮帶	2Y1	Y2
1#MT縮完成傳感器	1B2	X1	金屬限位器	3Y1	Y3
2#MT伸完成傳感器	2B1	X2	2#MT伸	4Y1	Y4
2#MT縮完成傳感器	2B2	X3	3#MT伸	5Y1	Y5
3#MT伸完成傳感器	3B1	X4	直流電動機	6Y1	Y0
3#MT縮完成傳感器	3B2	X5

表4-2 氣缸名稱注釋表

1#MT	推出氣缸1
2#MT	推出氣缸2
3#MT	推出氣缸3

4.3 PLC分揀系統(tǒng)的電路原理圖：

圖4-1電路原理圖

4.4PLC分揀系統(tǒng)的流程圖和狀態(tài)轉移圖：

圖4-2流程圖

狀態(tài)轉移圖.gxw

(圖中的X3常閉，改為X4常閉)

圖4-3狀態(tài)轉移圖

4.5 梯形圖及部分程序說明：

圖4-4梯形圖

梯形圖程序說明：按下啟動開關，光纖傳感器檢測零件料倉內(nèi)是否有工件，如果有工件，推料氣缸推出工件，光電傳感器檢測到工件時，運輸皮帶推出，當工件通過電感傳感器時，運輸皮帶停止推出，料倉內(nèi)停止供貨，金屬工件停在推料氣缸2前面，金屬限位器置位，當金屬工件通過1號料槽里的光電傳感器時，金屬限位器及推料氣缸復位，還有運輸帶推出，料倉內(nèi)繼續(xù)供貨；當不是金屬工件時，非金屬工件停在推料氣缸3面前，運輸皮帶停止，料倉內(nèi)停止供貨，當非金屬工件通過2號料槽里的光電傳感器時，推料氣缸復位，運輸帶推出，料倉內(nèi)繼續(xù)供貨，直到全部工件分揀完畢時，再次按下啟動開關，復位全部氣缸及金屬限位器和運輸皮帶，關閉直流電動機。

5 PLC分揀系統(tǒng)的仿真調(diào)試5.1仿真過程說明：

按下啟動開關，光纖傳感器檢測料倉內(nèi)是否有工件，如果有，推出工件，光電傳感器感應到工件，運輸帶推出，如果工件是金屬工件，推料氣缸2推出金屬工件，金屬限位器置位；如果工件是非金屬工件，推料氣缸3推出非金屬工件。再次按下啟動開關時，所有輸出復位。

附錄A

所有零件符號注釋表

X0	光纖傳感器
X1	光電傳感器1
X2	電感傳感器
X3	光電傳感器2
X4	電容傳感器
X5	光電傳感器3
Y0	直流電動機
Y1	推料氣缸1
Y2	運輸皮帶
Y3	金屬限位器
Y4	推料氣缸2
Y5	推料氣缸3

附錄B

PLC程序指令注釋表

LD	取指令
AND	與指令
OR	或指令
SET	置位指令
RST	復位指令
ZRST	成批復位指令
OUT	輸出指令
END	結束指令

作者: Zz05054517 時間: 2021-4-30 14:58
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