【电气工程及其自动化】基于plc的物料传送分拣控制系统

本科生毕业论文（设计）基于PLC的物料传送分拣控制系统二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2015年5月28日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111自动传送分拣概述112可编程控制器概述2121PLC的定义2122PLC的特点213PLC的基本结构和基本工作原理3131PLC的基本结构3132PLC的基本工作原理414PLC与其他工业控制系统的比较4141PLC与继电器的比较4142PLC与工业计算机的比较415本课题的研究意义52PLC物料传送分拣系统的硬件设计521PLC物料传送分拣控制系统的结构522PLC的选型723金属检测传感器的选型824颜色传感器的选型825光电传感器的选型926电磁阀的选型927限位开关的选型928交流接触器与热继电器的选型1029指示灯的选型10210电动机的选型10211熔断器与断路器的选型10212开关按钮的选型11213触摸屏的选型113PLC物料传送分拣系统的软件设计1231物料传送分拣系统的控制要求1232物料传送分拣系统I/O分配及PLC外部接线1533物料传送分拣系统的软件设计174模拟与仿真1841触摸屏程序的设计1842程序调试1943程序仿真205总结与展望2051总结2052未来展望21参考文献22致谢23附录A24附录B26基于PLC的物料传送分拣控制系统摘要本文对物料传送分拣和可编程控制器PLC的发展进行了概述。首先介绍了控制系统方案以及软硬件结构的设计思路，以触摸屏作为人机界面，使用三菱FX2N48MR001PLC和多种传感器，实现对金属物料和非金属中的红色物料、大物料、小物料的传送分拣。最后，运用GXDEVELOPER和GTSIMULATOR软件实现对控制系统的仿真。关键词PLC；物料传送；分拣；触摸屏MATERIALTRANSFERSORTINGCONTROLSYSTEMDESIGNBASEDONPLCABSTRACTTHEPAPERSUMMARIZESTHEDEVELOPMENTOFMATERIALTRANSFERSORTINGANDPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPLCINTHEFIRSTPLACETHEN,THISDESIGNINTRODUCESTHEDESIGNOFTHECONTROLSYSTEMANDTHESTRUCTUREOFTHEHARDWAREANDSOFTWARETHETOUCHSCREENISUSEDASTHEMANMACHINEINTERFACE,THEPAPERREALIZESTOTRANSFERANDSORTINGOFTHEREDMATERIAL,THELARGEMATERIALANDTHESMALLMATERIALINTHENONMETALMATERIALSANDTHEMETALMATERIALSBYUSINGMITSUBISHIFX2N48MR001PLCANDAVARIETYOFSENSORSFINALLYTHISPAPERREALIZESTHESIMULATIONOFTHECONTROLSYSTEMBYUSINGTHESOFTWAREOFTHEGXDEVELOPERANDTHEGTSIMULATORKEYWORDSPLCMATERIALTRANSFERSORTINGTOUCHSCREEN1绪论11自动传送分拣概述自动传送分拣是指货物自动进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示信息的控制装置、计算机网络、搬运装置、分支装置（负责把到达分拣位置的货物按运到别处的装置）、缓冲站（在分拣位置临时存放货物的装置）等构成。除了使用终端的键盘、鼠标或者其它方式向控制装置输入分拣指示信息的作业外，由于全部采用自动控制作业，因此它的分拣能力、分拣数量同人为分拣相比都比较大，效率也得到了进一步突破。自动传送分拣系统的规模和能力已有很大的发展，目前大型传送分拣系统大多能分拣几十到几百个种类的物品，分拣能力达到每小时万件以上。国外传送分拣系统规模都很大，主要包括进给台、信号盘、分拣机、分拣信息识别系统、设备控制系统和计算机管理系统等几大部分，还要配备外围的各种运输和装卸机械，组成一个庞大而复杂的系统。自动传送分拣大部分与自动化立体仓库连接起来，配合自动引导车（AGV）、托链小车等其它复杂的系统，分拣系统在总体布置上，可以说千变万化。近二十年来,特别是物流行业，随着经济和生产的发展,商品趋势趋于“短小轻薄”，流通趋于小批量多品种和准时制（JUSTINTIME，简称JIT。传送分拣作业已成为一项重要的工作环节，分拣系统的应用已经日趋普遍。我国目前多数配送中心和物流企业都是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节亟待提高。而国外一些配送中心多采用传送分拣系统进行分拣，充分发挥了传送分拣技术传送分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。日本一位物流专家认为，在用户需求表现为多种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。自动分拣机是其中最接近与成熟的产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的概括。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一。从传送分拣技术水平上说，欧美各国发展最早，技术比较成熟，目前处于世界领先地位。美国和欧洲在60年代开始使用，日本则在第二次世界大战后才引进分拣机，但近二十年来由于其本国经济发展需要发展迅速，后来者居上，从19701985年共有338台自动分拣机投入运行，其中5832用于储运业，1715用于销售业。到1987年就已经拥有自动分拣机1000台，号称是世界上拥有分拣机最多的国家。我国传送自动分拣技术起步较晚，目前已能与国际先进水平保持同步，但是缺少技术创新能力，使自动传送分拣技术的物流系数也减少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分分拣。在二十世纪80年代，我国最初是一些邮局采用小型的半自动翻盘分拣机，用于邮包分拣。1990年为迎接第十一届亚运会，从荷兰引进了一套有3个入口，60个出口的自动分拣系统，成立了北京食品配送中心，每小时可以配送3000件货物，使我国的分拣技术有了一个飞跃。而如今分传送拣技术已经用于我国的各行各业，使这环节的效率得到了很大的提高。12可编程控制器概述1969年诞生时被称为可编程序逻辑控制器，简称PLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程序控制器，简称PCPROGRAMMABLECONTROLLER但由于PC容易和个人计算机相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。PLC是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的基本结构和工作原理，融合了继电接触器控制的概念构成的一种新型电控器。它专为在工业环境下应用而设计，采用可编程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟式的输入输出，控制各类机械或生产过程。121PLC的定义可编程控制器的定义（1987年，国际电工委员会IEC）可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。122PLC的特点PLC技术之所以高速发展除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点，主要有以下特点（1）可靠性高、抗干扰能力强。PLC由于采用现代超大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。例如日本三菱公司生产的PLC的平均无故障时间已高达30万小时。（2）简单易学，深受工程技术人员喜爱。PLC作为现代通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，其编程语言易于被工程技术人员接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便的实现“继电器接触器”控制电路的功能；像步进式顺序控制的状态转移图（SFC），简单、直观，容易设计复杂的多流程顺序控制，并且能够减少程序条数，使程序易于理解。（3）功能完善、通用性强。现代PLC不仅具有逻辑运算定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等功能。（4）系统设计周期短、维护方便、改造容易。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易容易起来。更重要的是，使同一设备经过改变程序便可改变生产过程成为可能。因此适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小、重量轻、能耗低。由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑，很容易嵌入机械设备内部，体积小，是实现机电一体化首选的理想控制器件。13PLC的基本结构和基本工作原理131PLC的基本结构如图1所示，可编程控制器（PLC）的硬件由微处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口电路又称I/O接口电路、I/O单元、I/O模块、电源、编程器、扩展接口、外设接口等组成，各部分通过总线（电源总线、地址总线、数据总线）连接而成。图1可编程控制器的硬件简化框图132PLC的基本工作原理PLC采用循环扫描工作方式，其工作过程如图12所示。PLC通电运行后，有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC的工作过程分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行和输出处理5个阶段。在停止状态，PLC只进行内部处理和通信服务。14PLC与其他工业控制系统的比较141PLC与继电器的比较（1）继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。（2）PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。（3）从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。142PLC与工业计算机的比较（1）工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。（2）PLC采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。（3）PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。（4）在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。15本课题的研究意义物料传送分拣系统作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度的工作，在先进制造领域中扮演者极其重要的角色。它可以在高温、腐蚀以及有毒气体等有害环境下搬运货物、分拣物品、代替人的繁重以及单调劳动，以保护人身安全和提高工作效率，实现生产的机械化和自动化。为了适应某工厂工业生产需要，本课题试图开发基于PLC的物料传送分拣设计，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同的物料（金属和非金属中的红色、大、小物料）按预先设计的程序进行传送分拣并计数，动作灵活多样，适应于可变换生产品种的中小批量自动化生产。2PLC物料传送分拣系统的硬件设计21PLC物料传送分拣控制系统的结构本文所设计的PLC材料分拣系统采用推块式分拣机的台式结构，有竖井式材料输入料槽，滑板式产品输出料槽口。同时，输送带作为传动结构，为了方便较快速度的启动和停止，用三相异步交流电机驱动；为了保证整个系统的安全性，在传送带后面又增加了一个光电传感器。整个控制系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。气动部分由空气压缩机、气缸、气瓶、气压指示表、分水过滤器、冷却器、减压阀、配气器等部件组成；电气部分由PLC、金属传感器、颜色（红色）检测传感器、光电传感器、三相异步交流电机、开关、电源等部件组成；硬件部分由传送带、滑槽、异步电动机、指示灯、触摸屏、传送带、底座、支架等组成。材料传送系统结构框图如图2所示。图2材料传送系统结构框图由图2材料传送系统结构框图可知，该系统的硬件部分分为五个主要模块，分别为由按钮和指示灯组成的控制模块、由电机和传送带组成的传送模块、由传感器组成的传感器模块、由气缸以及相应的气动装置组成的推动分拣模块、由显示计数器组成的计数模块。系统的结构图如图3所示。图3系统结构图该系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。系统主要的硬件配置如表1。表1系统硬件配置PLC1台底座1个启动按钮1个停止按钮1个复位按钮6个滑槽5个金属传感器1个电机1台颜色传感器1个气缸6个光电传感器4个限位开关6个指示灯3个触摸屏1个电源1个皮带1条22PLC的选型PLC选型的一般原则1、选择自己熟悉的机种和机型同样的控制设备的设计，可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用你不熟悉的PLC，你就必须从头熟悉它，虽然不费太多的事，但毕竟没有用你熟悉的机型来的快。2、不要大材小用什么样的规模设计任务就选用什么样规模的PLC，避免造成太多的硬件资源的浪费。3、具体的控制对象，具体选择根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。4、选用易采购的机型有的产品经销商较少，不容易采购或进行比较，有的产品经销商很多，容易采购和比较，你就可以选用信誉好、价格优惠、技术上能够给与支持的公司。5、经常了解PLC产品的发展动态PLC产品更新换代很快，你熟悉的机型也许过几年就见不着了，所以，你最好在设计选型之前，先了解一下市场情况。目前使用的PLC种类较多，主要有西门子、三菱、OMRON、FANAC、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。估算程序所需步数，扩展模块的数量，以及设计，性能和和价格等方面的考虑，这次物料传送分拣系统选择了三菱的FX2N48MR001的PLC。输出类型为继电器型，继电器型输出方式是较为常用的输出接口电路类型，具有较强的负载能力，外接电源为AC220V。该型号PLC有24个输入节点，24个输出节点，能够满足系统要求并留有1015的裕量。23金属检测传感器的选型金属检测传感器电容由高频振荡器和放大器等组成，由传感器检测面与外界构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对，回路电容量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制开关信号，从而实现对电路的控制。本设计采用型号为JLA182N201的三线NPNPNP常开、电容式金属检测传感器，其工作电压范围DC1030V以内，可以接DC24V电源，输出电流100MA，检测距离20MM，能够满足系统需要。24颜色传感器的选型我们所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面，白光日光中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光如红、黄、绿、青、蓝、紫。根据三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色红、绿、蓝混合而成的。如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。高分辨率颜色传感器TCS230，是我们常用的颜色传感器，额定工作电压为5V，输出频率电压为05V，输出电流为40MA。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强，同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色，本文选择红色滤波器。25光电传感器的选型利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器，把电流或电压的变化以光电的方式传送出去，即进行电信号光信号电信号的转换。光电式传感器工作原理光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。该系统选用TCRT5000红外反射式光电传感器,额定工作电压为5V，输出电流为100MA。26电磁阀的选型电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀按照功能分别有水用电磁阀、蒸汽电磁阀、制冷电磁阀、低温电磁阀、燃气电磁阀、消防电磁阀、氨用电磁阀、气体电磁阀、液体电磁阀、微型电磁阀、脉冲电磁阀、液压电磁阀常开电磁阀、油用电磁阀、直流电磁阀、高压电磁阀、防爆电磁阀等。该系统的电磁阀主要控制机器的进气和放气，因此我们选择了气体电磁阀4V415AC220，具体参数如表2所示。表2电磁阀参数型号4V415AC220额定电压AC220V动作方式先导式额定电流002A工作介质空气使用压力范围080KGF/CM2最高作动频率5次/秒最短励磁时间005S27限位开关的选型限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当运动物体接近静止物体时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机。该系统选用施德利LSA013限位开关，其相关参数如下表所示表3施德利LSA013限位开关参数型号LSA013额定电压AC220V工作行程10MM额定电流10A超行程15MM开关类型常开28交流接触器与热继电器的选型交流接触器与热继电器具有配套生产这种情况，而配套生产的交流接触器与热继电器可以直插安装达到减少连接线路、减少触点接触不良的概率等的优势，并且本设计的主电机和门机选用的都是380V电压，需要至少有一个常闭触点来实现互锁功能，所以本设计选用施耐德公司生产的型号为LC1E0610的交流接触器及热继电器，交流接触器额定电压为220V，额定电流为6A，热继电器保护范围01104A，整定值为30A。29指示灯的选型考虑到工厂的环境，该设计选用型号为AD1622DS的指示灯，工作环境温度2555,额定电压为220V，额定电流为15A，连续工作寿命30000H，满足系统要求。210电动机的选型电动机分为直流电机和交流电机，交流电机又分为同步电机和异步电机。由于异步电动机具有结构简单，制造、使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。本次设计选用Y系列卧式全封闭自扇风冷式鼠笼型三相交流异步电动机，型号为Y132M4，极数为4极，额定功率为75KW，额定电流154A，额定转速1440R/MIN,同步转速1500R/MIN,功率因数085，额定频率50HZ，效率87。211熔断器与断路器的选型熔断器一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。其主要由熔体和安装熔体的绝缘管绝缘座组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。熔断器的工作原理是当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。（1）电动机保护熔断器的额定电流约为电动机额定电流的1215倍。主电机的额定电流为154A，通过查阅熔断器选型手册开尔泰NH000型号的熔断器的额定电压为380V额定电流32，分断能力100KA。（2）线路保护熔断器额定电流约为线路电流的125倍，线路电流为315A所以保护线路熔断值为3937A通过查阅熔断器选型手册开尔泰NH000额定电流为40A，分断能力100KA。（3）通过查阅ABB低压断路器选型手册，根据所选用电机的功率和额定电流对电机选用的断路器为T2S160MF4/52，整定脱扣电流为52A，额定电流为4A。212开关按钮的选型在该系统的主电路中，采用三级的组合开关按钮。电动机的最大容量为75KW，则三级组合开关按钮的额定电流为20A，型号为HZ1020。213触摸屏的选型触摸屏显示器可以让使用者只要用手指轻轻地碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。触摸屏主要分为电容式触控屏、电阻式触控屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏四类。电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用等的优点。该系统选用三菱GT1275VNBAC电阻式触摸屏。具体参数如下104英寸TFT，分辨率640480，256色TFT显示，内置3MB标准内存。为方便接线，经济性考虑，选择电源规格为AC100240V的GT1275VNBAC触摸屏，如表4所示。GT1275VNBAC的通讯口为RS422/485，考虑到FX2N80MR没有RS422/485通讯口，故还需选取三菱PLCFX2N专用422接口通讯扩展板FX2N422BD。表三菱GT1275VNBAC电阻式触摸屏参数输入电源电压AC100240V（10，15）输入频率数50/60HZ5输入最大功率44VA（最大负荷时）消耗功率18W以下背光灯熄灭时15W以下冲击电流40A以下（4MS）（最大负荷时）允许瞬停时间20MS以内（AC100V以上）可承受电压电源端子接地之间AC1500V1分钟内绝缘电阻电源端子接地之间DC500V绝缘电阻10M以上适合电线尺寸0752（MM2）适合压接端子M3螺栓用的压接端子RAV1253，V2S33，V2N3A，FV2N3A适合紧固扭矩0508NM抗干扰性能干扰电压1500VP，干扰幅1S由干扰频率数2560HZ的干扰模拟器3PLC物料传送分拣系统的软件设计进行控制系统的软件设计前，应深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求，确定I/O设备，分配PLC的I/O点地址，编制I/O分配表，最后根据系统控制要求和控制流程要求进行PLC程序设计。31物料传送分拣系统的控制要求（1）接通电源，按下启动按钮（绿色）后，系统启动，电动机M运行，传送带进入匀速运转，指示灯HL1（绿色）亮。（2）传送带运转20秒后，进料传感器光电传感装置检测到进料槽有物料并且判断能否进料的传感器检测到竖井传送带没有物料，然后进料气缸动作，物料进入传送带；限位开关检测到进料气缸把物料送进传送带指定位置后，断开进料气缸的电磁阀，进料气缸复位；20S后，进料传感器光电传感装置再检测到进料槽有物料并且判断能否进料的传感器检测到竖井传送带没有物料，然后进料气缸动作，物料进入传送带；限位开关检测到进料气缸把物料送进传送带指定位置后，断开进料气缸的电磁阀，进料气缸复位；如此不断循环以上动作。（3）系统启动后，若进料传感器检测到进料槽无材料时，60S后缺料指示灯HL3黄灯亮，发出缺料警报信号；当进料槽补充物料或按下停止报警复位按钮（黄色）时，指示灯黄灯熄灭。（4）系统启动后，当金属传感器检测到传送带上有金属物质的物料时，延时20S后，金属物料出料气缸（气缸1）动作，推动物料进入金属物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器1计数加一；5S后，金属传感器再次检测到传送带上有金属物质的物料时，延时20S后，金属物料出料气缸（气缸1）动作，推动物料进入金属物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器1计数加一；如此不断循环以上动作。（5）系统启动后，当红色传感器检测到传送带上有红色的物料时，延时20S后，红色物料出料气缸（气缸2）动作，推动物料进入金属物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器1计数加一；5S后，红色传感器再次检测到传送带上有红色的物料时，延时20S后，红色物料出料气缸（气缸2）动作，推动物料进入红色物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器2计数加一；如此不断循环以上动作。（6）系统启动后，当大物料传感器检测到传送带上有大的物料时，延时20S后，大物料出料气缸（气缸3）动作，推动物料进入大物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器3计数加一；5S后，大物料传感器再次检测到传送带上有大的物料时，延时20S后，大物料出料气缸（气缸3）动作，推动物料进入大物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器3计数加一；如此不断循环以上动作。（7）系统启动后，当小物料传感器检测到传送带上有大的物料时，延时20S后，小物料出料气缸（气缸4）动作，推动物料进入小物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器4计数加一；5S后，小物料传感器再次检测到传送带上有小的物料时，延时20S后，小物料出料气缸（气缸4）动作，推动物料进入小物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器4计数加一；如此不断循环以上动作。（8）系统启动后，当其它物料传感器检测到传送带上有物料时，延时20S后，其它物料出料气缸（气缸5）动作，推动物料进入其它物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器5计数加一；5S后，其它物料传感器再次检测到传送带上有其它的物料时，延时20S后，其它物料出料气缸（气缸5）动作，推动物料进入其它物料出料滑槽；当限位开关检测到该出料气缸把物料送进出料滑槽指定位置后，断开该出料气缸的电磁阀，该出料气缸复位，触摸屏显示计数器5计数加一；如此不断循环以上动作。（9）按下停止按钮后，传送带电动机M复位，停止运行，指示灯HL2（红色）亮，传送带停止运转，进料气缸复位，停止动作，物料不能进入传送带，各出料气缸复位，停止动作。（10）根据生产要求按下各计数器复位按钮，各计数器复位。根据控制要求，设计该系统的流程图，如图4所示图4传送分拣装置控制系统流程图32物料传送分拣系统I/O分配及PLC外部接线根据材料分拣系统的工作过程由可知，系统的控制有输入信号21个，均为开关量。输出信号有10个，其中1个控制电动机，3个控制指示灯，剩下的控制电磁阀，也都是开关量。根据分拣系统的需要配置出I/O对应功能，列表如表5所示表5分拣系统I/O分配表三菱CPLI/O分拣系统接口I/O备注X00SB1启动按钮X01TA磁性传感器X02TB颜色（红色）传感器X03TC判断大物料（光电）传感器X04TD判断小物料（光电）传感器X05TE判断其他物料（光电）传感器X06TF判断能否进料（光电）传感器X07SB2停止按钮X10SW1进料气缸回位限位开关X11SW2金属物料气缸回位限位开关X12SW3红色物料气缸回位限位开关X13SW4大物料气缸回位限位开关X14SW5小物料气缸回位限位开关X15SW6其它物料气缸回位限位开关X16SB3触摸屏显示计数器1复位开关X17SB4触摸屏显示计数器2复位开关X20SB5触摸屏显示计数器3复位开关X21SB6触摸屏显示计数器4复位开关X22SB7触摸屏显示计数器5复位开关X23TG进料槽检测传感器输入部分X24SB8缺料复位按钮Y00YV1进料先导式电磁换向阀Y01YV2金属物料先导式电磁换向阀Y02YV3红色物料先导式电磁换向阀Y03YV4大物料先导式电磁换向阀Y04YV5小物料先导式电磁换向阀Y05YV6其他物料先导式电磁换向阀Y06HL1启动（绿色）指示灯Y07HL2停止（红色）指示灯Y10HL3缺料（黄色）指示灯输出部分Y11KM传送带电机启动接触器根据系统的控制要求以及I/O分配表可得PLC系统的外部接线图如图5所示图5PLC系统外部接线图33物料传送分拣系统的软件设计梯形图由于其编程简单、使用方便等优点，受到很多技术人员的青睐，但在一些工艺流程控制方面，还存在一下缺点（1）自锁、互锁等连锁关系设计复杂、易出错、检查麻烦；（2）难以直接看出具体工艺控制流程及任务。状态转移图也称为顺序功能图，它不仅具有方便、直观、易读等优点，而且能够处理复杂控制系统中的逻辑关系。因此此设计选择用顺序功能图编程。该系统根据控制要求进行软件程序设计，软件设计的主要工作是完成对不同物料的判断、传送带的启动和停止控制、物料的推出以及对不同物料进行计数等任务。该物料传送分拣系统的顺序功能图以及梯形图如附录所示。4模拟与仿真由于由于硬件设施条件限制，我们通过软件来模拟与仿真，该系统选择使用GTDESIGNER3触摸屏进行仿真。触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，所触摸的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口（本设计通过RS422/485串行口）送到PLC。根据系统的控制与操作要求，设计了人机交互界面，该界面直观、方便，有关部件的工作状态都可在触摸屏上动态显示。41触摸屏程序的设计（1）首页设计图6触摸屏程序首页设计首页的设计要简洁，具有基本功能即可。另要有维修电话，方便如果仪器出现故障能联系维修。（2）操作页设计图7触摸屏程序操作页设计在操作界面设计了3个模块，分别为控制面板、运行状态和计数模块，在控制面板模块中有启动、停止按钮和计数、缺料复位按钮；在运行状态模块中可以方便直观地看到当前系统的运行状态。42程序调试PLC程序和触摸屏程序写完后，进入程序调试阶段，在这过程中遇到下列的一些问题（1）启动按钮不能启动，停止按钮不能停止。原因编写程序是出现触点竞争，启动的线圈触点和中间继电触点配合不合理。解决办法通过和同学讨论和结合课本内容，把启动和停止支路分开，采用多触点开头分离。（2）左右限位开关不能自动往返原因左右限位都用了同一个定时器T0，出现双线圈问题。解决办法把其中一个定时器改为T1。（3）仿真的时候有时按下触摸屏上的键时，没有反应，检查PLC程序和触摸的程序都没错。原因经上网查询及阅读一些有关资料，确定是电脑硬件的问题，有时因为电脑的反应速度与仿真软件的读取速度不同步，导致有时按下按钮的时候PLC读取不了该动作。解决办法暂时还没找到有效的解决办法，只有在仿真的时候，对着PLC时序图来按键，