电气自动化专业毕业论文-三菱PLC在分拣系统中的应用.doc

江苏联合职业技术学院南京工程分院 江苏联合职业技术学院 南京工程分院毕业设计- 21 - 姓 名： 学 号： 4 0 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 设计题目： 三菱PLC在分拣系统中的应用 指导教师： 2012 年 01 月 摘要： 随着时代的发展，冶金粉末压制成型机压制的产品精度也越来越高，于是人工取件就不能满足精度的要求。在冶金压制生产和其他领域内，由于工作的需要，人工操作时有可能使产品的精度变差、损坏。随之工业自动化分拣传送带诞生了。其电气方面有步进电机、可编程控制器、电磁阀等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术等，是机电一体化的典型代表设备之一。本文介绍的分拣传送带系统是由接近开关将位置信号传给PLC主机；电磁阀控制气阀的开关来控制电子秤和分拣气缸四部分组成。从而实现传送带精确运动的功能对流水线作业进行精确分捡。关键词：可编程控制器 接近开关 电子秤 气缸 目录第一章 冶金粉末压制成型机的简介.1第二章 可编程控制器（PLC）的介绍.22.1 PLC的发展历程.22.2 PLC的结构.22.3 CPU的构成.22.4 I/O的模块.32.5 电源模块.32.6 底板或机架.32.7 PLC的其它设备.3第三章 分拣系统的开发.53.1 传送带分拣系统的设计要求.53.2 传送带分拣系统简介.53.3 I/O分配.53.4 PLC接线示意图.6第四章 PLC程序.74.1 PLC梯形图.74.2 PLC指令表.124.3 程序检查.17结论.18致谢.19参考文献.20第一章 冶金粉末压制成型机的简介随着科技的发展，轻重工业发展也越来越快。因为轻重需要大批合金零件，所以冶金行业业发展起来。同时，也就有了冶金设备行业。下面我将在这里介绍一种冶金设备金属粉末压机。金属粉末压机是一种将金属粉末通过强压压制成各种形状的机械设备。根据提供压力的方式可以分主要为：液压机、气压机和机械压机三种。下面我主要讲的是机械压机：机械压机是通过压机设备上的偏心轮运行来提供压力。机械压机主要分为四个部分：气供箱、润滑部分、主机械部分、配电箱。气供箱主要由气源、气饱、电磁阀和气缸组成，对压机进行压制辅助动作；润滑部分由润滑电机和润滑油管组成，对压机进行润滑和降温作用；配电箱由电气元件和各种电缆线组成，控制压机的运行。主压机部分由偏心轮、模架、模具等机械零件组成，来完成整个压制过程。机械压机压制过程可分为预压、同步压、顶压三个步骤。预压是在压制过程中预加载气缸作用，使上冲头对产品进行从上往下的初步压制，使产品地上部和下部的密度变大；同步压是在预压后进行上冲头和凹模的同时向下运行的压制，在压制过程中可以使产品中部的密度变大；顶压是再同步压之后，凹模停止运行，上冲继续下压让产品密度变大。在以前，压机的取产品时，都是有人工拾取。不仅效率慢、产品进度低，而且据有危险性造成人员伤亡。随着社会的进步，机器手取件成为新的发张趋势。机器手取件不仅效率高而且大大提高了产品的精度，工作人员也不会因此受伤。伴随机械手的是自动同步传送带。同步传送带一般分为两种类型;一种是单层传送带，一种是双层传送带。单层传送带是指放盘（放置产品的舟皿托盘，但本项目没有舟皿托盘）和取盘在传送带的两端；双层传送带是指传送带分为上下两层，放盘和取盘在传送带的同一侧。由于传送带不带有分拣功能，所以还需工作人员将次品进行人工处理。本文将通过运用可编程控制器的运用对传送带进行改进设计，使其具有分拣功能，从而再次提高工作效率。 第二章 可编程控制器（PLC）的介绍1、PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 2、PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 3、CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 4、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 5、电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 6、底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 7、PLC系统的其它设备 （1）、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 （2）、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 （3）、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 （4）、PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。 第三章 分拣系统的开发1 传送带分拣系统的设计要求 以前传送带分拣系统不在传送带上，造成了机械手运行时运行距离变长，使生产速度慢、效率低。同时具有一定的危险性。而将分拣系统加入到传送带中将使机械手运行距离缩短，提高工作效率。2 机器人传送带分拣系统简介分拣系统是由两部分组成：第一部分，电子秤的称重读数；第二部分，重量的比较。首先是数据的传入。因为本次实验采用的电子秤在称重前进行激活。所以，在每次称重前都要将激活码P通过查表ASC码表（）转换成十六进制数H50传进电子秤。然后将CI、SJ依次传入电子秤，如果需要清零则要把T编写进去。然后是数据的读取。电子称的称重读数是由RS串行数据传送来编写完成。RSSMDN S是传送数据的起始装置（D100） M是传送数据的笔数（6） D是接受数据的起始装置（D120） N是接受数据的笔数（10）再然后是数据的计算。将读取的数据按照位置进行加乘除运算。得出的结果传到D409数字寄存器里面。重量的比较是通过ZCP区间比较指令来完成。将比较结果与三号传送带上的分拣气缸电磁阀串连在一起。从而来实现分拣功能。3 I/O配置根据以上分析和设计的要求，PLC的I/O分配如表3.1所示：表3.1 I/O分配表输入点输入信号输出点输出信号X0一号传送带前检测开关Y0一号传送带启动X1二号传送带前检测开关Y1二号传送带启动X2电子秤前检测开关Y2三号传送带启动X3三号传送带前检测开关Y3二号传送带上升X4三号传送带后检测开关Y4二号传送带下降X5二号传送带上升检测开关Y5分拣气缸伸出X6二号传送带下降检测开关Y6分拣气缸缩回X7分拣气缸伸出检测开关Y10运行指示X10分拣气缸缩回检测开关Y11停止指示X11备用X12一号传送带中检测开关X13启动X14停止X15急停 4 PLC接线示意图 图3.2 PLC接线示意第四章 PLC程序设计根据以上所有的分析和结论，写出状态流程图，如图4-1所示。图4-1 状态流程图1 PLC梯形图根据状态流程图PLC程序可以分为以下几个方面：（1）程序的启动、停止、急停。启动和停止采用的是软件互锁。停止和急停采用的是区间还原。具体梯形图如图4-2所示图4-2（2）启动检查。启动时检查升降气缸和分拣气缸是否在原点位置。如果不在，气缸供气，位置复位。如果在程序继续运行。具体梯形图如图4-3所示图4-3（3）一号和二号传送带的运行。其中一号传送带包括一个自检系统，以为当二号传送带称重时。一号传送带必须停止工作。所以计数器C1起到一个通过数量检测功能。具体梯形图如图4-4所示 图4-5（4）三号传送带包括分拣气缸。分拣气缸在得到PLC的指令后，进行分拣动作。具体梯形图如图4-6所示 图4-6（5）电子秤数据的读取。运用RS串行数据传送对数据进行采集。才进完成后，在通过四则运算将重量算出。并且将数据传送到D413进行数据的比较。具体梯形图如图4-7所示图4-7（6）用辅助继电器代替Y输出是防止在以后如果输出点出现问题，在修改时可以很方便的进行修改，而且不会出现漏该现象.具体梯形图如图4-8所示图4-8（7）程序结束，图4-9图4-92 PLC指令表3 程序的检查将编制好的程序输入到PLC，先进行模拟调试，然后再进行实机调试。在模拟调试时，实际的输入元件和输出元件一般都不接，通常在电脑软件上进行过强制性模拟输入，而输出可以通过输出端发光二极管来判断，程序是否能正常运行，所以必须考虑各种可能的情况，要对控制系统的工艺流程进行测试，发现问题及时修正。结论 1 PLC控制系统设计的注意事项（1）PLC的选项应根据系统的大小与难易开发周期的长短以资源的情况合理选购PLC产品（2）PLC的电源部分PLC可靠工作是追求的目标之一。电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，是干扰进入PLC的主要途径之一。如有条件，可对PLC产用单独供电，以避免其他设备启停对PLC干扰（3）输入回路的设计（4）输出回路的设计（5）安装布线 2 PLC型号的选择 （1）输入输出点数的估算输入输出点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数在增加10%20%的课可扩展余量作为输入输出的点数估算数据。 （2）存储器容量的估算存储器容量是可编程控制器本身提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量 （3）控制功能的选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 致 谢 岁月如歌，光阴似箭，回首求学历程，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激。在论文完成过程之中，除了我自己的努力之外，也凝聚很多人的心血。在此，我要