机电一体化毕业设计（论文）-PLC物料分拣系统设计.doc

2008级毕业设计（论文）报告专业名称: 机电一体化 设计课题: 物料分拣系统设计 导师姓名: 学生姓名: 班 级: 学 号: 2011年11月25日毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目： 物料分拣系统设计 专业： 机电一体化 姓名： 毕业设计（论文）工作起止时间： 2010-11-252011-03-20 毕业设计（论文）的内容要求： 指导教师（签名）： 系主任： 年 月 日毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义通过本次的毕业设计，重在锻炼了自己理论与实际的结合能力.机电一体化产品与人们的日常生活密切相关，步进电机由于结构简单、控制维护方便、机电一体化技术被广泛地应用于各种机电产品中，通过收集设计资料与设计依据，有关数据的整理，方案的比较确定，以及说明书的撰写等有关过程深化和综合了基础课、专业课，初步了解机电一体化技术的概念，熟悉PLC系统在机电一体化技术的应用，深入进行与本专业相关的基本训练，培养分析问题与解决问题的能力。通过这次设计，深入了解了本专业的主要课程，从而巩固了所学的专业基础知识，并培养了独立思考的能力，更有助于我们提高理论知识的学习与掌握，更进一步提高机电一体化技术的应用，在设计过程中尽可能联系实际使设计达到技术，操作的合理性，此外还能培养我们的协作精神，树立高度的工作责任感，从而更快适应工作，为以后的工作打下基础。 通过本次设计使我对所学的专业知识有了更深的认识，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的自学能力得到了提高，经验得到了丰富。二、课题设计（论文）提纲 1.可编程控制器的定义及其工作原理。 2.分拣系统的硬件结构及其工作过程。 3.分拣系统的设备选型。 4.分拣系统的电路及其PLC程序的设计。 5.组态技术的概述。 6.组态控制画面的设计。 7.组态参数的设定。 8.结束语。三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排思路方法：利用网上模拟，搜集各种资料，组织论文进度安排：第一周：弄清该设计的工作原理，选题方案，对比各种方案，选择合适的方案。第二、三周：在网上和书上搜集各种资料。第四周：写出论文的整体提纲。第五周：写毕业论文。第六周：毕业答辩四、课题设计（论文）参考文献；1.袁秀英。组态控制技术，北京：电子工业出版社。2003.8。2.张万忠、周渊深。可编程控制器应用技术，北京：化学工业出版社。2001.4。3. 使用手册三菱系列微型可编程控制器。1999.11。4.常斗南。可编程控制器，北京：机械工业出版社。1998.7。5.TVT-99系列教学实物模型使用说明书。1999.11。6.静音空气压缩机使用说明书。2007.11。7.杨永平。液压与气动技术基础，北京：化学工业出版社。2001.4。8.郝芸。传感器原理与应用，北京：电子工业出版社。2000.5。9.吴丛，蒲钟佑。液压与气动，北京：北京理工大学出版社。1994.12。10.吴志强 鲁晓春。物流设施与设备，北京：清华大学出版社北京交通大学出版社。2005。11.SWOD5CFXTRNBEGC用户手册,2003.3。12.柳贵国。检测技术及应用，北京：电子工业出版社。2006.6。毕业设计（论文）指导教师意见书系别： 填表日期： 年 月 日学生姓名李瑞华学号20082340250班级机电一体化2班设计（论文）题目基于PLC的物料分拣系统设计意 见： 指导教师职称工作单位毕业设计（论文）答辩委员会评语系别： 填表日期： 年 月 日学生姓名李瑞华学号20082340250班级机电一体化2班设计（论文）题目基于PLC的物料分拣系统设计答辩成绩毕业设计（论文）答辩委员会评语毕业设计（论文）答辩委员会成员签字姓 名职 称工作单位签 字山东华宇职业技术学院毕业设计(论文)答辩记录表系： 答辩日期： 年 月 日学生姓名李瑞华专 业机电一体化班 级亚太班学 号20082340250毕业设计(论文)题目物料分拣系统设计指导教师 一、答辩委员会组成答辩委员会主任：委 员：二、答辩会议记录摘要三、答辩委员会评语（学生毕业设计(论文)质量与水平、分析论证能力、综合应用能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计(论文)水平及建议等）四、学生毕业设计（论文）成绩评定(1) 指导教师评定成绩： _分2) 答辩委员会评定成绩： _分(3) 综合评定毕业设计(论文)成绩(五级制)： _答辩委员会主任 (签名) ：记录人：(签名) 年 月 日备注：2010年11月25日目 录摘 要- 3 -引言- 4 -第1章 可编程控制器- 6 -1.1 PLC的发展历史- 6 -1.2 PLC的定义和特点- 7 -1.3 PLC基本结构和工作原理- 9 -第2章 设备选型及硬件电路的设计- 12 -2.1 材料分拣系统的主要硬件结构及工作过程- 12 -2.2材料分拣系统的整个工作过程- 16 -2.3 材料分拣系统各设备的选型- 16 -2.4 梯形图- 23 -第4章 材料分拣系统组态监控画面及参数设置- 24 -4.1组态技术概述- 24 -4.2组态控制技术相对于传统计算机控制技术的优点- 25 -4.3 组态控制画面的设计- 26 -4.4组态控制参数与通讯参数的设定- 27 -结束语- 32 -致 谢- 33 -参 考 文 献- 34 -附 录：- 35 -摘 要自动分拣控制系统广泛应用于社会各行各业，如：物流配送中心、邮局、采矿、港口、码头、仓库该控制系统的应用可以大大提高企事业单位该环节的生产效率。 本文作者通过查阅大量资料，对自动分拣系统及其相关的技术发展、现状和趋势作了一个比较全面的总结。在熟悉了自动分拣系统的原理的基础上，根据一定的分拣要求以三菱PLC为控制核心，Mcgs组态软件为监控软件，设计出材料分拣控制系统。该材料分拣系统以PLC为主控制器,结合气动装置、传感器技术、组态监控等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、分拣精度高、易控制的特点,对不同的分拣对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键词：材料分拣 三菱PLC 引言 自动分拣是指货物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。自动分拣系统的规模和能力已有很大的发展，目前大型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。 从分拣技术水平上说，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1970-1985年共有338台自动分拣机投入运行，其中58.32%用于储运业，17.15%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。自动分拣机最先在邮政部门开始应用，大量的信件和邮包要在极端的时间内正确分拣，非凭借高度自动化的分拣措施不可。此后，运输企业、配送中心、通讯出版部门、烟草部门、出版行业、食品化工、造纸业、化工业、机械制造以及各类工业企业亦相继应用。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（JUST-IN-TIME，简称JIT)。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分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、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。第1章 可编程控制器1.1 PLC的发展历史在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。但随着工业的发展，继电器接触器控制已不能满足人们的要求。 为了解决这一问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM公司)，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，就提出要用一种新型的控制装置取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做出了具体设想。要把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。 美国数字设备公司(DEC)根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。 在20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器虽然引入了计算机的优点，但实际上只称为PLC(Programmable Logical Controller)。随着微处理器技术的发展，20世纪70年代末至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊功能，使得可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造协会(NEMA)将可编程序控制器命名为PC(Programmable Controller)，但人们习惯上将之仍称为PLC，以便与个人计算机PC(Personal Computer)相区别。80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术韵迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 1.2 PLC的定义和特点 PLC的发展初期，不同的开发制造商对PLC有不同的定义。为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会(IEC)于1985年1月制定了PLC的标准，并给它作了如下定义：可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，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的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。 它的一些性能与继电器相比具有以下特点：1可靠性高 可靠性包括产品的有效性和可维修性。可编程控制器的可靠性高，表现在下列几个方面： a)可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高。 b)可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复等。c)可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 d)可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。 2操作性高 a)操作方便：对PLC的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改操作。现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。 b)编程方面：PLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。 c)维修方便：PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，提高了效率。 3灵活性好 a)编程的灵活性：PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。 b)扩展的灵活性：PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出模块增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。c)操作的灵活性：操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。 4可实现机电一体化 为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，CAD/CAM）之一。 可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。1.3 PLC基本结构和工作原理 基本结构目前，可编程序控制器的产品很多，不同厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC，其结构各不相同，但就其基本组成和基本工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。实际上可编程序控制器就是一种新型的工业控制计算机。PLC硬件系统的基本结构框如下图所示 PLC硬件系统结构框图1 中央处理器（CPU）中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作任务等。2 存储器 存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。可编程序控制器配有两种存储器，即系统存储器(EPROM)和用户存储器(RAM)。 3 输入输出接口输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。 输入口用来接收生产过程的各种参数，输出口用来送出可编程控制器的运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输人、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入、输出。 下面通过开关量输入、输出模块来说明I/O模块与CPU的连接方式。 (1)开关量输入模块 开关量输人设备是各种开关、按钮、传感器等，其信号可能是交流电压(110 V或 220 V)，直流电压(1224 V)等。因此，输入模块要能将生产现场的信号转换成CPU能接收的TTL标准电平的数字量信号。对于开关量中交流输入模块的工作原理，只是在输人端先通过整流将交流输入信号变成直流信号，其他与开关量直流输入模块工作原理相同。 (2)开关量输出模块 输出模块的作用是将CPU执行用户程序所输出的TTL电平的控制信号转化为生产现场所需的，能驱动特定设备的信号，以驱动执行机构的动作。 通常开关量输出模块有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。继电器输出可接直流或交流负载，晶体管输出属直流输出，只能接直流负载。当开关量输出的频率低于1000 Hz，一般选用继电器输出模块。当开关量输出的频率大于1 000 Hz，一般选用晶体管输出。而双向晶闸管输出属交流输出。对于继电器输出型，CPU输出时接通或断开继电器的线圈，继电器的触点闭合或断开，通过继电器触点控制外电路的通断。对于晶体管输出型，则是通过光电耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路。对于晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管。4 电源可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。5 外部设备 编程器是PLC的重要外部设备，利用编程器可将用户程序送人PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。编程器从结构上可分为以下三种类型。(1)简易编程器(2)图形编程器(3)通用计算机编程。基本工作原理 我们已经知道PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键人到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。 PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行(RUN)切换到停止(STOP)状态。我们把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输入、输出信号的处理与微型计算机不同。微型计算机对输入、输出信号实时处理，而PLC对输入、输出信号是集中批处理。下面我们具体介绍PLC的扫描工作过程。 PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。 1)输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读人到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输人端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。 2)程序执行 PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输人映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。 3)输出刷新 在执行到END指令，即执行完了用户的所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。PLC扫描过程示意图如下图所示。PLC扫描过程示意图PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作，在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，PLC与其他的带微处理器的智能装置实现通信。第2章 设备选型及硬件电路的设计2.1 材料分拣系统的主要硬件结构及工作过程该系统采用台式结构，内置电源，设置的转接面板上设计了可与PLC连接的转接口。其外形结构、各传感器、气缸等位置见图材料分拣系统的主要结构图材料分拣系统的各部分的结构如下：1、操作面板2、单向感应电动机 3、 三菱PLC5、内置电源6、传送带7、挡板8、 放料库9、10、11、12、13、先导式电磁换向阀14、16、18、21、23、气缸回位限位开关（磁感应开关）15、17、19、20、22、气缸动作限位开关（磁感应开关）24、电容传感器 SB（检测非金属）25、颜色传感器 SC（检测颜色）26、电感传感器 SA（检测金属材料）28、29、30、导料轨道32、顶料缸33、推料缸134、推料缸235、推料缸336、推料缸4材料分拣系统各结构的功能：放料库(图6中的8)是一个材料自动出库的装置，底部有一个光电传感器。使用时可先人为地将材料放入料库中时，此时光电传感器检测到料块时系统开始运行。当系统运行时，启动传送带（图6中的6）并由出料气缸（图6中的36）将料库内底层材料推入传送带。传送带是由单向感应电机(图6中的2)驱动的皮带式输送装置。为了防止气缸的压力过大而导致材料被打飞，所以在出料口加了挡板（图6中的7）。自动分拣部分由传感器（图6中的24、25、26）、先导式电磁换向阀（图6中的9、10、11、12）、气缸（图6中的32、33、34、35）及导料轨道（图6中的28、29、30）组成。当传感器检测到相应料块时，对应的先导式电磁换向阀动作驱动气缸动作将其推人应去的滑道。例如：当电感传感器感应到铁块时，气缸（图6中的32）动作，将铁块上面的物料顶住，气缸36动作将物料推到传送带上，当电感传感器检测到物料时，气缸33动作将物料推入导料轨道中（图6 中的30）。在气压传动系统中，组成气动回路是为了驱动用于各种不同目的机械装置，其最重要的三个控制内容是：力的大小、运动的方向和运动的速度。与生产装置相连接的各种类型的气缸，靠压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制，正是利用它们组成了各种气动控制回路。材料分拣系统选用的是方向控制阀中的先导式电磁换向阀。气动换向阀是利用电磁力的作用来实现阀的换向的。主要有电磁部分和主阀两部分组成，按照控制方式的不同可以分为直动式和先导式。先导式电磁换向阀首先由直动式电磁阀（先导阀）提供控制气压，再去控制主阀（气控阀）阀芯的运动，实现主阀的换向。因为这种阀的输出流量较大，故常作为控制气缸的主控阀。当传感器感应到有材料通过时，输出一个信号，这个信号通过PLC实现对先导式电磁换向阀的控制，先导式电磁换向阀又控制相对应的气缸来弹出材料到导料轨道。 每个气缸上都有两个磁感应开关，它们是有开关量输入输出的传感器。分别作为气缸动作限位开关和气缸回位限位开关。电感传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在传感器的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。当气缸动作时动作限位开关断开，气缸快速弹出，此时先导式电磁阀复位，当气压太大时而气缸没有复位时气缸复位限位开关感应动作从而关闭先导式电磁阀从而起到保护气缸的作用。 导料轨道（图6中的28、29、30、）主要作用是当气缸推出材料时导出材料。 转接板上有相对应的指示灯，用于指示各个输入输出信号的指示以便于我们进一步控制。电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统用该器件来检测金属材料。电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关。它的测量头通常是构成电容器的一个极板,而另一个极板是待测物体的本身。当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。由此，便可控制开关的接通和关断。本装置中电容传感器是用于检测非金属材料。颜色传感器同样也属于具有开关量输出的位置传感器。它是在Si等多数光电二极管之前，分别放置R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色的彩色滤光器，以便处理各自的输出信号并识别彩色的方法。材料分拣系统采用它主要是用来识别白色的材料。 单向感应电动机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行。 控制器采用三菱FX2N-32MR型PLC（图6中的3）。它接受放料库的光电传感器、各材料传感器、先导式电磁换向阀、单向感应电动机、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁阀动作。内置电源（图6中的5 ）可以将220交流电转换成24伏的直流电供给各个传感器与气阀以及转接板上的各个指示灯，同时也为单向感应电动机提供稳定的220伏电压。本系统共设置了三个检测材料的传感器，同时预留了一个空余的气阀与气缸用来添加其它的传感器。用户可以根据自己的需求选择相应的传感器安装即可。2.2材料分拣系统的整个工作过程 该课题是基于区分材料的材质的不同而设计的材料分拣系统，主要是实现对金属、非金属和白色的材料的自动分拣。具体控制过程为:(1)接通电源，按下启动开关，系统进入启动状态。(2)系统启动后，下料传感器(光电传感装置)检测到料库里有材料时，电机带动传送带运动。顶料气缸（图6中32）动作顶住上面的物料，推料缸（图6中36）将物料推到传送带上，物料开始在传送带上运行。然后推料缸回位，顶料缸在回位。如果下料传感器没有感应到材料，传送带不运行。(3)当电感传感器检测到铁质材料时，推料缸1将物料推入导料轨道30中。(4) 当颜色检测传感器检测到材料为白色时，颜色出料气缸动作将被检测到的物料推入导料轨道29中。 (5)当电容传感器检测到非金属材料时，非金属气缸动作将待测物体推入导料轨道28中。 （6）当料库无材料时，传送带须继续运行一个行程后自动停机。2.3 材料分拣系统各设备的选型 三菱PLC的选型： 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12个，均为开关量。输出信号有5个，其中一个控制电动机，剩下的控制气阀，也都是开关量。根据分拣系统的需要配置出I/O对应功能，列表如下：三菱PLC(I/O)功能输入部分X000SB1启动X001SB2复位X002推料缸后盖限位X003推料缸前盖限位X004顶料缸前盖限位X005光电开关X006第一分料缸前盖限位X007第二分料缸前盖限位X010第三分料缸前盖限位X011颜色的检测X012金属的检测X013非金属的检测输出部分Y000推料缸动作Y001顶料缸动作Y002直流电动机工作Y003第一分料缸工作Y004第二分料缸工作Y005第三分料缸工作Y006指示灯表1：材料分拣系统的I/O列表根据PLC选型的要求，在实际统计的输入/输出点数的基础上需有15%-20% 的备用量，因此选择三菱FX2N32MR的PLC作为主机，它可以满足本系统的需求，且还有一定的剩余I/O以备将来的扩展。控制元件是用来调节压缩空气的压力、流量和控制其流动方向，使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。气动控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。1、压力控制阀调节和控制压力大小的气动元件称为压力控制阀。它包括调压阀、溢流阀、顺序阀及多功能组合阀。调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳定的压力控制阀。溢流阀是在回路中的压力达到阀的规定值时，使部分气体从排气侧排出，以保持回路内的压力在规定值的阀。调速阀是根据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀。调速阀一般用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。调速阀根据“串联减压式”和“并联溢流式”，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型。本设计选用串联减压式调速阀。2、方向控制阀方向控制阀是改变压缩空气流动方向和气流通断状态，使气动执行元件的动作或状态发生变换的控制阀，其通常可分为单向型控制阀和换向型控制阀两类。(1) 单向型控制阀单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀，是最简单的单向型方向阀。在气动系统中，单向阀除单独使用之外，经常与流量阀、换向阀和压力阀组合成只能单向控制的阀。单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成。单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。当流体正向流动时，其节流过程与调速阀是一样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。当正向流动时，经过节流阀节流。当反向流动时，单向阀打开，不节流。(2) 换向型控制阀 换向型方向控制阀按控制方式分类，分为气压控制、电磁控制、人力控制。换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变流体方向的阀。它的用途很广，种类也很多。换向阀的性能的主要要求是：（1）油液流经换向阀时的压力损失小；（2）互不相通的油口间的泄漏小；（3）换向可靠、迅速且平稳无冲击。按换向阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。按工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀、三位五通阀等。本设计选用三位四通电磁换向阀理由如下：(1) 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。(2) 当三位四通电磁换向阀两端电磁铁都断电时，阀芯处于中位，各口互不相通。使用三位四通电磁换向阀能够快速实现气缸的正反向运动。气动装置选型气源选择FB0.048/7静音空气压缩机，该空气压缩机具有噪音低、性能稳定、工作安全可靠的特点 ，适合于材料分拣系统的要求。它的技术参数如下：FB0.048/7静音空气压缩机 功率KW压力MPa排气量L/min转速r.p.m噪音dB(A)储气罐容积L重量Kg外形尺寸cm0.550.748280045153240x40x58调压阀、油雾器与气压指示表综合于一体，该部分选用SANWO（三和）SAW2000型号的产品。空气滤器选用SANWO（三和） SAL2000型号的产品。调压阀、油雾器、气压指示表、空气滤器也综合于一体。该套产品质量可靠，性能稳定、体积紧凑，适合使用。气阀选用SANWO（三和）SVK0120型号的先导式电磁换向阀。采用它的优点：（1）外漏堵绝，内漏易控，使用安全。（2）系统简单，便接电脑，价格低廉。（3）动作快递，功率微小，外形轻巧。该电磁阀的线圈为DC24伏，2.5瓦的线圈，电源来自分拣系统的内置电源，内置电源通过将220伏转化为24伏电压而来。它的技术参数如下表：SANWO（三和） SVK0120先导式电磁换向阀接电方式（G）出线式标准电源交流：110v,220v（50hz） 直流：24V绝缘及保护额定电压的-10%+10%功率交流启动：5.6VA 持续：3.4VA直流2.5W气缸采用SANWO（三和）SCDJB10-45S型号的产品，该产品与气阀的型号相配套，性能优越。传感器的选型传感器的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能够对不同的物体进行识别，本系统采用颜色传感器，根据不同物料有不同的颜色，可以针对一种颜色的物料进行拣出。 目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型：（1）色标传感器，它使用一个白炽灯光源或单色LED光源；（2）RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测物体的对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。这类装置许多是温反射型、光束型、光纤型的，封装在各种金属和聚碳酸脂外壳中。典型的输出有：NPN和PNP、继电器和模拟输出。 1、颜色传感器的类型比较: (1)光到光电流转换器 光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成，将光转换成光电流。可以使用外部电路，将光电流转换成一定比例的电压输出，然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式，输送到微控制器中。 优点： 设计灵活。可以针对各个应用订制放大器的增益和带宽及模拟数字转换器的速度和分辨率。缺点： 增加了组装成本，提高了设计复杂程度，光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。 (2)光到模拟电压转换器 光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成，并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路，将模拟电压转换成数字输出，然后才能输送到数字信号处理器。 优点：简化外设电路设计，改善空间利用效率，降低组装成本。 缺点：响应时间预先由内置电流到电压转换器确定，如跨阻抗放大器，要求额外的模拟数字转换器，将电压输出转换成数字格式，光到模拟电压转换器适合要求设计周期较短、产品开发周期更快、光线条件和空间利用率设计精良的应用。(3)光到数字电压转换器光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路，如2线串行接口，以进一步处理信号，而不需额外的器件。优点： 提供抗噪声干扰能力，简化外围电路设计，改善空间利用率，降低组装成本 。缺点： 只通过2线串行接口模块提供到微控制器或PC的直接接口，响应时间由内置模拟电路和数字电路预先确定，预先确定模拟数字转换分辨率，光到数字转换器适合要求抗噪声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间利用率设计精良的应用。 2、传感器选择根据前面的介绍和比较，为了便于PCL控制程序的编写，利于公司企业的经济效益，综合其各种情况，在本设计，选择RGB颜色传感器着为识别物料颜色的装置，继电器输出方式，便于PLC控制系统的简单化，控制系统更容易实现。电动机与内置电源的选型： 电机选择LINIX的单向感应电动机，它具有功率效率高、功率消耗低、更低的噪声以及在应用中更易控制的优点。型号为YN606 ，技术参数如下：LINIX YN606型单向感应电动机功率W电压V频率HZ电流A极数P启动转矩mN.M(g.cm)额定转矩mN.M(g.cm)额定转速R/mim电容F/VAC6220500.15439(400)4713801/450内置电源为DADONG MD35-34型号的电源，具有易散热，工作性能稳定的特点。 技术参数如下：DADONG MD3534型号的电源输入电压AC220伏 15%输出电压DC24伏材料分拣系统的控制流程图：由分拣系统的分拣要求画出控制系统的程序流程图如下图：否否否否是否否否是是是是否无开 始有无材料YV5是否归位传送带运行气缸动作传送带运行传送带停止运行SA是否检测材料气缸动作是否复位SC是否检测材料SB是否检测材料自动循环周期开始周期是否结束传送带停止运行气缸YV2动作气缸YV3动作气缸YV4动作气缸动作是否复位气缸动作是否复位气缸动作是否复位有 流程图详细的描述了材料分拣系统的工作过程，当电源得电时，即流程图开始的时刻，整个系统开始运行。首先由光电传感器判断有无材料，没有材料时系统直接进入一个循环周期，周期时间到的时候系统停止运行。当有材料时，程序判断YV5是否复位，当它没有复位时传输带不运行，复位时，传输带自动运行且气缸自动将材料打出，并每隔一定时间打一次。在气缸将材料送至传送带的过程中，传送带运行停止，当气缸复位时传送带正常运行。材料随着传送带的运行而前进，遇到传感器相对应的传感器时，传感器给PLC发出信号，同时PLC给对应的气阀发出信号，于是同组的气缸开始动作打出材料。如果气缸没有复位则传送带就停止运行。这就是整个程序的流程。2.4 梯形图根据分拣系统的要求设计出梯形图，梯形图的部分程序如下：图10 材料分拣系统的部分梯形图 程序的下载 当程序设计好之后必须下载到PLC中才可以运行系统，下载时使用的是三菱PLC专用的编程电缆SC09。这根电缆的一端是接电脑的RS232串口，一端接在PLC的RS422通讯串口上。当电缆接好之后，打开GX Developer Version7软件，进入要下载的文件。先转换文件，然后选择菜单栏里的“在线”选择“写入”，便可以下载程序到PLC中。如下图所示：第4章 材料分拣系统组态监控画面及参数设置4.1组态技术概述组态控制技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机控制系统在结构上没有本质的区别，它们都是由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构几部分