毕业设计（论文）-材料分拣装置的控制与监视.docx

本科毕业论文全套图纸加扣 3012250582题 目： 材料分拣装置的控制与监视 学 院： 自动化与电气工程学院 专 业： 自动化 姓 名： 指导教师： 2018年5月7日青岛大学本科毕业论文（设计）任务书论文（设计）题 目材料分拣装置的控制与监视学 院自动化与电气工程学院专 业学生姓名学 号选题来源教师科研课题（ ）；生产、工程或社会实践课题（ ）学生自拟课题（ ）；师生共同拟定课题（ ）大学生创新创业训练项目（ ）； 学科竞赛 （ ）研究目标或设计构想： 本课题来自教师实际工程项目的提炼。结合实际工程项目的需求，采用西门子或者欧姆龙PLC实现对不同材料的分拣控制。研究内容或设计方案：1. 描述材料分拣装置的工作过程及控制要求；2. 对控制系统的整体架构进行说明；3. 绘制PLC系统配置图和I/O分配表等；4. 绘制系统程序流程图和程序结构图；5. 制作上位机监视画面；6. 程序说明及调试结果。研究方法或技术路线：（1） 搜集、整理、记录资料，制定总体方案；（2） 根据整体方案进行细化设计，算法与程序的编写、修改；（3） 硬件系统的电路图绘制；（4） 制作上位机监视画面；（5） 软硬件调试。进度安排：第1周第3周：搜集、整理、记录资料，制定总体方案，完成开题报告和论文目录；第4周第5周：方案整体的细化设计，算法与程序的编写、修改；第6周第10周：硬件系统的电路图绘制与电控柜的接线；制作画面；第11周第13周：软硬件调试，撰写毕业设计大纲；第14周第15周：撰写毕业设计，准备答辩论文起止时间：2018年 3月5日2018年 5月 17日学生（签名）：指导教师（签名）： 年 月 日教研室意见：教研室主任（签名）： 年 月 日材料分拣装置的控制与监视Monitoring and control system for material sorting device郑 重 声 明本人呈交的学位论文（设计），是在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文（设计）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文（设计）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文（设计）的知识产权归属于青岛大学。本人签名： 日期： 摘要随着现代工业控制的飞速发展，自动材料分拣系统凭借其高效率、高精度、低成本的优点在生产制造业得到了广泛的应用。为实现对材料分拣系统的控制，首先研究了其发展现状，并详细分析系统工作流程，提出了基于可编程控制器（PLC）结合启动技术、传感装置的方案设计。根据工作原理和硬件配置，依次进行系统的硬件和软件设计。硬件方面对电动机类型和三种传感器进行原理分析并选择合适的PLC型号。软件方面根据工作流程设计程序框图，使用STEP7进行梯形图的编程，对梯形图进行详细阐述。为实现分拣系统运行状态的监控，利用WinCC软件制作了上位机监控画面。最后，通过系统的硬件与软件调试，验证了设计的可行性。关键词 可编程控制器 材料分拣 传感器 气动技术 控制系统ABSTRACTWith the rapid development of modern industrial control, automatic material sorting system has been widely used in the manufacturing industry due to its advantages of high efficiency, high precision, and low cost. In order to realize the control of the material sorting system, the development status of the material sorting system was first studied, and the workflow of the system was analyzed in detail. The program design based on programmable logic controller (PLC) combined with start-up technology and sensor devices was proposed. According to the working principle and hardware configuration, the system hardware and software are designed in turn. The hardware analyzes the principle of the motor type and the three sensors and selects the appropriate PLC model. The software design the block diagram according to the work flow, use STEP7 to carry on the ladder diagram programming, explained the ladder diagram in detail. In order to realize the monitoring of the sorting systems running status, the upper computer monitoring screen was made using WinCC software. Finally, through the system hardware and software debugging, the feasibility of the design was verified.Keywords:PLC;material sorting;sensor;pneumatics;control system目录第一章 绪论11.1 材料分拣装置的背景与意义11.2国内外研究现状11.3本文主要内容以及章节安排2第二章 装置结构及总体设计32.1材料分拣装置及其工作过程概述32.2材料分拣装置的基本功能42.3系统的控制要求5第三章 材料分拣装置的硬件设计53.1系统的硬件配置53.2系统关键技术73.2.1PLC的特点及工作方式73.2.2 PLC选型73.3检测与执行装置的选择83.3.1电感式识别传感器83.3.2电容式识别传感器83.3.3颜色识别传感器93.3.4光电传感器93.3.5气缸93.3.6电动机的选用10第四章 材料分拣装置的软件设计114.1西门子编程软件及梯形图概述114.2材料分拣系统的程序框图114.3材料分拣系统的I/O分配134.4材料分拣系统的梯形图设计134.4.1分拣系统的启动与自动停止134.4.2材料分拣系统的分拣功能144.4.3未被分拣料块的的处理154.4.5计数器C0和C1164.5 系统的监控画面设计17第五章 材料分拣系统的调试175.1硬件调试185.1.1电感式识别传感器的调试185.1.2电容式识别传感器的调试185.1.3颜色识别传感器的调试185.1.4出料气缸的调试185.1.5 材料分拣装置的装置接线185.2软件调试195.2.1 梯形图调试195.3现场问题20第六章 总结22谢辞23参考文献24第一章 绪论1.1 材料分拣装置的背景与意义随着经济社会的不断发展、现代工业生产自动化水平的不断增强，市场竞争越来越激烈的同时，企业对生产制造技术的要求也在不断提高。各个生产企业都迫切地需要提高生产效率，改进生产技术，增强企业竞争力。对于某些需要进行材料分拣的行业，以往仅靠人力来分拣，生产效率低下，人力物力成本高昂，使得任务变得十分艰巨1。在企业之间的竞争也逐渐进入白热化的环境下，若再采用传统的人工分拣方式，将会无法应对当代市场的重重挑战。因此，材料分拣技术已成为工业自动化生产线中一个必不可少的环节，也成为了现代化企业的唯一选择。材料分拣系统在人工成本越来越高的情况下，为整个社会的经济增长减轻了负担，在许多生产制造业实现了由人工到自动化的进步，还有着以往的分拣方式不具有的高效率、高精度等优点。目前，越来越多的企业为提高生产效率、减少人力成本，采用自动材料分拣技术作为第三种利润方式2。现代社会要求生产制造业能够迅速对市场需求做出反馈，生产出大批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品3。而传统的继电器控制系统已经不能满足生产需要，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）应运而生。PLC具有极高的可靠性和灵活性，实用性强、型号丰富、功能强大、使用简单，成为工业自动控制的首要选择之一。因此，在众多的工业生产领域中，对不同的材料进行分拣，就由传统的继电器接触控制转变为PLC控制，使生产过程更加个性化、集约化。自动材料分拣技术已经成为我国分拣领域中主要的发展趋向，正顺应了现代工业控制的发展潮流。1.2国内外研究现状自动分拣系统是第二次世界大战后在美国、日本的物料中心广泛采用的一种分拣系统。自动分拣系统的规模和能力已有很大的发展。近20年来，自动分拣系统在欧美、日本等国家和地区得到迅猛发展。自动化检测与分拣技术是通过各种传感检测装置判别出被测物料的颜色、属性、重量、体积等特性，自动识别各种物料的信息，再根据反馈至核心控制器的物料讯息通过执行器进行检测和分拣，随着现代先进计算机技术高速发展，自动化检测与分拣技术已经实现了高效率、高精确度、高智能化地进行物料的检测和分拣，并且广泛应用于物流行业、邮件分拣行业、烟草行业、纺织行业、汽车生产自动化生产线等。自动物料检测与分拣系统所涉及的技术领域是很广泛的。从1960年后，国外就已经着手开始该系统，其中雀巢公司的物料配送系统就是那个时期的典型自动化系统。70年代，随着物流行业的飞速发展，自动检测与分拣技术逐渐出现大众面前，各国将电气控制系统应用于自动检测与分拣技术当中，提高了物料分拣的效率，但由于自动分拣机刚刚起步，其性能不够稳定，准确度也不是很高。自动物料检测与分拣系统到了上世纪80年代有了迅猛的发展，该技术广泛应用于国外的医疗行业、汽车制造企业、物流连锁行业、化妆品制造行业等方面。目前，美国、德国、日本、英国等国家的自动化分拣技术走在国际先进行列。在我国，自动检测与分拣系统在上世纪90年代后得到迅速的发展，从引进国外先进的系统和技术，在通过自身的改良，形成了我国自主生产的多种型号的自动分拣机，主要应用于配送中心、邮政、机场、自动化生产线的子系统等行业中。目前来看，无论从应用领域还是各种自动检测与分拣机器的种类来说，要超越国外的先进制造技术还任重道远。可见，尽快研究出具有自主研发专利的、先进的自动化分拣机，可为我国企业成功实现高效益，更好的为经济建设服务打下坚实的基础。1.3本文主要内容以及章节安排本文从材料分拣装置的工作原理概述，到软硬件的设计过程以及软硬件调试过程作了详细描述。第1章为绪论。介绍了材料分拣装置的背景与意义以及论文的主要内容、章节安排。第2章为装置结构和总体设计概述。介绍了材料分拣装置的工作流程和系统的控制要求。第3章为系统的硬件设计部分。介绍了硬件设备的工作原理，完成PLC的选型。第4章为系统的软件设计部分。由工作流程画出系统程序框图，使用梯形图完成控制程序的设计，并对其部分程序作了注解。第5章为材料分拣系统的调试部分。依次进行了软件调试和硬件调试，分析现场问题出现的原因并解决，使系统可满足实验要求。第6章为总结。对论文中的研究工作做了总结。第二章 装置结构及总体设计材料分拣装置融合了PLC控制器、气动装置、传感器、位置控制等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型3。为按照控制要求完成系统的软硬件设计，需要对材料分拣系统的工作流程做详细分析，本章主要介绍装置的结构和系统的总体设计。2.1材料分拣装置及其工作过程概述在设计PLC控制系统之前，必须对材料分拣装置进行充分调查，以便熟悉材料分拣装置的工作流程以及工作特性，根据设备和分拣要求，确定控制的操作方法、应完成的动作。该装置采用架式结构，所配备的材料输入料槽为竖井式，材料输出料槽为滑板式。同时，使用输送带作传动装置，使用异步电机驱动，可实现传送装置快速启动或停止，针对不同材料进行分拣的三种传感器分别固定在输送带上方，料仓料块检测传感器置于输送带起始端一侧。整个控制系统由硬件部分、电气部件和气动部件三大部分构成。硬件部分包含传送带异步电机、输送带、底架、支座等部件；电气部分包含PLC、电感式识别传感器、电容式识别传感器、颜色识别传感器、手操盘、直流电源等部件；气动部分包含空气压缩机、电磁阀、气缸、气压指示器、气源过滤减压器等部件。材料分拣装置结构图如图2-1和图2-2所示。图2-1材料分拣装置图解(正面)1-输送带；2-输送带驱动电机；3-料块仓库；4-分类储存滑道；5-料仓料块检测传感器；6-电感式识别传感器；7-电容式识别传感器；8-颜色识别传感器；9-旋转编码器；10-过滤减压阀；11-手操盘；12-输入信号板；13-输出驱动板;14-底盘;15-直流电源图2-2材料分拣装置图解(俯视)16-气缸；17-气源过滤减压阀；18-电磁阀；19-继电器驱动板其工作过程是：设备通电后，系统进入运行状态。工作方式若选择手动，则需手动操作手操盘上的相应按钮实现料块的分拣工作。工作方式若选择自动，则PLC控制器根据料仓料块检测传感器所发出的反馈信号向出料气缸发出指令，无反馈信号时，系统运行一段时间后自动停止；当料槽内有物料时，电机启动，输送带随之运行，并且出料装置每次间隔一个设定好的时间进行出料。首先，料仓料块检测传感器将信号发送至PLC，PLC则控制下料气缸进行下料，经一定时间间隔后，下料气缸将物料推上输送带，该时间间隔可根据实际要求调整。物料在输送带上传送时，PLC中所设定的定时器开始运行。当银白色铁块运行至电感式识别传感器下方时，传感器发送信号至PLC控制器，由PLC控制一号电磁阀，进而控制铁分拣气缸，将料块推入一号储存滑道，并在极短的时间内使一号电磁阀复位，气缸恢复初始状态。同理，当电容式识别传感器和颜色识别传感器分别检测到黑色铝质料块和黄色塑料块时就会把相应物料推入对应储存滑道。当蓝色塑料块经过第四个滑道时，PLC根据定时器发出的信号发送给四号电磁阀，将物料推入四号储存滑道。当料仓料块传感器检测不到物料存在时，系统继续运行一段时间后，自动停止。2.2材料分拣装置的基本功能材料分拣装置应实现如下基本功能：（1）分拣出金属与非金属料块（2）分拣出某种颜色料块（3）分拣出金属中某种颜色料块（4）分拣出非金属中某种颜色料块（5）分拣出金属中某种颜色料块和非金属中某种颜色料块2.3系统的控制要求系统使用三种传感器对待分拣料块进行检测并根据传感器的反馈信号进行分拣，当料块经由出料装置推入输送带后，按照传感器的排列顺序接受检测。若料块被某种传感器识别，传感器则发送信号至PLC并由其控制对应气缸将料块送入储存滑道；否则料块随输送带按照排列顺序接受其它传感器的检测。该系统的控制要求有以下八个方面：（1）料仓有料块存在时，出料装置将料块推送到输送带上；（2）输送带驱动电机运行时可带动输送带上的料块前行；（3）气缸动作应有动作限位保护；（4）当电感式识别传感器检测到银白色铁料块时，控制电磁阀推动一号气缸，将料块推进一号储存滑道；（5）当电容式识别传感器检测到黑色铝料块时，控制电磁阀推动二号气缸，将料块推进二号储存滑道；（6）当颜色识别传感器检测到黄色塑料料块时，控制电磁阀推动三号气缸，将料块推进三号储存滑道；（7）当蓝色塑料料块到达四号气缸时，控制电磁阀推动四号气缸动作将其推进四号储存滑道；（8）当料仓无料块时，系统延时后自动停止运行。第三章 材料分拣装置的硬件设计材料分拣装置控制系统的硬件设计，要根据硬件配置和材料分拣系统的控制要求进行，以便确定系统所需要的输入与输出设备，完成PLC的选型和I/O点的分配4。3.1系统的硬件配置料块仓库、输送带、手操盘、自动分拣部件和PLC控制器共同组成了材料分拣装置。自动分拣部件包含三部分，由传感器、微型直线气缸及滑道组成。料块仓库是用作存储待分拣料块的部件，使用时将10个待检测料块手动放入其中，系统上电后，由出料装置推入输送带。待检测料块在被电机驱动的输送带的带动下依次匀速经过三个传感器进行检测。当传感器检测到对应料块时，经PLC将信号传送至电磁阀进而控制气缸将料块推入相应储存滑道；不符合分拣要求的料块则经PLC中的控制程序由四号出料气缸推入四号储存滑道。手操盘可以改变系统的工作方式，若采用手动方式，则可通过按钮控制输送带驱动电机和气缸的动作；若采用自动方式，则可实现系统的自动运行。PLC控制器可接收来自各传感器的信号，并发出信号控制出料装置和分拣装置，使得气缸推动料块进入所属储存滑道。系统的硬件结构框图如图3-1所示。PLC四号气缸三号气缸二号气缸一号气缸出料气缸输送带驱动电机颜色识别传感器电容式识别传感器电感式识别传感器料仓传感器空气压缩机图3-1 系统结构图系统的硬件配置情况如表3-1所示。表3-1 系统硬件配置表装置名称数量装置名称数量PLC1台驱动电机1台料仓料块传感器1个4种料块共12个电感式识别传感器1个气缸位置传感器5个电容式识别传感器1个24V稳压电源1台颜色识别传感器1个气压传动装置1套气缸5个手动操作盘1套3.2系统关键技术选择合适的PLC控制器对于整个系统设计是非常重要的，系统关键技术就是根据材料分拣装置的控制要求、输入输出点数以及实际状况选择PLC的型号并完成I/O分配工作。3.2.1PLC的特点及工作方式可编程控制器（PLC）以其丰富的型号、小巧的体积、强大的功能等特点深受人们的欢迎5，PLC随着功能的不断完善，在现代工业生产控制的不同领域发挥着越来越重要的作用，社会对其的需求也随之越来越急迫，是现代工业自动化控制中极其重要的一部分。当PLC运行时，是通过执行用户所编写的符合系统控制要求的程序来完成控制任务的 6。它按照循环扫描的工作方式执行程序，按从上到下、从左到右的顺序每次执行一个操作，逐个执行，逐条扫描。用此方式执行程序时，在没有跳转或中断的情况时，从第一步开始扫描，按用户程序存储的顺序，逐条执行，直到程序结束。结束一个扫描周期后，再次重复以上步骤，周而复始地运行。利用PLC内部各类计算器和定时器可准确实现所需的逻辑功能，而当生产工艺过程改变时，可通过软件编制程序随时修改程序来满足生产工作中的新需要。3.2.2 PLC选型根据本系统的硬件配置，输入有4个传感器信号，包括电感式识别传感器、电容式识别传感器、颜色识别传感器以及料仓料块检测传感器，装置控制方式为开关量控制。而输出包括5个控制气缸动作的电磁阀开关，和1个控制输送带驱动电机运行的开关。共需I/O点10个，其中4个输入，6个输出，所需I/O点数较少。故选择西门子的S7-200系列的CPU 224XP型PLC，该PLC包含14个输入点和10个输出点，可满足系统设计需求7。3.3检测与执行装置的选择3.3.1电感式识别传感器电感式识别传感器用以检测金属物体，在本设备中用来检测银白色铁质料块，其输出为开关量输出，可将信号反馈给PLC控制器。它由高频振荡电路和信号处理电路组成。金属物体接近感应磁罐时，会使其产生电磁场，进而在物体内部产生涡流，涡流会对感应磁罐施加一个反作用，可根据内部电路状态的改变判断下方料块是否为金属材质，进而控制开关的状态8。本系统选用PM18-08N型电感式接近开关，其主要参数如下：额定电流为100mA，额定电压为10-30V，反应频率为800Hz，检测距离为8mm。电感式识别传感器的工作原理图如图3-2所示。图3-2 电感式识别传感器工作原理图3.3.2电容式识别传感器电容识别传感器用来检测黑色铝质料块，其输出也为开关量输出，是一种接近式开关。电容传感器的一个极板是它的测量头，而另一个极板是待测物体本身8。当待测料块靠近传感器时，两个极板间的介电常数会产生变化，传感器内部的电路参数也会改变，进而控制开关量的状态。本系统选用CP18-30N型电容式接近开关，其主要参数如下：额定电流为0.15A，额定电压为10-30V，反应频率为100Hz，检测距离为20mm。其原理图如图3-3所示。图3-3 电容式识别传感器工作原理图3.3.3颜色识别传感器本系统选用的颜色识别传感器是OMRON公司的E3S-VS1E4型颜色传感器。由三原色原理可知，任何颜色都是由不同比例的三原色混合而成的。此颜色传感器可检测待分拣料块对三原色的反射比率，从而判断料块颜色9。在本系统中，颜色传感器用来检测黄色塑料块。其主要参数有：检测距离为30mm，消耗电流为40mA以下，电源电压为DC12-24V10%，使用周围照度为白炽灯3000lx、太阳光10000lx，耐电压为AC1000V、50/60Hz、1min。3.3.4光电传感器本系统中的料仓料块检测传感器即为光电传感器，用来检测料块仓库中有无料块，并发出信号至PLC，由PLC控制器控制出料装置完成出料。光电传感器使用光电原件作为检测元件，其检测的物体为所有能反射光线的料块，通过待分拣料块对光的反射状态检测物体的有无。光电传感器是一种将可见光转化为电量的传感器，可把光信号转换为电信号并传送至PLC控制器9。3.3.5气缸气缸是材料分拣系统中推动待分拣料块的气动执行机构，收电磁阀控制，可接受来自PLC控制器的信号执行对应动作。本系统选用QCDJ2B 10-60型轻型气缸，其主要参数有：缸径为10mm，标准行程为60mm，使用压力为0.06MPa-0.7MPa。气缸的构造图如图3-4所示，其详细规格如表3-2所示。图3-4 气缸构造图表3-2 气缸规格表3.3.6电动机的选用电动机为材料分拣系统中驱动输送带运行的装置。电动机分为直流电机和交流电机，交流电机又包含同步电机和异步电机两种11。本系统选用YN60-10型单相电容启动式异步电机。其主要参数有：额定功率为10W，磁极对数2，额定电压220V，额定频率50Hz，额定电流0.15A，启动转矩90mNm，额定转矩76.4mNm，额定转速1250r/min。第四章 材料分拣装置的软件设计在PLC控制系统的设计过程中，软件设计是重中之重，程序的设计应按照第二章中材料分拣装置的工艺流程进行。在编写程序之前，应结合实际现场情况对分拣系统的工艺流程进行研究，分析控制要求，设想运行时可能会出现的潜在问题，并设计应对措施。4.1西门子编程软件及梯形图概述本系统使用西门子S7-200的编程软件STEP 7- Micro/Win软件来编制PLC程序。此软件有以下基本功能：（1）硬件配置和参数设置（2）通讯组态（3）编程（4）测试（5）启动和维护（6）文件建档（7）运行和诊断功能STEP 7支持三种方式编程，分别是梯形图、功能块图和语句表，操作方式简单、易学，有着详细且全面的帮助功能。梯形图(LAD)是在国内使用最广泛PLC编程语言,它由继电接触器控制原理图演变而来12。梯形图的设计自然是PLC控制系统的设计过程中至关重要的一步，这就要求设计者熟练掌握梯形图的编写并且充分研究材料分拣装置的工艺流程。4.2材料分拣系统的程序框图根据控制要求及工艺流程，研究材料分拣装置的各个部件的分拣任务和控制需求，可画出程序框图。系统复位等待是否有料？延时后出料气缸动作并在0.2s后复位输送带驱动电机启动延时后电机停止是否有料？输送带是否运行？电感式识别传感器？一号出料气缸动作并在0.2s后复位电容式识别传感器？二号出料气缸动作并在0.2s后复位颜色识别传感器？三号出料气缸动作并在0.2s后复位启动定时器四号出料气缸动作并在0.2s后复位否否是是是是是否否否否是图4-1 材料分拣系统程序框图材料分拣系统流程介绍：系统上电后，系统进入运行状态。选择开关若置于“手动”档，则需手动操作手操盘上的相应按钮实现料块的分拣工作。选择开关若置于“自动”档，则PLC控制器根据料仓料块检测传感器所发出的反馈信号向出料气缸发出指令，无反馈信号时，系统运行一段时间后自动停止；当料槽内有物料，发出反馈信号时，电机启动，输送带随之运行，并且出料装置每次间隔一个设定好的时间进行出料。此后，三种传感器依次检测相应的带分拣料块，通过分拣装置将不同料块推入对应的储存滑道。当蓝色塑料块经过第四个滑道时，PLC控制器根据所设定定时器发出的信号控制四号出料气缸，将物料推入四号储存滑道。当料槽内物料全部送出时，系统继续运行一段时间后，自动停止。4.3材料分拣系统的I/O分配根据第三章中所选择的PLC型号，为满足材料分拣系统的控制要求，该装置包含的4个传感器需要4个输入点，5个气缸驱动电磁阀和1个输送带驱动电机开关共需要6个输出点。西门子公司的S7-200系列CPU 224XP型的PLC分别有14个输入点和10个输出点，满足系统的设计需求。系统的I/O分配表如表4-1 所示。表4.1 材料分拣系统I/O分配表西门子PLC（I/O）分拣系统接口（I/O）备注输入部分I0.1料仓料块检测传感器（T1-S）判断料仓有无料块I0.2电感式识别传感器（T2-S）检测银白色铁料块I0.3电容式识别传感器（T3-S）检测黑色铝料块I0.4颜色识别传感器（T4-S）检测黄色塑料料块输出部分Q0.0料仓出料驱动（D11）推动出料气缸Q0.1铁出料驱动（D12）分拣银白色铁料块Q0.2铝出料驱动（D13）分拣黑色铝料块Q0.3颜色出料驱动（D14）分拣黄色塑料料块Q0.4其他颜色驱动（D15）分拣蓝色塑料料块Q0.5输送带驱动电机（D16）驱动输送带4.4材料分拣系统的梯形图设计根据系统的程序框图设计梯形图是整个材料分拣系统设计的重点步骤，也是难度较大的一步，在本设计中采用西门子STEP7软件进行编程工作。下面将介绍部分主要程序。4.4.1分拣系统的启动与自动停止首先，PLC启动后，Q0.5置1，输送带驱动电机启动，输送带开始前行，料仓光眼I0.1检测到有料块时，经计数器C0完成间隔一个设定好的时间依次出料，计数器C0将在下文做详细解释。料仓光眼I0.1没有检测到料块时，启动定时器T37，在设定时间之后将Q0.5置0，停止输送带驱动电机的运行。如图4-2所示。图4-2 梯形图14.4.2材料分拣系统的分拣功能以分拣银白色铁料块为例，PLC控制器接收到来自电感式识别传感器的反馈信号后，便控制电磁阀动作，进而控制分拣气缸将料块推入一号储存滑道。同时，启动定时器T38，该定时器将控制分拣气缸在完成分拣任务0.2秒后自行复位。如图4-3所示。图4-3 梯形图24.4.3未被分拣料块的的处理在本设计中，蓝色塑料料块为不符合分拣要求的料块，需要将其推入四号储存滑道，而四号滑道前没有相应传感器，其驱动电机带动的输送带为匀速运行。故经多次测量取平均值测得从出料装置把料块送上输送带至到达四号储存滑道前，需要21.73秒的时间，这个时间经过反复试验，可以满足设计要求。如图4-4和图4-5所示，电机开始运行时，启动定时器T34，后使M0.0得电并自锁，经计数器C1，完成未被分拣料块的分拣工作。计数器C1将在下文做详细解释。图4-4 梯形图3图4-5 梯形图4 4.4.5计数器C0和C1在上文中，使用到了计数器C0和C1来完成出料装置和四号滑道分拣装置的等时间间隔工作，这两个计数器都与一个SM0.5时钟脉冲相连。在M0.0自锁后启动计数器C1，计数器C1可由四号出料驱动Q0.4刷新，而计数器C0则在料仓光眼I0.1接通时由定时器T33刷新。如图4-6和图4-7所示。图4-6 梯形图5图4-7 梯形图64.5 系统的监控画面设计组态画面采用西门子Win CC软件设计，在画面中可监视料仓中的剩余料块、符合分拣要求的三种料块的数量和输送带驱动电机运行状态，可实现系统的运行与停止功能。组态画面如下图4-8所示。图4-8 材料分拣装置的监视第五章 材料分拣系统的调试在完成系统硬件设计和软件设计后，进行软硬件的调试已十分必要的。硬件作为系统设计的基础，在接入PLC控制器之前，应确保其功能正常使用，以便接下来的软件调试。软件调试应在程序编写过程中进行，每编好一个程序块便利用实验设备进行测试，这样便于减少整体设计中的错误。5.1硬件调试5.1.1电感式识别传感器的调试在通电状态下，将待分拣的铁料块置于电感传感器下方，反复调整传感器的位置，做到传感器指示器发光并在铁料块远离后自行熄灭。此位置即为传感器检测铁质料块的合适位置13。5.1.2电容式识别传感器的调试在通电状态下，将待分拣的铝料块置于电感传感器下方，反复调整传感器的位置，做到传感器指示器发光并在铝料块远离后自行熄灭。此位置即为传感器检测铝质料块的合适位置13。5.1.3颜色识别传感器的调试在通电状态下，将待分拣的黄色塑料块置于颜色传感器下方，调整传感器的灵敏度螺丝，当窗口中的红色指示灯亮时，此位置即为传感器检测黄色塑料块料块的合适位置13。5.1.4出料气缸的调试系统通电，将装置工作方式置于“手动”档，分别按动手操盘上的5个出料按钮，使出料气缸能迅速弹出并在松开按钮后快速复位。5.1.5 材料分拣装置的装置接线按照图5-1实验设备接线图完成材料分拣装置与PLC控制器的接线。接线完成后如图5-2所示。图5-1 实验设备接线图图5-2 PLC控制器与装置驱动板接线5.2软件调试5.2.1 梯形图调试将实验装置运行之前，要编写一些简单的程序来检测装置与PLC控制器之间的接线是否正确，在设备离线的情况下，手动改变输入信号，观察输出信号的状态14。接线检测程序如图5-3。图5-3检测程序经检测程序确保接线正确，下一步将所编好的梯形图下载到PLC控制器中，进行整体的调试，并使用程序状态监控工具对其进行监视。如图5-4所示。 图5-4 程序状态监控5.3现场问题将已下载好程序的PLC控制器与实验装置连接并通电后，在调试过程中发现一些问题。问题一：出料装置出现卡阻。分析并解决问题：出料装置在将待分拣料块推入输送带的过程中，常常会被料仓上方下落的料块卡住，经调试发现是由于出料气缸缩回过快导致，故将程序中控制出料气缸复位的定时器改为0.5秒，出料装置可正常运行。修改程序块如下图5-5所示。图5-5出料装置梯形图问题二：料仓出料气缸在延时出料一次后不再出料。分析并解决问题：经分析程序后发现，料仓光眼I0.1检测到有料块时，使计数器C0一直处于置0状态，故无法再次出料。在I0.1前加一个常开触点T33，当完成一次分拣任务后，T33自会关闭，使出料装置按需求运行。如图5-6所示。图5-6 计数器C0问题三：其它料块分拣气缸在输送带停