采用PLC控制的物料分拣系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业绪 论分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到相应的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直

2、采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。PLC控制分拣装置涵

3、盖了PLC技术、气动技术、传感器技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。应用PLC技术结合气动、传感器等技术，设计不同类型材料的自动分拣控制系统。该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。本文主要介绍了PLC控制系统的硬件和软件设计，以及一些调试方法。第一章 物料分拣装置结构的设计PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。本章主要介绍分拣装置的工艺过程及控制要求。要想进行PLC控制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工艺过程、工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条

4、件。1.1 物料分拣过程概述 下图为机构位置图工作原理：当机构接通电源，传送带如1-A向左运行，四种传感器准备检测物料，例如磁性传感器检测到铁质物料，传送带停止传送，PLC此时给电磁阀1通电，电磁阀1线圈得电，促使气缸1推出推杆，将铁质物料推出传送带，推下滑槽，磁性传感器检测到物料消失后，电机恢复运行，继续传送物料。重复以上动作，达到物料分拣的效果。物料下了滑槽自动装箱，例如一箱铁质物料为24个，当检测到24个时就会有指示灯亮，提醒工作人员换箱，手动清零后继续工作并计数。1.2 系统的技术指标 输入电压：DC220380V DC24V消耗功率：1000W环境温度范围：-540气源：大于0.2M

5、Pa切小于0.85Mpa1.3 系统的设计要求系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先应分析控制对象的要求。1.3.1 功能要求1）传送带实现启停，传感器检测到物料时停，无物料时运行。2）磁性传感器检测磁性物料（铁质物料）。3）电感式传感器检测金属物料。4）光纤传感器检测红色物料。5）光电传感器检测有无物料。6）PLC实现对电机和电磁换向阀的控制。第二章 控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型，并分配I/O点。2.1 控制要求如下：1）电机的控制：总电源接通，由驱动器

6、驱动，按下启动按钮，电机转动并带动传送带运行，传感器检测到物料则停止，物料被推下后，再自行启动。2） 电机驱动器：由PLC控制。3） 四个传感器：是PLC的输入。总电源接通后一直带电，检测传送带传送过来的物料是否符合相应要求，符合要求时能及时发出信号给PLC，做出相应动作。4） 四个电磁换向阀：是PLC的输出。当PLC发出信号，电磁换向阀线圈得电接通相应触点，对气缸做出动作。5） 四个气缸：电磁换向阀操作气缸推动方向，推杆推出并推下物料后，自动缩回。6） 计数：在传感器检测到物料后，发出信号给PLC，在PLC内部计数器计数，并在文本显示器上显示。分为四个单独计数和一个总计数。 7）四个指示灯：

7、实现系统计数已满的指示和报警指示。2.2 控制系统硬件设计2.2.1 系统框图2.2.2选用的硬件元件清单名称型号数量计算机1台可编程控制器 西门子PLCS7-200 CPU224XP CN DCDCDC1个传感器光电开关G18-3A20NA1个磁性接近开关LJ18A3-8-Z/B-X1个电感式接近开关EJA71M-3010NH1个光纤开关E3S-VS5E42R1个气缸MODEL:20*50 MAX.PRESS:1.0MPaXC PNEUMATICC0.LTO4个电磁阀4V210-084个中间继电器HG41235个单向可逆永磁同步电机60KTYZ 50Hz 14W1个指示灯4个导线若干2.3

8、系统关键系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O分配。传感器的类型选择、执行机构的选择等。2.3.1 I/O表I/O表输入输出地址作用备注地址作用备注I0.0启动Q0.0电机运行传送带I0.1停止Q0.1电磁阀线圈1气缸1I0.2电感式传感器检测磁性物料Q0.2电磁阀线圈2气缸2I0.3电容式传感器检测金属物料Q0.3电磁阀线圈3气缸3I0.4光纤传感器红色物料Q0.4电磁阀线圈4气缸4I0.5光电传感器Q0.5指示灯I0.6急停Q0.6指示灯I0.7清零1Q0.7指示灯I1.0清零2Q1.0指示灯I1.1清零3I1.2清零42.3.2 PLC的选择1

9、）西门子PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高（2）编程方便，易于使用（3）功能强、速度快、精度高（4）通用性好（5）体积小，重量轻，耗能低，适应环境强，不需专门的机房和空调2）PLC与继电器控制系统的区别（1）控制逻辑继电器控制逻辑采用硬连线逻辑；PLC采用存储器逻辑，也称“软连线”逻辑。（2）工作方式继电器控制线路属并行工作方式；PLC属串行工作方式。（3）可靠性和可维护性继电器控制线路使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可维护性差；PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。（4）控制速度继电器控制线路控制速度低；PLC控制速度高。（5）设计

10、和施工继电器控制逻辑周期长；PLC周期短。2.4检测元件与执行装置的选择2.4.1 检测元件的选择A、磁性开关（传感器）1) 原理它的工作原理与电感式接近开关类似，其内部包含一个 LC 振荡器、一个信号触发器和一个开关放大器，还有一个非晶体化的、高穿透率的磁性软玻璃金属铁芯，该铁芯造成涡流损耗使振荡电路产生衰减，如果把它放置在一个磁场范围内（例如，永久磁铁附近），此时正在影响振荡电路衰减的涡流损耗会减少，振荡电路不再衰减。2) 特点 (1) 优点 可以整体安装在金属中。 对并排安装没有任何要求。 顶部（传感面）可以由金属制成。 价格低廉，结构简单。 具有大的感应范围和高的开关频率。 (2) 缺

11、点 动作距离受检测体（一般为磁铁或磁钢）的磁场强度影响较大。 检测体的接近方向会影响动作距离的大小（径向接近是轴向接近时动作距离的一半）。 径向接近时有可能会出现两个工作点。 检测体在固定时不允许用铁氧体或螺丝钉，只能用非铁质材料。3) 选择 此次设计选择的是LJ18A3-8-Z/B-X型号的电感式接近开关（传感器）,如图：B、电感式传感器1） 原理 电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。2） 特点 电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列

12、优点, 其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。3） 选择 此次选择的是EJA71M-3010NH型号的电容式接近开关（传感器）,如图：C、光纤传感器1）原理将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果。2）特点分辨率高；无活动触点、可靠度高、寿命长；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要

13、求较高；不适用于高频动态测量。3） 选择此次设计选择的是E3S-VS5E42R型号的光纤开关（传感器）,如图：D、光电传感器1）原理光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。2）特点光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 3）选择 此次设计选择的是G18-3A20NA型号的光电传感器,如图所示：2.4.2 执行

14、装置的选择A、电机单向可逆永磁同步电机1） 主要参数如下: 机身直径60MM 机身高60MM 功率:14W 旋转方向:CW/CCW 轴径:7MM 轴长:20MM(可以根据要求定做) 额定电压:AC12V 24V 110V 220V 额定频率:50/60HZ 额定转速:2.5/5/10/15/20/30/40/50/60/110RPM 60KTYZ单相可逆永磁同步电动机是一种带有齿轮减速器的小型交流可逆同步电动机。 齿轮电机命名方法介绍： 60KTYZ1-220-100/30F ,60电机外径, KTYZ单相可逆永磁同步电动机 ,1电机偏心出轴（2电机中心出轴）, 220电机额定电压（V） ,1

15、00电机出轴转速, 30齿轮箱齿数比 ,F方形齿轮箱（圆形齿轮箱不加注） 常用电机技术指示： 额定电压 (伏 )220 ;额定频率(赫兹 )50/60 ;输出功率 (瓦 )14; 绝缘等级 (级) E ;注：额定电压(24,100,110,120,220V),出轴转速,相应力矩和出轴长度和直径形状,可按用户要求定制2） 特点体积小、重量轻、噪音低、寿命长、运行平稳、可双向控制、输出力矩大、堵转能力强等特点。3） 用途广泛用于仪器仪表、自动化控制、过胶机、麻将台、舞台灯具、广告展览器材、监视器、云台、各种阀门、医用仪器、科研设施、体育器具、窗帘自动控制、柔巾机、自动调压器、大楼水电控制系统等等场

16、合。4) 选择 60KTYZ单向可逆永磁同步电机，如图：B、电磁换向阀 1）特性(1) 先导方式：外部与内部可选；(2) 滑柱式结构，密封性好，反应灵敏；(3) 三位置电磁阀有三种中央功能可供选择；(4) 双头二位置电磁阀具有记忆功能；(5) 内孔采用特殊工艺加工，磨擦阻力小，启动气压低，使用寿命长；(6) 附设手动装置，利于安装调试；(7) 有多种标准电压等级可供选用。2）安装及使用(1) 使用前注意检查组件在运输过程中是否损坏,然后安装使用;(2) 安装时请注意气体流动方向及接管牙型是否正确。使用介质必须经过40um滤芯过滤;(3) 请注意安装条件是否符合技术要求(如 “电压”、“作动频率

17、” 、“工作压力” 、“使用温度范围” 等),然後安装使用;(4) 安装时注意气体流动方向,P为进气口、A(B)为工作口、R(S)为排气口;(5) 尽量避免在震动的环境下使用,并注意低温下的防冻措施;(6) 整机调试时,建议先用手动装置调试,然後再通电调试。3）选择此次设计选择的是型号为4V210-08的电磁换向阀，如图：C、文本显示器1）特点 TD400C是S7-200专用的文本显示器，用于查看、监控和修改S7-200用户程序中的过程变量，其外形如图所示。 TD400C是TD200C的升级产品，可显示4行文本，每行最多12个中文字符，分辨率为192×64像素。TD400C支持两种显

18、示字体和中英文显示。TD400C有8个功能键，与Shift键配合，最多可以定义16个功能键。3）选择 TD400C如图：第三章 控制系统的软件设计3.1控制系统程序设计 确定方案后画出程序流程图，再根据程序流程图写出控制程序。3.1.1 程序流程图3.1.2 程序设计A、启动停止及急停 启动程序中设有急停，如果遇到紧急情况，拍下“急停”按钮，断掉机构电源。电机转动并带动传送带运行，传感器检测到物料，如铁质物料，则停止，物料被推下后，传感器感应不到物料后，电机在接通电源运行。B、物料分拣 例如铁质物料 当铁质物料到达传感器检测范围时，接通电磁阀线圈1，进而气缸1动作，推出推杆，推杆将物料推出传送

19、带。C、计数 例如铁质物料 磁性传感器感应到物料，推出推杆把物料推下传送带，利用下降沿有效，不错漏任何物料。当计数器计满时，就发出信号断掉电磁阀的电源，使之不能将传感器下的物料推出去。D、 显示 将检测到物料的数据通过传送指令传送到指定存储区，再由TD400C读取并显示。并且TD400C实现启停功能。第四章 控制系统的调试在PLC软硬件设计完成后，应进行调试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方，因此在将PLC连接到现场设备之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。另外，一些硬件如传感器等，在使用前，也需事先调试好。4.1 PLC程序调试

20、将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。4.2 文本显示器调试将在S7-200软件中编写的文本显示器键盘及画面，通过上下位机的连接电缆下载到TD400C中，用通信电缆连接TD400C和PLC，使其构成通信。点击TD400C上的按钮，对PLC发出操作指令，观察PLC的输出信号

21、，若输出信号不符合要求，则查找原因，并排除之。4.3 整体调试将设备接入PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。4.4软件调试结果项目调试内容调试结果备注电机功能电机启停正常遇故障急停正常传感器功能磁性传感器检测到物料后给出信号正常电感式传感器检测到物料后给出信号正常光纤传感器检测到物料后给出信号正常光电传感器检测到物料后给出信号正常电磁换向阀功能传感器给信号后得电正常显示功能文本显示器显示五个数据正常清零功能四个清零情况正常文本显示器显示情况画面1画面2总结与展望物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，

22、分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。 同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现求。 本系统采用的可编程控制器，只要结合不同的传感器，比如根据材料的属性、尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器，就可对不同的物料进行分拣，具有广泛的应用前景。参考文献【1】 王建、马新合、刘禹林主编·实用PLC技术M.辽宁科学技术出版社 2010.11【2】 陶权、韦瑞录主编·PLC控制

23、系统设计、安装与调试M.北京理工大学出版社 2011.7【3】 常斗南主编·PLC运动控制实例及解析M.北京：机械工业出版社 2009.10【4】 廖长初主编·S7-300/400 PLC应用技术M.3版·北京：机械工业出版社 2011.12【5】陶红艳·传感器与现代检测技术M.北京：清华大学出版社 2009【6】王美娇·液压与气动技术M. 北京：清华大学出版社 2009【7】郝芸·传感器原理与应用M. 北京：电子工业出版社 2000【8】张池·电机与拖动M. 北京：中国电力出版社 2009【9】 梁森·自动检测与转换技术M.北京：机械工业出版社 2011【10】孟宪芳·电机及拖动基础M.西安：西安电子科技大学出版