基于PLC控制的物料分拣系统设计最终

石河子大学毕业论文基于PLC控制的物料分拣系统设计学生姓名所在系电气工程及其自动化系班级2011级电气1班专业电气工程及其自动化指导教师2015年6月10日摘要随着工业自动化的普及和发展，可编程控制器的需求量逐年增大，应用领域也越来越广。本设计中PLC控制机电一体化物料分拣系统由上料机构、搬运机械构、物料传输分拣机构组成。每个机构的运用都比较广泛，特别是搬运机械手，其应用逐渐普及，在汽车、电子、机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运已得到广泛应用，更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。通过本设计学会灵活的运用各类传感器进行物料检测、识别、传送位子检测，机械手限位控制。同时用步进电机控制机械手的旋转角度，变频器控制物料传输速度。通过所学的知识，将各种元器件通过逻辑关系有序的联系起来，构成机电一体化物料分拣系统，实现了机电一体化。关键词：PLC搬运机械手传输分拣目录TOC\o"1-2"\h\u3366摘要 I8173目录 II27488引言 424290第1章可编程序控制的概述 579931.1PLC的产生和定义 5308031.2PLC的特点和其它典型的控制系统的区别 778321.3PLC的应用领域和发展趋势 8223381.4PLC的分类及系统的组成和工作原理 9108241.5PLC的编程语言和程序结构 1431704第2章系统的组成、机构功能与控制要求 1887532.1系统的组成 18252602.2系统机构的组成与功能 18178072.3系统的控制要求 238420第3章系统硬的件设计 25293.1系统元器件 25223323.2输入/输出（I/O）点分配 26230893.3PLC的选型 27174833.4步进电机设计 29187523.5变频器设计 31235573.6三菱变频器电路图 3360753.7PLC控制原理图 3431560第4章系统软件设计 35284574.1三菱编程软件、模拟仿真软件 35318974.3上料机构控制流程图 3728154.4搬运机械手控制流程图 3896954.5传输与分拣结构控制流程图 3911454.6PLC控制程序设计 403636第5章系统调试 52205365.1程序的调试与运行监控 52314655.2系统模拟调试 5431822结束语 5512066致谢 5611084参考文献 57引言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作，更需要自动控制系统来实现。现在工业控制的三大支柱中PLC控制越来得到重视，在本设计中难点的是搬运机械手的设计。机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本设计模拟生产线系统，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对物料的存放，机械手的上下、左右、步进旋转以及抓取运动，物料的传输速度、分拣进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，模拟实现了系统控制的机电一体化。由于个人水平限制，在设计的过程中多加了一份心，不断的学习，力求做得更好。所说如此但在设计中仍存在着许多问题，希望老师、同学们能够给予批评指正，在此深表谢意！

第1章可编程序控制的概述PLC的产生和定义PLC是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，现在随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产得到了越来越多的应用。PLC的产生20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变小；用户程序存储器至少能扩展到4KB。以上这就是著名的“GM十条”。1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器。（ProgrammableLogicController,简称PLC）。以下便是较早研制的PLC：1969年，美国研制出世界第一台PDP-14（如图1.1）1971年，日本研制出第一台DCS-8图1.1PDP-141973年，德国研制出第一台PLC 图1.1PDP-141974年，中国研制出第一台PLC16位和32位微处理器的应用，使PLC得到了惊人的发展，现在已经成为自动化技术的三大支柱之一。1.1.2PLC的定义及发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20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30~40%。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。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。现在的PLC产品已经使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步发展。PLC的技术已经比较成熟。目前，世界上有200多个厂家生产PLC产品，国内厂家的PLC影响率和市场占有率很小，主要是国外品牌。比较著名的有美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SAMSUNG）、LG等。1.2PLC的特点和其它典型的控制系统的区别1.2.1PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高（3）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1.2.2PLC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）定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度低；PLC利用定时器进行时间控制，精度高，定时范围大。（6）设计和施工继电器控制逻辑周期长；PLC周期短。1.3PLC的应用领域和发展趋势1.3.1PLC的应用领域目前，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，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.3.2PLC发展趋势PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几方面。（1）向小型化、专用化、低成本方向发展（2）向大容量、高速度方向发展（3）智能型I/O模块的发展（4）基于PC的编程软件取代编程器（5）PLC编程语言的标准化（6）PLC通信的易用化（7）组态软件与PLC的软件化（9）PLC与现场总线相结合1.4PLC的分类及系统的组成和工作原理PLC的分类（1）按I/O点数容量分类1）小型机小型机的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字左右。例如：SIEMENS的S7-200系列（如图1.2）；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等。图1.2西门子S7-200系列2）中型机图1.2西门子S7-200系列中型机的输入、输出总点数在256~2048点之间。，用户程序存储器容量在8K字左右。例如：SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的SCL500系列等模块式PLC产品。3）大型机大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K字以上。典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列产品。（2）按结构形式分根据PLC的结构形式的不同，PLC主要分为整体式和模块式两种。1）整体式结构其特点是将PLC的基本部件，如CPU板，输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。小型PLC一般为整体式结构。2）模块式结构PLC由一些模块单元组成，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块和各种功能模块等。目前，大中型PLC均采用模块式结构（如图1.3所示）。图1.3大中型模块式PLC1.4.2PLC的系统组成图1.3大中型模块式PLCPLC主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成（如图1.4所示）。（1）中央处理单元（CPU）（2）存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。系统程序包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。图1.4PLC硬件结构图图1.4PLC硬件结构图用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数等。PLC使用的存储器类型有三种：1）随机存取存储器（RAM）2）只读存储器（ROM）3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）（3）输入/输出单元PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。1）输入接口电路通常PLC的输入接口电路的类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源（+24V）可由外部供给，有的也可以由PLC内部提供。2）输出接口电路输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。电源由外部提供，输出电流一般为0.5~2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。（4）电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。扩展接口通信接口编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视，分简易型和智能型。（8）其他部件1.4.3PLC的工作原理PLC的工作方式与运行框图（如图1.5所示）。图1.5运行框图图1.5运行框图继电器控制系统是“硬连线逻辑系统”，采用的是并行工作方式；而PLC是一种工业控制计算机系统，采用的是串行工作方式。概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。当PLC正常工作时，它将不断重复上图中的扫描过程。如果暂不考虑对远程I/O特殊模块和通信服务，扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容。（1）输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号怎样变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。（2）程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按从左到右、从上到下的顺序执行用户程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应的状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（软继电器）的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。因此，每一个元件（不包括输入继电器）的状态会随着程序执行过程而变化的。(3)输出刷新阶段在所有用户程序的指令执行完毕后,元件映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，最后经过输出端子驱动外部负载,实现控制命令的输出。PLC对输入/输出的处理原则（1）输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一扫描周期的输入刷新期间的接通和断开状态。（2）程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他个各元件映像寄存器的内容。（3）输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。（4）输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。（5）输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。PLC的编程语言和程序结构1.5.1PLC的编程语言PLC提供的编程语言通常有：梯形图(LAD)、语句表（STL）、功能图（SFC）和功能块图（FBD）。（1）梯形图（LAD）梯形图（Ladder)编程语言（如图1.6所示）是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。两者基本思想一致，只是在使用符号和表达式上有一定区别。图1.6梯形图图1.6梯形图梯形图中一个关键概念是“能流”（PowerFlow），这只是概念上的“能流”。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如没有“能流”，则线圈未被激励。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。（2）语句表（STL）语句表(StatementsList)类似于计算机中的助记符语言（如图1.7所示），它是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。图1.7语句表图1.7语句表（3）顺序功能流程图（SFC）顺序功能流程图(SequenceFunctionChart)编程是一种图形化的编程方法（如图1.8所示），亦称功图。使用它可以对具有并行发生、多种选择等复杂结构的系统进行编程。许多PLC提供了用于SFC编程的指令。第六章详述。图1.8顺序功能流程图图1.8顺序功能流程图（4）功能块图（FBD）S7-200的PLC专门提供了功能块图（FunctionBlockDiagram)编程语言（如图1.9所示），利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑框指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与之等价的指令，这些指令是作为逻辑框指令出现的，程序逻辑由这些逻辑框指令之间的连接决定。图1.9电机正反转功能块图图1.9电机正反转功能块图1.5.2PLC的程序结构控制一个任务或过程，是通过在RUN方式下，使PLC循环扫描并连续执行用户程序来实现的，用户程序决定了一个控制系统的功能。广义上的用户程序由三部分组成：用户程序、数据块和参数块。（1）用户程序也称组织块，一般包括一个主程序，若干子程序和若干中断程序。（2）数据块（可选）主要存放控制程序运行所需的数据。（3）参数块（可选）存放CPU的组态数据，用户若未进行CPU的组态，则系统以默认值进行自动配置。

第2章系统的组成、机构功能与控制要求2.1系统的组成送料机构送料机构无物料报警机物料光电检测无物料报警机物料光电检测有物料驱动机械手有物料驱动机械手机械手抓料取走机械手抓料取走机械手臂旋转机械手臂旋转机械手放料后回原点机械手放料后回原点传送和分拣机构传送和分拣机构图2.1PLC工作流程图2.1PLC工作流程2.2系统机构的组成与功能2.2.1上料机构上料机构的组要组成部分如下图所示（图2.2）。（1）主要组成与功能Ф32mm（2）主要技术指标2.2.2搬运机械构搬运机械手的组要组成部分如下图所示（图2.3）。（1）主要组成与功能（2）主要技术指标皮带输送与分拣机构皮带传送与分拣机构组要组成部分如下图所示（图2.4）。（1）主要组成与功能皮带输送与分拣机构（2）主要技术指标2.3系统的控制要求2.3.1控制要求（1）上料机构（2）搬运机械构（自动控制+手动控制）（3）成品分拣机构（4）启动、停止、复位、警示（5）突然断电的处理

系统硬的件设计在第二章中已对系统的组成、机构功能与控制要求进行的介绍。本章中组要对PLC控制所需的各类元器件、I/O分配和硬件原理图进行设计。3.1系统元器件3.1.1上料机构配置元器件光电传感器2只(D-C73)磁性开关2只（KURODA） 单杆气缸1只(DDL/SDAT)单控电磁阀1只(4V120-M4)警示灯（图3.1）3只(D80--004)3.1.2搬运机械构配置元器件 图3.1警示灯单杆气缸1只(DDL/SDAT)双杆气缸1只（CXSM32-75）气动手爪1只（MHZ2-20） 电感传感器1只(GI505S)磁性开关5只(AIRTAC)行程开关2只(EUCHNER)步进电机1只(PH533HG-NA)步进驱动器1只（Q2HB44MB）单控电磁阀2只(4V120-M4) 图3.2传感器双控电磁阀1只(4V120-M6)3.1.3皮带传送与分拣机构配置元器件三相交流减速电机（AC380V，输出转速130r/min）1台滚动轴承4只(GB281)滚轮2只(LFR50/5KDD-4)传输带1条(1500mm×67mm×2mm)旋转气缸1个（芬兰SKS）电感传感器1只（GI505S）光纤传感器1只(力士乐REXROTH系列)漫反射式光电传感器1只（EE-SX488）对射式光电传感器1对(GP1S50)磁性开关4只（KURODA）物料分拣槽3个导料块2只单控电磁阀2只（4V120-M5）（1）输入点分配（表3.1）3.2输入/输出（I/O）点分配（1）输入点分配（表3.1）序号PLC地址名称及功能说明1X0启动按钮2X1停止按钮3X2复位按钮3X3单周期控制4X3物料检测光电传感器（料库）5X4物料推出检测光电传感器（放料台）6X5推料伸出限位传感器7X6推料缩回限位传感器8X7手臂伸出限位传感器9X10手臂缩回限位传感器10X11手爪下降限位传感器11X12手爪提升限位传感器12X13手爪夹紧限位传感器13X14机械手基准传感器14X15推料一伸出限位传感器15X16推料一缩回限位传感器16X17导料转出限位传感器17X20导料原位限位传感器18X21入料检测光电传感器19X22料槽一检测传感器20X23料槽二检测传感器21X24分拣槽检测光电传感器22X25机械手自动与手动转换开关23X26手臂伸出/缩回按钮24X27手爪下降/上升按钮25X30手爪夹紧/松开按钮26X31手臂右旋/左旋按钮 输出点分配（表3.2）序号PLC地址名称及功能说明1Y0步进电机驱动器PUL-（输出脉冲）2Y1步进电机驱动器DIR-（方向控制）3Y2步进电机驱动器ENA-（使能控制）4Y3物料推出5Y4手臂伸出6Y5手爪下降7Y6手爪夹紧8Y7手爪松开9Y10推料气缸10Y11导料气缸11Y12警示红灯12Y13警示绿灯13Y14警示黄灯14Y15变频器STF 3.3PLC的选型在第一章中已对PLC进行了介绍。目前，世界上有200多个厂家生产PLC产品，国内厂家的PLC影响率和市场占有率很小，主要是国外品牌。比较著名的有美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SAMSUNG）、LG等。由于我对三菱的PLC了解较多，所以选择的品牌为“三菱”。日本三菱可编程控制器分为F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC等几个系列，其中F系列是早期产品，现已停产。FX2系列是1991年推出的产品，是加强型的小型机。FX2N是三菱公司的近期产品，按叠装式配置，是日本高性能小型机中的代表作。三菱FX系列常见型号如下图3.1所示。3.3.1模拟系统对PLC的要求功能要求在满足一般开关量输入信号控制要的同时，系统要进行步进电机控制，要求输出脉冲信号，所以输出类型要是晶体管输出（T）。I/O点数要求系统所需输入点数为26点；系统所需输出点数为14点。在实际统计出的I/O点数的基础上加15%——20%的备用量，以便今后调整和扩展。3.3.2确定型号根据上述要求可暂定型号为：三菱FX2N-64MT。考虑到FX2N-64MT与FX2N-48MT相比价格稍微较贵。但FX2N-48MT的输入点数能不能满足系统要求，但也可选用扩展模块比如：FX2N-8EX（输入点为8的扩展模块）。考虑多方面因素：最后确定可编程控制器型号为：三菱FX2N-64MT（图3.2）图3.4三菱图3.4三菱FX2N-48MT3.4步进电机选用3.4.1步进电机（

步进驱动器（3MD560）所示，采用直流18-50V供电，适合驱动相电流小于6A、外经42-86毫米的三相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，电机的转矩波动很图3.5驱动器小，低速运行平稳，几乎没有振动和噪音。高速时力矩也图3.5驱动器大大高于二相混合式步进电机，定位精度高。（1）功能简介：纯正弦电流控制，驱动电流可达6.0A；直流供电电压18-50VDC；光电隔离信号输入/输出；有过压、欠压、过流、相间短路、过热保护功能；八档细分和自动半流功能；十六档输出相电流设置；具有相位记忆功能（电机停止5秒后再断电，可保持电机上下电位置不变）；高启动转速；具有脱机命令输入端子；电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。广泛适用于雕刻机、数控机床、切割机和绘图仪等分辨率要求较高的设备上。（2）在本系统中设置参数为：1）电流设定细分设定电流值(A)SW1SW2SW3SW41.5AOFFOFFOFFOFF2.6AOFFOFFONOFF4.1AONOFFOFFON5.2AONOFFONON6.0AONONONON（设定值）2）步数/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF（设定值）脉冲个数计算：在模拟系统中步进电机左右旋转的角度为63°，步进驱动器所设置的细分步参数为10000步/圈，电流值为6.0A。所以PLC的Y0口产生脉冲数N为：3.5变频器选用3.5.1三菱变频器控制面板随着节能的普及和工业自动化的推广，变频器的使用越来越多在本设计中使用的是三菱简易通用型变频器，图3.6为变频器操作面板。 图3.6变频器操作面板

3.5.2变频器组要参数设定变频器的参数设置方法在此就不着重说明，在本设计中将要求的是变频器以30Hz的输出频率工作。故将参数设为30Hz如表3.3。序号参数代号初始值设置值功能说明1P112050上限频率（Hz）2P200下限频率（Hz）3P35050电机额定频率 4P45050多段速度设定（高速）5P53030多段速度设定（中速）6P61010多段速度设定（低速）7P752加速时间8P850减速时间9P7903运行模式选择

3.6三菱变频器电路图

3.7PLC控制原理图

第4章系统软件设计中已对系统硬件进行了设计，通过各类输入输出元器件为实现系统功能做好了准备，本章利用PLC作为核心控制部件将各类元器件通过逻辑关系联系起来，实现系统控制要求。4.1三菱编程软件、模拟仿真软件今年来，各PLC厂家都相继开发了基于个人计算机的图示化编程软件，例如西门子S7-200系列可编程控制器使用的STEP7Micro/WIN32编程软件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件等。这些软件一般都具有编程及程序调试等多种功能，是PLC用户不可缺少的开发工具。4.1.1三菱编程软件GXDeveloper是三菱PLC的编程软件(如图4.1)。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。仿真软件快捷图标仿真软件快捷图标（1）GXDeveloper的特点：1）软件的共通化GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2）程序的标准化3）能够简单设定和其他站点的链接4）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接（a）经由串行通讯口；（b）经由USB；（c）经由MELSECNET/10(H)计算机插板；（d）经由MELSECNET(Ⅱ)计算机插板；（e）经由CC-Link计算机插板（f）经由Ethernet计算机插板；（g）经由CPU计算机插板；（h）经由AF计算机插板。丰富的调试功能（a）由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。a)没有必要再和可编程控制器连接。b)没有必要制作条使用的顺序程序。(b)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。(c)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。4.1.2三菱仿真软件三菱全系列PLC仿真调试软件GXSimulator：（1）仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的。所以，在安装仿真软件GXSimulator6c之前，必须先安装编程软件GXDeveloper，并且版本要互相兼容。（2）安装好编程软件和仿真软件后，在桌面或者开始菜单中并没有仿真软件的图标。因为仿真软件被集成到编程软件GXDeveloper中了，其实这个仿真软件相当于编程软件的一个插件。4.3上料机构控制流程图上料机构控制流程图如图所示：图4.3上料机构流程图图4.3上料机构流程图

4.4搬运机械手控制流程图搬运机械手控制流程图如图所示： 图4.4搬运机械手流程图图4.4搬运机械手流程图

4.5传输与分拣结构控制流程图传输与分拣机构控制流程图如图所示：图4.5传输与分拣流程图图4.5传输与分拣流程图

4.6PLC控制程序设计本设计中运用了梯形图编程语言和指令语句表编程语言，通过梯形图可以清晰的看出清编程思路，控制要求和系统实现的功能。4.6.1梯形图编程语言（系统启动或停止）（系统启动或停止）（启动时警示绿灯亮）（启动时警示绿灯亮）（步进电机使能）（步进电机使能）（系统复位）（系统复位）（手臂基准复位）（手臂基准复位）（缺料或停止时警示黄灯闪烁）（缺料或停止时警示黄灯闪烁）（停止时警示红灯亮）（停止时警示红灯亮）（检测到料库中有物料时推料气缸动作）（检测到料库中有物料时推料气缸动作）（放料台物料被取走后推料气缸缩回）（放料台物料被取走后推料气缸缩回）料槽一分拣料槽一分拣（检测物料放入入料口后驱动变频器）（检测物料放入入料口后驱动变频器）料槽二分拣料槽二分拣（检测物料为金属物料时推料气缸一动作）（检测物料为金属物料时推料气缸一动作）料槽三分拣（检测物料为白色物料时旋转气缸动作）料槽三分拣（检测物料为白色物料时旋转气缸动作）（物料导入料槽二后旋转气缸复位）（物料导入料槽二后旋转气缸复位）手动或自动子程序选择手动或自动子程序选择（调用机械手自动控制子程序）（调用机械手自动控制子程序）（调用机械手手动控制子程序）（调用机械手手动控制子程序）手臂右转63。辅助控制手臂右转63。辅助控制手臂左转63。辅助控制手臂左转63。辅助控制（（PLC输出脉冲信号给步进电机驱动器）（机械手自动控制子程序起始）（机械手自动控制子程序起始）检测到放料台有物料时手臂伸出检测到放料台有物料时手臂伸出（手臂伸出）（手臂伸出）（手爪下降）（手爪下降）手爪下降过程手爪下降过程（手爪夹紧）（手爪夹紧）手爪夹紧过程手爪夹紧过程（手爪提升）（手爪提升）（手臂缩回）（手臂缩回）手臂右转控制手臂右转控制（手臂伸出）（手臂伸出）（手爪下降）（手爪下降）（手爪松开）（手爪松开）（手爪提升）（手爪提升）手臂左转控制状态返回手臂左转控制状态返回（机械手自动控制子程序结束）（机械手自动控制子程序结束）（机械手手动控制程序起始）（机械手手动控制程序起始）一个按钮控制手臂的伸出与缩回一个按钮控制手臂的伸出与缩回一个按钮控制手的爪下降与提升一个按钮控制手的爪下降与提升一个按钮控制手爪的夹紧与松开一个按钮控制手爪的夹紧与松开一个按钮控制手臂向右旋转与向左旋转一个按钮控制手臂向右旋转与向左旋转（机械手手动控制子程序结束）（机械手手动控制子程序结束）（程序结束）（程序结束）

4.6.2指令语句表编程语言第5章系统调试机电一体化物料分拣系统PLC程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再将各个控制元器件接上，模拟调试完成后，则可进行现场安装，并进行运行调试，确定参数，完善程序，最后交付运行使用。5.1程序的调试与运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序是一经编制就可以运行成功的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。本设计中使用的编程软件GX-DeveloperV7.0具有监控功能，将仿真软件GXSimulator6c安装后就可直接在编程软件中进行程序的调试及监控。通过仿真软件按照控制要求一步步进行输入输出端口设置，看输出是否满足控制要求。仿真时是否正常按预期效果输出，若不是按预期效果输出，再根据出不正常的地方返回用软件仿真，查看相应的软件模拟动作是否正常，若有异再修改程序，这样反复调试，直至程序可用模拟调试运行正常。如图5.1、图5.2、图5.3所示是程序的调试及监控。图5.1程序调试及运行开始图5.1程序调试及运行开始5.1.1对程序软元件进行调试在仿真软件中可以直接对各种软器件进行置位，X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等部分常用的软器件可直接进行置位，对于特殊功能辅助继电器、时间继电器、计数器不能直接置位着。通过输入（X000-0237）可强制置位，再观察输出（Y0000-0237）的变化这可以看出程序运行时的状态，再根据控制要求一步步调试，直至程序调试成功。则可进行实物运行调试。图5.2程序软元件调试及运行监控图5.2程序软元件调试及运行监控5.1.2对程序时序图进行监控调试通过时序图可以清楚的反应出程序输出的状态，可以直接观看到各个软元件的时序图，因而更有助于对程序的调试。图5.3程序时序图监控调试图5.3程序时序图监控调试

结束语自今年寒假开始就筹备着毕业设计，本期开校以来便一心投入毕业设计之中，在几个月的时间里经过自己的对一些新类容的学习，以及对PLC了解的加深，到目前为止“基于PLC控制的物料分拣系统设计”已经完成。做这个题目的目的就是为了提高自己知识水平和技能，刚准备做的时候真不知该如何入手，也不知从何起步。所以开始阶段我只有将自己在PLC控制方