【《基于PLC的自动分拣控制系统设计》18000字】

目录第一章绪论1.1选题背景自动物料分拣系统在现代社会中的日常生产中被广泛运用，自动物料分拣系统主要运动在仓储运输、产品分类、物流运输分类等。物料分拣的控制系统在自动控制中是重要的其中一个环节，能够完成对产品的检测以及根据不同的工艺所需要求来完成对产品的分拣。随着当今社会的不断发展以及进步，企业更加的注重自动技术的实现物料的分类和配送，不仅提高了生产作业的工作效率也能大大降低人为的劳动成本。自动分拣系统在当今的配送产业之中有着举足轻重的地位，最初分拣系统完全是基于人力劳动来完成的，通过人工的运输以及识别分类。在整个系统当中，人力劳动的物料分拣不仅效率很低，还浪费了很多人力资源以及降价成本。伴随着科技的不断发展，分拣系统开始得到了各种不同的自动化控制，计算机的编程控制和信息技术成为了自动化控制的重要手段。虽然在很多时大部分的分拣系统都需要人工进行一些作业环节的参与，但是人工劳工的工作强度也是越来越小。自动化控制的分拣系统向着智能化的趋势发展，伴随着市场需求越来越大，分拣系统的多元化发展已经成为了重要的发展路线。1.2课题研究的意义本次研究的是PLC控制的自动分拣系统控制。自动分拣系统最早使用的是继电器控制，继电器控制的自动分拣系统控制的灵活性不够高，复杂的接线以及后续的维护困难让这种控制逐渐淘汰。可编程控制成为了目前自动化控制的主流发展趋势，真正意义上实现了自动化控制的智能分拣系统。PLC控制的自动化分拣系统可以进行大量的物料分类，可以用于大规模的生产流水线，自动分拣系统不会受到天气、时间、身体条件等限制。PLC控制的分拣系统可以持续进行物料分类进行24小时不间断运行，并且PLC控制的物料分拣系统通过各类传感器检测可以让分类的误差变的极低。基本上可以实现无人看管的物料分拣，降低了人为劳动的强度，提高了控制设备的工作效率。自动分拣系统还结合了组态系统，组态管理系统可以实时检测反馈物料分拣系统的运行情况，对各个物料分类的数量进行统计显示，让用户更加直观的了解物料分拣设备的分拣具体情况。在控制灵活性上PLC具备了更多的控制多样化，通过内部程序的改变可以实现更多的分拣系统的任务功能，可以根据用户的控制流程和工艺要求进行灵活的变化，使得物料分拣系统的控制上更加的智能化、灵活化。1.3主要研究内容本次设计主要是使用了三菱公司生产的FX3UPLC为物料分拣系统的控制核心，同时利用传感器检测技术，设计一个能完成物料的检测、定时控制、传感器控制、皮带机控制、气缸控制等集成控制。并通过PLCFX3U的编程软件GXWorks2完成程序编写以及调试来进行智能控制和管理，通过组态完成对物料分拣系统的检测反馈。本次设计的控制系统的主要特点：采用PLC控制设计，实现金属物料识别、黑色塑料物料识别、白色物料识别、皮带机运输、气缸的限位等。提高了物料分拣系统的集成控制能力，同时也降低了人为操作的成本。人机界面采用组态设计，采用了操作显示界面。组态控制可以实时检测反馈物料分拣系统的运行情况，实现不同物料的分类数量的计算。物料分拣系统设计技术性可靠实用，非常贴合实际的应用。根据系统的功能和其具备的特点，本次设计的主要研究的内容共有：1.整体设计方案：首先结合使用的场合以及功能的环境，对需要控制的对象进行大致的估算，并完成硬件和软件的划分各自完成控制的功能。2.硬件设计方案：需要对控制需求进行划分，根据系统要求完成对硬件的选型。3.软件的设计：利用可编程控制器PLC的梯形图编程设计方法完成对物料分拣系统的程序设计，并通过仿真调试完成对程序的模拟运行，检测其是否能完成物料分拣系统的控制要求。4.组态设计：组态设计可以完成对物料分拣系统的检测反馈，实时了解分拣系统的运行情况。1.4课题研究的步骤在物料分拣系统的设计当中，需要严格的遵循科学的研究方法，从物料分拣系统设计的选择、系统的功能规划、硬件的选型、软件的控制流程设计、程序的编写、程序的仿真调试、组态的设计，整天的设计逐一细化分析。具体的步骤分析如下总体设计：可行性的分析和系统的组成方案硬件设计：执行元件的选型分析软件设计：梯形图的设计仿真调试：检测运行程序的可行性，并完成调试组态设计：组态界面实时检测运行情况第二章物料分拣系统的总体方案设计2.1系统的设计要求系统的总体设计要求如下：物料分拣系统需要稳定的传感器检测，传感器检测主要包括了金属物料检测、白色物料检测、黑色物料检测。为了保证传感器检测的稳定性以及灵活性，该物料分拣系统需要具备物料识别系统、分拣系统、运输系统的集成控制。能够实现手动和自动模式的切换。可以通过传感器识别金属、黑色、白色物料。通过电子称对不合格的物料进行排出检测。通过组态反馈物料分拣系统的运行情况2.2系统总体方案与功能本次设计的物料分拣系统的硬件主要是输入输出和控制组成的。输入输出部分主要是完成数据的采集、输入和输出的控制，控制部分通过可编程控制器完成集成控制，并通过组态完成物料分拣系统的检测反馈。该系统的设计主要是通过可编程控制器进行集成控制，整个控制系统可以分为以下几个功能子系统：物料运输系统、物料检测控制系统、气缸控制系统、称重系统组成。这些子系统的控制都有各自的输入以及输出功能，并通过组态实时监测反馈到触摸屏上，方便人实时了解物料分拣系统的运行情况。该系统的控制对象是物料分拣，通过可编程控制器进行系统的自动化调节，为物料提供最好的传感器检测。设计物料分拣机需要注意传感器检测精度：金属物料检测、黑色物料检测、白色物料检测、气缸推手限位。下面是该控制系统的参数和处理:表2.1系统控制参数表项目控制名称相应的处理方法1金属物料根据系统的设定光电传感器进行物料的检测2白色物料根据系统的设定光纤传感器进行物料的检测3黑色物料根据系统的设定光纤传感器进行物料的检测4气缸根据系统的设定限位开关控制气缸的推出和缩回5电动机根据系统的设定完成皮带机的运输6电子秤根据系统的设定完成对物料的称重检测2.3物料分拣机的结构设计本次设计的物料分拣系统的设计主要分成为4个部分第一个部分为物料的供料执行部。供料执行部主要是通过圆桶自由掉落，并通过气缸将物料推到皮带机上进行运输，圆形的物料通过存储在圆柱桶当中，在底部接近传感器检测到有物料的时候会控制气缸将圆形物料推送到皮带机上。第二部分为电子秤控制部，电子秤主要是称重检测不合格质量的圆形物料，再后续的分类前将不合格的物料进行排除，在检测称重圆形物料不满足质量要求，对应的气动气缸会把不满足质量的物料推出到出料斜槽I。第三部分为物料的检测，物料的检测分为3种金属圆形物料、黑色圆形物料、白色圆形物料，分别通过金属传感器和光纤传感器来识别检测，如果对应的传感器检测到对应满足要求的物料，会控制对应的气缸将满足要求类别的圆形物料推出到出料斜槽内。第四部分是皮带运输控制部分，皮带运输是通过电机控制来完成，并通过变频器控制电机完成皮带机的变速控制。如下图2.1物料分拣系统的结构图图2.1物料分拣系统的结构图2.4物料分拣的运行流程制定物料分拣机系统具备手动控制和自动控制两种模式。物料分拣系统在启动后，物料供应圆桶内的物料会被接近开关检测到，并被接近开关对应的气缸V进行推出。物料被气缸V推出到皮带机上，皮带机通过电机带动。在皮带机上的物料未被分拣推出，圆桶存储桶内将不会把物料再次推出到皮带机上。物料到皮带机上后电动机处于变频低速运行电子秤的接近开关位置并停止，电子秤对圆形物料进行称重。考虑到圆形物料分为2种材质，一种是金属材质的，还有一种是塑料材质的，金属的圆形物料是表面镀金属内部材质还是塑料。圆形物料的标准检测重量为35g（金属物料由于表面镀金属很薄重量可以忽略不计），重量不管是大于还是小于35g都可以设为不合格产品，不合格质量的产品会被电子秤气缸I推出。物料圆桶在废物料推出后会继续将物料推出到皮带机上，在运输到电子秤前电动机都处于低速运行。物料运输到称重部后，电动机将会停止，满足称重需求电动机再次启动，电动机处于种速运行到后面的3个物料分拣部。金属、黑色塑料、白色塑料被对应的传感器检测电动机将会停止，并控制对应物料检测的气缸将物料推出到斜槽内。在物料再次被分拣推出到斜槽内后，圆桶储料将会继续推出物料依次运行上述检测分拣过程。2.5PLC的介绍PLC又叫可编程控制器。PLC在程序写入到电脑里后通过通信端口于电脑建立连接然后PLC会对传输进来的程序进行采样存储，然后PLC会按照编程步骤进行分析，然后对这个程序进行相对应的循环扫描的过程。中国工业领域飞速发展三十年后,产业结构不断进步和调整,由一个制造业大国发展成为制造业大国,在生产过程中会应用到许多智能化设备,开发和设计更多高科技产品,满足中国企业转型。在中国这个自动化控制的大市场，目前很多自动控制都需要PLC的控制让技术的更加的灵活化和多变化，通过PLC控制可以更加的稳定控制机器的运作，很大程度上减少了劳动力大大提高了工业生产的速度。PLC是通过计算机的技术结合继电器控制方式的新产品，PLC也是一种简易的计算机系统。它虽具备了计算一样强大的运算能力，并且可以通过工业生产当中的I/O端口输出和输入完成数据的传输和反馈。PLC也是一种工业自动化专用的微型计算机，它的组成和计算机系统相差无几。PLC也是通过硬件部分以及和软件部分组成的，软件是通过PLC自带的编程软件实现，PLC的硬件有PLC的内部电源、输入I/O端口、输出I/O端口、内部运算器、设备存储器、I/O拓展模块、通讯模块等。如下图2.2PLC结构图图2.2PLC结构图2.6PLC特点及性能PLC具有高端的现场总线、连接快速等功能，使其设备反映灵敏。控制简单，逻辑性更强。通过变成存储的程序直接控制机器的运行的状态及生产工艺的流程。发出控制信号和接收输入信号是由PLC通过输入/输出(I/0)装置进行控制的。计算机和自动化技术应用于PLC并进行了综合，带来了它的发展日新月异，其技术水平明显超越当时出现的水平。综上所述完成编程，需要对生产流程清晰，然后他说通过控制流程编写程序，内部软件进行数据处理，控制设备的各个分站系统系统等，有效高速完成数据采集等信息。达到全集成自动化控制要求。目前，各国工业控制系统大都采用PLC进行控制，实用性较强，产品合格率高，生产效率提升、现场使用的PLC控制类型。2.7PLC的选型要求在PLC系统控制的设计当中，首先明确的是控制的方案，然后开始对PLC进行工程的选型。系统设计当中的工艺流程以及控制的特点及要求都是PLC选型的重要依据。如果熟悉可编程控制器、功能图表以及使用到的编程语言，可以对控制程序的大小进行估算。需要分析工艺过程以及控制要求，明确需要使用到的操作和功能，然后依据功能控制要求估算出I/O端口的输入以及输出、PLC内部存储器的大小、PLC的功能、外部模块的选配等，最后选择出性价比最高的PLC型号。2.7.1I/O端口点数的估算I/O端口的估算是至关重要的，它决定着PLC的输入以及输出的点数。估算I/O端口点数首先要对控制程序做大致的分析，程序当中需要用到多少个输入口以及输出口。同时需要保证I/O端口有足够的余量，估算端口总数增加百分之20-百分之30。为了保证后期程序上的变动以及需要添加更多的功能端口，这样多余的I/O端口可以起到程序编程的灵活性。本次设计的I/O分配表如下表所示:表2.2输入地址输入注释输出地址输出注释X000启动Y000气缸I(推出)X001停止Y001气缸I(缩回)X002急停Y002气缸II(推出)X003接近开关1（圆形料桶）Y003气缸II(缩回)X004接近开关2（电子秤位置）Y004气缸III(推出)X005气缸I（前限位）Y005气缸III(缩回)X006气缸I（后限位）Y006气缸IV(推出)X007气缸II（前限位）Y007气缸IV(缩回)X010气缸II（后限位）Y010气缸V（推出）X011气缸III（前限位）Y011气缸V(缩回)X012气缸III（后限位）Y012电动机（低）X013气缸IV（前限位）Y013电动机（中）X014气缸IV（后限位）X015气缸V（前限位）X016气缸V（后限位）X017电子秤X020光纤传感器（白）X021光纤传感器（黑）X022金属传感器根据I/O分配表可以绘制出PLC的外部接线图，如下图2.3所示图2.3PLC外部接线图2.7.2PLC型号的确认本次由于自动物料分拣设计PLC的型号是三菱FX3U系列的，FX3U是一种紧凑的具有丰富模块的PLC。它可以进行简单的逻辑运算以及控制、高级的逻辑控制、HMI组态的通讯和一些上位机的网络通讯。三菱目前已经成为了PLC主流的品牌，PLC控制能力强大可靠，PLC可以完成对该次自动售货机控制的要求。三菱的编写手段简单，其逻辑运算能力强大，控制的稳定性高。所以在本次自动化控制的物料分拣当中使用该型号PLC具备了强大的灵活多边性和拓展性，所以该PLC必须据具备持续性强，能适应高频率工作的PLC。如下图2.4所示为三菱PLCFX3U-48MR实物图:图2.4所示为三菱PLCFX3U实物图第三章物料分拣系统的硬件选型3.1气动系统的硬件选型本次自动物料分拣系统的设计中，主要是通过气动控制来完成的。气动主要是气压传动控制或者是气动技术。气动技术主要是通过压缩空气来完成介质之间的能量传递以及信号传递工程，通过气压控制可以实现各种生产控制以及自动控制。一个完整的气动系统主要是通过能源部件、控制元件、执行元件以及辅助装置这四部分组成的。按照规定通过标准的气动元件符号来往对元件与元件的连接、压缩气体的流动方向，通常把这样的连接气动系统叫做气动回路图。如下图3.1所示气动系统结构图:图3.1气动系统结构图3.1.1气缸的选型本次设计当中气缸主要是完成圆形物料的推出，气缸主要分为2种单行程作用气缸和双作用气缸。单行程作用气缸：单作用气缸它主要是通过活塞一侧压入外部的控制，完成对活塞的单行程的运动。在活塞杆伸出或者是缩回，在气缸外侧通过呼吸口开放其空气的流通。这种的气缸只能作用在一个方向上，通过活塞的反向运动实现复位的弹簧以及外加的作用力。双作用气缸：双作用气缸是依靠活塞往复的压缩空气完成，在气缸内活塞内分为两个气缸内腔体。通过气体的交互进入和排出完成气缸的活塞的推出和缩回。通过往复的活塞运动完成对空气的压缩和排出，所以这种气缸就叫做双作用气缸。本次设计只需要完成单个方向的物料推出，所以选择的气缸是单行程气缸。这种的气缸具有良好的调节性，气动部件结构简单成本低。如下图3.2所示单行程气缸:图3.2所示单行程气缸3.1.2电磁阀的选型在改变气体的流通通道，通过气体的流动发生变化从而改变气动执行元件的运动方向，这种元件简称为换向阀。换向阀主要分为人力操作、机械操作、气压操作、电磁操作。在这次自动包装机设计当中采用的是电磁阀，利用电磁阀的线圈通电完成静态的磁铁的吸合完成线圈的通电。本次选择的是三位二通电磁阀，通主要是指气缸的与气动系统的连接口，气缸分为前后2个接通口，所以选择二通的电磁阀。电磁阀选择的型号是亚德客3V210-08气动电磁阀，如下图3.3亚德客电磁阀:图3.3亚德客电磁阀3.2传感器的选型3.2.1磁感应传感器的选型磁感应式的传感器主要是通过利用物体的磁性来实现对检测镀金属物料的检测以及感应，磁感应传感器主要分为霍尔传感器和磁性传感器这两种。霍尔传感器:在一块有电流的金属或者半导体放置在磁场当中，金属会在磁场产生相应的相位差。霍尔元件是一件磁性元件，使用霍尔元件制作的传感器就是霍尔传感器。当磁性物体靠近霍尔开关时，开关的检测电路的情况会通过金属在磁体检测的变化而变化，电路通过识别附近的磁铁，并输出相应的信号。这种霍尔传感器的检测对象必须是金属材质。在这次设计当中主要是检测金属物料，通过霍尔传感器完成对塑料物料和金属物料的分别。如下图3.4所示霍尔传感器:图3.4霍尔传感器磁性传感器：磁性传感器又可以叫做磁性开关，它是气动控制中的常用传感器。磁性开关可以直接安装在行程气缸上，在通过内部磁性环活塞的前后往复运动来控制磁性开关的位置。本次设计当中在单个行程气缸上设置有2个位置，一个是伸出位置一个是缩回位置，所以要在单行程气缸上安装2个磁性开关。如下图3.5所示磁性传感器:图3.5磁性传感器3.2.2光电传感器的选型光电传感器主要是用来检测供料部的物料信号，光电传感器主要是通过光度的强度完成电信号的变化以及检测。光电传感器主要是通过发射器、接收器和检测电动这三部分组成的。发射机通过将光束照射到检测的物体上，发射的关速一般是通过发光的二极管以及激光二极管半导体的光源。光电传感器通过不断的发射光束来改变接收的脉冲宽度。常用的光电传感器主要有漫反射、反射、对射式这几种光电传感器类型。本次选择的是漫反射传感器，漫反射传感器是通过发射出光束在不接受到接收器信号时，开关不会做出相应的动作。当前方有物体的时候，光束会通过物料表面反射回传感器来控制开关动作。漫反射式光电传感器的有效作用距离式通过目标的反射能力来决定的。如下图3.6漫反射传感器:图3.6漫反射传感器3.2.3光电开关的选型光电开关又可以叫做接近传感器，它是通过检测物体的时候对光的反射遮蔽，同时通过同步的电路回路传输检测信号。一般检测的物体不局限于金属或者非金属，只要能反射光线的物体都可以被光电接近开关检测到。光电传感器通过将检测的电流通过内部发射器将其转化成为光电信号发射，并通过接收器检测反馈回来的光源的明暗程度及检测物体是否移动。本次的光电开关主要是为了检测供料部是否存在物料。3.2.4光纤传感器的选型光纤传感器主要是通过检测分别白色物料和黑色物料，光纤传感器也可以分为漫反射式、对射等多种类型。光纤传感器主要有光纤放大器、光纤单元、配线组成的。光纤传感器的放大器式通过E3X-NA11放大器构成的，E3X-NA11通过灵敏度旋钮来调节检测灵敏度。光束照射到物料上白色和黑色物料的反射的亮度不一样，通过调节放大器控制其检测灵敏度。通过旋钮调节入光亮度，通过设置区间在百分之80以下为无信号，在百分之110以上为检测有信号分别区别黑色物料和白色物料的反光强度。如下图3.7光纤放大器:图3.7光纤放大器3.3驱动装置选型自动分拣系统的驱动装置是保证其工作的重要条件，在本次设计当中运用了鼠笼式三相异步电动机。该电动机需要工作噪音小、运行可靠安全、维护方便。该电机的额定转速在1300r/min，其额定的输出功率在25W。三相交流一部电动机带10：1的减速装置，所以在它减速运行后的速度在130r/min。三相异步电动机可以实现变频调速实现传输带的多端调速。如下图3-8鼠笼三相异步电动机：3.4变频器的选型正确的选择变频器的型号对于传动系统的正常运行时至关重要的，首先要对变频器使用目的明确。同时对所需要的调速范围、控制的精度、转矩等相应的要求进行分析，同时要充分了解变频器的驱动功能以及负载性能，选择什么样的变频器完成控制系统，然后确定选择哪种控制方式。综合上述变频器的选型需要满足控制工艺要求以及技术经济合理。如果对于变频器使用的不当会对整个系统达不到预期的效果导致各种故障的出现。如下图3.8变频器实物图图3.8变频器实物图3.4.1变频器的工作原理变频器主要是通过改变工频电源的频率来实现变频调速，在交流异步电动机的变频器调速控制中，变频器的变频调速方式最理想的。将交流电通过整流变成直流，将直流通过晶闸管的频繁关断使之形成的矩形波近似成交流正弦波。晶闸管的频繁关断的频率决定了输出交流电的频率。通过改变频率进而控制速度变化，这就是交直交变频。3.4.2变频器系统组成及外部接线变频器的组成有控制输入信号、频率设定信号（模拟）、模拟电压输出、集成电极开路输出、继电器输出、端子排组成的。如下图3.9变频器系统组成图：图3.9变频器系统组成图变频器的接线：在程序上设定有电动机的正反转所以在电动机接线上首先需要连接电动机的正反转端口的接线STF为电动机正转，STR为电动机的反转。同时设定了变频器的多段调速设置分为高、中、低速运行，分别需要接到RH、RM、RL接口上进行变频多段调速。UVW是接通电动机的三相电源线，R/L1,S/L2,T/L3需要接通三相交流的电源。如图3.10变频器与电动机外部接线图：图3.10变频器与电动机外部接线图3.4.3变频器的选型确定在本次自动门控制系统中，变频器选择的是三菱通用的型号FR-E500。三菱FR-E500变频器采用了最新的IGBT技术通过数字式的微处理器控制，这样可以优化电动机的控制。同时该变频器还具备了接地故障保护、短路保护、电机热保护，很大程度上提高了电动机的运行稳定。如下图3.11三菱变频器FR-E500：图3.11三菱变频器FR-E5003.5电子秤的选型电子秤在本次设计当中是通过检测供料部的物料，同时皮带机底部电子秤称重完成对物料的称重。本次称重的标准为35g，称重的要求是大于或者小于35g都可以视为不合格。电子秤主要是通过二次表和模拟量输入方式，只需要建立好模拟量的通道即可，然后将传输回来的数字量转换成为数字量。该电子秤称重的模块采用的是RS232的通讯方式，设置好参数以后，从接通的口读取称重的数据。第四章自动物料分拣系统设计本章主要是对物料分拣的控制系统的软件部分的设计。通过以上的硬件的分析以及选型后需要通过PLC程序完成元件的控制，通过PLC编程控制、MCGS组态来完成系统的设计。在完成系统设计的前，需要设计出系统的控制要求，然后对物料分拣方案控制流程进行确定。4.1控制系统流程设计当物料分拣系统完成一次分拣，其工作流程如图4.1所示：图4.1自动分拣系统流程图自动物料分拣具体程序控制要求及流程：设备具备启动、停止、急停，设备启动后需要满足物料传感器检测到物料，检测分为3种情况金属、白色物料、黑色物料这3种。金属物料：供料部传感器检测到金属物料后，气缸V伸出到前限位并延时1S后回复到缩回限位。电动机启动并处于低速运行，金属物料运输到电子秤位置传感器停止（电动机停止）并进行电子称重满足35g的称重需要，不论是大于还是小于35g都被视为不符合产品。如果不符合气缸I推出到伸出限位，延时1S以后到缩回限位，金属不符合要求的物料推出到斜槽I当中。满足称重需求下，电动机再次启动处于中速运行。金属材料运输到金属传感器检测范围，检测符合金属的物料的检测条件，同时电动机停止。气缸II推出到伸出限位，延时1S以后回缩到缩回限位，金属合格物料推送到斜槽II当中。白色物料：供料部传感器检测到白色物料后，气缸V伸出到前限位并延时1S后回复到缩回限位。电动机启动并处于低速运行，白色物料运输到电子秤位置传感器停止（电动机停止）并进行电子称重满足35g的称重需要，不论是大于还是小于35g都被视为不符合产品。如果不符合气缸I推出到伸出限位，延时1S以后到缩回限位，白色属不符合要求的物料推出到斜槽I当中。满足称重需求下，电动机再次启动处于中速运行。白色材料运输到光纤I传感器检测范围，检测符合白色的物料的检测条件，同时电动机停止。气缸III推出到伸出限位，延时1S以后回缩到缩回限位，白色合格物料推送到斜槽III当中。黑色物料：供料部传感器检测到黑色物料后，气缸V伸出到前限位并延时1S后回复到缩回限位。电动机启动并处于低速运行，黑色物料运输到电子秤位置传感器停止（电动机停止）并进行电子称重满足35g的称重需要，不论是大于还是小于35g都被视为不符合产品。如果不符合气缸I推出到伸出限位，延时1S以后到缩回限位，黑色属不符合要求的物料推出到斜槽I当中。满足称重需求下，电动机再次启动处于中速运行。黑色材料运输到光纤II传感器检测范围，检测符合黑色的物料的检测条件，同时电动机停止。气缸IV推出到伸出限位，延时1S以后回缩到缩回限位，黑色合格物料推送到斜槽IV当中。电动机在每次推出分拣物料后，电动机将会停止。皮带机上只能由一个物料，在有物料的时候，供料部将不会控制气缸推出物料。在供料部气缸推出物料后，电动机才会动作。4.2PLC梯形图的设计4.2.1PLC主程序设计首先根据设计的工艺流程以及控制要求，将所有的输入和输出的控制对象按照控制要求进行程序的设计。利用I/O分配表和控制流程可以利用PLC的内部逻辑元件构成基本的程序回路。通过梯形图来描述控制的流程要求，编写梯形图要遵循基本的程序原则，编写程序要按照逻辑行和单元行进行排顺序一次编写。本次编程使用的是三菱的GXWorks2来进行PLC程序的编写，GXWorks2可以使用基本的梯形逻辑图、功能语言块图和语句表达来进行编程操作。本次设计完成离线编程来编写梯形图，PLC和可编程控制器共同使用一个内部CPU，在编程器编程的模式下，CPU可以为编程提供需要的服务，并且不需要对现场的实际设备进行控制。在用户完成编写以后，使用编程器切换成运行模式，CPU即可对现场设备进行控制，不能进行运行时的编程。离线编程的手段可以很大降低系统的制作成本，但是这样的方式在使用和调试并不方便。编程有5种的编准手段：顺序功能图SFC、梯形图LD、功能模块FBD、三种图形化语言和语句表IL、结构文本ST。在这次设计使用的编程方法为梯形图编写，梯形图编写简单方便可视化高。三菱的编程软件GXWorks2可以满足本次对自动分拣系统的梯形图编写，如下图4.2GXWorks2：图4.2GXWorks2自动物料分拣系统的启动、停止、急停控制程序的编写。如下图4.3系统启停程序图图4.3系统启停程序图供料部检测推送，供料部主要通过检测物料是否存在，通过X003接近传感器检测。检测物料后气缸V会推出物料，通过T0K10设置1秒的延时。完成供料部物料的推出后通过SET复位气缸缩回。如下图4.4供料部检测推送程序图4.4供料部检测推送程序电子秤称重检测，物料通过电动机Y012进行运输，并电动机处于低速运行。物料运输到电子秤后会出现两种情况，一种是满足称重检测35g物料会继续通过，还有一种物料不满足35g。气缸I会推出物料，通过T0K10设置1秒延时后气缸将不合格的物料推出,SET完成气缸的复位缩回。如下图4.5称重检测控制程序：图4.5称重检测控制程序物料的分拣控制程序，物料的分拣控制程序是物料通过皮带运输到后面的金属检测、白色检测、黑色检测依次进行分类分拣。物料在满足传感器检测要求后会控制对应的气缸推出，对物料进行相应的分拣。每个物料推手的气缸都设置了K10的1秒延时以及推送后的自动复位。如下图4.6物料的分拣控制程序：图4.6物料的分拣控制程序4.3PLC仿真调试程序的仿真调试主要是通过GXWorks2软件自带的仿真模拟进行程序的调试，仿真模拟器通过改变软元件的开关来查看执行元件是否正常的动作，从而起到检测程序是否和控制要求符合的目的。通过仿真模拟器可以自动生成一个GXSimulator2虚拟CPU，可以通过开关STOP/RUN控制PLC的启动以及停止，程序和通过写入到虚拟PLC内开始仿真。如下图4.7程序仿真：图4.7程序仿真第五章MCGS组态仿真设计MCGS是北京昆仑通态自动化软件，它是基于Windows平台设计的。MCGS组态系统可以完成对自动化产品的监控管理，可以实时采集自动化运行的数据。MCGS组态软件有三种分别是嵌入版、通用版、嵌入版，本次使用的MCGS组态是嵌入版具备了完善的功能、操作方便、维护性能高的特点。MCGS作为组态人机界面非常适合自动化产品的现场数据读取和反馈，其多样化的功能以及强大的兼容性得到了很多厂家的推广。5.1MCGS组态画面的设计在进入到MCGS组态界面后，可以完成创建一个新的视频窗口。通过MCGS软件自带的工具箱完成画面的绘制，画面主要由指示灯、电动机、按钮、显示模块组成的，电动机执行元件可以从元件库直接调出，按钮可以直接绘制并完成按钮的功能名备注，最后完成画面的美化以及位置的调试。如下图5.1所示：图5.1MCGS组态画面5.2MCGS组态属性的设计为了完成MCGS仿真动画，需要对每一个按钮属性进行设置。首先是按钮的状态，按钮分抬起/按下。并对电动机的属性对象中的填充颜色和按钮输入对象进行相应的连接，在显示模块需要对需要在属性设置表达式如下图5.2所示：图5.2属性设置5.3MCGS数据库的建立完成窗口的画面绘制以及各个元件的属性设置后，需要对设备窗口以及实时数据库进行建立。建立实时数据库需要先设置窗口，在设备窗口添加相应的串口父以及子设备。本次选择的是通用串口父，子设备为三菱FX编程口。并要对PLC设备的属性进行设置如下图5.3所示：图5.3PLC设备属性设置设备的属性以及串口选择完成后，我们需要按照I/O分配表完成对数据库的建立。数据库的串口对应着窗口画面中的每一个元件，需要通过元件和相应的窗口进行连接，I/O的输入以及输出是数据库建立的依据，同时也要注意其属性是否是开关型。数据库的串口连接需要依次按照I/O输入和输出从上到下依次编辑，防止有遗漏使得元件未和串口进行绑定。如下图5.4实时数据库：图5.4实时数据库5.4MCGS组态仿真运行在完成属性设置以及脚本编写后可以通过MCGS自带的仿真画面来测试，首先需要下载配置，通过下载工程检测MCGS脚本以及属性是否存在语法的错误如果有需要及时修改避免无法仿真动画的加载。在成功下载画面后可以启动运行在电脑上显示出我们制作完成的仿真画面，然后通过按钮测试MCGS仿真动画是否正确，结合程序的控制流程，查看仿真动画能否仿真出控制的流程。查看每一个指示灯是否能正常的亮起，显示模块能否正常显示，通过仿真调试逐步调试脚本动画使其动画准确无误。如下图5.5：图5.5MCGS仿真动画调试图结论结论通过对物料分拣控制系统的设计。在学习和设计制作的过程中，在论文中学习到自动化工艺的流程，从整体的框架设计到细化每一个步骤，到硬件的选型和软件的设计，认识到更多的周边技术拓展了知识面。在本次设计当中系统整体达到了设计的基本要求，但是在实际情况中还有很多需要结合。在设计当中对自动物料分拣系统的PLC设计，提高了自动化程度以及取代了以往继电器控制。通过对自动物料分拣的气动系统设计、硬件的的选型以及应用、PLC的选型、程序的设计、MCGS仿真设计使得该系统得到真正的智化。本文通过对物料分拣系统的综合介绍，叙述了物料分拣的发展情况、发展趋势等，以及PLC控制自物料分拣为控制系统的巨大优势。文中设计