【《基于PLC控制的全自动物料分拣系统设计》9300字】

绪论此论文主要研究基于三菱fx3uPLC的物料分拣系统，此系统旨在解决企业分拣工作效率低下，分拣准确率低下，分拣人工成本较高等问题。同时该系统必须具备稳定性强，维护方便，操作简单容易等特点以方便工人快速上手。经过调研发现传统的人工分拣效率取决于分拣工人的熟练度、精神状态、身体状态等诸多不确定因素，因此人工分拣效率十分不稳定。面对如今日益上涨的人力成本，许多企业的利润空间被进一步压缩。基于以上两个原因，如何有效提高工作效率，降低人力成本成为当今各大企业痛点。自动分拣系统可以做到快速分拣，分拣速度最快可达每两秒完成一件物品的分拣，工作时间可达23个小时以上。同时该分拣系统可以通过机械爪直接将物品从生产线上移动到分拣放置区省去中间运输成本，原本需要至少三人完成的工作现在仅需一人即可完成。随着机电一体化在各个行业和领域的广泛应用,机械设备中使用的自动控制元件变得更加重要。由于生活中的需要,人们往往会遭遇高温、腐蚀和放射性有毒气体等多种环境因素的影响,增加了企业和工人的疲劳性和强度,甚至威胁到他们的生命。因此,机械爪就这么因此诞生了。机械爪是物料分拣系统最为关键的重要组成部件。其中,自动化水平代表制造业的水平。物料分拣技术进步日益明显，分拣的复杂性和准确性也日渐提高:自动分拣系统甚至已经可以部分或全面地直接取代传统人工的手动操作。自动分拣系统根据各种不同的生产工艺技术要求,遵循一定的操作流程、时间和工作地点可用来完成各种重复性高，对精准性要求高的工作;各类物料分拣系统可以简化成搬运部分，识别部分和分拣部分这三大部分组成的基本模型。根据各种不同的需求修改各个部分的构成。其中搬运部分是指将物料从存放的地点搬运到分拣的地点，根据物料的形状大小和材料的不同，搬运的方法也不尽相同。常见的搬运方法可以采用磁吸式或者机械爪抓取，面对体积和质量很大的金属物料可以采用磁吸式搬运。如果物料不全是金属或者体积非常小巧就可以采用机械爪搬运。识别部分是要根据物料的具体特征例来选择不同的识别方式。例如颜色、材料、重量等，本次论文中的物料分拣系统就是根据物料的材料构成，将需求分成金属和非金属。依据这一特征识别部分选用电容传感器来充当非金属传感器；选择电感传感器来充当金属传感器，当物料经过传感器下方的时候对应材质的传感器会发出输入信号，plc根据这些输入信号判定该物料是否是金属。在现实工作中往往需要多个特征联立区分不同物料的特征，因此涉及到的传感器会更多且更复杂。分拣部分主要就是各种执行机构的组合，根据现场需求设置各种各样的分拣机构，分拣机构的模式其实和搬运机构有相似之处。区别只是在执行程序的先后次序不同。本篇论文采用的分拣部分是传送带+推料机构。本论文的自动分拣系统采用plc自动控制,和其他各种传统的分拣系统比较,论文中的物料分拣系统具有稳定性好,接线简单,抗干扰能力强,拓展性很强，维修方便等优点。可以有效简化电子控制器和电缆的连接线路,节约生产成本,进一步大大增加工业劳动生产率。1分拣系统控制器1.1可编程控制器的概述可编程序控制器有时简称pc,为了区别于传统个人电脑和可编程序逻辑控制器之间的差异,现在仍然把这些可编程序逻辑控制器统一命名成为plc,plc专门针对恶劣的工作环境而进行设计,并且具有较强的抵御干扰能力和容易维护的方法。可编辑的程序控制器在工业系统中不仅可以对面向用户数据进行各种重复程序编程,数据也同样需要可以直接对其进行各种重复编程储存,其中一些面向用户的各种指令数据可以直接进行涉及并达到定时自动计算,数据分析对比,过程管理控制等其他各种指令,可以很好地直接满足不同生产时期制造工业过程控制常见的各种需求,并通过一些简单的模拟数字或者特别的像是模拟式的数字信号进行输入/输出传递。该方法可用来直接控制各种类型的制造工艺和工程机械或者特别是其他生产管理过程。可编程微机逻辑接口控制器和其他所有与微机逻辑编程控制系统相关的外部控制装置,都按照兼容性好替换功能强的特征进行设计,易于对工控系统产品进行升级换代。都按照兼容性强替换性强的特点设计,易于工控产品的升级换代。PLC的特点

整体结构稳定性好可、对外部运行环境要求很低；编程非常直观对于编程的基础要求非常低，各个功能覆盖面非常齐全，基本涵盖大部分工控场景拆卸和安装的步骤非常简单可以让工人们随时拆卸方便维护人员日常的工，占地体积很小、整机重量轻、功耗低。

可编程逻辑控制器发展历史

(1)主要作用是取代当时占地巨大且拆装不便的继电器。此时的lplc仅仅仅只是一种拥有一个计算逻辑上的操作函数运算和一个计数学习统计时的一个重要基本功能的lcpu,而且主要是由中、小规模的各种数字信号集成电路直接组合起来构造。第一代plc只能使用梯形图编程无法使用代码编程,这个编程语言对后世的plc影响非常巨大。(2)扩展阶段：20世纪70年代整整十年，plc增加了数据比较和模拟量输入等全新功能。(3)通讯阶段：二十世纪七十到八十年代，由于计算机的兴起，plc开始支持与pc相连，但是因为计算机正处于高速发展时期，形态各异。

(4)实现开放性能的阶段:20世纪80年代中期起,plc在其它的开放性能和功能设置方面已经初步取得了较大的初步发展。因为目前世界广大范围内乃至全世界的移动通讯网络协议突飞猛进地不断增加,所以呢各个通讯厂家之间的通讯联络量都不断增加。此外,plc也已经开始努力进行一个标准化的编程软件开发体系,增加了对高级编程语言的基本编程,并基本全部实现了对高级编程应用语言的基本标准化。plc在以后的应用方向中我们可以大致概括表示:体积会越来越小而功能会越来越强大,同时可替换性和通用性将会大大增加,plc的性价比也会越来越高,能够更好适应各种工业环境。PLC的基本结构和基本原理

图1-1PLC的基本结构PLC的硬件组成和运行原理

PLC硬件组成分为IO接口,cup控制器,储存模块,电源管理模块。plc的执行机构工作原理:控制传感器在plc运行后,将其工作机构分为三个步骤:plc通过采样外部与传感器连接的信号,此时将这些信号与所编写的应用程序执行操作进行比较最后再给出信号来控制执行机构。plc采样外部连接传感器的信号,此信号在与编写的程序执行作比较最后给出信号控制执行机构。1.2三菱fx3u产品特点三菱fx系列plc的新型产品fx3u与之前fx系列产品相比它们的定位和控制功能有所改善,fx3u的定位和控制特点主要可以分为如下几种。主体的一个进入输出定位脉冲被重新增加了一个,由原来的两个输入脉冲分别增加了到三个;另外有关于高速定位脉冲用于定位模块命令的各种添加功能可以使它扩展到成为一个fx3u-2hsy-adp;还有用于高速定位的一种可持续扩展性用于定位系统模块产品fx3u-20ssc-h;该定位系统模块产品能够由下向上扩展兼容于在fx上和下一代所有的其他定位模块产品。可以向上兼容fx上世代所有定位产品。2物料分拣系统硬件设计2.1分拣系统工作原理1、按下启动按钮X1，材料台检测到有物料，则操纵机械爪抓取物料，抓取物料后机械爪将物料转移至检测台，完成物料搬运操作。

2、如果在4秒钟内动力检测系统得不到任何不明物料,红灯就可能会判断有灯光闪烁,否则就可能会判断有一盏灯或绿灯继续闪亮,机械手、电动机和一台自动变频器不能同时进行这一动作,整个动力控制传动系统就可能会自动进行停止。当我们再次检测机械小臂到位时所得的全部物料时,首先这些物料都是放在两个机械小臂的手深处,到位后由于两个机械小臂的夹紧抓住了全部的物料,夹紧后的机械小臂再次向左、右上升又一次收缩回,然后机械小臂继续向右、左上升和旋转130度,到位后的两个机械小臂再次向前、右上升,下降,松开了整个小臂的全部物料,手臂又一次向右上抬,缩回,再一次返复至向左旋初始固定的位置。3、分拣平台上的一个光电式传感器在分拣得到货物后,启动一个传送带;例如当一个电感式传感器被检测得含有金属或其他化学物质的材料时,活塞1会向下延伸来推动这些材料从气体的槽中进入空气后会缩回;当传感器接收到电容传感器来检测为不是一种金属材料时,活塞2向下延伸推动材料,然后将其进入材料料槽再将其收缩返回。然后当一个物料平台又被检测为不能接收得到的物体,就会发生一个循环以上的动作。4、对物料进行传递主要的动作就是通过自动机械手和三相异步动力电动机及其使用的变频器这个动作相互配合运用来对物料进行传送和实现,机械手这个动作主要可以由一个人的手臂在一个平台上进行伸出,下降,夹紧其他自动物料,提升,缩回等多种动作将其他自动物料从一个自动的物料传送平台上直接传送到另一个自动的物料进行传送带上,而三相异步动力电动机在一开始同时启动物料传输传送带的这个动作及其使用变频器则电机会自动改变一个传输线所带的物料移动量和速度。5、在各种传输传送带上,光电电子传感器主要指的是一种定时启动用来传输传送带正常工作运行的电子信号,用到的电容电子传感器和专用电感电子传感器两种工作方式是用来自动检测分拣放在传输传送带上的各种电子物料,电感电子传感器主要就是可以用来自动检测各种富含金属或者其他金属物质的电子材料,电容电子传感器主要就是可以用来自动检测各种类及非金属类的物质。它本身就是一种能够实现货物分拣管理目标的基本动作。2.2硬件设计硬件主要分为三种气动电机执行控制元件,电动电机执行控制元件,传感器执行元件。气动的列车执行控制装置主要元件由气动电磁阀和电动气缸阀等组成。三菱电子变频器的电动机和执行控制单元可供选择。传感器主要种类有各种光电电子传感器、电感电子传感器和各种电容电子传感器。2.2.1A700变频器在实际生产中将电机设备分为以下几个参数,大致有如下三类:电机恒转矩整流负载与恒转矩功率整流负载,电机的负载流体流动等级高于负载。2、按照负载的特点,选择合理的控制运行方式三菱变频器三菱电力变频器在其循环控制驱动模式上的主要技术特点是具有开环控制和闭环控制,其中主要包括了具有无级加速度变频传感器驱动控制和电机带动增加速度的变频传感器驱动控制;直接转矩驱动控制;几种高压电动机利用变频传感器来电和控制高压发动机高速旋转的控制方法等以及其它的优缺点具体介绍方式如下:(1)开环调速控制的主要优点之处是风机接线简单而但结构很单一,速度和转矩控制调节容易,鼠笼式异步风机驱动的发电机一般就是直接采用这种控制方法对其进行调速控制;但是其中的优缺点也不是可以说十分明显,缺点之处就是风机调速控制范围较小，在中高速时候对电机的转矩控制可能就是会因此而自动变得非常小,无法直接通过使用力矩控制来对其进行调速控制;这种方法的主要适用场景是:一般的风机,泵类机器（2）闭环控制

优点:系统结构简单,调速精度比较高,可以广泛应用于各种通用特殊的异步电动机;缺点:低速的时候没有办法带动太大的负载因此可以得出在转速比较低的时候带负载能力很弱除此之外能够改变转速的范围不是很大，需要外界其他设备才能保证转速控制，直接使用一般的传感器是无法做到的。（3）无速度传感器的矢量控制

优点:,电机的力矩和反馈响应好、变频器结构简单,速度和可以控制的区域都比较宽,而且无需传感器;缺点:如果你现在需要自己手动配置电机的参数,必须有电动机的自动检测和可靠性测试功能;采用的位置和场合:一般都是在工业装置,大多数都是在高速的位置。

（4）直接转矩控制

优点:不用任何自动速度参数传感器,力学扭矩计和反馈系统响应好,结构较简单,速度参数可以自动控制的速度范围比较大;缺点:转矩和磁链脉动。在直接转矩控制中，电机定子磁链的幅值通过上述电压的矢量控制而保持为额定值，要改变转矩大小，可以通过控制定、转子磁链之间的夹角来实现。而夹角可以通过电压空间矢量的控制来调节。采用特殊场合:对于一些需要精确地快速控制运动力矩的高精度动态特殊控制性能的机械应用,比如汽车起重机、电梯、冷轧机。A700性能介绍:功率:7.5KW;简易的磁通向高速矢量转矩控制输入模式,实现1hz频率时的高速输出转矩效率可以达到120%;柔性工频脉宽调制工频技术,运行时工频噪音非常的低,内置了一个比例频率积分器和微分频率控制器,变频/差压工频信号切换及控制可以直接同时实现多个变压泵的变频循环高速运转控制功能,内置485通讯卡和硬件通信接口,使用了长通信寿命的变频元器件,id,15段和长时间通信速度等多种不同通信硬件功能的可供选择。A700优点介绍:电源消耗很少的,更省能源;寿命长,维修很方便的;上手操作难度非常的简单支持连接到互联网的线上模式;

2.2.2气缸圆柱体或其他金属体的零部件,可以通过引导驱动活塞的轴线性地往复方向移动。工作时间的流体热量会随着进入气缸气体中的所有水分子和蒸汽自动膨胀,以把所有的气体热量都转换成用于机械的热能。由于压缩气体从自动压缩机的一个气缸内向进入空调中心的活塞内部进行高速压缩运动来从而增加其输出压力。涡轮机,旋转式的活塞机和发动机等的各种气缸驱动壳体一般也可以叫"气缸"。应用领域范围:用于纸质数字印刷(物料自动控制),半导体(点阵电焊机,切屑机和打磨),自动化,机器人等。气缸缸体：在空气压力变压器中，是将压缩气体的压力能量转换为机械能的空气压力致动器。千斤顶分为AC直线运动和AC运动两种。千斤顶的往复直线运动分为单动式千斤顶、双动式千斤顶、隔膜、撞击四种。气缸功能:可将压缩空气气压转换为动力学能量，驱动机构进行直线前后运动(运动、振动、旋转)。气缸分类:线性交替气缸、旋转振动气缸、气压爪等。气缸结构:气缸由气缸桶、端盖、活塞、活塞杆、垫片构成。

2.2.3传感器（1）光电传感器光电传感器,基于光电功率传感器,在接收到不同的可见光辐射后,会产生一定的光电功率,将其中的光信号转换成电子信号进行输出。除了可以准确地测量光的强度外,它还具有使用光的透射,阻挡,反映,干涉等不同的物理学变化来进行测量,例如光的大小,位移,速度,温度等,因此它也是重要灵敏器使用过的。因此它是重要的灵敏设备用过的。光电化学测量光束不会与被直接检测的测量物体直接接触发生化学碰撞,光束的化学质量系数可以直接近似地变成零,测量中几乎基本没有任何化学摩擦,被直接检测的测量物体上也几乎基本无任何化学压力。因此,在许多工业应用中,光电式电子传感器都同样具有着明显地性能优于其他电子传感器的一些特点。这种检测技术的最大缺点主要是,在某些工业应用中,光学和其他电子装置较昂贵,并且还可能需要较高的工业环境检验条件标准来对其进行质量检验。（2）电感传感器电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。（3）电容传感器电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面时，回路的电容量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制的开关信号。3物料分拣系统设计3.1PLCIO分配表输入输出功能地址功能地址启动按钮X1物料驱动电机Y1物料检测X2红色指示灯Y2工件提升上限X3绿色指示灯Y3工件提升下限X4物料提升Y4机械臂伸出限位X5机械臂伸出Y5机械臂回缩限位X6机械臂回缩Y6手爪上升X7机械臂上升Y7手爪下降X8机械臂下降Y8手爪左旋X9手爪抓取Y9手爪右旋X11手臂左旋Y11手爪磁性开关X12手臂右旋Y12光电传感器X13推料1伸出Y13电容传感器X14推料1缩回Y14电感传感器X15推料2伸出Y15推料1伸出限位X16推料2缩回Y16推料1缩回限位X17电机转动Y17推料2伸出限位X18推料2缩回限位X19停止按钮X213.2PLC外部端子接线图图3-1PLC外端子接线图

3.3变频器端子接线图图3-2变频器端子接线图l1、l2、l3接三相高频交流电,pe端子接地;u,v,wv上连接三相交流电机;stf,rm端子上连接带有plc的线,端子连接y21;sd端子上的线连接plcom5。3.4步进梯形图编写图3-3步进梯形图3.5梯形图编写图3-4梯形图1图3-5梯形图2图3-6梯形图3

4组态软件设计4.1组态简介一、组态定义

组态监测软件系统是一种广泛适用于现代工业和工程自动化技术领域的各种各类通用型组态数据采集和动态监测的应用软件,也被人们统称称其为各种人机交互组态界面。专门开发用于企业进行质量数据采集和生产过程质量管理控制的应用软件。二、组态发展20世纪40年代,多数的机械工业都已经是一直处于完全移动式的完全手工自动生产控制状态,人们主要依靠工业经验并且通常是手工地直接控制了工业生产的全部整个过程。50年代以后,一些大型厂房和机械企业在制造工程机器上批量生产已基本实现了制造过程的仪表化、自动化。在现代化工业生产各个环节中的各种关键性技术参数一般都是可以直接通过利用各类仪器或者设备来实现显示的。进入60年代,随着技术推进以及计算机应用电子技术推广应用到我国现代工业生产与控制中计算机应用电子技术的日益深入与发展,已经开始大批涌现出一些由气动、电动各种控制单元组成的数字化仪表系统,用来对各种控制关键设定参数信息实时地进行了自动化的显示,计算机数字控制显示系统也逐渐开始广泛地深入应用于工业控制,实现了数字控制和关键设置参数值的自动控制。70年代,随着移动计算机的不断开发、应用与不断普及,对企业全厂或整个企业生产工艺流程的进行高度集中优化管理已经逐渐变得尤其非常有可能。4.2组态优点和功能(1)通过实时读取或写不同信号种类的a、plc、仪表、智能控制模块及监控板卡,采集到各种工业现场的各种监控信号,对于各种工业现场情况实施远程监视、控制。(2)能够用图形及动漫等直观、形象化地呈现在工业现场的信息中。(3)用户可以把控制系统当中的各种紧急情况及时地告知给有关人员,使之能够及时地掌控整个系统正常运行。(4)该处理模块系统可以针对处理工业现场过程中的各种物理数据以及信息模型进行逻辑运算和各种数字化计算操作等综合处理,并将其计算结果通过反馈发送到工业控制管理系统。(5)能够将控制系统所得到的数据进行记录和存储。(6)用户可以把自己在工程中正常运行的情况、实时资料、历史资料、警示信息和外部资料库中所有数据以及其他相关的统计学运算结果编制成一份报表,供工程运行和监督管理者使用。(7)能够把不同的系统中数据之间相互联系、整合。(8)能够通过网络方式实现各种分布式的监控,进行复杂的遥测和监视。(9)能够按照需要对生产现场或工序进行干预。图4-1组态画面

如图4-1,当一个被检测的物料灯颜色改为红或黄色时,整个系统就可能会自动开始正常工作,否则这个灯也会逐渐变红,系统就可能会自动地停止。当系统正常工作时,转盘和一只机械手的移动,把输送的物料放入检查点的通道,传送带上的指示灯就会点亮。所以当我们从灯的检出中发现一个有黄色或者金属的物体,灯会逐渐变绿,然后由一个电磁阀开始启动,这时一个电磁阀的灯就会逐渐变绿,带动一个空调的气缸,推动其他的物料。例如,当检出的是一种不含金属的物体,灯会改成为绿色,然后由于一个电磁阀的启动,灯就会改成为为了绿色,带动一个气缸,推动其他的物料。5结束语本文就这样详细的介绍了按照实际工业生产的需要,运用plc设计开发出了物料分拣系统,并以组态操作软件为基础。物料分类管理系统对于现代工业自动化的生产过程中,具有重要的实践价值。我在毕业设计前已经阅读了许多大量的资料与文献,还曾向老师们请教,从这些书籍与文献当中学习得很多知识十分宝贵。在进行网络系统设计的过程中会遇到许多困难,比如我们讲网络应用程序的开发、设施选择、担心网络系统在运行时会出现什么样的问题、设计的过程是否合理、网络系统在运行时是否可能会受到外界的干扰、通信能不会成功。在其设计上必然也会存在一些不完善的问题和地方,物料分拣管理系统也必须在技术上得到进一步的改善,以增强其管理系统的优越性、可靠度。注释：[1]在fx系列的可编程控制器中,可以直接使用sfc图(sequentialfunctionchart:顺序功能图)来实现顺控。用sfc程序就能够以一种便于了解的形式来展示基于机械运动的各个工序之间的作用及整个控制过程。所以,顺控系统的设计也就变得了简单。因此,即使是对第三方操作人员来说,它们仍然只能轻松地传达到机械上的动作,所以它们才能够为我们编制了便于保养、应对产品规格的变更、和防止故障事件发生的更加有效地程序。此外,sfc程序和步进梯形图指令,都是按照既定的规则进行编程的,所以它们之间可以互操作性地进