【《基于PLC的物料分拣自动控制系统设计》21000字】

-33-基于PLC的物料分拣自动控制系统设计摘要本文主要阐述基于PLC的物料分拣自动控制系统的设计过程。目前可以用来实现物料分拣自动控制的装置有PLC，单片机等，不过它们都有各自的优缺点，本文就PLC来实现对物料分拣的自动控制进行设计。可编辑式程序控制器(以下具体简称PLC)以小型微处理器作为设备的核心,整合了微型计算机、自动控制和网络通讯技术三种主要技术,是为现场作业过程的自动化控制而研究和开发设计,且被广泛地应用于各种大型企业生产和工艺过程的自动化控制.PLC的可靠性高、适应性好及对空间的扩充能力较强,除了它们还可以替换传统继电器和控制系统,还可以应用于复杂的生产过程控制及生产自动化网络。本文研究基于PLC控制的多传感器物料分拣自动控制系统的设计。本项课题研究选择了三菱FX–2N系列PLC来直接实现主程序控制的任务,同时,对传感器技术(主要包括:电磁传感器、电容传感器、光电传感器等)、变频器技术、电磁、气动推进技术等方法进行了系统的综合,以直观形式呈现出各种PLC在整个过程控制系统中的功能,从而为我国工厂生产的全面自动化服务提供一个很好的示例。该物料管理系统设计的主要思路:基于PLC控制的多位传感器对各种物料进行分拣的全方位自动控制系统在架构上都是采用了一种模块化设计,每一个操作单元都能够实现相应的独立设计,自由地进行组合来实现各种系统的功能。本次管理系统主要包括检测模块、气动推进模块、搬运管理模块及分拣管理模块4个功能部门。本控制系统主要是由PLC控制实现，由变频器控制传输带运行速率，各类传感器实现对物料材质及颜色的检测区分，最后由气动机械将各类别物料推送至对应的物料槽从而实现整体的分拣任务。本文充分阐述了物料分拣自动化电气控制系统的主要功能及其应用基础之上,根据plc提出了一套电气化自动化控制系统设计总体方案。文中还重点分析了如何对该系统进行调试和单片机相比于其他单片机的优势、测试评价了该系统在工况下运行的可靠性,检测、分拣的正确率这几个重要的指标。试验的实际结果显示:本次设计的整个系统都同样具有了控制精度高、操作总体简单直观、可靠性好等特征,各项指标均能够满足任务书中所要求的设计功能。本设计论文的研究成果对于类似系统的研究及开发都具有一定的借鉴和参考价值。关键词：PLC；传感器；变频器；仿真模拟目录致谢 -2-第一章 绪论 -1-1.1选题背景及课题研究意义 -1-1.2国内外同类研究概况 -1-1.2.1关于国内 -2-1.2.2关于国外 -2-1.3本文研究的主要内容 -3-1.4研究中解决的主要问题 -3-第二章物料分拣自动控制系统的工作原理和结构 -4-2.1物料分拣自动控制系统的工作原理 -4-2.2物料分拣自动控制系统的基本结构 -5-第三章控制器的选择与比较 -6-3.1单片机的特点 -6-3.2PLC的特点 -7-3.3PLC相比之下的优点 -8-第四章硬件器型的选择 -10-4.1PLC型号的选择 -10-4.1.1几类PLC的比较 -10-4.1.2FX2N型号PLC的介绍 -11-4.2检测元件 -12-4.2.2分拣运动限位开关选择 -13-4.3变频器和驱动系统 -13-4.3.1变频器的选型 -13-4.3.2驱动系统的类型及选择 -14-4.4电动机的选择 -16-4.5输入输出点的分配设计 -17-4.5.1I/O分配表 -17-4.5.2PLC的接线图 -18-第五章物料分拣自动系统软件设计 -19-5.1物料分拣自动控制系统的工作步骤 -19-5.2PLC编程语言和软件的选择 -19-5.2.1编程语言的选择 -19-5.2.2编程软件的选择 -20-5.3系统控制程序的编写 -21-第六章物料分拣系统整体调试 -25-6.1软件调试 -25-6.2系统模拟仿真 -26-6.2.1仿真软件的选择 -26-6.2.2仿真模拟过程 -27-第七章结论 -32-参考文献 -33-附录 -34-绪论1.1选题背景及课题研究意义自动化的技术进步和进化程度直接关系决定着整个现代工业化过程进步的技术水平,而自动化的分拣也就是工业自动化技术进步中一个必须和需要先去做的组成部分。PLC远程控制的物料分拣输送设备因其自身具有工作成本低、效率好等强大特性,已经在国内全国各地广泛应用。它是可以按照系统设定的程序来实现人机自动化而高效地进行工作,并且维修成本很低。由于全部都是采用机械或者自动化的作业,因此,分拣和处理的能力相对比较强,单位的时间内可以分拣和处理的分类商品数量也比较多,从而为企业节省了许多的人力劳动,减少了企业的额外开销,是为企业节约成本的最佳办法。特别是对于有技术需要对物料进行分拣的企业,以往一般都是采用传统的人工分拣方法,由于对个体员工作的局限性,因人而导致的分拣生产效率非常低,误差多,生产费用成本高,企业的核心竞争力差,阻碍了他们在企业的正常经营中。所以分拣设备PLC控制的系统势必会替换为人工分拣操作。这也恰恰就是它之所以能够得到迅猛发展的一个根本原因,自动化亦将被认为是整个社会与企业共同发展的趋势。随着我国经济的越来越快速发展,工业技术水平越来越高,自动分拣设备完全替换人工操作是必不可少也是未来发展趋势。物料自动分拣系统采用了一种简单可编程的分拣控制器PLC来自动进行物料分拣,能够连续、大批量的进行分拣各类复杂货物,分拣后的操作误差和效率相对较低且疲劳强度也大大显著减小,可以显著大大增加物料劳动生产率。而且,分拣管理系统还已经能够灵活地与其他各种物流分拣装置之间的信息无缝相互连接,实现了对分拣物料真正的实时物流、信息流的合理灵活分配及有效管理。其产品设计为一种标准化、模块式的产品组装,并且同时具有产品整体设计结构轻和布局灵活,维护、检修方便的三大特点,受工程施工量和场地环境条件差等原因的直接影响较小。同时,只要根据不同分拣类型的本次分拣系统对象,对本次分拣系统功能进行略微的优化修改就已经可以快速达到所有者需要的,十分方便。现在的大约一部分大型企业都已经开始拥有自己的一条企业生产分拣流水线,而自动进行分拣的处理装置则已经是企业生产分拣流水线中一个非常不可或缺的一部分,有的大型企业甚至经常需要同时使用拥有多条自动分拣线的装置,这也就充分表明它们已经拥有着很大的市场竞争力和大的市场发展空间。PLC控制系统是目前我国工业中最常见的一种自动化控制系统,由于它的控制方便,能够适应和忍受恶劣的条件和环境。因此,在工业应用上优于对单片机的控制。物料分拣设备装置PLC控制系统充分地利用了先进的PLC技术、位置控制技术、空气动力学技术、传感器和测量技术、电传动和控制技术等,这些先进技术都被认为是现代工程自动化技术中必须掌握的,可以说它们就是现代化的工作和生产现场各种物料生产设备的一个微小模型。1.2国内外同类研究概况纵观国内外对企业物料自动化和分拣系统的实际应用状况中也可以明显看到,国外发达国家的企业物料自动化和分拣管理系统更加偏好地还是选择采用自动化和采用智能流程管理的操作方式。而在目前的现代我国,由于其起步晚,物料自动人工分拣处理系统中能够进行人工分拣操作的人员比重也相对较高。国外对企业物料自动化和分拣管理系统技术进行了广泛应用,以及在美国、日本及其他欧洲地区为其主要代表的发达国家,在对企业物料自动化和分拣系统的实际管理应用上都充分呈现了其企业自动化管理水平越来越高的重要特征。物料自动化和分拣管理系统正在逐渐地发展成为发达国家中小企业物料工作人员自动化管理过程中必不可少的组成部分。主要产品适合广泛应用在各种大中型的企业物流信息服务管理中心、配送信息管理服务中心、流通信息管理服务中心、邮局信件分拣以及电报发送信件等等,随着移动互联网和应用电子技术的快速进步与不断发展,尤其特别是移动互联网和电子微电脑信息技术的快速发展进步与不断发展,将大大提升工业社会的发展水平。自动货物分拣管理技术于20世纪70年代被广泛地成功引入国内,我国的自动电子商务邮政快递服务货物管理信息系统最早并已多年成功地投入使用了自动货物分拣管理装置,并且在长期的企业应用和管理实践中已经得到了不断的技术创新、不断地技术进步。1.2.1关于国内在目前关于我国快递物流服务中心分拣系统建设的相关基本理论课题上,主要包括了以下几个方面。一方面主要重点研究了我国物流企业的物料分拣装置以及其他物料的自动控制分拣技术的应用,例如广泛应用于我国邮政运输系统的物流交叉履带式分拣机的应用,广泛应用于我国烟草化工产品运输行业的交叉履带式物料分拣机的应用,例如研究等等;第二个技术的方面是对于我国各地区的物流集散中心的存储战略和分拣路径的优化进行研究,例如用bom表来进行仓储地点的位置优化研究用蚂蚁群算法来实现分拣路径的优化等等;第三个技术领域方面则主要研究的是对于物流分拣设备作业的管理资料信息与系统分析的决策问题,华南理工大学、中国人民大学、华中科技大学、浙江大学等多所国内顶尖高校的专家以及物流学者都已经对此类问题做出了定性和定量的探讨。例如马上华、文坚的货物分批和分拣策略基于根据无延迟时间推移和没有延迟的设计思路,综合充分地考虑到在拣货操作环节和分拣包装环节中的人员和工作效率,提出了一种基于可以有效地消除由于分拣货物的时窗分批不均匀、不平衡所引起的等待时间和货物闲滞、空缺或者闲忙不均等各种动态分拣货物的设计和判断。从而有效地确保了物料分拣系统在正常运行中所处于状态的可靠性和均匀度。李凯针对目前我国卷烟原料分拣的几个成本优化管理模型问题进行了较为深入的研究和探索,并先后在实践中采用仿真技术手段对其进行了仿真验证。朱岩就对新型卷烟原料分拣控制系统中的总体控制指标和不同设备参数下的分拣系统整体性能做了深入研究，并经过系统仿真和应用程序的综合模拟进行了验证。1.2.2关于国外以美国、日本及其他欧洲国家为主要代表的发达国家,在分拣管理系统的实际应用上都呈现了其自动化水平越来越高的优势。自动分拣系统正在蓬勃发展中,它是发达国家的大中型物流、配送和运输中心,甚至是物料流通、服务中心不可缺少的组成部分。在对于物流中心子系统等物流中心子系统所需要进行的规划与设计中,各发达国家在其规划原理上都存在较大偏差。日本的各类物流中心大都已经做得规模适中,采用先进的自动化物流仓库分拣管理系统和自动化无线通讯设备,美国主要还是采用完全立体化的自动物流仓库管理系统方式来有效节约了地价成本的开销和支出,但是自动化分拣等物流技术装置大多数还是会按照要求实现采用完全机械化或者完全半自动化,不会盲目要求采使用完全基于自动化的分拣装置。他们自身所共有的一个主要优势就是都已经实现了较成熟的计算机运输网络技术来简化了对货品运输的系统管理,保障了物流配送工作的及时性与精准度,大大地节约了人员与劳动力的成本。国外许多学者以及一些专家的研究案例例如Goetschalckx和Ratliff就已经提出如何充分运用动态规划方法来有效地解决广阔通道内的货物分拣路径的问题;Roodbergen和Koster还深入地研究了在多个不同的横向运输渠道地现场仓储货物的系统条件环境下,针对不同的分拣方案进行比较在不同的渠道中货物数量、不同的货物品项及不同渠道中宽度的情况下进行货物分拣的方法。Elizabethjewkes等对现场商品的库存管理方式及其对商品的分拣管理策略进行了深入的探讨;Loonc.Tang等主要负责人详细地论述了资源的分批和分类存储时间中资源的分配管理策略对于仓储分拣管理工作的重要影响;RichardL.Daniels等对仓库订单分拣的研究;M.I.Johansson对货物存储位置的分配对减少分拣时间的作用进行了研究;美国麻省理工学院Dimitris.Bertsimas和Robert.M.Freund和March.J.G.A),W.L.Winston,Jeremy.Shapiro,LacksonenT).whitley等一些学者也曾经做过一些相关领域的研究和实践,在该领域都实现了较为先进的创造及突破。1.3本文研究的主要内容本文主要以PLC为控制系统的核心基础，研究并设计了基于PLC的对于不同材质、颜色的物料自动分拣控制系统。本论文的主要章节研究内容如下：第一章本文着重分析讨论了本文主要的重点研究课题基础科学与新技术研究领域课题研究的历史背景和其对科学研究的重要意义,合理地分析总结研究分析了国内外科学相关基础科学与新技术研究领域的主要研究成果发展趋势现状,阐述了该项研究对于工业生产、社会发展等领域的深远意义,说明了该系统设计的研究作用;第二章为系统的主要设计方案。分别阐述了物料分拣自动控制系统的工作原理，以及该系统的基本结构；第三章为本设计的主要控制器进行了详细介绍和选择，阐述了PLC较于单片机的明显优点，以及其在系统中的重要工作特性；第四章说明了系统设计及完成的前提，即对整个系统中所需要的硬件类型的选择问题，并在确定了PLC的选用类型后，呈现了其输入输出点的分配以及PLC的端口接线图；第五章介绍了整个设计系统用到的软件工具，包括实现PLC控制程序编写任务的GXWORKS2以及编程语言的选用问题；第六章则分别从系统的软件调试以及模拟仿真两个层面，呈现了整个系统设计完成后的结果展示；第七章就本文的课题研究以及其各模块的实现过程进行了全方位的总结，对该课题的研究意义进行了展望。1.4研究中解决的主要问题1.首先解决的是分拣系统整体结构的设计问题，根据任务书中结构简单、经济且具有一定代表意义的要求完成整体的结构设计。2.物料分拣系统中，各个驱动模块动力来源的设计选择问题。3.整个自动分拣控制系统的设计中，在解决了主控制程序以及电路规划的设计问题同时，还考虑并整合了系统与各个器件间适配的过程。4.PLC、变频器及各类传感器的类型选择问题。5.针对PLC的控制任务，解决了主要控制程序的编写以及程序编写软件的选择问题。6.由于实验室的硬件成本受限，将整个设计系统用仿真模拟的方式得以呈现的问题。其中对于仿真软件，又称为远程监控系统软件组态王6.55的研究以及应用问题也是整个仿真过程的核心问题。第二章物料分拣自动控制系统的工作原理和结构2.1物料分拣自动控制系统的工作原理本系列产品的结构设计主要理念是基于利用日本三菱公司产的FX-2N系列的PLC电机作为整个系统的主要驱动控制电路,通过灵活可编程序实现工作任务如下:本系统设计工作任务主要是为了完成对铁、铝、白色塑料以及黑色塑料的分拣任务。为了能够在物料进行分拣时准确地推出物料，系统特别采用限位光电传感器对其作定位和检测，并同时保证物料在抵达推料气缸前适当的位置被检测得到且及时反馈至推料模块控制系统。设备正常上电并与气源电路接通后，四个气压气缸均设置为自动缩回状态，且正常工作运行时指示灯同时点亮，此时说明系统处于正常准备状态，否则该指示灯不亮。当设备已经进入正常准备状态后，可以按下启动按钮，此时系统开始工作，正常工作状态指示灯亮。当上料口检测到有料时，变频器同步启动，驱动设备通过三相异步电动机以固定转矩和速度带动传输带开始运行，物料随之被运至分拣区。若运输的物料是铁材,则该机械运输的物料在到达1号物料槽中间位置后,传送带自动停止,物料被机械气缸自动地推至1号运输的物料槽中;若物料是一种黑色的塑料,则该机械物料在到达2号物料槽中间位置时,传送带自动停止,物料被机械气缸自动推至2号物料槽中;若物料是铝材,则该机械物料在到达3号物料槽中间的位置时,传送带自动停止,物料被机械气缸自动推至3号物料槽中;若物料是一种白色的塑料,则该机械物料在到达4号物料槽中间位置时,传送带自动停止,物料由机械气缸推至4号物料槽中。只有这样,当上一个物料被输入到相应的物料槽中后,这个工作单位才能够以一个特定的工作周期进行。此时,才能再次将传送带进行下料。若在整个系统正常运行过程中按下了停止键,则当每个人按下该键时正在进行工作周期末,系统就会自动地停止操作。该物料分拣自动控制系统接受传感器反馈的信号,并进行处理后输出所需信号,再由驱动模块来控制系统的运行。该物料分拣系统的设计充分考虑到了方便更换传感器等来实现对不同类型物料的自动检测和分拣，并且充分考虑到了控制元器件等的相互兼容性，更好地发挥了该系统的灵活性。本系统的工作结构框图，如图2.1所示：图2.1系统工作结构框图2.2物料分拣自动控制系统的基本结构本控制系统通过PLC的主程序控制来实现对各类型物料（金属：铁、铝，塑料：黑色、白色）的自动分拣的过程。主体分为四个部分：有料检测、物料传输、物料分类、物料推给。图2.2展示了物料分拣系统控制流程。有料检测：利用电感式传感器，当系统正常上电且工作状态无误时，电感式传感器同步进入工作状态：检测运输台入料口是否有料。若有料，该传感器迅速产生信号反馈，至驱动系统，从而进行后续传输、分拣等工作任务；若无料，则接收到无物料信号反馈，驱动系统不运作，系统将不开启后续运作。物料传输：该系统属于实物分拣系统，故驱动运输系统是必不可少的环节。本系统采用气压驱动，电机驱动（机械）来实现物料的传输任务。物料分类：根据任务书所指定的分拣任务：完成对铁料、铝料、白色塑料以及黑色塑料的分拣任务。本系统采用电传感器完成对不同类型物料的检测分类任务：电磁感应器、金属感应器、颜色感应器。物料推给：分拣任务中，在顺利完成对物料的分类后，需将对应的物料拣入不同的物料槽中。本系统采用气压驱动气缸，利用其活塞杆完成对对应物料的推给至物料槽中的任务。图2.2物料分拣自动控制系统流程图第三章控制器的选择与比较3.1单片机的特点单片式随机软件作为数字集成电路处理芯片的一种,采用了很大的高规模的数字集成电路处理技术,将一个原本可以同时处理随机数据的中央处理器只读CPU,随机数据存储器只读RAM、只读随机存储器只读ROM、多种I/O口和多种中断控制系统、定时器/自动计数器等多种主要功能(其他应用还有图像显示多路信号转换驱动调制电路、脉宽调制驱动电路、模拟多路信号转换器、A/D多路转换器等集成电路)也就是一个集成于各种单块机或硅片上的组合所连接构成的小而完整的微型工业计算机控制系统,在各种大型工业生产过程质量控制中已经得到广泛应用。现在的高速单片化主机已从最初的4位、8位,逐步迅速发展到现在300M的高速单位单片机。单片机一般可以从结构上大体划分为两种:通用式、总线型和控制式。单片机的主要特性：1.其整体的系统结构并不复杂，功能实现方便，且能实现模块化处理问题。2.可靠性高，可以实现保持高速长时间稳定运转不发生故障。3.反馈速度快，反应速率属于毫秒、微秒级。4.功率很小，耗电量低。5.对不同环境的适应度强，可修改性广。6.控制指令简易有效，且控制能力强。由于单片机的应用涉及面十分宽泛,其被广泛地应用于我们日常生活中的各个领域。例如:对飞机、汽车上的各类仪表控制,工业中设备的控制,洗衣机,电饭煲,摄像机等都有着单片机的身影。3.2PLC的特点PLC又被我们简单地将其称为一种可编程式的逻辑式微控制器,专门针对不同的电子工业应用环境要求进行设计应用。PLC所需要运用的数字信号存储是一个同时可以用来进行随机编制程序的数字信号数据存储器,用来存储实现对逻辑运算、顺序控制、定时、计数和其他算术综合运算等控制方式的各种操作命令,并通过其内部输入(I)和其外部输出(O)两个控制端口连接来同时实现由内对外部各种类型的控制信号和内部机械设备的运行控制。PLC就是在通用电子中将计算机控制技术与电动自控控制系统设计技术有机地紧密结合在一起来开展研究和进行开发的。逐渐向一种由现代微处理器、计算机、通信融为一体的全新远程控制管理系统核心技术迈进。目前,PLC已被广泛地深入应用于各种现代工业生产过程机械和其他工业生产流程的现代工业生产自动控制系统信息化中,已然逐步发展出并成为一种现代工业自动控制信息系统技术中的最有重要性、普遍应用程度最高、应用涉及场合最广泛的一种新型工业自动控制信息系统,被我们普遍公认地称为是它是促进现代中国工业生产自动化的三个主要技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。PLC的基本结构：图3.1PLC基本结构原理图中央处理控制单元（CPU）：CPU是PLC的控制中枢，处理接收到的信息后，向输出端发出指令。CPU是控制器必不可少的部分，其根据用户输入的程序，按照逻辑语言完成数据处理以及指令传送。CPU可以处理的东西很多:检查电源状态,I/O口的状态,存储器上的数据,还需要能够判断一个键入的应用程序有没有或者存在任何语法上的错误等。CPU的工作方式主要是通过扫描接收到输入参数及状态。紧接着读取并分析用户程序。在对输入进行一系列操作执行完毕后，将处理后的结果指令通过输出端来实现对外部设备的控制。存储器:它是对数据进行存放系统固定程序;可以被删除的数据库是用户自己编写的程序;它是存放一个程序在执行过程中的中间状态下的一个信息,相当于它的内存。输入/输出端：在外部回路中,输入和输出端负责桥接外部电路以实现控制外部电路状态的目的。输入端把电信号转化为数字信号,输出端则与之相反。3.3PLC相比之下的优点PLC相较于单片机所具备的优点：1.相对于单片机,PLC的运行稳定、可靠性也比较好,并且其抗干扰性能力也比较好。2.高可靠度控制属于一种新型电气控制驱动装置的关键技术特点。plc由于其外部采用了比较现代化和比较大规模的硬件集成电路制造技术,选用了严格的硬件制造设备工艺和设计方法标准来进行制造,其内部的软件集成电路则仍然是部分采用了先进的高温耐高热腐蚀和抗干扰控制技术,具有高可靠性。例如三菱公司生产的FX系列PLC的平均无故障时间高达30万小时,而其他一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。3.相较于单片机，PLC的程序编写相对更加简捷。4.PLC的产品受众主要为工业用户。工厂里的技术人员相比于c语言、汇编语言而言，对PLC梯形图程序更为青睐。梯形图中的图形与符号语言更易让人们理解接受，对于不熟悉或未实际操作过的人而言更易于上手。5.相较于单片机，PLC更易于改造。6.PLC系统的软件设计、安装、调试等工作量相对较小,维护更为方便,且更易于改造。PLC的梯形图过程中的操作一般是选择先后次序进行控制的设计方法。这种编程语言的方法既富有规律性,又容易被人们所掌握。对于复杂的控制系统,梯形图在设计过程中所花费的时间远远低于传统的继电器系统,因此梯形图在设计过程中所花费的时间和成本较少。PLC是采用数据存储逻辑的方式来代替接线逻辑,此举大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大大简短,同时维护更加简捷。更为重要的特点就是它让同样的设备通过改动程序来实现对生产工艺进行改动的可能性。这极大地适合于多品类、小批量生产的场合。第四章硬件器型的选择4.1PLC型号的选择对PLC型号的选择依据是根据PLC各型号的适用功能以及其容量大小，并在保证可靠的前提下尽量做到具备最高性价比。4.1.1几类PLC的比较现今市场上，存在各种型号的PLC产品，不胜枚举，对应其功能也是应有尽有，但是每个公司的PLC产品都各具特点。目前市场上使用最多的是由三菱、欧姆龙及西门子三个公司生产的PLC产品，下面将对该三个公司的产品做一个比较。（1）西门子PLC西门子公司生产的PLC是目前市场上应用范围最广泛的，尤其是S7系列的PLC，其功能之强大，更是在PLC市场上独树一帜。总体来说，西门子公司生产的PLC，不论是独立运行，抑或是与网络相结合，都能实现很好的控制功能，性价比很高。西门子的产品，虽然在价格上较高于其他同类产品，编程也较为复杂，但是在性能的可靠性上占有极大的优势。特别是在处理模拟量的输入时，精度要比三菱、欧姆龙公司的PLC精度高很多。值得一提的是，西门子公司的PLC，在编程上除了常规的梯形图、顺序功能图、助记符以外，还增加了指令表和结构文本两种编程语言，令其使用起来更加方便。西门子系列的产品特别适用于要求有高精度、高可靠性的生产设备。但是西门子系列PLC的价格昂贵，从产品设计的成本考虑，不选择西门子公司的PLC作为本设计的控制器。（2）欧姆龙公司的PLC欧姆龙公司生产的PLC深受广大用户的喜爱。它的结构灵活，不受环境影响，可以随时任意扩展用户接口。其最大的特点就是传输速度较快，传输质量较高，带宽稳定，抗干扰能力较好，通信方便，容易实现远程的实时监测。但欧姆龙公司是针对数字量的设备而生产，对模拟量的处理远不如三菱公司和西门子公司。所以，欧姆龙公司的PLC一般用于数字量输入较多的工业设备，并不用于模拟量输入较多的设备。（3）三菱公司的PLC三菱公司是我国最大的生产PLC的公司，生产各种类型的PLC，其产品在各个行业都有广泛应用。而且，三菱公司PLC的价格适中，适合绝大多数的公司使用。其安装方便，程序的编写较简单，编程技巧易于掌握，且操作较方便，在出现故障后，维修较容易，适合对于PLC的初学者。综上，通过对以上三家公司产品的对比，再依据本次设计对设备可靠性及生产工艺的要求，本设计选择三菱公司的PLC产品，可以满足对生产设备可靠性控制的要求。三菱公司是较早推进PLC到中国市场的公司，旗下的小型F系列产品，经过升级优化推出了F1/F2系列，早期在我国有着不小的销量。这极大地刺激了我国国内市场的发展需求，并且被引入到高等院校的教材中，各大出版社公司以日本三菱公司PLC为基础的模版普及地讲解其结构及与之相对应的程序编写方式。一些国内的PLC生产商和厂家充分地利用了市场需求，以三菱PLC为主要生产线的自动化控制系统设计方式快速地获得了一大片的市场和使用者，其PLC编程语言的所有指令集全都是要求与三菱公司的PLC得以兼容。三菱PLC以较高的性价比，低廉的价格和很高的产品质量称合了中国工业化自动控制系统行业的需求，把握了这个市场。其高性能，低价格的特点也使其广泛应用在国内工业发展。4.1.2FX2N型号PLC的介绍这次的PLC选型选择的是三菱公司旗下生产的FX2N-48MR型号。FX2N是整个FX系列中目前可以实现的功能最多、兼容性最好，且功能实现也是最稳定的小型PLC。其中的用户端内存为8Kb，最大I/O点数量目标可以被扩展为256个。FX2N-48MR系列PLC是日本三菱公司研发和生产的一种具有较高性价比的微型可编程控制器，这种系列产品能够满足多种类型的自动化管理控制需求。由于FX2N-48MR具有一个紧密集成和整合性高的设计、优良的延展性、适当的价格以及强大的指令实施能力，使得FX2n-48MR能够几乎完美地满足了一个较小规模的控制需要，十分符合本次研究所设计的一个自动化控制系统。在机械结构上，其外壳紧合坚固，安装便捷，接线、操作简易。除此之外，它还包括一些能够满足单个所需的大量专门功能模块，可以给工厂生产过程中的自动化应用带来最大限度的可操作性与现场实践的灵活性。图4.0展示了FX2N-48MR的PLC实物图。图4.1FX2N-48MR实物图综上所述，FX2N-48MR具备以下优点：1.系统配置既固定又灵活;2.编程简单;3.备有可自由选择的丰富品种;4.性能的高可靠性;5.运算速率高;6.适用于多种特殊用途;7.外部机器通讯简单化;8.共同的外部设备。4.2检测元件在本自动分拣系统的设计中，要求对物料正确的检测分类是通过传感器检测反馈实现的。本设计主要针对物料的运动限位、物料的材质及颜色、物料口有无物料进行检测反馈。为了成功实现该系统自动分拣的核心任务，设计一个实用性强、控制方便的控制系统，对于检测元件的选择是必不可少且十分关键的步骤。为了在保证系统安全稳定运转的同时，又能将经济投入降到最低，对各类传感器的选择就显得尤为重要。选择检测元件的根据：要尽量做到成本低、功能适用性强、检测重复准确率高且工作性能稳定。4.2.1传感器的选择本系统的设计研究主要针对铁、铝物料，以及黑色、白色塑料物料这四种物料的自动分拣，检测任务通常采用光电传感器、金属传感器、电磁传感器以及颜色传感器。光电检测传感器：是将光学电信号或者其他信号数据转换为电信号的一种传感器件。它们的主要工作作用原理主要是以光电辐射效应为理论基础。光电辐射效应就是指当发射光线照射到某些磁性物体上时，物质的整个电子系统会直接吸收这些发射光子的全部能量从而由此产生了与之交互相应的光子放电辐射效应。光电式传感器本身由于具有无需接触、响应速度快、性能可靠等优势，因此被广泛地研究并应用于现代工业中的自动化制造设备和工业机器人中。在本设计中，光电传感器主要实现了物料口是否有料的控制检测任务。图4.3展示了一类光电传感器。图4.3光电传感器实物图金属传感器：金属传感器分为利用电磁感应高频振荡型，使用磁铁磁力型和利用电容变化电容型。接近传感器可以不与目标物实际接触情况下检测靠近传感器金属目标物。电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器检测面与外界构成一个电容器，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对，回路电容量发生变化，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开关信号。在本设计中，金属传感器主要实现了对金属和塑料两类物料的控制检测任务。图4.4展示了一类金属传感器。图4.4金属传感器实物图电磁传感器：电磁传感器又叫电磁式传感器、磁电传感器等，电磁传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。在本设计中，电磁传感器主要实现了对铁质、铝质物料的控制检测任务。图4.5展示了一类电磁传感器。图4.5电磁传感器实物图颜色检测传感器：这种物体色彩检测传感器又称为颜色识别传感器或颜色传感器，它的主要功能是将一个对比物体的参考颜色与前面已经准确表示并设教好了的其他物体参考色的颜色之间互相进行高度对比而对其加以区分，当两个对比物体的参考之间在一定颜色误差值的范围内互相进行吻合时，就可能会直接产生颜色检测的准确结果。图4.6展示了一类颜色传感器。图4.6颜色传感器实物图4.2.2分拣运动限位开关选择在本系统的分拣过程中，主要的“拣”是由气缸执行完成的，故而气缸能否准确地将运行到对应位置的物料推给至物料槽中的过程非常之重要。为了检测物料在输送搬运过程中各个运动器件的运行位置，也可以说是对往复运动的行程进行检测控制。考虑到设计方便、加工工艺可靠性、安装的便捷以及调试等各方面，选择磁性开关用于检测气缸的运动位置，提供气缸的伸缩位置信号。4.3变频器和驱动系统4.3.1变频器的选型本次设计变频器部分选型拟采用实验室提供的施耐德的一款变频器，型号为ATV11HU18M2A。其输出信号频率范围为0.5～200Hz，使用的是一种无线传感器的磁通向矢量控制。在输入部分，有一路可以进行模拟和逻辑输入，4个可以进行逻辑输入。输出部分是作为一个PWM集电极的开路输出或者说是一个可编程逻辑输出。本次设计选取的变频器输入为电位器速度给定，是通过DA模块将数字量转化为模拟量即为电位差的变化来改变变频器的输出，以达到调频控制电机。图4.7展示了变频器实物图。图4.7变频器实物图4.3.2驱动系统的类型及选择本文研究的物料分拣自动控制系统中，驱动控制模块是其实现运行的关键之一。而根据不同的驱动形式，其又各自具有不同的驱动特点：电气驱动：该驱动方式的优点体现在其控制工作驱动力大，精度高，且对具体工作要求的反馈响应迅速，与此同时在信号检测、传递以及处理方面也很简单方便。但该驱动方式需要装备大量特殊的电气设备，则随之而来的运行成本很高，从工业利润的角度出发限制了该驱动方式的适用范围。从而，更加经济化的驱动方式得以开发，其中主要代表为气压驱动。图4.8是一种电气驱动器。图4.8电气驱动器液压驱动：本驱动方式虽然笨重，功重比（功率重量比）大，但可经常应用于需要常变速换向的工业场合下，且工作状态相对稳定。其次，该驱动方式对实现电路过载保护较为简便，并且可充分利用自身驱动方式携有的液压油，发挥其润滑作用，从而大大延长其使用寿命。相应地，该驱动方式的缺点显而易见：必须依靠油压实现驱动控制，从而产生了如若液压油泄露事故将带来的环境污染问题等，极大地影响了环境保护。同时，配备油源、更换油源等，直接导致其驱动成本较高。另外，该驱动处于工作状态时，会带来极大的噪声污染。图4.9是一种液压驱动器。图4.9液压驱动器气压驱动：该驱动方式的优点明显：无需专用的油源，原料为空气，成本低廉；结构简易；功率体积比较高；避免了潜在的漏油问题，绿色环保；工业场合下的抗干扰能力较强，因此气压驱动的适用范围很广。气压驱动技术自被开发以来，因其稳定性能、低廉成本，从而大量应用于所有现代化生产领域及自动化生产线上。据了解，众工业发达国家如美、德、日等均广泛运用气动驱动技术，实现各类生产发展的巨大进步。我国制造业近年来也与世界接轨，对气动驱动技术的应用也已逐步完善，越来越多地选择使用气动驱动元件，使得我国各类产业均有明显发展提升。综上，气压驱动技术为世界各行各业的生产提供了巨大的动力来源，已然成为一种特别的动力驱动技术。图4.10是一种气压驱动器。图4.10气压驱动器表4.1各类驱动系统的对比驱动方式气压液压电气系统结构简易复杂复杂安装自由度大大小输出功率较大大小定位精度一般一般较高动作速度快较快快响应速度慢快快清洁度清洁有潜在污染清洁维护简捷较复杂需特殊技术价格成本一般较高很高技术要求较低较高很高控制自由度广广一般危险性几乎无潜在易燃一般无综上述各类驱动方式的特点，“表4.1”总结了各控制方式的特点，比较结果如上：依照表格给出的对比结果，不难得出：气动驱动方式既能同时满足本设计的任务要求，也能极大程度地节约生产成本，应为本物料分拣自动控制系统设计中驱动模块的首选。综上，本设计选用气压驱动中的双作用直线标准气缸。4.4电动机的选择本次设计因客观原因限制，拟采用电动机来模拟传输模块的运作。本次设计选用的是三相异步电动机（如图4.11），靠变频器给定的滤波变化来控制转速，接法采用的是三相星形接法（如图4.12）。图4.12三相星形接法图4.11三相异步电动机与变频器实物连接图4.5输入输出点的分配设计4.5.1I/O分配表本次设计中，选用的FX2N-48MR型号PLC拥有24个输入以及24个输出，设计中所需一共28个端口，完全满足本次设计的输入输出需要，并且也留个足够的输入输出口裕度，且经过综合考虑，以及硬件的基础上，本次设计选用21个输入端口，7个输出端口。表4.2I/O分配表输入变量输出变量说明输入端口说明输出端口启动X0自动运行Y0停止X1变频器低速Y1复位X2变频器中速Y2有料检测传感器X3/Y3金属传感器X4/Y4电磁传感器X5推料气缸1电磁阀Y5物料到位光电1X6推料气缸2电磁阀Y6物料到位光电2X7推料气缸3电磁阀Y7物料到位光电3X10/Y8物料到位光电4X11/Y9推料气缸1推出到位X12推料气缸4电磁阀Y10推料气缸2推出到位X13推料气缸3推出到位X14推料气缸4推出到位X15清零按钮1X16清零按钮2X17清零按钮3X20清零按钮4X21颜色传感器X224.5.2PLC的接线图本次设计选用的是三菱FX2N系列PLC，根据上文确定的变量及对应的I/O端口分配绘制了相应的硬件接线图，如下图所示：图4.13物料分拣自动控制系统PLC接线图第五章物料分拣自动系统软件设计本设计中我们准备采用GXWORK2作为编程的软件，这种编程软件可以适用于三菱公司的FX2N-48MR系列PLC。完成了硬件设计部分之后，下一步便是软件部分的设计，这是设计的核心所在，按照控制系统需要完成的目的和功能以及硬件部分的设计要求，考虑PLC控制系统的输入输出地址分配情况。按照本设计所准备实现的功能和目的，首先开始进行主程序流程图的绘制和子程序流程图的绘制，然后进行输入输出地址分配，然后再按照不同的功能编写对应的功能模块，编写程序梯形图。5.1物料分拣自动控制系统的工作步骤物料分拣自动控制的工作流程可以描述为以下几个步骤：（1）X0、X1作为总开关，X0是启动开关，X1是停止开关，当第一次按下X0程序运行时，整体控制程序自动闭环循环；（2）当系统开始启动后，有料检测模块开始工作，接收到PLC中的有料检测指令后，有料检测传感器开始检测，即X3开关闭合。若有料，则将信号反馈至驱动系统，物料将处于被运输状态。（3）接下来PLC继续向X4、X5、X22发出工作指令。金属传感器、电磁传感器以及颜色传感器同时进入检测模式，对传输台上的物料进行类别检测。若是铁质物料，则物料被运输至1号物料槽的中间位置，此时X6光电传感器检测到物料到位，Y5接收到推料指令使得铁质物料被推给进入1号物料槽；若是铝质物料，则物料被运输至3号物料槽的中间位置，此时X10光电传感器检测到物料到位，Y7接收到推料指令使得铝质物料被推给进入3号物料槽；若是黑色塑料，则物料被运输至2号物料槽的中间位置，此时X7光电传感器检测到物料到位，Y6接收到推料指令使得黑色塑料被推给进入2号物料槽；若是白色塑料，则物料被运输至4号物料槽的中间位置，此时X11光电传感器检测到物料到位，Y10接收到推料指令使得白色塑料被推给进入4号物料槽。（4）物料从被检测上台，到被检测判定出类别的过程，传输带都通过变频器的低速指令Y1，控制物料处于平缓慢速运输状态；一旦物料类型确定，PLC随即发出分拣指令，此时传输带通过变频器的中速指令Y2，控制物料处于中速运输状态，在被对应限位开关检测到后，再继续进行后续分拣工作。（5）根据各个推料气缸的推料次数，即Y5、Y6、Y7、Y10分别的指令执行次数来累计各个物料槽中的物料数量，若系统完成某特定周期的分拣任务后，可通过X16、X17、X20、X21清零按钮实现系统清零。(6)物料分拣系统一旦进入有料且物料被分拣的正常工作状态时，正常工作状态指示灯亮，否则不亮。5.2PLC编程语言和软件的选择5.2.1编程语言的选择目前PLC常用的编程语言主要有梯形图、指令表、先级功能图以及各种功能块的顺序示意图。本流程设计中所选择采用的梯形图主要目的是因为设计工作中的流程软件设计的简单性和可靠度,故我们选择了梯形图语言作为本次流程设计的主要软件系统编程设计语言。梯形图符号是一种用图形符号在传统电路信息图中的相互关系来准确表示各种控制关系的一种新型编程设计语言,也是从我们传统电路继电器的电路图形符号信息图的技术发展演变历程过来逐步发展而来的,所以它们所要绘制和输出的电路图形符号信息图的符号与我们传统电路继电器的电路图形符号信息图中的梯形符号和相互结构都非常相似。在对图进行分析绘制这种梯形图时,可将上图PLC中所有两个参与控制逻辑电路组合的放电元件进行观察后看到,它们既和驱动继电器同样,具有放电动合、切断触点及放电线圈,且这些触点的能量得失以及电平也会直接影响引起触点的进行相应放电动作。再通过充分利用额定母线设计取代了额定电源线,能量和电流的设计概念直接取代了基于继电器系统集成路母线设计中的额定电流流等概念,即可通过充分利用基于继电器系统集成路的线路网框图的各种类似设计思路图来进行设计绘制梯形图。5.2.2编程软件的选择本次的软件设计方案将直接采用三菱PLC梯形图软件编程应用软件系统来对其进行设计实现,在梯形图软件编程应用软件的的选择上本次新的设计方案选取了一款日本三菱公司最新正式发布的梯形图软件编程应用软件GXWORKS2,GXWORKS2是一款专门开发用于对三菱PLC软件进行梯形设计、调试、维护的梯形图软件编程应用软件,相比于之前所常用的GXDeveLoper，无论是在操作还是用户体验感上，都更胜一筹。并且就梯形图的编写上，编程步骤的数量上限也更高，更加方便此次梯形图程序的编写。GXWORKS2编程软件如图5.1所示，本次编程选用QOOJ机型、QCPU（Q模式）系列工程，编写简单工程类型的梯形图程序。图5.1GXWORKS2编程软件界面5.3系统控制程序的编写本设计采用的梯形图语言分为以下几个步骤完成控制过程的程序编写：1.首先针对该分拣系统，对物料口有无物料进行有料检测。该过程的程序编写如图5.2所示。图5.2有料检测程序编写界面2.紧接着，若物料口有料上台则变频器收到PLC变速指令，继续传输。该过程的程序编写如图5.3所示。图5.3变频器执行传输变速程序编写界面3.当一个物料即将运送至对应物料槽的中间位置时，限位光电传感器立刻检测到物料，即物料到位检测。该过程的程序编写如图5.4所示。图5.4物料到位检测程序编写界面4.物料检测的前提是物料经过了各类传感器的检测与区分。该过程的程序编写如图5.5所示。图5.5物料检测分类程序编写界面5.物料被运输至对应物料槽的中间位置且被限位检测到位时，气缸进行物料推给动作，将物料推给进入到物料槽中。该过程的程序编写如图5.6所示。图5.6物料推给程序编写界面6.整个系统的物料分拣过程结果，通过对各个物料槽中物料数量的计量进行评价。故而对应物料槽中的物料数量均有对应计数机制。该过程的程序编写如图5.7所示。图5.7物料计数程序编写界面7.物料分拣系统在某一周期内的分拣任务完成后，对已完成的分拣任务进行数量核对后采取数量清零，按下清零按钮后可以进行新一轮的分拣计数。对物料的分拣后计数程序的编写如图5.8所示。图5.8物料计数清零程序编写界面8.物料分拣自动控制系统的启动与停止程序的编写界面如图5.9所示。图5.9分拣系统的启动与停止程序编写界面第六章物料分拣系统整体调试由于本课题所在实验室的器材及成本有限，故对该设计的主要控制模块采用仿真模拟形式予以呈现。整个系统的调试分为软件调试以及仿真模拟两大模块。6.1软件调试在写入设计好的程序时，可能出现无法录入的问题。于是必须要确保选择了正确的COM端口，需要在左侧菜单栏里的连接目标里打开传输设置，进行串行口的设置。另外，在写入程序的时候必须保证PLC处于打开的状态，但不处于运行的状态，即为“stop”而不是“run”的状态。当确保正确连接之后传输设计好的程序至PLC时，需要勾选main主程序，其余不要传输，否则会超出PLC存储上限。图6.1为串行口发生选择错误的窗口界面。图6.1串行口错误窗口界面这里对串口选择的是COM4端口，发现其可以与PLC正常通讯，选择到正确的端口之后便需要对程序进行检测。整体主程序在编写好之后，在正式烧录之前要确保程序在语句上未发生逻辑上错误。即对程序进行电脑上的预模拟运行，此步操作会在模拟烧录PLC的情况下自检测出程序上的逻辑错误。达到一个自排查的预处理。图6.2及图6.3分别呈现了串行口的校正过程界面以及对主程序烧录后的预模拟运行。图6.2串行口校正界面图6.3程序预模拟运行界面在模拟运行检测程序运行无误后便开始对硬件以及配合整体的功能实现进行调试。6.2系统模拟仿真6.2.1仿真软件的选择本设计系统采用的是组态王6.55开发监控系统软件，用以模拟出整个自动分拣系统的工作过程。组态王6.55是根据当前的行业自动化技术的发展趋势,面向国内中低端行业自动化的市场和应用,以期帮助广大客户更好地实现行业一体化。该系列产品以打造和构建一个国际上十分重要的具有国家战略性意义的综合性工业应用服务平台和国际科学技术革命创新的模型作为其设计目标,集成了对于自主开发的全球工业实时数据库的支撑,可以为我们的企业人才提供一个针对整个工业生产的全过程中所必须需要的数据进行汇总、分析和管理的有效平台,使得我们的企业技术人员都能够及时有效地从网络上搜集到资料,及时作应,以求取最佳结果。组态王公司在国内市场上仍然是继续大量地保持着它早期发行的版本中具有功能强大、运行稳定且广泛用户安装和使用方便等强大优势的版本基础之上,并根据国内许多用户的实际情况和需求,针对一些软件功能系统的组件进行了很多的改良和扩充。组态王6.55提供了丰富的、简捷的和容易见的文库图像管理软件配置和操作界面,提供了大量的文库图形设计元素和文库图像管理系统的精灵,同时也为了能够让我们更多的文库用户自己来创建一个完全数字化的文库管理工程,图库精灵为我们提供了简单快捷易用的软件接口;这款组态软件的发展历史变迁曲线、报表和web发布的功能已经进行了很大的提升和改进,软件的各种功能性和实际的可用性已经有了很大的提升。图6.4展示了组态王6.55的主界面。本软件具有的主要亮点有：1.可视化操作界面；2.自动建立I/O点；3.分布式数据存储报警和历史数据；4.设备集成能力强，可连接几乎所有设备和系统。图6.4组态王6.55主界面这个组态王工程界面主要分位菜单栏（1），目录树（2）和界面栏（3）。6.2.2仿真模拟过程1.打开组态王6.55并运行，选择新建工程。我们建立一个新的组态王工程，需要执行以下步骤：1）在目录栏的界面窗口增加界面，如图6.5所示；图6.5新建工程界面2）增加对象设备（这里我们选择的是日本三菱公司的FX2N系列的PLC），如图6.6所示。图6.6增加对象设备界面2.在变量栏增加我们组态界面上需要的变量（变量分为离散型（只有0和1两个状态），整型（常数），实数（常数和浮点数）以及字符串）。如图6.7所示。图6.7增设变量界面3.界面，设备，变量都弄好后，我们需要在界面上进行动画绘制。1）在工具箱中通过直线，弧形，正方形，连续曲线，立体管道，多边形，文本，开关，按钮等 工具来构成我们的组态界面。2）图库管理器有大量的图库，包括，仪表，传感器，反应器，开关，指示灯，阀门，电机，泵，水管等；如图6.8所示。图6.8图库管理器界面3）图片弄好后，我们需要对这图片/文字进行动画连接。动画连接的主要内容包括填充，缩放，旋转，水平位置移动，垂直位置移动，输入，输出，闪烁和隐含灯。如图6.9所示。图6.9动画连接设置界面（a）图6.9动画连接设置界面(b)4.系统物料移动是将物料的动画属性的水平移动用一个变量来控制，通过改变变量的值来时整个图形在水平方便的移动；在界面上物料的显示和隐藏是通过动画联机的特殊里面隐含通过离散型变量控制，可以设置变量为真的时候或者为假的时候显示；按钮控件是将我们变量放在控件按钮上，这样按下按钮的时候，我们就可以将变量的状态改变；数字显示和输出，我们是在文本中的值输出和输入中的表达事中设置一个变量，这样我们就可以监控或者改变变量的数值。全部图片都弄好后，我们需要在脚本中编写程序，让这些指示灯，数值图片等有规律的变化,在命令语言中开始编写脚本程序如图6.10所示。图6.10变量控制设定及实现界面（a）图6.10变量控制设定及实现界面(b)图6.10变量控制设定及实现界面(c)5.在菜单栏中点击VIEW，开始进入仿真。1）点击启动按钮，此时开始运行，为了模拟感应器检测到了物品，需要点击有料感应。如图6.11所示。图6.11仿真界面2）此时运行指示灯在亮灯，物料处于被运输状态。经过金属传感器、电磁传感器以及颜色传感器时，此时PLC系统会识别出4种情况的一种，当到达设定的位置的时候，气缸伸出，将物块推入物料槽中，然后气缸缩回。如图6.12所示。图6.12仿真界面3）我们可以在界面右上方监控每个物料槽中有多少的物料，在进行新周期的分拣时也可以对物料的数量进行清零。如图6.13所示。图6.13仿真界面6.仿真过程完成。7.仿真程序的具体编写内容，见附录。第七章结论物料分拣系统的出现取代了大量手工劳动力，它的出现解放并扩展了人类的手工机能。它可以取代人类担任一些高危环境下的作业任务，比如在化工生产、高温炉前作业等不安全、不舒适工作场合下的工作任务；还可以帮助人类完成简单的重复性劳动，大大地提升了生产力水平，又确保了生产出的产品质量。随着PLC在当前我国各种现代机械工业的生产经营过程中得到了普遍、广泛的应用以及现代科学技术的进步与迅猛发展,人们对于物料自动分拣技术等相关领域的深入研究不断探索与创新,从而也促使了更多优秀的工业科研成果不断涌现。本论文的设计主要取得了以下成果：比较全面地分析了物料分拣系统的驱动装置、结构形式、控制系统等不同的模块，并最终总结出比较详细的设计方案。气压驱动系统具备一个强非线性的特点，造成非线性最主要的因素是由于空气可以被压缩，从而使存留的空气产生流量饱和效应、非线性摩擦等原因，因此要想使气缸能够十分精准的确定位置将是十分艰难的事情。所以在该类使用中，应该对气压驱动不同的参数作认真地调整，以期实现工作效果的最佳状态。本设计的控制系统要求方面使用了PLC来实现，利用了PLC的可靠性和技术性高的特点。这使得机械设备在操作方面更加灵活，动作更加准确；在维修与护理方面，更易于维护。该机械劳动生产率相对于传统手工劳动生产率大大得到了提升。PLC实现了在周期多样的操作模式中随意切换，实现了多种多样的生产要求。本设计以机械结构的设计为根本，对物料分拣系统各个部分的连接方式作了控制系统和驱动系统上的改进。但是因为时间有限，物料分拣系统的构造又较繁杂，有一部分问题仍然要更多研究与改进：气压驱动装置的精度把控、物料运输中的状态稳定性、气缸推进模块的延时等。本文的最后，利用对软件组态王6.55的选择及模拟应用，拓宽了PLC系统在实现实践操作前的预演示，从而大大确保了设计并完成一个系统组装前的正确率。通过对整个系统的模拟实现过程，加深了系统运转过程中各个模块的作用与实现方式，让我们对该系统的认知与把握度都有了质的提升。在完成了整个基于PLC的物料分拣自动控制系统的设计后，本人对自动化生产的发展前景有了更深远的看法，也将会把自己对于该领域的兴趣继续发挥在对其日后的学习生活或工作生活中去。参考文献[1]张翠云.基于PLC的物料分拣控制系统设计与实现[J].机电工程技术,2020,49(09):158-160.[2]章鸿.一种多功能自动分拣装置的控制系统设计[J].液压气动与密封,2020,40(05):78-82.[3]江源.基于PLC的等距排列物料自动分拣系统[J].电工技术,2020(04):4-7.[4]丰波.基于西门子PLC1200的产品自动分拣控制系统设计[J].机电信息,2019(36):128-129.[5]周广超,朱哈南,马英宸.基于PLC的物料分拣系统控制与设计[J].科技创新导报,2019,16(32):78+80.[6]熊征伟,章鸿.一种基于PLC的多功能智能分拣机自动控制系统设计与应用[J].机械与电子,2019,37(05):11-14+19.[7]殷美琳,徐云蛟,崔岩,顾媛媛,陆惠.基于PLC的物料分拣传送控制系统的设计与实现[J].电脑知识与技术,2019,15(13):276-277.[8]唐月夏,李光平.基于PLC变频控制的物料分拣控制系统设计[J].机电信息,2019(12):98-99.[9]罗明.基于PLC控制技术的自动分拣机[J].内燃机与配件,2019(07):204-206.[10]张瑞林.基于PLC的物料分拣传送带变频调速控制系统设计[J].电子世界,2018(19):167+169.[11]GaoHongbin,ZhouYun,NiuXixian,ZhangDan.TheDesignandImplementationofanAutomaticBurdeningSystemBasedonPLC.InternationalForumonInformationTechnologyandApplications,2010.[12]JamesH.Christensen.OdoJ.Struger.ProgrammableControllerSoftwareArchitecturesforAdvancedMachineDiagnostics[j]IEEETransactionsonIndustryApplication1985.

附录if(启动==1&&流程==0&&自动==1)

{

启动=0;

编号=1;

流程=10;

推杆位置1=0;

推杆位置2=0;

推杆位置3=0;

推杆位置4=0;

计时=0;

计时1=0;

计时2=0;

进物件感应器

=0;

错误提示

=0;

当前位置

=0;

物料显示

=0;

物料显示1

=0;

物料显示2

=0;

物料显示3

=0;

物料显示4

=0;

上电=1;

}

IF(检测感应1号==1){编号计算=1;}

IF(检测感应1号==0&&检测感应2号==1){编号计算=3;}

IF(检测感应1号==0&&检测感应2号==0&&颜色传感器==1){编号计算=2;}

IF(检测感应1号==0&&检测感应2号==0&&颜色传感器==0){编号计算=4;}

if(流程==10)

{

if

(复位){错误提示=0;复位=0;}

if

(进物件感应器==1&&错误提示==0)

{

进物件感应器=0;

if

(编号计算>=1

&&编号计算<=4)

{

流程=16;

物料显示=1;

}

else

{流程=15;}

}

}

if(流程==15)

{

错误提示=1;

流程=10;

}

if(流程==16)

{

当前位置=当前位置+0.5;

if(当前位置>=6)

{

流程=20;

编号=编号计算;

编号辅助=编号计算;

}

}

if(流程==20)

{

目标位置

=编号*10;

当前位置=当前位置+2;

if(当前位置>=目标位置)

{

流程=30;

}

}

if

(流程==30)

{

if

(编号辅助==1){流程=40;物料显示1=1;}

if

(编号辅助==2){流程=50;物料显示2=1;}

if

(编号辅助==3){流程=60;物料显示3=1;}

if

(编号辅助==4){流程=70;物料显示4=1;}

当前位置=0;

物料显示=1;

}

if

(流程==40)

{

推杆位置1=推杆位置1+5;

if

(推杆位置1>=20)

{

计数1=计数1+1;物料显示1=0;总数1=总数1+1;

流程=41;

}

}

if

(流程==41)

{

推杆位置1=推杆位置1-5;

if

(推杆位置1<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==42)

{

箱子位置1=箱子位置1+1;

IF(箱子位置1>=10)

{

箱子位置1

=0;

计数1

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==50)

{

推杆位置2=推杆位置2+5;

if

(推杆位置2>=20)

{

计数2=计数2+1;

总数2=总数2+1;

物料显示2=0;

流程=51;

}

}

if

(流程==51)

{

推杆位置2=推杆位置2-5;

if

(推杆位置2<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==52)

{

箱子位置2=箱子位置2+1;

IF(箱子位置2>=8)

{

箱子位置2

=0;

计数2

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==60)

{

推杆位置3=推杆位置3+5;

if

(推杆位置3>=20)

{

计数3=计数3+1;

总数3=总数3+1;

物料显示3=0;

流程=61;

}

}

if

(流程==61)

{

推杆位置3=推杆位置3-5;

if

(推杆位置3<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==62)

{

箱子位置3=箱子位置3+1;

IF(箱子位置3>=6)

{

箱子位置3

=0;

计数3

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==70)

{

推杆位置4=推杆位置4+5;

if

(推杆位置4>=20)

{

总数