畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC在工業(yè)物料及物流分揀傳輸中的應(yīng)用

1、plc在工業(yè)物料及物流分揀傳輸中的應(yīng)用plc在工業(yè)物料及物流分揀傳輸中的應(yīng)用摘要隨著商品品種的增多，配送中心的增多，多品種、高頻次、隨機(jī)性的商品分類作業(yè)，20世紀(jì)90代后得到迅速發(fā)展。出錯(cuò)率高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的人力分類作業(yè)，很快被自動(dòng)分揀機(jī)及其系統(tǒng)所替代，開始于郵政包裹分揀系統(tǒng)，目前廣泛應(yīng)用于流通、商業(yè)的物流中心和配送中心。物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)，以前常采用傳統(tǒng)的工藝和繼電器控制，體積龐大，布線復(fù)雜，元件使用壽命較短，損耗大，性能不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)故障。本系統(tǒng)把原來繼電線路順序控制改為plc控制；行程開關(guān)定位改為電感式接近開關(guān)定位；采用氣缸氣動(dòng)以節(jié)約能源也利于環(huán)保大幅度提高了設(shè)備控制性能，有效地降低了設(shè)

2、備故障。機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一 定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送。因?yàn)椋艽蟠蟮馗纳乒と说膭趧?dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分撿，本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。本文主要是對(duì)plc控制機(jī)械手對(duì)物料分選及傳輸進(jìn)行大致的介紹。

3、關(guān)鍵詞：plc控制 機(jī)械手 變頻器 目錄一、生產(chǎn)線系統(tǒng)的概述（1） 1生產(chǎn)線系統(tǒng)的概述（1）二、plc應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)（2）2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容（2）2.2plc的選型（3）三、plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（4）3.1按鈕行程開關(guān)的選擇（4）3.2轉(zhuǎn)換開關(guān)、閘刀開關(guān)的選擇（5）3.3時(shí)間繼電器接觸器的選擇（6）3.4熔斷器，電動(dòng)機(jī)的選擇（6）四、控制設(shè)計(jì)（7） 4.1i/o分配表（7） 4.2plc接線圖（9） 4.3控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（10） 4.4plc程序設(shè)計(jì)梯形圖（11）五、總結(jié)（17） 參考文獻(xiàn)（17）一、生產(chǎn)線系統(tǒng)概述設(shè)計(jì)一條對(duì)物料進(jìn)行材質(zhì)辨識(shí)、分揀及統(tǒng)計(jì)的生產(chǎn)線系統(tǒng)。系統(tǒng)由(

4、1)供料機(jī)構(gòu)(2)氣動(dòng)機(jī)械手(3)交流變頻皮帶輸送線(4)物料辨別傳感器(5)物料分揀氣缸(6)plc模塊(7)變頻器模塊(8)電源模塊(9)按鈕指示燈模塊等組成。生產(chǎn)線系統(tǒng)的工作要求如下：1、系統(tǒng)的原點(diǎn)位置：機(jī)械手處于在左邊、上升、縮回和氣動(dòng)手指張開位置；提升機(jī)構(gòu)在下降位置；皮帶輸送線停止；物料分揀氣缸在后退位置；2、統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)而且處于原點(diǎn)位置時(shí),按下啟動(dòng)按鈕sb5,系統(tǒng)啟動(dòng),運(yùn)行指示燈hl1亮；3、啟動(dòng)后，物料提升架上的物料檢測(cè)光電傳感器開始檢測(cè)，如無料，則待料指示燈hl2閃亮，同時(shí)啟動(dòng)供料盤旋轉(zhuǎn)，送料至物料提升位置。如供料盤運(yùn)行15秒后都沒有物料到達(dá)物料提升架，報(bào)警器報(bào)警，當(dāng)有工件到

5、達(dá)提升架時(shí)，報(bào)警聲停；4、當(dāng)提升架的光電傳感器監(jiān)測(cè)到工件后，就立刻將工件提升到位；此時(shí)機(jī)械手臂立刻伸出來取工件，當(dāng)機(jī)械手將工件取走1s后，供料盤的提升架就自動(dòng)下降復(fù)位待料；5、機(jī)械手的動(dòng)作為伸出、下降，短暫延時(shí)0.2s后用氣爪將工件夾緊、氣爪將工件夾緊1s后，就上升、縮回，轉(zhuǎn)動(dòng)至右限止位置，然后再伸出、下降，氣爪在皮帶傳送機(jī)處于無工件傳送和分揀的狀態(tài)下放松，將工件放到傳送帶上位置b的下料孔；6、機(jī)械手放下工件后立刻上升、縮回，轉(zhuǎn)動(dòng)至左則限位位置，繼續(xù)進(jìn)行工件傳送；7、當(dāng)皮帶傳送機(jī)進(jìn)料位置的光電傳感器檢測(cè)到工件后，拖動(dòng)皮帶傳送機(jī)的交流電機(jī)立刻啟動(dòng)，以中速運(yùn)轉(zhuǎn)傳送工件。當(dāng)工件到達(dá)c位置時(shí)，電感開關(guān)

6、檢測(cè)工件的材料，若是金屬件，拖動(dòng)皮帶的交流電機(jī)立刻停止，由c位置的推料氣缸把物料推到第一個(gè)斜槽。如為非金屬，拖動(dòng)皮帶的交流電機(jī)立刻轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，到達(dá)d位置時(shí)，拖動(dòng)皮帶的交流電機(jī)立刻停止，由d位置的推料氣缸把物料推到第二個(gè)斜槽。c位置和d位置的推料氣缸伸出到位后都需要馬上縮回；8、系統(tǒng)分為單周期和連續(xù)兩種工作方式，由開關(guān)sa1進(jìn)行切換，sa1打向左邊為單周期，sa1打向右邊為連續(xù)。單周期是指系統(tǒng)啟動(dòng)后系統(tǒng)只進(jìn)行一個(gè)工件的傳送和分揀，在一個(gè)工件分揀完成后，需再次按下啟動(dòng)按鈕sb5，系統(tǒng)才能進(jìn)行下一個(gè)周期的運(yùn)行。連續(xù)是指系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)連續(xù)不斷的進(jìn)行工件的傳送和分揀；9、系統(tǒng)在單周期運(yùn)行狀態(tài)下，點(diǎn)按一下

7、停止按鈕sb6，系統(tǒng)暫停在當(dāng)前狀態(tài)，運(yùn)行指示燈hl1閃亮，再按啟動(dòng)按鈕sb5時(shí)，系統(tǒng)從當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，點(diǎn)按一下停止按鈕sb6，系統(tǒng)在完成當(dāng)前工件的傳送分揀工作后停止在原點(diǎn)位置,再次按下啟動(dòng)按鈕sb5，系統(tǒng)又啟動(dòng)運(yùn)行；10、系統(tǒng)在任何狀態(tài)下，當(dāng)持續(xù)按下停止按鈕sb6三秒鐘，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位回到原點(diǎn)位置；11、在對(duì)工件進(jìn)行物料辨別、分揀過程，如供料盤連續(xù)提供的5個(gè)物料都是金屬件和非金屬件有規(guī)律交錯(cuò)排列的，則指示燈hl4亮；如供料盤連續(xù)提供的5個(gè)物料都是2個(gè)金屬件和1個(gè)非金屬件有規(guī)律交錯(cuò)排列的，則指示燈hl5亮；如供料盤連續(xù)提供的5個(gè)物料都是1個(gè)金屬件和2個(gè)非金屬件有規(guī)律交錯(cuò)排列

8、的，則指示燈hl6亮；當(dāng)連續(xù)三個(gè)工件都為金屬件或非金屬件時(shí)，則指示燈hl4、hl5和 hl6全亮。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果清除。12、原點(diǎn)位置保護(hù)，系統(tǒng)啟動(dòng)前，必須確保系統(tǒng)在原點(diǎn)位置，此時(shí)，原點(diǎn)指示燈hl3發(fā)光。當(dāng)有任何一個(gè)元件不在原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)指示燈hl3閃爍（每2秒內(nèi)爍1次），系統(tǒng)不能起動(dòng)；13、緊急停止保護(hù)，系統(tǒng)設(shè)置急停按鈕。按下急停按鈕后，系統(tǒng)運(yùn)行全部停止。急停按鈕恢復(fù)正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)在復(fù)位到原點(diǎn)后才能重新啟動(dòng)；二、plc應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)21 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容plc的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。最大限度地滿足被控對(duì)象或產(chǎn)生

9、過程的控制要求。對(duì)于一些原來用繼電接觸器線路不易實(shí)現(xiàn)的要求，使用plc后，將很容易實(shí)現(xiàn)。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作和維護(hù)方便。對(duì)一些過去較為繁瑣的控制可利用plc的特點(diǎn)加以簡(jiǎn)化，通過內(nèi)部程序化外部接線及操作方式。保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時(shí)采取“軟件兼施”的辦法?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇plc容量及i/o點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。一個(gè)系統(tǒng)完成后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則plc系統(tǒng)極易修改。同時(shí)對(duì)日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當(dāng)然對(duì)于不同的用戶，要求的側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)的原則也應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品和安全為目標(biāo)，

10、則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)置考慮采取冗余控制系統(tǒng)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加以強(qiáng)化；如果系統(tǒng)工藝經(jīng)常變更，則事先充分考慮。2.1.1plc的選型本文根據(jù)對(duì)多種因素的分析比較及系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選用三菱fx2n-48mr型plc。皮帶傳送機(jī)中速的頻率為25hz，低速的頻率為10hz。變頻器的加減速時(shí)間均設(shè)為0.2s。據(jù)此，本系統(tǒng)采用三菱e-500型。plc工作時(shí)，從輸入信號(hào)控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在12個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求教高，不允許有教大的滯后時(shí)間。例如，plc的i

11、/o點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。滯后時(shí)間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間。2.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一plc的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把plc的i/o和cpu放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一i/o點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式plc的功能擴(kuò)展，i/o點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過程變化較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。三、plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1按鈕行程開關(guān)的選擇3.1.1按鈕

12、選擇原則：(1)根據(jù)使用場(chǎng)合，選擇控制按鈕的種類，如開啟式，防水式，緊急式等。(2)根據(jù)用途，選用合適的型式，如鑰匙式，緊急試，帶燈式等。(3)按控制回路的要求，確定不同的按鈕數(shù)，如單鈕，雙鈕，三鈕，多鈕等。(4)按工作狀態(tài)指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示燈的顏色。3.1.2行程開關(guān)的選擇：行程開關(guān)的分類：直動(dòng)式，滾動(dòng)式和微動(dòng)式三種。直動(dòng)式行程開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但出頭觸頭易損壞。滾動(dòng)式行程開關(guān)克服了直動(dòng)式行程開關(guān)的缺點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高，所以選擇微動(dòng)式行程開關(guān)體積小，動(dòng)作靈敏，適用于小型機(jī)構(gòu)中使用。 3.2接近開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、閘刀開關(guān)的選擇3.2.1接近開關(guān)的選擇：接近開關(guān)

13、是一種對(duì)接近它的物體有“感知”能力的元件位移傳感器，利用傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會(huì)動(dòng)作。在設(shè)計(jì)中，接近開關(guān)sbo用于檢測(cè)是否有球，sb1sb5分別用于傳送機(jī)械手上下左右運(yùn)動(dòng)的定位。 接近開關(guān)分為霍爾接近開關(guān)，超聲波接近開關(guān)，高頻振蕩式接近開關(guān)，霍爾接開關(guān)用于檢測(cè)磁場(chǎng)，一般用磁場(chǎng)鋼作為被檢測(cè)體。超聲波接近開關(guān)適用檢測(cè)不能或不可觸及的目標(biāo)，其控制功能不受聲、電、關(guān)等因素干擾，檢測(cè)物體可以是固體、液體、或粉末狀態(tài)的物體，只要能反射波用的電子裝置及調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍用的程控橋式開關(guān)等幾個(gè)部分組成，高頻振蕩式接

14、近開關(guān)用于檢測(cè)各種金屬，主要由高頻振蕩器，集成電路晶體管放大器和輸出器三部分組成。3.2.2轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇：轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔位，多觸點(diǎn)，能夠控制多回路的主令電器，可以用于控制小容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、換向、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制等，常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有l(wèi)w2、lw5、lw6、lw8等系列，在設(shè)計(jì)機(jī)械手大小球分選系統(tǒng)中操作方式有手動(dòng)，單周期，連續(xù)。3.2.3閘刀開關(guān)的選擇：閘刀開關(guān)是一種手動(dòng)電器，為了簡(jiǎn)單，方便，選擇hd型單投刀開關(guān)，分為1級(jí)，2級(jí)，3級(jí)。3.3繼電器接觸器的選擇：3.3.1時(shí)間繼電器的選擇：時(shí)間繼電器在控制電路中用于時(shí)間的控制，有js23，js27a，jsk，7pr，ss18等系列的時(shí)間

15、繼電器。3.3.2接觸器的選擇：接觸器的選型要求：（1）根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇接觸器類別，一般交流負(fù)載選擇交流接觸器，直流負(fù)載選擇直流接觸器。（2）根據(jù)被控電路電流大小和使用類別選擇接觸器的額定電流。（3）根據(jù)被控電路電壓等級(jí)來選擇接觸器的額定電壓。（4）根據(jù)控制電路的電壓等級(jí)選擇接觸器線圈的額定電壓。3.4熔斷器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥的選擇3.4.1熔斷器的選擇：熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路，熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，使用維護(hù)方便，價(jià)格低廉，分?jǐn)嗄芰^高，限流能力良好等優(yōu)點(diǎn)，熔斷器有nt、rt、rl、rls2、fa4等型式的熔斷器，rt系列為有填封閉管式熔斷器，可在500v以

16、下交流系統(tǒng)中作過載及短路保護(hù)用，這種熔斷器為螺栓連接，可直接連在母線排上，尤其適合開關(guān)熔斷器組選用，rt15型熔斷器最大額定電流400a，額定分?jǐn)嗄芰?00ka。3.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)是選交流的，而電動(dòng)機(jī)分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類，異步電動(dòng)機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。由于異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造，使用方便，運(yùn)行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)中小型軋鋼設(shè)備，各種金屬切削機(jī)床，輕工機(jī)械和礦山機(jī)械等；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異步電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)水泵，粉碎機(jī)以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械；在民用電器方面的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)等也

17、都是用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的。3.4.3電磁閥的選擇電磁閥的分類：國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動(dòng)式、分步童先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu))。電磁閥的優(yōu)點(diǎn)：耐高溫電磁閥是間接先導(dǎo)式平衡電磁閥，具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、使用范圍廣等。四、控制設(shè)計(jì)4.1 i/o點(diǎn)的分配： inputoutput編號(hào)名稱元件編號(hào)名稱元件x0料到位s1y0皮帶正向傳送變頻器端x1提升上位s2y1皮帶反向傳送變頻器r端x2提升下位s3y2皮帶低速變頻器端x3夾住到位s4y3皮帶中速變頻器端

18、x4下降到位s5y4轉(zhuǎn)盤輸料轉(zhuǎn)盤電機(jī)m1x5上升到位s6y5提升上升ya3+x6伸出到位s7y6提升下降ya3-x7縮回到位s8y7手指夾緊ya4+x10轉(zhuǎn)右到位s9y10手指松開ya4-x11轉(zhuǎn)左到位s10y11機(jī)械手下降ya1x12落料檢測(cè)s11y12機(jī)械手伸出ya2x13電感開關(guān)s12y13機(jī)械手轉(zhuǎn)右ya5+x14電容開關(guān)s13y14機(jī)械手轉(zhuǎn)左ya5-x15位置推到位s14y15位置推出ya6+x16位置退到位s15y16位置退回ya6-x17位置推到位s16y17位置推出ya7+x20位置退到位s17y20位置退回ya7-x21啟動(dòng)sb5y21報(bào)警bx22停止sb6y22運(yùn)行指示指示燈

19、hl1x23緊急停止緊急停止開關(guān)y23待料指示指示燈hl2x24單步/連續(xù)選擇sa1y24原位指示指示燈hl3x25不使用y25統(tǒng)計(jì)結(jié)果1指示指示燈hl4x26y26統(tǒng)計(jì)結(jié)果2指示指示燈hl5x27y27統(tǒng)計(jì)結(jié)果3指示指示燈hl64.2plc接線圖4.3 根據(jù)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，本系統(tǒng)的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖 所示。注：在緊急停止?fàn)顩r下，為了安全采取手動(dòng)操作4.4 根據(jù)以上資料，結(jié)合系統(tǒng)手動(dòng)（在急停狀況下）、單周及連續(xù)運(yùn)行控制，作plc程序設(shè)計(jì)，梯形圖如附圖所示。(1)初始化、按鈕設(shè)置(2)分揀統(tǒng)計(jì)(3)復(fù)位操作系統(tǒng)(4)供料系統(tǒng)(5)機(jī)械手系統(tǒng) (6)輸送帶系統(tǒng)五、總結(jié)plc變頻技術(shù)的發(fā)展及變頻技術(shù)在節(jié)能、系統(tǒng)化、智能化、全數(shù)字化、高性能化等有著優(yōu)越的體現(xiàn)。本系統(tǒng)能正確判斷工件材質(zhì)的金屬和非金屬件：用電容和電感傳感器