采用PLC控制的物料分揀系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)緒 論分揀是把很多貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀。目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò)，把到達分揀位置的貨物送到相應(yīng)的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往一直

2、采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題，利用 PLC 技術(shù)設(shè)計了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。物料分揀采用可編程控制器PLC 進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計采用標(biāo)準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)要求。PLC控制分揀裝置涵

3、蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。應(yīng)用PLC技術(shù)結(jié)合氣動、傳感器等技術(shù)，設(shè)計不同類型材料的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，以及一些調(diào)試方法。第一章 物料分揀裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工藝過程及控制要求。要想進行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過程、工作特點，明確控制要求以及各階段的特點和各階段之間的轉(zhuǎn)換條

4、件。1.1 物料分揀過程概述 下圖為機構(gòu)位置圖工作原理：當(dāng)機構(gòu)接通電源，傳送帶如1-A向左運行，四種傳感器準備檢測物料，例如磁性傳感器檢測到鐵質(zhì)物料，傳送帶停止傳送，PLC此時給電磁閥1通電，電磁閥1線圈得電，促使氣缸1推出推桿，將鐵質(zhì)物料推出傳送帶，推下滑槽，磁性傳感器檢測到物料消失后，電機恢復(fù)運行，繼續(xù)傳送物料。重復(fù)以上動作，達到物料分揀的效果。物料下了滑槽自動裝箱，例如一箱鐵質(zhì)物料為24個，當(dāng)檢測到24個時就會有指示燈亮，提醒工作人員換箱，手動清零后繼續(xù)工作并計數(shù)。1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：DC220380V DC24V消耗功率：1000W環(huán)境溫度范圍：-540氣源：大于0.2M

5、Pa切小于0.85Mpa1.3 系統(tǒng)的設(shè)計要求系統(tǒng)的設(shè)計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設(shè)計之前，首先應(yīng)分析控制對象的要求。1.3.1 功能要求1）傳送帶實現(xiàn)啟停，傳感器檢測到物料時停，無物料時運行。2）磁性傳感器檢測磁性物料（鐵質(zhì)物料）。3）電感式傳感器檢測金屬物料。4）光纖傳感器檢測紅色物料。5）光電傳感器檢測有無物料。6）PLC實現(xiàn)對電機和電磁換向閥的控制。第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的PLC類型，并分配I/O點。2.1 控制要求如下：1）電機的控制：總電源接通，由驅(qū)動器

6、驅(qū)動，按下啟動按鈕，電機轉(zhuǎn)動并帶動傳送帶運行，傳感器檢測到物料則停止，物料被推下后，再自行啟動。2） 電機驅(qū)動器：由PLC控制。3） 四個傳感器：是PLC的輸入。總電源接通后一直帶電，檢測傳送帶傳送過來的物料是否符合相應(yīng)要求，符合要求時能及時發(fā)出信號給PLC，做出相應(yīng)動作。4） 四個電磁換向閥：是PLC的輸出。當(dāng)PLC發(fā)出信號，電磁換向閥線圈得電接通相應(yīng)觸點，對氣缸做出動作。5） 四個氣缸：電磁換向閥操作氣缸推動方向，推桿推出并推下物料后，自動縮回。6） 計數(shù)：在傳感器檢測到物料后，發(fā)出信號給PLC，在PLC內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，并在文本顯示器上顯示。分為四個單獨計數(shù)和一個總計數(shù)。 7）四個指示燈：

7、實現(xiàn)系統(tǒng)計數(shù)已滿的指示和報警指示。2.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)框圖2.2.2選用的硬件元件清單名稱型號數(shù)量計算機1臺可編程控制器 西門子PLCS7-200 CPU224XP CN DCDCDC1個傳感器光電開關(guān)G18-3A20NA1個磁性接近開關(guān)LJ18A3-8-Z/B-X1個電感式接近開關(guān)EJA71M-3010NH1個光纖開關(guān)E3S-VS5E42R1個氣缸MODEL:20*50 MAX.PRESS:1.0MPaXC PNEUMATICC0.LTO4個電磁閥4V210-084個中間繼電器HG41235個單向可逆永磁同步電機60KTYZ 50Hz 14W1個指示燈4個導(dǎo)線若干2.3

8、系統(tǒng)關(guān)鍵系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析控制系統(tǒng)的要求，確定I/O點數(shù)，選擇PLC的型號，然后進行I/O分配。傳感器的類型選擇、執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。2.3.1 I/O表I/O表輸入輸出地址作用備注地址作用備注I0.0啟動Q0.0電機運行傳送帶I0.1停止Q0.1電磁閥線圈1氣缸1I0.2電感式傳感器檢測磁性物料Q0.2電磁閥線圈2氣缸2I0.3電容式傳感器檢測金屬物料Q0.3電磁閥線圈3氣缸3I0.4光纖傳感器紅色物料Q0.4電磁閥線圈4氣缸4I0.5光電傳感器Q0.5指示燈I0.6急停Q0.6指示燈I0.7清零1Q0.7指示燈I1.0清零2Q1.0指示燈I1.1清零3I1.2清零42.3.2 PLC的選擇1

9、）西門子PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高（2）編程方便，易于使用（3）功能強、速度快、精度高（4）通用性好（5）體積小，重量輕，耗能低，適應(yīng)環(huán)境強，不需專門的機房和空調(diào)2）PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別（1）控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬連線邏輯；PLC采用存儲器邏輯，也稱“軟連線”邏輯。（2）工作方式繼電器控制線路屬并行工作方式；PLC屬串行工作方式。（3）可靠性和可維護性繼電器控制線路使用了大量的機械觸點，連線也多，可靠性和可維護性差；PLC控制邏輯，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。（4）控制速度繼電器控制線路控制速度低；PLC控制速度高。（5）設(shè)計

10、和施工繼電器控制邏輯周期長；PLC周期短。2.4檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇2.4.1 檢測元件的選擇A、磁性開關(guān)（傳感器）1) 原理它的工作原理與電感式接近開關(guān)類似，其內(nèi)部包含一個 LC 振蕩器、一個信號觸發(fā)器和一個開關(guān)放大器，還有一個非晶體化的、高穿透率的磁性軟玻璃金屬鐵芯，該鐵芯造成渦流損耗使振蕩電路產(chǎn)生衰減，如果把它放置在一個磁場范圍內(nèi)（例如，永久磁鐵附近），此時正在影響振蕩電路衰減的渦流損耗會減少，振蕩電路不再衰減。2) 特點 (1) 優(yōu)點 可以整體安裝在金屬中。 對并排安裝沒有任何要求。 頂部（傳感面）可以由金屬制成。 價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單。 具有大的感應(yīng)范圍和高的開關(guān)頻率。 (2) 缺

11、點 動作距離受檢測體（一般為磁鐵或磁鋼）的磁場強度影響較大。 檢測體的接近方向會影響動作距離的大小（徑向接近是軸向接近時動作距離的一半）。 徑向接近時有可能會出現(xiàn)兩個工作點。 檢測體在固定時不允許用鐵氧體或螺絲釘，只能用非鐵質(zhì)材料。3) 選擇 此次設(shè)計選擇的是LJ18A3-8-Z/B-X型號的電感式接近開關(guān)（傳感器）,如圖：B、電感式傳感器1） 原理 電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出。2） 特點 電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單, 工作可靠, 測量精度高, 零點穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列

12、優(yōu)點, 其主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應(yīng)低, 不適用于快速動態(tài)測量。3） 選擇 此次選擇的是EJA71M-3010NH型號的電容式接近開關(guān)（傳感器）,如圖：C、光纖傳感器1）原理將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色的機器我們稱之為顏色傳感器。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色，當(dāng)兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時，輸出檢測結(jié)果。2）特點分辨率高；無活動觸點、可靠度高、壽命長；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性好；測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要

13、求較高；不適用于高頻動態(tài)測量。3） 選擇此次設(shè)計選擇的是E3S-VS5E42R型號的光纖開關(guān)（傳感器）,如圖：D、光電傳感器1）原理光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。2）特點光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 3）選擇 此次設(shè)計選擇的是G18-3A20NA型號的光電傳感器,如圖所示：2.4.2 執(zhí)行

14、裝置的選擇A、電機單向可逆永磁同步電機1） 主要參數(shù)如下: 機身直徑60MM 機身高60MM 功率:14W 旋轉(zhuǎn)方向:CW/CCW 軸徑:7MM 軸長:20MM(可以根據(jù)要求定做) 額定電壓:AC12V 24V 110V 220V 額定頻率:50/60HZ 額定轉(zhuǎn)速:2.5/5/10/15/20/30/40/50/60/110RPM 60KTYZ單相可逆永磁同步電動機是一種帶有齒輪減速器的小型交流可逆同步電動機。 齒輪電機命名方法介紹： 60KTYZ1-220-100/30F ,60電機外徑, KTYZ單相可逆永磁同步電動機 ,1電機偏心出軸（2電機中心出軸）, 220電機額定電壓（V） ,1

15、00電機出軸轉(zhuǎn)速, 30齒輪箱齒數(shù)比 ,F方形齒輪箱（圓形齒輪箱不加注） 常用電機技術(shù)指示： 額定電壓 (伏 )220 ;額定頻率(赫茲 )50/60 ;輸出功率 (瓦 )14; 絕緣等級 (級) E ;注：額定電壓(24,100,110,120,220V),出軸轉(zhuǎn)速,相應(yīng)力矩和出軸長度和直徑形狀,可按用戶要求定制2） 特點體積小、重量輕、噪音低、壽命長、運行平穩(wěn)、可雙向控制、輸出力矩大、堵轉(zhuǎn)能力強等特點。3） 用途廣泛用于儀器儀表、自動化控制、過膠機、麻將臺、舞臺燈具、廣告展覽器材、監(jiān)視器、云臺、各種閥門、醫(yī)用儀器、科研設(shè)施、體育器具、窗簾自動控制、柔巾機、自動調(diào)壓器、大樓水電控制系統(tǒng)等等場

16、合。4) 選擇 60KTYZ單向可逆永磁同步電機，如圖：B、電磁換向閥 1）特性(1) 先導(dǎo)方式：外部與內(nèi)部可選；(2) 滑柱式結(jié)構(gòu)，密封性好，反應(yīng)靈敏；(3) 三位置電磁閥有三種中央功能可供選擇；(4) 雙頭二位置電磁閥具有記憶功能；(5) 內(nèi)孔采用特殊工藝加工，磨擦阻力小，啟動氣壓低，使用壽命長；(6) 附設(shè)手動裝置，利于安裝調(diào)試；(7) 有多種標(biāo)準電壓等級可供選用。2）安裝及使用(1) 使用前注意檢查組件在運輸過程中是否損壞,然后安裝使用;(2) 安裝時請注意氣體流動方向及接管牙型是否正確。使用介質(zhì)必須經(jīng)過40um濾芯過濾;(3) 請注意安裝條件是否符合技術(shù)要求(如 “電壓”、“作動頻率

17、” 、“工作壓力” 、“使用溫度范圍” 等),然後安裝使用;(4) 安裝時注意氣體流動方向,P為進氣口、A(B)為工作口、R(S)為排氣口;(5) 盡量避免在震動的環(huán)境下使用,并注意低溫下的防凍措施;(6) 整機調(diào)試時,建議先用手動裝置調(diào)試,然後再通電調(diào)試。3）選擇此次設(shè)計選擇的是型號為4V210-08的電磁換向閥，如圖：C、文本顯示器1）特點 TD400C是S7-200專用的文本顯示器，用于查看、監(jiān)控和修改S7-200用戶程序中的過程變量，其外形如圖所示。 TD400C是TD200C的升級產(chǎn)品，可顯示4行文本，每行最多12個中文字符，分辨率為192×64像素。TD400C支持兩種顯

18、示字體和中英文顯示。TD400C有8個功能鍵，與Shift鍵配合，最多可以定義16個功能鍵。3）選擇 TD400C如圖：第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1控制系統(tǒng)程序設(shè)計 確定方案后畫出程序流程圖，再根據(jù)程序流程圖寫出控制程序。3.1.1 程序流程圖3.1.2 程序設(shè)計A、啟動停止及急停 啟動程序中設(shè)有急停，如果遇到緊急情況，拍下“急?！卑粹o，斷掉機構(gòu)電源。電機轉(zhuǎn)動并帶動傳送帶運行，傳感器檢測到物料，如鐵質(zhì)物料，則停止，物料被推下后，傳感器感應(yīng)不到物料后，電機在接通電源運行。B、物料分揀 例如鐵質(zhì)物料 當(dāng)鐵質(zhì)物料到達傳感器檢測范圍時，接通電磁閥線圈1，進而氣缸1動作，推出推桿，推桿將物料推出傳送

19、帶。C、計數(shù) 例如鐵質(zhì)物料 磁性傳感器感應(yīng)到物料，推出推桿把物料推下傳送帶，利用下降沿有效，不錯漏任何物料。當(dāng)計數(shù)器計滿時，就發(fā)出信號斷掉電磁閥的電源，使之不能將傳感器下的物料推出去。D、 顯示 將檢測到物料的數(shù)據(jù)通過傳送指令傳送到指定存儲區(qū)，再由TD400C讀取并顯示。并且TD400C實現(xiàn)啟停功能。第四章 控制系統(tǒng)的調(diào)試在PLC軟硬件設(shè)計完成后，應(yīng)進行調(diào)試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也需事先調(diào)試好。4.1 PLC程序調(diào)試

20、將所編寫的梯形圖程序進行編譯，通過上下位機的連接電纜把程序下載到PLC中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時都能作出正確的響應(yīng)，需要進行離線測試，既不將PLC的輸出接到設(shè)備上。按照控制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。4.2 文本顯示器調(diào)試將在S7-200軟件中編寫的文本顯示器鍵盤及畫面，通過上下位機的連接電纜下載到TD400C中，用通信電纜連接TD400C和PLC，使其構(gòu)成通信。點擊TD400C上的按鈕，對PLC發(fā)出操作指令，觀察PLC的輸出信號

21、，若輸出信號不符合要求，則查找原因，并排除之。4.3 整體調(diào)試將設(shè)備接入PLC，進行聯(lián)機調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。4.4軟件調(diào)試結(jié)果項目調(diào)試內(nèi)容調(diào)試結(jié)果備注電機功能電機啟停正常遇故障急停正常傳感器功能磁性傳感器檢測到物料后給出信號正常電感式傳感器檢測到物料后給出信號正常光纖傳感器檢測到物料后給出信號正常光電傳感器檢測到物料后給出信號正常電磁換向閥功能傳感器給信號后得電正常顯示功能文本顯示器顯示五個數(shù)據(jù)正常清零功能四個清零情況正常文本顯示器顯示情況畫面1畫面2總結(jié)與展望物料分揀采用可編程控制器PLC 進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，

22、分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計采用標(biāo)準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。 同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)求。 本系統(tǒng)采用的可編程控制器，只要結(jié)合不同的傳感器，比如根據(jù)材料的屬性、尺寸的大小、物體的顏色等選擇相應(yīng)的傳感器，就可對不同的物料進行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻【1】 王建、馬新合、劉禹林主編·實用PLC技術(shù)M.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2010.11【2】 陶權(quán)、韋瑞錄主編·PLC控制

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