基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計

題目基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計英文題目TheDesignofMat Ⅱmeasuringfieldsortinggoods,tworkingisreducedgreatly,butsystemtobeabletonimblyandlogisHardware-Designandsoftware-designmiddleWiththepopularizationanddeincreaseddemandforprogrammablecontrollers,fieldmoreandmorefeeding,handlingrobotbody,materialtransportpickupbodies,onthreeusesasteppermotortopreciselypositiontherotatihandlingrobotsarewidelyu【Keywords】PLC;Sensor;Hardware-design;software-de 1第一章緒論 21.1分揀系統(tǒng)的研究背景 21.2物料分揀系統(tǒng)發(fā)展概況和現(xiàn)狀 31.3課題研究目的和意義 41.4本文研究的主要內(nèi)容 51.5本章小結(jié) 5第二章PLC系統(tǒng)設(shè)計 62.1控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 62.2控制系統(tǒng)設(shè)計的原則 72.3控制系統(tǒng)設(shè)計的一樣步驟 72.4程序設(shè)計的步驟 82.5編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項 82.6本章小結(jié) 9第三章系統(tǒng)的組成及控制要求 3.1系統(tǒng)的組成 3.2系統(tǒng)控制要求 3.3本章小結(jié) 第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1電氣元件名稱及功能 V4.1.3執(zhí)行電氣元件 4.2輸入/輸出(I/O)點(diǎn)分配 4.4三菱FX-2N型PLC控制原理圖 4.5步進(jìn)電機(jī)設(shè)計 204.6本章小結(jié) 21第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計 5.1三菱編程軟件、模擬仿真軟件 225.2程序設(shè)計思想 5.2.1上料機(jī)構(gòu)流程圖 5.2.2搬運(yùn)機(jī)械手流程圖 25 第六章系統(tǒng)調(diào)試 6.1程序的模擬調(diào)試 326.1.1通過軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試 6.1.2時序圖輔助調(diào)試 6.2程序的現(xiàn)場調(diào)試 37 39 402第一章緒論類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。它給自動化控制帶來很大的方便，目前有不少的先地位。美國和歐洲在60年代開始使用，日本則在第二次世界大戰(zhàn)后才引進(jìn)分揀機(jī)，但近二十年來由于其本國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要發(fā)展迅速，后來者居上，從用于銷售業(yè)。到1987年就已經(jīng)擁有自動分揀機(jī)1000臺，號稱是世界上擁有分揀勢趨于"短小輕薄",流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時制(JUST-IN-TIME,簡稱JIT)。3本次設(shè)計基于PLC的物料分揀系統(tǒng)控制。采用PLC控制開發(fā)可以達(dá)到號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，同時縱觀國內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情形可以發(fā)覺，國外的物流配送中心或工4當(dāng)物料為黑色物料時，直接將物料輸送出去。分料盤在物料分揀中起著關(guān)鍵作具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點(diǎn)。5制線路，節(jié)省成本，進(jìn)一步提高勞動生產(chǎn)率。6第二章PLC系統(tǒng)設(shè)計2.1控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容(1)挑選用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象(電動機(jī)、電磁閥等)。這些設(shè)備屬于一樣的電氣元件，挑選PLC,應(yīng)包括機(jī)型挑選、容量的挑選以及I(3)分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。(4)設(shè)計控制程序。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語句表(即程序清單)(5)必要時還需設(shè)計控制臺(6)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表。7另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖(梯形圖),通常稱它的都是通過控制被控對象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)來實(shí)現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效(2)在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及(3)保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠且在非正常情形下(如突然掉電再上電、按鈕按錯等),也能正常工作。(4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在配置PLC硬件設(shè)備時應(yīng)適當(dāng)留有82.4程序設(shè)計的步驟2.5編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項9(4)不答應(yīng)顯現(xiàn)橋式電路。件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，模擬實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。圖3-1為系統(tǒng)流程簡圖。無光電傳感器檢測放料臺有無物料?無光電傳感器檢測入料口有無物料?等待機(jī)械手搬運(yùn)無物料報警圖3-1系統(tǒng)流程簡圖上料機(jī)構(gòu)如圖3-2,由井式工件庫、光電傳感器、工件、存放料臺、推料氣圖3-2上料機(jī)構(gòu)實(shí)物圖物料輸送與分揀機(jī)構(gòu)如圖3-3。由皮帶輸送線、分料；2號料槽：用于放置白色尼龍物料；3號料槽：用本設(shè)計中系統(tǒng)對三種不同的物料(金屬鋁物料、白色纖維物料、黑色纖維物料)進(jìn)行上料、搬運(yùn)、運(yùn)輸和分類分揀，基于PLC的控制可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化和半自動化控制。(1)上料機(jī)構(gòu)在復(fù)位完成后，點(diǎn)動“啟動”按鈕，料筒光電傳感器檢測到有工件時，推料氣缸將工件推出至存放料臺，若3秒鐘后，料筒檢測光電傳感器仍未檢測到工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機(jī)械手將工件取走后，推料氣缸縮回，工件下落，氣缸重復(fù)上一次動作。(2)搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)(自動控制)當(dāng)存放料臺檢測光電傳感器檢測物料到位后，機(jī)械手手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，延時0.5秒，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測到位后，延時0.5秒，氣動手爪抓取物料，手爪夾緊限位傳感器檢測到夾緊信號后；延時0.5秒，手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測到位后；手臂向右旋轉(zhuǎn)，手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測送線上。(3)運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu)機(jī)以30HZ的頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測傳感器檢測上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu)的控制功能方面給出了詳細(xì)的要求,為控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1電氣元件名稱及功能(6)光纖傳感器位置：位于料槽一與料槽二的皮帶傳輸?shù)闹虚g上方。作一個輸入信號。其檢測距離為3~8mm,檢測距離可通過傳感器放大器的電位器(7)按鈕(7個)控制系統(tǒng)的啟動(綠色)、停止(紅色)、復(fù)位(黃色);4個用于機(jī)械手的手動控制。(1)警示燈在設(shè)備停止時警示紅燈亮，在設(shè)備運(yùn)行時警示綠燈，在無物(2)電磁閥通過PLC控制電磁閥來控制氣缸的動作。(3)變頻器當(dāng)入料口檢測到有物料時PLC向變頻器提供驅(qū)動信號，變頻(1)推料氣缸將工件推到存放料臺上，由單向電控氣閥控制。(2)推料一氣缸將金屬物料推入料槽一，由單向電控閥控制。(3)氣動手爪完成工件的抓取動作，由雙向電控閥控制，手爪夾緊時(4)雙導(dǎo)桿氣缸控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。(5)單桿氣缸(6)導(dǎo)料氣缸(7)步進(jìn)電機(jī)(8)皮帶輸送線(9)三相異步電動機(jī)驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制。表4-1輸入點(diǎn)分配及說明名稱功能說明1系統(tǒng)啟動2系統(tǒng)停止3復(fù)位按鈕456檢測推料氣缸是否退出7檢測推料氣缸是否縮回8檢測手臂是否伸出9檢測手臂是否縮回檢測推料一氣缸是否推出檢測推料一氣缸是否縮回導(dǎo)料轉(zhuǎn)出限位傳感器導(dǎo)料原位限位傳感器檢測物料是否放入入料口表4-2輸出點(diǎn)分配名稱功能說明1輸出脈沖2方向控制3使能控制4電磁閥物料推出5電磁閥手臂伸出6電磁閥手臂縮回7電磁閥8電磁閥9電磁閥電磁閥電磁閥電磁閥導(dǎo)料氣缸警示紅燈停止指示燈警示綠燈啟動指示燈警示黃燈變頻器驅(qū)動控制FX2NC等幾個系列，其中F系列是早期產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)。FX2系列是1991年推是日本高性能小型機(jī)中的代表作。三菱FX系列常見型號如下圖4-1所示：圖4-1三菱FX系列PLC4.3.1系統(tǒng)對PLC的要求(1)功能要求：在滿足一樣開關(guān)量輸入信號控制要的同時，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要求輸出脈沖信號，所以輸出類型要是晶體管輸出0(T)。(2)I/O點(diǎn)數(shù)要求：系統(tǒng)所需輸入點(diǎn)數(shù)為21點(diǎn)；系統(tǒng)所需輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。在實(shí)際統(tǒng)計出的I/O點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上加15%——20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴(kuò)展。根據(jù)上述要求可暫定型號為：三菱FX2N-64MT?？紤]到FX2N-64MT與FX2N-48MT相比價格稍微較貴。但FX2N-48MT的輸入點(diǎn)數(shù)能不能滿足系統(tǒng)要求，但也可選用擴(kuò)展模塊比如：FX2N-8EX(輸入點(diǎn)為8的擴(kuò)展模塊)。考慮多方面因素：最后確定可編程控制器型號為：三菱FX2N-64MT按按按或惑惑或器都惑惑惑或惑惑惑推推二萎衛(wèi)×22-641TP○進(jìn)進(jìn)料步物手一手手手推警小警一警小小變本料作一料料料衛(wèi)T_衛(wèi)章至豆查至豆零如少應(yīng)少應(yīng)PUL-驅(qū)動職PUL-孤一孤一手臂手臂圖4-2三菱FX-2N型PLC控制原理圖4.5步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(1)功能簡介：表4-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置(3)脈沖個數(shù)運(yùn)算：在模擬系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)左右旋轉(zhuǎn)的角度為63°,步進(jìn)驅(qū)動器所設(shè)置的細(xì)分步參數(shù)為10000步/圈，電流值為6.0A。所以PLC的YO口產(chǎn)生脈沖數(shù)N為：4.6本章小結(jié)本章在確定了控制系統(tǒng)的基本設(shè)計步驟之后，詳細(xì)設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件部分，給出了I/0分配表、控制器接線圖，完成了PLC選型、步進(jìn)電機(jī)設(shè)計的主要工作，為產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具2。三菱全系列PLC仿真調(diào)試軟件GXSimulator:(1)仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行，如果沒有編(2)安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟軟件相當(dāng)于編程軟件的一個插件。上料機(jī)構(gòu)的控制要求，在程序設(shè)計的時候應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：(1)警示黃燈在料庫無物料與停止時都要閃爍。(2)當(dāng)放料臺有物料時，推料氣缸保持伸出狀態(tài)，同時放料臺有物料是驅(qū)動機(jī)械手程序的必備條件。上料機(jī)構(gòu)流程圖如圖5-1所示：有無有5.2.2搬運(yùn)機(jī)械手流程圖搬運(yùn)機(jī)械手流程圖如圖5-3所示：否等待機(jī)械手復(fù)位機(jī)械手手臂伸出手抓氣缸下降氣動手爪抓取物料手爪氣缸上升檢測手爪上升到位后手臂縮回手是否在基準(zhǔn)位置圖5-3搬運(yùn)機(jī)械手流程圖從圖中反應(yīng)出來搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求，在進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手程序設(shè)計時，第一考慮到的就是要用步進(jìn)指令進(jìn)行程序編寫，這樣程序編寫就簡單明了化了。在機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移的時候，要注意上一個狀態(tài)的輸出有的必須要保持，比如手爪在夾緊工件后，在沒有送到入料口之前的所有狀態(tài)手爪都必須保持夾緊。搬運(yùn)機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5-4所示：2M45圖5-5搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)梯形圖物料傳輸分揀流程圖如圖5-6所示：物料傳輸分揀流程圖如圖5-6所示：三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率帶動皮帶正傳傳輸物料槽二傳感器檢推料氣缸動作將(金屬物料)推(白色物料)導(dǎo)直接將(黑色物料)傳送至三號料槽一檢測圖5-6物料傳輸分揀流程圖物料分揀機(jī)構(gòu)程序梯形圖如圖5-7所示：第六章系統(tǒng)調(diào)試要求5。仿真調(diào)試時是否正常按預(yù)期成效運(yùn)行，若不6.1.1通過軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試在仿真軟件中可以直接對各種軟器件進(jìn)行置位，如：X0000-0237、Y0000-0237、T0O-99、C00-99、M00-99等部分常用的軟器件可直接進(jìn)行置位，對于特別功能輔助繼電器、時間繼電器、計數(shù)器不能直接置位調(diào)試。(1)將XO按下系統(tǒng)啟動，此時警示綠燈Y15亮，警示黃燈Y16閃爍，無料報警。輸入輸出調(diào)試狀態(tài)如圖6-2所示：菜單起動(S)時序圖(T)軟元件(D)回監(jiān)視中(2)將物料檢測傳感器X3置位，此時警示黃燈Y15停止閃爍，將推料伸出限位傳感器X6置位，此時物料推出氣缸Y3動作。X6復(fù)位，推料伸出傳感器X5被置位，放料臺光電開關(guān)X4檢測到物料也被置位。當(dāng)物料被爪走后X4復(fù)位，Y3復(fù)位，推料氣缸縮回，反復(fù)執(zhí)行推料過程。輸入輸出狀態(tài)見圖6-3。(3)分揀調(diào)試將入料口光電開關(guān)X21置位，此時Y17向變頻器發(fā)送驅(qū)動信號。當(dāng)物料為金屬物料時，料槽一檢測傳感器置位，此時氣缸Y12動作將物料推入料槽一。同時分揀檢測光電開關(guān)向PLC發(fā)出一個信號，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。調(diào)試輸入輸出狀態(tài)見圖6-4。xx圖6-3上料結(jié)構(gòu)上料時運(yùn)行監(jiān)控回E圖6-4金屬物料分揀時運(yùn)行監(jiān)控程序仿真調(diào)試方法不變，進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手，物料分揀的調(diào)試時，按照控制要求及相應(yīng)輸入控制元件的置位情形，對輸入口進(jìn)行設(shè)置后，同時觀察輸出的狀態(tài)變化看是否滿足控制要求。依照此法逐步對程序進(jìn)行調(diào)試修改，直至滿足控制要如果想更形象的反應(yīng)出輸入輸出及其它軟元件的狀態(tài)圖式，可以通過時序圖進(jìn)行輔助調(diào)試，通過時序圖就可以更清楚的看出軟元件狀態(tài)的變化。如圖6-5所示為時序的樣板。依照控制要求對系統(tǒng)程序一步一步進(jìn)行仿真調(diào)試，在調(diào)試的過程中發(fā)覺了一些錯誤的方，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最后是程序在仿真調(diào)試中滿足了控制要求，系統(tǒng)模擬調(diào)試完成。本系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)源于學(xué)校的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室，自動控制部分可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。但由于客觀條件限制，目前不能進(jìn)行三菱FX2N型可編程控制器的現(xiàn)場調(diào)試。(1)檢查連線，要逐點(diǎn)進(jìn)行，確保正確無誤。(2)檢查輸入輸出接口。(3)將調(diào)試好的程序傳輸?shù)娜釬X-2N型PLC中。(5)進(jìn)行系統(tǒng)半自動調(diào)試。(7)非常條件檢查，完成上述所有的調(diào)試工作，系統(tǒng)調(diào)試完[1]王煜東，傳感器及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008年[2]梁森，自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2011年年[5]李景學(xué)，可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及方法[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2001年[6]張萬忠，劉明芹，電器與PLC控制技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2003年[8]周進(jìn)明.液壓與氣動技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009.[9]王兆義，可編程序