基于PLC和力控组态软件的材料分拣系统课程设计

南昌航空大学-过程控制课程设计-1-过程控制与组态软件课程设计任务书2015－2016学年第二学期第16周－16周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档题目材料分拣系统组态设计内容及要求材料分拣系统由5个汽缸，3个传感器，皮带和不同材质的料块组成。当有料块放入的时候,汽缸1动作,将料块推到皮带上,使料块随着皮带前进。传感器有电感传感器,电容传感器,颜色传感器。当铁质料块经过汽缸2的时候,电感传感器得到信号,使汽缸2动作,将料块推向1号储料厢；如果是铝制料块,则电容传感器得到信号,使汽缸3动作,将铝制料块推向2号储料厢；蓝色木头材质的料块,则汽缸4动作,推向3号储料厢中；红色木头材质的料块，则汽缸5动作,将料块推向4号储料厢中。选择以上实验,论述该实验基于PLC和力控组态软件的实现方案，建立PLC实验教学系统。根据设计要求列输入输出分配表、编写梯形图并注释，完成课程设计报告。进度安排1、讲授课程设计的要求、任务和方法，布置设计题目（0.5天）；2、查阅资料，确定设计方案（1天）；3、设计、实验调试并完成课程设计报告（2.5天）；4、当场个人答辩及报告评阅（1天）。学生姓名：沈青文、胡镇、许志明、马继能指导时间2016年6月13日至2016年6月17日指导地点：F312任务下达2016年6月13日任务完成2016年6月17日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师杨声云系（部）主任王长坤南昌航空大学-过程控制课程设计-2-引言随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率。在需要进行材料分拣的企业，以往都采用人工分拣的方法，分拣效率极为低下，致使生产成本高，企业竞争力差。近年来，随着科学技术的不断发展，出现了一些自动控制分拣系统装置，它可以大幅度的提高分拣效率，因此越来越多的企业采用了自动控制分拣系统装置。关于自动控制分拣系统装置现在市场上已经大量出现了，并且也应用到生产实际中了。由于PLC具有体积小、易安装、维修性好等特点，所以设计本课题是用PLC来控制分拣系统装置的。可编程序控制器（PLC）现在已经综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术，其功能越来越强大。本课题采用PLC控制分拣系统装置，可以同时实现三种物料的快速分拣，分别是铁质物料、铝质物料和颜色物料等。并且可以与上位机相接，实现实时监控。它不但可以快速分拣效率，节省大量的人力资源，而且可靠性高，稳定性强，可长时间进行分拣，正是需要进行材料分拣的企业所迫切希望的分拣系统装置。南昌航空大学-过程控制课程设计-3-第1章绪论该课题是基于PLC的材料分拣系统设计，它包括可编程序控制部分、传感器检测部分、电动机控制部分以及空气压缩机部分。对于本课题来讲，它就是自动化技术、传感器检测技术以及电气拖动技术的融合，在国民经济发展中起着推动作用。近年来，分拣领域已经并正在发生着日新月异的变化，各种先进技术已经被应用到各个工程实际中，并且已经取得了很大的成就。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地希望改进生产技术，提高生产效率，同样在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料分拣系统装置已成为他们的必然选择。虽然材料分拣系统装置现在已经开始在工程实际应用中开始发挥作用，但是随着科学技术的不断发展，分拣系统也在不断的完善中。分拣系统装置有几种系统控制方式。分别是继电器控制系统、计算机控制系统以及PLC等。几十年来继电器控制系统一直为工业发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业中大量应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制要求和发展。计算机控制系统有着十分强大的计算与数据处理能力，但在别的方面却没有PLC功能强大。因此在这个设计中选择PLC来控制分拣系统装置。此设计正是基于采用PLC来实现关于材料分拣控制系统的设计。材料分拣控制系统组成主要有传感器、断电延时器、进料槽、传送带、分拣推手等组成。当第一个光电传感器检测到进料槽有物体时，上料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带继续运转，同时控制上料气动阀进行上料，每次上料时间间隔可以根据实际情况进行调整。第一个物料传感器为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀动作选出该物料；第二个物料传感器为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC,PLC控制气动阀动作选出该物料；第三个物料传感器为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀动作选出该物料；最后还有一个备用的传感器，是用来检测并推下漏拣的物料。本课题由于采用PLC作为控制系统，它存在输入输出响应的滞后现象。滞后现象是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。虽然它有一定的延迟但并不影响分拣系统装置的工作，因为PLC的延迟时间只有几十毫秒，对于本分拣系统装置起不到什么影响，完全可以忽略。本设计主要研究的是使分拣系统装置能进行三种物料的分拣并能与上位机相连进行实时监控。可编程序控制器（PLC）现在已经综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术，其功能越来越强大。该篇设计有着广阔的应用前景，它节省大量的劳动力，从而可以大大提高生产率，促进社会工业的发展。南昌航空大学-过程控制课程设计-4-第2章方案比较与选择由于本设计是基于PLC的材料分拣系统设计，所以从材料分拣系统装置的控制系统方面进行方案的比较与选择。一共有三种方案：分别是PLC、继电器控制系统与计算机控制系统。下面是关于三种方案的比较与选择。一、几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中大量的应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。下面是关于它们的各个方面的比较：（1）控制功能的实现：继电器控制系统通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能，PLC对进行编程实现所需控制要求。（2）对生产工艺变化的适应性：继电器控制系统需要重新设计与接线，适应性差，PLC只需对程序进行修改，适应性强。（3）可靠性：继电器控制系统元器件多，触点多，容易出现故障，PLC采用大规模集成电路，绝大部分是软继电器，可靠性高。（4）控制的实时性：继电器控制系统机械动作时间常数大，实时性差，PLC微处理器控制，实时性非常好。（5）占用空间与安装：继电器控制系统控制体积巨大、笨重，安装施工工作量大，PLC体积小，重量轻，安装工作量小。（6）使用寿命：继电器控制系统易损，寿命短，PLC寿命长。（7）价格：继电器控制系统较低，PLC较高。（8）维护：继电器控制系统维护复杂、工作量大，PLC维护工作量小。二、通用计算机具有十分强大的计算与数据处理能力，同时数据处理速度已达到极高的水平，但是应用通用计算机进行工业控制，在很多方面没有PLC功能强大。下面是关于它们的比较：（1）工作方式：通用计算机采用中断方式，PLC采取扫描方式。（2）通用计算机使用汇编语言、高级语言，PLC采用助记符语句表、梯形图等。（3）工作环境：通用计算机要求较高，PLC可在较差的环境工作。（4）对使用者的要求：通用计算机需要专门的学习培训才行，PLC语言易学，稍加培训即可使用。（5）可靠性：通用计算机商业级要求，PLC工业级，且有多种特殊设计，包括监视记时器功能。（6）系统软件：通用计算机系统软件功能强大，但占用存储空间过大，PLC系统软件功能专用，占用存储空间小。（7）价格：通用计算机价格高，PLC价格较低。以上各种情况综合分析，决定采用PLC控制系统来控制材料分拣系统装置。和其它两种控制系统相比PLC控制系统主要优点是可靠性、易操作性（操作方便、编程方便、维修方便）、灵活性（编程的灵活性、扩展的灵活性、操作的灵活性）、机电一体化等。另外PLC的功能有：（1）关于逻辑和顺序控制：主要完成开关逻辑运算和进行逻辑控制，从而可以实现各种简单或复杂的控制要求。南昌航空大学-过程控制课程设计-5-（2）定时控制：PLC具有很强的定时、记数功能，而且是间隔可以由用户自己设定。（3）数据处理：新型PLC都具有数据处理能力，它能进行算术运算，数据传送。（4）通信：PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换。南昌航空大学-过程控制课程设计-6-第3章基于PLC的材料分拣系统的硬件设计部分3.1材料分拣系统流程图及PLC选型一、材料分拣系统流程图材料分拣系统流程图如下图所示，它是利用各种传感器对待测物料进行检测并分类。根据选用的传感器类型不同，可分辨出铁、铝及非金属，并能分辨出某种颜色。当待测物体经下料装置传入传送带后，依次接受各种传感器的检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱，否则继续前行。图3-1系统结构图从上图可以看出本系统由传感器、电动机、空气压缩机等组成。其中传送带是由电动机带动。系统上电后，可编程序控制器(PLC)首先启动输送带，上料传感器检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待上料。当料槽有料时，上料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带继续运转，同时控制上料气动阀进行上料，每次上料时间间隔可以进行调整。物料传感器1为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀1动作选出该物料。物料传感器2为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC，PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器3为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属物料时，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。二、PLC的选型1、控制要求及I/O接口本设计要求实现三种物料的分拣，分别是铁质、铝质和带颜色的物料。根据要求选用了四个种类的五个传感器来检测物料。它们分别是电感传感器、电容传感器、颜色传感器以及光电传感器。电感传感器专门检测铁质物料，电容传感器检测铝质物料，颜色传感器检测颜色物料。光电传感器一共有两个，一个用于进料槽检测有无物品，另一个作为备用传感器负责把前面三个传感器漏拣的物料分拣下来。另外还用了异步电动机来物料传感器5气动阀4空气压缩机可编程控制器编程序控制器物料传感器2物料传感器3物料传感器4传送带及上料气动阀5555555555气动阀1气动阀2气动阀3物料传感器1南昌航空大学-过程控制课程设计-7-带动传送带，它可以满足快速启动及制动的控制要求。空气压缩机通过电磁阀来控制推手把物料分拣下去。如图3-2所示。图3-2材料分拣示意图根据设计要求，输入有5个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器（光电传感器）以及检测下料的传感器，并且有相应的5个气缸运动位置信号，每个气缸有两个动作限位，共计10个信号。输出包括控制电动机运动的接触器，以及5个控制气缸动作的电磁阀。共需要I/O接点21个，其中有15个输入点和6SBW4SBW3SBW2SBW1SFW4SFW3SFW2SFW1SDSCSBSAYV4YV3YV1YV2气缸4气缸3气缸2气缸1光电传感器颜色传感器电容传感器电感传感器YV5光电传感器SNSBW5SFW5YV6南昌航空大学-过程控制课程设计-8-个输出点。如下表所表示。表3-1输入信号和输出信号输入信号：推气缸1动作限位SFW1X004推气缸2动作限位SFW2X012推气缸3动作限位SFW3X020推气缸4动作限位SFW4X023推气缸5动作限位SFW5X001电感传感器SAX003电容传感器SBX011颜色传感器SCX014备用传感器SDX022光电传感器SNX000推气缸1动作限位SBW1X010推气缸2动作限位SBW2X013推气缸3动作限位SBW3X021推气缸4动作限位SBW4X024推气缸5动作