物料分拣控制系统的设计(PLC)

目录中文摘要英文摘要1绪论1.1课题的背景和意义1.2材料分拣系统国内外研究现状1.3材料分拣系统特点1.4PLC简介及特点1.5本课题的设计内容2材料分拣系统工作原理和总体设计2.1工作原理2.2总体设计2.2.1结构设计2.2.2系统结构组成3PLC控制系统的硬件设计3.1系统主回路设计3.2PLC控制系统的设备组成3.3CPU及数字量扩展模块选择4PLC控制系统的软件设计4.1PLC程序结构4.2PLC编程4.3PID控制的功能指令5结论致谢参考文献（附录）基于PLC的材料分拣系统摘要随着社会的不断进步，市场竞争的日趋激烈，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其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，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。本论文分析材料分拣系统的工作原理及系统的组成结构，采用稳定性较好的工控设备PLC对材料的运输、分拣进行实时控制。最后对系统的软硬件设计进行详细的介绍。本论文的材料分拣系统已在国内外许多实际的材料分拣系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统能极大的节省劳力，具有明显的经济效益和社会效益。关键词：材料分拣；自动生产线；物料传送；PLC；ThematerialsortingsystembasedonPLCAbstractWiththedevelopmentofsociety,marketcompetitionbecomeveryfierce.Everyenterprisetriesitsbesttoimproveproductiontechnologyforimprovingtheproductivityefficiency,especiallyintheenterpriseswhichneedthetechnologyofmaterialsorting.Manyyearsago,weusehandtosortmaterial.Thismethodhaslowproductionefficiency,buthighproductioncosts.Soautomaticsortinghasbecometheonlychoiceofenterprises.Thispaperanalyzestheworkingprincipleofmaterialsortingsystemandintroducethestructureofthesystem.ThissystemhasusedPLCwhichhasagoodstability.IusePLCtocontrolthetransportationofmaterialandsorting.Intheend,thesystemhardwareandsoftwaredesigningwereintroducedindetail.Thematerialsortingsysteminthispaperhasbeenusedinmanyfactoriesathomeandabroad.Andithasastableandreliableperformanceandgoodeffectinenergysaving.Usingthiscontrolsystemcansavethelaborandgetobviouseconomicbenefitsandsocialbenefits.Keywords:materialsorting;Automaticproductionline;PLC;1绪论1.1课题的背景和意义从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。随着社会的不断进步，市场竞争的日趋激烈，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其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，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。材料自动分拣系统对于生产过程中需要重复分拣某些特征明显物料的工作的效率提高有重要的现实意义。在提高分拣速度的同时，又能保证分拣质量和实现对整个分拣系统的监控。本设计材料自动分拣系统所使用的材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC、传感器、位置控制、电气传动和气动等技术，可以实现不同材料的自动分拣和归类功能，并可配置监控软件由上位计算机监控。材料自动分拣系统能连续、大批量地分拣货物由于采用流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的可以弥补人力分拣在重复分拣方面的低效率工作。分拣误差率极低自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用传感器信息输入，除非物料本身的特征有差错，否则不会出错。因此，本设计计划使用传感器甄别物料的材质及外部颜色特征作为信息输入机制。分拣作业基本实无人化建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于在上位机上对整个控制系统进行监控和针对不同生产要求修改系统控制流程。利用可编程控制器(PLC),设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现不同对象要求。1.2使用装置简介及其特点材料分拣装置是模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC控制、传感器、位置控制、电气传动和气动等技术，可以实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位机监控。该装置采用台式结构，配有S7-200型CPU、传感器（光电式、电感式、颜色、磁感应式）、交流电动机、输送带、气缸、电磁阀、直流电源、气泵、编程练习面板等，是典型的机电一体化教学实验装置。装置由料块仓库、电动输送带、自动分选部件和控制器组成。料块仓库是一个手动入库自动出库的装置。使用时可将料块放入仓库中，当光电传感器感测到料块时系统开始运行，即启动输送带并由出库气缸将库内最底层料块推入输送带。电动输送带是由交流电机驱动的皮带式水平输送装置。它将料块匀速平稳的送至自动分选部件。自动分选部件由物料传感器、微型直线气缸及滑道组成。当传感器检测到相应料块时，对应的气缸将其推入应去的滑道；控制器采用SIEMENSS7-200型PLC，该系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力，保证了系统运行的可靠性、降低了威胁率，提高了工作效率。它接受仓库传感器、各料块传感器、旋转编码器、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁换向阀。1.3PLC简介及其应用1.3.1PLC的概念可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC1.3.2PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如下所示：（1）中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的适用性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。（2）存储器PLC的存储器可以分为两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理、监控程序和用户程序编译程序，这类程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要用于存放用户编制的应用程序和各种数据。（3）电源PLC的电源是指为CPU、存储器和I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路，交流输入电压范围一般比较宽，抗干扰能力比较强。电源的直流输出电压多为直流5V和直流24V。直流5V电源供PLC内部使用，直流24V电源除了供内部使用外还可以供输入/输出单元和各种传感器使用。1.3.3PLC种类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。1．按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2．按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。(1)低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。(2)中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。(3)高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了