基于PLC控制的全自动物料分拣系统设计

目录1引言....................................................................................12可编程序控制器.........................................................................22.1PLC的发展历史....................................................................22.2PLC的定义和特点..................................................................22.3PLC的基本结构和工作原理.........................................................33物料分拣系统的工作过程和设备选择....................................................43.1物料分拣系统的工作过程...........................................................43.2物料分拣系统的设备选择...........................................................44物料分拣系统的设计图.................................................................104.1PLC外部端子接线图...............................................................104.2变频器端子接线图................................................................114.3步进梯形图.......................................................................124.4PLC梯形图........................................................................135物料分拣系统的组态技术................................................................155.1组态技术概述.....................................................................155.2组态技术功能和优点...............................................................15结论..........................................................................17致谢....................................................................................18参考文献...............................................................................19江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第1页1引言自动分拣系统是指能够识别物品属性并对物品进行分类传输的自动系统。自动分拣系统由传输供件同步导入装置、识别及控制系统、机械分拣机构及信息处理系统等组成。自动分拣系统是二战后在美国、日本以及欧洲的大型物流中心广泛采用的一种分拣系统。广泛应用在医药行业、生产制造业等行业。国外的自动化程度很高，而在我国，由于物流业起步晚，始于1980年代，自动化程度不高，大部分处于人工作业近期的市场兴起和技术发展始于1990年代。一开始使用于机场行李处理和邮政处理，然后逐渐普及到其他行业。近二十年来，特别是物流行业，随着经济发展，商品趋于短小轻薄。分拣作业已成为工作的重要环节。我国目前自动化程度不高，处于人工分拣阶段。自动分拣的优点是能连续、大批量的分拣货物，分拣误差率低，分拣作业基本实现无人化。虽然国内自动分拣系统使用还很少，但有关部门和企业正在做出努力。自动分拣机是一个很成熟的产品，已成为当代物流技术发展的重要标志。2可编程序控制器2.1PLC的发展历史在可编程序控制器诞生之前，是以继电器、接触器为主体的控制系统广泛应用于工业生产。1968年，为适应生产需要，美国通用汽车公司提出一种新型工业控制器。1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器，目的是取代继电器，这打开了新的控制技术发展的大门。紧接着美国MODICON公司也开发出同门的控制器。1971年，日本从美国引进这项技术，也研制出日本第一台可编程序控制器。1973年，西欧一些国家也相继开发出他们的可编程序控制器。我国则在1977年成功研制出以1个微处理器MC14500为核心的可编程序控制器，并用于工业生产。PLC大约经历四个阶段：(1)初级阶段：第一代PLC取代继电器，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。第一代只采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。(2)扩展阶段：从20世纪70年代到70年代末期，PLC的扩展功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第2页(3)通讯阶段：20世纪70年代末期到80年代中期，PLC的产品与计算机相连，但是各个厂家联系不密切，独自经营，所以PLC迅速扩散到其他行业。(4)开放阶段：20世纪80年代中期开始，PLC在开放功能上取得较大发展。主要在通信系统的开放，使各厂商的产品可以通信。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品主要有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5,SLC500、德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。PLC在以后的发展方向可以概括为：(1)发展简易、经济的小型、微型PLC；(2)致力于提高功能性价比；(3)能研制出功能强大、系统庞大、技术完善的PLC。2.2PLC的定义和特点2.2.1PLC的定义可编程序控制器简称PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2.2PLC的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强；（2）编程简单、易于掌握；（3）功能强、通用性好；（4）设计、安装容易、维护工作量少；（5）体积小、重量轻、功耗低。2.3PLC的基本结构和基本原理2.3.1PLC的基本结构江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第3页图1PLC的基本组成如图1，PLC的基本组成：（1）中央处理单元；（2）存储器；（3）输入/输出接口；（4）电源及外部设备。2.3.2PLC的工作原理当PLC运行后，工作过程分为三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。3物料分拣系统的工作过程和设备选择3.1物料分拣系统的工作过程1、按下启动按钮X0，物料台检测到有物料，则变频器驱动电机，使圆盘转动，再由圆盘通道和机械手把物料送到物料分拣带上检测，以上动作实现了上料的过程。2、把物料送到检测台。如果在4秒钟内检测不到物料，红灯闪烁，否则绿灯闪烁，机械手、电动机和变频器不动作，整个系统停止。当检测到物料时，物料提升到上限时，机械手臂先伸出，手爪夹紧物料后，手臂提升，再缩回，然后右旋，手臂伸出，下降，松开物料，手臂再提升，缩回，再回到左旋初始位置。3、分拣台上光电传感器检测到物料时，启动传送带；当电感传感器检测到金属物质的物料时，活塞1伸出推动物料进入料槽再缩回；当到电容传感器检测到非金属的物料时，活塞2伸出推动物料进入料槽再缩回。当物料台再次检测到物料时，循环以上动作。4、物料传输是通过机械手和三相异步电动机及变频器来实现，机械手可通过伸出，下降，夹紧物料，提升，缩回等动作将物料从物料台送到传输带上，而三相异步电动机启动传送带的动作及变频器改变传输带的速度。5、在传输带上，光电传感器是启动传输带运行的信号，用电容传感器和电感传感器江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第4页来分拣传输带上的物料，电感传感器可检测金属物质的物料，电容传感器可检测非金属的物料。这是实现分拣的动作。3.2物料分拣系统的设备选择3.2.1三菱PLC的选型表1I/O分配表输入部分输出部分功能地址功能地址启动按钮X0物料驱动电动机Y0物料检测X13红灯Y17物料提升上限X11绿灯Y16物料提升下限X12物料提升Y1手臂伸出限位X5手臂伸出Y2手臂缩回限位X6手臂缩回Y3手爪提升上限X7手爪提升Y5手爪下降下限X10手爪下降Y4手爪磁性开关X2手爪(电磁阀)Y15手臂左旋限位X3手臂左旋Y6手臂右旋限位X4手臂右旋Y7光电传感器X22推料一伸出Y11电感传感器X20推料一缩回Y10江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第5页电容传感器X21推料二伸出Y12推料一伸出限位X14推料二缩回Y13推料一缩回限位X15电动机转动及中速Y21推料二伸出限位X16推料二缩回限位X17停止按钮X1I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。根据物料分拣系统的工作过程可知，系统的输入信号有19个，输出信号有16，因此选三菱FX2N-48MR。3.2.2三菱变频器的选择1、在实践中常常将机械设备根据负载转矩特性不同，分为如下三类：（1）恒转矩负载；（2）恒功率负载；（3）流体类负载。2、根据负载特性选取适当控制方式的三菱变频器三菱变频器的控制方式主要分为：V/f控制，包括开环和闭环；矢量控制，包括无速度传感器和带速度传感器控制；直接转矩控制；几种种方式的优缺点如下：（1）V/f开环控制优点：结构简单，调节容易，可用于通用鼠笼型异步电机；缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小；主要采用场合：一般的风机，泵类节能调速或一台变频器带多台电机传动场合。（2）V/f闭环控制优点：结构简单，调速精度比较高，可用于通用性异步电机；缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小，要增加速度传感器；主要采用场合：用于保持压力，温度，流量，PH定值等过程场合。（3）无速度传感器的矢量控制优点：不需要速度传感器，力矩响应好、结构简单，速度控制范围较广；缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能；采用场合：一般工业设备，大多数调速场合。江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第6页（4）带有速度传感器的矢量控制优点：力矩控制性能良好，力矩响应好，调速精度高，速度控制范围大；缺点：需要正确设定电机参数，需要自动测试功能，要高精度速度传感器；使用场合：要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合。（5）直接转矩控制优点：不需要速度传感器，力矩响应好，结构较简单，速度控制范围较大；缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能；采用场合：要求精确控制力矩的高动态性能应用场合，如起重机、电梯、轧机等。根据物料分拣系统可知，我们可选三菱FR-E500。三菱FR-E500介绍：（1）功率