基于plc的物料传输分拣系统设计课件

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1、1 摘 要 PLC 控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便， 能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC 将传统的 继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设 计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用 方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越 来越广泛。 本文主要讲述 PLC 在材料分拣系统中的应用，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、

2、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要求。 关键词: 可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器 I 目录 绪 论1 第一章 材料分拣装置结构及总体设计2 1.1材料分拣装置工作过程概述3 1.2系统的技术指标5 1.3系统的设计要求6 1.3.1功能要求6 1.3.2系统的控制要求6 第二章 控制系统的硬件设计8 2.1系统的硬件结构8 2.2系统关键技术.9 2.2.1确定 I/ O 点数9 2.2.2 PLC 的选择9 2.2.3 PLC 的输入输出端子分配.9 2.2.4 PLC 输入输出接线端子图.11 2.3检测元件与执行装置的选择12 2.3.1旋转编码器

3、12 2.3.2电感传感器14 2.3.3电容传感器15 2.3.4颜色传感器17 II 2.3.6步进电机19 第三章 控制系统的软件设计20 3.1控制系统流程图设计.21 3.2控制系统程序设计.23 第四章 控制系统的调试30 4.1硬件调试.30 4.2软件调试.31 4.3整体调试.32 结 论33 参考文献34 附 录35 致谢40 1 绪 论 分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的 作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。 目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统 送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣

4、装置来完成的。 这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位 置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分 拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。 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。 物料分拣采用可编程控制器 PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货 物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且， 分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信 息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局 灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不

5、大。同时，只要根据不 同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。 应用 PLC 技术结合气动、传感器和位置控制等技术，设计不同类型材 料的自动分拣控制系统。该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进 行材料分拣的弹性生产线的需求。本文主要介绍了 PLC 控制系统的硬件和 软件设计，以及一些调试方法。 2 第一章 物料分拣装置结构及总体设计 PLC 控制分拣装置涵盖了 PLC 技术、气动技术、传感器技术、位置控 制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。本章主要介绍分拣 装置的工艺过程及控制要求。 要想进行 PLC 控制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清 楚控制对象的工艺过程、

6、工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各 阶段之间的转换条件。 3 1.1 材料分拣装置工作过程概述 如图 1-1 所示为本分拣装置的结构示意图。 图 1-1 材料分拣装置结构 它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码 器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用 颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在 网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。 系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，下料传感器 SN 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下料； 当料槽有料时，下料传感器输出信号给

7、 PLC，PLC 控制输送带继续运转， 4 同时控制气动阀 5 进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感 器 SA 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 SB 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 SC 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。物料传 感器 SD 为备用传感器。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。 5 1.2 系统

8、的技术指标 输入电压：AC200240V（带保护地三芯插座） 消耗功率：250W 环境温度范围：-540 气源：大于 0.2MPa 切小于 0.85Mpa 6 1.3 系统的设计要求 系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先 应分析控制对象的要求。 1.3.1 功能要求 材料分拣装置应实现基本功能如下 （1）分拣出金属和非金属 （2）分拣某一颜色块 （3）分拣出金属中某一颜色块 （4）分拣出非金属中某一颜色块 （5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块 1.3.2 系统的控制要求 系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料 装置送入传送带后，依次接受

9、各种传感器检测。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。其控制要求有如下 9 个方面： （1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲 （2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行 （3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出 （4）当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸 1 动作 7 （5）当电容传感器检测到铝物料时，推汽缸 2 动作 （6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸 3 动作 （7）其他物料被送到 SD 位置时，推汽缸 4 动作 （8）汽缸运行应有动作限位保护 （9）下料槽内无下料时，延时后自动停机 8 第二章 控制系统的硬件设计 PLC 控制系统的硬

10、件设计，主要是根据被控制对象对 PLC 控制系统的 功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的 PLC 类型， 并分配 I/O 点。 2.1 系统的硬件结构 设计系统的硬件结构框图，如图 2-1 所示。 图 2-1 系统的硬件结构框 9 2.2 系统关键技术 系统关键技术即分析控制系统的要求，确定 I/O 点数，选择 PLC 的型 号，然后进行 I/O 分配。 2.2.1 确定 I/ O 点数 根据控制要求，输入应该有 2 个开关信号，6 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，以及检测下料的传感 器和计数传感器。相应地，有 5 个汽缸运动位置信号，每个

11、汽缸有动作限 位和回位限位，共计 10 个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以 及 5 个控制汽缸动作的电磁阀。共需 I/ O 点 24 个，其中 18 个输入，6 个输出。 2.2.2 PLC 的选择 根据上面所确定的 I/ O 点数，且该材料分拣装置的控制为开关量控 制。因此， 选择一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用西门子公司的 S7- 200 系列 CPU226 型 PLC。它有 24 个输入点，16 个输出点，满足本系统的 要求。 10 2.2.3 PLC 的输入输出端子分配 根据所选择的 PLC 型号，对本系统中 PLC 的输入输出端子进行分配， 如表 1 所示 表 1 材

12、料分拣装置 PLC 输入/输出端子分配表 西门子 PLC(I/O)分拣系统接口(I/O)备注 I0.0 UCP(计数传感器)接旋转编码 器 I0.1 SN(下料传感器)判断下料有 无 I0.2 SA(电感传感器) I0.3 SB(电容传感器) I0.4 SC(颜色传感器) I0.5 SD(备用传感器) I0.6 SFW1(推气缸 1 动作限位) I0.7 SEW2(推气缸 2 动作限位) I1.0 SFW3(推气缸 3 动作限位) I1.1 SFW4(推气缸 4 动作限位) I1.2 SFW5(下料气缸动作限位) I1.3 SBW1(推气缸 1 回位限位) I1.4 SBW2(推气缸 2 回位

13、限位) I1.5 SBW3(推气缸 3 回位限位) I1.6 SBW4(推气缸 4 回位限位) I1.7 SBW5(下料气缸回位限位) I2.0 SB1(启动) 输 入 部 分 I2.1 SB2(停止) 11 Q0.0 M(输送带电机驱动器) Q0.1 YV1(推气缸 1 电磁阀) Q0.2 YV2(推气缸 2 电磁阀) Q0.3 YV3(推气缸 3 电磁阀) Q0.4 YV4(推气缸 4 电磁阀) 输 出 部 分 Q0.5 YV5(下料气缸电磁阀) 2.2.4 PLC 输入输出接线端子图 根据表 1 可以绘制出 PLC 的输入输出接线端子图，如图 2-2 所示。 12 图 2-2 PLC 输

14、入输出接线端子图 2.3 检测元件与执行装置的选择 主要是对旋转编码器和各个传感器的选择，并对其作简要介绍。 13 2.3.1 旋转编码器 旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系 统的计数器，并提供脉冲输入。它转化为位移量，可对传输带上的物料进 行位置控制。 传送至相应的传感器时，发出信号到 PLC ，以进行分拣， 也可用来控制步进电机的转速。本系统选用 E6A2CW5C 旋转编码器,原理如 图 2-3 所示。 图 2-3 旋转编码器原理 旋转编码器介绍：旋转编码器是用来测量转速的装置。技术参数主要 有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。它分为单路输出 和双路

15、输出两种。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输 出的旋转编码器输出两组相位差 90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以 光电 码盘 14 测量转速，还可以判断旋转的方向。编码器如以信号原理来分，可分为增 量脉冲编码器（SPC）和绝对脉冲编码器（APC）两者一般都应用于速度控 制或位置控制系统的检测元件。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料， 玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘 直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制， 其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低， 但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 工作原理如

16、下：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻 线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成 A、B、C、D，每个正弦波相差 90 度相位差（相对于一个周波为 360 度）， 将 C、D 信号反向，叠加在 A、B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一 个 Z 相脉冲以代表零位参考位。 由于 A、B 两相相差 90 度，可通过比较 A 相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可 获得编码器的零位参考位。分辨率：编码器以每旋转 360 度提供多少的通 或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度 510000 线。 信号输出: 信号输出有正弦波（电流或电压），方波（TTL、HTL）， 集电极开路（PNP、NPN），推拉式多种形式，其中 TTL 为长线差分驱动 （对称 A， A-；B，B-；Z，Z-），HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号 接收设备接口应与编码器对应。信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计 数器、PL