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1、基于PLC的物料自动分拣系统设计摘 要随着工业自动化的普及和发展，生产过程中物料分拣的效率问题越来越引起人们的关注。重复繁琐的人工分拣物料过程已不能满足企业追求的生产效益和如今社会的需求。人、机器与物料三者关系的协调，已成为我们需要解决的重要问题之一。理所当然，用尽可能少的人力控制机器分拣物料来完成如期的生产任务是最佳的选择模式即采用自动化技术代替人工分拣物料的过程。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，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
2、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： 传感器 PLC 物料分拣 目 录第1章 绪论11.1 论文研究背景11.2 研究现状及发展趋势11.3 论文研究的意义11.4 本论文研究的主要内容2第2章 物料分拣装置结构及总体设计32.1 材料分拣装置工作过程概述32.2 系统的技术指标42.3 系统的设计要求42.3.1功能要求42.3.2系统的控制要求4第3章 控制系统的硬件设计63.1系统的硬件结构63.2 系统关键技术63.2.1系统对PLC的要求63.2.2 PLC的选择73.2.3 PLC的输入输出端子分配93.2.4 PLC输入输出接线端子图103.3
3、检测元件与执行装置的选择113.3.1 输入电气元件113.3.2 输出电气元件163.3.3 执行电气元件18第4章 控制系统的软件设计224.1控制系统流程图设计224.2 西门子编程软件、模拟仿真软件234.2.2 西门子仿真软件234.3 控制系统程序设计24第5章 控制系统的调试305.1硬件调试305.2软件调试30第6章 总 结31参考文献32致 谢33附录34II 第1章 绪论1.1 论文研究背景在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存
4、在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作，更需要自动控制系统来实现。现在工业控制的三大支柱中PLC控制越来得到重视，所以物料的自动分拣已成为企业的最佳选择。1.2 研究现状及发展趋势我国自动分拣机的应用大约始于1980 年代, 近期的市场兴起和技术发展始于1997 年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长, 各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领
5、域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。 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，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最佳选择。 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。1.3 论文研究的意义 随着社会的不断
6、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，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，显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节被很多企业采用。而国外一些配送中心多采用分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。所以为了提高生产效率，降低生产成本，提高企业的竞争能力，我们必须加大对自动分拣系统的普及与应用。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中
7、取得了较好的控制效果。 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，受场地原因影响不大。同时，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。1.4 本论文研究的主要内容在本文中，以货物材料的分拣系统为例，详细的分析了在基于PLC控制的自动分拣系统的设计，文中介绍了分拣系统中信号的采集分析中传感器的一些基本知识，并通过要求与比较，确定
8、了硬件系统中的一些元器件的选择与确定了PLC的选型。在介绍了一些PLC的基本知识后，对本课题进行硬件与软件设计，在软件设计中，确定了I/O分配，并按照控制要求设计出了PLC梯形图。在本系统完成其设计之后，对其进行整体调试。在硬件部分，调试其各部分安装的位置及角度，使其材料物块的运行与传感器安装的角度适合。将硬件各部分的动作幅度进行调试之后，进行了软硬件综合调试，实现材料分拣系统中上料、传送与分拣的全过程。37第2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作过程及控制要求。
9、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作过程、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。2.1 材料分拣装置工作过程概述如图2-1所示为本分拣装置的结构示意图。图2-1 材料分拣装置结构示意图它采用台式结构，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
10、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PLC，PLC控制输送带继续运转，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。当最后一种物料经过被检测到时，PLC控制气动阀4动作选出该物料，完成分拣任务。2.2 系统的技术指标输入电压：AC
11、200240V（带保护地三芯插座）消耗功率：240W环境温度范围：-1040气源：大于0.3MPa切小于0.8Mpa2.3 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。2.3.1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）分拣出非金属中某一颜色块（4）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块2.3.2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
12、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（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）剩余物料被送到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，延时后自动停机第3章 控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计，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。3.1系统的硬件结构
13、设计系统的硬件结构框图，如图3-1所示。图3-1 系统的硬件结构框3.2 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。3.2.1系统对PLC的要求（1）功能要求在满足一般开关量输入信号控制要的同时，系统要进行步进电机控制，要求输出脉冲信号，所以输出类型为继电器输出形式。（2）I/O点数要求根据控制要求，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
14、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。3.2.2 PLC的选择（1） PLC的分类按I/O点数容量分类1）小型机小型机的功能一般以开关量控制为主，其输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字左右。例如：SIEMENS的S7-200系列（如图3-2）；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等整体式PLC产品。图3-2 s7-200系列2）中型机中型机的输入、输出总点数在2562048点之间。用户程序存储器容量在8K字左右。+例如： SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的
15、SCL500系列等模块式PLC产品。3）大型机大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K字以上。典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列产品。按结构形式分根据PLC的结构形式的不同，PLC主要分为整体式和模块式两种。1）整体式结构其特点是将PLC的基本部件，如CPU板，输入板、输出板、电源板、通讯端口、I/O扩展端口等组装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。小型PLC一般为整体式结构。2）模块式结构这种结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元等分别做成相应的电路板或模块，如CPU模块、输入模块
