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1、FX-2N型PLC控制的物料自动分拣装置摘 要PLC已在现代自动控制中得到了广泛的应用，本次设计基于THJDZH-1物料自动分拣装置的基础上，应用三菱PLC对装置进行编程，实现其原有的功能。物料自动分拣装置THJDZH-1是模拟自动化工业生产部分过程的微缩模型，是由供料单元、机械手搬运单元和分拣单元组成。由供料单元把物料送到机械手搬运单元处，再由机械手搬运单元使用物料送给分拣单元，当机械手搬运单元送来的物料到位后，并为分拣单元入料口光电传感器检测到时，使机械手动作，机械手把物料搬运到传送带上并为光电传感器检测到时，即启动变频器，使传送带电动机转动，物料开始进入分拣区进行分拣。THJDZH-1使
2、用了PLC控制、传感器、位置控制、电气控制和气动等技术，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机监控。经过模拟实验满足要求实现的功能。关键词 PLC 传感器 物料分拣 机械手目 录引 言1第一章 THJDZH-1物料自动分拣装置的PLC控制21. PLC程序控制要求2第二章 装置的组成部分32.1 上料机构32.2 搬运机械手机构42.3 分拣机构5第三章 PLC对装置的控制原理和方法63.1 步进电机的PLC控制63.2 PLC对变频器控制方法及原理83.3 输入端的接线及原理9第四章 气动原理图与主要气动元件124.1 气动回路的主要部件124.2 气动原理图13第五
3、章 硬件设计145.1 PLC的选择145.2 PLC的外部接线图15第六章 软件设计166.1 装置的运行流程16 6.2 梯形图程序17第七章 调试197.1 安装调试197.2 软件的调试19参考文献24附录25引 言随着PLC逻辑控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等多功能控制器技术的发展，在工业控制中得到了广泛的运用。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。对于I/O点数多，且点数分散的控制系统，可通过PLC网络通信功能实现控制要求，实现PLC的远程控制。由于PLC已成为当代自动控制的一种重要的控制方式，那
4、么如何正确高效把PLC运用到实际的生产中，对于我们大专毕业生尤为重要。所以本文介绍的THJDZH-1物料自动分拣装置是由PLC编程控制的工业自动生产的部分微缩模型，通过对它的重新编程设计控制，对于PLC的运用有了整体的理解，例如，I/O口的连接，根据PLC的I/O口结构形式选择何种传感器等。物料自动分拣装置的PLC选为三菱Fx2n系列的PLC，主要运用于对变频器，步进电机，电磁阀等器件的控制。完成此次设计对使用三菱PLC有了整体认识，如I/O端传感器与输出设备的连接，梯形图的编制等都得到了提高，为以后在工作中使用PLC打下了基础。第一章 物料自动分拣装置的PLC控制1. PLC程序控制要求（1
5、）上料机构在复位完成后，按下“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台后，推料气缸缩回，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料，这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸再次将工件推出至存放料台后，重复上述动作。（2）搬运机械手机构当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，延时0.5秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回
6、限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面的动作。在完成分拣后，再将物料放入输送线上。（3）分拣机构当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收启动信号，三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行，皮带开始输送工件，当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时，推料一气缸动作，将金属物料推入一号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止；当
7、料槽二检测传感器检测到白色物料时，旋转气缸动作，将白色物料导入二号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，旋转气缸转回原位，同时电动机停止；当物料为黑色物料直接导入三号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止。（4）启动、停止、复位、警示系统上电后，按下“复位”按钮后系统复位，将存放料台、皮带上的工件清空，按下“启动”按钮，警示绿灯亮，缺料时警示黄灯闪烁；放入工件后设备开始运行，不得人为干预执行机构，以免影响设备正常运行。按下“停止”按钮，所有部件停止工作，警示红灯亮，缺料警示黄闪烁。（5）然断电的处理突然断电，设备停止工作。电源恢复后，按下“复位”按钮，再按下“启动”按钮。第二章
8、装置的组成部分2.1 上料机构图2-1 上料机构图(1) 光电传感器：物料检测传感器为光电漫反射型传感器，检测到有物料时推料气缸将物料推出到存放料台，有物料时为PLC提供一个输入信号。(2) 推料气缸：依次将工件推到存放料台上，由单相电控气阀控制。(3) 警示灯：在设备停止时警示红灯亮，在设备运行时警示绿灯，在无物料时警示黄灯闪烁。(4) 储料筒：用于存放32mm的圆柱形工件，料筒侧面有观察槽。(5) 安装支架：用于安装工件库和推料气缸。2.2 搬运机械手机构图2-2 机械手搬运机构图(1) 气动手爪：完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，手爪夹紧时磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。(2
9、)双导杆气缸：控制机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。(3) 单杆气缸：控制气动手爪的提升、下降，由电控气阀控制。(4) 电感传感器：机械手臂左摆或右摆到位后，电感传感器有信号输出。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接“输出”）。(5) 磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。(6) 步进电机及驱动器：用于控制机械手手臂的旋转。通过脉冲个数进行精确定位。2.3 分拣机构图2-3 分拣机构图(1)光电传感器：当有物料放入时，给PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑
10、色接“输出”）。(2)入料口：物料入料位置定位。(3)电感式传感器：检测金属材料，检测距离为25mm（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接“输出”）。(4)光纤传感器：用于检测非金属的白色物料，检测距离为38mm，检测距离可通过传感器放大器的电位器调节。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接“输出”）。(5)1号料槽：用于放置金属物料。(6)2号料槽：用于放置白色尼龙物料。(7)3号料槽：用于放置黑色尼龙物料。(8)推料气缸：将物料推入料槽，由单向电控气阀控制。(9)导料气缸：在检测到有白色物料时，将导料块旋转到相应的位置。(10)皮带输送线：由三相交流异步电动机拖动，将物料输送到
11、相应的位置。(11)三相异步电动机：驱动传送带转动，由变频器控制。第三章 PLC对装置的控制原理和方法3.1步进电机的PLC控制3.1.1步进电机的控制原理PLC通过对步进电机驱动器发出特定信号，从而对电机进行控制。步进电机驱动器的PUL、DIR、ENA与PLC的输出端连接起来，PLC输出特定的信号通过步进电机驱动器使得步进电机正转、反转、启动、停止、定位等控制。如图所示，PLC向PUL端口输送脉冲信号，步进电机驱动器收到一个脉冲信号则控制步进电机转一个步距，DIR端口输入高低电平，控制电机的正反转，ENA端口输入高低电平，控制电机的开和关。图3-1 步进电机控制示意图3.1.2步进电机驱动器
12、3MD560（1）概述3MD560细分型三相混合式步进电机驱动器，采用直流18-50V供电，适合驱动相电流小于6A、外径42-86毫米三相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环节进行细分控制，电机的转矩波动很小，低速运行平稳，震动和噪音小，定位精度高。（细分电流和步距角都通过拨码开关组合进行调整的）（2）接线信号功能PUL+ PLC- 脉冲控制信号：控制电机运行步数。DIR+ DIR- 方向控制信号：TTL电平信号，高低电平控制电机运转方向。ENA+ ENA- 使能信号： 此输入信号用于使能/禁止，ENA+接电源时，ENA-高电平使能，低电平驱动器不能工作。（3）接线原理图图3-2
13、 步进电机驱动器与PLC接线图3.1.3步进电机驱动区的细分细分就是对电机的步距角进行选择，应编程的需要电机步距为10000步/转，根据细分表，只需将拨码开关的SW6、SW7、SW8分别打到OFF、OFF、OFF即可完成设定。表3-1 步进电机细分表步数/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF3.2 PLC对变频器控制方法及原理3.2.1 变频调速的优点三相异步电机采用变频调速技术有着非常明显的节能、增产、提高产品质量的效果，节电率一
14、般在 10%30%，有的高达40%，更重要的是生产中的一些技术难点也得到了解决。变频调速技术作为新技术，同基础技术和节能技术一样，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。变频调速技术使得三相异步电动机实现了无级调速，让三相异步电动机的使用性能得到了改善。3.2.2控制方法利用变频器的外部端子对变频器进行控制，首先将变频器的运行频率设定为装置要求的30Hz，然后调整变频器的内部参数的控制方式调整为外端子控制，如下图，我们主要是STF正转、STR反转、RH高速、RM中速、RL低速、SD公共端这六个端头对变频器进行控制，例如开关S1接通时变频器就按设定控制电机正转启动运行（就和按下RUN按钮相同），开关
15、S1断开时变频器控制电机停止，利用PLC代替开关S1就可实现自动编程控制。图3-3 变频器外部端子控制原理3.3 输入端的接线及原理3.3.1 概述PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，单端共点（COM）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC通常采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。3.3.2 PLC的输入端的类型PLC的数字量输入端子，按电源分直流和交流，按输入接口分类由单端共点输入和双端输入，单端共点接电源正极为SINK（拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（灌电流）。表3-2 PLC的输入端子的种类3.3.3 PLC与传感器的连接本装采用
