PLC与物料分拣系统毕业设计.docx

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PLC与物料分拣系统毕业设计

PLC与物料分拣系统毕业设计

绪论

1.1物料分拣系统概述

自动化的程度是工作发展程度的标志，自动分拣正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。

由于全部采用机械自动化作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。

节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。

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，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。

所以分拣装置人PLC控制系统必然会取代人工的分拣工作。

这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。

随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动分拣装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。

材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，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，非常方面。

现在的大部分的企业都有自己的生产流水线，而自动分拣装置是流水线上不可少的部分，有的流水线甚至要用到多个分拣装置，这也说明它有着很大的市场空间。

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。

材料分拣装置的PLC控制系统利用了PLC技术、位置控制技术、气动技术、传感器技术、电动技术传动技术等，这些技术都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产现场生产设备的一个微小的模型。

本论文主要介绍了材料分拣装置的PLC控制系统的结构、硬件组成、软件控制、程序流程以及软硬件的组装和调试方法。

让大家对材料分拣装置的PLC控制系统有一个较为深入的了解。

1.2物料分拣系统的发展现状与趋势

纵观国外物料分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工业中倾向于采用自动化程度很高的分拣系统，而且应用也较为广泛。

而在我国，由于物流业起步晚，物料分拣系统中人工作业的比例也较高。

尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某些行业不用自动分拣系统的情况也很普遍。

其主要原因有两点:

一是一次性投资巨大，先期投入回收慢。

系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资

小企业则无能为力。

二是系统对商品外包装要求高。

为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。

但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。

虽然物料分拣系统有它的局限性，但随着社会的高速发展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料分拣系统设计将会被人们越来越重视。

而本设计就针对物料分拣设计出了一个由PLC控制的分拣系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料分拣效率的问题。

1.3研究的目的及意义

分拣系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。

它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。

可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

分料盘在物料分拣中起着关键作用，安装在其部的步进电机的驱动将使分料盘发生相应的动作来达到物料的最终分拣。

由于同样实现了自动化分拣，因此在现代工业中也较广泛地使用。

可编程控制器（PLC）是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料分拣控制系统中使用最多的控制方式。

使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。

使其适应了工业等的需要。

本课题试图开发PLC对物料与分拣物料的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。

采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对物料传感器，气缸进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低了安装和转换工作的费用。

第1章材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、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。

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材料分拣装置结构示意图

它采用台式结构，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。

1.2系统的技术指标

输入电压：

AC200～240V（带保护地三芯插座）

消耗功率：

250W

环境温度围：

-5～40℃

气源：

大于0.2MPa小于0.85Mpa

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

（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）下料槽无下料时，延时后自动停机

第2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。

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系统的硬件结构框图

2.2硬件选型与硬件组态

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。

2.2.2PLC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。

2.2.3PLC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

输

入

部

分

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）

I2.1

SB2（停止）

输

出

部

分

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）

Q0.5

YV5（下料气缸电磁阀）

2.2.4PLC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。

图2-2PLC输入输出接线端子图

2.3检测元件与执行装置的选择

设计一个好的实用的系统，先择好合适的器件是关键，为了既保系统能安全可靠稳定的工作又能做到最小的经济投入，对器件的选择不能太高也不能太低，要尽量做到合适。

2.3.1步进电机的选择

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

鉴于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉