基于PLC的工件自动分选控制系统设计.docx
《基于PLC的工件自动分选控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的工件自动分选控制系统设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的工件自动分选控制系统设计
基于PLC的工件自动分选控制系统设计
——PLC控制系统设计
［摘 要］随着工业生产的发展，人们对生产自动化水平的要求也越来越高，而对于工业生产中的工件分选，也提出了自己的要求，鉴于此，本设计研究了工件自动分选控制系统，分析了工件自动分选控制系统的执行和驱动等硬件系统，介绍了基本元件的工作原理，重点研究PLC控制系统，包括分配输入输出I/O表，设计PLC外部电路连接图，编写PLC程序。
通过联机调试，实现了对两种不同颜色工件的自动分选，同时利用组态王软件对工件分选过程进行监控。
［关键词］自动分选；PLC；控制系统；组态王；监控
TheDesignfortheControlSystemofWorkpieceAutomaticSortingBasedonPLC——PLCControlSystemDesign
Abstract:
Alongwiththedevelopmentofindustrialproduction,itispeopletothedemandofproductionautomationlevelthatishigherandhigher.Andforworkpiecesortingunderindustrialproduction,putforwardselfdemand.Forthisreason,thisdesignresearchesforthecontrolsystemofworkpieceautomaticsorting;analyseshardwaresystemofthecontrolsystemofworkpieceautomaticsortingsuchasexecutivesystemanddrivesystem;introducestheworkingprincipleofprimaryelements;mainlyresearchesforPLCcontrolsystem,includingdistributingI/Otable,designingPLCexternalcircuitconnectiondiagram,writingPLCprogram.Bymeansofon-linedebug,achieveautomaticsortingtotwodifferentcolorsofworkpieces,meanwhilemonitorworkpiecesortingprocesswithKingViewsoftware.
Keywords:
Automaticsorting;programmablelogiccontroller;controlsystem;KingView;monitoring
1引言
1.1自动分选控制系统提出的意义
随着工业自动化的发展，PLC与自动生产线在工业生产中应用越来越广泛，尤其是PLC具有强大的算术运算、定时、计数、逻辑控制、顺序控制、存储等功能。
不仅能通过数字量与模拟量对各类系统的控制，也能通过以太网与上位机通讯。
自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。
自动生产线的工件传送系统一般包括上下料装置、传送装置、组合加工和储料装置。
在特定情况下需要采用执行机构完成不同工件的传送。
主要描述自动生产线中的一个环节，通过自动分选装置分别将不同的工件输送到不同的生产线上[1]。
在工业生产中，采用自动分选系统能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。
1.2自动分选系统的现状和发展趋势
随着科学技术的发展，各行各业生产出的产品只要有需要分选的工作，大多数都希望实现自动化，这样不但节省人力，而且不受人的主观意识所影响，因此针对于不同目的所开发的自动分选系统应运而生。
随着电子技术和计算机图像技术的发展，对物品的颜色进行测量判别的分选系统采用了光电传感器或CCD摄像机，这已成为自动分选系统的一个发展趋势。
因为它们对物品进行不损伤的非接触性计量，因此适用于任何种类的物品。
对于物品的外观品质进行分选的分选系统，最初是采用辨色传感器提取物品的单一颜色信息，以此判别物品的某项要求。
现在，由于PC计算机和有关图像处理硬件成本的下降，新崛起的彩色CCD摄像机已逐渐地取代了辨色传感器，成为综合分选的分选系统。
例如美国俄勒冈州的AlleElectronics公司设计的分选系统，其采用高晰像度的CCD摄像机，能识别以每分钟580英尺速度，在传送带上移动的产品上仅1mm大小的变色部分和缺陷部分。
该类型分选系统能按产品的色泽或大小进行分选，并能将特定产品分选内容参数编成程序预先储存在存储器内，是目前较为先进的新型分选系统。
许多物品单靠外表观察是无法判定其内部品质的，像水果的含糖量、成熟度以及是否有空洞等。
为此开发了采用X射线、红外线、紫外线、气敏以及敲打振动式等传感器技术的内部品质分选系统[2]。
中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。
同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。
中国正在努力成为世界新的制造业基地，制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会实现产品自动化生产，从而为自动分选系统提供了广阔的应用前景。
其中，自动分选系统的发展趋势主要体现在以下三个方面：
（1）能连续、大批量地分选物品
由于采用自动作业方式，自动分选系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，单位时间分选能够分选更多物品。
（2）极低的分选误差率
自动分选系统的分选误差率大小主要取决于所输入分选信息的准确性大小，这又取决于分选信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。
因此，目前自动分选系统主要采用条形码技术来识别货物。
（3）基本实现无人化作业
国外建立自动分选系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工人的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分选系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。
1.3主要研究的内容及设计预期
随着自动化技术的飞速发展和自动分选系统应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。
本设计主要研究工件自动分选系统以下几个方面的内容：
（1）硬件系统的设计
（2）软件系统的设计
软件系统是自动分选系统的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。
自动分选系统采用可编程控制器（PLC）进行控制，主要包括I/O口的选择、控制系统接线图、自动程序梯形图的绘制等内容。
本系统设计利用松下FPWIN—GR软件进行的PLC编程，选用松下FP1—C40型PLC，通过联机调试，检查并完善PLC程序，下载程序到PLC中，连接外部电路，最终实现机械手对不同颜色工件的自动分选。
2工件自动分选控制系统的硬件设计
2.1执行机构的分析
执行机构包括工件输入装置、两个机械手、工件传送装置、工件槽等部分组成。
工件输入装置用于将工件输入到工件台；机械手用于将工件转移到工件传送装置或工件槽；工件传送装置用于将工件从一端传送到另一端；工件槽用于存放不同颜色的工件。
自动分选系统示意图如图1所示。
图1执行机构示意图
执行机构的工作原理：
工件通过工件输入装置将其输入到左端，然后机械手动作将工件转移到工件传送装置，工件传送装置先将工件从右端传送到中间，经过色标传感器识别，工件槽执行相应的动作，之后工件传送装置再将工件从中间传送到左端，另一机械手再将工件转移到工件槽的相应位置，实现不同颜色工件的自动分选。
具体过程为初始位置→Y1左移，将工件送到左端→Y2伸出→Y3下降→Y4抓取工件→Y3上升→Y2缩回→Y3下降→Y4松开工件→Y3上升→Y6上升→Y5左移，将工件传送到中间，此时色标传感器检测工件，判断YA是否移动→Y6下降→Y5右移→Y6上升→Y5左移，将工件传动到左端→Y6下降→Y5右移→Y8下降→Y9抓取工件→Y8上升→Y7伸出→Y8下降→Y9松开工件，将工件放入工件槽的对应位置→Y8上升→Y7缩回→初始位置。
控制系统的动作在整个过程中都是连续可循环的[3]。
2.2驱动系统的分析
2.2.1驱动系统的选择
工件自动分选系统液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。
但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。
电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便。
但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在一些场合的应用。
因此，人们寻求其他一些经济适用的驱动方式。
气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工业生产中应用较多。
另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域。
在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。
据统计：
在工业发达国家中，全部自动化流程中约有30﹪装有气动系统，有90﹪的包装机械，70﹪的铸造、焊接设备，50﹪的自动操机、40﹪的锻造设备和洗衣设备、30﹪的采煤机械，20﹪的纺织机械、制鞋业、木材加工、食品机械，43﹪的工业机器人装有气压系统。
日、美、德等国的气动元件销售平均每年增长超过10-15﹪。
许多工业发达国家的气动元件产值已接近液压元件的产值，且仍以较大速度发展，气动技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具[4]。
表1给出了各种控制方式的比较：
表1各种控制方式的比较
项目
气压传动
液压传动
电气传动
机械传动
系统结构
简单
复杂
复杂
较复杂
输出力
稍大
大
小
不太大
定位精度
一般
一般
很高
高
动作速度
大
稍大
大
小
响应速度
慢
快
快
中
维护
简单
比气动复杂
需要专门技术
简单
价格
一般
稍高
高
一般
技术要求
较低
较高
最高
较低
通过以上三种驱动方式的比较选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本[5]。
2.2.2驱动系统的控制设计
根据工件自动分选的要求，在驱动系统中气缸的运动方式为直线运动（缸体固定，活塞杆运动或活塞杆固定，缸体运动）。
气动系统包括八个二位二通电磁阀、十个气缸、两个机械手、磁性开关、接近开关、调速阀和消声器（若干）等。
其中调速阀控制气缸或活塞杆上升和下降、伸长和缩短过程中的速度，防止速度过大对物料及机械手臂的冲击；二位二通电磁换向阀是改变气缸的运动方向。
2.2.3元件选取及工作原理
气压驱动是利用压缩气体的压力能来实现能量传递的一种方式，其介质主要是空气，也包括燃气和蒸汽。
典型的气压传动系统由以下几部分组成：
（1）气源装置
空气压缩机（aircompressor）是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置[6]。
（2）执行元件
气缸是一种气动执行元件,其种类很多。
在机械手控制系统中主要用的气缸为带磁性开关的气缸。
对于气缸进、排气口,当左边进气。
右边排气时,活塞向右运动,反之活塞向左运动。
当活塞运动到位时,活塞上的永久磁铁将使磁性开关产生开关
升级会员 