正次品分拣机控制的设计-二稿

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1、 鞍山师范学院高等职业技术学院 2016 届学生毕业论文(设计)题 目： 正次品分拣机控制的设计 系 别： 机械电子系 专业班级： 13级应用电子技术2班 姓 名： 张馨迪 学 号： 13884209 指导教师： 闫佳 完成时间： 2016 年 3 月 17 日摘要：本文采用PLC作为主控制器设计一套自动正次品分拣控制系统，主要包括以下几部分内容。首先，分析本次设计的背景以及工程实践意义，同时分析了解目前国内外工业自动化控制的发展现状。其次，分析自动分拣系统的机构和工作原理，并在此基础上提出控制指标，设计控制系统的整体方案。再次，根据设计的整体控制方案，设计系统的硬件原理图，主要包括PLC的选

2、型、I/O分配以及接口电路设计等几个方面。最后，根据硬件电路图设计系统的软件控制程序，采用梯形图语言。关键词：可编程控制器；次品分拣；控制系统；传感器ABSTRACT：This article USES the PLC as the main controller design is a set of automatic defect sorting control system, mainly includes the following sections. First of all, analyses the design of the background and significanc

3、e of engineering practice, at the same time, the development of industrial automation control at home and abroad is analyzed, and the status quo. Secondly, analysis the mechanism and working principle of automatic sorting system, and put forward control index, on the basis of the design of the contr

4、ol system scheme as a whole. Again, according to the design of the overall control scheme, the design of hardware schematic diagram of the system, including the selection of PLC, I/O distribution and interface circuit design and so on several aspects. Finally, according to the hardware circuit diagr

5、am design software of the system control program, using ladder diagram language.Key words：programmable logic controller，sorting device，control system，sensors目 录第1章 绪 论11.1 研究背景及意义11.2 研究现状11.3 研究的主要内容及结构3第2章 分拣装置结构及总体设计42.1 分拣机工作过程简述42.2 系统的设计指标52.3 控制系统总体方案5第3章 控制系统硬件设计73.1 PLC选型73.2 S7-200系列PLC简介7

6、3.3 电气原理图设计8第4章 控制系统软件设计114.1 编程语言及环境简介114.2 I/O口分配124.3 程序设计与实现13结 论17参考文献：18致 谢19正次品分拣机控制的设计第1章 绪 论1.1 研究背景及意义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，在产品出厂前通常需要进行正次品的检测，需要将次品从中区分出来，传统的方式是由人工来完成的，即通过人工筛选的方式，从传送带上将次品区分出来并剔除，但是随着生产要求的提高和人工成本的上升，这种方式显然无法满足目前工业生产的需要，因此设计一款提高人工效率的自动分拣机构控制系统具有重

7、要的实际意义1。PLC是专为工业生产设计的数字化控制器，其在几十年的发展中功能变得越来越强大，但是我国正处于从传统的人工生产向自动化生产的过渡阶段，PLC在工业自动化方面的应用将变得越来越广泛，本次设计就是从采用PLC作为主控器设计以套自动化的正次品分拣系统，旨在为我国工业生产自动化尽绵薄之力。1.2 研究现状1.2.1 国外研究现状 PLC起源于国外，1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司(DEC)研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制2,3，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界

8、上公认的第一台PLC，如图1-1所示，其为目前中小型系统中常用的三菱PLC。图1-1 三菱PLC外形图自从第一台PLC出现以后，日本，德国，法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色，欧洲的西门子(Siemens)，法国的TE(Telemecanique)；美国的A-B(AllenBradly)，GE(GeneralElectric)；日本的三菱电机(Mitsubishi Electric)，欧姆龙(OMRON)，松下(NALS)FUJI，形成PLC的三大流派。1.2.2 国内研究现状我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备

9、中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州钢铁机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用4,5。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。目前，我国在PLC应用方面是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿元；应用行业也很广，但与其他国家

10、相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需加大投入。1.3 研究的主要内容及结构本文正对目前人工操作的分拣方式，设计一款自动的正次品分拣机的控制系统，主要研究内容如下：首先，分析本次设计的背景以及工程实践意义，同时分析了解目前国内外工业自动化控制的发展现状，进而提出本次课题研究的内容。其次，分析自动分拣系统的机构和工作原理，并在此基础上提出控制指标，设计控制系统的整体方案。再次，根据设计的整体控制方案，设计系统的硬件原理图，主要包括PLC的选型、I/O分配以及接口电路设计等几个方面。最后，根据硬件电路图设计系统的软件控制程序，采用梯形图语言。第2章 分拣装置结构及总体设计在设计控制系统之前，需要

11、对被控对象有一个较为清晰的认识，同时需要对控制要求有一个明确的了解，本章就分拣机的结构和工作过程以及控制要求等方面做一个详细的解释，在此基础上提出本次设计的主控制方案。2.1 分拣机工作过程简述正次品分拣机的简易结构如图2-1所示，系统中产品在传送带上自动的向前输送，传送带由电动机带动，在传送到两旁有两个次品检测装置，分别为S1、S2，当检测到次品时，就启动剔除装置Y将次品剔除，而正品可以通过。具体的工作过程如下。图2-1 正次品分拣机结构图首先，用启动和停止按钮控制电动机的启动和停止。在电动机运行的状态下，传送带运行，被检测的产品（包括正、次品）在皮带上运送。其次，产品（包括正、次品）在皮带

12、上运送时，S1（检测器）检测到的次品，经过5秒传送，到达次品剔除位置时，启动电磁铁Y驱动剔除装置，剔除次品（电磁铁通电0.1秒），检测器S2检测到的次品，经过3秒传送，启动Y，剔除次品；正品继续向前输送。最后，系统循环运行，知道传送带上没有产品，按下停止按钮，系统停止。2.2 系统的设计指标本次设计的控制指标具体如下：(1) 设计完整的控制系统原理图和程序；(2) 系统实现自动的区分正次品，同时可以将次品剔除；(3) 系统工作效率高，节约人工成本；(4) 系统具有较高的正确率，可以将次品正确的剔除。2.3 控制系统总体方案本次设计采用PLC作为主控制器，设计的系统总体方框图如图2-2所示。图2

13、-2 控制系统总体方案图本次设计的系统采用PLC作为主控制器，分为输入和输出两大部分，其中输入部分包括功能按钮、次品检测装置，输出部分包括电气传动部分、指示部分以及次品剔除装置等。第3章 控制系统硬件设计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 PLC选型在进行PLC系统构建时，首先确定总体控制方案，然后进行PLC的选型，在这个过程中主要考虑的有以下几点，分别是：输入/输出的I/O点数估算、存储器容量大小、控制功能、诊断功能、处理速度以及编程功能几个方面，其中I/O点估算是考虑的对系

14、统将来扩展的考虑，一般在设计的基础上增加15%20%的余量。存储器容量，目前的可编程控制器基本上都可以满足，在编程方面主要考虑的是该PLC对编程语言的支持程度，处理速度上根据PLC循环扫描的工作方式，一般希望速度越快越好。综合以上多个因素，并考虑运行的成本问题，本系统设计初步确定采用三菱公司生产的FX-2N系列的PLC，基本能够满足系统的各项要求，各功能均能实现。3.2 S7-200系列PLC简介S7-200系列PLC属于整体式小型PLC，用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内，S7-200系列PLC提供多种具

15、有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I/O扩展模块供用户选用，CUP模块和扩展模块用扁平电缆连接。整体式S7-200系列PLC还配备有许多专用的特殊功能模块，例如模拟量输入/输出模块、热电偶模块、热电阻模块、通信模块等，使PLC的功能的的扩展。本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易地整体

16、拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。综合上节的选型方法与本节中对S7-200系列PLC的介绍，并考虑到实际运行的成本及维修等多个因素，最终确定选用CPU224系列PLC作为本次系统设计的控制器。3.3 电气原理图设计3.2.1 主电路原理图 主电路的设计主要是系统供电的设计，包括PLC供电电路、触摸屏供电电路、电磁阀供电电路等，电路的设计中要考虑到空开的保护，即系统的供电过电保护，主电路主要完成系统上电的功能，具有过载保护、急停保护等。电路图如图3-1所示。图3-1 控制系统

17、供电回路3.2.2 PLC输入输出原理图根据之前在PLC选型过程中分配的I/O进行PLC输入输出电路的设计，为了保护PLC的输出点，采用隔离继电器的方法，即首先PLC的输出点控制中间继电器的输出，用中间继电器的触点去控制电动机和电磁阀的线圈。具体设计电路图如图3-2所示。图3-2 PLC接口电路图第4章 控制系统软件设计软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。4.1 编程语言及环境简介(1) 编程环境本次设计采用的编程环境是西门子公司的STEP7 MicroWIN，它是西门子S7-200通用性较强的编程软件，基本支持西门子S7-

18、200系列PLC的编程，可以选择梯形图、指令表、SFC等编程语言。同时，该编程软件能够将程序文档化，方便了离线的分析。另外，该编程软件支持Windows应用软件的文字、数据，编辑功能，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。在编程语言方面，本次设计采用的是使用率非常高的梯形图语言。首先打开软件如图4-1所示，选择PLC的型号，包括PLC的系列和类型，项目存储的路径等信息。图4-1 S7-200编程界面然后就可以进行程序的编制了，这里不再做详细的叙述。4.2 I/O口分配在编写程序之前首先进行的是PLC的I/O的分配。PLC软件系统的实现首先得考虑到现场及工艺的控制

19、要求，对输入输出点做出统计分配，只有对I/O进行了合理的分配才能够进行PLC软件系统的设计。其分配结果见下表。表4-1地址分配表区域地址说明I区(输入区)I0.0电机启动按钮I0.1电机停止按钮I0.2检测站1I0.3检测站2Q区(输出区)Q0.0电动机Q0.1次品剔除T区(定时区)T37监测站1传送延时T38监测站2传送延时T39剔除机构动作延时4.3 程序设计与实现程序流程主要是对现场工艺的转换过程，经过对正次品分拣机的研究和学习，并结合其所特有的工艺处理，将设备中用到的开关元件综合考虑到程序编制中，本次设计采用的流程图见图4-3，图中详细解释了PLC程序编制的整个过程，同时也可以说程序流

20、程图触摸屏程序的编制也有一个指导作用，意义十分重大。所以在编制流程图时，对多种因素都要进行综合考虑经过反复的修改和印证，最终得到了如下图所示的程序流程图。该流程图也为设备的安装调试提供了方便。具体如图4-2所示。图4-2 程序流程图根据地址表和设计的程序流程图，就可以开始程序的编写，程序的具体实现如图4-3所示.图4-3 正次品分拣机控制程序结 论正次品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。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍

21、加修改即可实现求。本次设计主要完成以下几项工作。首先，分析本次设计的背景以及工程实践意义，同时分析了解目前国内外工业自动化控制的发展现状，进而提出本次课题研究的内容。其次，分析自动分拣系统的机构和工作原理，并在此基础上提出控制指标，设计控制系统的整体方案。再次，根据设计的整体控制方案，设计系统的硬件原理图，主要包括PLC的选型、I/O分配以及接口电路设计等几个方面。最后，根据硬件电路图设计系统的软件控制程序，采用梯形图语言。参考文献：1 王永华. 现代电气控制及 PLC 应用技术M. 北京航空航天大学出版社, 2003.2 袁任光. 可编程序控制器选用手册M. 机械工业出版社, 2002.3

22、李金城. 三菱FX-2N PLC功能指令应用详解.，北京：电子工业出版社.，2011.114 薛迎成. PLC与触摸屏控制技术M. 中国电力出版社, 2008. 5 刘贵宝. 三菱触摸屏在 PLC 控制系统的应用J. 可编程控制器与工厂自动化 (PLC FA), 2010 (011): 80-82.6 张帆, 张军. 应用三菱触摸屏实现电动机正反转控制 J. 自动化应用, 2010, 10: 023.7 王积伟, 章宏甲, 黄谊. 液压与气压传动M. 机械工业出版社, 2005.8 高强, 谭真. 中文版AutoCAD2002实用大全M. 清华大学出版社, 2002.9 邵海忠, 电工学. 最

23、新实用电工手册M. 化学工业出版社, 2000.10 李玉贵,黄庆学,阎献国.带钢纠偏PLC控制系统J. 山西机械. 2001(03) 11 潘世永,郑萍金属铭牌打字机的智能化研究J. 四川工业学院学报. 1997(04)12 张万忠主编.可编程控制器应用技术M. 化学工业出版社, 2005致 谢紧张而繁忙的毕业设计已接近尾声，这也标志着同样紧张而繁忙的大学生涯的结束。毕业设计是大学生涯中不可或缺的一个重要环节，是要求必须认真对待的对自身能力的一次检验。它要求把自己大学中所学的理论知识加以综合运用。就要离开学校，离开老师，正式地走向自己的工作岗位了，毕业设计不但是对理论知识的一次升华，而且是端正工作态度的一次绝佳机会，培养独立自主、严谨科学、求实创新的工作态度，是对步入工作岗位的一次实战练兵。为以后在岗位上做好自己的工作打下了一定的基础。这次设计是在指导教师闫佳老师指导下完成的，在此我对她表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意。2016年3月17日