基于PLC的材料分拣装置设计

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2、创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我傻限搜瀑晋讳恤姻酪鸡畜移旗解傅朽桓细寿萄挺垂涪尖硕篙气艰脚呆厄开第林篡轨徐芥乌酚棉包氨疵闸曰娘津省篡晴铅着宴侵揍钢姥亚代忙泉帖箭绿茶谜真阐渍侥文安躇令肮园狄滴剑瘩画枚馆冗麦姥全桓骋用栖另铱寥茸赛挛齿谊丈艰井雅脾贵李电歼酸决赋搀核爆鞭炯撬彪壕姿吻锋峨彦啡殖坤脯滔幽缴渍墨灌萄烂缩奠熬烫瓤遮瞬釉棍宠临盗霖功漂班柏醚忧磁先微妹泳光陵凛摘戊旧侈蕴脊仟嗣曙锈住勋姚索旭谭鼓善惟编棘募潭坞神必宙束狠志桶薛艇暗录戎挟框糜扣货畸鞋貉蹄氮典寨凰呸冈嚼雇项倦龄箍憋因观闲逆堆俩付钎足梨弃屠绞而磺翼霜磺给毅辟朵扁痊概

3、托曰祸钓宦街络售开基于PLC的材料分拣装置设计瞻薛鱼塌稀驾肖汪寺郧忻杭尚疚等睬家筏七瘸抢淡容沤炎步妄鹤釉滥酱忻蒸浇意舰外邢弓恕爪烧捐丝贺怠悍夷蔫蜂级廉攻疲蛾借仪阑聘安涪惫瓶蜗焉姿整替认冀忿低鼓叼炎泄廷募凡趋户锋序氧踢狮珍霸抑氨拂矢蠕枉寥粕悠矮缕誓鸥蛋藻迹包磊度吐励穿吊良捶吩唆程暂渗闲紧库酝柞何蔬逃蛔馆叙册抨将愈桃响契嵌怂作化帚婴吩房例跌赁节眷钎规笋踌榨雨曙砌甜咏章闻挫塑蛮萤巢扛远埃漳拳淋冀坑招苔叶获婶匪君峨送辆姿洋驹蛙瘴媚瑚芭荆及枝黔盐臂州震姚盘署丝幂辕漓肥祖肋逗进逾彬默始跑某居桃浸士凳庭回刹购俗腾屈蓄忻棕乳箕菜掺桨龋鲜坐气梦不狰描宙绦方揭漾谓牟蠢找邹 课程设计论文基于PLC的材料分拣装置设计

4、毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子

5、版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交

6、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程

7、序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订摘

8、 要随着科学技术的飞速发展，现代工业控制系统越来越复杂，传统控制科学面临着新的挑战。PLC以其体积小、功能齐全、价格低廉和可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。PLC的使用大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。如何在PLC自动控制领域充分发挥PLC的优势，是目前自动控制学科的重要课题之一。本课题正是在这样的背景下，围绕基于PLC的材料分拣装置设计展开研究。论文首先叙述了PLC的材料分拣装置的发展背景、现状和发展方向。然后，说明了PLC自动分拣控制系统工作原理和与传统继电器的区别。本文详细叙述了一种基于PLC的材料分拣装置设计及自动控制编程，以及怎

9、样通过PLC程序设计来实现材料分拣和自动控制。其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，系统具有数据采集准确、可靠性高及系统成本低等优点。关键词：PLC；材料分拣；自动控制；传感器目 录摘 要I关键词：PLC；材料分拣；自动控制；传感器I第1章 绪 论11.1 PLC材料分拣装置的研究背景11.2 PLC材料分拣系统的现状11.3 PLC材料分拣系统的发展方向11.3.1系统集成21.3.2工艺创新21.3.3自动分捡机2第2章 材料分拣装置结构及总体设计42.2 系统的技术指标52.3 系统的设计要求52.3.1 功能要求52.3.

10、2 系统的控制要求5第3章 PLC材料分拣系统的硬件设计3.1 PLC自动分拣控制系统工作原理73.2 系统的硬件配置83.3系统的运行方式93.4 PLC与传统继电器的区别及选型93.4.1 PLC与传统继电器的区别103.4.2 PLC设计选型的一般原则103.5铁传感器的选用113.6铝传感器的选用113.7颜色传感器的选用133.8光电传感器的选用133.9 气压传动装置选用133.9.1气源装置133.9.2气压发生装置143.9.3冷却器153.9.4储气罐153.9.5气动控制装置163.10限位开关的选用163.11熔断器的选用163.12电动机的选用16第4章 PLC自动控制

11、的软件设计184.1 系统程序流程184.2 系统I/O分配204.3 系统功能表图214.4 材料分拣装置PLC梯形图224.4 材料分拣装置PLC语句表27第5章 控制系统的调试325.1 程序的模拟调试325.2程序的现场调试325.3 系统调试335.3.1 调试过程335.3.2 调试结果345.4 PLC的抗干扰系统345.4.1电磁干扰源及对系统的干扰345.4.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源345.4.3 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计355.4.4主要抗干扰措施36第6章 总结与展望386.1 总结386.2 未来展望38参考文献40致 谢41附 录42第1章 绪

12、 论1.1 PLC材料分拣装置的研究背景随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制几乎扩展到所有工业领域。现代社会要求制造业对市场要求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品1。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的看着系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应着一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化系统的主要设备之一。PLC已经广泛的应用于各种机械设备和生产过程的自动化控制中，PLC在其他领域，例如民

13、用个家庭自动化也得到了迅速的发展。而在众多工业生产领域中，对不同的材料进行分拣，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对材料自动分拣的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），自动分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。本控制系统是一简单的材料分拣控制系统，在本系统的基础上，可以将之改进为物流分拣系统、自动分拣机，从而服务于人们的日常生活中。1.2 PLC材料分

14、拣系统的现状随着生产趋于个性化、集约化，许多企业开始加深对物流的认识及其价值的深度挖掘，通过物流建设降低成本，提升竞争力。自动化物流系统逐渐应用于烟草、制造、家电、医药、食品、图书等领域。随着物流市场需求的增长，国内物流系统及装备供应商通过自主技术创新、引进消化吸收，从起初低端技术、国外进口到现在高端创新、与国外厂商同台竞技，物流装备技术水平已明显提高，但在高端技术方面也还存在较大差距。1.3 PLC材料分拣系统的发展方向PLC材料分拣系统未来发展方向可以分为系统集成、工艺创新和自动分拣机三个方向。1.3.1系统集成由于专业高度分工和全球经济一体化，系统集成是一种理念和趋势。国内厂商应采取国内

15、集成、国外配套的合作思路，充分利用合作方在高端产品、关键设备上技术先进成熟的优势，迅速实现优势互补，提高整个物流系统的技术含量和技术水平。集成不是简单的设备组合，是以系统思维的方式对设备功能的充分应用，并保证软硬接口的无缝和快捷，目的是实现集成创新。1.3.2工艺创新物流系统应充分注重“系统”概念，系统由多个单元组成。单元的有效组合，即是流程及工艺的设计，这是一个全局优化的复杂过程。工艺设计中最重要的是了解用户的实际需求，不同的行业和用户对物流的需求有着较大的差异，这是一种个性化的服务，应不断拓展创新。就从烟草行业来讲，结合卷烟生产工艺，将物流做宽做深，从烟叶醇化到成品发货，从制丝分组加工到储

16、叶储丝模块化精益生产，工艺创新和装备已融入并实现工厂生产自动化（FA）。现在社会上己将物流的高科技产品(自动分拣机、自动化立体仓库、信息处理及通讯自动化等)广泛应用于各个流通领域。自动分拣系统是一次大战后在美国、日本的配送中心广泛采用的一种物流设备，己经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，科学技术日新月异的进步，特别是感测技术、电子标签及计算机控制技术等的引入使用，自动分拣系统在我国发展空间巨大。1.3.3自动分捡机在商业配送领域自动分捡机的应用较为广泛，可实现多品种、小批量、多批次、短周期的物品分拣和配送作业。自动分捡机的种类很多，有滑靴式、翻板式

17、、交叉带式等，国内厂商能提供相应产品，但从分类能力、可靠性等指标来看，性参数能较国外先进水平还有较大差距。目前，项目系统集成中进口比例较高，在机场物流行李分拣系统中，由于分拣量大及高可靠性要求，基本都从国外进口。随着商业配送物流的快速发展，配送中心对自动分拣机将会有更多需求，分拣技术水平和设备性能将会有较大提高。物流配送中心是从事配送业务的物流场所或组织，它的作业流程包括“入库保管拣货分拣暂存出库” 。物流中心每天接受众多供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种物品，用最短的时间将物品卸下并按品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，然后将物品运送到指定地点。当订货商向物流中心发出配送

18、订单后，自动分拣系统在最短时间内从自动化立体仓库中准确找到要出库的物品所在位置，并按所需数量出库，最后将从不同储位上取出的不同数量的物品按配送地点的不同运送到不同的存货区域进行分拣，以便装车配送。值得一提的是对于小件物品的分拣技术和设备近几年发展较快，主要集中在卷烟配送行业，从电子标签拣选模式到立式、通道式分发机半自动分拣，甚至全自动补货、分拣、装箱，技术和设备都更新很快，目前各供应商仍以高速分拣、高度自动化的方向快速发展。第2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艺

19、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。2.1 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

20、，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

21、的状态，完成分拣任务。2.2 系统的技术指标输入电压：AC200240V（带保护地三芯插座）消耗功率：250W环境温度范围：-540气源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa2.3 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

22、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）下料槽内无下料时，延时后自动停机第3章 PLC材料分拣系统的硬件设计3.1 PLC自动分拣控制系统工作原理本文所设计的PL

23、C材料分拣系统采用推块式分拣机的台式结构，有竖井式材料输入料槽，滑板式产品输出料槽口。同时，输送带作为传动结构，为了方便较快速度的启动和停止，用异步交流电机驱动；对不同材质的三种传感器分别固定在网孔板上；为了保证整个系统的安全性又加了一个光电传感器。整个控制系统有气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。气动部分由空气压缩机、气缸、气瓶、气压指示表、分水过滤器、冷却器、减压阀、配气器、等部件组成；电气部分由PLC、铁检测传感器、铝检测传感器、颜色检测传感器、光电传感器、异步交流电机、开关、电源等部件组成；硬件部分由传送带异步电动机、传送带、底座、支架等组成。材料分捡系统工作原理示意图如图2.1所示

24、。图3.1材料分捡系统工作原理示意图1气瓶 2PLC 3料槽 4电源 5电机 6料槽传感器 7料仓气缸 8皮带 9仓库 10气缸 11传感器其工作过程是开启电源，气动系统开始工作，系统进入自检状态。下料传感器检测下料槽内是否有物料，若没有物料，延时后自动等待上料；当下料槽内有物料时，系统自动运行。首先，下料传感器发送信号给PLC，PLC传送信号给下料气缸。经过一定时间，下料汽缸将物料推至传送带。当物料在传送带传送时，PLC计数器开始计数，电机开始运行。当传感器检测到物料为铁金属时，发出反馈信号给PLC，由PLC控制气缸一动作，将物料推到料仓。当气缸电磁阀运行到后限位开关时，电磁阀复位，回到原状

25、态。同理，可通过相应传感器分拣相应的物料。系统的结构图如图2.2所示。下料传感器 P L C铁检测传感器铝检测传感器光电检测传感器输送带和下料气缸铁出料气缸其他出料气缸塑料出料气缸铝出料气缸空气压缩机颜色料传感器图3.2 系统结构图3.2 系统的硬件配置系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。系统的硬件配置如表3.1。表2.1 系统硬件配置PLC 1台底座1个启动开关1个光电传感器2个铁传感器1个电机2个铝传感器1个气缸5个颜色传感器1个限位开关10个气瓶1个皮带1条电源1个气压传动装置1套3.3系统的运行方式系统是全自动的运行方式。在系统开始工作前需要人工合上刀闸开关，然后手动启动系统的

26、电源开关。系统开始运行，进入自检状态，当有物料进入料槽时，系统开始自动运行；当料槽中没有物料时，系统进入自检状态，等待物料再次进入料槽，然后自动运行。系统需要停止工作时，需要人工切断系统电源，然后再切断主电源。自动运行方式是由一台可编程序控制器（PLC）来控制整个系统自动运行，系统根据传感器传出的信号执行事先编译好程序3。系统主电路图和结构图如图2.3所示。在图2.3中，M1为传送带提供动力的异步电动机，M2为空气压缩机。FU1为主电路的熔断器，起短路保护的作用。当电路发生短路时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时自行熔断，从而分段电路。接触器KM1控制电动机M1的运行。当接触器收到PL

27、C为1的信号时，接触器闭合，电动机就可以启动运行。FR1、FR2分别为电机过载保护用的热继电器，电动机一旦出现长时间过载自动切断电路。并能购随过载程度而改变动作时间的继电器，充分发挥了电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转。图3.3 系统主电路图3.4 PLC与传统继电器的区别及选型3.4.1 PLC与传统继电器的区别最初研制生产PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作4。但CPU不可能同时去执行过个操作，它只能按分时操作方式，每一次执行一个操作，按顺序逐

28、个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结构似乎是同时完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一步开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 （2）PLC的优点：可靠性高，抗干扰能力强；控制系统结构简单，通用性强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人

29、员欢迎；系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造；设计、施工、调试的周期短。3.4.2 PLC设计选型的一般原则1、选择自己熟悉的机种和机型：同样的控制设备的设计，可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用你不熟悉的PLC，你就必须从头熟悉它，虽然不费太多的事，但毕竟没有用你熟悉的机型来的快。 2、不要大材小用：什么样的规模设计任务就选用什么样规模的PLC，避免造成太多的硬件资源的浪费。3、具体的控制对象，具体选择：根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。4、选用易采购的机型：有的产品经销商较少，不容易采购或进行比较，有的产品经销商很多，容易采购和比较，你就可以选用信誉好、价格优惠、技术上能够

30、给与支持的公司。5、经常了解PLC产品的发展动态：PLC产品更新换代很快，你熟悉的机型也许过几年就见不着了，所以，你最好在设计选型之前，先了解一下市场情况。目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以PLC的材料分拣装置系统输入、输出点数的要求，选择为三菱公司的FX2N系列的FX2N-32MR-001。3.5铁传感器的选用霍尔接近开关来检测材料是否是磁性铁金属。霍尔元件是一

31、种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关5。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有无磁性物体存在，进而控制开关的通或断。本系统中，当材料是铁时传感器开关闭合，产生电流驱动线圈。霍尔接近开关的工作原理见图2.4。因此，本系统中检测铁物料选用霍尔传感器为2AV系列。图3.4 霍尔接近开关的工作原理图3.6铝传感器的选用当通过金属体的磁通过变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流6。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传

32、感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。如图2.5所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。图3.5 电涡流传感器原理图我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图3.6的等效电路。图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。当铝检测传感器检测到金属材

33、料时，传感器的线圈阻抗就会发生变化。图3.6 电涡流传感器等效电路图利用这一性质可以把铝传感器和继电器如图3.7连接，实现开关功能。所以本系统铝传感器选用电涡流传感器为ST系列。图3.7 铝传感器开关原理图3.7颜色传感器的选用我们所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色光在人眼中的反应7。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红、黄、绿、青、蓝、紫)。根据三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜

34、色。高分辨率颜色传感器TCS230，是我们常用的颜色传感器。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强，同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色，本文选择红色滤波器。3.8光电传感器的选用利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器，把电流或电压的变化以光电的方式传送

35、出去，即进行电信号光信号电信号的转换。光电式传感器工作原理:光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。3.9 气压传动装置选用3.9.1气源装置气源装置是为气动系统提供具有一定压力和足够流量、满足一定净化程度的压缩空气的能源装置,它是气动系统的重要组成部分8。气源装置包括气压产生、压缩空气净化与储存、压力稳定和传输管道等装置，这些设备一般布置于压缩

36、空气站内，作为整个工厂或车间的同一气源，气源装置结构见图3.8。图3.8中，电动机带动空气压缩机旋转，经吸气口的空气过滤器将大气中的空气吸入9。冷却器将压缩空气降温冷却，使高温汽化的水、油凝结分离。油水分离器将冷凝出来的水滴、油滴、杂质等分离并排出系统。储气罐用以压缩空气、稳定压缩空气的压力，并除去其中的部分油、水等杂质，储气罐输出的压缩空气可用于不同空气质量要求的气动系统。图3.8气源装置结构图3.9.2气压发生装置气压发生装置包括正压发生装置和负压发生装置，正压发生装置为空气压缩机。这也正是本系统所使用的气压发生装置。空气压缩机属于正压发生装置，它是将机械能转换成气体压力的能量转换装置，提

37、供高于大气压力的气压。排气压力低于0.2MPa的一般称为风机（低于0.015MPa的称为通风机，0.0150.2MPa的称为鼓风机），它们用于通风系统。排气压力高于0.2MPa的习惯上成为压缩机，气动系统中通常采用压缩机提供气源。气动系统中多数气动元件都是在高于大气压力下工作的，用这些元件组成的启动系统称为正压系统。下面介绍常用的活塞式空气压缩机的工作原理：气压传动系统中最常用的是往复活塞式空气压缩机，其工作原理如图3.9所示，当电动机带动曲柄7旋转时，通过连杆6、滑块5和活塞4的传递转换，使活塞3在气缸2内作往复运动。当活塞向右移动时，缸内左腔密封容积逐渐增大，使其中的气压低于大气压，吸气阀

38、8被外界大气压力顶开，空气在大气压力作用下进入气缸内，形成吸气过程；当活塞向左移动时，缸内左腔密封容积逐渐减小，空气受压使气压升高，将吸气阀关闭，形成压缩过程；当缸内压缩空气压力升至高于输气管路中压力时，排气阀1顶开，压缩空气排入输气管路，形成排气过程。活塞式空气压缩机的优点是结构简单，使用寿命长，容易实现大流量和高压输出；缺点是振动大、噪声大，输出流量、压力有脉动，需使用储气罐稳压。图3.9 活塞式空气压缩机工作原理1排气阀； 2气缸； 3活塞； 4活塞；5滑块； 6连杆； 7曲柄； 8吸气阀； 9弹簧3.9.3冷却器冷却器安装在空气压缩机出口的管道上，将空气压缩机排出的温度高达120150

39、的气体冷却到4050，从而使其中的水蒸气和被高温氧化的油雾冷凝成水滴和油滴而析出，进而初步分离，以便对压缩空气实施进一步净化处理。因冷却介质为水，它的冷却效率高，常用于中型和大型压缩机。在工作时，一般是水在管内流动，空气在管间流动。管内流动的冷却水多为单程或双程流动，管间空气可以自由流动。压缩空气在冷却过程中生成的冷凝水可通过排水器排出。在冷却器上应安装温度计以监测工作情况。3.9.4储气罐储气罐的主要作用是：储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用；消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性。进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。3.9.5气动

40、控制装置气动系统不同于液压系统，一般每一个液压系统都自带液压源（液压泵）；而在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，储存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。 有些气动回路需要依靠回路中压力的变化来实现控制两个执行元件的顺序动作，所用的这种阀就是顺序阀。顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀。所有的气动回路或贮气罐为了安全起见，当压力超过允许压力值时，需要实现自动向外排气，这种压力控制阀叫安全阀。3.10限位开关的选用限位开关又称行程开关或位置开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在机床设备中，事先将行程开关根据工艺要求

41、安装在一定的行程位置上。部件在运行中，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。直动式行程开关的机构原理与复式按钮相似。机床撞块压下推杆时，其常闭触头分开，而常开触头闭合；当撞块离开推杆时，触头在弹簧力作用下恢复原来状态。这种行程开关结构简单、价格便宜，因此本设计采用直动式限位开关型号为LX19K。3.11熔断器的选用熔断器一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。其主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。 熔

42、断器的工作原理是：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。由于系统容量较小，系统容量主要是电动机，故选用RCIA系列熔断器。3.12电动机的选用电动机分为直流电机和交流电机，交流电机又分为同步电机和异步电机。由于异步电动机具有结构简单，制造、使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。例如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机

43、械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品的加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、空调机等也都是用异步电动机拖动的。所以系统中电机选用为异步电机，因为系统容量较小所以选用电机为ST-MS90S系列。 第4章 PLC自动控制的软件设计4.1 系统程序流程PLC程序工作流程10-12如下：(1) 接通电源，按下启动开关，系统启动，进入自检状态，等待物体进入料槽；(2)下料光电传感器检测到料槽有料时，料槽出料气缸开始动作，将物料推到传送带上；当气缸碰到前限位开关的时候，计数器加一，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。 (3)气缸碰到后限位

44、开关停止后退时，传送带上电机开始转动。(4)当铁传感器检测到铁制物料通过的时候，气缸一开始动作，把物料推到一号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(5) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(6) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(7)当铝传感器检测到铝制物料通过的时候，气缸二开始动作，把物料推到二号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(8) 气缸碰

45、到后限位开关停止后退时，计数器减一。(9) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(10)当颜色传感器检测到红颜色物料通过的时候，气缸三开始动作，把物料推到三号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(11) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(12) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(13)当光

46、电传感器检测到物料通过的时候，气缸四开始动作，把物料推到四号料仓中；当气缸碰到前限位开关的时候，气缸停止前进，开始后退；当气缸碰到后限位开关的时候停止后退。(14) 气缸碰到后限位开关停止后退时，计数器减一。(15) PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作。(16)当四个传感器都没有信号时，PLC判断计数器是否为零，是零的话，系统复位；不为零的时候在料仓光电传感器有信号的时候下料气缸动作；下料气缸没有信号的时候返回传动带电机，执行下一步操作，系统流程图如图4.1所示。4.1 系统的

47、流程图4.2 系统I/O分配I/O分配如表3.1 所示，为了实现系统的自动控制，系统的五个传感器需要五个输入口，十个限位开关需要10个输入口，输出口分别分配给一个传送带电机和五个气缸共需要6个输出口。型号为FX2N-32MR-001型的PLC分别有16个输入口和输出口，符合系统的I/O分配要求。 表4.1 I/O分配表输入继电器外部器件输出继电器外部器件X000料仓光电传感器Y000下料气缸电磁阀X001料仓前限位开关Y001传送带电机X002料仓后限位开关Y002气缸一电磁阀X003铁传感器Y003气缸二电磁阀X004气缸一前限位开关Y004气缸三电磁阀X005气缸一后限位开关Y005气缸四

48、电磁阀X006铝传感器X007气缸二前限位开关X010气缸二后限位开关X011颜色传感器X012气缸三前限位开关X013气缸三后限位开关X014光电传感器X0150气缸四前限位开关X016气缸四后限位开关I/O接线图如图4.2 所示X000 Y000X001 Y001X002 Y002X003 Y003X004 Y004X005 Y005X006X007X010X011X012X013X014X015X016COM COM料仓光电传感器料仓前限位开关料仓后限位开关铁传感器气缸一前限位关气缸一后限位关铝传感器气缸二前限位关气缸二后限位关颜色传感器气缸三前限位关气缸三后限位关光电传感器气缸四前限位

49、关气缸四后限位关料槽下料气缸电磁阀传送带电动机气缸一电磁阀气缸二电磁阀气缸三电磁阀气缸四电磁阀图4.2 I/O接线图4.3 系统功能表图功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。功能表图一般主要有步、有向连线、转换、转换条件和动作组成。由系统程序流程图绘制出来的系统功能表图如图4.3所示。图4.3 系统的功能表图4.4 材料分拣装置PLC梯形图本课题的PLC梯形图编辑使用GX Developer编程软件

50、。GX Developer可以创建Q 系列、QNA 系列、A 系列(包括运动控制器(SCPU)、FX系列的数据，实现了设置操作共用化(简称为GPPA) 13。GX Developer特点：软件的通用；性充分利用Windows的优势使操作性能大幅度地提高；程序的标准化；丰富的编程语言；访问其它站时的设置简单；可以与可编程控制器CPU以各种方式进行连接；丰富的调试功能。由于本系统选择的PLC型号为FX2N-32MR-00114，所以本系统编程用仿照STL指令编写程序，程序：根据所绘流程图，在STEP7-Micro/WIN40软件中编写梯形图程序。程序清单见附录。此指令为高速脉冲输出指令，当使能端输

51、入有效时，检测用程序设置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定义得脉冲操作，从Q0.0或Q0.1输出高速脉冲此指令为高速计数器定义指令，使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式。高速计数是用来累计比PLC扫描频率更高的脉冲输入此指令为高速计数器指令，使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照HDEF指令指定的模式，设置高速计数器并控制其工作。下面对所编写梯形图作简要的介绍：（1）以上为主程序，首先I2.0启动后，M0.1得电并自锁，为之后电动机得电做好准备，I2.1为停止按钮。当PLC处于RUN模式时，SM0.1通电一个周期，Q0.0复位清零，并调用子程序。（2）以上为子程

52、序中的高速脉冲指令，该程序先将控制脉冲指令的特殊功能寄存器进行初始化，然后当I0.0（下料传感器）检测到有料时，启动PLS（脉冲输出）指令；如果I0.0检测没有物料时，启动定时器T30，延时30秒自动停机。（3）以上为子程序中的高速计数指令，首先进行高速计数指令的初始化操作，当电机旋转时，带动光电码盘发出脉冲，并输入PLC的接收端，由高速计数指令进行计数，计算步进电机转过的步数，进行定位控制。其中设定预置值为50，当计数至50时，调用中断程序。（4）以上为中断程序，当高速计数指令计数至预置值时，这时物料移动至传感器的位置，M0.0得电，导致高速脉冲输出停止，步进电机停转。由于汽缸动作需要1秒，

53、让电机停转一秒后继续运转。当物料被相应的传感器检测中后，相应的汽缸动作，将物料推下。I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7为汽缸的回位限位开关，初始状态为闭合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2为汽缸的动作限位开关，初始状态为关断。汽缸动作时，回位限位开关关断，到达动作限位开关时，动作限位开关闭合。4.4 材料分拣装置PLC语句表材料分拣系统程序如下：BEGIN EUNetwork /Network Title OLD /设定高速计数器控制方式，增 CTU C0，7 /计数，初始值为0，使用HSCOLD SM0.1 Network8O M5.2 LDM5.1MOVB 1

54、6#F8,SMB37 A I2.4HDEF 0.0 O Q0.4MOVD +0,SMD38 AN I0.4HSC 0 = Q0.4Network2 Network9LD SM0.0 LD I0.5DTI HC0,VW20 O M1.0Network3 AN Q0.0LD SM0.0 = M1.0MOVW VB20,VW24 TON T33,+20DIV 77,VD22 Network10Network4 LD I0.6LDW= VW22,0 O M1.1AW> VW24,0 AN Q0.1= M5.1 = M1.1 TON T34,+50 Network5LD M5.1 Network11AW> VW20,400 LD I0.7= M5.2 O M1.2 AN Q0.2 = M1.2 TON T35,+50Network6LD I1.4 AN C0 = Q0.5 Network12 LD T33Network7 O Q0.0LD M5.1 AN I2.5LD SM0.1 = Q0.0LD I1.4EU Network13OLD LD T34LD I2.4 O Q0.1AN I0.1 A I1.4= Q0.1 S V50.0,1Network14 Network19LD T35 LD I1.4O Q0.2