基于PLC的物料分拣控制系统设计【含CAD图纸、说明书】
本科学生毕业设计基于 PLC 的物料分拣控制系统设计系部名称: 机电工程学院 专业班级: 机械设计制造及其自动化 08-1 班 学生姓名: XXX 指导教师: XXX 职 称: XXX 二一二年六月The Graduation Design for Bachelors Degreethe Design of Material Sorting Based on PLC Control System Candidate:Specialty:Mechanical Design and Manufacture A2ASCPU 支持 32 个 PID 回路。而 QnASCPU 的回路数目无限制,可随内存容量的大小而改变;程序容量由 8K 步至 124K 步,如使用存储器卡,QnASCPU 则内存量可扩充到 2M 字节;有多种特殊模块可选择,包括网络,定位控制,高速计数,温度控制等模块。FX2N 系列 PLC 是功能齐全的中小型 PLC,其控制规模包括 16 点/32 点/48 点/64点/80 点/128 点 PLC,输出具有继电器/晶体管/晶闸管输出,内置 8KB 容量的EEPROM 存储器, CPU 运算处理速度 0.55-0.7s/基本指令,可连接 I/O 扩展模块和特殊功能模块。根据控制系统的控制要求可以了解系统所需要的 I/O 点数,选择 FX2N-48MR-001型 PLC20。3.1.6 PLC 的技术指标161)FX2N 系列小型 PLC 一般技术指标 一般技术指标主要是指 PLC 产品的工作条件与一般工作环境的适应程度。PLC是专为工业控制设计的,充分考虑了工业环境种种恶劣因数。其技术指标如表 3-1 所示。表 3.1 一般技术指标环境温度 055环境湿度 35%85%RH(不结露)抗震 JIS C0911 标准 1055Hz 0.55mm(最大 2g)3 轴方向各 2h抗冲击 JIS C0912 标准 10g 3 轴方向各 3 个抗噪音干扰 用噪音仿真器产生电压为 1000Vp-p,噪音脉冲宽度为 1s,频率为30100Hz 噪音,在此噪音干扰下 PLC 正常工作耐压 1500AC 1min绝缘电压 5M 以上,500V DC接地 第 3 种接地,不能接地时,亦可浮空使用环境 禁止腐蚀性气体,严禁尘埃2)性能技术指标性能技术指标标志某种 PLC 在硬件和软件反面所具备功能。不同机型差异较大,在 PLC 选型时要逐一考虑该项技术指标能否满足要求。PLC 的性能包括:输入指标、输出指标和电源指标方面。如表 3-2、3-3、3-4 所示。表 3.2 输入技术指标输入电压 24V DC 隔离 光电耦合输出电流 7mA 响应时间 10ms表 3.3 输出技术指标项目 继电器输出 SSR 输出 晶体管输出外部电源 250V AC,30V DC 85242V AC 530V DC电阻负载 2A/点 0.3A/点,0.8A/4 点 0.5A/1 点,0.8A/4点感性负载 80VA 15VA/100V AC 30VA/240V AC12W/24V DC最大负载灯负载 100W 30W 1.5W/24V DC开路漏电流 _ 1mA/100V AC 2.4mA/240V AC0.1mA/30V DC最小负载 _ 0.4VA/100V AC 2.3VA/240V AC_17OFF-NO 约 10ms 1ms 以下 0.2ms 以下响应时间NO-OFF 约 10ms 最大 10 ms 0.2ms 以下隔离方式 继电器隔离 光电晶闸管隔离 晶体管隔离表 3.4 电源技术指标项目 FX-16M FX-24M FX-32M FX-32EFX-48MFX-48EFX-64M FX-80M电源电压 (100240V)+10%-15%AC 50/60Hz(120/240V 电源系统)瞬间断电允许时间 对于 10ms 以下的瞬间断电控制动作不受影响电源熔丝 250V 2A, 5mm*20mm 250V 5A,5mm*20mm电力消耗/VA30 35 40 50 60 70传感器无扩展模块电源有扩展模块24V DC 250mA 以下24V DC 100mA 以下(扩展 16 点时)24V DC 400 mA 以下 24V DV 150 mA(扩展 32 点时)3.2 传感器的选择对于金属物料分拣的小、中、大采用 3 个接近开关进行判断。接近开关分别放置于传送带 1 的上方,并调整好固定高度。2、3、4 传送带的启动分别通过安装于传送带前方的光电接近开关进行控制。物料的到位由装设在汽缸处的接近开关检测,通过 PLC 程序控制判断由哪个汽缸执行推出动作并进行计数 21。3.2.1 电感式接近开关传感器的选择 采用电感式接近开关,这种开关有时也叫涡流式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时,使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关,使开关内部电路参数发生变化,由此识别出有无导电物体移近,进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。接近开关由于具有体积小、重复定位精度高、使用寿命长、抗干扰性能好、可靠性高、防尘、放油等特点被广泛应用于各种自动化生产线。传感器的接线方式采用直流(DC)二线常开(NO)型。1.电感式接近开关传感器的电气指标1)工作电压:是指电感式接近开关传感器的供电电压范围,在此范围内可以保证传感器的电气性能及安全工作。182)工作电流:是指电感式接近开关传感器连续工作时的最大负载电流。3)电压降:是指在额定电流下开关导通时,在开关两端或输出端所测量到的电压,4)空载电流:是指在没有负载时,测量所得的传感器自身所消耗的电流。5)剩余电流:是指开关断开时,流过负载的电流。6)极性保护:防止电源极性误接的保护功能。7)短路保护:超过极限电流时,输出会周期性地封闭或释放,直至短路被清除。2.使用方法1)直流两线制接近开关的 ON 状态和 OFF 状态实际上是电流大、小的变化,当接近开关处于 OFF 状态时,仍有很小电流通过负载,当接近开关处于 ON 状态时,电路上约有 5V 的电压降,因此在实际使用中,必须考虑控制电路上的最小驱动电流和最低驱动电压,确保电路正常工作。2)直流三线制串联时,应考虑串联后其电压降的总和。3)如果在传感器电缆线附近,有高压或动力线存在时,应将传感器的电缆线单独装入金属导管内,以防干扰。4)使用两线制传感器时,连接电源时,需确定传感器先经负载再接至电源,以免损坏内部元件。当负载电流US2/RP 为假负载消耗功率;R 为假负载阻值;IL 为传感器的负载电流 233.使用仪器万用表、示波器、电源(+12V)4.调试步骤1)接好电源,测量 T1 的 c 极电压应为 6V;2)用示波器观察 T1 的 e 极,应有高频振荡波形;若无振荡波形,应仔细检查电感线圈接线是否正确,T1 周围 R、C 参数是否正确无误,采取相应措施处理,直到出现振荡波形为止;3)用示波器观察输出,应为高电平,且 LED 不亮,然后用金属物体靠近电感线圈,其输出应变为低电平,同时 LED 亮,说明工作正常;194)若不正常,应检查 T2、T3、T4 的状态及周围元件,无金属物体接近电感线圈时,T2 导通,T3、T4 截止,有金属物体接近时, T2 截止,T4 导通 24。5.电感式接近开关传感器的选型1)根据安装要求,合理选用外形及检测距离。2)根据供电,合理选用工作电压。3)根据实际负载,合理选择传感器/URL工作电流。4)选择接线方式 25。6.可根据使用对象的要求合理选择接线方式 26表 3.5 国内、国际常用色线对照类型 国际 国内+V 棕 红GND 蓝 黑Vout 黑 绿3.2.2 光电接近开关的选择光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可能被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对物体进行检测。系统采用漫反射式光电开光,它是一种集发射器和接收器于一体的传感器,当有被检测物体经过时,物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器,于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时,漫反射式的光电开关是首选的检测模式。光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的(即电缘绝),所以它可以在许多场合得到应用 27。 1.光电开关特点有:1) 检测距离长 如果在对射型中保留 10m 以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等) 无法离检测。 2)对检测物体的限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物20体限定 在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 3)响应时间短光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。 4)分辨率高能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 5)可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。 6)可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。 7)便于调整在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整 28。采用集成电路技术和 SMT 表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件,具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关,它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等,可非接触,无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点,而晶体管接近开关的作用距离短,不能直接检测非金属材料。但是,新型光电开关则克服了它们的上述缺点,而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。此外,利用红外线的隐蔽性,还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用 29。对于非金属物料,小、中、大 3 个接近开关均无检测信号。当工件到达各传送带时,各传送带前方的光电开关动作,启动传送带,实现非金属物料的传送,并通过传送带输出端的光电开关进行计数 30。213.3 本章小结本章主要介绍了各个器件的选型,包括 PLC 的选型,接近开关的选型两部分。同时对各个器件的工作原理等做了详细的分析更加完善了设计内容。第 4 章 物料分拣控制系统的软件设计进行控制系统的软件设计前,应深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求,确定 I/O 点地址,编制 I/O 分配表,最后根据系统控制要求和控制流程要求进行 PLC程序设计和调试 31。4.1 控制系统 I/O 分配 参考表 4.1,系统的 I/O 分配如表 4.1 所示。表 4.1 I/O 分配表输入 输出序号 输入 外 部 元 件 序号 输出端子 外 部 元 件1 X0 工件原位点 1 Y0 供料2 X1 上接近开关 2 Y1 传送带 13 X2 中接近开关 3 Y2 传送带 24 X3 下接近开关 4 Y3 传送带 35 X4 2 段接近开关 5 Y4 传送带 46 X5 3 段接近开关 6 Y5 小工件推出7 X6 4 段接近开关 7 Y6 中工件推出8 X7 出 4 段接近开关 8 Y7 大工件推出9 X10 2 段到位接近开关 9 Y20 传送带 1 工作指示2210 X11 3 段到位接近开关 10 Y21 传送带 2 工作指示11 X12 4 段到位接近开关 11 Y22 传送带 3 工作指示12 X20 启动按钮 12 Y23 传送带 4 工作指示13 X21 停止按钮 13在控制系统中,操作盘的设计如图 4.1 所示,包括一个启动按钮 PB1(X20)和一个停止按钮 PB2(X21),以及 1、2、3、4 段传送带运行指示灯 PL1(Y20 )、PL2(Y21)、PL3(Y22)、PL4(Y23) 32。灯显示PL1 PL2 PL3 PL4Y20 Y21 Y22 Y23操作开关PB1 X20 PB2 X21图 4.1 操作盘4.2 PLC 外部接线图23根据表 4.1、4.2 分配输入/输出信号与 PLC 输入/输出接口分配情况及所选定的PLC,得到 PLC 的外部接线图如图 4.1 所示 33。 图 4.2 PLC 外部接线图244.3 软件设计控制系统的软件设计是整个物料分拣控制系统设计的关键和核心。它在结构和功能上的合理划分与巧妙实现,对提高物料分拣控制系统整体可靠性、实用性具有重要的意义,同时也是降低制造成本、缩短开发周期的有效途径。为此本章在分析了当前传送带广泛采用的控制器结构及 PLC 的发展之后,提出了采用 PLC 的控制方法 34。这套系统根据控制要求进行软件程序设计。软件设计的主要工作是完成对物料尺寸大小的判断、传送带的启动和停止控制、物料的推出以及对不同物料进行计数等任务。图 4.3 所示为启动设备的程序。按下启动按钮,X020 闭合,M20 输出,启动设备;按下停止按钮,则 X021 断开,M20 为 0,设备停止。计数器执行到设置值则 M31 常闭触点断开,M20 为 0,设备停止。在设备重新启动时,通过 PLS M0 指令输出一复位脉冲,实现启动时对定时器和计数器的复位。图 4.3 启动设备图 4.4 所示为开始供料及对传送带 1 的控制。只要有工件到达,Y000 输出,启
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