基于PLC的物料分拣系统设计

毕业设计（论文）论文题目：基于PLC的物料分拣系统设计教学点：指导老师职称：学生姓名：学号:专业：摘要自动分拣系统是指能够识别物品属性并对物品进行分类传输的自动系统。自动分拣系统由传输供件同步导入装置、识别及控制系统、机械分拣机构及信息处理系统等组成。本文主要介绍在自动生产线上通过PLC控制为核心,MCGS组态软件为监控软件，变频器、传感器和电磁阀为电气元件，气缸和电动机为动力设备来实现物料的分拣，然后把物料运输到生产线上。设计目的就是为企业减少劳动力，增加生产速度，大大加大企业的经济效益。我使用功能分析法，文献研究法，观察法，来对这一项目进行研究。研究的结果证明了自动分拣系统可以根据企业生产线的各种需要对物料进行分拣，具有较大的经济和社会意义。关键词：PLC、变频器、物料分拣AbstractAutomaticsortingsystemisabletoidentifytheitemattributesanditemsfortheautomaticclassificationoftransmissionsystem.Automaticsortingsystemforbythetransmissionsynchronizationimportcompositionofthedevice,toidentifyandcontrolsystems,mechanicalsortinginstitutionsandinformationprocessingsystems,etc.ThispaperdescribestheautomaticproductionlinePLCcontrolMCGSconfigurationsoftwareforthemonitoringsoftware,inverter,sensorsandsolenoidvalves,electricalcomponents,cylinderandmotor-poweredequipmenttoachievethesortingofmaterials,thentransportthematerialstoproductionline.Thedesigngoalisforcompaniestoreducelabor,increaseproductionspeed,andgreatlyincreasetheeconomicefficiencyofenterprises.Iusefunctionalanalysis,documentaryresearch,observation,studyofthisproject.Thestudyshowsthatautomaticsortingsystembasedontheproductionlineavarietyofmaterialsaresorted,havegreatereconomicandsocialsignificance.Keywords：PLC、inverter、material、sorting目录第一章可编程序控制器...............................................1第一节PLC的发展历史............................................1第二节PLC的定义和特点..........................................1第三节PLC的基本结构和基本原理..................................2第二章物料分拣系统的工作过程和设备选择.............................3第一节物料分拣系统的工作过程...................................3第二节物料分拣系统的设备选择...................................3第三节传感器...................................................7第三章物料分拣系统的设计图.........................................8第一节PLC外部端子接线图........................................8第二节变频器端子接线图.........................................9第三节步进梯形图..............................................10第四节PLC梯形图...............................................11第四章物料分拣系统的组态技术......................................13第一节组态技术概述............................................13第二节组态技术功能和优点......................................13结束语.............................................................15谢辞.............................................................16参考文献...........................................................171第一章可编程序控制器第一节PLC的发展历史在可编程序控制器诞生之前，是以继电器、接触器为主体的控制系统广泛应用于工业生产。1968年，为适应生产需要，美国通用汽车公司提出一种新型工业控制器。1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器，目的是取代继电器，这打开了新的控制技术发展的大门。紧接着美国MODICON公司也开发出同门的控制器。1971年，日本从美国引进这项技术，也研制出日本第一台可编程序控制器。1973年，西欧一些国家也相继开发出他们的可编程序控制器。我国则在1977年成功研制出以1个微处理器MC14500为核心的可编程序控制器，并用于工业生产。PLC大约经历四个阶段：(1)初级阶段：第一代PLC取代继电器，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。第一代只采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。(2)扩展阶段：从20世纪70年代到70年代末期，PLC的扩展功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。(3)通讯阶段：20世纪70年代末期到80年代中期，PLC的产品与计算机相连，但是各个厂家联系不密切，独自经营，所以PLC迅速扩散到其他行业。(4)开放阶段：20世纪80年代中期开始，PLC在开放功能上取得较大发展。主要在通信系统的开放，使各厂商的产品可以通信。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品主要有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5,SLC500、德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。PLC在以后的发展方向可以概括为：（1)发展简易、经济的小型、微型PLC；(2)致力于提高功能性价比；(3)能研制出功能强大、系统庞大、技术完善的PLC。第二节PLC的定义和特点一、PLC的定义可编程序控制器简称PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟2式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。二、PLC的特点(1)可靠性高、抗干扰能力强；(2)编程简单、易于掌握；(3)功能强、通用性好；(4)设计、安装容易、维护工作量少；(5)体积小、重量轻、功耗低。第三节PLC的基本结构和基本原理一PLC的基本结构图1.1PLC的基本组成PLC的基本组成：(1)中央处理单元；(2)存储器；(3)输入/输出接口；(4)电源及外部设备。二、PLC的工作原理当PLC运行后，工作过程分为三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。3第二章物料分拣系统的工作过程和设备选择第一节物料分拣系统的工作过程1、按下启动按钮X0，物料台检测到有物料，则变频器驱动电机，使圆盘转动，再由圆盘通道和机械手把物料送到物料分拣带上检测，以上动作实现了上料的过程。2、把物料送到检测台。如果在4秒钟内检测不到物料，红灯闪烁，否则绿灯闪烁，机械手、电动机和变频器不动作，整个系统停止。当检测到物料时，物料提升到上限时，机械手臂先伸出，手爪夹紧物料后，手臂提升，再缩回，然后右旋，手臂伸出，下降，松开物料，手臂再提升，缩回，再回到左旋初始位置。3、分拣台上光电传感器检测到物料时，启动传送带；当电感传感器检测到金属物质的物料时，活塞1伸出推动物料进入料槽再缩回；当到电容传感器检测到非金属的物料时，活塞2伸出推动物料进入料槽再缩回。当物料台再次检测到物料时，循环以上动作。4、物料传输是通过机械手和三相异步电动机及变频器来实现，机械手可通过伸出，下降，夹紧物料，提升，缩回等动作将物料从物料台送到传输带上，而三相异步电动机启动传送带的动作及变频器改变传输带的速度。5、在传输带上，光电传感器是启动传输带运行的信号，用电容传感器和电感传感器来分拣传输带上的物料，电感传感器可检测金属物质的物料，电容传感器可检测非金属的物料。这是实现分拣的动作。第二节物料分拣系统的设备选择一、三菱PLC的选型I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。根据物料分拣系统的工作过程可知，系统的输入信号有19个，输出信号有16，因此选三菱FX2N-48MR。4表2.1I/O分配表5二、三菱变频器的选择在实践中常常将机械设备根据负载转矩特性不同，分为如下三类：（1）恒转矩负载；（2）恒功率负载；（3）流体类负载。2、根据负载特性选取适当控制方式的三菱变频器三菱变频器的控制方式主要分为：V/f控制，包括开环和闭环；矢量控制，包括无速度传感器和带速度传感器控制；直接转矩控制；几种种方式的优缺点如下:(1）V/f开环控制优点：结构简单，调节容易，可用于通用鼠笼型异步电机；缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小；主要采用场合：一般的风机，泵类节能调速或一台变频器带多台电机传动场合。（2）V/f闭环控制优点：结构简单，调速精度比较高，可用于通用性异步电机；缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小，要增加速度传感器；主要采用场合：用于保持压力，温度，流量，PH定值等过程场合。（3）无速度传感器的矢量控制优点：不需要速度传感器，力矩响应好、结构简单，速度控制范围较广；缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能；采用场合：一般工业设备，大多数调速场合。（4）带有速度传感器的矢量控制优点：力矩控制性能良好，力矩响应好，调速精度高，速度控制范围大；缺点：需要正确设定电机参数，需要自动测试功能，要高精度速度传感器；使用场合：要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合。（5）直接转矩控制优点：不需要速度传感器，力矩响应好，结构较简单，速度控制范围较大；缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能；采用场合：要求精确控制力矩的高动态性能应用场合，如起重机、电梯、轧机等。根据物料分拣系统可知，我们可选三菱FR-E500。三菱FR-E500介绍：（1）功率：7.5KW；简易磁通矢量控制方式，实现1Hz时输出转矩达1