基于PLC控制的环形传输分拣系统

国家职业资格全省（或市）统一鉴定维修电工论文(国家职业资格II级)论文题目：基于PLC控制的环形传输分拣系统姓名：崔业华身份证号：320981199003034971准考证号：所在省市：江苏省盐城市所在单位：江苏省盐城技师学院基于PLC控制的环形传输分拣系统崔业华江苏省盐城技师学院摘要：本文主要介绍以PLC控制环形皮带分拣系统，实现分拣不同的物料，以达到节约人力资源，提高生产率，从而实现分拣过程自动化。关键词：编码器传感器变频器气压传动元件在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。本文主要介绍以PLC控制环形皮带分拣系统，实现分拣不同的物料。以达到节约人力资源，提高生产率，从而实现分拣过程自动化。一、环形皮带传送分拣系统运行要求系统启动后，环形皮带以50Hz顺时针运行一周，检测皮带上是否有物料。若有物料则皮带机继续运行按物料分拣要求将物料推入对应的料仓，然后再进行正常分拣工作；若无物料则运行一周结束后按正常流程进行分拣工作。正常工作：首先将料仓中物料推入皮带，物料到达减速点后以20Hz运行并进行材质检测、颜色检测。若料仓中物料数小于二时，发出报警信号，报警指示灯以2Hz频率闪烁，提示工作人员料仓储料不足，当最后一个物料分拣完毕后系统自动停止运行，同时报警指示灯熄灭。环形皮带传送分拣系统控制要求：（1）挑检出物料中的白色件。（2）若物料为金属件则直接将金属物料送到A槽。（3）若物料为塑料件且为蓝色则送至B槽。（4）当符合要求的物料到达输出平台后，等待机械手搬运，皮带机停止运行。（5）待机械手将物料搬运走后环形皮带传送分拣站继续进行出料传送分拣工作。系统结构如图1所示。图1系统结构图二、系统硬件组成1．传感器（1）扩散反射型光电传感器它是用来检测料仓中是否有物料的。它是通过调节外部旋钮来判断料仓中是否存有物料。当模式切换开关切换到L侧时，调节感光旋钮只有当反射光强度大于其外部设定值时，输出段电路中晶体管才会有输出，发出信号；反之，当模式切换开关切换到D侧时，调节感光旋钮只有当反射光强度小于其外部设定值，才会有输出，发出信号。（2）电感式接近开关电感式接近开关属于一种开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，其原理框图如图2所示。金属体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，其内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关能力衰弱，内部电路的参数发生变化由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。由此可见电感式接近开关锁检测的物体必须是金属物体，据此性能也可将其用于金属与非金属物体的判别。其接线方式(两线制）如图3所示。蓝色线接0V，棕色线接PLC输入端。图2电感式接近开关原理框图图3电感式接近开关接线图（3）磁性开关用来检测气缸是否伸出到位。气缸中活塞上装有磁环，当活塞杆伸出靠近磁性开关时，磁性开关检测到磁环发出检测信号，指示气缸已伸出到位。（4）数字式光纤传感器它是用来检测工件的颜色，挑选出符合系统要求的工件。它采用了白色LED+一体型RGB感光端子。由光纤探头、放大器单元、连接器组成。通过RGB对比判别，不受物料背景、表面凹凸的影响能够准确判断出所经过光纤探头前的物料的颜色。若RGB测量值大于（选择高电平输出）或小于（选择低电平输出）设定值时，经过放大器单元放大形成高低电平输送至PLC的输入端。通过调节放大器单元上的功能键可以修改RGB对比参数，从而来区分更多种类的颜色。2．变频器变频器的任务是把电压和频率恒定的电网电压变成电压和频率可调的交流电。安装时在电源和变频器之间通常接入低压断路器和接触器，以便在发生故障时能迅速切断电源；变频器和电动机之间一般不允许接入接触器；变频器输出侧不允许接电容器，也不允许接入电容式单相电动机。变频器的选型应遵循控制对象的工作环境的要求，电动机工作条件为三相交流电，额定电压为380V，高频振荡电路整形检波信号处理开关量输出感应磁罐蓝_+棕负载功率为1KW，因此变频器选型为FR-E740-1.5K。变频器参数设置如表1所示。表1变频器参数设置如表参数名称参数号设定值RH速度频率值Pr.450HzRM速度频率值Pr.530HzRL速度频率值Pr.610Hz加速时间Pr.71.0s减速时间Pr.81.0s运行模式选择Pr.7923．可编程控制器（PLC）通过对该系统输入、输出信号的统计，选择PLC型号为FX2N-48MR。4．气压传动元件气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制自动控制的重要手段。一个典型的气动系统由方向控制元件、气动执行元件、各种气动辅助元件、气源净化元件组成。（1）方向控制元件采用电磁控制换向阀（简称电磁阀），它是利用电磁力的作用来实现阀的切换以控制气流的流动方向的。（2）气动执行元件气缸是气动系统的执行元件之一。它是将压缩空气的压力能转换为系统的动力能。（3）气动辅助元件油雾器是一种特殊的注油装置。它以空气为动力，使润滑油雾化后，注入空气流中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。消声器的作用是降低噪声，它是通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和功率，从而降低噪声的。管道连接件是连接成一个完整的气动控制系统必不可少的元件。（4）气源净化元件储气罐的作用是储存一定数量的压缩空气平衡，同时也是应急动力源，以解决空压机的输出气量和气动设备的耗气量之间的不平衡。油水分离器的作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分和灰尘杂质，使压缩空气得到初步净化。过滤器是气压传动系统中的重要环节，进一步滤除压缩空气中的杂质。5．光电编码器光电编码器是一种光学式位置检测元件，用以检测轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲信号。它通常安装在驱动电机转轴上，它随着电动机旋转时可以连续发出脉冲信号。电动机旋转一周，编码器所能输出脉冲的多少反映了它的测量精度，输出脉冲数越多，其精确度越高，反之则低。增量式光电编码器原理如图4所示。它由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏元件、整形放大电路和数字显示装置组成。在光电盘的圆周上等分地制成透光狭缝，其数量从几百条到上千条不等。光栏板透光狭缝为两条，每条后面安装一个光敏元件。图4增量式光电编码器原理图光电盘转动时，光电元件把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号（近似于正弦波信号）转换为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计量脉冲的数目，即可测出工作轴的转角，通过测定计数脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。在FX2N-48MR的输入端由8个输入端(X0-X7)专门用来接收编码器的输出信号。在此系统中，X0用来接入编码器的输出信号，并将其链接至PLC程序中。在三菱编程通用计数器中C235-C255专用于高速计数，当其接通时便可以将从X0口输入的脉冲数记录下来，从而能够使皮带机准确定位。三、控制系统软件设计1.PLC输入输出信号地址分配根据系统的控制要求分配PLC输入/输出信号地址如表2所示。表2I/O分配表输入信号地址分配输出信号地址分配光电编码器K1X0顶料气缸电磁阀YV1Y0推料伸出限位传感器K2X1推料气缸电磁阀YV2Y1顶料传感器K3X2A推杆气缸电磁阀YV3Y2推料传感器K4X3B推杆气缸电磁阀YV4Y3出料台传感器K5X4送料气缸电磁阀YV5Y4A推杆伸出限位传感器K6X5STF（正转）Y10A工件位传感器K7X6STR（反转）Y11B推杆伸出限位传感器K8X7RH（高速）Y12B工件位传感器K9X10RM（中速）Y13升降台传感器K10X11RL（低速）Y14启动按钮SB1X12RESY15停止按钮SB2X13送料气缸伸出限位K11X142．气动回路连接图本系统涉及多个电磁阀控制作用气缸，采用一个两位三通单线圈电磁阀、四个两位五通单线圈电磁阀、一个单作用气缸以及四个双作用气缸，设计的气动回路图见图5所示。图5气动回路图3．PLC外部接线图PLC外部接线图的绘制是为了便于我们查看PLC外部电路的接线方式，其具体连接图见图6所示。图6PLC外部接线图四、程序设计1.设计系统流程图流程图是对某一系统工作流程的概括。当系统出现一些故障时通过查看流程QFCOMCOM1X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14PENY0LY1Y2Y3COM2Y4Y5RSTCOM3Y10Y11Y12Y13COM4Y14Y15STFSTRRHRLRMRESSDM3~0VPENL+24V0V+24VYV3YV4HLYV1变频器K1K2K3K4K5K6K7K10K8K9K11SB1SB2QFFU图便于我们检修，从而保证系统的正常运行，流程图见图7所示。NNNN图7系统工作流程图启动有料按要求分拣分拣完成料仓出料编码器计数到达减速点减速材质判别金属A推杆动作推料结束仓储量2报警仓储量=0最后一个物料分拣完成系统停止运行蓝色B推杆动作推料结束到达出料位置搬料完成等待搬运推料结束推料杆动作YNYYNNNNNYYYYNYNYYYYYNN2.系统程序设计报警程序如图8所示。图8报警程序在这里X2一直处于断开状态，直到料仓中物料小于2时，X2（顶料传感器）接通，且系统处于运行状态报警程序才会接通，报警指示灯HL以2Hz的频率闪烁，直至推料传感器检测不到物料且最后一物料分拣结束，系统停止运行。物料分拣程序如图9所示。图9物料分拣程序在程序中，当编码器输出脉冲数等于程序设定值（减速点）时，接通中间辅助继电器M14控制PLC的输出Y10，从而改变变频器的工作频率，以达到减速的目的。为了防止在工作过程中出现误动作这一现象，因而在程序中将各个分拣点的脉冲数均录入程序中，通过与各分拣位的传感器的组合，来避免这一现象的发生。四、结束语该系统结构简单，能够分拣不同颜色的物料，实现了全自动化的分拣模式。它模拟了现代设备中的自动化分拣系统，合理利用了现有的设备资源，满足了新生产工艺的需求，符合节约人力资源、提高劳动生产效率这一基本要求。通过本次设计，使我进一步加强和了解所学专业的基础知识。培养了自我独立思考，分析、解决实际问题的能力。在此，我要特别感谢我的论文辅导老师陈德领老师，在跟随其学习的几个月中，特别是在技术论文设计期间，陈老师给予了我很大的帮助。在此，我表示衷心的感谢。参考文献：（1）张安全、王德洪主编.液压气动技术与实训.人民邮电出版社（2）欧姆龙传感器使用手册（3）三菱通用变频器FR-E700使用手册（4）SX-815L机电一体化综合实训考核设备使用说明书