基于PLC控制的全自动物料分拣系统设计.doc

目 录1 引言12 可编程序控制器22.1 PLC的发展历史22.2 PLC的定义和特点22.3 PLC的基本结构和工作原理33 物料分拣系统的工作过程和设备选择43.1 物料分拣系统的工作过程43.2物料分拣系统的设备选择44 物料分拣系统的设计图104.1 PLC外部端子接线图104.2 变频器端子接线图114.3 步进梯形图124.4 PLC梯形图135 物料分拣系统的组态技术155.1 组态技术概述155.2组态技术功能和优点15结论17致谢18参考文献19. z.-1 引言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自动分拣系统是二战后在美国、日本以及欧洲的大型物流中心广泛采用的一种分拣系统广泛应用在医药行业、生产制造业等行业国外的自动化程度很高，而在我国，由于物流业起步晚，始于1980年代，自动化程度不高，大部分处于人工作业近期的市场兴起和技术发展始于1990年代一开始使用于机场行李处理和邮政处理，然后逐渐普及到其他行业。

近二十年来，特别是物流行业，随着经济发展，商品趋于短小轻薄分拣作业已成为工作的重要环节我国目前自动化程度不高，处于人工分拣阶段自动分拣的优点是能连续、大批量的分拣货物，分拣误差率低，分拣作业基本实现无人化虽然国内自动分拣系统使用还很少，但有关部门和企业正在做出努力自动分拣机是一个很成熟的产品，已成为当代物流技术发展的重要标志2 可编程序控制器2.1 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ONLINE CONTROL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PLC2.2 PLC的定义和特点2.2.1 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 2.2.2 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2.3 PLC的基本结构和基本原理2.3.1 PLC的基本结构图1 PLC的基本组成如图1，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2.3.2 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 物料分拣系统的工作过程和设备选择3.1 物料分拣系统的工作过程1、按下启动按钮*0，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3.2物料分拣系统的设备选择 三菱PLC的选型表1 I/O分配表输入部分输出部分功能地址功能地址启动按钮*0物料驱动电动机Y0物料检测*13红灯Y17物料提升上限*11绿灯Y16物料提升下限*12物料提升Y1手臂伸出限位*5手臂伸出Y2手臂缩回限位*6手臂缩回Y3手爪提升上限*7手爪提升Y5手爪下降下限*10手爪下降Y4手爪磁性开关*2手爪(电磁阀)Y15手臂左旋限位*3手臂左旋Y6手臂右旋限位*4手臂右旋Y7光电传感器*22推料一伸出Y11电感传感器*20推料一缩回Y10电容传感器*21推料二伸出Y12推料一伸出限位*14推料二缩回Y13推料一缩回限位*15电动机转动及中速Y21推料二伸出限位*16推料二缩回限位*17停止按钮*1I/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F*2N-48MR三菱变频器的选择1、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*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*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*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*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*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；（2）简易磁通矢量控制方式，实现1Hz时输出转矩达120%；（3）柔性PWM，实现低噪音运行；（4）内置PID，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能；（5）内置RS485通讯口；（6）使用长寿命元器件；（7）ID，15段速度等功能选择三菱FR-E500特点：（1）更省能源；（2）环保，寿命长，维护简单；（3）最适用风扇；（4）操作简单，网路化；（5）适用全球化；（6）丰富多彩的功能 气动控制和执行元件气动控制元件是控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，如气动逻辑元件。

气动控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀1、电磁阀气动电磁阀工作原理：气动电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，气动电磁阀的每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边气动电磁阀通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过气动电磁阀的油的压力来推动油刚的活塞，这样通过控制气动电磁阀的电磁铁的电流就控制了整个电磁阀的机械运动气动电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；气动电磁阀并不限于液压，气动；气动电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢或电磁阀来控制图2 直动式电磁阀原理图图2表示 (五路二位)直动式电磁阀(常断型)结构的简单剖面图及工作原理起始状态，1，2进气；4，5排气；线圈通电时，静铁芯产生电磁力，使先导阀动作，压缩空气通过气路进入阀先导活塞使活塞启动，在活塞中间，密封圆面打开通道，1，4进气，2，3排气；当断电时，先导阀在弹簧作用下复位，恢复到原来的状态 本设计可以采用二位二通的气动电磁阀，它操作轻便，又能快速实现气缸的正反转，易于实现自动化，因此应用广泛。

作用气 2、气缸引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而进步压力涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”气缸的应用领域：印刷（*力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、。