课程设计基于PLC的材料分拣系统设计

1、分拣系统课程设计 班 级：理工09-1班 姓 名： 宋燮 学 号 : 22091167 指导教师： 崔吉 摘 要 PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。 本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键词: 可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器目 录摘 要I目录II绪 论1第1章 材料分拣装置结构及总体设计31.1 材料分拣装置工作过程概述31.2 系统的技术指标41.3 系统的设计要求4第2章 控制系统的硬件设计62.1 系统的硬件结构62.2

2、 系统关键技术62.3 检测元件与执行装置的选择10第3章 控制系统的软件设计183.1 控制系统流程图设计183.2 控制系统程序设计19第4章 控制系统的调试254.1 程序的模拟调试254.2 程序的现场调试254.3 系统调试264.4PLC的抗干扰系统 28结 论32展 望33结论34参考文献35附 录3646绪 论PLC是从20世纪末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电器控制技术和计算控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。可编程控制器以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。应用PLC技术是当今世界潮流，必将对生产、科研和社会生活等诸多领域产生巨大而深远的影响。目前世界上，生产和研制PLC的大公司很多，有代表性的是日本的欧姆龙公司，德国西门子、美国的AB公司，都处于世界的领先水平。总的来说，我国从1974年开始研制PLC，1979年开始应用于工业，并且发展很快，已取得了很大的成绩，但是与世界研制和应用水平较高的国家相比还有很大的差距。随着社会的不断发展,市场的

3、竞争也越来越激烈,因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术,提高生产效率,尤其在需要进行材料分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,致使生产效率低,生产成本高,企业的竞争能力差。而物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制,能连续、大批量地分拣货物,分拣误差率低且劳动强度大大降低,可显著提高劳动生产率.而且,分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接,实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理.其设计采用标准化、模块化的组装,具有系统布局灵活,维护、检修方便等特点,受场地原因影响不大。同时,只要根据不同的分拣对象,对本系统稍加修改即可实现要求。 分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了

4、较好的控制效果。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。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。应用PLC技术结合气动、传感器和位置控制等技术，设计不同类型材料的自动分拣控制系统。该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。本文主要介绍了PLC控制系统的硬件和软件设计，以及一些调试方法

5、。本设计应用可编程控制器(PLC)实现了生产过程材料自动分拣的设计方案。文中比较详细地介绍了设计过程，包括具体的设计要求，对设计任务的分析，可编程控制器型号的选择，I/O接点的分配， PLC接线图等具体内容，并且给出了完整的硬件接线图，功能状态图，梯形图程序以及指令表程序。第1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。1.1 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1-1 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

6、输送带，下料传感器SN检测料槽有无物料，若无料，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的状态，完成分拣任务。1.2 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0.85Mpa1.3 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。1.3.1 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

7、（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1.3.2 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2章 控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型，并分配I/O点。2.1 系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图，如图2-1 所示。图2-1

8、 系统的硬件结构框图2.2 系统关键技术系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O分配。 2.2.1用户存储容量的选择 存储容量是可编程控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元大小，因此程序容量小于存储容量。PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入、输出点数、模拟量输入输出点数以及用户程序达的编写质量等有关。对于控制较复杂、数据处理量较大的系统，要求存储容量大些。对于同样的系统，不同用户编写的程序可能会使程序长度和执行时间差距很大。对PLC用户程序存储容量的估算，可用下面推荐的经验公式： 存储器总字节数=（开关量I/O点数*10）+（模拟量点数*150） 按经验公式所得的存储器总字节数要考虑25%的余量。因为上面经过分析需要12个输入点，12个输出点，这样就总共24个I/O点数。 因此，存储器总字节数24*10=240。根据控制要求，输入应该有2个开关信号，6 个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器，以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有 5 个汽缸运动位置信号，每个汽缸有

9、动作限位和回位限位，共计10 个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及5 个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/ O 点24 个，其中18 个输入，6 个输出。 2.2.2 PLC型号的选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 在选用PLC型号时应考虑以下几个问题： 1输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此，在选用PLC时，首先要确保有足够的I/O点数，并留有一定的余地，一般可考虑10%-15%的备用量； 2存储容量是可编程控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元大小，因此程序容量小于存储容量。PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入、输出点数、模拟量输入输出点数以及用户程序达的编写质量等有关

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