標(biāo)題: 基于PLC的分揀控制系統(tǒng)設(shè)計 [打印本頁]
作者: Yao625 時間: 2020-4-24 10:22
標(biāo)題: 基于PLC的分揀控制系統(tǒng)設(shè)計
1 緒論
1.1 選題背景和意義：電氣控制技術(shù)在我們的日常生活中和工業(yè)生產(chǎn)中無處不在。如電風(fēng)扇的搖頭和定時、電子產(chǎn)品總裝生產(chǎn)線運行、機械手搬運工、產(chǎn)品分類入庫等。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)工藝要求的進步，電氣控制技術(shù)得到了不斷地發(fā)展。在控制辦法上，從手動控制到自動控制；在控制性能上，從復(fù)雜的控制單臺設(shè)施到簡單的控制系統(tǒng)；在控制原理上，從有觸點的繼電接觸器控制系統(tǒng)到以計算機為中心的“軟件”控制系統(tǒng)。20世紀70年代以來，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣控制技術(shù)發(fā)生的巨大的變化，新型控制技術(shù)如可編程邏輯控制器、變頻器等被普遍使用在工業(yè)生產(chǎn)和生活的諸多領(lǐng)域。現(xiàn)代的電氣控制技術(shù)已經(jīng)綜合了計算機、自動控制、電子技術(shù)和精細測量等許多先進的科學(xué)技術(shù)成績，PLC、CAD/CAM和Robot以成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱。
現(xiàn)代市場競爭也變得越來越強烈, 各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地想要改良生產(chǎn)技術(shù),從而來進步生產(chǎn)的效率, 尤其在需求進行材料分揀的企業(yè), 它們之前不停的采取的是人工分揀的辦法, 這種分揀模式會招致生產(chǎn)效率低下, 生產(chǎn)資本卻很高, 企業(yè)的競爭效率差,不能夠失去很好的發(fā)展，所以材料的自動分揀釀成為了眾多企業(yè)的最佳且獨一的選擇。
1.2 分揀系統(tǒng)的主要內(nèi)容：基于PLC的分揀控制系統(tǒng)的系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)上電后,傳感器1（電容傳感器）檢測到物料時將啟動輸送帶,物料傳感器2為電感傳感器,當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時,反應(yīng)信號送PLC ,由PLC 控制執(zhí)行機構(gòu)氣缸1（推送氣缸）推出選出該物料，并推入一號料槽;物料傳感器2 為光電傳感器,當(dāng)檢測出相應(yīng)的物料時,反應(yīng)信號送PLC ,PLC 控制執(zhí)行機構(gòu)氣缸2（旋轉(zhuǎn)氣缸）推出選出該物料，并導(dǎo)入二號料槽。
整篇文檔主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。完成總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳感器的選型設(shè)計，控制流程、中心電路的設(shè)計、控制部件的選取及總體安裝等; 軟件設(shè)計，包含I/O接口的調(diào)配確定、控制順序的設(shè)計與調(diào)試。
完成相應(yīng)的硬件接線圖，主要包含PLC接線圖（PLC外部I／O 連接示意圖），I／O分配表，控制回路接線圖，程序設(shè)計流程圖，梯形圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求：A: 分揀出金屬與非金屬
B:分揀出某一塊
C:分揀出金屬中某一塊和非金屬中某一塊
2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：
圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.3 主要控制器件選擇：A:可編程控制器PLC
B:輸入、輸出模塊
C:I/O接口模塊
D:CPU模塊
F:電源模塊
2.4 其余外圍電氣原件選擇簡介： A：空氣壓縮機：空氣壓縮機是一種用以壓縮氣體的設(shè)備，是將原來（通常是電動機）的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的安裝。它主要由氣路循環(huán)系統(tǒng)、旱路循環(huán)系統(tǒng)、油循環(huán)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、屏保護系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)和DTC控制系統(tǒng)等組成。
空氣壓縮機與水泵結(jié)構(gòu)相似，大多數(shù)空氣壓縮機是往返活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。其主要被使用于車輛制動、風(fēng)洞檢驗、油井壓裂、輪胎充氣、噴漆等生產(chǎn)工作中。
B: 傳感器（電感式傳感器、光電式傳感器）: 傳感器（ 英文稱號：transducer/sensor）是一種檢測安裝，能遭受到被測量的信息，并能將遭受到的信息，按必然法則變換成為電信號或其余所需模式的信息輸入，以滿足信息的傳輸、解決、存儲、顯示、記載和控制等要求。
傳感器的特點包含：微型化、數(shù)字化、智能化、多性能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。通常依照其根本感覺性能分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、材料元件、色敏元件等六大類。
C: 傳送帶：傳送帶指裝配在傳送機上用作傳送物件的帶織物。通常分為棉傳送帶、橡膠傳送帶、塑料傳送帶。棉傳送帶普通為4層平紋織物。起初傳送帶輸送機遭到機械制作、電機、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進步的影響，不停地欠缺，逐漸由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)外部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統(tǒng)機械化和自動化不可缺少的組成部分。
D: 氣缸（金屬氣缸、非金屬氣缸）: 氣缸（cylinder）是指在內(nèi)燃機或是外燃機中，讓活塞居于其內(nèi)，可以其高下往返的容器，由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。氣缸有做往返直線靜止的和做往返擺動的兩類；工作時要靠緊縮空氣中的油霧對活塞中止光滑。
E：直流電動機：直流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動機，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子包含：基座，主磁極，換向極，電刷安裝等；轉(zhuǎn)子（電樞）包含：電樞核心，電樞繞組，換向器，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。因其良好的調(diào)速功能而在電力拖動中失去普遍使用，按勵磁模式分為：永磁、他勵和自勵三類。
當(dāng)直流電源經(jīng)過電刷向電樞繞組供電時，電樞外表的N極下導(dǎo)體可能流過相同方向的電流，依照左手定則導(dǎo)體將遭到逆時針方向的力矩作用；電樞表面S極下部分導(dǎo)體也流過相同方向的電流，異樣依照左手定則導(dǎo)體也將遭到逆時針方向的力矩作用。這樣，整個電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時針旋轉(zhuǎn)，輸出的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸入的機械能。
F：金屬限位器：限位器是一種為了保護機器及其運用者的安全安裝，常見于汽車和起重機上。
3 PLC簡介基本結(jié)構(gòu)和工作原理簡介3.1PLC發(fā)展史與簡介：發(fā)展：20世紀70年代初呈現(xiàn)了微計算器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及計算等性能，完成了真正具備計算機特色的工業(yè)控制安裝。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器慣例控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個體計算機發(fā)展起來后，為了便利和反映可編程控制器的性能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。
20世紀70年代中末期，可編程控制器進入適用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已經(jīng)部分引入可編程控制器中，使其性能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更牢靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID性能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的位置。
20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已取得普遍運用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的期間，年增長率不停堅持為30~40%。在這期間，PLC在計算模擬量效率、數(shù)字運算效率、人機接口效率和網(wǎng)絡(luò)效率得到大幅度進步，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些使用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治位置的DCS系統(tǒng)。
20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是越加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需求。這個期間發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的非凡性能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通訊單元，使運用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)施的配套更加容易。
簡介：三菱PLC（英文：Mitsubish ProgrammableLogic Controller），是三菱電機在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。它采取一類可編程的存儲器，用于其外部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、按時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并經(jīng)過數(shù)字或模擬式輸出/輸入控制各種類型的機械或生產(chǎn)進程。三菱PLC在中國市場普遍的有FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、FR-FX2NC、FR-AFR-Q等型號。
3.2 PLC的基本構(gòu)成：一、系統(tǒng)組成，
二、各部分的組成
a． CPU運算和控制核心: 起“心臟”作用, CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU經(jīng)過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。
b．存儲器: 具備記憶性能的半導(dǎo)體電路,分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器:
系統(tǒng)程序存儲器用以寄存系統(tǒng)程序，包含辦理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯解決的解釋編譯程序。由只讀存儲器組成。廠家運用的，內(nèi)容不行更改，斷電不消失。
用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶運用的。斷電內(nèi)容消失。罕用高效的鋰電池作為后備電源，壽命普通為3~5年。
c．輸出 /輸入接口: 輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。
PLC的繼電器輸入接口的三種類型：
繼電器輸入：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載
晶體管輸入：無觸點、壽命長、直流負載
晶閘管輸入：無觸點、壽命長、交流負載
d．編程器：編程器可分為兩種，一種是手持編程器，便利。咱們實驗室運用的就是手持編程器。二種是經(jīng)過PLC的RS232口。與計算機相連。而后敲擊鍵盤。
3.3PLC的根本工作原理：一：PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式：
1．每次掃描進程。集中對輸出信號進行采樣。集中對輸入信號停止刷新。
2．輸出刷新進程。當(dāng)輸出端口封閉時，程序在停止執(zhí)行階段時，輸出端有新狀態(tài)，新形態(tài)不克不及被讀入。只需程序停止下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。
3．一個掃描周期分為輸出采樣，程序執(zhí)行，輸入刷新。
4．元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變動而變動的。
5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)
6．因為采取集中采樣。集中輸入的模式。存在輸出/輸入滯后的現(xiàn)象，即輸出/輸入響應(yīng)延遲。
二：PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別：
1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別：前者工作模式是“串行”，后者工作模式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。
2．PLC與微機區(qū)別：前者工作模式是“循環(huán)掃描”。后者工作模式是“待命或中止”，PLC 編程模式：PLC最突出的優(yōu)點采取“軟繼電器”替代“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”替代“硬件布線邏輯”。PLC編程言語有梯形圖、布爾助記符言語，等等。尤其前兩者為常用。
梯形圖語言特點：
1．每個梯形圖由多個梯級組成。
2．梯形圖中支配兩邊的豎線表現(xiàn)假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級的邏輯運算后果為“1”時，有假想的電流經(jīng)過。
3．繼電器線圈只能呈現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可能呈現(xiàn)無數(shù)次。
4．每一梯級的運算后果，立即被前面的梯級所運用。
5．輸出繼電器受內(nèi)部信號控制。只呈現(xiàn)觸點，不呈現(xiàn)線圈。
3.4PLC的掃描工作模式：PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式；掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令自身占有的功率（3）指令條數(shù)。
3.5PLC的仿真軟件的選擇和說明：PLC的仿真軟件選擇：GX Developer（GXSimulator）
PLC的仿真軟件的說明：GX Developer是三菱公司設(shè)計的在Windows環(huán)境下運用的PLC編程軟件，雖然其版本較多，但其主要性能和運用辦法基本相同，普通選擇三菱的FX系列的PLC，其界面及編程文件均已漢化，性能強大，運用方便，具備豐富的工具箱，擁護在線和離線編程，可能編寫梯形圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序，具備軟元件正文、申明、注解及程序監(jiān)督、故障診斷等多種性能。
GX Simulator是GX Developer的一種插件，專門用于仿真測試，能完成程序的離線仿真PLC調(diào)試。運用時，通過把GX Developer軟件編寫的程序?qū)懭氲紾X Simulator內(nèi)，即可完成通過GX Simulator軟件來仿真調(diào)試程序。但該軟件必需當(dāng)時安裝好GX Developer軟件基礎(chǔ)上能力運用。
4 PLC分揀系統(tǒng)的設(shè)計4.1系統(tǒng)性能的介紹和控制的細節(jié)：自動分揀系統(tǒng)是由零件料倉（金屬零件料倉、非金屬零件料倉）、直流電動機(Y0)、推料缸1(Y1)、光纖傳感器(X0)、運輸皮帶(Y2)、光電傳感器1(X1)、電感傳感器（X2）、推料缸2（Y4）、光電傳感器2（X3）金屬材料限制器（Y3）、電容傳感器(X4)、推料缸3（Y5）、光電傳感器3（X5）開關(guān)電源(X10)、1號料槽、2號料槽、PLC等。
自動分揀系統(tǒng)性能要求如下：（1）、按下啟動開關(guān)（X10），零件料倉中光纖傳感器（X0）檢測是否有工件。（2）、如果零件料倉里有工件，直流電動機推出（Y0），推料氣缸（Y1）推出，將工件推出。（3）、工件推出后，啟動運輸皮帶，當(dāng)工件運行通過光電傳感器（X1）時，推料氣缸縮回。（4）、運輸皮帶（Y2）繼續(xù)運行到工件屬性判別位。（5）、金屬檢測傳感器（電感傳感器X2）對工件進行屬性檢測，如果是金屬工件，置位金屬限位器（Y3），推料氣缸2（Y4）推出，推入1號料槽；如果是非金屬（電容傳感器X4），就直接運輸?shù)酵屏细?（Y5）的位置前，推入2號料槽。（6）、按下關(guān)閉啟動開關(guān)，復(fù)位。
4.2 分揀系統(tǒng)的I/O口清單（I/0分配表）： 表4-1 I/0分配表（PLC分揀控制系統(tǒng)）
表4-2 氣缸名稱注釋表
4.3 PLC分揀系統(tǒng)的電路原理圖：圖4-1電路原理圖
4.4PLC分揀系統(tǒng)的流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：
圖4-2流程圖
狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.gxw
(圖中的X3常閉，改為X4常閉)
圖4-3狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
4.5 梯形圖及部分程序說明：圖4-4梯形圖
梯形圖程序說明：按下啟動開關(guān)，光纖傳感器檢測零件料倉內(nèi)是否有工件，如果有工件，推料氣缸推出工件，光電傳感器檢測到工件時，運輸皮帶推出，當(dāng)工件通過電感傳感器時，運輸皮帶停止推出，料倉內(nèi)停止供貨，金屬工件停在推料氣缸2前面，金屬限位器置位，當(dāng)金屬工件通過1號料槽里的光電傳感器時，金屬限位器及推料氣缸復(fù)位，還有運輸帶推出，料倉內(nèi)繼續(xù)供貨；當(dāng)不是金屬工件時，非金屬工件停在推料氣缸3面前，運輸皮帶停止，料倉內(nèi)停止供貨，當(dāng)非金屬工件通過2號料槽里的光電傳感器時，推料氣缸復(fù)位，運輸帶推出，料倉內(nèi)繼續(xù)供貨，直到全部工件分揀完畢時，再次按下啟動開關(guān)，復(fù)位全部氣缸及金屬限位器和運輸皮帶，關(guān)閉直流電動機。
5 PLC分揀系統(tǒng)的仿真調(diào)試5.1仿真過程說明：按下啟動開關(guān)，光纖傳感器檢測料倉內(nèi)是否有工件，如果有，推出工件，光電傳感器感應(yīng)到工件，運輸帶推出，如果工件是金屬工件，推料氣缸2推出金屬工件，金屬限位器置位；如果工件是非金屬工件，推料氣缸3推出非金屬工件。再次按下啟動開關(guān)時，所有輸出復(fù)位。
附錄A所有零件符號注釋表
附錄BPLC程序指令注釋表
作者: Zz05054517 時間: 2021-4-30 14:58
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