基于PLC的分拣站控制系统设计Word文档格式.docx
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可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。
因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。
YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。
系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。
因此，YL-335B综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。
第一章绪论
1.1引言
在YL-335B型自动生产线分拣单元应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色及材质等。
传感器技术是机电一体化技术的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。
分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。
变频器技术是现代工业应用最为广泛的电气控制技术。
1.2分拣单元的结构和工作过程
分拣单元是YL-335B中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。
使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。
当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。
分拣单元主要结构组成为：
传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等。
其中，机械部分的装配总成如图1-1所示。
图1-1分拣单元的机械结构总成
1、传送和分拣机构
传送和分拣机构主要由传送带、出料滑槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。
传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。
传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。
导向器是用纠偏机械手输送过来的工件。
两条物料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。
传送和分拣的工作原理：
当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。
自动生产线的加工结束。
2、传动带驱动机构
传动带驱动机构机构如图1-2所示。
采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。
它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。
图1-2传动机构
三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制，其作用是带传送带从而输送物料。
电机支架用于固定电动机。
联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。
3、电磁阀组和气动控制回路
分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。
这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。
本单元气动控制回路的工作原理如图1-3所示。
图中1A、2A和3A分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。
1B1、2B1和3B1分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。
1Y1、2Y1和3Y1分别为控制3个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。
图1-3分拣单元气动控制回路工作原理图
第二章相关知识点
2.1旋转编码器概述
旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。
典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1-4所示；
通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
图1-4旋转编码器原理示意图
一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。
自动线上常采用的是增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；
A、B两组脉冲相位差90，用于辩向：
当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。
Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
如图1-5所示。
图1-5增量式编码器输出的三组方波脉冲
YL-335B分拣单元使用了这种具有A、B两相90º
相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。
编码器直接连接到传送带主动轴上。
该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC12～24V。
本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC（S7-224XPAC/DC/RLY主单元）的高速计数器输入端。
计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。
分拣单元主动轴的直径为d=43mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d=3.14×
43=136.35mm。
故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273mm。
按如图1-6所示的安装尺寸，当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出430个脉冲；
移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；
移至第二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；
移至第二个推杆中心点时，约发出1284个脉冲。
图1-6传送带位置计算用图
应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。
实际上各种误差因素避
免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。
因此理论计算值只能作为估算值。
脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。
因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。
现场测试脉冲当量的方法，如何对输入到PLC的脉冲进行高速计数，以计算工件在传送带上的位置，将结合本项目的工作任务，在PLC编程思路中介绍。
2.2西门子MM420变频器简介
2.2.1MM420变频器的安装和接线
西门子MM420（MICROMASTER420）是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。
该系列有多种型号。
YL-335B选用的MM420订货号为6SE6420-2UD17-5AA1，外形如图2-1所示。
该变频器额定参数为：
•电源电压：
380V～480V，三相交流
•额定输出功率：
0.75KW
•额定输入电流：
2.4A
•额定输出电流：
2.1A
•外形尺寸：
A型
•操作面板：
基本操作板（BOP）
图2-1变频器外形
1、MM420变频器的安装和拆卸
在工程使用中，MM420变频器通常安装在配电箱内的DIN导轨上，安装和拆卸的步骤如图2-2所示。
图2-2MM420变频器安装和拆卸的步骤
•安装的步骤：
①用导轨的上闩销把变频器固定到导轨的安装位置上。
②向导轨上按压变频器，直到导轨的下闩销嵌入到位。
•从导轨上拆卸变频器的步骤：
①为了松开变频器的释放机构，将螺丝刀插入释放机构中。
②向下施加压力，导轨的下闩销就会松开。
③将变频器从导轨上取下。
2、MM420变频器的接线
打开变频器的盖子后，就可以连接电源和电动机的接线端子。
接线端子在变频器机壳下盖板内，机壳盖板的拆卸步骤如图图2-3所示。
图2-3机壳盖板的拆卸步骤
拆卸盖板后可以看到变频器的接线端子如图2-4所示.
图2-4MM420变频器的接线端子
⑴变频器主电路的接线
YL-335B分拣单元变频器主电路电源由配电箱通过自动开关QF单独提供一路三相电源供给，连接到图2-4的电源接线端子，电动机接线端子引出线则连接到电动机。
注意，接地线PE必须连接到变频器接地端子，并连接到交流电动机的外壳。
⑵变频器控制电路的接线见图2-5
图2-5MM420变频器方框图
2.2.2MM420变频器的BOP操作面板
图2-6是基本操作面板（BOP）的外形。
利用BOP可以改变变频器的各个参数。
BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。
参数的信息不能用BOP存储。
图2-6BOP操作面板
基本操作面板（BOP）备有8个按钮，表2-1列出了这些按钮的功能。
表2-1基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能
2.2.3MM420变频器的参数
1、参数号和参数名称
参数号是指该参数的编号。
参数号用0000到9999的4位数字表示。
在参数号的前面冠以一个小写字母“r”时，表示该参数是“只读”的参数。
其它所有参数号的前面都冠以一个大写字母“P”。
这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”范围内进行修改。
[下标]表示该参数是一个带下标的参数，并且指定了下标的有效序号。
通过下标，可以对同一参数的用途进行扩展，或对不同的控制对象，自动改变所显示的或所设定的参数。
2、参数设置方法
用BOP可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小和最大频率等。
选择的参数号和设定的参数值在五位数字的LCD上显示。
更改参数的数值的步骤可大致归纳为①查找所选定的参数号；
②进入参数值访问级，修改参数值；
③确认并存储修改好的参数值。
图2-5说明如何改变参数P0004的数值。
按照图中说明的类似方法，可以用‘BOP’设定常用的参数。
参数P0004（参数过滤器）的作用是根据所选定的一组功能，对参数进行过滤（或筛选），并集中对过滤出的一组参数进行访问，从而可以更方便地进行调试。
P0004可
能的设定值如表2-2所示，缺省的设定值=0。
表2-2参数P0004的设定值
假设参数P0004设定值=0，需要把设定值改为3。
改变设定值步骤如表2-3所示。
表2-3改变参数P0004设定数值的步骤
2.2.4MM420变频器的参数访问
MM420变频器有数千个参数，为了能快速访问指定的参数，MM420采用把参数分类，屏蔽（过滤）不需要访问的类别的方法实现。
实现这种过滤功能的有如下几个参数：
⑴上面所述的参数P0004就是实现这种参数过滤功能的重要参数。
当完成了P0004的设定以后再进行参数查找时，在LCD上只能看到P0004设定值所指定类别的参数。
⑵参数P0010是调试参数过滤器，对与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与特定功能组有关的参数。
P0010的可能设定值为：
0（准备），1（快速调试），2（变频器），29（下载），30（工厂的缺省设定值）；
缺省设定值为0。
⑶参数P0003用于定义用户访问参数组的等级，设置范围为1～4，其中：
“1”标准级：
可以访问最经常使用的参数。
“2”扩展级：
允许扩展访问参数的范围，例如变频器的I/O功能。
“3”专家级：
只供专家使用。
“4”维修级：
只供授权的维修人员使用—具有密码保护。
该参数缺省设置为等级1（标准级），对于大多数简单的应用对象，采用标准级就可以满足要求了。
用户可以修改设置值，但建议不要设置为等级4（维修级），用BOP或AOP操作板看不到第4访问级的参数。
例1用BOP进行变频器的“快速调试”
快速调试包括电动机参数和斜坡函数的参数设定。
并且，电动机参数的修改，仅当快速调试时有效。
在进行“快速调试”以前，必须完成变频器的机械和电气安装。
当选择P0010=1时，进行快速调试。
表2-4是对应YL-335B上选用的电动机（型）的电动机参数设置表。
表2-4设置电动机参数表
快速调试的进行与参数P3900的设定有关，当其被设定为1时，快速调试结束后，要完成必要的电动机计算，并使其他所有的参数（P0010=1不包括在内）复位为工厂的缺省设置。
当P3900=1并完成快速调试后，变频器已作好了运行准备。
例2：
将变频器复位为工厂的缺省设定值
如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，通常采用首先把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，再重新调试的方法。
为此，应按照下面的数值设定参数：
①设定P0010=30，②设定P0970=1。
按下P键，便开始参数的复位。
变频器将自动地把它的所有参数都复位为它们各自的缺省设置值。
复位为工厂缺省设置值的时间大约要60秒钟。
2.2.5常用参数设置举例
1、命令信号源的选择（P0700）和频率设定值的选择（P1000）
⑴P0700：
这一参数用于指定命令源，可能的设定值如表2-5所示，
缺省值为2。
表2-5P0700的设定值
注意，当改变这一参数时，同时也使所选项目的全部设置值复位为工厂的缺省设置值。
例如：
把它的设定值由1改为2时，所有的数字输入都将复位为缺省的设置值。
⑵P1000：
这一参数用于选择频率设定值的信号源。
其设定值可达0～66。
缺省的设置值为2。
实际上，当设定值≥10时，频率设定值将来源于2个信号源的叠加。
其中，主设定值由最低一位数字（个位数）来选择（即0到6），而附加设定值由最高一位数字（十位数）来选择（即x0到x6，其中，x=1－6）。
下面只说明常用主设定值信号源的意义：
0：
无主设定值
1：
MOP（电动电位差计）设定值。
取此值时，选择基本操作板（BOP）的按键指定输出频率。
2：
模拟设定值：
输出频率由3-4端子两端的模拟电压（0—10V）设定。
3：
固定频率：
输出频率由数字输入端子DIN1～DIN3的状态指定。
用于多段速控制。
5：
通过COM链路的USS设定。
即通过按USS协议的串行通讯线路设定输出频
率。
3、电机速度的连续调整
变频器的参数在出厂缺省值时，命令源参数P0700=2，指定命令源为“外部I/O”；
频率设定值信号源P1000=2，指定频率设定信号源为“模拟量输入”。
这时，只须在AIN+（端子③）与AIN-（端子④）加上模拟电压（DC0～10V可调）；
并使数字输入DIN1信号为ON，即可启动电动机实现电机速度连续调整。
例1模拟电压信号从变频器内部DC10V电源获得。
按图2-3（MM420变频器方框图）的接线，用一个4.7K电位器连接内部电源+10V端（端子①）和0V端（端子②），中间抽头与AIN+（端子③）相连。
连接主电路后接通电源，使DIN1端子的开关短接，即可启动/停止变频器，旋动电位器即可改变频率
实现电机速度连续调整。
电机速度调整范围：
上述电机速度的调整操作中，电动机的最低速度取决于参数
P1080（最低频率）,最高速度取决于参数P2000（基准频率）。
参数P1080属于“设定值通道”参数组（P0004=10），缺省值为0.00Hz。
参数P2000是串行链路，模拟I/O和PID控制器采用的满刻度频率设定值，属于“通讯”参数组（P0004=20），缺省值为50.00Hz。
如果缺省值不满足电机速度调整的要求范围，就需要调整这2个参数。
另外需要指出的是，如果要求最高速度高于50.00Hz，则设定与最高速度相关的参数时，除了设定参数P2000外，尚须设置参数P1082（最高频率）。
参数P1082也属于“设定值通道”参数组（P0004=10），缺省值为50.00Hz。
即参数P1082限制了电动机运行的最高频率[Hz]。
因此最高速度要求高于50.00Hz的情况下，需要修改P1082参数。
电动机运行的加、减速度的快慢，可用斜坡上升和下降时间表征，分别由参数
P1120、P1121设定。
这两个参数均属于“设定值通道”参数组，并且可在快速调试时设定。
P1120是斜坡上升时间，即电动机从静止状态加速到最高频率（P1082）所用的时间。
设定范围为0～650秒，缺省值为10秒。
P1121是斜坡下降时间，即电动机从最高频率（P1082）减速到静止停车所用的时间所用的时间。
注意：
如果设定的斜坡上升时间太短，有可能导致变频器过电流跳闸；
同样，如果设定的斜坡下降时间太短，有可能导致变频器过电流或过电压跳闸。
例2模拟电压信号由外部给定，电动机可正反转。
为此，参数P0700（命令源选择），P1000（频率设定值选择）应为缺省设置，即P0700=2（由端子排输入），P1000=2（模拟输入）。
从模拟输入端③（AIN+）和④（AIN-）输入来自外部的0～10V直流电压（例如从PLC的D/A模块获得），即可连续调节输出频率的大小。
用数字输入端口DIN1和DIN2控制电动机的正反转方向时，可通过设定参数P0701、P0702实现。
例如，使P0701=1（DIN1ON接通正转，OFF停止），P0702=2（DIN2ON接通反转，OFF停止）。
4、多段速控制
当变频器的命令源参数P0700=2（外部I/O），选择频率设定的信号源参数P1000=3（固定频率），并设定数字输入端子DIN1、DIN2、DIN3等相应的功能后，就可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态实现电机速度的有级调整。
这种控制频率的方式称为多段速控制功能。
选择数字输入1（DIN1）功能的参数为P0701，缺省值=1
选择数字输入2（DIN2）功能的参数为P0702，缺省值=12
选择数字输入3（DIN3）功能的参数为P0703，缺省值=9
为了实现多段速控制功能，应该修改这3个参数，给DIN1、DIN2、DIN3端子赋予相应的功能。
参数P0701、P0702、P0703均属于“命令，二进制I/O”参数组（P0004=7），可能的设定值如表2-6所示。
表2-6参数P0701、P0702、P0703可能的设定值
由表2-5？
可见，参数P0701、P0702、P0703设定值取值为15，16，17时，选择固定频率的方式确定输出频率（FF方式）。
这三种选择说明如下：
①直接选择（P0701—P0703=15）
在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。
如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是
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