材料分拣装置PLC控制系统.docx
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材料分拣装置PLC控制系统
1.设计内容.....................................................1
2.开题报告.....................................................2
3.第一章.....................................................3
4.第二章.....................................................4
5.第三章.....................................................5
6.程序清单.....................................................6
7.心得体会.....................................................7
8.参考文献.....................................................8
1学生题目之设计内容和要求
1、设计题目：
材料分拣装置的控制系统
2、设计目的：
（1）通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力；
（2）使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的；
（3）使学生掌握工业生产流水线中材料分拣的工作原理。
3、设备及技术数据
1、材料分拣转置工作过程
下面为材料分拣装置的结构示意图。
其工作过程为：
通电状态下，下料时，下料传感器动作，传感器运行，传送带运行，电感传感器检测到铁块材料时，气缸1动作将材料推下。
电容传感器检测到铝块材料时，汽缸2动作将材料推下。
颜色传感器检测到非金属材料黄色块时，汽缸3动作将推下。
其他颜色非金属材料块被传送到SD位置时，汽缸4动作将材料推下。
竖井式下料槽无料时，传送带运行一个程序自动停机。
2、技术数据
输入电压：
AC200-240V
消耗功率：
250W
环境温度范围：
-5----40
4、设计要求
1、控制要求
（1）分拣出金属与非金属
（2）分拣某一颜色块
（3）分拣金属中某一颜色块
（4）分拣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
分拣颜色为：
红、黄、蓝；分拣铁、铝、塑料。
2、设计内容
（1）根据分拣装置工作过程设计功能图表
（2）设计电气控制原理图
（3）进行PLC选型及I/O分配
（4）设计PLC硬件系统
（5）设计控制程序
（6）按要求撰写毕业设计说明书
（7）绘制设计图样
5、参考文献
《PLC编程及应用》机械工业出版社
《工厂电气控制技术》清华大学出版社
《机电类专业毕业设计指南》机械工业出版社
《传感器原理及工程应用》西安科技电子大学出版社
《电子技术及应用》机械工业出版社
2开题报告
本文详细阐述了可编程控制器（PLC）在自动材料分拣系统中的应用。
利用可编程控制器，设计成本低、效率高的材料分拣装置。
以PLC为主控制器，结合气动装置、传感技术等，现场控制材料的自动分拣。
系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且人工劳动强度大大降低，可明显提高劳动生产率。
而且，分检系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对材料的分配和管理。
其设计采用标准化、模块化的组装，系统布局灵活，系统开发简单，维护方便，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需要，受场地等因素的影响不大。
同时，只要对系统稍加修改即可实现各种不同生产线的要求。
关键词:
可编程控制器，分拣装置，PLC控制系统，传感技术，气动技术。
3第一章绪论
1.材料分拣装置的发展介绍：
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器乘坐可编程逻辑控制器（PersonalController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（ProgrammableLogicController）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
随着科学技术的发展，工业自动化程度的不断提高，市场竞争的激烈，传统的人工分拣效率低，成本高，企业竞争力差，已经无法满足现代化生产的需要，因此，企业都切需要改进生产技术，提高生产率，节约成本，增强竞争里。
而编程控制器出现则克服了这些困难，它以为处理器为基础的通用工业控制装置，是自动化控制系统的关键设备。
自动化分检系统具有以下主要特点：
1、能连续、大批量地分拣货物，由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分检系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行一百个小时以上，每个小时可分拣七千件包装商品如用人工则
每小时只能分拣一百五十件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作八小时。
2、分拣误差率极低自动分拣系统的误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这有取决于分拣信息的输入机制，如果采用人共建或语音识别方式输入，则误差率在百分之三以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的本身有差错，否则不会出错。
因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。
3、分拣作业基本实现无人化国外建立自动分拣系统的母的之一就是为了减少人员的使用，减轻工作人员的劳动强度，提高工作人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本上做到无人化：
。
分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用及局限于以下工作：
（1）送货车抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。
（2）由人工控制分拣系统的运行。
（3）分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。
（4）自动分拣系统的经营、管理与维护。
物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续的分拣货物，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。
而且分配拣系统能灵活的与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流，物料信息流的分与管理，其设计采用标准化，模块化的组装，具有系统布局灵活，维护方便等的特点。
材料分拣装置使用了PLC技术，传感器技术，位置控制技术，电气传动和气动技术，是实际工业现场生产设备的微缩模型。
应用PLC结合气动技术，传感器技术和位置控制技术，设计不同的自动分拣控制系统，该系统灵活性较强，程序开发简单，可适用于进行材料分拣的弹性生产线的要求，且可以实现不同材料的自动分拣和归类功能。
本文设计的材料分拣系统可以实现以下功能：
（1）分拣出金属与非金属
（2）分拣某一颜色块
（3）分拣金属中某一颜色块
（4）分拣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
分拣颜色为：
红、黄、蓝；分拣铁、铝、塑料。
2.设计的目的和意义：
①通过毕业设计培养综合运用所学的基础理论，基础知识，基本技能进行分析和解决实际问题的能力。
②通过PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施调试的目的。
③培养分析和解决系统调试运行过程中出现各种实际问题的能力。
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较好的控制效果。
采用可编程控制器PLC进行控制物料分拣，能连续，大批量的分拣货物，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，分拣作业基本是无人化，而且分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物液、物料信息液的分配和管理，其设计采用标准化、模块化的组装、具有系统布局灵活、维护、检修方便等优点且受场地影响不大。
设计任务及原理
1设计任务
通电状态下，下料时，下料传感器动作，传送带运行，电感传感器检测到铁块材料时，汽缸1动作将材料推下，电容传感器检测到铝块材料时，汽缸2动作将材料推下，颜色传感器检测非金属材料为黄色块时汽缸3动作将材料推下。
其它颜色非金属材料块被传送到SD位置时，汽缸4动作将材料推下，竖井式下料槽无料时，传送带运行一个行程自动停机。
2设计原理
根据分拣装置工作过程设计功能表图，设计电气控制原理图，在设计的电气控制原理图的基础上对它进行研究，分析工作过程的每一个环节，再选择合适的PLC类型，编写I/O分配图。
信号板及各传感器位置见（a），（b）。
（a）信号板
（b）接口说明
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
PLC的I/O口
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
M0.0
M0.1
M0.2
对应实物控制
传送带电动机
汽缸1
汽缸2
汽缸3
汽缸4
下料电动机
启动按钮
电容传感器
电感传感器
黄色传感器
其他传感器
光电传感器
中间继电器
中间继电器
中间继电器
4第二章设计分析
材料分拣装置的系统分析：
材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC、传感器、位置控制、电气传动和气动技术，可实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位计算机监控。
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．材料分拣装置能实现如下3种基本功能．
（1）分拣出金属与非金属．
（2）分拣某一颜色块．（3）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块．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依次接受各种传感器检测如果被某种传感器器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行．
控制要求：
（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金属物料时，推汽缸1动作将待测物料推入下料槽．（5）当电容传感器检测到非金属物料时，推汽缸2动作将待测物料推人下料槽．（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作将待测物料推人下料槽．（7）其他物料被送到SD位置时，汽缸4动作将待测物料推入下料槽．（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．检测并分类．当待测物体经下料装置送入传送带依次接受各种传感器检测如果被某种传感器器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行．
控制要求：
（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金属物料时，推汽缸1动作将待测物料推入下料槽．（5）当电容传感器检测到非金属物料时，推汽缸2动作将待测物料推人下料槽．（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作将待测物料推人下料槽．（7）其他物料被送到SD位置时，汽缸4动作将待测物料推入下料槽．（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．
检测元件与执行装置的选择：
①旋转编码器
旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系统的计数器并提供脉冲输入，它转化为位移量，可对传输带上的物料进行位置控制。
传送至相应的传感器时，发出信号到PLC，以进行分拣，也可用来控制步进电机的转速。
②电容传感器
电容传感器属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关，它的测量头通常是构成电容的一个极板，而另一个极板是待测物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。
由此，便可控制开关的接通和断开。
本装置中电容传感器是用于检测非金属物料。
③电感传感器
电感式传感器也属于有开关量输出的位置传感器，也是一种接近式开关，用来检测金属物体。
它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关震荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。
由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通和断，。
④颜色传感器
选用型号为E3S—VS1E4颜色传感器。
此传感器为RGB（红绿蓝）颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。
程序清单：
⑤步进电机
步进电机在控制系统中具有广泛的应用。
它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
a.步进电机的工作原理
该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1四相步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
图2.步进电机工作时序波形图
2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理
b.步进电动机的选择
步进电机步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起．
可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的．同时，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，达到调速的目的．步进电机选用的型号为42BYGH101,其技术参数是：
相数4电感mH5.6重量g0.24Kg电阻Ω8.5电压V6.0电流A0.7环境温度℃—20℃~+50℃。
软件介绍：
可编程控制器的系统软件有两部分，一是编程器的系统软件，二是可编程序控制器的操作软件OS.
编程器常用继电器语言，也叫梯形图符号语言，对可编程序控制器进行编程，用户使用起来非常方便。
为了把使用这种语言编的程序变成可编程序控制器中央处理器所能接受的机器语言，需要通过编译程序才能完成。
这种编译程序存在编程器的ROM存储器中，构成了编程器的系统软件。
可编程控制器内有一个操作系统，主要任务是解读用户程序，执行过程如下图：
根据系统控制要求，可画出如下所示的系统软件流程图．
该系统可选择连续或单次运行工作状态．若为连续运行状态，则系统软件设计流程图中的汽缸4动作后，程序再转到开始；若为单次运行，则汽缸4动作后停机．如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可．应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能．用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离，实现定位功能．定位时，电机停转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理．在汽缸1～3动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数．如果相应的传感器没有检测到物体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续运行到下一位置．如果只对材料的某一特性进行分拣，比如只分拣金属和非金属，则只需对传感器的安放或程序进行修改即可．
系统软件流程图
5第三章设计思想
6程序清单：
ORGANIZATION_BLOCKMAIN:
OB1
TITLE=PROGRAMCOMMENTS
BEGIN
Network1//NetworkTitle
//启动按钮
LDI0.0
OM0.0
ANM0.2
=M0.0
=Q0.6
Network2
LDM0.0
ANQ0.1
ANQ0.2
ANQ0.3
ANQ0.4
=Q0.0
Network3
//铁
LDI0.1
OQ0.1
ANT38
=Q0.1
TONT38,99
Network4
//铝
LDI0.2
OQ0.2
ANT39
=Q0.2
TONT39,99
Network5
//黄
LDI0.3
OQ0.3
ANT40
=Q0.3
TONT40,99
Network6
//其他
LDI0.4
OQ0.4
ANT41
=Q0.4
TONT41,99
Network7
LDNT38
ANT39
ANT40
ANT41
=M0.1
Network8
//最后一个程序
LDM0.1
AI0.5
TONT42,200
Network9
LDT42
OM0.2
AI0.5
=M0.2
END_ORGANIZATION_BLOCK
SUBROUTINE_BLOCKSBR_0:
SBR0
TITLE=SUBROUTINECOMMENTS
BEGIN
Network1//NetworkTitle
//NetworkComment
END_SUBROUTINE_BLOCK
INTERRUPT_BLOCKINT_0:
INT0
TITLE=INTERRUPTROUTINECOMMENTS
BEGIN
Network1//NetworkTitle
//NetworkComment
END_INTERRUPT_BLOCK
7课程设计体会
短短的两周课设已经接近了尾声，从最初的对PLC书本知识到真正的软硬结合，我学到了很多，并且整整体会到理论联系实际的魅力，当把书本知识变成可以运行的系统，你会体会到乐趣所在，有过难得头痛，有过一窍不通，不过最终在老师和同学的帮助下一切困难都迎刃而解，我也对这个软件的操作变得熟练，理解也更上了一个层次，获益匪浅。
感谢老师的指导，为此我们少走了不少弯路，并且真正把握住了要点，记忆更加深刻，以后也会这样踏踏实实的做下去。
相信将来如果从事相关专业的工作，这将是一笔宝贵的财富。
“程序有待改进”
.
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