物料分拣系统.docx
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物料分拣系统
综合课程设计报告书
题目：
PLC物料分拣系统
学院：
机械与电气工程学院
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气13-2
姓名：
***
学号：
*****
指导教师：
****
教师职称：
讲师
2016
年
6
月
16
日
机械与电气工程学院综合课程设计任务书
专业：
电气工程及其自动化班级：
2013-2姓名**学号：
**
综合课程设计题目
PLC物料分拣系统
综合课程设计的任务、要求
一、设计任务
（1）分拣出金属和非金属
（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
二、设计要求
1．查找资料，根据要求的格式，以设计报告书的形式写出设计方案的全过程，操作的步骤、数据以及结论；
2．学习使用Step7-micro_win软件，利用Step7-micro_win完成原理图绘制；
3.学习使用E8000软件，利用E8000画出触摸屏并进行仿真；
参考文献
1、廖常初。
PLC编程及应用
2、肖宝兴。
西门子S7-200PLC的使用经验与技巧
3、周美兰，周封，王岳宇。
PLC电气控制与组态设计
综合课程设计工作进度计划
起讫日期
主要工作内容
2016.06.6-2016.06.6
选题、调研、收集资料
2016.06.7-2016.06.15
软、硬件设计、仿真与调试
2016.06.16-2016.06.17
撰写设计报告书
2016.06.25
综合课程设计答辩
指导教师签名
指导教师：
年月日
教研室意见
负责人：
年月日
PLC物料分拣系统1
摘要1
Abstract2
1绪论3
2设计目的4
3设计要求4
4设计方案5
5系统的硬件设计6
5.1系统的硬件结构6
5.2硬件选择与硬件组态6
5.2.1确定I/O点数6
5.2.2PLC的选择7
5.2.3PLC的输入输出端子分配7
5.2.4PLC的输入输出接线端子图8
5.3检测元件的选择8
5.3.1电感式传感器的选择8
5.3.2电容式传感器的选择9
5.3.3光纤传感器10
5.4执行元件的选择10
5.4.1电机单项可逆永磁同步电机10
5.4.2电磁换向阀11
5.4.3文本显示器11
6控制系统软件设计12
6.1控制系统流程图设计12
6.2控制系统程序设计13
7控制系统调试16
7.1硬件调试16
7.1.1电感传感器的调试16
7.1.2电容传感器的调试16
7.1.3颜色传感器的调试16
7.2软件调试16
7.2.1梯形图调试16
7.2.2触摸屏调试19
总结19
参考文献21
附录22
附录一：
总梯形图22
附录二：
触摸屏设计图27
PLC物料分拣系统
**
摘要
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。
设计目的就是为企业减少劳动力，增加生产速度，大大加大企业的经济效益。
本文主要介绍在自动生产线上通过PLC控制为核心,MCGS组态软件为监控软件，变频器、传感器和电磁阀为电气元件，气缸和电动机为动力设备来实现物料的分拣，然后把物料运输到生产线上。
经过一系列的调试用运行，该设计系统，可以分拣出金属与非金属物件；也可以分拣处不同颜色的物件；也适合一些特殊位置的分拣工作。
自动分拣系统可以根据企业生产线的各种需要对物料进行分拣，具有较大的经济和社会意义。
关键词：
PLC变频器物料分拣
PLCmaterialsortingsystem
Abstract
Automaticsortingsystemisabletoidentifytheitemattributesanditemsfortheautomaticclassificationoftransmissionsystem.Automaticsortingsystemforbythetransmissionsynchronizationimportcompositionofthedevice,toidentifyandcontrolsystems,mechanicalsortinginstitutionsandinformationprocessingsystems,etc.Thedesigngoalisforcompaniestoreducelabor,increaseproductionspeed,andgreatlyincreasetheeconomicefficiencyofenterprises.
ThispaperdescribestheautomaticproductionlinePLCcontrolMCGSconfigurationsoftwareforthemonitoringsoftware,inverter,sensorsandsolenoidvalves,electricalcomponents,cylinderandmotor-poweredequipmenttoachievethesortingofmaterials,thentransportthematerialstoproductionline.
Afteraseriesofdebugginginrunning,thedesignsystem,canbesortingoutthemetalandnon-metalobjects;AndIcansortdifferentcolorsofobjects;Alsosuitableforsomespeciallocationofthesortingwork.automaticsortingsystembasedontheproductionlineavarietyofmaterialsaresorted,havegreatereconomicandsocialsignificance.
Keywords：
PLC、inverter、material、sorting
1.绪论
自动化的程度是工作发展程度的标志，自动分拣正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。
由于全部采用机械自动化作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。
节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。
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，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。
所以分拣装置人PLC控制系统必然会取代人工的分拣工作。
这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。
随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动分拣装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。
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。
材料分拣装置的PLC控制系统利用了PLC技术、位置控制技术、气动技术、传感器技术、电动技术传动技术等，这些技术都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产现场生产设备的一个微小的模型。
本论文主要介绍了材料分拣装置的PLC控制系统的结构、硬件组成、软件控制、程序流程以及软硬件的组装和调试方法。
让大家对材料分拣装置的PLC控制系统有一个较为深入的了解。
2.设计目的
PLC课程设计是电气控制类专业学生需要完成的教学实践任务，计方法，掌握PLC各元器件的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。
基本任务是设计一个物料分拣控制系统。
主要是通过使用PLC语言设计规定任务的电气控制装置，是有关专业教学重要的实践环节。
其主要目的是通过本课程，培养、启发学生的创造性思维，进一步PLC编程及应用的概念，掌握简单PLC编程的设计。
本课题试图开发PLC对物料与分拣物料的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。
采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对物料传感器，气缸进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低了安装和转换工作的费用。
3.设计要求
1按下零点启动按钮，机械手回到原点。
机械手原点位置状态为：
机械手处于皮带位置的垂直上方，机械手爪处于松开状态。
2按下启动按钮，系统开始工作，给料机构动作，送料至传送带，然后根据工件的性质进行分拣，若机械手处于非零点状态，则按下启动按钮，系统不能运行。
3按下停止按钮或急停开关动作时，系统停止，停止指示灯亮。
4.设计方案
方案一
总电源接通后，按下驱动按钮，电机转动并带动传送带运行，当传感器在一分钟后没有检测到物料时，传送带停止，当传感器检测到物料时，检测传送带传送过来的物料是否符合相应的要求，若符合要求，发出信号给PLC，使电磁换向阀得电接通相应触电，对气缸做出动作，推杆推出物料后，自动缩回。
当传感器检测到物料时，发出信号给PLC，检测到金属元件，并到达传送带位置，机械手开始反转运动，按照plc程序继续工作，捡完金属元件后，系统继续工作。
当检测件，传感器出发1号缸动作，推完工件，系统继续工作；当检测到白色工件，传到蓝色工件，传感器出发3号缸动作，推完工件，系统继续工作；当检测到黑色工感器出发2号缸动作，推完工件，系统继续工作；
方案二
总电源接通后，按下驱动按钮，电机转动并带动传送带运行，当传感器在一分钟后没有检测到物料时，传送带停止，当传感器检测到物料时，检测传送带传送过来的物料是否符合相应的要求，若符合要求，发出信号给PLC，使电磁换向阀得电接通相应触电，对气缸做出动作，推杆推出物料后，自动缩回。
当传感器检测到物料时，发出信号给PLC，内部有计数器计数，并在文本显示器显示，本系统采用了四个单独计数器和一个总的计数器。
计数器计满以后，指示灯亮，报警提示。
比如，一个单独计数器计满30个以后指示亮，当物料满30个后，指示灯就亮，重新计数。
5.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。
5.1系统的硬件结构
设计系统的硬件结构框图，如图5.1所示。
图5.1硬件结构框图
5.2硬件选型与硬件组态
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。
5.2.1确定I/O点数
根据控制要求，输入应该有3个开关信号，5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。
有4个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计个10信号。
有一个机械手动作信号。
输出包括控制电动机运行的接触器，以及4个控制汽缸动作的电磁阀。
共需I/O点25个，其中14个输入，11个输出。
5.2.2PLC的选择
根据上面所确定的I/O点数，且该材料分拣装置的控制为开关量控制。
因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。
本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU224型PLC。
它有24个输入点，16个输出点，满足本系统的要求。
5.2.3PLC的输入输出端子分配
地址
描述
地质
描述
I0.0
急停按钮
Q0.0
启动指示灯
I0.1
启动按钮
Q0.1
停止指示灯
I0.2
停止按钮
Q0.2
给料气缸
I0.4
拾料气缸
Q0.3
分拣槽3号推料气缸
I0.5
给料气缸伸出到位
Q0.4
分拣槽2号推料气缸
I0.6
金属材质
Q0.5
分拣槽1号推料气缸
I1.0
分拣3号传感器
Q0.6
机械手升降气缸
I1.1
分拣2号传感器
Q0.7
机械手夹料气缸
I1.2
分拣1号传感器
Q1.0
机械手左移气缸
I1.3
皮带到位
Q1.1
机械手反向移动
I1.4
机械手左限位
Q1.2
皮带电机启动
I1.5
机械手右限位
I1.6
机械手上限位
I1.7
机械手下限位
5.2.4PLC输入输出接线端子图
根据上表可以绘制出PLC的输入输出接线端子图，如下图所示。
5.3检测元件的选择
设计一个好的实用的系统，先择好合适的器件是关键，为了既保系统能安全可靠稳定的工作又能做到最小的经济投入，对器件的选择不能太高也不能太低，要尽量做到合适。
5.3.1电感式传感器的选择
1）原理电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
2）特点电感式传感器具有结构简单,工作可靠,测量精度高,零点稳定,输出功率较大等一系列优点,其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低,不适用于快速动态测量。
3）此次选择的是EJA71M-3010NH型号的电容式接近开关（传感器）,如图：
电感传感器工作原理图
5.3.2电容式传感器的选择
电容传感器也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器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身．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关断．本装置中电容传感器是用于检测非金属物料。
电容式传感器
用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。
通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。
5.3.3光纤传感器
1）原理
将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器。
颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果。
2）特点
①分辨率高；
②无活动触点、可靠度高、寿命长；
③灵敏度高；
④线性度高、重复性好；
⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；
⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差；
⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；
⑧不适用于高频动态测量。
3）此次设计选择的是E3S-VS5E42R型号的光纤开关（传感器）,如图：
5.4执行元件的选择
5.4.1电机单项可逆永磁同步电机
A主要参数
机身直径60MM机身高60MM
功率:
14W旋转方向:
CW/CCW轴径:
7MM轴长:
20MM（可以根据要求定做）
额定电压:
AC12V24V110V220V额定频率:
50/60HZ
额定转速:
2.5/5/10/15/20/30/40/50/60/110RPM60KTYZ
单相可逆永磁同步电动机是一种带有齿轮减速器的小型交流可逆同步电动机。
5.4.2电磁换向阀
1）特性
（1）先导方式：
外部与内部可选；
（2）滑柱式结构，密封性好，反应灵敏；
（3）三位置电磁阀有三种中央功能可供选择；
（4）双头二位置电磁阀具有记忆功能；
（5）内孔采用特殊工艺加工，磨擦阻力小，启动气压低，使用寿命长；
（6）附设手动装置，利于安装调试；
（7）有多种标准电压等级可供选用。
2）安装及使用
（1）使用前注意检查组件在运输过程中是否损坏,然后安装使用;
（2）安装时请注意气体流动方向及接管牙型是否正确。
使用介质必须经过40um滤芯过滤;
（3）请注意安装条件是否符合技术要求（如“电压”、“作动频率”、“工作压力”、“使用温度范围”等）,然後安装使用;
（4）安装时注意气体流动方向,P为进气口、A（B）为工作口、R（S）为排气口;
（5）尽量避免在震动的环境下使用,并注意低温下的防冻措施;
（6）整机调试时,建议先用手动装置调试,然後再通电调试。
3）此次设计选择的是型号为4V210-08的电磁换向阀
5.4.3文本显示器
1）TD400C是S7-200专用的文本显示器，用于查看、监控和修改S7-200用户程序中的过程变量.
2）TD400C是TD200C的升级产品，可显示4行文本，每行最多12个中文字符，分辨率为192×64像素。
TD400C支持两种显示字体和中英文显示。
TD400C有8个功能键，与Shift键配合，最多可以定义16个功能键。
6.控制系统软件设计
软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。
6.1控制系统流程图设计
据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，
6.2控制系统程序设计
1）按下急停S0.0按钮系统全部复位，按下S0.1启动按钮，系统开始工作。
M0.1可以实现自锁功能；机械手回到原位置S1.5后，可使传送带工作；当1号、2号、3号气缸动作1秒后，可使传送带继续工作。
实现一个自动循环的周期。
2）当检测到M4.0金属物件后，触发机械手机械手反转动作，实现机械手自动分拣物料，当机械手反转到达S1.5右限位，机械手开始下降，到达下限位S1.7后机械手夹住工件；夹住后1秒机械手上升，到达上限位S1.6后；机械手向左走，到达左限位S1.4后下降；到达下限位S1.7后机械手松开工件；1秒后机械手回复原位。
触发系统下一个周期的开始。
3）当检测到S1.1白色物料，2号M1.5气缸动作；1秒后触发下一个周期开始。
7.控制系统调试
在PLC软硬件设计完成后，应进行调试工作。
因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方，因此在将PLC连接到现场设备之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
另外，一些硬件如传感器等，在使用前，也需事先调试好。
7.1硬件调试
7.1.1电感传感器的调试
在电感传感器下方的传送带上，放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。
7.1.2电容传感器的调试
在电容传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。
7.1.3颜色传感器的调试
通电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红绿（或蓝）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。
（注：
顺时针旋转检测色温向低端移动，否则反之）
7.2软件调试
将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。
刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。
为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。
按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。
7.2.1梯形图调试
1按下启动按钮，开始自动循环动作
2按下给料开关，给了气缸动作，给料灯亮；
3检测到蓝色物件，1号缸动作。
4检测到金属工件，机械手动作；
5机械反转到右限位
6机械手到达下限位，夹住工件一秒后上升；
7到达上限位后；
8到达左限位后；
9机械手下降并松开工件，然后上升右移。
7.2.2触摸屏调试
西门子人机界面触摸屏面板TP177A是TP170A触摸式面板的创新后续产品，触摸屏面板TP177A使用容易、方便，同时，触摸屏面板TP177A具有提高生产率，最小化工程费用，减少生存周期成本的优势，适用于用于小型机器与设备的操作控制与监控。
不管是加工自动化，还是过程自动化或楼宇自动化，它们在各个部门中有着广泛的应用。
（1）新建简单PLC示例程序，建立外部输入点I0.0,I0.1，辅助继电器M0.0，外部输出点Q0.0，数据寄存器VW0，VW2。
（2）PLC通讯参数设置：
在系统块下，通讯端口设置，设置端口0：
PLC地址2，波特率19.2kbps。
（3）EB8000软件,PLC设备属性通讯参数设置：
通讯参数如波特率等必须与第
（2）步的通讯端口设置一致，
1检测到白色物件，1号缸动作，灯亮；
2检测蓝色物件，2号缸动作，灯亮；
3检测到蓝色工件，3号缸动作，灯亮；
总结
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过合作，我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见；这次课题设计感谢老师废寝忘食的，替我们解决问题。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
参考文献
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