基于plc的物料分拣系统设计.docx
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基于plc的物料分拣系统设计
金华职业技术学院
JINHUACOLLEGEOFVOCATIONANDTECHNOLOGY
毕业教学环节成果
（2012届）
题目基于PLC的物料分拣
控制系统设计（软件）
学院信息工程学院
专业电气自动化技术
班级自动化091
学号200931010350125
姓名李飞龙
指导教师黄敏
2012年5月20日
金华职业技术学院毕业教学成果
目录
摘要1
英文摘要.1
引言：
2
1自动化立体仓库控制系统的整体结构3
1.1设计思想3
1.2控制要求3
1.3系统构成3
2系统主要器件及功能特点4
2.1可编程控制器4
2.2变频器5
2.3传感器6
3硬件系统设计7
4程序设计9
4.1自动9
4.2手动12
4.3系统统调14
结论与谢辞：
15
附件1程序清单17
附件2实物照片18
基于PLC的物料分拣控制系统设计（软件）
信息工程学院电气自动化技术专业李飞龙
摘要:
自动化物料分解系统具有高效、可靠、操作方便的优点为越来越多的使用者接受，
应用也日益广泛。
本设计对可编程控制器、变频器、交流电机在自动化物料分解系统堆
垛机中的应用进行了探讨。
本文简述以三菱Q系列可编程控制器，用变频器控制传送带，
利用电磁阀控制气缸使电磁阀完成伸缩动作的物料分解系统。
关键词:
物料分解PLC变频器
PLCbasedmaterialsortingcontrolsystemdesign（software）
（MajorofElectronicAutomatizationTechnology,InformationandEngineeringcollege,JinHuaCollegeofVocationAndTechnology,LiFeilong）
Abstract:
automatedmaterialdecompositionsystemhastheadvantagesofhighefficiency,reliableoperation,convenientformoreandmoreacceptedbyusers,iswidelyused.Thedesignoftheprogrammablecontroller,inverter,ACmotorintheautomaticmaterialdecompositionsystemstackerdiscussedtheapplication.ThispaperbrieflydescribestheMitsubishiQseriesprogrammablecontroller,frequencyconvertercontrolconveyorbelt,usingelectromagneticvalvecontrolcylinderelectromagneticvalvetocompletetheextensionforkactionmaterialdecompositionsystem.
Keywords:
materialdecomposedPLCconverter
引言：
我国分拣设备的研发和应用起步较晚，与国外相比约晚20年左右。
前期主要受
历史因素影响，相当长的时期内只停留在研究和中试阶段，改革开放以来，通过国外产
品引进及与国外专业厂商技术合作与交流，引入了国外先进技术和理念，国内对分拣设
备的研制越来越成熟，应用也越来越多。
早期主要应用于在邮政行业，生产和流通领域
运用的并不是太多。
近几年，输送分拣系统由于它能有效地解决生产分拣过程人工作业
运行成本高、效率低等弊病，所以应用越来越广泛。
传统的自动分拣系统，由于当时的技术水平不高，分拣的种类不多和分拣精度不
高，再加上PLC技术、位置控制技术、气动技术都不够完善。
所以应用到实际生产效果
不是很明显。
传统的材料分拣都是通过人工来进行分拣的，这样一来不但增加了人员的
成本，而且分练速度和精确度都得不到保障。
生产过程的条件可能会很恶劣，生产工不
可能都能在该环境作业，所以物料分拣系统能发挥其功效，材料自动分拣系统能连续、
大批量地分拣货物，由于采用流水线自动作业方式，并不受气候、环境、时间、人的体
力等的限制，可以连续运行。
THFCL-1型材料分拣实物教学模型，是涵盖了PLC技术，
位置控制技术、气动技术有机结合成一体的教学仪器。
随着PLC技术、位置控制技术、
气动技术的发展，机械化程度的逐步提高，分工也越来越细，材料分拣实物教学模型能
够应用到该领域，对于生产过程中需要重复分拣某些特征明显物料有重要的现实意义。
并通过通信电缆实现与上位机的通信，上位机采用组态软件设计监控系统。
从而可减少
成本和提高劳动生产率。
THFCL-1型材料分拣实物教学模型采用三菱公司FX2n微型可编程控制器作为控
制的核心,根据分拣系统传感器返回的信号结合PLC里的程序，可设定分拣某种金属或
非金属物料和某种颜色的物料，并能将传感器的数据利用FX2n微型可编程控制器的通
信电缆与上位机串口通信,从而实现在上位PC机观察材料分拣状态。
1自动化立体仓库控制系统的整体结构
1.1设计思想
设计一种基于三菱PLC控制的物料分拣自动化控制系统，该控制系统主要的功能
是完成对不同材料（金属和非金属）物品的准确判断，并通过电磁阀控制推手动作，将
不同物料分拣至指定位置,如图1-1所示：
图1-1系统原理图
1.2控制要求
1.该装置的传动带由交流电机控制，其逆时针和顺时针旋转运动由电机的正反转控制；三个执行机构（送料推手，金属物品分拣推手和非金属物品分拣推手）的推出和返回均由气压驱动，并由电磁阀控制；装置中同时包含2个传感器（电磁传感器和红外探头）用来检测金属与非金属物品。
2.交流电机由经PLC设置的变频器控制，可以实现正确的运动方向和合适的工作频率。
3.两个传感器的安装位置合适，可以正确实现金属和非金属物品的检测。
4.该系统设置了手动工作方式和自动工作方式。
自动方式又分为单步、单周期、连续三种工作方式。
手动相当于点动控制。
1.3系统构成
本系统由可编程控制器、变频器、交流电机及电磁阀等组成。
2系统主要器件及功能特点
2.1可编程控制器
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称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic
Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这
种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程
控制器简称PLC，如图2-1所示。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从
编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并
能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各
输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取
用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区
或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态
或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或
采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
本系统中使用的可编程控制器Q00UJ-S8为日本三菱公司生产的一款中大型PLC，
实物如图2-1所示。
Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上发展过来的中、大型
PLC系列产品，Q系列PLC采用了模块化的结构形式，系列产品的组成与规模灵活可变，
最大输入输出点数达到4096点；最大程序存储器容量可达252K步，采用扩展存储器后
可以达到32M；基本指令的处理速度可以达到34ns；其性能水平居世界领先地位，可以
适合各种中等复杂机械、自动生产线的控制场合。
Q系列PLC的基本组成包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。
通过扩展基板与I/O模块可以增加I/O点数，通过扩展储存器卡可增加程序储存器容量，通过各种特殊功能模块可提高PLC的性能，扩大PLC的应用范围。
Q系列PLC可以实现多CPU模块在同一基板上的安装，CPU模块间可以通过自动
刷新来进行定期通信或通过特殊指令进行瞬时通信，以提高系统的处理速度。
特殊设计
的过程控制CPU模块与高分辨率的模拟量输入/输出模块，可以适合各类过程控制的需
要。
最大可以控制32轴的高速运动控制CPU模块，可以满足各种运动控制的需要。
图2-1QPLC
2.2变频器
变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通
过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交
流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等
组成。
通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其
所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，
如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常
广泛的应用。
电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。
为了产生可变的电压
和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。
把直流
电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。
一般逆变
器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变为频率可调、
电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相
异步电动机调速用，又叫变频调速器。
对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求
较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。
一
般变频电源是变频器价格的15－－20倍。
由于变频器设备中产生变化的电压或频率的
主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：
变频器，如图
2-2所示：
图2-2变频器
2.3传感器
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：
“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：
例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
3硬件系统设计
硬件部分主要有：
可编程控制器、变频器、电源模块、交流电机、气泵、电磁阀等组成，如图3-1和图3-2所示：
图3-1实物图
图3-2实物图
I/O分配表，如表3-4所示：
表3-4i/o分配表
元件
输入
功能
元件
输入
功能
SB5
X0
切换为手动模式
SB6
X0B
自动的启动
SB10
X1
切换为自动模式
SB7
X0C
自动的停止
一号前限
X2
判断推金属的推杆是否到达预定位置
SB8
X0D
自动的单步动作
二号前限
X3
判断推非金属的推杆是否到达预定位置
SB9
X0E
自动的单周期动作
供料前限
X4
判断供料的推杆是否到达预定位置
元件
输出
功能
金属传感器
X5
判断是否有金属到达
一号电磁阀
Y10
控制推金属推杆气泵的通断
光纤传感器
X6
判断是否有非金属到达
供料电磁阀
Y11
控制供料推杆气泵的通断
SB1
X7
手动供料
二号电磁阀
Y12
控制推非金属推杆气泵的通断
SB2
X8
手动传送带运动
STF
Y20
控制电动机正转启动
SB3
X9
手动推金属
MRS
Y21
控制电动机停止工作
SB4
X0A
手动推非金属
RH
Y22
控制电动机转速
元器件选型，如下表所示：
表3-3i/o元器件选型
4程序设计
根据要求有自动和手动两种工作方式（采用顺序编程法）。
自动控制工作流程：
启动→供料→传送带运转→接近传感器探测若为金属，则传送带停止，金属推杆动作→接近传感器探测有物体，则传送带停止，非金属推杆作→供料。
手动控制工作流程：
供料按钮→供料电磁阀动作；金属推杆按钮→金属推杆动作；非金属推杆按钮→
非金属推杆动作；传送带按钮→传送带动作→传送带停止（检测到物体或再一次按下传
送带按钮）。
4.1自动
自动工作过程是：
按下自动键，再按启动，供料（电磁阀动作），然后传送带运转，待检测到东西传送带停止，如果是金属则推金属的电磁阀动作，如果是非金属则非金属电磁阀动作，如图4-13所示。
1.自动连续工作：
按下自动键后，按启动进入下一步,进入自动运行模式，如图4-1所示：
图4-1程序
2.供料推杆动作，物料送到传送带上，如图4-2所示：
图4-2程序
3.当触到供料前限，供料推杆缩回，如图4-3所示：
图4-3程序
4.定电器开始计时，计时2秒，如图4-4所示：
图4-4程序
5.定时器计时2秒到时，在期间供料推杆有足够时间缩回，如图4-5所示：
图4-5程序
6.传送带开始运行，传送带上的物品被带动起来，如图4-6所示：
图4-6程序
7.如果检测到物体进入下一步，传送带停止运作，推杆准备动作，如图4-7所示：
图4-7程序
8.如果检测金属物体，一号电磁阀动作，并将传送带上的物料推到框内，如图4-8所示：
图4-8程序
9.金属推杆碰到一号前限，一号电磁阀缩回，如图4-9所示：
图4-9程序
10.如果检测到是非金属物体，则二号电磁阀准备动作，如图4-10所示：
图4-10程序
11.则二号电磁阀动作，将物料推到传送带上，如图4-11所示：
图4-11程序
12.二号电磁阀碰触到二号电前限时，二号电磁阀缩回，如图4-12所示：
图4-12程序
如果按下停止键，则不管执行到哪一步骤都会立刻停止下来，相当所于有都至0。
单周期：
按下自动键后，按单周期进入下一步。
供料推杆动作，当触到供料前限碰，供料推杆缩回，进入下一步。
时间继电器开始计时，时间继电器计时到时，进入下一步。
传送带开始运行，如果检测到物体进入下一步，传送带停止运作。
如果检测金属物体，一号电磁阀动作，当触到一号碰前限，一号电磁阀缩回，进入下一步。
如果检测到时非金属物体，则二号电磁阀动作，碰触到二号电前限，二号电磁阀缩回。
完成了整个分拣动作，全部复位。
单步：
按下自动键后，按单步进入下一步。
供料推杆动作，当触到供料前限碰，供料推杆缩回，按下单步键，进入下一步。
时间继电器开始计时，时间继电器计时到时，按下单步键，进入下一步。
传送带开始运行，如果检测到物体，传送带停止运作，按下单步键，进入下一步。
如果检测金属物体，一号电磁阀动作，当触到一号碰前限，一号电磁阀缩回，按下单步键，完成了整个分拣过程。
如果检测到时非金属物体，则二号电磁阀动作，当碰触到二号电前限，二号电磁阀缩回。
完成了整个分拣动作。
图4-13自动程序
4.2手动
手动工作过程，如图4-27所示。
1.按下供料按钮，供料推杆准备动作，如图4-14所示：
图4-14程序
2.供料电磁阀动作，如图4-15所示：
图4-15程序
3.当供料电磁阀碰触到供料前限时，准备电磁阀缩回，如图4-16所示：
图4-16程序
4.按下金属按钮，金属推杆准备动作，如图4-17所示：
图4-17程序
5.金属推杆动作，如图4-18所示：
图4-18程序
6.当金属推杆碰触到一号前限，则供料推杆缩回，如图4-19所示：
图4-19程序
7.按下非金属按钮，非金属推杆准备动作，如图4-20所示：
图4-20程序
8.非金属推杆动作，如图4-21所示：
图4-21程序
9.当非金属推杆碰触到二号前限，则非金属推杆缩回，如图4-22所示：
图4-22程序
10.按下传送带按钮，传送带准备动作，如图4-23所示：
图4-23程序
11.传送带动作，如图4-24所示：
图4-24程序
12.如果再次按下传送带按钮，传送带停止动作，如图4-25所示：
图4-25程序
13.或者传感器检测到物体，传送带停止动作，如图4-26所示：
图4-26程序
图4-27手动程序
4.3系统统调
主电路用0.75平方毫米的多芯铜线连接，控制系统用0.5平方毫米的多芯铜线连接，并在线头压好Y型接头，以保证接头有良好的电气接触性能。
线头全部用号码管套起来，并做好整个系统的接地，保证系统有良好的电气抗干扰性能。
通电，并分别那不同的按钮看动作的执行情况。
例如自动运行模式，按下自动按钮，接着按下启动按钮。
物料分拣系统，供料推杆开始供料，接着传送带转动。
当检测到金属或非金属物品时，传送带停止运转。
如果检测到的是金属则金属推杆动作，如果检测到是非金属则非金属推杆动作。
之后又开始供料，动作如此无限循环下去。
结论与谢辞：
该物料分拣装置主要有物料分拣装置、PLC控制系统等组成。
整个系统采用开放
式结构，控制系统采用模块化设计，主要由PLC模块、变频器、电源模块、按钮模块等部分组成。
最终实现了:
手动工作方式和自动工作方式。
自动方式又分为单步、单周期、连续三种工作方式。
在本毕业设计中熟练掌握了对PLC基本指令，传感器的应用、气动技术应用以及实际接线技能操作。
本系统能顺利完成和指导老师的细心指导是分不开的，在此特别感谢张娴老师、张小杭老师和黄敏老师在本系统制作中对我的耐心指导，谢谢！
时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在一些缺点和错误。
恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！
参考文献
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清华大学出版社2009
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电子工业出版社2000
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中国电力出版社2009
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机械工业出版社2011
附件1．程序清单
附件2．实物照片
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