基于PLC的材料分揀裝置設計

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1、基于PLC的材料分揀裝置設計 學號__200604033098 密級___________________ 武漢大學東湖分校本科畢業(yè)論文 基于PLC的材料分揀裝置設計 二○一○年五月 鄭 重 聲 明 本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得

2、的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。 本人簽名： 日 期： 摘 要 隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)越來越復雜，傳統(tǒng)控制科學面臨著新的挑戰(zhàn)。PLC以其體積小、功能齊全、價格低廉和可靠性高等方面具有獨特的優(yōu)點，在各個領域獲得了廣泛應用。PLC的使用大大提高了控制系統(tǒng)的

3、可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障。如何在PLC自動控制領域充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，是目前自動控制學科的重要課題之一。 本課題正是在這樣的背景下，圍繞基于PLC的材料分揀裝置設計展開研究。論文首先敘述了PLC的材料分揀裝置的發(fā)展背景、現(xiàn)狀和發(fā)展方向。然后，說明了PLC自動分揀控制系統(tǒng)工作原理和與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別。 本文詳細敘述了一種基于PLC的材料分揀裝置設計及自動控制編程，以及怎樣通過PLC程序設計來實現(xiàn)材料分揀和自動控制。其電路結構簡單，投資少（可利用原有設施改造），分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準確、可靠性高及系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。

4、 關鍵詞：PLC；材料分揀；自動控制；傳感器 ABSTRACT With the rapid development of science and technology, modern industrial control systems become more complicated, the traditional control of science is facing new challenges. PLC with its small size, full-featured, low cost and high rel

5、iability has unique advantages, in various fields has been applied widely. The use of PLC control system greatly improved the reliability and automation level, providing a more reliable production and protection. How to give full play to PLC automatic control advantages, is an important subject in o

6、ne of the automatic control. This topic is in this context, the surrounding material sorting device based on PLC design of a study. Paper first describes the material sorting device PLC backs the development, current status and future directions. Then, show the work of PLC control system for autom

7、atic sorting principle and the difference between traditional relays. This paper describes the material sorting based on PLC control device design and programming, PLC programming and how to achieve by material sorting and automatic control. The circuit structure is simple, less investment (transf

8、ormation of existing facilities can be used), sorting system is not only a high degree of automation, but also changes with the online features, flexibility, accurate data acquisition system with high reliability and system cost low. Keywords: PLC；material sorting；automatic control；sensor

9、 目 錄 摘 要 I 關 鍵 詞 I ABSTRACT II Keywords II 第1章 緒 論 1 1.1 PLC材料分揀裝置的研究背景 1 1.2 PLC材料分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀 1 1.3 PLC材料分揀系統(tǒng)的發(fā)展方向 1 1.3.1系統(tǒng)集成 2 1.3.2工藝創(chuàng)新 2 1.3.3自動分撿機 2 第2章 PLC材料分揀系統(tǒng)的硬件設計 4 2.1 PLC自動分揀控制系統(tǒng)工作原理 4 2.2 系統(tǒng)的硬件配置 5 2.3系統(tǒng)的運行方式 6 2.4 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型 6 2.4.1 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別

10、7 2.4.2 PLC設計選型的一般原則 7 2.5鐵傳感器的選用 8 2.6鋁傳感器的選用 8 2.7顏色傳感器的選用 10 2.8光電傳感器的選用 10 2.9 氣壓傳動裝置選用 10 2.9.1氣源裝置 10 2.9.2氣壓發(fā)生裝置 11 2.9.3冷卻器 12 2.9.4儲氣罐 12 2.9.5氣動控制裝置 13 2.10限位開關的選用 13 2.11熔斷器的選用 13 2.12電動機的選用 13 第3章 PLC自動控制的軟件設計 15 3.1 系統(tǒng)程序流程 15 3.2 系統(tǒng)I/O分配 17 3.3 系統(tǒng)功能表圖 18 3.4 材料分揀裝置PLC

11、梯形圖 19 第4章 總結與展望 21 4.1 總結 21 4.2 未來展望 21 參考文獻 23 致 謝 24 附 錄A 材料分揀裝置PLC梯形圖 25 36 第1章 緒 論 1.1 PLC材料分揀裝置的研究背景 隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制幾乎擴展到所有工業(yè)領域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場要求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品[1]。為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的看著系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程控

12、制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是順應著一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。 PLC的應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化系統(tǒng)的主要設備之一。PLC已經廣泛的應用于各種機械設備和生產過程的自動化控制中，PLC在其他領域，例如民用個家庭自動化也得到了迅速的發(fā)展。而在眾多工業(yè)生產領域中，對不同的材料進行分揀，以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動控制程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障。本文在此介紹一種采

13、用可編程控制器（PLC）對材料自動分揀的一種方法，其電路結構簡單，投資少（可利用原有設施改造），自動分揀系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強。 本控制系統(tǒng)是一簡單的材料分揀控制系統(tǒng)，在本系統(tǒng)的基礎上，可以將之改進為物流分揀系統(tǒng)、自動分揀機，從而服務于人們的日常生活中。 1.2 PLC材料分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀 隨著生產趨于個性化、集約化，許多企業(yè)開始加深對物流的認識及其價值的深度挖掘，通過物流建設降低成本，提升競爭力。自動化物流系統(tǒng)逐漸應用于煙草、制造、家電、醫(yī)藥、食品、圖書等領域。隨著物流市場需求的增長，國內物流系統(tǒng)及裝備供應商通過自主技術創(chuàng)新、引進消化吸收，從起初低端技術、國外

14、進口到現(xiàn)在高端創(chuàng)新、與國外廠商同臺競技，物流裝備技術水平已明顯提高，但在高端技術方面也還存在較大差距。 1.3 PLC材料分揀系統(tǒng)的發(fā)展方向 PLC材料分揀系統(tǒng)未來發(fā)展方向可以分為系統(tǒng)集成、工藝創(chuàng)新和自動分揀機[2]三個方向。 1.3.1系統(tǒng)集成 由于專業(yè)高度分工和全球經濟一體化，系統(tǒng)集成是一種理念和趨勢。國內廠商應采取國內集成、國外配套的合作思路，充分利用合作方在高端產品、關鍵設備上技術先進成熟的優(yōu)勢，迅速實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高整個物流系統(tǒng)的技術含量和技術水平。集成不是簡單的設備組合，是以系統(tǒng)思維的方式對設備功能的充分應用，并保證軟硬接口的無縫和快捷，目的是實現(xiàn)集成創(chuàng)新。 1.3.2工

15、藝創(chuàng)新 物流系統(tǒng)應充分注重“系統(tǒng)”概念，系統(tǒng)由多個單元組成。單元的有效組合，即是流程及工藝的設計，這是一個全局優(yōu)化的復雜過程。工藝設計中最重要的是了解用戶的實際需求，不同的行業(yè)和用戶對物流的需求有著較大的差異，這是一種個性化的服務，應不斷拓展創(chuàng)新。就從煙草行業(yè)來講，結合卷煙生產工藝，將物流做寬做深，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲葉儲絲模塊化精益生產，工藝創(chuàng)新和裝備已融入并實現(xiàn)工廠生產自動化（FA）。 現(xiàn)在社會上己將物流的高科技產品(自動分揀機、自動化立體倉庫、信息處理及通訊自動化等)廣泛應用于各個流通領域。自動分揀系統(tǒng)是一次大戰(zhàn)后在美國、日本的配送中心廣泛采用的一種物流設備，己經

16、成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分?？梢钥隙ǎS著物流大環(huán)境的逐步改善，科學技術日新月異的進步，特別是感測技術、電子標簽及計算機控制技術等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。 1.3.3自動分撿機 在商業(yè)配送領域自動分撿機的應用較為廣泛，可實現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動分撿機的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國內廠商能提供相應產品，但從分類能力、可靠性等指標來看，性參數(shù)能較國外先進水平還有較大差距。目前，項目系統(tǒng)集成中進口比例較高，在機場物流行李分揀系統(tǒng)中，由于分揀量大及高可靠性要求，基本都從國外進口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中

17、心對自動分揀機將會有更多需求，分揀技術水平和設備性能將會有較大提高。 物流配送中心是從事配送業(yè)務的物流場所或組織，它的作業(yè)流程包括“入庫—保管—揀貨—分揀—暫存—出庫” 。物流中心每天接受眾多供應商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種物品，用最短的時間將物品卸下并按品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，然后將物品運送到指定地點。當訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動分揀系統(tǒng)在最短時間內從自動化立體倉庫中準確找到要出庫的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，最后將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點的不同運送到不同的存貨區(qū)域進行分揀，以便裝車配送。 值得一提的是對于小件物品的分揀技

18、術和設備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)，從電子標簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機半自動分揀，甚至全自動補貨、分揀、裝箱，技術和設備都更新很快，目前各供應商仍以高速分揀、高度自動化的方向快速發(fā)展。 第2章 PLC材料分揀系統(tǒng)的硬件設計 2.1 PLC自動分揀控制系統(tǒng)工作原理 本文所設計的PLC材料分揀系統(tǒng)采用推塊式分揀機的臺式結構，有豎井式材料輸入料槽，滑板式產品輸出料槽口。同時，輸送帶作為傳動結構，為了方便較快速度的啟動和停止，用異步交流電機驅動；對不同材質的三種傳感器分別固定在網孔板上；為了保證整個系統(tǒng)的

19、安全性又加了一個光電傳感器。整個控制系統(tǒng)有氣動部件、電氣部件和硬件三大部分組成。氣動部分由空氣壓縮機、氣缸、氣瓶、氣壓指示表、分水過濾器、冷卻器、減壓閥、配氣器、等部件組成；電氣部分由PLC、鐵檢測傳感器、鋁檢測傳感器、顏色檢測傳感器、光電傳感器、異步交流電機、開關、電源等部件組成；硬件部分由傳送帶異步電動機、傳送帶、底座、支架等組成。材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2.1所示。 圖2.1材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖 1—氣瓶 2—PLC 3—料槽 4—電源 5—電機 6—料槽傳感器 7—料倉氣缸 8—皮帶 9—倉庫 10—氣缸 11—傳感器 其工作過程是開啟電源

20、，氣動系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)。下料傳感器檢測下料槽內是否有物料，若沒有物料，延時后自動等待上料；當下料槽內有物料時，系統(tǒng)自動運行。首先，下料傳感器發(fā)送信號給PLC，PLC傳送信號給下料氣缸。經過一定時間，下料汽缸將物料推至傳送帶。當物料在傳送帶傳送時，PLC計數(shù)器開始計數(shù)，電機開始運行。當傳感器檢測到物料為鐵金屬時，發(fā)出反饋信號給PLC，由PLC控制氣缸一動作，將物料推到料倉。當氣缸電磁閥運行到后限位開關時，電磁閥復位，回到原狀態(tài)。同理，可通過相應傳感器分揀相應的物料。系統(tǒng)的結構圖如圖2.2所示。 下料傳感器 P L C

21、 鐵檢測傳感器 鋁檢測傳感器 光電檢測傳感器 輸送帶和下料氣缸 鐵出料氣缸 其他出料氣缸 塑料出料氣缸 鋁出料氣缸 空氣壓縮機 顏色料傳感器 圖2.2 系統(tǒng)結構圖 2.2 系統(tǒng)的硬件配置 系統(tǒng)由氣動部件、電氣部件和硬件三大部分組成。系統(tǒng)的硬件配置如表2.1。 表2.1 系統(tǒng)硬件配置 PLC 1臺 底座 1個 啟動開關 1個 光電傳感器 2個 鐵傳感器 1個 電機 2個 鋁傳感器 1個 氣缸 5個 顏色傳感器 1個 限位開關 10個 氣瓶 1個 皮帶 1條 電源 1個 氣壓傳

22、動裝置 1套 2.3系統(tǒng)的運行方式 系統(tǒng)是全自動的運行方式。在系統(tǒng)開始工作前需要人工合上刀閘開關，然后手動啟動系統(tǒng)的電源開關。系統(tǒng)開始運行，進入自檢狀態(tài)，當有物料進入料槽時，系統(tǒng)開始自動運行；當料槽中沒有物料時，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)，等待物料再次進入料槽，然后自動運行。系統(tǒng)需要停止工作時，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。自動運行方式是由一臺可編程序控制器（PLC）來控制整個系統(tǒng)自動運行，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好程序[3]。 系統(tǒng)主電路圖和結構圖如圖2.3所示。在圖2.3中，M1為傳送帶提供動力的異步電動機，M2為空氣壓縮機。FU1為主電路的熔斷器，起短路保護的作用

23、。當電路發(fā)生短路時，通過熔體的電流使其發(fā)熱，當達到熔化溫度時自行熔斷，從而分段電路。接觸器KM1控制電動機M1的運行。當接觸器收到PLC為1的信號時，接觸器閉合，電動機就可以啟動運行。FR1、FR2分別為電機過載保護用的熱繼電器，電動機一旦出現(xiàn)長時間過載自動切斷電路。并能購隨過載程度而改變動作時間的繼電器，充分發(fā)揮了電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動和運轉。 圖2.3 系統(tǒng)主電路圖 2.4 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型 2.4.1 PLC與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別 最初研制生產PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的： （1）當PLC運行時，

24、是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作[4]。但CPU不可能同時去執(zhí)行過個操作，它只能按分時操作方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結構似乎是同時完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一步開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線

25、路的哪個位置上都會立即同時動作。 （2）PLC的優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強；控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強；配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造；設計、施工、調試的周期短。 2.4.2 PLC設計選型的一般原則 1、選擇自己熟悉的機種和機型：同樣的控制設備的設計，可以用任何同樣級別的PLC來完成。如果選用你不熟悉的PLC，你就必須從頭熟悉它，雖然不費太多的事，但畢竟沒有用你熟悉的機型來的快。 　　2、不要大材小用：什么樣的規(guī)模設計任務就選用什么樣規(guī)模的PLC，避免造成太多的硬件資源的浪費。 　　3、具體的控制對象，具

26、體選擇：根據(jù)不同的設計任務，來選擇PLC的機型。 　　4、選用易采購的機型：有的產品經銷商較少，不容易采購或進行比較，有的產品經銷商很多，容易采購和比較，你就可以選用信譽好、價格優(yōu)惠、技術上能夠給與支持的公司。 　　5、經常了解PLC產品的發(fā)展動態(tài)：PLC產品更新?lián)Q代很快，你熟悉的機型也許過幾年就見不著了，所以，你最好在設計選型之前，先了解一下市場情況。 目前在國內市場上有從美國、德國、日本等國引進的多種系列PLC，國內也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種PLC，故PLC系列標準不一，功能參差不齊，價格懸殊。在此情況下，PLC的選擇應著重考慮PLC的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當，負載能力合

27、適，經濟實惠的PLC。本文介紹以PLC的材料分揀裝置系統(tǒng)輸入、輸出點數(shù)的要求，選擇為三菱公司的FX2N系列的FX2N-32MR-001。 2.5鐵傳感器的選用 霍爾接近開關來檢測材料是否是磁性鐵金屬?；魻栐且环N磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關[5]。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有無磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。本系統(tǒng)中，當材料是鐵時傳感器開關閉合，產生電流驅動線圈?；魻柦咏_關的工作原理見圖2.4。因此，本系統(tǒng)中檢測鐵物料選用霍爾傳感器為2AV系列。 圖2.4 霍爾接近開關的工作原理圖

28、 2.6鋁傳感器的選用 當通過金屬體的磁通過變化時，就會在導體中產生感生電流，這種電流在導體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流[6]。電渦流的產生必然要消耗一部分能量，從而使產生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應。電渦流式傳感器是利用渦流效應，將非電量轉換為阻抗的變化而進行測量的。 如圖2.5所示，一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈中通有交變電流I1時，線圈周圍就產生一個交變磁場H1。置于這一磁場中的金屬導體就產生電渦流I2，電渦流也將產生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 圖2.5 電渦流傳感器原理圖 我們可以把被

29、測導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖2.6的等效電路。圖中R1、L1為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L2。線圈與導體間存在一個互感M，它隨線圈與導體間距的減小而增大。當鋁檢測傳感器檢測到金屬材料時，傳感器的線圈阻抗就會發(fā)生變化。 圖2.6 電渦流傳感器等效電路圖 利用這一性質可以把鋁傳感器和繼電器如圖2.7連接，實現(xiàn)開關功能。所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用電渦流傳感器為ST系列。 圖2.7 鋁傳感器開關原理圖 2.7顏色傳感器的選用 我們所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反

30、射出的另一部分有色光在人眼中的反應[7]。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅、黃、綠、青、藍、紫)。根據(jù)三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的。如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。高分辨率顏色傳感器TCS230，是我們常用的顏色傳感器。對于TCS230來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其它原色的通過。例如：當選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強，同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個

31、值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色，本文選擇紅色濾波器。 2.8光電傳感器的選用 利用被檢測物體對光束的遮光或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關是一種電量傳感器，把電流或電壓的變化以光電的方式傳送出去，即進行電信號→光信號→電信號的轉換。 光電式傳感器工作原理:光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在

32、其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 2.9 氣壓傳動裝置選用 2.9.1氣源裝置 氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供具有一定壓力和足夠流量、滿足一定凈化程度的壓縮空氣的能源裝置,它是氣動系統(tǒng)的重要組成部分[8]。氣源裝置包括氣壓產生、壓縮空氣凈化與儲存、壓力穩(wěn)定和傳輸管道等裝置，這些設備一般布置于壓縮空氣站內，作為整個工廠或車間的同一氣源，氣源裝置結構見圖2.8。 圖2.8中，電動機帶動空氣壓縮機旋轉，經吸氣口的空氣過濾器將大氣中的空氣吸入[9]。冷卻器將壓縮空氣降溫冷卻，使高溫汽化的水、油凝結分離。油水分離器將冷凝出來的水滴、油滴、雜質等分離并排出系統(tǒng)。儲氣罐用以壓縮空氣、穩(wěn)定壓

33、縮空氣的壓力，并除去其中的部分油、水等雜質，儲氣罐輸出的壓縮空氣可用于不同空氣質量要求的氣動系統(tǒng)。 圖2.8氣源裝置結構圖 2.9.2氣壓發(fā)生裝置 氣壓發(fā)生裝置包括正壓發(fā)生裝置和負壓發(fā)生裝置，正壓發(fā)生裝置為空氣壓縮機。這也正是本系統(tǒng)所使用的氣壓發(fā)生裝置。 空氣壓縮機屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉換成氣體壓力的能量轉換裝置，提供高于大氣壓力的氣壓。排氣壓力低于0.2MPa的一般稱為風機（低于0.015MPa的稱為通風機，0.015—0.2MPa的稱為鼓風機），它們用于通風系統(tǒng)。排氣壓力高于0.2MPa的習慣上成為壓縮機，氣動系統(tǒng)中通常采用壓縮機提供氣源。氣動系統(tǒng)中多數(shù)氣動元件都是在高于

34、大氣壓力下工作的，用這些元件組成的啟動系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng)。 下面介紹常用的活塞式空氣壓縮機的工作原理： 氣壓傳動系統(tǒng)中最常用的是往復活塞式空氣壓縮機，其工作原理如圖2.9所示，當電動機帶動曲柄7旋轉時，通過連桿6、滑塊5和活塞4的傳遞轉換，使活塞3在氣缸2內作往復運動。當活塞向右移動時，缸內左腔密封容積逐漸增大，使其中的氣壓低于大氣壓，吸氣閥8被外界大氣壓力頂開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸內，形成吸氣過程；當活塞向左移動時，缸內左腔密封容積逐漸減小，空氣受壓使氣壓升高，將吸氣閥關閉，形成壓縮過程；當缸內壓縮空氣壓力升至高于輸氣管路中壓力時，排氣閥1頂開，壓縮空氣排入輸氣管路，形成排氣過程。

35、活塞式空氣壓縮機的優(yōu)點是結構簡單，使用壽命長，容易實現(xiàn)大流量和高壓輸出；缺點是振動大、噪聲大，輸出流量、壓力有脈動，需使用儲氣罐穩(wěn)壓。 圖2.9 活塞式空氣壓縮機工作原理 1—排氣閥； 2—氣缸； 3—活塞； 4—活塞； 5—滑塊； 6—連桿； 7—曲柄； 8—吸氣閥； 9—彈簧 2.9.3冷卻器 冷卻器安裝在空氣壓縮機出口的管道上，將空氣壓縮機排出的溫度高達120℃—150℃的氣體冷卻到40℃—50℃，從而使其中的水蒸氣和被高溫氧化的油霧冷凝成水滴和油滴而析出，進而初步分離，以便對壓縮空氣實施進一步凈化處理。因冷卻介質為水，它的冷卻效率高，常用于中型和大型壓縮機。在工作時

36、，一般是水在管內流動，空氣在管間流動。管內流動的冷卻水多為單程或雙程流動，管間空氣可以自由流動。壓縮空氣在冷卻過程中生成的冷凝水可通過排水器排出。在冷卻器上應安裝溫度計以監(jiān)測工作情況。 2.9.4儲氣罐 儲氣罐的主要作用是：儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應急使用；消除由于空氣壓縮機斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性。進一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質。 2.9.5氣動控制裝置 氣動系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機先將空氣壓縮，儲存在貯氣罐內，然后經管路輸送給各個氣動裝置使用。 有

37、些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，所用的這種閥就是順序閥。順序閥與單向閥的組合稱為單向順序閥。所有的氣動回路或貯氣罐為了安全起見，當壓力超過允許壓力值時，需要實現(xiàn)自動向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥。 2.10限位開關的選用 限位開關又稱行程開關或位置開關。它是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開關的動作原理與控制按鈕相似，在機床設備中，事先將行程開關根據(jù)工藝要求安裝在一定的行程位置上。部件在運行中，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，使行程開關的觸點動作而實現(xiàn)電路的切換，達到控制運動部件行程位置的目的。 直動式行程開

38、關的機構原理與復式按鈕相似。機床撞塊壓下推桿時，其常閉觸頭分開，而常開觸頭閉合；當撞塊離開推桿時，觸頭在彈簧力作用下恢復原來狀態(tài)。這種行程開關結構簡單、價格便宜，因此本設計采用直動式限位開關型號為LX19K。 2.11熔斷器的選用 熔斷器一種簡單而有效的保護電器。在電路中主要起短路保護作用。其主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。 熔斷器的工作原理是：當電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災。若

39、電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。由于系統(tǒng)容量較小，系統(tǒng)容量主要是電動機，故選用RCIA系列熔斷器。 2.12電動機的選用 電動機分為直流電機和交流電機，交流電機又分為同步電機和異步電機。由于異步電動機具有結構簡單，制造、使用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應用。例如，在工業(yè)生產中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等；在農業(yè)生產中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農副產品的加工機械；在民用電器方面的電風扇、洗衣機、空調機等也都是用異

40、步電動機拖動的。所以系統(tǒng)中電機選用為異步電機，因為系統(tǒng)容量較小所以選用電機為ST-MS90S系列。 第3章 PLC自動控制的軟件設計 3.1 系統(tǒng)程序流程 PLC程序工作流程[10-12]如下：(1) 接通電源，按下啟動開關，系統(tǒng)啟動，進入自檢狀態(tài)，等待物體進入料槽；(2)下料光電傳感器檢測到料槽有料時，料槽出料氣缸開始動作，將物料推到傳送帶上；當氣缸碰到前限位開關的時候，計數(shù)器加一，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。 (3)氣缸碰到后限位開關停止后退時，傳送帶

41、上電機開始轉動。(4)當鐵傳感器檢測到鐵制物料通過的時候，氣缸一開始動作，把物料推到一號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(5) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(6) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(7)當鋁傳感器檢測到鋁制物料通過的時候，氣缸二開始動作，把物料推到二號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(8) 氣缸碰到后限位開關停止后退時

42、，計數(shù)器減一。(9) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(10)當顏色傳感器檢測到紅顏色物料通過的時候，氣缸三開始動作，把物料推到三號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(11) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(12) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(13)當光電傳感器檢測到物料通過

43、的時候，氣缸四開始動作，把物料推到四號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。(14) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。(15) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(16)當四個傳感器都沒有信號時，PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作，系統(tǒng)流程圖如圖3.1所示。 3.1 系統(tǒng)的流程圖 3.2

44、 系統(tǒng)I/O分配 I/O分配如表3.1 所示，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，系統(tǒng)的五個傳感器需要五個輸入口，十個限位開關需要10個輸入口，輸出口分別分配給一個傳送帶電機和五個氣缸共需要6個輸出口。型號為FX2N-32MR-001型的PLC分別有16個輸入口和輸出口，符合系統(tǒng)的I/O分配要求。 表3.1 I/O分配表 輸入繼電器 外部器件 輸出繼電器 外部器件 X000 料倉光電傳感器 Y000 下料氣缸電磁閥 X001 料倉前限位開關 Y001 傳送帶電機 X002 料倉后限位開關 Y002 氣缸一電磁閥 X003 鐵傳感器 Y003 氣缸

45、二電磁閥 X004 氣缸一前限位開關 Y004 氣缸三電磁閥 X005 氣缸一后限位開關 Y005 氣缸四電磁閥 X006 鋁傳感器 X007 氣缸二前限位開關 X010 氣缸二后限位開關 X011 顏色傳感器 X012 氣缸三前限位開關 X013 氣缸三后限位開關 X014 光電傳感器 X015 0 氣缸四前限位開關 X016 氣缸四后限位開關 I/O接線圖如圖3.2 所示 X000 Y000 X001

46、 Y001 X002 Y002 X003 Y003 X004 Y004 X005 Y005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 COM COM 料倉光電傳感器 料倉前限位開關 料倉后限位開關 鐵傳感器 氣缸一前限位關 氣缸一后限位關 鋁傳感器 氣缸二前限位關 氣缸二后限位關 顏色傳感器 氣缸三前限位關 氣缸三后限位關 光電傳感器 氣缸四前限位關 氣缸四后限位關 料槽下料氣缸電磁閥 傳送帶電動機 氣

47、缸一電磁閥 氣缸二電磁閥 氣缸三電磁閥 氣缸四電磁閥 圖3.2 I/O接線圖 3.3 系統(tǒng)功能表圖 功能表圖又稱做狀態(tài)轉移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設計PLC的順序控制程序的有力工具。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，它是一種通用的技術語言，可以用于進一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流。 功能表圖一般主要有步、有向連線、轉換、轉換條件和動作組成。由系統(tǒng)程序流程圖繪制出來的系統(tǒng)功能表圖如圖3.3所示。 圖3.3 系統(tǒng)的功能表圖 3.4 材料分揀裝置PLC梯形圖 本課題的PLC梯形圖編輯使用GX Dev

48、eloper編程軟件。GX Developer可以創(chuàng)建Q 系列、QNA 系列、A 系列(包括運動控制器(SCPU))、FX系列的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了設置操作共用化(簡稱為GPPA) [13]。 GX Developer特點：軟件的通用；性充分利用Windows的優(yōu)勢使操作性能大幅度地提高；程序的標準化；豐富的編程語言；訪問其它站時的設置簡單；可以與可編程控制器CPU以各種方式進行連接；豐富的調試功能。由于本系統(tǒng)選擇的PLC型號為FX2N-32MR-001[14]，所以本系統(tǒng)編程用仿照STL指令編寫程序，程序見(附錄)。 本章對材料分揀裝置編程設計做了講述，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產的需要，需要對

49、電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，可以加入變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務[15]。編程軟件采用模塊化的程序設計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護。利用對PLC軟件的設計,實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設置、故障診斷和電機的啟動和停止。PLC使用應注意的問題在應用PLC系統(tǒng)設計時，應遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。 ?。?）最大限度地滿足被控對象的控制要求； ?。?）系統(tǒng)結構力求簡單； 　（3）系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠； ?。?）控制系統(tǒng)能方便的進行功能擴展、升級。

50、 第4章 總結與展望 4.1 總結 1．本文根據(jù)當前PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展和自動控制的理論，設計出了一個基于PLC的材料分揀裝置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PLC控制編程，自動控制材料分揀。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性價比高、可擴展性強、警示明顯、設計人性化等優(yōu)點。但同時也存在一些不足，在本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產的需要，需要對電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，可以加入變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務。 2．科學技術的發(fā)展和社會對自動分揀系統(tǒng)的重視，必將有更多的新技術廣泛地應用到材料分揀自動控制中，使材料分揀自動控制

51、有更大的發(fā)展。隨著全球自動化程度要求的不斷增加，我國的材料分揀自動控制系統(tǒng)必然向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。目前，PLC在其穩(wěn)定性，高自動化程度的不斷加強，使得PLC成為材料分揀自動化方面的首選。 3．通過這幾個月的學習，我深刻體會到了理論和實際結合的重要性，在我四年的大學生活中，學校為我們的學習提供了非常舒適的學習環(huán)境，通過畢業(yè)設計，使我有充分的機會來鍛煉自己的實際應用知識的能力，使我有機會把書本的理論知識與實際操作結合在一起。雖然論文寫的并不是很好，有許多不足之處，但這是我四年辛勤學習的成果，我為之感到驕傲。本次畢業(yè)設計讓我受益匪淺，通過做此設計，我學會了許多關于PLC硬件及編程的

52、基本知識，并且加固了我的專業(yè)知識，為我今后的工作打下了良好的基礎。 4.2 未來展望 1、目前國內物流裝備技術雖然已取得長足的進步，但目前的技術和水平還不能完全滿足社會發(fā)展的需求，需要不斷改進完善自主產品，提高產品質量和可靠度，另一方面要開發(fā)專用物流裝備以滿足不同行業(yè)領域個性化需求，增加產品系列，同時在高端物流技術方面要不斷突破，比如，工業(yè)機器人或機械手的物料高速堆拆碼，空中搬運小車在半導體生產無塵車間的應用。 隨著自動化物流的應用領域日益廣泛，由于行業(yè)及用戶需求的個性化差異，導致相關物流裝備及其技術將進入一個重要的快速發(fā)展期，且應朝著安全、效率、可靠、環(huán)保等方向發(fā)展。 2、隨著科學技

53、術的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開始運用各種各樣的自動化機械設備，計算機控制技術和信息技術成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在多數(shù)的分揀系統(tǒng)中，某些作業(yè)環(huán)節(jié)還需要有人工的參與，但作業(yè)強度已越來越小，完全由機械完成分揀作業(yè)的自動分揀系統(tǒng)也應運而生。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。 現(xiàn)代物流配送中，高科技的應用為作業(yè)效率和質量的提高提供了堅實的技術保證?，F(xiàn)代化的分揀系統(tǒng)逐漸成為物流機械化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及管理組織系統(tǒng)的有機組合。物流機械化系統(tǒng)主要是各種物流設備的有效組合和配置，信息系統(tǒng)是分揀信息和控制信息等流動的載體，管理組織系統(tǒng)負責設備、人員的調度，控制系統(tǒng)總體的運

54、作模式。計算機控制技術、信息技術以及物流自動化機械成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的重要組成部分。 參考文獻 [1]劉祖潤，胡俊達.畢業(yè)設計指導[M] .北京：機械工業(yè)出版社，1996. [2]王曼珠，梁維銘.可編程器件應用開發(fā)指南[M] .北京：人民郵電出版社，2004. [3] 張萬忠、劉明芹. 電器與PLC控制技術[M]. 化學工業(yè)出版社,2003年. [4] 廖常初. PLC基礎及應用[M]. 機械工業(yè)出版社,2005年. [5]阿勒斯.傳感器技術及其應用[M] .北京：國防工業(yè)出版社，2001. [6]呂俊芳.傳感器接口與檢測儀器

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56、出版社,2007年. [13] 金彥平. OMRON可編程序控制器操作手冊[M]. 中國電力出版社，2003年. [14] PLC-based Implementation of Process Observation and Fault Detection for Discrete Event Systems ,Tord Alenljung, Markus Skldstam, Bengt Lennartson and Knut kesson, 1997年. [15]ISO 6358—1989 Pneumatic Fluid Power — Components using Compr

57、essible Fluid —Detemination of Flowrate characteristics.1989 致 謝 本論文是在導師陳尹萍悉心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向導師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 附錄A 材料分揀裝置PLC梯形圖