正次品分揀機控制的設(shè)計-供參考

1、 鞍山師范學(xué)院高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2016 屆學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目： 正次品分揀機控制的設(shè)計 系 別： 機械電子系 專業(yè)班級： 13級應(yīng)用電子技術(shù)2班 姓 名： 張馨迪 學(xué) 號： 13884209 指導(dǎo)教師： 閆佳 完成時間： 2016 年 3 月 17 日摘要：本文采用PLC作為主控制器設(shè)計一套自動正次品分揀控制系統(tǒng)，主要包括以下幾部分內(nèi)容。首先，分析本次設(shè)計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內(nèi)外工業(yè)自動化控制的發(fā)展現(xiàn)狀。其次，分析自動分揀系統(tǒng)的機構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計的整體控制方案，設(shè)計系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括PLC的選

2、型、I/O分配以及接口電路設(shè)計等幾個方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。關(guān)鍵詞：可編程控制器；次品分揀；控制系統(tǒng)；傳感器ABSTRACT：This article USES the PLC as the main controller design is a set of automatic defect sorting control system, mainly includes the following sections. First of all, analyses the design of the background and significanc

3、e of engineering practice, at the same time, the development of industrial automation control at home and abroad is analyzed, and the status quo. Secondly, analysis the mechanism and working principle of automatic sorting system, and put forward control index, on the basis of the design of the contr

4、ol system scheme as a whole. Again, according to the design of the overall control scheme, the design of hardware schematic diagram of the system, including the selection of PLC, I/O distribution and interface circuit design and so on several aspects. Finally, according to the hardware circuit diagr

5、am design software of the system control program, using ladder diagram language.Key words：programmable logic controller，sorting device，control system，sensors目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc445543123 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc445543123 h 1 HYPERLINK l _Toc445543124 1.1 研究背景及意義 PAGEREF _Toc445543124 h 1

6、 HYPERLINK l _Toc445543125 1.2 研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc445543125 h 1 HYPERLINK l _Toc445543126 1.3 研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc445543126 h 3 HYPERLINK l _Toc445543127 第2章 分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計 PAGEREF _Toc445543127 h 4 HYPERLINK l _Toc445543128 2.1 分揀機工作過程簡述 PAGEREF _Toc445543128 h 4 HYPERLINK l _Toc445543129 2.2 系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)

7、 PAGEREF _Toc445543129 h 5 HYPERLINK l _Toc445543130 2.3 控制系統(tǒng)總體方案 PAGEREF _Toc445543130 h 5 HYPERLINK l _Toc445543131 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc445543131 h 7 HYPERLINK l _Toc445543132 3.1 PLC選型 PAGEREF _Toc445543132 h 7 HYPERLINK l _Toc445543133 3.2 S7-200系列PLC簡介 PAGEREF _Toc445543133 h 7 HYPERLINK l

8、 _Toc445543134 3.3 電氣原理圖設(shè)計 PAGEREF _Toc445543134 h 8 HYPERLINK l _Toc445543135 第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc445543135 h 11 HYPERLINK l _Toc445543136 4.1 編程語言及環(huán)境簡介 PAGEREF _Toc445543136 h 11 HYPERLINK l _Toc445543137 4.2 I/O口分配 PAGEREF _Toc445543137 h 12 HYPERLINK l _Toc445543138 4.3 程序設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc

9、445543138 h 13 HYPERLINK l _Toc445543139 結(jié) 論 PAGEREF _Toc445543139 h 17 HYPERLINK l _Toc445543140 參考文獻： PAGEREF _Toc445543140 h 18 HYPERLINK l _Toc445543141 致 謝 PAGEREF _Toc445543141 h 19正次品分揀機控制的設(shè)計第1章 緒 論1.1 研究背景及意義隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，在產(chǎn)品出廠前通常需要進行正次品的檢測，需要將次品從中區(qū)分出來，傳統(tǒng)的

10、方式是由人工來完成的，即通過人工篩選的方式，從傳送帶上將次品區(qū)分出來并剔除，但是隨著生產(chǎn)要求的提高和人工成本的上升，這種方式顯然無法滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此設(shè)計一款提高人工效率的自動分揀機構(gòu)控制系統(tǒng)具有重要的實際意義1。PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計的數(shù)字化控制器，其在幾十年的發(fā)展中功能變得越來越強大，但是我國正處于從傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)向自動化生產(chǎn)的過渡階段，PLC在工業(yè)自動化方面的應(yīng)用將變得越來越廣泛，本次設(shè)計就是從采用PLC作為主控器設(shè)計以套自動化的正次品分揀系統(tǒng)，旨在為我國工業(yè)生產(chǎn)自動化盡綿薄之力。1.2 研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 PLC起源于國外，1968年美國GM(通用汽車)公司提

11、出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制2,3，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC，如圖1-1所示，其為目前中小型系統(tǒng)中常用的三菱PLC。圖1-1 三菱PLC外形圖自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本，德國，法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色，歐洲的西門子(Siemens)，法國的TE(Telemecanique)；美國的A-B(AllenBradly)，GE(GeneralElectric)；日本的三菱電機(Mits

12、ubishi Electric)，歐姆龍(OMRON)，松下(NALS)FUJI，形成PLC的三大流派。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州鋼鐵機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用4,5。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的P

13、LC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。目前，我國在PLC應(yīng)用方面是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億元；應(yīng)用行業(yè)也很廣，但與其他國家相比，在機械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需加大投入。1.3 研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本文正對目前人工操作的分揀方式，設(shè)計一款自動的正次品分揀機的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下：首先，分析本次設(shè)計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內(nèi)外工業(yè)自動化控制的發(fā)展現(xiàn)狀，進而提出本次課題研究的內(nèi)容。其次，分析自動分揀系統(tǒng)的機構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計的整

14、體控制方案，設(shè)計系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括PLC的選型、I/O分配以及接口電路設(shè)計等幾個方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。第2章 分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，需要對被控對象有一個較為清晰的認(rèn)識，同時需要對控制要求有一個明確的了解，本章就分揀機的結(jié)構(gòu)和工作過程以及控制要求等方面做一個詳細(xì)的解釋，在此基礎(chǔ)上提出本次設(shè)計的主控制方案。2.1 分揀機工作過程簡述正次品分揀機的簡易結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，系統(tǒng)中產(chǎn)品在傳送帶上自動的向前輸送，傳送帶由電動機帶動，在傳送到兩旁有兩個次品檢測裝置，分別為S1、S2，當(dāng)檢測到次品時，就啟動剔除裝置Y將次品剔除，而正品可以

15、通過。具體的工作過程如下。圖2-1 正次品分揀機結(jié)構(gòu)圖首先，用啟動和停止按鈕控制電動機的啟動和停止。在電動機運行的狀態(tài)下，傳送帶運行，被檢測的產(chǎn)品（包括正、次品）在皮帶上運送。其次，產(chǎn)品（包括正、次品）在皮帶上運送時，S1（檢測器）檢測到的次品，經(jīng)過5秒傳送，到達次品剔除位置時，啟動電磁鐵Y驅(qū)動剔除裝置，剔除次品（電磁鐵通電0.1秒），檢測器S2檢測到的次品，經(jīng)過3秒傳送，啟動Y，剔除次品；正品繼續(xù)向前輸送。最后，系統(tǒng)循環(huán)運行，知道傳送帶上沒有產(chǎn)品，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止。2.2 系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)本次設(shè)計的控制指標(biāo)具體如下：設(shè)計完整的控制系統(tǒng)原理圖和程序；系統(tǒng)實現(xiàn)自動的區(qū)分正次品，同時可以將次品

16、剔除；系統(tǒng)工作效率高，節(jié)約人工成本；系統(tǒng)具有較高的正確率，可以將次品正確的剔除。2.3 控制系統(tǒng)總體方案本次設(shè)計采用PLC作為主控制器，設(shè)計的系統(tǒng)總體方框圖如圖2-2所示。圖2-2 控制系統(tǒng)總體方案圖本次設(shè)計的系統(tǒng)采用PLC作為主控制器，分為輸入和輸出兩大部分，其中輸入部分包括功能按鈕、次品檢測裝置，輸出部分包括電氣傳動部分、指示部分以及次品剔除裝置等。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的PLC類型，并分配I/O點。3.1 PLC選型在進行PLC系統(tǒng)構(gòu)建時，首先確定總體控制方案，然后進行P

17、LC的選型，在這個過程中主要考慮的有以下幾點，分別是：輸入/輸出的I/O點數(shù)估算、存儲器容量大小、控制功能、診斷功能、處理速度以及編程功能幾個方面，其中I/O點估算是考慮的對系統(tǒng)將來擴展的考慮，一般在設(shè)計的基礎(chǔ)上增加15%20%的余量。存儲器容量，目前的可編程控制器基本上都可以滿足，在編程方面主要考慮的是該PLC對編程語言的支持程度，處理速度上根據(jù)PLC循環(huán)掃描的工作方式，一般希望速度越快越好。綜合以上多個因素，并考慮運行的成本問題，本系統(tǒng)設(shè)計初步確定采用三菱公司生產(chǎn)的FX-2N系列的PLC，基本能夠滿足系統(tǒng)的各項要求，各功能均能實現(xiàn)。3.2 S7-200系列PLC簡介S7-200系列PLC屬

18、于整體式小型PLC，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。整體式PLC將CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個箱型機殼內(nèi)，S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴展模塊供用戶選用，CUP模塊和擴展模塊用扁平電纜連接。整體式S7-200系列PLC還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶模塊、熱電阻模塊、通信模塊等，使PLC的功能的的擴展。本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30k

19、Hz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。綜合上節(jié)的選型方法與本節(jié)中對S7-200系列PLC的介紹，并考慮到實際運行的成本及維修等多個因素，最終確定選用CPU224系列PLC作為本次系統(tǒng)設(shè)計的控制器。3.3 電氣原理圖設(shè)計3.2.1 主電路原理圖 主電路的設(shè)計主要是系統(tǒng)供電的設(shè)計，包括PLC供電電路、觸摸屏供

20、電電路、電磁閥供電電路等，電路的設(shè)計中要考慮到空開的保護，即系統(tǒng)的供電過電保護，主電路主要完成系統(tǒng)上電的功能，具有過載保護、急停保護等。電路圖如圖3-1所示。圖3-1 控制系統(tǒng)供電回路3.2.2 PLC輸入輸出原理圖根據(jù)之前在PLC選型過程中分配的I/O進行PLC輸入輸出電路的設(shè)計，為了保護PLC的輸出點，采用隔離繼電器的方法，即首先PLC的輸出點控制中間繼電器的輸出，用中間繼電器的觸點去控制電動機和電磁閥的線圈。具體設(shè)計電路圖如圖3-2所示。圖3-2 PLC接口電路圖第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設(shè)計出梯形

21、圖。4.1 編程語言及環(huán)境簡介(1) 編程環(huán)境本次設(shè)計采用的編程環(huán)境是西門子公司的STEP7 MicroWIN，它是西門子S7-200通用性較強的編程軟件，基本支持西門子S7-200系列PLC的編程，可以選擇梯形圖、指令表、SFC等編程語言。同時，該編程軟件能夠?qū)⒊绦蛭臋n化，方便了離線的分析。另外，該編程軟件支持Windows應(yīng)用軟件的文字、數(shù)據(jù)，編輯功能，通過復(fù)制、粘貼等簡單操作導(dǎo)入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。在編程語言方面，本次設(shè)計采用的是使用率非常高的梯形圖語言。首先打開軟件如圖4-1所示，選擇PLC的型號，包括PLC的系列和類型，項目存儲的路徑等信息。圖4-1 S7-20

22、0編程界面然后就可以進行程序的編制了，這里不再做詳細(xì)的敘述。4.2 I/O口分配在編寫程序之前首先進行的是PLC的I/O的分配。PLC軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)首先得考慮到現(xiàn)場及工藝的控制要求，對輸入輸出點做出統(tǒng)計分配，只有對I/O進行了合理的分配才能夠進行PLC軟件系統(tǒng)的設(shè)計。其分配結(jié)果見下表。表4-1地址分配表區(qū)域地址說明I區(qū)(輸入?yún)^(qū))I0.0電機啟動按鈕I0.1電機停止按鈕I0.2檢測站1I0.3檢測站2Q區(qū)(輸出區(qū))Q0.0電動機Q0.1次品剔除T區(qū)(定時區(qū))T37監(jiān)測站1傳送延時T38監(jiān)測站2傳送延時T39剔除機構(gòu)動作延時4.3 程序設(shè)計與實現(xiàn)程序流程主要是對現(xiàn)場工藝的轉(zhuǎn)換過程，經(jīng)過對正次品分揀

23、機的研究和學(xué)習(xí)，并結(jié)合其所特有的工藝處理，將設(shè)備中用到的開關(guān)元件綜合考慮到程序編制中，本次設(shè)計采用的流程圖見圖4-3，圖中詳細(xì)解釋了PLC程序編制的整個過程，同時也可以說程序流程圖觸摸屏程序的編制也有一個指導(dǎo)作用，意義十分重大。所以在編制流程圖時，對多種因素都要進行綜合考慮經(jīng)過反復(fù)的修改和印證，最終得到了如下圖所示的程序流程圖。該流程圖也為設(shè)備的安裝調(diào)試提供了方便。具體如圖4-2所示。圖4-2 程序流程圖根據(jù)地址表和設(shè)計的程序流程圖，就可以開始程序的編寫，程序的具體實現(xiàn)如圖4-3所示.圖4-3 正次品分揀機控制程序結(jié) 論正次品分揀采用可編程控制器PLC進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤

24、差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)求。本次設(shè)計主要完成以下幾項工作。首先，分析本次設(shè)計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內(nèi)外工業(yè)自動化控制的發(fā)展現(xiàn)狀，進而提出本次課題研究的內(nèi)容。其次，分析自動分揀系統(tǒng)的機構(gòu)和工作原理，并在此基礎(chǔ)上提出控制指標(biāo)，設(shè)計控制系統(tǒng)的整體方案。再次，根據(jù)設(shè)計的整體控制方案，設(shè)計系統(tǒng)的硬件原理圖，主要包括PLC的選型、I/O分配以及接口電路設(shè)計等幾個方面。最后，根據(jù)硬件電路圖設(shè)計系統(tǒng)的軟件控制程序，采用梯形圖語言。參考文獻：1 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)M. 北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.2 袁任光. 可編程序控制器選用手冊M. 機械工業(yè)出版社, 2002.3 李金城. 三菱FX-2N PLC功能指令應(yīng)用詳解.，北京：電子工業(yè)出版社.，2011.114 薛迎成. PLC與觸摸屏控制技術(shù)M. 中國電力出版社, 2008. 5 劉貴寶. 三菱觸摸屏在 PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用J. 可編程控制器與工廠自動化 (PLC FA), 2010 (011)