基于PLC控制金屬塑料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計

摘要本論文闡述了利用PLC限制技術(shù)結(jié)合氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、光電感應(yīng)器的應(yīng)用、氣缸的應(yīng)用和位置限制技術(shù)等，并運用PLC的硬件設(shè)計以及軟件編程，來實現(xiàn)對金屬和塑料兩種材料進(jìn)行自動分揀的限制裝置。該系統(tǒng)的通用性極強(qiáng)，牢靠性好，程序開發(fā)簡潔，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀生產(chǎn)線的需求。目前自動分揀已漸漸成為主流，這種裝置是由接受分揀指示情報的限制裝置、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采納機(jī)械自動作業(yè)，因此，分揀處理實力較好，分揀分類數(shù)量也較多。關(guān)鍵詞：PLC，金屬，塑料分揀，梯形圖編程書目緒論第一章自動分揀系統(tǒng)簡介及設(shè)計1自動分揀系統(tǒng)的簡介2方案設(shè)計其次章硬件電路設(shè)計1總體結(jié)構(gòu)及原理分析2傳感器的工作原理2.1電感式傳感器2.2電容式傳感器3三相異步電機(jī)的工作原理4電磁閥的工作原理5光電感應(yīng)器的工作原理6氣缸的作用第三章可編程限制器1PLC的選擇2PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理3PLC輸入、輸出口的安排4自動分揀裝置輸入、輸出接線圖5系統(tǒng)限制流程圖6系統(tǒng)限制的梯形圖結(jié)束語致謝參考文獻(xiàn)緒論隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地須要改進(jìn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在須要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往始終采納人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭實力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)的選擇。利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)線上的分揀設(shè)備進(jìn)行智能化限制是一種既能節(jié)約成本，又能提高生產(chǎn)效率的方法?，F(xiàn)今社會科技發(fā)展快速，各個行業(yè)不斷創(chuàng)新突破。隨著人們生活的須要，PLC的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，本系統(tǒng)是利用可編程限制器（PLC）限制金屬、塑料自動分揀裝置，以PLC為主限制器，結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置限制等技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場限制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易限制的特點，可依據(jù)不同對象，廣泛應(yīng)用于生活的各個場所。第一章自動分揀系統(tǒng)的簡介及設(shè)計1自動分揀系統(tǒng)的簡介自動分揀系統(tǒng)一般由限制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。限制裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號，依據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按材料性質(zhì)自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形態(tài)識別等方式，輸入到分揀限制系統(tǒng)中去，依據(jù)對這些分揀信號推斷，來確定某一種材料該進(jìn)入哪一個分揀道口。

分類裝置的作用是依據(jù)限制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號的材料經(jīng)過該裝置時，該裝置動作，使變更在輸送裝置上的運行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對分揀材料性質(zhì)等有不完全相同的要求。輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī)，其主要作用是使待分揀材料通過限制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的材料滑下主輸送機(jī)（或主傳送帶）以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺，在那里由工作人員將該道口的全部商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進(jìn)行配送作業(yè)。

以上四部分裝置通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，協(xié)作人工限制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。

2方案設(shè)計思路PLC限制金屬塑料自動分揀的裝置，具有較高的能動性。采納光電感應(yīng)器來限制識別金屬和塑料的材料性質(zhì)，限制系統(tǒng)中加入氣缸，采納推出式的分類金屬和塑料，再用傳送帶來傳送，在傳送帶同側(cè)有兩個分揀道口，利用氣缸將金屬和塑料推出各自的分揀道口，而每個氣缸的動作時有光電感應(yīng)器所判別出的信號來限制的，此限制系統(tǒng)的限制原理如下：（1）由按鈕SB4作系統(tǒng)的待機(jī)限制，按下SB4，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；若此時各部件處于復(fù)位狀態(tài)，待機(jī)指示燈（綠色）發(fā)光。只有在待機(jī)指示燈（綠色）正常發(fā)光后，系統(tǒng)才能起先下料運行。待機(jī)指示燈（綠色）只作系統(tǒng)通電后按下SB4的待機(jī)狀態(tài)指示燈用，系統(tǒng)運行后應(yīng)熄滅。(2)由按鈕SB5作系統(tǒng)正常停止限制。按下SB5，系統(tǒng)馬上提示停止下料（紅色指示燈發(fā)光），同時系統(tǒng)在完成傳送帶上的工件分揀后停機(jī)。（3）下料時，要求工件每隔2S下料一次（每次下料一個），以保證工件的分揀。每次下料后，停止下料指示燈（紅色）都會發(fā)光，每次發(fā)光2S后熄滅；紅色指示燈熄滅的同時下料指示燈（黃色）發(fā)光，提示可以下料。但若在黃色指示燈發(fā)光3S后仍未下料，黃色指示燈就會發(fā)生閃耀（每秒閃光2次），以提示缺料，直至下料后才復(fù)原正常指示。其次章硬件電路設(shè)計1總體結(jié)構(gòu)及原理分析自動分揀系統(tǒng)由光電感應(yīng)器、電感式傳感器、電容式傳感器、三相異步電動機(jī)和氣缸等元器件組成。原理分析：當(dāng)光電感應(yīng)器(1)檢測到工件后，三相異步電動機(jī)給傳送帶供應(yīng)動力，傳送帶帶動工件起先運動，光電感應(yīng)器檢測到的是金屬材料時，如圖Ⅱ位置的電感式傳感器接收信號，氣缸A動作將金屬工件推向出料口，當(dāng)檢測到的是塑料材料時，圖中Ⅲ位置的電容式傳感器接收信號，使氣缸B動作，將塑料工件推向出料口。依次反復(fù)，將構(gòu)成金屬、塑料的自動分揀系統(tǒng)2傳感器的工作原理2.1電感式傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩實力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變更。由此，可識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而限制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用M18X1X40DC電感傳感器，原理圖如下：此類傳感器的優(yōu)點：（1）無活動觸點、牢靠度高、壽命長；（2）辨別率高、靈敏度高；（3）線性度高、重復(fù)性好，測量范圍大；（4）無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；（5）適用于低頻動態(tài)測量。2.2電容式傳感器電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變更，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變更。由此，便可限制開關(guān)的接通和關(guān)斷。原理圖如圖電容式傳感器的感應(yīng)由兩個同軸金屬電極構(gòu)成，這兩個電極構(gòu)成一個電容，串聯(lián)在RC振蕩回路內(nèi)。電源接通時，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一個目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時，電容器的容量增加，使振蕩器起先振蕩，通過后級電路的處理，將停振和振蕩兩種信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而起到檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體，也能檢測非金屬物體，對金屬物體可以獲得最大的動作距離，對非金屬物體動作距離確定于材料的介電系數(shù)，介電系數(shù)越大，獲得的動作距離越大。當(dāng)一個目標(biāo)靠近時，電容式傳感器的電流消耗隨之增加。本系統(tǒng)選用的是E2K-X8ME1電容式傳感器，原理圖如下:此類傳感器的優(yōu)點：（1）測量范圍大，靈敏度高。（2）質(zhì)量小，動態(tài)響應(yīng)快，固有頻率高，高頻特性。（3）穩(wěn)定性好，過載實力大。（4）結(jié)構(gòu)簡潔，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。3三相異步電動機(jī)的工作原理三相溝通異步電動機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。當(dāng)給電動機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度）通入三相溝通電源后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子朝著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)向三相定子繞組中通入對稱的三相溝通電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體起先時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。由于導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一樣的感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定），電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。三相溝通異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡潔、運行牢靠、價格便宜、過載實力強(qiáng)及運用、安裝、維護(hù)便利等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。系統(tǒng)選用J0H80~355小型三相異步電動機(jī),此類電動機(jī)為0.75~315KW外殼為封閉式，可防止灰塵、水滴侵入，用于無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備和運輸機(jī)械等。4電磁閥的工作原理電磁閥是用來限制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥是用于限制氣體流淌方向的，自動分揀裝置一般都由氣缸限制，所以用到電磁閥。工作原理電磁閥里有密閉的腔，不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的氣管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過限制閥體的移動來檔住或漏出不同的排氣的孔，而進(jìn)氣孔是常開的，氣體就會進(jìn)入不同的排氣管，然后通過氣體的壓力來推動氣缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機(jī)械裝置動。這樣通過限制電磁鐵的電流就限制了機(jī)械運動。5光電感應(yīng)器的工作原理光電傳感器的構(gòu)成光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變更轉(zhuǎn)換成電信號的變更來實現(xiàn)限制的。光電傳感器在一般狀況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)放射光束，放射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地放射，或者變更脈沖寬度。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(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有放射板和光導(dǎo)纖維。6氣缸的作用及工作原理1》氣缸作用1．引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運動的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動機(jī)氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)等的殼體通常也稱“氣缸”。2．氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力限制）、半導(dǎo)體（點焊機(jī)、芯片研磨）、自動化限制、機(jī)器人等等。3．氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運動的和作往復(fù)搖擺的兩類。2》氣缸工作原理氣缸的運動速度主要由所驅(qū)動的工作機(jī)構(gòu)的須要來確定。要求速度緩慢、平穩(wěn)時，宜采納氣液阻尼缸或采納節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速的方式有：排氣節(jié)流和進(jìn)氣節(jié)流。排氣節(jié)流主要用于水平安裝推力載荷中；進(jìn)氣節(jié)流主要用于垂直安裝升舉載荷中。用緩沖氣缸可使缸在行程終點不發(fā)生沖擊現(xiàn)象，通常緩沖氣缸在阻力載荷且速度不高時，緩沖效果才明顯。假如速度高，行程終端往往會產(chǎn)生沖擊。設(shè)計中主要是通過直動性氣缸將金屬與塑料推入相應(yīng)的斜槽中。第三章可編程限制器1PLC的選擇可編程限制器通常也簡稱為可編程限制器，英文縮寫為PC或PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動限制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動限制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡潔、敏捷通用、維護(hù)便利等一系列的優(yōu)點，特殊是它的高牢靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的實力，更是得到了用戶的好評，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代限制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。設(shè)計中選用的PLC為：名稱:三菱PLC型號:FX2N選用三菱PLCFX2N的意義1）、結(jié)構(gòu)敏捷不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時可以敏捷擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。2）、范圍廣無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設(shè)N多個AP才能滿意需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只須要插上電力貓，就可以實現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。3）、低成本充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避開了對建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)約了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月運用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。4）、適用面廣PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，供應(yīng)寬帶網(wǎng)絡(luò)“最終一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就馬上可享受4.5~45Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來閱讀網(wǎng)頁﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。綜上所述，三菱PLCFX2N-32MR是此設(shè)計（金屬、塑料分揀裝置自動化限制系統(tǒng)）的最佳選擇。2PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理1》、PLC的基本結(jié)構(gòu)世界各國生產(chǎn)的可編程限制器外觀各異，但作為工業(yè)限制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同，主要由中心處理器（PLC）、存儲器（RAM、ROM）、輸入、輸出器件（I/O接口）電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。2》、PLC的工作原理 可編程限制器的工作原理與計算機(jī)的工作原理基本上是一樣的，可以簡潔地表達(dá)為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但個人計算機(jī)與PLC的工作方式有所不同，計算機(jī)一般采納等待吩咐的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當(dāng)鍵盤有鍵按下或I/O口有信號輸入時，中斷轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序；而PLC在確定了工作任務(wù)、裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采納循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是以循環(huán)掃描方式完成。3PLC輸入、輸出口的安排輸入端：輸出端：X0——SB4（待機(jī)限制）Y0——HL2（綠燈：待機(jī)提示）X1——SB5（停機(jī)限制）Y1——HL3（紅燈：禁止下料提示）X2——金屬檢測Y2——HL1（黃燈：允許下料提示）X3——塑料檢測Y3——三相異步電動機(jī)X5——檢測下料裝置Y4——氣缸1Y5——氣缸2自動分揀裝置輸入、輸出接線圖系統(tǒng)限制流程圖6系統(tǒng)限制梯形圖結(jié)束語本設(shè)計所采納的日本三菱可編程限制器的硬件配置和程序設(shè)計是完全可行的，在實際限制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有牢靠性高、敏捷性強(qiáng)、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點，使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來，因而深受用戶歡迎。同時采納PLC限制金屬塑料的自動分揀。該限制系統(tǒng)可用較少的資金投入，達(dá)到很高的限制精度，本設(shè)計已通過模擬仿真檢驗，有很好的推廣價值。任何設(shè)計的限制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善，就猶如我們做