基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 xxxxx 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ? 題 目 基于PLC的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 英文題目The Design of Material Choose System Based on PLC 院 系 機(jī)械與材料工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 xxx 年 級(jí) 2009(機(jī)材A0916) 指導(dǎo)教師

2、 xxx 二零一三年六月 I 摘 要 物料分揀采用可編程控制器PLC進(jìn)行控制，能連續(xù)大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料信息流的分配和管理。 隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，可編程控制器的需求量逐年增大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。 本設(shè)計(jì)基于FX-2N型PLC控制的物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)組成，對(duì)三種不同的物料進(jìn)行分類分揀。靈活運(yùn)用傳感器對(duì)物料進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、以及對(duì)機(jī)械手的狀態(tài)檢測(cè)。在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用了步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度的精

3、確定位，利用變頻控制技術(shù)對(duì)物料傳輸速度進(jìn)行了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)目前物料分揀系統(tǒng)運(yùn)用甚廣，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)到搬運(yùn)機(jī)械手也廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。 本次設(shè)計(jì)應(yīng)用了大部分在校所學(xué)的知識(shí)，將各種元器件通過邏輯關(guān)系有序的聯(lián)系起來，構(gòu)成物料分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電一體化。 【關(guān)鍵詞】 可編程序控制器； 傳感器； 硬件設(shè)計(jì)； 軟件設(shè)計(jì) V Abstract The material sorting adopt programming controller PLC to be in progress under the control of,can criticize in large scale i

4、n arow measuring field sorting goods, the intensity sorting,error lead low and working is reduced greatly,but notable rise productivity. Mark chooses system to be able to nimbly and logistics equipment seamless connection other ,come true to material information stream assignment and manage . Hardwa

5、re-Design and software-design middle having introduced it mainly in is designed. With the popularization and development of industrial automation, increased demand for programmable controllers, field more and more widely used. Design material sorting system based on FX-2N PLC control by feeding,

6、handling robot body, material transport pickup bodies, on three different materials for category sorting. Flexible sensor material for detection, identification, and State testing for Manipulator. This design uses a stepper motor to precisely position the rotation, use of variable frequency control

7、technique to design the material transmission speed. Current material sorting system using a wide range of system design to handling robots are widely used in all trades and industries. Most of the design and application of the knowledge learnt in school, to link various components through a logical

8、 and orderly, constitute a material sorting system, for optical, mechanical and electronic integration. 【Key words】PLC; Sensor; Hardware-design; software-design 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1.1分揀系統(tǒng)的研究背景 2 1.2物料分揀系統(tǒng)發(fā)展概況和現(xiàn)狀 3 1.3 課題研究目的和意義 4 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 5 1.5 本章小結(jié) 5 第二章 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2.1 控制系

9、統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 6 2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 7 2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 7 2.4 程序設(shè)計(jì)的步驟 8 2.5 編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng) 8 2.6 本章小結(jié) 9 第三章 系統(tǒng)的組成及控制要求 10 3.1 系統(tǒng)的組成 11 3.1.1 上料機(jī)構(gòu) 11 3.1.2 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu) 11 3.1.3 物料傳輸分揀機(jī)構(gòu) 11 3.2 系統(tǒng)控制要求 12 3.3 本章小結(jié) 13 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 4.1 電氣元件名稱及功能 14 4.1.1 輸入電氣元件 14 4.1.2 輸出電氣元件 15 4.1.3 執(zhí)行電氣元件 15 4.2 輸入/輸

10、出（I/O）點(diǎn)分配 16 4.3 PLC的選型 17 4.3.1 系統(tǒng)對(duì)PLC的要求 18 4.3.2 確定PLC型號(hào) 18 4.4 三菱FX-2N型PLC控制原理圖 19 4.5 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì) 20 4.6 本章小結(jié) 21 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 5.1 三菱編程軟件、模擬仿真軟件 22 5.2 程序設(shè)計(jì)思想 22 5.2.1 上料機(jī)構(gòu)流程圖 23 5.2.2 搬運(yùn)機(jī)械手流程圖 25 5.2.3 物料傳輸分揀流程圖 30 5.2.4 系統(tǒng)控制總程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 31 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 32 6.1 程序的模擬調(diào)試 32 6.1.1 通過軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行

11、調(diào)試 33 6.1.2 時(shí)序圖輔助調(diào)試 35 6.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 35 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 謝 辭 39 附 錄 40 編號(hào)： 時(shí)間：2021年x月x日 書山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟 頁(yè)碼：第45頁(yè) 共50頁(yè) 前 言 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作，更需要自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)

12、在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來得到重視，在本設(shè)計(jì)中難點(diǎn)的是搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 物料分揀系統(tǒng)，采用日本三菱公司的FX-2N型PLC，對(duì)物料的存放，機(jī)械手的上下、左右、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)以及抓取運(yùn)動(dòng)，物料的傳輸速度、分

13、揀進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，模擬實(shí)現(xiàn)了物料分揀系統(tǒng)控制的機(jī)電一體化。 第一章 緒論 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是經(jīng)過近二十來隨著大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，可編程序控制器應(yīng)運(yùn)而生并得到快速的發(fā)展，而且發(fā)展勢(shì)頭越發(fā)迅猛?，F(xiàn)如今PLC是應(yīng)用面極為廣泛的工業(yè)控制裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算和一些特定的功能，來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程[1]。它給自動(dòng)化控制帶來很大的方便，目前有不少的國(guó)家的公司都在致力于PLC的研究并使其性能不斷的改善提高。

14、 1.1分揀系統(tǒng)的研究背景? 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的發(fā)展，目前大型分揀系統(tǒng)大多能分揀幾十到幾百個(gè)種類的物品，分揀能力達(dá)到每小時(shí)萬(wàn)件以上。國(guó)外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺(tái)、信號(hào)盤、分揀機(jī)、分揀信息識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。 從分揀技術(shù)水平上說，歐美各國(guó)發(fā)展最早，技術(shù)比較成熟，目前處于世界領(lǐng)先地位。美國(guó)和歐洲在60年代開始使用，日本則在第二次世界大戰(zhàn)后才引進(jìn)分揀機(jī)，但近二十年來由于其本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要發(fā)展迅速，后來者居上，從1970--1985年共有338臺(tái)自動(dòng)分揀機(jī)投入運(yùn)行，其中58.32%用

15、于儲(chǔ)運(yùn)業(yè)，17.15%用于銷售業(yè)。到1987年就已經(jīng)擁有自動(dòng)分揀機(jī)1000臺(tái)，號(hào)稱是世界上擁有分揀機(jī)最多的國(guó)家。? 我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與國(guó)際先進(jìn)水平保持同步，但是缺少技術(shù)創(chuàng)新能力，使自動(dòng)分揀技術(shù)的物流系數(shù)也減少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。近二十年來,特別是物流行業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的發(fā)展,商品趨勢(shì)趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時(shí)制（JUST-IN-TIME，簡(jiǎn)稱JIT)。分揀作業(yè)已成為一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨普遍。我國(guó)目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。而國(guó)外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點(diǎn)

16、多、差錯(cuò)率極低、效率高和全自動(dòng)操作的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)成為當(dāng)代物流技術(shù)發(fā)展的三大標(biāo)志之一[2]。 本次設(shè)計(jì)基于PLC的物料分揀系統(tǒng)控制。采用PLC控制開發(fā)可以達(dá)到短周期，低成本的控制要求，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。PLC控制具有實(shí)時(shí)性、信號(hào)處理時(shí)間短、速度快、更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目，同時(shí)PLC的可靠性高，有豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高，安裝簡(jiǎn)單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因?yàn)樗钦w模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單，并且測(cè)試容易，維修方便，

17、更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。 1.2物料分揀系統(tǒng)發(fā)展概況和現(xiàn)狀 ?縱觀國(guó)內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng)，而且應(yīng)用也較為廣泛。而在我國(guó)，由于物流業(yè)起步晚，物料分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國(guó)家某些行業(yè)不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn):一是一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營(yíng)成本相當(dāng)高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或

18、專業(yè)物流公司才有能力投資小企業(yè)則無(wú)能為力。二是系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，且越是特別的通用性就越差。 雖然物料分揀系統(tǒng)有它的局限性，但隨著社會(huì)的高速發(fā)展，一切都講究效率，我相信高效率的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)被人們?cè)絹碓街匾暋６驹O(shè)計(jì)就針對(duì)物料分揀設(shè)計(jì)出了一個(gè)由PLC控制的分揀系統(tǒng)，解決了組成系統(tǒng)的設(shè)備能在安全工作的同時(shí)又能提高物料分揀效率的問題。 1.3 課題研究目的和意義 分揀系統(tǒng)中物料傳感

19、器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。本文主要針對(duì)生產(chǎn)線上的自動(dòng)化設(shè)計(jì)了一個(gè)四段物料分揀傳送帶，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。啟動(dòng)后，供料傳送帶啟動(dòng)并開始供料，當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，物料到位，通過汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為白色物料時(shí)，物料到位，通過汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為黑色物料時(shí)，直接將物料輸送出去?。分料盤在物料分揀中

20、起著關(guān)鍵作用,安裝在其內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)將使分料盤發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作來達(dá)到物料的最終分揀。由于同樣實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化分揀，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也較廣泛地使用。 伴隨著機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制成分顯得越來越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。因此機(jī)傳送帶就在這樣誕生了,其中的自動(dòng)分揀傳送帶是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；廣泛的應(yīng)用傳送帶，可以逐步改善勞動(dòng)條件，更強(qiáng)與可控的

21、生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除枯燥無(wú)味的工作，節(jié)約勞動(dòng)力，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)床，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時(shí)間和庫(kù)存，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 可編程控制器 (PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在物料分揀控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)[3]。 本設(shè)計(jì)擬開發(fā)的基于PLC?的物料分揀傳送帶可代替人工

22、在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可分揀重量較大的工件，采用PLC控制，和傳統(tǒng)繼電器控制相比較，具有穩(wěn)定性高，接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢院?jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[4]。 ?1.4 本文研究的主要內(nèi)容 在本文中,以生產(chǎn)線上不同物料的分揀系統(tǒng)為例,詳細(xì)分析了基于PLC控制的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì),介紹了分揀系統(tǒng)中傳感器信號(hào)的采集、處理的一些基本知識(shí),并通過設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)的比較,確定了硬件系統(tǒng)中的各種元器件及PLC的選型。 在介紹了一些PLC、傳感器基本知識(shí)后,對(duì)本課題進(jìn)行硬件與軟件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出主電路與控制回路,并建立了實(shí)際的模型,在軟件設(shè)計(jì)中,確定了I/

23、O分配,并按照控制要求設(shè)計(jì)出了PLC梯形圖。 在本系統(tǒng)完成其設(shè)計(jì)之后,對(duì)其進(jìn)行整體安裝與調(diào)試。在硬件部分,調(diào)試其各部分安裝的位置及角度,使其材料物塊的運(yùn)行與傳感器安裝的角度適合。將各氣缸的動(dòng)作速度進(jìn)行調(diào)試之后,進(jìn)行了軟硬件綜合調(diào)試,實(shí)現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。 1.5 本章小結(jié) 本章主要是闡述了物料分揀系統(tǒng)的應(yīng)用背景，了解了自動(dòng)分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。明確了課題研究目的和意義，對(duì)物料分揀系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容做了個(gè)簡(jiǎn)單的歸納。為后面的設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。 第二章 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐

24、一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。 2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易，維修容易等特點(diǎn)。一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤，容易掌握和理解。 PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下內(nèi)容： （1）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件

25、，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。 （2）PLC的選擇。 PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。 選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇以及I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。 （4）設(shè)計(jì)控制程序。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖。 控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)的控制程序必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 （5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái) （6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣

26、圖及電氣元件明細(xì)表。 傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中應(yīng)增加PLC部分的I/O連接圖[3]。 另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖（梯形圖），通常稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分析和排除故障。 2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 設(shè)計(jì)任何一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，如同設(shè)計(jì)任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）來實(shí)現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此

27、，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則。 （1） PLC控制系統(tǒng)被控對(duì)象最大限度地滿足工藝要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 （2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、

28、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)[5]。 （3）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 （4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在配置PLC硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有一定裕量。 2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的步驟可分為： （1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 （2）根據(jù)控

29、制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 （3）選擇PLC系統(tǒng)。 （4）分配PLC餓I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖。 （5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制太的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 2.4 程序設(shè)計(jì)的步驟 程序的設(shè)計(jì)要按一定的步驟才可以順利的完成。程序設(shè)計(jì)的步驟可分為： （1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。 （2）設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。 （3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。 （4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。 （5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足

30、要求為止。 （6）待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直到滿足為止。 （7）編寫技術(shù)文件。 （8）交付使用。 2.5 編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng) （1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。 （2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個(gè)沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來連接[6]。 （3

31、）在程序中，不允許同一編號(hào)的線圈兩次輸出。 （4）不允許出現(xiàn)橋式電路。 程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大右小”。 2.6 本章小結(jié) 本章主要對(duì)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)一些要求和注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、原則、一般步驟、程序設(shè)計(jì)的步驟以及編寫梯形圖應(yīng)該注意的事項(xiàng)有了進(jìn)一步的了解。確定了控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟，為后面的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第三章 系統(tǒng)的組成及控制要求 物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手、皮帶輸送線、物件分揀機(jī)構(gòu)組成。該系統(tǒng)動(dòng)力由氣壓供能，PLC通過直接控制電器執(zhí)

32、行元件和間接控制氣動(dòng)執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，模擬實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。圖3-1為系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖。 上料機(jī)構(gòu) 無(wú)物料報(bào)警 光電傳感器檢測(cè)放料臺(tái)有無(wú)物料？ 無(wú) 有 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)工作 等待機(jī)械手搬運(yùn) 光電傳感器檢測(cè)入料口有無(wú)物料？ 無(wú) 有 皮帶傳輸機(jī)構(gòu)工作 物料分揀機(jī)構(gòu)工作 圖3-1 系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖 3.1 系統(tǒng)的組成 3.1.1 上料機(jī)構(gòu) 上料機(jī)構(gòu)如圖3-

33、2，由井式工件庫(kù)、光電傳感器、工件、存放料臺(tái)、推料氣缸、安裝支架等組成。主要完成將工件依次送至存放料臺(tái)上。沒有工件時(shí)，報(bào)警指示黃燈閃爍，放入工件后閃爍自動(dòng)停止。 圖3-2 上料機(jī)構(gòu)實(shí)物圖 3.1.2 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu) 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)。由氣動(dòng)手爪、雙導(dǎo)桿氣缸、單桿氣缸、電感傳感器、磁性傳感器、多種類型電磁閥、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器組成。主要完成通過氣動(dòng)機(jī)械手手臂前伸，前臂下降，氣動(dòng)手指夾緊物料，前臂上升，手臂縮回，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松開將物料放入料口，機(jī)械手返回原位，等待下一個(gè)物料到位等動(dòng)作。 3.1.3 物料傳輸分揀機(jī)構(gòu) 物料輸送與分揀機(jī)構(gòu)如圖3-3。由皮帶輸送線、分

34、揀料槽、單桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、三相異步電動(dòng)機(jī)、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器及電磁閥等組成。主要完成物料的輸送和分揀任務(wù)。（1號(hào)料槽：用于放置金屬物料；2號(hào)料槽：用于放置白色尼龍物料；3號(hào)料槽：用于放置黑色尼龍物料。） 圖3-3 物料傳輸與分揀機(jī)構(gòu)實(shí)物圖 3.2 系統(tǒng)控制要求 本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)對(duì)三種不同的物料（金屬鋁物料、白色纖維物料、黑色纖維物料）進(jìn)行上料、搬運(yùn)、運(yùn)輸和分類分揀，基于PLC的控制可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化控制。 （1）上料機(jī)構(gòu) 在復(fù)位完成后，點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕，料筒光電傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，推料氣缸將工件推出至存放料臺(tái)，若3秒鐘后，料筒檢測(cè)光電傳感

35、器仍未檢測(cè)到工件，則說明料筒內(nèi)無(wú)物料，這時(shí)警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機(jī)械手將工件取走后，推料氣缸縮回，工件下落，氣缸重復(fù)上一次動(dòng)作。 （2）搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)（自動(dòng)控制） 當(dāng)存放料臺(tái)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)物料到位后，機(jī)械手手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后，延時(shí)0.5秒，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后，延時(shí)0.5秒，氣動(dòng)手爪抓取物料,手爪夾緊限位傳感器檢測(cè)到夾緊信號(hào)后；延時(shí)0.5秒，手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后；手臂向右旋轉(zhuǎn)，手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測(cè)

36、到位后，延時(shí)0.5秒，氣動(dòng)手爪放開物料,手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后，手臂向左旋轉(zhuǎn)，等待下一個(gè)物料到位，重復(fù)上面的動(dòng)作。在分揀氣缸完成分揀后，再將物料放入輸送線上[7]。 （3）運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu) 當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)，三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測(cè)傳感器檢測(cè)到金屬物料時(shí)，推料一氣缸動(dòng)作，將金屬物料推入一號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作，將白色物料導(dǎo)入二號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過

37、時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)回原位，同時(shí)電動(dòng)機(jī)停止；當(dāng)物料為黑色物料直接導(dǎo)入三號(hào)料槽，料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。 3.3 本章小結(jié) 本章對(duì)控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)流程簡(jiǎn)圖，對(duì)上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸與分揀機(jī)構(gòu)的控制功能方面給出了詳細(xì)的要求 ，為控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器技術(shù)的最主要應(yīng)用是在自動(dòng)化控制工程中，如何根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，本章主要介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分。系統(tǒng)的硬件部分包括機(jī)械元件、氣動(dòng)元件、PLC輸入\輸出電氣元件。在本設(shè)計(jì)

38、中主要對(duì)三菱FX-2N型PLC相關(guān)電氣硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)及說明。 4.1 電氣元件名稱及功能 4.1.1 輸入電氣元件 （1）光電傳感器SB03-1K （3個(gè)） ①位于料庫(kù)下外側(cè)。作用：檢測(cè)料庫(kù)中有無(wú)物料，物料檢測(cè)傳感器為光電漫反射型傳感器，檢測(cè)到有物料時(shí)推料氣缸將物料推出到存放料臺(tái)，有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 ②位于存放料臺(tái)下方。作用：檢測(cè)存放料臺(tái)上有無(wú)物料，漫反射式直流NPN三線常開，當(dāng)檢測(cè)到存料臺(tái)上有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 ③位于入料口中間外側(cè)。作用：檢測(cè)入料口有無(wú)物料進(jìn)入，漫反射式直流NPN三線常開，當(dāng)檢測(cè)到入料口有物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。

39、 （2）光電傳感器WS/WE100-N1439 位置：位于料槽一與料槽三入口外側(cè)。作用：檢測(cè)物料是否經(jīng)過料槽一、二、三，該光電傳感器為分體直射型，當(dāng)檢測(cè)到物料進(jìn)入料槽時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 （3）磁性傳感器D-A73 位置：位于氣缸兩端。作用：用于檢測(cè)氣缸伸出縮回是否達(dá)到限位位置點(diǎn)檢測(cè)氣缸達(dá)到限位位子時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 （4）電感傳感器LE4-1K 位置：機(jī)械手旋轉(zhuǎn)支柱下側(cè)旁。作用：檢測(cè)機(jī)械手是否在基準(zhǔn)位子，機(jī)械手臂左擺或右擺到位后，電感傳感器向PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 （5）

40、電感式傳感器 位置：位于料槽一前、皮帶上方。作用：檢測(cè)金屬材料，當(dāng)金屬物料經(jīng)過時(shí)，傳感器向PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。 （6）光纖傳感器 位置：位于料槽一與料槽二的皮帶傳輸?shù)闹虚g上方。作用：用于檢測(cè)非金屬的白色物料。當(dāng)光纖傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí)為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。其檢測(cè)距離為3~8mm，檢測(cè)距離可通過傳感器放大器的電位器調(diào)節(jié)。 （7）按鈕（7個(gè)） 控制系統(tǒng)的啟動(dòng)（綠色）、停止（紅色）、復(fù)位（黃色）；4個(gè)用于機(jī)械手的手動(dòng)控制。 4.1.2 輸出電氣元件 （1）警示燈 在設(shè)備停止時(shí)警示紅燈亮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)警示綠燈，在無(wú)物料或停止時(shí)警示黃燈閃爍。 （2）電磁閥 通過PLC

41、控制電磁閥來控制氣缸的動(dòng)作。 （3）變頻器 當(dāng)入料口檢測(cè)到有物料時(shí)PLC向變頻器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，變頻器驅(qū)動(dòng)三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)按設(shè)定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 接受PLC的控制脈沖信號(hào)，正反轉(zhuǎn)信號(hào)，使能信號(hào)。控制機(jī)械手手臂的旋轉(zhuǎn)，通過脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行精確定位。 4.1.3 執(zhí)行電氣元件 （1）推料氣缸 將工件推到存放料臺(tái)上，由單向電控氣閥控制[8]。 （2）推料一氣缸 將金屬物料推入料槽一，由單向電控閥控制。 （3）氣動(dòng)手爪 完成工件的抓取動(dòng)作，由雙向電控閥控制，手爪夾緊時(shí)磁性傳感器有信號(hào)輸出，磁性開關(guān)指示燈亮。 （4）雙導(dǎo)桿氣缸 控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由雙向電控

42、氣閥控制。 （5）單桿氣缸 控制氣動(dòng)手爪的提升、下降，由雙向電控氣閥控制。 （6）導(dǎo)料氣缸 在檢測(cè)到有白色物料時(shí)，將導(dǎo)料塊旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，由雙向電控氣閥控制。 （7）步進(jìn)電機(jī) 用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，用與實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)。 （8）皮帶輸送線 由三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將物料輸送到相應(yīng)的位置。 （9）三相異步電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，由變頻器控制。 4.2 輸入/輸出（I/O）點(diǎn)分配 表4-1 輸入點(diǎn)分配及說明 序號(hào) PLC地址 名稱 功能說明 1 X0 啟動(dòng)按鈕 系統(tǒng)啟動(dòng) 2 X1 停止按鈕 系統(tǒng)停止 3 X2 復(fù)位按

43、鈕 系統(tǒng)復(fù)位 4 X3 物料檢測(cè)光電傳感器 檢測(cè)料庫(kù)有無(wú)物料 5 X4 物料推出檢測(cè)光電傳感器 檢測(cè)放料臺(tái)上有無(wú)物料 6 X5 推料伸出限位傳感器 檢測(cè)推料氣缸是否退出 7 X6 推料縮回限位傳感器 檢測(cè)推料氣缸是否縮回 8 X7 手臂伸出限位傳感器 檢測(cè)手臂是否伸出 9 X10 手臂縮回限位傳感器 檢測(cè)手臂是否縮回 10 X11 手爪下降限位傳感器 檢測(cè)手爪是否下降 11 X12 手爪提升限位傳感器 檢測(cè)手爪是否提升 12 X13 手爪夾緊限位傳感器 檢測(cè)手爪是否夾緊 13 X14 機(jī)械手基準(zhǔn)傳感器 檢測(cè)機(jī)械手

44、是否在基準(zhǔn)位置 14 X15 推料一伸出限位傳感器 檢測(cè)推料一氣缸是否推出 15 X16 推料一縮回限位傳感器 檢測(cè)推料一氣缸是否縮回 16 X17 導(dǎo)料轉(zhuǎn)出限位傳感器 檢測(cè)導(dǎo)料氣缸是否旋轉(zhuǎn)到位 17 X20 導(dǎo)料原位限位傳感器 檢測(cè)導(dǎo)料氣缸是否回原位 18 X21 入料檢測(cè)光電傳感器 檢測(cè)物料是否放入入料口 19 X22 料槽一檢測(cè)傳感器 檢測(cè)金屬物料 20 X23 料槽二檢測(cè)傳感器 檢測(cè)白色物料 21 X24 分揀槽檢測(cè)光電傳感器 檢測(cè)有無(wú)物料進(jìn)入料槽 表4-2 輸出點(diǎn)分配 序號(hào) PLC地址 名稱 功能說明 1

45、 Y0 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PUL- 輸出脈沖 2 Y1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DIR- 方向控制 3 Y2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ENA- 使能控制 4 Y3 電磁閥 物料推出 5 Y4 電磁閥 手臂伸出 6 Y5 電磁閥 手臂縮回 7 Y6 電磁閥 手爪上升 8 Y7 電磁閥 手爪下降 9 Y10 電磁閥 手爪夾緊 10 Y11 電磁閥 手抓松開 11 Y12 電磁閥 推料氣缸 12 Y13 電磁閥 導(dǎo)料氣缸 13 Y14 警示紅燈 停止指示燈 14 Y15 警示綠燈 啟動(dòng)指示燈 15 Y16 警

46、示黃燈 物料報(bào)警指示燈 16 Y17 變頻器STF 變頻器驅(qū)動(dòng)控制 4.3 PLC的選型 在第二章中已對(duì)PLC進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是三菱FX-2N型PLC。 日本三菱可編程控制器分為F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC等幾個(gè)系列，其中F系列是早期產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)。FX2系列是1991年推出的產(chǎn)品，是加強(qiáng)型的小型機(jī)。FX2N是三菱公司的近期產(chǎn)品，按疊裝式配置，是日本高性能小型機(jī)中的代表作[9]。三菱FX系列常見型號(hào)如下圖4-1所示： 圖4-1 三菱FX系列PLC 4.

47、3.1 系統(tǒng)對(duì)PLC的要求 （1）功能要求：在滿足一般開關(guān)量輸入信號(hào)控制要的同時(shí)，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要求輸出脈沖信號(hào)，所以輸出類型要是晶體管輸出[10]（T）。 （2）I/O點(diǎn)數(shù)要求：系統(tǒng)所需輸入點(diǎn)數(shù)為21點(diǎn)；系統(tǒng)所需輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。在實(shí)際統(tǒng)計(jì)出的I/O點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上加15%——20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴(kuò)展。 4.3.2 確定PLC型號(hào) 根據(jù)上述要求可暫定型號(hào)為：三菱FX2N-64MT。 考慮到FX2N-64MT與FX2N-48MT相比價(jià)格稍微較貴。但FX2N-48MT的輸入點(diǎn)數(shù)能不能滿足系統(tǒng)要求，但也可選用擴(kuò)展模塊比如：FX2N-8EX（輸入點(diǎn)為8的擴(kuò)展模塊）?？紤]多方

48、面因素： 最后確定可編程控制器型號(hào)為：三菱FX2N-64MT 4.4 三菱FX-2N型PLC控制原理圖 圖4-2 三菱FX-2N型PLC控制原理圖 4.5 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：57BYG350CL-SAKSML050，選配的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為：3MD560。 3MD560細(xì)分型三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用直流18-50V供電，適合驅(qū)動(dòng)相電流小于6A、外經(jīng)42-86毫米的三相混合式步進(jìn)電機(jī)。此驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行平穩(wěn)，幾乎沒有振動(dòng)和噪音。高速時(shí)力矩也大大高于二相混合式步進(jìn)電機(jī)，定位精

49、度高。 （1）功能簡(jiǎn)介： 純正弦電流控制，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)6.0A；直流供電電壓18-50VDC；光電隔離信號(hào)輸入/輸出；有過壓、欠壓、過流、相間短路、過熱保護(hù)功能；八檔細(xì)分和自動(dòng)半流功能；十六檔輸出相電流設(shè)置；具有相位記憶功能（電機(jī)停止5秒后再斷電，可保持電機(jī)上下電位置不變）；高啟動(dòng)轉(zhuǎn)速；具有脫機(jī)命令輸入端子；電機(jī)的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)[11]。 廣泛適用于雕刻機(jī)、數(shù)控機(jī)床、切割機(jī)和繪圖儀等分辨率要求較高的設(shè)備上。 （2）在本系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)設(shè)置如表4-3所示。 電流設(shè)定細(xì)分設(shè)定 電流值(A) SW1 SW2 SW3 SW4 1.5A

50、 OFF OFF OFF OFF 2.6A OFF OFF ON OFF 4.1A ON OFF OFF ON 5.2A ON OFF ON ON 6.0A ON ON ON ON 步數(shù)/圈 SW6 SW7 SW8 200 ON ON ON 400 OFF ON ON 500 ON OFF ON 1000 OFF OFF ON 2000 ON

51、ON OFF 4000 OFF ON OFF 5000 ON OFF OFF 1000 OFF OFF OFF 表4-3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置 序號(hào) SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 SW8 開關(guān)狀態(tài) ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF （3） 脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算： 在模擬系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)左右旋轉(zhuǎn)的角度為63°，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器所設(shè)置的細(xì)分步參數(shù)為10000步/圈，電流值為6.0A。所以PLC的Y0口產(chǎn)生脈沖數(shù)N為： 4.6 本章小結(jié) 本章在確

52、定了控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)步驟之后，詳細(xì)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件部分，給出了I/O分配表、控制器接線圖，完成了PLC選型、步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的主要工作，為產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第四章中已對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過各類輸入輸出元器件為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準(zhǔn)備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。 5.1 三菱編程軟件、模擬仿真軟件 多年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的圖示化編程軟件，例如西門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7 Micro/WIN32編程軟件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC

53、-FXGP/WIN-C編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具[12]。 三菱全系列PLC仿真調(diào)試軟件GX Simulator： （1）仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行，如果沒有編好的程序，是無(wú)法進(jìn)行仿真的。 所以，在安裝仿真軟件GX Simulator 6c 之前，必須先安裝編程軟件 GX Developer，并且版本要互相兼容。 　　 （2）安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟件的圖標(biāo)。 因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖礼X Developer中了，其實(shí)這個(gè)仿真軟件相當(dāng)于編程軟件的一個(gè)插件[13]。

54、 5.2 程序設(shè)計(jì)思想 本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)部分可分為三部分來進(jìn)行，上料機(jī)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，搬運(yùn)機(jī)械手程序設(shè)計(jì)，物料傳輸分揀程序設(shè)計(jì)。通過分別繪制三部分的流程圖可清晰的反應(yīng)出控制要求，程序執(zhí)行過程，為程序編寫做好了準(zhǔn)備工作。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)與半自動(dòng)控制，警示燈報(bào)警等控制要求，最后將三部分程序設(shè)計(jì)按要求整合起來完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。 5.2.1 上料機(jī)構(gòu)流程圖 上料機(jī)構(gòu)的控制要求，在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)注意一下幾點(diǎn)： （1）警示黃燈在料庫(kù)無(wú)物料與停止時(shí)都要閃爍。 （2）當(dāng)放料臺(tái)有物料時(shí)，推料氣缸保持伸出狀態(tài)，同時(shí)放料臺(tái)有物料是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手程序的必備條件。 上料機(jī)構(gòu)流程圖如圖5-1所示： 警示黃燈閃

55、爍 放入物料后黃燈熄滅 啟動(dòng) 復(fù)位 警示綠燈亮 料筒光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料 3s后 有 等待物料推出 接機(jī)械手流程圖 推料氣缸將工件推至放料臺(tái) 放料臺(tái)光電傳感器檢測(cè)有無(wú)物料 機(jī)械手將工件取走 推料氣缸縮回 無(wú) 有 圖5-1 上料機(jī)構(gòu)流程圖 上料機(jī)構(gòu)部分的梯形圖

56、如圖5-2所示： 圖5-2 上料機(jī)構(gòu)梯形圖 5.2.2 搬運(yùn)機(jī)械手流程圖 搬運(yùn)機(jī)械手流程圖如圖5-3所示： 圖 5-3 搬運(yùn)機(jī)械手流程圖 從圖中反應(yīng)出來搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求，在進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮到的就是要用步進(jìn)指令進(jìn)行程序編寫，這樣程序編寫就簡(jiǎn)單明了化了。在機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移的時(shí)候，要注意上一個(gè)狀態(tài)的輸出有的必須要保持，比如手爪在夾緊工件后，在沒有送到入料口之前的所有狀態(tài)手爪都必須保持夾緊[14]。 程序中的難點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)控制程序的編寫，要兼顧考慮機(jī)械手復(fù)位的控制要求。在機(jī)械手控制程序的編寫加入了計(jì)數(shù)

57、器，機(jī)械手臂只能在基準(zhǔn)位置向右旋轉(zhuǎn)一次，從而保護(hù)手臂連續(xù)旋轉(zhuǎn)對(duì)手臂上氣管，電線的破壞。 搬運(yùn)機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5-4所示： 圖5-4 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 機(jī)械手控制程序的編寫如 圖5-5所示: 圖5-5 搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)梯形圖 5.2.3 物料傳輸分揀流程圖 入料口光電傳感器檢測(cè)到物料 物料傳輸分揀流程圖如圖5-6所示料槽傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn) 變頻器接收啟動(dòng)信號(hào) ： 三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率帶動(dòng)皮帶正傳傳輸物料 料槽一檢測(cè)為金屬物料 料槽二傳感器檢測(cè)為白色物料 物料為黑色物料 直接將（黑色

58、物料）傳送至三號(hào)料槽 旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作將（白色物料）導(dǎo)入二號(hào)槽 推料氣缸動(dòng)作將（金屬物料）推進(jìn)一號(hào)料槽 圖 5-6 物料傳輸分揀流程圖 從圖中反應(yīng)出物料傳輸分揀過程，當(dāng)物料進(jìn)入入料口時(shí)，PLC給變頻器一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了傳輸功能。在傳輸?shù)倪^程中用電感傳感器對(duì)金屬物料進(jìn)行識(shí)別，用光纖傳感器對(duì)白色物料進(jìn)行識(shí)別，沒有被識(shí)別的就是黑色物料，這樣便對(duì)三種不同物料進(jìn)行了識(shí)別，配合相應(yīng)的動(dòng)作便可以實(shí)現(xiàn)著三種物料的分揀功能。料槽傳感器是用來檢測(cè)有無(wú)物料進(jìn)入料槽，同時(shí)兼顧控制導(dǎo)料氣缸復(fù)位，三相異步電機(jī)停止。 物料分揀機(jī)構(gòu)程序梯形圖如圖5-7所示： 圖5-7

59、物料分揀機(jī)構(gòu)梯形圖 5.2.4 系統(tǒng)控制總程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 上文對(duì)程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明，分了三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，在總體程序的設(shè)計(jì)就需要將前面三部分的設(shè)計(jì)思想結(jié)合起來。 總程序中為了實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、復(fù)位、報(bào)警、自動(dòng)控制及半自動(dòng)控制。啟動(dòng)時(shí)用了輔助繼電器，并將啟動(dòng)與停止按鈕互鎖，這樣可直接實(shí)現(xiàn)上料機(jī)構(gòu)與傳輸分揀機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止、報(bào)警的控制。在整個(gè)程序中將搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)與手動(dòng)控制程序設(shè)置成了兩個(gè)子程序。通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行兩者的轉(zhuǎn)換調(diào)用，同時(shí)對(duì)步進(jìn)程序?qū)崿F(xiàn)直接停止，不必再等到執(zhí)行一個(gè)周期后才能停止。在程序中進(jìn)行了文字說明，這樣更有利于讀懂程序。 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 基于三菱FX

60、-2N型PLC控制物料分揀系統(tǒng)的調(diào)試分兩個(gè)調(diào)試過程進(jìn)行。一是在程序應(yīng)在未帶載情況下進(jìn)行模擬調(diào)試，二是進(jìn)行程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。在模擬調(diào)試完成后，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，確定參數(shù)，完善程序，最后完成整個(gè)調(diào)試工作。 6.1 程序的模擬調(diào)試 程序的調(diào)試是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)比較重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經(jīng)編制就可以運(yùn)行成功的，只有經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行甚至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方并且進(jìn)行修改。本設(shè)計(jì)中使用的編程軟件GX-DeveloperV7.0具有監(jiān)控功能，將仿真軟件GX Simulator 6c安裝后就可直接在編程軟件中進(jìn)行程序的模擬調(diào)試及監(jiān)控。通過仿真軟件按照控制要求一步步進(jìn)行輸入輸出端口

61、設(shè)置，看輸出是否滿足控制要求[15]。仿真調(diào)試時(shí)是否正常按預(yù)期效果運(yùn)行，若不是按預(yù)期效果輸出，再仔細(xì)檢查程序并修改后，再仿真調(diào)試。若有異再修改程序，這樣反復(fù)調(diào)試，直至程序可用模擬調(diào)試運(yùn)行正常。 如圖6-1是程序調(diào)試及監(jiān)控的打開界面。 圖6-1 程序調(diào)試及監(jiān)控開始 6.1.1 通過軟元件輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試 在仿真軟件中可以直接對(duì)各種軟器件進(jìn)行置位，如：X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等部分常用的軟器件可直接進(jìn)行置位，對(duì)于特殊功能輔助繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器不能直接置位調(diào)試。 （1）將X0按下系統(tǒng)啟動(dòng)，此時(shí)警示綠燈Y

62、15亮，警示黃燈Y16閃爍，無(wú)料報(bào)警。輸入輸出調(diào)試狀態(tài)如圖6-2所示： 圖6-2 程序啟動(dòng)時(shí)調(diào)試及運(yùn)行監(jiān)控 （2）將物料檢測(cè)傳感器X3置位，此時(shí)警示黃燈Y15停止閃爍，將推料伸出限位傳感器X6置位，此時(shí)物料推出氣缸Y3動(dòng)作。X6復(fù)位，推料伸出傳感器X5被置位，放料臺(tái)光電開關(guān)X4檢測(cè)到物料也被置位。當(dāng)物料被爪走后X4復(fù)位，Y3復(fù)位，推料氣缸縮回，反復(fù)執(zhí)行推料過程。輸入輸出狀態(tài)見圖6-3。 （3）分揀調(diào)試 將入料口光電開關(guān)X21置位，此時(shí)Y17向變頻器發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，料槽一檢測(cè)傳感器置位，此時(shí)氣缸Y12動(dòng)作將物料推入料槽一。同時(shí)分揀檢測(cè)光電開關(guān)向PLC發(fā)出一個(gè)信

63、號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。調(diào)試輸入輸出狀態(tài)見圖6-4。 圖6-3 上料結(jié)構(gòu)上料時(shí)運(yùn)行監(jiān)控 圖6-4 金屬物料分揀時(shí)運(yùn)行監(jiān)控 程序仿真調(diào)試方法不變，進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手，物料分揀的調(diào)試時(shí)，按照控制要求及相應(yīng)輸入控制元件的置位情況，對(duì)輸入口進(jìn)行設(shè)置后，同時(shí)觀察輸出的狀態(tài)變化看是否滿足控制要求。依照此法逐步對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試修改，直至滿足控制要求。 6.1.2 時(shí)序圖輔助調(diào)試 如果想更形象的反應(yīng)出輸入輸出及其它軟元件的狀態(tài)圖式，可以通過時(shí)序圖進(jìn)行輔助調(diào)試，通過時(shí)序圖就可以更清晰的看出軟元件狀態(tài)的變化。如圖6-5所示為時(shí)序的樣板。 圖6-5 輔助調(diào)試時(shí)序圖 依照控制要

64、求對(duì)系統(tǒng)程序一步一步進(jìn)行仿真調(diào)試，在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)了一些錯(cuò)誤的方，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最后是程序在仿真調(diào)試中滿足了控制要求，系統(tǒng)模擬調(diào)試完成。 6.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)源于學(xué)校的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)控制部分可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。但由于客觀條件限制，目前不能進(jìn)行三菱FX2N型可編程控制器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 硬件部分按照電氣原理圖連接好，在接線過程中要?jiǎng)?wù)必認(rèn)真仔細(xì)，檢查主電路和控制電路確定無(wú)誤后，方可進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中系統(tǒng)很有可能存在傳感器、執(zhí)行器、和硬件連線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和軟件部分的梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問題，經(jīng)過仔細(xì)推敲及時(shí)加以解決。 調(diào)試過程： (

65、1) 檢查連線，要逐點(diǎn)進(jìn)行，確保正確無(wú)誤。 (2) 檢查輸入輸出接口。 (3) 將調(diào)試好的程序傳輸?shù)娜釬X-2N型PLC中。 (4) 檢測(cè)搬運(yùn)機(jī)械手手動(dòng)部分和自動(dòng)部分。 (5) 進(jìn)行系統(tǒng)半自動(dòng)調(diào)試。 (6) 進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)工作調(diào)試。 (7) 異常條件檢查，完成上述所有的調(diào)試工作，系統(tǒng)調(diào)試完成。 結(jié)論 綜全文所述，本文對(duì)PLC及傳感器技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細(xì)的介紹，根據(jù)材料分揀的實(shí)際需求采用PLC設(shè)計(jì)出了材料分揀系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。 設(shè)計(jì)材料分揀系統(tǒng)之前，閱讀了大量的資料和文獻(xiàn)，不但了解了自動(dòng)分揀系統(tǒng)發(fā)展的歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用背景。還學(xué)習(xí)了氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)

66、、位置控制技術(shù)等基本知識(shí)。 實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，出現(xiàn)了不少難題：氣源于氣閥的氣壓不能實(shí)現(xiàn)精確調(diào)制，傳感器的容易受到外界因素的干擾，上位機(jī)與下位機(jī)通信不穩(wěn)定等問題。通過多次試驗(yàn)與實(shí)踐以上問題基本上得到了解決，如何進(jìn)一步提高控制性能，可對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一些改進(jìn)。 進(jìn)一步提高氣源氣壓的穩(wěn)定性，這樣可以提高氣閥的工作性能，為材料正常進(jìn)入、彈出傳送帶打下基礎(chǔ)。在硬件上進(jìn)一步改進(jìn)擋板、出料軌道、傳送帶、進(jìn)料倉(cāng)，這對(duì)系統(tǒng)的實(shí)用與可靠性的提高有重大意義。采用步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分揀效率的質(zhì)的提高。進(jìn)一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。進(jìn)一步分析研究各種分揀系統(tǒng)地優(yōu)劣，提出材料分揀系統(tǒng)的綜合性能。 本文的設(shè)計(jì)是對(duì)材料的材質(zhì)進(jìn)行的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，可以在其基礎(chǔ)上對(duì)分揀物品的種類與分揀的性能進(jìn)行拓展及完善，可使其適用于實(shí)際生活中的各行各業(yè)，是分揀線實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)，大大提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。 參考文獻(xiàn) [1] 王煜東，傳感器及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008年 [2] 梁森，自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M] .北京機(jī)械工業(yè)出版社，20