物料自动分检PLC控制系统设计.doc

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1、毕业设计论文 设计题目： 物料自动分检PLC控制 系统设计 摘要 物料自动分检线在先进的制造领域中具有重要的地位，它可以搬运货物，分检物品，代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被被广范用于机械制造，冶金，电子，轻工和原子能等部门。随着经济的快速发展，采用PLC控制系统设计方案，采用整体化的设计思想，充分考虑了软，硬件各自的特点并进行分析和设计。得出了经济型，实用型，高可靠的物料自动分检系统。PLC是一种先进的工业控制装置，本文设计了一个能分检金属、白色非金属、黑色非金属三种物料的PLC物料分检系统。文中首先介绍了三种物料分检的工艺过程，分解了三

2、种物料分检的逻辑控制要求，介绍了PLC控制器的结构、功能、工作原理和主要特点。接着对三种物料的自动分检PLC控制系统进行了硬件、软件设计。在硬件设计中，选择了三菱FX2NPLC，给出了I/O地址分配表，绘制了I/O接线图。各功能模块的梯形图设计及其说明，重点用步进指令对搬运模块进行了详细设计。最后给出了三种物料的自动分检的PLC逻辑控制系统的梯形图的指令表。这次设计的三种物料自动分检系统可以用于同类物流制造行业，对于代替人的繁重劳动、实现生产过程机械化和自动化、保护人身安全具有参考价值。关键词：PLC 自动分检 机械手 目 录前言 3 第1章 绪论 4 1.1 三种物料自动分检的工艺流程 4

3、1.2三种物料自动分检控制要求 61.3物料自动分检PLC控制系统设计流程 8第2章 PLC控制器 92.1 PLC的产生与发展 92.2 PLC的基本结构 102.3 PLC的基本工作原理 10 2.4 PLC的控制系统 112.5 PLC的主要特点 122.6 PLC与其他控制装置的比较 14第3章 物料自动分检PLC控制系统硬件设计 15 3.1 物料自动分检PLC控制系统输入输出设备 153.2 PLC选型 153.3 I/O口地址分配表 183.4 I/O口接线图 19第4章 物料自动分检PLC控制系统软件设计 204.1 功能模块功能图设计 20 4.2 整个控制系统的梯形图程序

4、244.3 控制系统指令表 29结论 32 致谢 33参考文献 34前 言 物料自动分检在先进的制造领域中具有重要地位，这种系统可以搬运货物、分检物品，代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能部门。 目前，自动分拣系统在国内各行业的应用水平参差不齐，在邮政物流系统当中应用较好，但在其它行业的应用状况并不理想。PLC控制器是先进的工业控制装置，具有编程简便、维护修改方便、体积小、可靠性高等优点，用PLC控制器实现物料自动分检可以在工业中得到广泛应用。 第一章 绪论1.1三种物料自动分检的工艺流程三种物料自动

5、分检工艺过程如下：(1)送料。物料盘中共放置三种物料:金属物料，白色非金属物料，黑色非金属物料，由24V直流电动机驱动物料盘旋转，把物料送至物料台上。(2)搬运。由机械手把物料送入传送带口，整个搬运机构能完成手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧四个自由度动作。(3)物料传送与分检。物料落入落料口后，由安装在落料口的光电传感器发出信号，传送带在电机的驱动下移动，由三种物料传感器区别三种物料，由电控气阀推出不同的出料口，从不同的出料口出料。上述工艺过程所采用的物料自动分检线、送料机构、搬运机构、双向电空气阀、物料传送带和分检机构、推料气缸分别如下图所示： 物料自动分检线工作示意图1- 送料机构；

6、2-机械手搬运机构；3-物料传送和分检机构4-传送带驱动电动机；5-气缸电控阀送料机构工作示意图搬运机构工作示意图双向电空气阀物料传送与分检工作示意图推料气缸1.2 三种物料自动分检控制要求（1）送料。由24V直流电动机驱动物料盘旋转，把物料送至物料台上，物料由一个光电反射型传感器检测，主要为PLC提供一个输入信号，如果转盘在运行中，光电传感器没有检测到物料并保持10秒钟，则应让系统停机然后报警。（2）搬运。对机械手的手臂伸缩，手臂旋转，手抓上下，手抓松紧四个自由度动作进行控制。旋转气缸：由双向电控气阀控制，用来控制机械手臂的正反转。机械手臂的左右旋转位置由旋转位置传感器检测。气动手爪：由双向

7、电空气阀控制，用来控制手爪抓取和松开物料。手爪夹紧时，装在手爪处的磁性传感器有信号输出，指示灯亮。在控制过程中不允许双向电空气阀的两个线圈同时得电。伸缩气缸：有双向电控气阀控制，用来控制机械手臂的伸出与缩回。气缸上装有两个磁性传感器，用来检测气缸伸出或缩回的位置。提升气缸：由双向电控气阀控制，用来控制手爪的上升与下降。气缸上装有两个磁性传感器，用来检测气缸上升或下降的位置。缓冲阀：旋转气缸高速正转或反转时，起缓冲减速作用。（3）物料传送与分检。物料落入落料口后，由安装在落料口的光电传感器发出信号，传送带在电机的驱动下移动，移动的速度由变频器自由调节。三个工位上分别设置电感传感器和光纤传感器，电

8、感传感器主要用来分别物料是否是金属，它的检测距离为3-5mm；而光纤传感器可以分别物料的颜色。调节光纤传感器，可以用来区别各种颜色。来自物料盘共有三种物料：一种是金属，要求它从A出料口出料；第二种是白色非金属，要求它从B出料口出料；第三种是黑色非金属，要求它从C出料口出料。把物料从传送带推入出料槽使用的是推料气缸，推料气缸的伸缩位置由限位传感器检测，推料气缸的动作速度可以通过调节节流阀来控制。如果物料在15秒内没有送到传送带上，则表明传送带空转，15秒后应停转。另外，系统报警时，传送带要停转。 1.3 物料自动分检PLC控制系统设计流程 满足要求？分配I/O，设计I/O连接图编制程序清单分析控

9、制要求确定用户I/O设备选择PLC绘制流程图设计梯形图输入程序并检查编制技术文件调试联机调试满足要求？交付使用修改PLC程序设计YesNoNoYes工艺过程 第2章 PLC控制器2.1 PLC的产生与发展 在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。众所周知，继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触器控制，实用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性

10、差。为了解决这一问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要用一种新型的控制装置取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做出了具体设想，要把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术 ，美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项

11、新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。 在20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器虽然引入了计算机的优点，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算、定时、计数等控制功能。所以当时人们将可编程序控制器称为PLC。随着微处理器技术的发展，20世纪70年代末至80年代初，可编程序的处理速度大大提高，增加了许多特殊功能，使得可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造协会(NEMA)将可编程序控制器命名为PC，但人们习惯上仍称之为PLC，以便与个人计算机PC相区别。80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序

12、控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大。PLC的发展初期，不同的开发制造商对PLC有不同的定义。为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会(IEC)于1985年1月制定了PLC的标准，并给它作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于工业控制系统

13、连成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。”2.2 PLC的基本结构目前，可编程序控制器的产品很多，不同厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC，其结构各不相同，但就其基本组成和基本工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。实际上可编程序控制器就是一种新型的工业控制计算机。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体的PLC，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式结构的PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。主机

14、内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。PLC可以配置通信模块与上位机及其他的PLC进行通信，构成PLC的分布式控制系统。2.3 PLC的基本工作原理我们已经知道PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从

15、0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行(RUN)切换到停止(STOP)工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输入、输出信号的处理与微型计算机不同。微型计算机对输入、输出信号实时处理，而PLC对输入、输出信号是集中批处理。PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。1） 输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状

16、态的输入映像寄存器中，这个过程成为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。2） 程序执行PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。3） 输出刷新 在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送

17、到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。 PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理，通信处理等工作。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，PLC与其他的带微处理器的智能装置实现通信。2.4 PLC的控制系统任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以及提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案

18、，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用，维修方便。（3）保证控制系统的安全、可靠。（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本内容包括如下几点：（1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等）、输出设备（继电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件。（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起

19、着重要作用。（3）分配I/O点，绘制电气连接接口图，考虑必要的安全保护措施。（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）或控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台（柜）。（6）编制系统的技术文件，包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图，一般包括电气原理图、电气布置图及电气安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此，在电气原理图中应增加PLC的输入、输出电气连接图（即I/O接口图

20、）。此外，在PLC控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称之为“软件图”。向用户提供“软件图”，可方便用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。2.5 PLC的主要特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。1） 可靠性高，抗干扰能力强由PLC的定义我们知道，PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都采取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。（1） 硬件措施1. 屏蔽：对PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材

21、料进行屏蔽，以防对外界的电磁干扰。2. 滤波：在PLC的输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰。3. 隔离：在PLC内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间电的联系，减少了故障和误动作。4. 采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。（2） 软件措施 1. 故障检测：设计了故障检测软件定期地检测外界环境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理。2. 信息保护和恢复：信息保护和恢复软件使PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不遭破坏。一旦故障条件消

22、失，恢复原来的信息，使之正常工作。3. 设置了警戒时钟WDT：如果PLC程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。4. 对程序进行检查和检测，一旦程序有错，立即报警，并停止执行。 由于采取了以上抗干扰的措施，一般PLC的平均无故障时间可达几万小时以上。2） 通用性强，使用方便PLC产品已系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变

23、更控制功能。3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便PLC的各部件，均采用模块化设计，各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。4）编程语言简单、易学，便于掌握 PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便学习和掌握PLC的编程，采取了与继电器接触器控制原理相似的梯形图语言，易学、易懂。5）系统设计周期短 由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的可控制要求配备适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的

24、时间，加快了整个工程的进度。6）对生产工艺改变适应性强PLC的核心部件是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合。7）安装简单。调试方便、维护工作量小PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少的多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连。PLC软件设计和调试大多可在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上相应发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好后，再将PLC控制系统安装到现场，进行联机调试

25、，这样既省时间又很方便。由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可以根据报警信息，迅速查明原因。如果是PLC本身，则可用更换模块的方法排除故障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常进行。2.6 PLC与其他控制装置的比较现代工业控制的三大支柱为PLC控制、机器人控制和CAD/CAM控制。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术。自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，和另外两种控制装置相比较，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用。第3章 物料自动

26、分检PLC控制系统硬件设计3.1物料自动分检PLC控制系统输入输出设备 输出设备：启动按钮、停止按钮、气动手爪传感器、旋转左限位传感器、旋转右限位传感器、气动手臂伸出传感器、气动手臂缩回传感器、手爪提升限位传感器、手爪下降限位传感器、物料检测传感器、推料一伸出限位传感器、推料一缩回限位传感器、推料二伸出限位传感器、推料二缩回限位传感器、推料三伸出限位传感器、推料三缩回限位传感器、工位一检测传感器、工位二检测传感器、工位三检测传感器，传送带入料检测传感器。 输入设备：旋转气缸正传、旋转气缸反转、驱动转盘电机、手爪夹紧、手爪放松、提升气缸下降、提升气缸上升、手臂气缸伸出、手臂气缸缩回、推料一伸出、

27、推料二伸出、推料三伸出、报警、驱动变频器、运行指示灯（绿色），停止指示灯（红色）。3.2 PLC选型本课题物料自动分检PLC控制程序采用三菱FX2N系列PLC编程。三菱公司FX系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不需要基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。FX系列PLC是由基本单元，扩展单元及特殊功能单元构成。基本单元包括CPU、存储器、I/O接口部件和电源，是PLC的主要部分。扩展单元式扩展I/O点数的装置，内部有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/

28、O点数的比例，内部无电源，由基本单元和扩展单元供给。扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是以下特殊用途的装置，如进行模拟量控制的A/D、D/A转换模块，高速计数模块（HC），过程控制模块（PID）等特殊功能单元。其中FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的卫星可编程序控制器。其基本单元如表1所示，扩展模块如表2所示，扩展单元如表3所示。用户存储器容量可扩展到16K步。I/O点最大可扩展到256点。它有27条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。有多种特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、高速技术模块、脉冲输出模块、位置控制模块，如表4所示。有多种RS

29、-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板。使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。这为应用程序的设计提供了丰富的资源。表1 FX2N系列PLC基本单元型 号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16MR-001 -FX2N-16MT-001882432FX2N-32MR-001FX2N-32MS-001FX2N-32MT

30、-00116162432FX2N-48MR-001FX2N-48MS-001FX2N-48MT-00124244864FX2N-64MR-001FX2N-64MS-001FX2N-64MT-00132324864FX2N-80MR-001FX2N-80MS-001FX2N-80MT-00140404864FX2N-128MR-001 -FX2N-128MT-00164644864表2 FX2N系列PLC扩展模块型 号输 入 点 数输 出 点 数输入继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16EX - - -16 -FX2N-16EX-C - - -16 -FX2N-16EXL-C - - 待添

31、加的隐藏文字内容2 -16 - -FX2N-16EYRFX2N-16EYR - - 16 - - -FX2N-16EYT -16 - - -FX2N-16YET-C -16表3 FX2N系列PLC扩展单元型 号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-32ER_FX2N-32ET16162432FX2N-48ER _FX2N-48ET24244864表4 FX2N系列PLC特殊功能模块种 类型 号功 能 概 要定位高速计数器FX2N-1PG脉冲输出模块、单轴用，最大频率100KHZ，顺序控制程序控制FX2N-1HC高速计数模块，1相1输入，1像2输入：最大50KH

32、Z，2相序输入：最大50KHZ模拟输入模块FX2N-4AD模拟输入模块，12位4通道电压输入：直流10V；电流输入：20mA模拟量输出模块FX2N-4AD-PT模拟输出模块，12位4通道，电压输出：10V；电流输出：（+420）mAFX2N-4AD-TCPT 100型温度传感器用模块，4通道输入FX2N-4AD-TC热电偶型温度传感器用模块，4通道输入通信模块FX2N-232IFRS232C通信用，1通道功能扩展板FX2N-8AV-BD容量转接器，模拟量8点FX2N-232-BDRS232C通信用板（用于连接各种RS232设备）FX2N-422-BDRS232C通信用板（用于连接外围设备）FX

33、2N-485-BDRS485通信用板（用于计算机链路，并连链路）FX2N-CNV-BDFX0N转接器连接用板（不需电源）3.3 I/O口地址分配表序号输入设备输入点编号输出设备输出点编号1启动按钮X0旋转气缸正转Y02停止按钮X1 Y13气动手爪传感器X2旋转气缸反转Y24旋转左限位传感器X3驱动转盘电机Y35旋转右限位传感器X4手爪夹紧Y46气动手臂伸出传感器X5手爪放松Y57气动手臂缩回传感器X6提升气缸下降Y68手爪提升限位传感器X7提升气缸上升Y79手爪下降限位传感器X10手臂气缸伸出Y1010物料检测传感器X11手臂气缸缩回Y1111推料一伸出限位传感器X12推料一伸出Y1212推料

34、一缩回限位传感器X13推料二伸出Y1313推料二伸出限位传感器X14推料三伸出 Y1414推料二缩回限位传感器X15报警Y1515推料三伸出限位传感器X16驱动变频器Y2016推料三缩回限位传感器X17运行指示灯（绿色）Y2117工位一检测传感器X20停止指示灯（红色）Y2218工位二检测传感器X2119工位三检测传感器X2220传送带入料检测传感器X233.4 I/O口接线图 物料自动分检线控制系统I/O接口图第4章 物料自动分检PLC控制系统软件设计4.1功能模块梯形图设计（1）系统启动与停止。整个系统实现启动与停止的梯形图如图4.1所示。设置标志位的优点有两个：一个是实现了两种状态的互锁

35、；另一个是此后所有需要启动才能动作的地方只要加一个M10即可，同理，此后所有需要有停止限制的地方只要放一个M11即可。用这样地方法来设置启动与停止，是一种编程技巧。 图4.1 系统启动与停止梯形图（2）送料。驱动物料盘旋转的电机在PLC上的输出点为Y3。如果在物料台上有物料存在，电动机停转：如果转盘在运行中，光电传感器没有检测到物料并保持10S，即10S后还没有物料到达物料台，则可能时物料运完或者物料堵在某地方，应该让系统停机然后报警。其梯形图如图4.2所示。 图4.2 送料功能能梯形图（3）传送带的启动与停止。传送带的启动信号由传送带入料检测光电传感器发出。光电传感器在入口处检测到有物料落入

36、传送带后，立即给PLC一个信号，驱动有变频器控制的电动机运转。如果从上一个物料落入算起，15S内没有物料落入，则说明皮带空转，应停止皮带的运行。在报警信号动作时，皮带运行也应立即停止。如图4.3所示。 图 4.3 传送带启动与停止梯形图（4）物料分检。 工位一检测金属物料。金属物料通过工位时，被电感传感器检测到，为了使推料气缸伸出时打在物料的中间部位而不至于打偏，需要设置一个延时用的定时器，定时器的时间建议在调试时校正。推杆把物料推入槽后即自动缩回。伸出与缩回的位置由装在推料气缸上的传感器检测。其梯形图如图4.4所示。图4.4 物料分检梯形图（5）搬运。 机械手搬运物料严格按步动作，步序如图4

37、.5所示原位状态为：手爪处在上位，放松状态，手臂处在左位，缩回状态。如果不在原位，则启动PLC或再次按下启动按钮时自动回到原位状态。图中左上角“手臂伸出”为第一步，顺时针方向循环。图4.5 机械手搬运物料步序图 按步序编写的顺序功能图如图4.6所示，以下是几点说明： 图4.6 搬运顺序功能图1）从S0步转入S20步，条件有8个。这8个条件同时满足后，S0才能转入S20步。8个条件是：手爪放松，手臂缩回，手爪在上位，手臂在左位，工位一的推杆缩回，工位二的推杆缩回，工位三的推杆缩回，系统处在运行状态。2）送料工作开始的条件有3个。这3个条件同时满足后，才能启动物料转盘，进行送料。3个条件是：没有物

38、料在物料台上，没有报警，系统处在运行状态。3）当物料送至物料台后，物料台边上的光电传感器检测到物料信号时S20步转入S21步。4）机械手从一种状态转入另一种状态的梯形图是典型的起保停电路。图4.7中，X3是条件，Y10是条件成立后的结果，X5是下一种状态的执行条件，在下一种状态的条件成立后，上一种状态即关断。如X3表示手臂处在左位，这时，驱动手臂伸出气缸，手臂伸出（Y10）并保持，直至手臂伸出到位后，关掉手臂伸出气缸，执行下一个动作，即手爪下降（Y6）。图4.7 启保停电路梯形图5）从S21转入S22，从S22转入S23和从S23转入S24都采用了定时器的动作触点作为转移条件，其理由是：抓紧物

39、料与放松物料都要有一个时间延迟，否则，手爪会无法抓紧与放松物料，这个时间不用太长，只要1S或0.5S即可。从S22至S23转移时，机械手手爪上抓有物料，转到右边准备下降前，要稍作停顿，如次做的优点是可以缓解旋转手臂带来的冲击力，使物料有一个较好的定位，延时时间可以调试时做适当调整。4.2系统梯形图搬运控制模块的顺序控制梯形图如图4.8所示： 4.8搬运功能对应的梯形图（一） 4.8搬运功能对应的梯形图（二）根据各功能模块的梯形图，可以画出三种物料自动分检的PLC控制梯形图程序，如图4.9所示： 4.9物料自动分检线控制程序梯形图（一） 图4.9物料自动分检线控制程序梯形图（二） 图4.9 物料

40、自动分检控制程序梯形图（三）4.3 系统指令表 由系统的梯形图可得整个PLC控制系统的指令表程序，如下表所示： 物料自动分检线控制程序指令（一） 物料自动分检线控制程序指令（二） 物料自动分检线控制程序指令（三） 结论 1 物料自动分检系统，在先进制造业生产过程中，具有重要作用，可以减轻繁重的体力劳动，可以提高机械化、自动化水平，可以保护人身安全。2 经过调查可知：三种物料自动分检系统的工艺流程主要分为送料、搬运和物料传送与分检。 三种物料自动分检系统的控制要求主要有3个方法（1）送料。要求控制有原物料送至旋转物料台上（2）搬运。要求实现手臂伸缩，手臂旋转，手抓上下，手抓松紧顺序控制。（3）物

41、料传送与分检。要求将三种物料从三个出料口送出，另外还有报警保护控制。3 FX2N PLC完全满足该系统的硬件和软件要求4 硬件设计给出了I/O接线图5软件设计中，搬运使用步进指令进行顺序控制程序设计，其他程序选用一般指令设计。主要设计了系统启动与停止、送料、传送带启动与停止、物料分检和搬运程序的梯形图，作了程序说明。6 通过以上工作，组成的三种物料自动分检系统可以满足控制要求，可以供有关生产过程选用。致谢紧张而充实的毕业设计已经结束，在设计过程中既巩固了以前所学的知识又培养和增强了自己独立思考的能力，自身素质有了极大的提高。它是我走向工作岗位的第一步。在毕业设计过程中，我深深体会到科研工作者的艰辛，及自己知识的不足。遇到棘手的问题时就查资料，请教老师。我掌握了课本外的实际知识，除了完成了设计任务，我收获更多的是一个工作态度，真的很感谢学校和老师在期末给我这么好的设计机会，所以每次我都十分珍惜这个机会，这次也不例外。设计是短暂的，但它让我在学校里学到了我们平常在书本上没能学到的动手方面的实践，那也是我毕业前与社会工作的接触，它让我感受集体的力量，感受了与社会类似的工作。为我毕业后的社会工作做好准备。在这两个月的时间里，王治祥老师给了我大量的帮助。无论是在理论学习方面，还是在动手实践方面，他均为我提供了很多的机会和优越的条件，使我从对本专业的知识结构掌握得不够完