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1、PLC在工业物料及物流分拣传输中的应用PLC在工业物料及物流分拣传输中的应用摘要随着商品品种的增多，配送中心的增多，多品种、高频次、随机性的商品分类作业，20世纪90代后得到迅速发展。出错率高、费时费力的人力分类作业，很快被自动分拣机及其系统所替代，开始于邮政包裹分拣系统，目前广泛应用于流通、商业的物流中心和配送中心。物料分拣自动控制系统，以前常采用传统的工艺和继电器控制，体积庞大，布线复杂，元件使用寿命较短，损耗大，性能不可靠，经常出现故障。本系统把原来继电线路顺序控制改为PLC控制；行程开关定位改为电感式接近开关定位；采用气缸气动以节约能源也利于环保大幅度提高了设备控制性能，有效地降低了设
2、备故障。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一 定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。本文主要是对PLC控制机械手对物料分选及传输进行大致的介绍。
3、关键词：PLC控制 机械手 变频器 目录一、生产线系统的概述（1） 1生产线系统的概述（1）二、PLC应用系统设计基础知识（2）2.1控制系统设计的原则和内容（2）2.2PLC的选型（3）三、PLC控制系统硬件设计（4）3.1按钮行程开关的选择（4）3.2转换开关、闸刀开关的选择（5）3.3时间继电器接触器的选择（6）3.4熔断器，电动机的选择（6）四、控制设计（7） 4.1I/O分配表（7） 4.2PLC接线图（9） 4.3控制状态转移图（10） 4.4PLC程序设计梯形图（11）五、总结（17） 参考文献（17）一、生产线系统概述设计一条对物料进行材质辨识、分拣及统计的生产线系统。系统由(
4、1)供料机构(2)气动机械手(3)交流变频皮带输送线(4)物料辨别传感器(5)物料分拣气缸(6)PLC模块(7)变频器模块(8)电源模块(9)按钮指示灯模块等组成。生产线系统的工作要求如下：1、系统的原点位置：机械手处于在左边、上升、缩回和气动手指张开位置；提升机构在下降位置；皮带输送线停止；物料分拣气缸在后退位置；2、统处于停止状态而且处于原点位置时,按下启动按钮SB5,系统启动,运行指示灯HL1亮；3、启动后，物料提升架上的物料检测光电传感器开始检测，如无料，则待料指示灯HL2闪亮，同时启动供料盘旋转，送料至物料提升位置。如供料盘运行15秒后都没有物料到达物料提升架，报警器报警，当有工件到
5、达提升架时，报警声停；4、当提升架的光电传感器监测到工件后，就立刻将工件提升到位；此时机械手臂立刻伸出来取工件，当机械手将工件取走1S后，供料盘的提升架就自动下降复位待料；5、机械手的动作为伸出、下降，短暂延时0.2S后用气爪将工件夹紧、气爪将工件夹紧1s后，就上升、缩回，转动至右限止位置，然后再伸出、下降，气爪在皮带传送机处于无工件传送和分拣的状态下放松，将工件放到传送带上位置B的下料孔；6、机械手放下工件后立刻上升、缩回，转动至左则限位位置，继续进行工件传送；7、当皮带传送机进料位置的光电传感器检测到工件后，拖动皮带传送机的交流电机立刻启动，以中速运转传送工件。当工件到达C位置时，电感开关
6、检测工件的材料，若是金属件，拖动皮带的交流电机立刻停止，由C位置的推料气缸把物料推到第一个斜槽。如为非金属，拖动皮带的交流电机立刻转为低速运行，到达D位置时，拖动皮带的交流电机立刻停止，由D位置的推料气缸把物料推到第二个斜槽。C位置和D位置的推料气缸伸出到位后都需要马上缩回；8、系统分为单周期和连续两种工作方式，由开关SA1进行切换，SA1打向左边为单周期，SA1打向右边为连续。单周期是指系统启动后系统只进行一个工件的传送和分拣，在一个工件分拣完成后，需再次按下启动按钮SB5，系统才能进行下一个周期的运行。连续是指系统启动后会连续不断的进行工件的传送和分拣；9、系统在单周期运行状态下，点按一下
7、停止按钮SB6，系统暂停在当前状态，运行指示灯HL1闪亮，再按启动按钮SB5时，系统从当前状态继续运行。系统在连续运行状态下，点按一下停止按钮SB6，系统在完成当前工件的传送分拣工作后停止在原点位置,再次按下启动按钮SB5，系统又启动运行；10、系统在任何状态下，当持续按下停止按钮SB6三秒钟，系统自动复位回到原点位置；11、在对工件进行物料辨别、分拣过程，如供料盘连续提供的5个物料都是金属件和非金属件有规律交错排列的，则指示灯HL4亮；如供料盘连续提供的5个物料都是2个金属件和1个非金属件有规律交错排列的，则指示灯HL5亮；如供料盘连续提供的5个物料都是1个金属件和2个非金属件有规律交错排列
8、的，则指示灯HL6亮；当连续三个工件都为金属件或非金属件时，则指示灯HL4、HL5和 HL6全亮。系统复位时统计结果清除。12、原点位置保护，系统启动前，必须确保系统在原点位置，此时，原点指示灯HL3发光。当有任何一个元件不在原点位置时，原点指示灯HL3闪烁（每2秒内烁1次），系统不能起动；13、紧急停止保护，系统设置急停按钮。按下急停按钮后，系统运行全部停止。急停按钮恢复正常状态时，系统应在复位到原点后才能重新启动；二、PLC应用系统设计基础知识21 PLC控制系统设计的原则和内容PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。最大限度地满足被控对象或产生
9、过程的控制要求。对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，使用PLC后，将很容易实现。在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。对一些过去较为繁琐的控制可利用PLC的特点加以简化，通过内部程序化外部接线及操作方式。保证控制系统的安全、可靠。同时采取“软件兼施”的办法。考虑到生产的发展和工艺的改进，选择PLC容量及I/O点数时，应适当留有裕量。一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者新提出的问题 ，如果事先留有裕量。则PLC系统极易修改。同时对日后系统工艺的变更提供方便。当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品和安全为目标，
10、则应将系统可靠性放在设计的重点，设置考虑采取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。2.1.1PLC的选型本文根据对多种因素的分析比较及系统输入、输出点数的要求，选用三菱FX2N-48MR型PLC。皮带传送机中速的频率为25HZ，低速的频率为10HZ。变频器的加减速时间均设为0.2S。据此，本系统采用三菱E-500型。PLC工作时，从输入信号控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在12个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求教高，不允许有教大的滞后时间。例如，PLC的I
11、/O点数在几十到几千点范围内，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间。2.1.2系统结构合理、机型系列应统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，适用于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处理故障快方便，适用于工艺过程变化较多、控制要求复杂的系统。三、PLC控制系统硬件设计3.1按钮行程开关的选择3.1.1按钮
12、选择原则：(1)根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，紧急式等。(2)根据用途，选用合适的型式，如钥匙式，紧急试，带灯式等。(3)按控制回路的要求，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。(4)按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。3.1.2行程开关的选择：行程开关的分类：直动式，滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但出头触头易损坏。滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但结构复杂，成本也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动作灵敏，适用于小型机构中使用。 3.2接近开关、转换开关、闸刀开关的选择3.2.1接近开关的选择：接近开关
13、是一种对接近它的物体有“感知”能力的元件位移传感器，利用传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。在设计中，接近开关SBO用于检测是否有球，SB1SB5分别用于传送机械手上下左右运动的定位。 接近开关分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡式接近开关，霍尔接开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。超声波接近开关适用检测不能或不可触及的目标，其控制功能不受声、电、关等因素干扰，检测物体可以是固体、液体、或粉末状态的物体，只要能反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥式开关等几个部分组成，高频振荡式接
14、近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡器，集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成。3.2.2转换开关的选择：转换开关是一种多档位，多触点，能够控制多回路的主令电器，可以用于控制小容量电动机的启动、换向、调速、正反转控制等，常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在设计机械手大小球分选系统中操作方式有手动，单周期，连续。3.2.3闸刀开关的选择：闸刀开关是一种手动电器，为了简单，方便，选择HD型单投刀开关，分为1级，2级，3级。3.3继电器接触器的选择：3.3.1时间继电器的选择：时间继电器在控制电路中用于时间的控制，有JS23，JS27A，JSK，7PR，SS18等系列的时间
15、继电器。3.3.2接触器的选择：接触器的选型要求：（1）根据负载性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流负载选择直流接触器。（2）根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。（3）根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压。（4）根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。3.4熔断器、电动机、电磁阀的选择3.4.1熔断器的选择：熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，熔断器具有结构简单，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分断能力较高，限流能力良好等优点，熔断器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔断器，RT系列为有填封闭管式熔断器，可在500V以
16、下交流系统中作过载及短路保护用，这种熔断器为螺栓连接，可直接连在母线排上，尤其适合开关熔断器组选用，RT15型熔断器最大额定电流400A，额定分断能力100KA。3.4.2电动机的选择电动机是选交流的，而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类，异步电动机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。由于异步电动机具有结构简单，制造，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。例如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品的加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也
17、都是用异步电动机拖动的。3.4.3电磁阀的选择电磁阀的分类：国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。电磁阀的优点：耐高温电磁阀是间接先导式平衡电磁阀，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用范围广等。四、控制设计4.1 I/O点的分配： INPUTOUTPUT编号名称元件编号名称元件X0料到位S1Y0皮带正向传送变频器端X1提升上位S2Y1皮带反向传送变频器R端X2提升下位S3Y2皮带低速变频器端X3夹住到位S4Y3皮带中速变频器端
18、X4下降到位S5Y4转盘输料转盘电机M1X5上升到位S6Y5提升上升YA3+X6伸出到位S7Y6提升下降YA3-X7缩回到位S8Y7手指夹紧YA4+X10转右到位S9Y10手指松开YA4-X11转左到位S10Y11机械手下降YA1X12落料检测S11Y12机械手伸出YA2X13电感开关S12Y13机械手转右YA5+X14电容开关S13Y14机械手转左YA5-X15位置推到位S14Y15位置推出YA6+X16位置退到位S15Y16位置退回YA6-X17位置推到位S16Y17位置推出YA7+X20位置退到位S17Y20位置退回YA7-X21启动SB5Y21报警BX22停止SB6Y22运行指示指示灯
19、HL1X23紧急停止紧急停止开关Y23待料指示指示灯HL2X24单步/连续选择SA1Y24原位指示指示灯HL3X25不使用Y25统计结果1指示指示灯HL4X26Y26统计结果2指示指示灯HL5X27Y27统计结果3指示指示灯HL64.2PLC接线图4.3 根据系统的生产工艺要求，本系统的控制状态转移如图 所示。注：在紧急停止状况下，为了安全采取手动操作4.4 根据以上资料，结合系统手动（在急停状况下）、单周及连续运行控制，作PLC程序设计，梯形图如附图所示。(1)初始化、按钮设置(2)分拣统计(3)复位操作系统(4)供料系统(5)机械手系统 (6)输送带系统五、总结PLC变频技术的发展及变频技
20、术在节能、系统化、智能化、全数字化、高性能化等有着优越的体现。本系统能正确判断工件材质的金属和非金属件：用电容和电感传感器实现；能准确输送工件，输送机与机械手能准确定位并输送工件。通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次毕业设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。特别是老师严谨冶普的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，也经不起
21、推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。致谢首先要感谢指导老师，因为论文是在周老师的悉心指导下完成的。周老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深深。在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等每一步都是在周老师的悉心指导下完成的。周老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给了我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。参考文献及资料PLC基础及应用 机械工业出版社 廖常初 主编现代电气及可编程技术 机械工业出版社 王永华 主编可编程序控制器原理及应用 上海应用技术学院 赵金荣主编第 21 页 共 22 页
