毕业设计(论文)-PLC分拣装置系统设计.doc
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1、 淮阴工学院毕业设计说明书(论文) 第 30 页 共 30 页1 绪 论1.1分拣装置简介分拣是把很多物品按种类从不同的地点分配到所设置的场地。按分拣手段的不同,可分为人工分拣和机械化分拣。自动分拣提高了劳动的生产力,将货物从分拣系统送到指定的位置,按指令自动分拣来完成的。这种装置是由接受分拣指令的控制装置、计算机组成的,把到达分拣位置的物料送到指定位置的的搬运装置。因为所有的一个机械化作业,因此,能够处理更大的排序,排序物种的数量也较多。随着社会的进步,激烈的市场竞争,行业迫切需要排序,以提高生产效率,提高分拣技术,在过去,我们一直使用人工分拣,这不仅增加了成本,向后梳理的效率,自动化PLC
2、分拣设备不仅可以连续,大批量的排序,而且非常灵活,误差非常低,所以分页模式是现代工业的雏形。1.2 课题研究的意义分拣系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要,可以大量代替单调往复或高精度需求的工作,在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。同时也可以实现工业的机械化操作,它可以在恶劣的环境下操作,避免人为直接去操作,从而保障人生安全。可以在大部分的机械制造部门使用,比如冶金,矿山,原子能,核电站等较为高危的产业。在物料分拣中分料盘有着重要的作用,通过步进电机的驱动使分料盘完成相应的动作来实现物料的分拣。由于同样实现了自动化分拣,因此在现代工业中
3、也较广泛地使用。使其适应了工业等的需要。本课题试图开发PLC对物料与分拣物料的控制,并借助必要的精密传感器,使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣,适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产,广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制的分拣装置,需要预先设定程序来实现物料的分拣,可以代替人工在危险的作业环境下长时间的单调作业,当分拣的产品发生变化时,只需要改变物料传感器,对气缸进行新的分配任务,再对位置进行重新布置,重新进行编程,就可以很快地投产,从而降低了安装和转换工作所产生的费用。1.3 主要研究任务1.3.1 拟订控制系统的总体方案分析PLC分拣装置系统设计的工作过程,选择合适
4、的控制系统,拟订PLC分拣装置控制系统设计的总体方案。1.3.2 PLC分拣控制系统的硬件设计根据控制系统要求分析其控制过程,完成硬件部分的设计,设计的内容包括以下几个方面:(1)选择 PLC的型号;(2)分配I/O端口;(3)绘制I/O外围接线图;(4)选择传感器和旋转编码器型号。1.3.3 PLC分拣装置控制系统的软件设计根据分拣装置所要实现的控制要求,绘制出合适的梯形图,实现PLC分拣装置控制系统对整个分拣过程的可靠控制。2 .材料分拣装置总体方案设计2.1 材料分拣装置工作过程概述如图2-1 所示为本分拣装置的结构示意图。图2-1 材料分拣装置结构示意图 分拣装置采用台式结构,内置电源
5、,还有5个气缸,步进电机,旋转编码器,电磁阀,气动调节器,过滤器,压力指示和其他组件。选择颜色识别传感器和电容式传感器和电感式传感器,并可以调整传感器的位置。不同的物料块在料斗中,随着程序的运行,在电动机运行时,带开始转动。运行后,气缸5动作,将物块推到传送带中。此时传送电机停止,以便物块放正位置。过0.5秒后,电机又开始运行。如果程序运行,料斗没有对象,然后经过一定时间后自动停止。之后的第一个块被引入到带一定距离的前行,然后推出了第二个对象块。然后再推出第三个物块,过程和推出第一个物块相同。当在旁边对应的传感器模块,传感器就会动作,此时驱动相应的电磁阀控制缸体推就是将它插入相应的插槽材料。各
6、传感器依次分别为,电感传感器,可检测出铁质物块;电容传感器,可检测出金属物块;颜色传感器,可检测出不同的颜色。备用传感器可选用颜色传感器或者物体检测传感器。当铁是通过第一传感器块被整理出来,当铝是通过第二传感器块被整理出来,非金属块某些颜色上的第三传感器被分拣出来。不同的在过第四传感器时分拣出。2.2 系统的技术指标(1)输入电压:AC220V(带保护地三芯插座)(2)消耗功率:小于50VA(3)环境温度范围:-540(4)气源:大于0.1Mpa且小于0.85Mpa(5)控制要求:料槽中有料时自动运行,无料时走完一个行程自动停机。2.3 系统的设计要求系统的设计包括功能设计和控制设计。2.3.
7、1 功能要求材料分拣装置应实现基本功能如下: (1)分拣出金属和非金属(2)分拣某一颜色块(3)分拣出金属中某一颜色块(4)分拣出非金属中某一颜色块(5)分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块(6)分拣颜色为:红、绿、蓝(7)分拣材料为:铁、铝、塑料2.3.2 系统的控制要求系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当物料经下料装置送入传送带以后,依次经过各种传感器的检测。如果被某传感器测中,则通过相应的气动阀将其推入料箱;否则,继续前行。其控制要求有如下9 个方面:(1)系统送电后,光电编码器便可发生所需的脉冲 (2)电机运行,带动传输带传送物体向前运行(3)有物料时,下料汽缸动作,将
8、物料送出(4)当电感传感器检测到有铁质的物料时,推汽缸1 动作(5)当电容传感器检测到有铝质的物料时,推汽缸2 动作(6)当颜色传感器检测到有某一颜色物料时,推汽缸3 动作 (7)其他物料被送到SD 位置时,推汽缸4 动作 (8)汽缸运行应有动作限位保护 (9)下料槽内无下料时,延时后自动停机在控制装置的选择上,我们想到了单片机和PLC,对这两种控制方式进行比对,我们发现PLC的通用性强、可靠性高、抗干扰的能力好,此外PLC的I/O口采用光电隔离,有效的将内部电路与外部电路进行隔离,而且各模块之间相互屏蔽,PLC还具有很好的自我诊断功能,在大型的PLC中,我们通过使用双CPU和三CPU成功提高
9、可靠性,再结合实际的工作场地,可能为有毒或者高危的环境,这些PLC都可以轻松的胜任,因此我们最终决定使用PLC为我们的控制系统。PLC控制分拣设备包括PLC技术,传感器技术,气动技术,位置控制技术1。要想进行PLC控制系统的相关的设计,首先必须对控制对象进行详细的调查,搞清楚控制对象的工艺流程、注意事项,明确控制要求。3 控制系统的硬件设计PLC控制系统中的硬件设计,主要是根据被控制对象对PLC控制系统的要求,确定所需的输入、输出设备,选择合适的PLC,并分配I/O点2。3.1 系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图,如图3-1 所示。图3-1 系统的硬件结构框图3.2 系统关键技术系统关键技术
10、即分析控制系统的要求,确定I/O点数,选择PLC的型号,然后进行I/O分配。3.2.1 确定I/ O 点数根据控制系统的要求,输入部分:含有2个开关信号,6 个不同的传感器信号,包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器,以及检测下料的传感器和计数传感器。此外,还有5个汽缸运动位置信号,5个动作限位信号和5个回位限位信号。输出部分:包括控制电动机运行的接触器,和5个控制汽缸动作的电磁阀。共需24个I/ O 点,即18 个输入,6 个输出。3.2.2 PLC 的选择PLC的选择主要应从PLC的机型、存储容量、电源模块、I/O模块等方面进行综合的考虑,在满足功能要求并且安全可靠、维护方便的
11、前提下,选取性价比最高的PLC机型。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本几项原则:(1)最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一项原则。这就要求设计者在设计前就要进行深入的调查与研究,收集相关的国内外资料,同时还要积极配合现场的技术人员、管理人员以及现场操作人员,共同拟定控制系统的总体方案,最终解决设计中所遇到的困难和问题。(2)保证PLC控制系统安全可靠设计PLC控制系统的重要原则是保证该控制系统能够长期安全、稳定可靠的运行。这就需要设计人员在进行系统设计、元器件的选择和软件编程等方
12、面全面考虑,以确保控制系统的安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅能在正常条件下运行,而且在特殊情况下,例如在按错按钮或者突然掉电再上电等情况下,设备也能正常工作。(3)力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地增加工程的效益,另一方面也要考虑工程的成本。这就要求设计者不能只顾着追求高自动化和高效益,在设计的时候不仅应该简化控制系统,还要使控制系统降低成本的同时使用和维护也方便,这对设计人员来说比较困难。(4)适应发展的需要
13、由于技术在不断发展,因此,对控制系统的要求也会不断地提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求设计者在选择PLC、确定输入/输出模块、分配I/O点数时,要留有适当的余量,以满足今后设备的发展和工艺的改进的需要。根据对本课题的了解,本课题的I/O点数为18点输入、6点输出。考虑到要留有适量的余量以做备用,因此,一般可以按实际需要的10%15%选择3。综合上述的几个选用原则,CPU224(14个输入/10个输出)加两个扩展模块和CPU226(24个输入/16个输出)都满足要求。但是考虑到若使用CPU224,输出模块中只用到一个输出点,造成不必要的浪费。在定义号分配时也必须根据模
14、块上的点进行分配,比较麻烦。使用CPU226,输入输出点都满足要求而且还有一定的余量空间,分配定义号时也比较的方便。因此,我选择了S7-200 CPU226 DC/DC/DC。它的I/O点数为24/16,可以满足需要。CPU226的主要技术参数如表3.1。表3.1 CPU226主要技术参数CPU 226 技术数据 描述 CPU 226 DC/DC/DC 物理特性 尺寸 (W X H X D) 196 x 80 x 62 mm重量 550 g功耗 11 W I/O特性 本机数字量输入24 输入本机数字量输出16 输出本机模拟量输入无本机模拟量输出无常规特性 定时器总数256个 1ms4个 10m
15、s16个100ms236个计数器总数256(由超级电容或电池备份)时间中断2个1ms分辨率边沿中断4个上升沿和/或4个下降沿 集成的通信功能 接口2个RS-485接口 输入电源 输入电压20.4 至 28.8 VDC输入电流150mA (仅CPU,24 VDC)/1050mA (最大负载,24 VDC)3.2.3 PLC的输入输出端子分配根据所选择的PLC型号,对本系统中PLC的输入输出端子进行分配,如表3.2所示:表3.2 材料分拣装置PLC 输入/输出端子分配表西门子PLC(I/O)分拣系统接口(I/O)备注 输 入 部 分I0.0UCP(计数传感器)接旋转编码器I0.1SN(下料传感器光
16、电传感器)判断下料有无I0.2SA(电感传感器)I0.3SB(电容传感器)I0.4SC(颜色传感器)I0.5SD(备用传感器)I0.6SFW1(推气缸1动作限位)I0.7SEW2(推气缸2动作限位)I1.0SFW3(推气缸3动作限位)I1.1SFW4(推气缸4动作限位)I1.2SFW5(下料气缸动作限位)I1.3SBW1(推气缸1回位限位)I1.4SBW2(推气缸2回位限位)I1.5SBW3(推气缸3回位限位)I1.6SBW4(推气缸4回位限位)I1.7SBW5(下料气缸回位限位)I2.0SB1(启动)I2.1SB2(停止) 输 出 部 分Q0.0M(输送带电机驱动器)Q0.1YV1(推气缸1
17、电磁阀)Q0.2YV2(推气缸2电磁阀)Q0.3YV3(推气缸3电磁阀)Q0.4YV4(推气缸4电磁阀)Q0.5YV5(下料气缸电磁阀)图3.2 PLC输入输出接线端子图3.3 检测元件与执行装置的选择 主要是对旋转编码器和各个传感器的选择,并对其作简要介绍。3.3.1 旋转编码器旋转编码器是一种用来测量转速的装置,主要是用来实现调速的功能。它分为单路的输出和双路的输出两种。主要的技术参数有每转脉冲数和供电电压。其中单路输出输出的是一组脉冲,另一种是双路输出,它输出的是A/B相位差为90度的脉冲,这种输出方式不仅可以用来测量转速,还可判断旋转方向4。因此我们这个系统可以选用E6A2CW5C 旋
18、转编码器,具体的原理如图3-3所示。光电码盘图3-3 旋转编码器原理示意图工作原理:光学编码器的中心轴,有明暗交替刻线的环,通读光发射机和接收机,有A,B,C,D四相正弦波90度,如果在C,D信号被叠加在一个中,B两个阶段,将在信号增加了稳定作用;每转输出一个Z相脉冲代表零位参考位。我们可以通过A相在前还是B相在前判别编码器是在正转还是在反转。信号输出:常见的输出信号为正弦波,方波,集电极开路和推拉式等多种形式。信号输出需要与信号接收设备接口相对应。信号连接:编码器脉冲信号通常连接到计数器,PLC,计算机和模块PLC与计算机连接具有高速模块和低模块,分别,开关频率也高点和低点。如果单相连接,则
19、是用于单向计数,单相测速。A B 两相连接,就可以同时实现正反向计数、判别方向和测速的功能。ABZ三相连接,增加了Z向是为了修正零参考位。这种编码器抗干扰能力好,因此可以传输较远距离。其中方波信号带有对称负信号的编码器,信号传输距离可达150,米,更远的可以达到300米5。3.3.2 电感传感器电感式位置传感器,用来检测金属的物体。 主要结构:LC 高频振荡器和放大的处理电路。工作原理:金属物体在接近电磁场的振荡感应头时,会产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关,从而使接近开关振荡的能力减减,内部电路的参数便会相应的发生变化。 由此,可识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。本系统选用M1
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