物料自动分拣装置的PLC控制系统..pdf
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1、毕 业 设 计(论文) 题目:物料自动分拣装置的PLC控制系统设计 姓名黄建军 学号 20110103159 专业机电一体化技术 年级 2011级 指导教师陆莲仕 完成时间 2013年 11 月 25 日 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 目录 第一章绪论 1 1.1 物料自动分拣的意义 . 1 1.2 设计任务要求 . 2 1.3 设计任务分析 . 2 第二章物料自动分拣装置结构及总体设计方案 . 3 2.1 机械构造分布 . 3 2.2 设计方案 . 5 第三章系统硬件设计 . 6 3.1 基本结构 . 6 3.2 主要组成部件 . 6 第四章系统软件设计 17 4.1 I/O分配表
2、 17 续表 . 18 4.2 接线图 . 19 4.3 软件控制流程图 . 20 4.4 顺序控制功能图 . 21 4.5 PLC 控制程序 22 第五章系统总成本估算 28 5.1 系统使用的零部件 . 28 5.2 系统总开支 . 29 第六章毕业设计总结 30 参考文献 . . 31 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 1 第一章绪论 1.1 物料自动分拣的意义 PLC 控制是目前工业上最常用的自动化控制方法,由于其控制方便,能够承 受恶劣的环境,因此,在工业上优于单片机的控制。PLC 将传统的继电器控制技 术、计算机技术和通信技术融为一体, 专门为工业控制而设计, 具有功能强、通
3、用 灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功 耗低等一系列优点, 因此在工业上的应用越来越广泛。本文主要讲述PLC在材料分 拣系统中的应用,利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分 拣装置。以PLC 为主控制器 , 结合气动装置、传感技术、位置控制等技术, 现场控 制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、 精度高、 易控制的特点, 可根据不同对象, 稍加修改本系统即可实现要求。 材料分拣装置是模拟自动化工业生产过程的微缩模型,它使用了PLC控制、 传感器、位置控制、电气传动和气动等技术,可以实现不同材料的自动分选和归 类功能,并可配
4、置监控软件由上位机监控。该装置采用台式结构,配有S7-200 型 CPU 、传感器(光电式、电感式、颜色、磁感应式)、旋转编码器、交流电动机、 输送带、气缸、电磁阀、直流电源、空气过滤减压器等是典型的机电一体化教学 实验装置。 本系统采用的可编程控制器,只要结合不同的传感器,比如根据材料的属性、 尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器,就可对不同的物料进行分拣,具 有广泛的应用前景。 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 2 1.2 设计任务要求 该控制系统应能使物料分拣具有自动循环、单循环、单动作三种工作方式, 且能使各种工作方式不相互发生冲突;应能完成铁料、铝料、不同颜色的塑料分 拣至
5、不同料槽的控制要求;应具有启动、预停、急停和计数功能;应具有短路保 护、过载保护、失压保护等功能。 应确定具体的控制过程、控制系统的总体及软件设计;确定 PLC的型号规格; 确定 PLC各 I/O 元件;设计气动系统控制原理图;确定各气动元件;设计电动机 及变频器的主电路及控制电路原理图;确定变频器型号及各电气元件;设计物料 分拣系统的单动作手动程序、单循环程序、自动循环程序,故障报警和信号显示 程序;上机调试程序;进行成本估算。 1.3 设计任务分析 分拣的物料都是规则的,而且是圆柱形,我们可以先把物料装进一个套筒, 然后就让它在重力的作用下一个一个的掉到输送带。在这个过程中需要设计一个 上
6、料机构来完成这一步骤。接着物料到达输送带时,我们要把铁、铝、塑料(黄、 蓝色)物料进行分拣,可以用各种传感器来进行分拣,这就需要设计一个分拣装 置。这两个装置可以用接触器控制,也可以用PLC控制,考虑到接线方面的麻烦, 决定用 PLC来控制整个流程! 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 2 1.2 设计任务要求 该控制系统应能使物料分拣具有自动循环、单循环、单动作三种工作方式, 且能使各种工作方式不相互发生冲突;应能完成铁料、铝料、不同颜色的塑料分 拣至不同料槽的控制要求;应具有启动、预停、急停和计数功能;应具有短路保 护、过载保护、失压保护等功能。 应确定具体的控制过程、控制系统的总体及
7、软件设计;确定 PLC的型号规格; 确定 PLC各 I/O 元件;设计气动系统控制原理图;确定各气动元件;设计电动机 及变频器的主电路及控制电路原理图;确定变频器型号及各电气元件;设计物料 分拣系统的单动作手动程序、单循环程序、自动循环程序,故障报警和信号显示 程序;上机调试程序;进行成本估算。 1.3 设计任务分析 分拣的物料都是规则的,而且是圆柱形,我们可以先把物料装进一个套筒, 然后就让它在重力的作用下一个一个的掉到输送带。在这个过程中需要设计一个 上料机构来完成这一步骤。接着物料到达输送带时,我们要把铁、铝、塑料(黄、 蓝色)物料进行分拣,可以用各种传感器来进行分拣,这就需要设计一个分
8、拣装 置。这两个装置可以用接触器控制,也可以用PLC控制,考虑到接线方面的麻烦, 决定用 PLC来控制整个流程! 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 4 (3)警示灯:在设备停止时警示红灯亮,在设备运行时警示绿灯亮,在无物 料是警示黄灯亮。 (4)储料筒:用于存放直径100mm的圆柱型工件,料筒侧面有观察槽。 (5)安装支架:用于安装工件库和气缸。 1.1.2 分拣装置 分拣装置由输送带、气缸、各种传感器、电动机等部分组成,它的结构图如 图 2.2 所示 图 2 .2 分拣装置示意图 (1)SN:光电传感器, 当有物料放入输送带时,给PLC一个输入信号。 (2)SA:电感式传感器, 检测铁
9、材料,检测距离为25mm 。 (3)SB:电容传感器, 检测铝材料,检测距离为25mm 。 (4)SC:颜色传感器 , 用于检测非金属的蓝色物料,检测距离为38mm,检测 距离可通过传感器放大器的点位器调节。 (5)SD :备用传感器,用于检测黄色塑料物料。 (6) SBW气缸缩回到位。 (7) SFW气缸伸出到位。 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 5 (8)1 号料槽:用于放置铁物料。 (9)2 号料槽:用于放置铝物料。 (10)3 号料槽:用于放置蓝色塑料物料。 (11)4 号料槽:用于放置黄色塑料物料。 (12)皮带输送线:由三相异步电动机拖动,将物料输送到相应的位置。 (13)
10、三相异步电动机:驱动传动带传动,由变频器控制。 2.2 设计方案 1. 上料机构 在复位完成后,按下“启动”按钮,料筒光电传感器检测到有工件时,推料 气缸将工件推出,推料气缸缩回,若3 秒钟后,料筒检测光电传感器仍未检测到 工件,则说明料筒内无物料,这时警示灯黄灯闪烁,放入物料后黄灯熄灭; 2. 分拣机构 当入料口光电传感器检测到物料时,变频器接收启动信号,三相异步电动机 正转运行,皮带开始输送工件,当料槽一到位检测传感器检测到铁物料时,推料 一号气缸动作,将铁物料推入一号料槽;当料槽二检测传感器检测到铝物料时, 推料二气缸动作,将铝物料推入二号料槽;当检测器检测到蓝色物料时,推料三 气缸动作
11、,将蓝色物料推入三号料槽;当物料为黄色物料直接导入四号料槽,料 槽检测传感器检测到有工件经过,推料四气缸动作,将黄色物料推入料槽。 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 5 (8)1 号料槽:用于放置铁物料。 (9)2 号料槽:用于放置铝物料。 (10)3 号料槽:用于放置蓝色塑料物料。 (11)4 号料槽:用于放置黄色塑料物料。 (12)皮带输送线:由三相异步电动机拖动,将物料输送到相应的位置。 (13)三相异步电动机:驱动传动带传动,由变频器控制。 2.2 设计方案 1. 上料机构 在复位完成后,按下“启动”按钮,料筒光电传感器检测到有工件时,推料 气缸将工件推出,推料气缸缩回,若3 秒
12、钟后,料筒检测光电传感器仍未检测到 工件,则说明料筒内无物料,这时警示灯黄灯闪烁,放入物料后黄灯熄灭; 2. 分拣机构 当入料口光电传感器检测到物料时,变频器接收启动信号,三相异步电动机 正转运行,皮带开始输送工件,当料槽一到位检测传感器检测到铁物料时,推料 一号气缸动作,将铁物料推入一号料槽;当料槽二检测传感器检测到铝物料时, 推料二气缸动作,将铝物料推入二号料槽;当检测器检测到蓝色物料时,推料三 气缸动作,将蓝色物料推入三号料槽;当物料为黄色物料直接导入四号料槽,料 槽检测传感器检测到有工件经过,推料四气缸动作,将黄色物料推入料槽。 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 7 表 3-1
13、S7-200主要技术指标 特性CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外形尺寸90X80X62 90X80X62 120.5X80X62 190X80X62 本机 I/O 数字量6 入/4 出8 入/6 出14 入/10 出24 入/16 出 扩展模块0 个模块2 个模块7 个模块7 个模块 I/O 映象区256(128 入/128 出) 西门子 S7-200 系列中 CPU226 DC/DC/DC有 24 个输入点和16 个输出点。所 以选择 CPU226 DC/DC/DC 6ES7 216-2AD23-0XB8 型号的 PLC作为自动分拣装置所 用器件。 3.2.2电动机及
14、变频器的选取及工作原理 1. 电动机的工作原理 电动机 (Motors)是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈( 也就 是定子绕组) 产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭 矩。电动机主要由定子与转子组成,通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方 向和磁感线 ( 磁场方向 ) 方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使 电动机转动。 2. 电动机的选择 电动机主要带动传送带,要想选择合适的电动机,必须考虑到传送带的工作 压力和输送的速度。由于传送带上有四个传感器,所以传送带上最多同时有五个 工件,假设都是铁,已知工件的底面直径为100mm ,高 20mm,密
15、度 7.9kg/m 3 由已知条件可以计算传送带上物料的重量 M=5xSxhxP=5x3.14X0.5 2 X0.02X7.9=0.62kg 估计输送带总长4000mm ,总重量50kg,所以输送带的工作压力 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 8 F=(50+0.62 )X10=506.2N 假设输送带的速度V=0.8m/s ,卷筒的直径D=100mm ,效率 n w =0.72 。 确定工作机需要的功率Pw和卷筒的转速n w P w = 1000 . w n VF =0.56kw n w= D VX 14.3 100060 =152.8r/min 初定电机类型和转速 初估系统的总效率为
16、0.8-0.9,需要电动机功率为 Pd= n P W =0.7 0.62kw 根据 PedP d ,则可以选用的电机有Y2-801-2 、Y2-802-4 、Y2-90S-6 三种。 以这三种方案做一比较见表3-1 ,综合考虑到装置各方面的因素,拟选用电动机 的型号为Y-802-4 ,额定功率Ped =0.75kw,转速 n d =1390r/min. 表 3-2 电机的型号与参数 电动机的主电路图 电机的主电路由刀开关QS1 、热继电器QF1 、交流接触器KM1 、变频器组成, 它的接线图如图3.11. 方 案 电动机型 号 额定功率 /kw 满载转速 r/min 电流效率 1 Y2-801
17、-2 0.75 2830 1.8 75 2 Y2-802-4 0.75 1390 2.0 73 3 Y2-90S-6 0.75 910 2.2 69 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 9 图 3.11 电机主电路图接线图 3. 变频器的选择 变频器工作原理 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz) 变换成各种频率的交流电源,以实现电机 的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换 成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再 逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需 要一个进行转矩计算的CPU以及一些相
18、应的电路。变频调速是通过改变电机定子 绕组供电的频率来达到调速的目的。 选择变频器的型号 考虑到变频器使用的功能以及各系列变频器的特点,最终决定使用西门子 MICROMASTER 440 系列的变频器。他有以下几点特点: 引导调试简单 模块化结构允许组态的最大灵活性 六个可编程的独立数字量输入 两个可量测的模拟量输入(0V 到 10V,0mA 到 20mA) 也可以被用作第7 个/ 第 物料自动分拣装置的PLC 控制系统设计 10 8 个数字量输入 一个可编程模拟量输出(0mA到 20mA ) 三个可编程继电器输出(30V DC/5A, 阻性负载; 250 V AC/2 A,感性负载) 因高脉
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