基于PLC的分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制技術(shù)在我們的日常生活中和工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)處不在。如電風(fēng)扇的搖頭和定時(shí)、電子產(chǎn)品總裝生產(chǎn)線運(yùn)行、機(jī)械手搬運(yùn)工、產(chǎn)品分類(lèi)入庫(kù)等。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)工藝要求的進(jìn)步，電氣控制技術(shù)得到了不斷地發(fā)展。在控制辦法上，從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制；在控制性能上，從復(fù)雜的控制單臺(tái)設(shè)施到簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)；在控制原理上，從有觸點(diǎn)的繼電接觸器控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的“軟件”控制系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣控制技術(shù)發(fā)生的巨大的變化，新型控制技術(shù)如可編程邏輯控制器、變頻器等被普遍使用在工業(yè)生產(chǎn)和生活的諸多領(lǐng)域�，F(xiàn)代的電氣控制技術(shù)已經(jīng)綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)和精細(xì)測(cè)量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成績(jī)，PLC、CAD/CAM和Robot以成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱。

現(xiàn)代市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也變得越來(lái)越強(qiáng)烈, 各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地想要改良生產(chǎn)技術(shù),從而來(lái)進(jìn)步生產(chǎn)的效率, 尤其在需求進(jìn)行材料分揀的企業(yè), 它們之前不停的采取的是人工分揀的辦法, 這種分揀模式會(huì)招致生產(chǎn)效率低下, 生產(chǎn)資本卻很高, 企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)效率差,不能夠失去很好的發(fā)展，所以材料的自動(dòng)分揀釀成為了眾多企業(yè)的最佳且獨(dú)一的選擇。

基于PLC的分揀控制系統(tǒng)的系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)上電后,傳感器1（電容傳感器）檢測(cè)到物料時(shí)將啟動(dòng)輸送帶,物料傳感器2為電感傳感器,當(dāng)檢測(cè)出物料為鐵質(zhì)物料時(shí),反應(yīng)信號(hào)送PLC ,由PLC 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸1（推送氣缸）推出選出該物料，并推入一號(hào)料槽;物料傳感器2 為光電傳感器,當(dāng)檢測(cè)出相應(yīng)的物料時(shí),反應(yīng)信號(hào)送PLC ,PLC 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸2（旋轉(zhuǎn)氣缸）推出選出該物料，并導(dǎo)入二號(hào)料槽。

整篇文檔主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。完成總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳感器的選型設(shè)計(jì)，控制流程、中心電路的設(shè)計(jì)、控制部件的選取及總體安裝等; 軟件設(shè)計(jì)，包含I/O接口的調(diào)配確定、控制順序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。

完成相應(yīng)的硬件接線圖，主要包含PLC接線圖（PLC外部I／O 連接示意圖），I／O分配表，控制回路接線圖，程序設(shè)計(jì)流程圖，梯形圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

A: 分揀出金屬與非金屬

B:分揀出某一塊

C:分揀出金屬中某一塊和非金屬中某一塊

圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

A:可編程控制器PLC

B:輸入、輸出模塊

C:I/O接口模塊

D:CPU模塊

F:電源模塊

  A：空氣壓縮機(jī)：空氣壓縮機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備，是將原來(lái)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的安裝。它主要由氣路循環(huán)系統(tǒng)、旱路循環(huán)系統(tǒng)、油循環(huán)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、屏保護(hù)系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)和DTC控制系統(tǒng)等組成。

空氣壓縮機(jī)與水泵結(jié)構(gòu)相似，大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往返活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。其主要被使用于車(chē)輛制動(dòng)、風(fēng)洞檢驗(yàn)、油井壓裂、輪胎充氣、噴漆等生產(chǎn)工作中。

  B: 傳感器（電感式傳感器、光電式傳感器）: 傳感器（ 英文稱號(hào)：transducer/sensor）是一種檢測(cè)安裝，能遭受到被測(cè)量的信息，并能將遭受到的信息，按必然法則變換成為電信號(hào)或其余所需模式的信息輸入，以滿足信息的傳輸、解決、存儲(chǔ)、顯示、記載和控制等要求。

傳感器的特點(diǎn)包含：微型化、數(shù)字化、智能化、多性能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。通常依照其根本感覺(jué)性能分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、材料元件、色敏元件等六大類(lèi)。

  C: 傳送帶：傳送帶指裝配在傳送機(jī)上用作傳送物件的帶織物。通常分為棉傳送帶、橡膠傳送帶、塑料傳送帶。棉傳送帶普通為4層平紋織物。起初傳送帶輸送機(jī)遭到機(jī)械制作、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不停地欠缺，逐漸由完成車(chē)間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)外部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。

  D: 氣缸（金屬氣缸、非金屬氣缸）: 氣缸（cylinder）是指在內(nèi)燃機(jī)或是外燃機(jī)中，讓活塞居于其內(nèi)，可以其高下往返的容器，由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。氣缸有做往返直線靜止的和做往返擺動(dòng)的兩類(lèi)；工作時(shí)要靠緊縮空氣中的油霧對(duì)活塞中止光滑。

  E：直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子包含：基座，主磁極，換向極，電刷安裝等；轉(zhuǎn)子（電樞）包含：電樞核心，電樞繞組，換向器，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。因其良好的調(diào)速功能而在電力拖動(dòng)中失去普遍使用，按勵(lì)磁模式分為：永磁、他勵(lì)和自勵(lì)三類(lèi)。

當(dāng)直流電源經(jīng)過(guò)電刷向電樞繞組供電時(shí)，電樞外表的N極下導(dǎo)體可能流過(guò)相同方向的電流，依照左手定則導(dǎo)體將遭到逆時(shí)針?lè)较虻牧刈饔茫浑姌斜砻鍿極下部分導(dǎo)體也流過(guò)相同方向的電流，異樣依照左手定則導(dǎo)體也將遭到逆時(shí)針?lè)较虻牧刈饔谩＿@樣，整個(gè)電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸入的機(jī)械能。

F：金屬限位器：限位器是一種為了保護(hù)機(jī)器及其運(yùn)用者的安全安裝，常見(jiàn)于汽車(chē)和起重機(jī)上。

發(fā)展：20世紀(jì)70年代初呈現(xiàn)了微計(jì)算器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及計(jì)算等性能，完成了真正具備計(jì)算機(jī)特色的工業(yè)控制安裝。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器慣例控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)體計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了便利和反映可編程控制器的性能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入適用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)部分引入可編程控制器中，使其性能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更牢靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID性能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的位置。

20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已取得普遍運(yùn)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的期間，年增長(zhǎng)率不停堅(jiān)持為30~40%。在這期間，PLC在計(jì)算模擬量效率、數(shù)字運(yùn)算效率、人機(jī)接口效率和網(wǎng)絡(luò)效率得到大幅度進(jìn)步，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些使用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治位置的DCS系統(tǒng)。

20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是越加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需求。這個(gè)期間發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的非凡性能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通訊單元，使運(yùn)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)施的配套更加容易。

簡(jiǎn)介：三菱PLC（英文：Mitsubish ProgrammableLogic Controller），是三菱電機(jī)在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。它采取一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其外部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、按時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并經(jīng)過(guò)數(shù)字或模擬式輸出/輸入控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)進(jìn)程。三菱PLC在中國(guó)市場(chǎng)普遍的有FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、FR-FX2NC、FR-AFR-Q等型號(hào)。

一、系統(tǒng)組成，

二、各部分的組成

a． CPU運(yùn)算和控制核心: 起“心臟”作用, CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU經(jīng)過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。

b．存儲(chǔ)器: 具備記憶性能的半導(dǎo)體電路,分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器:

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以寄存系統(tǒng)程序，包含辦理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯解決的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器組成。廠家運(yùn)用的，內(nèi)容不行更改，斷電不消失。

用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）組成。用戶運(yùn)用的。斷電內(nèi)容消失。罕用高效的鋰電池作為后備電源，壽命普通為3~5年。

c．輸出 /輸入接口: 輸入接口：光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。

PLC的繼電器輸入接口的三種類(lèi)型：

繼電器輸入：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載

晶體管輸入：無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、直流負(fù)載

晶閘管輸入：無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、交流負(fù)載

d．編程器：編程器可分為兩種，一種是手持編程器，便利。咱們實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用的就是手持編程器。二種是經(jīng)過(guò)PLC的RS232口。與計(jì)算機(jī)相連。而后敲擊鍵盤(pán)。

一：PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式：

1．每次掃描進(jìn)程。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸入信號(hào)停止刷新。

2．輸出刷新進(jìn)程。當(dāng)輸出端口封閉時(shí)，程序在停止執(zhí)行階段時(shí)，輸出端有新?tīng)顟B(tài)，新形態(tài)不克不及被讀入。只需程序停止下一次掃描時(shí)，新?tīng)顟B(tài)才被讀入。

3．一個(gè)掃描周期分為輸出采樣，程序執(zhí)行，輸入刷新。

4．元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變動(dòng)而變動(dòng)的。

5．掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時(shí)間（3）指令條數(shù)

6．因?yàn)椴扇〖胁蓸�。集中輸入的模式。存在輸�?輸入滯后的現(xiàn)象，即輸出/輸入響應(yīng)延遲。

二：PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別：

1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別：前者工作模式是“串行”，后者工作模式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。

2．PLC與微機(jī)區(qū)別：前者工作模式是“循環(huán)掃描”。后者工作模式是“待命或中止”，PLC 編程模式：PLC最突出的優(yōu)點(diǎn)采取“軟繼電器”替代“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”替代“硬件布線邏輯”。PLC編程言語(yǔ)有梯形圖、布爾助記符言語(yǔ)，等等。尤其前兩者為常用。

梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn)：

1．每個(gè)梯形圖由多個(gè)梯級(jí)組成。

2．梯形圖中支配兩邊的豎線表現(xiàn)假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級(jí)的邏輯運(yùn)算后果為“1”時(shí)，有假想的電流經(jīng)過(guò)。

3．繼電器線圈只能呈現(xiàn)一次，而它的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可能呈現(xiàn)無(wú)數(shù)次。

4．每一梯級(jí)的運(yùn)算后果，立即被前面的梯級(jí)所運(yùn)用。

5．輸出繼電器受內(nèi)部信號(hào)控制。只呈現(xiàn)觸點(diǎn)，不呈現(xiàn)線圈。

PLC采取“順序掃描，不停循環(huán)”的工作模式；掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令自身占有的功率（3）指令條數(shù)。

PLC的仿真軟件選擇：GX Developer（GXSimulator）

PLC的仿真軟件的說(shuō)明：GX Developer是三菱公司設(shè)計(jì)的在Windows環(huán)境下運(yùn)用的PLC編程軟件，雖然其版本較多，但其主要性能和運(yùn)用辦法基本相同，普通選擇三菱的FX系列的PLC，其界面及編程文件均已漢化，性能強(qiáng)大，運(yùn)用方便，具備豐富的工具箱，擁護(hù)在線和離線編程，可能編寫(xiě)梯形圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序，具備軟元件正文、申明、注解及程序監(jiān)督、故障診斷等多種性能。

GX Simulator是GX Developer的一種插件，專門(mén)用于仿真測(cè)試，能完成程序的離線仿真PLC調(diào)試。運(yùn)用時(shí)，通過(guò)把GX Developer軟件編寫(xiě)的程序?qū)懭氲紾X Simulator內(nèi)，即可完成通過(guò)GX Simulator軟件來(lái)仿真調(diào)試程序。但該軟件必需當(dāng)時(shí)安裝好GX Developer軟件基礎(chǔ)上能力運(yùn)用。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)是由零件料倉(cāng)（金屬零件料倉(cāng)、非金屬零件料倉(cāng)）、直流電動(dòng)機(jī)(Y0)、推料缸1(Y1)、光纖傳感器(X0)、運(yùn)輸皮帶(Y2)、光電傳感器1(X1)、電感傳感器（X2）、推料缸2（Y4）、光電傳感器2（X3）金屬材料限制器（Y3）、電容傳感器(X4)、推料缸3（Y5）、光電傳感器3（X5）開(kāi)關(guān)電源(X10)、1號(hào)料槽、2號(hào)料槽、PLC等。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)性能要求如下：（1）、按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)（X10），零件料倉(cāng)中光纖傳感器（X0）檢測(cè)是否有工件。（2）、如果零件料倉(cāng)里有工件，直流電動(dòng)機(jī)推出（Y0），推料氣缸（Y1）推出，將工件推出。（3）、工件推出后，啟動(dòng)運(yùn)輸皮帶，當(dāng)工件運(yùn)行通過(guò)光電傳感器（X1）時(shí)，推料氣缸縮回。（4）、運(yùn)輸皮帶（Y2）繼續(xù)運(yùn)行到工件屬性判別位。（5）、金屬檢測(cè)傳感器（電感傳感器X2）對(duì)工件進(jìn)行屬性檢測(cè)，如果是金屬工件，置位金屬限位器（Y3），推料氣缸2（Y4）推出，推入1號(hào)料槽；如果是非金屬（電容傳感器X4），就直接運(yùn)輸?shù)酵屏细?（Y5）的位置前，推入2號(hào)料槽。（6）、按下關(guān)閉啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，復(fù)位。

表4-2 氣缸名稱注釋表

圖4-1電路原理圖

圖4-2流程圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.gxw

(圖中的X3常閉，改為X4常閉)

圖4-3狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

圖4-4梯形圖

梯形圖程序說(shuō)明：按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，光纖傳感器檢測(cè)零件料倉(cāng)內(nèi)是否有工件，如果有工件，推料氣缸推出工件，光電傳感器檢測(cè)到工件時(shí)，運(yùn)輸皮帶推出，當(dāng)工件通過(guò)電感傳感器時(shí)，運(yùn)輸皮帶停止推出，料倉(cāng)內(nèi)停止供貨，金屬工件停在推料氣缸2前面，金屬限位器置位，當(dāng)金屬工件通過(guò)1號(hào)料槽里的光電傳感器時(shí)，金屬限位器及推料氣缸復(fù)位，還有運(yùn)輸帶推出，料倉(cāng)內(nèi)繼續(xù)供貨；當(dāng)不是金屬工件時(shí)，非金屬工件停在推料氣缸3面前，運(yùn)輸皮帶停止，料倉(cāng)內(nèi)停止供貨，當(dāng)非金屬工件通過(guò)2號(hào)料槽里的光電傳感器時(shí)，推料氣缸復(fù)位，運(yùn)輸帶推出，料倉(cāng)內(nèi)繼續(xù)供貨，直到全部工件分揀完畢時(shí)，再次按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，復(fù)位全部氣缸及金屬限位器和運(yùn)輸皮帶，關(guān)閉直流電動(dòng)機(jī)。

按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，光纖傳感器檢測(cè)料倉(cāng)內(nèi)是否有工件，如果有，推出工件，光電傳感器感應(yīng)到工件，運(yùn)輸帶推出，如果工件是金屬工件，推料氣缸2推出金屬工件，金屬限位器置位；如果工件是非金屬工件，推料氣缸3推出非金屬工件。再次按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，所有輸出復(fù)位。

所有零件符號(hào)注釋表

PLC程序指令注釋表