基于plc的自动分拣控制系统论文

基于plc的自动分拣控制系统论文内容摘要：

材料分拣系统采用它主要是用来识别 红色与绿 色的材料。 目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型： ① 色标传感器，它使用一个白炽灯光源或单色 LED 光源； ② RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测物体的对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。 这类装置许多是温反射型、光束型、光纤型的，封装在各种金属和聚碳酸脂外壳中。 典型的输出有： NPN 和 PNP、继电器和模拟输出。 为了便于 PCL 控制程序的编写，利于公司企业的经济效益，综合其各种情况，在本设计，选择 RGB 颜色传感器着为识别物 料颜色的装置，继电器输出方式，便于 PLC 控制系统的简单化，控制系统更容易实现 [4~5]。 驱动部分的分析与选择 系统的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置，其 驱动系统根据动力源的不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。 目前采用的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式。 液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。 但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。 电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、 传递、处理方便。 但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在一些场合的应用。 因此，人们寻求其他一些经济适用的驱动方式。 气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工业机械手中应用较多。 另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域。 在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。 气动机徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 11 械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具。 表 21给出了各种控制方式的比较： 表 21 各种控制方 式的比较 项目 气压传动 液压传动 电气传动 机械传送 系统结构 简单 复杂 复杂 较复杂 安装自由度 大 大 中 小 输出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 动作速度 大 稍大 大 小 响应速度 慢 快 快 中 清洁度 清洁 可能有污染 清洁 较清洁 维护 简单 比气动复杂 需要专门技术 简单 价格 一般 稍高 高 一般 技术要求 较低 较高 最高 较低 控制自由度 大 大 中 小 危险性 几乎无问题 注意着火 一般无问题 无特殊问题 通过以上三种驱动方式的 比较选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本 [16~18]。 执行机构 的选择 在气压传动系统中，组成气动回路是为了驱动用于各种不同目的机械装置，其最重要的三个控制内容是：力的大小、运动的方向和运动的速度。 与生产装置相连接的各种类型的气缸，靠压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制，正是利用它们组成了各种气动控制回路。 现今各控制 系统中用于分拣物料的执行机构主要有以下几种： （ 1）机械手夹持式 夹持式手部的结构与人手类似，是工业机械广泛应用的一种手部形式。 它主要由手指 、传动机构、驱动机构组成。 其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反。 夹持式手部设计时应注意以下事项： ① 手指应有一定的开闭范围； ② 手指应具有适当的夹紧力； ③ 要保证工徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 12 件在手指内的定位精度； ④ 结构紧凑，重量轻，效率高 ； ⑤ 通用性和可换性。 [19] （ 2）气吸式 气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，利用压差而将工件吸附，是工业机械手常用的一种吸持工件的装置。 它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单、质量轻、不易损伤工件、使用方便可靠等优点；但要 求工件上与吸盘接触的部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密，没有透气空隙。 主要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件的抓取。 气吸式又可分为：负压吸盘：真空式、喷气式、自挤式空气吸盘 ； 磁力吸盘：永磁吸盘、电磁吸盘。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空，故称真空式。 喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时，由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的，所以气流速度逐渐增大，在吸气口处形成负压。 吸附头与吸气口连同，故形成真空， 以吸住工件。 自挤式空气吸盘 是将软质吸盘按压 在工件的表面，挤出吸盘内的空气、从而造成真空、吸住工件。 磁吸式手是利用工件的导磁性，利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件。 （ 3）气缸式 气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之一。 目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。 水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。 单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成。 其工作原理：对于前伸 /回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩；对于上升 /下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有 杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。 当气缸动作时动作限位开关断开，气缸快速弹出，此时先导式电磁阀复位，当气压太大时而气缸没有复位时气缸复位限位开关感应动作从而关闭先导式电磁阀从而起到保护气缸的作用。 气缸式的执行机构动作比较稳定，易于维修，控制过程简单，所以该 材料分拣 系统执行机构选择气缸推动式 [15]。 硬件设计及实际模型的建立 材 料分拣机的 PLC 控制用于对相关材 料的自动化分拣，其硬件结构框图如图22 所示。 徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 13 下 料 传 感 器电 感 传 感 器电 容 传 感 器颜 色 传 感 器接 近 开 关可编程控制器PLC电 机 及 下 料 气 缸气 缸 1气 缸 2气 缸 3气 缸 4气缸压缩机 图 22 系统的硬件结构框图 根据 材料分拣系统的 结构框图，可得出其 结构示意图如图 23 所示。 按下启动按钮后，电动机 M 运行，绿灯 L2 亮，传送带运转，表示可以进物料。 材料经传感器对其进行识别，检测其分别为 铁质、铝质、红 色，其相对应的气缸进行动作，将材料推入滑槽内， 若不是上述的几种材料，则最后剩余的气缸动作，将其推入滑槽内，以 完成对其的分拣。 物 料铁 质 铝 质 红 色 其 他电 机 M气 缸传 感 器传 送 带滑 槽指 示 灯 L 1 指 示 灯 L 2 图 23 材料分拣系统的 示意 图 其他元器件及其选择 料槽是一个材料手动入库而自动出库的装置，底部有一个光电传感器。 使用时可先人为地将材料放 入料槽中，此时光电传感器检测到料块时系统开始运行。 当系统运行时，启动传送带并由出料气缸将料库内底层材料推入传送带。 传送带徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 14 是由单向感应电机驱动的皮带式输送装置。 调压阀、空气滤器与气压指示仪表 集中于一个模块上，它们接收来自气源的气压并传送到下面的 5 个气阀中。 调节调压阀降压，使其输出压力与每台 气动设备和装置所需要的压力一致，并保持该压力的稳定。 空气过滤器 作用是滤除压缩空气中的水分、油滴以及杂质微粒等危害，以达到系统要求的净化程度。 油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷成雾状并混合于压缩空气中 ，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的，使压缩空气具有润滑气动元件的能力。 自动分选部分由传感器、先导式电磁换向阀、气缸及导料轨道组成。 当传感器检测到相应料块时，对应的先导式电磁换向阀动作驱动气缸动作将其推人应去的滑道。 例如：当电感传感器感应到铁块时，对应的气缸动作，将铁块推入对应的导料轨道。 导料轨道主要作用是当气缸推出材料时导出材料。 单向感应电动机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行。 内置电源 可以将 220 交流电转换成 24 伏的直流电供给各个传感器与气阀以及转接板上的各个指示灯，同时也为单向感应电动 机提供稳定的 220 伏电压。 控制器采用三菱 FX2N32MR 型 PLC。 它接受料槽光电传感器、各材料传感器、先导式电磁换向阀、感应电动机、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁阀动作。 本系统共设置了三个检测材料的传感器，同时预留了一个空余的气阀与气缸用来添加其它的传感器。 用户可以根据自己的需求选择相应的传感器安装即可。 如表 22 给出系统中主要的元器件清单： 徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 15 表 22 主要元器件清单 序号 名称 型号 数量 备注 品牌或 公司 1 PLC FX2N32MR 1 16 输入， 16 输出， 继电器 输出形式 三菱 2 静音空气 压缩机 、性能稳定、工作 安全可靠 ,功率 韩国SANWO 3 气阀 SVK0120 5 先导式电磁换向阀 , 交流： 110v,220v（ 50hz） 直流： 24V 韩国SANWO 4 气缸 SCDJB1045S 5 产品与气阀的型号相配套 ，推动物料进行分拣 韩国SANWO 5 磁感应开 关 DC73 5 额定电压： DC24V AC110V 额定电流： DC： 5～40mA AC: 5～ 20mA 气缸回位 限位开关 易电国际集团 6 接近开关 CAT212GM 5 静电容量式接近开关 判断物料是否到位 易电国际 集团 7 光电开关 E3R5DE4 1 判断有无物料 欧姆龙 7 电感式接 传感器 BLJ18A48Z/B1Z 1 额定电压： DC： 6～ 36V 额定电流： 300mA 百斯特 8 电容式传 感器 E2KX81ME1 1 静电容量型近接开关 额定电压： DC12～24V(DC10～ 30V) 欧姆龙 9 颜色传感 器 E3SVS1E4 1 额定电压： DC： 12～ 24V额定电流： 400mA 欧姆龙 10 电动机 YN606 1 感应电动机减速电机性能参数 功率： 6W 电压：110V 频率： 50HZ 电流： 额定转速：1440r/min LINIX 温岭市永久电子器械厂 11 内置电源 MD3534 1 输入电压： AC220 伏 177。 15% 输出电压： DC24 伏 DADONG 11 滑槽 4 铝合金 青岛锐诚德仓储物流设备有限公司 12 传送带 1 I/O 口的选择及 PLC 接线 根据材料分拣系统的工作过程由可知，系统的控制有输入信号 15 个，均为徐州师范大学本科生毕业设计 基于 PLC 的自动分拣控制系统设计 16 开关量。 输出信号有 8 个，其中一个控制电动机，两个控制指示灯，剩下的控制气阀，也都是开关量。 根据分拣系统的需要配置出 I/O 对应功能，列表如表 23 所示： 表 23 分拣系统 I/O口配置 三菱 PLC(I/O) 分拣系统接口 (I/O) 备注 输 入 部 分 X00 SB1 启动按钮 X01 SQ1 上料物料接近开关 X02 SQ2 铁质物料接近开关 X03 SQ3 铝质物料接近开关 X04 SQ4 绿色物料接近开关 X05 SA 电感传感器 X06 SB 电容传感器 X07 SC 颜色传感器 X10 SN 判断下料有无（光电传感器） X11 SW1 上料气缸回位限位开关 X12 SW2 铁质物料气缸回位限位开关 X13 SW3 铝质物料气缸回位限位开关 X14 SW4 红色物料气缸回位限位开关 X15 SW5 其他物料气缸回位限位开关 X17 SB2 停止按钮 输 出 部 分 Y00 YV1 上料先导式电磁换向阀 Y01 YV2 铁质物料先导式电磁换向阀 Y02 YV3 铝质物料先导式电磁换向阀 Y03 YV4 红色物料先导式电磁换向阀 Y04 YV5 其他物料先导式电磁换向阀 Y05 M 传送带 Y06 LD1 红色指示灯 Y07 LD2 绿色指示灯 徐州师范大学本。