物料自动分拣装置的PLC控制系统设计论文

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 日目录第一章绪论 01.1 物料自动分拣的意义 0 1.2 设计任务要求 1 1.3 设计任务分析 1第二章物料自动分拣装置结构及总体设计技术方案 22.1 机械构造分布 2 2.2 设计技术方案 4第三章系统硬件设计 53.1 基本结构 5 3.2 主要组成部件 5第四章系统软件设计 164.1 I/O 分配表 16 续表 17 4.2 接线图 18 4.3 软件控制流程图 19 4.4 顺序控制功能图 20 4.5 PLC 控制程序 21第五章系统总成本估算 275.1 系统使用的零部件 27 5.2 系统总开支 28第六章毕业设计归纳总结 29参考文献 30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案 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。

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！第二章 物料自动分拣装置结构及总体设计技术方案本装置是由上料机构和分拣机构构成，工件通过上料机构流到输送带进行分 拣。

2.1 机械构造分布 2.1.1 上料机构上料机构由简图、光电传感器、安装支架、挡料气缸、顶料气缸、警示灯等 部分组成，如下图 2.1 所示图 2.1 上料机构示意图（ 1 ）光 电 检 测 传 感 器 ：物 料 检 测 传 感 器 为 光 电 漫 反 射 型 传 感 器 ，检 测 到 有 物 料时，推料气缸将物料推出，有物料是为 PLC 提供一个输入信号。

（2）顶料气缸：将工件顶住。

（3）挡料气缸：将工件一一的放下来。

（ 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,检测铁材料，检测距离为 2—5mm。

（3）SB:电容传感器,检测铝材料，检测距离为 2—5mm。

（4）SC:颜色传感器,用于检测非金属的蓝色物料，检测距离为 3—8mm,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。

（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 设计技术方案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，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。

第三章 系统硬件设计3.1 基本结构 硬 件 部 分 由 传 感 器 、可 编 程 控 制 器 、气 缸 、变 频 器 、电 机 、气 体 空 压 机 组 成 ，他们之间的关系如图 3.10 所示。

图 3.10 系统的硬件结构框图3.2 主要组成部件 3.2.1 PLC 的型号选择根据输入输出点数合理选择 PLC，由表 5—1 可知输入使用 19 点，输出使用 9 点，考虑到以后使用中的升级、添加功能的需要，点数应略多于现用的点数。

对 比表 3.2 可知，表 3-1 S7-200 主要技术指标特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90X80X6290X80X62 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 =0.72。

w①确定工作机需要的功率 P 和卷筒的转速 nwwP w = F.V =0.56kw 1000 nwn = 60X1000V =152.8r/min w 3.14D②初定电机类型和转速初估系统的总效率为 0.8-0.9,需要电动机功率为P = PW =0.7—0.62kw dn根据 P ≥P ，则可以选用的电机有 Y2-801-2、Y2-802-4、Y2-90S-6 三种。

edd以这三种技术方案做一比较见表 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 P ed =0.75kw,转速 n d =1390r/min.表 3-2 电机的型号与参数技术 电动机型额定功率/kw 满载转速 r/min 电流方号案1 Y2-801-20.7528301.82 Y2-802-40.7513902.03 Y2-90S-60.759102.2③电动机的主电路图效率75 73 69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.图 3.11 电机主电路图接线图3.变频器的选择 ①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 以及一些相应的电路。