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11.1 物料自动分拣的意义11.2 设计任务要求21.3 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32.1 机械构造分布32.2 设计方案5第三章 系统硬件设计63.1 基本结构63.2 主要组成部件6第四章 系统软件设计174.1 I/O分配表17续表184.2 接线图194.3 软件控制流程图204.4 顺序控制功能图214.5 PLC控制程序22第五章 系统总成本估算285.1 系统使用的零部件285.2 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。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。（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51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90X80X6290X80X62120.5X80X62190X80X62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由已知条件可以计算传送带上物料的重量 M=5xSxhxP=5x3.14X0.5 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。确定工作机需要的功率P和卷筒的转速nP=0.56kwn=152.8r/min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=0.70.62kw根据PP，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P =0.75kw,转速n =1390r/min.表3-2 电机的型号与参数方案电动机型号额定功率/kw满载转速 r/min电流效率1Y2-801-20.7528301.8752Y2-802-40.7513902.0733Y2-90S-60.759102.269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.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）因高脉冲频率而获得低噪音电机运转,可调节（如果必要，可降额运行）。变频器主要是用来控制输送带的电动机，然而电动机的功率是0.75kw,西门子MICROMASTER 440系列的变频器工作的功率范围是0.115kw,足够安全，所以选用西门子MICROMASTER 440系列变频器。硬件连接1） 三角形连接为：变频器U、V、W端分别接入电机的U1、V1、W1,电机端U1接W2,W1接V2,V1接U2图3.12