摘要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。本设计主要讲述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。本设计的基本内容是，以可编程控制器PLC为主控制器,结合气动装置、传感 技术、位置控制等技术, 完成对物料的检测和控制分拣装置的自动分拣。同时，还要根据 不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求，使本设计具有一定的灵活性。关键词: 可编程控制器；分拣装置；控制系统；传感器目录1 问题的提出 11.1课题背景及研究意义 11.2 国内外现状 11.3设计的内容及目的 21.4 材料分拣装置结构及控制要求 21.5 材料分拣装置工作过程概述 21.6 系统的技术指标 31.7 系统的设计要求 41.7.1 功能要求 41.7.2 系统的控制要求 42 控制系统的硬件设计 52.1 系统的硬件结构 52.2 系统关键技术 52.2.1确定1/ O点数52.2.2 PLC 的选择62.2.3 PLC 的输入输出端子分配 62.2.4 PLC输入输出接线端子图72.3 检测元件与执行装置的选择 72.3.1 旋转编码器72.3.2 电感传感器92.3.3 电容传感器102.3.4 颜色传感器112.3.5 光电传感器 122.3.6 步进电机 133 控制系统的软件设计 143.1 控制系统流程图设计 143.2 控制系统程序设计 154 控制系统的调试 195 结论 20致 谢 21参考文献 22附录 A系统设计程序清单 23附录 B程序语句表 271 问题的提出1.1 课题背景及研究意义分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的 手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配 位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情 报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采 用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改 进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的 方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的 唯一选择。针对上述问题，利用 PLC 技术设计一种成本低，效率高的材料自动分拣装置， 在材料分拣过程中具有重要的意义。物料分拣采用可编程控制器 PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率 低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设 备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块 化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。1.2 国内外现状二次大战以后，自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入运行，成为发达国家物流 中心、配送中心或流通中心所必须的设施条件之一，但因其要求使用者必须具备一定的经 济技术条件，因此，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情 况也很普遍。我国分拣设备的研发和应用起步较晚，与国外比约晚 20 年左右。前期主要受历史因 素影响，相当长的时期内只停留在研究和中试阶段，改革开放以来，通过国外产品引进及 与国外专业厂商技术合作与交流，引入了国外先进技术和理念，国内对分拣设备的研制越 来越成熟，应用也越来越多。早期主用应用于在邮政行业，生产和流通领域运用的并不是 太多。近几年，输送分拣系统由于它能有效地解决生产分拣过程人工作业运行成本高、效 率低等弊病，所以应用越来越广泛。1.3 设计的内容及目的PLC 控制分拣装置涵盖了 PLC 技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容， 是实际工业现场生产设备的微缩模型。应用 PLC 技术结合气动、传感器和位置控制等技术，设计不同类型材料的自动分拣控 制系统。本系统的设计以PLC为主控电器，将PLC和物料传感器结合起来，结合气动装置、 位置控制技术，完成对物料的检测和分拣装置控制。 PLC 在物料自动分检系统中的应用， 主要包括：传感器的原理和使用方法，设计电气原理图， PLC 选型及 I/O 分配， PLC 的硬 件系统，控制程序等，达到学用结合的目的。1.4 材料分拣装置结构及控制要求PLC 控制分拣装置涵盖了 PLC 技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容， 是实际工业现场生产设备的微缩模型。本章主要介绍分拣装置的工艺过程及控制要求。要想进行PLC控制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工 艺过程、工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条件。1.5 材料分拣装置工作过程概述如图1-1 所示为本分拣装置的结构示意图。电磁阀组二联体过滤器SBW1SFW1卸料彳曹SBW:汽缸回位限位;SA:电感传感器; SFW:汽缸动作限位；呂B:电容传感器； SC:颜庖传感鶉;SD:备角传感器;咅N:下料传感器SNv光电码盘酉壬SBW5PSFW5f 图1-1 材料分拣装置结构示意图它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器 滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感 的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网 板不同区域安装。系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，下料传感器 SN 检测料槽有无物 料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待下料；当料槽有料时，下料传感器输出 信号给 PLC，PLC 控制输送带继续运转，同时控制气动阀5 进行下料，每次下料时间间隔 可以进行调整。物料传感器 SA 为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送 PLC,由PLC控制气动阀1动作选出该物料；物料传感器SB为电容传感器，当检测出物 料为铝质物料时，反馈信号送PLC, PLC控制气动阀2动作选出该物料;物料传感器SC为 颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时， PLC 控制气动阀 3 动作选出该物料。 物料传感器SD为备用传感器。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属物料时，由程 序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。1.6 系统的技术指标输入电压：AC200240V （带保护地三芯插座）消耗功率： 250W环境温度范围：-540C气源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa1.7 系统的设计要求系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先应分析控制对象 的要求。1.7.1 功能要求材料分拣装置应实现基本功能如下（1）分拣出金属和非金属（2）分拣某一颜色块（3）分拣出金属中某一颜色块（4）分拣出非金属中某一颜色块（5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块1.7.2 系统的控制要求系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带 后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料 箱；否则，继续前行。其控制要求有如下9 个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出（4）当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸1 动作（5）当电容传感器检测到铝物料时，推汽缸2 动作（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3 动作（7）其他物料被送到SD位置时，推汽缸4动作（ 8）汽缸运行应有动作限位保护（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机2 控制系统的硬件设计PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系 统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型，并分配1/ O点。2.1 系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图，如图2-1 所示。图2-1 系统的硬件结构框图2.2 系统关键技术系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O 分配。2.2.1 确定 I/ O 点数根据控制要求，输入应该有2个开关信号， 6 个传感器信号，包括电感传感器、电容 传感器、颜色传感器、备用传感器，以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有 5 个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计10 个信号。输出包括控制 电动机运行的接触器，以及5个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/ O点24个，其中18个 输入， 6 个输出。2.2.2 PLC 的选择根据上面所确定的1/ O点数，且该材料分拣装置的控制为开关量控制。因此，选择 一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU226型PLC。它 有24个输入点， 16个输出点，满足本系统的要求。2.2.3 PLC 的输入输出端子分配根据所选择的PLC型号，对本系统中PLC的输入输出端子进行分配，如表2-1所示表 2-1 材料分拣装置 PLC 输入 /输出端子分配表西门子PLC(I/O)分拣系统接口 （I/O）备注I0.0UCP（计数传感器）接旋转编码器I0.1SN（下料传感器）判断下料有无I0.2SA（电感传感器）I0.3SB（电容传感器）I0.4SC（颜色传感器）I0.5SD（备用传感器）I0.6SFW1 （推气缸1动作限位）输入I0.7SEW2（推气缸2动作限位）I1.0SFW3（推气缸3动作限位）部I1.1SFW4（推气缸4动作限位）分I1.2SFW5（下料气缸动作限位）I1.3SBW1 （推气缸1回位限位）I1.4SBW2（推气缸2回位限位）I1.5SBW3（推气缸3回位限位）I1.6SBW4（推气缸4回位限位）I1.7SBW5（下料气缸回位限位）I2.0SB1（启动）I2.1SB2（停止）Q0.0M（输送带电机驱动器）输Q0.1YV1（推气缸1电磁阀）出Q0.2YV2（推气缸2电磁阀）部Q0.3YV3（推气缸3电磁阀）分Q0.4YV4（推气缸4电磁阀）Q0.5YV5（下料气缸电磁阀）2.2.4 PLC 输入输出接线端子图根据表1可以绘制出PLC的输入输出接线端子图，如图2-2所示。计數传感器 下料传感器 电感传感器 电