1、 鞍山師范學院高等職業技術學院鞍山師范學院高等職業技術學院 20162016 屆學生畢業論文(設計)題題 目：目： 正次品分揀機控制的設計 系系 別：別： 機械電子系機械電子系 專業班級：專業班級： 13 級應用電子技術 2 班 姓姓 名：名： 張馨迪張馨迪 學學 號：號： 1388420913884209 指導教師：指導教師： 閆佳閆佳 完成時間：完成時間： 2016 年年 3 3 月月 17 日日摘要：本文采用 PLC 作為主控制器設計一套自動正次品分揀控制系統，主要包括以下幾部分內容。首先，分析本次設計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內外工業自動化控制的發展現狀。其次，分析自動

2、分揀系統的機構和工作原理，并在此基礎上提出控制指標，設計控制系統的整體方案。再次，根據設計的整體控制方案，設計系統的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設計等幾個方面。最后，根據硬件電路圖設計系統的軟件控制程序，采用梯形圖語言。關鍵詞：可編程控制器；次品分揀；控制系統；傳感器IABSTRACT：This article USES the PLC as the main controller design is a set of automatic defect sorting control system, mainly includes the following

3、sections. First of all, analyses the design of the background and significance of engineering practice, at the same time, the development of industrial automation control at home and abroad is analyzed, and the status quo. Secondly, analysis the mechanism and working principle of automatic sorting s

4、ystem, and put forward control index, on the basis of the design of the control system scheme as a whole. Again, according to the design of the overall control scheme, the design of hardware schematic diagram of the system, including the selection of PLC, I/O distribution and interface circuit desig

5、n and so on several aspects. Finally, according to the hardware circuit diagram design software of the system control program, using ladder diagram language.Key words：programmable logic controller，sorting device，control system，sensorsII目 錄第 1 章 緒 論 .11.1 研究背景及意義.11.2 研究現狀.11.3 研究的主要內容及結構.3第 2 章 分揀裝置

6、結構及總體設計 .42.1 分揀機工作過程簡述.42.2 系統的設計指標.52.3 控制系統總體方案.5第 3 章 控制系統硬件設計 .73.1 PLC 選型.73.2 S7-200 系列 PLC 簡介.73.3 電氣原理圖設計.8第 4 章 控制系統軟件設計 .114.1 編程語言及環境簡介.114.2 I/O 口分配.124.3 程序設計與實現.13結 論 .17參考文獻： .18致 謝 .190正次品分揀機控制的設計第 1 章 緒 論1.1 研究背景及意義隨著社會的不斷發展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率，在產品出廠前通常需要進行正次品的檢

7、測，需要將次品從中區分出來，傳統的方式是由人工來完成的，即通過人工篩選的方式，從傳送帶上將次品區分出來并剔除，但是隨著生產要求的提高和人工成本的上升，這種方式顯然無法滿足目前工業生產的需要，因此設計一款提高人工效率的自動分揀機構控制系統具有重要的實際意義1。PLC 是專為工業生產設計的數字化控制器，其在幾十年的發展中功能變得越來越強大，但是我國正處于從傳統的人工生產向自動化生產的過渡階段，PLC 在工業自動化方面的應用將變得越來越廣泛，本次設計就是從采用 PLC 作為主控器設計以套自動化的正次品分揀系統，旨在為我國工業生產自動化盡綿薄之力。1.2 研究現狀1.2.1 國外研究現狀 PLC 起源

8、于國外，1968 年美國 GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字設備公司(DEC)研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制2,3，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable，是世界上公認的第一臺 PLC，如圖 1-1 所示，其為目前中小型系統中常用的三菱 PLC。1圖 1-1 三菱 PLC 外形圖自從第一臺 PLC 出現以后，日本，德國，法國等也相繼開始研制 PLC，并得到了迅速的發展。各國 PLC 都有自己的特色，歐洲的西門子(Siemens)，法國的 TE(Telemecanique)；美國的 A-B(Allen

9、Bradly)，GE(GeneralElectric)；日本的三菱電機(Mitsubishi Electric)，歐姆龍(OMRON)，松下(NALS)FUJI，形成 PLC 的三大流派。1.2.2 國內研究現狀我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了 PLC 的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的 CF 系列、杭州鋼鐵機床電器廠生產的 DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產品已具備了

10、一定的規模并在工業產品中獲得了應用4,5。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC 生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應用天地。目前，我國在 PLC 應用方面是很活躍的，近年來每年約新投入10 萬臺套 PLC 產品，年銷售額 30 億元；應用行業也很廣，但與其2他國家相比，在機械加工及生產線方面的應用，還需加大投入。1.3 研究的主要內容及結構本文正對目前人工操作的分揀方式，設計一款自動的正次品分揀機的控制系統，主要研究內容如下：首先，分析本次設計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內外工業自動化控制的發展現狀，進而提出

11、本次課題研究的內容。其次，分析自動分揀系統的機構和工作原理，并在此基礎上提出控制指標，設計控制系統的整體方案。再次，根據設計的整體控制方案，設計系統的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設計等幾個方面。最后，根據硬件電路圖設計系統的軟件控制程序，采用梯形圖語言。3第 2 章 分揀裝置結構及總體設計在設計控制系統之前，需要對被控對象有一個較為清晰的認識，同時需要對控制要求有一個明確的了解，本章就分揀機的結構和工作過程以及控制要求等方面做一個詳細的解釋，在此基礎上提出本次設計的主控制方案。2.1 分揀機工作過程簡述正次品分揀機的簡易結構如圖 2-1 所示，系統中產品在傳送

12、帶上自動的向前輸送，傳送帶由電動機帶動，在傳送到兩旁有兩個次品檢測裝置，分別為 S1、S2，當檢測到次品時，就啟動剔除裝置 Y 將次品剔除，而正品可以通過。具體的工作過程如下。S1S2次次品品正正品品電電動動機機Y圖 2-1 正次品分揀機結構圖首先，用啟動和停止按鈕控制電動機的啟動和停止。在電動機運行的狀態下，傳送帶運行，被檢測的產品（包括正、次品）在皮4帶上運送。其次，產品（包括正、次品）在皮帶上運送時，S1（檢測器）檢測到的次品，經過 5 秒傳送，到達次品剔除位置時，啟動電磁鐵Y 驅動剔除裝置，剔除次品（電磁鐵通電 0.1 秒），檢測器 S2 檢測到的次品，經過 3 秒傳送，啟動 Y，剔除

13、次品；正品繼續向前輸送。最后，系統循環運行，知道傳送帶上沒有產品，按下停止按鈕，系統停止。2.2 系統的設計指標本次設計的控制指標具體如下：(1) 設計完整的控制系統原理圖和程序；(2) 系統實現自動的區分正次品，同時可以將次品剔除；(3) 系統工作效率高，節約人工成本；(4) 系統具有較高的正確率，可以將次品正確的剔除。2.3 控制系統總體方案本次設計采用 PLC 作為主控制器，設計的系統總體方框圖如圖2-2 所示。PLC功功能能按按鈕鈕次次品品檢檢測測1 1次次品品檢檢測測2 2傳傳動動電電動動機機指指示示燈燈次次品品剔剔除除裝裝置置圖 2-2 控制系統總體方案圖5本次設計的系統采用 PL

14、C 作為主控制器，分為輸入和輸出兩大部分，其中輸入部分包括功能按鈕、次品檢測裝置，輸出部分包括電氣傳動部分、指示部分以及次品剔除裝置等。6第 3 章 控制系統硬件設計PLC 控制系統的硬件設計，主要是根據被控制對象對 PLC 控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的 PLC 類型，并分配 I/O 點。3.1 PLC 選型在進行 PLC 系統構建時，首先確定總體控制方案，然后進行PLC 的選型，在這個過程中主要考慮的有以下幾點，分別是：輸入/輸出的 I/O 點數估算、存儲器容量大小、控制功能、診斷功能、處理速度以及編程功能幾個方面，其中 I/O 點估算是考慮的對系統將來擴

15、展的考慮，一般在設計的基礎上增加 15%20%的余量。存儲器容量，目前的可編程控制器基本上都可以滿足，在編程方面主要考慮的是該 PLC 對編程語言的支持程度，處理速度上根據 PLC 循環掃描的工作方式，一般希望速度越快越好。綜合以上多個因素，并考慮運行的成本問題，本系統設計初步確定采用三菱公司生產的 FX-2N 系列的 PLC，基本能夠滿足系統的各項要求，各功能均能實現。3.2 S7-200 系列 PLC 簡介S7-200 系列 PLC 屬于整體式小型 PLC，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統。整體式 PLC 將 CPU模塊、I/O 模塊和電源裝在一個箱型機殼內，S

16、7-200 系列 PLC 提供多種具有不同 I/O 點數的 CPU 模塊和數字量、模擬量 I/O 擴展模塊供用戶選用，CUP 模塊和擴展模塊用扁平電纜連接。整體式 S7-200系列 PLC 還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如模擬量輸入/輸出7模塊、熱電偶模塊、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能的的擴展。本機集成 24 輸入/16 輸出共 40 個數字量 I/O 點。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。13K字節程序和數據存儲空間。6 個獨立的 30kHz 高速計數器，2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制

17、器。2 個 RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協議、MPI 通訊協議和自由方式通訊能力，I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。綜合上節的選型方法與本節中對 S7-200 系列 PLC 的介紹，并考慮到實際運行的成本及維修等多個因素，最終確定選用 CPU224 系列PLC 作為本次系統設計的控制器。3.3 電氣原理圖設計3.2.1 主電路原理圖 主電路的設計主要是系統供電的設計，包括 PLC 供電電路、觸摸屏供電電路、電磁閥供電電路等，電路的

18、設計中要考慮到空開的保護，即系統的供電過電保護，主電路主要完成系統上電的功能，具有過載保護、急停保護等。電路圖如圖 3-1 所示。8圖 3-1 控制系統供電回路3.2.2 PLC 輸入輸出原理圖根據之前在 PLC 選型過程中分配的 I/O 進行 PLC 輸入輸出電路的設計，為了保護 PLC 的輸出點，采用隔離繼電器的方法，即首先PLC 的輸出點控制中間繼電器的輸出，用中間繼電器的觸點去控制電動機和電磁閥的線圈。具體設計電路圖如圖 3-2 所示。9圖 3-2 PLC 接口電路圖10第 4 章 控制系統軟件設計軟件設計是 PLC 控制系統的核心，程序設計的主要任務是根據控制要求及工藝流程，畫出狀態

19、流程圖并設計出梯形圖。4.1 編程語言及環境簡介(1) 編程環境本次設計采用的編程環境是西門子公司的 STEP7 MicroWIN，它是西門子 S7-200 通用性較強的編程軟件，基本支持西門子 S7-200 系列 PLC 的編程，可以選擇梯形圖、指令表、SFC 等編程語言。同時，該編程軟件能夠將程序文檔化，方便了離線的分析。另外，該編程軟件支持 Windows 應用軟件的文字、數據，編輯功能，通過復制、粘貼等簡單操作導入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。在編程語言方面，本次設計采用的是使用率非常高的梯形圖語言。首先打開軟件如圖 4-1 所示，選擇 PLC 的型號，包括 PLC 的系列

20、和類型，項目存儲的路徑等信息。11圖 4-1 S7-200 編程界面然后就可以進行程序的編制了，這里不再做詳細的敘述。4.2 I/O 口分配口分配在編寫程序之前首先進行的是 PLC 的 I/O 的分配。PLC 軟件系統的實現首先得考慮到現場及工藝的控制要求，對輸入輸出點做出統計分配，只有對 I/O 進行了合理的分配才能夠進行 PLC 軟件系統的設計。其分配結果見下表。表 4-1 地址分配表區域地址說明I0.0電機啟動按鈕I0.1電機停止按鈕I0.2檢測站 1I 區(輸入區)I0.3檢測站 2Q0.0電動機Q 區(輸出區)Q0.1次品剔除T37監測站 1 傳送延時T38監測站 2 傳送延時T 區

21、(定時區)T39剔除機構動作延時4.3 程序設計與實現程序流程主要是對現場工藝的轉換過程，經過對正次品分揀機的研究和學習，并結合其所特有的工藝處理，將設備中用到的開關元件綜合考慮到程序編制中，本次設計采用的流程圖見圖 4-3，圖中詳細解釋了 PLC 程序編制的整個過程，同時也可以說程序流程圖觸摸屏程序的編制也有一個指導作用，意義十分重大。所以在編制流程圖時，對多種因素都要進行綜合考慮經過反復的修改和印證，最12終得到了如下圖所示的程序流程圖。該流程圖也為設備的安裝調試提供了方便。具體如圖 4-2 所示。開始啟動主電機是否有次品？正品S1檢測S2檢測啟用Y次品NY5S3S圖 4-2 程序流程圖根

22、據地址表和設計的程序流程圖，就可以開始程序的編寫，程序的具體實現如圖 4-3 所示.1314圖 4-3 正次品分揀機控制程序15結 論正次品分揀采用可編程控制器 PLC 進行控制，能連續、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產率。而且，分揀系統能靈活地與其他物流設備無縫連接，實現對物料實物流、物料信息流的分配和管理。同時，只要根據不同的分揀對象，對本系統稍加修改即可實現求。本次設計主要完成以下幾項工作。首先，分析本次設計的背景以及工程實踐意義，同時分析了解目前國內外工業自動化控制的發展現狀，進而提出本次課題研究的內容。其次，分析自動分揀系統的機構和工作原理，并在此基礎上提出控制指標，設計控制系統的整體方案。再次，根據設計的整體控制方案，設計系統的硬件原理圖，主要包括 PLC 的選型、I/O 分配以及接口電路設計等幾個方面。最后，根據硬件電路圖設計系統的軟件控制程序，采用梯形圖語言。16參考文獻：1 王永華. 現代電氣控制及 PLC 應用技術M. 北京航空航天大學出版社, 2003.2 袁任光. 可編程序控制器選用手冊M. 機械工