给料分拣系统的PLC控制

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 ................................................................ 1 1.1课题背景及研究意义 ...................................................... 1 1.2国内外现状 .............................................................. 1 1.3设计的内容及目的 ........................................................ 2 1.4 材料分拣装置结构及控制要求 .............................................. 2 1.5 材料分拣装置工作过程概述 ................................................ 2 1.6 系统的技术指标 .......................................................... 3 1.7 系统的设计要求 .......................................................... 4

1.7.1 功能要求 .......................................................... 4 1.7.2 系统的控制要求 .................................................... 4 2 控制系统的硬件设计 ........................................................ 5 2.1 系统的硬件结构 .......................................................... 5 2.2 系统关键技术 ............................................................ 5

2.2.1 确定I/ O 点数 .................................................... 5 2.2.2 PLC 的选择 ....................................................... 6 2.2.3 PLC的输入输出端子分配 ........................................... 6 2.2.4 PLC输入输出接线端子图 ........................................... 7 2.3 检测元件与执行装置的选择 ................................................ 7

2.3.1 旋转编码器 ........................................................ 7 2.3.2 电感传感器 ........................................................ 9 2.3.3 电容传感器 ....................................................... 10 2.3.4 颜色传感器 ....................................................... 11

2.3.5 光电传感器 ....................................................... 12 2.3.6 步进电机 ......................................................... 13 3 控制系统的软件设计 ....................................................... 14 3.1 控制系统流程图设计 ..................................................... 14 3.2 控制系统程序设计 ....................................................... 15 4 控制系统的调试 ........................................................... 19 5 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 ......................................................... 27

中国矿业大学银川学院毕业设计 1 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

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中国矿业大学银川学院毕业设计 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。

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图2-8 FPG光电传感器原理图

光电传感器介绍：光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光电传感器采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。光电传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多。传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。近年来,随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格的产品，它在机电控制、计算机、国防科技等方面的应用都非常广泛。

2.3.6 步进电机

步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起。可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 同时，可以通过控制脉冲频率来控制材料分拣装置的可编程控制系统控制电机转动的速度，达到调速的目的。步进电机选用的型号为42BYGH101。

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中国矿业大学银川学院毕业设计 3 控制系统的软件设计

软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。

3.1 控制系统流程图设计

根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，如图3-1所示。

图3-1 控制系统流程图

该系统可选择连续或单次运行工作状态。 若为连续运行状态，则系统软件设计流程

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中国矿业大学银川学院毕业设计 图中的汽缸4 动作后，程序再转到开始;若为单次运行，则汽缸4 动作后停机。 如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可。应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能。用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离，实现定位功能。定位时，电机停转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理。 在汽缸1～3 动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数。 如果相应的传感器没有检测到物体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续运行到下一位置。 如果只对材料的某一特性进行分拣，比如只分拣金属和非金属，则只需对传感器的安放或程序进行修改即可。

3.2 控制系统程序设计

根据所绘流程图，在STEP7-Micro/WIN40软件中编写梯形图程序。程序清单见附录。

此指令为高速脉冲输出指令，当使能端输入有效时，检测用程序设置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定义得脉冲操作，从Q0.0或Q0.1输出高速脉冲

此指令为高速计数器定义指令，使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式。 高速计数是用来累计比PLC扫描频率更高的脉冲输入

此指令为高速计数器指令，使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照HDEF指令指定的模式，设置高速计数器并控制其工作。

下面对所编写梯形图作简要的介绍：

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（1）以上为主程序，首先I2.0启动后，M0.1得电并自锁，为之后电动机得电做好准备，I2.1为停止按钮。当PLC处于RUN模式时，SM0.1通电一个周期，Q0.0复位清零，并调用子程序。

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中国矿业大学银川学院毕业设计 （2）以上为子程序中的高速脉冲指令，该程序先将控制脉冲指令的特殊功能寄存器进行初始化，然后当I0.0（下料传感器）检测到有料时，启动PLS（脉冲输出）指令；如果I0.0检测没有物料时，启动定时器T30，延时30秒自动停机。

（3）以上为子程序中的高速计数指令，首先进行高速计数指令的初始化操作，当电机旋转时，带动光电码盘发出脉冲，并输入PLC的接收端，由高速计数指令进行计数，计算步进电机转过的步数，进行定位控制。其中设定预置值为50，当计数至50时，调用中断程序。

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中国矿业大学银川学院毕业设计 END SUBROUTINE BLOCK

INTERRUPT_BLOCK INT_0：TNT TITLE=中断程序注释 BEGIN

Network 1 // 网络标题 // 网络注释 LDN T34 = M0.0 Network 2 LD I2.0

TON T34，+100 Network 3 LN I0.1 A I1.3 O Q0.1 AN I0.6 = Q0.1 Network 4 LD I0.2 A I1.4 O Q0.2 AN I0.7 = Q0.2 Network 5 LD I0.3 A I1.5 O Q0.3 AN I1.0 = Q0.3 Network 6 LD I0.4 A I1.6 O Q0.4 AN I1.1 = Q0.4 Network 7 LD I0.5 A I1.7 O Q0.5 AN I1.2 = Q0.5

END_INTERRUPT_BLOCK

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