1、 河南機電高等?？茖W校畢業設計論文論文題目： 材料分揀PLC控制裝置系 部：電氣工程系 專 業：電機與電器 班 級：2010級01班 學生姓名：袁 向 陽 學 號：100312117 指導老師：趙 斌 2012年12月17日摘 要PLC控制是目前工業上最常用的自動化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環境，因此，在工業上優于單片機的控制。PLC將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體,專門為工業控制而設計,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環境適應性強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優點,因此在工業上的應用越來越廣泛。本文主要講述PLC在材料分揀系統中的應用

2、，利用可編程控制器(PLC),設計成本低、效率高的材料自動分揀裝置。以PLC為主控制器,結合氣動裝置、傳感技術、位置控制等技術,現場控制產品的自動分揀。系統具有自動化程度高、運行穩定、精度高、易控制的特點,可根據不同對象,稍加修改本系統即可實現要求。關鍵詞:可編程控制器，分揀裝置，控制系統，傳感器目錄ABSTRACTPlc control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environ

3、ment, it is better than MCU control in the industrial. PLC traditional relay control technology, computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design, have strong function, common flexible, high reliability and environmental adaptability, and programm

4、ing simple, easy to use and small size, light weight, a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive.This paper focuses on the PLC in the canned beverage production, The design of an automatic sorting device with low cost and high efficiency is presented in the pap

5、er, which regards programmable logic controller (PLC).as the master controller and combines pneumatic device, sensing technology, position control and other technology to implement automatic selecting of the products live. The device is characteristic of high automation, steady running, high precisi

6、on and easy control, which can fulfill the requirement according to different situations with little modifications.Key words： programmable logic controller，sorting device，control system，sensors目 錄摘 要I緒 論1第1章 材料分揀機系統硬件介紹 41.1系統中硬件簡介41.1.1可編程控制器PLC41.1.2 PLC的種類51.1.3 PLC種類及型號選擇61.2 執行機構電動機及傳送帶71.3 換向器

7、介紹101.4傳感器介紹及其原理111.4.1顏色傳感器111.4.2傳感器介紹及其工作原理13第2章 系統介紹與軟件分析162.1材料分揀系統介紹162.2材料分揀系統設計原理162.3材料分揀系統分析162.3.1設計思路162.3.2 系統軟件流程圖18第3章 課題研究的方法和手段203.1 硬軟件比較203.2 PLC的特點及功能203.2.1 PLC的優點203.2.2 PLC的缺點203.2.3 PLC的功能203.3 PLC控制系統的發展趨勢21第4章 結果和討論234.1 PLC控制材料分揀裝置的硬件設計234.2 程序設計244.3 PLC的軟件設計264.4 PLC調試過程

8、及分析27第5章 展望29致 謝31參考文獻32附 件331.指令表332.梯形圖35緒 論1.材料分揀的發展自動分揀系統(Automatic sorting system)是先進配送中心所必需的設施條件之一。它具有很高的分揀效率，通常每小時可分揀商品600012000箱，可以說，自動分揀機是提高物流配送效率的一項關健因素。它是二次大戰后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統，該系統目前已經成為發達國家大中型物流中心不可缺少的一部分。2.自動分揀機介紹自動分揀機是自動分揀系統的一個主要設備。它本身需要建設短則4050米，長則150200米的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統、

9、計算機網絡及通信系統等，這一系統不僅占地面積大（動輒20000平方米以上），而且還要建34層樓高的立體倉庫和各種自動化的搬運設施（如叉車）與之相匹配，這項巨額的先期投入通常需要花1020年才能收回。3.系統的作業過程流中心每天接收成百上千家供應商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時間內將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲位或發送地點進行快速準確的分類，將這些商品運送到指定地點（如指定的貨架、加工區域、出貨站臺等），同時，當供應商或貨主通知物流中心按配送指示發貨時，自動分揀系統在最短的時間內從龐大的高層貨存架存儲系統中準確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數量出庫，將從不同儲位

10、上取出的不同數量的商品按配送地點的不同運送到不同的理貨區域或配送站臺集中，以便裝車配送。自動分揀系統一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。 控制裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統中去根據對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口。分類裝置的作用是根據控制裝置發出的分揀指示，當具有相同分揀信號的商品經過該裝置時，該裝置動作，使改變在輸送裝置上的

11、運行方向進入其它輸送機或進入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機，其主要作用是使待分揀商品貫通過控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機（或主傳送帶）以便進行后續作業。分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機（或主傳送帶）進入集貨區域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進行配送作業。以上四部分裝

12、置通過計算機網絡聯結在一起，配合人工控制及相應的人工處理環節構成一個完整的自動分揀系統。4.材料分揀系統的意義二次大戰以后，自動分揀系統逐漸開始在西方發達國家投入使用，成為發達國家先進和物流中心，配送中心或流通中心所必需的設施條件之一。1.能連續、大批量地分揀貨物由于采用大生產中使用的流水線自動作業方式，自動分揀系統不受氣候、時間、人的體力等的限制，可以連續運行，同時由于自動分揀系統單位時間分揀件數多，它可以連續運行100個小時以上，每小時可分揀7000件包裝商品，如用人工分揀則每小時只能分揀150件左右，同時分揀人員也不能在這種勞動強度下連續工作8小時。 2.分揀誤差率極低自動分揀系統的分揀

13、誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機制，如果采用人工鍵盤或語音識別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯，否則不會出錯。因此，目前自動分揀系統主要采用條形碼技術來識別貨物。3.分揀作業基本實無人化 國外建立自動分揀系統的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動強度，提高人員的使用效率，因此自動分揀系統能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達自動分揀線的進貨端時，由人工接貨，由人工控制分揀系統的運行，分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進行集載、裝車，自

14、動分揀系統的經營、管理與維護。如美國一公司配送中心面積為10萬平方米左右，每天可分揀近40萬件商品，僅使用400名左右員工，自動分揀線做到了無人化作業。對于分揀系統的應用前景，主要著眼于分揀系統的可靠性，優越性，應用領域的適用性以及系統的經濟效益、成本等方而來考慮。但因分揀系統其要求使用者必須具備一定的技術經濟條件，因此，在發達國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動分揀系統的情況也很普遍。對于自動分揀系統因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應用的領域及其范圍。在引進和建設自動分揀系統時一定要考慮以下條件：自動分揀系統的一次性投資巨大，其本身需要建設短則4050米，長則150200米

15、的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統、計算機網絡及通信系統等，這一系統不僅占地面積大，動輒2萬平方米以上，而且一般自動分揀系統都建在自動主體倉庫中，這樣就要建34層樓高的立體倉庫，庫內需要配備各種自動化的搬運設施，這絲毫不亞于建立一個現代化工廠所需要的硬件投資。它對商品外包裝要求也很高，自動分揀機只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動分揀機進行分揀，因此為了使大部分商品都能用機械進行自動分揀，可以采取二條措施：一是推行標準化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標準；二是根據

16、所分揀的大部分商品的統一的包裝特性定制特定的分揀機。但要讓所有商品的供應商都執行國家的包裝標準是很困難的，定制特寫的分揀機又會使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據經營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動分揀系統。第1章 材料分揀機系統硬件介紹1.1 系統硬件介紹1.旋轉編碼器旋轉編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統中可用來作為控制系統的計數器并提供脈沖輸入，它轉化為位移量，可對傳輸帶上的物料進行位置控制。傳送至相應的傳感器時，發出信號到PLC，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉速。本次設計選用E6A2CW5C旋轉編碼器。2.電容傳感器電容傳感器屬于具有開關量輸

17、出的位置傳感器，是一種接近式開關，它的測量頭通常是構成電容的一個極板，而另一個極板是待測物體本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化。由此，便可控制開關的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料，選用E2KX8ME1電容傳感器。3.電感傳感器電感式傳感器也屬于有開關量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關，用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流，這個渦流反作用于接近開關，使接近開關震蕩能力衰減，內部電路的參數發生變化。由此，可識別出有無金屬

18、物體接近，進而控制開關的通和斷，選用M18X1X40電感傳感器。4.顏色傳感器選用OMRON公司生產的，型號為E3SVS1E4顏色傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍）顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。5.步進電機步進電機在控制系統中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發生器等。 可編程控制器PLC可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器乘坐可編程邏輯控制器（Personal Controller），簡稱PLC，它主要用來代替

19、繼電器實現邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Programmable Logic Controller）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。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，美國數字公司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，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable C

20、ontroller（PC）。個人計算機發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

21、上世紀80年代90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。1.1.2 PLC的種類目前，在我國PLC的分類還沒有一個統一的標準。根據性能和應用范圍可將其進行如下分類。1.按性能分類根據PLC的I/O點數、用戶程序存儲器容量和控制功能的不同，可將其分

22、為小型、中型和大型二類。小型PLC又稱低檔PLC，它的I/O點數小于128點，用戶程序存儲器容量小于4K字，功能簡單，以開關量控制為主，可實現條件控制、順序控制、定時記數控制。適用于單機或小規模生產過程。中型PLC又稱中檔PLC，它的I/O點數在128512點之間，用戶程序存儲器容量為4K8K字，功能比較豐富、兼有開關量和模擬量的控制能力，具有浮點數運算、數制轉換、中斷控制、通信聯網和PID調節等功能。適用于小型連續生產過程的復雜邏輯控制和閉環過程控制。大型PLC又稱高檔PLC，它的I/O點數在512點以上，用戶程序存儲器容量達到8K字以上，控制功能完善，在中檔機的基礎上，擴大和增加了函數運算

23、、數據庫、監視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠程控制的功能。適用于大規模的過程控制、集散式控制系統和工廠自動化網絡。2.按結構分類根據PLC的構成形式，可將PLC分為整體式和機架式 (模塊式)兩大類。整體式PLC是將CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個機箱內。這種PLC輸入輸出點數少、體積小，價格低，便于裝入設備內部。小型PLC通常采用這種結構。機架式PLC將各單元做成獨立的模塊，使用時將這些模塊分別插入機架底板的插座上。可根據生產實際的控制要求建立模塊，構成不同的控制系統。這種PLC輸入輸出點數多，配置靈活方便，易于擴展。大中型PLC通常采用這種結構。3.按應用范圍分類

24、根據應用范圍的不同，可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC作為標準工業控制裝置可在各個領域使用，而專用型PLC是為了某類控制要求專門設計的PLC，如數控機床專用型、鍋爐設備專用型、報警監視專用型等。由于應用的專一性，使其控制質量大大提高。圖1-1 S7-200PLC圖示1.1.3 PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子（如圖1-1）、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據系統中的控制要求PLC點數：實際輸入點15點，實際輸出點8點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S

25、、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點數為32點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面，本系統可選擇PLC型號為：西門子公司的S7-200系列CPU226 型PLC，合計總數32點16點輸入，DC24V，16點繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性能、價格都優于其他PLC。S7-200系列是西門子公司PLC家族中比較先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。由于S7-200系列具備如下特點：最大范圍的包容

26、了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有24個輸入節點，16個輸出節點，能夠滿足系統要求并留有一定的余量。1.2 執行機構電動機及傳送帶1.2.1 電動機的介紹電動機應用廣泛，種類繁多。我們一般的是根據電機的分類來區別電動機的應用于交易。電動機詳細分類如下：1.按工作電源種類劃分可分為直流電動機和交流電動機。直流電動機按結構及工作原理可劃分：無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可劃分：永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機劃分：串勵直流電動機、并勵直

27、流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機劃分：稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。圖1-2 三相異步電動機及其一些指數其中交流電機還可分：單相電機和三相電機。2.按結構和工作原理劃分可分為直流電動機、異步電動機、同步電動機。同步電動機可劃分：永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可劃分：感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機可劃分：三相異步電動機(如圖1-3、1-4所示)、單相異步電動機和罩極異步電動機等。 圖1-3 三相籠型異步電動機3.按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異

28、步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。4.按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、電子儀器等）用電動機。步進電機在控制系統中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發生器等。（1）步進電機的工作原理該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要

29、對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。圖1-4是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。圖1-4 四相步進電機步進示意圖開始時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產生錯齒。當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉子會沿著A、B、C、D方向轉動

30、。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖1-5.a、b、c所示： 圖1-5 步進電機工作時序波形圖（2）步進電動機的選擇步進電機 步進電機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉編碼器連接在一起可以通過控制脈沖個數，來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度，達到調速的目的。步進電機選用的型號為42BY

31、GH101。5.換向器介紹交流換向器電動機可劃分：單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。電動機按結構及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電

32、動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。1.3 傳送帶的簡介及分類17世紀中，美國開始應用架空索道傳送散狀物料；19世紀中葉，各種現代結構的傳送帶輸送機相繼出現。1868年，在英國出現了皮帶式式傳送帶輸送機；1887年，在美國出現了螺旋輸送機；1905年，在瑞士出現了鋼帶式輸送機；1906年，在英國和德國出現了慣性輸送機。此后，傳送帶輸送機受到機械制造、電機、化工和冶金工業技術進步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內部的傳送，發展到完成在企業內部、

33、企業之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統機械化和自動化不可缺少的組成部分。具有牽引件的傳送帶一般包括牽引件、承載構件、驅動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用傳送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅動裝置給輸送機以動力，一般由電動機、減速器和制動器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使牽引件保持一定的張力和垂度，以保證傳送帶正常運轉；支承件用以承托牽引件或承載構件，可采用托輥、滾輪等。具有牽引件的傳送帶設備的結構特點是：被運送物料裝在與牽引件連結在一起的承載構件內，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運送物料的有載分支和不運送物料的無載分支的閉合環路，利用牽引件的連續運動輸送物料。這類的傳送帶設備種類繁多，主要有帶式輸送機、板式輸送機、小車式輸送機、自動扶梯、自動人行道、刮板輸送機、埋刮板輸送機、斗式提升機、懸掛輸送機和架空索道等。沒有牽引件的傳送帶設備的結構組成各