畢業(yè)設(shè)計（論文）PLC控制物料分揀的應(yīng)用

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1、 +++++荿莈螂袈莈蒁蚅膆莇薃袀肂莆蚅蚃羈 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 題 目： PLC控制物料分揀的應(yīng)用 分 院 ： 機(jī)電學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 浙江交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院 2012年11月 I PLC控制物料分揀的應(yīng)用 摘 要 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)

2、展，可編程控制器的需求量逐年增大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。 本設(shè)計中PLC控制機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、搬運機(jī)械手機(jī)構(gòu)、物料傳輸分揀機(jī)構(gòu)組成。每個機(jī)構(gòu)的運用都比較廣泛，特別是搬運機(jī)械手，其應(yīng)用逐漸普及，在汽車、電子、機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運已得到廣泛應(yīng)用，更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 關(guān)鍵詞： PLC 物料分揀 機(jī)械手 II I 1 系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)功能 1.1系統(tǒng)的組成 機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)由上料機(jī)構(gòu)、

3、搬運機(jī)械手、皮帶輸送線、物件分揀等機(jī)構(gòu)組成，通過PLC連接控制的模擬機(jī)電一體化生產(chǎn)線。其PLC控制工作流程圖如下圖（圖1）。 送料機(jī)構(gòu) 無物料報警停機(jī) 物料光電檢測 有物料驅(qū)動機(jī)械手 機(jī)械手抓料取走 機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn) 機(jī)械手放料后回原點 傳送和分揀機(jī)構(gòu) 圖1 PLC工作流程 1.2系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的組成與功能 1.2.1上料機(jī)構(gòu) 上料機(jī)構(gòu)的組要組成部分如下圖所示（圖2）。 圖2上料機(jī) 主要組成與功能 上料機(jī)構(gòu)由井式工件庫、光電傳感器、工件、存放料臺、推料氣

4、缸、安裝支架等組成。主要完成將工件依次送至存放料臺上。沒有工件時，報警指示黃燈閃爍，放入工件后閃爍自動停止。 1.2.2搬運機(jī)械手機(jī)構(gòu) 搬運機(jī)械手的組要組成部分如下圖所示（圖2.3）。 圖2.機(jī)械手 主要組成與功能 搬運機(jī)械手由氣動手爪、雙導(dǎo)桿氣缸、單桿氣缸、電感傳感器、磁性傳感器、多種類型電磁閥、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器組成。主要完成通過氣動機(jī)械手手臂前伸，前臂下降，氣動手指夾緊物料，前臂上升，手臂縮回，手臂旋轉(zhuǎn)到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松開將物料放入料口，機(jī)械手返回原位，等待下一個物料到位等動作。 1.2.3皮帶輸送與分揀機(jī)構(gòu)

5、皮帶傳送與分揀機(jī)構(gòu)組要組成部分如下圖所示（圖2.4）。 圖2.4皮帶傳送與分揀 主要組成與功能 皮帶輸送與分揀機(jī)構(gòu)由皮帶輸送線、分揀料槽、單桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、三相異步電動機(jī)、磁性傳感器、光電傳感器、電感傳感器、光纖傳感器及電磁閥等組成。主要完成物料的輸送、分揀任務(wù)。 2 系統(tǒng)的控制要求 2.1 上料機(jī)構(gòu) 在復(fù)位完成后，點動“啟動”按鈕，料筒光電傳感器檢測到有工件時，推料氣缸將工件推出至存放料臺，若3秒鐘后，料筒檢測光電傳感器仍未檢測到工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時警示黃燈閃爍，放入物料后熄滅；機(jī)械手將工件取走后，推料氣

6、缸縮回，工件下落，氣缸重復(fù)上一次動作。 2.2 搬運機(jī)械手機(jī)構(gòu)（自動控制+手動控制） （2.2.1）自動控制：（旋轉(zhuǎn)開關(guān)打到自動擋） 當(dāng)存放料臺檢測光電傳感器檢測物料到位后，機(jī)械手手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，延時0.5秒，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測到位后，延時0.5秒，氣動手爪抓取物料,手爪夾緊限位傳感器檢測到夾緊信號后；延時0.5秒，手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測到位后；手臂向右旋轉(zhuǎn)，手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位傳感器檢測到位后，手爪氣缸下降，手爪下降限位傳感器檢測到位后，延時0.5秒，氣動手爪

7、放開物料,手爪氣缸上升，手爪提升限位傳感器檢測到位后，手臂氣缸縮回，手臂縮回限位傳感器檢測到位后，手臂向左旋轉(zhuǎn)，等待下一個物料到位，重復(fù)上面的動作。在分揀氣缸完成分揀后，再將物料放入輸送線上。 （2.2.2）手動控制：（旋轉(zhuǎn)開關(guān)打到手動擋） 按一下“手臂伸出/縮回按鈕”時手臂伸出，再按一下按鈕手臂縮回，如此按下同一按鈕手臂在伸出與縮回兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。 按一下“手爪下降/上升按鈕”時手爪下降，再按一下按鈕手爪上升，如此按下同一按鈕手爪在下降與上升兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。 按一下“手爪夾緊/松開按鈕”時手爪抓緊，再按一下按鈕手爪松開，如此按下同一按鈕手爪在夾緊與松開兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)； 按一下“手臂

8、右旋/左旋按鈕”手臂向右旋，再按一下按鈕手臂向左旋，如此按下同一按鈕手臂在向右旋轉(zhuǎn)與向左旋轉(zhuǎn)兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)； 2.2.3 成品分揀機(jī)構(gòu) 當(dāng)入料口光電傳感器檢測到物料時，變頻器接收啟動信號，三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率正轉(zhuǎn)運行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測傳感器檢測到金屬物料時，推料一氣缸動作，將金屬物料推入一號料槽，料槽檢測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時，電動機(jī)停止；當(dāng)料槽二檢測傳感器檢測到白色物料時，旋轉(zhuǎn)氣缸動作，將白色物料導(dǎo)入二號料槽，料槽檢測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)回原位，同時電動機(jī)停止；當(dāng)物料為黑色物料直接導(dǎo)入三號料槽，料槽檢測傳感器檢測到有工件經(jīng)過時，電動機(jī)停止。

9、 2.2.4 啟動、停止、復(fù)位、警示 (4.1）系統(tǒng)上電后，點動“復(fù)位”按鈕后系統(tǒng)復(fù)位，將存放料臺、皮帶上的工件清空，點動“啟動”按鈕，警示綠燈亮，缺料時警示黃燈閃爍；放入工件后設(shè)備開始運行，不得人為干預(yù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以免影響設(shè)備正常運行。 4.2）按“停止”按鈕，所有部件停止工作，警示紅燈亮，缺料警示黃閃爍。 2.2.5 突然斷電的處理 突然斷電，設(shè)備停止工作。電源恢復(fù)后，點動“復(fù)位”按鈕，再點動“啟動”按鈕。 3 PLC的選型 目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC產(chǎn)品，國內(nèi)廠家的PLC影響率和市場占有率很小，主要是國外品牌。比較著名的有美國的AB、通用（GE）、莫迪康（MO

10、DICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、歐姆龍（OMRON）、富士電機(jī)（FUJI）、松下電工、德國的西門子（SIEMENS）、法國的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韓國的三星（SAMSUNG）、LG等。 圖3 模擬系統(tǒng)對PLC的要求 功能要求 在滿足一般開關(guān)量輸入信號控制要的同時，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要求輸出脈沖信號，所以輸出類型要是晶體管輸出（T）。 I/O點數(shù)要求 系統(tǒng)所需輸入點數(shù)為26點； 系統(tǒng)所需輸出點數(shù)為14點。 在實際統(tǒng)計出的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上加15%——20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴(kuò)展。 確定型號 根據(jù)上述要求可

11、暫定型號為：三菱FX2N-64MT。 考慮到FX2N-64MT與FX2N-48MT相比價格稍微較貴。但FX2N-48MT的輸入點數(shù)能不能滿足系統(tǒng)要求，但也可選用擴(kuò)展模塊比如：FX2N-8EX（輸入點為8的擴(kuò)展模塊）?？紤]多方面因素： 最后確定可編程控制器型號為：三菱FX2N-64MT（圖3） 4 指令語句表編程語言 本設(shè)計中運用了指令語句表編程語言和指令語句表編程語言，通過指令語句表能看出清編程思路，控制要求和系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。 12 5 系統(tǒng)調(diào)試 機(jī)電一體化物料分揀系統(tǒng)PLC 程

12、序應(yīng)在未帶載情況下模擬調(diào)試好，在接觸器等輸出狀態(tài)正確后，再將各個控制元器件接上，模擬調(diào)試完成后，則可進(jìn)行現(xiàn)場安裝，并進(jìn)行運行調(diào)試，確定參數(shù)，完善程序，最后交付運行使用。 程序的調(diào)試與運行監(jiān)控 程序的調(diào)試及運行監(jiān)控是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經(jīng)編制就可以運行成功的，只有經(jīng)過試運行甚至現(xiàn)場運行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方并且進(jìn)行修改。本設(shè)計中使用的編程軟件GX-DeveloperV7.0具有監(jiān)控功能，將仿真軟件GX Simulator 6c安裝后就可直接在編程軟件中進(jìn)行程序的調(diào)試及監(jiān)控。通過仿真軟件按照控制要求一步步進(jìn)行輸入輸出端口設(shè)置，看輸出是否滿足控制要求。仿真時是否正常按預(yù)期效果輸

13、出，若不是按預(yù)期效果輸出，再根據(jù)出不正常的地方返回用軟件仿真，查看相應(yīng)的軟件模擬動作是否正常，若有異再修改程序，這樣反復(fù)調(diào)試，直至程序可用模擬調(diào)試運行正常。 如圖5、圖6、圖7 所示是程序的調(diào)試及監(jiān)控。 圖5程序的調(diào)試 圖5.1 程序調(diào)試及運行開始 對程序軟元件進(jìn)行調(diào)試 在仿真軟件中可以直接對各種軟器件進(jìn)行置位，X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等部分常用的軟器件可直接進(jìn)行置位，對于特殊功能輔助繼電器、時間繼電器、計數(shù)器不能直接置位著。 通過輸入（X000-0237）可強制置位，

14、再觀察輸出（Y0000-0237）的變化這可以看出程序運行時的狀態(tài)，再根據(jù)控制要求一步步調(diào)試，直至程序調(diào)試成功。則可進(jìn)行實物運行調(diào)試。 圖6程序的調(diào)試 圖5.2 程序軟元件調(diào)試及運行監(jiān)控 對程序時序圖進(jìn)行監(jiān)控調(diào)試 通過時序圖可以清楚的反應(yīng)出程序輸出的狀態(tài)，可以直接觀看到各個軟元件的時序圖，因而更有助于對程序的調(diào)試。 圖7 程序時序圖監(jiān)控調(diào)試 系統(tǒng)模擬調(diào)試 本系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)源于學(xué)校的實驗室，自動控制部分可以在實驗室進(jìn)行模擬調(diào)試。首先將程序?qū)懭肴釬X2

15、N-48MT可編程控制器中，模擬調(diào)試時，先進(jìn)行PLC空載模擬調(diào)試。按系統(tǒng)的運行條件，控制要求以及控制流程圖在 PLC 的輸出指示燈上看輸出。直到程序改正到PLC輸出指示燈按要求熄滅、亮起時，則可進(jìn)行真正的模擬系統(tǒng)調(diào)試。將硬件部分按照原理圖連接好，檢查主電路和控制電路確定無誤后，進(jìn)行調(diào)試。模擬調(diào)試時看個執(zhí)行元件是否按要求執(zhí)行動作，進(jìn)過不斷的調(diào)試修改直至調(diào)試成功。 結(jié)束語 本文闡述PLC控制物料搬運分揀等應(yīng)用，將工廠曾經(jīng)需要大量人力物力來解決的物料搬運和分揀工作，通過合理利用三菱FX2N-64MT的性能，將經(jīng)過人工編程，達(dá)到在人員精簡同時，效率還得到了很大的提高。這真是現(xiàn)代化工廠所需要的。

16、通過效率的提升，工廠生產(chǎn)力會大大提高，生產(chǎn)成本的降低，產(chǎn)品的利潤的提升，工廠的效益會有明顯改變。 參考文獻(xiàn) [1] 華滿香. 電氣控制及PLC應(yīng)用[M]. 北京： 北京大學(xué)出版社，2011. [2] 章國華，蘇東. 典型生產(chǎn)線原理、安裝與調(diào)試[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2011. [3] PLC的介紹： [4] 編程器簡介： [5] 仿真軟件簡介： 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束，我也將涉足于社會之中。借此機(jī)會我要感謝我的父母親，一直在身后默默的支持我。對父母說再多聲的謝謝也不及自己的行動更實際。 其次我要感謝在大學(xué)三年里教過我知識的每一位任課老師和曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)。在學(xué)校中我學(xué)會了自學(xué)，懂得了許多為人處世的道理，很大部分都是聽取了老師們的良言。感謝各位老師，學(xué)到最后你們所傳授的知識都是很有用的，這點我一直都是這樣認(rèn)為的。 最后我要特別感謝指導(dǎo)本篇論文的豐二中老師，在百忙中抽空出來為我們盡心盡責(zé)的指導(dǎo)。