基于plc的自動分揀控制系統論文42045(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 問題通過以上三種驅動方式的比較選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節約了成本[16~18] 。 執行機構的選擇在氣壓傳動系統中，組成氣動回路是為了驅動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實現對三個內容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。現今各控制系統中用于分揀物料的執行機構主要有以下幾種：（1）機械手夾持式 夾持式手部的結構與人手類似，是工業機械廣泛應用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機構、驅動機構組成。其又可分為內撐式、外夾式和內外夾持式，區別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。夾持式手部設計時應注意以下事項：①手指應有一定的開閉范圍；②手指應具有適當的夾緊力；③要保證工件在手指內的定位精度；④結構緊湊，重量輕，效率高；⑤通用性和可換性。[19]（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內產生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業機械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統組成，具有結構簡單、質量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質致密，沒有透氣空隙。主要適應于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。氣吸式又可分為：負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤；磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤是將軟質吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的磁力來吸附材料工件。（3）氣缸式氣缸輸出直線往復式氣缸是氣動執行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。當氣缸動作時動作限位開關斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關感應動作從而關閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。氣缸式的執行機構動作比較穩定，易于維修，控制過程簡單，所以該材料分揀系統執行機構選擇氣缸推動式[15] 。 硬件設計及實際模型的建立材料分揀機的PLC控制用于對相關材料的自動化分揀，其硬件結構框圖如圖22所示。圖22 系統的硬件結構框圖根據材料分揀系統的結構框圖，可得出其結構示意圖如圖23所示。按下啟動按鈕后，電動機M運行，綠燈L2亮，傳送帶運轉，表示可以進物料。材料經傳感器對其進行識別，檢測其分別為鐵質、鋁質、紅色，其相對應的氣缸進行動作，將材料推入滑槽內，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動作，將其推入滑槽內，以完成對其的分揀。 圖23 材料分揀系統的示意圖 其他元器件及其選擇料槽是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統開始運行。當系統運行時，啟動傳送帶并由出料氣缸將料庫內底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應電機驅動的皮帶式輸送裝置。調壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。調節調壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩定。空氣過濾器作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質微粒等危害，以達到系統要求的凈化程度。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。自動分選部分由傳感器、先導式電磁換向閥、氣缸及導料軌道組成。當傳感器檢測到相應料塊時，對應的先導式電磁換向閥動作驅動氣缸動作將其推人應去的滑道。例如：當電感傳感器感應到鐵塊時，對應的氣缸動作，將鐵塊推入對應的導料軌道。導料軌道主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。單向感應電動機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行。內置電源可以將220交流電轉換成24伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以及轉接板上的各個指示燈，同時也為單向感應電動機提供穩定的220伏電壓。控制器采用三菱FX2N32MR型PLC。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、感應電動機、氣缸位置傳感器的信號，根據要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。本系統共設置了三個檢測材料的傳感器，同時預留了一個空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據自己的需求選擇相應的傳感器安裝即可。如表22給出系統中主要的元器件清單：表22 主要元器件清單序號名稱型號數量備注品牌或公司1PLCFX2N32MR116輸入，16輸出，繼電器輸出形式三菱2靜音空氣壓縮機1噪音低、性能穩定、工作安全可靠,韓國SANWO3氣閥SVK01205先導式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V韓國SANWO4氣缸SCDJB1045S5產品與氣閥的型號相配套，推動物料進行分揀韓國SANWO5磁感應開關DC735額定電壓：DC24V AC110V額定電流：DC：5～40mA AC: 5～20mA氣缸回位限位開關易電國際集團6接近開關CAT212GM5靜電容量式接近開關判斷物料是否到位易電國際集團7光電開關E3R5DE41判斷有無物料歐姆龍7電感式接傳感器BLJ18A48Z/B1Z1額定電壓：DC：6～36V額定電流：300mA百斯特8電容式傳感器E2KX81ME11靜電容量型近接開關額定電壓：DC12～24V(DC10～30V)歐姆龍9顏色傳感器E3SVS1E41額定電壓：DC：12～24V額定電流：400mA歐姆龍10電動機YN6061感應電動機減速電機性能參數 功率：6W 電壓：110V 頻率：50HZ 電流： 額定轉速：1440r/min LINIX溫嶺市永久電子器械廠11內置電源MD35341輸入電壓：AC220伏 177。15%輸出電壓：DC24伏DADONG11滑槽4鋁合金青島銳誠德倉儲物流設備有限公司12傳送帶1 I/O口的選擇及PLC接線根據材料分揀系統的工作過程由可知，系統的控制有輸入信號15個，均為開關量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機，兩個控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關量。根據分揀系統的需要配置出I/O對應功能，列表如表23所示： 表23 分揀系統I/O口配置三菱PLC(I/O)分揀系統接口(I/O)備注輸入部分X00SB1啟動按鈕X01SQ1上料物料接近開關X02SQ2鐵質物料接近開關X03SQ3鋁質物料接近開關X04SQ4綠色物料接近開關X05SA電感傳感器X06SB電容傳感器X07SC顏色傳感器X10SN判斷下料有無（光電傳感器）X11SW1上料氣缸回位限位開關X12SW2鐵質物料氣缸回位限位開關X13SW3鋁質物料氣缸回位限位開關X14SW4紅色物料氣缸回位限位開關X15SW5其他物料氣缸回位限位開關X17SB2停止按鈕輸出部分Y00YV1上料先導式電磁換向閥Y01YV2鐵質物料先導式電磁換向閥Y02YV3鋁質物料先導式電磁換向閥Y03YV4紅色物料先導式電磁換向閥Y04YV5其他物料先導式電磁換向閥Y05M傳送帶Y06LD1紅色指示燈Y07LD2綠色指示燈根據控制要求可得PLC系統的接線圖如圖24所示圖24 PLC系統外部接線圖3 自動分揀系統的軟件設計 可編程控制器（PLC）簡介在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業控制領域中占有主導地位。但隨著工業的發展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。為了解決這一問題，早在1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司)，為了適應汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業中占有優勢，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設想。要把計算機的完備功能以及靈活性、通用性好等優點和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機的人員也能很快掌握它的使用技術。 美國數字設備公司(DEC)根據GM公司招標的技術要求，于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術，可編程序控制器由此而迅速發展起來。 在20世紀70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優點，但實際上只稱為PLC(Programmable Logical Controller)。隨著微處理器技術的發展，20世紀70年代末至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，而且可以對模擬量進行控制。因此，美國電器制造協會(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但人們習慣上將之仍稱為PLC，以便與個人計算機PC(Personal Computer)相區別。80年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路技術韻迅猛發展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發展。這時的PLC具有了高速計數、中斷技術、PID調節和數據通信等功能，從而使PLC的應用范圍和應用領域不斷擴大。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。 PLC的發展初期，不同的開發制造商對PLC有不同的定義。為使這一新型的工業控制裝置的生產和發展規范化，國際電工委員會(IEC)于1985年1月制定了PLC的標準，并給它作了如下定義：可編程序控制器是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關的外部設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則而