1、材料分拣河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称： PLC 技术与工程应用 课题名称： 材料分拣电气控制系统设计 系部名称： 自动控制系 专业班级： 计控 101 姓 名： 郭阵杰 学 号： 101413110 2012 年 06 月 20 日材料分拣目 录目 录 .II1、 引言 12、系统总体方案设计 12.1 材料分拣系统硬件配置及组成原理 12.1.1 输出驱动单元 .12.1.2 输入检测单元 .12.1.3 输入输出接口电路介绍 .22.1.4 输入接口电路板 .32.1.5 驱动电路板和输出接口电路板 .42.2 有关材料分拣的 I/O 系统变量定义及分配表 .62.3 系统接
2、线图设计 .63、 控制系统设计 83.2 控制程序总流程图 .93.3 控制程序设计思路 .94、上位监控系统设计 105、 程序调试 105.1 调试设备 .106、心得体会 12附录 1 参考文献 .13附录 2 程序清单 .13材料分拣11、 引言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。材料分拣装
3、置是自动化生产过程中一个常见的功能单元，它按照形状、规格、材质、颜色等标准将产品进行分类，实现不同类别产品的自动分拣。传感器技术是材料分拣装置的核心技术。本文主要讲述 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,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。2、系统总体方案设计2.1 材料分拣系统硬件配置及组成原理2.1.1 输出驱动单元该设备的传送皮带由一台单向交流异步电机驱动，由于电机功率较小
4、，控制其主回路通断的接触器由一个继电器替代。模拟产品的出仓、铁磁性材料和黄色塑料产品的自动分拣则分别由三台直流电机驱动，每台直流电机带动一套圆盘-连杆机构。直流电机旋转一周，圆盘-连杆机构往返直线运动一次，从而将产品推出料仓或将产品推下传送带。蓝色塑料产品最终掉入储物盒。该套设备共有四个(一台交流电机、三台直流电机)被控制单元即输出驱动单元。材料分拣- 2 -2.1.2 输入检测单元在三套圆盘-连杆机构端点处分别安装了三个行程开关。连杆处于退回极限位置时，行程开关被压合。直流电机一旦开始转动，带动连杆伸出，压合的行程开关被释放；电机转动半周，连杆机构处于伸出极限位置，此时可将产品推出料仓或推下
5、传送带；电机转动一周，连杆机构退回极限位置，行程开关被再次压合。装置使用接近开关用于检测铁磁性材料物料，用灵敏度可调的光电开关分辨黄色与蓝色的物料，用反射式光电开关检测料仓内是否还有物料存在。该设备共有六个(三个行程开关、一个接近开关、两个光电开关)输入检测单元。图 1. 模拟材料分拣装置实验设备2.1.3 输入输出接口电路介绍材料分拣装置实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路 (如图 2 所示) 的目的是为解决分拣装置输出驱动单元、输入检测单元与 PLC 之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电
6、路板，右侧是输出接口电路板材料分拣- 3 -图 2. 输入输出接口电路板2.1.4 输入接口电路板输入接口电路板原理图如图 3 所示，其功能是将设备上各种传感器的信号转换为统一的电平信号(逻辑 1：24V DC ；逻辑 0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。图 3. 输入接口电路板电气原理图本装置 6 个输入信号，对应输入接口电路板的 6 根输入信号线。各信号线对应的传感器或行程开关如表 1 所示。材料分拣- 4 -表 1. 输入信号线与元器件对应关系表输入信号线序号 (自左到右)对应元器件 备 注1 料仓无物料检测2 黄色物料检测3 料仓推料杆位置检测4 铁
7、磁物料推杆位置检测5 黄色物料推杆位置检测6 铁磁物料检测2.1.5 输出接口输出接口(如图 4 所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。它们的功能是将 PLC 输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机启停。输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。左图为驱动电路板电气原理图，继电器的吸合与否，可以控制对应电动机的启停。右图为输出接口电路板电气原理图，当 PLC 输出的某路控制信号有效时，对应的输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。图 4. 输出接口电路电气原理图(左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板)材料分拣- 5 -本装置有 4 个输出控制信号，对应
8、输出接口电路板的 4 根输出信号线。各输出信号线对应的电动机关系如表 2 所示。表 2. 输出信号线与电动机对应关系表输输出信号线序号（自左到右 )对对应电动机备备注1 传送带交流电机2 料仓推料电机3 铁磁物料分拣电机4 黄色物料分拣电机材料分拣62.2 有关材料分拣的 I/O 系统变量定义及分配表表 3 材料分拣的 I/O 系统变量分配表名称 输入点编号 说明料仓无物料检测 I0.0 检测料仓无物料黄色物料检测 I0.1 检测黄色物料料仓杆位置检测 I0.2 检测料仓杆位置铁磁物料推杆位置检测 I0.3 检测铁磁物料推杆位置黄色物料推杆位置检测 I0.4 检测黄色物料推杆位置铁磁物料检测
9、I0.5 检测铁磁物料启动 I0.6 料仓推料电机启动停止 I0.7 料仓推料电机停止电机故障报警复位 I1.0 报警停止复位 I1.1 程序初始化立即停止 I1.2 立即停止传送带电机启动 Q0.0 启动传送带料仓推料电机启动 Q0.1 启动料仓推料电机铁磁物料分拣电机启动 Q0.2 启动铁磁物料分拣电机黄色物料分拣电机启动 Q0.3 启动黄色物料分拣电机无物料指示 Q0.4 无物料指示灯亮电机故障报警 Q0.7 电机故障故障灯亮2.3 系统接线图设计 材料分拣- 7 -图 6、机械手控制系统的接线图材料分拣- 8 -3、 控制系统设计3.1 控制程序总流程图启动按钮识别料仓电动机传送带电动
10、机启动传送带停止运行黄色物块检测铁块检测停止按钮系统延时 1 0 s料仓无物料铁磁推杆电动机启动黄色推杆电动机启动完成本次操作基块铁块图 7、材料分拣程序总流程图材料分拣- 9 -3.2 控制程序设计思路 设置单步/连续切换开关在单步模式下按下启动按钮 料仓推料电机启动，推出一个物料 传送带电机启动 分拣物料 分拣完毕后，传送带停止运行在连续模式下按下启动按钮 料仓推料电机启动，推出一个物料 传送带电机启动 分拣物料 本次分拣完毕后，料仓推料电机再次启动，推出下一个物料 继续分拣物料连续模式下，以下两个条件发生可以使系统停止工作：i) 按下停止按钮，待本次分拣工作结束后，传送带停止运行；ii)
11、 料仓无物料信号发生，系统等待 10s 时间，若 10s 时间内无物料信号持续存在，则传送带停止运行。3.3 创新设计内容1、提高要求i) 设置料仓无物料指示灯，当料仓无物料信号发生后，指示灯点亮，直到料仓重新加入物料后熄灭；ii) 编制料仓推料电机保护程序。要求自动检测推料电机是否处于堵转状态。若电机处于堵转状态，应立即停止系统工作，并点亮故障报警灯；故障排除后，按下复位按钮，故障报警灯熄灭；iii) 连续运行模式下，统计被分拣物料总数以及各类材质的被分拣物料个数，存储于 PLC 的 V 型数据区，以备组态监控使用，也可用状态表监视其状态变化。材料分拣- 10 -2、 利用上位机组态软件组态
12、监控画面，或利用触摸屏组态监控画面，监控分拣装置的生产过程。4、上位监控系统设计本实验所采用上位监控系统是基于计算机的上 STEP 7Micro WIN 软件，而进行对程序和设备的系统内部的监控，主要的过程如下：1. 熟悉 STEP 7Micro WIN 软件的编程环境、编程方法和用 STEP 7Micro WIN 软件编写上位机监控系统的程序。2. 根据课目设计要求，编写程序。3. 对系统进行调试和 I/O 地址的分配、标释。4. 运行机械手设备，打开上位机上的监控系统，观察课目设计程序，并监控机械手设备是否正常情况下工作。5. 对设备工作中的不足进行修改，重新进行观察5、 程序调试5.1
13、调试设备首先在电脑的 STEP-7-Micro /WIN 编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。启动后发现程序并不能按照实验要求的步骤进行运行，甚至没有可运行的迹象，这样起初设计的单步程序和连续运行程序就失败了，也就不符合设计中的要求动作依次有序进行操作的要求，所以务必要对其进行修正。这种情况下我采取了以下方案：方案一：在没有确定设备是否存在问题的情况下，首先我们对设备进行了检测，发现不存在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过程以确定初次
14、的接线过程是否有误，结果发现和以前的运行结果一样。这样材料分拣- 11 -方案一就以失败而告终。方案二：经过老师的指点我才明白是最初的程序均是单独的互不连接的，未经子程序进行调用，因此就更不用提程序能连续运行了。于是我这次选择了利用顺序功能图进行编程，摒弃了之前的程序，经过对程序的一改再改之后，又一次对程序进行了调试并下载到可编程控制器中进行模拟检测，结果仍然取得了不尽如人意的结果。于是就再去请教指导老师，经过一番指导终于小有成果，可以使机械手进行预定步骤的动作的演示，所以此方案成功了。材料分拣- 12 -6、心得体会本材料分拣的 PLC 课程设计历时 2 周，使我们对项目设计过程有进一步了解
15、，对自动化产品的相关控制知识有了深刻的认识。通过本次的课程设计，一方面让我们认识到自己的很多不足，课本上的理论知识和实际的应用相差甚远；另一方面又积累了很多经验，通过与同学们的探讨交流，吸取别人好的方法和思路，增强对复杂问题的解决能力。摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。本设计是在杨晓老师的细心指导下完成的。老师为设计课题的完成提出了许多指导性的意见，和为课程设计的撰写、修改提供了具体的问题解决办法和帮助。杨晓老师的以学生为本、认真负责的工作态度，敏锐深邃的学术洞察力，给我们留下了深刻的印象，使我们受益颇多。在本次 PLC 课程教学中，特向我敬爱的老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！材料分拣- 13 -附录 1 参考文献1 王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术（第二版）. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.2 西门子公司. SIMATIC S7-200 可编程控制器系统手册.2004.63 姚永刚。电机与控制技术.北京：中国铁道出版社.20104 河南机电高等专科学校图书馆。材料分拣- 14 -附录 2 程序清单材料分拣- 15 -材料分拣- 16 -材料分拣- 17 -材料分拣- 18 -材料分拣- 19 -材料分拣- 20 -
