基于PLC的分拣控制系统设计

电气控制技术在我们的日常生活中和工业生产中无处不在。如电风扇的摇头和定时、电子产品总装生产线运行、机械手搬运工、产品分类入库等。

随着科学技术的发展及生产工艺要求的进步，电气控制技术得到了不断地发展。在控制办法上，从手动控制到自动控制；在控制性能上，从复杂的控制单台设施到简单的控制系统；在控制原理上，从有触点的继电接触器控制系统到以计算机为中心的“软件”控制系统。20世纪70年代以来，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，电气控制技术发生的巨大的变化，新型控制技术如可编程逻辑控制器、变频器等被普遍使用在工业生产和生活的诸多领域。现代的电气控制技术已经综合了计算机、自动控制、电子技术和精细测量等许多先进的科学技术成绩，PLC、CAD/CAM和Robot以成为工业自动化领域的三大技术支柱。

现代市场竞争也变得越来越强烈, 各个生产企业都迫切地想要改良生产技术,从而来进步生产的效率, 尤其在需求进行材料分拣的企业, 它们之前不停的采取的是人工分拣的办法, 这种分拣模式会招致生产效率低下, 生产资本却很高, 企业的竞争效率差,不能够失去很好的发展，所以材料的自动分拣酿成为了众多企业的最佳且独一的选择。

基于PLC的分拣控制系统的系统当系统上电后,传感器1（电容传感器）检测到物料时将启动输送带,物料传感器2为电感传感器,当检测出物料为铁质物料时,反应信号送PLC ,由PLC 控制执行机构气缸1（推送气缸）推出选出该物料，并推入一号料槽;物料传感器2 为光电传感器,当检测出相应的物料时,反应信号送PLC ,PLC 控制执行机构气缸2（旋转气缸）推出选出该物料，并导入二号料槽。

整篇文档主要分为硬件设计和软件设计两部分。完成总体的结构设计，传感器的选型设计，控制流程、中心电路的设计、控制部件的选取及总体安装等; 软件设计，包含I/O接口的调配确定、控制顺序的设计与调试。

完成相应的硬件接线图，主要包含PLC接线图（PLC外部I／O 连接示意图），I／O分配表，控制回路接线图，程序设计流程图，梯形图或状态转移图。

A: 分拣出金属与非金属

B:分拣出某一块

C:分拣出金属中某一块和非金属中某一块

图2-1系统结构图

A:可编程控制器PLC

B:输入、输出模块

C:I/O接口模块

D:CPU模块

F:电源模块

  A：空气压缩机：空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，是将原来（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的安装。它主要由气路循环系统、旱路循环系统、油循环系统、配电系统、屏保护系统、直流电源系统和DTC控制系统等组成。

空气压缩机与水泵结构相似，大多数空气压缩机是往返活塞式，旋转叶片或旋转螺杆。其主要被使用于车辆制动、风洞检验、油井压裂、轮胎充气、喷漆等生产工作中。

  B: 传感器（电感式传感器、光电式传感器）: 传感器（ 英文称号：transducer/sensor）是一种检测安装，能遭受到被测量的信息，并能将遭受到的信息，按必然法则变换成为电信号或其余所需模式的信息输入，以满足信息的传输、解决、存储、显示、记载和控制等要求。

传感器的特点包含：微型化、数字化、智能化、多性能化、系统化、网络化。通常依照其根本感觉性能分为热敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、材料元件、色敏元件等六大类。

  C: 传送带：传送带指装配在传送机上用作传送物件的带织物。通常分为棉传送带、橡胶传送带、塑料传送带。棉传送带普通为4层平纹织物。起初传送带输送机遭到机械制作、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不停地欠缺，逐渐由完成车间内部的传送，发展到完成在企业外部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。

  D: 气缸（金属气缸、非金属气缸）: 气缸（cylinder）是指在内燃机或是外燃机中，让活塞居于其内，可以其高下往返的容器，由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成。气缸有做往返直线静止的和做往返摆动的两类；工作时要靠紧缩空气中的油雾对活塞中止光滑。

  E：直流电动机：直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，由定子和转子组成。定子包含：基座，主磁极，换向极，电刷安装等；转子（电枢）包含：电枢核心，电枢绕组，换向器，转轴和风扇等。因其良好的调速功能而在电力拖动中失去普遍使用，按励磁模式分为：永磁、他励和自励三类。

当直流电源经过电刷向电枢绕组供电时，电枢外表的N极下导体可能流过相同方向的电流，依照左手定则导体将遭到逆时针方向的力矩作用；电枢表面S极下部分导体也流过相同方向的电流，异样依照左手定则导体也将遭到逆时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按逆时针旋转，输出的直流电能就转换成转子轴上输入的机械能。

F：金属限位器：限位器是一种为了保护机器及其运用者的安全安装，常见于汽车和起重机上。

发展：20世纪70年代初呈现了微计算器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及计算等性能，完成了真正具备计算机特色的工业控制安装。此时的PLC为微机技术和继电器惯例控制概念相结合的产物。个体计算机发展起来后，为了便利和反映可编程控制器的性能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入适用化发展阶段，计算机技术已经部分引入可编程控制器中，使其性能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更牢靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID性能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的位置。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已取得普遍运用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的期间，年增长率不停坚持为30~40%。在这期间，PLC在计算模拟量效率、数字运算效率、人机接口效率和网络效率得到大幅度进步，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些使用上取代了在过程控制领域处于统治位置的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是越加适应于现代工业的需求。这个期间发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的非凡性能单元、生产了各种人机界面单元、通讯单元，使运用可编程控制器的工业控制设施的配套更加容易。

简介：三菱PLC（英文：Mitsubish ProgrammableLogic Controller），是三菱电机在大连生产的主力产品。它采取一类可编程的存储器，用于其外部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、按时、计数与算术操作等面向用户的指令，并经过数字或模拟式输出/输入控制各种类型的机械或生产进程。三菱PLC在中国市场普遍的有FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、FR-FX2NC、FR-AFR-Q等型号。

一、系统组成，

二、各部分的组成

a． CPU运算和控制核心: 起“心脏”作用, CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU经过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

b．存储器: 具备记忆性能的半导体电路,分为系统程序存储器和用户存储器:

系统程序存储器用以寄存系统程序，包含办理程序，监控程序以及对用户程序做编译解决的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家运用的，内容不行更改，断电不消失。

用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户运用的。断电内容消失。罕用高效的锂电池作为后备电源，寿命普通为3~5年。

c．输出 /输入接口: 输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。

PLC的继电器输入接口的三种类型：

继电器输入：有触点、寿命短、频率低、交直流负载

晶体管输入：无触点、寿命长、直流负载

晶闸管输入：无触点、寿命长、交流负载

d．编程器：编程器可分为两种，一种是手持编程器，便利。咱们实验室运用的就是手持编程器。二种是经过PLC的RS232口。与计算机相连。而后敲击键盘。

一：PLC采取“顺序扫描，不停循环”的工作模式：

1．每次扫描进程。集中对输出信号进行采样。集中对输入信号停止刷新。

2．输出刷新进程。当输出端口封闭时，程序在停止执行阶段时，输出端有新状态，新形态不克不及被读入。只需程序停止下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输出采样，程序执行，输入刷新。

4．元件映像寄存器的内容是随着程序的执行变动而变动的。

5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数

6．因为采取集中采样。集中输入的模式。存在输出/输入滞后的现象，即输出/输入响应延迟。

二：PLC与继电器控制系统、微机区别：

1．PLC与继电器控制系统区别：前者工作模式是“串行”，后者工作模式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。

2．PLC与微机区别：前者工作模式是“循环扫描”。后者工作模式是“待命或中止”，PLC 编程模式：PLC最突出的优点采取“软继电器”替代“硬继电器”。用“软件编程逻辑”替代“硬件布线逻辑”。PLC编程言语有梯形图、布尔助记符言语，等等。尤其前两者为常用。

梯形图语言特点：

1．每个梯形图由多个梯级组成。

2．梯形图中支配两边的竖线表现假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算后果为“1”时，有假想的电流经过。

3．继电器线圈只能呈现一次，而它的常开、常闭触点可能呈现无数次。

4．每一梯级的运算后果，立即被前面的梯级所运用。

5．输出继电器受内部信号控制。只呈现触点，不呈现线圈。

PLC采取“顺序扫描，不停循环”的工作模式；扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令自身占有的功率（3）指令条数。

PLC的仿真软件选择：GX Developer（GXSimulator）

PLC的仿真软件的说明：GX Developer是三菱公司设计的在Windows环境下运用的PLC编程软件，虽然其版本较多，但其主要性能和运用办法基本相同，普通选择三菱的FX系列的PLC，其界面及编程文件均已汉化，性能强大，运用方便，具备丰富的工具箱，拥护在线和离线编程，可能编写梯形图和状态转移图程序，具备软元件正文、申明、注解及程序监督、故障诊断等多种性能。

GX Simulator是GX Developer的一种插件，专门用于仿真测试，能完成程序的离线仿真PLC调试。运用时，通过把GX Developer软件编写的程序写入到GX Simulator内，即可完成通过GX Simulator软件来仿真调试程序。但该软件必需当时安装好GX Developer软件基础上能力运用。

自动分拣系统是由零件料仓（金属零件料仓、非金属零件料仓）、直流电动机(Y0)、推料缸1(Y1)、光纤传感器(X0)、运输皮带(Y2)、光电传感器1(X1)、电感传感器（X2）、推料缸2（Y4）、光电传感器2（X3）金属材料限制器（Y3）、电容传感器(X4)、推料缸3（Y5）、光电传感器3（X5）开关电源(X10)、1号料槽、2号料槽、PLC等。

自动分拣系统性能要求如下：（1）、按下启动开关（X10），零件料仓中光纤传感器（X0）检测是否有工件。（2）、如果零件料仓里有工件，直流电动机推出（Y0），推料气缸（Y1）推出，将工件推出。（3）、工件推出后，启动运输皮带，当工件运行通过光电传感器（X1）时，推料气缸缩回。（4）、运输皮带（Y2）继续运行到工件属性判别位。（5）、金属检测传感器（电感传感器X2）对工件进行属性检测，如果是金属工件，置位金属限位器（Y3），推料气缸2（Y4）推出，推入1号料槽；如果是非金属（电容传感器X4），就直接运输到推料缸3（Y5）的位置前，推入2号料槽。（6）、按下关闭启动开关，复位。

表4-2 气缸名称注释表

图4-1电路原理图

图4-2流程图

状态转移图.gxw

(图中的X3常闭，改为X4常闭)

图4-3状态转移图

图4-4梯形图

梯形图程序说明：按下启动开关，光纤传感器检测零件料仓内是否有工件，如果有工件，推料气缸推出工件，光电传感器检测到工件时，运输皮带推出，当工件通过电感传感器时，运输皮带停止推出，料仓内停止供货，金属工件停在推料气缸2前面，金属限位器置位，当金属工件通过1号料槽里的光电传感器时，金属限位器及推料气缸复位，还有运输带推出，料仓内继续供货；当不是金属工件时，非金属工件停在推料气缸3面前，运输皮带停止，料仓内停止供货，当非金属工件通过2号料槽里的光电传感器时，推料气缸复位，运输带推出，料仓内继续供货，直到全部工件分拣完毕时，再次按下启动开关，复位全部气缸及金属限位器和运输皮带，关闭直流电动机。

按下启动开关，光纤传感器检测料仓内是否有工件，如果有，推出工件，光电传感器感应到工件，运输带推出，如果工件是金属工件，推料气缸2推出金属工件，金属限位器置位；如果工件是非金属工件，推料气缸3推出非金属工件。再次按下启动开关时，所有输出复位。

所有零件符号注释表

PLC程序指令注释表