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基于三菱PLC控制的物料分拣系统设计与实现张绘敏【摘要】物料输送分拣系统以三菱FX2N-48MR PLC为主控制器,结合变频器、传感器等完成了系统的硬件和软件设计。
该系统具有成本低、自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制等特点,可根据不同对象稍加修改程序即可实现不同的控制要求。
【期刊名称】《时代农机》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P28-29,31)【关键词】物料分拣 PLC 传感器机械手【作者】张绘敏【作者单位】河南化工职业学院机械电子系,河南郑州452000【正文语种】中文【中图分类】TP311.11物料输送分拣系统由于它能有效地解决生产分拣过程人工作业运行成本高、效率低等弊病，所以应用越来越广泛。
物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。
应用这些技术可以设计不同类型材料的自动分拣控制系统。
该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。
1.1 物料分拣系统的控制要求该分拣系统的部分部件位置及其名称如图1所示。
控制要求如下：按下启动按钮，运行指示灯亮，圆盘电机转动，送工件至料台，若4s内检测不到物料，红灯闪烁系统停止。
若检测到物料，圆盘电机停止并驱动机械手运行，悬臂伸伸出到位后，手臂下降，抓取物料后手臂上升，悬臂缩回，机械手转至右极限，悬臂伸出，手臂下降，若进料口无物料手爪松开使夹持的物料落入进料口后，机械手返回到原点继续重复以前的动作。
输送皮带进料口检测到工件后，三相电动机启动并以30HZ的频率正向高速运行，对物料进行分拣。
传感器接到金属信号后，驱动气缸Ⅰ伸出将其推入1槽；按同样的顺序，气缸Ⅱ将白色塑料推入2槽，气缸Ⅲ把黑色塑料推入3槽。
当气缸将工件推入槽内，输送带上无工件时，三相电动机以10HZ频率正向低速运行，下一个工件到达重新分拣。
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。
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。
关键词: 可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器目录摘要............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
目录.. (I)绪论 (1)第1章材料分拣装置结构及总体设计 (1)1.1材料分拣装置工作过程概述 (2)1.2系统的技术指标 (3)1.3系统的设计要求 (3)第2章控制系统的硬件设计 (4)2.1系统的硬件结构 (4)2.2系统关键技术 (4)2.3检测元件与执行装置的选择 (7)第3章控制系统的软件设计 (14)3.1控制系统流程图设计 (14)3.2控制系统程序设计 (15)第4章控制系统的调试 (21)4.1硬件调试 (21)4.2软件调试 (21)4.3整体调试 (22)结论 (22)展望 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (24)绪论分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。
按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。
PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。
它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。
可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。
采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。
对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。
在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。
最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。
通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。
关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，物料分拣The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLCABSTRACTManipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance.Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting materialmanipulator was designed, which also had certain reference value for the other typesof economical PLC control system design.KEY WORDS: manipulator ,pneumatic-driven, programmable logic controller (PLC), automatic control,sorting materials目录第一章执行系统的分析与选择....................................................................§1.1执行机构坐标形式的选择.....................................................§1.2 执行机构的组成............................................................§1.3 执行机构各部分的分析与选择................................................§1.3.1 手部的选择......................................§1.3.2 手臂结构的选择..................................§1.3.3 机座结构的选择..................................§1.4 执行机构的工作原理........................................................§1.5 执行机构简图............................................................... 第二章驱动系统的分析与选择....................................................................§2.1 驱动系统的分析与选择......................................................§2.2 机械手驱动系统的控制设计..................................................§2.3 气动元件选取及工作原理....................................................§2.3.1 气源装置........................................§2.3.2 执行元件........................................§2.3.3 控制元件........................................§2.3.4 辅助元件........................................§2.3.5 真空发生器......................................§2.3.6 吸盘............................................§2.4 气动回路的工作原理........................................................ 第三章控制系统的分析设计 .......................................................................§3.1 控制系统的组成结构........................................................§3.2 控制系统的性能要求........................................................§3.3 传感器的选择..............................................................§3.3.1 位置检测装置....................................§3.3.2 滑觉传感器......................................§3.3.3 视觉传感器......................................3.4 控制系统PLC的选型及控制原理.................................................................................................§3.4.1 PLC控制系统设计的基本原则.......................§3.4.2 PLC种类及型号选择...............................§3.4.3 I/O点数分配.....................................§3.4.4 PLC外部接线图...................................§3.4.5 机械手控制原理..................................3.5 PLC程序设计..................................................................................................................................§3.5.1 总体程序框图....................................§3.5.2 初始化及报警程序................................§3.5.3 手动控制程序....................................§3.5.4 自动控制程序.................................... 结论........................................................... 参考文献....................................................... 致谢.........................................................附录.........................................................前言机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。
plc课程设计部件分配总结一、教学目标本章节的plc课程设计旨在帮助学生掌握PLC部件分配的相关知识，提升其对PLC编程和应用的能力。
具体的教学目标如下：知识目标：学生将理解PLC系统的基本构成，掌握各种PLC部件的功能和特点，了解不同类型的PLC编程语言。
技能目标：学生将能够分析PLC系统的要求，进行合理的部件分配，编写简单的PLC程序，并进行调试和优化。
情感态度价值观目标：学生将培养对PLC技术的兴趣和热情，认识PLC技术在现代工业中的重要性，培养学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本章节的教学内容将围绕PLC部件分配的主题进行展开。
具体内容包括：1.PLC系统的基本构成和部件功能介绍。
2.不同类型PLC编程语言的比较和应用。
3.部件分配的原则和方法，以及如何进行合理的部件分配。
4.PLC程序的编写和调试技巧。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本章节将采用多种教学方法进行教学。
具体包括：1.讲授法：对PLC部件分配的基本概念和原理进行讲解。
2.案例分析法：通过分析具体的PLC应用案例，帮助学生理解和应用相关知识。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手进行PLC编程和调试，巩固所学知识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择适合的PLC教材，提供全面系统的理论知识。
2.参考书：提供相关的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作PPT和教学视频，以图文并茂的形式展示教学内容。
4.实验设备：准备PLC实验设备，让学生能够进行实际的编程和调试操作。
五、教学评估本章节的教学评估旨在全面、客观地评价学生在PLC部件分配方面的学习成果。
评估方式包括：1.平时表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估其对知识的理解和应用能力。
2.作业：布置相关的编程和调试作业，评估学生的实际操作能力和解决问题的能力。
第三章供料单元的结构与控制3.1 供料单元的结构3.1.1 供料单元的功能供料单元是YL—335A中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。
具体的功能是:按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料)自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取,输送到其他单元上。
如图3—1所示为供料单元实物的全貌。
3。
1。
2供料单元的结构组成供料单元的结构组成如图3-2所示.其主要结构组成为：工件推出与支撑，工件漏斗,阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。
1．工件推出与支撑及漏斗部分该部分如图3—3所示.用于储存工件原料,并在需要时将料仓中最下层的工件推出到物料台上。
它主要由大工件装料管、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
该部分的工作原理是:工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过.当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。
在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上.在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件.这样,料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件,为下一次推出工件做好准备。
为了使气缸的动作平稳可靠,气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀.气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。
截流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。
图3-4是安装了带快速接头的限出型气缸截流阀的气缸外观。
图3-5是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。
从图3—4上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关,如图3-6(a)所示。
目录摘要 (1)前言 (2)第1章绪论 (3)1.1 本课题研究的意义 (3)1.2 设计的一般过程 (3)1.3 设计的准备工作 (4)1.4 总体方案的设计 (5)第2章系统的总体设计 (6)2.1主要组成部件 (6)2.2 控制过程 (6)2.2.1 系统的结构框图 (6)2.2.2 控制系统机械流程图 (7)3 系统硬件设计 (8)3.1 PLC的产生与发展 (8)3.2 PLC的基本结构 (9)3.3 PLC控制方法 (10)3.4 PLC系统的先进性 (11)3.5系统的主电路设计……………………………………………………………123.5.1 主电路图…………………………………………………………………133.5.2 控制电动机运行…………………………………………………………143.5.3 主电路元件选型 (15)4分拣装置的软件设计 (23)4.1分拣装置部分的I/0 点数分配与PLC连线图 (23)4.2 分拣装置部分的顺序功能图 (25)4.3 分拣装置部分的控制系统流程图 (26)总结 (27)附录 (27)摘要从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。
在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。
第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。
采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。
在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。
材料分拣装置是模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC控制、传感器、位置控制、电气传动和气动等技术，可以实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位机监控。
PLC期中小项目
姓名：江彪
学号：1210100906
班级：12机电3班
一.项目任务和控制要求。
1.项目任务：部件分配控制
2.控制要求：
1）供给功能：按下开启按钮PB1，机器人供给指令Y0开启，机器人供给工件，在机器人完成移动部件并返回出发点后，供给指令Y0关闭。
2）传送带运转：当打开传送带旋钮至ON时，传送带正传，当打到OFF 时，传送带停止。
3）工件分配：当不同大小的工件从传送带经过时，输入传感器X1，X2，X3检测出工件的大小，工件在传送带上移动时，经过推动器上的传感
检测器X5，X6,X7时会被检测到，但是只有到达相应的碟子处时，推
动器上的传感器检测到部件并停止传送带，推动器继电器Y5，Y6，Y7
得电并将部件推到碟子上。
4）总数要求：不同大小的工件按照以下的数目被放到碟子上，其余工件会经过推动器而且会从最右端掉下。
大：3个中：2个小：2个
5）暂停功能：当按下暂停按钮PB2时，所有动作均停止，直到松开按钮PB2，动作从暂停的位置开始重新动作。
6）停止功能：当停止旋钮旋到OFF时，项目正常运行，当旋到ON时，所有动作等该循环完成后再停止。
二．选择PLC机型
三菱FX
-32MR
N
2
三．分配I/O口
原点位置——X0 供给指令——Y0
上传感器——X1 传送带正传1——Y1 中传感器——X2 传送带正传2——Y2 下传感器——X3 传送带正传3——Y3 限位传感器1—X4 传送带正传4——Y4 限位传感器2—X5 推出机构1——Y5
限位传感器3—X6 推出机构1——Y6
末端传感器—X7 推出机构1——Y7
检测部件1——X10
检测部件2——X11
检测部件3——X12
PB1（供给）—X20
PB2（暂停）—X21
SW1（传动带）—X24
SW2（停止）—X25
四.画PLC外部接线图
五.画状态转移图
1.机器人供给部分：
2.传送带全局控制部分：
3.暂停功能部分:
4.部件分拣部分：
六.画梯形图
七.项目设计小结
刚拿到这个题目的时候，觉得题目很难，自己没什么这种较大较完整项目设计的经验，所有刚开始是有些退缩的。
缓了一天后开始认真审阅这道题，通过软件模拟仿真，我弄懂了这个项目的目的，我应该实现什么功能。
然后根据我按照顺控图设计的思路开始画顺序控制图，这一题顺控图有难度的地方应该是转移条件了，不仅要考虑传感器的开断，还要考虑计数器的计数。
不过这些在设计的时候还算比较顺利。
从开始设计到画顺序控制图大概画了两个小时，画完顺控图，自认为还挺顺利，然后开始画梯形图。
按照顺控图翻译梯形图倒不难，但是将翻译的结果输入仿真软件以后却发现各种问题。
首先第一个问题便是发现部件到达相应的地方时，推动器和传送带动作不协同，有时会让工件无障碍通过致使部件掉落，有时又会出现推动器先动作，部件卡主的情况。
然后我便查找到推动器及传送带动作的S22,S24，S26步，发现线圈输出的顺序存在问题，并且回到S0的条件设置也不准确，然后我将动作顺序改为先停传送带，再启动推动器，这算是一个笨方法，停下部件推。
然后当推动器端面碰到限位传感器X4，X5，X6的时候将步返回至S0。
这个问题也就顺理解决了。
然后继续调试，又发现当中间箱子装满时，所有部件均从最右端掉落，我便找到中间计数器操作处，仔细查看后发现，计数器计数满后，S27步便一直开启，这是才发现S27的进入条件C0，C1，C2应该是且的关系，并且在每一个计数器计数满后单独控制该步转移到S27以后，该问题就完美解决了。
继续调试，又发现传送带开关能直接启动传送带，但不能直接关闭传送带，这个时候我才发现，我为了方便，把S20步的动作设置为了开启传送带Y1-Y4，而后面的程序也只有在碰到相应的部件时才会停止相应的传送带，也就是说即使我将SW1打到OFF，传送带最多也只会停一个，因为全局没有设置一起RSTY1-Y4，而且由于功能限制，也不能这么设置。
为了实现题目的直接控制目的，我将传送带控制步作为一个模块单独抽出来做，这样也顺利解决了这个问题。
程序的基本功能到此基本已经实现，但是还有附加功能暂停功能和停止功能没有实现。
当时我对暂停功能如何实现完全没有思路，于是便先完成停止功能。
我在供给部分加入X25的常闭出点作为关闭条件，在S0后加入X25的常闭触电作为
S20的转移条件，这样一来当SW2打到ON时，整个程序由于是顺控程序，所以会继续执行完一个循环后停止。
但是，在我以为停止功能顺利实现的时候，突然发现一个循环过后，其他部位确实都停下来了，唯独传送带没有停下来。
然而传送带的控制是SW1也就是X24直接控制，如果我加入SW2也就是X25的常闭触电控制，那么SW2一打到ON，传送带就会立刻停止，致使所有动作都无法继续。
解决这个问题的时候着实花费了我不少时间，我首先想到的是应不应该将传送带控制重新放回步序里，但我很快否决了，因为这样无法实现传送带直接由X24直接控制。
然后我又想到，能不能再循环最后加一个RST Y1 Y4来停止所有传送带，但这个方法在我编程尝试时又否决了，因为不知道何时会启动停止按钮，也就无法保证传送带在该停的时候停，不该停的时候不停。
在这之后，我又有过好几次的各种思路的尝试，但是都失败了。
最后我静下心来慢慢思考，到底启动停止按钮后传送带在所有步骤停止之后停止的退出条件是什么，想着想着，发现退出条件不就是所有步序停止吗？想到这个我迫不及待的尝试，果然将这些步序的常开触点并联起来作为退出条件完美的解决了这个问题。
一种成就感油然而生。
最后还剩下一个暂停功能没有实现，对于这个功能我想过中断，但是题目中已近将X0-X5都连接了传感器，所以没办法用中断。
于是我通过查阅资料，找到了特殊功能继电器M8034，它能禁止所有线圈输出，直接用一个按钮X21的常闭触电控制M8034就完美解决了暂停的问题。
终于，整个程序完整无误的设计出来了。
当然了，设计期间还遇到许多小问题，比如X7的下降沿控制步序返回S0，很好的解决了部件掉落以后整个循环停止等等，但相对于前面提到的五个都不是主要问题也就没有一一赘述。
从设计开始，到设计结束的2天里，我整个人都处于精神高度集中的状态，非常有欲望完成这个项目，周二就完成了，这个项目不仅锻炼了我的PLC设计编程能力，提高了我对顺控图的理解和运用CAD画电气线路图的能力，更加激发了我对PLC的兴趣，提高了独立解决问题的能力，有时候觉得学生就该逼一逼，老师的做法很赞，感谢老师！。
