基于PLC的物料分拣系统设计.docx

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1、目录摘要I一、绪论1（一）研究背景及意义1（二）分拣系统发展现状1（三）本文的内容与安排1二、系统总体方案的设计2（一）控制要求2（二）总体框图2（三）模块的选择31 .P1C模块选择32 .传感器模块的选择43 .驱动部分的分析与选择74 .物料分拣方式的选择85 、物料分拣系统的硬件设计9（一）物料分拣系统硬件接线图9（二）P1C硬件结构图9（三）物料分拣系统输入硬件101 .电感式传感器接线图102 .电容式传感器接线图103 .颜色传感器接线图11（四）物料分拣系统输出硬件111 .电动机接线图112 .电动气缸接线图12四、物料分拣系统的软件设计13（一）总体设计流程图13（二）主程

2、序流程图13（三）初始化子程序流程图14（四）手动分拣子程序14（五）自动分拣子程序15五、控制系统运行调试17（一）主程序17（二）初始化程序17（三）手动分拣子程序17（四）自动分拣子程序18（五）组态王与P1C通讯21结论24参考文献25致谢错误!未定义书签。摘要随着社会的发展、科技的进步，工业生产中的物料种类也逐渐增多，对物料实现快速准确的分拣已成为工业生产自动化第一需求。本论文题目是基于P1C物料分拣系统的设计，以P1C作为主控制器，借助电感传感器分辨铁质物料，利用电容传感器辨别铝质物料，通过颜色传感器检测出红色物料，自动统计分拣完成物料的数量，极大的提高了分拣效率。本设计通过梯形图

3、编程，将西门子S7-1200模拟器与组态王软件连接，可以对物料分拣系统实时模拟监控，模拟结果表明可以实现对物料分拣的控制要求。本设计的系统灵活性较强，开发程序简单，可以满足各种物料分拣生产线的弹性要求，是将自动化技术与现实生产结合的一个缩影。关键词：P1C；物料分拣；传感器一、绪论(-)研究背景及意义随着生产力的增加，各行业都进入了一个迅速发展的阶段。在物流配送行业中，每日巨大数量的包裹需要分拣和配送。在医疗制药行业中，需要对制造的药物分拣装瓶。在电子设备制造行业中，需要对各式各样的电子元件分拣。因此,在这种情况下就需要设计一套物料自动分拣的系统，解决传统手工分拣带来的占用场地大、人力投入高的

4、问题。通过实现物料分拣自动化的运行,可以减少人力资源的使用、提高分拣效率,并且可以解决远距离带来的不便，可以让值班人员远程了解到现场的情况，在发生故障的第一时间做出反应，从而减少人力成本。摒弃了传统的物料分拣方式,采用高效、准确的现代方式，实现物料分拣系统从低效率高人力向高效率低人力的发展成果。从物料的分类方面考虑，可以对货物的尺寸、配送速度要求、装卸要求等方面实现物料的储藏与装配功能。从企业竞争力方面考虑，系统的经济型、稳定性方面决定了会提高现代化配送管理效率，有效提高企业竞争力。(二)分拣系统发展现状物料分拣系统发展的起初完全是由人工来完成，需要通过人力来搜索货物,挑选货物，传输货物。在初

5、级发展阶段中，人力的分拣效率很低，人力资源、分拣速度都无法满足现代的分拣需要精度高、速度快的要求。物料分拣系统得到进一步是从工业革命过后。通过引进设备来减少人力资源的使用。在减少人力资源投入的同时，也降低了人力分拣的工作强度。二战结束后，美国、日本和欧洲一些国家率先引荐了一种由人工控制的物料分拣系统，配合人工来完成对物料的分拣，此后物料分拣系统发展朝着机械化与自动化方面进行发展。现代社会，国内外对物料分拣技术的需求及正逐步增加，物料分拣系统涵盖的行业也逐渐从运送行李、包裹，蔓延到医疗领域、芯片传输等等各个企业中。现代化的物料分拣系统主要特点是自动化，利用P1C与传感器计数，让物料分拣系统实现自

6、动化，并且控制速度与准确度有了很大的提升。()本文的内容与安排本文的内容是在根据物料分拣系统发展的基础上，设计出一套基于P1C的物料分拣系统。本设计以P1C为主控制器，结合传感器技术，能够实现对物料的自动分拣。本设计分为自动模式与手动模式两种状态，当选择自动模式时，主要可以实现铁质物料、铝质物料、红色物料的自动分拣功能，选择手动模式时，主要用作后期调试与维修。本文的具体安排是：第一章为绪论，主要介绍物料分拣系统的发展的阶段与背景。第二章为系统总体方案的设计，为自动分拣系统做出总体的规划，根据控制要求选择合适的输入输出模块。第三章介绍系统的硬件部分设计，主要介绍系统的硬件接线图。第四章介绍系统的

7、软件部分设计，主要介绍物料分拣系统工作的流程图。第五章为系统的调试，编写完控制系统程序，利用模拟器实现与组态王的连接，进行模拟运行。二、系统总体方案的设计(-)控制要求本设计是基于P1C设计的一套物料分拣系统，电动机启动后，待分拣的物料在传送带上运输，当物料进入传感器检测的范围内，会对物料的材质以及颜色进行检测，符合要求的物料会被电气缸推送至物料分拣区。本设计的具体控制要求如下：(1)当系统启动后，可以选择自动模式或是手动模式。(2)选择手动模式时，不会自动运输物料，需要手动添加物料进行分拣。(3)选择自动模式时，运输的物料进入电感传感器的检测范围，电感传感器会分辨物料是否为铁质，铁质物料会被

8、一号气缸推送至指定区域并且计数，剩余的物料会继续传送。(4)待检测的物料进入电容传感器的检测范围内，电容传感器会对物料进行是否为铝质物料的分辨，铝质物料会被二号气缸分拣至指定区域并且计数，剩余的物料会继续在传送带运输。(5)颜色传感器对剩下的物料颜色进行判别，红色物料会被三号气缸分拣至指定区域并且进行计数，不符合要求的物料继最后会下滑到下料区。(-)总体框图明确本设计的控制要求后，需要对系统总体进行设计。物料分拣系统总体框如图2-1所示。NIm软件以本土 电磁-1y气缸带块 (M一一缸幅坡电磁国3气加储堆.土“，嗔块分推方式地爆传爆KP跳电容传巡安殿假色传达KH1於电源Ift块图2-1物料分拣

9、系统总体框图()模块的选择对物料分拣系统的总体框图规划之后，需要对各个模块进行选择。1P1C模块选择P1C是可编程逻辑控制器的缩写，是一种可以储存逻辑的控制器。P1C的工作原理图如图2-2所示图2-2P1C工作原理图作分为三个阶段，分别是输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段，工当CPU模块接收到输入模块检测的信息时，控制器会对信息进行扫描式的接收程序，接收完毕后会存入相对应的I/O模块，采样输入阶段完成，进入用户程序执行阶段。在这个阶段里，P1C会对用户的程序，也就是梯形图进行依次扫描。扫描完成后，进入最后一个阶段，I/O模块会将扫描完成结果传输至输出模块,最后进行控制。P1C的编程主

10、要使用梯形图语言和系统功能块语言，查找起来相对简单灵活。常见的P1C厂家有西门子、欧姆龙等。在实际使用中，P1C的接口都比较牢固，能直接与220V电压相连，负载能力强，维修P1C设备时，可以直接拔掉需要调整的模块，而其他模块不受影响，极大的缩短维修时间。选择P1C的型号时，需要从所需的I/O点数、电压等级等方面进行考虑，最后决定出使用的P1C型号。对于输入信号的类型及电压等级的选择，开关量输入模块有几种类型，第一种是直流输入，常用于近距离的设备，这种类型的优点是反应比较快，并且可以直接与传感器等电子元件相连，交流输入安全性高，一般应用于有灰尘等室外坏境。第二种是交流输入，一般交流输入多用于长距

11、离的作业。直流电压等级分为5V、12V、24V不等，交流等级分常见的有220V等等。选择类型时，主要依靠设备之间的传输距离决定，像直流输入5V、12V、24V电压可以用于近距离的作业,且传输过程中损耗小于交流输入。工业生产中距离较长,选择220V.根据本设计的控制要求得出需要10个输入端口，4个输出端口。本设计所需的I/O点如表格2.1所示。表2.1I/O分配表输入输出功能端口功能端口手/自动切换10.0电动机Q0.0手动传送带10.1气缸1Q0.1手动气缸110.2气缸2Q0.2手动气缸210.3气缸3Q0.3手动气缸310.4电感传感器10.5电容传感器10.6颜色传感器10.7自动启动1

12、1.0自动停止11.1一般进行I/O模块选择时，需要增加20%的容量，以备后续程序的修改以及P1C的维修。本设计对P1C的特殊功能和传输速度没有要求,一般的小型机即可。本设计选择西门子公司的S7-200P1C即可满足控制要求。S7-200P1C的功能强大,拥有大量的存储空间和控制器，实时响应功能可以对系统的安全性做出保障，是许多系统一个有效解决问题的方案。2.传感器模块的选择本设计中需要借助传感器来完成对物料的检测，对使用的电感传感器、电容传感器、颜色传感器型号进行选择。传感器在物料分拣系统中实现自动控制起到绝对作用。传感器的组成部分由敏感元件，转换元件，变换电路和辅助电源组成。传感器的工作原

13、理如图2-3所示。图2-3传感器的工作原理敏感元件是指能够敏感的检测被测量中的信号，并将信号转化成电信号的元件。一般的敏感元件的名称就是可检测的物理量，例如热敏元件检测热量，光敏元件检测光源信号等等，所以不同的传感器其内部的敏感元件也不相同。转换元件顾名思义，是一种转换信号的元件。它的前一环节是敏感元件，借助辅助电源，可以将敏感元件检测到的不可测量信号转化为可以测量电信号。转换元件可以直接感受非电量输入量于被测量的关系。信号调理电路的功能一般有信号放大、信号滤波等。由于传感器只能识别数字量，需要通过信号调理电路将检测的模拟量信号转化成数字量信号，转化后的数字量信号经过信号调理电路放大，可以用于

14、传输、处理等。常见的信息调理电路元件有转换器，滤波器等等。传感器中的敏感元件不同，决定传感器的作用也各不相同。比如称重传感器，可以检测物体的重量,原理是物体的重力转换成可识别的电信号，完成物体的称重。例如温度传感器的原理是内部可变的电阻，一般来说温度越高，电阻值越小，所以通过电阻大小的变化实现对温度的检测。光电传感器是一种最常见的传感器,在实际生产中可以接收光信号，将接收的光信号检测，并转化成电信号，广泛应用于对非电量信号的检测。传感器可以检测外界并传递信息，并能及时为系统做出反馈。电容式传感器内部的有两组电极，两组电极平行排布，并与RC振荡器串联组成检测面。当被测物料进入检测面检测的范围时，

15、内部电极的电容量发生变化，振荡器也随之开始振动，振荡器的两种状态信号经过信号处理，会转换成开关量输出，用于检测是否有物体靠近。其核心就是内部有一个可变的电容元件，电容的变化由介电常数，两组电极之间的距离和两组电极的覆盖面积三个数据决定。这三个数据中任意一个发生变化，就会引起电容量的改变，电容量的变化再通过内部电路转化就会变成电输出。电容式传感器的电流消耗会随着被测物的接近而逐渐变大电容传感器存在三个特点：接反保护功能、过载保护功能、高可靠性。当测量微小量时，测量范围也进行相应的变化，灵敏度也会相对应的提高。在寒冷或者高温环境工作时,电容传感器的两检测面多为无机材料，如玻璃、陶瓷等，可以有效地解决环境带来的问题。在本设计中选用的型号是E2K电容传感器,工作原理图如图2-4所示。在本设计中的作用是用于检测铝质物料。铝质物料信U处理掖.IJ就图2-4电容传感器的工作原理电感式传感器由振荡器、开关电路、放大电路三部分组成。工作原理是当一些非电量信号例如重力，压力进入电感传感器的检测范围时