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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 黃建 軍 學(xué)號(hào) 20110103159 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 年級(jí) 2011 級(jí) 指導(dǎo)教師 陸蓮仕 完成時(shí)間2成3年11月25日 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 第一章 緒論 1 1.1 物料自動(dòng)分揀的意義 1. 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 2. 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 2. 第二章 物料自動(dòng)分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)方案 3 2.1 機(jī)械構(gòu)造分布 3 2.2 設(shè)計(jì)方案 5. 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 3.1 基本結(jié)構(gòu) 6. 3.2 主要組成部件 6. 第四章

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 4.1 I/O 分酉己表 .17 續(xù)表 18 4.2 接線圖 1.9 4.3 軟件控制流程圖 20 4.4 順序控制功能圖 2.1 4.5 PLC控制程序 22 第五章系統(tǒng)總成本估算 28 5.1 系統(tǒng)使用的零部件 28 5.2 系統(tǒng)總開支 29 第六章畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 30 參考文獻(xiàn) 31 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1.1 物料自動(dòng)分揀的意義 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承 受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。 PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技

3、術(shù)和通信技術(shù)融為一體 ，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、通用 靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功 耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。 本文主要講述PLC在材料分 揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器 （PLC）,設(shè)計(jì)成本低、效率高的材料自動(dòng)分 揀裝置。以PLC為主控制器，結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù) ，現(xiàn)場(chǎng)控 制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。 系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、 運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn)， 可根據(jù)不同對(duì)象，稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 材料分揀裝置是模擬自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了 PLC控制、 傳感器、位置控制、

4、電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分選和歸 類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位機(jī)監(jiān)控。該裝置采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，配有 S7-200 型CPU傳感器（光電式、電感式、顏色、磁感應(yīng)式） 、旋轉(zhuǎn)編碼器、交流電動(dòng)機(jī)、 輸送帶、氣缸、電磁閥、直流電源、空氣過濾減壓器等是典型的機(jī)電一體化教學(xué) 實(shí)驗(yàn)裝置。 本系統(tǒng)采用的可編程控制器， 只要結(jié)合不同的傳感器， 比如根據(jù)材料的屬性、 尺寸的大小、物體的顏色等選擇相應(yīng)的傳感器，就可對(duì)不同的物料進(jìn)行分揀，具 有廣泛的應(yīng)用前景。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 該控制系統(tǒng)應(yīng)能使物料分揀具有自動(dòng)循環(huán)、單循環(huán)、單動(dòng)作三種工作方式， 且能使各種工作方式不相互發(fā)生沖突；

5、應(yīng)能完成鐵料、鋁料、不同顏色的塑料分 揀至不同料槽的控制要求；應(yīng)具有啟動(dòng)、預(yù)停、急停和計(jì)數(shù)功能；應(yīng)具有短路保 護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)等功能。 應(yīng)確定具體的控制過程、 控制系統(tǒng)的總體及軟件設(shè)計(jì)； 確定PLC的型號(hào)規(guī)格; 確定PLC各I/O元件；設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖；確定各氣動(dòng)元件；設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī) 及變頻器的主電路及控制電路原理圖；確定變頻器型號(hào)及各電氣元件；設(shè)計(jì)物料 分揀系統(tǒng)的單動(dòng)作手動(dòng)程序、單循環(huán)程序、自動(dòng)循環(huán)程序，故障報(bào)警和信號(hào)顯示 程序；上機(jī)調(diào)試程序；進(jìn)行成本估算。 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 分揀的物料都是規(guī)則的，而且是圓柱形，我們可以先把物料裝進(jìn)一個(gè)套筒， 然后就讓它在重力的作用下

6、一個(gè)一個(gè)的掉到輸送帶。在這個(gè)過程中需要設(shè)計(jì)一個(gè) 上料機(jī)構(gòu)來完成這一步驟。接著物料到達(dá)輸送帶時(shí)，我們要把鐵、鋁、塑料（黃、 藍(lán)色）物料進(jìn)行分揀，可以用各種傳感器來進(jìn)行分揀，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)分揀裝 置。這兩個(gè)裝置可以用接觸器控制，也可以用 PLC控制，考慮到接線方面的麻煩， 決定用PLC來控制整個(gè)流程！ 2 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 該控制系統(tǒng)應(yīng)能使物料分揀具有自動(dòng)循環(huán)、單循環(huán)、單動(dòng)作三種工作方式， 且能使各種工作方式不相互發(fā)生沖突；應(yīng)能完成鐵料、鋁料、不同顏色的塑料分 揀至不同料槽的控制要求；應(yīng)具有啟動(dòng)、預(yù)停、急停和計(jì)數(shù)功能；應(yīng)具有短路保 護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)等功能。 應(yīng)

7、確定具體的控制過程、 控制系統(tǒng)的總體及軟件設(shè)計(jì)； 確定 PLC 的型號(hào)規(guī)格； 確定PLC各I/O元件；設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖；確定各氣動(dòng)元件；設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī) 及變頻器的主電路及控制電路原理圖；確定變頻器型號(hào)及各電氣元件；設(shè)計(jì)物料 分揀系統(tǒng)的單動(dòng)作手動(dòng)程序、單循環(huán)程序、自動(dòng)循環(huán)程序，故障報(bào)警和信號(hào)顯示 程序；上機(jī)調(diào)試程序；進(jìn)行成本估算。 1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 分揀的物料都是規(guī)則的，而且是圓柱形，我們可以先把物料裝進(jìn)一個(gè)套筒， 然后就讓它在重力的作用下一個(gè)一個(gè)的掉到輸送帶。在這個(gè)過程中需要設(shè)計(jì)一個(gè) 上料機(jī)構(gòu)來完成這一步驟。接著物料到達(dá)輸送帶時(shí)，我們要把鐵、鋁、塑料（黃、 藍(lán)色）物料進(jìn)

8、行分揀，可以用各種傳感器來進(jìn)行分揀，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)分揀裝 置。這兩個(gè)裝置可以用接觸器控制，也可以用 PLC控制，考慮到接線方面的麻煩， 決定用PLC來控制整個(gè)流程！ 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (3)警示燈：在設(shè)備停止時(shí)警示紅燈亮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)警示綠燈亮，在無物 料是警示黃燈亮。 (4)儲(chǔ)料筒：用于存放直徑 100mm的圓柱型工件，料筒側(cè)面有觀察槽。 (5)安裝支架：用于安裝工件庫(kù)和氣缸。 1.1.2 分揀裝置 分揀裝置由輸送帶、氣缸、各種傳感器、電動(dòng)機(jī)等部分組成，它的結(jié)構(gòu)圖如 圖2.2所示 圖2 .2 分揀裝置示意圖 (1) SN:光電傳感器

9、，當(dāng)有物料放入輸送帶時(shí)，給 PLC 一個(gè)輸入信號(hào)。 (2) SA:電感式傳感器，檢測(cè)鐵材料，檢測(cè)距離為 2—5mm (3) SB:電容傳感器，檢測(cè)鋁材料，檢測(cè)距離為 2—5mm (4) SC:顏色傳感器，用于檢測(cè)非金屬的藍(lán)色物料，檢測(cè)距離為 3—8mm檢測(cè) 距離可通過傳感器放大器的點(diǎn)位器調(diào)節(jié)。 (5) SD:備用傳感器，用于檢測(cè)黃色塑料物料。 (6) SBW氣缸縮回到位。 (7) SFW 氣缸伸出到位 (8) 1號(hào)料槽：用于放置鐵物料。 (9) 2號(hào)料槽：用于放置鋁物料。 (10) 3號(hào)料槽：用于放置藍(lán)色塑料物料。 (11) 4號(hào)料槽：用于放置黃色塑料物料。 (12)皮

10、帶輸送線：由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將物料輸送到相應(yīng)的位置 (12) 三相異步電動(dòng)機(jī)：驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)，由變頻器控制。 2.2 設(shè)計(jì)方案 1 .上料機(jī)構(gòu) 在復(fù)位完成后，按下“啟動(dòng)”按鈕，料筒光電傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，推料 氣缸將工件推出，推料氣缸縮回，若 3秒鐘后，料筒檢測(cè)光電傳感器仍未檢測(cè)到 工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時(shí)警示燈黃燈閃爍，放入物料后黃燈熄滅； 2 .分揀機(jī)構(gòu) 當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī) 正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí)，推料 一號(hào)氣缸動(dòng)作，將鐵物料推入一號(hào)料槽；當(dāng)料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí)， 推

11、料二氣缸動(dòng)作，將鋁物料推入二號(hào)料槽；當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到藍(lán)色物料時(shí)，推料三 氣缸動(dòng)作，將藍(lán)色物料推入三號(hào)料槽；當(dāng)物料為黃色物料直接導(dǎo)入四號(hào)料槽，料 槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過，推料四氣缸動(dòng)作，將黃色物料推入料槽。 5 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1） 8 ） 1 號(hào)料槽：用于放置鐵物料。 （2） 9 ） 2 號(hào)料槽：用于放置鋁物料。 （10） 3 號(hào)料槽：用于放置藍(lán)色塑料物料。 （11） 4 號(hào)料槽：用于放置黃色塑料物料。 （12） 12 ）皮帶輸送線：由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將物料輸送到相應(yīng)的位置。 （13） 13 ）三相異步電動(dòng)機(jī)：驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)，由變頻器

12、控制。 2.2 設(shè)計(jì)方案 1. 上料機(jī)構(gòu) 在復(fù)位完成后，按下“啟動(dòng)”按鈕，料筒光電傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，推料 氣缸將工件推出，推料氣缸縮回，若 3 秒鐘后，料筒檢測(cè)光電傳感器仍未檢測(cè)到 工件，則說明料筒內(nèi)無物料，這時(shí)警示燈黃燈閃爍，放入物料后黃燈熄滅； 2. 分揀機(jī)構(gòu) 當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，變頻器接收啟動(dòng)信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī) 正轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶開始輸送工件，當(dāng)料槽一到位檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí)，推料 一號(hào)氣缸動(dòng)作，將鐵物料推入一號(hào)料槽；當(dāng)料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí)， 推料二氣缸動(dòng)作，將鋁物料推入二號(hào)料槽；當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到藍(lán)色物料時(shí)，推料三 氣缸動(dòng)作，將藍(lán)色物料推入

13、三號(hào)料槽；當(dāng)物料為黃色物料直接導(dǎo)入四號(hào)料槽，料 槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過，推料四氣缸動(dòng)作，將黃色物料推入料槽。 5 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 表3-1 S7-200 主要技術(shù)指標(biāo) 特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外形尺寸 90X80X62 90X80X62 120.5X80X62 190X80X62 本機(jī)I/O 數(shù)字量 6人/4出 8人/6出 14入/10出 24入/16出 擴(kuò)展模塊 0個(gè)模塊 2個(gè)模塊 7個(gè)模塊 7個(gè)模塊 I/O映象區(qū) 256 （128 入/128 出） 西門子S7

14、-200系列中CPU226 DC/DC/DC有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 所 以選擇 CPU226DC/DC/DC 6ES7 216-2AD23-0XB8型號(hào)的 PLC作為自動(dòng)分揀裝置所 用器件。 3.2.2電動(dòng)機(jī)及變頻器的選取及工作原理 1 .電動(dòng)機(jī)的工作原理 電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。 它是利用通電線圈（也就 是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭 矩。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方 向和磁感線（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2 .電動(dòng)

15、機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)主要帶動(dòng)傳送帶，要想選擇合適的電動(dòng)機(jī)，必須考慮到傳送帶的工作 壓力和輸送的速度。由于傳送帶上有四個(gè)傳感器，所以傳送帶上最多同時(shí)有五個(gè) 3 工件，假設(shè)都是鐵，已知工件的底面直徑為 100mm局20mm,密度7.9kg/m 由已知條件可以計(jì)算傳送帶上物料的重量 M=5xSxhxP=5x3.14X0.5 2 X0.02X7.9=0.62kg 估計(jì)輸送帶總長(zhǎng) 4000mmi總重量50kg,所以輸送帶的工作壓力 w =0.72 。 F= (50+0.62 ) X10=506.2N 假設(shè)輸送帶的速度 V=0.8m/s ,卷筒的直徑 D=100mm效率n ①確定工作機(jī)

16、需要的功率 Pw和卷筒的轉(zhuǎn)速n w _ F V 八 ~ Pw= —=0.56kw 1000nw nw 60X1000V , =152.8r/min 3.14D ②初定電機(jī)類型和轉(zhuǎn)速 初估系統(tǒng)的總效率為 0.8-0.9, 需要電動(dòng)機(jī)功率為 d = _PL=0.7 — 0.62kw n 根據(jù)Ped >P d ,則可以選用的電機(jī)有 Y2-801-2、Y2-802-4、Y2-90S-6三種。 以這三種方案做一比較見表 3-1 ,綜合考慮到裝置各方面的因素，擬選用電動(dòng)機(jī) 的型號(hào)為 Y-802-4 ,額定功率 Ped =0.75kw,轉(zhuǎn)速 nd =1390r/min.

17、表3-2 電機(jī)的型號(hào)與參數(shù) 方 案 電動(dòng)機(jī)型 號(hào) 額定功率/kw 渦裁轉(zhuǎn)速r/min 電流 效率 1 Y2-801-2 0.75 2830 1.8 75 2 Y2-802-4 0.75 1390 2.0 73 3 Y2-90S-6 0.75 910 2.2 69 ③電動(dòng)機(jī)的主電路圖 電機(jī)的主電路由刀開關(guān) QS1、熱繼電器 QF1、交流接觸器 KM1變頻器組成, 它的接線圖如圖 3.11. 圖3.11 電機(jī)主電路圖接線圖 3.變頻器的選擇 ①變頻器工作原理 變頻器是把工頻電源 （50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流

18、電源， 以實(shí)現(xiàn)電機(jī) 的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換 成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再 逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需 要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的 CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子 繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。 ②選擇變頻器的型號(hào) 考慮到變頻器使用的功能以及各系列變頻器的特點(diǎn)，最終決定使用西門子 MICROMASTER 44芯列的變頻器。他有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)： 引導(dǎo)調(diào)試簡(jiǎn)單 模塊化結(jié)構(gòu)允許組態(tài)的最大靈活性 六個(gè)可編程的獨(dú)立數(shù)字量輸入 兩個(gè)可量

19、測(cè)的模擬量輸入 （0V到10V,0mA到20mA）也可以被用作第 7個(gè)/第 8個(gè)數(shù)字量輸入 一個(gè)可編程模擬量輸出(0mA到20mA 三個(gè)可編程繼電器輸出( 30V DC/5A,阻性負(fù)載；250 V AC/2 A ,感性負(fù)載) 因高脈沖頻率而獲得低噪音電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) ，可調(diào)節(jié)(如果必要，可降額運(yùn)行) 。 變頻器主要是用來控制輸送帶的電動(dòng)機(jī)，然而電動(dòng)機(jī)的功率是 0.75kw,西門 子MICROMASTER 44原列的變頻器工作白^功率范圍是 0.1~15kw,足夠安全，所以 選用西門子MICROMASTER 44芯列變頻器。 ③硬件連接 1)三角形連接為：變頻器 U、V、W端分別接入電

20、機(jī)的 U1、VI、W1,電機(jī)端 U1 接 W2,W1 接 V2,V1 接 U2 圖3.12 變頻器硬件端子圖 2)變頻器控制端口連接為：端口 DIN1 (5)為正轉(zhuǎn)，端口 DIN2 (6)為反轉(zhuǎn), 端子公共端接入端子 9 (OUTPUT,端子1 (10V)和端子2 (0V)給電位器供電， ANT1+(3)接電位計(jì)中間滑點(diǎn)， ANT1- (4)接電位計(jì)負(fù)極以及端子 2 (0V)。 3)變頻器連接為： L1、L2、L3分別接入三相電源的 L1、L2、L3 ④參數(shù)設(shè)置 9 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置 表3-3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 參數(shù)設(shè)

21、置 出廠值 設(shè)置值 說明 P003 1 1 設(shè)用戶訪問級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) P0010 0 1 快速調(diào)試 P0100 0 0 工作地區(qū)，功率 KW羨示，頻率 50HZ P0304 230 380 電動(dòng)機(jī)額定電壓 v P0305 3.25 0.8 電動(dòng)機(jī)額定電流 A P0307 0.75 0.2 電動(dòng)機(jī)額定功率 KV P0308 0 0.8 電動(dòng)機(jī)額定功率因素 cos P0310 50 50 電動(dòng)機(jī)額定枷率 HZ P0311 0 1400 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min 設(shè)置完成后，P0010設(shè)置為0,變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正

22、常運(yùn)行 2）模擬信號(hào)操作控制參數(shù) 表3-4 模擬信號(hào)操作控制參數(shù) 參數(shù)設(shè)置 出廠值 設(shè)置值 說明 P003 1 2 設(shè)用戶訪問級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) P0700 2 2 命令源選擇為端子排輸入 P0701 1 1 ON接通止轉(zhuǎn)，OFF停止 P0702 1 2 ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止 P1000 2 2 頻率設(shè)定值選擇為模擬輸入 P1080 0 0 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低頻率 P1082 50 50 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最圖頻率  電位器的選擇 電位器的工作原理：首先在應(yīng)該選用正比例變化線性的電位器，這種電位器 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度基本上跟電阻值的變化成

23、正比例，這樣根據(jù)電阻器的分壓原理，就可 以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度大小轉(zhuǎn)變成電壓大小了。選擇的型號(hào)是 LA42DWQ-22 10K。 1 .2.3氣動(dòng)元件的選取及工作原理 1.氣動(dòng)回路原理 圖3.13 氣動(dòng)回路圖 2 .氣源裝置 由于氣路圖是并聯(lián)連接，所以只要計(jì)算出最大壓力就是氣源需要的壓力。氣 動(dòng)系統(tǒng)裝置中，經(jīng)過分析，頂料氣缸需要的壓力最大，而且當(dāng)頂鐵物料時(shí)需要的 壓力最大。假設(shè)料筒可以裝 20個(gè)物料，已知工件的底面直徑為 100mm高20mm 密度為7.9kg/m目。 由已知條件可以計(jì)算出當(dāng)頂鐵物料時(shí)，料筒最底下的那塊鐵重量 M=20SHP=20x3.14x0.5 后 x

24、0.02x7.9=2.48kg 經(jīng)查資料可知鐵與塑料的摩擦因數(shù)為 0.25 ,所以要想物料不落下，氣缸所需 要的頂力Fn,由力的平衡方程可得： u F n =mg Fn =mg=9.92N u 考慮到各種元器件之間的摩擦，最終選擇需要的最大壓力必須大于 9.92N o 空壓機(jī)的選用是以氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)為依據(jù)， 根據(jù)計(jì)算，可選用額定排氣壓力為 0.7~1MPa的低壓空氣壓縮機(jī)。 輸出流量根據(jù)整 個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的需要，再加一定的備用余量，作為選擇空氣壓縮機(jī)流量 的依據(jù)。根據(jù)估算，選擇小型（流量 1~10m/min ）的空氣壓縮機(jī)。 3 .執(zhí)行元

25、件 執(zhí)行元件主要是氣缸，選擇雙作用氣缸，亞德客品牌的普通型，型號(hào)為 CDJ2B16-75-B。它的工作原理及特點(diǎn)是：壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞沿軸線雙方向運(yùn)動(dòng)， 活塞桿伸出和返回的伸出力和速度不相等，壓縮空氣消耗量也不相等。 氣缸的負(fù)載是推動(dòng)工件，考慮到氣缸內(nèi)部存在一定的摩擦，所以氣缸理論輸 出力為10N （略大9.92N）,經(jīng)過查資料《啟動(dòng)傳動(dòng)與控制》，可以確定缸徑 D=8mm 壓力 P=0.2MPa 圖3.14 雙作用氣缸 4 .控制元件 主要的控制元件是二位五通單電控電磁閥，選擇亞德客品牌，型號(hào)為 4V110-06 DC24,它的氣動(dòng)符號(hào)圖如圖 3.15工作原理：1是進(jìn)氣

26、管，2、4兩個(gè)是出 氣管，3、5兩個(gè)是排氣管。當(dāng)線圈通電時(shí)，閥工作在右閥位，進(jìn)氣由 1經(jīng)過閥從 2出去，管4的氣經(jīng)閥從5排出；當(dāng)線圈掉電時(shí)，閥在彈簧的彈力作用下，閥工 作在左閥位。 圖3.15 二位五通單電控制閥 5 .輔助元件 ①氣源調(diào)節(jié)裝置 氣源調(diào)節(jié)裝置由過濾器、減壓閥和油霧器三部分組成，簡(jiǎn)稱為三聯(lián)件，他連 接圖如圖3.16。過濾器用于從壓縮空氣中進(jìn)一步除去水分和固體雜質(zhì)粒子等，減 壓閥用于將進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的壓力；油霧器可以把油滴噴射到壓縮空氣中，以 便對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行潤(rùn)滑。選擇亞德客品牌，型號(hào)為 AC2000 圖3.16 氣動(dòng)三聯(lián)件 ②單向節(jié)流閥 單向閥作用是只允許氣體

27、沿一個(gè)方向流到，反之則被截止。它的圖形符號(hào)如 圖3.17所示，節(jié)流閥利用閥芯與閥口之間的縫隙大小來控制流量， 縫隙越小節(jié)流 出過流面積越小，通過流量就越少；縫隙越大，通過的流量就越大。單向閥與節(jié) 流閥就組成了單向節(jié)流閥，它只適用于負(fù)載和溫度變化不大或速度穩(wěn)定性要求不 高的場(chǎng)合。選擇品牌為 SMC型號(hào)是AS1201F-M5-04 圖3.17 單向節(jié)流閥 13 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 2 出去，管 4 的氣經(jīng)閥從 5 排出；當(dāng)線圈掉電時(shí)，閥在彈簧的彈力作用下，閥工 作在左閥位。 圖 3.15 二位五通單電控

28、制閥 5. 輔助元件 ①氣源調(diào)節(jié)裝置 氣源調(diào)節(jié)裝置由過濾器、減壓閥和油霧器三部分組成，簡(jiǎn)稱為三聯(lián)件，他連 接圖如圖 3.16 。過濾器用于從壓縮空氣中進(jìn)一步除去水分和固體雜質(zhì)粒子等，減 壓閥用于將進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的壓力；油霧器可以把油滴噴射到壓縮空氣中，以 便對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行潤(rùn)滑。選擇亞德客品牌，型號(hào)為 AC2000 圖 3.16 氣動(dòng)三聯(lián)件 ②單向節(jié)流閥 單向閥作用是只允許氣體沿一個(gè)方向流到，反之則被截止。它的圖形符號(hào)如 圖 3.17 所示， 節(jié)流閥利用閥芯與閥口之間的縫隙大小來控制流量， 縫隙越小節(jié)流 出過流面積越小，通過流量就越少；縫隙越大，通過的流量就越大。單向閥與

29、節(jié) 流閥就組成了單向節(jié)流閥，它只適用于負(fù)載和溫度變化不大或速度穩(wěn)定性要求不 高的場(chǎng)合。選擇品牌為 SMC型號(hào)是AS1201F-M5-04 圖 3.17 單向節(jié)流閥 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 L 圖3.20 電感傳感器 ④電容傳感器，電容式傳感器是將被測(cè)量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成 電容量變化的一種傳感器。其圖形符號(hào)如圖 3.21所示。 圖3.21 電容傳感器 ⑤顏色傳感器，將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢

30、測(cè)顏 色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器 。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教 過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)， 輸出檢測(cè)結(jié)果 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 I/O 分配表 表4-1 I/O 分配表 在舁 廳P 地址 注釋 1 I0.0 啟動(dòng)按鈕 2 I0.1 急停按鈕 3 I0.2 停止按鈕 4 I0.3 頂料氣缸伸出到位 5 I0.4 頂料氣缸縮回到位 6 I0.5 擋料氣缸伸出到位 7 I0.6 檔料氣缸縮回到位 8 I0.7 氣缸一伸出到位 9 I1.0 氣缸一縮回到位 10

31、 I1.1 氣缸二伸出到位 11 I1.2 氣缸二縮回到位 12 I1.3 氣缸三伸出到位 13 I1.4 氣缸三縮回到位 14 I1.5 氣缸四伸出到位 15 I1.6 氣缸四縮回到位 16 I1.7 缺料傳感器 17 I2.0 下料傳感器  續(xù)表 18 I2.1 電感傳感器 19 I2.2 電容傳感器 20 I2.3 顏色傳感器 21 I2.4 備用傳感器 22 Q0.0 啟動(dòng)指示燈 23 Q0.1 停止指示燈 24 Q0.2 缺料指示燈 25 Q0.3 (YA1)頂料氣缸 26 Q0.

32、4 (YA2)擋料氣缸 27 Q0.5 (YA3)鐵物料) 28 Q0.6 (YA4)鋁物料 29 Q0.7 (YA5)黃色物料 30 Q1.0 (YA6)藍(lán)色物料 31 Q1.1 (KM1)變頻器上電 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4.2 接線圖 tm 停止一 都位的嶺惟 解鉆卵躺 挑氣螭目巡 氣的一沖憫管 %上一焉亞伯 鈾二觸維 鈾二剃林 軸三觸. 鉞三輛皿 10,1 00-0 10.? Q0.1 —0— 埠止指示 10,3 1 Q0-2 —X一 螂標(biāo) 10.4

33、 O Q0.3 — — — N :之 10.5 30.4 — ■■■■" — 指舟抬 10,6 10.7 0 (305 QOS — — — 氣缸- 鈾二 Q0.7 10.0 1M 1L + L - T」 鉆鄴憫擊—— 力騰里惟|/ 辯惟感*叵巨 卜群踹及 蟋傳踹區(qū)片 領(lǐng)域疆巨丘 露㈱瑞旦白 11.0 ］口 IL2 11.3 11.4 2M I：,1: 11.6 11.7 r.i 12.2 12.3 12,4 2M 2L+ Q1.0 Qli l_4 O C DJ m i：c 黜 24V

34、 圖4.1 PLC 硬件接線圖 4.3 軟件控制流程圖 結(jié)束 圖4.2 軟件控制流程圖 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.4 順序控制功能圖 Tsmo.1 saol MU S

35、0.4 Q01 QW 0Q5 I1J 25 112 IM IU 圖4.3 順序控制功能圖 4.5 PLC控制程序 I程序注釋 網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題 I開機(jī)進(jìn)入初蛤狀態(tài) SM0,1 S0,2 T Hn C 20 I0.2 SO.O —II- 」S ) 1 網(wǎng)絡(luò)2 I初始狀態(tài)號(hào)工朔臺(tái) 一 S0.0 SCR 網(wǎng)絡(luò)3 I選暮綠而啟動(dòng)條疏 iaio si2 ―I I OD 網(wǎng)絡(luò)4 |選擇黃燈，料筒面料 11.7 S0,3 ―I / I (SCRT) 網(wǎng)絡(luò)S 選擇紅燈，系統(tǒng)停止 S14 （SCRT）

36、 網(wǎng)絡(luò)6 初始狀態(tài)5口雄矛 ^scre） 阿弟7 so.激態(tài)開蛤 50 2 SCR 網(wǎng)絡(luò)8 I舞燈高起 SMO.O 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 12.4 S1 2 弓匚RT) 網(wǎng)絡(luò)27 I so.湫態(tài)結(jié)果 （5匚RE） 網(wǎng)緒28 回裾開始 S0.7 5CR 網(wǎng)絡(luò)29 I氣ai一伸出 一 SMO.O Q0.5 T I （） 網(wǎng)絡(luò)30 I選擇縮回氣缸—

37、一 10.7 111.0 S1,3 —| | 1 $ | （SCRT） 網(wǎng)絡(luò)31 E砥確束 一 (SCRE) C ) 網(wǎng)駱34 選擇縮回氣缸二 一 11,1 11.2 S1,3 —I I 1 / | 00 網(wǎng)絡(luò)35 S1.啾態(tài)結(jié)束 —(sure) 網(wǎng)絡(luò)38 選擇縮回氣缸三 11.3 11.4 S1.3 (scbt) 1.1狀態(tài)結(jié)束 ^scre) () 選擇箍回氣缸四 111.5 11.E S1.3 (SCRT) S1.激態(tài)轉(zhuǎn)束 0RE)

38、 網(wǎng)絡(luò)44 |01.園式態(tài)開始 S1 3 SCR- 網(wǎng)絡(luò)45 I刊1一到氣虹四縮回 SMOO Q0l5 T 1 < ：） 11 ij 11.4 11.& SO. 2 （SCHT） 物料自動(dòng)分揀裝置的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第五章系統(tǒng)總成本估算 5.1 系統(tǒng)使用的零部件 表5-1 零件名單表 序 號(hào) 名稱 牌子 型號(hào) 數(shù)量 單價(jià)/元 總價(jià)/

39、 元 1 光電傳感器 SICK CDD-11N NPN 3個(gè) 40 120 2 磁性傳感器 OMDHON GHG12-10A 12 12 144 3 電感傳感器 OMDHON PR18-8DN 1個(gè) 11 11 4 電容傳感器 QWM衛(wèi) CM18-3008NA 1個(gè) 83 83 5 顏色傳感器 1個(gè) 50 50 6 三相異步電動(dòng)機(jī) 上海賢特 Y-802-4 1臺(tái) 360 360 7 變頻器 西門子 MICROMASTER 440 1臺(tái) 1730 17

40、30 8 力開大 1個(gè) 30 30 上海德力 西 HD11F-100/38 9 熱繼電器 正泰 JRS1-09~25/Z 5.5-8A 1個(gè) 16 16 10 接觸器 正泰 CJX2-1801 110/220 1個(gè) 41 41 11 可編程序控制器 西門子 6ES7 216-2AD23-0XB8 1臺(tái) 1780 1780 12 雙作用氣缸 SMC CDJ2B16-75-B 6個(gè) 30 180 13 警示燈 LTA-205 1個(gè) 63 63  續(xù)表 14 二位五通電磁閥

41、 亞德客 4V110-06 DC24 6個(gè) 30 180 15 單1可節(jié)流閥 SMC AS1201F-M5-04 6個(gè) 17 102 16 氣動(dòng)三聯(lián)件 亞德客 AC2000 1個(gè) 26 26 17 電位器 上海天逸 LA42DWQ-22 10K 1個(gè) 32 32 5.2 系統(tǒng)總開支 根據(jù)上面的表 5-1可以計(jì)算出系統(tǒng)的總開支為 4948元 33 第六章畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè) 計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的 單純總結(jié)，但是通過這次做

42、畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅 是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè) 設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是 覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我 才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)， 努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不 知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。止匕外，還得出一個(gè)結(jié)論： 知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值 ！有些東西以為學(xué)會(huì)了， 但真正到用的時(shí)候才發(fā) 現(xiàn)是兩回事

43、，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師陸老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在 設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教 等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè) 設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力 的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手 使能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè) 設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲 和財(cái)富，使我終身受益。 參考文獻(xiàn) 1 .呂景泉.自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試。北京：中國(guó)鐵道出版社， 2009 2 .王兆義等.變頻器應(yīng)用一一專業(yè)技能入門與精通。北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010 3 .孫承志等.西門子S7-200/300/400PLC 基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2009 4 .孫承志等.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程。北京：中國(guó)電力出 版社，2009 5 .王守城等。液壓元件及選用。北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2007