材料分拣PLC优秀课程设计.docx

河南机电高等专科学校

课程设计汇报书

课程名称： 《PLC技术和工程应用》
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：

06月20日
目 录
目 录 II
1、 引言 1
2、系统总体方案设计 1
2.1材料分拣系统硬件配置及组成原理 1
2.1.1 输出驱动单元 1
2.1.2 输入检测单元 1
2.1.3 输入输出接口电路介绍 2
2.1.4 输入接口电路板 3
2.1.5 驱动电路板和输出接口电路板 4
2.2 相关材料分拣I/O系统变量定义及分配表 6
2.3 系统接线图设计 6
3、 控制系统设计 8
3.2 控制程序总步骤图 9
3.3 控制程序设计思绪 9
4、上位监控系统设计 10
5、 程序调试 10
5.1 调试设备 10
6、心得体会 12
附录1 参考文件 13
附录2 程序清单 13

1、 引言

PLC控制是现在工业上最常见自动化控制方法，因为其控制方便，能够承受恶劣环境，所以，在工业上优于单片机控制。PLC将传统继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,含有功效强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便和体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,所以在工业上应用越来越广泛。
材料分拣装置是自动化生产过程中一个常见功效单元，它根据形状、规格、材质、颜色等标准将产品进行分类，实现不一样类别产品自动分拣。传感器技术是材料分拣装置关键技术。
本文关键讲述PLC在材料分拣系统中应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品自动分拣。 系统含有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制特点,可依据不一样对象,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
该设备传送皮带由一台单向交流异步电机驱动，因为电机功率较小，控制其主回路通断接触器由一个继电器替换。模拟产品出仓、铁磁性材料和黄色塑料产品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。
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。
装置使用靠近开关用于检测铁磁性材料物料，用灵敏度可调光电开关分辨黄色和蓝色物料，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、一个靠近开关、两个光电开关)输入检测单元。

图1. 模拟材料分拣装置试验设备
2.1.3 输入输出接口电路介绍
材料分拣装置试验设备既是所谓控制对象，对于通常工业控制，其控制关键使用可编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路 (图2所表示) 目标是为处理分拣装置输出驱动单元、输入检测单元和PLC之间信号接口问题。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路板，右侧是输出接口电路板

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图3所表示，其功效是将设备上多种传感器信号转换为统一电平信号(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6根输入信号线。各信号线对应传感器或行程开关如表1所表示。
表1. 输入信号线和元器件对应关系表
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(图4所表示)由两块电路板组成：驱动电路板和输出接口电路板。它们功效是将PLC输出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，继电器吸合是否，能够控制对应电动机启停。右图为输出接口电路板电气原理图，当PLC输出某路控制信号有效时，对应输出信号有效，从而能够使得对应继电器吸合。

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)
本装置有4个输出控制信号，对应输出接口电路板4根输出信号线。各输出信号线对应电动机关系如表2所表示。
表2. 输出信号线和电动机对应关系表
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

2.2 相关材料分拣I/O系统变量定义及分配表

表3材料分拣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
I0.5
检测铁磁物料
开启
I0.6
料仓推料电机开启
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
传送带电机开启
Q0.0
开启传送带
料仓推料电机开启
Q0.1
开启料仓推料电机
铁磁物料分拣电机开启
Q0.2
开启铁磁物料分拣电机
黄色物料分拣电机开启
Q0.3
开启黄色物料分拣电机
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

图6、机械手控制系统接线图
3、 控制系统设计
3.1 控制程序总步骤图

图7、材料分拣程序总步骤图
3.2 控制程序设计思绪
设置单步/连续切换开关
在单步模式下
按下开启按钮料仓推料电机开启，推出一个物料传送带电机开启分拣物料分拣完成后，传送带停止运行
在连续模式下
按下开启按钮料仓推料电机开启，推出一个物料传送带电机开启分拣物料此次分拣完成后，料仓推料电机再次开启，推出下一个物料继续分拣物料
连续模式下，以下两个条件发生能够使系统停止工作：
i) 按下停止按钮，待此次分拣工作结束后，传送带停止运行；
ii) 料仓无物料信号发生，系统等候10s时间，若10s时间内无物料信号连续存在，则传送带停止运行。
3.3 创新设计内容
1、提升要求
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和各类材质被分拣物料个数，存放于PLCV型数据区，以备组态监控使用，也可用状态表监视其状态改变。

2、 利用上位机组态软件组态监控画面，或利用触摸屏组态监控画面，监控分拣装置生产过程。

4、上位监控系统设计

本试验所采取上位监控系统是基于计算机上STEP 7Micro WIN软件，而进行对程序和设备系统内部监控，关键过程以下：
1. 熟悉STEP 7Micro WIN软件编程环境、编程方法和用STEP 7Micro WIN软件编写上位机监控系统程序。
2. 依据课目设计要求，编写程序。
3. 对系统进行调试和I/O地址分配、标释。
4. 运行机械手设备，打开上位机上监控系统，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. 对设备工作中不足进行修改，重新进行观察

5、 程序调试

5.1 调试设备

首先在电脑STEP-7-Micro /WIN编程软件中将编辑梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指犯错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次根据设计要求接好线，确定无误后按下开启按钮。开启后发觉程序并不能根据试验要求步骤进行运行，甚至没有可运行迹象，这么起初设计单步程序和连续运行程序就失败了，也就不符合设计中要求动作依次有序进行操作要求，所以务必需对其进行修正。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情况下，首先我们对设备进行了检测，发觉不存在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前步骤来完成整个过程以确定首次接线过程是否有误，结果发觉和以前运行结果一样。这么方案一就以失败而告终。
方案二：经过老师指点我才明白是最初程序均是单独互不连接，未经子程序进行调用，所以就更不用提程序能连续运行了。于是我这次选择了利用次序功效图进行编程，摒弃了之前途序，经过对程序一改再改以后，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结果。于是就再去请教指导老师，经过一番指导最终小有结果，能够使机械手进行预定步骤动作演示，所以此方案成功了。
6、心得体会
本材料分拣PLC课程设计历时2周，使我们对项目设计过程有深入了解，对自动化产品相关控制知识有了深刻认识。
经过此次课程设计，首先让我们认识到自己很多不足，书本上理论知识和实际应用相差甚远；其次又积累了很多经验，经过和同学们探讨交流，吸收她人好方法和思绪，增强对复杂问题处理能力。探索出一套处理综合问题方法，为自己以后工作和学习打下坚实基础。
本设计是在杨晓老师细心指导下完成。老师为设计课题完成提出了很多指导性意见，和为课程设计撰写、修改提供了具体问题处理措施和帮助。杨晓老师以学生为本、认真负责工作态度，敏锐深邃学术洞察力，给我们留下了深刻印象，使我们受益颇多。在此次PLC课程教学中，特向我敬爱老师致以最高尚敬礼和深深感谢！

附录1 参考文件
[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，.
[2] 西门子企业. SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册..6
[3] 姚永刚。电机和控制技术.北京：中国铁道出版社.
[4] 河南机电高等专科学校图书馆。

附录2 程序清单