1、1毕业设计开题报告电气工程与自动化基于PLC的物料传送分拣控制系统的实现一、选题的背景与意义随着社会的不断发展,市场的竞争也越来越激烈,因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术,提高生产效率,尤其在需要进行材料分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,致使生产效率低,生产成本高,企业的竞争能力差,材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。利用计算机技术对生产线上的分拣设备进行智能化控制是一种既能节约成本现今社会科技发展迅速，各个行业不断创新突破。随着人们生活的需要，PLC的应用已经渗透到了国民经济的各个领域，对人们的生产生活起到了不可取代的巨大作用，同时带动传统控制检测日新月益更新。了解并应用PLC知
2、识是一项可用性极强并意义深远的事本系统是利用可编程控制器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,广泛应用于生活的各个场所。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求
3、；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。目前，公认的现场总线技术概念描述如下现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的
4、一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，“生产过程“包括断续生产过程和连续生产过程两类。2或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。（1）现场总线技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替420MA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、420MA/24VDC信号，信息量有
5、限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的“信息孤岛“，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题主要内容1查找文献数据，了解柔性自动化生产线中工业对象的物料传送分拣系统控制策略，了解PLCS7200及S7300的编程，并了解PPROFIBUS现场总线原理及网络实现的编
6、程；2用STEP7及WINCC编制物料传送分拣系统检测控制程序；3完成系统的调试；4对控制策略进行分析评价。拟解决的主要问题1基于PLC的变频控制器的控制的方式。2传感器的类型选择及其功能和安装实现。3执行部件的运动精度的问题。4执行系统气压驱动原理5STEP7及WINCC编制传送带传送及传感器的检测控制程序；6PPROFIBUS现场总线在网络通讯的实现7人机界面的建立；8完成系统的调试3三、研究的方法与技术路线1柔性自动化生产线中传送带的控制策略由直线皮带输送线、分拣料槽、旋转气缸、变频器、三相交流减速电机、光电传感器、光纤传感器、颜色传感器、电磁阀、开关电源、按钮、I/O接口板、通讯接口板
7、、电气网孔板等组成，主要完成将材料颜色不合格的工件分拣出来，同时将合格产品传送至下一站。直线皮带输送线主要完成将物料输送到相应的位置分拣料槽完成将材料颜色不合格的工件分拣出来旋转气缸将物料导入料槽，由单向电控气阀控制。变频器控制交流电机，实现变频调速。三相交流减速电机驱动传送带转动，由变频器控制。光电传感器当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。光电传感器检测上一单元的物料。光纤传感器物料经过时检测物料的颜色。颜色传感器物料经过时检测物料的颜色。工作的基本流程如下工件分拣驱动电动机传送工件推料气缸驱动电磁阀驱动变频器光电传感器可编程序控制器PLC颜色（RGB）传感器工作的具体流程4Y机械手向右
8、动作搬运工件黑色或白色工件推料气缸动作废料台结束红色工件起始物料到位NYNY系统复位开始系统复位终点物料到位NY2柔性自动化生产线中网络控制策略柔性自动化生产线采用了现场总线控制方式，配有主控PLC（西门子S7300）、工业触摸屏（MT4500C）、MCGS工业组态监控软件、MES生产制造管理软件等，系统可以通过主站PLC完整、精确地实现各个模块的功能。PLC与PC机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化FA系统发展的需要。各可编程序控制器或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制，然后用网
9、络连接起来，构成集中管理的分布式网络系统。西门子的S7系列可编程序控制器有的配备有集成的PROFIBUSDP接口，也可以通过接口模块或通信处理器连接到PROFIBUSDP，用于可编程序控制器与现场级分散的远程I/O设备之间的快速数据交换通信。本设计研究单主站（S7300）与一个或多个从站（S7200）相连，STEP7MICRO/WINV40每次和一个S7200CPU通信,但是它可以访问网络上的所有CPU。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，通过MT4500C触摸屏，用5户可以在屏幕上自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。现场总线工作流程图定义数据
10、变量DP主站PLC（S7300）触摸屏（MT4500C）DP从站PLC（S7200）停止按钮联机按钮手动按钮调试按钮复位按钮开始按钮上电按钮停止按钮联机按钮手动按钮调试按钮复位按钮开始按钮上电按钮3柔性自动化生产线中传送带传送过程的控制程序解决方法（1）MCGS组态软件的使用MCGSMONITORANDCONTROLGENERATEDSYSTEM是一套基于WINDOWS平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等
11、功能。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。MCGS组态软件的运行环境6组态软件核心实时数据库实时数据库构建动画流程控制报警组态设计报表连接设备动画显示现场控制报警输出报表打印设备输出多线程多任务组态环境运行环境MCGS组态软件的系统结构组成MCGS工控组态软件主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略菜单设计设置工程属性设定存盘属性添加设备工程连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程实用功能构件（2）STEP7编程软件的使用STEP7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WIN
12、AC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。STEP7具有以下功能硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP7设计一个项目的基本步骤7创建一个项目组态硬件编写程序编写程序组态硬件下载并进行调试设计自动化任务解决方案四、研究的总体安排与进度201011301230查找文献资料，了解柔性自动化加工对象，完成开题报告的撰写,并开题。201111130熟悉STEP7及WINCC的编程语言，完成物料传送分拣系统的编写。201121330进行系统软硬件的调试。201141430对结果进行分析评价，撰写毕业论文,并进行
13、答辩。五、主要参考文献1王凤明PLC用于蒸发器的液位控制J自动化仪表，1996（7）P422于殿勇，刘兴义基于PLC与触摸屏控制的搬运机械手的应用J制造业自动化20098P1211273文方，房弛，陈芳基于PLC的机械手控制设计J机床电器,2009（3）P37394黄伟，胡青龙机械手PLC控制系统的设计J机电工程技术,2008（11）P91955李全利PLC运动控制技术应用设计与实践M北京机械工业出版社，2009P1031046崔维群，孙启S7300/400可编程控制器原理与应用M北京北京航空航天大学出版社，2008P4224258ATEFAATA,AHMADRAFEEK,HANANIYUSO
14、FSENSORYBASEDCOLOURSORTINGAUTOMATEDROBOTICCELLJOURNALOFINTELLIGENTANDROBOTICSYSTEMS200543P8991109MATTONE,R,CAMPAGINORNI,G,ANDGALATI,FSORTINGOFITEMSONAMOVINGCONVEYORBELTPART1ATECHNIQUEFORDETECTINGANDCLASSIFYINGOBJECTS,ROBOTICSCOMPUTERINTEGRATEDMANUFACTURING162000,738010MATTONE,R,DIVONA,M,ANDWOLF,ASOR
15、TINGOFITEMSONAMOVINGCONVEYORBELTPART2APERFORMANCEEVALUATIONANDPICKANDPLACEOPERATIONS,ROBOTICSCOMPUTERINTEGRATEDMANUFACTURING162000,81909毕业设计文献综述电气工程与自动化基于PLC的物料传送分拣控制系统的实现摘要随着社会的不断发展,市场的竞争也越来越激烈,因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术,提高生产效率,尤其在需要进行材料分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,致使生产效率低,生产成本高,企业的竞争能力差,材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。利用计算机技术
16、对生产线上的分拣设备进行智能化控制是一种既能节约成本现今社会科技发展迅速，各个行业不断创新突破。随着人们生活的需要，PLC的应用已经渗透到了国民经济的各个领域，对人们的生产生活起到了不可取代的巨大作用，同时带动传统控制检测日新月益更新。了解并应用PLC知识是一项可用性极强并意义深远的事本系统是利用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,广泛应用于生活的各个场所。关键词PLC运动控制模块自动化继电器接触器在开题前期我主要阅读了几篇与课题相关的
17、文献资料，主要是近十年来的硕士生毕业论文，以及诸如自动化与仪器仪表这一类的学术期刊与学报，以及外国期刊的相关外文文献，还有网上的一些电子图书馆资料。20世纪60年代以前，用于对工业进行自动控制的装置是继电器接触器控制系统。这种系统存在一些缺陷，例如系统的能耗较高；工艺流程的更新需要大量的人力、物力；因为系统是通过各种硬件接线的逻辑控制来实现系统的运行，所以导致机械触电较多，系统运行的可靠性较差等。PLC发展至今经历了3个主要阶段第一阶段，到了20世纪60年代以后，美国汽车制造业为适应市场需求不断更新汽车型号，要求及时改变相应的加工生产线。而汽车生产流水线基本上都是采用传统的继电器接触器控制，所
18、以整个系统就必须重新设计和配置。汽车10生产流水线的更换越来越频繁，原有的继电器接触器控制系统就经常需要重新设计安装，这不但造成极大的浪费，而且新系统的接线也非常费时，从而延长了汽车的设计生产周期。这种情况下，采用传统的继电器接触器就显出许多不足。第二阶段，1973年，PLC具有了通信能力，PLC之间可以进行相互对话，使得它们可以远离工业控制现场。PLC之间也可以发送和接受各种电平，从而进入模拟控制的世界。但由于缺乏统一的标准，使得协议和物理网络均无法兼容，在某种程度上影响了PLC的通信联网能力。到了20世纪80年代末期，随着工业电器自动化程度的不断提高，在开发研制PLC单机功能的同时，还着重
19、加强了软件技术的开发，提高PLC的联网和通信功能，并且许多公司还加强了特殊功能模块的研制。第三阶段，20世纪90年代以来，由于大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，同时为了适应计算机集成制造系统CIMS和现代网络技术，PLC由当CPU转向多CPU，16位和32位微处理器被大量应用于PLC中，使其运算速度、通信联网、图像显示、和数据处理功能都大大增强。同时随着通信联网技术的发展，新通信协议不断产生。最新的标准（IEC11313）已经尽量将PLC编程语言融合为一个国际标准。现在，我们可以同时使用功能模块图，语句表、梯形图和结构化文本等对PLC进行编程。在现代工业控制系统中，PLC已经真正
20、成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和联网通信等功能的多功能控制器123。根据PLC的特点，可以将其应用形式归纳为以下几种类型（1）开关量逻辑控制PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器接触器的控制。（2）模拟量控制PLC中配置有A/D和D/A转换模块，现场的温度、压力、流量、速度等这些模拟量经过A/D模块转换变为数字量，传送到PLC中，经PLC中的微处理器进行处理后，经D/A转换后，变为模拟量去控制被控对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。11（3）过程控制现代大中型的PLC一般都配备了PID控制模块
21、，可以进行闭环过程控制。当控制过程中某一个变量出现偏差时，PLC能按照PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量保持在整定值上。目前，许多小型PLC也具有PID功能。（4）定时和计数控制PLC具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供几十甚至上百个、上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户在编写用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器进行设定，实现定时和计数的控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数模块。（5）顺序控制在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或用移位寄存器编程来实现顺序控制。（6）数据处理现代的PLC不仅对进行算术运算、数据传送
22、、排序、查表等，而且还能进行数据比较、数据转换、数据通信、数据显示和打印等，它具有很强的数据处理能力。（7）通信和联网现代的PLC一般都有通信功能，它可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信功能，这样用PLC可以方便地进行分布式控制。4总的说来，PLC技术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要是由于它具有许多独特的优点。PLC是传统的继电器技术和现代的计算机技术相结合的产物。而在工业控制方面，PLC还有继电器控制或计算机控制所无法比拟的优点。它具有可靠性好，抗干扰能力强，应用灵活，编程方便，功能完善，适用性强，易于安装、调试、维修，体积小，重量轻，
23、能耗低的诸多优点。PLC自20世纪70年代后期进入中国以来，应用增长十分迅速。最初PLC进入中国时是从成套设备引进应用，由于PLC价格昂贵，引进的PLC主要用于冶金、电力、自动化生产线等大型设备和系统。在引进国外PLC产品的过程中，我国也组织了相关单位消化、吸收PLC的关键技术，试图对PLC进行国产化。目前国产PLC厂商众多，主要集中于台湾、北京、浙江、江苏、深圳。各个厂商规模也不12一样，北京和利时和浙大中控都是在DCS系统具有优势之后，再渗透PLC市场，和利时已于2000年开始推广PLC，现在在国内已经有了一定的知名度，浙大中控从最近两年开始推广PLC。但是无论是从规模还是产品系列上都无法
24、与国际大厂商相抗衡，而且国产PLC生产厂商生产的PLC主要集中于中小型PLC（大部分为小型），其中生产中型PLC的厂商主要有盟立、南大傲拓等，深圳欧辰和亿维都是做西门子PLC的配套IO模块，黄石科威生产嵌入式PLC。真正自主研发生产的企业只是其中的一部分，国产厂商比大陆厂商做得好，其中大陆厂商中PLC销售额达到两三千万都是比较好的。为满足各种自动化控制系统的要求，各生产厂家近年来不断推陈出新，开发出各种功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。1开放和基于工业PC控制PLC制造商已经开始重视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。在高端应用方面，将很难进一步区
25、分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。2进一步加强网络通信功能当前，在所有过程控制领域中最大的发展趋势之一就是ETHERNET技术的扩展。PLC也不例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供ETHERNET接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小、快、灵PLC更加强大的PLC是种趋势。3更强大的软件工具工业用户只需要关心其性能和价格方面的内容即可。当前，越来越多的PLC用户希望能够寻找到更多的软件工具和集成工具，以便能够进一步提高PLC硬件的性能。4向高速度、大容量、低成本、多功能方向发展工业生产规模越来越大、越来越复杂、
26、追求高速度、大容量、低成本、多功能是任何一种智能控制装置永恒的目标。更高的响应速度、更大的存储容量、更低的成本以及更多的功能将是PLC发展不变的主题。56主要参考文献1杨后川，张学民，陈勇SIMATICS7200可编程控制器原理与应用M北京13北京航空航天大学出版社，2008P132李全利PLC运动控制技术应用设计与实践M北京机械工业出版社，2009P13，1031043高正中，张仁彦，隋涛西门子S7200CNPLC编程技术及工程应用M北京电子工业出版社，2010P124漆汉宏PLC电气控制技术M北京机械工业出版社，2006P93955李全利PLC运动控制技术应用设计与实践M北京机械工业出版社
27、，2009P1031046张国德，李红PLC原理及应用M北京机械工业出版社，2010P5814本科毕业设计（20届）基于PLC的物料传送分拣系统的实现15摘要【摘要】随着社会的不断发展,市场的竞争也越来越激烈,因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术,提高生产效率,尤其在需要进行材料分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,致使生产效率低,生产成本高,企业的竞争能力差,材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。利用计算机技术对生产线上的分拣设备进行智能化控制是一种既能节约成本又能提高生产效率的方法。PLC的应用已经渗透到了国民经济的各个领域，对人们的生产生活起到了不可取代的巨大作用，同时带动传统控制检
28、测日新月异更新。【关键词】可编程控制器PLC；物料分拣；气动控制；传送带16ABSTRACT【ABSTRACT】WITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFSOCIETY,MARKETCOMPETITIONISBECOMINGMOREANDMOREINTENSE,SOEACHPRODUCTIONENTERPRISEAREURGENTLYNEEDEDTOIMPROVEPRODUCTIONTECHNOLOGY,IMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCY,ESPECIALLYINTHEENTERPRISESNEEDINGMATERIALSORTINGINTHEPAS
29、T,ENTERPRISESALWAYSADOPTSTHEARTIFICIALLYSORTING,THUSMAKINGTHEPRODUCTIONEFFICIENCYLOWANDTHEPRODUCTIONCOSTHIGH,THECOMPETITIVEABILITYOFTHEENTERPRISEISPOOR,THEMATERIALSAUTOMATICALLYSORTINGHASBECOMETHEONLYCHOICEUSINGTHECOMPUTERTECHNOLOGYTOWARDSTHESORTINGEQUIPMENTONTHEASSEMBLYLINETOMAKETHEINTELLIGENTCONTR
30、OLISAMETHODWHICHNOTONLYCANSAVETHEPRODUCTIONCOSTBUTALSOIMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCYPLCAPPLICATIONHASBEENPENETRATEDEVERYFIELDOFNATIONALECONOMYANDPLAYSAGREATANDIRREPLACEABLEROLEINPEOPLESPRODUCTIONLIFE,MEANWHILEITCAUSESTHETRADITIONALCONTROLANDDETECTIONRAPIDLYUPDATED【KEYWORDS】PROGRAMMABLELOGICCONTROLLE
31、RPLC；MATERIALSORTING；PNEUMATICCONTROL；CONVEYORBELT17目录1绪言111研究目的及意义112柔性自动化生产线的发展与意义113主要研究的内容214解决的主要问题32柔性自动化生产线系统421系统概述422系统特点423技术指标524系统配置525控制技术6251控制按钮6252网络控制简介626工作过程727传送分拣单元7271主要组成与功能7272主要技术指标8273工作过程9274操作过程93PLC控制系统1031PLC概述10311PLC的结构组成10312PLC的工作原理11313PLC的特点1332PLC控制系统程序设计的步骤1333控
32、制系统PLC的选型14331系统的硬件结构14332确定I/O点数14333PLC的选择15334PLC软件设计1534S7200系列简介17341适用范围17342本系列的特点18343CPU224XP型特点1835S7300系列简介194基于西门子PLC的网络通信2041西门子PLC通讯协议2042西门子PLC通讯硬件2143PROFIBUS现场总线21431现场总线简介2118432现场总线特点和分类22433PROFIBUS分类22434PROFIBUSDP网络组成2244网络控制245分拣传送系统的检测2751位置检测装置2752视觉传感器27521光电传感器27522色标传感器28
33、523光纤传感器29524传感器选择29525传感器安装及其梯形图与检测结果296分拣传送系统的执行部件3161驱动系统的分析与选择31611液压驱动31612电气驱动31613气压驱动31614三种控制方式的比较3162电气驱动模块32621变频器简介32622MM420变频器3463气动驱动模块387人机界面4371MT4500T介绍4372MT4500T接口4573组态工程46731新建工程46732选择触摸屏和PLC的型号46733修改HMI的属性46734组态编辑46735编译与下载478系统软件与系统监测、调试4981STEP7MICROWIN软件介绍49811创建工程步骤4981
34、2S7200系列PLC数据存储区元件功能5282STEP7编程软件的介绍52821软件使用53822通信组态5583S7300监测与调试5784S7200监测与调试589结束语63参考文献64致谢65附录6601绪言11研究目的及意义随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个企业都迫切地需要改进技术，提高效率，尤其在需要进行分拣及缓冲、传送的单位，以往一直采用人工分拣的方法，效率低成本高。当今，将PLC技术应用到物料传送分拣系统中用以提高生产效率降低生产成本是一个很好的途径。传送带是一种连续、快速、高效的物料传输设备，也是物料传送分拣系统中经常需要用到的传送分拣工具。它可以搬运货物、
35、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于煤炭、电力、建材、化工、机械、轻工业等行业的物料传送系统。可编程控制器PLC是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料传送分拣控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。PLC不但能代替继电器控制简单的开、关顺序，而且能够控制模拟量,还具有通讯及联网功能，可形成分布式控制系统，监测其他的控制器；并能与上位机进行通讯联系
36、，收集生产中的数据，向各主管部门传送重要信息11。为适应工业化需要，本课题试图开发PLC对物料传送分拣系统的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动化生产线中。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于物料颜色分拣需求的改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与
37、软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计17。12柔性自动化生产线的发展与意义20世纪60年代以前，刚性自动化系统或生产线在大批大量生产中发挥了很大的作用。然而，面对日益增长的用户需求多样化、个性化的市场，这种刚性系统越来越不适应市场1竞争的要求。柔性制造系统以其优越的性能很受人们青睐，逐渐进入制造领域，占据一席之地。柔性生产线是保证企业生产适应市场需要而变化的有效手段。近年来,柔性生产线在西欧美国、日本受到普遍重视，发展很快。采用这种生产线，可使劳动生产率大幅度提高，生产成本下降，产品质量更有保证。柔性自动化技术以先进的制造技术和组织方式为基础，通过制造系统自身的柔性、可观测
38、性和优化控制，具有以下几方面重要的意义11提高生产率采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以提高；2缩短生产周期如图所示，采用自动化技术后可以有效缩短零件985的无效时间，从而有效缩短了生产周期；3提高产品质量由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的；4提高经济效益采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等；5降低劳动强度让机器去完成绝大部分笨重、艰苦、烦人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的劳动强度；6有利于产品更新采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新；7提高劳动
39、者的素质制造自动化技术要求操作者具有较高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提高了劳动者的素质，特别是采用小组化工作方式对人的素质要求更高；8带动相关技术的发展可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展；9体现一个国家的科技水平如自1870年以来，制造自动化技术和设备基本上都首先出现在美国，这与美国高度发达的科技水平密切相关。13主要研究的内容随着物料传送分拣控制技术的飞速发展和PLC应用的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究物料传送分拣系统有以下几个方面的内容21查找文献数据，了
40、解柔性自动化生产线中工业对象的物料传送分拣系统控制策略，了解PLCS7200及S7300的编程，并了解PROFIBUS现场总线原理及网络实现的编程；2用STEP7及WINCC编制物料传送分拣系统检测控制程序；3完成系统的调试；4对控制策略进行分析评价。14解决的主要问题在本系统的设计与控制中需要解决以下几个方面的问题1基于PLC的变频控制器的控制的方式；2传感器的类型选择及其功能和安装实现；3执行部件的运动精度的问题；4执行系统气压驱动原理；5PPROFIBUS现场总线在网络通讯的实现；6人机界面的建立。32柔性自动化生产线系统21系统概述模块式柔性自动化生产线是一种最为典型的机电一体化、自动
41、化类系统，该系统由8个单元组成。分别为上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元和分类单元，控制系统可以选用西门子，三菱或欧姆龙的PLC进行控制，具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，在基本单元模块调试完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至八站连在一起，进行复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。该系统包含了机电一体化专业中的气动、电机驱动与控制、PLC、传感器等多种控制技术。图21模块式柔性自动化生产线22系统特点系统将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，可以完
42、成各类单项技能训练和综合性项目训练。可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统安装与调试于一体。4系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展。西门子PLC采用西门子PROFIBUSDP网络通信，使各站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换，配有104英寸，256色的工业彩色触摸屏，实现工业控制。23技术指标（1）输入电源单相三线AC220V1050HZ；（2）工作环境温度1040相对湿度85（25）海拔4000
43、M；（3）装置容量15KVA；（4）外形尺寸380CM170CM140CM；（5）安全保护具有漏电压、漏电流保护，安全符合国家标准。24系统配置该系统由型材桌、上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元、分类单元、通信接口板、电气网孔板、按钮控制板、I/O接口板、各种传感器、警示灯、各类电磁阀和气缸等组成，完成工件上料、搬运、加工、分拣、输送、装配、分类等功能。系统配置表如表21所示。表21系统配置表序号名称规格数量单位备注1工作台470MM860MM9张2上料检测单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套3搬运
44、单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套4加工与检测单元CPU224DC/DC/晶体管EM223（22路数字量输入/18路晶体管输出）1套5搬运分拣单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套6变频传送单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输1套5出）7安装单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套8安装搬运单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套9分类单元CPU224DC/DC/晶体管（14路数字量输入/10路晶体管型输出）1套
45、10主控单元CPU313C2DP（16路数字量输入/16路晶体管输出）1套11通信模块EM2778只12变频器模块西门子MM420功率037KW1台西门子13触摸屏模块104英寸TFT真彩，65K色1套25控制技术该柔性自动化生产线系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系统可拆分开来进行设计，也可将各站联在一起集成为系统后，能形成一个复杂和大型控制系统，该系统可用不同厂商所提供的控制器（如西门子）进行控制。251控制按钮各站都可通过一块控制面板来控制PLC使各站按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义如表22所示。表22开关的控制功能序
46、号项目说明序号项目说明1带灯按钮，绿色开始5两位旋钮，黑色单站/联网2带灯按钮，黄色复位6按钮，红色停止3按钮，黄色调试按钮7带灯按钮，绿色上电4两位旋钮，黑色手动/自动8急停按钮，红色急停252网络控制简介该系统的西门子控制器采用PROFIBUSDP通信实现八个单元与主站之间的网络控制方案，通过S7300主机采集并处理各站的相应信息，完成八个单元间的联动控制。将DP联线首端出线的网络联接器接到300主机的DP口上，其它网络联接器依次接到八个单元的6EM277模块DP口上，将联线末端网络联接器上的终端电阻开关打到“ON”位置，其它网络联接器上的终端电阻开关全部打到“OFF”位置。PROFIBU
47、SDP为保证系统中各站能联网运行，必须将各站的PLC连接在一起使独立的各站间能交换信息。而且加工过程中所产生的数据，如工件颜色装配信息等，也需要向下站传送，以保证工作正确（如分类正确、安装正确等）。26工作过程下图给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程上料检测单元将大工件按顺序排好后提升送出；搬运站将大工件从上料检测单元搬至加工站；加工站将大工件加工后送出工位；分拣站将加工过的正常的工件搬运到传送站，如果是废料，分拣机械手将工件搬运到废料处理机构；传输站将正常的大工件送至尾端，将废料分拣到废料槽里；安装搬运站将大工件从传输站搬至安装工位放下。安装站再将对应的小工件装入大工件中。而后，安装
48、搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。运行策略安装站搬运站安装搬运站加工站分拣站传送站分类站上料检测站图22系统的组成27传送分拣单元271主要组成与功能由直线皮带输送线、分拣料槽、旋转气缸、变频器、三相交流减速电机、光电传感器、光纤传感器、颜色传感器、电磁阀、开关电源、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板等组成，主要完成将材料颜色不合格的工件分拣出来，同时将合格产品传送至下一站。7分拣单元的组成如图23所示。1直线皮带输送线主要完成将物料输送到相应的位置2分拣料槽完成将材料颜色不合格的工件分拣出来3旋转气缸将物料导入料槽，由单向电控气阀控制。4变频器控制交流电机
49、，实现变频调速。5三相交流减速电机驱动传送带转动，由变频器控制。6光电传感器当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“”、蓝色接“”、黑色接输出）。7光电传感器检测上一单元的物料。8光纤传感器物料经过时检测物料的颜色。9颜色传感器物料经过时检测物料的颜色。图23传送分拣单元组成272主要技术指标1控制电源直流24V/45A传感器传输电机I/O接口按钮控制板主机模块走线槽电气网孔板调压过滤器电磁阀实训桌电源总开关万向轮变频器传输线82PLC控制器西门子3变频器MM420功率037KW4三相交流减速电机41K25GNS3/4GN10K5电磁阀4V110066调速阀出气节流式7磁性开关DA93L8气缸MSQB10R9光电传感器SB031K10光纤传感器E3XNA11E32DC20011色标传感器KT3WN1116273工作过程到料检测传感器检测到搬运分拣站搬运到位后，皮带传动动作输送工件，同时在工件输送过程中，颜色传感器对工件颜色进行检测，检测为红色工件气缸动作将其推入料槽中；工件为黑色或白色时，皮带输送工件到到料终点区，同时光电传感器检测到位信号，皮带输送装置停止，等待下一单元搬运。274操作过程系统上电
