基于PLC的分拣站控制系统设计.doc
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1、高等教育自学考试毕业设计 课题名称:基于PLC的分拣站控制系统设计 设计学生姓名: 贺轩 指导教师: 陈光伟 专业: 机电一体化技术 基于PLC的分拣站控制系统设计摘 要自动生产线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人机接口技术等。通过一些辅助装置按工艺顺序将机械加工装置连成一体,并控制液压、气动和电气系统将各个部分动作联系起来,完毕预定的生产加工任务。 可编程控制器(PLC)以其搞抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简朴而广泛地应用在现代化的自动生产设备中,担负着生产线的大脑未解决单元的角色。YL-335B采用模块组合式的结构,各工作单元式现对独立的模块,并采用了标
2、准模块和抽屉式模块放置架。生产线的传感检测、传输与解决、控制、执行与驱动等机构在微解决单元的控制下协调有序地工作,有机地融合在一起。关键字:PLC 传感检测 控制Sorting station PLC control system designAbstractAutomatic production line of integrated application of mechanical technology, control technology, sensor technology, drive technology, network technology, human-machine i
3、nterface technology. Through some auxiliary device in the processing sequence will mechanical processing device are connected into integration and control, hydraulic, pneumatic and electrical system each part moves together, is scheduled to complete the production task.Programmable controller (PLC)
4、with its engaging anti-interference ability, high reliability, high performance price ratio and the programming simple and widely used in modern automatic production equipment, loading production line of the brain - not processing unit character.YL-335B adopts modular structure, each work unit are i
5、ndependent modules, and the use of standard module and a drawer type module rack. Production line sensing, transmission and processing, control, execution and driving mechanism in micro processing unit under the control of coordinated and orderly work, organically fuses in together.Keywords: PLC sen
6、sing control目 录摘 要2目 录4前 言6第一章 绪论71.1 引言71.2分拣单元的结构和工作过程7第二章 相关知识点112.1 旋转编码器概述112.2 西门子 MM420 变频器简介142.2.1 MM420 变频器的安装和接线142.2.2 MM420 变频器的 BOP操作面板172.2.3 MM420 变频器的参数182.2.4 MM420变频器的参数访问202.2.5 常用参数设立举例22第三章 分拣单元的 PLC控制及编程273.1 工作任务273.2 PLC 的 I/O 接线273.3 分拣单元的编程要点303.3.1 高速计数器的编程303.3.2 程序结构35结
7、论38参考文献39致谢40前 言 现代化的自动生产设备(自动生产线)的最大特点是它的综合性和系统性,在这里,机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合,并综合应用到生产设备中;而系统性指的是,生产线的传感检测、传输与解决、控制、执行与驱动等机构在微解决单元的控制下协调有序地工作,有机地融合在一起。可编程序控制器(PLC)以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简朴而广泛地应用在现代化的自动生产设备中,担负着生产线的大脑微解决单元的角色。因此,培养掌握机电一体化技术,掌握PLC 技术及PLC 网络技术的技术人材是当务之急。YL
8、-335B 型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元,构成一个典型的自动生产线的机械平台,系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进(伺服)电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC 承担其控制任务,各PLC 之间通过RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此,YL-335B 综合应用了多种技术知识,如气动控制技术、机械技术(机械传动、机械连接等)、传感器应用技术、PLC 控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。第一章 绪论1.1 引言 在YL-335B型自动生产线分拣单元应用了多种类型的传感器,分别用于判断物体
9、的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术的关键技术之一,是现代工业实现高度自动化的前提之一。 分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。变频器技术是现代工业应用最为广泛的电气控制技术。1.2分拣单元的结构和工作过程 分拣单元是 YL-335B 中的最末单元,完毕对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测届时,即启动变频器,工件开始送入分拣区进行分拣。分拣单元重要结构组成为:传送和分拣机构,传动带驱动机构,变频器模块,电磁阀组,接线端口,P
10、LC 模块,按钮/指示灯模块及底板等。其中,机械部分的装配总成如图 1-1 所示。 图1-1分拣单元的机械结构总成1、 传送和分拣机构 传送和分拣机构重要由传送带、出料滑槽、推料(分拣)气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。传送已经加工、装配好的工件,在光纤传感器检测到并进行分拣。 传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输,输送至分拣区。导向器是用纠偏机械手输送过来的工件。两条物料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。 传送和分拣的工作原理:当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测届时,将信号传输给 PLC,通过 PLC 的程序启动变频器,
11、电机运转驱动传送带工作,把工件带进分拣区,假如进入分拣区工件为白色,则检测白色物料的光纤传感器动作,作为 1 号槽推料气缸启动信号,将白色料推到 1 号槽里,假如进入分拣区工件为黑色,检测黑色的光纤传感器作为 2 号槽推料气缸启动信号,将黑色料推到 2 号槽里。自动生产线的加工结束。 2、 传动带驱动机构 传动带驱动机构机构如图 1-2 所示。采用的三相减速电机,用于拖动传送带从而输送物料。它重要由电机支架、电动机、联轴器等组成。 图1-2传动机构三相电机是传动机构的重要部分,电动机转速的快慢由变频器来控制,其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把电动机的轴和输送带积
12、极轮的轴联接起来,从而组成一个传动机构。 3、 电磁阀组和气动控制回路 分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀,它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制,以改变各自的动作状态。 本单元气动控制回路的工作原理如图 1-3所示。图中 1A、2A 和 3A 分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。1B1、2B1 和 3B1 分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1 和 3Y1 分别为控制 3 个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。 图1-3 分拣单元气动控制回路工作原理图 第二章 相关知识点 2.1 旋转编码器概述 旋
13、转编码器是通过光电转换,将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器,重要用于速度或位置(角度)的检测。典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,其原理示意图如图 1-4 所示;通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。 图1-4旋转编码器原理示意图 一般来说,根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同,可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。自动线上常采用的是增量式旋转编码器。 增量式编码
14、器是直接运用光电转换原理输出三组方波脉冲 A、B和Z相;A、B 两组脉冲相位差 90,用于辩向:当 A相脉冲超前 B 相时为正转方向,而当 B相脉冲超前 A 相时则为反转方向。 Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。如图1-5 所示。 图1-5增量式编码器输出的三组方波脉冲 YL-335B 分拣单元使用了这种具有 A、B 两相 90相位差的通用型旋转编码器,用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带积极轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用 NPN 型集电极开路输出,分辨率 500 线,工作电源 DC1224V。本工作单元没有使用 Z 相脉冲,A、B 两相输出端直接连接到 PLC(S7-22
15、4XP AC/DC/RLY 主单元)的高速计数器输入端。 计算工件在传送带上的位置时,需拟定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元积极轴的直径为 d=43 mm,则减速电机每旋转一周,皮带上工件移动距离 L=d=3.1443=136.35 mm。故脉冲当量为=L/5000.273 mm。按如图 1-6 所示的安装尺寸,当工件从下料口中心线移至传感器中心时,旋转编码器约发出 430 个脉冲;移至第一个推杆中心点时,约发出 614 个脉冲;移至第二个推杆中心点时,约发出 963个脉冲;移至第二个推杆中心点时,约发出 1284 个脉冲。 图1-6传送带位置计算用图应当指出的是,上述脉冲当量的计算只
16、是理论上的。事实上各种误差因素避免,例如传送带积极轴直径(涉及皮带厚度)的测量误差,传送带的安装偏差、张紧度,分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等,都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增长,甚至达成不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时,除了要仔细调整尽量减少安装偏差外,尚须现场测试脉冲当量值。 现场测试脉冲当量的方法,如何对输入到 PLC 的脉冲进行高速计数,以计算工件在传送带上的位置,将结合本项目的工作任务,在PLC 编程思绪中介绍。 2.2 西门子 MM420 变频器简介 2.2.1 MM420 变频器
17、的安装和接线西门子 MM420(MICROMASTER420) 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号。YL-335B选用的 MM420 订货号为 6SE6420-2UD17-5AA1,外形如图2-1所示。该变频器额定参数为: 电源电压:380V480V,三相交流 额定输出功率:0.75KW 额定输入电流:2.4A 额定输出电流:2.1A 外形尺寸:A型 操作面板:基本操作板(BOP) 图2-1变频器外形1、 MM420 变频器的安装和拆卸 在工程使用中,MM420 变频器通常安装在配电箱内的 DIN 导轨上,安装和拆卸的环节如图2-2所示。 图2-2MM420 变频器安装
18、和拆卸的环节 安装的环节: 用导轨的上闩销把变频器固定到导轨的安装位置上。 向导轨上按压变频器,直到导轨的下闩销嵌入到位。 从导轨上拆卸变频器的环节: 为了松开变频器的释放机构,将螺丝刀插入释放机构中。 向下施加压力,导轨的下闩销就会松开。 将变频器从导轨上取下。 2、MM420 变频器的接线 打开变频器的盖子后,就可以连接电源和电动机的接线端子。接线端子在变频器机壳下盖板内,机壳盖板的拆卸环节如图图2-3所示。 图2-3机壳盖板的拆卸环节拆卸盖板后可以看到变频器的接线端子如图2-4所示. 图2-4MM420 变频器的接线端子变频器主电路的接线 YL-335B分拣单元变频器主电路电源由配电箱通
19、过自动开关QF单独提供一路三相电源供应,连接到图 2-4 的电源接线端子,电动机接线端子引出线则连接到电动机。注意,接地线 PE 必须连接到变频器接地端子,并连接到交流电动机的外壳。 变频器控制电路的接线见图2-5 图2-5MM420 变频器方框图2.2.2 MM420 变频器的 BOP操作面板图 2-6 是基本操作面板(BOP)的外形。运用 BOP 可以改变变频器的各个参数。BOP 具有 7 段显示的五位数字,可以显示参数的序号和数值,报警和故障信息,以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP 存储。 图2-6 BOP 操作面板基本操作面板(BOP)备有 8 个按钮,表2-1 列出了这些按钮
20、的功能。表2-1基本操作面板(BOP)上的按钮及其功能2.2.3 MM420 变频器的参数 1、参数号和参数名称 参数号是指该参数的编号。参数号用0000 到 9999 的 4 位数字表达。在参数号的前面冠以一个小写字母“r”时,表达该参数是“只读”的参数。其它所有参数号的前面都冠以一个大写字母“P” 。这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”范围内进行修改。 下标 表达该参数是一个带下标的参数, 并且指定了下标的有效序号。 通过下标,可以对同一参数的用途进行扩展,或对不同的控制对象,自动改变所显示的或所设定的参数。 2、参数设立方法 用 BOP 可以修改和设定系统参数,使变频
21、器具有盼望的特性,例如,斜坡时间,最小和最大频率等。选择的参数号和设定的参数值在五位数字的 LCD 上显示。 更改参数的数值的环节可大体归纳为查找所选定的参数号;进入参数值访问级,修改参数值;确认并存储修改好的参数值。图 2-5 说明如何改变参数 P0004 的数值。 按照图中说明的类似方法, 可以用 BOP设定常用的参数。参数P0004(参数过滤器)的作用是根据所选定的一组功能,对参数进行过滤(或筛选) ,并集中对过滤出的一组参数进行访问,从而可以更方便地进行调试。P0004 可能的设定值如表2-2 所示,缺省的设定值=0。表2-2参数P0004 的设定值假设参数 P0004 设定值=0,需
22、要把设定值改为 3。改变设定值环节如表 2-3 所示。表2-3改变参数P0004 设定数值的环节2.2.4 MM420变频器的参数访问 MM420 变频器有数千个参数,为了能快速访问指定的参数,MM420 采用把参数分类,屏蔽(过滤)不需要访问的类别的方法实现。实现这种过滤功能的有如下几个参数: 上面所述的参数P0004就是实现这种参数过滤功能的重要参数。 当完毕了P0004的设定以后再进行参数查找时,在LCD上只能看到 P0004设定值所指定类别的参数。 参数 P0010 是调试参数过滤器,对与调试相关的参数进行过滤,只筛选出那些与特定功能组有关的参数。P0010 的也许设定值为:0(准备)
23、 ,1(快速调试) ,2(变频器) ,29(下载) ,30(工厂的缺省设定值) ;缺省设定值为 0。 参数 P0003 用于定义用户访问参数组的等级,设立范围为 14,其中: “1” 标准级:可以访问最经常使用的参数。 “2” 扩展级:允许扩展访问参数的范围,例如变频器的 I/O 功能。 “3” 专家级:只供专家使用。 “4” 维修级:只供授权的维修人员使用具有密码保护。 该参数缺省设立为等级 1(标准级) ,对于大多数简朴的应用对象,采用标准级就可以满足规定了。 用户可以修改设立值, 但建议不要设立为等级 4 (维修级),用 BOP 或AOP 操作板看不到第 4 访问级的参数。 例1 用 B
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