基于PLC控制的多材质工件分拣设备的设计
摘要：随着现代社会的快速发展，制造行业的发展也越来越迅速，不仅要产品质量有保证，还要追求生产速度、缩减生产成本、提高生产效率。但是人力终归有限，于是人们便逐渐将目光放到了自动化生产领域，自动化生产靠着机器不知疲倦的作业以及其精确与快速运作备受瞩目。自动化生产因为用机器代替了人工的操作，不仅缩减了开支、还提高了产品的质保。在这种大环境下，我们提出了本次课题了——基于PLC控制的多材质工件分拣设备的设计。分拣机的设计主要是用机器代替人工，从而加快识别与分类速度，提高生产效率。分拣机由供料、检测、输送以及分拣四大部分组成，再配合各类传感器协同PLC控制步进驱动器、步进电机和电磁阀等以完成目标任务。
关键词：分拣机；PLC；传感器；步进驱动器；电磁阀。
Design of Multi-material Workpiece Sorting Equipment Based on PLC Control
Abstract: With the rapid development of modern society, the development of the manufacturing industry is more and more rapid, not only to ensure the quality of products, but also the pursuit of production speed, reduce production costs, improve production efficiency. But manpower is limited after all, so people gradually put their eyes on the field of automatic production, automatic production relies on the tireless operation of the machine and its precision and fast operation attracts much attention. Automated production reduces costs and improves quality assurance by replacing manual operations with machines. In this environment, we put forward this topic - based on PLC control of multi-material workpiece sorting equipment design. Sorting machine design is mainly to use machines to replace manual, so as to accelerate the identification and classification speed, improve production efficiency. Sorting machine is composed of feeding, detection, transportation and sorting four parts, and then cooperate with all kinds of sensors to coordinate PLC control stepper driver, stepper motor and solenoid valve to complete the target task.
Key words: Sorting machine; PLC; The sensor; Stepper driver; Solenoid valve.
目录
第一章 引言 4
1.1 课题的来源及现实意义 4
1.2 国内外PLC技术发展与研究概况 4
1.3 本课题的主要研究内容 5
第二章 控制系统的方案设计 7
2.1 设备组成 7
2.2 控制要求 8
2.3设计方案 8
第三章 控制系统的硬件设计 10
3.1 PLC选型 10
3.1.1 PLC选型与特点 10
3.1.2 PLC的系统组成部分 10
3.1.3 PLC I/O分配表 11
3.2 电机、传感器与组态的选型 12
3.2.1 步进电机驱动器的选型 12
3.2.2 步进电机的选型 13
3.2.3传感器的选型 14
3.2.4 旋转编码器的选型 16
3.2.5 人机界面的选型 16
3.3 气路的选型 17
3.3.1 空气压缩机的选型 17
3.3.2 电磁阀的选型 18
3.3.3 气缸的选型 18
3.3.4 气路图 19
3.4 硬件电路设计 19
3.4.1 主电路图 19
3.4.2 PLC控制电路图 20
第四章 控制软件系统设计 21
4.1 组态工程设计 21
4.2 PLC编程 26
4.2.1 流程图 26
4.2.2 变量表（含PLC的I/O变量及组态中的数据对象） 26
4.2.3 梯形图 29
第五章 系统调试 41
结论 42
致谢 43
参考文献 44
第一章引言
1.1 课题的来源及现实意义
社会在不断地进步，生产力在不断地发展，这又要求生产效率的提高，产品包装时需要对工件进行材质分拣时，人工分拣就会影响到生产效率，在当下的社会，效率的低下就意味着成本的提高和利润的减小，本次课题就是针对不同材质的工件进行分类分拣的内容设计分拣设备。这套分拣设备是由PLC控制，由步进电机，步进电机驱动器，旋转编码器，各类光电，各类气缸和机械设备组成。
虽然本次课题是基于多材质工件分拣而设立的，但是却不一定非得分拣工件。不管分拣物品有何不同，我们都可以以本次课题为例进行改造，只要是人工分拣效率低下且复杂的分拣工作，都是可以进行应用的。 将这台机器在实际生产中去应用，可以有效地提高分拣效率。
1.2 国内外PLC技术发展与研究概况
PLC是电力线通信技术的英文简称，其最早是1968年美国数字设备公司研制出的第一台可编程逻辑控制器--PDP14，但由于当时那个年代的技术条件不够先进，导致其早期的研究发展进程十分的缓慢。直到进入二十世纪八十年代，PLC的技术才取得了重大的科研突破，PLC技术才得以进入其发展的快车道，二十世纪八九十年代是PLC技术发展的黄金时代，PLC技术开始逐步地在控制领域站稳脚跟。发展至今，全球已有数百家的工厂从事PLC相关的产业链行业，如：日本的三菱，德国的西门子，美国的AB 通用电气等等。
在国外，PLC技术发展与研究早于我国，1968年美国研制出了第一台可编程逻辑控制器，随后日本、德国等发达国家陆续开发出本国的PLC设备，到了二十世纪七十年代的时候，微处理器被研发了出来。随后人们便迅速发现了微处理器在PLC中可以发挥的作用，于是人们便将微处理器技术运用到了PLC中，这项运用使得PLC技术取得重大突破。这使得PLC不再局限于简单的继电器控制作用，PLC获得了运算、数据传输与处理的功能，这些功能支持了PLC对复杂控制要求的电路的适应性，是PLC如同计算机一样具有计算特征，成为真正意义上的可编程逻辑控制器。为了区分PLC与计算机功能的区别凸显其特点，于是可编程逻辑控制器被正式地命名为可编程逻辑控制器。
二十世纪七十年代后期，PLC进入了高速发展的阶段。PLC技术充分地引入结合了计算机新兴技术，使得PLC的功能产生了质的飞跃。因为与计算机技术的结合，PLC拥有了更加快速的计算速度、更加简便的体积大小、更加稳定的信息传输能力和模拟计算能力，还具备了PID功能以及更高的性价比。至此，PLC技术成为现代工业自动化生产行业中的不可或缺的一部分。
二十世纪八十年代初，PLC技术在发达国家中得到了广泛的应用。这个时候PLC技术正式进入了成熟的阶段。从二十世纪八十年代到九十年代中期，PLC发展的最快的时期，同时，PLC在模拟能力、计算能力、人机界面组态能力和网络传输能力上都有了极大的提高。
可编程逻辑控制器在二十世纪末的发展就是为了更加适应现代工业的自动化需求。在这一时期，主机和小型计算机的发明，各种特殊功能单元、人机接口单元和通信单元的出现，使得由可编程逻辑控制器为主形成一套完整的工业控制设备链更加容易。
而我国的PLC技术也是紧随时代的潮流发展，在二十世纪七十年代初我国便制造出了第一台可编程逻辑控制器，并且在上世纪七十年代末期就开始在工业上进行应用。在上世纪八十年代，我国处于改革开放新时代，国外大量先进的PLC产品涌入我国，在这股改革开放大力发展生产力的时代潮流中，我国的PLC技术也得到了快速发展，现在我国的PLC技术也在我内市场得到广泛的应用，同时我国的PLC技术也在应用中不断改进与发展。
至20世纪末期进入二十一世纪，PLC的发展越来越适应现代化的工业生产需求。发展至今，PLC控制器发展出了适应各个场合的各种类型的产品型号，衍生出了各式各样的模块单元，可以进行人机交互的触摸屏和信号转换单元模块，这就让使用PLC的工业自动化控制设备的配套选择变得更加简便快捷。
1.3 本课题的主要研究内容
而本次课题对PLC的应用就是本次研究内容的主题。在本次课题中，我们需要研究PLC如何编写程序才能达到控制要求的逻辑。
首先，我们需要确定在什么情况下、什么时候将工件推出，推出后气缸动作对具体的设备运行状况有没有影响，然后将我的工件输送至检测站。根据题目要求，在检测站需要慢行，那么就要考虑什么时候换速，换速有没有什么影响，保证电机换速能够正常运行，包括切换高速也是一样的。最后我们还需要考虑不同材质工件如何才能准确地运输到对应的分拣槽中，这是本次课题的核心、是重中之重，如果不能够准确分拣，那么之前的工作就毫无意义，只有正确的分拣工件，本次课题的研究才算是成功的。
参考文献
1．PLC应用技术 第二版／郭琼主编-北京；机械工业出版社
2．现场总线及系统集成／郭琼主编；机械工业出版社
3．电子技术及其应用基础／孙晓艳 华旭夼主编；化学工业出版社
4．交流调速系统及应用 第二版／黄麟主编；大连理工大学出版社
5．自动检测与转换技术 第4版／梁森 王侃夫 黄杭美编著；机械工业出版社
6．电子电路工程训练与设计仿真／孙晓艳主编；北京大学出版社
