PLC控制机械手分拣系统

国家职业资格全国统一鉴定

维修电工论文

（国家职业资格2级）

论文题目： PLC设计机械手自动分拣控制系统*名：**

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指导老师：***

所在省市：江苏省常州市

所在单位：常州冶金技师学院

PLC设计机械手自动分拣控制系统

摘要：机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。

通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC）

目录

第一章项目背景及分析

§1-1 项目概述 (1)

§1-2 工艺流程 (1)

§1-3 工作结构 (2)

第二章传感器部分

§2-1 传感器的概念和用途 (5)

§2-2 传感器的选用 (6)

第三章气动部分设计

§3-1 气源装置及辅助元件 (8)

§3-2 执行元件 (9)

§3-3 控制元件 (9)

第四章 PLC的软件设计

§4-1 PLC的选择 (12)

§4-2 I/O分配表与分配图 (13)

§4-3 程序设计 (14)

附录 (16)

总结 (19)

参考文献 (20)

第一章项目背景及分析

§1-1 项目概述

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，尤其在需要进行物料分拣的企业，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，物料的自动分拣已成为企业的最佳选择。

机械手自动分拣装置时一种高速自动化生产线上的金属与非金属自动分拣设备，其工作流程是物料盘负责输送物料，一旦有物料进入准备状态，则气动机械手搬运机构；然后机械手快速定位到物料的正上方，下降抓取物料、提升并释放到指定位置；待物料被释放后，传送装置联动，并根据金属与非金属、还有黑白颜色的特点进行分拣；机械手则迅速返回，等待下一轮分拣抓取。

§1-2 工艺流程

机械手自动装置的工艺流程如下。

1、按启动按钮后，启动送料电动机驱动放料盘旋转，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料检测光电传感器开始检测。

2、送料电动机运行一段时间后，如果物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料，这时需停机并报警。

3、当物料检测光电传感器检测到有物料，将发出信号，上料单向电磁阀驱动上料，机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降将物料放到传送带上。

4、传送带输送物料，传感器则根据物料性质（金属和非金属、黑、白颜色），分别控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。

5、最后机械手返回原位重新开始下一个流程。

§1-3 工作结构一、物料传送与分拣工作示意图

二、机械手搬运机构

l一旋转气缸 2一非标螺丝3一气动手爪 4一手爪磁性开关 5一提升气缸

6一磁性开关D-C73 7一节流阀 8一伸缩气缸 9一磁性开关D-C73 10一左右限位传感器 11一缓冲阀 12—安装支架

三、送料机构

1一转盘 2一调节支架3一直流电机 4一物料 5一出料口传感器 6一物料检测支架

第二章传感器部分

§2-1 传感器的概念和用途

现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器，就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础。下图所示为传感器典型应用的系统框图。

一、传感器有以下用途

1、生产过程的测量与控制

2、安全报警与环境保护

3、自动化设备和机器人

4、交通运输和资源探测

5、医疗卫生和家用电器

二、传感器的概念

一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器，测量电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取，转换，显示和处理等功能。

传感器是把被测量（如物理量，化学量，生物量等）变换为另一种与之有确定对应关系，并且便于测量的量（通常是电学量）的装置。为检测系统提供必需的原始信息。它是整个检测系统最重要的环节。

§2-2 传感器的选用

一、光电开关

光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

光电式传感器的种类很多，按照其输出信号的形式，可以分为模拟式、数字式、开光量输出式。

本系统中所使用的光电开关，它是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）或激光二极管。接收器由光电二极管或光电三极管组成。在发射器、接收器的前面，装有滤镜或光圈等光学元件，在接收器后面的是检测电路，它能滤出有效面反射型等信号并应用该信号。根据光电开关在检测物体时，发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为对射型、漫反射型、镜。

本系统中使用的光电传感器属于漫反射型，其工作原理是：当光源发射出光束时，目标物产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。其有效作用距离是由目标的反射能力决定的，即由目标表面性质和颜色决定。当被测物体的表面光亮或其反光率较高时，如表面为反射光的白色的物体，漫反射型光电开关反应灵敏并发出信号，反之，对于反光率低的物体，如表面为吸收光的黑色物体，漫反射型光电开关反应不敏感，将不会产生开关信号。所以，系统的最后分拣的物料颜色区别就是利用了光电开关这一特性来判别黑、白工件的。这里所使用的光电传感器型号为E3F-DS20C4。直径M18mm，漫反射型，NPN常开输出，电压10-30VDC，输出电流300mA，检测距离10cm、 15cm、30cm可调，外壳体塑料。