密级:公开
摘 要
研究以三菱FX2N-32MR PLC为主控制器,搭配电感传感器、电容传感器、RGB颜色传感器、气动气缸、减速电机及磁感应开关等设备,构建“检测-控制-执行”的闭环控制架构;通过PLC梯形图编程实现物料检测、计数统计、气缸动作控制、输送线启停调控等功能,结合手动/自动切换、复位、急停等控制模块,搭建人机交互操作界面,完成铁质、铝质及不同颜色物料的精准分拣,针对性适配气缸盖加工输送线的物料分类需求。
关键词:PLC;气缸盖加工输送线;智能分拣;气动控制;传感器技术
目 录
摘 要............................................................... I
Abstract................................................................ II
第1章 绪论........................................................ 1
1.1 研究背景............................................... 1
1.2 研究目的及意义................................... 1
1.2.1 研究目的.................................... 1
1.2.2 研究意义.................................... 2
1.3 国内外研究现状................................... 2
1.3.1 国外研究现状............................ 2
1.3.2 国内研究现状............................ 3
1.4 课题主要研究内容............................... 4
第2章 气缸盖加工输送线智能控制系统总体方案设计.............................................................. 6
2.1 气缸盖加工输送线智能控制系统原理 6
2.2 控制要求............................................... 6
2.3 系统总体设计....................................... 7
第3章 气缸盖加工输送线智能控制系统硬件设计...................................................................... 9
3.1 PLC选型................................................ 9
3.2 I/O 模块的选型................................... 10
3.3 温度变送器选择................................. 10
3.3.1 视觉传感器.............................. 11
3.3.2 位置检测装置.......................... 12
3.4 驱动部分选择..................................... 12
3.5 系统执行机构选择............................. 13
第4章 气缸盖加工输送线智能控制系统软件设计.................................................................... 14
4.1 PLC外部输入/输出点(I/O)................. 14
4.2 主电路设计......................................... 15
4.3 电源电路设计..................................... 15
4.4 PLC输入和输出接线设计.................. 16
4.5 控制程序流程设计............................. 18
4.7 梯形图设计......................................... 19
第5章 系统运行与调试.................................. 22
5.1 通信设定............................................. 22
5.2 组态变量的建立................................ 24
5.3 建立画面............................................ 24
5.4 运行.................................................... 26
第6章 结论...................................................... 28
参 考 文 献...................................................... 29
致 谢............................................................ 31
附 录............................................................ 32
第1章 绪论
1.2 研究目的及意义
1.2.1 研究目的
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
国外在工业输送线分拣系统研究起步较早,已形成“PLC核心+专用检测+高效执行”的成熟技术体系,且在机械制造领域实现规模化应用。以美国、日本及欧洲为代表的发达国家,广泛采用自动化程度极高的分拣系统,如德国德马泰克、丹麦范德兰德开发的自动分拣系统,集成PLC控制、高精度传感器检测与高速气动执行技术,可实现每小时5000-12000件物料的连续分拣,错分率低于0.1%,范德兰德开发的自动分拣系统如图1-1所示。
图1-1 范德兰德开发的自动分拣系统
日本连锁经营企业(如西友、高岛屋)及物流企业(如大和、佐川)应用的自动分拣系统,采用PLC与视觉传感器、气动气缸的协同控制,具备材质、颜色等多维度识别能力,且支持多口多层连续分拣,适配复杂物料分类需求。但此类系统多针对大规模生产场景设计,硬件成本较高,部分专用模块的兼容性不足,难以快速适配中小型企业的个性化分拣需求,如图1-2所示。
图1-2 日本开发的自动分拣系统
1.3.2 国内研究现状
国内气缸盖加工输送线分拣技术研究虽起步较晚,但聚焦“PLC技术落地+本土化场景适配”,已取得阶段性成果。国内部分自动化设备企业(如深圳市天和双力物流自动化设备有限公司、上海邮政通用技术设备公司)开发的分拣系统,采用PLC作为控制核心,搭配国产传感器与气动组件,实现了物料的自动分拣与转运,在部分汽车零部件企业的应用中,分拣效率提升至300件/小时以上,错分率控制在2%以内,如图1-3所示。
图1-3 国内开发的自动分拣系统
第2章 气缸盖加工输送线智能控制系统总体方案设计
2.1 气缸盖加工输送线智能控制系统原理
本系统以三菱FX2N-32MRPLC为主控核心,构建“检测-控制-执行”闭环控制架构,依托传感器技术、气动控制技术实现气缸盖相关物料的智能分拣与输送。
图2-1 气缸盖加工输送线智能控制系统原理图
2.2 控制要求硬件结构图如图2-2所示。
图2-2 硬件结构图
第3章 气缸盖加工输送线智能控制系统硬件设计
3.1 PLC选型
本系统选用三菱FX2N-32MRPLC作为核心控制器,选型核心基于气缸盖加工输送线的分拣控制需求与工业现场的实用性。系统需实现多传感器信号采集、气缸时序动作控制、物料计数统计等功能,要求控制器具备充足I/O接口、快速的逻辑响应速度及可靠的抗干扰性能。三菱FX2N-32MR作为工业级成熟产品,配备16路数字量输入与16路继电器输出,刚好匹配系统传感器(光电、电感、电容、接近开关)与执行机构(气动气缸、减速电机、指示灯)的接口需求,完全满足分拣控制的I/O配置需求。
图3-1 PLC实物图
表4-1 系统I/0口配置
三菱PLC(I/O) | 分拣系统接口(I/O) | 备注 | |
输入部分 | X00 | SB1 | 启动按钮 |
X01 | SQ1 | 下料物料接近开关 | |
X02 | SQ2 | 铁质物料接近开关 | |
X03 | SQ3 | 铝质物料接近开关 | |
X04 | SQ4 | 红色物料接近开关 | |
X05 | SA | 电感传感器 | |
X06 | SB | 电容传感器 | |
X07 | SC | 颜色传感器 | |
X10 | SN | 判断下料有无(光电传感器) | |
X11 | SW1 | 上料气缸回位限位开关 | |
X12 | SW2 | 铁质物料气缸回位限位开关 | |
X13 | SW3 | 铝质物料气缸回位限位开关 | |
X14 | SW4 | 红色物料气缸回位限位开关 | |
X15 | SW5 | 其他物料气缸回位限位开关 | |
X17 | SB2 | 停止按钮 | |
输出部分 | Y00 | YV1 | 上料先导式电磁换向阀 |
Y01 | YV2 | 铁质物料先导式电磁换向阀 | |
Y02 | YV3 | 铝质物料先导式电磁换向阀 | |
Y03 | YV4 | 红色物料先导式电磁换向阀 | |
Y04 | YV5 | 其他物料先导式电磁换向阀 | |
Y05 | M | 传送带 | |
Y06 | LD1 | 红色指示灯 | |
Y07 | LD2 | 绿色指示灯 | |
4.2 主电路设计
主电路如图4-1所示。QF3是电源电路断路器,FU2是电源回路熔断器,A2是直流开关电源,将交流220V变成24V直流电,供PLC输入和输出使用,为PLC的EM231扩展模块,和温度变送器提供24V直流电源。
220V交流电经QF3,FU2,为PLC提供220V工作电源。
图4-1 主电路图
4.3 电源电路设计
图4-2详细展示了电源电路的配置。在该电路中,QF3为电源电路断路器,而FU2则是电源回路的熔断器,负责电路的安全保护。A2是一个直流开关电源转换器,其主要功能是将220V的交流电转换为24V的直流电。转换后的24V直流电被供给至PLC的输入与输出端口,同时也为PLC的EM231扩展模块以及温度变送器提供所需的直流电源。
此外,220V的交流电还经过QF3和FU2的保护,直接为PLC提供其工作所需的220V电源。
图4-2 电源电路
4.4 PLC输入和输出接线设计
接线见图4-3所示。PLC选用三菱FX2N-32MR,输入采用DC24V汇点式接线,所有输入点共享COM端,启动按钮SB1、传感器(SA、SB、SC等)及限位开关(SW1-SW5)的信号端分别对应X00-X17,电源正负极按器件要求接线,确保信号稳定传输。
输出采用分组式接线,COM1、COM2为公共端,继电器输出驱动电磁换向阀(YV1-YV5)、传送带电机M及指示灯(LD1、LD2),对应Y00-Y07。接线时需匹配器件电压等级,电磁阀接DC24V,电机通过接触器驱动,指示灯分接对应电源。所有接线采用屏蔽线,远离强电干扰,端子紧固,严格遵循文档I/O分配表及安全规范,保障系统可靠运行。
图4-3 接线图
4.5 控制程序流程设计
程序采用顺序控制逻辑,以初始化-运行-分拣-停机为核心流程。系统上电后先执行初始化,清零计数器、复位各气缸,检测气缸回位信号,确认设备就绪。
按下启动按钮,绿灯亮,系统进入运行状态:料槽有料时,出料气缸每隔2S动作1S推料至传送带,同步计数;物料运行中,电感/电容/颜色传感器依次识别材质与颜色,对应接近开关触发时,驱动相应气缸分拣物料。
无料或气缸未复位时,启动10S定时器,计时结束后传送带停机、红灯亮;急停按钮触发时,所有执行机构立即停止,需复位后重新启动,确保流程安全有序。控制程序流程图如图4-5所示。
图4-5 控制程序流程图
4.7 梯形图设计
第5章 系统运行与调试
5.1 通信设定
根据控制邀请设计监控主画面如图5-6,画面核心分为三大模块:流程模拟区以矢量图形还原传送带、分拣气缸及料槽布局,通过动画连接实时展示气缸伸缩、电机运行状态;数据显示区用加粗字体呈现铁质、铝质、红色及其他物料的分拣计数,单位紧跟数值便于读取;操作与报警区设置启动、急停、计数清零按钮(尺寸≥20mm×20mm),以绿/红/黄三色标准化指示运行、故障、待机状态。
画面采用统一配色与控件样式,关键操作按钮置于视觉黄金区域,报警信息实时弹窗提示,数据刷新周期≤250ms,确保操作人员快速获取信息、精准操作,适配工业现场使用需求。
图5-6 主监控画面
属性设置画面,如图5-7所示。
图5-7 实现设置画面
建立参数设定画面如下所示。
图5-8 参数设定画面
在文件菜单,点进入运行环境,启动运行。
图5-9 进入运行画面
参 考 文 献
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