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陜西理工學(xué)院 畢業(yè)論文 標(biāo)題：材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 0717014017 姓 名： 郭 陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 曹立學(xué) 2011年5月12日 摘 要 自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)各行各業(yè)，如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉(cāng)庫(kù)……該控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高企事業(yè)單位該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。 本文作者通過(guò)查閱大量資料，對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)及其相關(guān)的技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢(shì)作了一個(gè)比較全面的總結(jié)。在熟悉了自動(dòng)分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的分揀要求以三菱PLC為控制核心，Mcgs組態(tài)軟件為監(jiān)控軟件，設(shè)計(jì)出材料分揀控制系統(tǒng)。該材料分揀系統(tǒng)以PLC為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感器技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控等技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點(diǎn),對(duì)不同的分揀對(duì)象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 關(guān)鍵詞：材料分揀 三菱PLC Mcgs組態(tài)軟件 目錄 摘要……………………………………………………………………………………………2 目錄……………………………………………………………………………………………3 引言 …………………………………………………………………………………………4 1 概述 1.1 PLC的發(fā)展歷史 ………………………………………………………………………5 1.2PLC的定義和特點(diǎn) ……………………………………………………………………6 1.3PLC基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ……………………………………………………………8 2 組態(tài)控制技術(shù)……………………………………………………………………………11 2.1 組態(tài)技術(shù)概述…………………………………………………………………………12 2.2組態(tài)控制技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) …………………………………13 2.3 常用于組態(tài)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和組態(tài)軟件……………………………………13 3 設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計(jì) ………………………………………………………14 3.1材料分揀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及功能……………………………………………………14 3.2材料分揀系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程 ……………………………………………………17 3.3材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型…………………………………………………………17 3.4材料分揀系統(tǒng)梯形圖的編輯、設(shè)計(jì)與輸入…………………………………………22 4 材料分揀系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面及參數(shù)設(shè)置 ……………………………………………24 4.1組態(tài)控制畫(huà)面的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………24 4.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定……………………………………………………25 4.3 組態(tài)監(jiān)控功能概述……………………………………………………………………29 4.4材料分揀控制系統(tǒng)的調(diào)試……………………………………………………………29 結(jié)束語(yǔ) ……………………………………………………………………………………29 致謝 ………………………………………………………………………………………31 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………32 附錄 …………………………………………………………………………………… 33 引言 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的概述 自動(dòng)分揀是指貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動(dòng)裝置來(lái)完成的。這種裝置是由接受分揀指示信息的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、搬運(yùn)裝置、分支裝置（負(fù)責(zé)把到達(dá)分揀位置的貨物按運(yùn)到別處的裝置）、緩沖站（在分揀位置臨時(shí)存放貨物的裝置）等構(gòu)成。 除了使用終端的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或者其它方式向控制裝置輸入分揀指示信息的作業(yè)外，由于全部采用自動(dòng)控制作業(yè)，因此它的分揀能力、分揀數(shù)量同人為分揀相比都比較大，效率也得到了進(jìn)一步突破。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的發(fā)展，目前大型分揀系統(tǒng)大多能分揀幾十到幾百個(gè)種類的物品，分揀能力達(dá)到每小時(shí)萬(wàn)件以上。國(guó)外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺(tái)、信號(hào)盤(pán)、分揀機(jī)、分揀信息識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。自動(dòng)分揀大部分與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)連接起來(lái)，配合自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）、托鏈小車等其它復(fù)雜的系統(tǒng)，分揀系統(tǒng)在總體布置上，可以說(shuō)千變?nèi)f化。 從分揀技術(shù)水平上說(shuō)，歐美各國(guó)發(fā)展最早，技術(shù)比較成熟，目前處于世界領(lǐng)先地位。美國(guó)和歐洲在60年代開(kāi)始使用，日本則在第二次世界大戰(zhàn)后才引進(jìn)分揀機(jī)，但近二十年來(lái)由于其本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要發(fā)展迅速，后來(lái)者居上，從1970--1985年共有338臺(tái)自動(dòng)分揀機(jī)投入運(yùn)行，其中58.32%用于儲(chǔ)運(yùn)業(yè)，17.15%用于銷售業(yè)。到1987年就已經(jīng)擁有自動(dòng)分揀機(jī)1000臺(tái)，號(hào)稱是世界上擁有分揀機(jī)最多的國(guó)家。 我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與國(guó)際先進(jìn)水平保持同步，但是缺少技術(shù)創(chuàng)新能力，使自動(dòng)分揀技術(shù)的物流系數(shù)也減少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。在二十世紀(jì)80年代，我國(guó)最初是一些郵局采用小型的半自動(dòng)翻盤(pán)分揀機(jī)，用于郵包分揀。1990年為迎接第十一屆亞運(yùn)會(huì)，從荷蘭引進(jìn)了一套有3個(gè)入口，60個(gè)出口的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，成立了北京食品配送中心，每小時(shí)可以配送3000件貨物，使我國(guó)的分揀技術(shù)有了一個(gè)飛躍。而如今分揀技術(shù)已經(jīng)用于我國(guó)的各行各業(yè)，使這環(huán)節(jié)的效率得到了很大的提高。 自動(dòng)分揀機(jī)最先在郵政部門(mén)開(kāi)始應(yīng)用，大量的信件和郵包要在極端的時(shí)間內(nèi)正確分揀，非憑借高度自動(dòng)化的分揀措施不可。此后，運(yùn)輸企業(yè)、配送中心、通訊出版部門(mén)、煙草部門(mén)、出版行業(yè)、食品化工、造紙業(yè)、化工業(yè)、機(jī)械制造以及各類工業(yè)企業(yè)亦相繼應(yīng)用。 近二十年來(lái),特別是物流行業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的發(fā)展,商品趨勢(shì)趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時(shí)制（JUST-IN-TIME，簡(jiǎn)稱JIT)。分揀作業(yè)已成為一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨普遍。我國(guó)目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。顯然，隨著分揀量的增加、分送點(diǎn)的增多、配貨響應(yīng)時(shí)間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無(wú)法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)亟待提高。而國(guó)外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點(diǎn)多、差錯(cuò)率極低、效率高和基本上全自動(dòng)操作的優(yōu)勢(shì)。日本一位物流專家認(rèn)為，在用戶需求表現(xiàn)為多種小批量的時(shí)代，物流技術(shù)的三大措施是自動(dòng)分揀機(jī)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和無(wú)人自動(dòng)引導(dǎo)車。自動(dòng)分揀機(jī)是其中最接近與成熟的產(chǎn)品，這可以認(rèn)為是國(guó)家對(duì)于自動(dòng)分揀在物流技術(shù)中的地位和現(xiàn)狀的一個(gè)較好的概括。自動(dòng)分揀系統(tǒng)成為當(dāng)代物流技術(shù)發(fā)展的三大標(biāo)志之一。 1.1 PLC的發(fā)展歷史 在可編程序控制器問(wèn)世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。但隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。 為了解決這一問(wèn)題，早在1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司)，為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新，以求在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對(duì)未來(lái)的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。要把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡(jiǎn)單，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)GM公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于1969年研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國(guó)等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來(lái)。 在20世紀(jì)70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上只稱為PLC(Programmable Logical Controller)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代末至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國(guó)電器制造協(xié)會(huì)(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但人們習(xí)慣上將之仍稱為PLC，以便與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC(Personal Computer)相區(qū)別。 80年代以來(lái)，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)韻迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發(fā)展。這時(shí)的PLC具有了高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信等功能，從而使PLC的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 1.2PLC的定義和特點(diǎn) PLC的發(fā)展初期，不同的開(kāi)發(fā)制造商對(duì)PLC有不同的定義。為使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1985年1月制定了PLC的標(biāo)準(zhǔn)，并給它作了如下定義： 可編程序控制器是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì)。 它的一些性能與繼電器相比具有以下特點(diǎn)： 1可靠性高 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： a)可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。 b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)等。 c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。 d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級(jí)元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門(mén)狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。 2操作性高 a)操作方便：對(duì)PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作。現(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。 b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語(yǔ)句是功能的縮寫(xiě)，便于記憶；功能圖表語(yǔ)言以過(guò)程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。 c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過(guò)編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。 　3靈活性好 a)編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言等。使用者只要掌握其中一種編程語(yǔ)言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。 b)擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過(guò)增加輸入輸出模塊增加點(diǎn)數(shù)，通過(guò)擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過(guò)多臺(tái)PLC的通信來(lái)擴(kuò)大容量和功能。 c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過(guò)程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。 4可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對(duì)過(guò)程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門(mén)為工業(yè)過(guò)程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過(guò)程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。 1.3 PLC基本結(jié)構(gòu)和工作原理 基本結(jié)構(gòu) 目前，可編程序控制器的產(chǎn)品很多，不同廠家生產(chǎn)的PLC以及同一廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)各不相同，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。實(shí)際上可編程序控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框 如圖所示： PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 1 中央處理器（CPU） 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。 2 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。可編程序控制器配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器(EPROM)和用戶存儲(chǔ)器(RAM)。 3 輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部分。 輸入口用來(lái)接收生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，輸出口用來(lái)送出可編程控制器的運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類控制。按照信號(hào)的種類歸類有直流信號(hào)輸入、輸出，交流信號(hào)的輸入、輸出；按照信號(hào)的輸人、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 下面通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊來(lái)說(shuō)明I/O模塊與CPU的連接方式。 (1)開(kāi)關(guān)量輸入模塊 開(kāi)關(guān)量輸人設(shè)備是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等，其信號(hào)可能是交流電壓(110 V或 220 V)，直流電壓(12～24 V)等。因此，輸入模塊要能將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收的TTL標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字量信號(hào)。對(duì)于開(kāi)關(guān)量中交流輸入模塊的工作原理，只是在輸人端先通過(guò)整流將交流輸入信號(hào)變成直流信號(hào)，其他與開(kāi)關(guān)量直流輸入模塊工作原理相同。 (2)開(kāi)關(guān)量輸出模塊 輸出模塊的作用是將CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需的，能驅(qū)動(dòng)特定設(shè)備的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 通常開(kāi)關(guān)量輸出模塊有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出可接直流或交流負(fù)載，晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負(fù)載。當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸出的頻率低于1000 Hz，一般選用繼電器輸出模塊。當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸出的頻率大于1 000 Hz，一般選用晶體管輸出。而雙向晶閘管輸出屬交流輸出。對(duì)于繼電器輸出型，CPU輸出時(shí)接通或斷開(kāi)繼電器的線圈，繼電器的觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)控制外電路的通斷。對(duì)于晶體管輸出型，則是通過(guò)光電耦合使開(kāi)關(guān)晶體管截止或飽和導(dǎo)通以控制外部電路。對(duì)于晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。 4 電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開(kāi)關(guān)電源以及為掉電保護(hù)電路供電的后備電源，后者一般為電池。 5 外部設(shè)備 編程器是PLC的重要外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送人PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為以下三種類型。(1)簡(jiǎn)易編程器(2)圖形編程器(3)通用計(jì)算機(jī)編程。 基本工作原理 我們已經(jīng)知道PLC是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。PLC的控制功能就是通過(guò)運(yùn)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PLC運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同，微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，一旦執(zhí)行到END指令，程序運(yùn)行結(jié)束。而PLC從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機(jī)或從運(yùn)行(RUN)切換到停止(STOP)狀態(tài)。我們把PLC這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。另外，PLC對(duì)輸入、輸出信號(hào)的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)對(duì)輸入、輸出信號(hào)實(shí)時(shí)處理，而PLC對(duì)輸入、輸出信號(hào)是集中批處理。下面我們具體介紹PLC的掃描工作過(guò)程。 PLC掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 1)輸入采樣 PLC在開(kāi)始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸人端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 2)程序執(zhí)行 PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開(kāi)始的程序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸人映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫(xiě)入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。 3)輸出刷新 在執(zhí)行到END指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。PLC掃描過(guò)程示意圖如下圖所示。 PLC掃描過(guò)程示意圖 PLC工作過(guò)程除了包括上述三個(gè)主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其他的帶微處理器的智能裝置實(shí)現(xiàn)通信。 2組態(tài)控制技術(shù) 2.1組態(tài)技術(shù)概述 組態(tài)控制技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，它們都是由被控對(duì)象、傳感器、I/O接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成。 現(xiàn)場(chǎng) 參數(shù) I/O 接口 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 執(zhí)行器 傳感器 被控對(duì)象 I/O 接口 計(jì)算機(jī) 顯示器 鍵盤(pán) 一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 傳感器的作用是可以把被控對(duì)象的各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，然后將參數(shù)顯示于計(jì)算機(jī)的顯示器上。并根據(jù)參數(shù)實(shí)際值與設(shè)定值的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而完成任務(wù)。 I/O接口負(fù)責(zé)溝通傳感器、執(zhí)行器，它是計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的橋梁。內(nèi)部有將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量D/A轉(zhuǎn)換器、模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換器、對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行隔離的光電隔離器等。 執(zhí)行器由一些機(jī)械設(shè)備組成，如：電機(jī)、電源、管道、氣閥、集成電路等組成。 2.2組態(tài)控制技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 組態(tài)的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡(jiǎn)稱DCS）的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)（Configuration）的意思就是模塊的任意組合。簡(jiǎn)單的講，組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫(xiě)程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編寫(xiě)程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去需要幾個(gè)月的工作，通過(guò)組態(tài)幾天就可以完成。 這樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就可以把更多的注意力集中在如何選擇最優(yōu)的控制方法上，設(shè)計(jì)出合理的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選者合適的控制算法等這些提高控制品質(zhì)的關(guān)鍵問(wèn)題上。一方面，從管理的角度講，用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有與Windows一致的圖形化操作界面,非常便于生產(chǎn)的組織與管理。 2.3常用于組態(tài)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和組態(tài)軟件 一般來(lái)說(shuō)，只要采用IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)），選擇通用接口部件和組態(tài)軟件，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)都是基于組態(tài)控制技術(shù)的。世界上有許多自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了許多基于這種技術(shù)的DSC（集散式控制系統(tǒng)）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如：中國(guó)的研華公司、時(shí)利和公司、德國(guó)的西門(mén)子公司、日本三菱等等。 與上面系統(tǒng)專用組態(tài)軟件相對(duì)的是通用組態(tài)軟件，常用的國(guó)產(chǎn)通用組態(tài)軟件有微控可視組態(tài)、MCGS、King view(組態(tài)王)等等。 本系統(tǒng)采用MCGS作為上位機(jī)的監(jiān)控軟件。 3設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計(jì) 3.1 材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，設(shè)置的轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計(jì)了可與PLC連接的轉(zhuǎn)接口。本裝置還設(shè)置了氣動(dòng)方面的減壓器、濾清、氣壓指示等，可與各類氣源相連接。其外形結(jié)構(gòu)、各傳感器位置見(jiàn)圖 材料分揀系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)圖 材料分揀系統(tǒng)的各部分的結(jié)構(gòu)如下： 1、 轉(zhuǎn)接面板 2、 單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 3、 三菱PLC 4、 調(diào)壓閥、空氣濾器、油霧器與氣壓指示表 5、 內(nèi)置電源 6、 傳送帶 7、 擋板 8、 料槽 9、 10、11、12、13、先導(dǎo)式電磁換向閥 14、16、18、20、23、氣缸回位限位開(kāi)關(guān)（磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)） 15、17、19、21、22、氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)（磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)） 24、電容傳感器 SB 25、顏色傳感器 SC 26、電感傳感器 SA 28、29、30、31、導(dǎo)料軌道 32、氣缸1 33、氣缸2 34、氣缸3 35、氣缸4 36、氣缸5 材料分揀系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的功能 料槽(圖6中的8)是一個(gè)材料手動(dòng)入庫(kù)而自動(dòng)出庫(kù)的裝置，底部有一個(gè)光電傳感器。使用時(shí)可先人為地將材料放入料槽中，此時(shí)光電傳感器檢測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)傳送帶（圖6中的6）并由出料氣缸（圖6中的36）將料庫(kù)內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī)(圖6中的2)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置。為了防止氣缸的壓力過(guò)大而導(dǎo)致材料被打飛，所以在出料口加了擋板（圖6中的7）。 自動(dòng)分選部分由傳感器（圖6中的24、25、26）、先導(dǎo)式電磁換向閥（圖6中的9、10、11、12）、氣缸（圖6中的32、33、34、35）及導(dǎo)料軌道（圖6中的28、29、30、31）組成。當(dāng)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作將其推人應(yīng)去的滑道。例如：當(dāng)電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣缸（圖6中的34 ）動(dòng)作，將鐵塊推入對(duì)應(yīng)的導(dǎo)料軌道（圖6 中的30）。 調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表（圖6中的4）集中于一個(gè)模塊上，它們接收來(lái)自氣源的氣壓并傳送到下面的5個(gè)氣閥中。來(lái)自氣源的壓縮空氣其壓力通常都高于設(shè)備和裝置所需的工作壓力，因壓力波動(dòng)比較大，因而需要調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定?？諝膺^(guò)濾器是氣動(dòng)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的一種空氣凈化裝置，安裝在使用壓縮空氣的設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)氣源的入口處。其作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達(dá)到系統(tǒng)要求的凈化程度。過(guò)濾的原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣中的分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害去除。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，使壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。目前氣動(dòng)控制閥、氣缸和氣馬達(dá)主要是靠這種有油霧顆粒的壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，它的主要優(yōu)點(diǎn)是方便、干凈、潤(rùn)滑的質(zhì)量高。 在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是：力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路。材料分揀系統(tǒng)選用的是方向控制閥中的先導(dǎo)式電磁換向閥。氣動(dòng)換向閥是利用電磁力的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)閥的換向的。主要有電磁部分和主閥兩部分組成，按照控制方式的不同可以分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。先導(dǎo)式電磁換向閥首先由直動(dòng)式電磁閥（先導(dǎo)閥）提供控制氣壓，再去控制主閥（氣控閥）閥芯的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主閥的換向。因?yàn)檫@種閥的輸出流量較大，故常作為控制氣缸的主控閥。 當(dāng)傳感器感應(yīng)到有材料通過(guò)時(shí)，輸出一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)先導(dǎo)式電磁換向閥的控制，先導(dǎo)式電磁換向閥又控制相對(duì)應(yīng)的氣缸來(lái)彈出材料到導(dǎo)料軌道。 每個(gè)氣缸上都有兩個(gè)磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，它們是有開(kāi)關(guān)量輸入輸出的傳感器。分別作為氣缸回位限位開(kāi)關(guān)、氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)。磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在傳感器的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來(lái)完成無(wú)接觸檢測(cè)物體的目的。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，氣缸快速?gòu)棾觯藭r(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒(méi)有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)動(dòng)作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。 導(dǎo)料軌道（圖6中的28、29、30、31、）主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時(shí)導(dǎo)出材料。 轉(zhuǎn)接板上有相對(duì)應(yīng)的指示燈，用于指示各個(gè)輸入輸出信號(hào)的指示以便于我們進(jìn)一步控制。 電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來(lái)檢測(cè)鐵質(zhì)材料。 電容傳感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開(kāi)關(guān)。它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板,而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料。 顏色傳感器同樣也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在Si等多數(shù)光電二極管之前，分別放置R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的輸出信號(hào)并識(shí)別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來(lái)識(shí)別綠色與黃色的材料。 單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行。 控制器采用三菱FX2N---32MR型PLC（圖6中的3）。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、氣缸位置傳感器的信號(hào)，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動(dòng)作。 內(nèi)置電源（圖6中的5 ）可以將220交流電轉(zhuǎn)換成24伏的直流電供給各個(gè)傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個(gè)指示燈，同時(shí)也為單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的220伏電壓。 本系統(tǒng)共設(shè)置了三個(gè)檢測(cè)材料的傳感器，同時(shí)預(yù)留了一個(gè)空余的氣閥與氣缸用來(lái)添加其它的傳感器。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。 3.2材料分揀系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程 本課題是基于區(qū)分材料的材質(zhì)的不同而設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、不同顏色的材料的自動(dòng)分揀。具體控制過(guò)程為:(1)接通電源，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。(2)系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測(cè)到料槽有材料，每隔2秒出料氣缸動(dòng)作一次，將待測(cè)材料推到傳送帶上，待測(cè)物體開(kāi)始在傳送帶上運(yùn)行。如果下料傳感器沒(méi)有感應(yīng)到材料，傳送帶不運(yùn)行。(3)當(dāng)鐵檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下。(4) 當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為黃色或者綠色時(shí)，顏色出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下。 (5)當(dāng)鋁檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鋁質(zhì)材料時(shí)，鋁出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下。(6)剩余紅色非金屬材料落到傳送帶后方。 (7)當(dāng)料槽無(wú)材料時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程后自動(dòng)停機(jī)。 3.3 材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型 三菱PLC的選型 根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過(guò)程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號(hào)12個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量。輸出信號(hào)有5個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，剩下的控制氣閥，也都是開(kāi)關(guān)量。 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對(duì)應(yīng)功能，列表如下： 三菱PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口(I/O) 備注 輸 入 部 分 X010 SFW2 氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān) X011 SFW3 氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān) X017 SFW4 氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān) X013 SFW5 氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān) X000 SA 電感傳感器 X001 SB 電容傳感器 X002 SC 顏色傳感器 X005 SBW2 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X006 SBW3 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X007 SBW4 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X015 SBW5 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X014 SN 判斷下料有無(wú) (下料傳感器) 輸 出 部 分 Y000 YV2 先導(dǎo)式電磁換向閥11 Y001 YV3 先導(dǎo)式電磁換向閥10 Y003 YV4 先導(dǎo)式電磁換向閥 9 Y004 YV5 先導(dǎo)式電磁換向閥13 Y005 M 傳送帶 表1：材料分揀系統(tǒng)的I/O列表 再根據(jù)PLC選型的要求，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上需有15%---20% 的備用量，因此選擇三菱FX2N—32MR的PLC作為主機(jī)，它可以滿足本系統(tǒng)的需求，且還有一定的剩余I/O以備將來(lái)的擴(kuò)展。 氣動(dòng)裝置選型 氣源選擇FB—0.048/7靜音空氣壓縮機(jī)，該空氣壓縮機(jī)具有噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠的特點(diǎn) ，適合于材料分揀系統(tǒng)的要求。它的技術(shù)參數(shù)如下： FB—0.048/7靜音空氣壓縮機(jī) 一臺(tái) 功率KW 壓力 MPa 排氣量L/min 轉(zhuǎn)速 r.p.m 噪音 dB(A) 儲(chǔ)氣罐容積 L 重量 Kg 外形尺寸 cm 0.55 0.7 48 2800 45 15 32 40x40x58 調(diào)壓閥、油霧器與氣壓指示表綜合于一體，該部分選用SANWO（三和）—SAW2000型號(hào)的產(chǎn)品?？諝鉃V器選用SANWO（三和）— SAL2000型號(hào)的產(chǎn)品。調(diào)壓閥、油霧器、氣壓指示表、空氣濾器也綜合于一體。該套產(chǎn)品質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定、體積緊湊，適合使用。 氣閥選用SANWO（三和）—SVK0120型號(hào)的先導(dǎo)式電磁換向閥。采用它的優(yōu)點(diǎn)：（1）外漏堵絕，內(nèi)漏易控，使用安全。（2）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便接電腦，價(jià)格低廉。（3）動(dòng)作快遞，功率微小，外形輕巧。該電磁閥的線圈為DC24伏，2.5瓦的線圈，電源來(lái)自分揀系統(tǒng)的內(nèi)置電源，內(nèi)置電源通過(guò)將220伏轉(zhuǎn)化為24伏電壓而來(lái)。它的技術(shù)參數(shù)如下表： SANWO（三和）— SVK0120先導(dǎo)式電磁換向閥 個(gè)數(shù)：5 接電方式 （G）出線式 標(biāo)準(zhǔn)電源 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V 絕緣及保護(hù) 額定電壓的-10%~+10% 功率 交流 啟動(dòng)：5.6VA 持續(xù)：3.4VA 直流 2.5W 氣缸采用SANWO（三和）—SCDJB10-45S型號(hào)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套，性能優(yōu)越。 傳感器的選型 氣缸回位限位開(kāi)關(guān)、氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)都選用D—C73型號(hào)的磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，控制功率高、作用距離大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、壽命長(zhǎng)。適合用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、定位、保護(hù)等。 它的技術(shù)參數(shù)如下： D—C73磁感應(yīng)開(kāi)關(guān) 個(gè)數(shù)：10 額定電壓 DC24V AC110V 額定電流 DC：5~40mA AC: 5~20mA 而震程度 10~50HZ 使用溫度 0~60攝氏度 電感式接傳感器選擇百斯特BLJ18A4—8—Z/B1Z 技術(shù)參數(shù)如下： 百斯特BLJ18A4—8—Z/B1Z 個(gè)數(shù)：1 額定電壓 DC：6~36V 額定電流 300mA 顏色傳感器選擇OMRON的E3S—VS1E4型，該傳感器具有靈敏度高，易調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)參數(shù)如下： OMRON E3S—VS1E4型 個(gè)數(shù)：1 額定電壓 DC：12~24V 額定電流 400mA 輸出形式 直流3線式NPN 電容式傳感器選擇OMRON的E2K—X81ME1型，技術(shù)參數(shù)如下： OMRON E2K—X81ME1型 個(gè)數(shù)：1 Description 靜電容量型近接開(kāi)關(guān) Sensing Distance 8mm Output 直流3線式NPN Size M18 電動(dòng)機(jī)與內(nèi)置電源的選型 電機(jī)選擇LINIX的單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它具有功率效率高、功率消耗低、更低的噪聲以及在應(yīng)用中更易控制的優(yōu)點(diǎn)。型號(hào)為YN60—6 ，技術(shù)參數(shù)如下： LINIX YN60—6型單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 個(gè)數(shù)：1 功率 W 電壓 V 頻率 HZ 電流 A 極數(shù) P 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 mN\.M(g.cm) 額定轉(zhuǎn)矩 mN\.M(g.cm) 額定轉(zhuǎn)速 R/mim 電容 μF/VAC 6 220 50 0.15 4 39(400) 47 1380 1/450 內(nèi)置電源為DADONG MD35---34型號(hào)的電源，具有易散熱，工作性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。 技術(shù)參數(shù)如下： DADONG MD35—34型號(hào)的電源 個(gè)數(shù)：1 輸入電壓 AC220伏 15% 輸出電壓 DC24伏 材料分揀系統(tǒng)的控制流程圖 由分揀控制系統(tǒng)的分揀要求畫(huà)出控制系統(tǒng)的程序流程圖，圖如下。 圖7 材料分揀系統(tǒng)的程序流程圖 流程圖詳細(xì)的描述了材料分揀系統(tǒng)的工作過(guò)程，當(dāng)電源得電時(shí)，即流程圖開(kāi)始的時(shí)刻，整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。首先由光電傳感器判斷有無(wú)材料，沒(méi)有材料時(shí)系統(tǒng)直接進(jìn)入一個(gè)循環(huán)周期，周期時(shí)間到的時(shí)候系統(tǒng)停止運(yùn)行。當(dāng)有材料時(shí)，程序判斷YV5是否復(fù)位，當(dāng)它沒(méi)有復(fù)位時(shí)傳輸帶不運(yùn)行，復(fù)位時(shí)，傳輸帶自動(dòng)運(yùn)行且氣缸自動(dòng)將材料打出，并每隔一定時(shí)間打一次。在氣缸將材料送至傳送帶的過(guò)程中，傳送帶運(yùn)行停止，當(dāng)氣缸復(fù)位時(shí)傳送帶正常運(yùn)行。材料隨著傳送帶的運(yùn)行而前進(jìn)，遇到傳感器相對(duì)應(yīng)的傳感器時(shí)，傳感器給PLC發(fā)出信號(hào)，同時(shí)PLC給對(duì)應(yīng)的氣閥發(fā)出信號(hào)，于是同組的氣缸開(kāi)始動(dòng)作打出材料。如果氣缸沒(méi)有復(fù)位則傳送帶就停止運(yùn)行。這就是整個(gè)程序的流程。 3.4梯形圖編輯軟件的設(shè)計(jì)與輸入簡(jiǎn)介 材料分揀系統(tǒng)采用三菱公司的GX Developer Version7作為編程軟件。GX Developer Version7是專為三菱PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件，適用于三菱任何型號(hào)的PLC。它是基于Windows的應(yīng)用軟件，可以在Windows 2000、Windows XP、Windows vista等系統(tǒng)上進(jìn)行運(yùn)行操作。運(yùn)行GX Developer Version7，可以通過(guò)梯形圖符號(hào)、指令語(yǔ)句以及SFC符號(hào)創(chuàng)建編輯程序，還可以在程序中加入中文或者英文注釋，并且還可以通過(guò)該軟件監(jiān)控PLC運(yùn)行時(shí)各編程元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化，還具有程序和監(jiān)控結(jié)果打印的功能。 圖8 GX Developer Version7 主界面 運(yùn)行軟件，即可進(jìn)入GX Developer Version7 主界面。首先新建工程，然后就可以編輯梯形圖。主界面主要由菜單欄、工具欄、編輯區(qū)、狀態(tài)欄組等部分組成。GX Developer Version7 主界面如圖8所示。 梯形圖的設(shè)計(jì) 先新建一個(gè)工程，然后進(jìn)行梯形圖的輸入。如下圖： 圖9 梯形圖的輸入 根據(jù)分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)出梯形圖，梯形圖的部分程序如下： 圖10 材料分揀系統(tǒng)的部分梯形圖 程序的下載 當(dāng)程序設(shè)計(jì)好之后必須下載到PLC中才可以運(yùn)行系統(tǒng)，下載時(shí)使用的是三菱PLC專用的編程電纜SC—09。這根電纜的一端是接電腦的RS232串口，一端接在PLC的RS422通訊串口上。當(dāng)電纜接好之后，打開(kāi)GX Developer Version7軟件，進(jìn)入要下載的文件。先轉(zhuǎn)換文件，然后選擇菜單欄里的“在線”選擇“寫(xiě)入”，便可以下載程序到PLC中。如下圖所示： 圖11 GX Developer Version7程序的下載 4 材料分揀系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面及參數(shù)設(shè)置 4.1 組態(tài)控制畫(huà)面的設(shè)計(jì) 打開(kāi)MCGS組態(tài)環(huán)境這個(gè)軟件，進(jìn)入它的主界面。設(shè)計(jì)出監(jiān)控的畫(huà)面如下： 圖12 材料分揀系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面 4.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定 首先對(duì)畫(huà)面上的按鈕進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置。例如：?jiǎn)螕舢?huà)面上的材料庫(kù)指示燈，在表達(dá)式里設(shè)置SN=1，閃爍實(shí)現(xiàn)方式與閃爍速度的設(shè)置如下圖： 圖13 動(dòng)態(tài)組態(tài)屬性設(shè)置 對(duì)于其它的指示燈設(shè)置方法也如材料庫(kù)指示燈，但表達(dá)式必須對(duì)應(yīng)各自的變量參數(shù)。當(dāng)其它指示燈的對(duì)應(yīng)變量設(shè)置完成之后。對(duì)組態(tài)的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，打開(kāi)設(shè)備窗口分別添加如下兩個(gè)設(shè)備：通用串口父設(shè)備和FX系列編程口。 圖 14 設(shè)備的添加 雙擊通用串口父設(shè)備彈出通用串口父設(shè)備屬性編輯對(duì)話框，對(duì)它的參數(shù)作如下設(shè)置，當(dāng)設(shè)置好參數(shù)后點(diǎn)擊檢查，無(wú)誤后點(diǎn)確定。 圖 15 通用串口設(shè)備屬性編輯 再對(duì)FX系列編程口進(jìn)行設(shè)置，雙擊FX系列編程口彈出設(shè)備屬性編輯對(duì)話框，對(duì)它的參數(shù)作如表2和圖16設(shè)置，當(dāng)設(shè)置好參數(shù)后點(diǎn)擊檢查，無(wú)誤后點(diǎn)確定。 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象 通道類型 SN 只讀X00000 SA 只讀X00001 SB 只讀X00002 SC 只讀X00003 SFW2 只讀X00004 SFW3 只讀X00005 SFW4 只讀X00006 SFW5 只讀X00007 SBW2 只讀X00010 SBW3 只讀X00011 SBW3 只讀X00012 SBW4 只讀X00013 SBW5 只讀X00014 YV2 讀寫(xiě)Y00000 YV3 讀寫(xiě)Y00001 YV4 讀寫(xiě)Y00002 YV5 讀寫(xiě)Y00003 M 讀寫(xiě)Y00004 表2 通道連接的設(shè)置 圖16 設(shè)備屬性 4.3 組態(tài)監(jiān)控功能概述 通過(guò)對(duì)組態(tài)的畫(huà)面與通訊參數(shù)的設(shè)置之后就可以對(duì)材料分揀進(jìn)行監(jiān)控了。當(dāng)材料庫(kù)里有材料時(shí)，材料庫(kù)指示燈開(kāi)始閃爍。同時(shí)傳送帶的指示燈也閃爍，表明傳送帶在工作。SA、SB、SC分別為鐵塊、顏色、鋁塊的指示燈，當(dāng)材料分揀系統(tǒng)感應(yīng)到對(duì)應(yīng)的材料時(shí)指示燈開(kāi)始指示。SBW2、SBW3、SBW4、SBW5的指示燈在汽缸動(dòng)作時(shí)熄滅，當(dāng)汽缸復(fù)位時(shí)燈變亮。YV2、YV3、YV4、YV5為氣閥的指示燈，當(dāng)氣閥動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈變亮。 4.4材料分揀系統(tǒng)的調(diào)試 在軟件與硬件都已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。這個(gè)過(guò)程便于我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與不足。通上電源，觀察指示燈，一切正常之后開(kāi)始加材料。 通過(guò)運(yùn)行，在材料加入料槽后發(fā)現(xiàn)材料容易被氣缸打飛。從兩個(gè)方面解決這個(gè)問(wèn)題，首先調(diào)低氣缸的氣壓，但氣壓波動(dòng)較大，仍然無(wú)法解決問(wèn)題；從另一個(gè)方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過(guò)試驗(yàn)，大部分材料可以正常步入傳送帶。此問(wèn)題順利得到解決。 材料隨傳輸帶傳送到傳感器時(shí)，傳感器并不能感應(yīng)到材料，說(shuō)明傳感器與物體的距離不適合。通過(guò)多次調(diào)試找到了適合的位置，即傳感器的底部與傳送帶的距離。電感傳感器與傳送帶最合適距離為28CM，顏色傳感器最合適距離為30CM，電容傳感器與傳送帶最佳距離為25CM。 傳感器對(duì)應(yīng)的各個(gè)氣缸在感應(yīng)到材料后便開(kāi)始動(dòng)作，但由于氣壓的原因，材料不是被打飛，就是根本沒(méi)有觸到材料。首先將總氣源的氣壓穩(wěn)定在2.5Mp, 然后逐個(gè)調(diào)試氣閥的進(jìn)氣開(kāi)關(guān)，使氣缸的氣量保留在合適適中的位置。 結(jié)束語(yǔ) 綜全文所述，本文對(duì)PLC及組態(tài)技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細(xì)的介紹，根據(jù)材料分揀的實(shí)際需求采用PLC設(shè)計(jì)出了材料分揀系統(tǒng)，并使用組態(tài)作為監(jiān)控軟件具有很高的實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)對(duì)全文做出如下總結(jié)： 一、設(shè)計(jì)材料分揀系統(tǒng)之前，閱讀了大量的資料和文獻(xiàn)，不但了解了自動(dòng)分揀系統(tǒng)發(fā)展的歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用背景。還學(xué)習(xí)了氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)、及用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控的知識(shí)。 二、用組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化監(jiān)控。 三、完成了材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作。并且基于該平臺(tái)完成了控制系統(tǒng)的軟件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了材料分揀系統(tǒng)硬件和軟件。 實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，出現(xiàn)了不少難題：氣源于氣閥的氣壓不能實(shí)現(xiàn)精確調(diào)制，傳感器的容易受到外界因素的干擾，上位機(jī)與下位機(jī)通信不穩(wěn)定等問(wèn)題。通過(guò)多次試驗(yàn)與實(shí)踐以上問(wèn)題基本上得到了解決，如何進(jìn)一步提高控制性能，工作展望如下: 一、進(jìn)一步提高氣源氣壓的穩(wěn)定性，這樣可以提高氣閥的工作性能，為材料正常進(jìn)入、彈出傳送帶打下基礎(chǔ)。 二、在硬件上進(jìn)一步改進(jìn)擋板、出料軌道、傳送帶、進(jìn)料倉(cāng)，這對(duì)系統(tǒng)的實(shí)用與可靠性的提高有重大意義。 三、采用步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分揀效率的質(zhì)的提高。 四、進(jìn)一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。 五、進(jìn)一步分析研究各種分揀系統(tǒng)地優(yōu)劣，提出材料分揀系統(tǒng)的綜合性能。 致 謝 本論文是在指導(dǎo)老師曹立學(xué)的悉心指導(dǎo)和精心培養(yǎng)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、縝密的思維方式、踏實(shí)的工作作風(fēng)和對(duì)事業(yè)的執(zhí)著，以及對(duì)我的諄諄教誨都給我留下了深刻的印象，并使我終身受益。謹(jǐn)此對(duì)曹老師表達(dá)衷心的感謝和崇高的敬意。 還要感謝同窗好友和其他許多老師和同學(xué)，感謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給我的幫助。此外，我還要感謝我的父母，謝謝他們一直以來(lái)對(duì)我的學(xué)業(yè)的支持和幫助。 最后，祝所有關(guān)心、幫助和支持我的人們身體健康、工作順利！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 袁秀英。組態(tài)控制技術(shù)，北京：電子工業(yè)出版社。2003.8。 [2] 張萬(wàn)忠、周淵深?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2001.4。 [3] 使用手冊(cè)——三菱系列微型可編程控制器。1999.11。 [4] 常斗南?？删幊炭刂破?，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。1998.7。 [5] TVT-99系列教學(xué)實(shí)物模型使用說(shuō)明書(shū)。1999.11。 [6] 靜音空氣壓縮機(jī)使用說(shuō)明書(shū)。2007.11。 [7] 楊永平。液壓與氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2001.4。 [8] 張福學(xué)。2004/2005傳感器與執(zhí)行器大全——傳感器?變送器?執(zhí)行器—— 年卷 北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2005.12 [9] 郝蕓。傳感器原理與應(yīng)用，北京：電子工業(yè)出版社。2000.5。 [10] 吳叢，蒲鐘佑。液壓與氣動(dòng)，北京：北京理工大學(xué)出版社。1994.12。 [11] 吳志強(qiáng) 魯曉春。物流設(shè)施與設(shè)備，北京：清華大學(xué)出版社﹒北京交通大學(xué)出版社。2005。 [12] SWOD5C—FXTRN—BEG—C用戶手冊(cè),2003.3。 [13] 柳貴國(guó)。檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用，北京：電子工業(yè)出版社。2006.6。 [14] 王艷秋。電機(jī)及電力拖動(dòng)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2005.8。 附 錄： （1） PLC 接線圖 （2） 材料分揀系統(tǒng)的梯形圖 34