畢業(yè)論文-材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)---畢業(yè)設(shè)計(jì)

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 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、倉庫該控制系統(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 41 概述1.1 PLC的發(fā)展歷史 51.2PLC的定義和特點(diǎn) 61.3PLC基本結(jié)構(gòu)和工作原理 82 組態(tài)控制技術(shù)112.1 組態(tài)技術(shù)概述122.2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) 132.3 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133 設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計(jì) 143.1材料分揀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及功能143.2材料分揀系統(tǒng)的整個(gè)工作過程 173.3材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型173.4材料分揀系統(tǒng)梯形圖的編輯、設(shè)計(jì)與輸入224 材料分揀系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫面及參數(shù)設(shè)置 244.1組態(tài)控制畫面的設(shè)計(jì)244.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定254.3 組態(tài)監(jiān)控功能概述294.4材料分揀控制系統(tǒng)的調(diào)試29結(jié)束語 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、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、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)化立體倉庫連接起來，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，可以說千變?nèi)f化。 從分揀技術(shù)水平上說，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)，但近二十年來由于其本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要發(fā)展迅速，后來者居上，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)最先在郵政部門開始應(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、煙草部門、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,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)化倉庫和無人自動(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。 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，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)過程。可編程序控制器及其有關(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?，F(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)語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進(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)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(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。它不僅可以通過增加輸入輸出模塊增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)PLC的通信來擴(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，它是專門為工業(yè)過程而設(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?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N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。 輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運(yùn)算后得出的控制信息，并通過機(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，開關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 下面通過開關(guān)量輸入、輸出模塊來說明I/O模塊與CPU的連接方式。 (1)開關(guān)量輸入模塊 開關(guān)量輸人設(shè)備是各種開關(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(1224 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)于開關(guān)量中交流輸入模塊的工作原理，只是在輸人端先通過整流將交流輸入信號(hào)變成直流信號(hào)，其他與開關(guān)量直流輸入模塊工作原理相同。 (2)開關(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)接通或斷開繼電器的線圈，繼電器的觸點(diǎn)閉合或斷開，通過繼電器觸點(diǎn)控制外電路的通斷。對(duì)于晶體管輸出型，則是通過光電耦合使開關(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?；竟ぷ髟?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運(yùn)行用戶程序來實(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始，在無中斷或跳轉(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。然后再從頭開始執(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掃描過程示意圖如下圖所示。PLC掃描過程示意圖PLC工作過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)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(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)，都是通過編寫程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）來實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、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)問題。對(duì)于過去需要幾個(gè)月的工作，通過組態(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)鍵問題上。一方面，從管理的角度講，用組態(tài)軟件開發(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)軟件一般來說，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PLC4、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、氣缸回位限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(guān)）15、17、19、21、22、氣缸動(dòng)作限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(guān)）24、電容傳感器 SB25、顏色傳感器 SC26、電感傳感器 SA28、29、30、31、導(dǎo)料軌道32、氣缸133、氣缸234、氣缸335、氣缸436、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)入庫而自動(dòng)出庫的裝置，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，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個(gè)氣閥中。來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^濾器是氣動(dòng)系統(tǒng)中最常見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)到有材料通過時(shí)，輸出一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過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)開關(guān)，它們是有開關(guān)量輸入輸出的傳感器。分別作為氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動(dòng)作限位開關(guān)。磁感應(yīng)開關(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)衰減量的變化來完成無接觸檢測(cè)物體的目的。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開關(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。電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測(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關(guān)，使接近開關(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)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來檢測(cè)鐵質(zhì)材料。電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(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)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(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。具體控制過程為:(1)接通電源，按下啟動(dòng)開關(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)物體開始在傳送帶上運(yùn)行。如果下料傳感器沒有感應(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)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號(hào)12個(gè)，均為開關(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X010SFW2氣缸動(dòng)作限位開關(guān)X011SFW3氣缸動(dòng)作限位開關(guān)X017SFW4氣缸動(dòng)作限位開關(guān)X013SFW5氣缸動(dòng)作限位開關(guān)X000SA電感傳感器X001SB電容傳感器X002SC顏色傳感器X005SBW2氣缸回位限位開關(guān)X006SBW3氣缸回位限位開關(guān)X007SBW4氣缸回位限位開關(guān)X015SBW5氣缸回位限位開關(guān)X014SN判斷下料有無(下料傳感器)輸出部分Y000YV2先導(dǎo)式電磁換向閥11Y001YV3先導(dǎo)式電磁換向閥10Y003YV4先導(dǎo)式電磁換向閥 9Y004YV5先導(dǎo)式電磁換向閥13Y005M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FX2N32MR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以備將來的擴(kuò)展。 氣動(dòng)裝置選型氣源選擇FB0.048/7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：FB0.048/7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cm0.550.748280045153240x40x58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，電源來自分揀系統(tǒng)的內(nèi)置電源，內(nèi)置電源通過將220伏轉(zhuǎn)化為24伏電壓而來。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關(guān)、氣缸動(dòng)作限位開關(guān)都選用DC73型號(hào)的磁感應(yīng)開關(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：DC73磁感應(yīng)開關(guān) 個(gè)數(shù)：10額定電壓DC24V AC110V額定電流DC：540mA AC: 520mA而震程度1050HZ使用溫度060攝氏度電感式接傳感器選擇百斯特BLJ18A48Z/B1Z 技術(shù)參數(shù)如下：百斯特BLJ18A48Z/B1Z 個(gè)數(shù)：1額定電壓DC：636V額定電流300mA顏色傳感器選擇OMRON的E3SVS1E4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 E3SVS1E4型 個(gè)數(shù)：1額定電壓DC：1224V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E2KX81ME1型，技術(shù)參數(shù)如下：OMRON E2KX81ME1型 個(gè)數(shù)：1Description靜電容量型近接開關(guān)Sensing Distance8mmOutput直流3線式NPNSizeM18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YN606 ，技術(shù)參數(shù)如下：LINIX YN606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F/VAC6220500.15439(400)4713801/450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 MD3534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)的工作過程，當(dāng)電源得電時(shí)，即流程圖開始的時(shí)刻，整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行。首先由光電傳感器判斷有無材料，沒有材料時(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)，于是同組的氣缸開始動(dòng)作打出材料。如果氣缸沒有復(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，可以通過梯形圖符號(hào)、指令語句以及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SC09。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)控畫面及參數(shù)設(shè)置4.1 組態(tài)控制畫面的設(shè)計(jì) 打開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)控的畫面如下：圖12 材料分揀系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫面4.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定首先對(duì)畫面上的按鈕進(jìn)行動(dòng)畫連接設(shè)置。例如：?jiǎn)螕舢嬅嫔系牟牧蠋熘甘緹?，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，無誤后點(diǎn)確定。對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象通道類型SN只讀X00000SA只讀X00001SB只讀X00002SC只讀X00003SFW2只讀X00004SFW3只讀X00005SFW4只讀X00006SFW5只讀X00007SBW2只讀X00010SBW3只讀X00011SBW3只讀X00012SBW4只讀X00013SBW5只讀X00014YV2讀寫Y00000YV3讀寫Y00001YV4讀寫Y00002YV5讀寫Y00003M讀寫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 通過對(duì)組態(tài)的畫面與通訊參數(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)材料庫里有材料時(shí)，材料庫指示燈開始閃爍。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，開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。這個(gè)過程便于我們發(fā)現(xiàn)問題與不足。通上電源，觀察指示燈，一切正常之后開始加材料。通過運(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)問題，首先調(diào)低氣缸的氣壓，但氣壓波動(dòng)較大，仍然無法解決問題；從另一個(gè)方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過試驗(yàn)，大部分材料可以正常步入傳送帶。此問題順利得到解決。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，說明傳感器與物體的距離不適合。通過多次調(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)到材料后便開始動(dòng)作，但由于氣壓的原因，材料不是被打飛，就是根本沒有觸到材料。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)氣開關(guān)，使氣缸的氣量保留在合適適中的位置。結(jié)束語綜全文所述，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)定等問題。通過多次試驗(yàn)與實(shí)踐以上問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，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。5TVT-99系列教學(xué)實(shí)物模型使用說明書。1999.11。6靜音空氣壓縮機(jī)使用說明書。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。2005.129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。12SWOD5CFXTRNBEGC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