自動(dòng)物料分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)論文 自動(dòng)物料分揀機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 自動(dòng)物料分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)械工程系 　 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù) 學(xué)生姓名 　 學(xué) 號(hào) 100920508 　年級(jí) 2010級(jí) 指導(dǎo)教師 　 二0一四 年 四 月 三十 日 摘 要 可編程序控制器（PLC）是一種新型的通用的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，是功能加強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓寬到了各個(gè)領(lǐng)域，PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制，順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)，印刷機(jī)，訂書(shū)機(jī)，組合自動(dòng)物料分揀機(jī)，磨床，包裝等。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(chē)，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用廣泛。如今伴隨著信息時(shí)代的到來(lái)，人們的生活水平日益提高，方便、快捷、 自動(dòng)、智能成為時(shí)代的主題，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅 僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個(gè)安全、方便、舒適的環(huán)境，自動(dòng)化的電子產(chǎn)品自然成為人們追求的目標(biāo)。 本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始物料分揀機(jī)的基本功能的同時(shí)又增加了一系列的實(shí)用功能并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)，其將以控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變分揀機(jī)的順序，從而來(lái)達(dá)到控制靈活，一機(jī)多用的目的，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的智能化。 關(guān)鍵字：PLC；自動(dòng)物料分揀機(jī)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 absraote With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy toreasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum. Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinarhome, not only can be used for minced meat.thesystemstatefeedbackcontrolmatrix. Key word: PLC； cylinder； pneumatic loop；system strucer II 目 錄 1概述.............................................................................................................................1 1.1 物料分揀裝置的發(fā)展歷史..............................................................................1 1.2 物料分揀裝置的發(fā)展意義..............................................................................2 1.3 物料分揀裝置在機(jī)械中的應(yīng)用......................................................................3 1.3.1國(guó)內(nèi)的應(yīng)用……………………………………………………………....6 1.3.2國(guó)外的應(yīng)用……………………………………………………………....8 1.4物料分揀裝置的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………..........12 2基于PLC物料分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 2.1 物料分揀裝置概述.......................................................................................15 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 15 2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 15 3基于PLC物料分揀裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 3.1.1 電機(jī)及減速器的選型計(jì)算 18 3.2確定i/o點(diǎn)數(shù) 15 3.3 PLC的選擇 15 4自動(dòng)物料分揀機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)...........................................................30 4.1 PLC簡(jiǎn)介 19 4.1.1 PLC的定義 20 4.1.2 PLC的用途 23 4.2 控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)...................................................................................24 4.3.1 急停........................................................................................................24 4.3.2 計(jì)數(shù)器復(fù)位............................................................................................24 4.3.3 正常停止................................................................................................24 4.3.4 供料電機(jī)控制........................................................................................24 結(jié)論..............................................................................................................................24 參考文獻(xiàn)......................................................................................................................25 致謝..............................................................................................................................26 1概述 1.1物料分揀裝置的發(fā)展歷史 工業(yè)機(jī)器人一般可理解為：在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域中的一種自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)（固定式的或是移動(dòng)式的），用于搬運(yùn)材料、工件、操持工具或檢測(cè)裝置，完成各種作業(yè)。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展物料分揀裝置逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。物料分揀裝置廣泛地應(yīng)用于鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，物料分揀裝置由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視上料物料分揀裝置是典型的機(jī)電一體可自動(dòng)地為機(jī)床抓取工件，取代操作人員頻繁取料，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。本課題所涉及的上下料物料分揀裝置自1999 年投入運(yùn)行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做自動(dòng)上料設(shè)備和生產(chǎn)線上的自動(dòng)抓取設(shè)備。 1.2物料分揀裝置的發(fā)展意義 物料分揀裝置的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一它分地代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。從而大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展物料分揀裝置逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。物料分揀裝置廣泛地應(yīng)用于鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，物料分揀裝置由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視。機(jī)床上料物料分揀裝置是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它可自動(dòng)地為機(jī)床抓取工件，取代操作人員頻繁取料，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。總之，物料分揀裝置是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段，國(guó)內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。 1.3 物料分揀裝置在機(jī)械中的應(yīng)用 1.3.1 國(guó)內(nèi)應(yīng)用 國(guó)內(nèi)在金屬切削加工中，用物料分揀裝置來(lái)完成刀具的自動(dòng)更換。如北京第二機(jī)床廠，北京揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第八機(jī)床廠，上海第二機(jī)床廠，上海第八機(jī)床廠，寧夏大河機(jī)床廠等單位研制的自動(dòng)換機(jī)床，均用物料分揀裝置自動(dòng)更換刀具。在生產(chǎn)自動(dòng)線上，用物料分揀裝置完成的傳遞和上下料，如：沈陽(yáng)水泵廠深井泵體加工自動(dòng)線，無(wú)錫柴油機(jī)廠和甘肅汽車(chē)齒輪廠的齒胚的加工自動(dòng)線都采用了物料分揀裝置。大連工礦車(chē)輛廠的800Kg側(cè)架的加工，采用物料分揀裝置抓取、傳遞和安放并與一些機(jī)床組合成側(cè)架切削加工自動(dòng)線，提高效率10倍。 1.3.2 國(guó)外應(yīng)用 美國(guó)制造155毫米的鋼彈體洛克福特軍械廠，從胚料加工開(kāi)始到加工畢直包裝都自動(dòng)進(jìn)行，不用人手去接觸，達(dá)到全自動(dòng)生產(chǎn)。工業(yè)物料分揀裝置還能用來(lái)代替人工進(jìn)行打磨、拋光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工廠打磨和 拋光銹鋼子彎頭時(shí)，采用ASEA機(jī) 械 手，提 高 加 工 效 率30%以上，不 傷害工人。又 如：瑞典沃爾沃公司在物料分揀裝置上裝了三個(gè)環(huán)形磨輪裝置，用來(lái)對(duì)傳動(dòng)箱外表面去毛刺，比手工方法節(jié)省工時(shí)50%。 1.4物料分揀裝置的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)物料分揀裝置基礎(chǔ)性能的實(shí)驗(yàn)以及基礎(chǔ)理論研究，克服和解決制造技術(shù)及其它存在的問(wèn)題。提高物料分揀裝置運(yùn)動(dòng)速度。尤其是應(yīng)用于沖壓行業(yè)中的物料分揀裝置，以適應(yīng)提高生產(chǎn)率和符合生產(chǎn)節(jié)拍的需要。要研究解決物料分揀裝置的運(yùn)動(dòng)速度和緩沖、定位技術(shù)。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，培訓(xùn)專(zhuān)門(mén)技術(shù)人才，普及物料分揀裝置有關(guān)知識(shí)。盡快解決物料分揀裝置的定型設(shè)計(jì)、定點(diǎn)、定量生產(chǎn)以及配套件的生產(chǎn)和供應(yīng)問(wèn)題，推進(jìn)物料分揀裝置設(shè)計(jì)制造中的現(xiàn)代化（CAD/CAM）準(zhǔn)化、系列化工作，以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。目前工業(yè)物料分揀裝置的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，技術(shù)性能不斷提高，其發(fā)展趨勢(shì)是：擴(kuò)大物料分揀裝置在工業(yè)上的應(yīng)用、提高工業(yè)物料分揀裝置的工作性能、發(fā)展組合式物料分揀裝置、研制具有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的“智能機(jī)器人”。 2基于PLC物料分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 物料分揀裝置概述 動(dòng)物料分揀機(jī)主要由井道式下料機(jī)、檢測(cè)傳輸機(jī)、雙位置推送荷重機(jī)和電動(dòng)滑臺(tái)分揀機(jī)、PLC控制模塊與上位機(jī)組態(tài)、步進(jìn)電機(jī)等部分組成。利用PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)物料分揀的目的。 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 推送行程140mm、荷重臺(tái)量程≤10KG、荷重臺(tái)檢測(cè)精度1g。 輸入電壓：AC360～400V DC24V 消耗功率：≤1000W環(huán)境溫度范圍：-5～40℃ 氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa 2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)分析控制對(duì)象的要求。 3基于PLC物料分揀裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在井道式下料機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)放入待檢工件（最多放六個(gè)），少于2個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。目標(biāo)工件可以自動(dòng)連續(xù)落料，落料檢測(cè)使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)。工件落到傳送帶上，檢測(cè)工件到位，啟動(dòng)傳輸器，依次檢測(cè)工件工位、高度、材質(zhì)、顏色后，進(jìn)行雙位置推送。先推送至荷重工位進(jìn)行重量檢測(cè)，再推送至電動(dòng)滑臺(tái)托板，待分揀。最后通過(guò)氣動(dòng)推送裝置將工件分揀至指定滑道。倉(cāng)儲(chǔ)滑道數(shù)量5個(gè)。 按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行、按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行。重新啟動(dòng)設(shè)備前，先按下復(fù)位按鈕，使程序內(nèi)部參數(shù)復(fù)位。 3.1.1電機(jī)及減速器的選型計(jì)算 已知整個(gè)裝置上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?Kg，范圍為50mm~300mm，移動(dòng)速度為1~2r/min。即： 具體的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.負(fù)載慣量 上下垂直運(yùn)動(dòng) 絲桿螺母慣量 式中 總慣量 5.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無(wú)刷電機(jī)型號(hào)為92BL-A，此無(wú)刷直流步進(jìn)電機(jī)廠家為南京森宇機(jī)電的產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用直流無(wú)刷電機(jī)型號(hào)為 92BL-4030H1-LK-B， 電機(jī)額定功率為0.4KW，額定轉(zhuǎn)矩為1.3N.m，最大轉(zhuǎn)矩為2.6N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機(jī)大致圖如下： 外形尺寸92x92x86，電機(jī)輸出軸徑為14mm。 3.2確定i/o點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制要求，采用觸摸屏控制，PLC的輸入信號(hào)全部來(lái)自傳感器，光電傳感器2個(gè)，電容式接近開(kāi)關(guān)傳感器3個(gè)，電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器1個(gè)，機(jī)械手各動(dòng)作到位檢測(cè)傳感器5個(gè)，A、B氣缸動(dòng)作到位檢測(cè)傳感器4個(gè)，共計(jì)15個(gè)。輸出包括指示燈3個(gè)，供料電機(jī)1個(gè)，皮帶電機(jī)1個(gè)，機(jī)械手控制氣缸動(dòng)作的電磁閥7個(gè)，控制A、B氣缸動(dòng)作的電磁閥4個(gè)，共計(jì)16個(gè)。輸入輸出共需要I/O點(diǎn)31個(gè)。下面列出了物料自動(dòng)分揀機(jī)的PLC的輸入\輸出點(diǎn)分配表，見(jiàn)表3.3 3.3 PLC的選擇 根據(jù)上面所確定的I/O點(diǎn)數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開(kāi)關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機(jī)即可滿(mǎn)足控制要求。本系統(tǒng)選用三菱公司的FX2N系列48MR型PLC。它有24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)，滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。 根據(jù)表3.3和如上所述，畫(huà)出自動(dòng)物料分揀機(jī)PLC控制接線圖如圖3.5 所示: 4自動(dòng)物料分揀機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4.1 PLC簡(jiǎn)介 4.1.1 PLC的定義 PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController），是指以計(jì)算機(jī) 技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International ElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義;PLC英文全稱(chēng)ProgrammableLogicController，中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有PLC。 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條 件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù) 據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC最基本 最廣泛的用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制， 順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)，印刷機(jī)，訂書(shū)機(jī)，自動(dòng)物料分揀機(jī)，磨床，包裝等。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(chē)，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用廣泛。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，主要朝著以下的方面發(fā)展。 1） 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性； 2）智能模塊化； 3）編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化； 4） 網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化。 5.7PLC的選型及硬件配備 根據(jù)上述控制特點(diǎn)，采用小型PLC即可滿(mǎn)足功能要求。由于西門(mén)子S7-200 系列屬于小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的一樣。特別是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)?？捎锰菪螆D、語(yǔ)句表和功能圖三種語(yǔ)言來(lái)編程。且指令功能強(qiáng)，易于掌握、操作方便。近年來(lái)，S7-200PLC已在工業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊其各自的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3.2。，由于存在模擬量輸入輸出，需要增加模擬量輸入輸出模塊，在西門(mén)子S7-200系列PLC中有專(zhuān)門(mén)的模擬量I/O擴(kuò)展模塊。 4.1.2 PLC的用途 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(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類(lèi)。 1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。 如注塑。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用16路的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、自動(dòng)物料分揀機(jī)、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4、過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行16路的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。PLC具體的組成圖如下圖所示： 同一般的微機(jī)一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機(jī)型不同而不同，常用有三類(lèi)：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。 目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8 個(gè)CPU。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，處理字節(jié)指令以及對(duì)系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn)PLC編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制要求。 在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面： 1）接收從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。 2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。 3）通過(guò)輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。 4）從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)解釋后執(zhí)行。 5）根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過(guò)輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀/寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及工作數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)程序是由PLC 的制造廠家編寫(xiě)的，和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過(guò)程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶(hù)不能訪問(wèn)和修改。編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶(hù)程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專(zhuān)用編程器，也可以是配有專(zhuān)用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。專(zhuān)用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專(zhuān)供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤(pán)、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。專(zhuān)用編程器有簡(jiǎn)易編程器和智能編程器兩類(lèi)。 簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡(jiǎn)易編程器體積小、價(jià)格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專(zhuān)用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡(jiǎn)易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來(lái)儲(chǔ)存用戶(hù)程序，如三菱的FX-20P-E簡(jiǎn)易編程器。 智能編程器又稱(chēng)圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺(tái)專(zhuān)用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價(jià)格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。 用戶(hù)程序是隨PLC的控制對(duì)象而定的，由用戶(hù)根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶(hù)程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶(hù)程序經(jīng)過(guò)運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶(hù)存儲(chǔ)器。 工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶(hù)程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時(shí)可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱(chēng)為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶(hù)無(wú)直接聯(lián)系，所以在PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。當(dāng)PLC提供的用戶(hù)存儲(chǔ)器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能。 輸入/輸出單元通常也稱(chēng)I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。 PLC通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶(hù)選用。I/O接口的主要類(lèi)型有：數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 常用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類(lèi)型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖3所示。 PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過(guò)這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。慌c監(jiān)視器連接，可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái)；與其它PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。 與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。 智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊，通過(guò)總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。 PLC的智能接口模塊種類(lèi)很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。 編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶(hù)程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專(zhuān)用編程器，也可以是配有專(zhuān)用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。專(zhuān)用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專(zhuān)供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤(pán)、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。專(zhuān)用編程器有簡(jiǎn)易編程器和智能編程器兩類(lèi)。 簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡(jiǎn)易編程器體積小、價(jià)格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專(zhuān)用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡(jiǎn)易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來(lái)儲(chǔ)存用戶(hù)程序，如三菱的FX-20P-E簡(jiǎn)易編程器。 智能編程器又稱(chēng)圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺(tái)專(zhuān)用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序，使用更加直觀、方便，但價(jià)格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。 專(zhuān)用編程器只能對(duì)指定廠家的幾種PLC進(jìn)行編程，使用范圍有限，價(jià)格較高。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專(zhuān)用編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢(shì)是使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶(hù)只要購(gòu)買(mǎi)PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。這樣，用戶(hù)只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。 PLC配有開(kāi)關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15% 的范圍內(nèi)波動(dòng)。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。 4.2 控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 根據(jù)所繪順序功能圖，在編程軟件中編寫(xiě)梯形圖程序。以下為程序簡(jiǎn)介。如下圖所示為程序結(jié)構(gòu)框圖，下面將分別介紹各段程序。 4.2.1 急停 急停程序，當(dāng)需要急停時(shí)，拍下“急?！卑粹o，對(duì)程序進(jìn)行復(fù)位，并初始化！其具體結(jié)構(gòu)流程圖如下： 4.2.1 計(jì)數(shù)器復(fù)位 計(jì)數(shù)器復(fù)位程序，當(dāng)在觸摸屏上點(diǎn)擊“清除數(shù)據(jù)”時(shí)，對(duì)C220、C221、C222進(jìn)行復(fù)位，清除所記數(shù)據(jù)，其具體結(jié)構(gòu)流程圖如下： 4.2.3 正常停止 正常停止程序，點(diǎn)擊觸摸屏上的“停止”按鈕，運(yùn)行指示燈（綠燈）熄滅。若機(jī)械手已無(wú)夾持工件，系統(tǒng)就會(huì)在完成工件的傳送與分揀后，回到原點(diǎn)位置上，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)并解除停止信號(hào)。若機(jī)械手夾持有工件，則系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行工件的傳送與分揀，在工作完成后才停止運(yùn)行并使系統(tǒng)回到原點(diǎn)位置上，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)并解除停止信號(hào)。其具體結(jié)構(gòu)流程圖如下： 4.2.3 供料電機(jī)控制 供料電機(jī)控制程序。按下啟動(dòng)按鈕后，程序運(yùn)行，運(yùn)行指示燈（Y001）亮，位置Ⅰ傳感器（X011）檢測(cè)有無(wú)工件，若無(wú)工件，Y007得電閉合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，供料盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器檢測(cè)到物料后，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。其具體結(jié)構(gòu)流程圖如下： 根據(jù)表3.3和如上所述，畫(huà)出自動(dòng)物料分揀機(jī)PLC控制接線圖如圖3.5 所示: 結(jié)論 在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度本文所設(shè)計(jì)的是自動(dòng)物料分揀機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的定稿，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最后，感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。 23 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長(zhǎng)藝 PLC控制系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1. 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[18]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致 謝 在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無(wú)微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時(shí)，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，實(shí)事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。 四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周?chē)睦蠋熀屯瑢W(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。