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

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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 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 學(xué) 號： 0717014017 姓 名： 郭 陽 指導(dǎo)教師： 曹立學(xué) 2011年5月12日 摘 要 自動分揀控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會各行各業(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，對自動分揀系統(tǒng)及其相關(guān)的技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢作了一個比較全面的總結(jié)。在熟悉了自動分揀系統(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)合氣動裝置、傳感器技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控等技術(shù),現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點,對不同的分揀對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(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 ……………………………………………………………………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)相對于傳統(tǒng)計算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點 …………………………………13 2.3 常用于組態(tài)控制技術(shù)的計算機(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 ………………………………………………………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)的整個工作過程 ……………………………………………………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)計與輸入…………………………………………22 4 材料分揀系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫面及參數(shù)設(shè)置 ……………………………………………24 4.1組態(tài)控制畫面的設(shè)計…………………………………………………………………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 ……………………………………………………………………………………29 致謝 ………………………………………………………………………………………31 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………32 附錄 …………………………………………………………………………………… 33 引言 自動分揀系統(tǒng)的概述 自動分揀是指貨物進(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、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、搬運裝置、分支裝置（負(fù)責(zé)把到達(dá)分揀位置的貨物按運到別處的裝置）、緩沖站（在分揀位置臨時存放貨物的裝置）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種類的物品，分揀能力達(dá)到每小時萬件以上。國外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進(jìn)給臺、信號盤、分揀機(jī)、分揀信息識別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計算機(jī)管理系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍的各種運輸和裝卸機(jī)械，組成一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。自動分揀大部分與自動化立體倉庫連接起來，配合自動引導(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臺自動分揀機(jī)投入運行，其中58.32%用于儲運業(yè)，17.15%用于銷售業(yè)。到1987年就已經(jīng)擁有自動分揀機(jī)1000臺，號稱是世界上擁有分揀機(jī)最多的國家。 我國自動分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與國際先進(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，我國最初是一些郵局采用小型的半自動翻盤分揀機(jī)，用于郵包分揀。1990年為迎接第十一屆亞運會，從荷蘭引進(jìn)了一套有3個入口，60個出口的自動分揀系統(tǒng)，成立了北京食品配送中心，每小時可以配送3000件貨物，使我國的分揀技術(shù)有了一個飛躍。而如今分揀技術(shù)已經(jīng)用于我國的各行各業(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間內(nèi)正確分揀，非憑借高度自動化的分揀措施不可。此后，運輸企業(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,商品趨勢趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時制（JUST-IN-TIME，簡稱JIT)。分揀作業(yè)已成為一項重要的工作環(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、分送點的增多、配貨響應(yīng)時間的縮短和服務(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、分揀點多、差錯率極低、效率高和基本上全自動操作的優(yōu)勢。日本一位物流專家認(rèn)為，在用戶需求表現(xiàn)為多種小批量的時代，物流技術(shù)的三大措施是自動分揀機(jī)、自動化倉庫和無人自動引導(dǎo)車。自動分揀機(jī)是其中最接近與成熟的產(chǎn)品，這可以認(rèn)為是國家對于自動分揀在物流技術(shù)中的地位和現(xiàn)狀的一個較好的概括。自動分揀系統(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)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，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，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。要把計算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。 美國數(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可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術(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算機(jī)的優(yōu)點，但實際上只稱為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，而且可以對模擬量進(jìn)行控制。因此，美國電器制造協(xié)會(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，以便與個人計算機(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。這時的PLC具有了高速計數(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、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 1.2PLC的定義和特點 PLC的發(fā)展初期，不同的開發(fā)制造商對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，國際電工委員會(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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，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)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計。 它的一些性能與繼電器相比具有以下特點： 1可靠性高 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。可編程控制器的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾個方面： a)可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間縮短，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)計方法進(jìn)行設(shè)計，例如冗余設(shè)計，掉電保護(hù)，故障診斷，報警和運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，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。 d)可編程控制器的硬件設(shè)計方面，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)級元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計等。 2操作性高 a)操作方便：對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、繼電器編號或接點號等直接進(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)計人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計思想的溝通。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。 c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，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重要特點。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數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺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化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 4可實現(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)計的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機(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)，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。實際上可編程序控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機(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，完成邏輯運算、數(shù)學(xué)運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。 2 存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統(tǒng)存儲器(EPROM)和用戶存儲器(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)場各類信號連接的部分。 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)場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、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)場的信號轉(zhuǎn)換成CPU能接收的TTL標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字量信號。對于開關(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變成直流信號，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電平的控制信號轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場所需的，能驅(qū)動特定設(shè)備的信號，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。 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。對于繼電器輸出型，CPU輸出時接通或斷開繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合或斷開，通過繼電器觸點控制外電路的通斷。對于晶體管輸出型，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)簡易編程器(2)圖形編程器(3)通用計算機(jī)編程。 基本工作原理 我們已經(jīng)知道PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC的控制功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。 PLC運行程序的方式與微型計算機(jī)相比有較大的不同，微型計算機(jī)運行程序時，一旦執(zhí)行到END指令，程序運行結(jié)束。而PLC從0000號存儲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，按存儲地址號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)成一個掃描周期。另外，PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機(jī)不同。微型計算機(jī)對輸入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信號是集中批處理。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?，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時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)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個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。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。 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)是一種計算機(jī)控制技術(shù)。利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計算機(jī)測控系統(tǒng)與一般計算機(jī)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)的區(qū)別，它們都是由被控對象、傳感器、I/O接口、計算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成。 現(xiàn)場 參數(shù) I/O 接口 現(xiàn)場設(shè)備 執(zhí)行器 傳感器 被控對象 I/O 接口 計算機(jī) 顯示器 鍵盤 一般計算機(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象的各種參數(shù)進(jìn)行檢測，然后將參數(shù)顯示于計算機(jī)的顯示器上。并根據(jù)參數(shù)實際值與設(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，它是計算機(jī)與現(xiàn)場設(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)相對于傳統(tǒng)計算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點 組態(tài)的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(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)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(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，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。 這樣系統(tǒng)設(shè)計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)）計算機(jī)系統(tǒng)。如：中國的研華公司、時利和公司、德國的西門子公司、日本三菱等等。 與上面系統(tǒng)專用組態(tài)軟件相對的是通用組態(tài)軟件，常用的國產(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 3.1 材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，設(shè)置的轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計了可與PLC連接的轉(zhuǎn)接口。本裝置還設(shè)置了氣動方面的減壓器、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、氣缸回位限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(guān)） 15、17、19、21、22、氣缸動作限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(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)是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統(tǒng)開始運行。當(dāng)系統(tǒng)運行時，啟動傳送帶（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)傳感器檢測到相應(yīng)料塊時，對應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動作驅(qū)動氣缸動作將其推人應(yīng)去的滑道。例如：當(dāng)電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時，對應(yīng)的氣缸（圖6中的34 ）動作，將鐵塊推入對應(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）集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。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氣動設(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，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤滑的部件，達(dá)到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。目前氣動控制閥、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現(xiàn)潤滑，它的主要優(yōu)點是方便、干凈、潤滑的質(zhì)量高。 在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅(qū)動用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。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現(xiàn)對三個內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。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。氣動換向閥是利用電磁力的作用來實現(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式和先導(dǎo)式。先導(dǎo)式電磁換向閥首先由直動式電磁閥（先導(dǎo)閥）提供控制氣壓，再去控制主閥（氣控閥）閥芯的運動，實現(xiàn)主閥的換向。因為這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，輸出一個信號，這個信號通過PLC實現(xiàn)對先導(dǎo)式電磁換向閥的控制，先導(dǎo)式電磁換向閥又控制相對應(yīng)的氣缸來彈出材料到導(dǎo)料軌道。 每個氣缸上都有兩個磁感應(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)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時，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物體的目的。當(dāng)氣缸動作時動作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時而氣缸沒有復(fù)位時氣缸復(fù)位限位開關(guān)感應(yīng)動作從而關(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)氣缸推出材料時導(dǎo)出材料。 轉(zhuǎn)接板上有相對應(yīng)的指示燈，用于指示各個輸入輸出信號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能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個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)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板,而另一個極板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測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并識別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識別綠色與黃色的材料。 單向感應(yīng)電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動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)電動機(jī)、氣缸位置傳感器的信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動作。 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傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個指示燈，同時也為單向感應(yīng)電動機(jī)提供穩(wěn)定的220伏電壓。 本系統(tǒng)共設(shè)置了三個檢測材料的傳感器，同時預(yù)留了一個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)計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、不同顏色的材料的自動分揀。具體控制過程為:(1)接通電源，按下啟動開關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入啟動狀態(tài)。(2)系統(tǒng)啟動后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測到料槽有材料，每隔2秒出料氣缸動作一次，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行。如果下料傳感器沒有感應(yīng)到材料，傳送帶不運行。(3)當(dāng)鐵檢測傳感器檢測到鐵質(zhì)材料時，鐵出料氣缸將待測物體推下。(4) 當(dāng)顏色檢測傳感器檢測到材料為黃色或者綠色時，顏色出料氣缸動作將被檢測到的材料推下。 (5)當(dāng)鋁檢測傳感器檢測到鋁質(zhì)材料時，鋁出料氣缸動作將待測物體推下。(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，傳送帶須繼續(xù)運行一個行程后自動停機(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12個，均為開關(guān)量。輸出信號有5個，其中一個控制電動機(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 氣缸動作限位開關(guān) X011 SFW3 氣缸動作限位開關(guān) X017 SFW4 氣缸動作限位開關(guān) X013 SFW5 氣缸動作限位開關(guān) X000 SA 電感傳感器 X001 SB 電容傳感器 X002 SC 顏色傳感器 X005 SBW2 氣缸回位限位開關(guān) X006 SBW3 氣缸回位限位開關(guān) X007 SBW4 氣缸回位限位開關(guān) X015 SBW5 氣缸回位限位開關(guān) X014 SN 判斷下料有無 (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，在實際統(tǒng)計的輸入/輸出點數(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以備將來的擴(kuò)展。 氣動裝置選型 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 ，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 功率KW 壓力 MPa 排氣量L/min 轉(zhuǎn)速 r.p.m 噪音 dB(A) 儲氣罐容積 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型號的產(chǎn)品?？諝鉃V器選用SANWO（三和）— SAL2000型號的產(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型號的先導(dǎo)式電磁換向閥。采用它的優(yōu)點：（1）外漏堵絕，內(nèi)漏易控，使用安全。（2）系統(tǒng)簡單，便接電腦，價格低廉。（3）動作快遞，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：5.6VA 持續(xù)：3.4VA 直流 2.5W 氣缸采用SANWO（三和）—SCDJB10-45S型號的產(chǎn)品，該產(chǎn)品與氣閥的型號相配套，性能優(yōu)越。 傳感器的選型 氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動作限位開關(guān)都選用D—C73型號的磁感應(yīng)開關(guān)，控制功率高、作用距離大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、壽命長。適合用于自動控制系統(tǒng)中，進(jìn)行自動檢測、定位、保護(hù)等。 它的技術(shù)參數(shù)如下： D—C73磁感應(yīng)開關(guān) 個數(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。技術(shù)參數(shù)如下： OMRON E3S—VS1E4型 個數(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 個數(shù)：1 Description 靜電容量型近接開關(guān) Sensing Distance 8mm Output 直流3線式NPN Size M18 電動機(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。型號為YN60—6 ，技術(shù)參數(shù)如下： LINIX YN60—6型單向感應(yīng)電動機(jī) 個數(shù)：1 功率 W 電壓 V 頻率 HZ 電流 A 極數(shù) P 啟動轉(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型號的電源，具有易散熱，工作性能穩(wěn)定的特點。 技術(shù)參數(shù)如下： DADONG MD35—34型號的電源 個數(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，即流程圖開始的時刻，整個系統(tǒng)開始運行。首先由光電傳感器判斷有無材料，沒有材料時系統(tǒng)直接進(jìn)入一個循環(huán)周期，周期時間到的時候系統(tǒng)停止運行。當(dāng)有材料時，程序判斷YV5是否復(fù)位，當(dāng)它沒有復(fù)位時傳輸帶不運行，復(fù)位時，傳輸帶自動運行且氣缸自動將材料打出，并每隔一定時間打一次。在氣缸將材料送至傳送帶的過程中，傳送帶運行停止，當(dāng)氣缸復(fù)位時傳送帶正常運行。材料隨著傳送帶的運行而前進(jìn)，遇到傳感器相對應(yīng)的傳感器時，傳感器給PLC發(fā)出信號，同時PLC給對應(yīng)的氣閥發(fā)出信號，于是同組的氣缸開始動作打出材料。如果氣缸沒有復(fù)位則傳送帶就停止運行。這就是整個程序的流程。 3.4梯形圖編輯軟件的設(shè)計與輸入簡介 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)計的編程軟件，適用于三菱任何型號的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)行運行操作。運行GX Developer Version7，可以通過梯形圖符號、指令語句以及SFC符號創(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運行時各編程元件的狀態(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 先新建一個工程，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)計好之后必須下載到PLC中才可以運行系統(tǒng)，下載時使用的是三菱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 打開MCGS組態(tài)環(huán)境這個軟件，進(jìn)入它的主界面。設(shè)計出監(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 首先對畫面上的按鈕進(jìn)行動畫連接設(shè)置。例如：單擊畫面上的材料庫指示燈，在表達(dá)式里設(shè)置SN=1，閃爍實現(xiàn)方式與閃爍速度的設(shè)置如下圖： 圖13 動態(tài)組態(tài)屬性設(shè)置 對于其它的指示燈設(shè)置方法也如材料庫指示燈，但表達(dá)式必須對應(yīng)各自的變量參數(shù)。當(dāng)其它指示燈的對應(yīng)變量設(shè)置完成之后。對組態(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)備屬性編輯對話框，對它的參數(shù)作如下設(shè)置，當(dāng)設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。 圖 15 通用串口設(shè)備屬性編輯 再對FX系列編程口進(jìn)行設(shè)置，雙擊FX系列編程口彈出設(shè)備屬性編輯對話框，對它的參數(shù)作如表2和圖16設(shè)置，當(dāng)設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。 對應(yīng)數(shù)據(jù)對象 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Y00000 YV3 讀寫Y00001 YV4 讀寫Y00002 YV5 讀寫Y00003 M 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 通過對組態(tài)的畫面與通訊參數(shù)的設(shè)置之后就可以對材料分揀進(jìn)行監(jiān)控了。當(dāng)材料庫里有材料時，材料庫指示燈開始閃爍。同時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)到對應(yīng)的材料時指示燈開始指示。SBW2、SBW3、SBW4、SBW5的指示燈在汽缸動作時熄滅，當(dāng)汽缸復(fù)位時燈變亮。YV2、YV3、YV4、YV5為氣閥的指示燈，當(dāng)氣閥動作時對應(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，開始對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。這個過程便于我們發(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。從兩個方面解決這個問題，首先調(diào)低氣缸的氣壓，但氣壓波動較大，仍然無法解決問題；從另一個方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過試驗，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，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。 傳感器對應(yīng)的各個氣缸在感應(yīng)到材料后便開始動作，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)材料分揀的實際需求采用PLC設(shè)計出了材料分揀系統(tǒng)，并使用組態(tài)作為監(jiān)控軟件具有很高的實用價值?，F(xiàn)對全文做出如下總結(jié)： 一、設(shè)計材料分揀系統(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)了氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)、及用組態(tài)軟件實現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控的知識。 二、用組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)對分揀系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控，實現(xiàn)了現(xiàn)場無人化監(jiān)控。 三、完成了材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計工作。并且基于該平臺完成了控制系統(tǒng)的軟件。通過實驗測試了材料分揀系統(tǒng)硬件和軟件。 實際的設(shè)計工作中，出現(xiàn)了不少難題：氣源于氣閥的氣壓不能實現(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。通過多次試驗與實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，這對系統(tǒng)的實用與可靠性的提高有重大意義。 三、采用步進(jìn)電機(jī)以實現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實現(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、踏實的工作作風(fēng)和對事業(yè)的執(zhí)著，以及對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)，感謝你們在學(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——三菱系列微型可編程控制器。1999.11。 [4] 常斗南?？删幊炭刂破鳎本簷C(jī)械工業(yè)出版社。1998.7。 [5] TVT-99系列教學(xué)實物模型使用說明書。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，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,2003.3。 [13] 柳貴國。檢測技術(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，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