物料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)PLC

1、目錄中文摘要英文摘要1 緒論1.1 課題的背景和意義1.2 材料分揀系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3 材料分揀系統(tǒng)特點(diǎn)1.4 PLC簡(jiǎn)介及特點(diǎn)1.5 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容2 材料分揀系統(tǒng)工作原理和總體設(shè)計(jì)2.1 工作原理2.2 總體設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成3 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)3.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成3.3 CPU及數(shù)字量擴(kuò)展模塊選擇4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC程序結(jié)構(gòu)4.2 PLC編程4.3 PID控制的功能指令5 結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)（附錄）基于PLC的材料分揀系統(tǒng)摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需

2、要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。本論文分析材料分揀系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，采用穩(wěn)定性較好的工控設(shè)備PLC對(duì)材料的運(yùn)輸、分揀進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。最后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。本論文的材料分揀系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)外許多實(shí)際的材料分揀系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果。經(jīng)實(shí)踐證明該系統(tǒng)能極大的節(jié)省勞力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：材料分揀；自動(dòng)生產(chǎn)線；物料傳送；PLC；The material sorting system bas

3、ed on PLCAbstractWith the development of society, market competition become very fierce.Every enterprise tries its best to improve production technology for improving the productivity efficiency, especially in the enterprises which need the technology of material sorting .Many years ago ,we use hand

4、 to sort material. This method has low production efficiency,but high production costs. So automatic sorting has become the only choice of enterprises.This paper analyzes the working principle of material sorting system and introduce the structure of the system.This system has used PLC which has a g

5、ood stability.I use PLC to control the transportation of material and sorting. In the end, the system hardware and software designing were introduced in detail. The material sorting system in this paper has been used in many factories at home and abroad.And it has a stable and reliable performance a

6、nd good effect in energy saving. Using this control system can save the labor and get obvious economic benefits and social benefits. Keywords: material sorting; Automatic production line; PLC;1 緒論1.1 課題的背景和意義從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動(dòng)軸承、小型電動(dòng)機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動(dòng)線，最早出現(xiàn)的是組合機(jī)床自動(dòng)線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動(dòng)生產(chǎn)

7、線，隨后發(fā)展成為自動(dòng)線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械制造業(yè)中，自動(dòng)線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。采用自動(dòng)線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動(dòng)線能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。材料

8、自動(dòng)分揀系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)過程中需要重復(fù)分揀某些特征明顯物料的工作的效率提高有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在提高分揀速度的同時(shí)，又能保證分揀質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)分揀系統(tǒng)的監(jiān)控。本設(shè)計(jì)材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)所使用的材料分揀裝置是一個(gè)模擬自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了PLC、傳感器、位置控制、電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分揀和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控。材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)能連續(xù)、大批量地分揀貨物由于采用流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)的可以彌補(bǔ)人力分揀在重復(fù)分揀方面的低效率工作。分揀誤

9、差率極低自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制，如果采用人工鍵盤或語音識(shí)別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用傳感器信息輸入，除非物料本身的特征有差錯(cuò)，否則不會(huì)出錯(cuò)。因此，本設(shè)計(jì)計(jì)劃使用傳感器甄別物料的材質(zhì)及外部顏色特征作為信息輸入機(jī)制。分揀作業(yè)基本實(shí)無人化建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于在上位機(jī)上對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和針對(duì)不同生產(chǎn)要求修改系統(tǒng)控制流程。 利用可編程控制器(

10、PLC),設(shè)計(jì)成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以PLC為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(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、精度高、易控制的特點(diǎn),可根據(jù)不同對(duì)象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)不同對(duì)象要求。1.2 使用裝置簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)材料分揀裝置是模擬自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了PLC控制、傳感器、位置控制、電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分選和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位機(jī)監(jiān)控。該裝置采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，配有S7-200型CPU、傳感器（光電式、電感式、顏色、磁感應(yīng)式）、交流電動(dòng)機(jī)、輸送帶、氣缸、電磁閥、直流電源、氣泵、編程練習(xí)面板等，是典

11、型的機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。 裝置由料塊倉庫、電動(dòng)輸送帶、自動(dòng)分選部件和控制器組成。料塊倉庫是一個(gè)手動(dòng)入庫自動(dòng)出庫的裝置。使用時(shí)可將料塊放入倉庫中，當(dāng)光電傳感器感測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開始運(yùn)行，即啟動(dòng)輸送帶并由出庫氣缸將庫內(nèi)最底層料塊推入輸送帶。電動(dòng)輸送帶是由交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式水平輸送裝置。它將料塊勻速平穩(wěn)的送至自動(dòng)分選部件。自動(dòng)分選部件由物料傳感器、微型直線氣缸及滑道組成。當(dāng)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣缸將其推入應(yīng)去的滑道；控制器采用SIEMENS S7-200型PLC，該系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、降低了威脅率，提高了工作效率。它接受倉庫傳感器、

12、各料塊傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、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)和各電磁換向閥。1.3 PLC簡(jiǎn)介及其應(yīng)用 PLC的概念可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)

13、的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如下所示：（1） 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶

14、程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的適用性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。（2） 存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器可以分為兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理、監(jiān)控程序和用戶程序編譯程序，這類程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要用于存放用戶編制的應(yīng)用程序和各種數(shù)據(jù)。（3） 電源 PLC的電源是指為CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)電源。

15、電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般比較寬，抗干擾能力比較強(qiáng)。電源的直流輸出電壓多為直流5V和直流24V。直流5V電源供PLC內(nèi)部使用，直流24V電源除了供內(nèi)部使用外還可以供輸入/輸出單元和各種傳感器使用。1.3.3 PLC種類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。1按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體

16、式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。（2）模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配

17、置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。(1)低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系

18、統(tǒng)。(2)中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。(3)高檔PLC除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。3按I/O點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 (1).小型PLC-I/O點(diǎn)數(shù)< 256點(diǎn)；單CPU、8位或1

19、6位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下。 產(chǎn)品型號(hào)生產(chǎn)廠家GE-I型美國(guó)通用電氣(GE)公司TI100美國(guó)德洲儀器公司F、F1、F2日本三菱電氣公司C20 C40日本立石公司（歐姆龍）S7-200德國(guó)西門子公司EX20 EX40日本東芝公司SR-20/21中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司(2). 中型PLC-I/O點(diǎn)數(shù)2562048點(diǎn)；雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量28K 產(chǎn)品型號(hào)生產(chǎn)廠家S7-300德國(guó)西門子公司SR-400中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司SU-5、SU-6德國(guó)西門子公司C-500日本立石公司GE-美國(guó)通用電氣(GE)公司 (3). 大型PLC-I/O點(diǎn)數(shù)> 2048點(diǎn)；多CP

20、U，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816K 產(chǎn)品型號(hào)生產(chǎn)廠家S7-400德國(guó)西門子公司GE-美國(guó)通用電氣(GE)公司C-2000日本立石公司K3日本三菱電氣公司PLC的特點(diǎn)高可靠性PLC所有的I/O接口電路采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)附電路之間電氣隔離；各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms；各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；具有良好的自診斷功能，一旦電源或者其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；簡(jiǎn)化編程語言，對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)，設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT；對(duì)程序和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備。上述措施使PLC有

21、高的可靠性，而采用循環(huán)掃描工作也提高其抗干擾能力。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)PLC具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在電源瞬間斷電的情況下，仍可以正常工作；具有很強(qiáng)的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值1000V，脈寬10S的矩形波空間電磁干擾；具有良好的抗振能力和沖擊能力。一般對(duì)環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度為-20。C65，相對(duì)濕度為35%85%的情況下可正常工作。通用性強(qiáng)、采用模塊化結(jié)構(gòu)各個(gè)PLC的生產(chǎn)廠家都有各種系列化產(chǎn)品和各種模塊供用戶選擇。用戶可以根據(jù)控制對(duì)象的規(guī)模和控制要求，選擇合適的PLC產(chǎn)品，組成所需要的控制系統(tǒng)。在做應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，一般不需要用戶制作任何附加裝置，從而能使設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)化

22、。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC意外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC的各個(gè)部件。包括CPU、電源、I/O均采用模塊化的設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各個(gè)模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合擴(kuò)充方便、組合靈活。此外PLC具有豐富的I/O接口模塊、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、手段多；安裝簡(jiǎn)單、維修方便；速度快等特點(diǎn)，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。1.3.5 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)

23、行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。

24、因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)

25、和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。1.3.6 PLC的應(yīng)用PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域起舉足輕重的作用，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食

26、品、交通等行業(yè)。時(shí)間證明80%以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。PLC可用于邏輯順序控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)及位置控制、數(shù)據(jù)處理、通信連網(wǎng)等。使用PLC可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，可使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的抗干擾能力增強(qiáng)、可靠性提升。21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加

27、劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。1.4本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容 經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)研和分析，并結(jié)合需方的實(shí)際要求，本次研究的主要內(nèi)容是基于PLC的材料分揀系統(tǒng)的開發(fā)與制作。整個(gè)系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化管理，設(shè)備管理達(dá)到最

28、優(yōu)效果，運(yùn)行調(diào)節(jié)達(dá)到最佳節(jié)能。論文主要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行描述：（1）論文在對(duì)課題進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和思路，確定論文主要的研究?jī)?nèi)容和研究方法。（2）分析了材料分揀系統(tǒng)的原理，給出了材料分揀系統(tǒng)的理論模型；確定材料分揀系統(tǒng)的控制方案，給出了材料分揀的控制流程及工作原理；（3）介紹了基于PLC的材料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)，以及電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)等技術(shù)。對(duì)材料分揀系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。 2 材料分揀系統(tǒng)原理和總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)功能及工作原理本設(shè)計(jì)是開環(huán)控制系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用，它能把料倉中的3個(gè)物塊：鐵塊、鋁塊和一個(gè)帶顏色的木塊自動(dòng)檢測(cè)出來，并把

29、它們送到指定的位置，完成工件的自動(dòng)分揀。當(dāng)輸送站送來的工件放到傳送帶并為入料口漫射式光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，將信號(hào)傳輸PLC，通過PLC的程序使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳送帶工作，把工件帶進(jìn)分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)的工件為鐵塊，則檢測(cè)鐵制物料的電感傳感器動(dòng)作，作為一號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將鐵塊推到一號(hào)料槽，如果進(jìn)入分揀區(qū)的工件為鋁塊，則檢測(cè)金屬物料的電容傳感器動(dòng)作，作為二號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將鋁塊推到二號(hào)料槽里。如果進(jìn)入分揀區(qū)的工件為黃色木塊，則檢測(cè)黃色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為三號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將黃色物塊推到三號(hào)料槽里。在井型料倉下方有一個(gè)漫射式光電傳感器，有工件時(shí)，漫射式光電傳感器將信號(hào)傳輸給PLC

30、，用戶PLC程序輸出信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，將工件輸送至分揀區(qū)。漫射式光電傳感器利用光照射到被測(cè)物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為發(fā)散的，故稱為漫射式光電傳感器。它的光發(fā)射器與光接收器處于同一位置，且優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在工作時(shí)，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測(cè)光，若接近開關(guān)前方一定距離內(nèi)沒有物體，則沒有光反射到接收器，接近開關(guān)處于常態(tài)而不動(dòng)作，反之若接近開關(guān)的一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要反射回來的光強(qiáng)度足夠，則接收器收到足夠的漫射光使接近開關(guān)動(dòng)作而改變輸出的狀態(tài)，完成整個(gè)下料過程。在每個(gè)料槽的對(duì)面都有推料（分揀）氣缸，把分揀出來的工件推到對(duì)號(hào)的料槽中，在三個(gè)推料（分揀）氣缸的前限位置和原始位置分別

31、裝有動(dòng)作限位和回位限位傳感器，在PLC的自動(dòng)自動(dòng)控制下可根據(jù)該信號(hào)來判別分揀氣缸當(dāng)前所處位置。當(dāng)推料（分揀）氣缸將物料推出時(shí)動(dòng)作限位傳感器輸出信號(hào)為“1”，回位限位傳感器輸出信號(hào)為“0”。反之，動(dòng)作限位傳感器輸出信號(hào)為“0”，回位限位傳感器輸出信號(hào)為“1”。PLC通過它們的輸出信號(hào)，來控制氣缸的動(dòng)作，使物料分揀出來。2.2 總體設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)為基本原則，圖2.1構(gòu)建了一個(gè)基于PLC的材料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)：PLC電機(jī)和下料氣缸下料傳感器 鐵出料氣缸鐵檢測(cè)傳感器空氣壓縮機(jī)鋁出料氣缸金屬檢測(cè)傳感器 顏色出料氣缸顏色檢測(cè)傳感器氣缸動(dòng)作、限位傳感器 圖 2.12.2.2 系統(tǒng)結(jié)

32、構(gòu)組成 按上述結(jié)構(gòu)的成套控制裝置主要包括：（1） 邏輯可編程控制器（PLC）（2） 計(jì)算機(jī)（3） 電動(dòng)機(jī)（4） 氣泵（5） 氣缸（6） 傳感器（7） 傳送帶（8） 系統(tǒng)軟件 PLC的輸入信號(hào)及控制對(duì)象系統(tǒng)以PLC為核心，其輸入信號(hào)主要包括：下料傳感器輸出信號(hào)，下料氣缸回位限位傳感器輸出信號(hào)，下料氣缸動(dòng)作限位傳感器輸出信號(hào)，氣缸1、氣缸2、氣缸3動(dòng)作限位傳感器及其回位限位傳感器輸出信號(hào)，電容傳感器輸出信號(hào)，電感傳感器輸出信號(hào)，顏色傳感器輸出信號(hào)。PLC的輸出主要控制對(duì)象：（1） 電機(jī)，傳送帶（2） 氣缸3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)31 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過PLC程序控制電機(jī)和氣缸的動(dòng)作，并且需

33、要一個(gè)氣泵來給氣缸提供動(dòng)力，當(dāng)然更離不開傳感器提供的輸入信號(hào)，來完成物料的傳送與分揀。為了使物料得到正確地分揀我設(shè)計(jì)了如下控制框圖：注：本系統(tǒng)選擇了SIEMENS S7-200系列PLC3.2 控制系統(tǒng)中各器件的線路連接西門子PLC(I/O)分揀系統(tǒng)接口備注輸入部分I0.3SKW1( 氣缸1動(dòng)作限位)I0.0SKW2（氣缸2動(dòng)作限位）I0.2SKW3（氣缸3動(dòng)作限位）I0.4SKW5（下料氣缸動(dòng)作限位）I0.5SA （電感傳感器）檢測(cè)鐵制I0.6SB （電容傳感器）檢測(cè)金屬I0.7SC （顏色傳感器）檢測(cè)顏色I(xiàn)1.0SBW1（氣缸1回位限位）I1.1SBW2（氣缸2回位限位）I1.2SBW3（

34、氣缸3 回位限位）I1.3SN （下料傳感器）判斷物料有無I1.4SBW5（下料氣缸回位限位）輸出部分Q0.0YV1 (氣缸1電磁閥)Q0.1YV2 （氣缸2電磁閥）Q0.2YV3 （氣缸3電磁閥）Q0.4YV5 （下料氣缸電磁閥）Q0.5M （電機(jī)）公共端1M24+在面板中所有輸出、輸入端子為高電平有效2M1L2LMGND3.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，用于拖動(dòng)傳送帶從而輸送物料。它主要由電機(jī)支架、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器等組成。三相電機(jī)是傳動(dòng)的主要部分，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢可有手動(dòng)控制。其作用是帶動(dòng)傳送帶從而輸送物料。電機(jī)支架用于固定電動(dòng)機(jī)。聯(lián)軸器由于把電動(dòng)機(jī)的軸和傳送帶主動(dòng)輪的軸連接起來

35、，從而構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在安裝和調(diào)整時(shí)，要注意電動(dòng)機(jī)的軸要和輸送帶主動(dòng)輪的軸必須要保持在同一直線上。3.4 氣動(dòng)機(jī)構(gòu) PLC通過程序控制電磁閥來控制氣缸的動(dòng)作。分揀單元的電磁閥組只使用了帶手控開關(guān)的單電電磁閥，它們安裝在匯流板上。這些電磁閥分別對(duì)下料推動(dòng)氣缸、顏色推動(dòng)氣缸、鐵塊推動(dòng)氣缸和金屬推動(dòng)氣缸的電氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。所采用的電磁閥所帶手動(dòng)開關(guān)有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2種位置，在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，使手動(dòng)開關(guān)處于開啟位置，可以使用手動(dòng)開關(guān)對(duì)閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。為了準(zhǔn)確且平穩(wěn)的把工件從滑槽中間推出，需要仔

36、細(xì)的調(diào)整兩個(gè)分揀氣缸的位置和氣缸活塞桿的伸出速度，具體方法: 氣缸的作用氣口都安裝了限出型氣缸截流閥。限出型氣缸截流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的動(dòng)作速度。截流閥上帶有氣管的快速接頭，只要將合適外徑的氣管往快速接頭上一插就可以將管連接好了，使用十分方便。分揀單元的兩個(gè)電磁閥安裝時(shí)要注意，一是安裝位置，應(yīng)使得工件從滑槽中間推出，二是要安裝水平，或稍微略向下否則推出時(shí)導(dǎo)致工件翻轉(zhuǎn)。3.5 PLC的CPU選擇CPU：采用S7-200 CPU224,DC/AC/繼電器輸出型，該產(chǎn)品集成14個(gè)數(shù)字量輸入和10個(gè)數(shù)字量輸出，可擴(kuò)展7個(gè)模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O或38路模擬量I/O；22K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

37、空間，就有6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器和2個(gè)100KHZ的高速脈沖輸出；2個(gè)RS485通訊口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口通訊方式；該產(chǎn)品還內(nèi)置自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能，是SIEMENS家族小型PLC領(lǐng)域的新產(chǎn)品。4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1控制過程分析及設(shè)計(jì) 本課題針對(duì)料庫的尺寸、存儲(chǔ)貨物的種類等要求所設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵、鋁、不同顏色塑料的自動(dòng)分揀。具體控制過程為：（1） 接通電源，按下啟動(dòng)開關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶開始運(yùn)行；（2） 系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器（光電傳感裝置）檢測(cè)到料槽有料，出料氣缸開始動(dòng)作，將待測(cè)物體推到傳送帶上，待測(cè)物體開始在傳送帶上運(yùn)行；（3）當(dāng)鐵檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鐵材料時(shí)，鐵出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下；（4）當(dāng)鋁檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鋁材料時(shí)，鋁出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下；（5）當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到非金屬材料為黃色時(shí)，顏色出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下；（6）豎井式下料槽無待下料時(shí)，并且所有物料