材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、武漢生物工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）武漢生物工程學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 錄引 言51 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案71.1  控制裝置的選擇71.2 軟件算法的選擇82 plc的基本知識82.1 plc的發(fā)展歷史82.2 plc的定義和特點(diǎn)91可靠性高92操作性高93靈活性好102.3 plc基本結(jié)構(gòu)和工作原理113設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計(jì)153.1 材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)153.2材料分揀系統(tǒng)的整個工作過程183.3 i/o分配圖193.4 材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型203.5 材料分揀系統(tǒng)的控制流程圖224梯形圖的編輯與輸入簡介254.1gx developer ve

2、rsion7編程軟件簡介254.2梯形圖254.3 指令28結(jié)束語31致 謝32參 考 文 獻(xiàn)33材料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要自動分揀控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會各行各業(yè)。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，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)合氣動裝置、傳感器技術(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(yùn)行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點(diǎn),對不同的分揀對象,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 abstracta

3、utomatic control system is widely used in all walks of life。the author of this article through access to large amounts of data, the automatic sorting system and its related technology development, current situation and trend made a more comprehensive summary. familiar with the automatic sorting syst

4、em based on the principles, according to certain sorting requirements to mitsubishi plc as the control core, design material sorting control system. the material sorting system taking plc as main controller, combines with the aerodynamic device, sensor technology, control technology, control product

5、s automatic sorting. the system has a high degree of automation, stable operation, high accuracy, easy sorting control characteristics, for different sorting objects, modify the system can reach the requirements.key word material sorting ； mitsubishi plc 引 言 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

6、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(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

7、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(yùn)行，其中58.32%用于儲運(yùn)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

8、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(yùn)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(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

9、、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(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(diǎn)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

10、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 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案1.1  控制裝置的選擇控制裝置作為材料分揀系統(tǒng)的核心控制器，需要有滿足系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況要求的反映速度和足夠的輸入/輸出接口的控制器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)需要的i/o接口約為26個左右，傳感器反映時間肉眼無法分辨，所以至少需要一個能夠?qū)崟r處理信息的控制器。綜合考慮設(shè)計(jì)題目的要求和最大系統(tǒng)開銷時的運(yùn)算強(qiáng)度，

11、嘗試了使用不同的plc作為控制器，最終選擇了歐姆龍（cpm1a-v1）可編程序控制器來作為整個控制裝置的信息處理器。歐姆龍（cpm1a-v1）擁有高速處理能力，cpu內(nèi)置最多六路高速計(jì)數(shù)器(30khz)，而且有30點(diǎn)i/o，通過擴(kuò)展可達(dá)100點(diǎn)數(shù)。完全可以滿足題目要求的26個輸入/輸出點(diǎn)的要求，并且是目前可以選擇的比較經(jīng)濟(jì)的控制器。使用plc控制所有輸入信號在程序處理前統(tǒng)一讀入，并在程序處理過程中不再變化。而程序處理的結(jié)果也是在掃描周期的最后時段統(tǒng)一輸出。其工作特點(diǎn)是將一個連續(xù)的過程分解成若干靜止的狀態(tài)，極類似放映電影的原理。所以plc僅在掃描周期的起始時段讀取外部輸入狀態(tài)，該時段相對較短，抗

12、輸入信號串入的干擾極為有利。這種方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號，也會帶來系統(tǒng)響應(yīng)的滯后。為克服上述問題，可利用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計(jì)數(shù)器或中斷技術(shù)。本設(shè)計(jì)中變量的變化速度較小，歐姆龍（cpm1a-v1）plc完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 1.2 軟件算法的選擇 根據(jù)題目要求，只要料倉內(nèi)有料，就要以一定的時間間隔連續(xù)出料，并且準(zhǔn)確地檢測到不同材質(zhì)物料，及時分揀，。軟件基本算法為使用單回路控制系統(tǒng)，只要倉內(nèi)有料，經(jīng)過測試每隔2秒出一次料最為適當(dāng)，當(dāng)物料從物料倉被氣桿放出，經(jīng)過傳送帶運(yùn)送到傳感器的探測頭下方時，進(jìn)入探測范圍，探測頭進(jìn)行相應(yīng)動作，傳感器感受到其對應(yīng)的物料產(chǎn)生信號（即電感傳感

13、器能夠?qū)﹁F塊產(chǎn)生反饋信號，電容傳感器對鋁塊產(chǎn)生反饋信號，顏色傳感器對黃色塑料塊產(chǎn)生反饋信號），傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過i/o接口輸入控制器，控制器根據(jù)程序設(shè)計(jì)發(fā)出相應(yīng)控制指令，讓對應(yīng)的器件工作。 2 plc的基本知識2.1 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)

14、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單易懂、操作方便、價格便宜等優(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(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

15、，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(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，pl

16、c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(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 2.2 plc的定義和特點(diǎn) 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(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器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易

17、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(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撸憩F(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(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(jì)的硬件使可靠性大大提高。 d) 可編程控制器的硬

18、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(jì)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(diǎn)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(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)

19、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

20、的擴(kuò)展靈活性是它的一個重要特點(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化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 d) 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

21、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(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。2.3 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

22、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(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)框圖。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(yùn)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

23、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(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(1224 v)等。因此，輸入模塊要能將生產(chǎn)

24、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

25、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(diǎn)閉合或斷開，通過繼電器觸點(diǎn)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(jì)算機(jī)編程。工作原理：我們

26、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(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，一旦執(zhí)行到end指令，程序運(yùn)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(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

27、一個掃描周期。另外，plc對輸入、輸出信號的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)對輸入、輸出信號實(shí)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(yùn)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

28、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(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

29、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。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、

30、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 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(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)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

31、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36 ）動作，將鐵塊推入對應(yīng)的導(dǎo)料軌道（圖6 中的31）。 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

32、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

33、壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)潤滑，它的主要優(yōu)點(diǎn)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(yùn)動的方向和運(yùn)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(shí)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(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(yùn)動，實(shí)現(xiàn)主閥的換向。

34、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，輸出一個信號，這個信號通過plc實(shí)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，

35、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

36、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-3

37、2mr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(jì)的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)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

38、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(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(yùn)行一個行程后自動停機(jī)。3.3 i/o分配圖 根據(jù)材料分揀系

39、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x010sfw2氣缸動作限位開關(guān)x011sfw3氣缸動作限位開關(guān)x017sfw4氣缸動作限位開關(guān)x013sfw5氣缸動作限位開關(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

40、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。 3.4 材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型 氣動裝置選型，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

41、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型號的產(chǎn)品。空氣濾器選用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(diǎn)：（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

42、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dc73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。

43、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：dc73磁感應(yīng)開關(guān) 個數(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e2

44、kx81me1型，技術(shù)參數(shù)如下：omron e2kx81me1型 個數(shù)：1description靜電容量型近接開關(guān)sensing distance8mmoutput直流3線式npnsizem18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(diǎn)。型號為yn606 ，技術(shù)參數(shù)如下：linix yn606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f/vac6220500.15439(400)4713801/450內(nèi)置電源為dado

45、ng md35-34型號的電源，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型號的電源 個數(shù)：1輸入電壓ac220伏 ±15%輸出電壓dc24伏3.5 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(yùn)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(yùn)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(yùn)行，復(fù)位時，傳輸帶自動運(yùn)行且氣缸自動將材料

46、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(yùn)行停止，當(dāng)氣缸復(fù)位時傳送帶正常運(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(yùn)行。這就是整個程序的流程。4梯形圖的編輯與輸入簡介4.1gx developer version7編程軟件簡介 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(jì)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(yùn)行操作。運(yùn)行g(shù)x 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(yùn)行時各編程元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化。4.2梯形圖4.3 指令0 ld 20.011 or 30.012 and 20.083 and 20.104 and 20.125 and 20.146 and 20.157 and 20.o18 oui 20.019 ld 20.0010 ani 20.0111 o