基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的設(shè)計說明

..本科生畢業(yè)設(shè)計<論文>學(xué)院：電子與電氣工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生：指導(dǎo)教師：完成日期年月..基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLC總計：29頁表格：3個插圖：20幅..本科畢業(yè)設(shè)計〔論文基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLC學(xué)院：電子與電氣工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師〔職稱：評閱教師：完成日期：基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計自動化專業(yè)[摘要]本文是基于西門子S7-300PLC和西門子觸摸屏的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計。采用S7-300PLC為控制器,以西門子觸摸屏為人機(jī)對話接口。通過分析控制系統(tǒng)的工藝流程,利用西門子編程軟件STEP7完成了PLC的程序設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了氣動機(jī)械手對物料的分揀功能。同時使用西門子HMI軟件WinccFlexible設(shè)計系統(tǒng)監(jiān)控畫面,定義I/O設(shè)備,構(gòu)造數(shù)據(jù)庫,建立動畫連接并與硬件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試,在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的實(shí)時控制。[關(guān)鍵詞]物料分揀；氣動機(jī)械手；S7-300PLC；觸摸屏SoftwareDesignofMaterialSortingSystemBasedonS7-300PLCAutomationSpecialtyXUBao-haiAbstract:ThispaperdesignsthematerialsortingsystemonthebasisofSiemensS7-300PLCandSiemenstouchscreen.S7-300PLCisutilizedasthecontrollerandSiemenstouchscreenisadoptedasthehumanmachineinterfaceconversation.Byanalyzingthecontrolsystemprocessflows,PLCproceduresaredesignedbymeansofSiemens’programmingsoftwareSTEP7,andthepurposeofmaterials’sortingfunctionwithpneumaticmanipulatorisachieved.Meanwhile,Siemens’HMIsoftware,WinccFlexible,isusedtodesignmonitor-ingscreenofsystem,todefineI/Oequipments,toconstructthedatabase,tobuildanimationandtodebugon-linewithhardwaresystem.Intheend,thegoalofrealtimemonitoringforthesystemonthetouchscreenisachieved.

Keywords:Materialsorting;pneumaticmanipulator;S7-300programmablelogiccontroller;touchscreen..目錄1引言11.1物料分揀系統(tǒng)的概述11.2物料分揀系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3研究的目的及意義12物料分揀系統(tǒng)的硬件分析22.1控制系統(tǒng)的設(shè)計22.1.1物料分揀系統(tǒng)的分析2控制器的選型22.2空氣壓縮機(jī)的工作原理及使用32.3接近開關(guān)的工作原理32.4帶磁性開關(guān)的氣缸的工作原理42.5光纖傳感器的工作原理42.6電控?fù)Q向閥的工作原理42.7NPN型電平與PNP型的轉(zhuǎn)換52.8物料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)53物料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計63.1PLC程序設(shè)計步驟63.2機(jī)械手移動的工藝流程73.3PLC程序的地址分配73.4程序流程圖的設(shè)計8物料分揀系統(tǒng)的工作流程8程序流程圖的設(shè)計103.5物料分揀系統(tǒng)程序的設(shè)計10PLC的編程原則10STEP7V5.4編程軟件的使用103.5.3程序的設(shè)計134HMI〔觸摸屏的應(yīng)用134.1HMI概述134.2HMI實(shí)現(xiàn)方法和步驟13HMI組態(tài)13HMI與PLC的連接和傳送16結(jié)束語18參考文獻(xiàn)19附錄20致謝29..引言隨著社會不斷的發(fā)展,市場競爭也越來越激烈,因此,各大生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)自己落后的生產(chǎn)技術(shù),從而提高生產(chǎn)效率,特別是在要進(jìn)行物料自動分揀的企業(yè)。以往一直采用半自動分揀或人工分揀的方法,使生產(chǎn)效率非常低,生產(chǎn)成本非常高,導(dǎo)致企業(yè)的競爭能力差。物料自動分揀已成為了企業(yè)的唯一的選擇。針對上述問題,研究一種高效率的物料自動分揀系統(tǒng)勢在必行。本文提出一種利用S7-300PLC、氣動機(jī)械手和傳感器融合技術(shù)設(shè)計了高效率、低成本的自動物料分揀系統(tǒng)[1]。物料分揀系統(tǒng)的概述物料分揀采用可編程控制器PLC進(jìn)行控制,能連續(xù)、大批量地分揀物料,分揀誤差率低且勞動強(qiáng)度大大降低,可顯著提高勞動生產(chǎn)率[2]。而且,氣動技術(shù)使用安全、可靠,可以在高溫、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣情況下工作。而氣動機(jī)械手作為機(jī)械手的一種,它具有結(jié)構(gòu)簡單,動作迅速、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[3]。所以,氣動機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。所以,只要根據(jù)不同的分揀對象,對本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求,非常方便。物料分揀系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外物料分揀控制系統(tǒng)發(fā)展迅速,并在智能化方面取得成果,在這方面,日本、美國、德國等國的技術(shù)比較領(lǐng)先,都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的自動化裝置,并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。近年來,在我國以信息化帶動的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展,物料分揀系統(tǒng)已成為各行業(yè)系統(tǒng)控制中的重要地位,特別是在冶金、化工和機(jī)械等工業(yè)中。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方案已經(jīng)不滿足高質(zhì)量、高速度的要求。近年來我國的快速發(fā)展為此行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)與廣闊的發(fā)展空間。這大大提高了工作的安全性、可靠性,不僅控制簡便,而且控制精確,同時又降低了產(chǎn)品的成本,提高了生產(chǎn)效率。研究的目的及意義分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)用自動化設(shè)備更新時的需要,可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作,在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。基于PLC的物料分揀系統(tǒng)的設(shè)計,是以中央處理器為核心,綜合了計算機(jī)和自動控制等先進(jìn)技術(shù),具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn),已成為目前在物料分揀控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式[4]。使用PLC的自動控制系統(tǒng)具有體積小,可靠高,故障率低,動作精度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著分揀系統(tǒng)自動化發(fā)展的深度和廣度及機(jī)器人智能水平的提高,物料分揀系統(tǒng)已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。物料分揀系統(tǒng)的硬件分析控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)是物料分揀系統(tǒng)的一個重要組成部分,它的基本功能是接收上位機(jī)傳來的控制指令信號,通過相應(yīng)控制程序轉(zhuǎn)化為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。本文所研究的物料分揀系統(tǒng)采用順序控制與位置控制相結(jié)合的方式。2.1.1物料分揀系統(tǒng)的分析在物料分揀系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運(yùn)行的大腦,負(fù)責(zé)控制整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、高效的運(yùn)行。本系統(tǒng)在控制方式上采用了觸摸屏與PLC結(jié)合的控制模式,如圖1所示。利用PLC的高可靠性、模塊化結(jié)構(gòu)及編程簡單等特點(diǎn),讓其作為完成實(shí)時采集和控制任務(wù)；另一方面利用個人計算機(jī)及其人機(jī)界面程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能。圖1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖在物料分揀控制系統(tǒng)中,觸摸屏負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、優(yōu)化、高效的運(yùn)行。主要有兩方面功能：一方面對PLC發(fā)送控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的控制；另一方面及時監(jiān)控PLC及其他設(shè)備的工作狀態(tài),對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,并且還應(yīng)具有良好監(jiān)視和模擬運(yùn)行功能。物料分揀的控制由于PLC的參與,使得龐大而且復(fù)雜多變的控制系統(tǒng)變得簡單明了,使程序的編制、修改變得容易。物料分揀控制系統(tǒng)就其實(shí)現(xiàn)來說,不論是硬件還是軟件部分,都應(yīng)滿足功能完備實(shí)用且工作穩(wěn)定可靠、具有良好的系統(tǒng)可擴(kuò)展性和維護(hù)性等基本要求[5]?？刂破鞯倪x型PLC作為一種工業(yè)控制裝置,在科研、生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。要正確、合理的選擇PLC,這對控制系統(tǒng)的程序開發(fā)設(shè)計有非常重要的作用。本次設(shè)計的物料分揀系統(tǒng)中,總涉及輸入量26個,輸出量11個,及I/O點(diǎn)數(shù)總計為37個。輸入模塊可以采用一個32點(diǎn)輸入模塊或者兩個16點(diǎn)輸入模塊,輸出模塊采用一個16點(diǎn)輸出模塊。本次設(shè)計采用西門子S7-300PLC,PLC系統(tǒng)硬件選型說明如表1所示[6]。表1PLC系統(tǒng)硬件配置序號名稱型號說明數(shù)量1電源模塊6ES7-307-1BA00-0AA0PS30712CPU模塊6ES7-315-2AF03-0AB0CPU315-2DP13數(shù)字量輸入模塊6ES7-321-1BH02-0AA0SM321DI16*DC24V24數(shù)字量輸出模塊6ES7-322-1BH01-0AA0SM322DO16*DC24V/0.5A1HYPERLINKH:\姚海情論文摘要及目錄.doc\l"_Toc169684946#_Toc169684946"空氣壓縮機(jī)的工作原理及使用空氣壓縮機(jī)由壓縮機(jī)、儲氣桶、氣壓儀表及啟停按鈕組成。啟動空氣壓縮機(jī),則其壓縮空氣使儲氣桶內(nèi)氣壓不斷增加,壓強(qiáng)值可從氣壓儀表上讀取,注意不要使儲氣桶內(nèi)氣壓達(dá)到產(chǎn)品所規(guī)定的氣壓上限值,否則會出現(xiàn)危險情況[7]。空氣壓縮機(jī)的日常維護(hù)[8]。〔1檢查安全閥功能是否正常；〔2每日使用后排放儲氣桶內(nèi)水分〔當(dāng)桶內(nèi)壓力很小情況下做此操作；〔3壓縮機(jī)內(nèi)的油位不能過低,否則啟動壓縮機(jī)會被燒壞。接近開關(guān)的工作原理本次設(shè)計使用的是LJ8A3-2-Z/BX電感式接近開關(guān),電感式接近開關(guān)的工作原理圖如圖3所示。電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路、及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場,當(dāng)金屬物體接近這一磁場,并達(dá)到感應(yīng)距離時,在金屬體內(nèi)產(chǎn)生渦流,從而導(dǎo)致振蕩衰減,以致停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)化成開關(guān)信號,觸發(fā)驅(qū)動控制器件,從而達(dá)到非接觸式之檢測的目的。圖3電感式接近開關(guān)工作原理圖這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬導(dǎo)電體。物體離傳感器越近,線圈內(nèi)的阻尼就越大,阻尼越大,傳感器振蕩器的電流越小。帶磁性開關(guān)的氣缸的工作原理氣缸是一種氣動元件,其種類很多。在機(jī)械手控制系統(tǒng)中主要用的氣缸為帶磁性開關(guān)的氣缸。對于氣缸進(jìn)、排氣口,當(dāng)左邊進(jìn)氣,右邊排氣時,活塞向左運(yùn)動,反之活塞向右運(yùn)動。當(dāng)活塞運(yùn)動到位時,活塞上的永久磁鐵將使磁性開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信息。當(dāng)磁鐵接近磁性開關(guān)時,磁性開關(guān)中的磁性開關(guān)閉合,電路導(dǎo)通,指示燈亮；反之,磁性開關(guān)斷開,指示燈滅。當(dāng)指示燈亮?xí)r,說明活塞運(yùn)動到位。磁性開關(guān)電路原理圖如圖4所示。圖4磁性開關(guān)電路原理圖光纖傳感器的工作原理色標(biāo)傳感器常用于檢測特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn),它是通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測,而不是直接測量顏色。色標(biāo)傳感器實(shí)際是一種反向裝置,光源垂直于目標(biāo)物體安裝,而接收器與物體成銳角方向安裝,讓它只檢測來自目標(biāo)物體的散射光,從而避免傳感器直接接收反射光,并且可使光束聚焦很窄[9]。白熾燈和單色光源都可用于色標(biāo)檢測。本次設(shè)計使用D11SN6FP光纖傳感器,其接線圖如圖5所示。圖5光纖傳感器接線圖電控?fù)Q向閥的工作原理電控?fù)Q向閥是一種氣動控制元件,簡稱電磁閥。它是通過電控改變氣缸中進(jìn)氣和排氣方向,從而改變活塞運(yùn)動方向的元件。本次設(shè)計使用的電控?fù)Q向閥為二位五通單電控?fù)Q向閥。二位五通表示有兩個工作位置和五個通氣口。單電控是指電磁閥通電時,活塞運(yùn)動,改變氣體通路；斷電時,活塞不運(yùn)動,恢復(fù)原氣體通路。當(dāng)電磁閥線圈斷電時,依靠彈簧作用,活塞保持初始狀態(tài),當(dāng)電磁閥線圈通電時,活塞向左運(yùn)動,即可通過電磁閥線圈的通電與斷電便可改變氣缸內(nèi)氣體流向,從而實(shí)現(xiàn)對氣缸活塞運(yùn)動的控制。NPN型電平與PNP型的轉(zhuǎn)換PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中,雖然接線工作占的比重較小,大部分工作還是PLC的編程設(shè)計工作,但它是編程設(shè)計的基礎(chǔ),只有接線正確后,才能順利地進(jìn)行編程設(shè)計工作。PLC中數(shù)字量的輸入分為源型輸入和漏型輸入。本次設(shè)計所用的SM321數(shù)字量輸入模塊屬于漏型輸入,即電流從PLC的輸入端流進(jìn),從公共端流出,也就是說公共端接外接電源的負(fù)極[10]。源型輸入與漏型輸入正好相反。而此次設(shè)計所用的接近開關(guān)、傳感器都屬于NPN型,NPN集電極開路輸出為0V,當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時,電流從PLC的輸入端流出,從PLC的公共端流入,此為PLC的源型輸入。與此次設(shè)計所用的模塊不符合,所以需要將NPN型轉(zhuǎn)換為PNP型。PNP型集電極開路輸出為高電平,當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時,電流從PLC的輸入端流入,從PLC的公共端流出,此形式符合本次設(shè)計的要求。NPN型電平與PNP型的轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。圖6NPN型電平與PNP型的轉(zhuǎn)換電路圖物料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本次設(shè)計的物料分揀控制系統(tǒng)是一個用于自動分撿不同物料的系統(tǒng)。主要設(shè)備有：計算機(jī)、觸摸屏〔西門子TP170B6、PLC〔西門子S7-300和機(jī)械手工作臺,其中機(jī)械手工作臺主要包括以下部分：電源、空氣壓縮機(jī)、電感式接近開關(guān)、色標(biāo)傳感器、電控?fù)Q向閥、帶磁性開關(guān)的氣缸。西門子S7-300PLC是控制系統(tǒng)的控制器,通過編程實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手工作臺的控制,而且以組態(tài)軟件為開發(fā)平臺,可實(shí)現(xiàn)觸摸屏對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。電源為PLC、電控閥、接近開關(guān)及傳感器提供電源,空氣壓縮機(jī)為整個系統(tǒng)提供動力。通過磁性接近開關(guān)可以對氣缸運(yùn)動進(jìn)行控制,而通過電控?fù)Q向閥可以改變氣缸的運(yùn)動方向,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓取和松開物塊,及機(jī)械手大小臂前后、上下動作,完成物料分揀任務(wù)。色標(biāo)傳感器用來檢測物料的顏色,從而使機(jī)械手分揀不同顏色的物料到不同的位置。機(jī)械手工作臺就是系統(tǒng)的被控對象,通過它實(shí)現(xiàn)物料的分揀。基于S7-300物料分揀系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖2所示。圖2基于S7-300PLC物料分揀系統(tǒng)的實(shí)物圖物料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計電氣控制由最初的繼電器回路控制發(fā)展成為如今的可編程序控制器控制,是因?yàn)镻LC具有通用靈活、抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中采用PLC控制,大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試周期。PLC程序設(shè)計步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來實(shí)現(xiàn)其控制功能的,大量的工作時間將用在程序設(shè)計上。PLC程序設(shè)計可遵循以下五個步驟進(jìn)行[11]?！?確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序；〔2分配輸入輸出設(shè)備,即確定哪些外圍設(shè)備是傳送信號到PLC,哪些設(shè)備是接收來自PLC的信號,并將PLC的輸入、輸出端子對應(yīng)進(jìn)行分配；〔3應(yīng)用編程工具設(shè)計PLC程序；〔4對程序進(jìn)行調(diào)試,其中包括模擬調(diào)試和寫入PLC進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試；〔5將已完成的程序固化到PLC中,完成編程過程。機(jī)械手移動的工藝流程物料分揀系統(tǒng)中主要由傳感器和機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)物料的傳送與搬運(yùn),而控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)中需要用到單電控的二位五通電磁閥,進(jìn)而對氣缸進(jìn)行控制,氣缸是否到位,用限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)檢測。機(jī)械手搬運(yùn)物料時的簡單工作流程,如圖7所示。系統(tǒng)上電,接通空氣壓縮機(jī)給系統(tǒng)供氣。傳感器的檢測信號作為PLC的輸入信號,經(jīng)PLC程序處理后,由PLC輸出口輸出控制信號,控制電磁閥的接通,電磁閥做出相應(yīng)的機(jī)械動作。打開氣路,驅(qū)動氣缸的活塞運(yùn)動,完成機(jī)械手臂的前移、下移、夾取動作；限位開關(guān)檢測到相應(yīng)動作到位后,再給PLC一個控制輸入信號,經(jīng)PLC程序處理后,使相應(yīng)的電磁閥關(guān)斷,氣缸恢復(fù)初始狀態(tài),完成機(jī)械手臂的后移、上升、卸料動作。圖7機(jī)械手工作流程圖PLC程序的地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求分配PLC中的地址。PLC程序的地址分配如表2所示。表2PLC程序的地址分配表西門子PLC〔I/O物料分揀系統(tǒng)接口〔I/O輸入部分輸入部分I0.0倉庫A左限開關(guān)I0.1傳送臺左限開關(guān)I0.2倉庫A物料檢測開關(guān)I0.3機(jī)械手A右限開關(guān)I0.4機(jī)械手A左限開關(guān)I0.5機(jī)械手A上限開關(guān)I0.6機(jī)械手A下限開關(guān)I0.7傳送臺A物料傳感器I1.0傳送臺上限I1.1傳送臺下限I1.2緊急停車I1.3機(jī)械手B右限開關(guān)I1.4機(jī)械手B左限開關(guān)I1.5傳送臺B物料傳感器I1.6機(jī)械手B上限開關(guān)I1.7機(jī)械手B下限開關(guān)I12.0A傳感器I12.1B顏色傳感器I12.2C顏色傳感器I12.3倉庫B1右限I12.4倉庫B1左限I12.5倉庫B2左限I12.6倉庫B2右限I12.7開始I13.0停止I13.1傳送臺右限輸出部分Q4.0倉庫A物料傳送〔氣缸0Q4.1機(jī)械手A下移〔氣缸1Q4.2機(jī)械手A夾緊〔氣缸2Q4.3傳送臺左移〔氣缸3Q4.4傳送臺下移〔氣缸4Q4.5機(jī)械手B夾緊〔氣缸5Q4.6機(jī)械手A左移〔氣缸6Q4.7機(jī)械手B左移〔氣缸7Q5.0機(jī)械手B下移〔氣缸8Q5.1倉庫B1右移〔氣缸9Q5.2倉庫B2右移〔氣缸10程序流程圖的設(shè)計物料分揀系統(tǒng)的工作流程分揀系統(tǒng)采用PLC控制。系統(tǒng)上電后,系統(tǒng)自動恢復(fù)到初始狀態(tài),初始狀態(tài)為：物料傳送氣缸在最右限；機(jī)械手A大臂在最右限,小臂在上限,機(jī)械手處于松開狀態(tài)；傳送臺在最右限,傳送臺上的升降桿在上限；機(jī)械手B大臂在最右限,小臂在上限,機(jī)械手處于松開狀態(tài)；倉庫B1、倉庫B2均在最左限。系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)后,按下開始按鈕,系統(tǒng)開始運(yùn)行,首先是倉庫A送料,當(dāng)物料檢測器檢測到物料時,機(jī)械手A開始動作,其動作流程依次為：左移、下降、夾緊、延時2秒、上升、右移、下降、松開、延時2秒、上升；機(jī)械手A動作完成后,傳送臺A〔右端傳感器檢測物料,檢測到物料后,其動作流程依次為：左移、下降、右移、上升、延時2秒〔A、B、C傳感器檢測、左移、下降、右移、上升；當(dāng)物料送到傳送臺B〔左端處時,傳送臺B物料傳感器檢測,檢測到物料時,機(jī)械手B開始動作,其動作流程依次為：下降、夾緊、延時2秒、上升、左移、下降、松開、延時2秒、上升、右移；A、B、C傳感器檢測到物料種類后,倉庫B1、倉庫B2分別右移,最終將倉庫A中的物料分揀到倉庫B中。當(dāng)按下停止按鈕后,系統(tǒng)完成一個的周期的工作后自動停止。當(dāng)按下緊急停車按鈕后,系統(tǒng)立即停止工作。物料分揀系統(tǒng)工作流程圖如圖8所示。圖8物料分揀系統(tǒng)工作流程圖程序流程圖的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的工作流程及控制要求設(shè)計本次設(shè)計的程序流程圖。其程序流程圖詳見附錄。物料分揀系統(tǒng)程序的設(shè)計PLC的編程原則PLC是由繼電接觸器控制發(fā)展而來的,但是與之相比,PLC的編程應(yīng)該遵循以下基本原則[12]。〔1外部輸入、輸出、內(nèi)部繼電器〔位存儲器、定時器、計數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可多次重復(fù)使用。梯形圖的每一行都是從左側(cè)母線開始,線圈接在最右邊,觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。線圈不能直接與左側(cè)母線相連?！?同一編號的線圈在一個程序中使用兩次及以上〔稱為雙線圈輸出容易引起誤操作,應(yīng)盡量避免雙線圈輸出?！?梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則,從左到右,從上到地執(zhí)行,如不符合順序執(zhí)行的電路不能直接編程?！?在梯形圖中串聯(lián)觸點(diǎn)、并聯(lián)觸點(diǎn)的使用次數(shù)沒有限制,可無限次地使用。按照PLC的編程原則,根據(jù)物料分揀系統(tǒng)的工作流程及程序流程圖,按要求編寫程序。STEP7V5.4編程軟件的使用在進(jìn)行程序設(shè)計時,需要用到西門子公司的編程軟件STEP7,本次設(shè)計所使用的是西門子公司STEP7V5.4版。STEP7V5.4版具有容易使用、直觀的用戶界面、組態(tài)取代了編程、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫等特點(diǎn)[13]?！?使用管理器向?qū)陆?xiàng)目本次設(shè)計的項(xiàng)目畫面如圖9所示。圖9項(xiàng)目畫面〔2硬件組態(tài)S7-300實(shí)際硬件中機(jī)架配置模塊之間必須無間隙地插入到機(jī)架中。例外：對于只有一個機(jī)架的安裝,軟件組態(tài)表里槽3保持為空〔為接口模塊保留,槽4至槽11可以組態(tài)其他的模塊。但實(shí)際的硬件中,將不允許有間隙,如果實(shí)際硬件有間隙,背板總線將被中斷[14]。本次設(shè)計中只用到一個機(jī)架,其組態(tài)如圖10所示。圖10實(shí)際硬件組態(tài)與軟件組態(tài)圖〔3使用符號定義變量符號分為共享符號和局域符號。共享符號可以在符號表里定義,共享符號可以被所有的塊使用,在所有塊中的狀態(tài)是一樣的,共享符號在一個塊的總目錄中只能被定義一次。局域符號只是在指定塊的接口參數(shù)和聲明表中定義,局域符號只是在被定義的塊使用有效。在硬件組態(tài)中,I/O模塊一般使用默認(rèn)地址,在模塊中定義的地址應(yīng)與實(shí)際硬件的地址一一對應(yīng)。在編寫程序時可以使用絕對地址,也可以使用符號。在I/O點(diǎn)不多的情況下使用絕對地址編程很方便。但是如果I/O點(diǎn)比較多的時候使用符號編寫程序會更得心應(yīng)手。本次設(shè)計的部分符號表如圖11所示。圖11符號表圖〔4在OB1中創(chuàng)建程序程序塊編寫程序視圖如圖12所示,圖中以O(shè)B1程序塊梯形圖視圖為例?！?下載STEP7可以把用戶的組態(tài)信息和程序下載到CPU中。當(dāng)下載時需要把CPU面板的模式開關(guān)切換到"STOP"或"RUN-P"模式,下載信息中包含硬件組態(tài)信息或網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息等的系統(tǒng)數(shù)據(jù)時,會提示需要切換到停止?fàn)顟B(tài)下載。圖12OB1中創(chuàng)建程序簡圖〔6STEP7與PLC通信連接的組態(tài)STEP7可以用下列硬件與PLC通信。①PC/MPI適配器用于連接運(yùn)行STEP7的計算機(jī)的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計算機(jī)一側(cè)的通信速率為19.2kbit/s或38.4kbit/s,PLC一側(cè)的通信速率為19.2kbit/～1.5Mbit/s。除了PC/MPI適配器,還需要一根RS-232C通信電纜。②USB/MPI適配器用于連接安裝了STEP7的計算機(jī)的USB接口和PLC的MPI接口,特別適合于筆記本電腦使用。用戶可以在安裝STEP7時對計算機(jī)與PLC的通信組態(tài),也可以在安裝好STEP7之后,在SIMATIC管理器中執(zhí)行菜單命令設(shè)置。設(shè)置PG/PC接口對話框如圖13所示。計算機(jī)在MPI網(wǎng)絡(luò)中默認(rèn)的站地址為0。"超時"選擇框用來設(shè)置與PLC建立連接的最長時間?！?仿真軟件PLCSIMSTEP7的可選工具PLCSIM是一個PLC仿真軟件,能夠在PG/PC上模擬S7-300、S7-400系列CPU的運(yùn)行。PLCSIM提供了方便、強(qiáng)大的仿真模擬功能。與真實(shí)的PLC相比,它的靈活性更高,提供了許多PLC硬件無法實(shí)現(xiàn)的功能,使用也更加方便。但是同時軟件無法取代真實(shí)的硬件,不可能實(shí)現(xiàn)完全仿真。這點(diǎn)用戶在使用時要注意,以免出現(xiàn)不必要的錯誤。圖13"設(shè)置PG/PC接口"對話框〔8具體STEP7V5.4編程軟件的具體使用請讀者查閱相關(guān)資料。3.5.3程序的設(shè)計按照PLC的編程原則,在編程軟件中根據(jù)系統(tǒng)的控制要求編寫程序,并在軟件中進(jìn)行離線模擬運(yùn)行。具體程序詳見附錄。HMI〔觸摸屏的應(yīng)用HMI概述HMI〔HumanMachineInterface是西門子人際界面的總稱[15]。HMI不但可以與S7-200CPU配合使用,還可以配合S7-300/400使用,也可以配合其他主流品牌CPU使用。HMI既可以顯示和修改CPU數(shù)據(jù),也可以處理事件、報警等過程和歷史數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)是：界面友好,顯示直觀明了,操作方便,性能穩(wěn)定[16]。西門子HMI種類有OP<操作員面板>、TP〔觸摸屏、MP〔多功能站、PC〔基于PC站。HMI實(shí)現(xiàn)方法和步驟此次設(shè)計包括PLC控制程序和HMI監(jiān)控組態(tài)界面,PLC控制程序通過"STEP7V5.4"軟件來實(shí)現(xiàn),HMI監(jiān)控組態(tài)界面使用"WinccFlexible2008"軟件進(jìn)行組態(tài)。本次設(shè)計所使用的觸摸屏為西門子TP170B6。HMI組態(tài)〔1新建HMI站在STEP7項(xiàng)目"XBH2013"中,插入"SIMATICHMIStation"〔人機(jī)界面站,在出現(xiàn)的界面中,選擇實(shí)際應(yīng)用的HMI型號,最后確認(rèn)。本次設(shè)計使用的是TP170B6,新建的HMI站如圖14所示。圖14新建HMI站〔2HMI與CPU連接在項(xiàng)目管理界面,選中STEP7項(xiàng)目名稱"HMI",然后雙擊右邊的"MPI〔1"圖標(biāo),進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)組態(tài)〔NetPro界面進(jìn)行設(shè)置[17]。在設(shè)置過程中一定要注意地址的一一對應(yīng),設(shè)置完成后的界面如圖15所示。在圖15中,單擊保存編譯鍵,進(jìn)行保存和編譯,沒有錯誤出現(xiàn),則可進(jìn)行下一步的創(chuàng)建。圖15網(wǎng)絡(luò)組態(tài)畫面〔3進(jìn)入HMI畫面組態(tài)下面以本次設(shè)計的運(yùn)行頁畫面為例描述。運(yùn)行頁畫面如圖16所示。在運(yùn)行頁畫面中,由指示燈、按鈕組成。指示燈作為監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行指示,按鈕可以控制物料分揀系統(tǒng)的開始、停止、緊急停車的運(yùn)行,切換畫面按鈕可以用來切換系統(tǒng)的不同畫面。指示燈及按鈕可以在工具中找到,而讓它們做出相應(yīng)的動作則需要變量連接和動畫連接。圖16運(yùn)行頁畫面返回按鈕為切換畫面時使用,啟動、停止和緊急停車鍵為操作系統(tǒng)時使用。返回按鈕連接如圖17所示。在運(yùn)行頁畫面中的啟動、停止、緊急停車按鈕和指示燈為物料分揀系統(tǒng)工作時使用,其連接需要使用變量。在WinccFlexible軟件中可以使用兩種類型的變量：外部變量和內(nèi)部變量。外部變量是HMI設(shè)備和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的媒介。在WinccFlexible中創(chuàng)建一個外部變量,必須為其指定與PLC程序中相同的地址,這樣HMI設(shè)備和PLC可以訪問同一映像寄存器,實(shí)現(xiàn)HMI設(shè)備與PLC之間的通信。圖17返回按鈕連接圖內(nèi)部變量存貯在HMI設(shè)備的內(nèi)存中,不能直接與PLC通信。因此,只有這臺HMI設(shè)備能夠?qū)?nèi)部變量進(jìn)行讀寫訪問。本次設(shè)計中STEP7中的變量可以被WinccFlexible直接使用。下面僅對指示燈的連接為例介紹。其連接圖如圖18所示。圖18指示燈連接圖在同一站點(diǎn)中使用變量更方便,在WinccFlexible中不需要再次建立變量,使用STEP7中的變量與WinccFlexible建立連接后,WinccFlexible中會自動生成變量。HMI與PLC的連接和傳送在調(diào)試HMI時,HMI與PLC連接有很多方法,如表3所示。表3HMI與PLC連接方法種類HMIPLC1HMISIM〔HMI仿真系統(tǒng)2HMIRuntime〔HMI運(yùn)行系統(tǒng)PLCSIM〔PLC仿真系統(tǒng)3HMIRuntime〔HMI運(yùn)行系統(tǒng)CPU315-2DP〔PLC有型實(shí)物4TP170B〔HMI有型實(shí)物CPU315-2DP〔PLC有型實(shí)物第1種"HMISIM",只能仿真HMI畫面的一些功能。第2種"HMIRuntime"與"PLCSIM",這種方法使用比較方便,不受硬件設(shè)施限制,但是它不能完成項(xiàng)目的實(shí)際控制任務(wù)。第3種"HMIRuntime"與"CPU315-2DP",這種方法可以使HMI的選擇多樣化,"HMIRuntime"系統(tǒng)在計算機(jī)上完成,"CPU315-2DP"是有型實(shí)體,可以完成項(xiàng)目的控制任務(wù)。但是,它無法長期在工業(yè)現(xiàn)成工作,只能暫時完成項(xiàng)目的控制任務(wù)。"HMIRuntime"與"CPU315-2DP"通信是通過PC/PG的編程電纜完成的。第4種"TP170B"與"CPU315-2DP",這種方式代表著很多工業(yè)現(xiàn)場的控制方式。"TP170B"與"CPU315-2DP"通信可以通過MPI方式,也可以通過DP方式[18]。本次設(shè)計運(yùn)用的是第3種控制方案,此方案運(yùn)用方便、靈活。只要稍加修改即可在實(shí)際工業(yè)中使用。本次設(shè)計的運(yùn)行畫面如圖19、圖20所示。圖19物料分揀系統(tǒng)主畫面圖20物料分揀系統(tǒng)運(yùn)行畫面在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下,可以使用切換畫面按鈕切換到不同的畫面,監(jiān)控