材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計

...wd......wd......wd...材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計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)開展、現(xiàn)狀和趨勢作了一個對比全面的總結(jié)。在熟悉了自動分揀系統(tǒng)的原理的根基上，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PLCMcgs組態(tài)軟件目錄摘要……………2目錄……………3引言…………………………41概述1.1PLC的開展歷史………………………51.2PLC的定義和特點……………………61.3PLC基本構(gòu)造和工作原理……………82組態(tài)控制技術(shù)……………112.1組態(tài)技術(shù)概述…………122.2組態(tài)控制技術(shù)相對于傳統(tǒng)計算機控制技術(shù)的優(yōu)點…………………132.3常用于組態(tài)控制技術(shù)的計算機系統(tǒng)和組態(tài)軟件……133設(shè)備選型及硬件電路的設(shè)計 ………143.1材料分揀系統(tǒng)的硬件構(gòu)造及功能……………………143.2材料分揀系統(tǒng)的整個工作過程……………………173.3材料分揀系統(tǒng)各設(shè)備的選型…………173.4材料分揀系統(tǒng)梯形圖的編輯、設(shè)計與輸入…………224材料分揀系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫面及參數(shù)設(shè)置……………244.1組態(tài)控制畫面的設(shè)計…………………244.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定……………………254.3組態(tài)監(jiān)控功能概述……………………294.4材料分揀控制系統(tǒng)的調(diào)試……………29完畢語……………………29附錄……………………33引言自動分揀系統(tǒng)的概述自動分揀是指貨物進入分揀系統(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。這種裝置是由承受分揀指示信息的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò)、搬運裝置、分支裝置〔負責(zé)把到達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對比大，效率也得到了進一步突破。自動分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的開展，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，分揀能力到達每小時萬件以上。國外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進給臺、信號盤、分揀機、分揀信息識別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和計算機管理系統(tǒng)等幾大局部，還要配備外圍的各種運輸和裝卸機械，組成一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。自動分揀大局部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，歐美各國開展最早，技術(shù)對比成熟，目前處于世界領(lǐng)先地位。美國和歐洲在60年代開場使用，日本則在第二次世界大戰(zhàn)后才引進分揀機，但近二十年來由于其本國經(jīng)濟開展需要開展迅速，后來者居上，從1970--1985年共有338臺自動分揀機投入運行，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1000臺，號稱是世界上擁有分揀機最多的國家。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，大局部小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。在二十世紀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，用于郵包分揀。1990年為迎接第十一屆亞運會，從荷蘭引進了一套有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。自動分揀機最先在郵政部門開場應(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)濟和生產(chǎn)的開展,商品趨勢趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準時制〔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)進展分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點多、過失率極低、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、自動化倉庫和無人自動引導(dǎo)車。自動分揀機是其中最接近與成熟的產(chǎn)品，這可以認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)開展的三大標志之一。1.1PLC的開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)的開展，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，以求在劇烈競爭的汽車工業(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、價格廉價等優(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開展起來。在20世紀70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優(yōu)點，但實際上只稱為PLC(ProgrammableLogicalController)。隨著微處理器技術(shù)的開展，20世紀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展邏輯控制，而且可以對模擬量進展控制。因此，美國電器制造協(xié)會(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(ProgrammableController)，但人們習(xí)慣上將之仍稱為PLC，以便與個人計算機PC(PersonalComputer)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)韻迅猛開展，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開展。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的開展初期，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)和開展標準化，國際電工委員會(IEC)于1985年1月制定了PLC的標準，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)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴大其功能的原則而設(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?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在以下幾個方面：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)計方法進展設(shè)計，例如冗余設(shè)計，掉電保護，故障診斷，報警和運行信息顯示和信息保護及恢復(fù)等。c)可編程控制器有較強的易操作性，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，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采用編程器進展程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大局部可以用電腦直接進展，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展搜索或按順序?qū)ふ遥缓罂梢栽诰€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。功能模塊圖和構(gòu)造化文本語言，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采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和構(gòu)造化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進展編程，編程方法的多樣性使編程方便。b)擴展的靈活性：PLC的擴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)模不斷擴展，即進展容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出模塊增加點數(shù)，通過擴展單元擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能。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)過程可采用一樣的控制臺和控制屏等。4可實現(xiàn)機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)備和裝置提出了機電一體化，即儀表、電子、計算機綜合的要求，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，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機械與電氣部件有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機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，機器人，CAD/CAM〕之一?？删幊炭刂破鳜F(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)上的改良，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的奉獻者。1.3PLC基本構(gòu)造和工作原理基本構(gòu)造目前，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，其構(gòu)造各不一樣，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致一樣的。它們都是以微處理器為核心的構(gòu)造，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。PLC硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)造框如以以下圖：PLC硬件系統(tǒng)構(gòu)造框圖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)部各局部的工作任務(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。可編程序控制器配有兩種存儲器，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)場各類信號連接的局部。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，并通過機外的執(zhí)行機構(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(110V或220V)，直流電壓(12～24V)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標準電平的數(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一樣。(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載，晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負載。當(dāng)開關(guān)量輸出的頻率低于1000Hz，一般選用繼電器輸出模塊。當(dāng)開關(guān)量輸出的頻率大于1000Hz，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。編程器從構(gòu)造上可分為以下三種類型。(1)簡易編程器(2)圖形編程器(3)通用計算機編程?；竟ぷ髟砦覀円呀?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存放。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相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到END指令，程序運行完畢。而PLC從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開場，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指令完畢。然后再從頭開場執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機或從運行(RUN)切換到停頓(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不同。微型計算機對輸入、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在開場執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘枺x人到存放輸入狀態(tài)的輸入映像存放器中，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，而是取輸入映像存放器中的信息。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號地址開場的程序進展逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸人映像存放器、輸出映像存放器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進展運算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入存放執(zhí)行結(jié)果的輸出映像存放器中保存。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將輸出映像存放器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進展輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。PLC掃描過程示意圖如以以以下圖所示。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)是一種計算機控制技術(shù)。利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計算機測控系統(tǒng)與一般計算機控制系統(tǒng)在構(gòu)造上沒有本質(zhì)的區(qū)別，它們都是由被控對象、傳感器、I/O接口、計算機和執(zhí)行機構(gòu)幾局部組成?，F(xiàn)場現(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接口計算機顯示器鍵盤一般計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)造組成傳感器的作用是可以把被控對象的各種參數(shù)進展檢測，然后將參數(shù)顯示于計算機的顯示器上。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)行機構(gòu)的動作，從而完成任務(wù)。I/O接口負責(zé)溝通傳感器、執(zhí)行器，它是計算機與現(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)量進展隔離的光電隔離器等。執(zhí)行器由一些機械設(shè)備組成，如：電機、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)〔DistributedControlSystem簡稱DCS〕的出現(xiàn)才開場被廣闊的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷開展和應(yīng)用過程中，PC〔包括工控機〕相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要表達在：PC技術(shù)保持了較快的開展速度，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；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若何選擇最優(yōu)的控制方法上，設(shè)計出合理的控制系統(tǒng)構(gòu)造，選者適宜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〕，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、Kingview(組態(tài)王)等等。本系統(tǒng)采用MCGS作為上位機的監(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)的主要硬件構(gòu)造該系統(tǒng)采用臺式構(gòu)造，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。其外形構(gòu)造、各傳感器位置見圖材料分揀系統(tǒng)的主要構(gòu)造圖材料分揀系統(tǒng)的各局部的構(gòu)造如下：1、 轉(zhuǎn)接面板2、 單向感應(yīng)電動機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、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)各構(gòu)造的功能料槽(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)開場運行。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(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〕。自動分選局部由傳感器〔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，因壓力波動對比大，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，以到達系統(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，并隨空氣進入需要潤滑的部件，到達潤滑的目的，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。主要有電磁局部和主閥兩局部組成，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〕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)電動機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行?？刂破鞑捎萌釬X2N---32MR型PLC〔圖6中的3〕。它承受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、單向感應(yīng)電動機、氣缸位置傳感器的信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。內(nèi)置電源〔圖6中的5〕可以將220交流電轉(zhuǎn)換成24伏的直流電供應(yīng)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，待測物體開場在傳送帶上運行。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前方。(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。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，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，在實際統(tǒng)計的輸入/輸出點數(shù)的根基上需有15%---20%的備用量，因此選擇三菱FX2N—32MR的PLC作為主機，它可以滿足本系統(tǒng)的需求，且還有一定的剩余I/O以備將來的擴展。氣動裝置選型氣源選擇FB—0.048/7靜音空氣壓縮機，該空氣壓縮機具有噪音低、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，該局部選用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〕出線式標準電源交流：110v,220v〔50hz〕直流：24V絕緣及保護額定電壓的-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、構(gòu)造簡單、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，進展自動檢測、定位、保護等。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DC24VAC110V額定電流DC：5~40mAAC: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：OMRONE3S—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：OMRONE2K—X81ME1型個數(shù)：1Description靜電容量型近接開關(guān)SensingDistance8mmOutput直流3線式NPNSizeM18電動機與內(nèi)置電源的選型電機選擇LINIX的單向感應(yīng)電動機，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：LINIXYN60—6型單向感應(yīng)電動機個數(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)額定轉(zhuǎn)矩mN\.M(g)額定轉(zhuǎn)速R/mim電容μF/VAC6220500.15439(400)4713801/450內(nèi)置電源為DADONGMD35---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：DADONGMD35—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，即流程圖開場的時刻，整個系統(tǒng)開場運行。首先由光電傳感器判斷有無材料，沒有材料時系統(tǒng)直接進入一個循環(huán)周期，周期時間到的時候系統(tǒng)停頓運行。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，傳送帶運行停頓，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，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，于是同組的氣缸開場動作打出材料。如果氣缸沒有復(fù)位則傳送帶就停頓運行。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GXDeveloperVersion7作為編程軟件。GXDeveloperVersion7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Windows2000、WindowsXP、Windowsvista等系統(tǒng)上進展運行操作。運行GXDeveloperVersion7，可以通過梯形圖符號、指令語句以及SFC符號創(chuàng)立編輯程序，還可以在程序中參加中文或者英文注釋，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8GXDeveloperVersion7主界面運行軟件，即可進入GXDeveloperVersion7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)欄組等局部組成。GXDeveloperVersion7主界面如圖8所示。梯形圖的設(shè)計先新建一個工程，然后進展梯形圖的輸入。如以以以下圖：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，梯形圖的局部程序如下：圖10材料分揀系統(tǒng)的局部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，翻開GXDeveloperVersion7軟件，進入要下載的文件。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。如以以以下圖所示：圖11GXDeveloperVersion7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)計翻開MCGS組態(tài)環(huán)境這個軟件，進入它的主界面。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展動畫連接設(shè)置。例如：單擊畫面上的材料庫指示燈，在表達式里設(shè)置SN=1，閃爍實現(xiàn)方式與閃爍速度的設(shè)置如以以以下圖：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)進展設(shè)置，翻開設(shè)備窗口分別添加如