毕业论文基于PLC的自动分拣控制系统毕业论文.doc

毕业论文-基于PLC的自动分拣控制系统毕业论文 摘 要分拣控制系统在社会各行各业如物流配送中心邮局采矿港口码头仓库等行业得到广泛运用分拣系统能够大大提高企事业单位该环节的生产效率本文在对熟悉了自动及分拣系统的原理的基础上根据一定的分拣要求对材料分拣进行了以三菱PLC为控制核心MCGS组态软件为监控软件设计出材料分拣控制系统的控制系统和监控系统该材料分拣系统以PLC为主控制器结合气动装置传感器技术组态监控等技术可以进行现场控制产品的自动分拣系统具有自动化程度高运行稳定分拣精度高易控制的特点对不同的分拣对象稍加修改本系统即可实现要求对本系统完成其设计之后进行了整体调试在硬件部分调试其各部分安装的位置及角度使其材料物块的运行与传感器安装的角度适合将硬件各部分的动作幅度进行调试之后进行了软硬件综合调试实现材料分拣系统中上料传送与分拣的全过程关键词 材料分拣 传感器 气动装置 PLC MCGS组态软件AbstractSorting control system in all sectors of society such as logistics and distribution center post office mining ports terminals warehouses and other industries are widely used we can see that the sorting system can greatly improve the level of production enterprises efficiencyFamiliar with the goods in the automatic and sorting system principle foundation according to certain request to sort the mitsubishi PLC as control core Mcgs software for monitoring software the design gives material sorting control system The transport of goods and materials sorting system mainly by PLC controller combined with pneumatic device the sensor technology configuration and monitoring technology on-site control product automatic sorting System has a high degree of automation stable operation and high precision easy control sorting based on the features of different sorting object slightly modifying the system can be realized requirementsAfter completed its design of the system executing the overall commissioning In hardware testing the installation location and angle of the various parts to make it run the block material and the angle of the sensor suitable for installation After the various parts of the hardware debug range of motion integrating hardware and software debugging to achieve material sorting system feeding delivery and sorting of the entire processKey words Material sorting sensor Pneumatic device PLC Mcgs software目 录摘 要IAbstractII1绪论111分拣系统基本介绍112分拣系统的意义313本文研究的主要内容42分拣系统中硬件设计621PLC的选型6com PLC的分类6com PLC种类及型号选择722传感器的选择7com的简介7com的选择923驱动部分的分析与选择1024执行机构的选择1125硬件设计及实际模型的建立1226其他元器件及其选择1327 IO口的选择及PLC接线153自动分拣系统的软件设计1831可编程控制器PLC简介1832分拣系统的控制要求及其流程图2133软件设计及编程2334材料分拣系统的调试264监控画面的设计3141组态控制技术3142模型的建立3243动画连接3444数据报表输出3745 PLC与组态软件之间的通信385结论与展望44致 谢46参考文献45绪论分拣系统基本介绍自动分拣系统 Automatic sorting system 是先进配送中心所必需的设施条件之一具有很高的分拣效率通常每小时可分拣商品6000-12000箱可以说自动分拣机是提高物流配送效率的一项关健因素它是二次大战后在美国日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备它本身需要建设短则40-50米长则150-200米的机械传输线还有配套的机电一体化控制系统计算机网络及通信系统等这一系统不仅占地面积大动辄20000平方米以上而且还要建3-4层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施如叉车与之相匹配这项巨额的先期投入通常需要花10-20年才能收回该系统的作业过程可以简单描述如下物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种货主储位或发送地点进行快速准确的分类将这些商品运送到指定地点如指定的货架加工区域出货站台等同时当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货存架中准确找到要出库的商品所在位置并按所需数量出库将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中以便装车配送 自动分拣系统一般由控制装置分类装置输送装置及分拣道口组成 控制装置的作用是识别接收和处理分拣信号根据分拣信号的要求指示分类装置按商品品种按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类这些分拣需求可以通过不同方式如可通过条形码扫描色码扫描键盘输入重量检测语音识别高度检测及形状识别等方式输入到分拣控制系统中去根据对这些分拣信号判断来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示当具有相同分拣信号的商品经过该装置时该装置动作使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口分类装置的种类很多一般有推出式浮出式倾斜式和分支式几种不同的装置对分拣货物的包装材料包装重量包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求 输送装置的主要组成部分是传送带或输送机其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置分类装置并输送装置的两侧一般要连接若干分拣道口使分好类的商品滑下主输送机或主传送带以便进行后续作业 分拣道口是已分拣商品脱离主输送机或主传送带进入集货区域的通道一般由钢带皮带滚筒等组成滑道使商品从主输送装置滑向集货站台在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存或是组配装车并进行配送作业 以上四部分装置通过计算机网络联结在一起配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统二次大战以后自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入使用成为发达国家先进和物流中心配送中心或流通中心所必需的设施条件之一1能连续大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式自动分拣系统不受气候时间人的体力等的限制可以连续运行同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多可以连续运行100个小时以上每小时可分拣7000件包装商品如用人工则每小时只能分拣150件左右同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时 2 分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小这又取决于分拣信息的输入机制如果采用人工键盘或语音识别方式输入则误差率在3以上如采用条形码扫描输入除非条形码的印刷本身有差错否则不会出错因此目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物 3分拣作业基本实无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用减轻工员的劳动强度提高人员的使用效率因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用基本做到无人化分拣作业本身并不需要使用人员人员的使用仅局限于送货车辆抵达自动分拣线的进货端时由人工接货由人工控制分拣系统的运行分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载装车自动分拣系统的经营管理与维护 如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右每天可分拣近40万件商品仅使用400名左右员工自动分拣线到了无人化作业 但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件因此在发达国家物流中心配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件自动分拣系统一次性投资巨大本身需要建设短则4050米长则150200米的机械传输线还有配套的机电一体化控制系统计算机网络及通信系统等这一系统不仅占地面积大动辄2万平方米以上而且一般自动分拣系统都建在自动主体仓库中这样就要建34层楼高的立体仓库库内需要配备各种自动化的搬运设施这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资这种巨额的先期投入要花1020年才能收回如果没有可靠的货源作保证则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资小企业无力进行此项投资 对商品外包装要求高自动分拣机只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品袋装商品包装底部柔软且凹凸不平包装容易变形易破损超长超薄超重超高不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣可以采取二条措施一是推行标准化包装使大部分商品的包装符合国家标准二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的定制特写的分拣机又会使硬件成本上升并且越是特别的其通用性就越差因此公司要根据经营商品的包装情况来确定是否建或建什么样的自动分拣系统 分拣系统中硬件设计PLC的选型PLC的分类目前在我国PLC的分类还没有一个统一的标准根据性能和应用范围可将其进行如下分类1按性能分类根据PLC的IO点数用户程序存储器容量和控制功能的不同可将其分为小型中型和大型二类小型PLC又称低档PLC它的IO点数小于128点用户程序存储器容量小于4K字功能简单以开关量控制为主可实现条件控制顺序控制定时记数控制适用于单机或小规模生产过程中型PLC又称中档PLC它的IO点数在128512点之间用户程序存储器容量为4K8K字功能比较丰富兼有开关量和模拟量的控制能力具有浮点数运算数制转换中断控制通信联网和PID调节等功能适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环过程控制大型PLC又称高档PLC它的IO点数在512点以上用户程序存储器容量达到8K字以上控制功能完善在中档机的基础上扩大和增加了函数运算数据库监视记录打印及中断控制智能控制远程控制的功能适用于大规模的过程控制集散式控制系统和工厂自动化网络2按结构分类根据PLC的构成形式可将PLC分为整体式和机架式 模块式 两大类整体式PLC是将CPU存储单元输入输出模块和电源部件集中配置在一个机箱内这种PLC输入输出点数少体积小价格低便于装入设备内部小型PLC通常采用这种结构机架式PLC将各单元做成独立的模块使用时将这些模块分别插入机架底板的插座上可根据生产实际的控制要求建立模块构成不同的控制系统这种PLC输入输出点数多配置灵活方便易于扩展大中型PLC通常采用这种结构3按应用范围分类根据应用范围的不同可将PLC分为通用型和专用型两类通用型PLC作为标准工业控制装置可在各个领域使用而专用型PLC是为了某类控制要求专门设计的PLC如数控机床专用型锅炉设备专用型报警监视专用型等由于应用的专一性使其控制质量大大提高9 PLC种类及型号选择PLC种类较多主要有西门子三菱OMRONFANAC东芝等但能配套生产大中小微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子三菱OMRON的PLC根据PLC点数实际输入点点实际输出点点综合对比三菱FX系列包括FX0SFX1SFX0NFX1NFX2N等西门子系列OMRON系列中IO点数为点各型号的PLC的价格性能实用场合等各方面本系统可选择PLC型号为FX2NMR合计总数点点输入DC24V点继电器输出尺寸mm220×87×90其性能价格都优于其他PLCFX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列它能最大范围地包容了标准特点程式执行更快全面补充通讯功能适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力FX2系列是FX系列PLC家族中最先进的系列由于FX2系列具备如下特点最大范围的包容了标准特点程式执行更快全面补充了通信功能适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力该型号PLC有个输入节点个输出节点能够满足系统要求并留有一定的余量国家标准GB7665-87对传感器下的定义是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置通常由敏感元件和转换元件组成传感器是一种检测装置能感受到被测量的信息并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出以满足信息的传输处理存储显示记录和控制等要求它是实现自动检测和自动控制的首要环节图2-1 传感器的组成示意图敏感元件感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件如膜片和波纹管可以把被测压力变成位移量若敏感元件能直接输出电量如热电偶就兼为传感元件了还有一些新型传感器如压阻式和谐振式压力传感器差动变压器式位移传感器等其敏感元件和传感器就完全是融为一体的变换元件又称传感元件是传感器的重要组成元件它可以直接感受被测量一般为非电量且输出与被测量成确定关系的电量如热电偶和热敏电阻传感元件也可以不直接感受被测量而只感受与被测量成确定关系的其他非电量例如差动变压器式压力传感器并不直接感受压力而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量然后输出电量一般情况下使用的都是这种传感元件信号调理与转换电路能把传感元件输出的电信号转换为便于显示记录和控制的有用信号的电路信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类常用的电路有电桥放大器振动器和阻抗变换器等传感器根据使用要求的不同可以做的很简单也可以做的很复杂可以使带反馈的闭环系统也可以是不带反馈的开环系统因此传感器的组成将依不同的情况而有所差异2 传感器的选择传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器它主要被用于检测系统本身与作业对象作业环境的状态为有效地控制系统的动作提供信息根据本设计的要求需要对位置检测装置视觉传感器进行选用位置检测装置检测气缸动作是否到位视觉传感器是为了完成对物料的识别 1位置检测装置在本设计中当气缸执行动作时应有相应的位置检测装置检测动作是否到位常用的位置检测装置是行程开关行程开关又称限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器用于控制机械设备的行程及限位保护在实际生产中将行程开关安装在预先安排的位置当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时行程开关的触点动作实现电路的切换行程开关的品种规格很多按其操作结构可分为直动滚轮直动杠杆单双轮等选用行程开关时应根据不同使用场合满足各方面的要求来进行选择本设计中采用直线接触式磁感应开关检测气缸回位动作是否到位当运动到指定位置时碰到行程开关终结上一个动作准备执行下一个动作2视觉传感器系统视觉的作用就是最大程度模仿人的眼睛能够对不同的物体进行识别本系统采用材质传感器和颜色传感器对物料进行分拣电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器用来检测金属物体它由LC高频振荡器和放大处理电路组成利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时使物体内部产生涡流这个涡流反作用于接近开关使接近开关振荡能力衰减内部电路的参数发生变化由此可识别出有无金属物体接近进而控制开关的通或断本系统用该器件来检测铁质材料电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器是一种接近式开关它的测量头通常是构成电容器的一个极板而另一个极板是待测物体的本身当物体移向接近开关时物体和接近开关的介电常数发生变化使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化由此便可控制开关的接通和关断本装置中电容传感器是用于检测铝质材料1 根据不同物料有不同的颜色可以针对一种颜色的物料进行拣出颜色传感器同样也属于具有开关量输出的位置传感器它是在Si等多数光电二极管之前分别放置R红G绿B蓝三种颜色的彩色滤光器以便处理各自的输出信号并识别彩色的方法材料分拣系统采用它主要是用来识别红色与绿色的材料目前用于颜色识别的传感器有两种基本类型色标传感器它使用一个白炽灯光源或单色LED光源RGB红绿蓝颜色传感器它检测物体的对三基色的反射比率从而鉴别物体颜色这类装置许多是温反射型光束型光纤型的封装在各种金属和聚碳酸脂外壳中典型的输出有NPN和PNP继电器和模拟输出为了便于PCL控制程序的编写利于公司企业的经济效益综合其各种情况在本设计选择RGB颜色传感器着为识别物料颜色的装置继电器输出方式便于PLC控制系统的简单化控制系统更容易实现45 驱动部分的分析与选择系统的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置其驱动系统根据动力源的不同分为液压气压电气机械气液联合和电液联合等多种方式目前采用的主要有液压气压电气这三种驱动方式液压驱动功率重量比大可实现频繁平稳的变速和换向容易实现过载保护可自行润滑使用寿命长但也存在其油液容易泄露污染环境需要配备油源成本较高工作噪声较大电气驱动控制精度高驱动力较大响应快信号检测传递处理方便但是由于这种驱动方式价格昂贵限制了在一些场合的应用因此人们寻求其他一些经济适用的驱动方式气压驱动具有价格低廉结构简单功率体积比高无污染及抗干扰性强在工业机械手中应用较多另一方面气动技术作为廉价的自动化技术由于其元器件性能的不断提高生产成本的不断降低被广泛应用于现代化工业生产领域在现代化的成套设备与自动化生产线上几乎都配有气动系统气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具表2-1给出了各种控制方式的比较表2-1 各种控制方式的比较项目气压传动液压传动电气传动机械传送系统结构简单复杂复杂较复杂安装自由度大大中小输出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高动作速度大稍大大小响应速度慢快快中清洁度清洁可能有污染清洁较清洁维护简单比气动复杂需要专门技术简单价格一般稍高高一般技术要求较低较高最高较低控制自由度大大中小危险性几乎无问题注意着火一般无问题无特殊问题通过以上三种驱动方式的比较选用气动驱动的方式不仅能够满足了本设计的要求而且节约了成本1618 执行机构的选择在气压传动系统中组成气动回路是为了驱动用于各种不同目的机械装置其最重要的三个控制内容是力的大小运动的方向和运动的速度与生产装置相连接的各种类型的气缸靠压力控制阀方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制正是利用它们组成了各种气动控制回路现今各控制系统中用于分拣物料的执行机构主要有以下几种1机械手夹持式夹持式手部的结构与人手类似是工业机械广泛应用的一种手部形式它主要由手指传动机构驱动机构组成其又可分为内撑式外夹式和内外夹持式区别在于夹持工件的部位不同手爪动作方向相反夹持式手部设计时应注意以下事项手指应有一定的开闭范围手指应具有适当的夹紧力要保证工件在手指内的定位精度结构紧凑重量轻效率高通用性和可换性192气吸式气吸式手部又称为真空吸盘式手部它是通过吸盘内产生真空或负压利用压差而将工件吸附是工业机械手常用的一种吸持工件的装置它由吸盘吸盘架及进排气系统组成具有结构简单质量轻不易损伤工件使用方便可靠等优点但要求工件上与吸盘接触的部位光滑平整清洁被吸附工件材质致密没有透气空隙主要适应于板材薄壁零件陶瓷搪瓷制品玻璃制品纸张及塑料等表面光滑工件的抓取气吸式又可分为负压吸盘真空式喷气式自挤式空气吸盘磁力吸盘永磁吸盘电磁吸盘真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空故称真空式喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的所以气流速度逐渐增大在吸气口处形成负压吸附头与吸气口连同故形成真空以吸住工件自挤式空气吸盘是将软质吸盘按压在工件的表面挤出吸盘内的空气从而造成真空吸住工件磁吸式手是利用工件的导磁性利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件3气缸式气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之一目前最常选用的是标准气缸其结构和参数都已系列化标准化通用化水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸单活塞杆双作用气缸一般由缸筒前后缸盖活塞活塞杆密封件和紧固件等组成其工作原理对于前伸回缩气缸当左侧无杆腔进气右侧有杆腔排气时活塞杆前伸反之活塞杆回缩对于上升下降气缸当上侧无杆腔进气下侧有杆腔排气时活塞杆下降反之活塞杆上升图2-2 系统的硬件结构框图根据材料分拣系统的结构框图可得出其结构示意图如图2-3所示按下启动按钮后电动机M运行绿灯L2亮传送带运转表示可以进物料材料经传感器对其进行识别检测其分别为铁质铝质红色其相对应的气缸进行动作将材料推入滑槽内若不是上述的几种材料则最后剩余的气缸动作将其推入滑槽内以完成对其的分拣图2-3 材料分拣系统的示意图其他元器件及其选择料槽是一个材料手动入库而自动出库的装置底部有一个光电传感器使用时可先人为地将材料放入料槽中此时光电传感器检测到料块时系统开始运行当系统运行时启动传送带并由出料气缸将料库内底层材料推入传送带传送带是由单向感应电机驱动的皮带式输送装置调压阀空气滤器与气压指示仪表集中于一个模块上它们接收来自气源的气压并传送到下面的5个气阀中调节调压阀降压使其输出压力与每台气动设备和装置所需要的压力一致并保持该压力的稳定空气过滤器作用是滤除压缩空气中的水分油滴以及杂质微粒等危害以达到系统要求的净化程度油雾器是一种特殊的注油装置它以压缩空气为动力将润滑油喷成雾状并混合于压缩空气中并随空气进入需要润滑的部件达到润滑的目的使压缩空气具有润滑气动元件的能力自动分选部分由传感器先导式电磁换向阀气缸及导料轨道组成当传感器检测到相应料块时对应的先导式电磁换向阀动作驱动气缸动作将其推人应去的滑道例如当电感传感器感应到铁块时对应的气缸动作将铁块推入对应的导料轨道导料轨道主要作用是当气缸推出材料时导出材料单向感应电动机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行内置电源可以将220交流电转换成24伏的直流电供给各个传感器与气阀以及转接板上的各个指示灯同时也为单向感应电动机提供稳定的220伏电压控制器采用三菱FX2N-32MR型PLC它接受料槽光电传感器各材料传感器先导式电磁换向阀感应电动机气缸位置传感器的信号根据要求分别控制输送带电机和各电磁阀动作本系统共设置了三个检测材料的传感器同时预留了一个空余的气阀与气缸用来添加其它的传感器用户可以根据自己的需求选择相应的传感器安装即可如表2-2给出系统中主要的元器件清单表2-2 主要元器件清单序号名称型号数量备注品牌或公司1PLCFX2N-32MR116输入16输出继电器2静音空气压缩机FB-004871噪音低性能稳定工作安全可靠功率055KW韩国SANWO3气阀SVK01205先导式电磁换向阀 交流110v220v50hz 直流24V韩国SANWO4气缸SCDJB10-45S5产品与气阀的型号相配套推动物料进行分拣韩国SANWO5磁感应开关D-C735额定电压DC24V AC110V额定电流DC5易电国际集团6接近开关CAT2-12GM5静电容量式接近开关7光电开关E3R-5DE41判断有无物料欧姆龙1额定电压DC6百斯特8电容式传感器E2K-X81ME11静电容量型近接开关DC1224V DC1030V 欧姆龙E3S-VS1E41额定电压DC12欧姆龙1感应电动机减速电机性能参数 功率6W 电压110V 频率50HZ 电流020A 额定转速1440rmin LINIX温岭市永久电子器械厂11内置电源MD35-341输入电压AC220伏 ±15输出电压DC24伏DADONG11滑槽4铝合金青岛锐诚德仓储物流设备有限公司12传送带1IO口的选择及PLC接线根据材料分拣系统的工作过程由可知系统的控制有输入信号15个均为开关量输出信号有8个其中一个控制电动机两个控制指示灯剩下的控制气阀也都是开关量根据分拣系统的需要配置出IO对应功能列表如表2-3所示表2-3 分拣系统IO口配置三菱plc IO 分拣系统接口 IO 备注输入部分x00SB1启动按钮x01sQ1上料物料接近开关x02sQ2铁质物料接近开关x03sQ3铝质物料接近开关x04sQ4绿色物料接近开关x05sA电感传感器x06sB电容传感器x07sC颜色传感器x10sN判断下料有无光电传感器x11sw1上料气缸回位限位开关x12sw2铁质物料气缸回位限位开关x13SW3铝质物料气缸回位限位开关X14SW4红色物料气缸回位限位开关X15SW5其他物料气缸回位限位开关X17SB2停止按钮输出部分y00yv1上料先导式电磁换向阀y01yv2铁质物料先导式电磁换向阀y02yv3铝质物料先导式电磁换向阀y03yv4红色物料先导式电磁换向阀Y04yv5其他物料先导式电磁换向阀y05m传送带Y06LD1红色指示灯Y07LD2绿色指示灯根据控制要求可得PLC系统的接线图如图2-4所示图2-4 PLC系统外部接线图自动分拣系统的软件设计可编程控制器PLC简介在可编程序控制器问世之前继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位但随着工业的发展继电器接触器控制已不能满足人们的要求为了解决这一问题早在1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司 GM公司 为了适应汽车型号不断翻新以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势就提出要用一种新型的控制装置取代继电器接触器控制装置并且对未来的新型控制装置做出了具体设想要把计算机的完备功能以及灵活性通用性好等优点和继电器接触器控制的简单易懂操作方便价格便宜等优点溶入于新的控制装置中且要求新的控制装置编程简单使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术 美国数字设备公司 DEC 根据GM公司招标的技术要求于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器并在GM公司汽车自动装配线上试用获得成功其后日本德国等相继引入这项新技术可编程序控制器由此而迅速发展起来 在20世纪70年代初期中期可编程序控制器虽然引入了计算机的优点但实际上只称为PLC Programmable Logical Controller 随着微处理器技术的发展20世纪70年代末至80年代初可编程序控制器的处理速度大大提高增加了许多特殊功能使得可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制而且可以对模拟量进行控制因此美国电器制造协会 NEMA 将可编程序控制器命名为PC Programmable Controller 但人们习惯上将之仍称为PLC以便与个人计算机PC Personal Computer 相区别80年代以来随着大规模和超大规模集成电路技术韵迅猛发展以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展这时的PLC具有了高速计数中断技术PID调节和数据通信等功能从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁石油化工电力建材机械制造汽车轻纺交通运输环保及文化娱乐等各个行业 PLC的发展初期不同的开发制造商对PLC有不同的定义为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化国际电工委员会 IEC 于1985年1月制定了PLC的标准并给它作了如下定义可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制定时计数和算术运算等操作命令并通过数字式模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程可编程序控制器及其有关的外部设备都应按易于与工业控制系统联成一个整体易于扩充其功能的原则而设计78 PLC硬件系统的基本结构框如图3-1所示图3-1 PLC结构框图1中央处理单元CPU中央处理器是可编程控制器的核心它在系统程序的控制下完成逻辑运算数学运算协调系统内部各部分的工作任务等2存储器存储器是可编程控制器存放系统程序用户程序以及运算数据的单元可编程序控制器配有两种存储器即系统存储器 EPROM 和用户存储器 RAM 3输入输出IO电路输入输出电路是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分 输入口用来接收生产过程的各种参数输出口用来送出可编程控制器的运算后得出的控制信息并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制按照信号的种类归类有直流信号输入输出交流信号的输入输出按照信号的输人输出形式分有数字量输入输出开关量输入输出模拟量输入输出4电源可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源后者一般为电池5编程器编程器是PLC的重要外部设备利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器调试程序监控程序的执行过程编程器从结构上可分为三种类型简易编程器图形编程器和通用计算机编程基本工作原理我们已经知道PLC是一种存储程序的控制器用户根据某一对象的具体控制要求编制好控制程序后用编程器将程序键人到PLC的用户程序存储器中寄存PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的 PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同微型计算机运行程序时一旦执行到END指令程序运行结束而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始在无中断或跳转的情况下按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序直到END指令结束然后再从头开始执行并周而复始地重复直到停机或从运行 RUN 切换到停止 STOP 状态我们把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式每扫描完一次程序就构成一个扫描周期另外PLC对输入输出信号的处理与微型计算机不同微型计算机对输入输出信号实时处理而PLC对输入输出信号是集中批处理下面我们具体介绍PLC的扫描工作过程 PLC扫描工作方式主要分三个阶段输入采样程序执行输出刷新1 输入采样 PLC在开始执行程序之前首先扫描输入端子按顺序将所有输入信号读人到寄存输入状态的输入映像寄存器中这个过程称为输入采样PLC在运行程序时所需的输入信号不是现时取输人端子上的信息而是取输入映像寄存器中的信息在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新2 程序执行PLC完成了输入采样工作后按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行并分别从输入映像寄存器输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上3 输出刷新 在执行到END指令即执行完了用户的所有程序后PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出驱动用户设备PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外还要完成内部处理通信处理等工作在内部处理阶段PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常将监控定时器复位以及完成一些别的内部工作在通信服务阶段PLC与其他的带微处理器的智能装置实现通信1114 分拣系统的控制要求及其流程图本课题是基于区分材料材质的不同而设计的材料分拣系统主要是实现对铁质铝质和不同颜色的材料的自动分拣具体控制过程为1接通电源按下启动开关系统进入启动状态指示灯绿灯亮2系统启动后下料传感器 光电传感装置 检测到料槽无材料或各气缸未复位时传送带须继续运行一个行程10S后自动停机指示灯红灯亮3系统启动后下料传感器 光电传感装置 检测到料槽有材料每隔2S出料气缸动作一次动作时间维持为1S将待测材料推到传送带上待测物体开始在传送带上运行并对其进行计数4当电感传感器检测到铁质材料时且其对应的接近开关感应到材料接近铁出料气缸将待测物体推下并对其进行计数5当电容检测传感器检测到材料为铝质时且其对应的接近开关感应到材料接近铝出料气缸动作将被检测到的材料推下并对其进行计数6当颜色检测传感器检测到材料为红色时且其对应的接近开关感应到材料接近红色出料气缸动作将待测物体推下并对其进行计数7剩余材料在传送带上继续传送当最后滑槽对应的接近开关感应到材料接近其出料气缸动作将被检测到的材料推下并对其进行计数由分拣控制系统的分拣要求画出控制系统的程序流程图图3-2所示图3-2 材料分拣系统的程序流程图软件设计及编程三菱电机公司提供专用的编程软件早期是MEDOC目前是GPPW编程软件和SWOPC-FXGPWIN-C编程软件包GX编程软件GX开发器可以用于生成涵盖所有三菱电机公司PLC设备的软件包使用该软件可以为FXAQnAQ系列PLC生成程序GX使用Windows操作平台用梯形图指令表或者SFC进行编程程序可以与原先包括基于DOS操作系统的程序在内的编程软件相兼容三菱SWOPC-FXGPWIN-C编程软件如图3-3是应用于FX系列PLC的中文编程软件可在Windows 9x或Windows 31及以上操作系统运行材料分拣系统采用该软件作为编程软件10 图3-3 SWOPC-FXGPWIN-C 窗口根据分拣系统的要求设计出梯形图梯形图的程序如下图3-4 分拣系统的梯形图的程序当程序设计好之后必须下载到PLC中才可以运行系统下载时使用的是三菱PLC专用的编程电缆SC09这根电缆的一端是接电脑的RS232串口一端接在PLC的RS422通讯串口上当电缆接好之后打开软件进入要下载的文件先转换文件然后选择菜单栏里的PLC选择传送-写