-33-基于PLC的物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文主要闡述基于PLC的物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。目前可以用來實(shí)現(xiàn)物料分揀自動(dòng)控制的裝置有PLC，單片機(jī)等，不過它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文就PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)物料分揀的自動(dòng)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)?？删庉嬍匠绦蚩刂破?以下具體簡(jiǎn)稱PLC)以小型微處理器作為設(shè)備的核心,整合了微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)三種主要技術(shù),是為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程的自動(dòng)化控制而研究和開發(fā)設(shè)計(jì),且被廣泛地應(yīng)用于各種大型企業(yè)生產(chǎn)和工藝過程的自動(dòng)化控制.PLC的可靠性高、適應(yīng)性好及對(duì)空間的擴(kuò)充能力較強(qiáng),除了它們還可以替換傳統(tǒng)繼電器和控制系統(tǒng),還可以應(yīng)用于復(fù)雜的生產(chǎn)過程控制及生產(chǎn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。本文研究基于PLC控制的多傳感器物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本項(xiàng)課題研究選擇了三菱FX–2N系列PLC來直接實(shí)現(xiàn)主程序控制的任務(wù),同時(shí),對(duì)傳感器技術(shù)(主要包括:電磁傳感器、電容傳感器、光電傳感器等)、變頻器技術(shù)、電磁、氣動(dòng)推進(jìn)技術(shù)等方法進(jìn)行了系統(tǒng)的綜合,以直觀形式呈現(xiàn)出各種PLC在整個(gè)過程控制系統(tǒng)中的功能,從而為我國(guó)工廠生產(chǎn)的全面自動(dòng)化服務(wù)提供一個(gè)很好的示例。該物料管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要思路:基于PLC控制的多位傳感器對(duì)各種物料進(jìn)行分揀的全方位自動(dòng)控制系統(tǒng)在架構(gòu)上都是采用了一種模塊化設(shè)計(jì),每一個(gè)操作單元都能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的獨(dú)立設(shè)計(jì),自由地進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的功能。本次管理系統(tǒng)主要包括檢測(cè)模塊、氣動(dòng)推進(jìn)模塊、搬運(yùn)管理模塊及分揀管理模塊4個(gè)功能部門。本控制系統(tǒng)主要是由PLC控制實(shí)現(xiàn)，由變頻器控制傳輸帶運(yùn)行速率，各類傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)物料材質(zhì)及顏色的檢測(cè)區(qū)分，最后由氣動(dòng)機(jī)械將各類別物料推送至對(duì)應(yīng)的物料槽從而實(shí)現(xiàn)整體的分揀任務(wù)。本文充分闡述了物料分揀自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的主要功能及其應(yīng)用基礎(chǔ)之上,根據(jù)plc提出了一套電氣化自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案。文中還重點(diǎn)分析了如何對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和單片機(jī)相比于其他單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)、測(cè)試評(píng)價(jià)了該系統(tǒng)在工況下運(yùn)行的可靠性,檢測(cè)、分揀的正確率這幾個(gè)重要的指標(biāo)。試驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果顯示:本次設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)都同樣具有了控制精度高、操作總體簡(jiǎn)單直觀、可靠性好等特征,各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足任務(wù)書中所要求的設(shè)計(jì)功能。本設(shè)計(jì)論文的研究成果對(duì)于類似系統(tǒng)的研究及開發(fā)都具有一定的借鑒和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：PLC；傳感器；變頻器；仿真模擬目錄致謝 -2-第一章 緒論 -1-1.1選題背景及課題研究意義 -1-1.2國(guó)內(nèi)外同類研究概況 -1-1.2.1關(guān)于國(guó)內(nèi) -2-1.2.2關(guān)于國(guó)外 -2-1.3本文研究的主要內(nèi)容 -3-1.4研究中解決的主要問題 -3-第二章物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu) -4-2.1物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理 -4-2.2物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) -5-第三章控制器的選擇與比較 -6-3.1單片機(jī)的特點(diǎn) -6-3.2PLC的特點(diǎn) -7-3.3PLC相比之下的優(yōu)點(diǎn) -8-第四章硬件器型的選擇 -10-4.1PLC型號(hào)的選擇 -10-4.1.1幾類PLC的比較 -10-4.1.2FX2N型號(hào)PLC的介紹 -11-4.2檢測(cè)元件 -12-4.2.2分揀運(yùn)動(dòng)限位開關(guān)選擇 -13-4.3變頻器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) -13-4.3.1變頻器的選型 -13-4.3.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型及選擇 -14-4.4電動(dòng)機(jī)的選擇 -16-4.5輸入輸出點(diǎn)的分配設(shè)計(jì) -17-4.5.1I/O分配表 -17-4.5.2PLC的接線圖 -18-第五章物料分揀自動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) -19-5.1物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作步驟 -19-5.2PLC編程語言和軟件的選擇 -19-5.2.1編程語言的選擇 -19-5.2.2編程軟件的選擇 -20-5.3系統(tǒng)控制程序的編寫 -21-第六章物料分揀系統(tǒng)整體調(diào)試 -25-6.1軟件調(diào)試 -25-6.2系統(tǒng)模擬仿真 -26-6.2.1仿真軟件的選擇 -26-6.2.2仿真模擬過程 -27-第七章結(jié)論 -32-參考文獻(xiàn) -33-附錄 -34-緒論1.1選題背景及課題研究意義自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)步和進(jìn)化程度直接關(guān)系決定著整個(gè)現(xiàn)代工業(yè)化過程進(jìn)步的技術(shù)水平,而自動(dòng)化的分揀也就是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步中一個(gè)必須和需要先去做的組成部分。PLC遠(yuǎn)程控制的物料分揀輸送設(shè)備因其自身具有工作成本低、效率好等強(qiáng)大特性,已經(jīng)在國(guó)內(nèi)全國(guó)各地廣泛應(yīng)用。它是可以按照系統(tǒng)設(shè)定的程序來實(shí)現(xiàn)人機(jī)自動(dòng)化而高效地進(jìn)行工作,并且維修成本很低。由于全部都是采用機(jī)械或者自動(dòng)化的作業(yè),因此,分揀和處理的能力相對(duì)比較強(qiáng),單位的時(shí)間內(nèi)可以分揀和處理的分類商品數(shù)量也比較多,從而為企業(yè)節(jié)省了許多的人力勞動(dòng),減少了企業(yè)的額外開銷,是為企業(yè)節(jié)約成本的最佳辦法。特別是對(duì)于有技術(shù)需要對(duì)物料進(jìn)行分揀的企業(yè),以往一般都是采用傳統(tǒng)的人工分揀方法,由于對(duì)個(gè)體員工作的局限性,因人而導(dǎo)致的分揀生產(chǎn)效率非常低,誤差多,生產(chǎn)費(fèi)用成本高,企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力差,阻礙了他們?cè)谄髽I(yè)的正常經(jīng)營(yíng)中。所以分揀設(shè)備PLC控制的系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)替換為人工分揀操作。這也恰恰就是它之所以能夠得到迅猛發(fā)展的一個(gè)根本原因,自動(dòng)化亦將被認(rèn)為是整個(gè)社會(huì)與企業(yè)共同發(fā)展的趨勢(shì)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的越來越快速發(fā)展,工業(yè)技術(shù)水平越來越高,自動(dòng)分揀設(shè)備完全替換人工操作是必不可少也是未來發(fā)展趨勢(shì)。物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)采用了一種簡(jiǎn)單可編程的分揀控制器PLC來自動(dòng)進(jìn)行物料分揀,能夠連續(xù)、大批量的進(jìn)行分揀各類復(fù)雜貨物,分揀后的操作誤差和效率相對(duì)較低且疲勞強(qiáng)度也大大顯著減小,可以顯著大大增加物料勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且,分揀管理系統(tǒng)還已經(jīng)能夠靈活地與其他各種物流分揀裝置之間的信息無縫相互連接,實(shí)現(xiàn)了對(duì)分揀物料真正的實(shí)時(shí)物流、信息流的合理靈活分配及有效管理。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)為一種標(biāo)準(zhǔn)化、模塊式的產(chǎn)品組裝,并且同時(shí)具有產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)輕和布局靈活,維護(hù)、檢修方便的三大特點(diǎn),受工程施工量和場(chǎng)地環(huán)境條件差等原因的直接影響較小。同時(shí),只要根據(jù)不同分揀類型的本次分揀系統(tǒng)對(duì)象,對(duì)本次分揀系統(tǒng)功能進(jìn)行略微的優(yōu)化修改就已經(jīng)可以快速達(dá)到所有者需要的,十分方便?，F(xiàn)在的大約一部分大型企業(yè)都已經(jīng)開始擁有自己的一條企業(yè)生產(chǎn)分揀流水線,而自動(dòng)進(jìn)行分揀的處理裝置則已經(jīng)是企業(yè)生產(chǎn)分揀流水線中一個(gè)非常不可或缺的一部分,有的大型企業(yè)甚至經(jīng)常需要同時(shí)使用擁有多條自動(dòng)分揀線的裝置,這也就充分表明它們已經(jīng)擁有著很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和大的市場(chǎng)發(fā)展空間。PLC控制系統(tǒng)是目前我國(guó)工業(yè)中最常見的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng),由于它的控制方便,能夠適應(yīng)和忍受惡劣的條件和環(huán)境。因此,在工業(yè)應(yīng)用上優(yōu)于對(duì)單片機(jī)的控制。物料分揀設(shè)備裝置PLC控制系統(tǒng)充分地利用了先進(jìn)的PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)、傳感器和測(cè)量技術(shù)、電傳動(dòng)和控制技術(shù)等,這些先進(jìn)技術(shù)都被認(rèn)為是現(xiàn)代工程自動(dòng)化技術(shù)中必須掌握的,可以說它們就是現(xiàn)代化的工作和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種物料生產(chǎn)設(shè)備的一個(gè)微小模型。1.2國(guó)內(nèi)外同類研究概況縱觀國(guó)內(nèi)外對(duì)企業(yè)物料自動(dòng)化和分揀系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用狀況中也可以明顯看到,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)物料自動(dòng)化和分揀管理系統(tǒng)更加偏好地還是選擇采用自動(dòng)化和采用智能流程管理的操作方式。而在目前的現(xiàn)代我國(guó),由于其起步晚,物料自動(dòng)人工分揀處理系統(tǒng)中能夠進(jìn)行人工分揀操作的人員比重也相對(duì)較高。國(guó)外對(duì)企業(yè)物料自動(dòng)化和分揀管理系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了廣泛應(yīng)用,以及在美國(guó)、日本及其他歐洲地區(qū)為其主要代表的發(fā)達(dá)國(guó)家,在對(duì)企業(yè)物料自動(dòng)化和分揀系統(tǒng)的實(shí)際管理應(yīng)用上都充分呈現(xiàn)了其企業(yè)自動(dòng)化管理水平越來越高的重要特征。物料自動(dòng)化和分揀管理系統(tǒng)正在逐漸地發(fā)展成為發(fā)達(dá)國(guó)家中小企業(yè)物料工作人員自動(dòng)化管理過程中必不可少的組成部分。主要產(chǎn)品適合廣泛應(yīng)用在各種大中型的企業(yè)物流信息服務(wù)管理中心、配送信息管理服務(wù)中心、流通信息管理服務(wù)中心、郵局信件分揀以及電報(bào)發(fā)送信件等等,隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用電子技術(shù)的快速進(jìn)步與不斷發(fā)展,尤其特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和電子微電腦信息技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)步與不斷發(fā)展,將大大提升工業(yè)社會(huì)的發(fā)展水平。自動(dòng)貨物分揀管理技術(shù)于20世紀(jì)70年代被廣泛地成功引入國(guó)內(nèi),我國(guó)的自動(dòng)電子商務(wù)郵政快遞服務(wù)貨物管理信息系統(tǒng)最早并已多年成功地投入使用了自動(dòng)貨物分揀管理裝置,并且在長(zhǎng)期的企業(yè)應(yīng)用和管理實(shí)踐中已經(jīng)得到了不斷的技術(shù)創(chuàng)新、不斷地技術(shù)進(jìn)步。1.2.1關(guān)于國(guó)內(nèi)在目前關(guān)于我國(guó)快遞物流服務(wù)中心分揀系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)基本理論課題上,主要包括了以下幾個(gè)方面。一方面主要重點(diǎn)研究了我國(guó)物流企業(yè)的物料分揀裝置以及其他物料的自動(dòng)控制分揀技術(shù)的應(yīng)用,例如廣泛應(yīng)用于我國(guó)郵政運(yùn)輸系統(tǒng)的物流交叉履帶式分揀機(jī)的應(yīng)用,廣泛應(yīng)用于我國(guó)煙草化工產(chǎn)品運(yùn)輸行業(yè)的交叉履帶式物料分揀機(jī)的應(yīng)用,例如研究等等;第二個(gè)技術(shù)的方面是對(duì)于我國(guó)各地區(qū)的物流集散中心的存儲(chǔ)戰(zhàn)略和分揀路徑的優(yōu)化進(jìn)行研究,例如用bom表來進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)地點(diǎn)的位置優(yōu)化研究用螞蟻群算法來實(shí)現(xiàn)分揀路徑的優(yōu)化等等;第三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域方面則主要研究的是對(duì)于物流分揀設(shè)備作業(yè)的管理資料信息與系統(tǒng)分析的決策問題,華南理工大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)等多所國(guó)內(nèi)頂尖高校的專家以及物流學(xué)者都已經(jīng)對(duì)此類問題做出了定性和定量的探討。例如馬上華、文堅(jiān)的貨物分批和分揀策略基于根據(jù)無延遲時(shí)間推移和沒有延遲的設(shè)計(jì)思路,綜合充分地考慮到在揀貨操作環(huán)節(jié)和分揀包裝環(huán)節(jié)中的人員和工作效率,提出了一種基于可以有效地消除由于分揀貨物的時(shí)窗分批不均勻、不平衡所引起的等待時(shí)間和貨物閑滯、空缺或者閑忙不均等各種動(dòng)態(tài)分揀貨物的設(shè)計(jì)和判斷。從而有效地確保了物料分揀系統(tǒng)在正常運(yùn)行中所處于狀態(tài)的可靠性和均勻度。李凱針對(duì)目前我國(guó)卷煙原料分揀的幾個(gè)成本優(yōu)化管理模型問題進(jìn)行了較為深入的研究和探索,并先后在實(shí)踐中采用仿真技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。朱巖就對(duì)新型卷煙原料分揀控制系統(tǒng)中的總體控制指標(biāo)和不同設(shè)備參數(shù)下的分揀系統(tǒng)整體性能做了深入研究，并經(jīng)過系統(tǒng)仿真和應(yīng)用程序的綜合模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。1.2.2關(guān)于國(guó)外以美國(guó)、日本及其他歐洲國(guó)家為主要代表的發(fā)達(dá)國(guó)家,在分揀管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用上都呈現(xiàn)了其自動(dòng)化水平越來越高的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)正在蓬勃發(fā)展中,它是發(fā)達(dá)國(guó)家的大中型物流、配送和運(yùn)輸中心,甚至是物料流通、服務(wù)中心不可缺少的組成部分。在對(duì)于物流中心子系統(tǒng)等物流中心子系統(tǒng)所需要進(jìn)行的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中,各發(fā)達(dá)國(guó)家在其規(guī)劃原理上都存在較大偏差。日本的各類物流中心大都已經(jīng)做得規(guī)模適中,采用先進(jìn)的自動(dòng)化物流倉(cāng)庫(kù)分揀管理系統(tǒng)和自動(dòng)化無線通訊設(shè)備,美國(guó)主要還是采用完全立體化的自動(dòng)物流倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)方式來有效節(jié)約了地價(jià)成本的開銷和支出,但是自動(dòng)化分揀等物流技術(shù)裝置大多數(shù)還是會(huì)按照要求實(shí)現(xiàn)采用完全機(jī)械化或者完全半自動(dòng)化,不會(huì)盲目要求采使用完全基于自動(dòng)化的分揀裝置。他們自身所共有的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較成熟的計(jì)算機(jī)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來簡(jiǎn)化了對(duì)貨品運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)管理,保障了物流配送工作的及時(shí)性與精準(zhǔn)度,大大地節(jié)約了人員與勞動(dòng)力的成本。國(guó)外許多學(xué)者以及一些專家的研究案例例如Goetschalckx和Ratliff就已經(jīng)提出如何充分運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法來有效地解決廣闊通道內(nèi)的貨物分揀路徑的問題;Roodbergen和Koster還深入地研究了在多個(gè)不同的橫向運(yùn)輸渠道地現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)儲(chǔ)貨物的系統(tǒng)條件環(huán)境下,針對(duì)不同的分揀方案進(jìn)行比較在不同的渠道中貨物數(shù)量、不同的貨物品項(xiàng)及不同渠道中寬度的情況下進(jìn)行貨物分揀的方法。Elizabethjewkes等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)商品的庫(kù)存管理方式及其對(duì)商品的分揀管理策略進(jìn)行了深入的探討;Loonc.Tang等主要負(fù)責(zé)人詳細(xì)地論述了資源的分批和分類存儲(chǔ)時(shí)間中資源的分配管理策略對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)分揀管理工作的重要影響;RichardL.Daniels等對(duì)倉(cāng)庫(kù)訂單分揀的研究;M.I.Johansson對(duì)貨物存儲(chǔ)位置的分配對(duì)減少分揀時(shí)間的作用進(jìn)行了研究;美國(guó)麻省理工學(xué)院Dimitris.Bertsimas和Robert.M.Freund和March.J.G.A),W.L.Winston,Jeremy.Shapiro,LacksonenT).whitley等一些學(xué)者也曾經(jīng)做過一些相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐,在該領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了較為先進(jìn)的創(chuàng)造及突破。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文主要以PLC為控制系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)，研究并設(shè)計(jì)了基于PLC的對(duì)于不同材質(zhì)、顏色的物料自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)。本論文的主要章節(jié)研究?jī)?nèi)容如下：第一章本文著重分析討論了本文主要的重點(diǎn)研究課題基礎(chǔ)科學(xué)與新技術(shù)研究領(lǐng)域課題研究的歷史背景和其對(duì)科學(xué)研究的重要意義,合理地分析總結(jié)研究分析了國(guó)內(nèi)外科學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)與新技術(shù)研究領(lǐng)域的主要研究成果發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)狀,闡述了該項(xiàng)研究對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)發(fā)展等領(lǐng)域的深遠(yuǎn)意義,說明了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究作用;第二章為系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方案。分別闡述了物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理，以及該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；第三章為本設(shè)計(jì)的主要控制器進(jìn)行了詳細(xì)介紹和選擇，闡述了PLC較于單片機(jī)的明顯優(yōu)點(diǎn)，以及其在系統(tǒng)中的重要工作特性；第四章說明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)及完成的前提，即對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中所需要的硬件類型的選擇問題，并在確定了PLC的選用類型后，呈現(xiàn)了其輸入輸出點(diǎn)的分配以及PLC的端口接線圖；第五章介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)用到的軟件工具，包括實(shí)現(xiàn)PLC控制程序編寫任務(wù)的GXWORKS2以及編程語言的選用問題；第六章則分別從系統(tǒng)的軟件調(diào)試以及模擬仿真兩個(gè)層面，呈現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后的結(jié)果展示；第七章就本文的課題研究以及其各模塊的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了全方位的總結(jié)，對(duì)該課題的研究意義進(jìn)行了展望。1.4研究中解決的主要問題1.首先解決的是分揀系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題，根據(jù)任務(wù)書中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且具有一定代表意義的要求完成整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.物料分揀系統(tǒng)中，各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)力來源的設(shè)計(jì)選擇問題。3.整個(gè)自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在解決了主控制程序以及電路規(guī)劃的設(shè)計(jì)問題同時(shí)，還考慮并整合了系統(tǒng)與各個(gè)器件間適配的過程。4.PLC、變頻器及各類傳感器的類型選擇問題。5.針對(duì)PLC的控制任務(wù)，解決了主要控制程序的編寫以及程序編寫軟件的選擇問題。6.由于實(shí)驗(yàn)室的硬件成本受限，將整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)用仿真模擬的方式得以呈現(xiàn)的問題。其中對(duì)于仿真軟件，又稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件組態(tài)王6.55的研究以及應(yīng)用問題也是整個(gè)仿真過程的核心問題。第二章物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)2.1物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理本系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要理念是基于利用日本三菱公司產(chǎn)的FX-2N系列的PLC電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)控制電路,通過靈活可編程序?qū)崿F(xiàn)工作任務(wù)如下:本系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作任務(wù)主要是為了完成對(duì)鐵、鋁、白色塑料以及黑色塑料的分揀任務(wù)。為了能夠在物料進(jìn)行分揀時(shí)準(zhǔn)確地推出物料，系統(tǒng)特別采用限位光電傳感器對(duì)其作定位和檢測(cè)，并同時(shí)保證物料在抵達(dá)推料氣缸前適當(dāng)?shù)奈恢帽粰z測(cè)得到且及時(shí)反饋至推料模塊控制系統(tǒng)。設(shè)備正常上電并與氣源電路接通后，四個(gè)氣壓氣缸均設(shè)置為自動(dòng)縮回狀態(tài)，且正常工作運(yùn)行時(shí)指示燈同時(shí)點(diǎn)亮，此時(shí)說明系統(tǒng)處于正常準(zhǔn)備狀態(tài)，否則該指示燈不亮。當(dāng)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入正常準(zhǔn)備狀態(tài)后，可以按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)系統(tǒng)開始工作，正常工作狀態(tài)指示燈亮。當(dāng)上料口檢測(cè)到有料時(shí)，變頻器同步啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備通過三相異步電動(dòng)機(jī)以固定轉(zhuǎn)矩和速度帶動(dòng)傳輸帶開始運(yùn)行，物料隨之被運(yùn)至分揀區(qū)。若運(yùn)輸?shù)奈锪鲜氰F材,則該機(jī)械運(yùn)輸?shù)奈锪显诘竭_(dá)1號(hào)物料槽中間位置后,傳送帶自動(dòng)停止,物料被機(jī)械氣缸自動(dòng)地推至1號(hào)運(yùn)輸?shù)奈锪喜壑?若物料是一種黑色的塑料,則該機(jī)械物料在到達(dá)2號(hào)物料槽中間位置時(shí),傳送帶自動(dòng)停止,物料被機(jī)械氣缸自動(dòng)推至2號(hào)物料槽中;若物料是鋁材,則該機(jī)械物料在到達(dá)3號(hào)物料槽中間的位置時(shí),傳送帶自動(dòng)停止,物料被機(jī)械氣缸自動(dòng)推至3號(hào)物料槽中;若物料是一種白色的塑料,則該機(jī)械物料在到達(dá)4號(hào)物料槽中間位置時(shí),傳送帶自動(dòng)停止,物料由機(jī)械氣缸推至4號(hào)物料槽中。只有這樣,當(dāng)上一個(gè)物料被輸入到相應(yīng)的物料槽中后,這個(gè)工作單位才能夠以一個(gè)特定的工作周期進(jìn)行。此時(shí),才能再次將傳送帶進(jìn)行下料。若在整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中按下了停止鍵,則當(dāng)每個(gè)人按下該鍵時(shí)正在進(jìn)行工作周期末,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地停止操作。該物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)接受傳感器反饋的信號(hào),并進(jìn)行處理后輸出所需信號(hào),再由驅(qū)動(dòng)模塊來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。該物料分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮到了方便更換傳感器等來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型物料的自動(dòng)檢測(cè)和分揀，并且充分考慮到了控制元器件等的相互兼容性，更好地發(fā)揮了該系統(tǒng)的靈活性。本系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)框圖2.2物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)本控制系統(tǒng)通過PLC的主程序控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)各類型物料（金屬：鐵、鋁，塑料：黑色、白色）的自動(dòng)分揀的過程。主體分為四個(gè)部分：有料檢測(cè)、物料傳輸、物料分類、物料推給。圖2.2展示了物料分揀系統(tǒng)控制流程。有料檢測(cè)：利用電感式傳感器，當(dāng)系統(tǒng)正常上電且工作狀態(tài)無誤時(shí)，電感式傳感器同步進(jìn)入工作狀態(tài)：檢測(cè)運(yùn)輸臺(tái)入料口是否有料。若有料，該傳感器迅速產(chǎn)生信號(hào)反饋，至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而進(jìn)行后續(xù)傳輸、分揀等工作任務(wù)；若無料，則接收到無物料信號(hào)反饋，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不運(yùn)作，系統(tǒng)將不開啟后續(xù)運(yùn)作。物料傳輸：該系統(tǒng)屬于實(shí)物分揀系統(tǒng)，故驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)是必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)采用氣壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)（機(jī)械）來實(shí)現(xiàn)物料的傳輸任務(wù)。物料分類：根據(jù)任務(wù)書所指定的分揀任務(wù)：完成對(duì)鐵料、鋁料、白色塑料以及黑色塑料的分揀任務(wù)。本系統(tǒng)采用電傳感器完成對(duì)不同類型物料的檢測(cè)分類任務(wù)：電磁感應(yīng)器、金屬感應(yīng)器、顏色感應(yīng)器。物料推給：分揀任務(wù)中，在順利完成對(duì)物料的分類后，需將對(duì)應(yīng)的物料揀入不同的物料槽中。本系統(tǒng)采用氣壓驅(qū)動(dòng)氣缸，利用其活塞桿完成對(duì)對(duì)應(yīng)物料的推給至物料槽中的任務(wù)。圖2.2物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖第三章控制器的選擇與比較3.1單片機(jī)的特點(diǎn)單片式隨機(jī)軟件作為數(shù)字集成電路處理芯片的一種,采用了很大的高規(guī)模的數(shù)字集成電路處理技術(shù),將一個(gè)原本可以同時(shí)處理隨機(jī)數(shù)據(jù)的中央處理器只讀CPU,隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只讀RAM、只讀隨機(jī)存儲(chǔ)器只讀ROM、多種I/O口和多種中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)器/自動(dòng)計(jì)數(shù)器等多種主要功能(其他應(yīng)用還有圖像顯示多路信號(hào)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路、模擬多路信號(hào)轉(zhuǎn)換器、A/D多路轉(zhuǎn)換器等集成電路)也就是一個(gè)集成于各種單塊機(jī)或硅片上的組合所連接構(gòu)成的小而完整的微型工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),在各種大型工業(yè)生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在的高速單片化主機(jī)已從最初的4位、8位,逐步迅速發(fā)展到現(xiàn)在300M的高速單位單片機(jī)。單片機(jī)一般可以從結(jié)構(gòu)上大體劃分為兩種:通用式、總線型和控制式。單片機(jī)的主要特性：1.其整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，功能實(shí)現(xiàn)方便，且能實(shí)現(xiàn)模塊化處理問題。2.可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)保持高速長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)不發(fā)生故障。3.反饋速度快，反應(yīng)速率屬于毫秒、微秒級(jí)。4.功率很小，耗電量低。5.對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)度強(qiáng)，可修改性廣。6.控制指令簡(jiǎn)易有效，且控制能力強(qiáng)。由于單片機(jī)的應(yīng)用涉及面十分寬泛,其被廣泛地應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)領(lǐng)域。例如:對(duì)飛機(jī)、汽車上的各類儀表控制,工業(yè)中設(shè)備的控制,洗衣機(jī),電飯煲,攝像機(jī)等都有著單片機(jī)的身影。3.2PLC的特點(diǎn)PLC又被我們簡(jiǎn)單地將其稱為一種可編程式的邏輯式微控制器,專門針對(duì)不同的電子工業(yè)應(yīng)用環(huán)境要求進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。PLC所需要運(yùn)用的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)是一個(gè)同時(shí)可以用來進(jìn)行隨機(jī)編制程序的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用來存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和其他算術(shù)綜合運(yùn)算等控制方式的各種操作命令,并通過其內(nèi)部輸入(I)和其外部輸出(O)兩個(gè)控制端口連接來同時(shí)實(shí)現(xiàn)由內(nèi)對(duì)外部各種類型的控制信號(hào)和內(nèi)部機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行控制。PLC就是在通用電子中將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)自控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)地緊密結(jié)合在一起來開展研究和進(jìn)行開發(fā)的。逐漸向一種由現(xiàn)代微處理器、計(jì)算機(jī)、通信融為一體的全新遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)核心技術(shù)邁進(jìn)。目前,PLC已被廣泛地深入應(yīng)用于各種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程機(jī)械和其他工業(yè)生產(chǎn)流程的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)信息化中,已然逐步發(fā)展出并成為一種現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制信息系統(tǒng)技術(shù)中的最有重要性、普遍應(yīng)用程度最高、應(yīng)用涉及場(chǎng)合最廣泛的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制信息系統(tǒng),被我們普遍公認(rèn)地稱為是它是促進(jìn)現(xiàn)代中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三個(gè)主要技術(shù)支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一。PLC的基本結(jié)構(gòu)：圖3.1PLC基本結(jié)構(gòu)原理圖中央處理控制單元（CPU）：CPU是PLC的控制中樞，處理接收到的信息后，向輸出端發(fā)出指令。CPU是控制器必不可少的部分，其根據(jù)用戶輸入的程序，按照邏輯語言完成數(shù)據(jù)處理以及指令傳送。CPU可以處理的東西很多:檢查電源狀態(tài),I/O口的狀態(tài),存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù),還需要能夠判斷一個(gè)鍵入的應(yīng)用程序有沒有或者存在任何語法上的錯(cuò)誤等。CPU的工作方式主要是通過掃描接收到輸入?yún)?shù)及狀態(tài)。緊接著讀取并分析用戶程序。在對(duì)輸入進(jìn)行一系列操作執(zhí)行完畢后，將處理后的結(jié)果指令通過輸出端來實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。存儲(chǔ)器:它是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存放系統(tǒng)固定程序;可以被刪除的數(shù)據(jù)庫(kù)是用戶自己編寫的程序;它是存放一個(gè)程序在執(zhí)行過程中的中間狀態(tài)下的一個(gè)信息,相當(dāng)于它的內(nèi)存。輸入/輸出端：在外部回路中,輸入和輸出端負(fù)責(zé)橋接外部電路以實(shí)現(xiàn)控制外部電路狀態(tài)的目的。輸入端把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),輸出端則與之相反。3.3PLC相比之下的優(yōu)點(diǎn)PLC相較于單片機(jī)所具備的優(yōu)點(diǎn)：1.相對(duì)于單片機(jī),PLC的運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性也比較好,并且其抗干擾性能力也比較好。2.高可靠度控制屬于一種新型電氣控制驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。plc由于其外部采用了比較現(xiàn)代化和比較大規(guī)模的硬件集成電路制造技術(shù),選用了嚴(yán)格的硬件制造設(shè)備工藝和設(shè)計(jì)方法標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行制造,其內(nèi)部的軟件集成電路則仍然是部分采用了先進(jìn)的高溫耐高熱腐蝕和抗干擾控制技術(shù),具有高可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC的平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí),而其他一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。3.相較于單片機(jī)，PLC的程序編寫相對(duì)更加簡(jiǎn)捷。4.PLC的產(chǎn)品受眾主要為工業(yè)用戶。工廠里的技術(shù)人員相比于c語言、匯編語言而言，對(duì)PLC梯形圖程序更為青睞。梯形圖中的圖形與符號(hào)語言更易讓人們理解接受，對(duì)于不熟悉或未實(shí)際操作過的人而言更易于上手。5.相較于單片機(jī)，PLC更易于改造。6.PLC系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等工作量相對(duì)較小,維護(hù)更為方便,且更易于改造。PLC的梯形圖過程中的操作一般是選擇先后次序進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方法。這種編程語言的方法既富有規(guī)律性,又容易被人們所掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng),梯形圖在設(shè)計(jì)過程中所花費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng),因此梯形圖在設(shè)計(jì)過程中所花費(fèi)的時(shí)間和成本較少。PLC是采用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邏輯的方式來代替接線邏輯,此舉大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大大簡(jiǎn)短,同時(shí)維護(hù)更加簡(jiǎn)捷。更為重要的特點(diǎn)就是它讓同樣的設(shè)備通過改動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改動(dòng)的可能性。這極大地適合于多品類、小批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。第四章硬件器型的選擇4.1PLC型號(hào)的選擇對(duì)PLC型號(hào)的選擇依據(jù)是根據(jù)PLC各型號(hào)的適用功能以及其容量大小，并在保證可靠的前提下盡量做到具備最高性價(jià)比。4.1.1幾類PLC的比較現(xiàn)今市場(chǎng)上，存在各種型號(hào)的PLC產(chǎn)品，不勝枚舉，對(duì)應(yīng)其功能也是應(yīng)有盡有，但是每個(gè)公司的PLC產(chǎn)品都各具特點(diǎn)。目前市場(chǎng)上使用最多的是由三菱、歐姆龍及西門子三個(gè)公司生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，下面將對(duì)該三個(gè)公司的產(chǎn)品做一個(gè)比較。（1）西門子PLC西門子公司生產(chǎn)的PLC是目前市場(chǎng)上應(yīng)用范圍最廣泛的，尤其是S7系列的PLC，其功能之強(qiáng)大，更是在PLC市場(chǎng)上獨(dú)樹一幟。總體來說，西門子公司生產(chǎn)的PLC，不論是獨(dú)立運(yùn)行，抑或是與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，都能實(shí)現(xiàn)很好的控制功能，性價(jià)比很高。西門子的產(chǎn)品，雖然在價(jià)格上較高于其他同類產(chǎn)品，編程也較為復(fù)雜，但是在性能的可靠性上占有極大的優(yōu)勢(shì)。特別是在處理模擬量的輸入時(shí)，精度要比三菱、歐姆龍公司的PLC精度高很多。值得一提的是，西門子公司的PLC，在編程上除了常規(guī)的梯形圖、順序功能圖、助記符以外，還增加了指令表和結(jié)構(gòu)文本兩種編程語言，令其使用起來更加方便。西門子系列的產(chǎn)品特別適用于要求有高精度、高可靠性的生產(chǎn)設(shè)備。但是西門子系列PLC的價(jià)格昂貴，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本考慮，不選擇西門子公司的PLC作為本設(shè)計(jì)的控制器。（2）歐姆龍公司的PLC歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC深受廣大用戶的喜愛。它的結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境影響，可以隨時(shí)任意擴(kuò)展用戶接口。其最大的特點(diǎn)就是傳輸速度較快，傳輸質(zhì)量較高，帶寬穩(wěn)定，抗干擾能力較好，通信方便，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但歐姆龍公司是針對(duì)數(shù)字量的設(shè)備而生產(chǎn)，對(duì)模擬量的處理遠(yuǎn)不如三菱公司和西門子公司。所以，歐姆龍公司的PLC一般用于數(shù)字量輸入較多的工業(yè)設(shè)備，并不用于模擬量輸入較多的設(shè)備。（3）三菱公司的PLC三菱公司是我國(guó)最大的生產(chǎn)PLC的公司，生產(chǎn)各種類型的PLC，其產(chǎn)品在各個(gè)行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。而且，三菱公司PLC的價(jià)格適中，適合絕大多數(shù)的公司使用。其安裝方便，程序的編寫較簡(jiǎn)單，編程技巧易于掌握，且操作較方便，在出現(xiàn)故障后，維修較容易，適合對(duì)于PLC的初學(xué)者。綜上，通過對(duì)以上三家公司產(chǎn)品的對(duì)比，再依據(jù)本次設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備可靠性及生產(chǎn)工藝的要求，本設(shè)計(jì)選擇三菱公司的PLC產(chǎn)品，可以滿足對(duì)生產(chǎn)設(shè)備可靠性控制的要求。三菱公司是較早推進(jìn)PLC到中國(guó)市場(chǎng)的公司，旗下的小型F系列產(chǎn)品，經(jīng)過升級(jí)優(yōu)化推出了F1/F2系列，早期在我國(guó)有著不小的銷量。這極大地刺激了我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展需求，并且被引入到高等院校的教材中，各大出版社公司以日本三菱公司PLC為基礎(chǔ)的模版普及地講解其結(jié)構(gòu)及與之相對(duì)應(yīng)的程序編寫方式。一些國(guó)內(nèi)的PLC生產(chǎn)商和廠家充分地利用了市場(chǎng)需求，以三菱PLC為主要生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式快速地獲得了一大片的市場(chǎng)和使用者，其PLC編程語言的所有指令集全都是要求與三菱公司的PLC得以兼容。三菱PLC以較高的性價(jià)比，低廉的價(jià)格和很高的產(chǎn)品質(zhì)量稱合了中國(guó)工業(yè)化自動(dòng)控制系統(tǒng)行業(yè)的需求，把握了這個(gè)市場(chǎng)。其高性能，低價(jià)格的特點(diǎn)也使其廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)工業(yè)發(fā)展。4.1.2FX2N型號(hào)PLC的介紹這次的PLC選型選擇的是三菱公司旗下生產(chǎn)的FX2N-48MR型號(hào)。FX2N是整個(gè)FX系列中目前可以實(shí)現(xiàn)的功能最多、兼容性最好，且功能實(shí)現(xiàn)也是最穩(wěn)定的小型PLC。其中的用戶端內(nèi)存為8Kb，最大I/O點(diǎn)數(shù)量目標(biāo)可以被擴(kuò)展為256個(gè)。FX2N-48MR系列PLC是日本三菱公司研發(fā)和生產(chǎn)的一種具有較高性價(jià)比的微型可編程控制器，這種系列產(chǎn)品能夠滿足多種類型的自動(dòng)化管理控制需求。由于FX2N-48MR具有一個(gè)緊密集成和整合性高的設(shè)計(jì)、優(yōu)良的延展性、適當(dāng)?shù)膬r(jià)格以及強(qiáng)大的指令實(shí)施能力，使得FX2n-48MR能夠幾乎完美地滿足了一個(gè)較小規(guī)模的控制需要，十分符合本次研究所設(shè)計(jì)的一個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，其外殼緊合堅(jiān)固，安裝便捷，接線、操作簡(jiǎn)易。除此之外，它還包括一些能夠滿足單個(gè)所需的大量專門功能模塊，可以給工廠生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化應(yīng)用帶來最大限度的可操作性與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的靈活性。圖4.0展示了FX2N-48MR的PLC實(shí)物圖。圖4.1FX2N-48MR實(shí)物圖綜上所述，F(xiàn)X2N-48MR具備以下優(yōu)點(diǎn)：1.系統(tǒng)配置既固定又靈活;2.編程簡(jiǎn)單;3.備有可自由選擇的豐富品種;4.性能的高可靠性;5.運(yùn)算速率高;6.適用于多種特殊用途;7.外部機(jī)器通訊簡(jiǎn)單化;8.共同的外部設(shè)備。4.2檢測(cè)元件在本自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要求對(duì)物料正確的檢測(cè)分類是通過傳感器檢測(cè)反饋實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)物料的運(yùn)動(dòng)限位、物料的材質(zhì)及顏色、物料口有無物料進(jìn)行檢測(cè)反饋。為了成功實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)自動(dòng)分揀的核心任務(wù)，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用性強(qiáng)、控制方便的控制系統(tǒng)，對(duì)于檢測(cè)元件的選擇是必不可少且十分關(guān)鍵的步驟。為了在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，又能將經(jīng)濟(jì)投入降到最低，對(duì)各類傳感器的選擇就顯得尤為重要。選擇檢測(cè)元件的根據(jù)：要盡量做到成本低、功能適用性強(qiáng)、檢測(cè)重復(fù)準(zhǔn)確率高且工作性能穩(wěn)定。4.2.1傳感器的選擇本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究主要針對(duì)鐵、鋁物料，以及黑色、白色塑料物料這四種物料的自動(dòng)分揀，檢測(cè)任務(wù)通常采用光電傳感器、金屬傳感器、電磁傳感器以及顏色傳感器。光電檢測(cè)傳感器：是將光學(xué)電信號(hào)或者其他信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器件。它們的主要工作作用原理主要是以光電輻射效應(yīng)為理論基礎(chǔ)。光電輻射效應(yīng)就是指當(dāng)發(fā)射光線照射到某些磁性物體上時(shí)，物質(zhì)的整個(gè)電子系統(tǒng)會(huì)直接吸收這些發(fā)射光子的全部能量從而由此產(chǎn)生了與之交互相應(yīng)的光子放電輻射效應(yīng)。光電式傳感器本身由于具有無需接觸、響應(yīng)速度快、性能可靠等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛地研究并應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中的自動(dòng)化制造設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人中。在本設(shè)計(jì)中，光電傳感器主要實(shí)現(xiàn)了物料口是否有料的控制檢測(cè)任務(wù)。圖4.3展示了一類光電傳感器。圖4.3光電傳感器實(shí)物圖金屬傳感器：金屬傳感器分為利用電磁感應(yīng)高頻振蕩型，使用磁鐵磁力型和利用電容變化電容型。接近傳感器可以不與目標(biāo)物實(shí)際接觸情況下檢測(cè)靠近傳感器金屬目標(biāo)物。電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器檢測(cè)面與外界構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測(cè)面對(duì)，回路電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制開關(guān)信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，金屬傳感器主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬和塑料兩類物料的控制檢測(cè)任務(wù)。圖4.4展示了一類金屬傳感器。圖4.4金屬傳感器實(shí)物圖電磁傳感器：電磁傳感器又叫電磁式傳感器、磁電傳感器等，電磁傳感器是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，又稱電磁感應(yīng)式或電動(dòng)力式傳感器。在本設(shè)計(jì)中，電磁傳感器主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵質(zhì)、鋁質(zhì)物料的控制檢測(cè)任務(wù)。圖4.5展示了一類電磁傳感器。圖4.5電磁傳感器實(shí)物圖顏色檢測(cè)傳感器：這種物體色彩檢測(cè)傳感器又稱為顏色識(shí)別傳感器或顏色傳感器，它的主要功能是將一個(gè)對(duì)比物體的參考顏色與前面已經(jīng)準(zhǔn)確表示并設(shè)教好了的其他物體參考色的顏色之間互相進(jìn)行高度對(duì)比而對(duì)其加以區(qū)分，當(dāng)兩個(gè)對(duì)比物體的參考之間在一定顏色誤差值的范圍內(nèi)互相進(jìn)行吻合時(shí)，就可能會(huì)直接產(chǎn)生顏色檢測(cè)的準(zhǔn)確結(jié)果。圖4.6展示了一類顏色傳感器。圖4.6顏色傳感器實(shí)物圖4.2.2分揀運(yùn)動(dòng)限位開關(guān)選擇在本系統(tǒng)的分揀過程中，主要的“揀”是由氣缸執(zhí)行完成的，故而氣缸能否準(zhǔn)確地將運(yùn)行到對(duì)應(yīng)位置的物料推給至物料槽中的過程非常之重要。為了檢測(cè)物料在輸送搬運(yùn)過程中各個(gè)運(yùn)動(dòng)器件的運(yùn)行位置，也可以說是對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程進(jìn)行檢測(cè)控制?？紤]到設(shè)計(jì)方便、加工工藝可靠性、安裝的便捷以及調(diào)試等各方面，選擇磁性開關(guān)用于檢測(cè)氣缸的運(yùn)動(dòng)位置，提供氣缸的伸縮位置信號(hào)。4.3變頻器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.3.1變頻器的選型本次設(shè)計(jì)變頻器部分選型擬采用實(shí)驗(yàn)室提供的施耐德的一款變頻器，型號(hào)為ATV11HU18M2A。其輸出信號(hào)頻率范圍為0.5～200Hz，使用的是一種無線傳感器的磁通向矢量控制。在輸入部分，有一路可以進(jìn)行模擬和邏輯輸入，4個(gè)可以進(jìn)行邏輯輸入。輸出部分是作為一個(gè)PWM集電極的開路輸出或者說是一個(gè)可編程邏輯輸出。本次設(shè)計(jì)選取的變頻器輸入為電位器速度給定，是通過DA模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量即為電位差的變化來改變變頻器的輸出，以達(dá)到調(diào)頻控制電機(jī)。圖4.7展示了變頻器實(shí)物圖。圖4.7變頻器實(shí)物圖4.3.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型及選擇本文研究的物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)控制模塊是其實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的關(guān)鍵之一。而根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)形式，其又各自具有不同的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：電氣驅(qū)動(dòng)：該驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在其控制工作驅(qū)動(dòng)力大，精度高，且對(duì)具體工作要求的反饋響應(yīng)迅速，與此同時(shí)在信號(hào)檢測(cè)、傳遞以及處理方面也很簡(jiǎn)單方便。但該驅(qū)動(dòng)方式需要裝備大量特殊的電氣設(shè)備，則隨之而來的運(yùn)行成本很高，從工業(yè)利潤(rùn)的角度出發(fā)限制了該驅(qū)動(dòng)方式的適用范圍。從而，更加經(jīng)濟(jì)化的驅(qū)動(dòng)方式得以開發(fā)，其中主要代表為氣壓驅(qū)動(dòng)。圖4.8是一種電氣驅(qū)動(dòng)器。圖4.8電氣驅(qū)動(dòng)器液壓驅(qū)動(dòng)：本驅(qū)動(dòng)方式雖然笨重，功重比（功率重量比）大，但可經(jīng)常應(yīng)用于需要常變速換向的工業(yè)場(chǎng)合下，且工作狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。其次，該驅(qū)動(dòng)方式對(duì)實(shí)現(xiàn)電路過載保護(hù)較為簡(jiǎn)便，并且可充分利用自身驅(qū)動(dòng)方式攜有的液壓油，發(fā)揮其潤(rùn)滑作用，從而大大延長(zhǎng)其使用壽命。相應(yīng)地，該驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)顯而易見：必須依靠油壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制，從而產(chǎn)生了如若液壓油泄露事故將帶來的環(huán)境污染問題等，極大地影響了環(huán)境保護(hù)。同時(shí)，配備油源、更換油源等，直接導(dǎo)致其驅(qū)動(dòng)成本較高。另外，該驅(qū)動(dòng)處于工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)帶來極大的噪聲污染。圖4.9是一種液壓驅(qū)動(dòng)器。圖4.9液壓驅(qū)動(dòng)器氣壓驅(qū)動(dòng)：該驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)明顯：無需專用的油源，原料為空氣，成本低廉；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易；功率體積比較高；避免了潛在的漏油問題，綠色環(huán)保；工業(yè)場(chǎng)合下的抗干擾能力較強(qiáng)，因此氣壓驅(qū)動(dòng)的適用范圍很廣。氣壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)自被開發(fā)以來，因其穩(wěn)定性能、低廉成本，從而大量應(yīng)用于所有現(xiàn)代化生產(chǎn)領(lǐng)域及自動(dòng)化生產(chǎn)線上。據(jù)了解，眾工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美、德、日等均廣泛運(yùn)用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)發(fā)展的巨大進(jìn)步。我國(guó)制造業(yè)近年來也與世界接軌，對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也已逐步完善，越來越多地選擇使用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件，使得我國(guó)各類產(chǎn)業(yè)均有明顯發(fā)展提升。綜上，氣壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)為世界各行各業(yè)的生產(chǎn)提供了巨大的動(dòng)力來源，已然成為一種特別的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)。圖4.10是一種氣壓驅(qū)動(dòng)器。圖4.10氣壓驅(qū)動(dòng)器表4.1各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)比驅(qū)動(dòng)方式氣壓液壓電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易復(fù)雜復(fù)雜安裝自由度大大小輸出功率較大大小定位精度一般一般較高動(dòng)作速度快較快快響應(yīng)速度慢快快清潔度清潔有潛在污染清潔維護(hù)簡(jiǎn)捷較復(fù)雜需特殊技術(shù)價(jià)格成本一般較高很高技術(shù)要求較低較高很高控制自由度廣廣一般危險(xiǎn)性幾乎無潛在易燃一般無綜上述各類驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，“表4.1”總結(jié)了各控制方式的特點(diǎn)，比較結(jié)果如上：依照表格給出的對(duì)比結(jié)果，不難得出：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式既能同時(shí)滿足本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，也能極大程度地節(jié)約生產(chǎn)成本，應(yīng)為本物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)模塊的首選。綜上，本設(shè)計(jì)選用氣壓驅(qū)動(dòng)中的雙作用直線標(biāo)準(zhǔn)氣缸。4.4電動(dòng)機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)因客觀原因限制，擬采用電動(dòng)機(jī)來模擬傳輸模塊的運(yùn)作。本次設(shè)計(jì)選用的是三相異步電動(dòng)機(jī)（如圖4.11），靠變頻器給定的濾波變化來控制轉(zhuǎn)速，接法采用的是三相星形接法（如圖4.12）。圖4.12三相星形接法圖4.11三相異步電動(dòng)機(jī)與變頻器實(shí)物連接圖4.5輸入輸出點(diǎn)的分配設(shè)計(jì)4.5.1I/O分配表本次設(shè)計(jì)中，選用的FX2N-48MR型號(hào)PLC擁有24個(gè)輸入以及24個(gè)輸出，設(shè)計(jì)中所需一共28個(gè)端口，完全滿足本次設(shè)計(jì)的輸入輸出需要，并且也留個(gè)足夠的輸入輸出口裕度，且經(jīng)過綜合考慮，以及硬件的基礎(chǔ)上，本次設(shè)計(jì)選用21個(gè)輸入端口，7個(gè)輸出端口。表4.2I/O分配表輸入變量輸出變量說明輸入端口說明輸出端口啟動(dòng)X0自動(dòng)運(yùn)行Y0停止X1變頻器低速Y1復(fù)位X2變頻器中速Y2有料檢測(cè)傳感器X3/Y3金屬傳感器X4/Y4電磁傳感器X5推料氣缸1電磁閥Y5物料到位光電1X6推料氣缸2電磁閥Y6物料到位光電2X7推料氣缸3電磁閥Y7物料到位光電3X10/Y8物料到位光電4X11/Y9推料氣缸1推出到位X12推料氣缸4電磁閥Y10推料氣缸2推出到位X13推料氣缸3推出到位X14推料氣缸4推出到位X15清零按鈕1X16清零按鈕2X17清零按鈕3X20清零按鈕4X21顏色傳感器X224.5.2PLC的接線圖本次設(shè)計(jì)選用的是三菱FX2N系列PLC，根據(jù)上文確定的變量及對(duì)應(yīng)的I/O端口分配繪制了相應(yīng)的硬件接線圖，如下圖所示：圖4.13物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC接線圖第五章物料分揀自動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中我們準(zhǔn)備采用GXWORK2作為編程的軟件，這種編程軟件可以適用于三菱公司的FX2N-48MR系列PLC。完成了硬件設(shè)計(jì)部分之后，下一步便是軟件部分的設(shè)計(jì)，這是設(shè)計(jì)的核心所在，按照控制系統(tǒng)需要完成的目的和功能以及硬件部分的設(shè)計(jì)要求，考慮PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出地址分配情況。按照本設(shè)計(jì)所準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)的功能和目的，首先開始進(jìn)行主程序流程圖的繪制和子程序流程圖的繪制，然后進(jìn)行輸入輸出地址分配，然后再按照不同的功能編寫對(duì)應(yīng)的功能模塊，編寫程序梯形圖。5.1物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作步驟物料分揀自動(dòng)控制的工作流程可以描述為以下幾個(gè)步驟：（1）X0、X1作為總開關(guān)，X0是啟動(dòng)開關(guān)，X1是停止開關(guān)，當(dāng)?shù)谝淮伟聪耎0程序運(yùn)行時(shí)，整體控制程序自動(dòng)閉環(huán)循環(huán)；（2）當(dāng)系統(tǒng)開始啟動(dòng)后，有料檢測(cè)模塊開始工作，接收到PLC中的有料檢測(cè)指令后，有料檢測(cè)傳感器開始檢測(cè)，即X3開關(guān)閉合。若有料，則將信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，物料將處于被運(yùn)輸狀態(tài)。（3）接下來PLC繼續(xù)向X4、X5、X22發(fā)出工作指令。金屬傳感器、電磁傳感器以及顏色傳感器同時(shí)進(jìn)入檢測(cè)模式，對(duì)傳輸臺(tái)上的物料進(jìn)行類別檢測(cè)。若是鐵質(zhì)物料，則物料被運(yùn)輸至1號(hào)物料槽的中間位置，此時(shí)X6光電傳感器檢測(cè)到物料到位，Y5接收到推料指令使得鐵質(zhì)物料被推給進(jìn)入1號(hào)物料槽；若是鋁質(zhì)物料，則物料被運(yùn)輸至3號(hào)物料槽的中間位置，此時(shí)X10光電傳感器檢測(cè)到物料到位，Y7接收到推料指令使得鋁質(zhì)物料被推給進(jìn)入3號(hào)物料槽；若是黑色塑料，則物料被運(yùn)輸至2號(hào)物料槽的中間位置，此時(shí)X7光電傳感器檢測(cè)到物料到位，Y6接收到推料指令使得黑色塑料被推給進(jìn)入2號(hào)物料槽；若是白色塑料，則物料被運(yùn)輸至4號(hào)物料槽的中間位置，此時(shí)X11光電傳感器檢測(cè)到物料到位，Y10接收到推料指令使得白色塑料被推給進(jìn)入4號(hào)物料槽。（4）物料從被檢測(cè)上臺(tái)，到被檢測(cè)判定出類別的過程，傳輸帶都通過變頻器的低速指令Y1，控制物料處于平緩慢速運(yùn)輸狀態(tài)；一旦物料類型確定，PLC隨即發(fā)出分揀指令，此時(shí)傳輸帶通過變頻器的中速指令Y2，控制物料處于中速運(yùn)輸狀態(tài)，在被對(duì)應(yīng)限位開關(guān)檢測(cè)到后，再繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)分揀工作。（5）根據(jù)各個(gè)推料氣缸的推料次數(shù)，即Y5、Y6、Y7、Y10分別的指令執(zhí)行次數(shù)來累計(jì)各個(gè)物料槽中的物料數(shù)量，若系統(tǒng)完成某特定周期的分揀任務(wù)后，可通過X16、X17、X20、X21清零按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)清零。(6)物料分揀系統(tǒng)一旦進(jìn)入有料且物料被分揀的正常工作狀態(tài)時(shí)，正常工作狀態(tài)指示燈亮，否則不亮。5.2PLC編程語言和軟件的選擇5.2.1編程語言的選擇目前PLC常用的編程語言主要有梯形圖、指令表、先級(jí)功能圖以及各種功能塊的順序示意圖。本流程設(shè)計(jì)中所選擇采用的梯形圖主要目的是因?yàn)樵O(shè)計(jì)工作中的流程軟件設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性和可靠度,故我們選擇了梯形圖語言作為本次流程設(shè)計(jì)的主要軟件系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)語言。梯形圖符號(hào)是一種用圖形符號(hào)在傳統(tǒng)電路信息圖中的相互關(guān)系來準(zhǔn)確表示各種控制關(guān)系的一種新型編程設(shè)計(jì)語言,也是從我們傳統(tǒng)電路繼電器的電路圖形符號(hào)信息圖的技術(shù)發(fā)展演變歷程過來逐步發(fā)展而來的,所以它們所要繪制和輸出的電路圖形符號(hào)信息圖的符號(hào)與我們傳統(tǒng)電路繼電器的電路圖形符號(hào)信息圖中的梯形符號(hào)和相互結(jié)構(gòu)都非常相似。在對(duì)圖進(jìn)行分析繪制這種梯形圖時(shí),可將上圖PLC中所有兩個(gè)參與控制邏輯電路組合的放電元件進(jìn)行觀察后看到,它們既和驅(qū)動(dòng)繼電器同樣,具有放電動(dòng)合、切斷觸點(diǎn)及放電線圈,且這些觸點(diǎn)的能量得失以及電平也會(huì)直接影響引起觸點(diǎn)的進(jìn)行相應(yīng)放電動(dòng)作。再通過充分利用額定母線設(shè)計(jì)取代了額定電源線,能量和電流的設(shè)計(jì)概念直接取代了基于繼電器系統(tǒng)集成路母線設(shè)計(jì)中的額定電流流等概念,即可通過充分利用基于繼電器系統(tǒng)集成路的線路網(wǎng)框圖的各種類似設(shè)計(jì)思路圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制梯形圖。5.2.2編程軟件的選擇本次的軟件設(shè)計(jì)方案將直接采用三菱PLC梯形圖軟件編程應(yīng)用軟件系統(tǒng)來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),在梯形圖軟件編程應(yīng)用軟件的的選擇上本次新的設(shè)計(jì)方案選取了一款日本三菱公司最新正式發(fā)布的梯形圖軟件編程應(yīng)用軟件GXWORKS2,GXWORKS2是一款專門開發(fā)用于對(duì)三菱PLC軟件進(jìn)行梯形設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)的梯形圖軟件編程應(yīng)用軟件,相比于之前所常用的GXDeveLoper，無論是在操作還是用戶體驗(yàn)感上，都更勝一籌。并且就梯形圖的編寫上，編程步驟的數(shù)量上限也更高，更加方便此次梯形圖程序的編寫。GXWORKS2編程軟件如圖5.1所示，本次編程選用QOOJ機(jī)型、QCPU（Q模式）系列工程，編寫簡(jiǎn)單工程類型的梯形圖程序。圖5.1GXWORKS2編程軟件界面5.3系統(tǒng)控制程序的編寫本設(shè)計(jì)采用的梯形圖語言分為以下幾個(gè)步驟完成控制過程的程序編寫：1.首先針對(duì)該分揀系統(tǒng)，對(duì)物料口有無物料進(jìn)行有料檢測(cè)。該過程的程序編寫如圖5.2所示。圖5.2有料檢測(cè)程序編寫界面2.緊接著，若物料口有料上臺(tái)則變頻器收到PLC變速指令，繼續(xù)傳輸。該過程的程序編寫如圖5.3所示。圖5.3變頻器執(zhí)行傳輸變速程序編寫界面3.當(dāng)一個(gè)物料即將運(yùn)送至對(duì)應(yīng)物料槽的中間位置時(shí)，限位光電傳感器立刻檢測(cè)到物料，即物料到位檢測(cè)。該過程的程序編寫如圖5.4所示。圖5.4物料到位檢測(cè)程序編寫界面4.物料檢測(cè)的前提是物料經(jīng)過了各類傳感器的檢測(cè)與區(qū)分。該過程的程序編寫如圖5.5所示。圖5.5物料檢測(cè)分類程序編寫界面5.物料被運(yùn)輸至對(duì)應(yīng)物料槽的中間位置且被限位檢測(cè)到位時(shí)，氣缸進(jìn)行物料推給動(dòng)作，將物料推給進(jìn)入到物料槽中。該過程的程序編寫如圖5.6所示。圖5.6物料推給程序編寫界面6.整個(gè)系統(tǒng)的物料分揀過程結(jié)果，通過對(duì)各個(gè)物料槽中物料數(shù)量的計(jì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。故而對(duì)應(yīng)物料槽中的物料數(shù)量均有對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)機(jī)制。該過程的程序編寫如圖5.7所示。圖5.7物料計(jì)數(shù)程序編寫界面7.物料分揀系統(tǒng)在某一周期內(nèi)的分揀任務(wù)完成后，對(duì)已完成的分揀任務(wù)進(jìn)行數(shù)量核對(duì)后采取數(shù)量清零，按下清零按鈕后可以進(jìn)行新一輪的分揀計(jì)數(shù)。對(duì)物料的分揀后計(jì)數(shù)程序的編寫如圖5.8所示。圖5.8物料計(jì)數(shù)清零程序編寫界面8.物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止程序的編寫界面如圖5.9所示。圖5.9分揀系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止程序編寫界面第六章物料分揀系統(tǒng)整體調(diào)試由于本課題所在實(shí)驗(yàn)室的器材及成本有限，故對(duì)該設(shè)計(jì)的主要控制模塊采用仿真模擬形式予以呈現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試分為軟件調(diào)試以及仿真模擬兩大模塊。6.1軟件調(diào)試在寫入設(shè)計(jì)好的程序時(shí)，可能出現(xiàn)無法錄入的問題。于是必須要確保選擇了正確的COM端口，需要在左側(cè)菜單欄里的連接目標(biāo)里打開傳輸設(shè)置，進(jìn)行串行口的設(shè)置。另外，在寫入程序的時(shí)候必須保證PLC處于打開的狀態(tài)，但不處于運(yùn)行的狀態(tài)，即為“stop”而不是“run”的狀態(tài)。當(dāng)確保正確連接之后傳輸設(shè)計(jì)好的程序至PLC時(shí)，需要勾選main主程序，其余不要傳輸，否則會(huì)超出PLC存儲(chǔ)上限。圖6.1為串行口發(fā)生選擇錯(cuò)誤的窗口界面。圖6.1串行口錯(cuò)誤窗口界面這里對(duì)串口選擇的是COM4端口，發(fā)現(xiàn)其可以與PLC正常通訊，選擇到正確的端口之后便需要對(duì)程序進(jìn)行檢測(cè)。整體主程序在編寫好之后，在正式燒錄之前要確保程序在語句上未發(fā)生邏輯上錯(cuò)誤。即對(duì)程序進(jìn)行電腦上的預(yù)模擬運(yùn)行，此步操作會(huì)在模擬燒錄PLC的情況下自檢測(cè)出程序上的邏輯錯(cuò)誤。達(dá)到一個(gè)自排查的預(yù)處理。圖6.2及圖6.3分別呈現(xiàn)了串行口的校正過程界面以及對(duì)主程序燒錄后的預(yù)模擬運(yùn)行。圖6.2串行口校正界面圖6.3程序預(yù)模擬運(yùn)行界面在模擬運(yùn)行檢測(cè)程序運(yùn)行無誤后便開始對(duì)硬件以及配合整體的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)試。6.2系統(tǒng)模擬仿真6.2.1仿真軟件的選擇本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是組態(tài)王6.55開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，用以模擬出整個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的工作過程。組態(tài)王6.55是根據(jù)當(dāng)前的行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),面向國(guó)內(nèi)中低端行業(yè)自動(dòng)化的市場(chǎng)和應(yīng)用,以期幫助廣大客戶更好地實(shí)現(xiàn)行業(yè)一體化。該系列產(chǎn)品以打造和構(gòu)建一個(gè)國(guó)際上十分重要的具有國(guó)家戰(zhàn)略性意義的綜合性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)和國(guó)際科學(xué)技術(shù)革命創(chuàng)新的模型作為其設(shè)計(jì)目標(biāo),集成了對(duì)于自主開發(fā)的全球工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐,可以為我們的企業(yè)人才提供一個(gè)針對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的全過程中所必須需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和管理的有效平臺(tái),使得我們的企業(yè)技術(shù)人員都能夠及時(shí)有效地從網(wǎng)絡(luò)上搜集到資料,及時(shí)作應(yīng),以求取最佳結(jié)果。組態(tài)王公司在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍然是繼續(xù)大量地保持著它早期發(fā)行的版本中具有功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且廣泛用戶安裝和使用方便等強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)的版本基礎(chǔ)之上,并根據(jù)國(guó)內(nèi)許多用戶的實(shí)際情況和需求,針對(duì)一些軟件功能系統(tǒng)的組件進(jìn)行了很多的改良和擴(kuò)充。組態(tài)王6.55提供了豐富的、簡(jiǎn)捷的和容易見的文庫(kù)圖像管理軟件配置和操作界面,提供了大量的文庫(kù)圖形設(shè)計(jì)元素和文庫(kù)圖像管理系統(tǒng)的精靈,同時(shí)也為了能夠讓我們更多的文庫(kù)用戶自己來創(chuàng)建一個(gè)完全數(shù)字化的文庫(kù)管理工程,圖庫(kù)精靈為我們提供了簡(jiǎn)單快捷易用的軟件接口;這款組態(tài)軟件的發(fā)展歷史變遷曲線、報(bào)表和web發(fā)布的功能已經(jīng)進(jìn)行了很大的提升和改進(jìn),軟件的各種功能性和實(shí)際的可用性已經(jīng)有了很大的提升。圖6.4展示了組態(tài)王6.55的主界面。本軟件具有的主要亮點(diǎn)有：1.可視化操作界面；2.自動(dòng)建立I/O點(diǎn)；3.分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)；4.設(shè)備集成能力強(qiáng)，可連接幾乎所有設(shè)備和系統(tǒng)。圖6.4組態(tài)王6.55主界面這個(gè)組態(tài)王工程界面主要分位菜單欄（1），目錄樹（2）和界面欄（3）。6.2.2仿真模擬過程1.打開組態(tài)王6.55并運(yùn)行，選擇新建工程。我們建立一個(gè)新的組態(tài)王工程，需要執(zhí)行以下步驟：1）在目錄欄的界面窗口增加界面，如圖6.5所示；圖6.5新建工程界面2）增加對(duì)象設(shè)備（這里我們選擇的是日本三菱公司的FX2N系列的PLC），如圖6.6所示。圖6.6增加對(duì)象設(shè)備界面2.在變量欄增加我們組態(tài)界面上需要的變量（變量分為離散型（只有0和1兩個(gè)狀態(tài)），整型（常數(shù)），實(shí)數(shù)（常數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)）以及字符串）。如圖6.7所示。圖6.7增設(shè)變量界面3.界面，設(shè)備，變量都弄好后，我們需要在界面上進(jìn)行動(dòng)畫繪制。1）在工具箱中通過直線，弧形，正方形，連續(xù)曲線，立體管道，多邊形，文本，開關(guān)，按鈕等 工具來構(gòu)成我們的組態(tài)界面。2）圖庫(kù)管理器有大量的圖庫(kù)，包括，儀表，傳感器，反應(yīng)器，開關(guān)，指示燈，閥門，電機(jī)，泵，水管等；如圖6.8所示。圖6.8圖庫(kù)管理器界面3）圖片弄好后，我們需要對(duì)這圖片/文字進(jìn)行動(dòng)畫連接。動(dòng)畫連接的主要內(nèi)容包括填充，縮放，旋轉(zhuǎn)，水平位置移動(dòng)，垂直位置移動(dòng)，輸入，輸出，閃爍和隱含燈。如圖6.9所示。圖6.9動(dòng)畫連接設(shè)置界面（a）圖6.9動(dòng)畫連接設(shè)置界面(b)4.系統(tǒng)物料移動(dòng)是將物料的動(dòng)畫屬性的水平移動(dòng)用一個(gè)變量來控制，通過改變變量的值來時(shí)整個(gè)圖形在水平方便的移動(dòng)；在界面上物料的顯示和隱藏是通過動(dòng)畫聯(lián)機(jī)的特殊里面隱含通過離散型變量控制，可以設(shè)置變量為真的時(shí)候或者為假的時(shí)候顯示；按鈕控件是將我們變量放在控件按鈕上，這樣按下按鈕的時(shí)候，我們就可以將變量的狀態(tài)改變；數(shù)字顯示和輸出，我們是在文本中的值輸出和輸入中的表達(dá)事中設(shè)置一個(gè)變量，這樣我們就可以監(jiān)控或者改變變量的數(shù)值。全部圖片都弄好后，我們需要在腳本中編寫程序，讓這些指示燈，數(shù)值圖片等有規(guī)律的變化,在命令語言中開始編寫腳本程序如圖6.10所示。圖6.10變量控制設(shè)定及實(shí)現(xiàn)界面（a）圖6.10變量控制設(shè)定及實(shí)現(xiàn)界面(b)圖6.10變量控制設(shè)定及實(shí)現(xiàn)界面(c)5.在菜單欄中點(diǎn)擊VIEW，開始進(jìn)入仿真。1）點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，此時(shí)開始運(yùn)行，為了模擬感應(yīng)器檢測(cè)到了物品，需要點(diǎn)擊有料感應(yīng)。如圖6.11所示。圖6.11仿真界面2）此時(shí)運(yùn)行指示燈在亮燈，物料處于被運(yùn)輸狀態(tài)。經(jīng)過金屬傳感器、電磁傳感器以及顏色傳感器時(shí)，此時(shí)PLC系統(tǒng)會(huì)識(shí)別出4種情況的一種，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的位置的時(shí)候，氣缸伸出，將物塊推入物料槽中，然后氣缸縮回。如圖6.12所示。圖6.12仿真界面3）我們可以在界面右上方監(jiān)控每個(gè)物料槽中有多少的物料，在進(jìn)行新周期的分揀時(shí)也可以對(duì)物料的數(shù)量進(jìn)行清零。如圖6.13所示。圖6.13仿真界面6.仿真過程完成。7.仿真程序的具體編寫內(nèi)容，見附錄。第七章結(jié)論物料分揀系統(tǒng)的出現(xiàn)取代了大量手工勞動(dòng)力，它的出現(xiàn)解放并擴(kuò)展了人類的手工機(jī)能。它可以取代人類擔(dān)任一些高危環(huán)境下的作業(yè)任務(wù)，比如在化工生產(chǎn)、高溫爐前作業(yè)等不安全、不舒適工作場(chǎng)合下的工作任務(wù)；還可以幫助人類完成簡(jiǎn)單的重復(fù)性勞動(dòng)，大大地提升了生產(chǎn)力水平，又確保了生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量。隨著PLC在當(dāng)前我國(guó)各種現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中得到了普遍、廣泛的應(yīng)用以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與迅猛發(fā)展,人們對(duì)于物料自動(dòng)分揀技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的深入研究不斷探索與創(chuàng)新,從而也促使了更多優(yōu)秀的工業(yè)科研成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果：比較全面地分析了物料分揀系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置、結(jié)構(gòu)形式、控制系統(tǒng)等不同的模塊，并最終總結(jié)出比較詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備一個(gè)強(qiáng)非線性的特點(diǎn)，造成非線性最主要的因素是由于空氣可以被壓縮，從而使存留的空氣產(chǎn)生流量飽和效應(yīng)、非線性摩擦等原因，因此要想使氣缸能夠十分精準(zhǔn)的確定位置將是十分艱難的事情。所以在該類使用中，應(yīng)該對(duì)氣壓驅(qū)動(dòng)不同的參數(shù)作認(rèn)真地調(diào)整，以期實(shí)現(xiàn)工作效果的最佳狀態(tài)。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)要求方面使用了PLC來實(shí)現(xiàn)，利用了PLC的可靠性和技術(shù)性高的特點(diǎn)。這使得機(jī)械設(shè)備在操作方面更加靈活，動(dòng)作更加準(zhǔn)確；在維修與護(hù)理方面，更易于維護(hù)。該機(jī)械勞動(dòng)生產(chǎn)率相對(duì)于傳統(tǒng)手工勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提升。PLC實(shí)現(xiàn)了在周期多樣的操作模式中隨意切換，實(shí)現(xiàn)了多種多樣的生產(chǎn)要求。本設(shè)計(jì)以機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為根本，對(duì)物料分揀系統(tǒng)各個(gè)部分的連接方式作了控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的改進(jìn)。但是因?yàn)闀r(shí)間有限，物料分揀系統(tǒng)的構(gòu)造又較繁雜，有一部分問題仍然要更多研究與改進(jìn)：氣壓驅(qū)動(dòng)裝置的精度把控、物料運(yùn)輸中的狀態(tài)穩(wěn)定性、氣缸推進(jìn)模塊的延時(shí)等。本文的最后，利用對(duì)軟件組態(tài)王6.55的選擇及模擬應(yīng)用，拓寬了PLC系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)實(shí)踐操作前的預(yù)演示，從而大大確保了設(shè)計(jì)并完成一個(gè)系統(tǒng)組裝前的正確率。通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)過程，加深了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各個(gè)模塊的作用與實(shí)現(xiàn)方式，讓我們對(duì)該系統(tǒng)的認(rèn)知與把握度都有了質(zhì)的提升。在完成了整個(gè)基于PLC的物料分揀自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，本人對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展前景有了更深遠(yuǎn)的看法，也將會(huì)把自己對(duì)于該領(lǐng)域的興趣繼續(xù)發(fā)揮在對(duì)其日后的學(xué)習(xí)生活或工作生活中去。參考文獻(xiàn)[1]張翠云.基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù),2020,49(09):158-160.[2]章鴻.一種多功能自動(dòng)分揀裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封,2020,40(05):78-82.[3]江源.基于PLC的等距排列物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)[J].電工技術(shù),2020(04):4-7.[4]豐波.基于西門子PLC1200的產(chǎn)品自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2019(36):128-129.[5]周廣超,朱哈南,馬英宸.基于PLC的物料分揀系統(tǒng)控制與設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2019,16(32):78+80.[6]熊征偉,章鴻.一種基于PLC的多功能智能分揀機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械與電子,2019,37(05):11-14+19.[7]殷美琳,徐云蛟,崔巖,顧媛媛,陸惠.基于PLC的物料分揀傳送控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2019,15(13):276-277.[8]唐月夏,李光平.基于PLC變頻控制的物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2019(12):98-99.[9]羅明.基于PLC控制技術(shù)的自動(dòng)分揀機(jī)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2019(07):204-206.[10]張瑞林.基于PLC的物料分揀傳送帶變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界,2018(19):167+169.[11]GaoHongbin,ZhouYun,NiuXixian,ZhangDan.TheDesignandImplementationofanAutomaticBurdeningSystemBasedonPLC.InternationalForumonInformationTechnologyandApplications,2010.[12]JamesH.Christensen.OdoJ.Struger.ProgrammableControllerSoftwareArchitecturesforAdvancedMachineDiagnostics[j]IEEETransactionsonIndustryApplication1985.

附錄if(啟動(dòng)==1&&流程==0&&自動(dòng)==1)

{

啟動(dòng)=0;

編號(hào)=1;

流程=10;

推桿位置1=0;

推桿位置2=0;

推桿位置3=0;

推桿位置4=0;

計(jì)時(shí)=0;

計(jì)時(shí)1=0;

計(jì)時(shí)2=0;

進(jìn)物件感應(yīng)器

=0;

錯(cuò)誤提示

=0;

當(dāng)前位置

=0;

物料顯示

=0;

物料顯示1

=0;

物料顯示2

=0;

物料顯示3

=0;

物料顯示4

=0;

上電=1;

}

IF(檢測(cè)感應(yīng)1號(hào)==1){編號(hào)計(jì)算=1;}

IF(檢測(cè)感應(yīng)1號(hào)==0&&檢測(cè)感應(yīng)2號(hào)==1){編號(hào)計(jì)算=3;}

IF(檢測(cè)感應(yīng)1號(hào)==0&&檢測(cè)感應(yīng)2號(hào)==0&&顏色傳感器==1){編號(hào)計(jì)算=2;}

IF(檢測(cè)感應(yīng)1號(hào)==0&&檢測(cè)感應(yīng)2號(hào)==0&&顏色傳感器==0){編號(hào)計(jì)算=4;}

if(流程==10)

{

if

(復(fù)位){錯(cuò)誤提示=0;復(fù)位=0;}

if

(進(jìn)物件感應(yīng)器==1&&錯(cuò)誤提示==0)

{

進(jìn)物件感應(yīng)器=0;

if

(編號(hào)計(jì)算>=1

&&編號(hào)計(jì)算<=4)

{

流程=16;

物料顯示=1;

}

else

{流程=15;}

}

}

if(流程==15)

{

錯(cuò)誤提示=1;

流程=10;

}

if(流程==16)

{

當(dāng)前位置=當(dāng)前位置+0.5;

if(當(dāng)前位置>=6)

{

流程=20;

編號(hào)=編號(hào)計(jì)算;

編號(hào)輔助=編號(hào)計(jì)算;

}

}

if(流程==20)

{

目標(biāo)位置

=編號(hào)*10;

當(dāng)前位置=當(dāng)前位置+2;

if(當(dāng)前位置>=目標(biāo)位置)

{

流程=30;

}

}

if

(流程==30)

{

if

(編號(hào)輔助==1){流程=40;物料顯示1=1;}

if

(編號(hào)輔助==2){流程=50;物料顯示2=1;}

if

(編號(hào)輔助==3){流程=60;物料顯示3=1;}

if

(編號(hào)輔助==4){流程=70;物料顯示4=1;}

當(dāng)前位置=0;

物料顯示=1;

}

if

(流程==40)

{

推桿位置1=推桿位置1+5;

if

(推桿位置1>=20)

{

計(jì)數(shù)1=計(jì)數(shù)1+1;物料顯示1=0;總數(shù)1=總數(shù)1+1;

流程=41;

}

}

if

(流程==41)

{

推桿位置1=推桿位置1-5;

if

(推桿位置1<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==42)

{

箱子位置1=箱子位置1+1;

IF(箱子位置1>=10)

{

箱子位置1

=0;

計(jì)數(shù)1

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==50)

{

推桿位置2=推桿位置2+5;

if

(推桿位置2>=20)

{

計(jì)數(shù)2=計(jì)數(shù)2+1;

總數(shù)2=總數(shù)2+1;

物料顯示2=0;

流程=51;

}

}

if

(流程==51)

{

推桿位置2=推桿位置2-5;

if

(推桿位置2<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==52)

{

箱子位置2=箱子位置2+1;

IF(箱子位置2>=8)

{

箱子位置2

=0;

計(jì)數(shù)2

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==60)

{

推桿位置3=推桿位置3+5;

if

(推桿位置3>=20)

{

計(jì)數(shù)3=計(jì)數(shù)3+1;

總數(shù)3=總數(shù)3+1;

物料顯示3=0;

流程=61;

}

}

if

(流程==61)

{

推桿位置3=推桿位置3-5;

if

(推桿位置3<=0)

{

流程=10;

}

}

if

(流程==62)

{

箱子位置3=箱子位置3+1;

IF(箱子位置3>=6)

{

箱子位置3

=0;

計(jì)數(shù)3

=0;

流程

=10;

}

}

if

(流程==70)

{

推桿位置4=推桿位置4+5;

if

(推桿位置4>=20)

{

總數(shù)