基于PLC的自動分揀控制系統(tǒng)論文

摘要分揀控制系統(tǒng)在社會各行各業(yè)如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉庫等行業(yè)得到廣泛運用，分揀系統(tǒng)能夠大大提高企事業(yè)單位該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。本文在對熟悉了自動及分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的分揀要求,對材料分揀進行了以三菱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)的控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(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),可以進行現(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。對本系統(tǒng)完成其設(shè)計之后，進行了整體調(diào)試。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調(diào)試之后，進行了軟硬件綜合調(diào)試，實現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。關(guān)鍵詞：材料分揀傳感器氣動裝置PLCMCGS組態(tài)軟件

Abstract:Sortingcontrolsysteminallsectorsofsocietysuchas:logisticsanddistributioncenter,postoffice,mining,ports,terminals,warehousesandotherindustriesarewidelyused,wecanseethatthesortingsystemcangreatlyimprovethelevelofproductionenterprisesefficiency.Familiarwiththegoodsintheautomaticandsortingsystemprinciplefoundation,accordingtocertainrequesttosortthemitsubishiPLCascontrolcore,Mcgssoftwareformonitoringsoftware,thedesigngivesmaterialsortingcontrolsystem.ThetransportofgoodsandmaterialssortingsystemmainlybyPLCcontroller,combinedwithpneumaticdevice,thesensortechnology,configurationandmonitoringtechnology,on-sitecontrolproductautomaticsorting.Systemhasahighdegreeofautomation,stableoperationandhighprecision,easycontrolsortingbasedonthefeaturesofdifferentsortingobject,slightlymodifyingthesystemcanberealizedrequirements.Aftercompleteditsdesignofthesystem,executingtheoverallcommissioning.Inhardware,testingtheinstallationlocationandangleofthevariouspartstomakeitruntheblockmaterialandtheangleofthesensorsuitableforinstallation.Afterthevariouspartsofthehardwaredebugrangeofmotion,integratinghardwareandsoftwaredebuggingtoachievematerialsortingsystem,feeding,deliveryandsortingoftheentireprocessKeywords:MaterialsortingsensorPneumaticdevicePLCMcgssoftware.目錄摘要 IAbstract: II1 緒論 11.1 分揀系統(tǒng)基本介紹 11.2 分揀系統(tǒng)的意義 31.3 本文研究的主要內(nèi)容 42 分揀系統(tǒng)中硬件設(shè)計 62.1 PLC的選型 62.1.1PLC的分類 62.1.2PLC種類及型號選擇 72.2 傳感器的選擇 72.2.1傳感器的簡介 72.2.2傳感器的選擇 92.3 驅(qū)動部分的分析與選擇 102.4 執(zhí)行機構(gòu)的選擇 112.5 硬件設(shè)計及實際模型的建立 122.6 其他元器件及其選擇 132.7I/O口的選擇及PLC接線 153 自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 183.1 可編程控制器（PLC）簡介 183.2 分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖 213.3 軟件設(shè)計及編程 233.4 材料分揀系統(tǒng)的調(diào)試 264 監(jiān)控畫面的設(shè)計 314.1 組態(tài)控制技術(shù) 314.2 模型的建立 324.3 動畫連接 344.4 數(shù)據(jù)報表輸出 374.5PLC與組態(tài)軟件之間的通信 385 結(jié)論與展望 44致謝 46參考文獻 45基于PLC的自動分揀控制系統(tǒng)論文第一章緒論分揀系統(tǒng)基本介紹自動分揀系統(tǒng)(Automaticsortingsystem)是先進配送中心所必需的設(shè)施條件之一。它具有很高的分揀效率，通常每小時可分揀商品6000-12000箱，可以說，自動分揀機是提高物流配送效率的一項關(guān)健因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分。自動分揀機是自動分揀系統(tǒng)的一個主要設(shè)備。它本身需要建設(shè)短則40-50米，長則150-200米的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大（動輒20000平方米以上），而且還要建3-4層樓高的立體倉庫和各種自動化的搬運設(shè)施（如叉車）與之相匹配，這項巨額的先期投入通常需要花10-20年才能收回。該系統(tǒng)的作業(yè)過程可以簡單描述如下：物流中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，將這些商品運送到指定地點（如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺等），同時，當供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時，自動分揀系統(tǒng)在最短的時間內(nèi)從龐大的高層貨存架存儲系統(tǒng)中準確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的商品按配送地點的不同運送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺集中，以便裝車配送。自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成?？刂蒲b置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口。分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當具有相同分揀信號的商品經(jīng)過該裝置時，該裝置動作，使改變在輸送裝置上的運行方向進入其它輸送機或進入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機，其主要作用是使待分揀商品貫通過控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機（或主傳送帶）以便進行后續(xù)作業(yè)。分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機（或主傳送帶）進入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進行配送作業(yè)。以上四部分裝置通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。分揀系統(tǒng)的意義二次大戰(zhàn)以后，自動分揀系統(tǒng)逐漸開始在西方發(fā)達國家投入使用，成為發(fā)達國家先進和物流中心，配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一。（1）能連續(xù)、大批量地分揀貨物由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動作業(yè)方式，自動分揀系統(tǒng)不受氣候、時間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運行，同時由于自動分揀系統(tǒng)單位時間分揀件數(shù)多，它可以連續(xù)運行100個小時以上，每小時可分揀7000件包裝商品，如用人工分揀則每小時只能分揀150件左右，同時分揀人員也不能在這種勞動強度下連續(xù)工作8小時。（2）分揀誤差率極低自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機制，如果采用人工鍵盤或語音識別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯，否則不會出錯。因此，目前自動分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識別貨物。（3）分揀作業(yè)基本實無人化國外建立自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動強度，提高人員的使用效率，因此自動分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達自動分揀線的進貨端時，由人工接貨，由人工控制分揀系統(tǒng)的運行，分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進行集載、裝車，自動分揀系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護。如美國一公司配送中心面積為10萬平方米左右，每天可分揀近40萬件商品，僅使用400名左右員工，自動分揀線做到了無人化作業(yè)。對于分揀系統(tǒng)的應(yīng)用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、成本等方而來考慮。但因分揀系統(tǒng)其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟條件，因此，在發(fā)達國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。對于自動分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍。在引進和建設(shè)自動分揀系統(tǒng)時一定要考慮以下條件：自動分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大，其本身需要建設(shè)短則40~50米，長則150~200米的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動輒2萬平方米以上，而且一般自動分揀系統(tǒng)都建在自動主體倉庫中，這樣就要建3~4層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動化的搬運設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。這種巨額的先期投入要花10~20年才能收回，如果沒有可靠的貨源作保證，則有可能系統(tǒng)大都由大型生產(chǎn)企業(yè)或大型專業(yè)物流公司投資，小企業(yè)無力進行此項投資。它對商品外包裝要求也很高，自動分揀機只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動分揀機進行分揀，因此為了使大部分商品都能用機械進行自動分揀，可以采取二條措施：一是推行標準化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標準；二是根據(jù)所分揀的大部分商品的統(tǒng)一的包裝特性定制特定的分揀機。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國家的包裝標準是很困難的，定制特寫的分揀機又會使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動分揀系統(tǒng)[6]。本文研究的主要內(nèi)容在本文中，以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例，詳細的分析了在基于PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設(shè)計，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號的采集分析中傳感器的一些基本知識，并通過要求與比較，確定了硬件系統(tǒng)中的一些元器件的選擇與確定了PLC的選型。在介紹了一些PLC與組態(tài)軟件的基本知識后，對本課題進行硬件與軟件設(shè)計，設(shè)計出主電路與控制回路，并建立了實際的模型，在軟件設(shè)計中，確定了I/O分配，并按照控制要求設(shè)計出了PLC梯形圖。在實際工作過程中，需要對整個控制過程進行監(jiān)控，運用組態(tài)軟件(MCGS)建立其實際的模型，并進行動態(tài)畫面的設(shè)定與數(shù)據(jù)報表的輸出，完成一個較完整的監(jiān)控界面。在本系統(tǒng)完成其設(shè)計之后，對其進行整體調(diào)試。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調(diào)試之后，進行了軟硬件綜合調(diào)試，實現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。第二章分揀系統(tǒng)中硬件設(shè)計2.1PLC的選型2.1.1PLC的分類目前，在我國PLC的分類還沒有一個統(tǒng)一的標準。根據(jù)性能和應(yīng)用范圍可將其進行如下分類。1、按性能分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)、用戶程序存儲器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型二類。小型PLC又稱低檔PLC，它的I/O點數(shù)小于128點，用戶程序存儲器容量小于4K字，功能簡單，以開關(guān)量控制為主，可實現(xiàn)條件控制、順序控制、定時記數(shù)控制。適用于單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程。中型PLC又稱中檔PLC，它的I/O點數(shù)在128~512點之間，用戶程序存儲器容量為4K~8K字，功能比較豐富、兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，具有浮點數(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、通信聯(lián)網(wǎng)和PID調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。大型PLC又稱高檔PLC，它的I/O點數(shù)在512點以上，用戶程序存儲器容量達到8K字以上，控制功能完善，在中檔機的基礎(chǔ)上，擴大和增加了函數(shù)運算、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠程控制的功能。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。2、按結(jié)構(gòu)分類根據(jù)PLC的構(gòu)成形式，可將PLC分為整體式和機架式(模塊式)兩大類。整體式PLC是將CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個機箱內(nèi)。這種PLC輸入輸出點數(shù)少、體積小，價格低，便于裝入設(shè)備內(nèi)部。小型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。機架式PLC將各單元做成獨立的模塊，使用時將這些模塊分別插入機架底板的插座上?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實際的控制要求建立模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。這種PLC輸入輸出點數(shù)多，配置靈活方便，易于擴展。大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。3、按應(yīng)用范圍分類根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC作為標準工業(yè)控制裝置可在各個領(lǐng)域使用，而專用型PLC是為了某類控制要求專門設(shè)計的PLC，如數(shù)控機床專用型、鍋爐設(shè)備專用型、報警監(jiān)視專用型等。由于應(yīng)用的專一性，使其控制質(zhì)量大大提高[9]。2.1.2PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求PLC點數(shù)：實際輸入點15點，實際輸出點8點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點數(shù)為32點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：FX2N—32MR，合計總數(shù)32點—16點輸入，DC24V，16點繼電器輸出；尺寸（mm）：220×87×90，其性能、價格都優(yōu)于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有16個輸入節(jié)點，16個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。2.2傳感器的選擇2.2.1傳感器的簡介國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器是一個完整的測量裝置（或系統(tǒng)），能把被測非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。[3]傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片之上。因此，信號調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分，如圖2-1所示。圖2-1傳感器的組成示意圖敏感元件——感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件，如膜片和波紋管，可以把被測壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感元件了。還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動變壓器式位移傳感器等，其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。變換元件——又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測量（一般為非電量）且輸出與被測量成確定關(guān)系的電量，如熱電偶和熱敏電阻。傳感元件也可以不直接感受被測量，而只感受與被測量成確定關(guān)系的其他非電量。例如，差動變壓器式壓力傳感器，并不直接感受壓力，而只是感受與被測壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量，然后輸出電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路——能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號的電路。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類，常用的電路有電橋、放大器、振動器和阻抗變換器等。傳感器根據(jù)使用要求的不同，可以做的很簡單，也可以做的很復雜；可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開環(huán)系統(tǒng)。因此，傳感器的組成將依不同的情況而有所差異[2]。2.2.2傳感器的選擇關(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[1]。傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測氣缸動作是否到位，視覺傳感器是為了完成對物料的識別。（1）位置檢測裝置在本設(shè)計中，當氣缸執(zhí)行動作時，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)的品種規(guī)格很多，按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。選用行程開關(guān)時，應(yīng)根據(jù)不同使用場合，滿足各方面的要求來進行選擇。本設(shè)計中采用直線接觸式磁感應(yīng)開關(guān)檢測氣缸回位動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準備執(zhí)行下一個動作。（2）視覺傳感器系統(tǒng)視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進行識別，本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器，對物料進行分揀。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)，使接近開根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進行揀出。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紅色與綠色的材料。目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：①色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色LED光源；②RGB（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有：NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。為了便于PCL控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計，選擇RGB顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于PLC控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)[4~5]。2.3驅(qū)動部分的分析與選擇系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置，其驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動方式。液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。氣壓驅(qū)動具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應(yīng)用較多。另一方面，氣動技術(shù)作為“廉價的自動化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。氣動機械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。表2-1給出了各種控制方式的比較：表2-1各種控制方式的比較項目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復雜復雜較復雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高動作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能有污染清潔較清潔維護簡單比氣動復雜需要專門技術(shù)簡單價格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎無問題注意著火一般無問題無特殊問題通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用氣動驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計的要求，而且節(jié)約了成本[16~18]。2.4執(zhí)行機構(gòu)的選擇在氣壓傳動系統(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?，F(xiàn)今各控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機構(gòu)主要有以下幾種：（1）機械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。夾持式手部設(shè)計時應(yīng)注意以下事項：①手指應(yīng)有一定的開閉范圍；②手指應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力；③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度；④結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；⑤通用性和可換性。[19]（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(nèi)產(chǎn)生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。氣吸式又可分為：負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤；磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件。（3）氣缸式氣缸輸出直線往復式氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側(cè)無桿腔進氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側(cè)無桿腔進氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。當氣缸動作時動作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關(guān)感應(yīng)動作從而關(guān)閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機構(gòu)動作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過程簡單，所以該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)選擇氣缸推動式[15]。2.5硬件設(shè)計及實際模型的建立材料分揀機的PLC控制用于對相關(guān)材料的自動化分揀，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。圖2-2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可得出其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示。按下啟動按鈕后，電動機M運行，綠燈L2亮，傳送帶運轉(zhuǎn)，表示可以進物料。材料經(jīng)傳感器對其進行識別，檢測其分別為鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅色，其相對應(yīng)的氣缸進行動作，將材料推入滑槽內(nèi)，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動作，將其推入滑槽內(nèi)，以完成對其的分揀。 圖2-3材料分揀系統(tǒng)的示意圖2.6其他元器件及其選擇料槽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)開始運行。當系統(tǒng)運行時，啟動傳送帶并由出料氣缸將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機驅(qū)動的皮帶式輸送裝置。調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。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。空氣過濾器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，以達到系統(tǒng)要求的凈化程度。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，達到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。自動分選部分由傳感器、先導式電磁換向閥、氣缸及導料軌道組成。當傳感器檢測到相應(yīng)料塊時，對應(yīng)的先導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：當電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時，對應(yīng)的氣缸動作，將鐵塊推入對應(yīng)的導料軌道。導料軌道主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。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。內(nèi)置電源可以將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)電動機提供穩(wěn)定的220伏電壓?？刂破鞑捎萌釬X2N32MR型PLC。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、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。本系統(tǒng)共設(shè)置了三個檢測材料的傳感器，同時預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。如表2-2給出系統(tǒng)中主要的元器件清單：表2-2主要元器件清單序號名稱型號數(shù)量備注品牌或公司1PLCFX2N-32MR116輸入，16輸出，

繼電器輸出形式三菱2靜音空氣壓縮機FB-0.048/71噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠,功率0.55KW韓國SANWO3氣閥SVK01205先導式電磁換向閥,交流：110v,220v（50hz）直流：24V韓國SANWO4氣缸SCDJB10-45S5產(chǎn)品與氣閥的型號相配套，推動物料進行分揀韓國SANWO5磁感應(yīng)開關(guān)D-C735額定電壓：DC24VAC110V額定電流：DC：5～40mAAC:5～20mA氣缸回位限位開關(guān)易電國際集團6接近開關(guān)CAT2-12GM5靜電容量式接近開關(guān)判斷物料是否到位易電國際集團7光電開關(guān)E3R-5DE41判斷有無物料歐姆龍7電感式接傳感器BLJ18A4-8-Z/B1Z1額定電壓：DC：6～36V額定電流：300mA百斯特8電容式傳感器E2K-X81ME11靜電容量型近接開關(guān)額定電壓：DC12～24V(DC10～30V)歐姆龍9顏色傳感器E3S-VS1E41額定電壓：DC：12～24V額定電流：400mA歐姆龍10電動機YN60-61感應(yīng)電動機減速電機性能參數(shù)功率：6W電壓：110V頻率：50HZ電流：0.20A額定轉(zhuǎn)速：1440r/minLINIX溫嶺市永久電子器械廠11內(nèi)置電源MD35-341輸入電壓：AC220伏±15%輸出電壓：DC24伏DADONG11滑槽4鋁合金\o"青島銳誠德倉儲物流設(shè)備有限公司"青島銳誠德倉儲物流設(shè)備有限公司12傳送帶12.7I/O口的選擇及PLC接線根據(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15個，均為開關(guān)量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機，兩個控制指示燈，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，列表如表2-3所示：表2-3分揀系統(tǒng)I/O口配置三菱plc(I/O)分揀系統(tǒng)接口(I/O)備注輸入部分x00SB1啟動按鈕x01sQ1上料物料接近開關(guān)x02sQ2鐵質(zhì)物料接近開關(guān)x03sQ3鋁質(zhì)物料接近開關(guān)x04sQ4綠色物料接近開關(guān)x05sA電感傳感器x06sB電容傳感器x07sC顏色傳感器x10sN判斷下料有無（光電傳感器）x11sw1上料氣缸回位限位開關(guān)x12sw2鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān)x13SW3鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān)X14SW4紅色物料氣缸回位限位開關(guān)X15SW5其他物料氣缸回位限位開關(guān)X17SB2停止按鈕輸出部分y00yv1上料先導式電磁換向閥y01yv2鐵質(zhì)物料先導式電磁換向閥y02yv3鋁質(zhì)物料先導式電磁換向閥y03yv4紅色物料先導式電磁換向閥Y04yv5其他物料先導式電磁換向閥y05m傳送帶Y06LD1紅色指示燈Y07LD2綠色指示燈根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的接線圖如圖2-4所示圖2-4PLC系統(tǒng)外部接線圖3自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1可編程控制器（PLC）簡介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)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、價格便宜等優(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發(fā)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)的發(fā)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行邏輯控制，而且可以對模擬量進行控制。因此，美國電器制造協(xié)會(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(ProgrammableController)，但人們習慣上將之仍稱為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)。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。可編程序控制器及其有關(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，易于擴充其功能的原則而設(shè)計[7~8]。PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框如圖3-1所示：圖3-1PLC結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理單元（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)學運算、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)和用戶存儲器(RAM)。（3）輸入/輸出（I/O）電路輸入輸出電路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。（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）編程器編程器是PLC的重要外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入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)上可分為三種類型，簡易編程器、圖形編程器和通用計算機編程?；竟ぷ髟恚何覀円呀?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寄存。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，并周而復始地重復，直到停機或從運行(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完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。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行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。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[11~14]。3.2分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖本課題是基于區(qū)分材料材質(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)和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)，指示燈綠燈亮。（2）系統(tǒng)啟動后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測到料槽無材料或各氣缸未復位時，傳送帶須繼續(xù)運行一個行程10S后自動停機,指示燈紅燈亮。（3）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2S出料氣缸動作一次，動作時間維持為1S，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行，并對其進行計數(shù)。（4）當電感傳感器檢測到鐵質(zhì)材料時，且其對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測物體推下，并對其進行計數(shù)。（5）當電容檢測傳感器檢測到材料為鋁質(zhì)時，且其對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，鋁出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數(shù)。（6）當顏色檢測傳感器檢測到材料為紅色時，且其對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，紅色出料氣缸動作將待測物體推下，并對其進行計數(shù)。（7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當最后滑槽對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，其出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數(shù)。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3-2所示。圖3-2材料分揀系統(tǒng)的程序流程圖3.3軟件設(shè)計及編程三菱電機公司提供專用的編程軟件。早期是MEDOC，目前是GPPW編程軟件和SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件包。GX編程軟件（GX開發(fā)器）可以用于生成涵蓋所有三菱電機公司PLC設(shè)備的軟件包，使用該軟件可以為FX/A/QnA/Q系列PLC生成程序。GX使用Windows操作平臺，用梯形圖、指令表或者SFC進行編程，程序可以與原先包括基于DOS操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相兼容。三菱SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件如圖3-3是應(yīng)用于FX系列PLC的中文編程軟件，可在Windows9x或Windows3.1及以上操作系統(tǒng)運行。材料分揀系統(tǒng)采用該軟件作為編程軟件[10]。圖3-3SWOPC-FXGP/WIN-C窗口根據(jù)分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計出梯形圖，梯形圖的程序如下：圖3-4分揀系統(tǒng)的梯形圖的程序當程序設(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。當電纜接好之后，打開軟件，進入要下載的文件。先轉(zhuǎn)換文件，然后選擇菜單欄里的“PLC”選擇“傳送”-“寫入”，便可以下載程序到PLC中。傳送程序時，應(yīng)注意以下問題：1）計算機的RS-232端口及PLC之間必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)換器連接；2）執(zhí)行完“讀入”后，計算機中的程序?qū)⒈粊G失，原有的程序?qū)⒈蛔x入的程序所替代，PLC模式改變成被設(shè)定的模式；3）在“寫出”時，PLC應(yīng)停止運行，程序必須在RAM或EE-PROM內(nèi)存保護關(guān)斷的情況下寫出，然后進行校驗[11]。PLC程序的傳送如圖3-5所示：圖3-5PLC程序的傳送3.4材料分揀系統(tǒng)的調(diào)試在軟件與硬件都已經(jīng)準備好之后，開始對系統(tǒng)進行調(diào)試。這個過程便于我們發(fā)現(xiàn)問題與不足。通上電源，觀察指示燈，一切正常之后開始加材料。通過運行，在材料加入料槽后發(fā)現(xiàn)材料容易被氣缸打飛。從兩個方面解決這個問題，首先調(diào)低氣缸的氣壓，但氣壓波動較大，仍然無法解決問題；從另一個方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過試驗，大部分材料可以正常步入傳送帶。此問題順利得到解決。將氣源送上。調(diào)節(jié)氣動閥氣源管上的螺栓即可調(diào)節(jié)氣動閥的動作力度，直至氣動閥的動作力度合適為止。材料隨傳輸帶傳送到傳感器時，傳感器并不能感應(yīng)到材料，說明傳感器與物體的距離不適合。通過多次調(diào)試找到了適合的位置，即傳感器的底部與傳送帶的距離。傳感器通過在通電狀態(tài)下，將待分揀的物料塊放置在傳送帶上，通過不停調(diào)節(jié)電位器，觀察監(jiān)控畫面的對應(yīng)開關(guān)的通斷，并通過調(diào)節(jié)角度等將傳感器調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)。電感傳感器與傳送帶最合適距離為28CM，電容傳感器與傳送帶最佳距離為25CM。顏色傳感器最合適距離為30CM，傳感器對應(yīng)的各個氣缸在感應(yīng)到材料后便開始動作，但由于氣壓的原因，材料不是被打飛，就是根本沒有觸到材料。首先將總氣源的氣壓穩(wěn)定在2.5Mp,然后逐個調(diào)試氣閥的進氣開關(guān)，使氣缸的氣量保留在合適適中的位置。在軟件與硬件都已經(jīng)準備好之后，開始對系統(tǒng)進行調(diào)試。將硬件各部分的動作幅度進行調(diào)試之后，運行PLC程序，進行軟硬件的結(jié)合，觀察材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的過程，完成系統(tǒng)的調(diào)試。4監(jiān)控畫面的設(shè)計4.1組態(tài)控制技術(shù)工控組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。本系統(tǒng)采用MCGS作為上位機的監(jiān)控軟件。材料分揀MCGS組態(tài)軟件設(shè)計是對分揀系統(tǒng)的實時采集以及監(jiān)控，從而實現(xiàn)操作者可以遠離操作現(xiàn)場就能實現(xiàn)對生產(chǎn)線的控制。組建工程的總體規(guī)劃是先建立一個用戶窗口，其次是編輯畫面和定義數(shù)據(jù)對象，再次是動畫連接和編寫控制流程，最后是設(shè)備的連接和調(diào)試。MCGS組態(tài)軟件是由北京昆侖自動化有限公司研制開發(fā)的，其英文全稱為MonitorandControlGeneratedSystem，即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”。MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩部分。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中運行，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如圖4-1所示。圖4-1組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡由MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成，如圖4-2所示。其中，運行時只有用戶窗口是可見的，常被稱為“前臺”，其余部分被稱為“后臺”[29]。圖4-2MCGS組態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)MCGS的主要特點和基本功能如下：（1）簡單靈活的可視化操作界面。MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。（2）豐富、生動的多媒體畫面。MCGS以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報警等有關(guān)信息;通過對圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動翻轉(zhuǎn)等多種乎段，增強畫面的動態(tài)顯示效果。（3）實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。MCGS構(gòu)成的五個部分中實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心?？傊琈CGS組態(tài)軟件功能強大，界面友好。同時使用MCGS組態(tài)軟件能夠避開復雜的計算機軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，組態(tài)配制出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)[27]。4.2模型的建立打開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4-3監(jiān)控的主控畫面在上圖中，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、先導式電磁換向閥10、氣缸回位限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(guān)）11、氣缸112、判斷材質(zhì)傳感器13、下料傳感器14、導料軌道4.3動畫連接所謂動畫連接，實際上是將用戶窗口內(nèi)創(chuàng)建的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中定義的數(shù)據(jù)對象，建立起對應(yīng)的關(guān)系，在不同的數(shù)值區(qū)間內(nèi)設(shè)置不同的圖形狀態(tài)屬性（如顏色、大小、位置移動、可見度、閃爍效果等），將物理對象的特征參數(shù)以動畫圖形方式來進行描述。MCGS實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。動畫組態(tài)的設(shè)置主要有顏色動畫連接、位置動畫連接、輸入輸出連接和特殊動畫連接。材料分揀組態(tài)設(shè)計中的動畫設(shè)計也是在這四種連接方式的基礎(chǔ)上設(shè)置的[26]。1、顏色動畫連接所謂顏色動畫連接就是指將圖形對象的顏色屬性與數(shù)據(jù)對象值之間建立相關(guān)性關(guān)系，使圖元、圖符對象的顏色屬性隨著數(shù)據(jù)對象值的變化而變化，用這種方式實現(xiàn)顏色不斷變化的動畫效果。如在監(jiān)控圖中，當鐵質(zhì)的材料傳送至對應(yīng)位置時，對應(yīng)傳感器上方的指示燈由紅色變?yōu)榫G色，其設(shè)置如圖4-4所示。圖4-4顏色動畫的連接2、位置動畫連接位置動畫連接包括圖形對象的水平移動、垂直移動和大小變化三種屬性，使圖形對象的位置和大小隨著數(shù)據(jù)對象值的變化而變化。用戶只要控制數(shù)據(jù)對象值的大小和值的變化速度，就能精確地控制所對應(yīng)圖形對象的大小、位置及其變化速度。用戶可以定義一種或多種動畫連接，圖形對象的最終動畫效果是多種動畫屬性的合成效果。平行移動的方向包含水平和垂直兩個方向，其動畫連接的方法相同。首先要確定對應(yīng)連接對象的表達式，然后再定義表達式的值所對應(yīng)的位置偏移量。材料分揀系統(tǒng)中物料的移動就是按位置動畫連接的方法設(shè)定的。其水平移動的設(shè)置如圖4-5所示。圖4-5水平移動動畫連接3、輸入輸出連接輸入輸出連接包括顯示輸出、按鍵輸入、按鈕動作三種方式。在材料分揀系統(tǒng)中物料的計數(shù)用到顯示輸出連接，輸出值選擇數(shù)值量輸出，把物料的總數(shù)num的數(shù)值以數(shù)值量表示出來，如圖4-6所示。圖4-6數(shù)值量輸出連接系統(tǒng)的開始與運行、是否停止、出錯時需要重新運行并重新計數(shù)等都需要在控制面板里能夠進行人工的操作。控制的面板設(shè)為三個按鈕，分別為開始、退出、復位。對于按鈕的輸入設(shè)置可以在動畫組態(tài)窗口屬性設(shè)置里面選擇按鈕動作或者直接在工具箱內(nèi)選擇標準按鈕進行設(shè)。4、特殊動畫連接在MCGS中，特殊動畫連接包括可見度和閃爍效果兩種方式，用于實現(xiàn)圖元、圖符對象的可見與不可見交替變換和圖形閃爍效果，圖形的可見度變換也是閃爍動畫的一種。MCGS中每一個圖元、圖符對象都可以定義特殊動畫連接的方式[24]。在材料分揀系統(tǒng)中料槽無料提醒中的制作用到了閃爍效果。在“料槽無料”的指示燈雙擊進入屬性設(shè)置，選中閃爍效果。當表達式num=10成立時，所設(shè)置的“料槽無料”指示燈就會成閃爍效果。當表達式不成立時就會呈現(xiàn)為初始狀態(tài)。num的定義是總物料的數(shù)目計數(shù)器，設(shè)計中模擬分揀系統(tǒng)設(shè)定了10個物料，所以當num的值為10時料槽中沒有物料，通過閃爍進行提示，如圖4-7所示。圖4-7圖形閃爍效果顯示4.4數(shù)據(jù)報表輸出在MCGS中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)要對數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行存盤，統(tǒng)計分析，并根據(jù)實際情況打印出數(shù)據(jù)報表。所謂數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄、顯示和打印出來，如實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計、打印的最終體現(xiàn)，是整個工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出。數(shù)據(jù)報表是對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。實時數(shù)據(jù)報表是實時地將當前的數(shù)據(jù)對象變量按一定報告格式（用戶組態(tài)）顯示和打印，即：對瞬時量的反映。歷史數(shù)據(jù)報表是從歷史數(shù)據(jù)庫中提取存盤記錄，以一定導電格式顯示歷史數(shù)據(jù)。文中自動分揀控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)報表及歷史數(shù)據(jù)報表如圖4-8所示[21]。圖4-8數(shù)據(jù)報表顯示輸出4.5PLC與組態(tài)軟件之間的通信對組態(tài)的通訊參數(shù)進行設(shè)置，打開設(shè)備窗口分別添加如下兩個設(shè)備：通用串口父設(shè)備和FX系列編程口。在MCGS工作臺上，單擊[設(shè)備窗口]，再單擊[設(shè)備組態(tài)]按鈕進入[設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口]。單擊[工具箱]，打開[設(shè)備工具箱]窗口，再單擊[設(shè)備管理]按鈕，打開[設(shè)備管理]窗口，如圖4-9所示[25]。圖4-9添加設(shè)備圖4-10設(shè)備的添加再對FX系列編程口進行設(shè)置，雙擊FX系列編程口彈出設(shè)備屬性編輯對話框，對它的參數(shù)作如表4-1和圖4-11設(shè)置，當設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。表4-1通道連接的設(shè)置對應(yīng)數(shù)據(jù)對象通道類型SB1只讀X00000SQ1只讀X00001SQ2只讀X00002SQ3只讀X00003SQ4只讀X00004SA只讀X00005SB只讀X00006SC只讀X00007SN只讀X00010SW1只讀X00011SW2只讀X00012SW3只讀X00013SW4只讀X00014SW5只讀X00015SB2只讀X00017YV1讀寫Y00000YV2讀寫Y00001YV3讀寫Y00002YV4讀寫Y00003YV5讀寫Y00004M讀寫Y00005LD1讀寫Y00006LD2讀寫Y00007圖4-11通道設(shè)置5結(jié)論與展望綜全文所述，本文對PLC及組態(tài)技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細的介紹，根據(jù)材料分揀的實際需求采用PLC設(shè)計出了材料分揀系統(tǒng)，并使用組態(tài)作為監(jiān)控軟件具有很高的實用價值。設(shè)計材料分揀系統(tǒng)之前，閱讀了大量的資料和文獻，不但了解了自動分揀系統(tǒng)發(fā)展的歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用背景。還學習了氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)、及用組態(tài)軟件實現(xiàn)上位機監(jiān)控的基本知識。用組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)對分揀系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控，實現(xiàn)了現(xiàn)場無人化監(jiān)控。完成了材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計工作。并且基于該平臺完成了控制系統(tǒng)的軟件。通過實驗測試了材料分揀系統(tǒng)硬件和軟件。實際的設(shè)計工作中，出現(xiàn)了不少難題：氣源于氣閥的氣壓不能實現(xiàn)精確調(diào)制，傳感器的容易受到外界因素的干擾，上位機與下位機通信不穩(wěn)定等問題。通過多次試驗與實踐以上問題基本上得到了解決，如何進一步提高控制性能，可對該系統(tǒng)進行一些改進。進一步提高氣源氣壓的穩(wěn)定性，這樣可以提高氣閥的工作性能，為材料正常進入、彈出傳送帶打下基礎(chǔ)。在硬件上進一步改進擋板、出料軌道、傳送帶、進料倉，這對系統(tǒng)的實用與可靠性的提高有重大意義。采用步進電機以實現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實現(xiàn)系統(tǒng)的分揀效率的質(zhì)的提高。進一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。進一步分析研究各種分揀系統(tǒng)地優(yōu)劣，提出材料分揀系統(tǒng)的綜合性能。本文的設(shè)計是對材料的材質(zhì)進行的簡單設(shè)計，可以在其基礎(chǔ)上對分揀物品的種類與分揀的性能進行拓展及完善，可使其適用于實際生活中的各行各業(yè)，是分揀線實現(xiàn)無人化作業(yè)，大大提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。致謝三年的大學，匆匆而過，畢業(yè)設(shè)計是我們四年所學的一個體現(xiàn)，經(jīng)歷半年的努力，此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束。在設(shè)計的過程中，慢慢的學習，逐漸的鞏固大學所學的知識，期間有艱苦，有辛酸，也有欣喜，有快樂。本設(shè)計的順利完成,首先要感謝我的指導老師周老師。在論文的寫作過程中，導師給了我許許多多的幫助。在評閱中，周老師還指出了我設(shè)計中的許多不足，使我的設(shè)計更加完善合理。周老師使我不僅學到了扎實的專業(yè)知識，也學到了很多待人處事道理。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、縝密的思維方式、踏實的工作作風和對事業(yè)的執(zhí)著，以及對我的諄諄教誨都給我留下了深刻的印象，并使我終身受益。謹此對周老師表達衷心的感謝和崇高的敬意。還要感謝教授我專業(yè)課程的胡老師、朱老師、白老師、張老師、賈老師等各位老師，在各位老師的辛勤教導下，讓我對我們專業(yè)所學的各種專業(yè)知識有了系統(tǒng)、詳實的了解，還有實驗室的姜老師、趙老師、崔老師等各位老師，細心指導我們每一次的實驗課程，教導我們最為一名工科學生，一定要有優(yōu)秀的實踐能力，通過每一次的實驗和實訓課程，積極提高我們的動手能力，為我以后的工作和學習奠定了堅實的基礎(chǔ)。感謝和許多同學對我的支持和鼓勵，感謝你們在學習和生活上給我的幫助，和我一起解決各種各樣的困難。此外，我還要感謝我的父母，謝謝他們一直以來對我的學業(yè)的支持和幫助。最后，祝所有關(guān)心、幫助和支持我的人們身體健康、工作順利！[參考文獻][1]孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.3[2]陶紅艷，余成波.傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2009.3[3]劉迎春，葉湘濱.傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用[M].長沙：國防科技大學出版社，1997[4]郝蕓.傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.5[5]郭愛芳，王恒迪.傳感器原理及應(yīng)用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2007.281～290.[6]劉昌棋.物流配送中心設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002[7]王兆義，楊新志.小型可編程控制器實用技術(shù)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.10[8]顧戰(zhàn)松，陳鐵年.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社，199.[9]李建興.可編程序控制其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社.2005.[10]陳霞.可編程控制器入門與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2008:26-43[11]張萬忠，周淵深.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.4[12]范金玲.基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計.液壓與氣動,7期，2010,65,[13]左健民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.4,47-106[14]楊永平.液壓與氣動技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.4[15]陳奎生.液壓與氣壓傳動［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2001.47～106.[16]宋建武，趙冬梅.液壓與氣動元件操作訓練［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.249～261.[17]鄂大辛.液壓傳動與氣壓傳動［M］.北京：北京理工大學出版社，2007.276～294.[18]馬國華，監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M]，北京:清華大學出版社，2004,2-3,14,11-12[19]周美蘭，周封，王岳宇，PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計[M]，北京:科學技術(shù)出版社，2003,126-128[20]吳作明.工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.1[21]周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計（第二版）[M].北京：科學出版社，2009[22]吳作明.工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù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