【正文】 利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂 的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。分支在機(jī)械臂下降之后根據(jù)下限位開關(guān)（ LS2）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到 SB4 或 SB5 處下降，此處應(yīng)為匯合點(diǎn)。下限位閉合，吸住的是小球。滯后時(shí)間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間。如對(duì) PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信聯(lián)網(wǎng)要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。 I/O 點(diǎn)的性 質(zhì)主要是它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是晶體管型。 （ 5）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇 PLC 容量及 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 （ 6）維護(hù)方便 PLC 的輸入和輸出端子能夠直觀地反應(yīng)映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，通過(guò)編程工具（具 有編程功能的電腦等）可以直觀的觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，極大地方便了維護(hù)人員查找故障，縮短了對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)時(shí)間。 PLC控制系統(tǒng)可大可小，能輕松完成單機(jī)控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)、制造業(yè)自動(dòng)化中的復(fù)雜邏輯順序控制、流程工業(yè)中大量模擬量控制，以及組成通信網(wǎng) 絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。 PLC及擴(kuò)展模塊品種多，可以靈活組成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 PLC的特點(diǎn) 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)工業(yè)控制的要求也各不相同。 （ 4）工業(yè)過(guò)程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，存在如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 (即模擬量 )， PLC采用相應(yīng)的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣 的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。這些設(shè)備對(duì)控制系統(tǒng)的要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合 PLC 使用的 領(lǐng)域。 PLC之所以被廣泛使用，其主要原因是： （ 1）價(jià)格越來(lái)越低 由于微處理芯片及有關(guān)元件的的價(jià)格大大下降，使得 PLC的成本下降?，F(xiàn) 場(chǎng)總線是“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字模式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”，是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一。 其余的 20%的應(yīng)用要求或控制功能要求使用 PLC 無(wú)法輕松滿足，而需要使用別的控制手段或 PLC 配合其他手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)概念大概在 20 世紀(jì) 90 年代中期提出。 f. 通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)和易用化 在中大型的 PLC 控制系統(tǒng)中，需要多個(gè) PLC 以及智能儀器儀表連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換。 e. 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化 世界上大大小小的電氣設(shè)備制造商幾 乎都推出了自己的 PLC 產(chǎn)品，但由于沒(méi)有一個(gè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，所有 PLC 產(chǎn)品在使用上都存在一些差別，而這些差別的存在對(duì) PLC 產(chǎn)品的制造商和用戶都是不利的。配合有適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵔涌诨蜻m配器， PC 機(jī)就可 以和 PLC 之間進(jìn)行信息的互換，再配合功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件，就可以完成復(fù)雜的和大量的畫面顯示，數(shù)據(jù)處理，報(bào)警處理，設(shè)備管理等任務(wù)，這些組態(tài)軟件國(guó)外的品牌有： wincc、 ifix、 intouch 等。首先是把編制好的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表程序，然后使用編程器一個(gè)字符，一個(gè)字符的敲到 PLC 內(nèi)部；另外，調(diào)試時(shí)也只能通過(guò)編程器觀察很少的信息。為了適應(yīng)工廠控制系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系統(tǒng)日益有機(jī)結(jié)合的要求，信息技術(shù)也滲透到 了 PLC 中，如設(shè)置開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支持 OPC 技術(shù)，等等?，F(xiàn)在隨著可編程序控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化IEC61131 的逐步完善和實(shí)施，特別是 IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言的推廣，使得 PLC 真正意義上走入了一個(gè)開放化和標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。 （ 3）成熟階段 從 20 世紀(jì) 80 年代到 90 年代初期，這之前的 PLC 主要是單機(jī)應(yīng)用和小規(guī)模，小系統(tǒng)的應(yīng)用；但隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平、控制性能和控制范圍的要求的提高，在大型的控制系統(tǒng)（如冶煉、飲料、造紙、煙草、紡織、污水處理）中， PLC也展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的生命力。隨著微處理器 CPU 和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在 PLC 中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的 PLC。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后，才能輸入。 電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部；對(duì)于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭? PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。 現(xiàn)代 PLC 使用的 CPU 主要有以下幾種： 通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。 整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 7 了微型處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微型技術(shù)應(yīng)用到 PLC 中，使得它可以發(fā)揮更多計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 6 2 可編程控制器概述 PLC 的產(chǎn)生與定義 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 80 年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，這就是大家熟悉的傳統(tǒng)的的繼電器控制器系統(tǒng)。分配，確定狀態(tài)器元件，弄清每個(gè)被分配狀態(tài)器的功能 。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域 , 并有望在將來(lái)向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。它的可靠性，優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本分揀系統(tǒng)能靈活的與其他物流設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，如自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、各種存儲(chǔ)站、自動(dòng)集放鏈、各種運(yùn)載工具、機(jī)器人等。建立一個(gè)先進(jìn)的貨物分揀系統(tǒng) , 結(jié)合有效的吞吐量 , 不但可以節(jié)省數(shù)十、數(shù)百、甚至數(shù)千萬(wàn)元的成本 , 而且可以大大提高工作效率 , 顯著降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。無(wú)論是哪一種分揀機(jī)都要在提高分揀效率上要取得新的發(fā)展水平 , 高速度是分揀技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。按工藝流程布置的方式分類 , 可分為環(huán)型布置的分揀機(jī)和直線布置的分揀機(jī)。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的傳輸部分 在物流系統(tǒng)中 , 輸送對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的影響在物流系統(tǒng)中傳輸系統(tǒng)內(nèi)在分揀機(jī)之前的部分稱之為輸送。 （ 4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：分揀機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要控制分揀機(jī)的運(yùn)行速度 , 控制分揀導(dǎo)入機(jī)械的啟動(dòng)及運(yùn)行的時(shí)間。貨物分揀者從無(wú)線射頻終端進(jìn)入服務(wù)器 , 選擇定單上各種貨物 ,系統(tǒng)會(huì)通過(guò)射頻終端直接向貨物分揀者發(fā)送貨物位置信息 , 指導(dǎo)分揀者選擇最優(yōu)路徑。 在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分撿，為了提高生產(chǎn)效率，本設(shè)計(jì)擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用的德國(guó)西門子 S7200 系列 PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，來(lái)設(shè)計(jì)一種用于分撿大小球的機(jī)械裝置。 機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化， 其 積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能 達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。在這樣的貨物分揀系統(tǒng)中 , 制作書面文件、查找書面文件、人工 搬運(yùn)等浪費(fèi)了巨大的人力物力 , 而且嚴(yán)重影響了物流的流動(dòng)速度。在貨物包裝站 ,打印的包裝清單既包括貨物條碼也包括包裝箱序列號(hào)。相應(yīng)每個(gè)格口的譯碼器僅認(rèn)知屬于本格口的 ID 編號(hào)的被分揀物品。它將使物品按著需要進(jìn)入不同的路向進(jìn)行輸送。同樣在總體上如果考慮使用 RFID 作為物品的標(biāo)識(shí) , 則在分揀的供件過(guò)程中將不再需要人工整理物品的可識(shí)讀面 (標(biāo)簽、標(biāo)識(shí)面朝上 ), 從而較大地提高了自動(dòng)化的程度和分揀的效率。環(huán)型布置分揀機(jī)適合工藝設(shè)計(jì)要求很多的供件席位及大量格口的分揀 , 因?yàn)榄h(huán)形的任何一個(gè)格口理論上都可以變成供件席位。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 4 課題的目的及要求 本課題為了更全面系統(tǒng)地與市場(chǎng)接軌，從實(shí)用的角度出發(fā)，利用已掌握的有關(guān) PLC 及其的知識(shí)實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)分揀系統(tǒng)控制，該設(shè)計(jì)分為硬件原理圖設(shè)計(jì)及軟件編程兩大部分。 我國(guó)自動(dòng)分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于 1980 年代 , 近期的市場(chǎng)興起和技術(shù)發(fā)展始于 1997 年。機(jī)械手如何能夠?qū)a(chǎn)品分揀出來(lái)。 （ 3）該系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，撿球裝置必須進(jìn)行復(fù)位。 以上就是著名的 “GM 十條 ” ?！? 在該定義中重點(diǎn)說(shuō)明了三個(gè)概念：即 PLC 是什么，它具備什么功能，以及PLC 及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。由 于 PLC 引入了微處理機(jī)以及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子元件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，所以能靈活的修改程序，即它是用軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。 CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。 (2)用戶程序存儲(chǔ)器 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。運(yùn)行時(shí) CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器?？蓪⑦^(guò)程圖像顯示出來(lái)；當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 10 實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。 （ 1）初級(jí)階段 從世界上第一臺(tái) PLC 問(wèn)世到 20 世紀(jì) 70 年代中期，這個(gè)時(shí)期的 PLC 功能簡(jiǎn)單，主要完成一般的繼電器控制系統(tǒng)，即順序邏輯，定時(shí)與計(jì)數(shù)等，編程語(yǔ)言為為梯形圖。從 20 世紀(jì) 80 年代之后，是 PLC 發(fā)展的黃金 時(shí)期，年增長(zhǎng)率一般都保持在 30%— 40%之間。 PLC 的價(jià)格也不斷下降，真正成為現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)中 不可替代的控制裝置。所以簡(jiǎn)化了某些可能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編程。 b. 功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的 HMI 過(guò)去在 PLC 控制系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和顯示時(shí)非常麻煩，對(duì)輸入設(shè)定參數(shù)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 13 要使用大量的波碼開關(guān)組，對(duì)輸入顯示參數(shù)要使用數(shù)碼管，它們不僅占據(jù)了大量的 I/O 資源，而且功能少，接線麻煩。該標(biāo)準(zhǔn)主要為可編程電子系統(tǒng)內(nèi)的功能性安全設(shè)計(jì)而設(shè)定，為 PLC 在過(guò)程控制系統(tǒng)中使用的可靠性和安全設(shè)定提供了依據(jù)。 其中第三部分 IEC611313 是標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 編程語(yǔ)言，它的軟件模型是現(xiàn)帶 PLC的軟件技術(shù)，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性基礎(chǔ)理論工具。在提供網(wǎng)絡(luò)接口方面 PLC 向兩個(gè)方向發(fā)展，一是提供直接掛接到現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的接口；二是提供 etherner 接口，使 PLC 直接入以太網(wǎng)。 可是之后的一段時(shí)間里， 軟 PLC 并沒(méi)有出現(xiàn)像人們希望的那樣占據(jù)相當(dāng)市場(chǎng)份額的局面，這是因?yàn)檐?PLC 本身存在的一些缺陷造成的：軟 PLC 對(duì)維護(hù)和服務(wù)人員的要求較高；電源故障對(duì)系統(tǒng)影響較大；在占據(jù)大多數(shù)的低端應(yīng)用場(chǎng)合，軟 PLC 沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可言；在可靠性方面對(duì)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性方面，和 PLC 無(wú)法比擬； PC 機(jī)發(fā)展速度太快，技術(shù)支持不容易保證。兼具 PC 機(jī)和 PLC 的優(yōu)點(diǎn)。到今天，現(xiàn)場(chǎng)總線及技術(shù)已經(jīng)基本走向成熟和實(shí)用化，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)約硬件數(shù)量與投資；節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性；提高了用戶的自主選擇權(quán)。 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 16 統(tǒng)設(shè)計(jì)及建 造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來(lái)，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這一方面體現(xiàn)在功能強(qiáng)大的主機(jī)可以完成多路高速計(jì)數(shù)器的脈沖采集和大量的數(shù)據(jù)處理功能。 （ 6）通信及聯(lián)網(wǎng) 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 17 PLC通信包括 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。 PLC采用微電子技術(shù)、 大量的開關(guān)動(dòng)作有無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器來(lái)完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件的連線被軟件程序所取代，所以 PLC控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。 (3)編程方便 易于使用 PLC是面向低層用戶的智能控制器，因?yàn)槠渥畛醯哪康木褪且〈^電器邏輯，所以子啊 PLC誕生 之時(shí)，其設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語(yǔ)言采用了和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語(yǔ)言， PLC的內(nèi)部元件也用過(guò)去就熟悉的，諸如，中間繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等名稱。 （ 5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電器完成一項(xiàng)控制工程，首先必須按工藝要求，畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的設(shè)置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便，而采用 PLC 控制，由