【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(kāi)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(kāi)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(hù)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(mǎn)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(kāi)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(hù)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(huà)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(kāi)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(kāi)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(chēng)為數(shù)據(jù)保持區(qū)。當(dāng)用戶(hù)程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶(hù)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(hù)程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫(xiě)，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(shū)（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(shū)（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(shū)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(lèi) , 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(chēng)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(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用的德國(guó)西門(mén)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(shū)面文件、查找書(shū)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(shū)（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(hù)程序存儲(chǔ)器 :用戶(hù)根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱(chēng)為用戶(hù)程序，用戶(hù)程序存放在用戶(hù)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。可將過(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(shū)（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(pán)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(shū)（論文） 13 要使用大量的波碼開(kāi)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(hù)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(shū)（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(shū)（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(kāi)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(hù)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(lèi)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(chēng)。 （ 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(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)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