【文章內(nèi)容簡介】 悉的傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點：設(shè)備體積大、可靠性差、動作速度慢、功能弱，難于實現(xiàn)較復(fù)雜的控制；特別由于它是靠 硬連接線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜繁瑣，當生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r，原有的接線和控制就要更換，所以通用性和靈活性差。 現(xiàn)在隨著可編程序控制器國際化標準 IEC61131 的逐步完善和實施，特別是IEC61131— 3標準編程語言的推廣，使得 PLC真正走入了一個開放性和標準化時代。 隨著 PLC技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動控制裝置，以其編程簡單，控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單通用性強，抗干擾能力強可靠性高，體積小維護方便，功能非常齊全等特點廣泛應(yīng)用于機械制造、輕工、冶金、能源、交通等 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 行業(yè)。特別是近幾年來計算 機在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和通信能力上得到了飛速發(fā)展，這大大的提高了 PLC 通信能力，使 PLC 具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能（可以為 PLC 配置以太網(wǎng) EtherNet、控制網(wǎng) ContorlNet、設(shè)備網(wǎng) DeviceNet、 DH+網(wǎng)、 FF 等多種網(wǎng)絡(luò)形式），可以通過各種通信口將數(shù)據(jù)傳送給上位機以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，從而大大加強了其控制功能，進一步推動 PLC 在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用?？梢赃@樣說，有工業(yè)控制的地方就有 PLC 的用武之地。 (1)提高生產(chǎn)率和操作效率：一個通用輕便控制引擎和綜合工程開發(fā)平臺允許快速地開發(fā)、實施和遷移；且由于 它的開放性和靈活性，確保了控制、操作、企業(yè)級業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫集成，優(yōu)化了工廠流程。 (2)降低操作成本：使用通用、標準架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，降低了操作成本，讓工程師們能為一個體現(xiàn)成本效益、使用現(xiàn)貨供應(yīng)的平臺選擇不同系統(tǒng)部件，而不是專有產(chǎn)品和技術(shù)；只要求用戶在一個統(tǒng)一平臺和開發(fā)環(huán)境上培訓(xùn)，而不是幾種；且為用戶提供了一個無縫遷移路徑，保護在 I/O 和應(yīng)用開發(fā)方面的投資。 (3)使用戶對其控制系統(tǒng)擁有更多控制力：使用戶擁有更多靈活性來選擇適合每種特殊應(yīng)用的硬件和編程語言，以他們自己的時間表來規(guī)劃升級，并且可在任何地方設(shè)計、 制造產(chǎn)品。 PLC 主要分成： 歐 系 西門子系列 PLC 主要包括其早期的 S5 和現(xiàn)在的 S7200、 S7300、 S7400 等型號 。 S7200 是西門子小型 PLC，因為其低廉的價格在國內(nèi)得到了大規(guī)模的應(yīng)用，支持 MPI、 PPI和自由通訊口協(xié)議。西門子 300的 PLC支持 MPI，還可以通過 PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)和計算機進行通訊。如果要完成點對點通訊，可以使用CP340/341。 施耐德的 PLC 型號比較多，在國內(nèi)應(yīng)用也比較多 。 日系 歐姆龍系列 PLC 在中國推廣的也比較多。三菱 PLC 的小型 PLC 在國內(nèi)的應(yīng)用非常廣泛。三菱的 PLC 型號也比較多，主要包括 FX 系列， A 系列和 Q 系列。松下PLC 等。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 美系 GE 現(xiàn)在在國內(nèi)用的比較多的主要是 9070 和 9030 系列 plc，這兩款 PLC 都支持 SNP 協(xié)議。 Rockwell 的 PLC 主要是包括 PLC PLC PLC SLC500、 ControlLogix 等型號， PLC2 和 PLC3 是早期型號，現(xiàn)在用的比較多的小型 PLC 是 SLC500，中型的一般是 ControlLogix，大型的用 PLC5 系列。 AB 的 plc 提供了 OPC 和 DDE，其集成的軟 件中 RSLogix 中就包含 DDE 和 OPC SERVER，可以通過上述軟件來進行數(shù)據(jù)通訊。 AB 的中高檔的 PLC 還提供了高級語言編程功能，用戶還可以通過編程實現(xiàn)自己的通訊協(xié)議。 美國羅爾韋爾自動化公司的 PLC 設(shè)備以其優(yōu)良的性能廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。該公司的 PLC 控制系統(tǒng)依據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)通信方式和設(shè)備功能，對整個系統(tǒng)進行合理分層，并通過不同的網(wǎng)絡(luò)形式實現(xiàn)不同層之間以及同一層不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。這種基于層和網(wǎng)絡(luò)概念上的 PLC 控制系統(tǒng)，具有集中與分散的雙重特點，既能夠在大范圍內(nèi)實現(xiàn)控制功能，又能在每一個細節(jié) 上做到盡善盡美，因此具有很好的通用性，適應(yīng)性和可擴展性。 羅克韋爾公司的 PLC 控制系統(tǒng)通常分為三個層： 1． 以太網(wǎng)層：也稱為工作站層。在這個層上，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接了作為各種工作站的計算機以實現(xiàn)工作站之間的通信。某個 PLC 控制器也會連接在這一層，它是作為以太網(wǎng)層與控制網(wǎng)層之間的銜接，是工作站操作控制網(wǎng)層上的 PLC 控制器的數(shù)據(jù)通道。以太網(wǎng)層的主要功能是組態(tài)控制系統(tǒng)，編寫調(diào)試控制程序，監(jiān)視維護控制系統(tǒng)運行。 2． 控制網(wǎng)層：也稱為控制器層。在這個層上，系統(tǒng)通過控制網(wǎng)將各種 PLC 控制器起來以實現(xiàn)不同控制器之間的通信與協(xié)作。 這個層上的某一個控制器也會同時連接到以太網(wǎng)層上，作為控制網(wǎng)層與以太網(wǎng)層之間的銜接。有些PLC 控制器的設(shè)備網(wǎng)模塊還會下連到設(shè)備網(wǎng)，作為控制器進入設(shè)備網(wǎng)的通道，同一個設(shè)備網(wǎng)上的所有設(shè)備就是通過該通道與控制器進新數(shù)據(jù)通信?？刂凭W(wǎng)層的功能就是該層上控制器的功能，主要是接收工作站的命令并向工作站反饋信息；接受設(shè)備網(wǎng)層數(shù)據(jù)反饋，并向其發(fā)出操作命令。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 3． 設(shè)備網(wǎng)層：在這個層上，系統(tǒng)通過標準設(shè)備網(wǎng)將現(xiàn)場設(shè)備和 PLC 控制器的設(shè)備網(wǎng)模塊連接起來，實現(xiàn)這些現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，更重要的是實現(xiàn) PLC 控制器對這些設(shè)備的統(tǒng)一控制。設(shè)備網(wǎng) 層的功能是使用該層上所連接的各個設(shè)備實現(xiàn)每個具體的控制作用。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我 們選用羅克韋爾自動化公司 的 PLC 設(shè)備，設(shè)計一個自動控制流水線控制系統(tǒng)。使用的設(shè)備主要包括個人電腦， PLC 功能性模塊 。其中：兩臺個人電腦作為控制系統(tǒng)中的工作站，通過以太網(wǎng)連接，處于上面所說的以太網(wǎng)層； PLC 各個模塊構(gòu)建成的控制器接入到工作站的以太網(wǎng)層，因為只有一個 PLC控制器，所以沒有構(gòu)建專門的控制網(wǎng)，但它概念上處于控制網(wǎng)，雖然沒有配置專門的設(shè)備網(wǎng)，但是在概念上它們屬于設(shè)備網(wǎng)層。受設(shè)備自身限制，本系統(tǒng)沒有嚴格的三層網(wǎng)絡(luò)，但是其層 次概念還是很清晰的。 系統(tǒng)整體框圖 上位 pc 機 上位 pc機 上位 pc 機 PLC 傳送帶檢測模塊 料倉檢測模塊 倉庫檢測模塊 機械手檢測模塊 取料模塊 加工模塊 裝配模塊 分揀模塊 流水線傳動模塊 工業(yè)以太網(wǎng) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第四章 流水線檢測系統(tǒng)設(shè)計 傳送帶檢測控制設(shè)計 傳送帶一側(cè)裝有光電行程開關(guān)，當傳感器檢測到有物時，傳感器輸出信號送入控制器，此時控制器輸出口給電機一個輸出信號，控制電機的啟動與停止。并且在傳送帶上設(shè)置機械校正裝置，以校正加工件在傳送帶上的位置，為下一個機械手操作做準備。 接近開關(guān)，英文名為 PROXIMITY SENSORS。它又稱為近接開關(guān)，位置感應(yīng)器。主要應(yīng)用于水流開關(guān)，水流控制及自 動 控制，位置感應(yīng)等。 傳送帶檢測傳感器同樣使用歐姆龍公司的光電近接開關(guān) E32D61，其原理圖如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 M a y 2 01 0 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a n d S e t t i n gs \ A dm i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 畢業(yè)設(shè)計 \ I O 圖 .d dbD r a w n B y :T P L 52 18 55 0E 32 D 6 1R24 .7KE + 2 4VP + 2 4VP L C I / OR14 .7K 圖 光電 近接 開關(guān) E32D61 的 原理圖 采用帶有常閉和常開兩個開關(guān)的繼電器，輸出控制繼電器的開端，控制機械手的氣動閥和電機線圈的通斷電。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 機械手檢測傳感器 干簧管傳感器技術(shù) 在干簧傳感器中，關(guān)鍵的元件是簧片開關(guān)，它是由 Western Electric 公司在 1940 年發(fā)明的。其它主要元件是開或關(guān)的彈性簧片及磁鐵或電磁鐵。由于這些引人注目的改進，干簧管開關(guān)在某些要求質(zhì)量、可 靠性及安全至上的苛刻應(yīng)用中已成為設(shè)計的選擇。 干簧管傳感器的質(zhì)量及可靠性最引人注目的應(yīng)用是用于自動測試設(shè)備（ ATE）。在這種設(shè)備中技術(shù)是一流的，干簧開關(guān)被用于干簧 繼電器 ，它應(yīng)用于 IC、 ASIC、硅片的測試設(shè)備中及印制測試設(shè)備中，作為開關(guān)。一個 繼電器 的故障率制定 為 50ppm。 當線圈通電后，管中兩占簧片的自由端分別被磁化成 N 極和 S 極而相互吸引，因而接通被控電路。干簧 繼電器 具有：結(jié)構(gòu)簡單，體積小。吸合功率小，靈敏度高，一般吸合與釋放時間均在 ～ 2ms 以內(nèi)。觸點密封，不受塵埃、潮氣及有害氣體污染，動片質(zhì)量小，動程小，觸點電壽命，一般可達 10 的 7 次方左右。 干簧 繼電器 還可以用永磁體來驅(qū)動，反映非電信號，用作限位及行程控制以及非電量檢測等。 本設(shè)計機械手動作位置傳感器均采用歐姆龍公司的干簧傳感器 SMC DA93，具體的硬件連接如圖 所示： 圖 干簧傳感器應(yīng)用原理圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 M a y 2 01 0 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a n d S e t t i n gs \ A dm i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 畢業(yè)設(shè)計 \ I O 圖 .d dbD r a w n B y :T P L 52 18 55 0R24 .7KP + 2 4VP L C I / OD A 93E + 2 4VR44 .7K 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 料倉檢測傳感器選擇 一、光電開關(guān) 光電開關(guān)是由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管 GL 輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范 圍 最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。 按電壓輸出規(guī)格連接開路集電極輸出的傳感器時 ，可通過在電源、輸出間插入電阻器后再連接。下圖的示例可作為選擇電阻值時的參考。此外，電阻值一般使用 。電阻器的瓦特數(shù)為：電源電壓為 24V 時為 1/2W、 12V 時為 1/4W。 〈例〉 EESX670 系列 電阻值 R＝ Ω “H”值時 “L”值時 輸入電壓 VL≤（負載電流 40mA 時的殘留電壓） 對應(yīng)負載電流的殘留電壓，請確認傳感器的額定值。 在本設(shè)計中應(yīng)用歐姆龍公司的 微型光電傳感器 EE— SPY401,采集信號經(jīng)過光電耦合器 TPL521 和 PNP 型的三極管 8550 放大送入輸入模塊。其原理圖如圖 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 3 M a y 2 01 0 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a n d S e t t i n gs \ A dm i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 畢業(yè)設(shè)計 \ I O 圖 .d dbD r a w n B y :T P L 52 18 55 0E E S P Y 40 1R24 .7KE + 2 4VP + 2 4VP L C I / OR14 .7K 圖 微型光電傳感器 與 PLCI/O 口連接原理圖 微型光電傳感器 EE— SPY401 光線遮擋時導(dǎo)通 , 光電耦合器 TPL521 內(nèi)部的二極管也隨之導(dǎo)通，帶動三極管導(dǎo)通，電流被 PNP 型的三極管 8550 放大輸入到 PLC 的輸入模塊 I/O 口。 倉庫檢測 實驗室的生產(chǎn)線實 驗臺包括料倉、攻絲加工、裝配和倉庫儲存四個部分，在裝配之后檢測將加工裝配好的零件送進倉庫儲存作為備用，在本設(shè)計中沒有裝配平臺，因此在不改變生產(chǎn)線實驗臺上傳感器的情況下，應(yīng)用接近開關(guān) PM1808N檢測黑色金屬裝配物。 接近傳感器可以在不與目標物實際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標物。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。 特 點 ： ● 非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標物的損壞。 ● 無觸點輸出，操作壽命長。 ● 即使在有水或油噴濺的苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測。