【正文】 本文的設(shè)計(jì)是對(duì)材料的材質(zhì)進(jìn)行的簡單設(shè)計(jì)，可以在其基礎(chǔ)上對(duì)分揀物品的種類與分揀的性能進(jìn)行拓展及完善，可使其適用于實(shí)際生活中的各行各業(yè)，是分揀線實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)，大大 提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。進(jìn)一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在硬件上進(jìn)一步改進(jìn)擋板、出料軌道、傳送帶、進(jìn)料倉，這對(duì)系統(tǒng)的實(shí)用與可靠性的提高有重大意義。通過多次試驗(yàn)與實(shí)踐以上問題基本上得到了解決，如何進(jìn)一步提高控制性能， 可對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一些改進(jìn)。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了材料分揀系統(tǒng)硬件和軟件。 完成了材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作。還學(xué)習(xí)了氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)、及用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控的 基本 知識(shí)。 表 41 通道連接的設(shè)置 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象 通道類型 SB1 只讀 X00000 SQ1 只讀 X00001 SQ2 只讀 X00002 SQ3 只讀 X00003 SQ4 只讀 X00004 SA 只讀 X00005 SB 只讀 X00006 SC 只讀 X00007 SN 只讀 X00010 SW1 只讀 X00011 SW2 只讀 X00012 SW3 只讀 X00013 SW4 只讀 X00014 SW5 只讀 X00015 SB2 只讀 X00017 YV1 讀寫 Y00000 YV2 讀寫 Y00001 YV3 讀寫 Y00002 YV4 讀寫 Y00003 YV5 讀寫 Y00004 M 讀寫 Y00005 LD1 讀寫 Y00006 LD2 讀寫 Y00007 40 圖 411 通道設(shè)置 44 5 結(jié)論與展望 綜全文所述，本文對(duì) PLC 及組態(tài)技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細(xì)的介紹，根據(jù)材料分揀的實(shí)際需求采用 PLC 設(shè)計(jì)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(shí)用價(jià)值。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 49 所示 [25] 。 38 圖 48 數(shù)據(jù)報(bào)表顯 示輸出 與組態(tài)軟件之間的通信 對(duì)組態(tài)的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，打開設(shè)備窗口分別添加如下兩個(gè)設(shè)備：通用串口父設(shè)備和 FX 系列編程口。 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表是從歷史數(shù)據(jù)庫中提取存盤記錄，以一定導(dǎo)電格式顯示歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報(bào) 表是對(duì)生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié) 。所謂數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分 析后的數(shù)據(jù)記錄、顯示和打印出來，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。num 的定義是總物料的數(shù)目計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)中模擬分揀系統(tǒng)設(shè)定了 10 個(gè)物料，所以當(dāng) num 的值為 10 時(shí)料槽中沒有物料，通過閃爍進(jìn)行提示 ，如圖 47 所示 。當(dāng)表達(dá)式 num=10 成立時(shí)，所設(shè)置的“料槽無料” 指示燈 就會(huì)成閃爍效果。 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 。 特殊動(dòng)畫連接 在 MCGS 中，特殊動(dòng)畫連接包括可見度和閃爍效果兩種方式，用于實(shí)現(xiàn)圖元、圖符對(duì)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(dòng)畫的一種?？刂频拿姘逶O(shè)為三個(gè)按鈕，分別為開始、 退出 、復(fù)位。在材料分揀系統(tǒng)中物料的計(jì)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 46 所示 。 其水平移動(dòng)的設(shè)置如圖 45 所示。首先要確定對(duì)應(yīng)連接對(duì)象的表達(dá)式，然后再定義表達(dá)式的值所對(duì)應(yīng)的位置偏移量。用戶可以定義一種或多種動(dòng)畫連接，圖形對(duì)象的最終動(dòng)畫效果是多種動(dòng)畫 35 屬性的合成效果。 圖 44 顏色動(dòng)畫的連接 位置動(dòng)畫連接 位置動(dòng)畫連接包括圖形對(duì)象的水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)和大小變化三種屬性，使圖形對(duì)象的位置和大小隨著數(shù)據(jù)對(duì)象值的變化而變化。 顏色動(dòng)畫連接 所謂顏色動(dòng)畫連接就是指將圖形對(duì)象的顏色屬性與數(shù)據(jù)對(duì)象值之間建立相關(guān)性關(guān)系，使圖元、圖符對(duì)象的顏色屬性隨 著數(shù)據(jù)對(duì)象值的變化而變化，用這種方式實(shí)現(xiàn)顏色不斷變化的動(dòng)畫效果。 動(dòng)畫組態(tài)的設(shè)置主要有顏色動(dòng)畫連接、位置動(dòng)畫連接、輸入輸出連接和特殊動(dòng)畫連接。設(shè)計(jì)出監(jiān)控的畫面如下： 33 圖 43 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： 轉(zhuǎn)接面板 單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 三菱 PLC 調(diào)壓閥、空氣濾器、油霧器與氣壓指示表 內(nèi)置電源 傳送帶 擋板 料槽 先導(dǎo)式電磁換向閥 氣缸回位限位開關(guān)（磁感應(yīng)開關(guān)） 1氣缸 1 1 判斷材質(zhì) 傳感器 1下料傳感器 1導(dǎo)料軌道 動(dòng)畫連接 所謂動(dòng)畫連接，實(shí)際上是將用戶窗口內(nèi)創(chuàng)建的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義 34 的數(shù)據(jù)對(duì)象，建立起對(duì)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(dòng)、可見度、閃爍效果等），將物理對(duì)象的特征參數(shù)以動(dòng)畫圖形方式來進(jìn)行描述。同時(shí)使用 MCGS 組態(tài)軟件能夠避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)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] 。 MCGS 構(gòu)成的五個(gè)部分中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。通過對(duì)圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種乎段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。 （ 2） 豐富、生動(dòng)的多媒體畫面。 32 M C G S主 控 窗 口 設(shè) 備 窗 口 用 戶 窗 口 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 庫 運(yùn) 行 策 略系 統(tǒng) 菜 單系 統(tǒng) 參 數(shù)啟 動(dòng) 參 數(shù)設(shè) 備 構(gòu) 件 1設(shè) 備 構(gòu) 件 n圖 元圖 符動(dòng) 畫 構(gòu) 件數(shù) 據(jù) 對(duì) 象存 盤 處 理報(bào) 警 處 理啟 動(dòng) 策 略循 環(huán) 策 略退 出 策 略自 定 義 策 略?? 圖 42 MCGS組態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu) MCGS 的 主 要特點(diǎn)和基本功能如下： （ 1） 簡單靈活的可視化操作界面。 組 態(tài) 環(huán) 境 ：組 態(tài) 生 成應(yīng) 用 系 統(tǒng)組 態(tài) 結(jié) 果數(shù) 據(jù) 庫 運(yùn) 行 環(huán) 境 ：解 釋 執(zhí) 行組 態(tài) 結(jié) 果 圖 41 組態(tài)環(huán)境向運(yùn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分組成，如圖 42 所示。一旦組態(tài)工作完成，運(yùn)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(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)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(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中運(yùn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 MCGS組態(tài)軟件是由北京昆侖自動(dòng)化有限公司研制開發(fā)的，其英文全稱為 Monitor and Control Generated System，即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”。 材料分揀 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)是對(duì)分揀系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)采 集以及監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)操作者可以遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的控制。 31 4 監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì) 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(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。 在軟件與硬件都已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 。 顏色傳感器最合適距離為 30CM， 26 傳感器對(duì)應(yīng)的各個(gè)氣缸在感應(yīng)到材料后便開始動(dòng)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。 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(duì)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)。 材料隨傳輸帶傳送到傳感器時(shí)，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。 將氣源送上。從兩個(gè)方面解決這個(gè)問題，首先調(diào)低氣缸的氣壓，但氣壓波動(dòng)較大，仍然無法解決問題；從另一個(gè)方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過試驗(yàn)，大部分材料可以正常步入傳送帶。通上電源，觀察指示燈，一切正常之后開始加材料。 PLC 程序的傳送 如 圖 35 所示： 25 圖 35 PLC 程序的傳送 材料分揀系統(tǒng)的調(diào)試 在軟件與硬件都已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。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。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。 材料分揀系統(tǒng)采用該軟件作為編程軟件 [10] 。 GX 使用 Windows 操作平臺(tái)，用梯形圖、指令表或者 SFC 進(jìn)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。早期是 MEDOC，目前是 GPPW 編程 22 軟件和 SWOPCFXGP/WINC 編程軟件包。 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 32 所示 。 （ 6） 當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料 為 紅 色時(shí)，且其對(duì) 應(yīng) 的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近， 紅色 出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 4） 當(dāng) 電感 傳感器檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，且其對(duì) 應(yīng) 的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 2） 系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器 (光電傳感裝置 )檢測(cè)到料槽無材料 或各氣缸未復(fù)位 時(shí)， 傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程 10S 后自動(dòng)停機(jī) ,指示燈紅燈亮。在通信服務(wù)階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實(shí)現(xiàn)通信 [11~14] 。 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(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。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。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有 到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 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?hào)，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣。下面我們具體介紹 PLC的掃描工作過程。另外， PLC 對(duì)輸入、輸 出信號(hào)的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。而 PLC 從 0000 號(hào)存儲(chǔ)地址所存 19 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(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結(jié)束。 PLC 的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 基本工作原理：我們已經(jīng)知道 PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。 （ 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(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。按照信號(hào)的種類歸類有直流信號(hào)輸入、輸出，交流信號(hào)的輸入、輸出；按照信號(hào)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。 （ 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(chǎng)各類信號(hào)連接的部分。 （ 2） 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì) [7~8] 。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(huì) (IEC)于 1985 年 1 月制定了 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 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(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。 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。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 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(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。其后，日本、德國等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來。要把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用 性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)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(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。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。輸出信號(hào)有 8 個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關(guān)量。 如表 22 給出系統(tǒng)中主要的元器件清單： 14 表 22 主要元器件清單 序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 品牌或