【正文】 ……………………………………… ………… .17 PLC 的功能 … …………………………………………………………… …… .17 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ……………… ……............................................................ 17 第四章 PLC 軟硬件的設(shè)計(jì)及實(shí)施 …………………………………………………………… ..19 PLC 控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計(jì) ………… ……………………………………… 19 分析被控對(duì)象并提出要求 ……… …………………… ……………… ……… .19 確定 輸入輸出設(shè)備 ……………………… …………………………………… .19 選擇合適的 PLC 類(lèi)型 ………………………………… ……………………… 19 分配 I/O 點(diǎn) …………… ……………………………………………………… ..19 程序設(shè)計(jì) ……………… ……………………………………………………………… 21 程序設(shè)計(jì) …………………………………………… ………………………… .21 系統(tǒng)功能圖 ………………………………… ………………………… … …… .22 程序模擬 調(diào)試 …………………………… …………… ………………………. 28 硬件實(shí)施 …………………………………………………………………… .....29 PLC 的軟件設(shè)計(jì) ………… …………… .……………… ...…………………………… 29 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 分配定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ……………………………… …………………………… 30 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 ………………… ……………………………… .30 繪制電路圖 …………………………………… ……………………………… .30 PLC 調(diào)試過(guò)程及分析 … …………………………………… … ……………………… 31 第五章 控制系統(tǒng)的 調(diào)試 ………………………………………………… …………………… .32 程序的模擬 調(diào)試 ………… ……… …………………………………………………… 32 程序的現(xiàn)場(chǎng) 調(diào)試 …………… ………………………………………………………… 32 系統(tǒng)調(diào)試 ……………………………………………………………………………… 33 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………………… .34 參考文獻(xiàn) ……………… ………………………………………………………………………… .36 致謝 ……………………………………………………………………………………………… .37 附錄 ……………………………………………………………………………………………… .38 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第一章 前言 材料分揀的發(fā)展 自動(dòng)分揀系統(tǒng) (Automatic sorting system)先進(jìn)配送中心所必需的設(shè)備條件之一。它是二次大戰(zhàn)后在美國(guó)、日本的物流中心廣泛采用的一種自動(dòng)分揀系統(tǒng)發(fā)達(dá)國(guó)家大型物流中心不可缺少的一部分。它由較長(zhǎng)的機(jī)械傳輸線、配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等組成 。 設(shè)計(jì)任務(wù)及原理 通電狀態(tài)下，下料時(shí)，下料傳感器動(dòng)作，傳送帶運(yùn)行，電感傳感器檢測(cè)到鐵塊材料時(shí)，汽缸 1 動(dòng)作將材料推下，電容傳感器檢測(cè)到鋁塊材料時(shí)，汽缸 2 動(dòng)作將材料推下，顏色傳感器檢測(cè)非金屬材料為黃色塊時(shí)汽缸 3 動(dòng)作將材料推下。 設(shè)計(jì)原理 根據(jù)分揀裝置工作過(guò)程設(shè)計(jì)功能表圖，設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，在設(shè)計(jì)的電氣控制原理圖的基礎(chǔ)上對(duì)它進(jìn)行研究，分析工作過(guò)程的每 一個(gè)環(huán)節(jié)，再選擇合適的PLC 類(lèi)型，編寫(xiě) I/O 分配圖。 它采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類(lèi)氣源相連接 ， 選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選 擇網(wǎng)板不同區(qū)域安 裝 。 (2)分揀某一顏色塊 。 通電狀態(tài)下，下料時(shí)，下料傳感器動(dòng)作，傳送帶運(yùn)行，電感傳感器檢測(cè)到鐵塊材料時(shí)，汽缸 1 動(dòng)作將材料推下。豎井式下料槽無(wú)料時(shí)，傳送帶 運(yùn)行一個(gè)行程自動(dòng)停機(jī)。 (2)電機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行 。 (4)當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到金屬物料時(shí)，推汽缸 1 動(dòng)作將待測(cè)物料推入下料槽 。 (6)當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到材料為某一顏色時(shí)，推汽缸 3 動(dòng)作將待測(cè)物料推人下料槽 。 (8)汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù) 。 如 211 控制要求圖： 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 211 控制要求圖 硬件分析 硬件介紹 世界各國(guó)生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)大體相同，主要有中央處理器（ CPU） 、存儲(chǔ)器（ RAM、 ROM） 、輸入輸出器件（ I/O 接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。 PLC 按硬件結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為單元式結(jié)構(gòu)、模塊式結(jié)構(gòu)、疊裝式結(jié)構(gòu)等。疊裝式 PLC 具有二者的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破髦胁捎?CPU 一般石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 有三大類(lèi)，一類(lèi)為通用微處理器，如 8028 80386 等 。 圖 221 單元式 PLC 結(jié)構(gòu)框圖 （ 2） 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序 、用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。 （ 3）輸入輸出接口 輸入口用來(lái)接受生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，輸出口用來(lái)送來(lái)送出可編程控制器運(yùn)算后得到的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)控制。被控對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)、按鈕或傳感器，以開(kāi)關(guān)量的形式通過(guò)輸入單元送入 CPU 進(jìn)行處理，其信號(hào)流向如下圖 圖 222 CPU 信號(hào)流向圖 3． 開(kāi)關(guān)量輸出單元 PLC 所控制的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件有電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、電熱器、電動(dòng)機(jī)等。經(jīng)輸出模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。 圖 223 輸出模塊組成框圖 4． 開(kāi)關(guān)量輸入接口 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 接口，有各種各樣的 I/O 接口供用戶選用。常用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類(lèi)型：直流 輸入接口、交流輸入接口、交直流輸入接口。下面簡(jiǎn)單介紹繼電器輸出（交直流）模塊。當(dāng) CPU 輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)， LED 亮，繼電器線圈得電 ，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使電源、負(fù)載和觸點(diǎn)形成回路。繼電器輸出模塊的負(fù)載回路，可選用交流電源。 圖 225 繼電器輸出模塊的電原理圖 PLC 的 I/O 接口所能接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱(chēng)為 PLC 輸入 /輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過(guò) PLC 的 I/O 擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 1． 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來(lái)作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。本次設(shè)計(jì)選用 E6A2— CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器。由此，便可控制開(kāi)關(guān)的接通和斷開(kāi)。 3． 電感傳感器 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 電感式傳感器也屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)金屬物體。由此，可識(shí)別出有無(wú)金 屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通和斷，選用 M18X1X40 電感傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，可檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 227 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖 開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開(kāi)， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 D、A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒 。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D 相石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙 四拍、八拍三種工作方式。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的．同時(shí)，可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的 。 軟件分析 1． 軟件介紹 可編程控制器的系統(tǒng)軟件有兩部分，一是編程器的系統(tǒng)軟件，二是可編程序控制器的操作軟件 OS。 為了把使用這種語(yǔ)言編的程序變成可編程序控制器中央處理器所能接受的機(jī)器語(yǔ)言，需要通過(guò)編譯程序才能完成。 用三菱的系統(tǒng)編碼器編碼，能夠使系統(tǒng)更好地運(yùn)行，在本設(shè)計(jì)中，大多地方都采用了先 進(jìn)的編碼系統(tǒng)來(lái)編碼。若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸 4 動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開(kāi)始；若為單次運(yùn)行，則汽缸 4 動(dòng)作后停機(jī)。 應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。定位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器清零，傳感器開(kāi)始工作，對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。 如果相應(yīng)的傳感器沒(méi)有檢測(cè)到物體，則電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)，繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第三章 PLC 的特性與發(fā)展方向 硬軟件比較 隨著三菱 PLC 功能的逐漸健全，也越來(lái)越受人們的歡迎。簡(jiǎn)單介紹它與繼電器的比較： 1． 采用微處理器為核心，并采取各種抗干擾措施，因?yàn)?PLC 可靠性高、控制功能強(qiáng)體積小。 3． 由于 PLC 采用軟件編制程序來(lái)完成任務(wù)，因此可以隨時(shí)變更程序來(lái)適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，而不用重新布線。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制 的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，社會(huì)對(duì)可變程序控制器技術(shù)人員的需求也越來(lái)越迫切，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)是無(wú)法替代的。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便， 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) ，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，對(duì)生產(chǎn)工藝改變適用性強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小， 特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更是得到用戶的好評(píng)。 PLC 的缺點(diǎn) 1． 固定的編程 有些 PLC 編程功能單一。例如為了節(jié)約成本，一些設(shè)備制造廠仍然使用帶銷(xiāo)的機(jī)械式定序器。 2． 考慮環(huán)境因素 PLC 需要工作在一定的環(huán)境下，高溫和振動(dòng)將會(huì)影響 PLC系統(tǒng)的電子設(shè)備，就限制了 PLC 的使用。這些系統(tǒng)沒(méi)有故障保護(hù)。 PLC 的功能 1． 開(kāi)關(guān)量控制： PLC 可以完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和順序邏輯運(yùn)算控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。 3． 定時(shí) /計(jì)數(shù)控制： PLC 具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。 5． 聯(lián)網(wǎng)與通信： PLC 可與上為計(jì)算機(jī)或同位 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息控制和管理，是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器。 2． 小型化：隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，小型機(jī)的功能將進(jìn)一步完善，PLC 的結(jié)構(gòu)必將更為緊湊，體積更小，使安裝和使用更為方便。 4． 低成本 :使 PLC 在經(jīng)濟(jì)上能與繼電器電路抗衡，成為繼電器的替代品。最后 PLC 的普及是機(jī)電一體化的必然趨勢(shì)，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 體化也是 PLC 發(fā)展的一個(gè)重要方向。 2． 控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。 確定輸入輸出設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。 選擇合適的 PLC 類(lèi)型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的 PLC 類(lèi)型，包括機(jī)型、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 F1 系列機(jī)的最大 I/O 點(diǎn)數(shù)為 120 點(diǎn)，指令的平均執(zhí)行時(shí)間為 12us/步，用戶程序存儲(chǔ)容量為 1000 步。 分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 /輸出分配表或者畫(huà)出輸入 /輸出端子的接線圖。 標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 接口用于傳感器和開(kāi)關(guān)及控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，典型的交流 I/O信號(hào)為 24240V，直流 I/O 信號(hào)為 5— 24V。相應(yīng)地，有相應(yīng)的 5 個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)， 每個(gè)汽缸有動(dòng)作限石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 位和回位限位，共計(jì) 10 個(gè)信號(hào)。共需 I/O 點(diǎn) 23 個(gè)，其中 17 個(gè)輸入， 6 個(gè)輸出。因此，選擇一般的小型機(jī)即可滿足控制要求。 根據(jù)所選擇的 PLC 機(jī)型，對(duì) PLC 的 I/O 點(diǎn)分配