【正文】 X13SW3鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān)X14SW4紅色物料氣缸回位限位開關(guān)X15SW5其他物料氣缸回位限位開關(guān)X17SB2停止按鈕輸出部分Y00YV1上料先導式電磁換向閥Y01YV2鐵質(zhì)物料先導式電磁換向閥Y02YV3鋁質(zhì)物料先導式電磁換向閥Y03YV4紅色物料先導式電磁換向閥Y04YV5其他物料先導式電磁換向閥Y05M傳送帶Y06LD1紅色指示燈Y07LD2綠色指示燈根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的接線圖如圖24所示圖24 PLC系統(tǒng)外部接線圖3 自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 可編程控制器（PLC）簡介在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導地位。為了解決這一問題，早在1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司)，為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。 美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)GM公司招標的技術(shù)要求，于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。 在20世紀70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優(yōu)點，但實際上只稱為PLC(Programmable Logical Controller)。因此，美國電器制造協(xié)會(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但人們習慣上將之仍稱為PLC，以便與個人計算機PC(Personal Computer)相區(qū)別。這時的PLC具有了高速計數(shù)、中斷技術(shù)、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信等功能，從而使PLC的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 PLC的發(fā)展初期，不同的開發(fā)制造商對PLC有不同的定義。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框如圖31所示：圖31 PLC結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理單元（CPU）中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統(tǒng)存儲器(EPROM)和用戶存儲器(RAM)。 輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。（4）電源可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為三種類型，簡易編程器、圖形編程器和通用計算機編程。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到PLC的用戶程序存儲器中寄存。 PLC運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到END指令，程序運行結(jié)束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復始地重復，直到停機或從運行(RUN)切換到停止(STOP)狀態(tài)。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期。微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信號是集中批處理。 PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸人端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。2)程序執(zhí)行PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。PLC工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖本課題是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同而設(shè)計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色的材料的自動分揀，具體控制過程為：（1）接通電源，按下啟動開關(guān)，系統(tǒng)進入啟動狀態(tài)，指示燈綠燈亮。（3）系統(tǒng)啟動后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測到料槽有材料，每隔2S出料氣缸動作一次，動作時間維持為1S，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行，并對其進行計數(shù)。（5）當電容檢測傳感器檢測到材料為鋁質(zhì)時，且其對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，鋁出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數(shù)。（7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當最后滑槽對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，其出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數(shù)。圖32 材料分揀系統(tǒng)的程序流程圖 軟件設(shè)計及編程三菱電機公司提供專用的編程軟件。GX編程軟件（GX開發(fā)器）可以用于生成涵蓋所有三菱電機公司PLC設(shè)備的軟件包，使用該軟件可以為FX/A/QnA/Q系列PLC生成程序。三菱SWOPCFXGP/WINC編程軟件如圖33是應(yīng)用于FX系列PLC的中文編程軟件，可在Windows 9x或Windows 。圖33 SWOPCFXGP/WINC 窗口根據(jù)分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計出梯形圖，梯形圖的程序如下：圖34 分揀系統(tǒng)的梯形圖的程序當程序設(shè)計好之后必須下載到PLC中才可以運行系統(tǒng)，下載時使用的是三菱PLC專用的編程電纜SC—09。當電纜接好之后，打開軟件，進入要下載的文件。傳送程序時，應(yīng)注意以下問題：1） 計算機的RS232端口及PLC之間必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)換器連接；2） 執(zhí)行完“讀入”后，計算機中的程序?qū)⒈粊G失，原有的程序?qū)⒈蛔x入的程序所替代，PLC模式改變成被設(shè)定的模式；3） 在“寫出”時，PLC應(yīng)停止運行，程序必須在RAM或EEPROM內(nèi)存保護關(guān)斷的情況下寫出，然后進行校驗[11] 。這個過程便于我們發(fā)現(xiàn)問題與不足。通過運行，在材料加入料槽后發(fā)現(xiàn)材料容易被氣缸打飛。此問題順利得到解決。調(diào)節(jié)氣動閥氣源管上的螺栓即可調(diào)節(jié)氣動閥的動作力度，直至氣動閥的動作力度合適為止。通過多次調(diào)試找到了適合的位置，即傳感器的底部與傳送帶的距離。電感傳感器與傳送帶最合適距離為28CM，電容傳感器與傳送帶最佳距離為25CM。, 然后逐個調(diào)試氣閥的進氣開關(guān)，使氣缸的氣量保留在合適適中的位置。將硬件各部分的動作幅度進行調(diào)試之后，運行PLC程序，進行軟硬件的結(jié)合，觀察材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的過程，完成系統(tǒng)的調(diào)試。 本系統(tǒng)采用MCGS作為上位機的監(jiān)控軟件。組建工程的總體規(guī)劃是先建立一個用戶窗口，其次是編輯畫面和定義數(shù)據(jù)對象，再次是動畫連接和編寫控制流程，最后是設(shè)備的連接和調(diào)試。MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩部分。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如圖41所示。其中，運行時只有用戶窗口是可見的，常被稱為“前臺”，其余部分被稱為“后臺”[29] 。MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。MCGS以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報警等有關(guān)信息。（3）實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。 總之，MCGS組態(tài)軟件功能強大，界面友好。 模型的建立打開MCGS組態(tài)環(huán)境這個軟件，進入它的主界面。MCGS實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。材料分揀組態(tài)設(shè)計中的動畫設(shè)計也是在這四種連接方式的基礎(chǔ)上設(shè)置的[26] 。如在監(jiān)控圖中，當鐵質(zhì)的材料傳送至對應(yīng)位置時，對應(yīng)傳感器上方的指示燈由紅色變?yōu)榫G色，其設(shè)置如圖44所示。用戶只要控制數(shù)據(jù)對象值的大小和值的變化速度，就能精確地控制所對應(yīng)圖形對象的大小、位置及其變化速度。平行移動的方向包含水平和垂直兩個方向，其動畫連接的方法相同。材料分揀系統(tǒng)中物料的移動就是按位置動畫連接的方法設(shè)定的。圖45 水平移動動畫連接輸入輸出連接輸入輸出連接包括顯示輸出、按鍵輸入、按鈕動作三種方式。圖46 數(shù)值量輸出連接系統(tǒng)的開始與運行、是否停止、出錯時需要重新運行并重新計數(shù)等都需要在控制面板里能夠進行人工的操作。對于按鈕的輸入設(shè)置可以在動畫組態(tài)窗口屬性設(shè)置里面選擇按鈕動作或者直接在工具箱內(nèi)選擇標準按鈕進行設(shè)。MCGS中每一個圖元、圖符對象都可以定義特殊動畫連接的方式[24] 。在“料槽無料”的指示燈雙擊進入屬性設(shè)置，選中閃爍效果。當表達式不成立時就會呈現(xiàn)為初始狀態(tài)。圖47 圖形閃爍效果顯示 數(shù)據(jù)報表輸出在MCGS中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)要對數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行存盤，統(tǒng)計分析，并根據(jù)實際情況打印出數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計、打印的最終體現(xiàn)，是整個工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出。實時數(shù)據(jù)報表是實時地將當前的數(shù)據(jù)對象變量按一定報告格式（用戶組態(tài)）顯示和打印，即：對瞬時量的反映。文中自動分揀控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)報表及歷史數(shù)據(jù)報表如圖48所示[21] 。在MCGS工作臺上，單擊[設(shè)備窗口]，再單擊[設(shè)備組態(tài)]按鈕進入[設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口]。圖49 添加設(shè)備圖410 設(shè)備的添加再對FX系列編程口進行設(shè)置，雙擊FX系列編程口彈出設(shè)備屬性編輯對話框，對它的參數(shù)作如表41和圖411設(shè)置，當設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。設(shè)計材料分揀系統(tǒng)之前，閱讀了大量的資料和文獻，不但了解了自動分揀系統(tǒng)發(fā)展的歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用背景。用組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)對分揀系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控，實現(xiàn)了現(xiàn)場無人化監(jiān)控。并且基于該平臺完成了控制系統(tǒng)的軟件。實際的設(shè)計工作中，出現(xiàn)了不少難題：氣源于氣閥的氣壓不能實現(xiàn)精確調(diào)制，傳感器的容易受到外界因素的干擾，上位機與下位機通信不穩(wěn)定等問題。進一步提高氣源氣壓的穩(wěn)定性，這樣可以提高氣閥的工作性能，為材料正常進入、彈出傳送帶打下基礎(chǔ)。采用步進電機以實現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實現(xiàn)系統(tǒng)的分揀效率的質(zhì)的提高。進一步分析研究各種分揀系統(tǒng)地優(yōu)劣，提出材料分揀系統(tǒng)的綜合性能。 致 謝四年的大學，匆匆而過，畢業(yè)設(shè)計是我們四年所學的一個體現(xiàn)，經(jīng)歷半年的努力，此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束。本設(shè)計的順利完成,首先要感謝我的指導老師周老師。在評閱中，周老師還指出了我設(shè)計中的許多不足，使我的設(shè)計更加完善合理。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、縝密的思維方式、踏實的工作作風和對事業(yè)的執(zhí)著，以及對我的諄諄教誨都給我留下了深刻的印象，并使我終身受益。還要感謝教授我專業(yè)課程的胡老師、朱老師、白老師、張老師、賈老師等各位老師，在各位老師的辛勤教導下，讓我對我們專業(yè)所學的各種專業(yè)知識有了系統(tǒng)、詳實的了解，還有實驗室的姜老師、趙老師、崔老師等各位老師，細心指導我們每一次的實驗課程，教導我們最為一名工科學生，一定要有優(yōu)秀的實踐能力，通過每一次的實驗和實訓課程，積極提高我們的動手能力，為我以后的工作和學習奠定了堅實的基礎(chǔ)。此外，我還要感謝我的父母，謝謝他們一直以來對我的學業(yè)的支持和