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1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 材料分揀系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 利用可編程控制器（PLC）設(shè)計成本低、效率高的材料分揀裝置，以PLC為主控制器，結(jié)合氣動裝置、傳感器合位置控制等技術(shù)，現(xiàn)場控制產(chǎn)品的分揀，該系統(tǒng)靈活性較強，程序開發(fā)簡單，自動化程度高，運行穩(wěn)定，精度高，易控制的特點，可適應(yīng)進行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。 關(guān)鍵字：PLC；自動分揀；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計 Abstract Using the programmable controller (PLC) design of low cost, high efficiency material sor

2、ting device is given priority to with PLC controller, combined with pneumatic device, sensor technology, such as position control and the control of product sorting, the system flexibility strong, simple programming, high degree of automation, stable running, high precision, easy to control, the cha

3、racteristics of adaptable for material sorting demand for flexible production line. Key words: PLC; Automatic sorting; Hardware design; The software desi - 2 - 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 目錄 摘要......................................................3 第一章 前言.......................................

4、.......4 1.1 應(yīng)用材料分揀裝置的目的和意義.......................4 1.2 材料分揀裝置的發(fā)展介紹.............................5 1.3 PLC的特點、功能及應(yīng)用...............................4 第二章系統(tǒng)分析..........................................6 2.1 系統(tǒng)介紹.........................6 2.2 硬件分析......................... ......... ........7 2.2

5、.1系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)..................................7 2.2.2檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇..................12 2.3 軟件設(shè)計..........................................15 第三章 課題研究的方法和手段.......................18 3.1 硬軟件比較......................................18 3.2 PLC的特點及功能..................................18 3.3 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨

6、勢...........................19第四章 結(jié)果和討論...................................20 4.1 PLC控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計................20 4.1.1分析被控對象并提出要求..........................20 4.1.2 確定輸入輸出設(shè)備...............................20 4.1.3 選擇合適的PLC類型 .............................20 4.1.4 分配I/O點........................

7、..............21 4.2 程序設(shè)計...........................................24 4.2.1 程序設(shè)計.........................................25 4.2.2 程序模擬調(diào)試.....................................25 4.2.3 硬件實施.........................................26 4.2.4 整理和編寫技術(shù)文獻...............................26 4.3 PLC的軟件

8、設(shè)計....................................27 4.3.1分配定時器/計數(shù)器.................................27 4.3.2 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖.........................27 4.3.3 繪制電路圖.......................................28 4.4 PLC調(diào)試過程及分析..................................29 第五章 電器元件設(shè)備的選擇..........................30 5.1 PLC機型的選

9、擇......... ......... ......... ......31 5.2 元器件的選用......... ......... ................31 第六章 結(jié)論..........................................32 致謝...............................................32 參考文獻................................................33 設(shè)計總結(jié)..........................................

10、......34 附表1....................................................35 附表2....................................................36 第一章 前言 1.1設(shè)計的目的和意義 1 設(shè)計的目的 ①通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)綜合運用所學的基礎(chǔ)理論，基礎(chǔ)知識，基本技能進行分析和解決實際問題的能力。 ②通過PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓練，達到能夠進行PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施調(diào)試的目的。 ③培養(yǎng)分析和解決系統(tǒng)調(diào)試運行過程中出現(xiàn)各種實際問題的能力。 2 設(shè)

11、計的意義 隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈。因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題，利用PLC技術(shù)設(shè)計了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。采用可編程控制器PLC進行控制物料分揀，能連續(xù)，大批量的分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率，分揀作業(yè)基本是無人化，而且分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物液、物料信息液的分配和管理，其設(shè)計采用

12、標準化、模塊化的組裝、具有系統(tǒng)布局靈活、維護、檢修方便等優(yōu)點且受場地影響不大。 1.2 材料分揀裝置的發(fā)展介紹 材料分揀（亦稱自動分揀）是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)成為發(fā)達國家先進和大中型物流中心，配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟條件，因此，在發(fā)達國家，物流中心，配送中心或流通中心不用自動分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。 1.3 設(shè)計任務(wù)及原理 1 設(shè)計任務(wù) 通電狀態(tài)下，下料時，下料傳感器動作，傳送帶運行，電感傳感器檢測到鐵塊材料時，汽缸1動作將材料推下，電容傳感器檢測到鋁塊材料時，汽缸

13、2動作將材料推下，顏色傳感器檢測非金屬材料為黃色塊時汽缸3動作將材料推下。其它顏色非金屬材料塊被傳送到SD位置時，汽缸4動作將材料推下，豎井式下料槽無料時，傳送帶運行一個行程自動停機。 2 設(shè)計原理 根據(jù)分揀裝置工作過程設(shè)計功能表圖，設(shè)計電氣控制原理圖，在設(shè)計的電氣控制原理圖的基礎(chǔ)上對它進行研究，分析工作過程的每一個環(huán)節(jié)，再選擇合適的PLC類型，編寫I/O分配圖。 第二章 系統(tǒng)分析 2.1材料分揀裝置的系統(tǒng)分析 2.1.1 系統(tǒng)介紹 材料分揀裝置是一個模擬自動化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了PLC、傳感器、位置控制、電氣

14、傳動和氣動技術(shù)，可實現(xiàn)不同材料的自動分選和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計算機監(jiān)控。 它采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接．選用顏色識別傳感器及對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．材料分揀裝置能實現(xiàn)如下3種基本功能．(1)分揀出金屬與非金屬．(2)分揀某一顏色塊．(3)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊．系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進行 檢測并分類．當待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶 依次接受各種傳感器檢測如果被某種傳感器器測中，通

15、過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行． 控制要求：(1)系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖.(2)電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行．(3)有物料時，下料汽缸動作，將物料送出.(4)當電感傳感器檢測到金屬物料時，推汽缸1動作將待測物料推入下料槽．(5)當電容傳感器檢測到非金屬物料時，推汽缸2動作將待測物料推人下料槽．(6)當顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時，推汽缸3動作將待測物料推人下料槽．(7)其他物料被送到SD位置時，汽缸4動作將待測物料推入下料槽．(8)汽缸運行應(yīng)有動作限位保護．(9)下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機． 2.2 硬件分析 2.2.1 硬件介紹 一、

16、世界各國生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)大體相同，主要有中央處理器（CPU）、存儲器（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。CPU是PLC的核心。PLC按硬件結(jié)構(gòu)類型可分為單元式結(jié)構(gòu)、模塊式結(jié)構(gòu)、疊裝式結(jié)構(gòu)等。 單元式PLC結(jié)構(gòu)框圖 單元式PLC一般用于規(guī)模較小，輸入輸出點數(shù)固定，以后也少有擴展的場合，模塊式PLC一般用于規(guī)模較大，輸出點數(shù)較多，輸入輸出點數(shù)比較靈活的場合。疊裝式PLC具有二者的優(yōu)點。 1 中央處理單元（CPU） 中央處理單元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、

17、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)?？删幊炭刂破髦胁捎肅PU一般有三大類，一類為通用微處理器，如 80286、80386等;一類為單片機芯片，如 8031、8096 等；另外還有微處理器，如 AMD2900\AMD2903等。 2 存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。分為只讀存儲器（ROM）和隨機讀寫存儲器（RAM）兩大類。 3 輸入輸出接口 輸入口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送來送出可編程控制器運算后得到的控制信息，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。 一 、開關(guān)量輸入單元 通常開關(guān)量輸入單元（模塊）按信號電源的不同分為三種類型：直流1

18、2～24V輸入、交流100～120V或200～240V輸入和直流12～24V輸入三種。被控對象的現(xiàn)場信號通過開關(guān)、按鈕或傳感器，以開關(guān)量的形式通過輸入單元送入CPU進行處理，其信號流向如下圖 輸入模塊組成框圖 二、 開關(guān)量輸出單元 PLC所控制的現(xiàn)場執(zhí)行元件有電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、電熱器、電動機等。CPU輸出的控制信號。經(jīng)輸出模塊來驅(qū)動執(zhí)行元件。其中輸出電路由隔離電路和功率放大電路組成。 輸出模塊組成框圖 三、開關(guān)量輸入接口 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開

19、關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口、交直流輸入接口。原理電路如下： 開關(guān)量輸入接口 a)直流輸入電路 b)交流輸入電路 c)交流輸入電路 四、開關(guān)量輸出接口 開關(guān)量輸出的模塊形式有三種：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。下面簡單介紹繼電器輸出（交直流）模塊。 繼電器既是輸出開關(guān)器件，又是隔離器件，電阻R1和LED組成輸出狀態(tài)顯示器；電阻R2和電容器C組成RC滅弧電路，消除繼電器觸點火花。當CPU輸出一個接通信號時，LED亮，繼電器線圈得電，其常開觸點閉合，使電源、負載和觸點形成回路

20、。繼電器觸點動作的響應(yīng)時間約為10ms。繼電器輸出模塊的負載回路，可選用交流電源。外界電源及負載電源的大小，由繼電器的觸點決定，通常在電阻性負載時，繼電器的每個觸點輸出的最大負載電流為2A。 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和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸入/輸出(I/O)點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如下所示． 其工作過程是開啟電源，步進電機運行并驅(qū)動傳輸帶，下料傳感器檢測下料槽內(nèi)是否有物料．若無物料，延時后自動停止并等待上料；當下料槽內(nèi)有物料時

21、，系統(tǒng)自動運行．首先，下料傳感器發(fā)送信號給PL C，并轉(zhuǎn)送給推汽缸．經(jīng)過一定時間，下料汽缸依次將物料推至傳輸帶．當物料由傳輸帶傳輸時，光電編碼器發(fā)出脈沖開始進行計數(shù)，電機運行，實現(xiàn)定位控制．當電感傳感器檢測到物料為金屬物料時，發(fā)出反饋信號給PLC，由PLC控制推汽缸1動作，將物料推到卸料斗．當推汽缸電磁閥運行到限位時，電磁閥復位，恢復原狀態(tài)．此時，電機重新工作驅(qū)動傳輸帶到下一位置．同理，可通過相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的空物料。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 2.2.2、檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 ① 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進電機連接在一起，

22、在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的物料進行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時，發(fā)出信號到PLC，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計選用E6A2—CW5C旋轉(zhuǎn)編碼器。 ② 電容傳感器 電容傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)，它的測量頭通常是構(gòu)成電容的一個極板，而另一個極板是待測物體本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料，選用E2K—X8ME1電容傳感器。 ③ 電感傳感器 電

23、感式傳感器也屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關(guān)，用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)震蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通和斷，選用M18X1X40電感傳感器。 ④ 顏色傳感器 選用OMRON公司生產(chǎn)的，型號為E3S—VS1E4顏色傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍）顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 ⑤ 步進電機 步進電機在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成

24、角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 　 a. 步進電機的工作原理 　 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖1是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。 　　 圖1 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 　　當開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子

25、轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。 　　四相步進電機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。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。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)動力矩又可以提高控制精度。 　　單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示： 　　　 圖2.步進電機工作時序波形圖　 2.基于AT89C2051的步進電

26、機驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理 b. 步進電動機的選擇 步進電機 步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起． 可以通過控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達到準確定位的目的．同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，達到調(diào)速的目的．步進電機選用的型號為42BYGH101,其技術(shù)參數(shù)是：相數(shù) 4 電感mH 5.6 重量g 0.24Kg 電阻Ω 8.5 電壓V 6.0 電流A 0.7 環(huán)境溫度℃ —20℃~+50℃。 2.3 軟件分析 2.3.1 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.

27、編程器常用繼電器語言，也叫梯形圖符號語言，對可編程序控制器進行編程，用戶使用起來非常方便。為了把使用這種語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器語言，需要通過編譯程序才能完成。這種編譯程序存在編程器的ROM存儲器中，構(gòu)成了編程器的系統(tǒng)軟件。 可編程控制器內(nèi)有一個操作系統(tǒng)，主要任務(wù)是解讀用戶程序，執(zhí)行過程如下圖： 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，可畫出如下所示的系統(tǒng)軟件流程圖． 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)．若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖中的汽缸4動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運行，則汽缸4動作后停機．如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進行數(shù)量的統(tǒng)計，這只需在各

28、汽缸動作的同時累計即可．應(yīng)用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能．用高速計數(shù)器計數(shù)步進電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能．定位時，電機停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理．在汽缸1～3動作后，電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)．如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù)運行到下一位置．如果只對材料的某一特性進行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對傳感器的安放或程序進行修改即可． 開始 汽缸是否回位 斗內(nèi)是否有料 計時到自動停機 電動機運行皮帶傳動 下料氣缸Y5動作 SA測到物體 推汽缸1動作

29、 推汽缸2動作 推汽缸3動作 推汽缸4動作 連繼運行 SB測到物體 SC測到物體 Y Y Y N Y N Y Y N Y N N 系統(tǒng)軟件流程圖 第三章 課題研究的方法和手段 3.1 硬軟件比較 隨著三菱PLC功能的逐漸健全，也越來越受人們的歡迎。它不僅具有豐富的機型、超小的體積、靈活的安裝、雙CPU結(jié)構(gòu)、極高的運算速度等特點，還有事件中斷自動告知、自診斷、故障歷史記錄、遠程口令等特殊功能。簡單介紹它與繼電器的比較： ①采用微處理器為核心，并

30、采取各種抗干擾措施，因為PLC可靠性高、控制功能強體積小。②利用PLC內(nèi)部計算器和計時器，容易實現(xiàn)邏輯組合和運算，不用增加硬設(shè)備。③由于PLC采用軟件編制程序來完成任務(wù)，因此可以隨時變更程序來適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，而不用重新布線。 3.2 PLC的特點及功能 3.2.1 PLC的優(yōu)點 由于可編程控制器（PLC）具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、程序設(shè)計簡單及便于安裝調(diào)試等優(yōu)點。PLC在工業(yè)自動化控制的各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，社會對可變程序控制器技術(shù)人員的需求也越來越迫切，在可預見的將來是無法替代的。 可編程序控制器（Programmable Contro

31、ller）通常也可簡稱為可編程控制器，英文縮寫為PC或PLC,是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便，可靠性高，抗干擾能力強，適應(yīng)性強，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合編程語言簡單易學，系統(tǒng)設(shè)計周期短，對生產(chǎn)工藝改變適用性強，安裝簡單，調(diào)試方便，維護工作量小，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更是得到用戶的好評。成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大技術(shù)支柱（PLC,機器人和CAD/CAM）之一。 3.2.2 PLC的缺點 ①固定的編程 有些PLC編程功能單一。如果不需要就必花大代價

32、使用具有多種編程功能的PLC。例如為了節(jié)約成本，一些設(shè)備制造廠仍然使用帶銷的機械式定序器。如果操作順序很少或根本不會改變，就沒有必要使用重編程功能的PLC。②考慮環(huán)境因素 PLC需要工作在一定的環(huán)境下，高溫和振動將會影響PLC系統(tǒng)的電子設(shè)備，就限制了PLC的使用。③故障保護 在PLC系統(tǒng)中，必須提供一個輸入電壓來停止設(shè)備。這些系統(tǒng)沒有故障保護。④固定回路操作 當系統(tǒng)要做周期性更新時，用PLC系統(tǒng)更新。 3.2.3 PLC的功能 （1）開關(guān)量控制：PLC可以完成開關(guān)邏輯運算和順序邏輯運算控制，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的自動控制。（2）模擬量控制：如溫度，壓力，流量，液位都屬于模擬量。（3

33、）定時/計數(shù)控制：PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個定時器或計數(shù)器。（4）數(shù)據(jù)處理：新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理能力，不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)值轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印，甚至浮點運算、函數(shù)運算等功能。（5）聯(lián)網(wǎng)與通信：PLC可與上為計算機或同位PLC進行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 3.3 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著PLC技術(shù)的推廣、應(yīng)用，PLC將進一步向以下幾個方向發(fā)展。（1）標準化：指令兼容，外設(shè)易于擴展，但不同廠家生產(chǎn)的PLC，梯形圖、指令及各種配件均有

34、一些差異，不利于PLC的普及。（2）小型化：隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，小型機的功能將進一步完善，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。（3）模塊化:采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的構(gòu)成更加靈活、方便。（4）低成本:使PLC在經(jīng)濟上能與繼電器電路抗衡，成為繼電器的替代品。 （5）高功能 如（完成位置控制、溫度控制、中斷控制、PID調(diào)節(jié)、遠程通訊、音響輸出等）。最后PLC的普及是機電一體化的必然趨勢，也就是說實現(xiàn)機電一體化也是PLC發(fā)展的一個重要方向。 第四章 結(jié)果和討論 4.1 PLC控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計 4.1.1分析被控對象并提出要求 a、被控對象就是受控

35、的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。 b、控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 4.1.2 確定輸入輸出設(shè)備 根據(jù)被控對象對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。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 4.1.3 選擇合適的PLC類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機型、容量的選擇、 I/O 模塊的

36、選擇、電源模塊的選擇等。在滿足功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠，維護使用方便及最佳的性能價格比，選擇有三菱公司生產(chǎn)的Fxos系列的PLC類型。F1系列機的最大I/O點數(shù)為120點，指令的平均執(zhí)行時間為12us/步，用戶程序存儲容量為1000步。它有一個6位BCD碼高速計數(shù)器，最高計數(shù)頻率為2KHZ。 4.1.4 分配I/O點 分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入/輸出分配表或者畫出輸入/輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設(shè)計，同時可進行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。開關(guān)量I/O。標準的I/O接口用于傳感器和開關(guān)及控制設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送，典型的交流I/O信號為24--240V，直

37、流I/O信號為5—24V。 ① 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) a.根據(jù)控制要求確定I/O點數(shù)，輸入應(yīng)該有6個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、預留傳感器（可根據(jù)要求設(shè)置），以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有相應(yīng)的5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/O點23個，其中17個輸入，6個輸出。 硬件接線圖輸入部分 硬件接線圖輸出部分 b.PLC的選擇 由于該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制，且所需的I/O點數(shù)不多。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本

38、系統(tǒng)選擇的PLC機型為三菱Fxos型。 根據(jù)所選擇的PLC機型，對PLC的I/O點分配編號。通過I/O的連接，即可實現(xiàn)PLC對分揀裝置的控制。建立I/O地址分配圖如下： I/O地址分布表 4.2 程序設(shè)計 4.2.1 程序設(shè)計 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。 a.將程序輸入PLC 當使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下

39、車機的連接電纜將程序下載到PLC中去。 編程時應(yīng)注意： 1.認真分析被控對象的工藝過程的控制要求，用功能流程圖的形式，表示程序設(shè)計的思想，為編程做好準備； 2.根據(jù)現(xiàn)場信號與PLC外部電路圖或；PLC軟繼電器編號對照表及程序功能流程圖進行編程； 3.要嚴格遵守梯形圖、指令語句表的格式規(guī)則，編寫程序。 b.進行軟件測試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 4.2.2 程序模擬調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制

40、柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功， 4.2.3 硬件實施 PLC硬件設(shè)計是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計，在硬件設(shè)計中要進行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計量保護裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺、柜的設(shè)計等。硬件設(shè)計還包括PLC輸入輸出通道的分配，為了便于程序設(shè)計和閱讀，常做出I/O通道分配表，表中包含有I/O編號、設(shè)備代號、名稱及功能等。 4.2.4 整理和編寫技術(shù)文獻 a. 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細

41、表、 PLC 梯形圖。 (1) 分配輸入 / 輸出點 一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。 分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。 (2) 確定 I/O 通道范圍 不同型號的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號，查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可“張冠李戴”，必須參閱有關(guān)操作手冊。 (3) 部輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、

42、定時器/計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及為使用1：1鏈接時的鏈接繼電器等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關(guān)操作手冊。 4.3 PLC的軟件設(shè)計 在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。對系統(tǒng)任務(wù)分塊 分塊的目的就是把一個復雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務(wù)，這樣就把一個復雜的大問題

43、化為多個簡單的小問題，這樣可便于編制程序，計算機輔助設(shè)計是通過PLC編程軟件在計算機上進行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取、加密以及形成EXE運行文件。 4.3.1分配定時器/計數(shù)器 PLC 的定時器/計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟，PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法 。在了解了PLC程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制PLC控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。圖解法編程，圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設(shè)計。為此，不

44、少PLC生產(chǎn)廠家在自己的PLC中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。 4.3.2 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國導出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。 根據(jù)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容，控制系統(tǒng)的設(shè)計一般按下圖所示的步驟進行。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖 4.3.3 繪制電路圖 繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名

45、稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制PLC的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導到PLC的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制PLC的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到PLC輸出模塊的帶負載能力和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中，還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹慎、全面。因此，在繪

46、制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。 4.4 PLC調(diào)試過程及分析 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當然可以其他方法法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查找問題，便于及時修改，最好不要整個程序完成后一起算總帳。 把所編的程序輸入到計算機，進行編譯，所輸入的程序通過編譯后直到最后通過。接入PLC通信口后，將所編程序進行調(diào)試。直到調(diào)試結(jié)果出現(xiàn)正常的結(jié)果。 第五章 電器元件設(shè)備的選擇 5.1 PLC機型的選擇 可編程控制器（pro

47、grammable logical controller，簡稱PLC）已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，并且在自動控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。所以，對PLC的正確選擇是非常重要的。 面對眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功能、網(wǎng)絡(luò)、編程等方面各不相容，沒有一個統(tǒng)一的標準，無法進行橫向比較。下面提出在自動控制系統(tǒng)設(shè)計中對PLC選型的一些看法，作為挑選PLC時作為參考。 可以通過以下幾方面的比較，挑選到適合的產(chǎn)品。 （1）工作量 這一點尤為重要。在自動控制系統(tǒng)設(shè)計之初，就應(yīng)該對控制點數(shù)（數(shù)字量及模擬量）有一個準確的統(tǒng)計，這往往是選擇P

48、LC的首要條件，一般選擇比控制點數(shù)多10%-30%的PLC。 （2）工作環(huán)境 工作環(huán)境是PLC工作的硬性指標。自控系統(tǒng)將人們從繁忙的工作和惡劣的環(huán)境中解脫出來，就要求自控系統(tǒng)能夠適應(yīng)復雜的環(huán)境，諸如溫度、濕度、噪音、信號屏蔽、工作電壓等，各款PLC不盡相同。一定要選擇適應(yīng)實際工作環(huán)境的產(chǎn)品。（該設(shè)計環(huán)境正常，故不用特殊型號） (3）通信網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)在PLC已不是簡單的現(xiàn)場控制，PLC遠端通信已成為控制系統(tǒng)必須解決的問題。（故盡量選取比較常用的品牌） （4）編程 程序是整個自動控制系統(tǒng)的“心臟”，程序編制的好壞直接影響到整個自動控制系統(tǒng)的運作。編程器及編程軟件有些廠家要求額外購買，并且價

49、格不菲，這一點也需考慮在內(nèi)。（要求有良好的編程軟件） （5）可延性 這里包括三個方面含義： 1、產(chǎn)品壽命。大致可以保證所選擇的PLC的使用年限，盡量購買生產(chǎn)日期較近的產(chǎn)品。 2、產(chǎn)品連續(xù)性。生產(chǎn)廠家對PLC產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級是否向下兼容，這決定是否有利于現(xiàn)系統(tǒng)對將來新增加功能的應(yīng)用。 3、產(chǎn)品的更新周期。當某一種型號PLC（或PLC模塊）被淘汰后，生產(chǎn)廠 5.2 元器件的選用 在自動控制系統(tǒng)中發(fā)出指令或信號的操作電器稱為主令電器，主要用來切換控制線路，實現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)的各種控制。用來切換控制線路，實現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)的各種控制。 <1> 按鈕 按鈕主要用來接通和

50、斷開控制電路，它是電氣控制的一種主令電器。 按照按鈕的用途和觸點的配置情況，可把按鈕非為動合按鈕，動斷按鈕和復合按鈕三種,按鈕在停按后，一般能自動復位。 總上所述應(yīng)選動合按扭 ,按鈕的文字符號為SB 圖形符號為 第六章 結(jié)論 致 謝 通過這次設(shè)計，收獲大于付出，知識仍在，我不孤獨。 首先，在畢業(yè)設(shè)計順利完成之前，我先最真誠向周老師說一聲“謝謝您，周老師”。記得在剛開始做設(shè)計的時候，我們什么都不曉得 ，然現(xiàn)在我們作出了一副巨作，我很自豪?？梢哉f有周老師的悉心輔導、不厭其煩的講解和孜孜不倦的教導，就沒有今天我們的作品。 同時，在即將完成學業(yè)走向社會的時刻

51、，向三年來給予我關(guān)心幫助、傳道授業(yè)的老師們表達誠摯的謝意，感謝你們?nèi)陙砟托那覠o微不至的關(guān)懷 ；感謝你們在傳授知識的同時，也教會我們做人的道理，讓我們遠航有所方向。感謝學校給我們提供了一個很好的環(huán)境，讓我們?nèi)松x煌。 最后，由衷地感謝各位老師在百忙中對本設(shè)計論文進行審閱，提出寶貴意見，這些意見和建議都將給本人的設(shè)計極大幫助，并且利于以后的工作學習和發(fā)展。 轉(zhuǎn)眼三年的大學生活就要接近尾聲，我們也將步入新的環(huán)境開始自己新的生活。通過這段時間做論文，我深深的感到自己在學校所學到的書本上的知識，還遠不能滿足自己以后的需要。雖然自己將要告別學生生活，但自己在以后的工作中還要更加努力的學習。我堅信三

52、年的大學學習、生活，將成為我人生中的一筆寶貴的財富。 我在做論文的過程中得到了各任課老師的指導與教誨、輔導，才使我更順利的完成了論文。感謝老師的辛勤勞動。同時在寫論文的過程中參考了大量的參考文獻，再次向作者表示謝意！ 參考文獻 【1】 戴一平主編 可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 2002 【2】 弭洪濤 王忠禮編著 PLC實用技術(shù) 科學出版社 2005 【3】 徐鐵主編 PLC應(yīng)用技術(shù) 中國勞動社會保障出版社 2007 【4】 史增芳主編 可編程控制器原理與應(yīng)用

53、 北京希望電子出版社 2006 【5】 張桂香主編 機電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南 機械工業(yè)出版社 2005 【6】 袁任光主編 可編程控制器應(yīng)用實例 華南理工大學出版社 2003 設(shè)計總結(jié) 在剛開始做課程設(shè)計時我不知道自己到底該做什么，在試著做了一個題目是才覺的自己不會的東西實在是太多了，知識明顯感覺到不適應(yīng)這大范圍、大規(guī)模的設(shè)計工作。最后在確定這個題目后，查閱大量資料、總結(jié)概括將零碎的知識化為有機的整體，以及對每個具體問題的分析。實踐經(jīng)驗的缺乏，使我不停的反復校核，其過程繁

54、雜而單調(diào)。當設(shè)計完后，感覺還可以的。盡管設(shè)計過程中有很多的困難，圖紙畫的還不盡善盡美，可是每一步都是經(jīng)過我的反復思考而得出的結(jié)論。 總之，設(shè)計是再創(chuàng)造的過程末期靈活性很大，為今后的設(shè)計，工作打下了堅實的基礎(chǔ)。不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 通過了這次設(shè)計，我覺得這是對我三年所學的知識一次充分的檢測。這也使我更加認識到了知識的重要性，雖然三年所學的東西有限?？墒?，

55、通過這一次的改造，也使我更深地認識到了我身上還存在著一定的不足之處，在我以后工作的道路上，我將不斷的努力，積極的改正，爭取使自己成為一名合格的大學生。為我們的祖國貢獻出自己的一份力量。 在這次設(shè)計過程中我充分的認識到了，科技可以造福人類，知識無窮盡！ 附表1 程序梯形圖 附表2 LD M71 OUT F671 K600 OUT F672 K647

56、 OUT F670 K26 LD X20 ANI X21 ANI T450 OUT Y005 LD X014 AND X016 OUT Y004 LDI X016 OUT T450 LD

57、 X0005 ANI X0000 AND X010 OUT Y000 LD X0007 AND X011 ANI X0001 OUT Y001 LD X0006 AND X012 ANI X0002 OUT Y002 LD X015 AND X013 ANI X003 OUT Y003 END 程序表 - 40 -