基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計最終

石河子大學畢業(yè)論文基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計學生姓名所在系電氣工程及其自動化系班級2011級電氣1班專業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師2015年6月10日摘要隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，可編程控制器的需求量逐年增大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。本設(shè)計中PLC控制機電一體化物料分揀系統(tǒng)由上料機構(gòu)、搬運機械構(gòu)、物料傳輸分揀機構(gòu)組成。每個機構(gòu)的運用都比較廣泛，特別是搬運機械手，其應(yīng)用逐漸普及，在汽車、電子、機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運已得到廣泛應(yīng)用，更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。通過本設(shè)計學會靈活的運用各類傳感器進行物料檢測、識別、傳送位子檢測，機械手限位控制。同時用步進電機控制機械手的旋轉(zhuǎn)角度，變頻器控制物料傳輸速度。通過所學的知識，將各種元器件通過邏輯關(guān)系有序的聯(lián)系起來，構(gòu)成機電一體化物料分揀系統(tǒng)，實現(xiàn)了機電一體化。關(guān)鍵詞：PLC搬運機械手傳輸分揀目錄TOC\o"1-2"\h\u3366摘要 I8173目錄 II27488引言 424290第1章可編程序控制的概述 579931.1PLC的產(chǎn)生和定義 5308031.2PLC的特點和其它典型的控制系統(tǒng)的區(qū)別 778321.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 8223381.4PLC的分類及系統(tǒng)的組成和工作原理 9108241.5PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu) 1431704第2章系統(tǒng)的組成、機構(gòu)功能與控制要求 1887532.1系統(tǒng)的組成 18252602.2系統(tǒng)機構(gòu)的組成與功能 18178072.3系統(tǒng)的控制要求 238420第3章系統(tǒng)硬的件設(shè)計 25293.1系統(tǒng)元器件 25223323.2輸入/輸出（I/O）點分配 26230893.3PLC的選型 27174833.4步進電機設(shè)計 29187523.5變頻器設(shè)計 31235573.6三菱變頻器電路圖 3360753.7PLC控制原理圖 3431560第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 35284574.1三菱編程軟件、模擬仿真軟件 35318974.3上料機構(gòu)控制流程圖 3728154.4搬運機械手控制流程圖 3896954.5傳輸與分揀結(jié)構(gòu)控制流程圖 3911454.6PLC控制程序設(shè)計 403636第5章系統(tǒng)調(diào)試 52205365.1程序的調(diào)試與運行監(jiān)控 52314655.2系統(tǒng)模擬調(diào)試 5431822結(jié)束語 5512066致謝 5611084參考文獻 57引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作，更需要自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)?，F(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來得到重視，在本設(shè)計中難點的是搬運機械手的設(shè)計。機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本設(shè)計模擬生產(chǎn)線系統(tǒng)，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對物料的存放，機械手的上下、左右、步進旋轉(zhuǎn)以及抓取運動，物料的傳輸速度、分揀進行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，模擬實現(xiàn)了系統(tǒng)控制的機電一體化。由于個人水平限制，在設(shè)計的過程中多加了一份心，不斷的學習，力求做得更好。所說如此但在設(shè)計中仍存在著許多問題，希望老師、同學們能夠給予批評指正，在此深表謝意！

第1章可編程序控制的概述PLC的產(chǎn)生和定義PLC是以自動控制技術(shù)、微計算機技術(shù)、和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，現(xiàn)在隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC得到了迅速的發(fā)展，也在社會各領(lǐng)域的生產(chǎn)得到了越來越多的應(yīng)用。PLC的產(chǎn)生20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：編程方便，可現(xiàn)場修改程序；維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制盤；數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制盤競爭；輸入可以是交流市電（115V）（美國電壓標準）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器、電磁閥等；擴展時原系統(tǒng)改變?。挥脩舫绦虼鎯ζ髦辽倌軘U展到4KB。以上這就是著名的“GM十條”。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標后，制造出世界上第一臺可編程序控制器。（ProgrammableLogicController,簡稱PLC）。以下便是較早研制的PLC：1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14（如圖1.1）1971年，日本研制出第一臺DCS-8圖1.1PDP-141973年，德國研制出第一臺PLC 圖1.1PDP-141974年，中國研制出第一臺PLC16位和32位微處理器的應(yīng)用，使PLC得到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動化技術(shù)的三大支柱之一。1.1.2PLC的定義及發(fā)展20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術(shù)使PLC的應(yīng)用得到進一步發(fā)展。PLC的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC產(chǎn)品，國內(nèi)廠家的PLC影響率和市場占有率很小，主要是國外品牌。比較著名的有美國的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、歐姆龍（OMRON）、富士電機（FUJI）、松下電工、德國的西門子（SIEMENS）、法國的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韓國的三星（SAMSUNG）、LG等。1.2PLC的特點和其它典型的控制系統(tǒng)的區(qū)別1.2.1PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高（3）編程方便，易于使用（3）功能強、速度快、精度高（4）通用性好（5）體積小，重量輕，耗能低，適應(yīng)環(huán)境強，不需專門的機房和空調(diào)1.2.2PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別（1）控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬連線邏輯；PLC采用存儲器邏輯，也稱“軟連線”邏輯。（2）工作方式繼電器控制線路屬并行工作方式；PLC屬串行工作方式。（3）可靠性和可維護性繼電器控制線路使用了大量的機械觸點，連線也多，可靠性和可維護性差；PLC控制邏輯，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。（4）控制速度繼電器控制線路控制速度低；PLC控制速度高。（5）定時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行時間控制，精度低；PLC利用定時器進行時間控制，精度高，定時范圍大。（6）設(shè)計和施工繼電器控制邏輯周期長；PLC周期短。1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢1.3.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（1）開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4）過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.3.2PLC發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展（2）向大容量、高速度方向發(fā)展（3）智能型I/O模塊的發(fā)展（4）基于PC的編程軟件取代編程器（5）PLC編程語言的標準化（6）PLC通信的易用化（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化（9）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合1.4PLC的分類及系統(tǒng)的組成和工作原理PLC的分類（1）按I/O點數(shù)容量分類1）小型機小型機的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出總點數(shù)一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4K字左右。例如：SIEMENS的S7-200系列（如圖1.2）；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等。圖1.2西門子S7-200系列2）中型機圖1.2西門子S7-200系列中型機的輸入、輸出總點數(shù)在256~2048點之間。，用戶程序存儲器容量在8K字左右。例如：SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的SCL500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。3）大型機大型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到16K字以上。典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列產(chǎn)品。（2）按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要分為整體式和模塊式兩種。1）整體式結(jié)構(gòu)其特點是將PLC的基本部件，如CPU板，輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個標準機殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）或擴展單元。小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。2）模塊式結(jié)構(gòu)PLC由一些模塊單元組成，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊和各種功能模塊等。目前，大中型PLC均采用模塊式結(jié)構(gòu)（如圖1.3所示）。圖1.3大中型模塊式PLC1.4.2PLC的系統(tǒng)組成圖1.3大中型模塊式PLCPLC主要由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成（如圖1.4所示）。（1）中央處理單元（CPU）（2）存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能更改。系統(tǒng)程序包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序以及標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。圖1.4PLC硬件結(jié)構(gòu)圖圖1.4PLC硬件結(jié)構(gòu)圖用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)等。PLC使用的存儲器類型有三種：1）隨機存取存儲器（RAM）2）只讀存儲器（ROM）3）可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）（3）輸入/輸出單元PLC的輸入/輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入/輸出單元包括兩部分：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。1）輸入接口電路通常PLC的輸入接口電路的類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源（+24V）可由外部供給，有的也可以由PLC內(nèi)部提供。2）輸出接口電路輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。電源由外部提供，輸出電流一般為0.5~2A，輸出電流的額定值與負載的性質(zhì)有關(guān)。（4）電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、±12V、24V等直流電源，使PLC能正常工作。擴展接口通信接口編程器編程器的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，分簡易型和智能型。（8）其他部件1.4.3PLC的工作原理PLC的工作方式與運行框圖（如圖1.5所示）。圖1.5運行框圖圖1.5運行框圖繼電器控制系統(tǒng)是“硬連線邏輯系統(tǒng)”，采用的是并行工作方式；而PLC是一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，采用的是串行工作方式。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。當PLC正常工作時，它將不斷重復(fù)上圖中的掃描過程。如果暫不考慮對遠程I/O特殊模塊和通信服務(wù)，掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”了。這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容。（1）輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號怎樣變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。（2）程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，PLC按從左到右、從上到下的順序執(zhí)行用戶程序。當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)的狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（軟繼電器）的當前狀態(tài)。然后，進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。因此，每一個元件（不包括輸入繼電器）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化的。(3)輸出刷新階段在所有用戶程序的指令執(zhí)行完畢后,元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)(接通/斷開)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負載,實現(xiàn)控制命令的輸出。PLC對輸入/輸出的處理原則（1）輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點在上一掃描周期的輸入刷新期間的接通和斷開狀態(tài)。（2）程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他個各元件映像寄存器的內(nèi)容。（3）輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。（4）輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。（5）輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)1.5.1PLC的編程語言PLC提供的編程語言通常有：梯形圖(LAD)、語句表（STL）、功能圖（SFC）和功能塊圖（FBD）。（1）梯形圖（LAD）梯形圖（Ladder)編程語言（如圖1.6所示）是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。兩者基本思想一致，只是在使用符號和表達式上有一定區(qū)別。圖1.6梯形圖圖1.6梯形圖梯形圖中一個關(guān)鍵概念是“能流”（PowerFlow），這只是概念上的“能流”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵。如沒有“能流”，則線圈未被激勵。梯形圖語言簡單明了，易于理解，是所有編程語言的首選。（2）語句表（STL）語句表(StatementsList)類似于計算機中的助記符語言（如圖1.7所示），它是用一個或幾個容易記憶的字符來代表PLC的某種操作功能。圖1.7語句表圖1.7語句表（3）順序功能流程圖（SFC）順序功能流程圖(SequenceFunctionChart)編程是一種圖形化的編程方法（如圖1.8所示），亦稱功圖。使用它可以對具有并行發(fā)生、多種選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程。許多PLC提供了用于SFC編程的指令。第六章詳述。圖1.8順序功能流程圖圖1.8順序功能流程圖（4）功能塊圖（FBD）S7-200的PLC專門提供了功能塊圖（FunctionBlockDiagram)編程語言（如圖1.9所示），利用FBD可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯框指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點和線圈，但有與之等價的指令，這些指令是作為邏輯框指令出現(xiàn)的，程序邏輯由這些邏輯框指令之間的連接決定。圖1.9電機正反轉(zhuǎn)功能塊圖圖1.9電機正反轉(zhuǎn)功能塊圖1.5.2PLC的程序結(jié)構(gòu)控制一個任務(wù)或過程，是通過在RUN方式下，使PLC循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的，用戶程序決定了一個控制系統(tǒng)的功能。廣義上的用戶程序由三部分組成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。（1）用戶程序也稱組織塊，一般包括一個主程序，若干子程序和若干中斷程序。（2）數(shù)據(jù)塊（可選）主要存放控制程序運行所需的數(shù)據(jù)。（3）參數(shù)塊（可選）存放CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)，用戶若未進行CPU的組態(tài)，則系統(tǒng)以默認值進行自動配置。

第2章系統(tǒng)的組成、機構(gòu)功能與控制要求2.1系統(tǒng)的組成送料機構(gòu)送料機構(gòu)無物料報警機物料光電檢測無物料報警機物料光電檢測有物料驅(qū)動機械手有物料驅(qū)動機械手機械手抓料取走機械手抓料取走機械手臂旋轉(zhuǎn)機械手臂旋轉(zhuǎn)機械手放料后回原點機械手放料后回原點傳送和分揀機構(gòu)傳送和分揀機構(gòu)圖2.1PLC工作流程圖2.1PLC工作流程2.2系統(tǒng)機構(gòu)的組成與功能2.2.1上料機構(gòu)上料機構(gòu)的組要組成部分如下圖所示（圖2.2）。（1）主要組成與功能Ф32mm（2）主要技術(shù)指標2.2.2搬運機械構(gòu)搬運機械手的組要組成部分如下圖所示（圖2.3）。（1）主要組成與功能（2）主要技術(shù)指標皮帶輸送與分揀機構(gòu)皮帶傳送與分揀機構(gòu)組要組成部分如下圖所示（圖2.4）。（1）主要組成與功能皮帶輸送與分揀機構(gòu)（2）主要技術(shù)指標2.3系統(tǒng)的控制要求2.3.1控制要求（1）上料機構(gòu)（2）搬運機械構(gòu)（自動控制+手動控制）（3）成品分揀機構(gòu)（4）啟動、停止、復(fù)位、警示（5）突然斷電的處理

系統(tǒng)硬的件設(shè)計在第二章中已對系統(tǒng)的組成、機構(gòu)功能與控制要求進行的介紹。本章中組要對PLC控制所需的各類元器件、I/O分配和硬件原理圖進行設(shè)計。3.1系統(tǒng)元器件3.1.1上料機構(gòu)配置元器件光電傳感器2只(D-C73)磁性開關(guān)2只（KURODA） 單桿氣缸1只(DDL/SDAT)單控電磁閥1只(4V120-M4)警示燈（圖3.1）3只(D80--004)3.1.2搬運機械構(gòu)配置元器件 圖3.1警示燈單桿氣缸1只(DDL/SDAT)雙桿氣缸1只（CXSM32-75）氣動手爪1只（MHZ2-20） 電感傳感器1只(GI505S)磁性開關(guān)5只(AIRTAC)行程開關(guān)2只(EUCHNER)步進電機1只(PH533HG-NA)步進驅(qū)動器1只（Q2HB44MB）單控電磁閥2只(4V120-M4) 圖3.2傳感器雙控電磁閥1只(4V120-M6)3.1.3皮帶傳送與分揀機構(gòu)配置元器件三相交流減速電機（AC380V，輸出轉(zhuǎn)速130r/min）1臺滾動軸承4只(GB281)滾輪2只(LFR50/5KDD-4)傳輸帶1條(1500mm×67mm×2mm)旋轉(zhuǎn)氣缸1個（芬蘭SKS）電感傳感器1只（GI505S）光纖傳感器1只(力士樂REXROTH系列)漫反射式光電傳感器1只（EE-SX488）對射式光電傳感器1對(GP1S50)磁性開關(guān)4只（KURODA）物料分揀槽3個導(dǎo)料塊2只單控電磁閥2只（4V120-M5）（1）輸入點分配（表3.1）3.2輸入/輸出（I/O）點分配（1）輸入點分配（表3.1）序號PLC地址名稱及功能說明1X0啟動按鈕2X1停止按鈕3X2復(fù)位按鈕3X3單周期控制4X3物料檢測光電傳感器（料庫）5X4物料推出檢測光電傳感器（放料臺）6X5推料伸出限位傳感器7X6推料縮回限位傳感器8X7手臂伸出限位傳感器9X10手臂縮回限位傳感器10X11手爪下降限位傳感器11X12手爪提升限位傳感器12X13手爪夾緊限位傳感器13X14機械手基準傳感器14X15推料一伸出限位傳感器15X16推料一縮回限位傳感器16X17導(dǎo)料轉(zhuǎn)出限位傳感器17X20導(dǎo)料原位限位傳感器18X21入料檢測光電傳感器19X22料槽一檢測傳感器20X23料槽二檢測傳感器21X24分揀槽檢測光電傳感器22X25機械手自動與手動轉(zhuǎn)換開關(guān)23X26手臂伸出/縮回按鈕24X27手爪下降/上升按鈕25X30手爪夾緊/松開按鈕26X31手臂右旋/左旋按鈕 輸出點分配（表3.2）序號PLC地址名稱及功能說明1Y0步進電機驅(qū)動器PUL-（輸出脈沖）2Y1步進電機驅(qū)動器DIR-（方向控制）3Y2步進電機驅(qū)動器ENA-（使能控制）4Y3物料推出5Y4手臂伸出6Y5手爪下降7Y6手爪夾緊8Y7手爪松開9Y10推料氣缸10Y11導(dǎo)料氣缸11Y12警示紅燈12Y13警示綠燈13Y14警示黃燈14Y15變頻器STF 3.3PLC的選型在第一章中已對PLC進行了介紹。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC產(chǎn)品，國內(nèi)廠家的PLC影響率和市場占有率很小，主要是國外品牌。比較著名的有美國的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、歐姆龍（OMRON）、富士電機（FUJI）、松下電工、德國的西門子（SIEMENS）、法國的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韓國的三星（SAMSUNG）、LG等。由于我對三菱的PLC了解較多，所以選擇的品牌為“三菱”。日本三菱可編程控制器分為F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC等幾個系列，其中F系列是早期產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)。FX2系列是1991年推出的產(chǎn)品，是加強型的小型機。FX2N是三菱公司的近期產(chǎn)品，按疊裝式配置，是日本高性能小型機中的代表作。三菱FX系列常見型號如下圖3.1所示。3.3.1模擬系統(tǒng)對PLC的要求功能要求在滿足一般開關(guān)量輸入信號控制要的同時，系統(tǒng)要進行步進電機控制，要求輸出脈沖信號，所以輸出類型要是晶體管輸出（T）。I/O點數(shù)要求系統(tǒng)所需輸入點數(shù)為26點；系統(tǒng)所需輸出點數(shù)為14點。在實際統(tǒng)計出的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上加15%——20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴展。3.3.2確定型號根據(jù)上述要求可暫定型號為：三菱FX2N-64MT。考慮到FX2N-64MT與FX2N-48MT相比價格稍微較貴。但FX2N-48MT的輸入點數(shù)能不能滿足系統(tǒng)要求，但也可選用擴展模塊比如：FX2N-8EX（輸入點為8的擴展模塊）?？紤]多方面因素：最后確定可編程控制器型號為：三菱FX2N-64MT（圖3.2）圖3.4三菱圖3.4三菱FX2N-48MT3.4步進電機選用3.4.1步進電機（

步進驅(qū)動器（3MD560）所示，采用直流18-50V供電，適合驅(qū)動相電流小于6A、外經(jīng)42-86毫米的三相混合式步進電機。此驅(qū)動器采用交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)進行細分控制，電機的轉(zhuǎn)矩波動很圖3.5驅(qū)動器小，低速運行平穩(wěn)，幾乎沒有振動和噪音。高速時力矩也圖3.5驅(qū)動器大大高于二相混合式步進電機，定位精度高。（1）功能簡介：純正弦電流控制，驅(qū)動電流可達6.0A；直流供電電壓18-50VDC；光電隔離信號輸入/輸出；有過壓、欠壓、過流、相間短路、過熱保護功能；八檔細分和自動半流功能；十六檔輸出相電流設(shè)置；具有相位記憶功能（電機停止5秒后再斷電，可保持電機上下電位置不變）；高啟動轉(zhuǎn)速；具有脫機命令輸入端子；電機的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)無關(guān)。廣泛適用于雕刻機、數(shù)控機床、切割機和繪圖儀等分辨率要求較高的設(shè)備上。（2）在本系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)為：1）電流設(shè)定細分設(shè)定電流值(A)SW1SW2SW3SW41.5AOFFOFFOFFOFF2.6AOFFOFFONOFF4.1AONOFFOFFON5.2AONOFFONON6.0AONONONON（設(shè)定值）2）步數(shù)/圈SW6SW7SW8200ONONON400OFFONON500ONOFFON1000OFFOFFON2000ONONOFF4000OFFONOFF5000ONOFFOFF10000OFFOFFOFF（設(shè)定值）脈沖個數(shù)計算：在模擬系統(tǒng)中步進電機左右旋轉(zhuǎn)的角度為63°，步進驅(qū)動器所設(shè)置的細分步參數(shù)為10000步/圈，電流值為6.0A。所以PLC的Y0口產(chǎn)生脈沖數(shù)N為：3.5變頻器選用3.5.1三菱變頻器控制面板隨著節(jié)能的普及和工業(yè)自動化的推廣，變頻器的使用越來越多在本設(shè)計中使用的是三菱簡易通用型變頻器，圖3.6為變頻器操作面板。 圖3.6變頻器操作面板

3.5.2變頻器組要參數(shù)設(shè)定變頻器的參數(shù)設(shè)置方法在此就不著重說明，在本設(shè)計中將要求的是變頻器以30Hz的輸出頻率工作。故將參數(shù)設(shè)為30Hz如表3.3。序號參數(shù)代號初始值設(shè)置值功能說明1P112050上限頻率（Hz）2P200下限頻率（Hz）3P35050電機額定頻率 4P45050多段速度設(shè)定（高速）5P53030多段速度設(shè)定（中速）6P61010多段速度設(shè)定（低速）7P752加速時間8P850減速時間9P7903運行模式選擇

3.6三菱變頻器電路圖

3.7PLC控制原理圖

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計中已對系統(tǒng)硬件進行了設(shè)計，通過各類輸入輸出元器件為實現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，實現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。4.1三菱編程軟件、模擬仿真軟件今年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個人計算機的圖示化編程軟件，例如西門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7Micro/WIN32編程軟件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。4.1.1三菱編程軟件GXDeveloper是三菱PLC的編程軟件(如圖4.1)。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。仿真軟件快捷圖標仿真軟件快捷圖標（1）GXDeveloper的特點：1）軟件的共通化GXDeveloper能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。2）程序的標準化3）能夠簡單設(shè)定和其他站點的鏈接4）能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接（a）經(jīng)由串行通訊口；（b）經(jīng)由USB；（c）經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板；（d）經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計算機插板；（e）經(jīng)由CC-Link計算機插板（f）經(jīng)由Ethernet計算機插板；（g）經(jīng)由CPU計算機插板；（h）經(jīng)由AF計算機插板。豐富的調(diào)試功能（a）由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。a)沒有必要再和可編程控制器連接。b)沒有必要制作條使用的順序程序。(b)在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。(c)數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。4.1.2三菱仿真軟件三菱全系列PLC仿真調(diào)試軟件GXSimulator：（1）仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運行，如果沒有編好的程序，是無法進行仿真的。所以，在安裝仿真軟件GXSimulator6c之前，必須先安裝編程軟件GXDeveloper，并且版本要互相兼容。（2）安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟件的圖標。因為仿真軟件被集成到編程軟件GXDeveloper中了，其實這個仿真軟件相當于編程軟件的一個插件。4.3上料機構(gòu)控制流程圖上料機構(gòu)控制流程圖如圖所示：圖4.3上料機構(gòu)流程圖圖4.3上料機構(gòu)流程圖

4.4搬運機械手控制流程圖搬運機械手控制流程圖如圖所示： 圖4.4搬運機械手流程圖圖4.4搬運機械手流程圖

4.5傳輸與分揀結(jié)構(gòu)控制流程圖傳輸與分揀機構(gòu)控制流程圖如圖所示：圖4.5傳輸與分揀流程圖圖4.5傳輸與分揀流程圖

4.6PLC控制程序設(shè)計本設(shè)計中運用了梯形圖編程語言和指令語句表編程語言，通過梯形圖可以清晰的看出清編程思路，控制要求和系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。4.6.1梯形圖編程語言（系統(tǒng)啟動或停止）（系統(tǒng)啟動或停止）（啟動時警示綠燈亮）（啟動時警示綠燈亮）（步進電機使能）（步進電機使能）（系統(tǒng)復(fù)位）（系統(tǒng)復(fù)位）（手臂基準復(fù)位）（手臂基準復(fù)位）（缺料或停止時警示黃燈閃爍）（缺料或停止時警示黃燈閃爍）（停止時警示紅燈亮）（停止時警示紅燈亮）（檢測到料庫中有物料時推料氣缸動作）（檢測到料庫中有物料時推料氣缸動作）（放料臺物料被取走后推料氣缸縮回）（放料臺物料被取走后推料氣缸縮回）料槽一分揀料槽一分揀（檢測物料放入入料口后驅(qū)動變頻器）（檢測物料放入入料口后驅(qū)動變頻器）料槽二分揀料槽二分揀（檢測物料為金屬物料時推料氣缸一動作）（檢測物料為金屬物料時推料氣缸一動作）料槽三分揀（檢測物料為白色物料時旋轉(zhuǎn)氣缸動作）料槽三分揀（檢測物料為白色物料時旋轉(zhuǎn)氣缸動作）（物料導(dǎo)入料槽二后旋轉(zhuǎn)氣缸復(fù)位）（物料導(dǎo)入料槽二后旋轉(zhuǎn)氣缸復(fù)位）手動或自動子程序選擇手動或自動子程序選擇（調(diào)用機械手自動控制子程序）（調(diào)用機械手自動控制子程序）（調(diào)用機械手手動控制子程序）（調(diào)用機械手手動控制子程序）手臂右轉(zhuǎn)63。輔助控制手臂右轉(zhuǎn)63。輔助控制手臂左轉(zhuǎn)63。輔助控制手臂左轉(zhuǎn)63。輔助控制（（PLC輸出脈沖信號給步進電機驅(qū)動器）（機械手自動控制子程序起始）（機械手自動控制子程序起始）檢測到放料臺有物料時手臂伸出檢測到放料臺有物料時手臂伸出（手臂伸出）（手臂伸出）（手爪下降）（手爪下降）手爪下降過程手爪下降過程（手爪夾緊）（手爪夾緊）手爪夾緊過程手爪夾緊過程（手爪提升）（手爪提升）（手臂縮回）（手臂縮回）手臂右轉(zhuǎn)控制手臂右轉(zhuǎn)控制（手臂伸出）（手臂伸出）（手爪下降）（手爪下降）（手爪松開）（手爪松開）（手爪提升）（手爪提升）手臂左轉(zhuǎn)控制狀態(tài)返回手臂左轉(zhuǎn)控制狀態(tài)返回（機械手自動控制子程序結(jié)束）（機械手自動控制子程序結(jié)束）（機械手手動控制程序起始）（機械手手動控制程序起始）一個按鈕控制手臂的伸出與縮回一個按鈕控制手臂的伸出與縮回一個按鈕控制手的爪下降與提升一個按鈕控制手的爪下降與提升一個按鈕控制手爪的夾緊與松開一個按鈕控制手爪的夾緊與松開一個按鈕控制手臂向右旋轉(zhuǎn)與向左旋轉(zhuǎn)一個按鈕控制手臂向右旋轉(zhuǎn)與向左旋轉(zhuǎn)（機械手手動控制子程序結(jié)束）（機械手手動控制子程序結(jié)束）（程序結(jié)束）（程序結(jié)束）

4.6.2指令語句表編程語言第5章系統(tǒng)調(diào)試機電一體化物料分揀系統(tǒng)PLC程序應(yīng)在未帶載情況下模擬調(diào)試好，在接觸器等輸出狀態(tài)正確后，再將各個控制元器件接上，模擬調(diào)試完成后，則可進行現(xiàn)場安裝，并進行運行調(diào)試，確定參數(shù)，完善程序，最后交付運行使用。5.1程序的調(diào)試與運行監(jiān)控程序的調(diào)試及運行監(jiān)控是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經(jīng)編制就可以運行成功的，只有經(jīng)過試運行甚至現(xiàn)場運行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方并且進行修改。本設(shè)計中使用的編程軟件GX-DeveloperV7.0具有監(jiān)控功能，將仿真軟件GXSimulator6c安裝后就可直接在編程軟件中進行程序的調(diào)試及監(jiān)控。通過仿真軟件按照控制要求一步步進行輸入輸出端口設(shè)置，看輸出是否滿足控制要求。仿真時是否正常按預(yù)期效果輸出，若不是按預(yù)期效果輸出，再根據(jù)出不正常的地方返回用軟件仿真，查看相應(yīng)的軟件模擬動作是否正常，若有異再修改程序，這樣反復(fù)調(diào)試，直至程序可用模擬調(diào)試運行正常。如圖5.1、圖5.2、圖5.3所示是程序的調(diào)試及監(jiān)控。圖5.1程序調(diào)試及運行開始圖5.1程序調(diào)試及運行開始5.1.1對程序軟元件進行調(diào)試在仿真軟件中可以直接對各種軟器件進行置位，X0000-0237、Y0000-0237、T00-99、C00-99、M00-99等部分常用的軟器件可直接進行置位，對于特殊功能輔助繼電器、時間繼電器、計數(shù)器不能直接置位著。通過輸入（X000-0237）可強制置位，再觀察輸出（Y0000-0237）的變化這可以看出程序運行時的狀態(tài)，再根據(jù)控制要求一步步調(diào)試，直至程序調(diào)試成功。則可進行實物運行調(diào)試。圖5.2程序軟元件調(diào)試及運行監(jiān)控圖5.2程序軟元件調(diào)試及運行監(jiān)控5.1.2對程序時序圖進行監(jiān)控調(diào)試通過時序圖可以清楚的反應(yīng)出程序輸出的狀態(tài)，可以直接觀看到各個軟元件的時序圖，因而更有助于對程序的調(diào)試。圖5.3程序時序圖監(jiān)控調(diào)試圖5.3程序時序圖監(jiān)控調(diào)試

結(jié)束語自今年寒假開始就籌備著畢業(yè)設(shè)計，本期開校以來便一心投入畢業(yè)設(shè)計之中，在幾個月的時間里經(jīng)過自己的對一些新類容的學習，以及對PLC了解的加深，到目前為止“基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計”已經(jīng)完成。做這個題目的目的就是為了提高自己知識水平和技能，剛準備做的時候真不知該如何入手，也不知從何起步。所以開始階段我只有將自己在PLC控制方