材料自動分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計

2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書材料自動分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要自動分揀系統(tǒng)是目前物流中心中廣泛采用的一種自動化作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的作業(yè)過程可以簡單描述如下：流動中心每天接收成百上千家供給商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，將這些商品運送到指定地點(如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺等)，同時，當供給商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時，自動分揀系統(tǒng)在最短時間內(nèi)從龐大的高層貨架存儲系統(tǒng)中準確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的商品按配送進點的不同運送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺集中，以便裝車配送。自動分揀控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會各行各業(yè)，如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉庫……該控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高企事業(yè)單位該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。由于分揀系統(tǒng)運行平穩(wěn)、平安性高，同時，人工揀取物料的作業(yè)量降低，對物品的損壞減少，為顧客創(chuàng)造了更多的價值，為公司贏得了更多的信譽和商機。本文作者通過查閱大量資料，對自動分揀系統(tǒng)及其相關(guān)的技術(shù)開展、現(xiàn)狀和趨勢作了一個比擬全面的總結(jié)。在熟悉了自動分揀系統(tǒng)的原理的根底上，根據(jù)一定的分揀要求以三菱PLC為控制核心，MCGS組態(tài)軟件為監(jiān)控軟件，設(shè)計出材料分揀控制系統(tǒng)。該材料分揀系統(tǒng)以電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器等傳感器采集信號,傳輸給PLC芯片，驅(qū)動電磁閥對汽缸進行動作，實現(xiàn)現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點,對不同的分揀對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞材料自動分揀；傳感器；三菱PLC；MCGS組態(tài)軟件ABSTRACTAutomaticsortingsystemisthelogisticscenteriswidelyusedinanautomaticoperatingsystem,theoperatingsystemprocesscanbesimplydescribedasfollows:MobilityCenterreceiveeverydaythousandsofsuppliersorownerofthegoodsthroughvariousmeansoftransportsenttensofthousandsofkindsofcommodities,intheshortestpossibletimetounloadthesegoodsaccordingtothevarietyofgoods,consignor,storageortransmissionsitesarefastandaccurateclassification,thesegoodstransportedtothedesignatedlocations(suchasthespecifiedshelf,processingarea,shippingplatform),atthesametime,whenthesupplierortheownernotificationlogisticscenteraccordingtodistributionorder,automaticsortingsystemintheshortesttimefromhugethetopshelfstoragesystemtofindaccuratetothemerchandiselocation,inaccordancewiththerequirednumberofoutbound,fromadifferentstorageonExtractionofdifferentquantityaccordingtothedeliverypointdifferenttransportedtodifferenttallyareaordistributionplatform,sothatloadingdistribution.Automaticcontrolsystemiswidelyusedinallwalksoflife,suchas:logisticsdistributioncenter,postoffice,mining,ports,docks,warehouses......Theapplicationofthecontrolsystemcangreatlyimprovetheenterprisesandinstitutionsofthelinksoftheproductionefficiency.Sincethesortingsystemstableoperation,highsafety,atthesametime,artificialpickingmaterialoperationquantitytoreduce,reducedamageofgoods,forthecustomertomorevalue,forthecompanytowinmorereputationandbusinessopportunities.Theauthorofthisarticlethroughaccesstolargeamountsofdata,theautomaticsortingsystemanditsrelatedtechnologydevelopment,currentsituationandtrendmadeamorecomprehensivesummary.Familiarwiththeautomaticsortingsystembasedontheprinciples,accordingtocertainsortingrequirementstoMitsubishiPLCasthecontrolcore,MCGSconfigurationsoftwareformonitoringsoftware,designmaterialsortingcontrolsystem.Thematerialsortingsystemwithinductivesensors,capacitancesensors,colorsensorsandothersensortocollectsignals,transmittedtothePLCchip,drivetheelectromagneticvalvetocylindermotion,on-sitecontrolproductsautomaticsorting.Thesystemhasahighdegreeofautomation,stableoperation,highaccuracy,easysortingcontrolcharacteristics,fordifferentsortingobjects,modifythesystemcanreachtherequirements.KeywordsAutomaticsorting；Sensor；MitsubishiPLC；MCGSconfigurationsoftware目錄1緒論………………11.1自動分揀系統(tǒng)的定義………11.2自動分揀系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及開展趨勢………11.3自動分揀系統(tǒng)研究的意義…………………21.4論文主要內(nèi)容………………22系統(tǒng)總體設(shè)計……………………32.1系統(tǒng)方案的論證和選擇……………………32.2系統(tǒng)任務(wù)分析………………32.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計…………42.3.1材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖……………42.3.2材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)………53系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………93.1傳感器的選型……………93.1.1電感式傳感器…………93.1.2電容式傳感器…………103.1.3顏色傳感器……………123.2限位開關(guān)的設(shè)計……………133.3電磁閥的設(shè)計…………….143.4PLC的選型…………………153.5PLC輸入輸出接線端子圖…………………164系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………174．1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計………174.2PLC梯形圖程序設(shè)計………184.3整體梯形圖…………………194.4PLC程序指令表……………195MCGS組態(tài)控制工程設(shè)計………205.1組態(tài)軟件……………………215.2MCGS軟件功能特點…………215.3MCGS組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)分析……………………225.4自動分揀系統(tǒng)在組態(tài)工程中的應(yīng)用………235.4.1驅(qū)動選擇………………235.4.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定……245.5組態(tài)監(jiān)控功能概述…………276系統(tǒng)應(yīng)用及調(diào)試…………………286.1系統(tǒng)硬件調(diào)試………………286.2系統(tǒng)軟件調(diào)試………………286.3系統(tǒng)整體調(diào)試………………306.4材料自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計分析………307總結(jié)………………34參考文獻……………35致謝…………………36附錄…………………37TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論1．1自動分揀系統(tǒng)的定義自動分揀是指貨物進入分揀系統(tǒng)到指定的分配位置為止，都是按照系統(tǒng)設(shè)定的指令靠自動裝置來完成的。自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成?？刂蒲b置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去，根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口。1．2自動分揀系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及開展趨勢我國自動分揀機的應(yīng)用大約始于1980年代,近期的市場興起和技術(shù)開展始于1997年。自動分揀的概念先在機場行李處理和郵政處理中心得到應(yīng)用,然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實際需求的增長,各行業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域,并有望在將來向化裝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴展。這些領(lǐng)域的一個共同特點是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準確性要求高和人工處理效率低等特點。隨著社會的不斷開展，市場的競爭也越來越劇烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改良生產(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)本錢高，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。目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò)，把到達分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多；另外組態(tài)軟件的的開展，為物料分揀系統(tǒng)增添了新的活力。根據(jù)不同的作用，在各行各業(yè)需要分檢的地方衍生出很多的設(shè)備，如LED分光分選機等,主要類型有：堆塊式分揀系統(tǒng)Pushersortingsystem交叉帶式分揀系統(tǒng)CarbelSorting斜導輪式分揀機LineshaftDiverter搖臂式分揀機SwingArmDiverter物料分揀系統(tǒng)涵蓋了PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)，組態(tài)控制技術(shù)等內(nèi)容。1．3自動分揀系統(tǒng)研究的意義近二十年來,特別是物流行業(yè)，隨著經(jīng)濟和生產(chǎn)的開展,商品趨勢趨于"短小輕薄"，流通趨于小批量多品種和準時制〔JUST-IN-TIME，簡稱JIT)分揀作業(yè)已成為一項重要的工作環(huán)節(jié)，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨普遍。我國目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。顯然，隨著分揀量的增加、分送點的增多、配貨響應(yīng)時間的縮短和效勞質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)亟待提高。而國外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點多、過失率極低、效率高和根本上全自動操作的優(yōu)勢。日本一位物流專家認為，在用戶需求表現(xiàn)為多種小批量的時代，物流技術(shù)的三大措施是自動分揀機、自動化倉庫和無人自動引導車。自動分揀機是其中最接近與成熟的產(chǎn)品，這可以認為是國家對于自動分揀在物流技術(shù)中的地位和現(xiàn)狀的一個較好的概括。自動分揀系統(tǒng)成為當代物流技術(shù)開展的三大標志之一。1．4論文主要內(nèi)容文章第一章主要講述自動分揀系統(tǒng)的定義、開展現(xiàn)狀及趨勢、研究自動分揀系統(tǒng)的意義。文章第二章主要講述自動分揀系統(tǒng)設(shè)計方案的論證和選型、任務(wù)分析以及原理框圖的設(shè)計和分析。文章第三章主要講述自動分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計，從傳感器輸入模塊、PLC控制模塊、電磁閥電路等輸出模塊進行分析。文章第四章主要講述自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計，分析PLC控制程序的流程圖設(shè)計。文章第五章主要講述自動分揀系統(tǒng)在MCGS組態(tài)軟件中相關(guān)應(yīng)用。對系統(tǒng)進行監(jiān)控、仿真分析。文章第六章主要講述自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用及調(diào)試，從硬件、軟件到整體調(diào)試以及系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用設(shè)計。文章后面幾章主要講述了作者的思想總結(jié)、對老師的感謝語、論文寫作中所用到的相關(guān)參考文獻以及程序指令表的附錄等。2系統(tǒng)總體設(shè)計2．1系統(tǒng)方案的論證和選擇目前自動分揀系統(tǒng)主要分為兩種：PLC為控制核心；RAM芯片為控制核心。分析兩種不同控制方案的自動分揀系統(tǒng)，它們各自的特點不同。方案一PLC方案：材料分揀系統(tǒng)以電感、電容傳感器實現(xiàn)對金屬和非金屬的檢測、顏色傳感器實現(xiàn)對物品色差的檢測,信號傳輸給PLC芯片，控制相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動氣缸運作，加以組態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、輸入輸出接線端口多、易控制的特點，但是精度相對而言比擬低。方案二RAM方案：材料分揀系統(tǒng)中以傳感器為信號采集裝置，傳輸給RAM芯片的采集板，發(fā)送脈沖指令給電磁閥門推動汽缸運作，輔以相關(guān)的硬件設(shè)備實現(xiàn)產(chǎn)品的自動分揀功能，此系統(tǒng)精度高，技術(shù)要求高，但是I/O口相對較少，可擴展性不夠高。綜合上述兩種系統(tǒng)的特點，我們選擇方案一，以PLC為控制核心，輔以相關(guān)的硬件設(shè)備進行課題設(shè)計。2．2系統(tǒng)任務(wù)分析1.在物料斗中放三個不同的物塊，在程序運行后傳送電機開始運行傳送帶轉(zhuǎn)動，先運行一個周期，將傳動帶上的遺留的物料送入分揀槽中。分揀完成后，假設(shè)下料傳感器SN檢測的物料那么推料汽缸動作，傳送帶啟動，進入分揀程序假設(shè)無物料，那么停止運行，等待放入物料后，分揀裝置啟動，進行物料分揀。如果程序運行時，物料斗中沒有物體，那么運行一定時間后自動停止。2.當物塊靠近各傳感器時，就會使傳感動作，此時物塊并沒有到達物料槽的位置，因此要在檢測到物塊之后再計傳送帶運行的步距?！哺鱾鞲衅鞯撵`敏度不同，用試驗測定，在確定步距后，在程序中相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中進行修改〕當檢測到所走的步距后，驅(qū)動相應(yīng)的電磁閥控制氣缸推動物塊到相應(yīng)的物料槽中。3.各傳感器依次分別為，電感傳感器，可檢測出鐵質(zhì)物塊；電容傳感器，可檢測出金屬物塊；顏色傳感器，可檢測出不同的顏色，且色度可調(diào)。備用傳感器可選用顏色傳感器或者物體檢測傳感器。當鐵質(zhì)物塊經(jīng)過第一傳感器時被分揀出，當鋁質(zhì)物塊經(jīng)過第二傳感器時被分揀出，非金屬物塊中的某一顏色在過第三個傳感器時被分揀出。不同的在過第四傳感器時分揀出。4.擴展分揀功能,需調(diào)整傳感器的安裝位置分揀出金屬和非金屬,位置1:電容傳感器,位置2:物體檢測傳感器。分揀出某一顏色塊,位置1:顏色傳感器,位置2:物體檢測傳感器。分揀出非金屬中某一顏色,位置1:電容傳感器,位置:顏色傳感器,位置3:物體檢測傳感器。圖2.1各傳感器位置圖2．3系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.3.1材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖基于區(qū)分材料的材質(zhì)的不同而設(shè)計的材料自動分揀系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、不同顏色的材料的自動分揀。系統(tǒng)主要由下料傳感器、電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器作為采集輸入模塊，采集的信號傳遞給可編程控制器PLC，控制相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動汽缸進行材料自動分揀工作。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)。(2)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，按規(guī)律出料氣缸動作一次，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行。如果下料傳感器沒有感應(yīng)到材料，傳送帶不運行。(3)當電感傳感器檢測到鐵質(zhì)材料時，相應(yīng)出料氣缸將待測物體推下。(4)當顏色檢測傳感器檢測到材料為對應(yīng)顏色時，相應(yīng)出料氣缸動作將被檢測到的材料推下。(5)當電容傳感器檢測到鋁質(zhì)材料時，相應(yīng)出料氣缸動作將待測物體推下。(6)剩余材料落到傳送帶前方。(7)當料槽無材料時，傳送帶須繼續(xù)運行一個行程后自動停機。下列圖2.2為材料自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖：圖2.2系統(tǒng)原理框圖2.3.2材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)材料自動分揀系統(tǒng)采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，設(shè)置的轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計了可與PLC連接的轉(zhuǎn)接口。本裝置還設(shè)置了氣動方面的減壓器、濾清、氣壓指示等，可與各類氣源相連接。其外形結(jié)構(gòu)、各傳感器詳細位置見圖2.3。圖2.3材料分揀系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)圖材料分揀系統(tǒng)的各局部的結(jié)構(gòu)如下：1、轉(zhuǎn)接面板2、單向感應(yīng)電動機3、三菱PLC4、調(diào)壓閥、空氣濾器、油霧器與氣壓指示表5、內(nèi)置電源6、傳送帶7、擋板8、料槽9、10、11、12、13、先導式電磁換向閥14、16、18、20、23、氣缸回位限位開關(guān)〔磁感應(yīng)開關(guān)〕15、17、19、21、22、氣缸動作限位開關(guān)〔磁感應(yīng)開關(guān)〕24、電容傳感器SB25、顏色傳感器SC26、電感傳感器SA28、29、30、31、導料軌道32、氣缸133、氣缸234、氣缸335、氣缸436、氣缸5材料分揀系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的功能料槽(圖中的8)是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統(tǒng)開始運行。當系統(tǒng)運行時，啟動傳送帶〔圖中的6〕并由出料氣缸〔圖6中的36〕將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(圖中的2)驅(qū)動的皮帶式輸送裝置。為了防止氣缸的壓力過大而導致材料被打飛，所以在出料口加了擋板〔圖中的7〕。自動分選局部由傳感器〔圖中的24、25、26〕、先導式電磁換向閥〔圖中的9、10、11、12〕、氣缸〔圖中的32、33、34、35〕及導料軌道〔圖中的28、29、30、31〕組成。當傳感器檢測到相應(yīng)料塊時，對應(yīng)的先導式電磁換向閥動作驅(qū)動氣缸動作將其推人應(yīng)去的滑道。例如：當電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時，對應(yīng)的氣缸〔圖中的36〕動作，將鐵塊推入對應(yīng)的導料軌道〔圖中的31〕。調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表〔圖中的4〕集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。來自氣源的壓縮空氣其壓力通常都高于設(shè)備和裝置所需的工作壓力，因壓力波動比擬大，因而需要調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定?？諝膺^濾器是氣動系統(tǒng)中最常見的一種空氣凈化裝置，安裝在使用壓縮空氣的設(shè)備氣動系統(tǒng)氣源的入口處。其作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以到達系統(tǒng)要求的凈化程度。過濾的原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣中的分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害去除。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，到達潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。目前氣動控制閥、氣缸和氣馬達主要是靠這種有油霧顆粒的壓縮空氣來實現(xiàn)潤滑，它的主要優(yōu)點是方便、干凈、潤滑的質(zhì)量高。在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅(qū)動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實現(xiàn)對三個內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。材料分揀系統(tǒng)選用的是方向控制閥中的先導式電磁換向閥。氣動換向閥是利用電磁力的作用來實現(xiàn)閥的換向的。主要有電磁局部和主閥兩局部組成，按照控制方式的不同可以分為直動式和先導式。先導式電磁換向閥首先由直動式電磁閥〔先導閥〕提供控制氣壓，再去控制主閥閥芯的運動，實現(xiàn)主閥的換向。因為這種閥的輸出流量較大，故常作為控制氣缸的主控閥。當傳感器感應(yīng)到有材料通過時，輸出一個信號，這個信號通過PLC實現(xiàn)對先導式電磁換向閥的控制，先導式電磁換向閥又控制相對應(yīng)的氣缸來彈出材料到導料軌道。每個氣缸上都有兩個磁感應(yīng)開關(guān)，它們是有開關(guān)量輸入輸出的傳感器。分別作為氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動作限位開關(guān)。磁感應(yīng)開關(guān)是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在傳感器的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應(yīng)面時，金屬中那么產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。當氣缸動作時動作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關(guān)感應(yīng)動作從而關(guān)閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。導料軌道〔圖中的28、29、30、31〕主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。轉(zhuǎn)接板上有相對應(yīng)的指示燈，用于指示各個輸入輸出信號的指示以便于我們進一步控制。控制器采用三菱FX2N---32MR型PLC〔圖中的3〕。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、單向感應(yīng)電動機、氣缸位置傳感器的信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。內(nèi)置電源〔圖中的5〕可以將220交流電轉(zhuǎn)換成24伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個指示燈，同時也為單向感應(yīng)電動機提供穩(wěn)定的220伏電。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3．1傳感器的選型3.1.1電感式傳感器此傳感器接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，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)振蕩能力衰減，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)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來檢測鐵質(zhì)材料。電感式接近傳感器選擇LE4-1K，技術(shù)參數(shù)如表3.1：表3.1電感式傳感器技術(shù)參數(shù)工作電壓10-30V額定電流200MA感應(yīng)距離4mm圖3.1電感傳感器工作原理圖圖3.2電感傳感器LE4-1K成品圖電感傳感器介紹：由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通鼓勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：①無活動觸點、可靠度高、壽命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復性好；⑤測量范圍寬〔測量范圍大時分辨率低〕；⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；⑦對鼓勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量〔如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等〕的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。3.1.2電容傳感器此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)成電容器的一個極板,而另一個極板是待測物體的本身。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)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測鋁質(zhì)材料。電容式傳感器選擇OMRON的E2K—X81ME1型，技術(shù)參數(shù)如表3.2：表3.2電容式傳感器技術(shù)參數(shù)工作電壓10-30V額定電流200MA感應(yīng)距離8mm圖3.3電容傳感器工作原理圖圖3.4電容傳感器E2K—X81ME1成品圖電容傳感器介紹：用電測法測量非電學量時，首先必須將被測的非電學量轉(zhuǎn)換為電學量而后輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為變換器；根據(jù)不同非電學量的特點設(shè)計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測的力學量〔如位移、力、速度等〕轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無源變換器，需要將所測的力學量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長度或者長度比值進行測量的量，而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求，在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅到達1～5μm數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01μm，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為100±5μm，因此他在精密小位移測量中受到青睞。對于上述這些力學量，尤其是緩慢變化或微小量的測量，一般來說采用電容式傳感器進行檢測比擬適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點：(1)測量范圍大其相對變化率可超過100%；(2)靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達10-7數(shù)量級；(3)動態(tài)響應(yīng)快，因其可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量；(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強磁場、強輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。3.1.3顏色傳感器此傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在Si等多數(shù)光電二極管之前，分別放置R〔紅〕、G〔綠〕、B〔藍〕三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的輸出信號并識別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識別綠色與黃色的材料。本系統(tǒng)共設(shè)置了三個檢測材料的傳感器，同時預留了一個空余的電磁閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。選用TAOS公司生產(chǎn)的，型號為TCS230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。TCS230傳感器引腳如下列圖所示。圖3.5TCS230顏色傳感器圖3.6顏色傳感器TCS230成品圖RGB顏色傳感器介紹：TCS230是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。TCS230采用8引腳的SOIC外表貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器，16個光電二極管帶有綠色濾波器，16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2Hz~500kHz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強對應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。表2是S0、S1及S2、S3的可用組合。表3.3S0、S1及S2、S3的組合選項S0S1輸出頻率定標S2S3濾波器類型LL關(guān)斷電源LLHH20%LHLH20%HLLH100%HH紅色藍色無綠色3.2限位開關(guān)的設(shè)計限位開關(guān)就是用以限定機械設(shè)備的運動極限位置的電氣開關(guān)。這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比擬直觀，機械設(shè)備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關(guān)的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了〔或改變了〕控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關(guān)有一定的“超行程”以保護開關(guān)不受損壞。非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等。材料自動化分揀系統(tǒng)中,氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動作限位開關(guān)都選用D—C73型號的磁感應(yīng)開關(guān)，控制功率高、作用距離大、結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、工作穩(wěn)定可靠、壽命長。適合用于自動控制系統(tǒng)中，進行自動檢測、定位、保護等。它的技術(shù)參數(shù)如表3.4所示：表3.4限位開關(guān)的技術(shù)參數(shù)額定電壓DC24VAC110V額定電流DC：5~40mAAC:5~20mA而震程度10~50HZ使用溫度0~60攝氏度3.3電磁閥的設(shè)計ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個常開進油電磁閥的最大起動電流約為3.6A;4個常閉出油電磁閥最大起動電流約為2.4A。而L9439的工作電壓4.5～32V，兩路通道內(nèi)阻0.2Ω，最大負載電流3A；另兩路內(nèi)阻0.3Ω，最大負載電流5A，恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅(qū)動電流要求，而且較低的導通內(nèi)阻又能保證低功耗，因此L9349非常適合進行ABS電磁閥的驅(qū)動控制。電磁閥驅(qū)動電路原理圖見圖3.7。圖3.7電磁閥驅(qū)動電路原理圖在圖中，每片L9349能驅(qū)動4個電磁閥工作，屬于典型的低端驅(qū)動。通過Vs端口給芯片提供12V供電電壓；當給輸入端IN1～IN4PWM控制信號，就能方便地控制輸出端以驅(qū)動4路電磁閥工作，OUT1和OUT2端口的最大驅(qū)動能力為5A，應(yīng)該連接ABS的常閉電磁閥；OUT3和OUT4端口最大驅(qū)動能力為3A，應(yīng)連接ABS常開電磁閥，不可接反；EN端口為使能端，能通過MCU快速關(guān)閉芯片；L9349的數(shù)字地和模擬地分開，提高了驅(qū)動模塊的抗干擾能力。3.4PLC的選型根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號12個，均為開關(guān)量。輸出信號有5個，其中一個控制電動機，剩下的控制電磁閥，也都是開關(guān)量。根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應(yīng)功能，如表3.5所示：表3.5I/O接線表輸入部分x010sfw2x011sfw3氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)氣缸動作限位開關(guān)電感傳感器電容傳感器顏色傳感器氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)氣缸回位限位開關(guān)判斷下料有無(下料傳感器)x017x013x000x001x002x005x006x007x015x014sfw4sfw5sasbscsbw2sbw3sbw4sbw5sn輸出部分y000y001y003y004y005yv2yv3yv4yv5m先導式電磁換向閥11先導式電磁換向閥10先導式電磁換向閥9先導式電磁換向閥13傳送帶再根據(jù)PLC選型的要求，在實際統(tǒng)計的輸入/輸出點數(shù)的根底上需15%---20%的備用量，因此選擇三菱FX2N—32MR的PLC作為主機，它可以滿足本系統(tǒng)的需求，且還有一定的剩余I/O以備將來的擴展。3.5PLC輸入輸出接線端子圖根據(jù)表3.5，利用AutoCAD繪圖軟件可以繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖，如下列圖3.8所示。圖3.8PLC輸入輸出接線端子圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設(shè)計出梯形圖。材料自動分揀系統(tǒng)采用三菱公司的FXFP_WIN_C作為編程軟件，此軟件是專為三菱PLC而設(shè)計的編程軟件，適用于FX型號的PLC?？梢酝ㄟ^梯形圖符號、指令語句以及SFC符號創(chuàng)立編輯程序，還可以在程序中參加中文或者英文注釋，并且還可以通過該軟件監(jiān)控PLC運行時各編程元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化，還具有程序和監(jiān)控結(jié)果打印的功能。4.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如下列圖4.1所示。圖4.1控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)。假設(shè)為連續(xù)運行狀態(tài)，那么系統(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;假設(shè)為單次運行，那么汽缸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，那么電機重新運行，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，比方只分揀金屬和非金屬，那么只需對傳感器的安放或程序進行修改即可。4.2PLC梯形圖程序設(shè)計根據(jù)材料自動分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計出梯形圖，梯形圖的局部程序分析如下：1、啟動材料自動分揀機，開關(guān)X014判斷是否有材料，無材料系統(tǒng)運行30S后自動停下，送料汽缸啟動電機停止轉(zhuǎn)動，汽缸限位開關(guān)運作，傳送帶停止動作。2、開關(guān)X014判斷有無材料，如有材料，汽缸限位開關(guān)運作，系統(tǒng)每隔2S送一次料，系統(tǒng)開始自動分揀動作。3、開關(guān)X0、X2、X1傳感器開關(guān)開始運作，如檢測到相對應(yīng)的材料，那么汽缸運作推動物體到相應(yīng)的物品槽里，如無檢測到相應(yīng)的物體，那么繼續(xù)運作到下個傳感器進行檢測，檢測完畢自動進行結(jié)束。然后繼續(xù)下一輪的檢測。4.3整體梯形圖4.4PLC程序指令表根據(jù)系統(tǒng)的程序流程圖，設(shè)計出材料自動分揀系統(tǒng)中PLC程序的指令表，見附錄。5MCGS組態(tài)控制工程設(shè)計5.1組態(tài)軟件組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)(RTUSystem,RemoteTerminalUnit)。5.2MCGS軟件功能特點簡單靈活的可視化操作界面MCGS嵌入版采用全中文、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嵌入版的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。實時性、有良的并行處理性能MCGS嵌入版是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位WindowsCE操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實時性強的關(guān)鍵任務(wù)和實時性不強的非關(guān)鍵任務(wù)進行分時并行處理，使嵌入式PC機廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。豐富、生動的多媒體畫面MCGS嵌入版以圖像、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)及異常報警等相關(guān)信息；用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果；對圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實現(xiàn)動畫效果。完善的平安機制MCGS嵌入版提供了良好的平安機制，可以為多個不同級別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限。此外，MCGS嵌入版還提供了工程密碼，以保護組態(tài)開發(fā)者的成果。強大網(wǎng)絡(luò)功能MCGS嵌入版具有強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能支持串口通訊，Modem串口通訊、以太網(wǎng)TCP/IP通訊，不僅可以方便快捷的實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，還可以通過Web瀏覽功能，在整個企業(yè)范圍內(nèi)瀏覽監(jiān)測到整個的生產(chǎn)信息，實現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。多樣化的報警功能MCGS嵌入版提供多種不同的報警方式，具有豐富的報警類型，方便用戶進行報警設(shè)置，并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示報警信息，對報警數(shù)據(jù)進行存儲與應(yīng)答，為工業(yè)現(xiàn)場平安可靠地生產(chǎn)運行提供有力的保障。支持多種硬件設(shè)備實現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”。MCGS嵌入版針對外部設(shè)備的特征，設(shè)立設(shè)備工具箱，定義多種設(shè)備構(gòu)件，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，賦予相關(guān)的屬性，實現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動和控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便選擇各種設(shè)備構(gòu)件。不同的設(shè)備對應(yīng)不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其它構(gòu)件和整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，因此MCGS嵌入版是一個“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動，而影響整個系統(tǒng)。方便控制復雜的運行流程MCGS嵌入版開辟了“運行策略”窗口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構(gòu)件，用圖形化的方法和簡單的類Basic語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的翻開或關(guān)閉，與實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)自由、精確地控制運行流程，同時也可以由用戶創(chuàng)立新的策略構(gòu)件，擴展系統(tǒng)的功能。良好的可維護性MCGS嵌入版系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構(gòu)件的形式來構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨立。三種根本類型的構(gòu)件〔設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件〕完成了MCGS嵌入版系統(tǒng)的三大局部〔設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制〕的所有工作。用自建文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性更高由于MCGS嵌入版不再使用ACCESS數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)，而是使用了自建的文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)存儲，所以與MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的可靠性更高，在異常掉電的情況下也不會喪失數(shù)據(jù)。設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便對象元件庫，實際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象〔包括圖形對象、窗口對象、策略對象以至位圖文件等〕以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當前的工程所用，隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴大和豐富。這樣解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便?？傊琈CGS嵌入版組態(tài)軟件具有與MCGS通用版組態(tài)軟件一樣強大的功能，并且操作簡單，易學易用，普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓就能迅速掌握多數(shù)工程工程的設(shè)計和運行操作。同時使用MCGS嵌入版組態(tài)軟件能夠避開復雜的嵌入版計算機軟、硬件問題，而將精力集中于解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。5.3MCGS組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)分析MCGS嵌入版生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個局部構(gòu)成，如下列圖5.1所示：圖5.1MCGS嵌入版結(jié)構(gòu)圖主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓，以及運行流程、特性參數(shù)和啟動特性等項內(nèi)容，是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。設(shè)備窗口是MCGS嵌入版系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進來，送入實時數(shù)據(jù)庫，或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。用戶窗口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構(gòu)件。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象，用戶可以構(gòu)造各種復雜的圖形界面，用不同的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。實時數(shù)據(jù)庫是MCGS嵌入版系統(tǒng)的核心實時數(shù)據(jù)庫相當于一個數(shù)據(jù)處理中心，同時也起到公共數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。從外部設(shè)備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)其它局部操作的數(shù)據(jù)也來自于實時數(shù)據(jù)庫。運行策略是對系統(tǒng)運行流程實現(xiàn)有效控制的手段運行策略本身是系統(tǒng)提供的一個框架，其里面放置由策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”，通過對運行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作任務(wù)，實現(xiàn)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。5.4自動分揀系統(tǒng)在組態(tài)工程中的應(yīng)用5.4.1驅(qū)動選擇翻開MCGS組態(tài)環(huán)境這個軟件，進入它的主界面。設(shè)計出監(jiān)控的畫面如圖5.2。圖5.2材料分揀系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控畫面5.4.2組態(tài)控制參數(shù)與通訊參數(shù)的設(shè)定首先對畫面上的按鈕進行動畫連接設(shè)置。例如：單擊畫面上的材料庫指示燈，在表達式里設(shè)置SN=1，閃爍實現(xiàn)方式與閃爍速度的設(shè)置如下列圖5.3所示：圖5.3動態(tài)組態(tài)屬性設(shè)置對于其它的指示燈設(shè)置方法也如材料庫指示燈，但表達式必須對應(yīng)各自的變量參數(shù)。當其它指示燈的對應(yīng)變量設(shè)置完成之后。對組態(tài)的通訊參數(shù)進行設(shè)置，翻開設(shè)備窗口分別添加如下兩個設(shè)備：通用串口父設(shè)備和FX系列編程口。圖5.4設(shè)備的添加雙擊通用串口父設(shè)備彈出通用串口父設(shè)備屬性編輯對話框，對它的參數(shù)作如下設(shè)置，當設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。圖5.5通用串口設(shè)備屬性編輯再對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)進行設(shè)置，當設(shè)置好參數(shù)后點擊檢查，無誤后點確定。表5.1FX系列參數(shù)表對應(yīng)數(shù)據(jù)對象通道類型SN只讀X00000SA只讀X00001SB只讀X00002SC只讀X00003SFW2只讀X00004SFW3只讀X00005SFW4只讀X00006SFW5只讀X00007SBW2只讀X00010SBW3只讀X00011SBW3只讀X00012SBW4只讀X00013SBW5只讀X00014YV2讀寫Y00000YV3讀寫Y00001YV4讀寫Y00002YV5讀寫Y00003M讀寫Y00004圖5.6設(shè)備屬性圖5.5組態(tài)監(jiān)控功能概述通過對組態(tài)的畫面與通訊參數(shù)的設(shè)置之后就可以對材料分揀系統(tǒng)進行監(jiān)控了。當材料庫里有材料時，相應(yīng)指示燈開始閃爍。同時傳送帶的指示燈也閃爍，說明傳送帶在工作。SA、SB、SC分別為電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器的指示燈，當材料分揀系統(tǒng)感應(yīng)到對應(yīng)的材料時指示燈開始指示。SBW2、SBW3、SBW4、SBW5的指示燈在汽缸動作時熄滅，當汽缸復位時燈變亮。YV2、YV3、YV4、YV5為電磁閥的指示燈，當電磁閥動作時對應(yīng)的指示燈變亮。6系統(tǒng)應(yīng)用及調(diào)試材料自動分揀系統(tǒng)中傳感器占了較重要的位置，電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器以及備用傳感器的調(diào)試顯得尤為重要。另外，在PLC軟硬件設(shè)計完成后，應(yīng)進行調(diào)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)試打好根底，縮短整體調(diào)試的周期。最后，MCGS組態(tài)仿真軟件在使用前也需要仔細的進行檢查，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)。6.1系統(tǒng)硬件調(diào)試1．電感傳感器的調(diào)試在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)材料的檢出點。2．電容傳感器的調(diào)試在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鋁質(zhì)材料的檢出點。3．顏色傳感器的調(diào)試通電狀態(tài)下，在顏色傳感器下方的傳送帶上，放置帶有某一顏色料塊，調(diào)節(jié)傳感器上的電位器，觀察窗口中紅綠〔或藍〕指示燈，當兩燈恰同時發(fā)光時，該靈敏點即為料塊顏色檢出點。〔注：順時針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動，否那么反之〕6.2系統(tǒng)軟件調(diào)試將所編寫的梯形圖程序進行編譯，通過上下位機的連接電纜把程序下載到PLC中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時都能作出正確的響應(yīng)，需要進行離線測試，既不將PLC的輸出接到設(shè)備上。按照控制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，假設(shè)輸出不符合要求，那么查找原因，并排除之。PLC程序上機調(diào)試中遇到一些困難，但經(jīng)過潛心鉆研，解決了相關(guān)問題。下列圖6.1和6.2為上機調(diào)試圖。圖6.1PLC上機程序調(diào)試效果圖圖6.2PLC聯(lián)機調(diào)試接線圖6.3系統(tǒng)整體調(diào)試將設(shè)備接入PLC，進行聯(lián)機調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。下列圖6.3為材料自動分揀機全機圖。圖6.3材料自動分揀機6.4材料自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計分析材料自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高企事業(yè)單位該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率，故廣泛應(yīng)用于社會各行各業(yè)，如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉庫……。以機場行李自動分揀系統(tǒng)為例，淺析材料自動分揀系統(tǒng)在現(xiàn)實行業(yè)中的應(yīng)用情況。在大型的國際機場，客運繁忙，一分種內(nèi)就會有假設(shè)干架飛機起飛或降落。為了能夠滿足這種起降頻率，提高工作效率，自動分揀旅客的行李就顯得十分重要。目前采用的方法是將條碼貼在旅客行李上，然后采用條碼識別系統(tǒng)來進行行李的自動分揀。為了能夠高效率地識別皮帶式或托盤式輸送帶上的行李條碼，需要包括條碼閱讀器、控制器及安裝構(gòu)架等在內(nèi)的一套閱讀系統(tǒng)。T形碼和長條形(Linear)碼是目前在行李上常使用的條碼類型。由于其組成形式的不同，Linear碼比T形碼難檢測。所以Linear碼的識別系統(tǒng)會比T形碼識別系統(tǒng)多使用4—6個條碼識讀器，并采用更密集的條碼識讀器安裝方式。但T形碼易受外界因素，如輸送帶傳送過程，印刷過程等的影口向。一般來講可使用Linear碼識別系統(tǒng)來檢測T形碼，并且能使識讀率提高3％-7％。1998年6月1日正式啟用的香港新國際機場內(nèi)安裝的28套行李自動分揀系統(tǒng)，采用了SICK公司的ALIS(AirportLuggageldentificationSystem)系統(tǒng)，共400多個條碼識讀器。此機場行李輸送帶的類型為皮帶式，其寬度為lm，運行速度為1．8m／so需檢測的條碼的類型為T形碼此系統(tǒng)為用于檢測T形碼的識別系統(tǒng)，包括了360~環(huán)繞安裝的16個條碼識讀器，1個控制器及鋁材質(zhì)的安裝構(gòu)架。下面以此系統(tǒng)為例，介紹一下如何利用條碼和條碼識別系統(tǒng)來進行機場行李的自動分揀。ALIS系統(tǒng)是一個全自動的條碼識讀系統(tǒng)。根據(jù)用戶的不同要求，此系統(tǒng)最多由24個條碼識讀器，一個控制器，一些用來檢測行李位置和外形的光電開關(guān)及安裝和固定條碼識讀器的構(gòu)架組成。分揀系統(tǒng)的框圖如圖3所示。下面分別介紹此系統(tǒng)的硬件和軟件。1.控制器工控機，供電單元，光電耦合器及一些接口元件被放置在一個控制柜內(nèi)作為此系統(tǒng)的控制器?？刂破髋c工控制的結(jié)合，易于編程。系統(tǒng)接口局部完全自診斷，并能滿足用戶的具體要求。控制器作為些系統(tǒng)的控制中心所列部件相連接。此控制器具備下述特點：

1).通過檢測外部光電開關(guān)傳送的數(shù)字輸入信號，可獲取條碼識讀器的識讀距離；

2).可動態(tài)控制條碼識讀器的識讀距離；

3).可查詢所有條碼識讀器的檢測結(jié)果；

4).可分析單個條碼識讀器的驗測結(jié)果，確定最后的正確檢測結(jié)果；

可與主機通訊；

5).可統(tǒng)計一段時間內(nèi)的檢測結(jié)果；

6).對整個系統(tǒng)監(jiān)測，并可將檢測數(shù)據(jù)存儲到硬盤；

7).使用LCD顯示系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果。2．條碼閱讀器

用于ALIS系統(tǒng)條碼檢測的識讀器是直接獲取條』碼內(nèi)容的傳感器。它的性能好壞直接影響著整個系統(tǒng)的檢測可靠性。一般來講，與其它工業(yè)生產(chǎn)線上的識讀器相比，它應(yīng)具備更寬的讀取距離范圍，更高性能的條碼識讀能力及具備自動調(diào)焦等功能。SICK的CLV490，由于采用了專利的測頻技術(shù)采測量與物體之的距離，使它能夠?qū)崿F(xiàn)焦距的實時自動調(diào)節(jié)，使得送帶上行李大小的變化不影口向檢測。另外，以下特也大大提高了檢測的可靠性：1)掃描的傾斜角度范圍為-45度—+45度，使條碼的位置傾斜對掃描性能沒有影響；

2)條碼掃描的分辨率為0．3-0．5mm，識讀距離可達2.2m；

3)具有實時譯碼器和專利的"SMART"條碼識別功能，大大提高了檢測的可靠性，使它能夠識讀被局部損壞，污損或被局部覆蓋的條碼

4)掃描角度可高達60度；

5)掃描頻率最高可達1200Hz(600到1200Hz之間可調(diào))，適合高速運行的輸送帶；

6)可連接到CAN總線，適合不同用戶對系統(tǒng)的要求；

7)4個可編程設(shè)定的輸出及5個可編程設(shè)定的輸入，方便用戶；

8)與主機的通訊接口為RS232／422／485；

9)IP65防護等級的接線插頭具一體化的參數(shù)存儲器(EEPROM)，使得在進行條碼識讀器的替換時，只需插上接口插頭而不必重新設(shè)置參數(shù)。

一般來講，行李分揀系統(tǒng)都會以LCD的形式顯示有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果的信息。ALIS系統(tǒng)主菜單下的分菜單包括實時信息和統(tǒng)計信息兩大類。實時信息包括系統(tǒng)狀態(tài)，單個條碼識讀器狀態(tài)，輸入/輸出狀態(tài)及位置信息4個分菜單，統(tǒng)計信息包括條碼識讀器日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主機統(tǒng)計數(shù)據(jù)及總統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主機統(tǒng)計數(shù)據(jù)及總統(tǒng)計數(shù)據(jù)4個分菜單。這種菜單結(jié)構(gòu)清晰可見，方便系統(tǒng)管理員隨時查閱實時狀態(tài)和統(tǒng)計結(jié)果，輕松掌握整個系統(tǒng)的運行情況。1).系統(tǒng)狀態(tài)顯示了條碼及與主機通訊的實時狀態(tài)；

2).數(shù)據(jù)I/O信號顯示了輸入和輸出信號的邏輯狀態(tài)；

3).單個條碼識讀器的狀態(tài)顯示了單個條碼上次識讀數(shù)據(jù)，正確識讀率及錯誤代碼在內(nèi)的運行數(shù)據(jù)；

4).每100次識讀后的統(tǒng)計信息就會被傳送到主機。內(nèi)容包括單個識讀器的正確識讀率，總正確識讀率等；

5).總統(tǒng)計信息，包括總的正確識讀率和單個識讀器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

6).日境計數(shù)據(jù)顯示了近20日內(nèi)每日的總識讀數(shù)及正確識讀率等信息；