《基于PLC的智能分揀系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究12000字（論文）》

PAGEii基于PLC的智能分揀系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究摘要近年來，得益于電商行業(yè)的大力發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)中對于自動化工作的需求增加，使得分揀系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，根據(jù)不同的分揀需求，設(shè)計并建立了不同的分揀系統(tǒng)，特別是在人力成本越來越高昂的情況下，許多的需要進(jìn)行分揀工作的企業(yè)也都迫切希望建立自己的智能分揀系統(tǒng)。通過盡量少的人力完成同樣的工作，以此增加企業(yè)的生產(chǎn)效益。PLC控制方法作為目前工業(yè)控制里面較為常用的一種控制方法，其在分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用也已較為成熟。本文設(shè)計的智能分揀系統(tǒng)是一款基于PLC控制，以PLC為主控制器，采用氣動閥技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機等技術(shù)，實現(xiàn)對工業(yè)產(chǎn)品的自動分揀。該系統(tǒng)具有自動化控制、工作穩(wěn)定、分揀效率高、便于控制等特點，可以按照不同分揀要求，稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)分揀功能。關(guān)鍵詞： 可編程控制器；分揀系統(tǒng)；傳感器；PLC目錄TOC\o"2-3"\h\z\t"標(biāo)題1,1,次標(biāo)題,1"目錄 iii1 緒論 11.1 課題的目的和意義 11.2 自動化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展概況 11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平 21.4 發(fā)展趨勢 31.5 本論文研究的主要內(nèi)容 32 智能分揀系統(tǒng)整體概述 42.1 分揀系統(tǒng)基本組成 42.2 分揀系統(tǒng)功能 62.3 分揀系統(tǒng)控制要求 72.3.1 控制要求 72.4 設(shè)備選型 83 智能分揀系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析 103.1 PLC技術(shù)與應(yīng)用 103.1.1 PLC概述 103.1.2 PLC的發(fā)展 103.1.3 PLC結(jié)構(gòu)特點 103.1.4 PLC選擇 133.1.5 I/O口配置 143.2 傳感器技術(shù)與應(yīng)用 163.2.1 傳感器技術(shù)概述 163.2.2 傳感器選型 163.3 PLC程序設(shè)計 173.3.1 程序設(shè)計流程圖 173.3.2 梯形圖程序 183.4 信號報警與安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計 193.4.1 信號報警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計原則 193.4.2 信號報警系統(tǒng) 193.4.3 安全連鎖系統(tǒng) 194 控制邏輯與監(jiān)控界面組態(tài) 204.1 主控界面 204.2 物料傳送與分揀 215 總結(jié)與展望 235.1 總結(jié) 235.2 展望 23參考文獻(xiàn) 25附錄 26 PAGE10 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計緒論課題的目的和意義分揀系統(tǒng)作為自動化物流系統(tǒng)的重要組成，在工業(yè)生產(chǎn)中，以及國內(nèi)、國際商業(yè)貿(mào)易中都有著極為廣泛的運用。智能分揀系統(tǒng)主要是通過提前設(shè)定指令，系統(tǒng)對指定物品進(jìn)行挑選和分類，然后將物品送達(dá)系統(tǒng)指定的裝置中，實現(xiàn)工業(yè)中對物品按一定的要求進(jìn)行揀選、分類的功能，是企業(yè)完成生產(chǎn)的非常重要的一項保障，特別是物流企業(yè)，是其業(yè)務(wù)的最重要的環(huán)節(jié)之一。因此智能分揀系統(tǒng)對促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易發(fā)展都具有不可替代的作用。自動化控制系統(tǒng)，因為其穩(wěn)定的工作效率，超高的穩(wěn)定性，以及對于特殊環(huán)境的適應(yīng)能力，相對于人工而言，其優(yōu)點不言自明。之前需要上萬人齊心協(xié)力的工作，一環(huán)出問題可能都會影響企業(yè)生產(chǎn)的總體效率，而如今通過自動化工作，不止降低了人力成本，還減少因人為操作失誤造成的損失或者災(zāi)難。在分揀系統(tǒng)領(lǐng)域還有許多可進(jìn)一步研究發(fā)展和優(yōu)化的方向，本論文是基于PLC控制原理而設(shè)計的一種智能分揀系統(tǒng)，它能夠在無人參與的情況下，長時間、大規(guī)模的完成自動分揀。而且由于其相對于人工分揀，產(chǎn)生的誤差極低，可以極大的提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率。幫助企業(yè)在激烈的市場競爭中獲取優(yōu)勢。自動化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展概況一個時期的國家在當(dāng)今時代中,裝備制造能力的最高層次水平的體現(xiàn)就是其工業(yè)自動化的生產(chǎn)與制造水平,同時它也是一個時期的國家對制造業(yè)發(fā)達(dá)水平的一個重要表現(xiàn),也是這個時期國家對其綜合經(jīng)濟實力的重要方面。我國的自動化制造線始建于20世紀(jì)30年代,誕生于當(dāng)時的生產(chǎn)工藝技術(shù)先進(jìn)型美國,給美國的制造業(yè)帶來了空前發(fā)展的契機,生產(chǎn)工藝技術(shù)要求和效率也得到了極大地提高。在首代自動生產(chǎn)線中，大多數(shù)使用的還是原來的機械構(gòu)件參與生產(chǎn)，因為機構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜、制造工藝比較低、并沒有極大的改變生產(chǎn)效率，所以它并不適用在多品種、小規(guī)模的生產(chǎn)當(dāng)中。隨后，根據(jù)工業(yè)要求出現(xiàn)了第二代自動控制的生產(chǎn)線，第二代使用繼電器作為控制單元，而不是原來傳統(tǒng)化的機械組件，實現(xiàn)自動控制，不過由于電氣中復(fù)雜的線路、安全性能和不高。如今在生產(chǎn)中使用的是采用機械、電氣、液壓、氣動相結(jié)合的第三代自動生產(chǎn)線，進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)的同時，提高了穩(wěn)定性和安全性能。使用靠近開關(guān)替代了來原來的行程開關(guān)。應(yīng)用mcgs,組態(tài)王等組態(tài)軟件,使用監(jiān)視和控制功能后就可以對企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的主要設(shè)備實時監(jiān)視和控制功能,可以看到企業(yè)主控制畫面中所有生產(chǎn)線上各個設(shè)備在生產(chǎn)過程中主要設(shè)施的實時運行和工作。通過安裝一個檢測儀器或者是將檢測到的裝置放在生產(chǎn)線上某些非常關(guān)鍵的工位上,可以對其進(jìn)行各種參數(shù)的實時比較,把所測量到的儀器或者是在正常情況下所需要檢測到的各種參數(shù)和值進(jìn)行了比較,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不正常時立即發(fā)射出報警信號，生產(chǎn)線便在系統(tǒng)的控制下隨即停止工作，可以確保生產(chǎn)過程的安全，并且預(yù)防生產(chǎn)安全事故，通過此方法更進(jìn)一步提升了生產(chǎn)線的安全性。國外公司在汽車,電子和計算機電氣行業(yè),物流和倉庫中使用了許多先進(jìn)的自動化設(shè)備和生產(chǎn)線,以確保其產(chǎn)品質(zhì)量和運營管理的效率。由于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模的進(jìn)一步擴大、深化,不斷地更新和開發(fā)一條自動化的生產(chǎn)線已經(jīng)變得極其重要。自動化生產(chǎn)技術(shù)的實際運用,能夠有效地改善生產(chǎn)過程中的效率和質(zhì)量,降低手工操作的難度。成本控制使得公司的經(jīng)營活動變得具有競爭力。我國當(dāng)前的裝備制造業(yè),特別是摩托車,家用電器,汽車等裝備制造行業(yè),正在激烈地競爭當(dāng)中。制造業(yè)正迫切需要一種自動化制造設(shè)備的運用。隨著plc控制技術(shù),變頻器技術(shù),計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步和迅猛發(fā)展,企業(yè)的自動化也已經(jīng)擁有了越來越多的設(shè)備和生產(chǎn)線,現(xiàn)代工業(yè)自動化設(shè)備的數(shù)量和種類正在迅速擴大。其主要作用就是與整個系統(tǒng)進(jìn)行集成。系統(tǒng)化主要是一種泛指在微處理器各個單元的控制下進(jìn)行信號檢測,信號的傳輸和處理,自動控制及執(zhí)行的生產(chǎn)線、驅(qū)動器和其他機制有序地協(xié)同工作。各種技術(shù)的有機結(jié)合，例如微電子，電氣和電子，傳感器測試，接口，信息轉(zhuǎn)換，應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備的機械和網(wǎng)絡(luò)通信。近年來引入了一些新的控制原則。這也就是控制技術(shù)發(fā)展的另外一個方向,即智能化控制。我國智能化控制的理論取得長足進(jìn)步。該控制理論不同于經(jīng)典的控制原則理論,也不同于其他現(xiàn)代的控制原則,而是在其之上發(fā)展的一種全新的控制原則?？刂破髟擁椖坎煌谖覀儌鹘y(tǒng)的數(shù)學(xué)分析模型的設(shè)計,而是采用廣義模型的設(shè)計將傳統(tǒng)數(shù)學(xué)分析模型和知識體系緊密地結(jié)合在一起,而且其自動化控制技術(shù)已經(jīng)給人類和社會發(fā)展提供了巨大的優(yōu)勢。通過對人類行為的模仿研究,解決復(fù)雜的人類管理問題。它基于計算機信息科學(xué)與技術(shù),控制原則理論和其他人工智能過程中的控制技術(shù)基礎(chǔ),把傳統(tǒng)的控制原則與智能化的控制管理相融合。因此,該控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用特別包括?？刂评碚摗⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)等都是可以通過其他基于控制的方式來進(jìn)行實現(xiàn),這樣對于各種不確定性、未知非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制也就直接進(jìn)行了實現(xiàn)。現(xiàn)在,應(yīng)用了智能控制技術(shù)與其他控制設(shè)備進(jìn)行了融合,組成了具有自適應(yīng)控制功能的非線性系統(tǒng),它們在控制理論和實踐中處于重要地位。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平自動分揀系統(tǒng)是在美洲、歐洲等地的發(fā)達(dá)國家于二戰(zhàn)后首次提出的，目前已經(jīng)成為其物流中心中廣泛采用的一種分揀方法，現(xiàn)如今已經(jīng)成為了發(fā)達(dá)國家的物流中心不可缺少的一部分。特別是在一些特殊物品的分揀，如高溫環(huán)境下，放射性物質(zhì)等人力無法參與的情況下，自動分揀成為了唯一選擇。而且發(fā)達(dá)國家因為高昂的人力成本，采用大規(guī)模的人力工作會使其生產(chǎn)成本極大提高，因此促進(jìn)了自動分揀系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國家的發(fā)展，目前國外大型的物流公司及企業(yè)在生產(chǎn)中均已采用自動分揀系統(tǒng)進(jìn)行貨物或者物料分揀的作業(yè)。改革開放初期，我國開始技術(shù)引進(jìn)，我國的自動分揀由此開始，首先應(yīng)用于郵政物流業(yè)，后來因為技術(shù)的逐步成熟，漸漸應(yīng)用于更多行業(yè)。分揀系統(tǒng)往往建立在需要進(jìn)行大規(guī)模、長時間進(jìn)行分揀工作的企業(yè)或工業(yè)生產(chǎn)中，國內(nèi)得益于近年來電商業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了物流行業(yè)的發(fā)展，像郵政、順豐、京東等國內(nèi)大型物流企業(yè)的中轉(zhuǎn)站已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化分揀，現(xiàn)有的自動化分揀系統(tǒng)往往建設(shè)在大型倉庫或者大型中轉(zhuǎn)站，通過大規(guī)模的分揀作業(yè)，降低物流的成本。工業(yè)生產(chǎn)中需要大規(guī)模分揀作業(yè)的企業(yè)，也以采用自動分揀系統(tǒng)，相信在未來，隨著技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)自動分揀系統(tǒng)的成本降低以后，越來越多的企業(yè)會采用自動分揀系統(tǒng)參與工業(yè)生產(chǎn)。發(fā)展趨勢伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會的不斷發(fā)展，企業(yè)間的競爭會不斷加劇，對于處于市場競爭中的企業(yè)來說，如何提高技術(shù)，提升生產(chǎn)效率，在市場競爭中把握優(yōu)勢尤其重要，特別是對于處于轉(zhuǎn)型升級的企業(yè)而言，更可能是企業(yè)能否生存的轉(zhuǎn)折點，因此相較于人工而言，效率更優(yōu)的智能化分揀成為其最佳選擇。因為市場中有大量這樣的企業(yè)存在，對于提供分揀系統(tǒng)設(shè)計和組建的企業(yè)而言亦是一個發(fā)展機遇。提升服務(wù)質(zhì)量的同時，降低系統(tǒng)的建造成本，對于此類企業(yè)而言是其的發(fā)展方向之一。未來的分揀系統(tǒng)將會：在技術(shù)上朝著智能化、數(shù)字物聯(lián)化的方向發(fā)展；在產(chǎn)品朝著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展；在應(yīng)用上朝著產(chǎn)業(yè)化、細(xì)分化的方向發(fā)展；分揀系統(tǒng)本身會朝著無人化的方向發(fā)展。目前市場上的分揀系統(tǒng)大多是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)要求進(jìn)行定制化的設(shè)計，成本較高，因此設(shè)計一套搭建便宜、維護(hù)方便、通用性強，可供小型企業(yè)使用的智能分揀系統(tǒng)擁有很大發(fā)展空間。本論文研究的主要內(nèi)容在本論文中，通過對工業(yè)生產(chǎn)過程中滑塊的分揀作業(yè)為目的，基于PLC為主控制器設(shè)計的智能分揀系統(tǒng)，介紹了該分揀系統(tǒng)的設(shè)計的總體方案和硬件、軟件上的設(shè)計。文中按照系統(tǒng)的控制要求，此外，介紹了傳感器的相關(guān)知識，傳感器在本設(shè)計中的作用亦尤為重要，主要起到識別和采集信號的作用。通過分析和比較，確定了傳感器的選型，通過對輸入輸出的分析，完成了PLC中I/O口的分配，并且根據(jù)輸入輸出信號的要求，完成了PLC的選型，設(shè)計完成了PLC程序的梯形圖。按照控制要求，利用工業(yè)組態(tài)軟件完成主控畫面、參數(shù)趨勢畫面以及歷史報表輸出等監(jiān)控管理功能的設(shè)計。最后進(jìn)行調(diào)試，使系統(tǒng)最終可以完成分揀作業(yè)中的物料下料、傳送與分揀的全過程。智能分揀系統(tǒng)整體概述分揀系統(tǒng)基本組成如圖所示，為該分揀系統(tǒng)的組成，以傳送帶為主體，配以步進(jìn)電機M1、電磁組閥、壓縮機、汽缸、傳感器、分揀料槽組成。圖2.1選用可用作滑塊形狀識別的光纖傳感器，固定在指定位置，可通過調(diào)節(jié)傳感器位置，進(jìn)行滑塊的分類分揀。便于維護(hù)和安裝。系統(tǒng)上電之后，可編程邏輯控制器啟動傳送帶，傳感器SN1檢測有無滑塊，若無滑塊，傳送帶運轉(zhuǎn)一定時間之后，傳送帶電機斷電，傳送帶停下工作；若有滑塊，傳感器SN1將檢測到的信號傳到可編程邏輯控制器，PLC控制傳送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制汽缸5推動滑塊至傳送帶，汽缸5收回，等待兩秒后推出下一滑塊，滑塊隨傳送帶向前運轉(zhuǎn)，通過第一個傳感器時，若傳感器1檢測到符合信號時，傳遞信息至PLC，隨后控制氣動閥1推動滑塊至分揀槽1，否則滑塊繼續(xù)隨傳送帶向前，以此類推，若到達(dá)第四個傳感器前，傳感器傳輸信號給PLC，控制氣動閥4推動滑塊至分揀槽，以確保每個滑塊都被分揀。

分揀系統(tǒng)功能智能分揀系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下1、分揀出不同形狀滑塊2、分揀出不符合要求的滑塊具體操作如下：接通電源，觸碰啟動按鈕SB1，系統(tǒng)啟動，步進(jìn)電機M1開始轉(zhuǎn)動，傳送帶開始工作；系統(tǒng)開始工作后，傳感器SN1如果檢測到下料箱中沒有滑塊，或者有汽缸未復(fù)位，6秒后傳送帶自動停止，系統(tǒng)關(guān)閉，系統(tǒng)開始工作后，若傳感器SN1檢測到下料箱中有滑塊，下料汽缸每隔2秒動作一次，動作時間為1秒，將待分揀滑塊送到傳送帶上，當(dāng)光纖傳感器ZE1001檢測到球體滑塊時，控制汽缸YV101推動滑塊進(jìn)入分揀槽1，完成球體滑塊分揀。當(dāng)光纖傳感器ZE1002檢測到矩形滑塊時，控制汽缸YV102推動滑塊進(jìn)入分揀槽2，完成矩形滑塊分揀。當(dāng)光纖傳感器ZE1003檢測到錐體滑塊時，控制汽缸YV103 推動滑塊進(jìn)入分揀槽3，完成矩形錐體分揀。當(dāng)光纖傳感器ZE1004檢測到有滑塊時，控制汽缸YV1004推動滑塊進(jìn)入分揀槽4，完成不規(guī)則形狀滑塊分揀。分揀系統(tǒng)控制要求在進(jìn)行該智能分揀系統(tǒng)設(shè)計之前，應(yīng)分析系統(tǒng)的控制要求?？刂埔笞詣臃謷到y(tǒng)作為一個成熟的控制系統(tǒng)，他的主要組成包括：控制裝置、分類裝置、輸送裝置、分揀道口。應(yīng)用于不同場所的或許有不同的差異，但輸送類分揀系統(tǒng)的總體組成不變。在本分揀系統(tǒng)中，通過傳感器作為信號輸入，以PLC為控制裝置，傳送帶作輸送裝置，汽缸為分類裝置，分揀料槽為分揀道口組成分揀系統(tǒng)。當(dāng)待測滑塊進(jìn)入傳送帶之后。隨傳送帶向前，逐步通過各個傳感器檢測，當(dāng)滿足某一傳感器的信號時，接受相應(yīng)設(shè)備的動作，將其推入對應(yīng)的分揀料槽。在該過程中，系統(tǒng)的控制要求有如下8個環(huán)節(jié)。啟動之后，傳送帶電機運行，帶動傳送帶運轉(zhuǎn)。有滑塊時，下料汽缸動作，將滑塊推出當(dāng)光纖傳感器1檢測到球體滑塊時，汽缸1將其推出。當(dāng)光纖傳感器2檢測到矩形滑塊時，汽缸2將其推出。當(dāng)光纖傳感器3檢測到錐形滑塊時，汽缸3將其推出。其他滑塊到達(dá)傳感器4時，汽缸4將其推出。下料槽無滑塊時，運行固定時間后自動停機。設(shè)備選型序號名稱型號數(shù)量備注品牌1PLCS7-200CPU226124輸入，14輸出，滿足設(shè)計要求西門子2空氣壓縮機FB-0.048/71安全可靠，噪音低，性能穩(wěn)定，功率0.55KWSANWO3氣閥SVK01205先導(dǎo)式電磁換向閥，交流110V，220V，直流24VSANWO4汽缸SCDJB10-45S5與氣閥相配套，推動滑塊完成分揀SANWO5磁感應(yīng)開關(guān)D-C735直流24V,交流110V,汽缸回位限位開關(guān)易電國際集團(tuán)6接近開關(guān)CAT2-12GM5判斷滑塊是否到位易電國際集團(tuán)7光電開關(guān)E3R-5DE41判斷有無滑塊歐姆龍8電動機YN60-61為傳送帶提供動力LINIX9內(nèi)置電源MD35-341輸入電壓交流220V輸出電壓直流24VDADONG10光電傳感器LR-T4判斷滑塊形狀KEYENCE11傳送帶表中所示為本文所敘述的智能分揀系統(tǒng)的設(shè)備及元器件的選型，PLC主要是根據(jù)輸入輸出要求，綜合其他一些價格，適用場所等選擇了西門子的s7-200226cpu型號的PLC，空氣壓縮機作為該分揀系統(tǒng)的動力裝置，需要長時間運行，并且考慮到車間影響，選擇了可靠性高，噪音低的FB-0.048/7，SANWO是一家韓國公司，專注于性能性價比的選購思想，挑選該公司的制造商，氣缸和閥門作為壓縮機的配套設(shè)備，考慮到適配與兼用性，同時方便維護(hù)，同樣選擇了SANWO公司的設(shè)備。易電國際集團(tuán)是一家位于上海的從事工業(yè)電器，電源電器，防爆電器，儀器儀表等設(shè)備和元器件的公司，在這次設(shè)備選型中選擇了該公司的磁感應(yīng)開關(guān)和接近開關(guān)用于智能分揀系統(tǒng)；歐姆龍是一家日本公司，以其"傳感與控制"技術(shù)，以及對生產(chǎn)現(xiàn)場的深刻理解，不斷滿足客戶對產(chǎn)品多樣化和高品質(zhì)的追求。在這篇論文設(shè)計的智能分揀系統(tǒng)中選擇了該公司的光電開關(guān)，用于判斷滑塊；LINIX（浙江聯(lián)宜電機有限公司）位于中國浙江省，公司主營產(chǎn)品為交流、直流、步進(jìn)電機、伺服電機等，選擇了該公司的YN60-6電動機，用于分揀系統(tǒng)中運轉(zhuǎn)傳送帶。關(guān)于內(nèi)置電源，選擇了青島大東自動化科技有限公司的MD35-34型號電源。光電傳感器選擇的是基恩士（KEYENCE）公司的，基恩士公司是一家傳感器領(lǐng)域頗為有名的傳感器供應(yīng)商。因為作者能力有限，可能關(guān)于本系統(tǒng)的設(shè)備選型可能有諸多不足，在今后的工作和學(xué)習(xí)中會努力做到更好。智能分揀系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析PLC技術(shù)與應(yīng)用PLC概述PLC，誕生于上世紀(jì)70年代。因為剛開始設(shè)計的PLC的功能較為單一，只有邏輯控制，因此命名為可編程邏輯控制器，雖然后來功能增加了，但其命名并沒有更改。而后因為信息技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC可實現(xiàn)的功能與日俱增。現(xiàn)如今，已經(jīng)被普遍運用于工業(yè)生產(chǎn)中，替代了了原來工業(yè)生產(chǎn)上的常用的繼電器控制。PLC的發(fā)展1968年，設(shè)計一種新型的繼電器代替生產(chǎn)線中原有的繼電器的想法由通用汽車公司提出，在一年以后，有設(shè)備公司根據(jù)通用汽車公布的需求，設(shè)計并研制出該設(shè)備，這就是世界上首先出現(xiàn)的可編程邏輯控制器，隨后被應(yīng)用于通用汽車的生產(chǎn)中。大獲成功。因為這項技術(shù)在汽車生產(chǎn)上的成功，極大的促進(jìn)了PLC在世界各地的的發(fā)展，日本、德國等公司隨后開始研制自己的PLC，并在PLC市場占據(jù)了一席之地。隨后的幾十年間，因為得益于計算機學(xué)科的發(fā)展、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與完善你，PLC所能實現(xiàn)的功能與日俱增，與此同時，它的生產(chǎn)成本也越來越低，這些更是使得PLC得到了巨大的發(fā)展機遇。越來越多的行業(yè)和公司開始采用PLC應(yīng)用在生產(chǎn)上。我國的PLC技術(shù)發(fā)展，目前國內(nèi)應(yīng)用的PLC仍然以進(jìn)口產(chǎn)品為主，占到了80%以上，國產(chǎn)設(shè)備雖然也有迅猛發(fā)展，但因為起步較晚，技術(shù)累積不足，目前仍處于上升期。國內(nèi)應(yīng)用的PLC以德國西門子公司、日本三菱公司生產(chǎn)的為主。PLC結(jié)構(gòu)特點PLC特點：良好的抗干擾能力和高穩(wěn)定性，PLC作為一種功能強大的邏輯控制器，運用的場所以需要自動控制，工業(yè)現(xiàn)場為主，據(jù)有關(guān)實驗證明，PLC可24連續(xù)工作一萬個工作日以上，極高的可靠性和良好的抵抗干擾的能力是其特別明顯的特點。故障可以分為軟件故障和硬件故障，這兩類故障常常發(fā)生在具有數(shù)字化功能的設(shè)備中，因為此類設(shè)備一般由預(yù)先編寫的程序進(jìn)行控制，其中軟件故障大多數(shù)情況下都是由于環(huán)境中的出現(xiàn)的干擾信號、溫度過高和電壓過高等原因引起的內(nèi)部不受破壞的的短暫的故障，硬件故障往往是因為多種因素致使硬件受損的故障，屬于嚴(yán)重故障。對工業(yè)生產(chǎn)會造成極大影響，維修維護(hù)成本也相較軟件故障更高。為了使PLC最大程度的避免了軟件故障的出現(xiàn)，采用處理方法是循環(huán)讀取數(shù)據(jù)。在一些重要的生產(chǎn)場合，選用的高端的PLC往往會通過配備兩個CPU，同時工作，這種設(shè)計能夠保證，倘若其中的一個出現(xiàn)故障，另一個仍然正常工作，這樣可以使生產(chǎn)不受影響，同時，還能夠維修出現(xiàn)故障的模塊，及時維護(hù)。而且,plc在提升系統(tǒng)抗干擾能力上,還運用了多種辦法:包括硬件層面:抑制干擾最常被人們所采用的辦法就是屏蔽隔離方法,高壓電作為其主要外部干擾來源。有效地抑制外部的高壓干擾可在cpu與i/o電路之間,采取光電隔離。除此以外,通波的噪聲處理，如果受到高頻噪聲的干擾，則我們可以直接通過對一個電源或者接入單元中的信號采取不同的濾波方法來進(jìn)行噪聲處理，應(yīng)用于質(zhì)量高的材料屏蔽cpu等。軟件方面：設(shè)定設(shè)備故障事件自動檢測和故障診斷工作流程。通過對系統(tǒng)內(nèi)部各個內(nèi)置處理單元硬件進(jìn)行周期檢測，在plc的一個周期掃描運行周期內(nèi),處理和跟蹤檢查各個有關(guān)內(nèi)部硬件處理裝置的正常運行工作以及運行異常狀態(tài)。設(shè)置了用戶狀態(tài)欄和信息的自動保存。能夠在整個軟件沒有發(fā)生任何故障的異常情況下禁止出現(xiàn)當(dāng)時就已經(jīng)進(jìn)行完全封存的軟件狀態(tài)信息，禁止對內(nèi)部的存儲單元進(jìn)行做其他沒有可能甚至?xí)斐晌：τ绊懙秸麄€操作系統(tǒng)軟件穩(wěn)定性的任何讀、寫等異常操作，防止系統(tǒng)發(fā)生軟件故障前所有軟件存儲的外部軟件以及相關(guān)數(shù)據(jù)資料都被及時清理干凈,確保整個系統(tǒng)在故障第一時間就完全可以正?；謴?fù)并回到已經(jīng)發(fā)生軟件故障的現(xiàn)場。編程簡單、易于上手?，F(xiàn)如今,絕大部分plc應(yīng)用的都是采用梯形圖編程技術(shù)，一種專門針對用戶而開發(fā)的編程技術(shù),這種編程技術(shù)很好地迎合了各類電氣設(shè)計師,適合他們的閱讀圖書習(xí)慣,因此它們都能為與電氣有關(guān)的從業(yè)者快速把握。系統(tǒng)設(shè)計、維護(hù)簡單。由plc組成的控制系統(tǒng)體系,有著其它的繼電接觸系統(tǒng)所具有的無法比擬的特點和優(yōu)勢,尤其是在建筑工程研究開發(fā)和項目施工中,而且plc產(chǎn)品的一次系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和一次通用性強,這就會促使設(shè)計單位和技術(shù)人員在各種種類、規(guī)格較多的plc產(chǎn)品體系中,非常便捷地挑選出一些具有高性價比的產(chǎn)品。與我們傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的繼電器和接觸器控制系統(tǒng)相比,plc用的是軟件來替代了大量中間繼電器、時間繼電器和計數(shù)器的,因此所需要安裝的連接線被大大地減少,plc本身所自帶的軟件仿真功能也就是使得我們的用戶隨后都可以直接在一個實驗室里面對它們進(jìn)行調(diào)試,通過這些軟件的調(diào)試、仿真,隨后再將應(yīng)用程序移植到現(xiàn)場，通過調(diào)試、仿真，隨后再移植程序到現(xiàn)場，通過這樣，降低了工作人員的開發(fā)周期。而且因為它硬件的事故發(fā)生率比較低，還具有自我診斷和功能顯示，當(dāng)內(nèi)部或外接的輸入單元或者執(zhí)行單元發(fā)生錯誤時，可根據(jù)LED顯示或者軟件提供的錯誤代碼，做出快速的處理，及時維護(hù)。倘若是是PLC本身硬件上發(fā)生錯誤，可以通過替換單元模板，實現(xiàn)修理。功能強，通用性好。綜合現(xiàn)代先進(jìn)機械生產(chǎn)工藝的最新生產(chǎn)技術(shù),計算機實時通訊和應(yīng)用電子工程科學(xué)信息技術(shù)的成熟推廣應(yīng)用,加上現(xiàn)代計算機應(yīng)用軟件和移動硬件的快速發(fā)展進(jìn)步,plc已經(jīng)完全具備了強大的實時信息和大量數(shù)據(jù)進(jìn)入輸出的快速處理。為了充分滿足用戶不斷發(fā)展改變的通訊控制現(xiàn)場的應(yīng)用需要,涌現(xiàn)了各種常用通訊控制模塊,例如各種溫度信號管理、計數(shù)信號處理以及各種數(shù)模轉(zhuǎn)換等多單元通訊模塊。plc與上位機、plc間的遠(yuǎn)程通訊控制功能也在不斷地發(fā)展得到極大改善,現(xiàn)代化的plc設(shè)備具有很強的邏輯運算控制功能和針對a/d、d/a的信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等遠(yuǎn)程控制能力,不但不僅可以直接實現(xiàn)完成一臺生產(chǎn)單機的遠(yuǎn)程控制,一條生產(chǎn)線路的遠(yuǎn)程控制,還甚至同時可以直接完成控制一臺生產(chǎn)系統(tǒng)、多條生產(chǎn)線。隨著各種可編輯式程序控制器應(yīng)用技術(shù)的成熟,其過程控制的產(chǎn)品規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地擴大增加。多樣化種類的軟件編程設(shè)計應(yīng)用語言,以及各種可編輯式程序控制軟件可用來設(shè)計替換使用硬件進(jìn)行控制的各種可編輯式程序控制器,這樣的plc迅速地發(fā)展成長了作為用于企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場自動控制的器件中的一種專門根據(jù)行業(yè)所需要采用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化控制器件,可以有效達(dá)到企業(yè)實現(xiàn)不同的現(xiàn)場控制時對物體和受控對象的各種現(xiàn)場控制功能要求。設(shè)計周期短，成功率高。工業(yè)設(shè)計和工業(yè)控制中常常需要短時間內(nèi)完成控制方案的設(shè)計與實施，通過應(yīng)用plc可以極大的縮短設(shè)計周期，因為調(diào)試較容易，所以成功率很高。體積小、重量輕、功耗低。因為PLC采用的是半導(dǎo)體型高度集成的電路，具有占用空間小，產(chǎn)品輕型化、節(jié)能低耗的特點，是工業(yè)制造領(lǐng)域中理想的程序執(zhí)行器。。PLC原理：由現(xiàn)代傳統(tǒng)的工業(yè)繼電過程控制管理系統(tǒng)進(jìn)一步演化發(fā)展而來的各種plc，其中一個用于各種編程軟件語言的"梯形圖"應(yīng)用程序與普通工業(yè)繼電器過程控制管理系統(tǒng)的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)十分相似，部分新的編程軟件庫也還是依然保留了軟繼電器這一重要的繼電元件,在對繼電功能的過程控制上，plc這種內(nèi)部的"軟繼電器"，與用于現(xiàn)代傳統(tǒng)工業(yè)繼電器過程控制管理系統(tǒng)的物理繼電器電路十分相似。PLC選擇根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個開關(guān)信號，5個傳感器信號，4個分揀的傳感器，以及檢測下料的傳感器。相應(yīng)地，有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/0點24個，其中18個輸入，6個輸出。PLC品牌和類別很多，例如西門子、三菱、OMRON等，目前用得最為普遍的主要是西門子、三菱的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點數(shù)：實際輸入點18點，實際輸出點6點，綜合對比三菱FX系列、西門子系列各型號的PIC的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)選擇PLC型號為：S7-200-226，它有24個輸入點，16個輸出點，完全滿足本系統(tǒng)的要求。圖3.1.4-s7-200系列S7-200系列優(yōu)點：SIMATICS7-200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟的解決方案。整個系統(tǒng)的系列特點強大的性能，最優(yōu)模塊化和開放式通訊。結(jié)構(gòu)緊湊小巧－狹小空間處理任何應(yīng)用的理想選擇在所有CPU型號中的基本和高級功能，大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器杰出實時響應(yīng)-在任意的時候都能夠?qū)φ麄€工作過程進(jìn)行全方位的控制,從而大大提高了工作的質(zhì)量、效率和系統(tǒng)的安全性易于使用STEP7-Micro/WIN工程軟件－初學(xué)者和專家的理想選擇集成的R-S485接口或者作為系統(tǒng)總線使用極其快速和精確的操作順序和過程控制通過時間中斷完整控制對時間要求嚴(yán)格的流程

[2]I/O口配置PLC配置表如下西門子PLC（I/0配置）輸入部分I0.1SN1（下料傳感器）I0.2ZE1001（傳感器1）I0.3ZE1002（傳感器2）I0.4ZE1003（傳感器3）I0.5ZE1004（傳感器4）I0.6SFW1（汽缸1動作限位）I0.7SFW2（汽缸2動作限位）I1.0SFW3（汽缸3動作限位）I1.1SFW4（汽缸4動作限位）I1.2SFW5（下料汽缸動作限位）I1.3SBW1（汽缸1回位限位）I1.4SBW2（汽缸2回位限位）I1.5SBW3（汽缸3回位限位）I1.6SBW4（汽缸4回位限位）I1.7SBW5（下料汽缸回位限位）I2.0SB1（啟動）I2.1SB2（停止）輸出部分Q0.0M（傳送帶電機）Q0.1YV1001（推動汽缸1）Q0.2YV1002（推動汽缸2）Q0.3YV1003（推動汽缸3）Q0.4YV1004（推動汽缸4）Q0.5YV1005（推動下料汽缸）圖3.1.5-i/o口配置

圖3.1.5PLC接線圖

傳感器技術(shù)與應(yīng)用傳感器技術(shù)概述國家標(biāo)準(zhǔn)GB765-87對傳感器下的定義是：“可以把具體的測量信思(如物理、化學(xué)的內(nèi)容，生物質(zhì)等)轉(zhuǎn)換為信號設(shè)備可根據(jù)一定的規(guī)則或設(shè)備”。傳感器是一套完整的傳感設(shè)備（或系統(tǒng)），它能夠檢測和測量信息，可以檢測固定設(shè)定的信息，并傳出相應(yīng)信號，檢測傳感信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。以便可以處理該信號?，F(xiàn)如今，最為特別合適的信號是電類信號，方便處理。綜上所述，傳感器也可以因此定義它為：把外界的非電類信息被轉(zhuǎn)變?yōu)殡婎愋盘柕妮敵鲈O(shè)備。傳感器通常包括轉(zhuǎn)換元件,敏感性元件及其他的輔助元素。伴隨著傳感器技術(shù)、集成技術(shù)的飛快發(fā)展與升級,把對傳感器的信號轉(zhuǎn)換電路和信號進(jìn)行調(diào)理或?qū)⑵渑c靈敏度的組件進(jìn)行集成,，把它們?nèi)岷图砂惭b在傳感器上是未來傳感器技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢。敏感性元件，是一種用來檢測和感受被決量,輸出和被測量之間形成一個確定的關(guān)系而產(chǎn)生動態(tài)學(xué)作用的元件,比如波紋管和膜片,這樣可以將被檢測到的壓力轉(zhuǎn)換成位移量。但是,若敏感性元件只能直接作用于輸出高度的電量(例如熱電偶),就兼作傳感性元件。另外我們現(xiàn)在又發(fā)明了一些新型的傳感器,比如壓阻式和諧振式的壓力傳感器等,其敏感性元件和傳感器也都是集于一體。變換元件--直接地感受被測量(通常為非電量)且輸入與被檢測量之間有一個確定相關(guān)的電量,如熱敏電阻和熱電阻。傳感器中的元件還可以通過間接地感受到被測量,僅能夠感受到與被測量之間確定性關(guān)系的其他非電量。一般在實際應(yīng)用中所采取的均為此類傳感單元。信號的調(diào)理和變換電路-將一個由傳感器或一個元件所輸入的無線電信號變換成一個簡單而有效的信號顯示、記錄及其控制。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路按照傳感器中各個元件的類型不同,它們具有許多種類,常見的電路主要有放大器、電橋、阻抗轉(zhuǎn)換器及振動器。這些傳感器按照實際使用需要的不同,既可以是做的簡單,也甚至可以是做的很復(fù)雜;可以采用帶反饋閉環(huán)系統(tǒng)。傳感器選型在該分揀系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)的功能是分揀不同形狀的滑塊，因此傳感器的作用是判斷形狀，原理是通過對物體的掃描，并且做數(shù)據(jù)記錄。與預(yù)先設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對比，將符合的信號傳送到PLC。傳感器在分揀系統(tǒng)中很重要，根據(jù)對比不同型號的傳感器，最終選定了用于本系統(tǒng)的傳感器。具體見設(shè)備選型表。

PLC程序設(shè)計PLC使用的梯形圖編程，此類程序設(shè)計符合電氣從業(yè)人員看圖習(xí)慣，便于學(xué)習(xí)，易于掌握，以下將對本設(shè)計的程序設(shè)計進(jìn)行說明。程序設(shè)計流程圖如下為基于PLC的智能分揀系統(tǒng)的程序設(shè)計流程圖，根據(jù)任務(wù)要求，結(jié)合自身理解。進(jìn)行程序設(shè)計，繪制出如下程序流程圖。圖3.3.1-程序設(shè)計流程圖

程序說明按照上述流程圖，使用STEP7軟件進(jìn)行梯形圖程序編寫。詳細(xì)清單見附錄，該指令為高速計數(shù)器定義指令，為高速計數(shù)器定義工作模式，如圖所示為梯形圖程序中的高速計數(shù)器指令。按下啟動按鈕I2.0，電機Q0.0得電，隨后自鎖，開始運行，I2.1為停止按鈕，為常閉狀態(tài)，按下停止按鈕，Q0.0斷電。

信號報警與安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計信號報警與安全聯(lián)鎖系統(tǒng)是工業(yè)控制和生產(chǎn)中特別重要的一步，對于保證安全生產(chǎn)不可或缺，可以起到監(jiān)視生產(chǎn)過程的作用，當(dāng)某一個或者多個參數(shù)超過限定值時，或者生產(chǎn)狀態(tài)出現(xiàn)故障時，發(fā)出警示信號，通知工作人員，采取應(yīng)對措施使系統(tǒng)恢復(fù)正常。如果出現(xiàn)的情況非常緊急，現(xiàn)場工作人員來不及做出應(yīng)對措施，參數(shù)繼續(xù)變化，安全連鎖系統(tǒng)強制根據(jù)提前設(shè)置好的邏輯關(guān)系做出應(yīng)對操作，例如啟動（或者關(guān)閉）設(shè)備，避免出現(xiàn)更大安全事故或者生產(chǎn)事故。保證設(shè)備和人生安全。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)控制中對操作、控制、安全有越來越高的要求。設(shè)計合理高效的安全連鎖與信號報警系統(tǒng)對于保證安全生產(chǎn)是一種必要的方法。換言之，如果設(shè)計不合理，出現(xiàn)報警現(xiàn)象的濫用，會造成不必要的麻煩，還會影響生產(chǎn)的效率。倘若因為設(shè)計不合理，出現(xiàn)頻繁的啟動與停機，會對設(shè)備造成損壞。因此信號報警系統(tǒng)與安全聯(lián)鎖應(yīng)該盡量簡化，但需在滿足工業(yè)生產(chǎn)的前提下。信號報警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計原則1、聯(lián)鎖點、報警點的設(shè)置，應(yīng)該選擇合適的設(shè)定；2、線路盡量簡單，元器件數(shù)量盡可能少；3、應(yīng)當(dāng)把設(shè)備安裝在無電磁干擾，無腐蝕氣體，振動小，灰塵少的場所；4、應(yīng)采用有觸點的繼電器線路用于安全聯(lián)鎖系統(tǒng)；5、安裝的設(shè)備與儀器應(yīng)當(dāng)符合防爆、防火要求；6、為其配備不中斷的電源，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定的工作；7、信號報警與聯(lián)鎖系統(tǒng)各元件間選用銅質(zhì)導(dǎo)線連通。信號報警系統(tǒng)信號報警系統(tǒng)通常以聲音和光的形式，提醒操作人員，發(fā)出警報聲和異常燈光，表示生產(chǎn)過程異常和設(shè)備故障?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常用的信號報警系統(tǒng)通常由以下幾個模塊組成，它們是發(fā)汛器、邏輯控制器、人機接口組成。安全連鎖系統(tǒng)因為生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障以及安全事故很多，特別是在一些大型生產(chǎn)車間，因此，單單依靠人工，可能沒法在第一時間應(yīng)對如此多可能出現(xiàn)的情況，所以需要安全聯(lián)鎖系統(tǒng)輔助工作人員監(jiān)視生產(chǎn)過程。出現(xiàn)不正常情況的時候，自動采取應(yīng)對措施，避免可能會出現(xiàn)的安全事故。保障系統(tǒng)正常運行。控制邏輯與監(jiān)控界面組態(tài)主控界面智能分揀系統(tǒng)使用采用工業(yè)組態(tài)軟件完成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，完成人機界面監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)趨勢查詢以及報表輸出等監(jiān)控管理功能。我們可以從監(jiān)控畫面中看到分揀系統(tǒng)的各個硬件工作狀態(tài)，包括氣缸、傳送帶、傳感器、分揀槽，系統(tǒng)控制區(qū)設(shè)置了啟動開關(guān)和停止開關(guān)，我們可以通過監(jiān)控畫面點擊啟動按鈕啟動分揀系統(tǒng)開始工作，而不用現(xiàn)場操作，更為安全，也可點擊停止按鈕，關(guān)閉系統(tǒng)運行。方便、快捷、安全。圖4.1

物料傳送與分揀當(dāng)組態(tài)畫面點擊切換到view，進(jìn)入仿真運行界面，可以看到啟動按鈕的燈為紅色，停止按鈕為綠色，此時系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)。此時點擊系統(tǒng)控制區(qū)的啟動按鈕，圖4.2按下啟動按鈕之后，啟動按鈕的燈變?yōu)榫G色，停止按鈕指示燈變?yōu)榧t色，系統(tǒng)開始運行，傳送帶開始運轉(zhuǎn)，當(dāng)運動到對應(yīng)類別的傳感器前時，傳感器識別信號，指示燈由紅變綠，氣