材料分拣装置毕业论文

河南机电高等专科学校论文设计 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 论文题目： 材料分拣 PLC 控制装置 系 部： 电气工程系 专 业： 电机与电器 班 级： 2010 级 01 班 学生姓名： 袁 向 阳 学 号： 100312117 指导老师： 赵 斌 2012 年 12 月 17 日 河南机电高等专科学校论文设计 I 摘 要 PLC 控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。 PLC 将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体 ,专门为工业控制而设计 ,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点 ,因此在工业上的应用越来越广泛。本文主要讲述 PLC 在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器 (PLC),设计成本低 、效率高的材料自动分拣装置。以 PLC 为主控制器 ,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术 ,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点 ,可根据不同对象 ,稍加修改本系统即可实现要求。 关键词 :可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器目录 ABSTRACT Plc control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it is better than MCU control in the industrial. PLC traditional relay control technology, computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design, have strong function, common flexible, high reliability and environmental adaptability, and programming simple, easy to use and small size, light weight, a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive.This paper focuses on the PLC in the canned bever age production, The design of an automatic sorting device with low cost and high efficiency is presented in the paper, which regards programmable logic controller (PLC).as the master controller and combines pneumatic device, sensing technology, position control and other technology to implement automatic selecting of the products live. The device is characteristic of high automation, steady running, high precision and easy control, which can fulfill the requirement according to different situations with lit tle modifications. 河南机电高等专科学校论文设计 II Key words： programmable logic controller， sorting device， control system， sensors 目 录 河南机电高等专科学校论文设计 摘 要 . I 绪 论 . 1 第 1 章 材料分拣机系统硬件介绍 . 4 1.1 系统中硬件简介 . 4 1.1.1 可编程控制器 PLC . 4 1.1.2 PLC 的种类 . 5 1.1.3 PLC 种类及型号选择 . 6 1.2 执行机构电动机及传送带 . 7 1.3 换向器介绍 . 10 1.4 传感器介绍及其原理 . 11 1.4.1 颜色传感器 . 11 1.4.2 传感器介绍及其工作原理 . 13 第 2 章 系统介绍与软件分 析 . 16 2.1 材料分拣系统介绍 . 16 2.2 材料分拣系统设计原理 . 16 2.3 材料分拣系统分析 . 16 2.3.1 设计思路 . 16 2.3.2 系统软件流程图 . 18 第 3 章 课题研究的方法和手段 . 19 3.1 硬软件比较 . 20 3.2 PLC 的特点及功能 . 20 3.2.1 PLC 的优点 . 20 3.2.2 PLC 的缺点 . 20 3.2.3 PLC 的功能 . 21 3.3 PLC 控制系统的发展趋势 . 21 第 4 章 结果和讨论 . 23 4.1 PLC 控制材料分拣装置的硬件设计 . 23 4.2 程序设计 . 24 4.3 PLC 的软件设计 . 26 河南机电高等专科学校论文设计 4.4 PLC 调试过程及分析 . 28 第 5 章 展望 . 29 致 谢 . 31 参考文献 . 32 附 件 . 33 1.指令表 . 33 2.梯形图 . 35 河南机电高等专科学校论文设计 1 绪 论 1.材料分拣的发展 自动分 拣系统 (Automatic sorting system)是先进配送中心所必需的设施条件之一。 它 具 有 很 高 的 分 拣 效 率 ， 通 常 每 小 时 可 分 拣 商 品600012000 箱 ， 可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项 关健 因素。它是二次大战后在美国、 日本 的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。 2.自动分拣机介绍 自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备。它本身需要建设短则4050 米，长则 150200 米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大（动辄 20000平方米以上），而且还要建 34 层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉 车）与之相匹配，这项巨额的先期投入通常需要花 1020 年才能收回。 3.系统的作业过程 流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点（如指定的货架、加工区域、出货站台等），同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货存架 存储系统 中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运 送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。 自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号 的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出河南机电高等专科学校论文设计 2 式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。 分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带 、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。 以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。 4.材料 分拣系统的意义 二次大战以后，自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入使用，成为发达国家先进和物流中心，配送中心或流通中心所必需的设施条件之一 。 1.能连续、大批量地分拣货物由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续 运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多， 它 可以连续运行100 个小时以上，每小时可分拣 7000 件包装商品，如用人工 分拣 则每小时只能分拣 150 件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作 8 小时。 2.分拣误差率极低自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在 3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。 3.分拣作业基本实 无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于送货车辆抵达自动 分拣线 的进货端时，由人工接货 ， 由人工控制分拣系统的运行 ， 分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车 ， 自动分拣系统的经营、管理与维护。 如 美国 一公司配送中心面积为 10 万平方米左右，每天可分拣近 40河南机电高等专科学校论文设计 3 万件商品，仅使用 400 名左右员工，自动分拣线 做 到了无人化作业。 对于分拣系统的应用前景，主要着眼于分拣系统的可靠性，优越性，应用领域的适用性以及系统的经济效益、成本等方而来考虑。 但因 分拣系统 其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，因此，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。 对于自动分拣系统因其自 身存在的一些问题，在一定程度上限制了其应用的领域及其范围。 在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件：自动分拣系统 的 一次性投资巨大 ，其 本身需要建设短则4050 米，长则 150200 米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄 2 万平方米以上，而且一般自动分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建 34 层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。 它 对商品外包装要求 也很 高 ， 自动分拣机只适于分拣底部平坦 且具有刚性的包装规则的商品。袋装商品、包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超高、不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣，因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取二条措施：一是推行标准化包装，使大部分商品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制 特写 的分拣机又会使硬件成本上升，并且越是特别的其通用性就越差。因此公司要根据经营商品的包装情况来确定是否建或建什么样的自动分拣系统。 河南机电高等专科学校论文设计 4 第 1 章 材料分拣机系统硬件介绍 1.1 系统硬件介绍 1.旋转编码器 旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系统的计数器并提供脉冲输入，它转化为位移量，可对传输带上的物料进行位置控制 。 传送至相应的传感器时，发出信号到 PLC，以进行分拣，也可用来控制步进电机的转速。本次设计选用 E6A2 CW5C 旋转编码器。 2.电容传感器 电容传感器属 于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关，它的测量头通常是构成电容的一个极板，而另一个极板是待测物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。由此，便可控制开关的接通和断开。本装置中电容传感器是用于检测非金属物料，选用 E2K X8ME1 电容传感器。 3.电感传感器 电感式传感器也属于有开关量输出的位置传感器，也是一种接近式开关，用来检测金属物体。它由 LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内 部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关震荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通和断，选用 M18X1X40 电感传感器。 4.颜色传感器 选用 OMRON 公司生产的，型号为 E3S VS1E4 颜色传感器。此传感器为 RGB（红绿蓝）颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。 5.步进电机 步进电机 在控 制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 1.1.1 可编程控制器 PLC 可编程控制器（ Programmable Controller）是计算机家族中的一员，河南机电高等专科学校论文设计 5 是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器乘坐可编程逻辑控制器（ Personal Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（ Programmable Logic Controller）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。个人计算机发展起来后，为了方便，也 为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC），现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（ IEC）对PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪 80 年代 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 1.1.2 PLC 的种类 目前，在我国 PLC 的分类还没有一个统一的标 准。根据性能和应用范围可将其进行如下分类。 1.按性能分类 根据 PLC 的 I/O 点数、用户程序存储器容量和控制功能的不同，可将其分为小型、中型和大型二类。 河南机电高等专科学校论文设计 6 小型 PLC 又称低档 PLC，它的 I/O 点数小于 128 点，用户程序存储器容量小于 4K 字，功能简单，以开关量控制为主，可实现条件控制、顺序控制、定时记数控制。适用于单机或小规模生产过程。中型 PLC 又称中档 PLC，它的 I/O点数在 128512 点之间，用户程序存储器容量为 4K8K字，功能比较丰富、兼有开关量和模拟量的控制能力，具有浮点数运算、数制转换、中断控制、 通信联网和 PID 调节等功能。适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环过程控制。 大型 PLC 又称高档 PLC，它的 I/O 点数在 512 点以上，用户程序存储器容量达到 8K 字以上，控制功能完善，在中档机的基础上，扩大和增加了函数运算、数据库、监视、记录、打印及中断控制、智能控制、远程控制的功能。适用于大规模的过程控制、集散式控制系统和工厂自动化网络。 2.按结构分类 根据 PLC 的构成形式，可将 PLC 分为整体式和机架式 (模块式 )两大类。整体式 PLC 是将 CPU、存储单元、输入输出模块和电源部件集中配置在一个机箱内。这 种 PLC 输入输出点数少、体积小，价格低，便于装入设备内部。小型 PLC 通常采用这种结构。机架式 PLC 将各单元做成独立的模块，使用时将这些模块分别插入机架底板的插座上。可根据生产实际的控制要求建立模块，构成不同的控制系统。这种 PLC 输入输出点数多，配置灵活方便，易于扩展。大中型 PLC 通常采用这种结构。 3.按应用范围分类 根据应用范围的不同，可将 PLC 分为通用型和专用型两类。通用型PLC 作为标准工业控制装置可在各个领域使用，而专用型 PLC 是为了某类控制要求专门设计的 PLC，如数控机床专用型、锅炉设备专用型、报警 监视专用型等。由于应用的专一性，使其控制质量大大提高。 图 1-1 S7-200PLC 图示 河南机电高等专科学校论文设计 7 1.1.3 PLC 种类及型号选择 PLC 种类较多，主要有西门子（如图 1-1）、三菱、 OMRON、 FANAC、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、 OMRON 的 PLC。根据系统中的控制要求 PLC 点数：实际输入点 15 点，实际输出点 8 点，综合对比三菱 FX 系列（包括FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西门子系列、 OMRON 系列中 I/O 点数为 32 点各型号的 PLC 的价格、性能、实用场合等各方面，本系统可选择 PLC 型号为：西门子 公司的 S7-200 系列 CPU226 型 PLC，合计总数 32点 16 点输入， DC24V， 16 点继电器输出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、价格都优于其他 PLC。 S7-200 系列是 西门子公司 PLC 家族中 比较 先进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。由于 S7-200 系列具备如下特点：最大范围的包容 了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 该型号 PLC 有 24 个输入节点， 16 个输出节点，能够满足系统要求并留有一定的余量。 1.2 执行机构电动机及传送带 1.2.1 电动机的介绍 电动机应用广泛，种类繁多。我们一般的是根据电机的分类来区别电动机的应用于交易。电动机详细分类如下： 1.按 工作电源种类 划分 可分为 直流电动机 和 交流电动机 。 直流电动机 按结构及工作原理可划分： 无刷直流电动机 和 有刷直流电动机 。 有刷直流电动机 可划分： 永磁直流电动机 和 电磁直流电动机 。 电磁直流电动机 划分： 串励直流电动机 、 并励直流电动机 、 他励直流电动机 和 复励直流电动机 。 永磁直流电动机 划分： 稀土永磁直流电动机 、 铁氧体永磁直流电动机 和 铝镍钴永磁直流电动机 。 河南机电高等专科学校论文设计 8 图 1-2 三相异步电动机及其一些指数 其中 交流电机 还可分： 单相电机 和 三相电机 。 2.按 结构和工作原理 划分 可分为 直流电动机 、 异步电动机 、 同步电动机 。 同步电动机 可划分： 永磁同步电动机 、 磁阻同步电动机 和 磁滞同步电动机 。 异步电动机 可划分： 感应电动机 和 交流换向器电动机 。 感应电动机可划分： 三相异步电动机 (如图 1-3、 1-4 所示 )、 单相异步电动机 和 罩极异步电动机 等。 图 1-3 三相笼型异步电动机 河南机电高等专科学校论文设计 9 3.按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4.按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、 电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 步进电机 在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 （ 1） 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机 步进转动。图1-4 是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图 1-4 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 SB 接通电源， SA、 SC、 SD 断开， B 相磁极和转子 0、3 号齿对齐，同时，转子的 1、 4 号齿就和 C、 D 相绕组磁极产生错齿， 2、5 号齿就和 D、 A 相绕组磁极产生错齿。当开关 SC 接通电源， SB、 SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 1、 4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、 4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、 3 号齿和 A、 B 相绕组产生错齿， 2、 5 号齿就和 A、 D 相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、 B、 C、 D 四相绕组 轮流供电，则转子会沿着 A、 B、 C、 D 方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种河南机电高等专科学校论文设计 10 工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 1-5.a、 b、 c 所示： 图 1-5 步进电机工作时序波形图 （ 2）步进电动机的选择 步进电机 步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起 可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的 。 同时，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，达到调速的目的 。 步进电机选用的型号为 42BYGH101。 5.换向器介绍 交流换向器电动机 可划分：单相串励电动机、交直流两用电 动机和推斥电动机。 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可 分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 1.3 传送带的简介及分类 17 世纪中，美国开始应用架空索道传送散状物料； 19 世纪中叶，各河南机电高等专科学校论文设计 11 种现代结构的传送带输送机相继出现。 1868 年，在英国出现了皮带式式传送带输送机； 1887 年，在美国出现了螺旋输送机； 1905 年，在瑞士出现了钢带式输送机； 1906 年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，传送带输送机受 到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。 具有牵引件的传送带一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用传送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器 (停止器 )等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证 传送带正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的传送带设备的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件 (如输送带 )上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的传送带设备种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。没有牵引件的传送带设备的结构组成各不相同，用来输送物料 的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。本设计选用的是带式输送机。 1.4 传感器介绍及其原理 1.4.1 颜色传感器 将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器 。 颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经 示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结河南机电高等专科学校论文设计 12 果 。 一个新型传感器能敏锐的察觉到颜色变化有助于线工人正确的分辨出会所，银色等问题。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果 。 将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器。颜色传感器一直用装配线来检测特定的组件。颜色传感器的挑战是检测微妙差异相似或高度反光的颜色。例如 ,金属涂料在汽车工业中使用很难区分灰度的颜色 或黄金。匹配组件这是重要的 ,如镜子的身体或保险杠都离不开传感器协助。此外 ,颜色传感器通过数量有限的颜色可以检测，并通过他们有限的能力迅速改变设置或处理多个颜色。电子技术的发展 ,光学 ,软件促进颜色传感器发展。这项技术使得更敏感的传感器 ,可以忽略光泽和区别出微妙的色调。现在可以调整方便灵活的制造和精确的色彩校正。一个典型的颜色传感器具有高强度白光 LED,光在目标项目调制。反射从目标是分析的成分红 ,绿 ,蓝 (RGB)值和强度。此信息用于验证正确的部分现在和组装 ,准确控制制成品的颜色。在一个典型的应用程序中 ,机器操作 员持有一个颜色样本在前面的传感器 ,编程它对这个特定颜色相匹配。这个过程期间及之后 ,运营商可能会注意到匹配失败涉及色彩略暗或略轻 ,但仍在可接受的质量标准。操作员然后重组传感器与更广泛的高 /低设置点和通过试错过程建立理想的范围。如果传感器有多个通道 ,它可以被编程来识别多种颜色一个颜色在每个频道 ,每个频道信号是一个离散报警输出。这一技术使简单的颜色识别或匹配 ,比如排序或部分识别功能 ,通过 /失败标准是足够的。下一代颜色传感器提供三个额外的输出表示 RGB 颜色值。好处包括更多的智能控制的制造。在实践中 ,传感器输出原始 RGB 读数为模拟信 号 。 模 拟 信 号 更 适 合 通 信 , 因为数字读数为三个渠道将超过每150µs 吞吐量限制典型的串行协议。一个传感器可以将原始 RGB 信号模拟与 10 位分辨率将输出 5mV 的每个 1023 步。如果颜色变化的原因是无法轻易地发觉或者如果没有显示可用 ,模拟 RGB 信号可以数字化和美联储到数据采集系统。这允许全面的变化趋势 ,分析传感器读数。一些传感器提供一个数据转储模式原始数字读数。 色标传感器工作原理：色标传感器对各种标签进行检测，即使是背景颜色有着细微的差别的颜色也可以检测到，处理速度快。自动适应波长，能够检 测灰度值的细小差别，与标签和背景的混合颜色无关。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果。 河南机电高等专科学校论文设计 13 1.4.2 传感器介绍及其工作原理 1.传感器的定义 国家标准 GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、 存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： （ 1）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。 （ 2） 按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 （ 3） 按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“ 1”和 0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 2.传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静 态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。 3.传感器的动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入 信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的线性度。 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性河南机电高等专科学校论文设计 14 能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论 直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 4.传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化 y对输入量变化 x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化 1mm时 ， 输 出 电 压 变 化 为 200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高 ，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。 5.传感器的分辨力 分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。 通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。 6.电阻式传感器 电阻式传感器是将 被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。 7.电阻应变式传感器 传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 8.压阻式传感器 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻 而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅河南机电高等专科学校论文设计 15 片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。 河南机电高等专科学校论文设计 16 第 2章 系统介绍与软件分析 2.1 材料分拣系统介绍 材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了 PLC、传感器、位置控制、电 气传动和气动技术，可实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位计算机监控。 它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。材料分拣装置能实现如下 3 种基本功能。分拣出金属与非金属、分拣某一颜色块、分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。 2.2 材料分拣系统设计原理 系统利用各种传感器对待测材 料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带依次接受各种传感器检测如果被某种传感器器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行。控制要求： 1.系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲 。 2.电机运行，带动传输带传送物体向前运行。 3.有物料时，下料汽缸动作，将物料送出。 4.电感传感器 检 测到金属物料时，推汽缸 1 将待测物料推入下料槽。 5.电容传感器测到非金属物料时，推汽缸 2 将待测物料推 入 下料槽。 6.当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸 3 动作将待测物料推人下料槽。 7.其他物料被送到 SD 位置时，汽缸 4 动作将待测物料推入下料槽。 8.汽缸运行有动作限位保护 ， 下料槽内无下料时，延时后自动停机。 2.3 材料分拣系统分析 2.3.1 设计思路 其工作过程是开启电源，步进电机运行并驱动传输带，下料传感器检测下料槽内是否有物料。若无物料，延时后自动停止并等待上料；当下料槽内有物料时，系统自动运行。首先，下料传感器发送信号给 PL C，河南机电高等专科学校论文设计 17 并转送给推汽缸经过一定时间，下料汽缸依次将物料推至传输带。当物料由传输带传输时，光电编码器发出脉冲开始进行计数，电机运行，实现定位控制。当电感传感器检测到物料为金属物 料时，发出反馈信号给 PLC，由 PLC 控制推汽缸 1 动作，将物料推到卸料斗。如图 2-1。 图 2-1 系统控制示意图 当推汽缸电磁阀运行到限位时，电磁阀复位，恢复原状态 。 此时，电机重新工作驱动传输带到下一位置。 图 2-2 系统原理示意图 河南机电高等专科学校论文设计 18 同理，可通过相应传感器分拣相应的空物料。 据分拣装置工作过程设计功能表图，设计电气控制原理图如图 2-3，在设计的电气控制原理图的基础上对它进行研究，分析工作过程的每一个环节，再选择合适的 PLC类型，编写 I/O 分配图。 信号板及 各传感器位置 如 图 2-3。 可编程控制器的系统软件 有两部分，一是编程器的系统软件，二是可编程序控制器的操作软件 OS。 图 2-3 系统软件流程 编程器常用继电器语言，也叫梯形图符号语言，对可编程序控制器进行编程，使用起来非常方便。为了把使用这种语言编的程序变成可编程序控制器中央处理器所能接受的机器语言，需要通过编译程序才能完成。这种编译程序存在编程器的 ROM 存储器中，构成了编程器的系统软件。可编程控制器内有一个操作系统，主要任务是解读程序，执行过程如图 2-4。 2.3.2 系统软件流程图 根据系统控制要求，可画出如下所示的系统软件流程图（如图 2-4）该 系统可选择连续或单次运行工作状态。若为连续运行状态，则系统软件设计流程图中的汽缸 4 动作后，程序再转到开始；若为单次运行，则汽缸 4 动作后停机。如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进河南机电高等专科学校论文设计 19 行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可。应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能。用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离，实现定位功能。定位时，电机停转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理。在汽缸 1 3 动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数。如果相应的传感器没有检测到物 体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续运行到下一位置。如果只对材料的某一特性进行分拣，比如只分拣金属和非金属，则只需对传感器的安放或程序进行修改即可。 图 2-4 系统软件流程图 开始 汽缸是否回位 斗内是否有料 计时到自动停机 电动 机运行皮带传动 下料气缸 Y5 动作 SA 测到物体 推汽缸 1 动作 推汽缸 2 动作 推汽缸 3 动作 推汽缸 4 动作 连继运行 SB 测到物体 SC 测到物体 Y Y Y N Y N Y Y N Y N N 河南机电高等专科学校论文设计 20 第 3 章 课题研究的方法和手段 3.1 硬软件比较 随着西门子 PLC 功能的逐渐健全，也越来越受人们的欢迎。它不仅具有丰富的机型、超小的体积、灵活的安装、双 CPU 结构、极高的运算速度等特点，还有事件中断自动告知、自诊断、故障历史记录、远程口令等特殊功能。简单介绍它与继电器的比较： 1.采用微 处理器为核心，并采取各种抗干扰措施，因为 PLC 可靠性高、控制功能强体积小。 2.利用 PLC 内部计算器和计时器，容易实现逻辑组合和运算，不用增加硬设备。 3.由于 PLC 采用软件编制程序来完成任务，因此可以随时变更程序来适应生产工艺的改变，而不用重新布线。 3.2 PLC 的特点及功能 3.2.1 PLC 的优点 由于可编程控制器（ PLC） 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、程 序设计 简单 及便于安装调试 等 优 点。 PLC 在工业自动化控制 的各个领域发挥着越来越重要的作用，社会对可变程序控制器技术人员的需求也越 来越迫切，在可预见的将来是无法替代的。 可编程 序 控制器（ Programmable Controller） 通常也可简称为可编程控制器，英文缩写为 PC 或 PLC,是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便， 可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，采用模块化结构，使系统组合编程语言简单易学，系统设计周期短，对生产工艺改变适用性强，安装简单，调试方便，维护工作量小， 特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力， 更是得到用户的好评。成为现代工业控制的三大 技术支柱（ PLC,机器人和 CAD/CAM）之一 。 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 河南机电高等专科学校论文设计 21 3.2.2 PLC 的缺点 1.固定的编程 有些 PLC 编程功能单一。如果不需要就必花大代价使用具有多种编程功能的 PLC。例如为了节约成本，一些设备制造厂仍然使用带销的机械式定序器。如果操作顺序很少或根本不会改变，就没有必要使用重编程功能的 PLC。 2.考虑环境因素 PLC 需要工作在一定的环境下，高温和振动将会 影响 PLC 系统的电子设备，就限制了 PLC 的使用。 3.故障保护在 PLC 系统中，必须提供一个输入电压来停止设备。这些系统没有故障保护。 4.固定回路操作当系统要做周期性更新时，用 PLC 系统更新。 3.2.3 PLC 的功能 1.开关量控制： PLC 可以完成开关逻辑运算和顺序逻辑运算控制，从而实现对生产机械或生产过程的自动控制。 2.模拟量控制：如温度，压力，流量，液位都属于模拟量。 3.定时 /计数控制： PLC 具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至数百个定时器或计数器。 4.数据处理：新型 PLC 都具有数据处理能力，不仅 能进行算术运算、数据传送、而且还能进行数据比较、数值转换、数据显示打印，甚至浮点运算、函数运算等功能。 5.联网与通信： PLC 可与上为计算机或同位 PLC 进行数据通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，是实现工厂自动化的理想工业控制器。 3.3 PLC 控制系统的发展趋势 随着 PLC 技术的推广、应用， PLC 将进一步向以下几个方向发展。 1.标准化：指令兼容，外设易于扩展，但不同厂家生产的 PLC，梯形图、指令及各种配件均有一些差异，不利于 PLC 的普及。 2.小型化：随着微电子技术的进一步 发展，小型机的功能将进一步完善， PLC 的结构必将更为紧凑，体积更小，使安装和使用更为方便。 3.模块化 :采用模块化结构，使系统的构成更加灵活、方便。 4.低成本 :使 PLC 在经济上能与继电器电路抗衡，成为继电器的替代河南机电高等专科学校论文设计 22 品。 5.高功能 如（完成位置控制、温度控制、中断控制、 PID 调节、远程通讯、音响输出等）。最后 PLC 的普及是机电一体化的必然趋势，也就是说实现机电一体化也是 PLC 发展的一个重要方向。 河南机电高等专科学校论文设计 23 第 4章 结果和讨论 4.1 PLC 控制材料分拣装置的硬件设计 1.分析被控对象并提出要求 （ 1） 被 控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 （ 2） 控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 2.确定输入输出设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 3.选择合适的 PLC 类型 序号 I/O 地址 实物控制 1 Q0.0 传送带电动机 2 Q0.1 汽缸 1 3 Q0.2 汽缸 2 4 Q0.3 汽缸 3 5 Q0.4 汽缸 4 6 Q0.5 下料电动机 7 I0.0 启动开关 8 I0.1 电容传感器 9 I0.2 电感传感器 10 I0.3 黄色传感器 11 I0.4 其他传感器 12 I0.5 光电传感器 13 M0.0 中间继电器 14 M0.1 中间继电器 15 M0.2 中间继电器 表 4-1 I/O 口与实物分配示意图 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点河南机电高等专科学校论文设计 24 数，选择合适的 PLC 类型， 包括机型、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择 等。 在满足功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最佳的性能 价格比，选择有西门子公司生产的 S7-200 系列的 PLC 类型。该系列机的最大 I/O 点数为 120 点，指令的平均执行时间为 12us/步，用户程序存储容量为 1000 步。它有一个 6 位 BCD 码高速计数器，最高计数频率为2KHZ。 4.分配 I/O 点 分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 /输出分配表或者画出输入 /输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工 。 开关量 I/O。标准的 I/O 接口用于传感器和开关及控制设备进行数据传送，典型的交流 I/O 信号为 24-240V，直流 I/O信号为 5 24V。 软件接口分配表格如图 4-1 所示。 4.1.2 系统关键技术 1.根据控制要求确定 I/O 点数，输入应该有 6 个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、预留传感器（可根据要求设置），以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有相应的 5 个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计 10 个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及 5 个控制汽缸动作的电磁阀。共需 I/O点 32 个，其中 16 个输入， 6 个输出 。 2.PLC 的选择由于该材料分拣装置的控制为开关量控制，且所需的I/O 点数不多。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。根据所选择的 PLC 机型，对 PLC 的 I/O 点分配编号。通过 I/O 的连接，即可实现PLC 对分拣装置的控制。 4.2 程序设计 4.2.1 程序设计 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 河南机电高等专科学校论文设计 25 1.将程序输入 PLC 当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下车机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。 编程时应注意： （ 1）认真分析被控对象的工艺过程的控制要求，用功能流程图的形式，表示程序设计的思想，为编程做好准备； （ 2）根据现场信号与 PLC 外部电路图或； PLC 软继电器编号对照表及程序功能流程图进行编程； （ 3）要严格遵守梯形图、指令语句表的格式规则，编写程序。 2.进行软件测试 程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程 序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 3.程序模拟调试 在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功 。 4.硬件实施 PLC 硬件设计是指 PLC 外部设备的设计，在硬件设计中要进行输入设备的选择（如控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括 PLC 输入输出通道的分配，为了便于程序设计和阅读，常做出 I/O 通道分配表，表中包含有 I/O 编号、设备代号、名称及功能等。 5.整理和编写技术文献 系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。 （ 1）分配输入和输出点 一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好 线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。 河南机电高等专科学校论文设计 26 （ 2） 确定 I/O 通道范围 不同型号的 PLC，其输入 /输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可张冠李戴 ， 必须参阅有关操作手册。 （ 3） 辅助继电器 内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 /计数器时作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。未分配模块的输入 /输出继电器区以及 为 使用 1： 1 链接时的链接继电器等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应 合理安排 PLC 的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。 4.3 PLC 的软件设计 在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。对系统任务分块 分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务 ， 这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题 ， 这样可便于编制程序 ， 计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等 等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。 4.3.1 分配定时器 /计数器 PLC 的定时器 /计数器数量分别见有关操作手册。 PLC 软件系统设计方法及步骤 ， PLC 软件系统设计的方法 。 在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。图解法编程 ， 图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个 步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。 河南机电高等专科学校论文设计 27 图 4-1 PLC 控制系统设计流程图 4.3.2 编制控制系统的逻辑关系图 从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。 根据 PLC 控制系统设计的基本内容，控制系统的设计一般按下图所示的步骤进行。 4.3.3 绘制电路图 绘制各种电路的目的，是把系统 的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力河南机电高等专科学校论文设计 28 和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力 提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。 4.4 PLC 调试过程及分析 在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以 其他方法 法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起算总帐。 把所编的程序输入到计算机，进行编译，所输入的程序通过编译后 直到最后通过。接入 PLC 通信口后，将所编程序进行调试。直到调试结果出现正常的结果。 河南机电高等专科学校论文设计 29 第 5 章 展望 在刚开始做课程设计时我不知道自己到底该做什么，在试着做了一个题目是才觉的自己不会的东西实在是太多了，知识明显感觉到不适应这大范围、大规模的设计工作。最后在确定这个题目后，查阅大量资料、总结概括将零碎的知识化为有机的整体，以及对每个具体问题的分析。实践经验的缺乏，使我不停的反复校核，其过程繁杂而单调。当设计完后，感觉还可以的。尽管设计过程中有很多的困难，图纸画的还不尽善尽美，可 是每一步都是经过我的反复思考而得出的结论。 多年来 ,PLC从其产生到现在 ,实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃 ,功能由弱到强 ,实现了从逻辑控制到数字控制的进步 ,在半导体技术、计算机技术和通信技术高速发展的今天 ,PLC 在模拟量的处理 ,数字运算 ,人机接口和网络等各方面的能力都已大幅度提高 ,成为工业控制领域的主流控制设备并且应用的越来越广泛 ,在各行各业发挥着越来越大的作用。可编程逻辑控制器以其自己的特点 ,所以一直在工业自动化控制领域占领主导地位。 PLC 在当时如同继电器控制装置的替代物 ,其主要功能一般只用于单一工序的自 动控制。它在硬件上以准计算机的形式出现 ,在 I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路 ,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施 ,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上 ,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图。因此 ,早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置 ,其优点包括简单易懂 ,便于安装 ,体积小 ,能耗低 ,有故障指使 ,能重复使用等。 在 20世纪 70年代中期到 80 年代初期 ,微处理器技术日趋成熟 ,单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产 ,大规模集 成电路开始普遍应用。使 PLC 功能大大增强。在软件方面 ,除了保持其原有的逻辑运算 ,计时 ,计数等功能以外 ,还增加了算术运算 ,数据处理和传送 ,通讯 ,自诊断等功能。在硬件方面 ,除了保持其原有的开关模块以外 ,还增加了模拟量模块 ,远程 I/O 模块 ,各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量 ,使各种逻辑线圈的数量增加 ,还提供了一定数量的数据寄存器 ,使 PLC 应用范围得以扩大。 总之，设计是再创造的过程末期灵活性很大，为今后的设计，工作打下了坚实的基础。不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后 终于做完了，有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些河南机电高等专科学校论文设计 30 东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 通过了这次设计，我觉得这是对我三年所学的知识一次充分的检测。这也使我更加认识到了知识的重要性，虽然三年所学的东西有限。可是，通过这一次的改造，也使我更深地认识到了我身上还存在着一定的不足之处，在我以后工作的道路上，我将不断的努力，积极的改正，争取使自己成为一名合格的大学生。为我们的祖国贡献出自己的一份力量。 科技改变历史，知 识改变命运。我们跨入了