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“CETT全国可编程控制器（PLC）程序设计师”职业培训认证结业“CETTIC全国可编程控制器（PLC）程序设计师”职业培训认证结业设计三菱FX系列分拣控制系统指导教师：王冠华学生姓名：刘胜利完成日期：2007年12月25日摘要：作为“CETTIC全国可编程控制器（PLC）程序设计师”职业培训认证考试实践环节的结业设计，本文阐述了应用日本三菱公司生产的具有高性能价格比的微型可编程控制器三菱FX系列PLC设计实现分拣控制系统。该系统充分利用了培训中讲述的可变成控制器（PLC）的多方面知识方法，使得该系统可靠稳定，应用范围广。关键词：可编程控制器 PLC 分拣控制系统目录第一章概述 .11.1 选题背景 .41.2 PLC在控制系统中的应用 .61.3 PLC的几种流派 .121.4 自动分拣系统应用简述 .131.5 三菱FX2N系列产品的介绍 .15 第二章分拣控制系统 .172.1 总体设计 .172.11 系统描述 .172.12 系统要求 .182.2 系统配置 .182.21 I/O端口分配表 .192.22 状态转移图 .202.23 梯形图 .222.24 指令表 .262.25 外部接线图 .292.3 数据结构 .302.31 输入数据 .302.32 输出数据 .302.33 运算数据 .30第三章性能测试与分析 .313.1程序模块的调试 .313.2性能分析 .31第四章结束语 .32参考文献 .32第一章概述1.1选题背景 自动分拣系统最前线PAS诞生的经过HOKUSHO于1990年3月和美国Auto Motion公司进行技术合作，在1991年3月开发了以重量级(相当于45kg)家电产品的快速分拣为目的的滑块式分拣搬运机大型自动分拣机。随后于1993年7月开发了以中等重量(相当25k)纸板箱盒为对象的小型自动分拣机。2年后，依次开发了以书籍、杂志等(相当于5kg)为对象的迷你自动分拣机。为了保证分拣的正确性，减少分拣时对搬运货物的损害，所以目前为止一直坚持滑块式，并按照搬运重量开发了3种类型。PAS是以迷你类型为核心的系统，开发完成能正确分拣轻量、质地薄商品的结构大约花费了1年半时间，同时也着手开发了软件(运用软件)。在伊藤洋华堂的指导下，实现了彻底的降低成本，并成功地在1996年10月的国际物流综合展示会亮相。当时的反响超出预料，之后迅速形成市场，现在以流通行业为中心的交货实绩超过160套。在介绍该系统的最新动向之前，先简单介绍PAS的概要和到目前为止的使用状况。PAS的最大用途是分拣的高精度PAS取自于Piece Assorting System的第一个英文字母，该系统使用小件商品对应的分拣输送机，快速分拣零散单位的商品，并同时确认其数量。关于该系统的引进优点使用说明在后文中详细叙述，该系统的最大用途是实现极其高精度的分拣。在进行人海战术作业的时候，实际结果和数据几乎没有100%的一致，也很难寻找错误的原因。即使能够保存数据，但是由于数据可信度较低，所以无法灵活使用于应用当中。如果能够将实际和数据尽量保持一致，就可以在各种场合下灵活使用，在那些目前为止被认为不可能的领域中实现大幅度地降低成本。在使用PAS的场合下，就可以实现实际和数据的尽量一致，也可以在各种场合灵活使用这些数据。数据越正确就越能实现正确的单品管理，进而把握正确的物流成本。PAS的起源在于人PAS的理念是“使人活用的工具”。所以工序以现场为主导，积极灵活使用为前提，非常易懂，即使是临时工也能通过工具感觉来进行操作。凡是那些容易让人出错，并且身心负担较重的数量确认作业可以委托给PAS，而那些无法使用机械作业的目视检验工作由作业人员进行，这样就没有被机械所驱使的感觉，而通过驾驭机械的感觉正好可以唤起作业者的积极性。其结果是作业者的劳动积极性提高了。另外，因为不是大家反复从事同一个单纯作业，每个人所担当的区域不同作业内容也不同，正所谓是作为一个团队的运用。通过担当部署的改变，可以很容易地回避千篇一律，其结果可以抑制作业者的工作疲倦感。通过工具感觉可以愉快、无误并积极地投入工作，PAS提高了生产效率，进而提高了ES(劳动者满意度)。各个中心的活用类型目前为止，虽然各种各样的中心引进了PAS，但主要还是分为4种类型。保管型物流中心/DC出货时根据客户(播种)分拣进货、退货时的数量检验+按项目分拣中转型物流中心/TC入货时的数量检验+按客户(播种)分拣生产据点内配送中心出货时按客户(播种)分拣退货处理中心退货时的数量检验+按项目或种类分拣除上述之外，还有其他各种用途，例如邮件、小物品集中配送保管中心等等。将用途转换成引进动机来看，都是为了解决劳动密集型作业(进货检验、退货检验、拣选、流通加工、出货检验、包装等)诸问题(精度、生产效率、成本等)而引进PAS的。这些问题是供应环节中的瓶颈问题之一。引进PAS的好处适用在订单拣选的情况下: 交货精度（可以在1/100000以下）; 实现将一个店铺进一步分为多个部门（按部门交货服务）; 省人的效果(和手工作业相比约为1/2)。适用退货处理的场合:实现退货(人货)(检验、入库的零错误);省人的效果(和手工作业相比约为1/2)。最新的动向和展望从台数上来看，大约一半左右是用于流通行业中按客户(播种)分拣，今后还会进一步增加。从处理的商品种类上来看，没有特别明显的倾向，但是由于一开始就是可以对应各种零件的系统，所以用于以化妆品、医药用品为主，服装、书籍、加工食品、日用杂品、CD、玩具、录像带等不胜枚举的商品。特别值得一提的是用户引进PAS的理由。假设用户所处理的商品从加工食品改变为日用杂货，即使这样，也可以毫无问题的继续使用PAS，我认为这一有利点 可能就是滑块式成为主流的间接原因。从物流中心的形态来看，还是以密集型(共同、中转型)中心为主流。这是因为一方面提高了效率，另一方面在国际会计基准中现金流动越来越被重视，所以不得不进一步压缩库存。在这样的中心里提高综合能力是必要的条件。除此以外，环境安全规则(家电循环再利用容器包装的循环再利用法)和企业的IS014000系列的不断开展中，推进产品循环再利用的设备投资也很活跃。和上述的压缩库存相同，为了正确把握退货商品，PAS也将被活用。另外，不仅在国内，在韩国、台湾已经有几套PAS正在被使用，和国内一样也存在着潜在市场。结论如同“按中心活用类型”中介绍的一样，PAS的各种用途都在被应用，这些用途都来源于客户的构思。今后，作为实现客户构思的工具将发挥更大的作用。PAS的基本使用说明开发PAS系统的目的是为了正确快速并花费极少劳动力，将商品以零散单位进行细分作业。以对应零件的滑块式分拣输送机迷你自动分拣机为核心，配置投入用的带式输送机，以便装载搬运物搬运到分拣输送机上，在投入部设置投入电脑(触摸式面板)和输入用的条形码读数装置。另外配对进行情报管理用的管理电脑，控制机械用的控制电脑。管理电脑里装有标准运用软件。这样大致分为情报管理、控制部、投入部、分拣滑槽部(1)情报管理 控制部进行数据加工、管理、通信、显示、控制输送机。通过TCP/IP的网络通信或者软盘进行分拣数据的交接。(2)投入部在操作和投入搬运物时，输入数据，辨认被投入的商品，搬运到分拣输送机上。配合数据输入自动化，引进影像扫描自动输入系统已成为主流。(3)分拣滑槽部根据分拣数据分拣到各个滑槽。对应商品的形状滑槽有各种类型，但是基本上是3种类型(钢制倾斜滑槽、滚轮倾斜滑槽、带式输送机滑槽)现在PAS有3种类型，标准型PASI，能够分拣圆筒形物品(30mm为止)的PASll，对应邮件、小物品的PASll。1.2 PLC在控制系统中的应用 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。 PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的 能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。 自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑 控制或顺序控制。至今，在PLC的编程语言梯形图中还可以看到这些布线的影子。直到60年代末、70年代初可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和超小型化方面进行了一次飞跃，最终使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。一、可编程控制器的主要功能 PLC是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。PLC系统一般由以下基本功能构成：? 多种控制功能 ? 数据采集、存储与处理功能 ? 通信联网功能 ? 输入/输出接口调理功能 ? 人机界面功能 ? 编程、调试功能 1、控制功能逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。定时控制：它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定 时脉冲等方式。计数控制：用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。2、数据采集、存储与处理功能数学运算功能：基本算术：加、减、乘、除。扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。比较：大于、小于和等于。数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。模拟数据处理：PID、积分和滤波。3、输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。4、通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。 通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。 在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。5、人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。 实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和 用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。 二、可编程控制器的主要特点 1、可靠性高PLC的MTBF一般在4000050000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。2、模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从88192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。3、功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。4、编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多 的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。5、适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境 下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。6、安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。 一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温 下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。7、运行速度快随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它更符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。8、总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。 PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的 进步。 PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需要。三、PLC的通信及联网PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 以西门子公司的SIMATIC NET为例，在其提出的全集成自动化(TIA)的系统概念中，核心内容即包括组态和编程的集成、数据管理的集成以及通信的集成。通信网络是这个系统重要的、关键的组件，提供了部件和网络间完善的工业通信。 SIMATIC NET包含了三个主要层次： AS-I网传感器和执行器通信的国际标准，扫描时间5ms，传输媒体为未屏蔽的双绞线，线路长度为300m，最多为31个从站。 PROFIBUS工业现场总线，用于车间级和现场级的国际标准，传输率最大12m/s，传输媒体为屏蔽双线电缆(最长9.6km)或光缆(最长90km)，最多可接127个从站。 工业以太网用于区域和单元联网的国际标准，网络规模可达1024站1.5km(电气网络)或200km(光学网络)。 在这一网络体系中，尤其值得一提的是PROFIBUS现场总线，PROFIBUS是目前最成功的现场总线之一，已得到广泛地应用。它是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。为数众多的生产厂家提供了优质的PROFIBUS产品，用户可以自由地选择最合适的产品。PROFIBUS已经成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准pr EN50170，并在世界拥有了最多的用户数量。四、PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。 PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。 PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。2、相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。3、区别点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。 PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。 特别提出的是与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有什么控制器绝对完善，也没有哪种产品绝对差，只能说选择更适用的产品。4、增长趋势比较（见表）表1995年四类控制产品的初步统计名次产品类别销售额(美元)增长率/%1PLC39亿(不包括软件)50亿(包括软件)15.92PID29亿14.23DCS28亿5.74个人计算机15亿14.9控制软件7.8亿15PLC自问世以来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。 五、PLC的综合经济分析 综上所述，在恶劣环境中，使用PLC控制机构设备，生产流水线和生产过程的自动控制将越来越广泛。但是，这种新型控制装置在推广使用中尚有一些问题困扰着用户，主要集中在两个方面，一是可靠性问题，二是价格问题。 当然，用新型控制装置实现老设备改造与生产过程自动化，提高劳动生产率，改善企业管理，这是提高企业经济效益的必要措施，但如何正确处理这种关系，本文提供一些数据资料作为用户参考。 1、可靠性问题 据有关资料提供数据表明：国外一般中小型PLC，如日立、西门子、IPM，平均无故障时间高达10万h。即使大型PLC平均无故障时间也在45万h之间。因此，制造厂商认为可靠性已不存在问题。就可靠性而言，继电接触器是望尘莫及的。所以，对于日立、西门子、IPM等产品资料中可靠性不再是一项技术指标。 2、PLC的经济综合分析 对PLC的经济分析，应从以下几方面考虑： （1）从影响成本的各个因素综合考虑从目前生产设备控制装置来说，有三种类型：继电器控制。半导体器件控制。PLC控制。 价格仅是选择PLC品牌的一个因素，而可靠性是选择时需要考虑的又一个因素。 （2）从设计、生产周期长短考虑不论是老设备改造，还是设计新的生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而PLC则完全可以实现。这是因为若用PLC不必改动外部设备接线，只要在软件上作文章就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的目的。 众所周知，目前我国75%的生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。 六、PLC最新发展状态及趋势 现代PLC的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。 （1）大型网络化主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 （2）多功能随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。 如西门子公司早在80年代就研制出了多回路闭环控制模块、步进电机控制模块、仿真模块和通信处理模块等。在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有TD 200和COROS OPS操作模板(OPS)为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFIBUS以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。 （3）高可靠性由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。西门子公司S7400 PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全密封的模板依然可正常工作，在操作运行过程中模板还可热插拔。 1.3 PLC的几种流派1969年美国的DEC公司研制成功了世界第一台PLC。1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台 PLC。从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家，生产大约二百个品种；日本有6070家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；在欧洲注册的也有几十家，生产几十个品种的PLC产品。 PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。面对二百多PLC厂家，400多个品种的PLC产品，另人目不暇接、眼花缭乱。这无疑会给广大的PLC用户在选择、开发、使用及学习PLC时造成许多困难。 学通一种PLC，是否能举一反三，一通百通呢？如果说对于单纯的逻辑控制还有一点可能的话，那么随着PLC功能的发展，要想一通百通几乎是完全不可能了。熟悉西门子S5系列PLC的人都知道，他是采用结构化编程的方法，尽管他也设有梯形图、逻辑图等多种其他编程语言，单少许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过STEP5语言，调用各种功能来实现。然而美国A-B公司的PLC-5系列可编程控制器则与西门子S5系列PLC相去甚远，A-B的PLC-5根本就没有语句表，他所有的程序都要依靠梯形图编制，因而A-B的梯形图与西门子的梯形图在形式、功能及用法上相差很大。 日本的微型小型PLC产品是非常有特色的，他对梯形图、语句表并重，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统。用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型PLC产品就能解决，而用欧美产品常要选用中型乃至大型PLC才行。这主要是欧美小型PLC产品指令系统太弱所制。 随着PLC功能的发展，企图学通一种就一通百通显然是不可能的，那么是否要对每种PLC都学习呢？这样做既不现实，也没有必要。追溯PLC的发展历史可以看到，世界上200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品大体可以按地域分成三个流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，还有一个流派是日本产品。同一地区的产品相互借鉴的比较多，相互影响比较大，技术参透比较深，面临的主要市场相同，拥护要求接近，这一切就使得同一地域的PLC产品表现出比较多的相似性。 美国PLC技术的形成与欧洲PLC技术的形成是在相互隔离的情况下，独自研究开发获得的，因此美国的PLC产品与欧洲的PLC产品常表现出来明显的差异性。日本的PLC技术是由美国引进的，因此日本的产品对美国的产品有一定的继承性。单日本把自己主推产品定位在小型PLC上，因面临的主要市场在亚洲，因此他对美国的PLC技术既有继承，更多的是发展。在小型PLC方面，他已是青出于蓝而胜于蓝，日本产品在世界小型PLC市场上占70%的份额。 按照把PLC产品划分成三种流派的思路，从每一流派中选泽最有代表性的几家厂商，再结合他们的产品在我国的用量来决定本书内容的取材。据不完全统计，我国每年引进的PLC产品价值在5500万美元左右，其中美国产品约2000万美元，欧洲产品约2500万美元，日本产品约1000万美元。欧美产品以大中型PLC为主基本上是德国西门子公司与美国A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本产品，其中OMRON公司占首位，而松下电工是后起之秀，大有后来居上之势。 按地域划分PLC产品流派的做法并不很科学，单他有一定的使用价值，同一流派PLC产品表现较多的相似性，不同流派PLC产品表现出的明显差异性，这启示我们介绍每一流派中最有代表性的产品，以后与到其他品种时，就比较容易举一反三，触类旁通。1.4 自动分拣系统应用简述 一、自动分拣系统作业描述 自动分拣系统（Automated Sorting System）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。该系统的作业过程可以简单描述如下：物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。 二、自动分拣系统的主要特点 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，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行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以下工作： （1）、送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。 （2）、由人工控制分拣系统的运行。 （3）、分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。 （4）、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40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述（1）、（3）、（4）项工作，自动分拣线作到了无人化作业。 三、自动分拣系统的组成 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鱼贯通过控制装置、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。 四、自动分拣系统的适用条件 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，但因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。在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件： 1、 一次性投资巨大 自动分拣系统本身需要建设短则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。这种巨额的先期投入要花1020年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资，小企业无力进行此项投资。 2、 对商品外包装要求高 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。1.5 三菱FX2N系列产品的介绍 FX2N系列是小型化、高速型、高性能等很多方面都是相当于FX系列中最高档次的超小型程序装置。除输入16256点的独立用途外，还有以适用于多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等用途，是一套可以满足广泛需要的PLC。 FX2N系列PLC的特点：（1） 系统配制固定又灵活 可进行16256点的灵活输入组合。可连接扩展模块，包括FX0N系列扩展模块。（2） 编程简单，指令丰富编程种类如表2.2表2.2简单的编程种类指 令 种 类指 令 数 目/种基本指令27步进梯形指令2应用128（298个）功能指令种类多，有高速处理指令、便利指令、数据处理、特殊用途指令。（3） 品种丰富可选用16/32/48/80/128/点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。也可以根据电源及输出形式，自由选择。（4） 高性能内置程序容量8000步，最大可扩充至16K，可输入注释，还有丰富的软组件。（5） 高速运算1个指令的运行时间，基本指令只需0.08，应用指令在1.25s至几百微妙之间。（6） 多种特殊用途 FX2N系列中，1台基本单元最多可以连接8台扩展模块或特殊功能模块，连接上相关的特殊功能模块后，可以应用在模拟控制，定位控制等特殊场合。（7） 外部机器通信简化 一台FX2N主机可安装一个机能扩充板，使用FX2N-485-BD及FX0N-485ADP的FX2N系列PLC间，可作简易PLC通信连接。（8） 共同的外部设备可以共享FX系列的外部设备，如便捷式简易编程器FX-10P-E、FX-20P-E。用SC-09电缆线与微机连接，可使用FX-PCS/WIN编程软件。第二章分拣控制系统2.1 总体设计 2.11 系统描述当特殊功能辅助继电器M8002导通时置位S0线圈Y005得电原点指示灯亮。步进S0启动开关X000导通，左限位开关X001导通，SQ1动作，上限位开关X003导通，SQ3动作。置位S21线圈Y001得电，机械臂下降。定时器T0定时2秒选择大小球。机械臂下降时，（碰铁压着的是大球时，限位开关SQ2断开，而当碰铁压着的是小球时SQ2接通，以此判断是大球还是小球。）当是大球时SQ2断开电磁铁将大球吸住Y002得电机械臂上升上限位开关X003导通，SQ3动作右行到SQ5动作Y000得电机械臂下降SQ2动作Y001得电复位吸球口将小球释放上升SQ3动作左移SQ1动作回到原位。当是小球时SQ2接通电磁铁将小球吸住Y002得电机械臂上升上限位开关X003导通，SQ3动作右行到SQ4动作Y000得电机械臂下降SQ2动作Y001得电复位吸球口将小球释放上升SQ3动作左移SQ1动作回到原位。2.12 系统要求 在分拣控制系统中经常要对流水线上的产品进行分拣，要求机械臂的工作顺序是向下、抓球、向上、向左运行、向下、释放、向上和向左运动至左上点（原点）。抓球和释放时间均为1秒。当机械臂电磁铁向下吸住大球时，限为开关SQ2没有碰到而处于断开状态；而当机械臂电磁铁向下吸住小球时，限位开关SQ2被碰到而处于接通状态。这样就能分拣是大球还是小球了。2.2 系统配置PLC的输入点，包括行程开关（俗称限位开关）、启动停止按钮、电动机的正反转。PLC的输出点包括电机的接触器和电磁铁线圈以及指示灯。由于点数不多，考虑20%30%的余量，选用小型PLC便可实现，结合实训中心现有的条件我选择的是三菱FX系列便可实现分拣控制系统。2.21 I/O端口分配表输入输出名称输入点名称输出点左现位开关X001机械臂下降Y000下限为开关X002机械臂上升Y002上限位开关X003吸球口Y001释放小球中间开关X004机械臂右移Y003右限位开关X005机械臂左移Y004启动开关X000原点指示灯Y005图2 .I/O端口分配表2.22 状态转移图根据工艺要求，此控制流程可根据SQ2的状态（即对应的是大球还是小球）有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下降之后根据SQ2的导通还是断开，分