自动输送分拣系统.doc

自动输送分拣系统（控制部分）工 学 部 工学一部专 业自动化班 级4418501学 号200413185019姓 名马千里指导教师刘 剑负责教师刘 剑沈阳航空工业学院北方科技学院2008年7月沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）摘 要本文较为详细的介绍了自动输送分拣系统的工作原理，传感器应用技术和分拣机的结构、性能、优缺点以及采用PLC控制的优点。通过收集大量的资料，结合当今世界采用的分拣技术，根据毕业设计要求，我采用了传送带输送系统、传感器识别材料材质技术和气泵组成了自动输送分拣系统。通过计算机编写PLC程序，再通过通讯线缆实现计算机与PLC的通讯，由上位机显示出运行画面，下位机控制材料分拣系统，自动输送分拣系统在生产过程中的运用，大大提高了劳动生产率。关键词：传感器；PLC；自动化；材料分拣AbstractThis paper is more detailed introduction of the automatic sorting conveyor system works, sensor technology and sorting of the structure, performance, and the advantages and disadvantages of using the advantages of PLC control. A lot of information through the collection, with the world today using the sorting technology, in accordance with design requirements graduation, I used a belt conveyor system, sensor technology to identify materials and material composition of the pump automatically sorting conveyor system. PLC program prepared by computer, and then through the Computer and Communications PLC cable communications, from the top of the screen shows running, under the control of material sorting systems, automatic sorting conveyor system in use in the production process, greatly improving the labor Productivity.Keywords: sensors; PLC; automation; material sorting目 录1 绪论11.1 毕设课题概述11.2 自动分拣系统发展概况12 自动输送分拣系统的设计42.1 设计目的42.2 设计思想42.3 自动分拣系统组成52.4 传感器的选型62.4.1 传感器的种类62.4.2 传感器的选择83 系统设计93.1 可编程控制器的工作原理93.2 STEP7程序使用介绍123.3 应用系统方案设计143.3.1 控制程序设计143.3.2 硬件系统设计164 系统调试194.1 工作原理194.2 软硬件设备194.2.1 计算机与PLC串接口194.2.2 I/O接口通讯194.3 下位机与上位机通讯20结 论22结束语错误！未定义书签。参考文献23致 谢23附 录I 硬件接线图25附 录II 梯形图程序26311 绪论1.1 毕设课题概述随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们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分拣系统。其主要特点: 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化。自动分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等，这恰好适应了企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了广泛重视。完成这次毕业设计题目所使用的自动分拣系统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、气泵。1.2 自动分拣系统发展概况自动分拣系统（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。 自动分拣系统的主要特点： 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。 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。 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： 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一、三、四项工作，自动分拣线作到了无人化作业。 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、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。2 自动输送分拣系统的设计2.1 设计目的材料输送分拣系统主要由气动部分、电器控制部分组成。气动部分由电磁阀和气缸组成，电气控制由西门子的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集，PLC编程，实现对异步电机、电磁阀进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。主要特点： 系统可持续，大批量的进行分拣货物； 系统工作效率高，分拣误差率很低； 系统分拣过程可实现自动化，无人监控，减少工作人员，减轻人工工作强度，提高劳动生产率。2.2 设计思想实现各种材质货物的自动输送与分拣，功能实现：对三种不同材质的货物进行分拣。方案实现：货物输送控制、货物识别与分拣。物料分拣实物教学模型由底座、气动部分、及电气控制等三部分组成。气动部分由电磁阀和气缸组成，电气控制由西门子的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集，PLC编程，实现对异步电机、电磁阀进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。当材料靠近各传感器时，就会使传感器动作，此时材料并没有到达物料槽的位置，因此要在检测到物块之后再计传送带运行的步距。当光电编码器检测到所走的步距后，驱动相应的电磁阀，控制气缸推动物块到相应的物料槽中。 图2.1分拣系统过程示意图2.3 自动分拣系统组成自动分拣系统是物流中心广泛采用的一种分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心、陪送中心不可缺少的一部分。自动输送分拣系统机种很多，但其主要组成部分基本相似。基本由如下各部分组成：1输入装置：被分拣物品由输送机送入分拣系统。2货架传感器设定装置：被分拣物品进入分拣系统前，先把对应传感器设定信息。3进货装置：它把被分拣物品依次均衡的送入分拣传送带，与此同时还要使物品逐步加速到分拣传送带的速度。4分拣装置：它是自动分拣机的主要部分，包括传送装置和分拣装置两部分，前者的功能是把分拣物品送到分拣通道位置上，后者的功能是把被分拣的物品送入相对应分拣通道。5分拣道口：它是从分拣传送带上接纳被分拣物品的装置，可暂时存放进入的商品，当分拣道口满载时，由光电管控制阻止分拣物品再进入分拣道口。6计算机控制器：是传递处理和控制整个分拣系统的指挥中心，自动分拣系统的实施主要靠它把分拣信号传送到相应的分拣道口，并控制启动分拣装置，把被分拣物品送入道口。分拣机控制方式主要是脉冲信号跟踪法。2.4 传感器的选型2.4.1 传感器的种类传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为：1电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。2磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。3光电式传感器光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。4电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。5电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。6半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。7谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。8电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出。2.4.2 传感器的选择根据毕设要求识别铁质材料、铝质材料、黄颜色材料。我选择了电感传感器、电容传感器、颜色传感器、光电传感器。电感传感器，可检测出铁质材料；电容传感器，可检测出金属材料；颜色传感器，可检测出不同的颜色。光电传感器，检测物体通过情况。考虑到成本和检测精度，本设计采用的电感传感器为国产品牌，电容传感器和颜色传感器为进口欧姆龙品牌。考虑到电容传感器可以检测金属材料，所以将电感传感器安装在第一通道上，电容传感器安装在第二通道上，颜色传感器安装在第三通道上，第四通道为备用通道，可以加装其他传感器识别其他材质的材料。3 系统设计3.1 可编程控制器的工作原理可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。自动输送分拣系统（控制部分）就是应用可编程序控制器(PLC)对输送的材料进行自动分拣控制的。PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。 根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。 I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。对于小型PLC，其I/O点数较少，本次毕业设计程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。在发达的工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，在我国有越来越多的行业领域开始应用到PLC。PLC的应用领域主要有以下几个方面：数字量逻辑控制；运动控制； 闭环过程控制； 数据处理；通信联网。3.2 STEP7程序使用介绍 浏览条 指令树 交叉引用 数据块 状态图 符号表输出窗口 状态条 程序编辑器 局部变量表图.1 S7-200编程软件STEP 7 - Micro/WIN 3.2 “视图”- 选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统块，交叉引用及通讯显示按钮控制。“工具”- 选择该类别，显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM 253控制面板和调制解调器扩充向导的按钮控制。注释：当浏览条包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，浏览条显示滚动按钮，使您能向上或向下移动至其他对象 。符号表、全局变量表窗口允许分配和编辑全局符号（即可在任何POU中使用的符号值，不只是建立符号的POU）。可以建立多个符号表。可在项目中增加一个S7-200系统符号预定义表。当编译程序或指令库时，提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，可以双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。状态条在STEP 7-Micro/WIN中操作时的操作状态信息。程序编辑器窗口包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD或STL）的局部变量表和程序视图。局部变量表包含对局部变量所作的赋值（即子例行程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量暂时使用。工具条为最常用的STEP 7-Micro/WIN操作提供便利的存取。可以定制每个工具条的内容和外观。1. 创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。 2. 组态一个站，组态一个站就是指定要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。 3. 组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板。 4. 组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。 5. 定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。 6. 创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。 7下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P）,RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。3.3 应用系统方案设计3.3.1 控制程序设计可编程控制器的特点：编程方法简单易学；功能强大，性价比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性强，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维护工作量小，维护方便；体积小，能耗低。因为可编程控制器具有以上等特点和优点，所以本次毕业设计采用PLC控制整个系统硬件工作。PLC控制系统类型：由PLC构成的单机控制系统；由PLC构成的集中控制系统；由PLC构成的分布式控制系统；用PLC构成远程I/O控制系统。本系统采用的是用PLC构成的单机控制系统。系统的运行方式：手动运行方式；半自动运行方式；自动运行方式。本系统采用的是自动运行方式。分析所控制的设备或系统。PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。判断一下所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求。判断一下所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够用。 CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。I/O模块:输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O。模块它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁。将所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与PLC的输入编号相对应。将所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与PLC的输出编号相对应。接口2.0SN为下料传感器，接口2.1SKW1为推气缸1动作限位，接口0.0SKW2为推气缸2动作限位， 输入I0.2SKW3为推气缸3动作限位，输入I0.3SKW4为推气缸4动作限位，输入I0.4SKW5为下料气缸动作限位，输入I0.5SA为电感传感，输入I0.6SB为电容传感器，输入I0.7SC为颜色1传感器，输入I1.0SBW1为推气缸1回位限位，输入I1.1SBW2为推气缸2回位限位，输入I1.2SBW3为推气缸3回位限位，输入I1.3SBW4为推气缸4回位限位，输入I1.4SBW5为下料气缸回位限位，输入I1.5SD为颜色2传感器, 输入I0.1UCP为计数传感器，输出Q0.0YV1为推气缸1电磁阀，输出Q0.1YV2为推气缸2电磁阀，输出Q0.2YV3为推气缸3电磁阀，输出Q0.3YV4为推气缸4电磁阀，输出Q0.4YV5为下料气缸电磁阀，输出Q0.5M为输送带电机。系统供电设计PLC一般使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各种模块提供不同电压等级的直流电源。本系统采用AC 220V电源为工作电源。这里设计的材料分拣的程序，是利用了的可编程控制功能。通过逻辑分析来实现的，在系统启动时，输入I0.1的高电平引起运行中间寄存器M0.1的自锁，从而进入系统自运转状态。一个控制周期为65s，分为四步，因此可用一个循环定时器来控制周期时间，用各时段时间与该定时器给定值比较即可获得该时段切入点，用以调用相应子程序。采用带参数子程序，子程序中包含要传递的参数。在西门子S7一200可编程控制器的SIMATIC指令中规定:一个子程序最多可以传递16个参数;要传递的参数在编制子程序时必须加以定义;参数必须有一个符号名(最多8个字符)，并确定其变量类型和数据类型. 这样，一个循环的12个时间段只用2个带参数子程序即可满足设计要求。每个带参数子程序要分别调用8次和4次，只不过每次调用时要根据程序要求传递不同参数地址。由此可见，带参数子程序特别适合同样一个子程序需多次被调用，且每次调用参数的名称都不相同;或者说，每次调用参数的实际地址都不相同。充分利用带参数子程序的特点，就可以大大简化程序，起到事半功倍的效果。而不带参数的子程序使用也很广泛，通常用于精干主程序，将部分程序用子程序形式表示，使用时再调用该子程序;也用于一段程序可能多次重复使用，但该段程序中的参数为全局变量，无须进行参数值传递，此时即可使用不带参数的子程序。S7-200在程序的控制逻辑中不断循环，读取和写入数据。当您将程序下载至PLC并将PLC放置在RUN（运行）模式时，PLC的中央处理器（CPU）按下列顺序执行程序： S7-200读取输入状态。 存储在S7-200中的程序使用这些输入评估（或执行）控制逻辑。 当程序经过评估，S7-200将程序逻辑结果存储在称作进程图像输出寄存器的输出内存区中。 在程序结束时，S7-200将数据从进程图像输出寄存器写入至域输出。 重复任务循环。3.3.2 硬件系统设计我设计的材料分拣系统实物模型主要由底座、气动部分、及电器控制三大部分组成。气动部分由电磁阀和气缸组成，电气控制由西门子的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集，PLC编程，实现对异步电机、电磁阀进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。当材料靠近各传感器时，就会使传感器动作，此时材料并没有到达物料槽的位置，因此要在检测到物块之后再计传送带运行的步距。当光电编码器检测到所走的步距后，驱动相应的电磁阀控制气缸推动物块到相应的物料槽中。传动和气动等技术 ，可以实现不同材质的材料自动分拣和归类功能。考虑到系统整体成本和检测精度，本设计采用的电感传感器为国产品牌，电容传感器和颜色传感器为进口欧姆龙品牌。输送带电机采用了进口欧姆龙品牌。气动电磁阀为JOC品牌，传送带气泵具有锁止装置。空气压缩机为国产某品牌，工作电压220V，最大电流6A，电机功率为125W，转速为2880rmin，压力表量程0-1.6Mpa，实际可提供最大安全气压为1.3Mpa。我设计的自动分拣系统只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的物品。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、不能倾覆的物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。因此使用者要根据物品的包装情况来确定建什么样的自动分拣系统。本系统采用三个外型尺寸规格相同，不同材质的物块来模拟被分拣的物品。图3.2 控制流程图 在物料斗中放三个不同材质的材料，在程序运行后传送电机开始运行，传送带转动。运行5秒后，气缸动作，将物块推到传送带中。此时传送电机停止，以便物块放正位置。过0.5秒后，电机又开始运行。如果程序运行时，物料斗中没有物体，则运行一定时间后自动停止。 在第一种材料推出到传送带上输送一段距离后，再推出第二种材料。然后再推出第三种材料，过程和推出第一种材料的过程相同。 当材料靠近各传感器时，就会使传感动作，此时材料并没有到达物料槽的位置，因此要在检测到材料之后再计传送带运行的步距。当光电编码器检测到所走的步距后，驱动相应的电磁阀控制气缸推动材料到相应的物料槽中。 各传感器依次分别为，电感传感器，可检测出铁质物块；电容传感器，可检测出金属物块；颜色传感器，可检测出不同的颜色，且色度可调。备用传感器可选用颜色传感器或者物体检测传感器。当铁质材料经过第一传感器时被分拣出，当铝质材料经过第二传感器时被分拣出，非金属材料中的某一颜色在过第三个传感器时被分拣出。 图3.3 分拣原理图通过流程图来设计自动输送分拣系统来表达工作原理，假设材料材质为木、铁、铝3种，通过3种不同工作原理的传感器的识别进行识别，当材料靠近各传感器时，就会使传感器动作，电感传感器，可检测出铁质物块；电容传感器，可检测出金属物块；颜色传感器，可检测出不同的颜色。因为传感器种类的限制，把电感传感器安装在第一位，电容传感器安装在第二位，颜色传感器安装在第三位，当被分拣材料在传送带上依次通过各传感器时，各传感器根据自身特性进行材质识别。材料在传送带上输送，如果材料被识别，就被汽缸推入相应的产品槽中，从而达到自动分拣的目的。4 系统调试4.1 工作原理物料分拣实物教学模型的气动部分由电磁阀和气缸组成，电气控制由西门子的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集，PLC编程，实现对异步电机、电磁阀进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。当材料靠近各传感器时，就会使传感器动作，此时材料并没有到达物料槽的位置，因此要在检测到物块之后再计传送带运行的步距。当光电编码器检测到所走的步距后，驱动相应的电磁阀控制气缸推动物块到相应的物料槽中。电感传感器，可检测出铁质物块；电容传感器，可检测出金属物块；颜色传感器，可检测出不同的颜色。4.2 软硬件设备计算机、西门子S7-200PLC、西门子STEP7编程软件、材料分拣实物教学模型。4.2.1 计算机与PLC串接口 将PLC的输入输出与相应面板符号的插孔用连接线连好； 按照系统需要的输入输出配置，编写材料分拣系统的PLC程序； 通过串口连接PLC和计算机，实现上位机与下位机的连接，实现程序对PLC硬件的控制。 将程序下载编写到PLC，运行调试程序，模拟动作实验板上的按钮和开关，验证所编程序的逻辑。4.2.2 I/O接口通讯S7-200PLC硬件功能完善，指令系统丰富。可为用户提供多种通讯方式PI方式，MPI方式，自由通讯口方式等。应用自由通讯口方式，使S7-200PLC可以与任何通信协议已知，具有串口通讯的智能设备和控制器(如打印机、变频器、上位PC机等)进行通信，也可以用于两个CPU之间简单的数据交换。该通信方式使可通信的范围大大增大，使控制系统配置更加灵活、方便。图4.1通讯参数图4.3 下位机与上位机通讯PLC与上位计算机的通讯可以利用高级语言编程来实现，计算机与西门子PLC 之间通讯的实现步骤。西门子PLC采用RS232或RS422进行通讯，占用计算机的一个串行口。在不添加扩展卡的情况下可以使用编程口和计算机进行通讯。1. 设备连接利用PLC与计算机专用的RS232C电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口（COM口）连接，进行串行通讯。串行通讯方式使用计算机的串口，I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到计算机的串口。2. 设备配置点击“设备”大纲项下的PLC与上位计算机所连串口（COM口），进行参数设置。然后在STEP 7-Micro/WIN内容显示区内双击所设COM口对应的“新建”图标，会弹出“设备配置向导”对话框。在此对话框中完成与PLC通讯的设备的设置。利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，需要选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名并且设定设备地址。使下位机与上位机顺利连接通讯。3. 系统运行运行材料分拣系统的控制。将PLC开关指向“RUN”状态，按下启动按钮，观察材料分拣系统的控制结果。实验结果表明，系统运行正常，能够有效的识别并分拣三种材质