基于plc的物料分拣控制系统设计

基于plc的物料分拣控制系统设计内容摘要：

路。 2） 存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器 , 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两种，前者用于存放用户程序，后者用来存放用户程序执行过程中使用 NO/OFF状态量或数值量，以生成用户数据区。 用户存储器内容由用户根据控制需要可读可写，可任意修改、删除。 可采用高密度、低功耗的 CMOS RAM或 EPROM与EEPROM。 他在 PLC技术指标中的内存容量系指用户存储器容量，是 PC等级的一项重要指标；系统存储器用于固化 PLC生产厂家编写 的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上他决定该种 PC的性能和质量，用户无法更改或调用。 3） 输入、输出单元（ I/O单元） I/O口单元称为 I/O接口电路， PLC程序执行过程中需要用的各种开关量、数字量或模拟量等各种外部设备或设定量，都通过输入电路进入 PLC。 而程序执行结果又是通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。 由于生产过程当中的信号电平、频率是多种多样的，外部执行机构所需的电平、频率也是千差万别的，而 CPU处理的信号只是标准电平，其工作节拍又与外部环境不一样。 所以 PLC与通用计算机 I/O电路有着类似的作用，即电平变换、速度匹配、驱动功率放大、信号隔离等。 不同的是， PC产品的 I/O单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。 通用计算机则要求拥护根据使用条件自行开发，其可靠性、抗干扰能力往往达不到系统要求 [17]。 (1) 输入接口电路 各种 PLC输入电路大致相同，其输入方式有三种类型：一种是直流输入（ DC12V或 24V），另一种是交流输入（ AC100～ 120V或 200～ 240V），第三种是交直流输入（交直流 12V或 24V）。 外部输入器件可以是无源触点，如按 钮、行程开关、主令开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、集电极开路的晶体管接近开关、光电开关等。 在PLC内部电源容量允许前提下，有源输入器件可采用 PLC输出电源，否则必须外设电 源。 当输入信号为模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输入模块进行 A/D转换，然后通过输入电路进行 PLC。 输入信号是通过输入断子经 RC滤波、光电隔离进入内部电路。 图 24V输入连路的内部原理线路，由装在 PLC面板上的来显示某一输入点是否有信号输入。 +24V LED 内 部 电 源 输入口 COM 接近开关 图 24V输入接口电路 (2) 输出接口电路 为适应不同负载需求，各类 PLC的输出有三种方式，即继电器输出、晶 体管输出和晶闸管输出。 继电器输出最常用，适用交直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率和响应速度慢。 晶体管适应直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。 晶闸管输出使用交流负载，响应速度快，带载能力不大。 外部负载直接与 PLC输出端子相联，输出电路的负载电源由用户根据负载要求自行分配。 输出电路仅是提供输出通道。 同时考虑不同类型，不同性质负载的接线要求，通常 PLC输出端口的公共端子是分组设置的。 每 48点共一个 COM端子，各组相互隔离。 在实际应用中应该注意各类 PLC输出端子的输出电流不能超出其 额定值，同时还要注意输出电流与负载性质有关，例如 FX2型 PLC继电器输出的负载能力在电源电压 250V以下时，电阻性负载为 2A/点；感性负载为 80VA/点，灯负载为 100W/点。 4. 电源单元 PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。 允许电源电压额定值在 +10%～ 15%范围内波动。 也有用直流 24V供电。 PLC内部有一个高质量开关型 稳压电源，用于对 CPU、 I/O单元供电，还可以为外部传感器提供 DC24V电源 [18]。 PLC的选型原则 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%～20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替 代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10～ 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。 控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 对 PLC 响应时间的要求 响应速度即响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。 PLC 一般以顺序扫描工作方式进行工作，对小于扫描时间的输入信号，有可能造成接 收信号不可靠。 因此，对有维持很短时间的输入信号来讲，需要选取扫描速度高的 PLC。 一般机器对扫描时间的限定值为 100～ 200ms，而实际上执行一千条指令仅需时间 1～ 10ms ,对一般规模的 PLC 程序，则输入信号能维持在 10ms 左右就完全能安全地被接收到，但对模拟量输入则需要考虑与 PLC 的响应时间的配合问题。 系统可靠性 根据生产环境及工艺要求，应采用功能完善可靠性适宜的 PLC。 对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。 编程器与外围设备 小型 PLC 控制系统一般选用价格便宜的简 易编程器；如果系统较大或多台 PLC共用，可以选用功能强，编程方便的图形编辑器；如果有现成的个人计算机，可选用能在计算机上使用的编程软件 [19]。 三菱 PLC 分类： FX1S 系列 :三菱 PLC 是一种集成型小型单元式 PLC。 且具有完整的 性能和通讯功 能等扩展性。 如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。 FX1N 系列 :是三菱电机推出的功能强大的普及型 PLC。 具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。 是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱 PLC。 FX2N 系列 :是三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。 具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的 特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 FX3U:是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱 PLC,可能称得上是小型至尊产品。 基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了 3 轴独立最高 100kHz 的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。 FX1NC、 FX2NC、 FX3UC 三菱 PLC:在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小 I/O 型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。 Q 系列三菱 PLC:三菱机 公司推出的大型 PLC,CPU 类型有基本型 CPU，高性能型CPU，过程控制 CPU,运动控制 CPU,冗余 CPU 等。 可以满足各种复杂的控制需求。 三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱 PLC， Q 系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型 QUTESET 型三菱 PLC，即一款以自带 64 点高密度混合单元的 5 槽 Q00JCOUSET；另一款自带 2 块 16 点开关量输入及2 块 16 点开关量输出的 8 槽 Q00JCPUS8SET，其性能指标与 Q00J 完全兼容，也完全支持 GXDeveloper 等软件，故具有 极佳的性价比。 A 系列三菱 PLC: 使用三菱专用顺控芯片（ MSP），速度 /指令可媲美大型三菱PLC。 A2ASCPU支持 32个 PID 回路。 而 QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由 8K 步至 124K 步，如使用存储器卡， QnASCPU 则内存量可扩充到 2M 字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。 FX2N 系列 PLC 是功能齐全的中小型 PLC，其控制规模包括 16 点 /32 点 /48 点 /64点 /80 点 /128 点 PLC，输出具有继电器 /晶体管 /晶闸管输出，内置 8KB 容量的EEPROM 存储器， CPU 运算处理速度 ，可连接 I/O 扩展模块和特殊功能模块。 根据控制系统的控制要求可以了解系统所需要的 I/O 点数，选择 FX2N48MR001型 PLC[20]。 PLC 的技术指标 1)FX2N 系列小型 PLC 一般技术指标 一般技术指标主要是指 PLC 产品的工作条件与一般工作环境的适应程度。 PLC 是专为工业控制设计的，充分考虑了工业环境种种恶劣因数。 其技术指标如表 31 所示。 表 一般技术指标 环境温度 0～ 55℃ 环境湿度 35%～ 85%RH（不结露） 抗震 JIS C0911 标准 10～ 55Hz （最大 2g） 3 轴方向各 2h 抗冲击 JIS C0912 标准 10g 3 轴方向各 3 个 抗噪音干扰 用噪音仿真器产生电压为 1000Vpp,噪音脉冲宽度为 1μs,频率为30～ 100Hz 噪音，在此噪音干扰下 PLC 正常工作 耐压 1500AC 1min 绝缘电压 5M 以上， 500V DC 接地 第 3 种接地，不能接地时，亦可浮空 使用环境 禁止腐蚀性气体，严禁尘埃 2)性能技术指标 性能技术指标标志某种 PLC 在硬件和软 件反面所具备功能。 不同机型差异较大，在 PLC 选型时要逐一考虑该项技术指标能否满足要求。 PLC 的性能包括：输入指标、输出指标和电源指标方面。 如表 3 3 34 所示。 表 输入技术指标 输入电压 24V DC 隔离 光电耦合 输出电流 7mA 响应时间 10ms。