基于plc物料传送分拣控制系统设计

基于plc物料传送分拣控制系统设计内容摘要：

元件，采用先进的电子加工工艺（ SMT）制造，对干扰采用屏 蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。 （ 2） 操作性高 ① 操作方便：对 PLC 的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数 PLC 采用编程器进行程序输入和更改操作。 现在的 PLC 的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。 ② 编程方面： PLC 有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专 业人员设计思想的沟通。 功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。 ③ 维修方便： PLC 所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和 HMI 屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，提高了效率。 （ 3） 灵活性好 ① 编程的灵活性： PLC 采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。 使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程， 编程方法的多样性使编程方便。 ② 扩展的灵活性： PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。 它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 它不仅可以通过增加输入输出模块增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台 PLC 的通信来扩大容量和功能。 ③ 操作的灵活性：操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。 操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。 在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。 （ 4） 可实现 机电一体化 为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而 PLC 正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能 第 11 页 共 38 页 综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（ PLC，机器人， CAD/CAM）之一。 可编程控制器现在已经成为了一 个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让 PLC 成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。 PLC 基本结构和工作原理 （ 1）基本结构 目前，可编程序控制器的产品很多，不同厂家生产的 PLC 以及同一厂家生产的不同型号的 PLC，其结构各不相同，但就其基本组成和基本工作原理而言，是大致相同的。 它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。 实际上可编程序控制器就是一种新型的工业控制计算机。 PLC 硬件系统的基本框架，如图 25 所示 图 25 PLC硬件系统结构框图 ① 中央处理器（ CPU） 中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作任务等。 ② 存储器 存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。 可编程序控制器配有两种存储器，即系统存储器 (EPROM)和用户存储器 (RAM)。 ③ 输入输出接口 输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。 输入口用来接收生产过程的各种参数，输出口用来送出可编程控制器 的运算后得出的控制信息，并 第 12 页 共 38 页 通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。 按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输人、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入、输出。 下面通过开关量输入、输出模块来说明 I/O 模块与 CPU 的连接方式。 1)开关量输入模块 开关量输人设备是各种开关、按钮、传感器等，其信号可能是交流电压 (110 V 或 220 V)，直流电压 (12～ 24 V)等。 因此，输入模块要能将生产现场的信号转换成 CPU 能接收的 TTL 标准电平的数字量信号。 对于开关量中交流输入模块的工作原理，只是在输人端先通过整流将交流输入信号变成直流信号，其他与开关量直流输入模块工作原理相同。 2)开关量输出模块 输出模块的作用是将 CPU执行用户程序所输出的 TTL电平的控制信号转化为生产现场所需的，能驱动特定设备的信号，以驱动执行机构的动作。 通常开关量输出模块有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。 继电器输出可接直流或交流负载，晶体管输出属直流输出，只能接直流负载。 当开关量输出的频率低于 1000 Hz，一般选用继电器输出模块。 当开关量 输出的频率大于 1 000 Hz，一般选用晶体管输出。 而双向晶闸管输出属交流输出。 对于继电器输出型， CPU 输出时接通或断开继电器的线圈，继电器的触点闭合或断开，通过继电器触点控制外电路的通断。 对于晶体管输出型，则是通过光电耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路。 对于晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管。 ④ 电源 可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。 ⑤ 外部设备 编程器是 PLC 的重要外部设备，利用编程器可将用户程序送人 PLC 的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。 编程器从结构上可分为以下三种类型。 (1)简易编程器 (2)图形编程器 (3)通用计算机编程。 （ 2）工作原理 我们已经知道 PLC 是一种存储程序的控制器。 用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键人到 PLC 的用户程序存储器中寄存。 PLC 的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。 PLC 运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到 END 指令，程序运行结束。 而 PLC 从 0000 号存储地址所存放的 第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到 END 指令结束。 然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行 (RUN) 第 13 页 共 38 页 切换到停止 (STOP)状态。 我们把 PLC 这种执行程序的方式称为扫描工作方式。 每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。 另外， PLC 对输入、输出信号的处理与微型计算机不同。 微型计算机对输入、输出信号实时处理，而 PLC 对输入、输出信号是集中批处理。 下面我们具体介绍 PLC 的扫描工作过程。 PLC 扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程 序执行、输出刷新。 ① 输入采样 PLC 在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读人到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。 PLC 在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输人端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。 在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。 ② 程序执行 PLC 完成了输入采样工作后，按顺序从 0000 号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输人映像寄存器、输出映像寄 存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。 再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。 但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。 ③ 输出刷新 在执行到 END 指令，即执行完了用户的所有程序后， PLC 将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。 PLC 扫描过程示意图如 下 图 26 所示。 图 26 PLC扫描过程示意图 PLC 工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作，在内部处理阶段， PLC 检查 CPU 模块内部 的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 在通信服务阶段， PLC 与其他的带微处理器的智能装置实现通信。 第 14 页 共 38 页 PLC 的选择 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。 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 128~512 点之间，用户程序存储器容量为 4K~8K 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 [9]。 PLC 种类及型号选择 PLC 种类较多，主要有西门子、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： 第 15 页 共 38 页 FX2N— 32MR，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。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列，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。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。 由于 FX2N 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 16 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。 传感器简。