基于PLC分拣系统设计分解.docx
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基于PLC分拣系统设计分解
毕业设计说明书
基于PLC分拣系统设计
专业
@2
学生姓名
@2
班级
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学号
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指导教师
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完成日期
2013年6月7日
基于PLC分拣系统设计
摘要：
随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。
针对上述问题，利用PLC技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。
物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。
而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。
其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。
同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。
应用PLC技术结合气动、传感器和位置控制等技术，设计不同类型材料的自动分拣控制系统。
该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求。
这篇论文主要介绍了PLC控制系统的硬件和软件设计，以及一些调试方法。
本论文采用三菱FX2N系列的PLC实现控制分拣装置的系统设计。
主要内容是在工艺要求的基础上，首先进硬件系统的设计，然后再进行梯形图的编程，并对梯形图中关键步骤进行了解释和说明。
最后在三菱PLC学习软件FX-TRN-BEG-C仿真软件进行了仿真研究，通过仿真结果，说明硬件和软件编制的正确性。
关键词：
分拣；PLC；三菱；电气自动化
PLC-basedsortingsystemdesign
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofincreasinglyfiercemarketcompetition,thevariousproductioncompaniesarethereforeanurgentneedtoimproveproductiontechnology,improveproductionefficiency,especiallyintheneedformaterialsortingbusinessinthepasthasbeenusingmanualsortingmethods,resultinginlowproductivity,highproductioncosts,thecompetitivenessofenterprisesispoor,automaticsortingofmaterialshasbecometheonlyoption.Inresponsetotheseproblems,theuseofPLCtechnologytodesignalow-cost,highefficiencymaterialsautomaticsortingdevice,materialsortingprocessachievedgoodcontroleffect.SortingofmaterialsusingprogrammablecontrollersPLCcontrol,continuous,largequantitiesofcargosorting,sortingerrorrateislowandthelaborintensitygreatlyreduced,cansignificantlyimprovelaborproductivity.Moreover,thesortingsystemcanbeflexiblyconnectedseamlesslywithotherlogisticsequipment,toachieverealmaterialslogistics,materialsdistributionandmanagementofinformationflow.Thedesignusesstandardized,modularassembly,havingaflexiblesystemlayout,maintenance,overhaulandconvenientfeatures,subjecttositecauseslittleimpact.Meanwhile,aslongastheobjectdependingonthesorting,thesystemrequireslittlemodificationcanberealized.PLCcontrolsortingdevicecoversPLCtechnology,pneumatictechnology,sensortechnology,positioncontroltechnologyandothercontent,istheactualindustrialfieldproductionequipmentminiatures.ApplicationofPLCtechnologycombinedwithpneumatic,sensorsandpositioncontroltechnology,thedesignofautomaticsortingofdifferenttypesofmaterialscontrolsystem.Strongflexibilityofthesystem,programdevelopmenteasysortingofmaterialscanbeadaptedtoflexibleproductionlinerequirements.
ThispaperintroducesthePLCcontrolsystemhardwareandsoftwaredesign,aswellassomedebuggingmethods.Inthisthesis,MitsubishiFX2NseriesPLCsortingdeviceforcontrolsystemdesign.Maincontentsarebasedontherequirementsintheprocess,thefirstadvancedhardwaresystemdesign,andthentheladderprogramming,andthekeystepsoftheladderexplanation.FinallylearningsoftwareinMitsubishiPLCFX-TRN-BEG-Csimulationsoftwareforthesimulation,thesimulationresultsillustratethecorrectnessofhardwareandsoftwaredevelopment.
Keywords：
Sortout；PLC；Mitsubishi；Electricalautomation
目录
1绪论1
1.1选题背景与意义1
1.2分拣系统研究的主要内容1
2系统方案设计1
2.1设计要求1
2.2系统结构框图2
2.3主要控制器件选择2
2.4其他外围电气原件的选择简介3
2.5编程语言的选择3
3PLC简介基本结构和工作原理简介4
3.1PLC的发展史与简介4
3.2PLC的基本构成5
3.3PLC的基本工作原理5
3.4PLC的扫描工作方式6
3.5三菱PLC仿真软件FX-TRN-BEG-C说明7
4PLC分拣系统的设计10
4.1系统功能的介绍和控制的细节10
4.2分拣系统的I/O口清单10
4.3分拣系统硬件接线图12
4.4PLC分拣系统的电路原理图13
4.5梯形图及部分程序说明13
5基于PLC控分拣系统的PLC仿真调试17
5.1仿真界面17
5.2仿真过程说明18
结束语20
参考文献21
致谢22
附录23
基于PLC分拣系统设计
1绪论
1.1选题背景与意义
这篇设计三菱PLC软件为背景，主要是对基于PLC控制分拣系统进行说明。
在20世纪80年代，微电子技术和计算机技术的迅速发展极大的推动了PLC的发展，在分拣系统中采用工业机械设备，不仅可以提高产品的控制力度，而且对人身安全保障进一步加强，改善了工作的环境，减轻劳动力度，大大的提高劳动生产率，可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，如今在机械手控制系统中使用最多的控制方式。
如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。
远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。
采用FX-TRN-BEG-C仿真软件作为平台，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。
这样一来更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平。
这篇论文设计主要是介绍的是基于PLC分拣系统的设计。
1.2分拣系统研究的主要内容
首先对基于PLC的分拣系统做一个大体的介绍，了解分拣系统的发展历史、工作情况及控制系统组成；接着阐述PLC的特点；然后全面介绍可编程控制器FX2N；随后确定主电路图；利用PLC编程实现分拣系统的控制；完成PLC选型和I/O接口的分配和连接，编制梯形图；最后进行仿真跟调试以达到预期的效果。
2系统方案设计
系统设计方案主要是根据设计要求，首先确定系统结构框图，然后对各种控制器件进行性能价格比较，选择合适的方案设计。
现分别叙述如下。
2.1设计要求
根据任务书的内容，本次设计的基于PLC分拣系统设计必须满足如下要求。
A.满足工艺上的要求。
B.要能够正确地传送出大中小件物品。
C.能够画出系统流程图。
D.设计出硬件接线图。
E.进行梯形图编制。
F.通过仿真证明这篇设计的正确性。
2.2系统结构框图
系统以数字控制作为控制核心，以输入端口的信号为数据输入，经过数字处理器进行处理，确定输出达到要求的控制结果。
其结构框图如图2-1所示。
图2-1系统结构框图
2.3主要控制器件选择
数字处理器的选择是最关键的一个部分，一般情况，数字处理器有PLC和单片机两种选择，单片机虽然市场上比较低廉，但是设计复杂，程序编制比较繁琐，而且抗干扰能力差。
但PLC接线方便，控制简单，编程方便，抗干扰能力强，因此要根据实际情况，要综合考虑。
这篇设计所选用的数字处理器需要满足低功耗、低价格、开发简单的特点。
下面分别介绍单片机和PLC各自特点。
A．单片机的特点
单片机具有小巧灵活，成本低，易于产品化，可靠性高；控制能力强，具有位操作指令，也可实现多机和分布式控制。
单片机的主要系列是51单片机，性价比高。
也有16以及32位的ARM芯片。
根据单片机的特点，单片机主要应用在测控系统中，如电镀生产自动控制系统，人工气候测控系统等，这些应用主要是达到测量与控制的目的；智能仪表，如温度，浓度，压力等，这主要是推动仪表的数字化，多功能化；单片机的多机应用系统可分为功能集散系统，并行多机处理及局部网络系统。
B．PLC特点
a．通用灵活，功能完善，抗干扰能力强
PLC具有各种扩展单元，结构形式多种做样。
可以方便地适用不同工业控制需要的I/O节点数，为了工业局部网络，它还有许多通信连网的接口模块等。
它也可用于各种数字控制领域。
现今PLC的功能单元越来越多，让PLC的控制也编程非常容易，即使是复杂的系统。
b．编程简单方便，深受工程技术人员欢迎
PLC也就是用工业控制计算机，它的接口多，功能强，编程方便，简单易学。
很多编程人员都用PLC编程。
c．调试周期短，维护方便，容易改造
PLC采用了软件来取代大量的中间继电器、计数器等器件，而安装线则比继电器控制系统少了很多。
如此一来，便减少了设计和施工的工作量，同时PLC软件设计和调试都在实验室模拟进行，模拟好后再进行现场调试，方便省时。
这也大大提高了工作效率，缩短设计时间，加快了系统的设计周期。
d．体积小，重量轻，能耗低
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧密，坚固，功耗低。
它在系统上配置灵活，同时所具有的技术条件，能在高温，震动等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰下工作，这便是PLC产品的市场存在价值。
综上所述，本次设计经过比较后选用PLC作控制核心。
2.4其他外围电气原件的选择简介
本次采用220V电压等级的接触器。
接触器电压等级选择很重要，应根据其所控制负载任务等情况,选择接触器的电流压等级。
按键，是一种电闸（或称开关），用来控制机械或程式的某些功能。
若按钮是红色的，则是用来停止某一功能，若按钮是绿色的，则可开始某一项功能。
按钮的形状通常是圆形或方形。
按键这个最基本人机接口工具，电子产品大都有用到。
现代工艺中按键的外观也变的越来越多样化。
本次采用普通工业按钮。
对于电阻极大的指示灯，一般通过电流小，在电压达不到额定电压时不能亮。
一般情况下这种指示灯内有一个电容，而且一个小小的指示灯是耐不了220V的电压的。
因此选用36V电压等级。
用于电气控制系统中实现顺序控制、定位控制和位置状态检测的行程开关。
用于控制机械设备的行程及限位保护。
构造：
由操作头、触点系统和外壳组成。
感应开关也是分拣系统中所必须的，当检测到物体的时候开关会自动接通负载。
物件不离开且在活动，开关就会持续导通；当物件由此离开后，开关会延长一段时间自动关闭，物件到的时候灯亮，物件离开的时候灯熄，安全节能，又亲切方便。
2.5编程语言的选择
当前，PLC为客户提供了多种多样编程语言，以来适应用户编制程序的需要。
PLC通常提供的有以下几种编程语言：
梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图。
A、梯形图
梯形图编程的语言是在继电器控制系统原理图的前提下演化而来的。
梯形图的特点是易于理解、简单明了、形象、直观，非常适合于开关量逻辑的控制，是PLC最普遍、最基本的编程语言。
B、语句表（STL）
语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。
一般可以与梯形图互相转化，互为补充。
目前，大多数PLC都有语句表编程功能。
C、顺序功能图（SFC）
顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。
D、功能块图（FBD）
逻辑功能图沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图，使用非常方便。
3PLC简介基本结构和工作原理简介
3.1PLC的发展史与简介
随着计算机技术的发展，存储逻辑开始进入工业控制领域。
近30年来，PLC不断发展更新，功能日益强大。
一些大规模的集成电路和数据通信技术的逐渐改善，PLC的发展过程大致分为三大阶段：
早期PLC的雏形是在世界性技术不断改造下，需要找寻更可靠的功能好且响应快的工业控制器，经过多次尝试，从而把计算机的功能以及继电器控制系统的简单移动操作方便等优点集合，从而创立了工业控制的新局面，这就称为可编程序逻辑控制器。
中期的PLC发展，也就是20世纪70年代中期到80年代中后期。
随着微电子技术和计算机技术的发展，PC具有了更多功能，增加了运算，数据传送等功能，而且做到了小型化，微电脑技术的工业控制器，它为工业控制方面带来了很大的改革。
到了20世纪80年代中了后期至今。
集成电路有了更大规模的发展，微处理器的构成的微机化PLC也有了惊人的变化，功耗和体积，设计，性能等方面有了新的突破。
目前PLC已经在智能化方面得到了很好的发展。
可以实现控制的几乎是全程自动化，只需要简单的人为控制。
他在工业控制中占又非常重要的地位的原因，也是因为它具有这样的特点。
而这篇设计也对PLC的发展、基本结构也做了相关的介绍。
PLC的指令系统相当完善，它有各种各样的I/O接口、有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，PLC也具有下列基本功能：
程序与数据存储功能；逻辑处理功能；高速计数功能；数据运算功能；中断处理（可以实现各种内外中断）功能；准确定时功能；联网通信功能；自检测、自诊断功能。
根据本课题所设计的部件分配控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。
A．控制功能
PLC的开关量逻辑控制功能应用的最为广泛。
它可用于单机控制或多机控制，也可用于运动控制，位置的变化，如何变动，在什么方向上运动，这些运动程序都是由PLC语言完成。
B．数据处理
如今的PLC具有数学运算，包括函数逻辑运算、数据传输、排序和查表等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。
数据处理一般应用在大中型控制系统中，它具有CNC功能，也就是计算机数字控制功能，把支持顺序控制的PLC与数字控制设备紧密集合起来。
C．通信连网
如今的PLC几乎都采用了通信，网络技术，有RS232和RS485接口，乐意进行远程I/O控制。
那么多台PLC彼此之间也就可以联网，通信，外部器件和一台或者多台PLC的信号处理单元之间可以实现程序和数据的交换，例如一些程序转移，数据文档转移，一些监视诊断也是可以的。
3.2PLC的基本构成
PLC实质上是一种工业计算机，所以与计算机的组成十分相似。
PLC内部通过各种总线连接，外部根据相应设备与控制装置整个组成PLC控制系统。
CPU通过各类总线与储存单元还有各类接口相连。
作为PLC的核心，CPU不断采集输入信号，刷新系统输出，执行用户程序。
PLC的存储器有用户存储器和系统存储器两种。
系统存储器用于存放系统程序，用户存储器用于存放用户程序。
3.3PLC的基本工作原理
在PLC中有大量各种各样的继电器，这些继电器一般是用计算机中存储器来模拟的，称为软继电器，存储器中的一位有两种状态：
0和1。
通常用0来表示继电器失电，用1表示继电器得电。
PLC可以分成3个相对独立的电路：
输入部分电路：
由PLC内部的24V直流电源、输入继电器等与外部输入按钮、接点组成，用于接收外部输入信号
逻辑部分电路：
它是一种控制程序，以梯形图的形式表达，它的表达方式和控制电路基本一样，是联系输入和输出的桥梁
输出部分电路：
由PLC内部的输出继电器接点等与外部负载和外部电源组成，用于外部输出控制。
因此PLC的控制原理和分析方法与常规控制电路基本上是一样的。
尽管PLC仿照了常规电器的控制原理，但它毕竟是一个计算机控制系统，有着计算机控制的方式和特点，它的工作过程分为几个阶段：
A．输入采样阶段
B．程序处理阶段
C输出刷新结果阶段
3.4PLC的扫描工作方式
可编程序控制器的工作方式是采用循环扫描方式进行工作的，PLC扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。
每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。
PLC就是这样周而复始地重复上述循环的。
PLC工作的全过程一般可以分为三部分：
上电处理、扫描过程、诊断处理。
如图3-1所示。
图3-1PLC的扫描过程
PLC的指令系统相当完善，它有各种各样的I/O接口、有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，PLC也具有下列基本功能：
程序与数据存储功能；逻辑处理功能；高速计数功能；数据运算功能；中断处理（可以实现各种内外中断）功能；准确定时功能；联网通信功能；自检测、自诊断功能。
根据本课题所设计的部件分配控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。
A．控制功能
PLC的开关量逻辑控制功能应用的最为广泛。
它可用于单机控制或多机控制，也可用于运动控制，位置的变化，如何变动，在什么方向上运动，这些运动程序都是由PLC语言完成。
B．数据处理
如今的PLC具有数学运算，包括函数逻辑运算、数据传输、排序和查表等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。
数据处理一般应用在大中型控制系统中，它具有CNC功能，也就是计算机数字控制功能，把支持顺序控制的PLC与数字控制设备紧密集合起来。
C．通信连网
如今的PLC几乎都采用了通信，网络技术，有RS232和RS485接口，乐意进行远程I/O控制。
那么多台PLC彼此之间也就可以联网，通信，外部器件和一台或者多台PLC的信号处理单元之间可以实现程序和数据的交换，例如一些程序转移，数据文档转移，一些监视诊断也是可以的。
3.5三菱PLC仿真软件FX-TRN-BEG-C说明
三菱模拟软件FX-TRN-BEG-C是针对FX系列PLC系列设计的一套模拟软件，初学者如果熟悉三菱PLC，就可以编制程序输入后通过动画证明程序是否正确。
FX系列PLC拥有非常高的运行速度，是三菱公司的主要产品，其在容量，数度，网络功能方面都有很大的加强。
它有很多子系列，FX1S,FX2N等，而FX2N是FX家族系列中最先进的系列，它是小型化，高速度具有高处理及可扩展大量满足单个需要功能模块的特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力其换代产品，各种功能都有了极大的提升。
程序容量：
FX系列的各个产品的内置容量各不相同。
AM可使用存储盒，最大可扩充至16K步。
软件指令非常多，它的一些指令能满足很高的数据处理。
可以用简单指令控制复杂的系统。
便利指令数字开关的数据，各种控制指令等。
ASCIIcode印刷，HEXASCII变换等。
时计控制内置时钟的数据校验，读出、写入、加减法等。
FX2N型PLC是FX系列中最先进的超级微型PLC，其主要是通过输入端子和输出端子与外部控制电器联系的。
为了反映输入和输出的工作状态，PLC设置了输入和输出信号灯，例如某输入端子连接的按钮闭合，对应输入端子的输入信号灯亮，某输出端子连接的继电器线圈动作时，对应输出端子的信号灯亮，为观察PLC的输入输出工作状态提供了方便。
在编程时候，三菱PLC仿真软件FX-TRN-BEG-C软件和GXDeveloper软件有很多相同，操作手法几乎相同，如需要常开触点，菜单栏上就有，常开，常闭节点指令
。
上升沿和下降沿指令
等。
程序编制完成后，必须转换，这和软件一模一样，都是按F4。
如果程序正确，编译就能成功，如果程序有错误，界面就会提示“不能转换”，这就需要重新审查所编的程序，转换成功后，原本背景为灰色的程序就变成背景为透明，然后把程序输入到PLC中，仿真就可以运行了。
三菱PLC仿真软件FX-TRN-BEG-C软件操作步骤如下。
首先安装三菱FX系列PLC，打开安装程序FXTRN，如图3-2所示。
图3-2FX-TRN-BEG-C软件开始界面
出现对话框，选择从头开始，点击高级挑战，如图3-3所示。
图3-3FX-TRN-BEG-C软件选择项目界面
选择指定的项目后，双击项目，产生如图3-4所示。
图3-4FX-TRN-BEG-C软件项目开始界面
接下来是梯形图的编辑，编辑完了以后就是按F4，再PLC
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