基于SFC指令的分拣系统的设计说明

1、毕业论文（设计）论文题目：基于SFC指令的分拣系统的设计学生：方园学 号：1008060334所在院系：电气信息工程学院专业名称：电气工程与其自动化届 次：2014 届指导教师：苗 磊目 录前言21系统设计的研究基础21.1 PLC的发展历史21.2 PLC物料分拣的现状和趋势31.3 PLC的结构和工作方式31.4 课题研究的任务31.5课题研究的要求32分检模拟系统方案制定42.1 PLC和单片机以与传统的DCS的比较42.2 PLC编程语言的确定43 PLC分拣系统硬件的设计53.1 PLC分拣系统的组成53.2 PLC的选择53.3 传感器的选择53.4 行程开关63.5分拣系统的框图

2、73.7系统电路图74分拣系统的编程和仿真94.1方案的论述94.2物料分拣流程图104.3编程软件GX-Developer的介绍114.4物料分拣系统的模拟仿真125结论15参考文献:1621 / 24基于SFC指令的分拣系统的设计学生：方园（指导老师：苗磊）（师学院电气信息工程学院）摘要：分拣系统的设计主要是利用三菱PLC的操作方便，编写程序是比较简单，在工业自动化领域应用的比较广泛对物料分拣系统进行的设计和模拟。实现对大，中，小，三种物体的分拣。通过对系统硬件硬件的设计，即PLC型号的选择，传感器的选择，行程开关的选择，然后讨论系统的设计方案，即PLC和单片机等的对比，PLC各种编程语言

3、的对比，选择合适的方案。画出系统的电路图纸，然后通过GX-Developer软件进行程序的编写，画出分拣系统的流程图，转化成指令的形式，然后把程序写入FX-TRN-BEG-C中进行仿真，并记录下仿真的结果。关键词：分拣系统；编程；仿真；Sorting System Design Dased on SFC Instruction Students: ZHENG Fangyuan（Guidance Teacher: Miao Lei）(College of Electrical and Information Engineering Huainan Normal University )Abstr

4、act: Sorting system designed mainly using Mitsubishi PLC easy to operate, the preparation produce relatively simple, in the field of industrial automation applications more extensive design and simulation carried out on the material sorting system. Realization of large , medium, small, three sorting

5、 objects. Through the system hardware design of the hardware, the PLC model selection, select the sensor, limit switch options, and then discuss the comparison of system design, PLC and microprocessor so that, compared to a variety of programming languages PLC, select the appropriate option. Draw fl

6、owcharts system circuit drawing, and then write a program through GX-Developer software, draw sorting system into the form of instructions and then the program writes FX-TRN-BEG-C in the simulation, and recording the results of the simulation.Keywords: Sorting system; Program; Simulation;前言科学技术是第一生产

7、力！随着改革开放进程的加速，越来越多的先进技术被引入，大大的加快了我们经济发展的进程。随着工业自动化进程的加快，先进的技术正逐渐的被应用在工业领域，而PLC作为工控的核心之一，它的应用则更加的广泛，随着改革开发步伐的加快，我国和国际的接轨，在上个世纪的70年代，作为一个被引入我国有30多年的新型可以来说，PLC已经被广泛的应用了。随着全球的经济一体化的发展，努力发展可编程序控制器在我国工控领域的大规模使用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，是我们努力的方向。要发展可编程控制技术，就不得不说它在工控领域的应用！随着生产的自动化和智能化的要求不断的提高，劳动成本的增加，越来越多的PLC被应

8、用在自动控制中，因为自动化的应有，可以有效的提高我们的工作效率，节约时间的同时，大大缩减了人们的劳动力，像工业上钢铁的冶炼，利用的是PLC对温度的控制，这样使得产品在生产的过程中智能化，降低了资源的浪费。交通灯的控制，在纺织印染领域，还有模具上塑料浇注，自动切割，物料分拣等等，都使用了PLC的模拟量的控制！使得数字量和模拟量之间之间进行了转化，即A/D-D/A的转化。它涉与了我们生活的方方面面，无论是在单机控制，还是在流程自动控制中都有它的身影。目前，我国的PLC应用，还是以引进国外的技术为主，国的PLC业务拓展有很大的优势。未来可编程控制器会向着体积更小，处理速度更快的趋势发展，性价比也会更

9、高。PLC作为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分它网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。随着PLC与微机应用的结合它也会向模块化、智能化发展，此外PLC的编程语言和编程工具有很多种，为了适应生产的需要，和各种领域之间的衔接，以与技术交流的方面，PLC的编程语言和工具会由原来的的多样化，复杂化，向着标准化简单化的方向发展，对PLC的研究，使其成为我国的自主产权的一部分，是在国的一种趋势。1系统设计的研究基础1.1 PLC的发展历史PLC得以发展的核心是利用软件编程来代替传统的继电器电路控制回路，在上世纪的60年代末70年代初，该思想提出以后产生了一个很大的开发热潮，第一台PLC控制

10、器在上世纪的69年应用在了汽车生产线上。继69年美国研制出第一套PLC之后，德国，日本的也研制出了PLC在1974年，我国也研制出了自己的PLC随着微机处理技术的发展PLC的输入输出模块逐渐的采用集成电路来制作，经过几年的发展，PLC和微机处理技术的结合，加上传统的继电器电路的演变，操作起来更加的方便，使得复杂的电路变的简单化。我国也在1977年将PLC应用在了工业控制的领域。现在，PLC产品已经发展至第四代了。80%的工业控制都用到了可编程控制器。1.2 PLC物料分拣的现状和趋势提到物料的分拣，离不开PLC的应用，提到对PLC的应用，离不开它的编程！随着工业化进程的加速，PLC被应用在越来

11、越多的领域，80%的工控领域运用了这个技术。物料分拣系统就是其中最典型的代表。大型企业，自动化装置应用的比较多。可以有效的提高分拣的速度降低错误率。目前常用的PLC编程有很多种，梯形图，SFC，指令等应用的最广泛！选择合适的编程，也使得PLC的应用变的更加的多样化。PLC逐渐朝着小型化，简便化的方向发展，使得编程的工具和语言标准化，是工控技术中PLC行业发展的一大趋势。1.3 PLC的结构和工作方式自动分拣系统的设计，离不开工控技术的核心产物，了解它的结构和工作方式也变的很重要。它主要有核心的中央处理器，供电的电源装置，存储器，输入、输出装置，通信、扩展接口等这几部分组成。PLC采用串行循环扫

12、描的工作方式，扫描的是工作过程，从部处理开始到通信操作再到程序输入让然后是程序执行最后程序输出，一直循环扫描工作。它的工作模式是运行工作模式和停止工作模式。PLC扫描的周期受到CPU执行速度的制约以与指令条数多少。1.4 课题研究的任务（1)了解PLC在工业生产中的应用以与它的工作方式。（2）了解物料分检系统的工作原理。（3）基于三菱PLC的SCF状态顺序功能图的编程方法设计一种能实现大、中、小部件的分检控制系统。（4）掌握PLC的SFC状态顺序功能图的编程方法来控制的物料分检方案和思路。1.5课题研究的要求（1)利用PLC编程并画出电路图。（2)设计出方案将大的部件通过左边传送带送至地面，小

13、的部件通过检测进入左边传送带被推出，中型部件进入右边传送带放到碟子上被机器人搬运走。（3) 熟练运用三菱PLC编程软件DX-developer软件进行编程调试。（4)记录仿真过程。2分检模拟系统方案制定2.1 PLC和单片机以与传统的DCS的比较采用PLC作为控制，因为它和单片机等其它的控制模块比较起来，灵活性强，能够适应分拣系统的弹性生产线的需要，并且程序开发起来更加的简单。PLC的高可靠性和强抗干扰能力，有效使部电路与外部隔离，它的各个模块采用的都是屏蔽措施，应用的开关电源性能良，好具有良好的自诊断功能， PLC大型设备中用两个或者两个以上的CPU提高了可靠性，并且有丰富方便组合的模块结构

14、。编程简单易学，采用的继电器电路类似梯形图等进行编程，不需要计算机专门知识也能理解。安装简单，维修方便有很强的驱动能力。而但片机驱动能力，抗干扰能力都很差，需要外围的驱动设备，且编程复杂。因此在工控中采用了PLC。与传统的DCS相比而言，DCS是一种分散的控制系统，而PLC则是一种有效的控制装置，DCS一般是整体进行工作的，而PLC，则是单个的块进行工作。因此PLC比DCS操作和应用起来比较的方面。2.2 PLC编程语言的确定采用SFC的编程方式进行编程，PLC的编程方法有5种梯形图语言3（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）与结构化文本语言（ST

15、）。梯形图和传统的继电器电路有很强的的对应关系，其中的能流并不是真正意义上的能流，由于它的直观性和对应性很强，因此很容易被掌握，功能模块图，是以块的形式存在的，和数字逻辑电路有着密切的关系，方便有数电基础的人学习和掌握，对复杂的控制系统来说，功能块图的应用可以大大的缩短调试的时间。指令表和梯形图是一一对应的，可以通过指令方便的编写程序，即使在没有计算机的情况下，也可以编程。结构化语言的编写需要大量的计算机和编程的基础，操作和掌握起来不是很方便。尽管上述的编程语言有很多的优点，但是和SFC顺序功能图比较起来，仍然有不足，SFC编程条理清楚，方便用户理解程序；虽然梯形图直观性和对应性很强也很容易掌

16、握，但是SFC它避免梯形图和其他语言不能顺序动作的缺陷，也避免了用户难以理解的缺陷；大大缩短了用户程序扫描时间。随着各国技术交流的频繁，SFC逐渐的被很多大的企业和厂家所接受，正在向着标准化的进程发展，因此用SFC来编写此次程序完成的分拣系统模拟的试验，有很大的意义。3 PLC分拣系统硬件的设计3.1 PLC分拣系统的组成物料分拣系统，主要有PLC控制单元，下料检测传感器，尺寸检测传感器，电磁阀，电动机，传送带，机械手等组成。首先是传感器采集信号,经过PLC编程对电磁阀，电动机等开关量的控制，来实现物料的分拣功能。3.2 PLC的选择选择合适的PLC 对系统的设计很重要，PLC的选择主要是从以

17、下几个方面选择的，合理的结构形式，主要是整体式和模块式两种。还有方便的安装方式，有集中式，远程式，还有多台联机的形式，以开关量为主的少量模拟系统，选择转换功能，带有数据传输的增强型抵挡的PLC就可以。在工控上，PLC的响应速度要快速，它的容量响应的也要大一些，因此选择PLC家族中最先进的FX2N系列的FX2N-48MR，有24位输入，24位输出，性价比也很高13。PLC的实物图如下图1所示。图1 FX2N-48MR3.3 传感器的选择传感器是一种能按一定的规律将检测到的信号转化成电信号输出的一种检测装置。能满足信息的传递，处理，存储显示，记录控制等的功能，自动控制和检测的第一个环节就是传感器在

18、起作用。本分拣系统的设计，需要用到视觉的光传感器，还有位置检测的装置即行程开关。光源，光学电路和元件组成了光电传感器。一般用光源元件作为传感器来检测元件，将被测量的量转化成光信号的变化再借助光电元件将光转化成电信号。这种传感器一般由接收器发送器和检测电路等组成。发送器从半导体光源即二极管，激光二极管红外二极管等对着目标发光束测量，光束的发射可以改变脉冲的宽度。光学透镜和光圈装在接收器（二极管，三极管等）的前面，后面是检测电路。接收器可以过滤有效的信号并对其加以利用9。传感器的实物图如下图2所示。图2光电传感器3.4 行程开关行程开关时根据开关接点的开合状态来控制机构动作和改变开关电路的。在电气

19、中，常常用在开关柜的变压器室的门上，为了使得开门时断路器跳闸，保证人身的安全。在工业上，主要用来控制机械线路的行程和限位保护用。行程开关的原理和按钮的原理类似，都是根据运动的行程位置来实现电路的切换。当有物体出现的时候，通过传感器的带动下，到达行程开关的位置，使得行程开关动作，由原来的常开，或者常闭触点，变为常闭或者常开触点，达到控制电路的目的。可以方面的使得电路进行下一步的动作，实现下一步的功能，运用起来很方变，不需要人为的手动操作，简化了很多步骤。如行程开关的实物图如下图3所示。图3行程开关3.5分拣系统的框图分拣系统主要由需要检测的部件，大型部件，小型部件，中型部件，以与用来控制系统的启

20、动按钮装置等组成的输入单元所构成。通过PLC的采样处理，然后，由传送带M1,传送带M2以与电磁阀的推出装置等组成的输出装置构成，如下图4所示。图4分拣系统的框图3.7系统电路图系统的电路图反映了系统的PLC外部接线，其中用到了PLC，以与常开按钮，以与接触器的线圈等，通过电路图可以直接的反映出此系统的原理。以与动作的过程。非常的形象和直观，也很方便检查接线以与出现的问题。电路图和输入输出端子表如下图5和表1所示。图5 PLC电路图表1分拣系统的输入输出端子表输入装置端子符号输入装置端子符号输出装置端子符号启动X000复位X012左旋Y000停止X001上升X013右旋Y001急停X002下降X

21、014回缩Y002左旋限位X003左旋X015前伸Y003右旋限位X004右旋X016上升Y004上升限位X005前伸X017下降Y005下降下位X006回缩X021吸气Y006回缩限位X007吸气X022放气Y007前伸限位X008放气X023工作检测X009输入输出端子图方便，简洁的介绍了所用到的触点的功能，使得在写程序的时候更加的方便，各个功能也一目了然。和电路图以与程序很好的结合在一起，方面阅读的同时，也使得更容易的理解。原理：利用KM1的触点来控制KM2的线圈，再用KM2的触点来控制KM1的线圈，互相控制，行成互锁回路来控制电机的正反转，达到控制皮带的传动的作用。原理图如下图6所示。

22、图6 电机正反转电气图4分拣系统的编程和仿真4.1方案的论述（1）按下操作面板上的PB1（X20）按钮,机械手被激活，开始旋转转动手臂，夹住物体，同时皮带Y1开始正传。（2）机械手通过上升，前伸，回缩等的运动把夹住的物体放在桌面上，随着传送带开始运动。（3）传感器开始接收检测传送带上的部件，并且对检测到的部件进行分拣，并将分拣后的部件而被搬运到特定的盒子里。（4）大部件：在上侧的分支皮带Y2正传，经过Y3分拣器on打开的时候在正传皮带的带动下到达X6检测部件的位置，通过检测部件的检测，放到后部传送带上面，从传送带的左端落下。（5）中部件：当传送带Y3分拣传感器处在off关闭的时候Y1传送带正传

23、物体被放到前面传送带上，在最下面的传送带的带动下物体被传送带末端的机械手拾起放入盒子由机器人搬运走。（6）小部件：当分支的分拣传感器Y3处在on 开的状态在，物体被放到后部传送带上，Y2传感器正传，在传感器的带动下运动到检测到部件x6的位置，此时x6处在开的状态，检测到部件，传送带Y2停止传动由Y6推出机构将小部件推至地上由机器人搬走。(7）在操作面板上将上面的sw2 x25打到on的状态，一个新的部件会被补上放在桌面上 (8）闪烁灯的点亮情况。当红灯点亮的时候机器人补给一个部件放在桌面上；当绿灯点亮时传送带移动；当黄灯点亮的时候传送带停止转动。（9）机器人工作情况。当检测到大部件机，和中型部

24、件的时候器人搬运。当检测到小型部件的时候机器人不搬运。（10）推出部件的情况当传感器检测到小部件时被推出，其余情况下不推出部件。4.2物料分拣流程图分拣系统的流程图如下图7所示图7分拣系统流程图4.3编程软件GX-Developer的介绍此款编程软件是一款能支持梯形图、指令、顺序功能图，适用于Q、FX、QNA等全系列的PLC编程软件，支持程序的在线更改。是一款通用性很强的软件，它能够将工作表格和word 里面的文字等复制到程序中，可以实现梯形图和指令之间的相互转换。这款可编程控制器编程软件，操作起来很方便，带有大量的仿真调试的功能，方便学习和应用。梯形图和指令表编程窗口如下图8和图9所示。图8

25、GX-Developer 梯形图编程窗口图9GX-Developer 指令图编程窗口4.4物料分拣系统的模拟仿真4.4.1顺序功能图通过对电路图，流程图的分析，利用软件编程可以满足要求的顺序功能图如下图10所示。图10 顺序功能图4.4.2 系统的软件仿真物料分拣系统的模拟仿真应用的是FX-TRN-BEG-C软件,将在DXDEVELOP软件中编写好的程序输入到仿真软件中。当机械手拿到物体时，将物体放在座子上通过传送带的传松，以与分检器的筛检如果是大部件则通过上侧的边传送带，经过推出机构和检测部件的传感器，在传送带的带动下，直接传送到碟子上，被机器人搬运走。通过对系统的模拟实验截屏可以看出，机器

26、人的操作已经完成。此时绿灯亮，机械手回到原点的位置。仿真图如图11所示。图11大部件的分拣模拟对应的系统顺序功能图如图12所示。图12大部件分拣顺序功能图当机械手拿到物体时，通过旋转和上下移动将夹取的物体放到桌子上，通过传送带的带动通过分检器的筛检如果是中型部件则通过上侧的传送带，直接传送固定的位子，大的部件将被机器人搬运走。通过对仿真模拟的截图可以看出此时的绿灯是亮的，Y1，Y2，Y4,Y5均处在正传的状态，操作开关处在on的位置。所对应的仿真如图13所示。图13中部件的分拣模拟对应的顺序功能图如图14所示。图14中型部件分拣顺序功能图当机械手拿到物体时，通过分检器的筛检如果是小部件则通过左

27、边传送带，当到达左边检测装置时被检测出小部件后被推出机构推下，仿真图如图15所示。图15 小部件的分拣模拟对应的顺序功能图如图16所示。图16小部件分拣顺序功能图5结论首先打开GX-Developer软件选择工程创建新的工程选择SFC的编程方式，然后在此环境下进行编写程序，将编写好的程序，可以转化为梯形图，和SFC指令的形式，把编写好的程序保存，在仿真软件FX-TRN-BEG-C中进行仿真，将程序写入，将X24，X25分别打到ON的位置，按下启动键，既可以看到仿真的结果。当检测到有大部件的时候，通过传送带传到指定的位置，有小部件的时候，会被推至指定的位置，有中型部件的时候，可以通过传送带被机械

28、手放置到盒子里被机器人搬运走。通过SFC的编程可以实现和梯形图一样的结论1920。参考文献：1 凤珊.电气控制与可编程序控制器M.中国轻工业，2003 年: 80 89. 2 齐从谦.王士兰等.PLC技术与应用M.机械工业，2000年：8488.3 袁任光.可编程控制器应用技术与实例M.华南理工大学，1996年:4045.4 .可编程控制器应用技术M.电子工业，1995年:122130.5 树雄.可编程控制器原理与应用教程M.航空航天大学，2003年:5455.6 邱光源等.电路基础M.高等教育，1998年101110.7 万忠.可编程控制器应用技术 M: 化学工业，2001年6080.8 王

29、兆义.小型可编程控制器实用技术 M机械工业，2002年：101 1159 吴大正.信号与系统M.中国矿业大学，2003年：120125.10 三菱微型可编程控制器手册MMITSUBISHI SOCIO-TECH，2003:7275.11 曾平.电路设计基础M.第二版.:高等教育,2003:100110.12 何立民.MCS251系列单片机应用系统设计M.人名邮电，1993.13 薛澄歧.PLC仿真实验系统的设计M.东南大学：7880.14 徐煜明，雁等.单片机原理与接口技术M.电子工业，2005年：53 60.15 胡汉才等.单片机原理与接口技术M.：清华大学，1996年：4060.16 胡寿松.自动控制原理M.科学.2011年：200225.17 先彬.电力系统自动化M.中国电力.2004年：6675.18 贺家.电磁继电保护原理M.中国电力.2010年：90101.19 董爱华，良，余琼芳. 可编程控制器原理与应用M.中国电力，2009年：7782.20 敏.可编程控制技术M.机械工业，2002年：4345.附录1指令表LD M8002AND X0SET S0STL S0OUT Y13OUT Y15ZSRT MO M8SRT C1SET S20STL S20ZRST M0