物料自动分检控制系统的设计说明

44/482011届毕业设计说明书物料自动分拣控制系统的设计摘 要PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以与体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。另外，工控组态软件的发展，特别是嵌入式组态软件的出现，使自动化控制越来越灵活和方面，人机界面的使用提高了系统的实用性与档次。本文从物料自动分检控制系统的基本原理以与系统构成出发，针对包装行业精品盒的工艺要求，设计一个物料分拣系统，对产品进行自动检测和分拣，实现产品检测分拣的自动化。设计过程中以PLC为主控制器,结合液压机械手装置、传感器技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，同时，本文添加了对操作系统的更改，采用了全中文工控组态软件MCGS，添加人机界面实现人性化设计与操作，加强了该系统的可靠性与智能性，在整体上显得更加高档和人性化！关键词：PLC；自动分拣；组态软件；人机界面AbstractSummary:ThePLCcontrolisthemostcommonlyusedinindustrialautomationcontrolmethod,becauseitsconvenientcontrol,abletowithstandharshenvironment,therefore,issuperiortotheSCMinindustrialcontrol.PLCwillbetraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnologyintegration,designedspecificallyforindustrialcontrol,withpowerfulfunction,generalflexibility,highreliability,andenvironmentadaptable,withsimpleprogramming,useconvenientandsmallvolume,lightweight,lowpowerconsumption,soinaseriesofadvantagesinindustrialusedmorewidely.Inaddition,thedevelopmentoftheindustrialcontrolconfigurationsoftwareembeddedconfigurationsoftware,especiallytheemergenceofamoreflexible,automationcontrol,man-machineinterfaceandtheuseofthesystemisenhancedandpracticalityandclass.Thisarticlefrommaterialautomaticsortingcontrolsystemthebasicprincipleandsystemstructureviewofpackagingindustryboxesprocessrequirement,designamaterialsortingsystemforproducts,automaticdetectionandsorting,realizetheautomationproducttestingsorting.Thedesignprocess,combiningwithPLCprimarilycontrollerpneumaticdevice,sensingtechnology,positioncontroltechnology,on-sitecontrolproductautomaticsorting.InthecontrolsystemforthehostofPLCcontrolfunctionofthesystemisrich,atthesametime,thepaperaddedtotheoperatingsystemchanges,adoptedtheentireChineseindustrialcontrolconfigurationsoftwareMCGS,addtheman-machineinterfaceimplementshumanizeddesignandoperation,strengthenthesystemreliabilityandintelligent,onthewholeappearsmoreupscaleandhumanized!Keywords:PLC;automaticallygrading;configurationsoftware;human-machineinterface（HMI）目录摘要IAbstractII1绪论11．1自动分拣系统的背景11．2研究现状与发展趋势11．3研究的意义22系统总体设计32．1分类32．2任务分析32．3工作流程设计42．4设计思路52．4．1单元构成分类52．4．2传送带单元62．4．3产品检测单元62．4．4废品A(小于标准)处理区72．4．5废品B(大于标准)处理区82．4．6成品区83硬件选型103．1选型依据103．2器件选择103．3TPC人机界面选择124电气设计144．1硬件电路设计144．1．1系统框图144．1．2主电路与PLCI/O设计154．1．2光电传感器特性与技术指标184．2PLC软件设计204．2．1STEP7-Micro/WIN32简介204．2．2PLC程序设计204.3PLCI/O地址表305MCGS组态控制工程315.1组态软件315.2MCGS软件功能特点315.3MCGS组态软件结构分析325.4物料自动分检控制系统在组态工程中的应用345．4.1驱动选择345.5材料分拣系统组态工程中部分工程图例和制作步骤：376应用与调试437总结45致46参考文献471绪论1．1自动分拣系统的背景自动分拣系统（AutomatedSortingSystem)是二次大战后率先在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动化作业系统，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：流动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时间从庞大的高层货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进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。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置与分拣道口组成。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、按商品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、高度检测与形状识别等方式，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。1．2研究现状与发展趋势我国自动分拣机的应用大约始于1980年代,近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自动分拣的概念先在机场行处理和邮政处理中心得到应用,然后普与到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书与超市配送领域,并有望在将来向化妆品与工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。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。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的发展，为物料分拣系统增添了新的活力。1．3研究的意义自动分拣系统在生产工业中有着举足轻重的作用。它的可靠性，优越性，应用领域的适用性以与系统的经济效益、成本分拣系统能灵活的与其他物流设备实现无缝连接，如自动化仓库、各种存储站、自动集放链、各种运载工具、机器人等。实现对物料实物流的分配、对物料信息流的分配和管理。采用分拣系统，人工分拣、堆置物料的劳动强度大大降低，操作人员无须为跟踪物料而进行大量的报表工作、登单工作，因而显著提高劳动生产率。另外，非直接劳动力如物料仓库人员、发料员以与运货员工作量的减少甚至取消又进一步直接降低了作业成本。由于分拣系统运行平稳、安全性高，同时，人工拣取物料的作业量降低，对物品的损坏减少，为顾客假造了更多的价值，为公司赢得了更多的信誉和商机。2系统总体设计2．1分类根据不同的作用，在各行各业需要分检的地方衍生出很多的设备，如LED分光分选机等,主要类型有：堆块式分拣系统Pushersortingsystem交叉带式分拣系统CarbelSorting斜导轮式分拣机LineshaftDiverter摇臂式分拣机SwingArmDiverter物料分拣系统涵盖了PLC技术、传感器技术、位置控制技术，组态控制技术等容；本章主要分析本设计物料分拣系统的需求与控制要求。2．2任务分析根据实际生产需要，针对包装行业精品盒属性，对产品长宽高尺寸进行全面检测，将不合格的产品进行剔除分类，并统计出产品的合格率，合格数，产量等，系统需求如下：1、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。2、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。3、分拣作业基本实现无人化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：（1）、送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。（2）、由人工控制分拣系统的运行。（3）、分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。（4）、自动分拣系统的经营、管理与维护。2．3工作流程设计工作流程图设计，如图2.1。图2.1工作流程图分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置与分拣道口组成。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、按商品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、高度检测与形状识别等方式，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，当具有一样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一样的要求。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贯通过控制装置、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，配合人工控制与相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。2．4系统方案设计2．4．1单元构成分类传送带单元产品检测单元废品A(小于标准)处理区废品B(大于标准)处理区成品区生产线结构如下图图2.2东南轴测图图2.3俯视图图2.4主视图图2.5左视图2．4．2传送带单元传送带单元采用三相异步电动机拖动变速箱在拖动传输带构成。用于输送产品运动。如下图所示：图2.6传送带单元2．4．3产品检测单元该部分是该课题的核心部分，该单元负责检查出：成品、废品A(小于标准)和废品B（大于标准)。如下图所示图2.7产品检测单元长度方向检测：分别由SQ1L、SQ2L、SQ3L、SQ4L四个光电开关构成；SQ1L、SQ2L、负责检测废品A(小于标准)；SQ3L、SQ4L、负责检测废品B(大于标准)；宽度方向检测：分别由SQ1V、SQ2V、SQ3V、SQ4V四个光电开关构成；SQ1V、SQ2V、负责检测废品A(小于标准)；SQ3V、SQ4V、负责检测废品B(大于标准)；高度方向检测：分别由SQ1H、SQ2H两个光电开关构成；SQ1H负责检测废品A(小于标准)；SQ2H负责检测废品B(大于标准)；2．4．4废品A(小于标准)处理区该部分是负责检对废品A(小于标准)产品进行踢出生产线处理工序。如下图所示图2.8废品A(小于标准)处理区该单元由一个光电开关SQ1R和液压机械手KV1构成。2．4．5废品B(大于标准)处理区该部分是负责检对废品B(大于标准)产品进行踢出生产线处理工序。如下图所示图2.9废品B(大于标准)处理区该单元由一个光电开关SQ1R和液压机械手KV1构成。2．4．6成品区该部分是负责检对成品进行处理工序。如下图所示图2.10成品区3硬件选型3．1选型依据根据以上的工作流程我们可以看出整个工作当中实际的动作不是很多，所以实际需要控制的点数应该不多，在这里我考虑使用西门子S7-200系列PLC来驱动整个系统，西门子S7-200系列PLC是由西门子公司推出的高性能小型可编程控制器。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。西门子S7-200系列PLC编程软件为STEP7-MicroWINProject，支持目前所有型号的西门子S7-200系列PLC，可以对西门子S7-200系列PLC进行参数的设置和修改。另外我们还考虑到以下几个方面：1、西门子PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测与控制的自动化；2、无论是单元式小PLC还是大型组网式程控器，西门子S7-200PLC都具有极高的稳定性和低廉的价格优势；3、西门子S7-200PLC质优价廉的的特点；因此西门子S7-200系列具有极高的性能/价格比,最后决定控制单元产品就选用西门子S7-200。在人机界面的选择上，我们综合考虑了价格和质量稳定性等方面，把西门子、三菱、威纶、昆仑等多款产品进行对比，从品牌考虑，西门子和三菱无疑是最佳选择，但是买这两款产品的成本费用太高，而就价格考虑，威纶和昆仑是最后的选择，威纶和昆仑的产品在触摸屏行业是两个巨头，2010年年产值销售额都超过亿，目前威纶的产品市场占有率高，但是从整个产品的性价比来说，昆仑的具有更大的优势，优势如下：高清：800X480高分辨率，体验精致、自然、通透的高清盛宴；真彩：65535色数字真彩，丰富的图形库，享受超顶级震撼画质；可靠：抗干扰性能达到工业III级标准，采用LED背光源；配置：ARM9核、400M主频、64MB存、128MB存储空间；软件：MCGS全功能组态软件，支持U盘备份恢复，功能更强大；环保：低功耗，整机功耗仅6W，发展绿色工业，倡导能源节约；时尚：10.2”宽屏显示，超轻、超薄的机身设计，引领简约新时尚；服务：立足中国，全方位、本土化服务，星级标准，用户至上。3．2器件选择控制单元产品选用西门子产品，如下:SIEMENS200系列PLCS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测与控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或是连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。在以下几方面均有出色的表现:•极高的可靠性•极丰富的指令集图3．1S7-200•易于掌握•便捷的操作•丰富的置集成功能•实时特性•强劲的通讯能力•丰富的扩展模块低压单元产品全部选用施奈德集体产品，产品性能与参数如下:C65系列断路器C65系列断路器符合IEC60947-2/GB14048•2标准中带有隔离功能断路器的补充安全规定，充分满足对隔离电器的各项要求:•冲击耐受电压6kV•手柄绿色条纹显示触头处于切实分断状态•断开位置可锁定•良好的抗冲击性能LC1系列交流接触器LC1系列交流接触器适用于交流50HZ—60HZ、电压660V、电流至95A的电路中，供远距离接通与分离电路与频繁接通与分断电路中。XS系列光电开关•与待检测物体无接触•运行效率高，寿命长•固态输出，无移动部件图3.2其他元器件•感应距离长传感器选型，采用光电开关对产品进行尺寸检测：光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。光电开关采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。从各种因素考虑不防选择西普HJS18系列光电开关，如右图所示：原理图如下：图3.3光电开关原理3．3TPC人机界面选择图3．4MCGS触摸屏计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控与诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS系列（通用版、网络版、嵌入版）工控组态软件将为您提供强有力的软件支持。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的工业控制系统。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统广泛应用于高科技产品中，具有巨大的市场需求前景。嵌入式系统不仅在传统的工业控制和商业管理领域有极其广泛的应用空间，如智能工控设备、POS/ATM机、IC卡等，而且在信息家电领域的应用也具有极为广泛的潜力，例如机顶盒、WebTV、网络冰箱、网络空调等众多的消费类和医疗保健类电子设备，在车载盒、智能交通等领域的应用也呈现出前所未有的生机。我们推出的“MCGS嵌入版组态软件”是基于RTOS（real-timemulti-tasksoperatingsystem）实时多任务操作系统的专门应用于嵌入式操作系统的组态软件，用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，从而把用户从繁琐的编程中解脱出来，让更多的用户在使用嵌入式系统时得心应手。图3.5TPC1062K参数4电气设计4．1硬件电路设计4．1．1系统框图部分组成：液压站电机（KM1）负责对液压机械手1和2供油。传送带主电机一台（KM2）负责对传送带提供动力，同时该装置带有刹车装置（KM3）能使产品准确停车。光电开光12个（SQ）负责对产品进行检测液压机械手2个通过电磁阀KV1、KV2控制系统框图设计如下：图4.1系统框图4．1．2主电路与PLCI/O设计根据系统框图,结合实际器件选型,用AutoCAD设计出电路图,主电路图如图4.2,PLC输入设计如图4.3,PLC输出设计如图4.4。名称名称设计审核日期共3张第1张QS1L1L2L3NPE用户设备界限L01N01QF3RSTS01T01QF1KM1M3~V01W01R01U01M1周于滨物料自动分检控制系统的设计S02T02QF2KM2M3~V02W02R02U02M2KM3V1/总开关/综合保护器/DZ108/综合保护器/DZ108/空气开关/DZ47/液压站接触器/CJX2-1201/传送带制动接触器/FR02FR01SB1图4．2主电路L1NCPU-2241LCPU-224X000L1NCPU-2241LCPU-224X000SQ1LI0.0CPU-224X001I0.1CPU-224X002I0.2CPU-224X003I0.3CPU-224X004I0.4CPU-224X005I0.5CPU-224X006I0.6CPU-224X007I0.7CPU-224X010I1.0CPU-224X011I1.1CPU-224X012I1.2CPU-224X013I1.3CPU-224X014I1.4CPU-224X015I1.5CPU-224ML+C0MCPU-224M2C0MCPU-224M1名称设计审核日期共3张第2张SQ2LSQ3LSQ4LSQ1VSQ2VSQ3VSQ4VSQ1HSQ2H0CPU-224+24CPU-224ML+SQ1RSQ2R周于滨料自动分检控制系统的设计SB2FR1/2L1Y000KM1Q0.0CPU-224L1Y000KM1Q0.0CPU-224Y001KM2Q0.1CPU-224Y002KM3Q0.2CPU-224Y003KV1Q0.3CPU-224Y004Q0.4CPU-224Y005KV2Q0.5CPU-224Y006Q0.6CPU-224Y007Q0.7CPU-224Y010Q1.0CPU-224Y011Q1.1CPU-224C0M2CPU-2242LC0M1CPU-2241LC0M3CPU-2243L名称设计审核日期共3张第3张KM2KM3周于滨物料自动分检控制系统的设计4．1．2光电传感器特性与技术指标光电传感器特性光电传感器不仅具有检测物理量的功能，利用光电开关器件还可以对电路进行控制，具有这两个功能的光电传感器电路称为光电测控电路。光电传感器具有很多优良特性，例如，具有频带宽、不受电磁干扰、非接触测量、体积小、重量轻、造价低等优点。特别在20世纪60年代以来，随着激光和光纤技术的发展，光电传感器也得到飞速发展，广泛应用于生物、化学、物理和工程技术等领域。光电传感器电路原理：图4.5光电原理光电传感器技术指标光电传感器采用XC系列光电开关，技术参数如图，由于其响应时间<5ms，则其测量精度很高，远远少于产品的尺寸误差，可作为检测单元器件；状态接口电路如图5.9图4.6技术参数图4.6接口电路4．2PLC软件设计4．2．1STEP7-Micro/WIN32简介STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专门为SIMATICS7-200系列可编程序控制器设计开发。主要为用户开发控制程序使用，也可实时监控用户程序的执行状态。编程软件主界面如图，由于其模块化的设计，使PLC程序编写变得清晰、灵活而简单。图4.7接口电路4．2．2PLC程序设计程序结构：图4．8（程序结构）程序设计:程序块中包含四个程序:主程序、子程序1、子程序2、子程序3。主程序主要是为了构建系统运行的框架。下面首先介绍子程序的设计过程。子程序1是整个程序设计的核心，用于PLC发出三段包络线的脉冲。对于给定了起始频率、运行频率以与行程的包络线，可以根据公式计算出频率上升的斜率，基于此原则，子程序是假定外部给定三个娈量：起始频率、运行频率、脉冲数（即行程），计算出各段运行脉冲数。网络2中用于将步进电机的当前脉冲值存储于VD4200中，通过运算得出设定值与当前脉冲值的差值AC0，即为步进电机将要行走的距离。网络3用于将实际走行距离转换成脉冲数量，通过直接外部输入工程坐标值，系统就可以将其转换成实际运行脉冲值。在本例中，由于要求的脉冲数，故其当量值为1。网络4是实现电机正反转操作。当步进电机的距离为正值时，方向信号Q0.2为正，电机向左运行，同时将走行距离直接传送给AC2；当步进电机的距离为负值时，方向信号Q0.2复位，电机向右运行，同时将走行距离取反后直接传送给AC2。网络7、8、9是用于将包络表传送给系统相应的存储区。网络7用于传送第一段包络线。首先根据计算得出周期增量为-9，传送给VW4503，然后将公式进行反推，可以从周期增量算出所走的脉冲数，这也是网络7计算的原则，最终计算出脉冲数值传送给VD4505，做为第一段包络线所走的距离。经过上面的计算可知，对于固定的加速率，每个起始频率、运行频率都一一对应于一个脉冲值。所以当系统给定了速度以后，其加速段所走的距离是一个定值。网络8是用于将第二包络表里面的数据传送给系统，由于恒速度运行，故其周期增量为0。由前面可知，在加速段和减速段运行的脉冲值对于一个给定的系统是个定值，故将总共的脉冲数Pv减去加速段Pu和减速段Pd的数据就是在恒速运行区所走的脉冲值。基于此原则，网络8给出了计算过程，最终将差值AC0传送给VD4513。网络9是用于将第三段包络表里面的数据传送给系统。由于加速区和减速区的脉冲值一样，只是周期增量的方向相反，故可将第一段的脉冲值传送给VD4521，将第二段的初始周期传送给VW4517，周期增量VW4519为9。网络10是为了所行距离过短导致意外产生而设计的。当脉冲总粗线条Pv小于加速段和减速段的脉冲之和时，恒速区所走的脉冲值就是一个负值，导致系统运行不正常，故设定当VD4513小于0时，即恒速区的脉冲值为负时，采用单段PTO输出方式，速度恒度为1000Hz。为了使包络表可用，在网络11中调用PLS指令，写入系统参数。子程序2是用于停止脉冲输出，将SMB67的参数置为0，即不启用脉冲输出，同时初始化系统参数，将步进电机的当前值VD4200清零。子程序3是当管线已满时，如果试图装入脉冲列参数，状态寄存器中的PTO溢出位就会置为1，如果检测到溢出，通过该程序将系统复位。主程序是整个系统构成的框架，通过调用不同的子程序，完成控制要求。当触点I0.0每闭合一次时，脉冲个数的设定值从0开始增加1000，当触点I0.3每闭合一次时，脉冲个数的设定值从当前值减少1000。当触点I0.1闭合时，调用子程序1，启用3段包络线控制电机运行。当触点I0.2闭合时，调用子程序2，停止电机，复位系统。完成控制要求。主程序：图4．9图4．10图4．11图4．12图4．13图4．14检测子程序：图4．15图4．16图4．17图4．18图4．19图4．20图4．21图4．22图4．23图4．24图4．25图4．26图4．27图4．28程序操作：当系统开始运行时，首先初始复位，将存储器的值清零。触点I0.0闭合时，Q0.0吸合后自锁，变频器启动；触点I0.1闭合时，Q0.0失电断开变频器停止运行。电感传感器检测到铁质货料时，输出信号触发触点I0.2。I0.2闭合时，将中间标志位M1.0置1。颜色传感器检测到黄色货料时，输出信号触发触点I0.3。I0.3闭合时，将中间标志位M1.1置1。网络5主要是为了实现数据转换输出。由于指示输出占用QB0通道，而变频器的启动信号占用了位Q0.0，因此在传送之前将中间标志寄存器MB1左移1位，然后通过译码指令将MB1的低4位转换成MW10相应的位置1，而其它位置0。这样当I0.2和I0.3都未触发时，相应的触点Q0.1置1。当I0.2触发而I0.3未触发时，相应的触点Q0.2置1。当I0.3触发而I0.2未触发时，相应的触点Q0.3置1。当I0.2、I0.3都触发时，相应的触点Q0.4置1。传动带子程序：图4．29图4．30图4．31图4．324.3PLCI/O地址表S7-224CNINOUTSQL1I0.0KM1Q0.0SQL2I0.1KM2Q0.1SQL3I0.2KM3Q0.2SQL4I0.3KV1Q0.3SQV1I0.4KV2Q0.4SQV2I0.5Q0.5SQV3I0.6Q0.6SQV4I0.7Q0.7SQH1I1.0Q1.0SQH2I1.1Q1.1SQ1RI1.2SQ2RI1.3FR1/2I1.4SB2I1.5图4．33PLCI/O分配5MCGS组态控制工程5.1组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以与过程控制等诸多领域。在电力系统以与电气化铁道上又称远动系统(RTUSystem,RemoteTerminalUnit)。5.2MCGS软件功能特点简单灵活的可视化操作界面MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简单直观，又灵活多变。实时性强、有良的并行处理性能MCGS嵌入版是真正的32位系统，充分利用了32位WindowsCE操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。丰富、生动的多媒体画面MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员与时提供系统运行中的状态、品质与异常报警等相关信息；用大小变化、颜色改变、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；对图元、图符对象定义相应的状态属性，实现动画效果。完善的安全机制MCGS嵌入版提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外，MCGS嵌入版还提供了工程密码，以保护组态开发者的成果。强大的网络功能MCGS嵌入版具有强大的网络通讯功能，支持串口通讯、Modem串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输，还可以通过Web浏览功能，在整个企业围浏览监测到整个的生产信息，实现设备管理和企业管理的集成。多样化的报警功能MCGS嵌入版提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，方便用户进行报警设置，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行存储与应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障。支持多种硬件设备实现“设备无关”。MCGS嵌入版针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS嵌入版是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。方便控制复杂的运行流程MCGS嵌入版开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确地控制运行流程，同时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。良好的可维护性MCGS嵌入版系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS嵌入版系统的三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用自建文件系统来管理数据存储，系统可靠性更高由于MCGS嵌入版不再使用ACCESS数据库来存储数据，而是使用了自建的文件系统来管理数据存储，所以与MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的可靠性更高，在异常掉电的情况下也不会丢失数据。设立对象元件库，组态工作简单方便对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象、窗口对象、策略对象以至位图文件等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用，随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富。这样解决了组态结果的积累和重新利用问题。组态工作将会变得越来越简单方便。总之，MCGS嵌入版组态软件具有与MCGS通用版组态软件一样强大的功能，并且操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。5.3MCGS组态软件结构分析MCGS嵌入版生成的用户应用系统，由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如下图所示：图5．1主控窗口构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以与运行流程、特性参数和启动特性等项容，是应用系统的主框架。设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。用户窗口实现了数据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。通过在用户窗口放置不同的图形对象，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公共数据交换区的作用。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置由策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作任务，实现对外部设备工作过程的精确控制。嵌入式系统的体系结构嵌入式组态软件的组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC机上运行。嵌入式组态软件的运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态工程中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态工程一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，并且将组态好的工程通过USB口下载到嵌入式一体化触摸屏的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在TPC上。从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性。TPC7062K与组态计算机连接如下图所示。图5．25.4物料自动分检控制系统在组态工程中的应用5．4.1驱动选择根据我们选择的PLC是西门子S7-200系列，在mcgs组态软件的设备窗口中添加需要的驱动，步骤如下：(1)在工作台中激活设备窗口，鼠标双击进入设备组态画面，点击工具条中的打开“设备工具箱”，如图4-1。图5．3(2)在设备工具箱中，鼠标按顺序先后双击“通用串口父设备”和“西门子_S7200PPI”添加至组态画面窗口，如图5-4所示。提示是否使用西门子默认通讯参数设置父设备，如图4-2-2，选择“是”。图5．4图5．5图5．5所有操作完成后关闭设备窗口，返回工作台。编程口驱动通讯方式：父设备参数设置图5.6注意：以上参数设置应按照与所通讯实际设备的通讯设备要求来设置，“串口端口号”要对应实际所使用的串口，设置不正确，则无法通讯。串口驱动通讯方式父设备参数设置1．参数设置必须按照与所通讯实际设备的通讯设备要求来设置，“串口端口号”要对应实际所使用的串口，如果设置不正确，则无法通讯。2．西门子200串口的通用通讯参数默认为9600、7、1、奇校验。父设备通讯参数设置应与设备的通讯参数一样3．西门子200系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。PLC的默认设置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信协议，必须使用三菱编程软件，通过RS232（即PLC编程口）通讯并设置寄存器PLCD8120寄存器。“通用串口父设备”的通讯参数设置与PLC设置的参数应该一样，否则无法通讯。子设备参数设置说明：存器类型的含义：与编程软件中的寄存器类型相对应；②寄存器地址的含义是：与西门子200系列的PLC寄存器数据起始地址相对应，每增加1，代表PLC相应寄存器的起始地址向后移动一个字的位置；③通道数量的含义是：连续添加的时候是真实的连续添加的个数，单个添加的时候固定为1④FX2N-48MR不支持TN定时器值、CN计数器值，通道地址对应各自PLC地址；⑤创建32位的D寄存器类型数据，每个数据占D寄存器的两个地址；例如：读写DDB0000，则下一个数应该为读写DDB0002，D寄存器的其他32位数据与此一样；16位数据只占D寄存器的一个地址，如读写WDB0000，则下一个为读写WDB0001；TN定时器值、CN计数器值通道建立时与D数据寄存器一样5.5材料分拣系统组态工程中部分工程图例和制作步骤：图5．7图片添加方面是选择构建，添加BMP格式图片，在组态画面窗口右下角中，将图片大小设置为：0、0、800、480。组态画面中添加了进度条，相当于是做了一个进入下一画面的缓存，这样功能用在解决进入画面较慢时，设置此功能能够让整个系统运行彻底之后再运行工程，设置脚本如下：IFa<100THENa=a+2ELSEa=0用户窗口.1主菜单.Open()ENDIFIFb<100THENb=b+2ELSEb=0ENDIF图5．8主画面图5．9报警统计窗口图5．10报警监视窗口在图4．4．3中，采用了报警浏览构件，可以直观的反应出各个部位的运行情况在数据报警方面，本系统采用了报警监视和报警数据统计两个方面，可以更直观的看到整个运行过程中的故障存在和故障发生率图5．11为了方便统计生产效率，我们设计了一个生产日志，可以通过U盘，将生产数据导入导出，能够更加直观的了解到整个生产效率。画面完成了也就相当于工程的大体框架完成了，但至于工程接下来要怎么运行，如何操作我们还是不知道的，这就需要我们对工程进行脚本的编写，而我们这里不单单是简单脚本的编写，因为我们要和下位机PLC建立连接，所以在编写脚本的时候我们还要给画面中的构件添加变量，有下位机PLC中的地址也有触摸屏中的地址，两者一定要区分开来。比如简单的我们在送料的过程中，怎样让送料的过程看起来更加的直观，我们采用水平和垂直移动增加视觉效果，例如：图5．12需要给水平移动一个表达式变量“a”，并且给“最小移动偏移量”、“最大移动偏移量”、“表达式”赋值，用这句话来解释图片中的参数的意思就是说：当表达式为0时，该构件就不移动；当表达式为210的时候，该构件向左移动210个像素点。而这个表达式的值就是通过脚本的实现，其实也就是简单的VB语言的编写，比如：IFa<210THENa=a+1elsea=0endif这个简单的动作在MCGS组态过程中是实用最多的，只要简单的赋予构件一个相关变量，然后编写脚本程序，就能够让整个画面在运行的过程中更加的真实！这个简单的脚本在何时执行、执行多久、以什么样的方式来执行呢？这些都是要通过PLC给出的信号来确定的，所以在动画做好之后，我们还需要给出执行该脚本一个PLC的信号，这样一来就形成了一个比较系统的脚本语言。而这个脚本我们可以以多种方式来编辑，下面我就采取一种最为方便、稳定、可靠的方法：打开运行策略窗口，选择“新建策略“按钮，然后新建一个循环策略；图5．13双击该策略，进入策略编辑，右击鼠标选择“新增策略行”，然后在工具箱中双击选择脚本程序，点击脚本程序进入脚本的编写：IF窗口号=1OR窗口号=0THEN用户窗口.1主菜单.Open()ELSE用户窗口.1主菜单.Close()ENDIF这样通过一个简单的Open()函数，我们能够实现窗口的弹出IF窗口号=3THEN用户窗口.3.Open()ELSE用户窗口.3.Close()ENDIFIF窗口号=11THEN用户窗口.11运行.Open()ELSE用户窗口.11运行.Close()ENDIFIF窗口号=20THEN用户窗口.20手动.Open()ELSE用户窗口.20手动.Close()ENDIFIF窗口号=51THEN用户窗口.51SET1.Open()ELSE用户窗口.51SET1.Close()ENDIFIF窗口号=52THEN用户窗口.52SET2.Open()ELSE用户窗口.52SET2.Close()ENDIFIF窗口号=53THEN用户窗口.53SET3.Open()ELSE用户窗口.53SET3.Close()ENDIFIF报警23<>0THEN!OpenSubWnd(A发行区产品确认窗口,384,254,225,105,0)ELSE!CloseSubWnd(A发行区产品确认窗口)ENDIFIF报警24<>0THEN!OpenSubWnd(B发行区产品确认窗口,384,254,225,105,0)ELSE!CloseSubWnd(B发行区产品确认窗口)ENDIFIF报警25<>0THEN!OpenSubWnd(C发行区产品确认窗口,384,254,225,105,0)ELSE!CloseSubWnd(C发行区产品确认窗口)ENDIFIF报警26<>0THEN!OpenSubWnd(D发行区产品确认窗口,384,254,225,105,0)ELSE!CloseSubWnd(D发行区产品确认窗口)ENDIFIF确认分选梭产品数<>0THEN!OpenSubWnd(分选梭产品确认窗口,352,208,229,147,0)ELSE!CloseSubWnd(分选梭产品确认窗口)ENDIF!SetDevice(设备0,6,"Read32(DM,123,DUB=累计数)")IF$Hour=保存时间THEN保存开关=1ENDIFIF设备0_通讯状态<>0THEN通讯报警=1ELSE通讯报警=0ENDIF6应用与调试本系统生产线模块：（1）送料机构（2）直流皮带输送线（3）传感器（4）液压机械手（5）交流调频皮带输出线等组成（6）PLC模块（7）变频器模块（8）电源模块（9）按钮模块和人机界面。物料分拣过程：把工件下料到指定位置，经送料机构处的传感器进行有料和姿势的检测以后，把工件推出送到第一条传送上，传送带带动工件到指定位置后对工件进行尺寸大小的判断，如果在产品长宽高尺寸符合正常标准，则产品正常被传送到成品区，如果产品尺寸长宽高任一项少于正常尺寸，则产品在经过液压机械手1时，被SQ1R光电开关检测到时，PLC动作，控制机械手1将产品踢除到小于标准区；同理，大于标准的产品被机械手2踢除到大于标准区；此时只需对光电开关SQ1R、SQ2R脉冲计数，便可统计各产品数量。本设计的工艺要求：（1）能正确判断工件的长宽高三种尺寸；（2）能正确判断工件的姿势，开口情况；（3）能准确输送工件;(4)面板由按钮模块控制。

生产线的工作程序如下：

1、原点位置：垂直机械手在下位，气指开，并在正面状态；输送带都停止；盘式真空机械手在出料的左侧；送料机构