摘 要
本論文介紹了櫻桃西紅柿分揀機(jī)的工作機(jī)理及其簡(jiǎn)單的工藝流程，主要針對(duì)其控制系統(tǒng)做詳細(xì)說(shuō)明。
本文對(duì)該分揀機(jī)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，采用PC與PLC相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了櫻桃西紅柿的自動(dòng)分選。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求以及設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，合理選擇各動(dòng)力及控制元件。并且編制控制程序。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)分揀機(jī)；控制系統(tǒng)；可編程邏輯控制器；PC；繼電器。
Abstract
With the rapid development of the micro electric technique and computer technology, PLC (namely programmable controller) gets widely application very in the industry controlled field.
PLC is one kind on the basis of technology of digital computer, electronic control device designed to use under the environment of industry specially, adopt it by memory that can programmer, it is last user order not to used for, through figure or introductions of simulation export, finish such functions confirmed as a series of logic, order, timing, counting, operation ,etc., to control all kinds of integrated equipment of electro mechanics and production process.
Key words：Automatic sorting system；Control system; Programmable logicalcontroller；PC；Solid State Rely
目錄
1、前言 5
2、總體功能介紹 6
2.1排隊(duì)部分 7
2.1.1電機(jī)選擇 8
2.1.2 電子無(wú)級(jí)速度控制器選擇 8
2.2輸送部分 9
2.2.1 電機(jī)的選擇 9
2.2.2電機(jī)工作情況 10
2.3視覺(jué)系統(tǒng) 11
3、電控設(shè)計(jì) 12
3.1輸入部分 12
3.2輸出部分 13
3.3控制面板 13
3.3.1輸送、排隊(duì)繼電器 14
3.3.2按鈕開(kāi)關(guān) 14
3.3.3信號(hào)燈 15
4、系統(tǒng)PLC選擇 15
4.1PLC簡(jiǎn)介 15
4.1.1PLC的起源與發(fā)展 15
4.1.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 16
4.1.3PLC控制系統(tǒng)的硬件組成 18
4.1.4PLC控制系統(tǒng)的軟件組成 20
4.2PLC選擇 23
5、總結(jié) 24
6、參考文獻(xiàn) 25
第一章 前言
櫻桃西紅柿又名葡萄番茄、圣女果、珍珠番茄，在國(guó)外又有“小金果”、“愛(ài)情果”之稱(chēng)。它既是蔬菜又是水果，色澤艷麗、形態(tài)優(yōu)美，并且味道適口、營(yíng)養(yǎng)豐富，除了含有番茄的所有營(yíng)養(yǎng)成分之外，其維生素含量比普通番茄高。被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織列為優(yōu)先推廣的“四大水果”之一。
圣女果是一種熱帶作物，鮮紅碧透，味清甜，無(wú)核，口感好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。伴隨著人們生活水平的提高，其消費(fèi)量逐漸增加 。
圣女果一般單重10～20g，果實(shí)橫徑2厘米左右。
在不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求刺激下，我國(guó)的櫻桃西紅柿產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，目前已經(jīng)形成一定規(guī)模。并且伴隨著國(guó)際市場(chǎng)的需求增大，作為一種高檔蔬菜的櫻桃番茄將會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)足的發(fā)展。
為了提高櫻桃西紅柿的出產(chǎn)效率，并且使櫻桃番茄規(guī)格劃分更加準(zhǔn)確，效率更高，需要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)的等級(jí)分揀機(jī)。
自動(dòng)分揀機(jī)是將混在一起而去向不同的物品，按設(shè)定要求自動(dòng)進(jìn)行分發(fā)配送的設(shè)備，它主要由輸送裝置、分揀機(jī)構(gòu)、控制裝置等組成。當(dāng)分揀物到達(dá)分揀口時(shí)，通過(guò)推拉機(jī)構(gòu)、撥塊、傾倒、輸送等方式，使分揀物滑動(dòng)或傳輸?shù)椒謷?，可?shí)現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動(dòng)分揀機(jī)的種類(lèi)很多，但較為先進(jìn)的主要有三種：滑靴式分揀機(jī)、翻盤(pán)/翻板式分揀機(jī)、交叉帶式分揀機(jī)。
在該自動(dòng)分揀機(jī)的幫助下，櫻桃番茄的分級(jí)不再是單純依靠采摘人員的大致分類(lèi)，而是可以在更嚴(yán)格的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下，快速準(zhǔn)確的分出等級(jí)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有更明確的保證，增加勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
利用該自動(dòng)分揀系統(tǒng)，可以省去專(zhuān)人進(jìn)行櫻桃番茄的等級(jí)劃分，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)成本，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，很大程度的提高生產(chǎn)效率，取得更大的利益。
第二章 總體功能介紹
對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)，首先必須實(shí)現(xiàn)以下基本條件：
1、 分揀誤差率極低。因此要求系統(tǒng)擁有很高的穩(wěn)定性，以及對(duì)產(chǎn)品信息采集要有較高的準(zhǔn)確性。
2、 能夠持續(xù)工作。同樣要求控制系統(tǒng)有極高的穩(wěn)定性。
3、自動(dòng)化生產(chǎn)。建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)。
現(xiàn)將櫻桃番茄按照其尺寸及色澤分為規(guī)格一和規(guī)格二兩種。
產(chǎn)品經(jīng)送料系統(tǒng)送入排隊(duì)系統(tǒng)，在此等待，并依次經(jīng)過(guò)光耦。光耦在傳送系統(tǒng)配合下，采集每個(gè)櫻桃番茄的信息，并且將該信息送入PC機(jī)的采集卡。PC機(jī)將光耦采集的信息進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)裝的程序判斷該產(chǎn)品屬于規(guī)格一或者規(guī)格二。判斷完成后，根據(jù)結(jié)果向每種規(guī)格所對(duì)應(yīng)的繼電器發(fā)出信號(hào)。并轉(zhuǎn)換成指令送入PLC。
PLC根據(jù)程序設(shè)計(jì)，在收到產(chǎn)品的規(guī)格指令后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間延遲，打開(kāi)規(guī)格一或者規(guī)格二出料口的電磁閥，產(chǎn)品在空氣壓縮機(jī)的氣壓作用下出料，將不同規(guī)格的產(chǎn)品經(jīng)不同出料口送出分揀機(jī)，分揀任務(wù)完成。
考慮到產(chǎn)品的特殊性，產(chǎn)品在分揀機(jī)的各部分中不能有強(qiáng)烈的碰撞等，因此產(chǎn)品在進(jìn)出料時(shí)由空氣壓縮機(jī)提供氣壓使產(chǎn)品移動(dòng)。
以下是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀機(jī)的上述功能的各種控制要求。
送料、出料部分，由一臺(tái)空氣壓縮機(jī)提供氣壓，電磁閥控制，共需要三個(gè)電磁閥。
產(chǎn)品的輸送及依次排隊(duì)由電機(jī)提供動(dòng)力。這里需要兩個(gè)繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
產(chǎn)品規(guī)格信息由視覺(jué)系統(tǒng)采集后送給PC進(jìn)行分析，并將分級(jí)結(jié)果轉(zhuǎn)換為指令送入控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)的主要控制功能將由PLC實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)4個(gè)控制開(kāi)關(guān)：總行、送料、輸送、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
下面對(duì)分揀機(jī)各功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明：
2.1排隊(duì)部分
產(chǎn)品經(jīng)進(jìn)料口送入分揀機(jī)后，需要使其可以依次經(jīng)過(guò)光耦進(jìn)入輸送部分，而排隊(duì)部分就是實(shí)現(xiàn)這一功能的。功能的具體實(shí)現(xiàn)如下圖：
2.1.1電機(jī)選擇
排隊(duì)輸送機(jī)構(gòu)采取電機(jī)帶動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率及小番茄重量，需要電機(jī)軸上功率P=0.06KW。并且要求電機(jī)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、質(zhì)量輕，故選用90YYJT90型齒輪減速電子調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率0.09kW，頻率50Hz，電壓200V，輸出轉(zhuǎn)速1-500r/min(任意選擇)。
選用浙江佳雪微特電機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的 90YYJT90-3。該產(chǎn)品具有高精度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并且擁有良好的加工工藝，整體適應(yīng)性良好，屬于小功率齒輪減速、電子調(diào)速電機(jī)，具有較高的性?xún)r(jià)比。
排隊(duì)電機(jī)的安裝線(xiàn)路圖：
2.1.2 電子無(wú)級(jí)速度控制器選擇
在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的KZ—D拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的F—D系統(tǒng)，并且伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，促使電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。
選擇浙江微特電機(jī)生產(chǎn)的SC-A電子無(wú)級(jí)速度控制器。該產(chǎn)品采用PD比例調(diào)節(jié)器，電流負(fù)反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)恒力矩?zé)o級(jí)調(diào)速，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)迅速，控制精度高等特點(diǎn)。
并且該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能與主電路同步，能平穩(wěn)移相且有足夠的移相范圍，控制角調(diào)整量可達(dá)10000步，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)平滑控制，脈沖前沿陡且有足夠的幅值，脈寬可設(shè)定，穩(wěn)定性與抗干擾性能好。
以下為其接線(xiàn)圖：
2.2輸送部分
產(chǎn)品經(jīng)過(guò)光耦后，經(jīng)由輸送系統(tǒng)送到出料口，由電機(jī)帶動(dòng)滾輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2.1 電機(jī)的選擇
該電機(jī)的線(xiàn)路圖如下所示：
根據(jù)傳送帶設(shè)計(jì)所需轉(zhuǎn)速，以及生產(chǎn)效率，確定在輸送部分所需電機(jī)功率P=0.65KW。選擇由上海銳進(jìn)電機(jī)公司生產(chǎn)的MBL07-Y0.75-C5（一級(jí)齒輪減速，減速比為1：5）。
該電機(jī)主要由壓緊的主動(dòng)輪裝置、摩檫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速控制機(jī)構(gòu)組成，并具有以下的特點(diǎn)。
（1）.高強(qiáng)度：在加沖擊負(fù)栽或機(jī)器逆轉(zhuǎn)時(shí)，本機(jī)性能可靠，能精確轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)后坐力。
（2）.變速范圍大：變速比均為1：5，即輸出轉(zhuǎn)速可在1：45至1：7.25之間任意變化。
（3）.調(diào)速精度高：調(diào)速精度為1--0.5轉(zhuǎn)。
（4）.性能穩(wěn)定：本機(jī)的傳動(dòng)部件都經(jīng)過(guò)特殊的熱處理，精密度加工摩檫部位，潤(rùn)滑良好，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)。
（5）.同軸結(jié)構(gòu)：輸入軸、輸出軸同向旋轉(zhuǎn)，體積小、重量輕。
（6）.組合能力強(qiáng)：本機(jī)可與各種類(lèi)型減速機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，大扭矩的變速效果。
（7）.在允許負(fù)載的情況下，調(diào)定的轉(zhuǎn)速恒定；
（8）.全機(jī)密封，可適用于潮濕、多塵、有輕度腐蝕性的工作環(huán)境。
2.2.2電機(jī)工作情況
工作溫度：部件磨合（空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）開(kāi)始時(shí)，溫升可高于環(huán)境溫度的40°-50°，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)60-80小時(shí)后，溫度逐漸降低，溫度約高于環(huán)境溫度25°，并保持恒定。
工況系數(shù)表：
K
工作情況
1
均勻、勻速負(fù)載、單向旋轉(zhuǎn)、無(wú)慣性
1.3
中等沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、中慣性
1.5
中等沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、大慣性
1.75
嚴(yán)重沖擊、脈動(dòng)負(fù)載、常反轉(zhuǎn)、大慣性
調(diào)速方式：手動(dòng)調(diào)速（分快慢手輪、指針手輪兩種）
配直角器調(diào)速
電動(dòng)調(diào)速
2.3視覺(jué)系統(tǒng)
視覺(jué)系統(tǒng)主要包括光耦、采集卡、攝像燈、攝像頭等，主要完成對(duì)產(chǎn)品信息的采集功能。
下面是視覺(jué)系統(tǒng)安裝線(xiàn)路：
視覺(jué)攝像頭需要24V直流電源。
視覺(jué)系統(tǒng)的攝像燈以及采集卡需要12V直流電源。
作為產(chǎn)品等級(jí)劃分的指令輸出部分，采集卡及采集燈需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，來(lái)保證產(chǎn)品規(guī)格劃分的可靠性?？紤]到控制系統(tǒng)的保護(hù)，所選交直流轉(zhuǎn)換器要求很高的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。
交直流轉(zhuǎn)換有熱電變換、電動(dòng)系、靜電系、電子系等方法。系統(tǒng)需要高穩(wěn)定性，低誤差，較高的靈敏度，因此選用熱電變換。
由所需電壓及考慮使用環(huán)境和成本，選用德力西公司生產(chǎn)的SA-350-24型號(hào)交直流轉(zhuǎn)換器。
SA-350-24轉(zhuǎn)換器采用了擁有專(zhuān)利的薄膜量程電阻器，能夠提供非比尋常的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，其總不確定度低達(dá)±2%，并且能夠提供較寬的電壓范圍和寬頻率范圍。該轉(zhuǎn)換器擁有良好的溫度穩(wěn)定性和快速的穩(wěn)定時(shí)間，可以在更快的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
并且該產(chǎn)品在保證良好的性能之外，擁有比同規(guī)格產(chǎn)品要低的價(jià)格。具有較高的性?xún)r(jià)比，適合在我們的番茄分揀機(jī)上使用。
以下為其功能參數(shù)：
溫度穩(wěn)定度 在使用環(huán)境中可達(dá)12個(gè)小時(shí)穩(wěn)定時(shí)間
預(yù)熱時(shí)間 上電15分鐘，達(dá)到穩(wěn)定
溫度性能 工作： 11°C 至 35°C;
校準(zhǔn)： 18°C 至 28°C;
儲(chǔ)存： -40°C 至 50°C
第三章 電控設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以下就對(duì)該部分設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
3.1輸入部分
產(chǎn)品信息由光耦采集，PC分析后，給出兩種規(guī)格結(jié)果，并輸入給PLC。由于采集卡給出信號(hào)為弱電輸入，不足以作為指令信號(hào)輸送給PLC，因此這里需要兩個(gè)繼電器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
右圖為產(chǎn)品規(guī)格信息的輸入線(xiàn)路圖：
根據(jù)系統(tǒng)性能要求及成本考慮，可以選擇固態(tài)繼電器。作為固態(tài)繼電器，其擁有以下特點(diǎn)：
?。?）高壽命，高可靠:SSR沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，高振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。
?。?）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。
?。?）快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。
?。?）電磁干擾小:固態(tài)繼電器沒(méi)有輸入"線(xiàn)圈"，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。
需要直流控直流繼電器作為PLC指令的輸入，負(fù)載電流為5A左右，因此選用2個(gè)美格爾公司的JGX-1 D10型號(hào)固態(tài)繼電器。
美格爾公司生產(chǎn)的JGX型固態(tài)繼電器，是采用先進(jìn)的技術(shù)和器件制造的一種性能優(yōu)良的新型無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)。其輸入端僅要求很小的控制電流，能與各集成電路較好地兼容；而輸出回路則采用可控硅或大功率晶體管接通和斷開(kāi)負(fù)載電流。輸入和輸出之間采用光電耦合，通斷沒(méi)有可動(dòng)接觸部件，因此具有工作可靠、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)噪音、壽命長(zhǎng)、體積小、耐蝕防爆抗震等特點(diǎn)。
3.2輸出部分
系統(tǒng)的進(jìn)料、出料部分由PLC發(fā)出指令，控制電磁閥完成。產(chǎn)品分兩種規(guī)格，因此一共需要三個(gè)電磁閥。電磁閥安裝在分揀機(jī)的進(jìn)料、出料口，因此電磁閥的遠(yuǎn)距離控制，需要三個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)。下面是電磁閥輸出的線(xiàn)路圖：
櫻桃番茄的重量一般為10g-20g，因此流量 Cv : 0.18即可滿(mǎn)足需要。選用MAC公司的MAC 35A ACA DDAA-1BA型號(hào)電磁閥，三個(gè)。
MAC閥門(mén)公司是北美最大的電磁閥生產(chǎn)廠(chǎng)，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)氣動(dòng)電磁閥。MAC電磁閥因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及卓越的性能品質(zhì)，在北美有26%的市場(chǎng)占有率。 MAC的電磁閥結(jié)合了閥門(mén)高速運(yùn)動(dòng)所需的所有設(shè)計(jì)理念及60年的閥門(mén)制造經(jīng)驗(yàn),公司將閥門(mén)的性能發(fā)揮到極限,可以滿(mǎn)足任何速度及精確度上的嚴(yán)格要求,是在高速、精確的應(yīng)用中唯一的選擇,最重要的是原廠(chǎng)18個(gè)月不限次數(shù)品質(zhì)保證，壽命特長(zhǎng)，價(jià)格合理。其主要特點(diǎn)： 1，平衡式閥門(mén)設(shè)計(jì)，反應(yīng)時(shí)間不受壓力變化影響； 2，閥芯防卡死保護(hù)設(shè)計(jì)，避免電線(xiàn)圈燒毀； 3，電線(xiàn)圈吸力大，確保動(dòng)作快速，精確，每分鐘精確作動(dòng)速度最高可達(dá)14000次以上。 4，自動(dòng)補(bǔ)償磨損，增長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命； 5，電線(xiàn)圈與空氣隔離，增長(zhǎng)線(xiàn)圈的壽命。
電磁閥工作電壓220V，電流10A左右，因此選用美格爾公司的JGX-1 DD220D10型號(hào)直流控直流繼電器。
3.3控制面板
系統(tǒng)共設(shè)置總行、送料、輸送、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換四個(gè)控制按鈕。
下圖為這些控制按鈕的信號(hào)輸入圖：
3.3.1輸送、排隊(duì)繼電器
輸送電機(jī)為三相交流電機(jī)，并且考慮到該電機(jī)功率要求，所需負(fù)載電壓為24V，負(fù)載電流為40A。選用樂(lè)清市美格爾電子電器公司生產(chǎn)的JGX-3 380D40三相交流固態(tài)繼電器。
排隊(duì)電機(jī)為單相電機(jī)，所需控制繼電器的負(fù)載電壓為24V,負(fù)載電流為10A，因此選用美格爾公司的JGX-1 D4810交流固態(tài)繼電器。
美格爾公司該系列的繼電器，不僅能夠良好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求，擁有較高的質(zhì)量，并且方便繼電器的維護(hù)等。
3.3.2按鈕開(kāi)關(guān)
設(shè)計(jì)系統(tǒng)供電電壓為220，電流10A左右，選用江陰長(zhǎng)江電器公司的LA38-11型號(hào)開(kāi)關(guān)。
該開(kāi)關(guān)適用于交流50Hz（或60Hz），電壓380V及以下，直流電壓220V及以下的電磁起動(dòng)器、接觸器、繼電器及其它電氣線(xiàn)路中作遙遠(yuǎn)控制之用；其中帶燈式按鈕（LED發(fā)光）還適用于需要燈光信號(hào)指示的場(chǎng)合。
其技術(shù)指標(biāo)為：
●帶燈鈕（LED）發(fā)光壽命：30000h
●信號(hào)燈額定工作電壓：
AC、DC：24V、220V
●顏色：紅、綠、黃、白、藍(lán)、黑（選紅色）
●相比漏電起痕指數(shù)CTI≥100,阻燃
●壽命指標(biāo)：
按鈕：機(jī)械壽命：100×104次 電壽命：50×104次
旋鈕：機(jī)械壽命：20×104次 電壽命：10×104次
電壽命：10×104次
●絕緣電阻≥50MΩ
●接觸電阻≤50mΩ
3.3.3信號(hào)燈
選擇江陰長(zhǎng)江電器公司的AD11-22/21（AC/DC24V）信號(hào)燈，該信號(hào)燈適用于電訊、電器等設(shè)備的線(xiàn)路中作指示信號(hào)、預(yù)告信號(hào)、事故信號(hào)及其它指示用信號(hào)，它采用LED作光源，具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、耐振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是原鎢絲和氖泡信號(hào)燈的最佳更新?lián)Q代產(chǎn)品。
其性能指標(biāo)為：
●連續(xù)工作壽命≥30000h
●光亮度：40～60cd/m2
●允許瞬間電壓波動(dòng)±20%（110V以上）；
●相比漏電起痕指數(shù)CTI≥100，阻燃
交流頻率50Hz
●工頻耐壓：2.5kV
●發(fā)光顏色：紅、綠、黃、白、藍(lán)
●絕緣電阻：Ui≤60V為5MΩ
?
60V＜Ui≤660V為50MΩ
第四章 系統(tǒng)PLC選擇
用PLC進(jìn)行控制，外圍設(shè)備少，占地空間小，是實(shí)現(xiàn)集控的良好設(shè)備。
4.1PLC簡(jiǎn)介
4.1.1PLC的起源與發(fā)展
在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐罚刂齐娐?，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)這4個(gè)部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對(duì)象，如電動(dòng)機(jī)，電爐，閥門(mén)等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)將各個(gè)分立的繼電器，電子元器件連接起來(lái)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是指被控制的對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)等）或生產(chǎn)過(guò)程。
美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM）于1968年提出了公開(kāi)招標(biāo)研制新型的工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，即1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器。在這一時(shí)期，可編程序控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等順序控制功能。所以人們將可編程序控制器稱(chēng)之為PLC（Programmable Logical Controller），即可編程序邏輯控制器：
20世紀(jì)70年代末80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點(diǎn)運(yùn)算，函數(shù)運(yùn)算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計(jì)上，性能價(jià)格比等方面有了重大突破。可編程序具有了高速計(jì)數(shù)，中斷技術(shù)，PID控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強(qiáng)，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定了PLC的標(biāo)準(zhǔn)，并給出了它的定義。
“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等才操作，并通過(guò)數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類(lèi)的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！?
綜上所述，PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，靈活通用，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶(hù)的公認(rèn)和好評(píng)。他經(jīng)過(guò)短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機(jī)器人和CAD/CAM）之一，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械，冶金，化工交通，電力等領(lǐng)域中。
4.1.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較
1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較
plc與繼電器控制系統(tǒng)比較表
比較項(xiàng)目
繼電器控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)
控制功能的實(shí)現(xiàn)
由許多繼電器，采用接線(xiàn)的方式來(lái)完成控制功能
各種控制功能是通過(guò)編制的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的
對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程變更的適應(yīng)性
適應(yīng)性差。需要重新設(shè)計(jì)，改變繼電器和接線(xiàn)
適應(yīng)性強(qiáng)，只需對(duì)程序進(jìn)行修改
控制速度
低?？繖C(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)
極快。靠微處理器進(jìn)行處理
計(jì)數(shù)及其他特殊功能
一般沒(méi)有
有
安裝，施工
連線(xiàn)多，施工繁
安裝容易，施工方便
可靠性
差，觸點(diǎn)多，故障多
高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施
壽命
短
長(zhǎng)
可擴(kuò)展性
困難
容易
維護(hù)
工作量大，故障不易查找
有自診能力，維護(hù)工作量小
結(jié)論：由于PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)所代替是大勢(shì)所趨。
2 PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較
20世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，有人曾試圖用小型計(jì)算機(jī)來(lái)取代當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)果未獲成功，代只的卻是PLC的出現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)與PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結(jié)果比較見(jiàn)下表。
PLC與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較表
比較項(xiàng)目
通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)
工作目的
科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)管理等
工業(yè)自動(dòng)控制
工作環(huán)境
對(duì)工作環(huán)境要求比較高
對(duì)環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作
工作方式
中斷處理方式
循環(huán)掃描方式
系統(tǒng)軟件
需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)的軟件
一般只需要簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序
采用的特殊措施
掉電保護(hù)等一般性措施
采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線(xiàn)維修
編程語(yǔ)言
匯編語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言
梯形圖，助記符語(yǔ)言，SFC標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言
對(duì)操縱人員的要求
需專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)
一般技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用
對(duì)內(nèi)存的要求
容量大
容量小
價(jià)格
價(jià)格高
價(jià)格較低
其他
若用于控制，一般需自行設(shè)計(jì)
機(jī)種多，模塊種類(lèi)多，易于集成系統(tǒng)
結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)自動(dòng)化工程中采用PLC可靠，方便，易于維護(hù)。
進(jìn)入20世紀(jì)70年代，采用微處理器的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了。它與PLC共同推動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間是實(shí)踐，人們又發(fā)現(xiàn)，PLC與一般的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，PLC還是有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其原因是PLC專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在PLC中采用了如下的硬件和軟件措施：
l 錯(cuò)誤！未找到引用源。 光電耦合隔離和R-C濾波器，有效地防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入。
l 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。
l 采用優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，防止電源線(xiàn)引入的干擾。
l 具有良好的自診斷功能可對(duì)CPU等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。
l 對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)有電池供電進(jìn)行后備，一旦斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。
l 對(duì)采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和簡(jiǎn)化，排除了因器件問(wèn)題而造成的故障。
l 采用了冗余技術(shù)進(jìn)行一步增強(qiáng)了可靠性。對(duì)某些大型PLC還采用了雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)。
隨著構(gòu)成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相應(yīng)的提高。一般PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上。某些PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家甚至宣布，今后生產(chǎn)PLC不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)PCL來(lái)講這一指標(biāo)已毫無(wú)意義了。經(jīng)過(guò)大量時(shí)間人們發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是是由于PLC的外部開(kāi)關(guān)，傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是PLC本身發(fā)生的。
另外，PLC程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂易維護(hù)，更適合于工程技術(shù)人員。因此，PLC在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計(jì)算機(jī)在信息處理方面還是優(yōu)于PLC，所以在一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來(lái)，PLC做下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)在控制，計(jì)算機(jī)做上位機(jī)信息處理。計(jì)算機(jī)與PLC之間通過(guò)通信線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和交換。這樣相輔相成，構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的完整的控制系統(tǒng)。
4.1.3PLC控制系統(tǒng)的硬件組成
PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC，輸入/輸出（I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對(duì)構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡(jiǎn)要介紹。
PLC系統(tǒng)
（1）主控模塊
CPU：CPU是PLC的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。PLC在CPU的控制下使整個(gè)機(jī)器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的控制。
CPU的具體作用如下：
執(zhí)行接受，存儲(chǔ)用戶(hù)程序的操作指令。
用以?huà)呙璺绞絹?lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶(hù)程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶(hù)指令規(guī)定的各種操作。
響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請(qǐng)求。
存儲(chǔ)器：PLC系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶(hù)程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：采用PROM或EPROM芯片存儲(chǔ)器。它是由生產(chǎn)廠(chǎng)家直接存放的，永久存儲(chǔ)的程序和指令，稱(chēng)為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和PLC的硬件組成與專(zhuān)用部件的特性有關(guān)，用戶(hù)不能隨意訪(fǎng)問(wèn)和修改這部分存儲(chǔ)器的程序。
存儲(chǔ)器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化的，需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長(zhǎng)久保存，因此采用隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置和當(dāng)前數(shù)值的數(shù)據(jù)。
用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)：用于存放用戶(hù)經(jīng)編程器或計(jì)算機(jī)輸入的應(yīng)用程序。一般采用EPROM或EEPROM存儲(chǔ)器，用戶(hù)可檫寫(xiě)重新編程。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量一般就代表PLC的標(biāo)稱(chēng)容量。通常，小型機(jī)小于8KB，中型機(jī)小于50KB，而大型機(jī)可以在50KB以上。
通信接口：主控模塊通常有一個(gè)或一個(gè)以上的通信接口（簡(jiǎn)稱(chēng)通信口），用以與計(jì)算機(jī)，編程器相連，實(shí)現(xiàn)編程，調(diào)試，運(yùn)行，監(jiān)視等功能。
（2）輸入/輸出模塊
PLC的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O模塊實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)過(guò)程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開(kāi)關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠(chǎng)家已開(kāi)發(fā)出各種型號(hào)的模塊供用戶(hù)選擇。對(duì)于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流新號(hào)輸入/輸出模塊，220V交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶CPU，存儲(chǔ)器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨(dú)立完成各種運(yùn)算。智能模塊的種類(lèi)很多，如高速計(jì)數(shù)模塊，PID調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門(mén)控制模塊，智能存儲(chǔ)模塊和智能I/O模塊。
（3）電源模塊
該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU存儲(chǔ)器所需的直流電源，是整個(gè)PLC系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC采用高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。
I/O電路
PLC的基本功能就是控制，它采集被控對(duì)象的各種信號(hào)。經(jīng)過(guò)PLC處理后，通過(guò)執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對(duì)象（需要進(jìn)行控制的機(jī)器，設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程）進(jìn)行檢測(cè)，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺(tái)上的按鈕，開(kāi)關(guān)等也可以向PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PLC輸出的控制信號(hào)，對(duì)被孔對(duì)象執(zhí)行控制任務(wù)。
4.1.4 PLC控制系統(tǒng)的軟件組成
PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件幾個(gè)部分組成。
PLC系統(tǒng)軟件與工作過(guò)程
PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。
在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行逐條的解釋?zhuān)⒓右詧?zhí)行，直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開(kāi)始新的一輪掃描。PLC的這種工作方式就稱(chēng)之為循環(huán)掃描。
現(xiàn)以O(shè)MRONP型機(jī)為例來(lái)說(shuō)明PLC掃描的工作過(guò)程：
如下圖在沒(méi)有掃描之前，PLC首先應(yīng)保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性，進(jìn)行清零或復(fù)位處理，檢查I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。
它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時(shí)間不超過(guò)規(guī)定的時(shí)間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描用戶(hù)程序。
公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報(bào)警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；對(duì)于嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶(hù)程序，此時(shí)PLC切斷一切輸出。
上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描用戶(hù)程序。
數(shù)據(jù)輸入/輸出操作有的稱(chēng)為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號(hào)（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。PLC數(shù)據(jù)I/O示意圖如下：
v 輸入映象存儲(chǔ)器及刷新。由上圖所示可知送入PLC端子上的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進(jìn)入緩沖器內(nèi)CPU的采樣。。在PLC的存儲(chǔ)器有一個(gè)專(zhuān)門(mén)存放I/O數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱(chēng)之為輸入映象存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)，輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。
只有在采樣刷新的時(shí)刻，輸入映象存儲(chǔ)器中的內(nèi)容才與輸入信號(hào)（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時(shí)間范圍輸入信號(hào)變化是不會(huì)影響映象存儲(chǔ)器的內(nèi)容的。由于PLC掃描周期一般只有幾十毫秒，所以?xún)纱尾蓸訒r(shí)間很短，對(duì)一般開(kāi)關(guān)量來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為沒(méi)有因間斷采樣引起的誤差。即認(rèn)為輸入信號(hào)一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映象的存儲(chǔ)器內(nèi)。
v 輸出映象存儲(chǔ)器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。按用戶(hù)程序要求及當(dāng)前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對(duì)于變化較慢的控制過(guò)程來(lái)說(shuō)，因?yàn)閮纱嗡⑿碌臅r(shí)間間隔和輸出電路的慣性時(shí)間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認(rèn)為輸出信號(hào)是及時(shí)的。
應(yīng)用軟件
PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成PLC實(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高，PLC應(yīng)用軟件也大大豐富起來(lái)了。PLC應(yīng)用軟件與一般計(jì)算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同，PLC應(yīng)用軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
l 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。
l 應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計(jì)人員不能拋開(kāi)硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。
l PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。特別是PLC網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)不再是一個(gè)單獨(dú)的裝置。
編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件
PLC有多種編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言，助記符語(yǔ)言，邏輯功能圖語(yǔ)言，布爾代數(shù)語(yǔ)言和某些高級(jí)語(yǔ)言（Basic，C語(yǔ)言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語(yǔ)言和助記符語(yǔ)言。現(xiàn)在世界上各個(gè)PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來(lái)改善軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提高編程效率。
4.2 PLC選擇
根據(jù)分揀機(jī)功能要求，并考慮到成本等，整體集中式小型的PLC就可以滿(mǎn)足系統(tǒng)使用要求。因此選用西門(mén)子S7-200型號(hào)的PLC，CPU224.
該P(yáng)LC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。
S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
--------* 極高的可靠性
--------* 極豐富的指令集
--------* 易于掌握
--------* 便捷的操作
--------* 豐富的內(nèi)置集成功能
--------* 實(shí)時(shí)特性
--------* 強(qiáng)勁的通訊能力
--------* 豐富的擴(kuò)展模塊
CPU224集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。
以下為該P(yáng)LC的性能參數(shù)：
存 儲(chǔ) 器 用戶(hù)存儲(chǔ)器類(lèi)型：EEPROM
程序：4096字
用戶(hù)數(shù)據(jù)：2560字
本機(jī)I/O 14入10出，并有7個(gè)擴(kuò)展模塊。
通 訊 通訊口數(shù)量：1（RS-485）
支持協(xié)議： 0號(hào)口：PPI,DP/T，自由口
總結(jié)
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)、研究，以及在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，終于完成了本論文。在這里，首先要感謝劉老師，對(duì)于我的設(shè)計(jì)，劉老師不論是在總體方向還是具體的實(shí)施方面都給予了很大的幫助，并且在論文后期幫助我不斷改善。正是在劉老師的耐心指導(dǎo)下，本論文才可以如此順利的完成。
本自動(dòng)分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)了高可靠高效率的設(shè)計(jì)要求，并且具有一定的代表性，完全可以把本控制系統(tǒng)應(yīng)用于其他的自動(dòng)分揀系統(tǒng)中。
這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的全體老師表示由衷的謝意。感謝你們四年來(lái)的辛勤栽培。
6、參考文獻(xiàn)
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附錄一：外文文獻(xiàn)原文
Visualization of PLC Programs using XML
M. Bani Younis and G. Frey
Juniorprofessorship Agentenbased Automation
University of Kaiserslautem
Abstract - Due to the growing complexity of PLC programs there is an increasing interest in the application of formal methods in this area. Formal methods allow rigid proving of system properties in verification and validation. One way to apply formal methods is to utilize a formal design approach in PLC programming. However, for existing software that has to be optimized, changed, or ported to new systems .There is the need for an approach that can start from a given PLC program. Therefore, formalization of PLC programs is a topic of current research. The paper outlines a re-engineering approach based on the formalization of PLC programs. The transformation into a vendor independent format and the visualization of the structure of PLC programs is identified as an important intermediate step in this process. It is shown how XML and corresponding technologies can be used for the formalization and visualization of an existing PLC program.
I. INTRODUCTION
Programmable Logic Controllers (PLCs) are a special type of computers that are used in industrial and safety critical applications. The purpose of a PLC is to control a particular process, or a collection of processes, by producing electrical control signals in response to electrical process- related inputs signals. The systems controlled by PLCs vary tremendously, with applications in manufacturing, chemical process control, machining, transportation, power distribution, and many other fields. Automation applications can range in complexity from a simple panel to operate the lights and motorized window shades in a conference room to completely automated manufacturing lines.
With the widening of their application horizon， PLC programs are being subject to increased complexity and high quality demands especially for safety-critical applications. The growing complexity of the applications within the compliance of limited development time as well as the reusability of existing software or PLC modules requires a formal approach to be developed [I]. Ensuring the high quality demands requires verification and validation procedures as well as analysis and simulation of existing systems to be carried out [2]. One of the important fields for the formalization of PLC programs that have been growing up in recent time is Reverse-engineering [3]. Reverse Engineering is a process of evaluating something to understand how it works in order to duplicate or enhance it. While the reuse of PLC codes is being established as a tool for combating the complexity of PLC programs, Reverse Engineering is supposed to receive increased importance in the coming years especially if exiting hardware has to be replaced by new hardware with different programming environments
Visualization of existing PLC programs is an important intermediate step of Reverse Engineering. The paper provides an approach towards the visualization of PLC programs using XML which is an important approach for the orientation and better understanding for engineers working with PLC programs.
The paper is structured as follows. First, a short introduction to PLCs and the corresponding programming techniques according to the IEC 61131-3 standard is given. In Section Ⅲ an approach for Re-engineering based on formalization of PLC programs is introduced. The transformation of the PLC code into a vendor independent format is identified as an important first step in this process. XML and corresponding technologies such as XSL and XSLT that can be used in this transformation are presented in Section IV. Section V presents the application of XML for the visualization of PLC programs and illustrates the approach with an example. The final Section summarizes the results and gives an outlook on future work in this ongoing project.
Ⅱ PLC AND IEC 61131
Since its inception in the early ‘70s the PLC received increasing attention due to its success in fulfilling the objective of replacing hard-wired control equipments at machines. Eventually it grew up as a distinct field of application, research and development, mainly for Control Engineering.
IEC 61 131 is the first real endeavour to standardize PLC programming languages for industrial automation. In I993 the International Electrotechnical Commission [4] published the IEC 61131 Intemational Standard for Programmable Controllers. Before the standardization PLC programming languages were bei