基于PLC的物料传送分拣系统的实现【毕业论文】.doc

1、本科毕业设计（20届）基于PLC的物料传送分拣系统的实现所在学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【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。利用计算机技术对生产线上的分拣设备进行智能化控制是一种既能节约成本又能提高生产效率的方法。PLC的应用已经渗透到了国民经济的各个领域，对人们的生产生活起到了不可取代的巨大作用，同时带动传统控制检测日新月异更新。【关键词】

2、可编程控制器PLC；物料分拣；气动控制；传送带IIABSTRACT【ABSTRACT】WITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFSOCIETY,MARKETCOMPETITIONISBECOMINGMOREANDMOREINTENSE,SOEACHPRODUCTIONENTERPRISEAREURGENTLYNEEDEDTOIMPROVEPRODUCTIONTECHNOLOGY,IMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCY,ESPECIALLYINTHEENTERPRISESNEEDINGMATERIALSORTINGINTHEPAST,ENTERPRISES

3、ALWAYSADOPTSTHEARTIFICIALLYSORTING,THUSMAKINGTHEPRODUCTIONEFFICIENCYLOWANDTHEPRODUCTIONCOSTHIGH,THECOMPETITIVEABILITYOFTHEENTERPRISEISPOOR,THEMATERIALSAUTOMATICALLYSORTINGHASBECOMETHEONLYCHOICEUSINGTHECOMPUTERTECHNOLOGYTOWARDSTHESORTINGEQUIPMENTONTHEASSEMBLYLINETOMAKETHEINTELLIGENTCONTROLISAMETHODWH

4、ICHNOTONLYCANSAVETHEPRODUCTIONCOSTBUTALSOIMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCYPLCAPPLICATIONHASBEENPENETRATEDEVERYFIELDOFNATIONALECONOMYANDPLAYSAGREATANDIRREPLACEABLEROLEINPEOPLESPRODUCTIONLIFE,MEANWHILEITCAUSESTHETRADITIONALCONTROLANDDETECTIONRAPIDLYUPDATED【KEYWORDS】PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPLC；MATERIAL

5、SORTING；PNEUMATICCONTROL；CONVEYORBELTIII目录1绪言111研究目的及意义112柔性自动化生产线的发展与意义113主要研究的内容214解决的主要问题32柔性自动化生产线系统421系统概述422系统特点423技术指标524系统配置525控制技术6251控制按钮6252网络控制简介626工作过程727传送分拣单元7271主要组成与功能7272主要技术指标8273工作过程9274操作过程93PLC控制系统1031PLC概述10311PLC的结构组成10312PLC的工作原理11313PLC的特点1332PLC控制系统程序设计的步骤1333控制系统PLC的选型143

6、31系统的硬件结构14332确定I/O点数14333PLC的选择15334PLC软件设计1534S7200系列简介17341适用范围17342本系列的特点18343CPU224XP型特点1835S7300系列简介194基于西门子PLC的网络通信2041西门子PLC通讯协议2042西门子PLC通讯硬件2143PROFIBUS现场总线21431现场总线简介21432现场总线特点和分类22IV433PROFIBUS分类22434PROFIBUSDP网络组成2244网络控制245分拣传送系统的检测2751位置检测装置2752视觉传感器27521光电传感器27522色标传感器28523光纤传感器2952

7、4传感器选择29525传感器安装及其梯形图与检测结果296分拣传送系统的执行部件3161驱动系统的分析与选择31611液压驱动31612电气驱动31613气压驱动31614三种控制方式的比较3162电气驱动模块32621变频器简介32622MM420变频器3463气动驱动模块387人机界面4371MT4500T介绍4372MT4500T接口4573组态工程46731新建工程46732选择触摸屏和PLC的型号46733修改HMI的属性46734组态编辑46735编译与下载478系统软件与系统监测、调试4981STEP7MICROWIN软件介绍49811创建工程步骤49812S7200系列PLC数

8、据存储区元件功能5282STEP7编程软件的介绍52821软件使用53822通信组态5583S7300监测与调试5784S7200监测与调试589结束语63参考文献64致谢错误未定义书签。附录6511绪言11研究目的及意义随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个企业都迫切地需要改进技术，提高效率，尤其在需要进行分拣及缓冲、传送的单位，以往一直采用人工分拣的方法，效率低成本高。当今，将PLC技术应用到物料传送分拣系统中用以提高生产效率降低生产成本是一个很好的途径。传送带是一种连续、快速、高效的物料传输设备，也是物料传送分拣系统中经常需要用到的传送分拣工具。它可以搬运货物、分拣物品、用

9、以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于煤炭、电力、建材、化工、机械、轻工业等行业的物料传送系统。可编程控制器PLC是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料传送分拣控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。PLC不但能代替继电器控制简单的开、关顺序，而且能够控制模拟量,还具有通讯及联网功能，可形成分布式控制系统，监测其他的控制器；并能与上位机进行通讯联系，收集生产中

10、的数据，向各主管部门传送重要信息11。为适应工业化需要，本课题试图开发PLC对物料传送分拣系统的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动化生产线中。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于物料颜色分拣需求的改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计

11、。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计17。12柔性自动化生产线的发展与意义20世纪60年代以前，刚性自动化系统或生产线在大批大量生产中发挥了很大的作用。然而，面对日益增长的用户需求多样化、个性化的市场，这种刚性系统越来越不适应市场2竞争的要求。柔性制造系统以其优越的性能很受人们青睐，逐渐进入制造领域，占据一席之地。柔性生产线是保证企业生产适应市场需要而变化的有效手段。近年来,柔性生产线在西欧美国、日本受到普遍重视，发展很快。采用这种生产线，可使劳动生产率大幅度提高，生产成本下降，产品质量更有保证。柔性自动化技术以先进的制造技术和组织方式为基础，通过制造系统自身的柔性、可观测性和优化控制

12、，具有以下几方面重要的意义11提高生产率采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以提高；2缩短生产周期如图所示，采用自动化技术后可以有效缩短零件985的无效时间，从而有效缩短了生产周期；3提高产品质量由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的；4提高经济效益采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等；5降低劳动强度让机器去完成绝大部分笨重、艰苦、烦人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的劳动强度；6有利于产品更新采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新；7提高劳动者的素质制造

13、自动化技术要求操作者具有较高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提高了劳动者的素质，特别是采用小组化工作方式对人的素质要求更高；8带动相关技术的发展可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展；9体现一个国家的科技水平如自1870年以来，制造自动化技术和设备基本上都首先出现在美国，这与美国高度发达的科技水平密切相关。13主要研究的内容随着物料传送分拣控制技术的飞速发展和PLC应用的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究物料传送分拣系统有以下几个方面的内容31查找文献数据，了解柔性自动化

14、生产线中工业对象的物料传送分拣系统控制策略，了解PLCS7200及S7300的编程，并了解PROFIBUS现场总线原理及网络实现的编程；2用STEP7及WINCC编制物料传送分拣系统检测控制程序；3完成系统的调试；4对控制策略进行分析评价。14解决的主要问题在本系统的设计与控制中需要解决以下几个方面的问题1基于PLC的变频控制器的控制的方式；2传感器的类型选择及其功能和安装实现；3执行部件的运动精度的问题；4执行系统气压驱动原理；5PPROFIBUS现场总线在网络通讯的实现；6人机界面的建立。42柔性自动化生产线系统21系统概述模块式柔性自动化生产线是一种最为典型的机电一体化、自动化类系统，该

15、系统由8个单元组成。分别为上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元和分类单元，控制系统可以选用西门子，三菱或欧姆龙的PLC进行控制，具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，在基本单元模块调试完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至八站连在一起，进行复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。该系统包含了机电一体化专业中的气动、电机驱动与控制、PLC、传感器等多种控制技术。图21模块式柔性自动化生产线22系统特点系统将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，可以完成各类单项技

16、能训练和综合性项目训练。可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统安装与调试于一体。5系统无论机械结构还是控制，都采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展。西门子PLC采用西门子PROFIBUSDP网络通信，使各站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换，配有104英寸，256色的工业彩色触摸屏，实现工业控制。23技术指标（1）输入电源单相三线AC220V1050HZ；（2）工作环境温度1040相对湿度85（25）海拔4000M；（3）装

17、置容量15KVA；（4）外形尺寸380CM170CM140CM；（5）安全保护具有漏电压、漏电流保护，安全符合国家标准。24系统配置该系统由型材桌、上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元、分类单元、通信接口板、电气网孔板、按钮控制板、I/O接口板、各种传感器、警示灯、各类电磁阀和气缸等组成，完成工件上料、搬运、加工、分拣、输送、装配、分类等功能。系统配置表如表21所示。表21系统配置表序号名称规格数量单位备注1工作台470MM860MM9张2上料检测单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套3搬运单元CPU2

18、24AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套4加工与检测单元CPU224DC/DC/晶体管EM223（22路数字量输入/18路晶体管输出）1套5搬运分拣单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套6变频传送单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套7安装单元CPU224AC/DC/继电器（14路数字量输入/10路继电器输出）1套8安装搬运单元CPU224AC/DC/继电器（14路1套6数字量输入/10路继电器输出）9分类单元CPU224DC/DC/晶体管（14路数字量输入/10路晶体管型输出）1套10主控单元

19、CPU313C2DP（16路数字量输入/16路晶体管输出）1套11通信模块EM2778只12变频器模块西门子MM420功率037KW1台西门子13触摸屏模块104英寸TFT真彩，65K色1套25控制技术该柔性自动化生产线系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系统可拆分开来进行设计，也可将各站联在一起集成为系统后，能形成一个复杂和大型控制系统，该系统可用不同厂商所提供的控制器（如西门子）进行控制。251控制按钮各站都可通过一块控制面板来控制PLC使各站按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义如表22所示。表22开关的控制功能序号项目说明序

20、号项目说明1带灯按钮，绿色开始5两位旋钮，黑色单站/联网2带灯按钮，黄色复位6按钮，红色停止3按钮，黄色调试按钮7带灯按钮，绿色上电4两位旋钮，黑色手动/自动8急停按钮，红色急停252网络控制简介该系统的西门子控制器采用PROFIBUSDP通信实现八个单元与主站之间的网络控制方案，通过S7300主机采集并处理各站的相应信息，完成八个单元间的联动控制。将DP联线首端出线的网络联接器接到300主机的DP口上，其它网络联接器依次接到八个单元的EM277模块DP口上，将联线末端网络联接器上的终端电阻开关打到ON位置，其它网络联接器上的终端电阻开关全部打到“OFF位置。PROFIBUSDP为保证系统中各

21、站能联网运行，必须将各站的PLC连接在一起使独立的各站间能交换信息。而且加工过程中所产生的数据，如工件颜色装配信息等，也需要向7下站传送，以保证工作正确（如分类正确、安装正确等）。26工作过程下图给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程上料检测单元将大工件按顺序排好后提升送出；搬运站将大工件从上料检测单元搬至加工站；加工站将大工件加工后送出工位；分拣站将加工过的正常的工件搬运到传送站，如果是废料，分拣机械手将工件搬运到废料处理机构；传输站将正常的大工件送至尾端，将废料分拣到废料槽里；安装搬运站将大工件从传输站搬至安装工位放下。安装站再将对应的小工件装入大工件中。而后，安装搬运站再将安装好的

22、工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。图22系统的组成27传送分拣单元271主要组成与功能由直线皮带输送线、分拣料槽、旋转气缸、变频器、三相交流减速电机、光电传感器、光纤传感器、颜色传感器、电磁阀、开关电源、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板等组成，主要完成将材料颜色不合格的工件分拣出来，同时将合格产品传送至下一站。分拣单元的组成如图23所示。1直线皮带输送线主要完成将物料输送到相应的位置2分拣料槽完成将材料颜色不合格的工件分拣出来3旋转气缸将物料导入料槽，由单向电控气阀控制。安装站搬运站安装搬运站加工站分拣站传送站分类站上料检测站84变频器控制交流电机，实现变频调速。5三相交流

23、减速电机驱动传送带转动，由变频器控制。6光电传感器当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“”、蓝色接“”、黑色接输出）。7光电传感器检测上一单元的物料。8光纤传感器物料经过时检测物料的颜色。9颜色传感器物料经过时检测物料的颜色。图23传送分拣单元组成272主要技术指标1控制电源直流24V/45A2PLC控制器西门子3变频器MM420功率037KW4三相交流减速电机41K25GNS3/4GN10K5电磁阀4V11006传感器传输电机I/O接口按钮控制板主机模块走线槽电气网孔板调压过滤器电磁阀实训桌电源总开关万向轮变频器传输线96调速阀出气节流式7磁性开关DA93L8气缸MSQB

24、10R9光电传感器SB031K10光纤传感器E3XNA11E32DC20011色标传感器KT3WN1116273工作过程到料检测传感器检测到搬运分拣站搬运到位后，皮带传动动作输送工件，同时在工件输送过程中，颜色传感器对工件颜色进行检测，检测为红色工件气缸动作将其推入料槽中；工件为黑色或白色时，皮带输送工件到到料终点区，同时光电传感器检测到位信号，皮带输送装置停止，等待下一单元搬运。274操作过程系统上电后，将本单元“单/联”开关打到“单”、“手/自”开关打到“手”状态。上电后“复位”按钮灯闪烁，按“复位”按钮，本单元回到初始位置，同时“开始”按钮灯闪烁；按“开始”按钮，等待进入单站工作状态，要

25、运行时，按下“调试按钮即可按工作流程动作。当出现异常，按下该单元“急停”按钮，该单元立刻会停止运行，当排除故障后，按下“上电”按钮，该单元可接着从刚才的断点继续运行。103PLC控制系统31PLC概述可编程控制器简称PLC（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）是一种以微处理器为核心的用作数字控制的新型控制器，专为在工业环境下应用而设计。它是在自动化控制技术、计算机技术及通信技术的基础上发展起来的一种工业自动化控制装置。它具有结构简单、性能优越、易于编程、使用方便等优点。PLC技术已成为现代工业自动化的三大支柱之一。PLC已在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸

26、、军工业领域获得了广泛的应用11。本设计采用德国西门子公司生产的S7200和S7300型号的PLC，来实现对物料分拣的控制。主要应用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柔性自动化生产线的需求。311PLC的结构组成PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由CPU、存储器、输入/输出设备组成，另外具有电源、A/D和D/A等模块，其基本结构如图31所示。图31PLC的基本结构1CPUCPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断CPU

27、运算器控制器寄存器外部设备接口扩展接口存储器I/O接口外部设备接口输入设备输入设备外存储器编程器上位机总线PLC11和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。2存储器PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。3输入/输出（I/O）设备I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。I/O模块负责实现I/O信号的扩

28、展，这些数据可以由被控对象通过I/O模块传送给PLC，也可以由PLC通过I/O模块传送给对象。在这些数据的传送过程中，I/O模块的作用是实现PLC与外部输入和输出设备间不同信号间的电平转换。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。4电源电源模块为PLC的各个模块提供工作电源。电源模块的输入一般是AC220V，部分电源模块输入宽电压范围（AC86240V），输出电源电压可以是交流的，也可以是直流的。5A/D、D/A模块A/D模块主要用于将电压、电流、湿度和温度等模拟信号转换成PLC能处理的数字量信号。D/A模块则恰恰相反，

29、其作用是把PLC内部的数字量转换成电压、电流等模拟信号以控制外部设备，如变频器和温度控制器等13。312PLC的工作原理PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如图32所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需

30、的时间称为扫描周期。其典型值为1100MS。12图32PLC软件流程框图1输入采样阶段PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。2程序执行阶段根据PLC梯形图程序“先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入

31、”对应元件“软继电器”的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件“软继电器”的状态会随着程序执行过程而变化。3输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载11。开始自诊断与编程器通信读入现场信号执行用户程序输入结果STOPRUN13313PLC的特点PLC的特点有以下几点1可靠性高，抗干扰能力强PLC用程序代替继电器和计时器，最大限度地减少了机械触电和硬件连线的数量，降低了硬件故障发生率。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用

32、现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。在外围电路方面，PLC对所有的输入输出接口电路进行了光电隔离，有效克服了电气和辐射等抗干扰性能的影响。2编程简单、方便、直观梯形图是PLC程序设计中使用最多的一种编程语言，它的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。3模块化设计，灵活性强，功能丰富，易于改造PLC厂商生产了大量先进的模块，如温

33、度模块、A/D和D/A模块、通信模块等，使得PLC系统功能更加丰富。另外，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，不但节约了PLC系统安装、调试和维护的成本，而且用户可根据自身需求来进行模块重组、搭建，增强了系统的灵活性。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。4体积小，重量轻，能耗低PLC控制系统具有较小的体积，而且具有很低的功耗和设备成本，整个设备的性价比大幅提升13。32PLC控制系统程序设计的步骤在对一个控制系统进行设计之前，最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求，只有这样才可能提出准确的、合理的系统总体设计方案，进而实现各个阶段的设计任务。

34、PLC程序设计的主要步骤是1对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。2设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，14首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。3根据梯形图编制语句表程序清单。4用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。5对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。6待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，再修改程序或检查接线，直到满足要求为止。7编制技术文件并交付使用7。33控制系统PLC的选型PLC控制系统的硬件设计

35、，主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的PLC类型，并分配I/O点。331系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图，如图33所示。图33系统硬件结构332确定I/O点数根据控制要求，输入应该有2个开关信号，6个传感器信号，包括光电传感器、光纤传感器、颜色传感器。相应地，有1个旋转汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计2个信号。输出包括控制电动机运行的变频器以及1个控制旋转汽缸动作的可编程控制器来料起点光电传感器色标传感器光纤传感器到料终点光电传感器电磁阀变频器交流电机旋转气缸旋转原位传感器旋转到位传感器15电磁阀。此外还有些控制信

36、号如上电、复位、调试、手/自、联/单、停止按钮。还有开始灯和复位灯。共需I/O点19个，其中13个输入、6个输出23。I00I13I01I14I02I12I03I11I04I10I05I06I07I15Q00Q01Q02Q03Q11Q10Q06Q072M1M1L2L3LGND24V24V开始灯复位灯复位按钮单机/联机停止按钮上电信号开始按钮调试按钮手动/自动GND输送带单元西门子S7200224CNAC/DC/RELAY来料起点传感器旋转原位传感器导料电磁阀旋转到位传感器变频器运行1变频器运行2变频器运行3到料起点传感器光纤检测传感器色标检测传感器图34PLCI/O点接线图333PLC的选择根

37、据上面所确定的I/O点数，且该物料传送分拣单元的控制为开关量控制。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用西门子公司的S7200系列CPU224XP型PLC。它有14个输入点、10个输出点，能满足本系统的要求。本系统含有8个站，需要有一个主站负责控制与采集8个从站的信息，而且还需要与触摸屏进行人机交互。所以主站选用S7300系列里的CPU313C2DP。CPU313C是一种紧凑型CPU，用于对过程处理能力和响应时间要求很高的应用。集成数字量和模拟量输入/输出可实现与过程的直接连接456。334PLC软件设计根据控制要求,设计了PLC自动分拣系统的软件框图和顺序控制图，如图35和36所

38、示16图35传送分拣单元的软件流程传送带搬运工件黑色或白色工件旋转气缸动作废料台结束红色工件起始物料到位NYNY系统复位开始系统复位终点物料到位NY17图36传送带站顺序控制图34S7200系列简介S7200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7200系列具有极高的性能/价格比。341适用范围S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用

39、领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等M0M1M2M3M4M5M6M7M8M9M100上电S71复位（L2）闪烁复位按钮S211Y10气缸原位1B11（气缸原位限位灯）开始（L1）闪烁开始按钮S11等待工件B11（起点到料传感器）计时器计时1秒定时器11等待信号S502MODBUSRTU指令库用于与支持MODBUSRTU主站协议的设备通讯12。42西门子PLC通讯硬件1RS232微机技术中常见的串口标准；S7200的编程电缆（RS232/PPI电缆）的RS232端连接到PC机的RS232口2RS485常用的支持网络功能的串行通讯标准；S7200CPU和EM277通讯模块上

40、的通讯口都符合RS485的电气标准3以太网S7200通讯模块CP2431/CP2431IT提供了标准的以太网RJ45接口4模拟音频电话S7200通过EM241模块支持模拟音频电话网上的数据通讯（V34标准336K波特率，RJ11接口）5ASINTERFACE通过CP2432模块支持ASINTERFACE标准。43PROFIBUS现场总线PROFIBUS，是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在96KBAUD12MBAUD范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领

41、域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案15。431现场总线简介目前，公认的现场总线技术概念描述如下现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。以现场总线为纽带构成的现场总线控制系统是一种新型的自动化系统和底层控制网络，担任生产过程测量和控制两个特殊的任务，他还可以与因特网、企业内部网相连，使自动控制系统与现场设备成为企业信息系统和综合自动化系统

42、中的一个组成部分。22432现场总线特点和分类现场总线技术上的特点1全数字化通信2开放型的互联网络3互可操作性与互用性4现场设备的智能化5系统结构的高度分散性6对现场环境的适应性目前，现场总线发展十分迅速，处于群雄并起、百家争鸣的阶段。现已开发出有40多种现场总线，但是最具影响力的有5个，分别是PROFIBUS、FF、HART、CAN和LONWORKS。433PROFIBUS分类PROFIBUS是过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。目前在多种自动化的领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部分组成，即PROFIBUSDP（DECENTRAL

43、IZEDPERIPHERY）PROFIBUSPA（PROCESSAUTOMATION）PROFIBUSFMSFIELDBUSMESSAGESPECIFICATION。主要使用主从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。PROFIBUSDP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUSDP可取代办24VDC或420MA信号传输。专为现场级分散IO节点设计；PORFIBUSPA专为过程自动化设计，适合于本质安全的场合，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。PROFIBUSFMS用于车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络。为车间级通信任务提供

44、了大量的通信服务。434PROFIBUSDP网络组成PROFIBUSDP的DP即DECENTRALIZEDPERIPHERY。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUSPA（PROCESSAUTOMATION）、PROFIBUSFMSFIELDBUSMESSAGESPECIFICATION共同组成了PROFIBUS标准。23利用S7300CPU313C2DP作为主站，S7200、现场触摸屏（MT4500C）作为从站，组成一个单主站的PROFIBUSDP通信系统。DP适用于数据高速通信的场合，采用RS485双绞线电缆或光纤电缆，波特率从96KBPS12MBPS

45、，采用点对点用户数据与传输或广播控制指令方式,支持循环的主从数据传输。PROFIBUS网络组成图如图41所示。由于PLC主站和所有从站除了触摸屏是步科公司的，其他的都为SIEMENS公司产品，而且都满足PROFIBUS总线通信协议。在本系统中，采用RS485屏蔽双绞线作为通信介质，通信波特率为15MBPS,为PROFIBUS环形网络。PROFIBUSDP主要使用主从方式，PLC主站周期性地与传动装置进行数据交换。PROFIBUS装置有各种不同特性，为了使主站系统能正确调用从站的EM277模块的数据，必须需要EM277的主数据文件GSD。为了能够有效通信，在STEP7中，必须为每一总线设备设定地

46、址，以便主站寻址。在EM277模块设置的通信参数有8个从站的EM277地址和触摸屏的地址（默认为1）。本系统采用了PROFIBUSDP总线，使得系统节省了到机台的大量电缆，增加了可靠性，减少了变频系统的干扰，便于人员操作和维护。图41PROFIBUS网络组成在STEP7软件中，可以在硬件组态窗口中搭建PROFIBUS网络，如图42所示。CPU313C2DPDPEM277DP上料检测站EM277DP搬运站EM277DP加工与检测站EM277DP搬运与检测站EM277DP传送分拣站EM277DP搬运安装站EM277DP安装站EM277DP分类站触摸屏MT4500T24图42STEP7硬件组态窗口4

47、4网络控制该单元的复位信号、开始信号、停止信号均从触摸屏发出，经过S7300程序处理后，向各本单元发送控制要求，以实现各站的复位、开始、停止等操作。各从站在运行过程中的状态信号，应存储到该单元PLC规划好的数据缓冲区，以实现整个系统的协调运行。表41网络读写数据规划序号系统输入网络向MES发送数据200从站数据从站1（输送带）300主站对应数据主站（S7300）1上电I07V107I11272开始I10V110I11303复位I11V111I11314调试I12V112I11325手动I13V113I11336联机I14V114I11347停止I15V115I11358开始灯Q10V130I1

48、1509复位灯Q11V131I115110已经加工VW8IW110电缆的连接通常的安装过程将PLC控制板装入各站小车内；25将控制面板接头插入C1的插槽内；将PLC控制板上接头C4插入执行部分接线端子的C4插槽内；使用联机模式时，用DP通信电缆将各站的EM277模块连接起来；将控制面板上的二个二位旋转开关分别旋至自动和联网状态；注通信电缆为标准的PROFIBUSDP电缆。S7200和S7300有两种通信方式像S7200和S7200之间通信那样直接通信口连接通信，其实300和200默认使用了MPI协议通信；还有一种方式是通过EM277的方式组建DP网络，300做DP主站，200做DP从站。下面说

49、第二种方式的具体过程和步骤。S7300与S7200通过EM277进行PROFIBUSDP通讯，需要在STEP7中进行S7300站组态，在S7200系统中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在V存储区与S7300的组态EM277从站时的硬件I/O地址相对应就可以了。首先插入一个S7300的站，选中STEP7的硬件组态窗口中的菜单OPTIONINSTALLNEWGSD，导入SIEM089DGSD文件，安装EM277从站配置文件。在SIMATIC文件夹中有EM277的GSD文件，如图42所示。图42安装GSD文件导入GSD文件后，在右侧的设备选择列表中找到EM277从站，PROFIBUSDPADDITIONALFIELDDEVICEPLCSIMATICEM277，并且根据您的通讯字节数，选择一种通讯方式，本例中选择了8字节入/8字节出的方式。双击EM277图标，出现“属性DP从站”设定对话框，点击“PROFIBUS”键，26设定EM277的地址（注意设定的地址须和EM277的拨码开关一致）。双击EM277的组建，弹出对话框PROPERTIESDPSLAVE，可以修改EM277的地址，这里的地址是对应S7300组态时的地址，那么这里的地址就不能和S7300中其他的组态地址重复了，可以使用系统默认