基于三菱PLC的物料自动识别缓冲系统Word格式.docx
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thatistomakeitautomaticrecognitionofthebasictransmissionsensorPneumaticstoragebufferstorage,removethefunctionofmaterialgoods.
Keywords：
PLCsystemAutomaticIdentificationWarehousingbufferstorage
第一章绪论
1.1物料自动识别缓冲系统及PLC的发展状况
一、自动识别缓冲系统
物料自动识别缓冲系统是通过传送带将要检测的物料送至光学传感器下，光学传感器会对物料的颜色进行识别，当与传感器识别颜色相匹配颜色的物料传送至光学传感器下时，传感器就会产生电信号，这时，传送带停止传送，并启动气动手，将物料送至对应颜色的库，实验室试验设备分为三个库，分别对应三种不同的颜色，但由于条件有限，物料只设定了两种颜色的物料，分别是蓝色和黄色。
三种库包含许多斗式储货架，每一个斗式储货架仅放一个与库相对应颜色的物料，在气动手将物料推入库之前，会有一个传感器对斗式储货架内是否存有物料进行检测，如检测到有物料，则库继续旋转，直到检测到没有物料的斗式储货架，库停止旋转，气动手将物料推送入库。
这就实现了对不同颜色物料分拣入库储存。
之后就是当堆垛系统需要对物料分颜色堆垛时，对应颜色的库就旋转到另一侧，并对斗式储货架进行是否有物料检测，检测到有物料的时候，库旋转停止，气动手启动，将库内的物料推送至传送带上，传送带将物料送至堆垛系统，进行堆垛。
期间，会对传送出的物料进行计数，按照堆垛要求传送相应颜色相应数量的物料。
实验室堆垛系统是每五个物料一层，每个货架码两层。
物料自动识别缓冲系统只是其中的一个环节，用以实现对物料的分拣。
这是物流中非常重要的一个环节。
二、PLC的发展现状及趋势
自1969年美国第一台可编程控制器面世以来，经历了30多年的发展，可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。
1969年美国的DEC公司制成了第一台可编程控制器，投入通用汽车公司的生产线控制中取得了极其满意的效果，从此开创了可编程控制器的新纪元。
目前，可编程控制器的胜场厂家众多，生产型号、规格多不胜数，但主要分为欧、日、美三大块。
在中国市场上，欧洲的代表是西门子、日本的代表是三菱和欧姆龙、美国的代表是AD和GE。
各大公司在中国均推出自己的从微型到大型的系列化产品。
但是令人遗憾的是，郭灿PLC始终没有突破性的发展，占有市场份额很小。
现在随着大规模集成电路的高速发展，PLC得到了迅速的发展，在控制电动机的运行、产品的计数、电磁阀的开闭、温度压力等一系列的设定和控制等方面，PLC正发挥着越发重要的作用。
PLC是基于计算机技术和自动控制理论相结合发展而来的，它既不同于一般的计算机，也不同于普通的计算机控制系统。
PLC作为一种特殊形式的计算机控制设备，它在系统的结构、硬件的组成、软件的结构、I/O通道和用户界面等诸多方面都有特殊性。
从基本原理上看，PLC和PC机是大致相同的，但为了符合现代工业控制的生产要求，PLC使用重复扫描的运行方式，即PLC对全部程序由头至尾进行重复的扫描，直到设备停止运行。
由于可编程控制器是以继电器控制为根基，逐渐发展而形成的，才是的PLC有如此独特的运行方式，而CPU对用户程序扫描所使用的时间要比继电器的动作时间短很多，只有采用这种重复循环扫描的工作方式才可以解决时间上的矛盾。
正是由于PLC循环扫描的这种特殊的工作方式使得PLC控制系统与普通的计算机控制系统有所区别。
虽然由于生产要求的不同PLC的组成各不相同，但是在基本结构上是相同的，包含CPU、输入输出设备（I/O）、存储器和其他部件等等。
而其中其他的部件又包括编程器、模拟I/O盘、外存储器、扩展接口和通信接口等。
PLC是以CPU为工作核心进行运行工作的，通过CPU输入各种指令，以完成运行程序设定的任务，也就是说CPU是PLC的指令中心。
PLC的CPU中应用了许多前沿的控制算法，例如自整定、模糊控制和预测控制等。
存储器分为两种存储器，一个是随机存储器（即RAM），另一个是只读存储器（即ROM）。
随机存储器为程序运行提供了计算程序中间变量和存储实时数据所需的空间；
在只读存储器中存储的是程序本身和所有的固定的参数，在程序调试完成后就可以固化。
参数和过程状态通过输入输出系统（I/O）被输入到可编程控制器的通道和用以实时控制信号输出的通道，这些通道可以用以开关量输入输出、模拟量的输入输出和脉冲量输入输出等.这些种种有利的条件使的PLC的应用方面十分的广泛。
早期的PLC为了响应美国汽车制造业的需求，最初的可编程逻辑控制器是汽车行业的软件通过重新布线取代了硬接线控制面板的生产模式，因此主要用于顺序控制上。
所谓的顺序控制，就是按照既定的工艺流程顺序，通过控制信号，生产过程所涉及到的全部执行机构自行按照设定好的程序进行顺序动作。
所以随着PLC大量应用与工业生产线，流水线技术也得到了长足的发展。
如今可编程控制器大多数都是用于闭环控制。
不仅如此，随着可编程控制器通信能力和扩展能力的不断加强，可编程控制器越来越多的被应用到了极其复杂的控制系统当中。
可变车管控制器自1969年问世以来，它以继电器控制概念和设计思想为基本，不断加入新兴科技，新兴器件，尤其在和现代高速发展的计算机技术相结合以后，逐渐形成了一门较为独立的新兴技术和具有不同特色的系列产品，同时也逐渐发展成为一种能有效且便捷的解决自动控制问题的方式。
PLC因其自身具备完善的功能、模块化的结构、以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点，使得PLC在工业生产中得到了广泛的应用。
而随着集成电路的高速发展和网络时代的来临，PLC必将能大展身手。
伴随着微电子技术、控制技术与信息技术的不断发展，可编程控制器也在不断的发展。
可编程控制器的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1.速度更快，体积更小。
尽管可编程控制器的体积已经很小了，但由于微电子技术的发展，电子电路的集成度越来越高，电路板的制作及元件的焊、贴技术不断改进，因而可编程控制器的外型尺寸仍在不断缩小，以便装入任何机器的细小空间中。
在体积缩小的同时，芯片的运行速度却越来越快。
2.工业控制技术的集成。
现在工业要求为其生产控制与生产管理提供一种统一的解决方案，因而各大PLC厂商均努力提高全面解决问题的能力。
近年来在这方面发展及其迅速。
有实力的生产商滋生配套能力极强，可以为客户提供统一、完善的解决方案。
3.开放性及与主流计算机的结合。
所谓开放性，体现在制定标准后各合作厂商按标准生产的身背经测试合格后均可直接挂上网，通信畅通无阻。
世界上有众多的厂商按标准生产控制设备，使得组态控制系统时有丰富的选择性。
4.仿真软件的开发。
为了缩短安装调试工期各大厂商均推出自己的仿真的调试环境--模拟/虚拟PLC软件，在用户程序编写完成后即可将程序下载到使用软件模拟/虚拟的PLC中。
让用户以虚拟的PLC取代真正的PLC进行程序的运行，在程序运行时，模拟/虚拟PLC的监控方式与真正的PLC的监控方式是完全一样的。
使用这种仿真软件，即可实现在无硬件设备的情况下完成程序的调试，大大虽短现场调试工期。
5.实现远程服务。
以INTERNET为平台，可使用无限全球化的网络进行远程服务，少数高水平专家可为全球用户提供技术支援及服务。
1.2课题的来源以及内容
随着科技的高速发展和工业自动化程度的提高，生产企业迫切需求一种能过对物料进行高精度，高效率分拣的自动化设备。
从这一现实需求出发，在实验室现有条件下，对PLC物料自动识别缓冲系统进行研究。
通过对物料的颜色进行检测，分拣入库，从而实现对不同颜色物料的分库储存。
第二章三菱PLC的结构和网络
2.1PLC的结构及基本配置
一般来讲，从结构上分，PLC可分为两种模式，一种是固定式，另一种是组合式（模块式）。
固定式PLC包含以下部件：
CPU板、显示面板、I/O板、内存块、电源等，这些元件组合在一起就构成了固定式PLC整体。
模块式PLC包含以下部件：
CPU模块、内存、I/O模块、电源模块还有底板，这些模块遵循规定组合在一起就构成了组合式PLC也就是模块式。
无论是哪种模式的PLC都拥有相同的基本组成，如果按照CPU性能就又可以分成许多的型号，如果按照I/O点数分类又有许多规格。
但是无任是上述哪种结构型号规格的可编程控制器，其本质都是总线式开放型的结构，其I/O能力可按照用户需求进行自行的组合和扩展。
以下是可编程控制器基本结构图：
图1PLC基本机构
1）CPU板的构成
PLC的CPU又叫做可编程控制器的单板机。
它包括一台基本计算机必需的部件：
中央处理器CPU，存储器RAM和ROM，并行接口PIO，串行就扣SIO，时钟CTC。
它的作用是对真个可编程控制器的工作进行控制。
他的工作分为两个部分：
一部分是对系统进行管理，如：
自诊断、查错、信息传送时钟、计数刷新等；
另一部分就是根据用户程序执行输入输出操作、程序解释执行操作等
单板机的CPU芯片岁机型不同而有所不同。
例如，F1F2系列为8031，K系列为8085，A系列的高速系统A3H中包含一片80286及另一篇48为三菱专用逻辑处理芯片。
对可编程控制器晕新速度要求越高、信息处理量越大，则CPU的位数也越多、速度也越快。
随着超大规模集成电路制造水品的提高，将来的发展趋势是可编程控制器的芯片越来越高档。
在FX2N系列中打本分芯片都是采用表面封装技术的芯片。
CPU板有两个超大规模集成电路（双CPU），因此，FX2N无论在速度、集成度等方面都极其优秀。
单板机中的存储器主要是用于存储系统监控程序以及系统工作区间，并且用于生成用户环境。
器容量的大小取决于系统的工作能力及系统程序的质量。
单板机中的定时计数器是用于产生系统时钟及用户时钟信息的。
在一台单板机中，CTC的数量是有限的，但经过系统监控程序的处理，可以产生几十个甚至数百个相对独立的计数器和定时器。
控制CPU的工作是通过CPU控制器实现的，由CPU控制器控制CPU对指令程序的读取、解释及执行。
但CPU的工作节奏却是由震荡信号控制，并不由CPU控制器控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，CPU运算器也是在CPU控制器的控制下工作。
CPU寄存器是用来参与程序运算，并存储程序运算产生的中间结果，CPU寄存器也是在控制器指挥下工作。
CPU大致可以划分成以上几个部分，PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，是对电路的高度集成。
CPU模块的工作状态的显示、接口及设定或控制开关是CPU模块的外部显示。
一般来讲，CPU模块总要有与之对应的状态指示灯，如电源指示灯、运行指示灯、故障指示灯等等。
固定式PLC的主体也有这些显示。
PLC总线接口、内存接口、外设接口、通讯接口，他们分别是用于连接I/O模板或底板、安装内存部件、连接外部设备、进行相互通讯。
CPU模块上还有许多的设定开关，用以对PLC工作进行设定，如设定起始工作方式、内存区等。
2）I/O模块
PLC通过输入输出部分（I/O）接口与电气回路相连接。
将PLC的I/O电路集成成PLC的I/O模块，其输入暂存器和输出点分别反映PLC的输入信号状态和输出锁存器状态。
输入模块则是用以将PLC无法识别的电信号变换成可识别的数字信号，然后通过光电耦合口或继电器将信号输入PLC系统，输出模块则与之相反。
I/O分为开关量的输入（DI）和输出（DO）、模拟量的输入（AI）和输出（AO）等模块。
开关量只有两种状态开或关即0或1；
两种状态的信号，而模拟量则是指连续的变化的量。
3）电源模块
在小心可编程控制器内部豆瓣汗一个稳定的电源（FX2N系列为开关电源），其中一部分PLC的电源是与CPU模块合二为一的，另一部分PLC的电源是与CPU模块分开的，其主要作用是为CPU板、I/O模块等内部器件提供一个稳定的工作电源。
有些机型，如F1、F2、FX2、FX2N,还向外提供DC24V稳定电源，为外部传感器提供稳定的工作电源。
4）底板
大多数模块式PLC使用底板，其作用分为两方面是：
在电气方面，实现各个模块间的相互联系，使CPU能够访问底板上的所有模块；
在机械方面，实现各个模块间的相互连接，使各个模块构成一个共同的整体。
5）PLC的外部设备—编程器
外部设备是PLC系统中重要组成部分.
编程设备：
最简单的编程器至少包括一个键盘和一些数码字符显示器。
它具有输入编辑、检索程序的功能，同时还具有系统监控的功能。
大型的图形编程器，其功能相当于一台独立的专用计算机，它采用更换程序存储器的方法更换系统程序，这种编程器可以脱机独立编写程序，于PLC联机后可以将程序写入或读出PLC，并且可以对程序监控运行。
随着个人计算机的日益普及，编程器的一个最新发展趋势就是使用专用的变成软件，在个人计算机实现图形编辑器的功能。
这种编程手段最大的一个特点就是可以充分利用个人计算机的资源，大大降低编程器的成本。
当然林永IBM台式PC机也有缺点，就是不易安装到现场。
2.2PLC的通信联网
为了适应PLC网络化要求和扩大联网功能，几乎全部PLC为了适应可编程控制器网络化的要求和扩大联网功能，全部的可编程控制器厂家都为可编程控制器开发了与上位机通讯的通讯接口或专用通讯模块。
一般在小型可编程控制器上都设有RS422通讯接口或RS232C通讯接口，而在中大型可编程控制器上都设有专用的通讯模块。
如：
三菱F、F1、F2系列都设有标准的RS422接口，FX系列设有FX-232AW接口、RS232C用通讯适配器FX-232ADP等。
可编程控制器正是通过可编程控制器上的RS422或RS232C接口和计算机上的RS232C接口实现了与上位PC机的通讯。
可编程控制器与计算机之间的信息交换方式，一般采用字符串、双工或半、异步、串行通信等方式。
因此可以这样说，凡具有RS232C口并能输入输出字符串的计算机都可以用于和可编程控制器的通讯。
PLC具有通信联网的功能，这使得PLC与PLC之间、PLC与上位PC机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
在工业控制中，对于控制任务的复杂控制系统，不可能单靠增大PLC的输入、输出点数或改进机型来实现复杂的控制功能，于是便想到将多台PLC相互连接形成网络。
要想使多台PLC能联网工作，其硬件和软件都要符合一定的要求。
硬件上，一般要增加通信模块、通讯接口、终端适配器、网卡、集线器、调制解调器、缆线等设备或器件；
软件上，要按特定的协议，开发具有一定功能的通讯程序和网络系统程序，对PLC的软件、硬件资源进行统一管理和调度。
1.PLC网络系统
根据PLC网络的连接方式的不同，可将PLC网络结构分为三种基本形式，总线结构、环形结构和星形结构。
如图所示，每种结构都有各自得优点和缺点，可根据具体情况选择。
三种结构中，总线结构是被运用最广泛的，因其结构简单、可靠性高、易于扩展，这都是总线结构拥有其他结构所无法比拟的优势。
图2总线结构
上图为总线结构，下图分别为环形结构和星形结构。
图3环形结构
图4星形结构
2.三菱PLC网络
三菱公司的PLC网络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面更胜一筹。
PLC提供了层次清晰的三层网络，针对不同的用途提供给用户需求最相符的网络产品。
三菱PLC网络示意图如下：
图5三菱PLC网络示意图
3.三菱FX系列采用RS232实现PLC与PC之间的通讯
三菱FX系列PLC提供了4种通讯方式：
N网络通讯、无协议串口通讯、平行网络通讯、程序口通讯。
如果传输的数据量少，大多数PLC与计算机之间通信均可使用串行通信，通信接口统一使用可编程控制器与工业控制PC机上的RS232接口。
然而使用RS232方式通讯并不能满足对于功率大、距离长且单机监测信息量多、控制要求复杂的PLC通讯要求，因为RS232采用非平衡方式传输数据，这种传输方式传输距离过短。
于是可以采用RS485方式进行通讯，RS485对于数据传输方式是使用平衡差动式，这种方式适用于远距离传输，并且抗干扰能力强。
第三章PLC基本指令系统与指令
3.1PLC指令系统
PLC最为用户推崇的优点之一就是编程简单。
PLC生产厂家很多，但所有的可编程控制器编写程序时均是使用以电气逻辑控制为根本的梯形图。
梯形图直接从传统的及电气控制器脱胎而来。
梯形图程序简单，动作原理也比较直观，可读性较高，并且考虑到了电气自动化工程师的读图习惯和思考习惯。
电气自动化工程师即使没有学习计算机应用技术也可以很容易的接受梯形图，因而梯形图编程方式深受广大电气相关行
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