PLC产品分拣管理系统的设计

1总体方案设计随着社会的不断进步，市场竞争的日趋激烈，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。针对上述问题，本文利用PLC技术设计了材料自动分拣系统，并基于物料分拣装置模型对系统进行了实验，在材料分拣过程中取得了良好的控制效果。总体设计框图如下所示。用户界面数据库S7-200PLCJET引擎Mscomm控件图1.1系统总体结构图方案设计中包含PLC控制程序设计方案|、PC与PLC通信方案、用户界面设计方案和数据库访问方案。2.1自动流水线控制方案传感器选择：传感器是信号发生部分的主要构成，传感器实现当前有无产品的检测。在选择传感器的型号及类型时，需考虑到可探测性能，适用场合等。根据设计的要求，此处选择铁质、金属和黄色传感器。气动装置：气动装置是产品分拣动作的主要实施者，在有输入信号时气动装置动作并将产品推到物料槽中。在选择时应考虑其时效性及动作幅度等。这里每个气动阀都加有限位开关来控制其动作幅度。控制程序实现部分：自动流水线运行受上位机控制，通过单击启动或暂停按纽向来控制流水线的启动与暂停；有料时能够连续运行，按一定时间间隔将物料推到传送带上；无料时持续一定时间后自动停止运行，时间由计数器控制，当计数器计够大约370个脉冲时停止，此时最后一个物料刚好走到流水线的终端；再次有料时能够从新启动；分拣气缸由相应的传感器信号控制，传感器检测到信号后气缸动作。1.2PLC串口通信实施方案S7-200与PC机的硬件连线：S7-200以其高可靠性、指令丰富、内置功能丰富、强劲的通讯能力、较高的性价比等特点，在工业控制领域中被广泛应用。其突出特点之一是自由口通讯功能。与计算机之间的通讯是通过RS-232C口进行的，信息交换的方式为字符串方式；PLC串口通信是通过RS-485口进行的；因此两者之间要通过PC/PPI协议电缆进行连接。S7-200的自由口通讯模式：S7-200支持多种通讯模式，如点点接口(PPI)、多点接口(MPI)、RrofibusDP等。PPI等通讯协议主要用于西门子系列产品之间的通讯以及对PLC编程。在自由口模式下，可由用户控制串行通讯接口，实现自由口通讯。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)、接受指令(RCV)来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由梯形图程序控制。S7-200PLC通讯程序实现：PLC程序分为主程序和中断程序。主程序完成初始化通信口、开中断等功能，中断程序完成接收和发送数据的功能。接收指令(RCV)启动或终止接收信息，可为接收操作指定开始和结束条件。发送指令(XMT)在自由口模式下依靠通讯口发送数据。通过以上的分析可知，在编程软件STEP7和PLC之间通信时使用PPI协议实现；而在监控软件和PLC通信时选用自由口通信模式，此时PLC必须处于运行(RUN)状态。PC作为主机主动发送命令，当PLC接到命令后会返回一条信息说明已接收到，同时执行相应的中断子程序，并将数据发送给PC机，从而完成一次通讯任务。1.3PC机通讯方案设计VB以其简单易学、面向对象的程序设计等特点，已广泛地应用于各个领域；在实时监测系统中串行端口通信是一项基础功能。本文使用VB编写了自动流水线上产品测试与分检控制、数据处理系统的自动监测系统软件。一般用VB开发串行通信程序有两种方法：一是调用API函数；二是用标准控件Mscomm来实现。我们选用的是用标准Mscomm来实现。1.3.1Mscomm控件实现自由口通讯Mscomm控件提供了功能完善的串口数据的发送和接收功能，Mscomm控件具有两种处理方式:事件驱动方式和查询方式。查询方式是通过检查CommEvent属性的值来判断事件和错误；在程序的每个关键功能完成之后，可以通过检查CommEven属性的值来查询事件和错误；如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法可能是更可取的。对于VB程序开发者只需知道Mscomm控件的属性和事件的用法即可以实现串口的操作。1.3.2用户界面设计方案S7—200控制器通过PC，PPT电缆与上位机建立通讯连接，在STEP7Micro／WIN32软件中通过设置PPI参数可完成对通信波特率、站地址等参数的通信组态，组态完成后即可进行编程。上位机界面程序用VB编写的。本次设计作为一个系统工程，首先建立一个主窗体，然后再设计各应用子窗体，这样运行时在主窗体中可以同时运行其它子窗体，并在窗体和应用程序间切换。在主窗体中有进入子窗体的菜单项可供选择，同时子窗体上有退出本窗体并返回主窗体的按钮。窗体设计时，可以在其上直观地创建组成界面的各种控件。根据设计任务要求，设计了运行监控界面、用户登录界面、增加用户界面、修改密码界面和查询记录界面等。1.4数据库设计方案用VB作为数据库开发的优点是：简单、灵活、可扩充等。下面论述数据库的选择、设计和访问实施方案。1.4.1数据库的选择Access数据库属于关系数据库的一种，具有功能灵活、界面友好、易于学习和操作等特点。Access是开发单机小型数据库应用系统的理想工具，可独立开发数据库应用系统，也可以作为后台数据库与VisualBasic等高级语言结合使用。不需要进行过多的复杂的编程，利用所提供的向导和一些图形化的界面和工具就能完成小型数据库的管理系统的设计与实现。SQLServer企业管理器是集成化的数据库操作环境，几乎所有的数据库操作都可在这里面完成。利用SQLServer创建数据库的主要场所有两处，一是在企业管理器中使用现成的命令和功能来实现，二是在查询分析器中书写T-SQL语言来实现。对比以上两种数据库的特点和使用场合，根据设计任务要求可知选择Access数据库，即可满足设计任务要求并能实现数据的存储管理功能。因此本次设计了选择Access数据库。1.4.2数据库的设计数据库的开发设计过程分为以下6个阶段：需求分析；概念结构设计；逻辑结构设计：物理结构设计；数据库实施；数据库运行和维护。本次设计中要求为分拣数量作记录，字段分为铁质、金属、黄色、其他、总量、日期和备注，字段较少，因此使用设计器创建表即可建立实用的数据表。为表建立关键字段可以很方便地查询该表，这里将日期设置为关键字段，便于分拣记录的查询和汇总。记录单位为“日“，本数据库能够查询当日分拣量；月分拣量、年分拣量等。为便于数据库的管理，在数据库中建立了用户信息表，用户ID为关键字。1.4.3数据库访问方案与比较VB提供了基于MicrosoftJET数据库引擎的数据访问能力，JET引擎负责处理存储、检索、更新数据的结构，并提供了功能强大的面向对象的DAO、ADO编程接口．VB数据库应用程序的组成包含三部分，如图2.2所示：用户界面数据库JET引擎图1.2数据库访问结构图数据库引擎位于程序和物理数据库文件之间，这把用户与正在访问的特定数据库隔离开来。用VB访问数据库有许多方案，如RDO、ADO以及DAO等。DAO即数据访问对象。DAO可以完全不用数据控件而只用程序代码来创建完整的数据库应用程序。用DAO可以访问数据库中所有对象并灵活地进行数据编辑。RDO又称为远程数据对象，它是指在客户端与服务器端建立的数据访问模式。RDO绕过JET数据库引擎，依赖ODBC驱动程序及后端数据库引擎来实现其功能。ADO是数据库应用程序面向对象的一种接口。ADO具有高度的灵活性，可以使用相同的编程模式连接到不同的数据库，只需要少量的内存空间。ADO具有远程数据服务功能。同传统的数据对象层次不同，ADO可以独立创建，也可以只创建一个Connection对象，然后由多个独立的Recordset对象来使用。比较得出：（1）DAO是最早的数据库技术，发展比较成熟和完备，DAO具有Data控件，DAO主要适合访问本机数据库，适合访问ACCESS数据库；（2）RDO是VB访问关系型数据库的接口，它适合访问SQLServer数据库；（3）ADO是独立于开发工具和开发语言的、简单而且容易使用的数据接口。所有的数据源都可以通过ADO来访问。总上所述，ADO数据库访问技术逐渐取代DAO、RDO而成为比较用的技术，同时具备本地和远程数据库访问功能。从所学为所用并根据设计任务要求，本次数据库访问采用ADO方式来访问数据库。2物品分拣系统模型S7—200是西门子公司的一款功能强大的小型PLC，CPU单元采用CPU226，其本身带有24个输入点和16个输出点，带有6路的高速计数器，配置灵活，能够满足本系统的控制要求。2.1THFCL-1型材料分拣实物教学模型概述THFCL-1型材料分拣实物教学模型的机械结构采用传送带、气缸等机械部件组成；电气方面有传感器、开关电源、电磁阀等电子部件组成；可编程控制器可采用目前市面上比较流行的各类PLC，如西门子、三菱或欧姆龙等。该模型是涵盖了PLC技术，位置控制技术、气动技术有机结合成一体的教学仪器。组成及特点如下：（1）物料分拣实物教学模型有底座、气动部分、及电器控制等四部分组成。气动部分由电磁阀和气缸组成。（2）电气控制由西门子、三菱等可编程控制器、电源、传感器等部件组成。（3）通过传感器信号采集，PLC编程，实现对异步电机、电磁阀进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。通过编程，可实现如下实验功能：传送带转动、气缸推动；通过编程，使上述功能按一定顺序排列即可完成将不同的物品按不同的要求分拣到相应的物料槽中。2.2PC与PLC的硬件连线及传感器位置设置本系统数字量输入共计16个点，数字量输出共计6个点，根据控制对象及PLC点数分配I／O地址。RS-232C已成为数据终端DTE与计算机和数据通信设备DCE的接口表准。不仅在远距离通信中要经常用到它，就是在两台计算机或设备之间的近距离串行连接也普遍采用RS-232C接口，是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。S7-200系列PLC的编程口物理层为RS-485结构，SIEMENS提供MicroWin软件，采用的是PPI(PointtoPoint)协议，可以用来传输、调试PLC程序。在现场应用中，当需要PLC与上位机通讯时，较多的使用自定义协议与上位机通讯。因此PC机与西门子系列PLC不能直接连接，要通过一条PC/PPI电缆进行RS232/RS485的变换，图3.1表示了它们之间的连线关系。PC机PC/PPIDPI开关设置西门子系列PLCRS-232RS-485图2.1PC机与PLC连线图各传感器依次分别为，电感传感器，检测铁质物块；电容传感器，检测金属物块；颜色传感器，检测出黄色物料。备用传感器可选用颜色传感器或物体检测传感器。当铁质物块经过第一传感器时被分拣出，铝质物块经过第二传感器时被分拣出，非金属物块中的黄色在过第三个传感器时被分拣出。不同的在过第四传感器时分拣出。传感器被固定在网孔板上，可根据需要重新安装。各传感器位置见图3.2所示。图2.2各传感器位置图在程序中使用了高速计数对光电编码器进行计数，因此I0.1被占用。在编制程序时要首先用指令向导对高速器进行设定。分拣系统接口起始有效电平的测试：按表接线运行PLC程序，在状态监测表中输入要测试的接口，观察其高低电平即可。表3.1是接口分配表。表2.2PLC的I/O口及分拣系统的接口表西门子PLC(I/O)分拣系统接口(I/O)起始有效电平备注输入部分I2.1SKW1(气缸1动作限位)高电平I0.0SKW2(气缸2动作限位)高电平I0.2SKW3(气缸3动作限位)高电平I0.3SKW4(气缸4动作限位)高电平I0.4SKW5(下料气缸动作限位)高电平I0.5SA(电感传感器)高电平检测铁质I0.6SB(电容传感器)高电平检测金属I0.7SC(颜色1传感器)高电平检测颜色I1.0SBW1(气缸1回位限位)低电平I1.1SBW2(气缸2回位限位)低电平I1.2SBW3(气缸3回位限位)低电平I1.3SBW4(气缸4回位限位)低电平I1.4SBW5(下料气缸回位限位)低电平I1.5SD(