基于PLC的自动识别分选系统设计(2)

1 绪 论

1.1研究背景和意义

1.1.1 PLC与机械手市场背景

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在 构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

1.1.2 本课题的研究意义

机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件。机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色，它可以搬运货物、分选物品、代替人的繁重劳动。随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员工作环境的同时也使生产效率大大的提高，能够最大限度地满足被控对象和生产过程的控制要求。因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本次毕业设计任务是通过PLC实现机械手分选大小球的自动控制。论文主要对PLC可编程控制器的概述、特征、大小球分选自动系统中的设计进行具体阐明，并通过PLC来实现大小球分选系统的控制。设计中采用日本三菱公司具有高性价比的微型可编程控制器FX2系列PLC，实现自动分选大小球的控制系统。系统充分利用了可编程控制器（PLC）多方面的设计知识和方法，精确的实

现了机械手从圆点下降、抓取、上升、右行、下降、释放、上升、左行还原等一系列的动作，完成一整套。

1.2 PLC可编程控制器概述

1.2.1 PLC的发展：

80年代后，随着集成电路技术和计算机技术的发展，PLC得到了飞速发展，在概念、设计、性能价格比等方面有了重大突破。它以功能齐全、稳定可靠、维护方便等优点，在工业自动化控制中得到了广泛的应用。近年来，随着IEC6113-1的推广和工控技术对开放式结构的要求，使得PC有可能替代传统PLC，成为新型的PLC—软PLC。软PLC（SoftPLC）是基于IPC或EPC的开放结构的控制系统。它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。 软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能，通过一个多任务控制内核，提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、 可靠的操作和连接各种I/O系统及网络的开放式结构。软PLC 提供了与硬PLC同样的功能，而同时具备了PC环境的各种优点。IEC6113-1是关于PLC的硬件、安装、编程、通信等方面的国际标准，共分5个部分。IEC61131-3是第一个为工业自动化所设计的标准化编程语言，它规定了控制逻辑编程中的语法、语义和显示，从现有编程语言中挑选了5种，并进行修改。它们是：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、语句表（STL）、功能块图（FBD）、结构文本（ST）。IEC并不要求每种产品都可以使用这5种语言，可以是其中的一种或几种， 但均必须符合标准。可在同一项目中运用多种编程语言，相互嵌入。

1.2.2 PLC系统结构组成

PLC控制系统的硬件是由PLC、I/O电路和外围设备等组成。PLC中的核 心模块是主控模块（也称CPU模块），它包括：CPU、存储器、通信接口等部分。PLC与控制对象的联系是通过I/O模块实现，且这些模块应具有较好的抗干扰能力。常用的 PLC外围设备是编程器，其主要任务是输入、调试程序和监控程序

的执行过程。PLC系统结构由开发系统和运行系统两部分构成。开发系统即编辑环境，包括编辑器、编译器、调试环境等。编辑器给用户提供符合IEC61131-3标准的编程环境，各编程语言可相互转化，经编译器检查错误，生成目标代码。调试环境提供动态调试，寻找程序逻辑错误，将编译的错误信息及警告信息提供给用户，方便用户修改。开发系统的底层是核心层，包括算法库和数据库。算法库中包括丰富的功能模块，并支持用户嵌入自己的功能模块。数据库包括实时数据库和历史数据库。运行系统是软PLC的核心，其主要功能是完成系统配置、输入输出处理、实时监控、故障诊断等工作。由I/O接口、通信接口、内核解释器等组成。软PLC向下通过I/O板卡采集工业控制现场信息，控制被控对象。作为一开放式结构，接口应符合OPC标准。PLC向上由TCP/IP通信协议组件、FTP服务器等组成，可在本地、远程访问运行环境。PLC编译过程概述编译程序是计算机的一个十分复杂的系统程序。为便于构造或分析一个编译程序，宜将整个编译程序分解为若干个组成部分， 每一部分都用一段相对独立的程序取完成整个编译过程的一部分功能。就一个典型的编译程序而论，一般都含有如下八个部分：①词法分析程序（也称为扫描器）；②语法分析程序（有时也称为分析器） ；③语义分析程序；④中间代码生成程序；⑤代码优化程序；⑥目标代码生成程序；⑦错误检查和处理程序；⑧各种信息表格的管理程序。在编译程序工作的过程中，需要不断收集记录和使用源程序中一些语法符号（简称为符号）的类型和特征等相关信息。一般的做法是让编译程序在其工作过程中，建立并保持一批表格，如常数表、变量名表、数组名表、过程或子程序名表及标号表 等等，即符号表或名字表。符号表的每一项登记项，将填入名字标识符以及与该名字相关联的一些信息名字表中的各种信息将在编译程序工作过程中的适当时候填入。当从源程序中识别出一个单词（名字）时，就以此名字查符号表，若表中尚无此登记项，则将该名字列入表中。几乎在编译程序工作的全过程中，都需要对符号表进行频繁的访问（查表或填表），且耗费的时间在整个编译过程所需时间中占很大的比例。因此合理的组织符号表，并相应的选择好填表的方式，实为提高编译工作效率的有效途径之一。

1.3 PLC国内外研究现状

1.3.1 国际plc市场

目前，世界上有plc厂商200多家，各种型号产品几千种。plc产品按地域上分成三个流派，分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。美国：a-b（allen-bradly）、ge（generalelectric）;欧洲：德国的西门子（siemens）、法国的te（telemecanique）;日本：三菱电机（mitsubishielectric）、欧姆龙（omron）。此外控制工程网版权所有，国内市场上还有韩国、台湾地区等plc产品。

从plc问世至今，一直表现出强大的生命力和高速增长态势，在工业控制领域，plc始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，plc与dcs（分布式控制系统）和ipc（工业pc）形成了三足鼎立之势（见表1）。现代的plc在功能、网络化、标准化、专业化及开放性上得到了大大的增强。另外，ipc加软件能实现plc的主要功能，在一些场合能代替plc进行控制，即实现软plc的功能。

2003年全球plc市场销售额超过了60亿美元。今后5年年平均增长率有望达到4.6%，2008年市场规模将超过75亿美元。美国调查公司arc对中国的plc市场进行调查并发表上述预测 ，2004年plc的销售市场规模。

1.3.2 中国plc市场

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