基于PLC和组态软件的分拣装置控制系统设计--本科学生毕业论文.doc

本科学生毕业论文
论文题目：
基于PLC和组态软件的分拣装置控制系统设计
学 院：
机电工程
年 级：

专 业：
电气工程及其自动化
姓 名：

学 号：

指导教师：

2016年 5月 21日
摘要
PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛[1]。
本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。最后利用组态软件进行监控，达到高程度自动化。木文论述了界面组态软件的整体框架和设计方法。本系统通过动态直观的现场状态显示界面，方便快捷的对现场物料进行监控，使系统动态的跟随现场条件而变化，降低了对操作人员的技术要求，完善了控制过程，使得控制更加的自动化，并且避开了一些危险的动作。

关键词

可编程控制器；分拣装置；控制系统；传感器；组态监控

Abstract
PLC control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control, can withstand the harsh environment, therefore, in the industry is superior to the single chip control. PLC will be the traditional relay control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for industrial control, has the strong function, flexible, high reliability, strong environmental adaptability, simple programming, convenient and has the advantages of small volume, light weight, low power consumption and a series of advantages, so in the industrial application is more and more widely. This paper mainly describes the application of PLC in the material sorting system, using the programmable logic controller (PLC), the design of low cost, high efficiency of the material automatic sorting device. With PLC as the main controller, combined with pneumatic device, sensing technology, position control technology, on-site control of product automatic sorting. System with a high degree of automation, stable operation, high precision, easy to control characteristics, can be based on different objects, a little change the system to achieve the requirements. Finally, the configuration software is used to monitor and control the high degree of automation.

Key words

programmable logic controller, sorting device, control system, sensor, configuration monitoring

I
目录
摘要 I
Abstract II

前言 1
第一章 材料分拣装置结构及总体设计 2
1.1 材料分拣装置工作过程概述 2
1.2 系统的技术指标 3
1.3 系统的设计要求 3
1.3.1 功能要求 3
1.3.2 系统的控制要求 3
第二章 控制系统的硬件设计 5
2.1 系统的硬件结构 5
2.2 系统关键技术 5
2.2.1 确定I/ O 点数 5
2.2.2 PLC 的选择 6
2.2.3 PLC的输入输出端子分配 6
2.2.4 PLC输入输出接线端子图 6
2.3 检测元件与执行装置的选择 7
2.3.1 电感传感器 7
2.3.2 电容传感器 8
2.3.3 颜色传感器 10
2.3.4 光电传感器 11
2.3.5 步进电机 12
第三章 控制系统的软件设计 13
3.1 控制系统流程图设计 13
3.2 控制系统程序设计 13
第四章 控制系统的调试 17
4.1 硬件调试 17
4.2 软件调试 17
4.3 整体调试 17
第五章 组态软件的设计 18
5.1 组态软件概述 18
5.2 组态软件的特点 18
5.3 国产组态软件 19
第六章 监控系统的设计 20
6.1 物料分拣监控系统的组成 20
6.2 监控系统实现的功能 20
6.3 设计图形的界面 20
6.4 定义变量 22
6.5 建立动画连接 23
6.6 命令语言 23
6.7 运行系统 24
结论 25
参考文献 26
附录一 27
附录二 31
致谢 33

基于PLC和组态软件的分拣装置控制系统设计
前言
分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。
目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。
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。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果[2]。
物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现要求。
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。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弹性生产线的需求[3]。
组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制。它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令等等。 组态软件提供了丰富的用于工业自动化监控的功能，用户根据自己工程的需要进行选择、配置等较为简单的工作来建立自己所需要的监控系统。
第一章 材料分拣装置结构及总体设计
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。本章主要介绍分拣装置的工艺过程及控制要求。
要想进行PLC控制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工艺过程、工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条件。
1.1 材料分拣装置工作过程概述
如图1-1 所示为本分拣装置的结构示意图。

图1-1 材料分拣装置结构示意图
它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。
系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带,物料感应器4检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待下料；当料槽有料时，物料感应器输出信号给 PLC，PLC 控制输送带继续运转，同时控制送料气缸进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感器 1为电感传感器，2为电容传感器，3为颜色传感器，当检测物料为金属时，1检测到信号，若此时2也检测到信号那么物料为金属铝，当物料运到C置时，光电传感器检测到信号，气缸将物料推入相应分拣槽，若2没检测到信号，则物料为铁，在D被分拣出来，若1和2都未检测到信号，3检测到信号，则物料在B出被分拣，若1、2、3都未检测到信号，则物料在A出被分拣出来，此反复来完成分拣任务。
1.2 系统的技术指标
输入电压：AC200～240V（带保护地三芯插座）
消耗功率：250W
环境温度范围：-5～40℃
气源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa
1.3 系统的设计要求
系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先应分析控制对象的要求。
1.3.1 功能要求
材料分拣装置应实现基本功能如下
（1）分拣出金属和非金属
（2）分拣某一颜色块
（3）分拣出金属中某一颜色块
（4）分拣出非金属中某一颜色块
（5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块
1.3.2 系统的控制要求
系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料槽；否则，继续前行。其控制要求有如下9个方面：
（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲
（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行
（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出
（4）当电感传感器检测到金属，电容传感器未检测到铝物料时，气缸1工作
（5）当电容和电感传感器都检测到信号时，气缸2工作
（6）当只有传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3 动作
（7）其他物料被送到4 位置时，推汽缸4 动作
（8）汽缸运行应有动作限位保护
（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机

第二章 控制系统的硬件设计
PLC控制系统的硬件设计，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。
2.1 系统的硬件结构
设计系统的硬件结构框图，如图2-1 所示。

图2-1 系统的硬件结构框图
2.2 系统关键技术
系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O分配。
2.2.1 确定I/ O 点数
根据控制要求，输入应该有2个开关信号，4 个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器，以及检测下料的传感器。相应地，有 4 个汽缸运动位置信号。输出包括控制电动机运行的接触器和一个指示灯，以及4 个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/ O 点16 个，其中10 个输入，6 个输出。
2.2.2 PLC 的选择
根据上面所确定的I/ O 点数，且该材料分拣装置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S7-200系列CPU224 型PLC。它有24个输入点，16个输出点，满足本系统的要求。
2.2.3 PLC的输入输出端子分配
根据所选择的PLC型号，对本系统中PLC的输入输出端子进行分配，如表1所示
表1 材料分拣装置PLC 输入/输出端子分配表输入：
启动
I0.0
停止
I0.1
A点
I0.2
B点
I0.3
C点
I0.4
D点
I0.5
下料感应
I0.6
金属传感器
I0.7
颜色传感器
I1.0
电容传感器
I1.1
输出：
运行灯
Q0.0
推杆A
Q0.1
推杆B
Q0.2
推杆C
Q0.3
推杆D
Q0.4
传送带电机
Q0.5
2.2.4 PLC输入输出接线端子图
根据表1可以绘制出PLC的输入输出接线端子图，如图2-2所示。

图2-2 PLC输入输出接线端子图

2.3 检测元件与执行装置的选择
2.3.1 电感传感器
电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流[4]。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统选用M18X1X40 电感传感器。接线图如图2-3原理图如图2-4

图2-3 M18X1X40 DC二线常开式电感传感器接线图

图2-4 电感传感器工作原理图
电感传感器介绍： 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：①无活动触点、可靠度高、寿命长；②分辨率高；③灵敏度高；④线性度高、重复性好；⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差；⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。
2.3.2 电容传感器
电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关。它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身。当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。由此，便可控制开关的接通和关断。本系统选用E2KX8ME1 电容传感器，原理图如图2-5.

图2-5 电容传感器工作原理图
电容传感器介绍：用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理[5]。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的分辨率仅达到1～5 μm数量级；而有一种电容测微仪，他的分辨率为0.01 μm，比前者提高了两个数量级，最大量程为100±5 μm，因此他在精密小位移测量中受到青睐。
对于上述这些力学量，尤其是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜，主要是这类传感器具有以下突出优点：
(1)测量范围大其相对变化率可超过100%；
(2)灵敏度高，如用比率变压器电桥测量，相对变化量可达10-7数量级；
(3)动态响应快，因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量；
(4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。

2.3.3 颜色传感器
选用TAOS公司生产的，型号为TCS230颜色传感器。此传感器为RGB(红绿蓝) 颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。TCS230传感器引脚如图2-6示

图2-6 TCS230颜色传感器
RGB 颜色传感器介绍：
TCS230是美国TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器。该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为
数字量，可直接与微处理器连接。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其它逻辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中16个光电二极管带有红色滤波器，16个光电二极管带有绿色滤波器，16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息[6]。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光幅射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。该传感器的典型输出频率范围从2Hz~500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。表2是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表2 S0、S1及S2、S3 的组合选项
S0
S1
输出频率定标
S2
S3
滤波器类型
L
L
关断电源
L
L
红色
L
H
20%
L
H
蓝色
H
L
20%
H
L
无
H
H
100%
H
H
绿色
2.3.4 光电传感器
光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。本系统选用FPG系列小型放大器内藏型光电传感器[7]。原理如图2-7示，其中负载可接至PLC。

图2-7 FPG光电传感器原理图
光电传感器介绍：光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光电传感器采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。光电传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多[8]。传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。近年来,随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格的产品，它在机电控制、计算机、国防科技等方面的应用都非常广泛。
2.3.5 步进电机
步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行。同时可以通过控制脉冲频率来控制材料分拣装置的可编程控制系统控制电机转动的速度，达到调速的目的。步进电机选用的型号为42BYGH101。

第三章 控制系统的软件设计
软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工，流程，画出状态流程图并设计出梯形图。
3.1 控制系统流程图设计
根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，如图3-1所示。

图3-1（系统流程图）
3.2 控制系统程序设计
根据所绘流程图，在STEP7-Micro/WIN40软件中编写梯形图程序。程序清单见附录。

图3-2（数据传输指令）
此指令为数据传送指令，使能输出有效时，即EN=1时，将一个输入IN的字节、字/整数、双字/双整数或实数送到OUT指定的存储器输出，在传送过程中不改变数据的大小，传送后，输入存储器IN的内容不变。

图3-3（整数相加指令）
此指令为整数相加指令，将IN1中的数和IN2中的数相加然后输出到指定位置。
下面对部分写的梯形图简要介绍，完整梯形图请看附录1:

（1）这是启动程序，采用中间继电器M，当M1.0接通后M0.7得电自锁，为之后电动机得电做好准备。

（2）这是感应物料程序，电机启动后，如果下料感应传感器感应到有料，电机保持运转，为后面进行物料区分分拣做准备。

（3）这是在下料感应器感应到有料后，电机运行，各种物料相应的传感器检测到相应的物料后，对后面的推杆进行物料分拣做好准备工作。

（4）这是在传感器检测到相应物料后，当物料到达指定位置时推杆进行工作把物料分拣到相应的物料槽中，2秒后推杆再回到原位，准备进行下一次的分拣。
第四章 控制系统的调试
在PLC软硬件设计完成后，应进行调试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方，因此在将PLC连接到现场设备之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。另外，一些硬件如传感器等，在使用前，也需事先调试好。
4.1 硬件调试
1．电感传感器的调试
在电感传感器下方的传送带上，放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。
2．电容传感器的调试
在电容传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。
3．颜色传感器的调试
通电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红绿（或蓝）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。（注：顺时针旋转检测色温向低端移动，否则反之）
4.2 软件调试
将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。
4.3 整体调试
将设备接入PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。
第五章 组态软件的设计
5.1 组态软件概述
“组态”的概念是伴随着分布式控制系统（distributed controlsystem,DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。组态的概念最早来自英文Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition ,SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。组态软件具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，在自动控制系统中占据主力军的位置，逐步成为工业自动化系统中的灵魂。目前世界上的组态软件有几十种之多，国际上较知名的监控组态软件有：InTouch、Fix、Citech、WinCC、等。国内主要有组态王、力控等。
5.2 组态软件的特点
强大的图形组态功能:组态软件大都以Microsoft Windows平台作为操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。设计人员可高效快捷地绘制出各种工艺画面，并可方便地进行编辑，使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，减少了工控软件开发者的重复工作。丰富的动画连接如“闪烁”、“旋转”、“填充”、“移动”等，使画面生动直观[9]。开放式结构:组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。既能与低层数据采集设备通讯，也能与管理层通讯。在SCADA应用与通用数据库及用户程序间传送实时、历史数据。
提供多种数据驱动程序:组态软件用于和I/O设备通讯，互相交换数据。DDE和OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程序，用来支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通讯[10]。
强大的数据库:组态软件均有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、报警处理，完成与过程的双向数据通讯。丰富的功能模块:组态软件以模块形式挂接在基本模块上，互相独立提高了系统可靠性和可扩展性。利用各种功能模块，完成实时监控、报表生成、实时曲线、历史曲线、提供报警等功能。
5.3 国产组态软件
“组态王”组态软件是在流行的微机上建立工业控制对象的人机接口的一种智能软件包，它以Windows98/WindowsNT4.0中文操作系统为其操作平台，充分利用了Windows的图形功能完备,界面一致性好,易学易用的特点,它使采用微机开发的系统工程比以往的使用专用机开发的工业控制系统更有通用性,大大地减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运用微机丰富的软件资源进行开发。 组态王可以与一些常用I/O设备直接进行通讯.I/O设备包括:可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等等。组态王的驱动程序采用ActiveX技术，使通讯程序和组态王构成一个完整的系统，保证运行系统的高效率。为了方便用户使用，组态王中增加了设备配置向导，用户只需要按照安装向导的提示就可以完成I/O设备的配置工作。在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序负责与I/O设备的实时数据交换。已配置的I/O设备在工程浏览器的设备节点中分类列出，用户可以随时查询和修改。组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式:串行通讯方式，DDE方式，板卡方式，网络节点方式，人机接口卡方式。

第六章 监控系统的设计
6.1 物料分拣监控系统的组成
物料分拣监控系统主要由气缸、传感器、传送带、电机等部分组成，
气缸：用于推动动物料进入料槽；
传送带：传送物料，使物料在规定的轨迹内运动；
电机：给传送带提供动力，带动传送带移动；
传感器：检测是否有物体。
6.2 监控系统实现的功能
系统在运行过程中，通过控制开关的操作，系统开始工作。电动机带动传送带工作，首先是下料传感器对送料仓中的物料进行检测，如果有物料则将其推入传输带中，物料开始在传输带上移动；当物料通过传感器时，若不是要检测的物料，则传感器和对应的气缸都不工作，物料继续向前运动，到最后被分拣进最后一个分拣槽；当传感器检测出相应的物料后，在物料到达相应位置，位置传感器检测到物件后，气缸做出动作将此物料推出，物料会沿着气缸动作的方向移动到斜槽，相应的计数器开始计数，点击停止按钮后，所有的运行元件都停止工作，物料停留在
当前位置，再次点击开始按钮，继续运行停止之前的动作。
6.3 设计图形的界面
启动“组态王”工程管理器（ProjManager），选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮，弹出如图6-1示。

图6-1（新建工程步骤1）
按照新建工程向导一步步的建立一个新的工程路径，到向导三时，出现如下画面如图6-2示。

图6-2（新建工程步骤2）
在“工程名称”文本框中输入新建工程的名称，名称有效长度小于32个字符。在“工程描述”中输入对新建工程的描述文本，描述文本有效长度小于40个字符。新建工程的路径是向导二中指定的路径，在该路径下会以工程名称为目录建立一个文件夹。完成后弹出“是否将新建的工程设为组态王当前工程”对话框，点击“是”，把新建工程设定为组态王当前工程。根据物料分拣现场的要求对元件进行布局，设计出监控系统主画面，监控主画面如图6-3示。

图6-3（监控主换面）
6.4 定义变量
数据库是“组态王”最核心的部分。在组态王运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值，变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。根据监控系统需要实现的功能，定义变量，变量值如图6-4示。

图6-4（变量的定义）
6.5 建立动画连接
在建立动画连接时，用鼠标双击你需要建立动画连接的图素或者右击选择动画连接项，弹出如图6-5界面。组态王工具箱中的基本图素：直线、扇形、填充图形、折线、管道、多边形、文本、按钮和点位图，它们均具有图形及动画功能。它们中填充图形类动画连接框结构相同，只是某些动画属性选项略有差异。

图6-5（动画连接）
6.6 命令语言
在工程浏览器的左侧单击“命令语言”的下拉菜单，选择“应用程序命令语言”项可弹出“应用程序命令语言”对话框，进行相应设置，点击“进行时”，弹出如图6-6画面（命令语言看附录二），可输入程序语言。在右上角的时间框里可以设定画面的扫描时间，如本图的扫描时间是每200毫秒进行一次。注意此值不能小于运行系统的基准频率（最小100毫秒）。

图6-6（命令语言）
6.7 运行系统
运行系统后，点击开始按钮，当感应到有料时，物料进入传送带，当物料进过传感器是，相应的传感器灯亮，然后物料继续前进，移动到相应位置时，位置传感器检测到物料，推杆动作，把物料推进分料槽，计数器进行记数。如图7-7示。

图7-7（运行系统）

结论
本设计主要内容包括：
1、自动分拣系统PLC设计，其中包括系统结构，所用器件的选择，系统的软件设计。
2、自动分拣系统组态软件的设计，其中包括组态软件的定义和特点，完成组态软件对物料分拣监控系统的设计与制作，并加以介绍其介绍过程。
物料分拣采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。 同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现求。
组态软件是工业自动化系统的人机界面，是一种软件平台。组态软件的硬件平台是个人计算机(PC)或者工业用个人计算机(IPC)，而Windows正是这些计算机的主导操作系统。Windows可以使用动态数据交换(DDE)和对象链结与嵌入(OLE)进行信息交换，为工控组态软件提供了强有力的支持环境。这样就为监控组态软件的迅猛发展提供了广阔的空间。由于组态软件具有简单易懂，画面形象，设计方便，且在物流行业有重要作用，在物流产业振兴之际，组态软件将助物流企业迈向现代物流自动化这重要一步。

参考文献
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[9] 覃贵礼. 软件控制技术[M]．北京：北京理工大学出版社, 2007年.
[10] 李娟. 器与检测技术[M]. 北京：冶金工业出版社, 2009年.

附录一

系统设计PLC梯形图：

附录二
组态应用程序命令语言：