基于DSP的全向运动控制系统软件设计本科生毕业设计(论文)学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自 动 化 学 生： 指导教师 ： 完成日期 年 月 基于S7-300 PLC物料分拣系统的软件设计 Software Design of Material Sorting System Based on S7-300 PLC总 计 ： 29 页表 格 ： 3 个插 图 ： 20 幅基于S7-300 PLC物料分拣系统的软件设计本 科 毕 业 设 计（论文）基于S7-300 PLC物料分拣系统的软件设计Software Design of Material Sorting System Based on S7-300 PLC学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自 动 化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 基于S7-300 PLC物料分拣系统的软件设计自动化专业 摘 要 本文是基于西门子S7-300 PLC和西门子触摸屏的物料分拣系统设计。采用S7-300 PLC为控制器，以西门子触摸屏为人机对话接口。通过分析控制系统的工艺流程，利用西门子编程软件STEP 7完成了PLC的程序设计，实现了气动机械手对物料的分拣功能。同时使用西门子HMI软件Wincc Flexible设计系统监控画面，定义I/O设备，构造数据库，建立动画连接并与硬件系统进行了联合调试，在触摸屏上实现了对系统的实时控制。关键词 物料分拣；气动机械手；S7-300 PLC；触摸屏Software Design of Material Sorting System Based on S7-300 PLCAutomation Specialty XU Bao-haiAbstract: This paper designs the material sorting system on the basis of Siemens S7-300 PLC and Siemens touch screen. S7-300 PLC is utilized as the controller and Siemens touch screen is adopted as the human machine interface conversation. By analyzing the control system process flows, PLC procedures are designed by means of Siemens programming software STEP 7, and the purpose of materials sorting function with pneumatic manipulator is achieved. Meanwhile, Siemens HMI software, Wincc Flexible, is used to design monitor- ing screen of system, to define I/O equipments, to construct the database, to build animation and to debug on-line with hardware system. In the end, the goal of real time monitoring for the system on the touch screen is achieved. Key words: Material sorting; pneumatic manipulator; S7-300 programmable logic controller; touch screenII目 录1引言11.1物料分拣系统的概述11.2物料分拣系统的国内外研究现状11.3研究的目的及意义12物料分拣系统的硬件分析22.1控制系统的设计22.1.1 物料分拣系统的分析22.1.2控制器的选型22.2空气压缩机的工作原理及使用32.3接近开关的工作原理32.4带磁性开关的气缸的工作原理42.5光纤传感器的工作原理42.6电控换向阀的工作原理42.7NPN型电平与PNP型的转换52.8物料分拣系统的结构53物料分拣系统的软件设计63.1PLC程序设计步骤63.2机械手移动的工艺流程73.3PLC程序的地址分配73.4程序流程图的设计83.4.1物料分拣系统的工作流程83.4.2程序流程图的设计103.5物料分拣系统程序的设计103.5.1PLC的编程原则103.5.2STEP 7 V5.4编程软件的使用103.5.3 程序的设计134HMI（触摸屏）的应用134.1HMI概述134.2HMI实现方法和步骤134.2.1HMI组态134.2.2HMI与PLC的连接和传送16结束语18参考文献19附录20致谢29III1 引言随着社会不断的发展，市场竞争也越来越激烈，因此，各大生产企业都迫切地需要改进自己落后的生产技术，从而提高生产效率，特别是在要进行物料自动分拣的企业。以往一直采用半自动分拣或人工分拣的方法，使生产效率非常低，生产成本非常高，导致企业的竞争能力差。物料自动分拣已成为了企业的唯一的选择。针对上述问题，研究一种高效率的物料自动分拣系统势在必行。本文提出一种利用S7-300 PLC、气动机械手和传感器融合技术设计了高效率、低成本的自动物料分拣系统1。1.1 物料分拣系统的概述物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大批量地分拣物料，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2。而且，气动技术使用安全、可靠，可以在高温、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣情况下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单，动作迅速、节能和不污染环境等优点3。所以，气动机械手被广泛应用于各个行业。所以，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，非常方便。1.2 物料分拣系统的国内外研究现状国外物料分拣控制系统发展迅速，并在智能化方面取得成果，在这方面，日本、美国、德国等国的技术比较领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的自动化装置，并在各行业广泛应用。近年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，物料分拣系统已成为各行业系统控制中的重要地位，特别是在冶金、化工和机械等工业中。传统的生产方案已经不满足高质量、高速度的要求。近年来我国的快速发展为此行业的发展奠定了坚实的基础与广阔的发展空间。这大大提高了工作的安全性、可靠性，不仅控制简便，而且控制精确，同时又降低了产品的成本，提高了生产效率。1.3 研究的目的及意义分拣系统中物料传感器以及气缸应用自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，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、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。基于PLC的物料分拣系统的设计，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，已成为目前在物料分拣控制系统中使用最多的控制方式4。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。随着分拣系统自动化发展的深度和广度及机器人智能水平的提高，物料分拣系统已在众多领域得到了应用。2 物料分拣系统的硬件分析2.1 控制系统的设计控制系统是物料分拣系统的一个重要组成部分，它的基本功能是接收上位机传来的控制指令信号，通过相应控制程序转化为执行机构的运动。本文所研究的物料分拣系统采用顺序控制与位置控制相结合的方式。2.1.1 物料分拣系统的分析在物料分拣系统中，控制系统是整个系统运行的大脑，负责控制整个系统的协调、高效的运行。本系统在控制方式上采用了触摸屏与PLC结合的控制模式，如图1所示。利用PLC的高可靠性、模块化结构及编程简单等特点，让其作为完成实时采集和控制任务；另一方面利用个人计算机及其人机界面程序实现监控功能。图1 系统的结构简图在物料分拣控制系统中，触摸屏负责整个系统的协调、优化、高效的运行。主要有两方面功能：一方面对PLC发送控制命令，从而实现对机械手的控制；另一方面及时监控PLC及其他设备的工作状态，对系统进行监控，并且还应具有良好监视和模拟运行功能。物料分拣的控制由于PLC的参与，使得庞大而且复杂多变的控制系统变得简单明了，使程序的编制、修改变得容易。物料分拣控制系统就其实现来说，不论是硬件还是软件部分，都应满足功能完备实用且工作稳定可靠、具有良好的系统可扩展性和维护性等基本要求5。2.1.2 控制器的选型PLC作为一种工业控制装置，在科研、生产的诸多领域中得到越来越广泛的应用。要正确、合理的选择PLC，这对控制系统的程序开发设计有非常重要的作用。本次设计的物料分拣系统中，总涉及输入量26个，输出量11个，及I/O点数总计为37个。输入模块可以采用一个32点输入模块或者两个16点输入模块，输出模块采用一个16点输出模块。本次设计采用西门子S7-300 PLC，PLC系统硬件选型说明如表1所示6。表1 PLC系统硬件配置序号名称型号说明数量1电源模块6ES7-307-1BA00-0AA0PS30712CPU模块6ES7-315-2AF03-0AB0CPU315-2DP13数字量输入模块6ES7-321-1BH02-0AA0SM321 DI16*DC24V24数字量输出模块6ES7-322-1BH01-0AA0SM322 DO16*DC24V/0.5A12.2 空气压缩机的工作原理及使用空气压缩机由压缩机、储气桶、气压仪表及启停按钮组成。启动空气压缩机，则其压缩空气使储气桶内气压不断增加，压强值可从气压仪表上读取，注意不要使储气桶内气压达到产品所规定的气压上限值，否则会出现危险情况7。空气压缩机的日常维护8。（1）检查安全阀功能是否正常；