一、项目实战概述
本章将完成一个完整的工业自动化项目——"智能物料分拣系统"。通过该项目，您将掌握从需求分析、方案设计、程序编写、调试优化到文档编制的全流程工程实践。
学习目标
- 掌握完整项目开发流程
- 学会需求分析和方案设计
- 掌握结构化编程方法
- 学会故障诊断和调试技巧
- 掌握项目文档编写规范
- 能够独立完成中等复杂度控制系统
1.1 智能物料分拣系统功能需求
| 功能模块 | 技术要求 | 控制精度 | 响应时间 |
|---|---|---|---|
| 传送带控制 | 变频调速，正反转 | ±5% | ≤0.5s |
| 物料检测 | 颜色、尺寸、重量检测 | 99%准确率 | ≤0.2s |
| 机械手分拣 | 三轴定位，抓取放置 | ±1mm | ≤2s |
| 称重分选 | 动态称重，等级判断 | ±0.5g | ≤0.3s |
| 包装计数 | 自动计数，满箱报警 | 100%准确 | 实时 |
二、系统设计与I/O规划（梯形图）
2.1 系统I/O地址分配
I/O地址规划表
数字量输入定义
| 地址 | 功能描述 | 类型 | 备注 |
|---|---|---|---|
| I0.0 | 系统启动 | 按钮 | 自复位 |
| I0.1 | 系统停止 | 按钮 | 自复位 |
| I0.2 | 急停 | 按钮 | 自锁 |
| I0.3 | 手动/自动切换 | 开关 | 0=手动,1=自动 |
| I0.4 | 物料检测传感器1 | 光电 | 检测物料到达 |
| I0.5 | 颜色传感器 | 光电 | 红色=1,蓝色=0 |
| I0.6 | 尺寸检测 | 接近 | 大=1,小=0 |
| I0.7 | 机械手原点 | 接近 | 返回原点信号 |
| I1.0 | 箱体到位 | 光电 | 包装箱到位 |
| I1.1 | 箱体满箱 | 光电 | 检测满箱 |
数字量输出定义
| 地址 | 功能描述 | 类型 | 功率 |
|---|---|---|---|
| Q0.0 | 传送带电机正转 | 继电器 | 2.2kW |
| Q0.1 | 传送带电机反转 | 继电器 | 2.2kW |
| Q0.2 | 机械手X轴正转 | 继电器 | 0.75kW |
| Q0.3 | 机械手X轴反转 | 继电器 | 0.75kW |
| Q0.4 | 机械手Z轴上升 | 继电器 | 0.55kW |
| Q0.5 | 机械手Z轴下降 | 继电器 | 0.55kW |
| Q0.6 | 气爪夹紧 | 电磁阀 | 24V DC |
| Q0.7 | 气爪松开 | 电磁阀 | 24V DC |
| Q1.0 | 分类气缸1 | 电磁阀 | 推送红色物料 |
| Q1.1 | 分类气缸2 | 电磁阀 | 推送蓝色物料 |
模拟量输入定义
| 地址 | 功能描述 | 量程 | 精度 |
|---|---|---|---|
| AIW0 | 重量传感器 | 0-5kg | ±0.5g |
| AIW2 | 速度反馈 | 0-3000rpm | ±5rpm |
| AIW4 | 温度检测 | 0-100℃ | ±0.5℃ |
三、主程序框架设计（梯形图）
3.1 系统主控制程序
示例1：主程序OB1框架
Network 1：系统初始化
SM0.1 VB100
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB100
// 清零运行标志
SM0.1 VB101
--| |---+---(MOV_B)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+----0-----VB101
// 清零故障代码
Network 2：系统启停控制
I0.0 I0.1 I0.2 M0.0
--| |----|/|----|/|-----(S)--
N
1
I0.1 I0.2 M0.0
--| |----| |-----(R)--
N
1
// M0.0：系统运行标志，I0.2急停按钮
Network 3：手动/自动模式切换
I0.3 M0.1
--| |--------( )--
// M0.1：模式标志，0=手动，1=自动
四、传送带控制模块（梯形图）
4.1 传送带变频调速控制
示例2：传送带控制子程序SBR_0
SBR_0局部变量表
L 0.0: IN Bool // 启动信号
LB1: IN Bool // 停止信号
LB2: IN Bool // 正转/反转
LW3: IN Int // 速度设定
LB5: OUT Bool // 正转输出
LB6: OUT Bool // 反转输出
LW7: OUT Int // 实际速度
Network 1：传送带启停控制
#Start #Stop #Run_Flag
--| |----|/|-----(S)--
N
1
#Stop #Run_Flag
--| |--------(R)--
N
1
Network 2：正反转控制
#Run_Flag #Direction #Forward_Out
--| |----|/|-----( )--
#Run_Flag #Direction #Reverse_Out
--| |----| |-----( )--
// Direction=0正转，Direction=1反转
Network 3：速度PID控制
SM0.0 VD200
--| |---+---(MOV_R)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---0.5----VD200
// 设定值归一化
SM0.0
--| |-----(PID)--
TBL LOOP
-- --
VD200 0
Network 4：模拟量输出
SM0.0 VD208
--| |---+---(MUL_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD208--32000.0--VD212
SM0.0 AQW0
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VW216---AQW0
// 输出到变频器模拟量输入
五、物料检测与分拣模块（梯形图）
5.1 物料识别与分类控制
示例3：物料检测子程序SBR_1
Network 1：物料检测处理
I0.4 M1.0
--|P|----+----( )--
| | VW300
+----+---(INC_W)--
IN OUT
-- --
VW300---VW300
// 检测到物料，计数加1
Network 2：颜色识别
I0.5 M1.1
--| |----+----( )--
| | VW302
+----+---(INC_W)--
IN OUT
-- --
VW302---VW302
// 红色物料计数
Network 3：尺寸检测
I0.6 M1.2
--| |----+----( )--
| | VW304
+----+---(INC_W)--
IN OUT
-- --
VW304---VW304
// 大型物料计数
示例4：分拣控制子程序SBR_2
Network 1：分类决策
M1.0 I0.5 I0.6 Q1.0
--| |----| |----| |-----( )--
// 红色大型物料 → 气缸1
M1.0 I0.5 I0.6 Q1.1
--| |----|/|----| |-----( )--
// 蓝色大型物料 → 气缸2
六、机械手控制模块（梯形图）
6.1 三轴机械手定位控制
示例5：机械手控制子程序SBR_3
机械手工作流程
1
返回原点
2
X轴移动到取料位
3
Z轴下降
4
气爪夹紧
5
Z轴上升
6
X轴移动到放料位
7
Z轴下降
8
气爪松开
Network 1：机械手回原点
M2.0 I0.7 Q0.3
--| |----|/|-----( )--
// X轴回原点（反转）
I0.7 M2.1
--| |--------(S)--
// 到达原点，置位原点标志
Network 2：步进控制（使用顺序继电器）
M2.1 M2.2 S0.0
--| |----|/|-----(SCRT)--
// 进入步0：X轴移动到取料位
SCR
S0.0
SM0.0 Q0.2
--| |----+----( )--
| | T37
+----+---(TON)--
IN PT
-- --
20
T37 S0.1
--| |-----(SCRT)--
SCRE
Network 3：Z轴控制
SCR
S0.1
SM0.0 Q0.5
--| |----+----( )--
| | T38
+----+---(TON)--
IN PT
-- --
10
T38 S0.2
--| |-----(SCRT)--
SCRE
七、称重与包装模块（梯形图）
7.1 动态称重与等级判断
示例6：称重处理子程序SBR_4
Network 1：重量采集与滤波
SM0.0 AIW0
--| |---+---(MOV_W)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---AIW0---VW400
SM0.0 VW400
--| |---+---(I_DI)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VW400---VD404
SM0.0 VD404
--| |---+---(DI_R)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VD404---VD408
SM0.0 VD408
--| |---+---(DIV_R)--
| EN ENO
| IN1 IN2 OUT
| -- -- --
+---VD408--100.0--VD412
// 转换为重量值(kg)
Network 2：重量等级判断
VD412 0.5 M3.0
--|<|-----( )--
// 等级1：重量＜0.5kg
VD412 0.5 VD412 1.0 M3.1
--|>=|----|<|-----( )--
// 等级2：0.5kg≤重量＜1.0kg
VD412 1.0 M3.2
--|>=|-----( )--
// 等级3：重量≥1.0kg
八、报警与故障诊断模块（梯形图）
8.1 系统故障监测与处理
示例7：故障诊断子程序SBR_5
Network 1：超重报警
VD412 1.5 M4.0
--|>|----+----(S)--
| | N
| | 1
| | VB500
+----+---(MOV_B)--
IN OUT
-- --
1-----VB500
// 故障代码1：超重报警
Network 2：温度报警
VD420 60.0 M4.1
--|>|----+----(S)--
| | N
| | 1
| | VB500
+----+---(MOV_B)--
IN OUT
-- --
2-----VB500
// 故障代码2：温度过高
Network 3：急停处理
I0.2
--| |----+---(FILL_N)--
| EN ENO
| IN OUT
| N -
+----0----QB0
| 4
// 急停时清零QB0-QB3
九、数据记录与通信模块（梯形图）
9.1 生产数据记录与上传
示例8：数据记录子程序SBR_6
Network 1：生产数据统计
M1.0 VD600
--|P|----+---(INC_DW)--
| EN ENO
| IN OUT
| -- --
+---VD600---VD600
// 总产量计数
Network 2：Modbus数据上传
SM0.5 VB700
--|P|----+---(MBUS_MSG)--
| EN ENO
| First
| --
+---VB700
| Done
+---M5.0
// 每2秒上传一次数据
十、调试与优化
10.1 调试技巧与方法
系统调试步骤
- 硬件调试：检查接线、电源、传感器
- 模块调试：单独测试每个功能模块
- 联机调试：各模块协同工作测试
- 全速运行：系统长时间稳定性测试
- 优化调整：参数优化，性能提升
10.2 程序优化建议
程序优化要点
1
减少扫描周期时间
2
合理使用中断和子程序
3
优化数据存储结构
4
添加故障保护和恢复机制
5
完善报警和提示信息
十一、课后练习
实战项目练习
练习1：自动包装线控制系统
设计一个自动包装线控制系统，要求：
- 物料自动上料、计量、包装
- 包装重量可设定，自动调节
- 不合格品自动剔除
- 产量统计和报表生成
- 远程监控和参数设置
练习2：恒压供水系统
设计一个智能恒压供水系统：
- 三台水泵自动轮换控制
- 根据压力自动调节水泵运行
- 故障自动切换和报警
- 节能运行，自动休眠
- 触摸屏人机界面
练习3：智能仓储系统
设计一个小型智能仓储系统：
- 立体货架管理
- 堆垛机自动存取
- 条码扫描识别
- 库存管理数据库
- RFID货物追踪
十二、课程总结
12.1 项目开发流程总结
完整的项目开发流程
- 需求分析：明确功能和技术要求
- 方案设计：确定系统架构和硬件选型
- 程序设计：结构化编程，模块化设计
- 调试测试：分步调试，系统联调
- 文档编制：技术文档和使用手册
- 培训维护：操作培训和售后维护
12.2 工程实践要点
工程实践注意事项
1
安全第一，完善的保护措施
2
可靠性设计，考虑各种异常情况
3
可维护性，便于故障排查和维修
4
可扩展性，预留升级接口
5
经济性，合理控制成本