一套带解释的PLC自动分拣控制项目我最近完整做过一版三菱FX3U PLC配MCGS触摸屏从I/O分配、梯形图、接线图到原理图全部整理成了一套可复用的图纸。这套系统解决的是产线上很常见的需求——不同材质或颜色的物料从输送线上过来通过传感器识别、气缸推料按类别分到不同料槽同时触摸屏完成启停、产量计数和报警显示。这个项目特别适合三类人刚学PLC但只写过电机正反转的小白想了解完整项目文档长什么样的学生以及做设备改造的电气工程师。很多教程只讲单个指令但真正到了现场你需要的是能从硬件接线一路看到画面组态的完整链路。下面我就把这套系统的设计思路、梯形图结构、I/O分配、触摸屏组态和调试方法逐一拆开讲。1. 先想清楚分什么料再谈PLC选型和I/O分配1.1 一套自动分拣系统的完整构成自动分拣听起来高大上拆开看其实就四个环节送料、识别、执行、统计。送料环节一般是一条小型皮带输送机由变频器或普通电机驱动把物料从一端送到另一端。识别环节用传感器常见的有对射式光电、漫反射光电、电感式传感器、颜色传感器具体用哪个取决于分拣依据。比如按金属和非金属分用电感式传感器加光电传感器组合。按颜色分就需要颜色传感器。执行环节通常是气缸加推板传感器给出信号后PLC控制电磁阀动作气缸把物料从皮带上推到对应的料槽里。统计环节则是PLC内部计数器计数触摸屏显示每小时产量、总产量或各类别数量。这套项目里我用的是三种物料判别的模式入料检测、金属检测、颜色检测。入料光电传感器负责告诉PLC“有东西到了”金属传感器和颜色传感器负责判断应该推入哪个料槽每一级对应一个气缸。第一个气缸推金属料第二个气缸推特定颜色料推完之后计数加一。1.2 为什么选“PLC触摸屏”而不是单片机方案有人会问这种分拣逻辑用单片机也能做甚至成本更低为什么还是选PLC加触摸屏核心原因是稳定性和可维护性。产线环境有粉尘、震动、电磁干扰单片机系统的抗干扰能力和对外部接线的适应性都弱一些。PLC的输入滤波、光耦隔离、继电器或晶体管输出天生就是为工业现场设计的。另外这套系统的分拣动作不是简单几行代码它涉及到气缸互锁、传感器防抖、计数器掉电保持、报警信息记录这些功能用三菱PLC的梯形图写起来非常直观出了问题也容易排查。触摸屏的加入同样是基于现场需求。操作工不希望看到一排指示灯加几十个按钮需要一个能看到当前状态、产量数据、报警内容的界面。MCGS组态软件和PLC的通信是串口协议不需要额外编程把变量对应好就能显示和操作。这个组合在中小型自动化设备里非常主流选它既贴合实际又方便后续改按钮、改延时、加传感器。1.3 看懂这份图纸要抓住的三条主线拿到一套带解释的图纸不要上来就看梯形图。我自己的看图顺序是I/O分配表、接线图与原理图、梯形图最后再对应触摸屏变量表。I/O分配表是所有工作的起点它告诉你每一个输入信号接到了PLC哪个输入点每一个输出负载接在哪个输出点。接线图告诉你这些点在外面怎么和设备连接。原理图则把电源回路、PLC供电、传感器供电、继电器回路画清楚。梯形图只不过是把I/O分配表里的“0”和“1”组合成逻辑。图纸的注释也很关键。图纸上的每条线都有线号每个端子都有端号每个梯形图程序段都有功能说明。看起来费时间但设备一旦出故障这些解释能让你少拆一半设备。2. 梯形图设计我用状态机思路而不是堆逻辑2.1 程序分层结构初始化、手动、自动、复位很多初学者写PLC程序是写到哪算哪结果后面想加功能就乱了。这套分拣程序我采用的是模块化分层结构整个梯形图分成几个程序段每一段用辅助继电器M作为段与段之间的衔接。首先是初始化段。PLC上电时会执行一次特殊继电器M8002用MOV指令把数据寄存器清零把气缸都复位到初始位置。这样做的好处是设备不会在刚上电时乱动。第二段是手动操作段。调试的时候需要单独测试每个气缸、每台电机。我把X10对应第一气缸手动伸出X11对应第二气缸手动伸出X12对应皮带电机启动。手动模式用按钮直接控制输出不经过自动条件。第三段是自动模式段。只有手动模式全部关闭按下自动启动按钮X0后自动模式继电器M0才置位。M0是整个自动流程的总开关任何一个急停、停止、缺料报警都会让M0复位。第四段是分拣执行段。这一段是程序的核心检测到物料之后判断分类然后驱动对应气缸。计数器在气缸推出成功、物料进入料槽后才加一。最后是复位段。按下复位按钮或触摸屏复位命令所有计数器清零气缸回到原位报警状态解除。2.2 分拣动作的核心怎么让气缸不乱推分拣逻辑写不好会出现一种很典型的现象气缸误动或者一个物料被连续推两次或者料还没到位就推。解决这些问题我在梯形图里用了两个关键技巧上升沿采样和互锁。传感器检测到物料不是一个持续电平而是瞬间出现一个脉冲。如果把传感器信号直接接在输出条件里物料在传感器前面卡一下气缸可能就会抖一下。所以我在程序里用PLS或LDP指令把传感器信号变成上升沿脉冲这个脉冲只接通一个扫描周期。这样物料每次经过传感器只有一个有效触发信号。互锁也很重要。第一个气缸推出的时候第二个气缸必须禁止推出否则两个气缸会同时动作把物料夹中间。我用了M20和M21分别代表第一气缸和第二气缸的动作状态输出条件里互相加常闭触点。两个气缸的伸出到位信号也可以串进去伸出到位之前一直保持置位到位之后再复位输出。关键位置的延时也要做。物料从检测点到气缸推板位置是需要时间的如果传感器装得离气缸近可以不加延时如果像我的项目里光电传感器在皮带中段气缸在皮带末端中间隔了大约30厘米皮带速度每秒15厘米那我就在程序里延时2秒等物料到了推板位置再动作。延时用定时器T0定时时间根据实际距离和皮带速度计算。梯形图的简化版本可以这么理解用指令表写出来就是LD X000 // 入料光电检测到物料 AND M0 // 自动模式运行中 LDP X000 // 用上升沿触发防止反复误动作 SET M10 // 记录“有物料到达”状态 LD M10 AND X001 // 金属传感器信号 OUT T0 // 延时计时开始 K20 // 延时2秒 LD T0 ANR M20 // 第一气缸未在动作 SET Y001 // 驱动第一气缸电磁阀 LD Y001 SET M20 // 置位互锁标志这里M10是中间状态寄存器它相当于告诉PLC“有一个待分拣物料已经到达分拣区”。分拣完成后用计数完成信号或气缸退回信号把M10复位。不要小看这个中间状态很多乱动作就是少了它。2.3 程序注释“带解释”是怎么写出效果的这个项目的标题里特意写了“带解释”说明注释不是随便加几行字那么简单。我的注释习惯是每个程序段的开头写清楚这一段控制什么设备每一行指令后面用括号或注释符号写清楚这个触点的物理位置、这个指令的用途关键输出、定时器、计数器的编号在旁边标注对应的I/O点和触摸屏变量名。例如Y001注释写成“推第一料槽气缸电磁阀对应MCGS指示灯通道D1”。T0注释写成“入料光电到第一气缸推板延时皮带速度15cm/s距离30cm设定2秒”。C10注释写成“金属料产量计数器掉电保持触摸屏D100显示”。这样文档拿给别人看不需要原设计者讲解也能理解原理图。这也是很多人容易忽略的点程序注释和图纸解释的价值在调试结束之后才真正体现。设备卖给客户过了半年客户打电话说某个气缸不动你打开程序能不能快速定位到对应的输出点靠的全是这些注释。3. I/O分配与接线图照着接线前先看这几点3.1 一张可以直接套用的I/O分配表这套分拣项目我保留了完整的I/O分配表输入用了8个点输出用了6个点。不要觉得少这种小型系统核心就是这些点位多留点备用通道反而更重要。PLC地址信号名称信号类型说明X0自动启动按钮输入常开按钮按下启动自动分拣X1停止按钮输入常闭触点断开即停止X2急停按钮输入常闭触点串在总运行条件里X3入料光电传感器输入检测物料到达X4金属传感器输入判断物料是否为金属X5颜色传感器输入判断特定颜色物料X6气缸1退回到位输入磁性开关回位检测X7气缸2退回到位输入磁性开关回位检测Y0皮带电机运行接触器输出控制输送带电机Y1电磁阀1输出控制第一分拣气缸Y2电磁阀2输出控制第二分拣气缸Y3绿色运行指示灯输出自动运行时亮Y4红色故障报警灯输出故障或急停时长时亮Y5蜂鸣器输出报警声音提示这个分配表的思路很清晰同类信号集中输入按顺序排输出也按顺序排备用点留了至少10个以上。现场如果突然加一个传感器不需要改动接线图直接用X10以后的备用输入点就行。3.2 PLC输入回路接线NPN传感器和漏型输入PLC输入接线最容易搞反。三菱FX系列PLC大多是漏型输入也就是输入点的公共端COM一般接24V传感器用NPN型集电极开路输出。NPN传感器的信号线接到输入点时传感器导通后会把输入点拉到0VPLC内部光耦导通X点变为ON。如果你买成PNP传感器输出信号是高电平直接接漏型输入点是不导通的。很多人第一次接设备时就在这里踩坑。判断办法很简单看传感器标签OUT线对0V有电压那就是PNPOUT线对24V有电压那就是NPN。接线图上一开始就要把NPN传感器画对传感器棕色线接24V蓝色线接0V黑色信号线接对应X点。X点公共端COM端接24V。停止按钮和急停按钮也一样一个接X1一个接X2公共端统一接0V。按下按钮时把X点拉到0V对应输入点变为ON。这就是为什么程序里停止按钮用常闭触点而且是外部接常闭程序里读取到的信号在正常时是ON急停动作时变成OFF这比外部常开加程序取反更安全。3.3 输出回路和原理图的读图顺序输出回路比输入更容易坏因为输出点直接驱动继电器等负载。PLC的输出点不能直接接220V交流负载也不能直接驱动大功率电机。我的接线方式是PLC输出Y0驱动中间继电器KA0继电器触点再控制接触器KM接触器再控制皮带电机。气缸电磁阀比较小可以用Y1、Y2直接驱动但直流电磁阀必须并联续流二极管二极管方向与电源极性相反不然每次断电的感应电动势会把PLC输出点烧掉。原理图的读图顺序应该从电源开始总开关QF之后是开关电源220V变24V给PLC和传感器供电再看PLC供电端子L接火线N接零线FG接地然后看输入回路24V接到各传感器传感器输出接X点之后是输出回路Y点接中间继电器线圈继电器触点接接触器最后是触摸屏供电和通信线。按这个顺序任何一张图纸都能理清。很多人拿到图纸喜欢先看主电路先找电机但其实控制图纸的核心是看控制电源怎么走PLC怎么用输出点去控制后面的设备。看清了这条链路故障排查就成功了一半。4. MCGS触摸屏组态把运行状态搬到屏幕上4.1 画面规划与变量绑定MCGS触摸屏的组态分成用户窗口、设备窗口、运行策略、实时数据库几个部分。用户窗口就是画面设备窗口负责和PLC通信运行策略可以写脚本实时数据库是变量中心。我的画面规划是做成三页首页是主监控画面第二页是参数设置和手动操作第三页是报警查询和IO状态监视。主控画面画了一条皮带输送线的简化图形物料从左边流向右边。画面上的指示灯直接绑定PLC的Y点比如皮带运行指示灯对应Y0一号气缸工作指示灯对应Y1二号气缸对应Y2。产量框绑定计数器D100和D101一个是金属料产量一个是特定颜色料产量。触摸屏上的“自动启动”按钮绑定M0“停止”按钮绑定M1“急停复位”绑定M2。这些M点是在PLC程序里专门留给触摸屏操作的中间继电器。手动操作页把气缸单动、皮带点动做成按钮绑定M10、M11、M12。注意不要用触摸屏按钮直接绑Y输出点而是通过PLC中间继电器过渡。这样既安全又方便在PLC程序里加互锁条件。4.2 与PLC建立通信的步骤MCGS和FX3U通信通常用串口FX3U本体自带编程口但触摸屏一般接COM口或扩展的通信口。接线方式是触摸屏COM口的发送接PLC的接收触摸屏接收接PLC的发送信号地接信号地。三菱FX的编程口是422接口和普通RS232不完全一样所以需要用专用通信线或者通过FX3U-485-BD扩展板接RS485在MCGS里选择“三菱FX系列编程口”或“三菱FX系列485”驱动具体看硬件方式。组态软件里的操作是先在设备窗口中添加“通用串口父设备”再在下面添加对应的PLC驱动。串口参数默认波特率9600数据位7位偶校验1位停止位站号0。很多通信失败都是因为校验位或停止位和PLC实际设置不一致。添加驱动后在设备编辑窗口里把PLC寄存器映射到MCGS的实时数据库。比如D100对应“金属产量”D101对应“颜色产量”M0对应“自动启动按钮”Y0对应“皮带运行指示灯”。映射时注意PLC寄存器类型选择正确D地址是16位数据寄存器M、X、Y是位变量不能混用。再加一个数据刷新周期一般设为100毫秒就够太快反而增加通信负担。4.3 报警显示和产量计数怎么组报警功能在MCGS里有两种实现方式一种是用报警显示控件绑定PLC的报警变量另一种是通过策略写脚本判断。我习惯的做法是PLC程序判断故障状态把故障发生标志写到M寄存器或数据寄存器里。比如急停触发时PLC程序置位M100第一个气缸动作超时未到位置位M101皮带电机过载置位M102。触摸屏报警画面用“报警显示”构件数据源选这几个M点然后在文字内容里写好对应的报警描述。触摸屏的报警显示不要绑太多地址否则每次通信轮询时间变长画面会卡。故障点明确三四个足够了。产量计数我是在PLC程序里用C计数器累加再把计数器的当前值MOV到D100和D101等待触摸屏读取。有人也想在触摸屏上用脚本计数这样做也行但PLC一断电或者触摸屏重启计数可能丢失。PLC计数器加掉电保持指令再在上电初始化时读取比触摸屏脚本可靠得多。5. 实测调试全过程从调试口到自动运行5.1 PLC程序下载和点动测试程序写好之后先用GX Works软件连接PLC。USB线或编程电缆接上读取PLC型号和站号设置好通信参数。先做“变换”再“下载”如果是初次下载需要选择“PLC初始化”和“格式化内存”这样做会清空PLC原有程序和数据寄存器正式生产设备上不要随便勾选。下载完成后先把程序切到手动模式。手动模式下皮带电机启动按钮按下去Y0灯亮中间继电器吸合接触器吸合皮带电机转动。如果这一环节Y0灯亮但电机不动问题在继电器到接触器这一段。如果Y0灯本身不亮问题在PLC程序或手动按钮输入。然后是气缸测试。手动把Y1和Y2强制ON或按下对应按钮气缸应该伸出伸出到位信号如果接了对应X6和X7会亮。气缸伸出去但退不回来多半是电磁阀换向问题或者气缸磁性开关位置不对。点动测试结束后把所有强制信号取消再进行下一步。自动运行之前还要检查急停按钮是否已经复位因为急停用的常闭信号没导通程序启动条件不满足。5.2 不带料的联调不带料联调主要验证流程顺序。按下自动启动皮带电机应该先运行绿色指示灯亮。这时用一个小挡板或手在传感器前挡一下模拟物料信号看程序是否按预设的延时和气缸顺序动作。观察顺序应该是入料传感器X3亮接着颜色传感器X5或金属传感器X4亮延时后Y1或Y2动作气缸推出去又退回来。这个阶段最容易发现的是延时参数不合理。如果传感器离气缸位置较近2秒延时会导致气缸动作太慢物料已经过去气缸才推出。如果延时太短物料没到位就推推偏了。调延时很简单在监视模式下改T0、T1的设定值不用重新下载程序但要确保PLC运行模式为RUN。还会遇到气缸互锁没生效的情况。第二气缸在第一个气缸还没退回时就动作了说明程序里忘了加互锁触点。这种问题不带料看不出来但带料时会卡料所以在手动阶段就要逐个测试互锁条件。5.3 带料联调与参数微调带料联调是最后一道坎。我建议先放少量物料比如10个分类结束后检查料槽里的数量是否和计数器一致。如果出现物料没推到位要检查推板位置和气缸行程。分拣气缸的推板最好能调节安装位置让气缸伸出时刚好覆盖整个物料。推板太短会推偏太长会碰到皮带边缘。皮带速度和延时也要联动调整皮带速度快延时就要缩短否则物料滑过推板区域就推不到了。传感器间距也是一个关键参数。入料传感器和分拣传感器不能靠太近否则第一个传感器还没处理完第二个传感器又触发程序里状态M10和M11会打架。一般两个传感器间距至少是物料长度的1.5倍。我调完这套系统之后还特意测了连续运行半小时。别小看连续运行测试气缸长时间动作会因为气源压力波动导致动作时间变化定时器设定值可能需要微调。连续测试时顺便看气缸有没有漏气、皮带有没有跑偏这些问题都会在正式生产中放大。6. 常见故障排查与避坑经验6.1 触摸屏与PLC通信不上先查三样第一是通信线序。三菱FX的编程口和MCGS触摸屏COM口必须收对发、发对收GND接GND。很多免焊接的通信线质量不稳定我在现场换了三次线才找到故障源头。第二是串口参数。触摸屏和PLC的波特率、数据位、校验位、停止位必须完全一致。调试时我习惯把波特率设为9600校验位设置成偶校验7个数据位1个停止位。如果设备端改过这些参数触摸屏这边的驱动也要同步修改。第三是通信驱动类型。MCGS里虽然有三菱FX系列驱动但选择“FX编程口”和“FX485”不通用必须和硬件端口一致。型号选错时触摸屏不报硬故障而是提示“设备连接失败”或画面数据一直显示0。确认方式是看触摸屏后台的“设备调试”窗口如果提示“写命令失败”一般都是驱动或地址不对。6.2 分拣计数不准不是PLC的问题计数偏多或偏少最常见的原因是传感器信号抖动。物料边角或反光面会导致光电传感器输出多次触发脉冲一个物料被当成两个。解决办法有几个传感器安装角度稍微倾斜一点减少反射影响在PLC程序里对传感器输入点加输入滤波或者计数程序统一用上升沿触发不要用电平触发。计数偏少则可能是气缸推出物料后物料还没有完全落到料槽程序就完成计数。这种情况下要看计数条件是不是过于简单。保险的做法是传感器检测到物料推入料槽的动作也就是料槽入口加一个光电传感器当这个传感器被物料挡住且气缸伸出到位时才给计数器加一。这个思路比单纯靠PLC内部状态判断更符合现场实际。6.3 气缸不动或乱动怎么查气缸不动按顺序查先看气压表压力够不够低于0.4MPa动作就没力再看电磁阀线圈有没有得电用万用表量电磁阀两端电压然后看PLC输出点Y1或Y2有没有点亮把万用表或试电笔放在PLC输出端子上最后看程序中间变量M20和M21有没有被别的条件复位。接线端子松动非常常见。气缸电磁阀一般装在设备侧经过端子排接到PLC柜中间有活动部分振动久了螺丝就会松。我用扭矩螺丝刀统一紧固过一遍问题立刻少很多。气缸乱动的排查重点看互锁。两个气缸互锁条件失效或者传感器之间距离太近会导致前一个动作还没完成后一个就触发。如果程序处理不过来就在自动模式里加一个“气缸动作期间禁止新物料识别”的逻辑也就是物料识别标志M10置位后在气缸退回到位之前入料传感器的信号不再处理。6.4 图纸和程序不一致是维护时最大的坑这套项目能顺利调试还有一个经验很重要图纸版本管理和程序版本必须同步。我在调试过程中改过三次梯形图每次改完都会在程序文件里更新版本号同时同步修改接线图上的备注说明。如果不这样做过两天再看图纸会以为某个中间继电器的接法和实际不一样然后去改硬件实际错的只是图纸。还有一点无论是梯形图还是MCGS工程都不要只保留一份文件。我习惯在项目文件夹下建两个目录一个叫“源程序”另一个叫“历史归档”。每完成一个阶段就把程序和组态工程复制到历史归档里加日期加后缀。这看起来蠢但在现场改错了想回退的时候特别管用。最后分享一个我个人的习惯凡是改线路或改程序一定要在图纸和梯形图注释里写上修改日期和修改原因。一条小小的备注往往能让半年后的自己少掉一把头发。自动分拣系统不是炫技项目它的价值恰恰在于把事情做扎实从按下启动按钮到产量计数显示每一个环节都清清楚楚。这套“带解释”的图纸真正做到了这一点。