1、基于plc的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計基于plc的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計基于PLC的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計摘 要 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，生產(chǎn)過程中物料分揀的效率問題越來越引起人們的關(guān) 注。重復(fù)繁瑣的人工分揀物料過程已不能滿足企業(yè)追求的生 產(chǎn)效益和如今社會的需求。人、機(jī)器與物料三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為我們需要解決的 重要問題之一。理所當(dāng)然，用盡可能少的人力控制機(jī)器分揀物料來完成如 期的生產(chǎn)任務(wù)是最佳的選擇模式即采用自動化技術(shù)代替人工分揀物料的過程。本文主要講述 PLC在材料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編 程控制器（PLC），設(shè)計成本低、效率高的材料自動分揀裝置。以PLC為主控制器，結(jié)合氣動

2、裝置、傳感技術(shù)、位置控制 等技術(shù)，控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的 特點，可根據(jù)不同對象，稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞：傳感器PLC物料分揀 目 錄第1章緒論1 1.1論文研究 背景1 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.3論文研究的意義1 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容 2第2章 物料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計3 2.1材料分揀裝置工作過程概述3 2.2系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)4 2.3系統(tǒng)的設(shè)計要求4 2.3.1功能要求4 2.3.2系統(tǒng)的控制 要求4第3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6 3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)6 3.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 6 3.2.1系統(tǒng)對PLC的要求6 3.

3、2.2 PLC的 選擇7 3.2.3 PLC的輸入輸由端子分配 9 3.2.4 PLC輸入輸由 接線端子圖10 3.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 11 3.3.1輸 入電氣元件11 3.3.2輸由電氣元件16 3.3.3執(zhí)行電氣元件18 第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計22 4.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計 224.2西門子編程軟件、模擬仿真軟件23 4.2.2西門子仿真軟件23 4.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計 24第5章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 30 5.1硬件調(diào)試30 5.2軟件調(diào)試30第6章總結(jié)31參考文獻(xiàn) 32致/f 33附錄34 II第1章緒論1.1論文研究背景 在 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突生的

4、主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展，自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè) 中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡 劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作，更需要自動控制系統(tǒng)來 實現(xiàn)。現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中 PLC控制越來得到重視，所以 物料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國自動分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于1980年代，近期的市場興起和技術(shù)發(fā)展始于1997年。自動分揀的概念先在機(jī)場行李處理和郵政處理中心得到 應(yīng)用，然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實際需求的增長，各行

5、業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng) 域，并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。這些領(lǐng)域的一個共同特點是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、 配送門店數(shù)量多、準(zhǔn)確性要求高和人工處理效率低等特點。隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此 各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率， 尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的 方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差， 材料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物 進(jìn)入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指

6、令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處。1.3 論文研究的意義 隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭 也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往 一直采用人工分揀的方法，顯然，隨著分揀量的增加、分送 點的增多、配貨響應(yīng)時間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人 工分揀將無法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)被很多 企業(yè)采用。而國外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮 了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點多、差錯率極低、效率高和 基本上全自動操作的優(yōu)勢。所以為了提高生產(chǎn)效率，降低

7、生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭 能力，我們必須加大對自動分揀系統(tǒng)的普及與應(yīng)用。針對上述問題，利用 PLC技術(shù)設(shè)計了一種成本低，效率 高的材料自動分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控 制效果。物料分揀采用可編程控制器 PLC進(jìn)行控制，能連續(xù)、大 批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強(qiáng)度大大降低，可顯 著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn) 對物料實物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活， 維護(hù)、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進(jìn)行 材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。1.4 本論文研究的主

8、要內(nèi)容 在本文中，以貨物材料的分 揀系統(tǒng)為例，詳細(xì)的分析了在基于 PLC控制的自動分揀系統(tǒng) 的設(shè)計，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號的采集分析中傳感器的 一些基本知識，并通過要求與比較，確定了硬件系統(tǒng)中的一 些元器件的選擇與確定了 PLC的選型。在介紹了一些PLC的基本知識后，對本課題進(jìn)行硬件與 軟件設(shè)計，在軟件設(shè)計中，確定了 I/O分配，并按照控制要 求設(shè)計由了 PLC梯形圖。在本系統(tǒng)完成其設(shè)計之后，對其進(jìn)行整體調(diào)試。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料 物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進(jìn)行調(diào)試之后，進(jìn)行了軟硬件綜 合調(diào)試，實現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全

9、過程。38第2章 物料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計 PLC控制分揀 裝置涵蓋了 PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技 術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工作過程及控制要求。要想進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進(jìn) 行調(diào)查，搞清楚控制對象的工作過程、工作特點，明確控制 要求以及各階段的特點和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。2.1 材料分揀裝置工作過程概述如圖2-1所示為本分揀 裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖2-1材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖它采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置 電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓 器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器

10、及對不同材料敏感的電容式和電感 式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列 位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動輸送帶，下 料傳感器SN檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運轉(zhuǎn)一個 周期后自動停止等待下料；當(dāng)料槽有料時，下料傳感器輸生 信號給PLC, PLC控制輸送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制氣動閥5進(jìn)行下料，每次下料時間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器SA為電感傳感器，當(dāng)檢測生物料為鐵質(zhì)物料 時，反饋信號送PLC,由PLC控制氣動閥1動作選由該物料； 物料傳感器SB為電容傳感器，當(dāng)檢測生物料為鋁質(zhì)物料時， 反饋信號送PLC, PLC控制氣動閥2動作選由該物料；物料 傳

11、感器SC為顏色傳感器，當(dāng)檢測生物料的顏色為待檢測顏 色時，PLC控制氣動閥3動作選由該物料。物料傳感器SD為備用傳感器。當(dāng)最后一種物料經(jīng)過被檢測到時，PLC控制氣動閥4動作選由該物料，完成分揀任務(wù)。2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：AC200240V （帶保護(hù)地三芯插座）消耗功率：240W 環(huán)境溫度范圍：-1040 c氣源：大于0.3MPa切小于0.8Mpa 2.3系統(tǒng)的設(shè)計要求 系統(tǒng)的設(shè) 計要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計之前，首先 應(yīng)分析控制對象的要求。2.3.1功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實現(xiàn)基本功能如下（1）分揀由金屬和非金屬（2）分揀莫一顏色塊 （3）分揀由非金屬中莫一顏色塊（4

12、）分揀由金屬中奧一顏色塊和非金屬中奧一顏色塊 2.3.2系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進(jìn)行檢測并分類。當(dāng)待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳感 器檢測。如果被莫種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料 箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下9個方面：（1）系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖（2）電機(jī)運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行（3）有物料時，下料汽缸動作，將物料送由（4）當(dāng)電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸1動作（5）當(dāng)電容傳感器檢測到鋁物料時， 推汽缸2動作（6）當(dāng)顏色傳感器檢測到材料為奧一顏色時， 推汽缸3動作（7）剩余物料被送到 SD位置時，推汽缸 4動作（

13、8）汽缸運行應(yīng)有動作限位保護(hù)（9）下料槽內(nèi)無下 料時，延時后自動停機(jī) 第3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是根據(jù)被控制對象對 PLC控制系 統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸由設(shè)備，選擇 合適的PLC類型，并分配I/O點。3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 設(shè)計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框 3.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)關(guān)鍵 技術(shù)即分析控制系統(tǒng)的要求，確定 I/O點數(shù)，選擇PLC的型 號，然后進(jìn)行I/O分配。3.2.1系統(tǒng)對PLC的要求 （1）功能要求 在滿足一般開 關(guān)量輸入信號控制要的同時，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要 求輸由脈沖信號，所以輸由類型為繼

14、電器輸生形式。（2） I/O點數(shù)要求根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個開關(guān)信號，6個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏 色傳感器、備用傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感 器。相應(yīng)地，有5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位 和回位限位，共計10個信號。輸由包括控制電動機(jī)運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/ O點24個，其中18個輸入，6個輸生。3.2.2 PLC的選擇 （1） PLC的分類 按I/O點數(shù)容量 分類1）小型機(jī) 小型機(jī)的功能一般以開關(guān)量控制為主，其 輸入、輸由總點數(shù)一般在 256點以下，用戶程序存儲器容量 在4K字左右。例如：SIEMENS 的 S7-200

15、 系列（如圖 3-2）; OMRON 的 CPM2A 系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等整體 式PLC產(chǎn)品。圖3-2 S7-200系列2）中型機(jī) 中型機(jī)的輸入、輸由總點 數(shù)在2562048點之間。用戶程序存儲器容量在 8K字左右。+例如：SIEMENS 的 S7-300 系列；OMRON 的 C200 系列；AB 的 SCL500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。3）大型機(jī) 大型PLC的輸入、輸由總點數(shù)在2048點以上， 用戶程序存儲器容量達(dá)到 16K字以上。典型的大型 PLC 有SIEMENS 的S7-400、OMRON 的 CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列

16、產(chǎn)品。按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要 分為整體式和模塊式兩種。1）整體式結(jié)構(gòu) 其特點是將PLC的基本部件，如CPU板, 輸入板、輸由板、電源板、通訊端口、 I/O擴(kuò)展端口等組裝 在一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)， 構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單 元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。小型PLC 一般為整體式結(jié)構(gòu)。2）模塊式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、 輸由單元、電源單元、智能 I/O單元等分別做成相應(yīng)的電路 板或模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸由模塊、電源模塊、 通信模塊和各種功能模塊等，各模塊可以插在帶有總線的底 板上。目前，大甲型PLC均采用模塊式結(jié)構(gòu)（如圖3-3所示）圖 3-3

17、大中型模塊式 PLC （2） PLC種類及型號選擇 PLC種 類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、FANAC、東芝等， 但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣 泛的的主要是西門子、三菱、 OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點數(shù)：實際輸入點18點，實際輸由點6點，綜合對比三菱FX系列 （包括 FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N 等）、西門子系列、OMRON系列各型號的PLC的價格、性能、實用場合等 各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：S7-200-226 （如圖3-4）,它有24個輸入點，16個輸由點， 滿足本系統(tǒng)的要求。圖3-4 S7-200 PLC 3.

18、2.3 PLC的輸入輸由端子分配 根據(jù) 所選擇的PLC型號，對本系統(tǒng)中 PLC的輸入輸由端子進(jìn)行 分配，如表3-1所示 西門子PLC（I/O）分揀系統(tǒng)接口 （I/O）備 注輸 入部分I0.0 UCP（計數(shù)傳感器）接旋轉(zhuǎn)編碼器I0.1SN（下料傳感器）判斷下料有無 I0.2 SA（電感傳感器）I0.3 SB（電容傳感器）I0.4 SC（顏色傳感器）I0.5 SD（備用傳感器）I0.6 SFW1（推氣缸1動作限位）I0.7 SEW2（推氣缸2動作限位）I1.0 SFW3（推氣缸3動作限位）I1.1 SFW4（推氣缸4動作限位）11.2 SFW5（下料氣缸動作限位）I1.3 SBW1（推氣缸1回位限

19、位）11.4 SBW2（推氣缸2回位限位）I1.5 SBW3（推氣缸3回位限位）11.6 SBW4（推氣缸4回位限位）I1.7 SBW5（下料氣缸回位限 位）I2.0 SB1（啟動）I2.1 SB2（停止）輸由部分Q0.0 M（輸 送帶電機(jī)驅(qū)動器）Q0.1 YV1（推氣缸1電磁閥）Q0.2 YV2（推氣 缸2電磁閥）Q0.3 YV3（推氣缸3電磁閥）Q0.4 YV4（推氣缸4 電磁閥）Q0.5 YV5（下料氣缸電磁閥）表3-1材料分揀裝置PLC輸入/輸由端子分配表 3.2.4 PLC輸入輸由接線端子圖 根據(jù)表1可以繪制由PLC的輸入輸由接線端子圖，如圖 3-5 所示。圖3-5 PLC輸入輸由接

20、線端子圖3.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 3.3.1輸入電氣元件 （1）電感傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸由的位置傳感器，用來檢測金屬物 體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體 在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生 渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減， 內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別由有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通 或斷。本系統(tǒng)選用M18X1X40電感傳感器，用該器件來檢測鐵質(zhì) 材料。接線圖如圖3-6,原理圖如圖3-7。圖3-6 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖圖3-7電感傳感器工作原理圖電感傳感器介紹：由鐵心和線

21、圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電 感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，具電 感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變 化而引起的。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比 于位移輸入量的電壓或電流輸由。電感式傳感器的特點是：無活動觸點、可靠度高、壽命長；分辨率高；靈敏度 高；線性度高、重復(fù)性好；測量范圍寬（測量范圍大時 分辨率低）；無輸入時有零位輸由電壓，引起測量誤差； 對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動態(tài)測量電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、

22、振動、應(yīng)變、 流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線 性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。（2）電容傳感器 電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸生的 位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極 板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生 變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用E2KX8ME1電容傳感器，用于檢測鋁質(zhì)材料, 原理圖如圖3-7。圖3-7電容傳感器工作原理圖電容傳感器介紹：用電

23、測法測量非電學(xué)量時，首先必須將被測的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換 為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換器；根據(jù)不 同非電學(xué)量的特點設(shè)計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被 測的力學(xué)量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。從能量轉(zhuǎn)換的角度 而言，電容變換器為無源變換器，需 要將所測的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、 壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量；這些量 又都是通過長度或者長度比值進(jìn)行測量的量，而其測量方法 的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變 化范圍極小，如果要求

24、測量極小距離或位移時要有較高的分 辨率，其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求，在精密測量 中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到15以m數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01以m,比前者提高了兩個數(shù)量級， 最大量程為1005以可因此他在精 密小位移測量中受到青睞。對于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測量， 一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜，主要是這類 傳感器具有以下突生優(yōu)點：測量范圍大其相對變化率可超過100% ;靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達(dá)10-7數(shù)量級； 動態(tài)響應(yīng)快，因其可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適 宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量；穩(wěn)定性

25、好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射下長 期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。(3) 顏色傳感器 選用TAOS公司生產(chǎn)的，型號為 TCS230顏色傳感器。此傳感器為 RGB(紅綠藍(lán))顏色傳感器，可檢測目標(biāo)物體 對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如圖3-8所示 圖3-8 TCS230顏色傳感 器RGB顏色傳感器介紹：TCS230是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率 的轉(zhuǎn)換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸由定標(biāo)、 單電源供電等特點；輸由為數(shù)字量，可直接與微處理器

26、連接。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一 個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(lán) (RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸由信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相 連接。由于輸由的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片 上集成有64個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器，16個光電二極管帶有綠色濾波器，16個光電二極

27、管帶有藍(lán)色濾波器，其余 16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地 減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度； 另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波 器。該傳感器的典型輸由頻率范圍從 2Hz500kHz ,用戶還可 以通過兩個可編程引腳來選擇 100%、20%或2%的輸由比例 因子，或電源關(guān)斷模式。輸由比例因子使傳感器的輸由能夠適應(yīng)不同的測量范圍， 提高了它的適應(yīng)能力。當(dāng)入射光投射到 TCS230上時，通過光電二極管控制

28、引腳 S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸由不同頻率的方波 （占空比是50%）,不同的顏 色和光強(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸由定標(biāo)控制引腳S0、S1選擇不同的輸生比例因子，對輸由頻率范圍進(jìn)行 調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。S0、S1用于選擇輸由比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是頻率輸由使能引腳，可以控制輸生的狀態(tài)，當(dāng)有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳 時，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸由引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。表3-2是S0、S1及S2、S3的可用組合。表3-2 S0、S1及S2、S3的組合選項

29、S0 S1輸由頻率定 標(biāo)S2 S3濾波器類型 L L關(guān)斷電源 L L紅色L H 20% L H藍(lán)色H L 20% H L無H H 100% H H綠色 （4） 光電傳 感器 光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測由其接 收到的光強(qiáng)的變化。用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形 設(shè)備，發(fā)射器帶一個校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收 器由電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛 形。本系統(tǒng)選用FPG系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。原理如圖3-9所示，其中負(fù)載可接至 PLC。圖3-9 FPG光電傳感器原理

30、圖 光電傳感器介紹: 光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成莫種電量的傳感器。光電傳感器采用光電元件作為檢測元件，首先把被測量的 變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓缓蠼柚怆娫M(jìn)一步將光信號 轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、 光學(xué)通路和光電元件 3部分組成。光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光敏器件。它可用于檢測直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來檢測 能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且 可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器已成為系列產(chǎn) 品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格 的產(chǎn)品，它在機(jī)

31、電控制、計算機(jī)、國防科技等方面的應(yīng)用都 非常廣泛。3.3.2 輸由電氣元件 （1）旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與 步進(jìn)電機(jī)連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計 數(shù)器，并提供脈沖輸入。它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。傳送至相應(yīng)的傳感器時， 發(fā)生信號到PLC ,以進(jìn)行分揀, 也可用來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用E6A2CW5c旋轉(zhuǎn)編碼器，原理如圖3-10所示。圖3-10旋轉(zhuǎn)編碼器原理 旋轉(zhuǎn)編碼器介紹: 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。它分為單路輸出和雙路輸由兩種。單路輸由是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸由是一組脈沖，而雙路輸由的

32、旋轉(zhuǎn)編碼器輸由兩組相位差 90度的脈沖，通過這兩組脈 沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號原理來分，可分為增量脈沖編碼器 （SPC）和絕對脈沖編碼器（APC）兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位 置控制系統(tǒng)的檢測元件。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻 璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直 接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精 度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料 碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要 差一些。工作原理如下：由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有 光電發(fā)射和接收器件讀取，獲

33、得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差 90度相位差（相對于一個周波 為360度），將C、D信號反向，疊加在 A、B兩相上，可增 強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸由一個 Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較 A相在前還是B 相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲 得編碼器的零位參考位。分辨率：編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率， 也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000 線。信號輸由：信號輸由有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、 HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中 TTL為長線差分驅(qū)動（對稱

34、 A, A-; B, B-; Z, Z-）, HTL 也稱推拉式、推挽式輸由，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與 編碼器對應(yīng)。信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機(jī)，PLC和計算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有 低有局。如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。A、B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A-, B、B-, Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連 接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0,衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸生的編碼器，信號傳輸距 離可達(dá)150米。對于HTL的

35、帶有對稱負(fù)信號輸生的編碼器，信號傳輸距 離可達(dá)300米。（2）電磁閥 本系統(tǒng)使用了五個由三位五通的帶手控開 關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這五個閥分別對推料、金屬鐵、金屬鋁、紅色非金屬和黑 色非金屬氣缸的氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。圖3-10電磁閥組 所采用的電磁閥所帶手控開關(guān)有鎖定 （LOCK）和開啟（PUSH） 2種位置。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時，使手控開關(guān)處于開啟位置，可以使用 手控開關(guān)對電磁閥組進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對相應(yīng)氣路的控 制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。分揀單元的兩個電磁閥安裝時需注意，一是安裝位置， 應(yīng)使得工件從滑槽中間推由，二是要安裝水平，或稍微略向

36、 下，否則推由時導(dǎo)致工件翻轉(zhuǎn)。3.3.3 執(zhí)行電氣元件（1）泵的認(rèn)識與選擇 氣泵包括：空氣壓縮機(jī)安全保護(hù)器、 儲氣罐、主管道過濾器、壓力開關(guān)、 過載壓力表、氣源開關(guān)（如圖 3-11所示） 圖3-11氣泵及其 周圍元件氣源處理組件是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器 件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的水位，在超 過最高標(biāo)線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個快速氣路開關(guān)，用于 啟/閉氣源，當(dāng)把氣路開關(guān)向左拔由時，氣路接通氣源，反之 把氣路開關(guān)向右推入時氣路關(guān)閉。（2）空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮

37、空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備（如圖 3-2所示）。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。本設(shè)計選用容積型壓縮機(jī)。.空壓機(jī)供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、考慮未來擴(kuò)充設(shè)備所 需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運 轉(zhuǎn)、氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設(shè)備是否同時連續(xù) 使用等）。其公式為 Q為氣動系統(tǒng)的最大耗氣量（m3/Min ）, K為 修正系數(shù)。一般可取=1.31.5。有了供氣壓力與供氣量，按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號圖3-

38、2壓縮機(jī)及儲氣罐(3)儲氣罐 儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸由氣流的脈動，使輸由氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定， 也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)(如 圖3-2所示)。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10%,并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計選用立式儲氣罐，因為它的進(jìn)氣口在下，由氣口在 上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。(4)推料氣缸 本系統(tǒng)的推料氣缸由單向電控閥控制。(5)步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起。可以通過控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確 定位的目的。同時，可以通過控

39、制脈沖頻率來控制材料分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號為 42BYGH101 o序號 名稱 型號 數(shù)量 備注 品牌或 公司1 PLC S7-200 CPU226 1 24輸入，16輸由，繼電器輸由形式 西門子2靜 音空氣壓縮機(jī) FB-0.048/7 1噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可 靠，功率0.55KW 韓國SANWO 3氣閥 SVK0120 5先導(dǎo)式電磁換向閥，交流：110v,220v (50hz) 直流：24V 韓國SANWO 4 氣缸 SCDJB10-45S 5產(chǎn)品與氣閥的型號相配套，推動物料進(jìn)行分揀 韓國SANWO 5旋轉(zhuǎn)編 碼器E6A2CW5

40、c 1產(chǎn)品與步進(jìn)電機(jī)配合使用，為傳送帶提供動力6步進(jìn)電機(jī)42BYGH101 1產(chǎn)品與旋轉(zhuǎn)編碼器配合使用，為傳送帶提供動力 7磁感應(yīng) 開關(guān)D-C73 5額定電壓：DC24V AC110V 額定電流：DC:540mA AC: 520mA氣缸回位限位開關(guān)易電國際集團(tuán)8接近開關(guān) CAT2-12GM 5靜電容量式接近開關(guān)判斷物料是否到位 易電國際集團(tuán) 9光電開關(guān) E3R-5DE4 1判斷有 無物料 歐姆龍10電感式 接傳感器 M18X1X40 1額定電壓：DC:636V額定電流：300mA 百斯特 11電容式傳感器 E2KX81ME1 1靜電容量型近接開關(guān) 額定電壓：DC1224V(DC1030V)歐姆

41、龍 12顏色傳感器 TCS2301額定電壓：DC:1224V額定電流:400mA 美國 TAOS 13內(nèi)置電源 MD35-34 1 輸入電壓：AC220伏 M5% 輸由電壓：DC24伏 DADONG 14滑槽 4鋁合金15傳送帶1表3-3主要元器件清單 第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計第三章中已對系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計，通過各類輸入輸由元器件為實現(xiàn)系 統(tǒng)功能做好了準(zhǔn)備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類 元器件通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，實現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。4.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫由程序流程圖，如 圖4-1所示。圖4-1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選

42、擇連續(xù)或單次運行 工作狀態(tài)。若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖中的汽缸4動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運行，則汽缸4動作后停 機(jī)。如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進(jìn)行數(shù) 量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應(yīng)用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計數(shù)器計數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達(dá) 傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進(jìn)行分揀處理。在汽缸13動作后，電機(jī)重新運行，高速計數(shù)器也重新 計數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測到物體，則電機(jī)重新運行， 高速計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù)運行到下一位置。如果只對材料的莫一特性進(jìn)行分揀，比如只分揀金屬和 非金屬，則只需對傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。4.2 西門子編程軟件、模擬仿真軟件近年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個人計算機(jī)的圖示化編程軟件，例如西 門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7 Mi