PLC分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、PLC分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1緒論 分揀裝置簡(jiǎn)介 第1頁(yè)共29頁(yè) 分揀是把很多物品按種類從不同的地點(diǎn)分配到所設(shè)置 的場(chǎng)地。按分揀手段的不同，可分為人工分揀和機(jī)械化分揀。 自動(dòng)分揀提高了勞動(dòng)的生產(chǎn)力，將貨物從分揀系統(tǒng)送到 指定的位置，按指令自動(dòng)分揀來(lái)完成的。這種裝置是接受分 揀指令的控制裝置、計(jì)算機(jī)組成的，把到達(dá)分揀位置的物料 送到指定位置的的搬運(yùn)裝置。因?yàn)樗械囊粋€(gè)機(jī)械化作業(yè)， 因此，能夠處理更大的排序，排序物種的數(shù)量也較多。 隨著社會(huì)的進(jìn)步，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，行業(yè)迫切需要排序， 以提高生產(chǎn)效率，提高分揀技術(shù)，在過(guò)去，我們一直使用人 工分揀，這不僅增加了成本，

2、向后梳理的效率，自動(dòng)化 PLC 分揀設(shè)備不僅可以連續(xù)，大批量的排序，而且非常靈活，誤 差非常低，所以分頁(yè)模式是現(xiàn)代工業(yè)的雛形。 課題研究的意義 分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí) 的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先 進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分 揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)的機(jī)械化 操作，它可以在惡劣的環(huán)境下操作，避免人為直接去操作， 從而保障人生安全。可以在大部分的機(jī)械制造部門使用，比 如冶金，礦山，原子能，核電站等較為高危的產(chǎn)業(yè)。在物料 分揀中分料盤有著重要的作用，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使分料 盤完成相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)物

3、料的分揀。于同樣實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 分揀，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也較廣泛地使用。 使其適應(yīng)了工業(yè)等的需要。本課題試圖開發(fā) PLC對(duì)物料 與分揀物料的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)?不同顏色以及種類的物料按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，適用 于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性 生產(chǎn)線。采用PLC控制的分揀裝置，需要預(yù)先設(shè)定程序來(lái)實(shí) 現(xiàn)物料的分揀，可以代替人工在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間的 單調(diào)作業(yè)，當(dāng)分揀的產(chǎn)品發(fā)生變化時(shí)，只需要改變物料傳感 器，對(duì)氣缸進(jìn)行新的分配任務(wù)，再對(duì)位置進(jìn)行重新布置，重 新進(jìn)行編程，就可以很快地投產(chǎn)，從而降低了安裝和轉(zhuǎn)換工 作所產(chǎn)生的費(fèi)用。 主要研究任務(wù) 淮

4、陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 擬訂控制系統(tǒng)的總體方案 第2頁(yè)共29頁(yè) 分析的工作過(guò)程，選擇合適的控制系統(tǒng)，擬訂 PLC分揀 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案。 PLC分揀控制系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 根據(jù)控制系統(tǒng)要求分析其控制過(guò)程，完成硬件部分的設(shè) 計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 選擇PLC的型號(hào)； 分配I/O端口；繪制I/O外圍接線 圖；選擇傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器型號(hào)。 PLC 分揀裝置控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)分揀裝置所要實(shí)現(xiàn)的控制要求，繪制出合適的梯形 圖，實(shí)現(xiàn)PLC分揀裝置控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)分揀過(guò)程的可靠控制。 2 .材料分揀裝置總體方案設(shè)計(jì) 材料分揀裝置工作過(guò)程概述 如圖2-1所示為

5、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 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第3頁(yè)共29頁(yè) 分揀裝置采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，還有 5個(gè)氣缸，步 進(jìn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器，電磁閥，氣動(dòng)調(diào)節(jié)器，過(guò)濾器，壓力 指示和其他組件。選擇顏色識(shí)別傳感器和電容式傳感器和電 感式傳感器，并可以調(diào)整傳感器的位置。 不同的物料塊在料斗中，隨著程序的運(yùn)行，在電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行時(shí)，帶開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 運(yùn)行后，氣缸 5動(dòng)作，將物塊推到傳 送帶中。此時(shí)傳送電機(jī)停止，以便物塊放正位置。過(guò)秒后， 電機(jī)又開始運(yùn)行。如果程序運(yùn)行，料斗沒有對(duì)象，然后經(jīng)過(guò) 一定時(shí)間后自動(dòng)停止。之后的第一個(gè)塊被引入到帶一定距離 的前行，然后推出了

6、第二個(gè)對(duì)象塊。 然后再推出第三個(gè)物塊， 過(guò)程和推出第一個(gè)物塊相同。當(dāng)在旁邊對(duì)應(yīng)的傳感器模塊， 傳感器就會(huì)動(dòng)作，此時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥控制缸體推就是將 它插入相應(yīng)的插槽材料。 各傳感器依次分別為，電感傳感器，可檢測(cè)出鐵質(zhì)物塊； 電容傳感器，可檢測(cè)出金屬物塊；顏色傳感器，可檢測(cè)出不 同的顏色。備用傳感器可選用顏色傳感器或者物體檢測(cè)傳感 器。當(dāng)鐵是通過(guò)第一傳感器塊被整理出來(lái)，當(dāng)鋁是通過(guò)第二 傳感器塊被整理出來(lái)，非金屬塊某些顏色上的第三傳感器被 分揀出來(lái)。不同的在過(guò)第四傳感器時(shí)分揀出。 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：AC220V消耗功率：小于50VA環(huán)境溫度范圍: -5?40 °C 氣源：大于且小于

7、 控制要求：料槽中有料時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)料時(shí)走完一個(gè)行 程自動(dòng)停機(jī)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)。 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)基本功能如下： 分揀出金屬和非 金屬分揀某一顏色塊 分揀出金屬中某一顏色塊 分揀出非金屬中某一顏色塊 分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 分揀顏色為：紅、綠、藍(lán)分揀材料為：鐵、鋁、塑料 系 統(tǒng)的控制要求 第4頁(yè)共29頁(yè) 系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行檢測(cè)并分類。當(dāng)物 料經(jīng)下料裝置送入傳送帶以后，依次經(jīng)過(guò)各種傳感器的檢 測(cè)。如果被某傳感器測(cè)中，則通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)閥將其推入料 箱；否則，繼續(xù)前行。其控

8、制要求有如下 9個(gè)方面： 系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖 電機(jī)運(yùn) 行，帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行 有物料時(shí)，下料汽缸動(dòng) 作，將物料送出 當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到有鐵質(zhì)的物料時(shí)，推汽缸 1動(dòng)作 當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到有鋁質(zhì)的物料時(shí)，推汽缸 2動(dòng)作當(dāng)顏 色傳感器檢測(cè)到有某一顏色物料時(shí)，推汽缸 3動(dòng)作 其他 物料被送到SD位置時(shí)，推汽缸4動(dòng)作 汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作 限位保護(hù) 下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī) 在控制裝置的選擇上，我們想到了單片機(jī)和 PLC,對(duì)這 兩種控制方式進(jìn)行比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn) PLC的通用性強(qiáng)、可靠性 高、抗干擾的能力好，此外 PLC的I/O 口采用光電隔離，有 效的

9、將內(nèi)部電路與外部電路進(jìn)行隔離，而且各模塊之間相互 屏蔽，PLC還具有很好的自我診斷功能，在大型的 PLC中， 我們通過(guò)使用雙 CPU和三CPU成功提高可靠性，再結(jié)合實(shí)際 的工作場(chǎng)地，可能為有毒或者高危的環(huán)境，這些 PLC都可以 輕松的勝任，因此我們最終決定使用 PLC為我們的控制系統(tǒng)。 PLC控制分揀設(shè)備包括 PLC技術(shù)，傳感器技術(shù)，氣動(dòng)技術(shù)， 位置控制技術(shù)。要想進(jìn)行 PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)的設(shè)計(jì)，首先 必須對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，搞清楚控制對(duì)象的工藝流 程、注意事項(xiàng)，明確控制要求。 [1] 3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC控制系

10、統(tǒng)的要求，確定所需的輸入、輸出設(shè)備，選擇合 適的PLC,并分配I/O點(diǎn)。 [2] 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3-1所示。 第5頁(yè)共29頁(yè) 圖3-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 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(diǎn)數(shù)， 選擇PLC的型號(hào)，然后進(jìn)行I/O分配。 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，輸入部分：含有 2個(gè)開關(guān)信號(hào)， 6個(gè)不同的傳感器信號(hào)，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(cè)下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感 器。此外，還有5個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，5個(gè)動(dòng)作限位信號(hào) 和5個(gè)回位限位信

11、號(hào)。輸出部分：包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接 觸器，和5個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需 24個(gè)I/O 點(diǎn)， 即18個(gè)輸入，6個(gè)輸出。PLC的選擇 PLC的選擇主要應(yīng)從 PLC的機(jī)型、存儲(chǔ)容量、電源模塊、 I/O模塊等方面進(jìn)行綜合的考慮，在滿足功能要求并且安全 可靠、維護(hù)方便的前提下，選取性價(jià)比最高的 PLC機(jī)型。 因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本幾項(xiàng)原 則：最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制 要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重 要的一項(xiàng)原則。這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第6頁(yè)共29頁(yè) 前

12、就要進(jìn)行深入的調(diào)查與研究，收集相關(guān)的國(guó)內(nèi)外資 料，同時(shí)還要積極配合現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員、管理人員以及現(xiàn)場(chǎng) 操作人員，共同擬定控制系統(tǒng)的總體方案，最終解決設(shè)計(jì)中 所遇到的困難和問(wèn)題。 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的重要原則是保證該控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng) 期安全、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。這就需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè) 計(jì)、元器件的選擇和軟件編程等方面全面考慮，以確?？刂?系統(tǒng)的安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC程序不僅能在正常條 件下運(yùn)行，而且在特殊情況下，例如在按錯(cuò)按鈕或者突然掉 電再上電等情況下，設(shè)備也能正常工作。 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量

13、，帶來(lái) 巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、 設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要 求的前提下，一方面要注意不斷地增加工程的效益，另一方 面也要考慮工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不能只顧著追求高 自動(dòng)化和高效益，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅應(yīng)該簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，還 要使控制系統(tǒng)降低成本的同時(shí)使用和維護(hù)也方便，這對(duì)設(shè)計(jì) 人員來(lái)說(shuō)比較困難。 適應(yīng)發(fā)展的需要 于技術(shù)在不斷發(fā)展，因此，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也會(huì)不斷 地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需 要。這就要求設(shè)計(jì)者在選擇 PLC確定輸入/輸出模塊、分配 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，要留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚詽M足今后設(shè)備的發(fā)展和 工藝的改

14、進(jìn)的需要。 根據(jù)對(duì)本課題的了解，本課題的 I/O點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)輸入、 6點(diǎn)輸出?？紤]到要留有適量的余量以做備用，因此，一般 可以按實(shí)際需要的 10%- 15%選擇［3］。綜合上述的幾個(gè)選用 原則，CPU224加兩個(gè)擴(kuò)展模塊和 CPU226都滿足要求。但是 考慮到若使用CPU224輸出模塊中只用到一個(gè)輸出點(diǎn)，造成 不必要的浪費(fèi)。在定義號(hào)分配時(shí)也必須根據(jù)模塊上的點(diǎn)進(jìn)行 分配，比較麻煩。使用 CPU226輸入輸出點(diǎn)都滿足要求而且 還有一定的余量空間，分配定義號(hào)時(shí)也比較的方便。因此， 我選擇了 S7-200 CPU226DC/DC/DC 它的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 24/16, 可以滿足需要。CPU22

15、6的主要技術(shù)參數(shù)如表。 表CPU226主要技術(shù)參數(shù) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 CPU226技術(shù)數(shù)據(jù) 描述 物理特性 尺寸(W X H X D) 重量功耗I/O 特性本機(jī)數(shù)字量輸入本機(jī)數(shù)字量輸出 本機(jī)模擬量輸入 本機(jī)模擬量輸出 常規(guī)特性 定時(shí)器總數(shù) 1ms 10ms 100ms計(jì)數(shù)器總數(shù) 時(shí)間中斷 邊沿中斷 集成 的通信功能 接口 輸入電源 輸入電壓 輸入電流2個(gè) RS-485接口 256 個(gè)4 個(gè)16個(gè)236 個(gè)24 輸入16 輸出 無(wú)無(wú)第7頁(yè)共29頁(yè) CPU 226 DC/DC/DC 196 x 80 x 62 mm 550 g 11 W 256(超級(jí)電容或電池備份)2個(gè)1ms

16、分辨率4個(gè)上升沿和/ 或 4 個(gè)下降沿 至 VDC 150mA (僅 CPU 24 VDC)/1050mA (最大負(fù)載，24 VDC) PLC的輸入輸出端子分配 根據(jù)所選擇的PLC型號(hào)，對(duì)本系統(tǒng)中PLC的輸入輸出端 子進(jìn)行分配，如表所示： 表 材料分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配表 西門子PLC（I/O） 分揀系統(tǒng)接口 （I/O） UCP（計(jì)數(shù)傳感器）SN（下料傳感器 光電傳感器）SA（電感傳感器）SB（電容傳感器）備注接旋 轉(zhuǎn)編碼器 判斷下料有無(wú) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 輸 入 部 分 輸 出 部 分 SC（顏 色傳感器）SD（備用傳感器）SFW1（推氣缸1動(dòng)作限位） SEW2

17、推氣缸2動(dòng)作限位）SFW3推氣缸3動(dòng)作限位）SFW4推 氣缸4動(dòng)作限位）SFW5（下料氣缸動(dòng)作限位）SBW1（推氣缸1 回位限位）SBW2（推氣缸2回位限位）SBW3（推氣缸3回位限 位）SBW4（推氣缸 4回位限位）SBW5（下料氣缸回位限位 ） SB1（啟動(dòng)）SB2（停止）M（輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）YV1（推氣缸1 電磁閥）YV2（推氣缸2電磁閥）YV3（推氣缸3電磁閥）YV4（推 氣缸4電磁閥）YV5（下料氣缸電磁閥） 第8頁(yè) 共29 頁(yè) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第9頁(yè)共29頁(yè) 圖PLC輸入輸出接線端子圖 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 主要是對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器和各個(gè)傳感器的選擇，并對(duì)其作簡(jiǎn)

18、 要介紹。 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，主要是用來(lái)實(shí) 現(xiàn)調(diào)速的功能。它分為單路的輸出和雙路的輸出兩種。主要 的技術(shù)參數(shù)有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和供電電壓。其中單路輸出輸出的 是一組脈沖，另一種是雙路輸出，它輸出的是 A/B相位差為 90度的脈沖，這種輸出方式不僅可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速， 還可判 斷旋轉(zhuǎn)方向。因此我們這個(gè)系統(tǒng)可以選用 E6A2CW5C旋轉(zhuǎn)編 碼器,具體的原理如圖3-3所示。 [4] 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第10頁(yè)共29頁(yè) 光電碼盤 圖3-3 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 工作原理：光學(xué)編碼器的中心軸，有明暗交替刻線的環(huán)， 通讀光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，有 A，B，C，

19、D四相正弦波90度， 如果在C D信號(hào)被疊加在一個(gè)中，B兩個(gè)階段，將在信號(hào)增 加了穩(wěn)定作用；每轉(zhuǎn)輸出一個(gè) Z相脈沖代表零位參考位。我 們可以通過(guò)A相在前還是B相在前判別編碼器是在正轉(zhuǎn)還是 在反轉(zhuǎn)。 信號(hào)輸出：常見的輸出信號(hào)為正弦波，方波，集電極開 路和推拉式等多種形式。信號(hào)輸出需要與信號(hào)接收設(shè)備接口 相對(duì)應(yīng)。 信號(hào)連接：編碼器脈沖信號(hào)通常連接到計(jì)數(shù)器， PLC, 計(jì)算機(jī)和模塊PLC與計(jì)算機(jī)連接具有高速模塊和低模塊，分 別，開關(guān)頻率也高點(diǎn)和低點(diǎn)。如果單相連接，則是用于單向 計(jì)數(shù)，單相測(cè)速。A B兩相連接，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反向計(jì) 數(shù)、判別方向和測(cè)速的功能。 ABZ三相連接，增加了

20、Z向是 為了修正零參考位。這種編碼器抗干擾能力好，因此可以傳 輸較遠(yuǎn)距離。其中方波信號(hào)帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的編碼器，信號(hào) 傳輸 [5]距離可達(dá)150,米，更遠(yuǎn)的可以達(dá)到 300米。 電感傳感器 電感式位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)金屬的物體。 主要結(jié)構(gòu)： LC高頻振蕩器和放大的處理電路。工作原理：金屬物體在 接近電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流。 這個(gè)渦流反作 用于接近開關(guān)，從而使接近開關(guān)振蕩的能力減減，內(nèi)部電路 的參數(shù)便會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。 此，可識(shí)別出有無(wú)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。接線圖如圖 3-4，原理圖如圖3-5。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

21、說(shuō)明書 第11頁(yè)共29頁(yè) 圖3-4 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖 圖3-5 電感傳感器工作原理圖 電感傳感器的介紹： 主要是鐵心和線圈組成。工作原 理：將直線或角位移的大小變化轉(zhuǎn)換為線圈的電感量，因此 又被叫做電感式位移傳感器 [6]。傳感器的線圈匝數(shù)和材料 的導(dǎo)磁系數(shù)是恒定不變的，它的電感量的變化與位移輸入量 有關(guān)，位移輸入量會(huì)引起線圈磁路幾何尺寸的變化。當(dāng)我們 把線圈接入測(cè)量電路并通過(guò)激勵(lì)電源的時(shí)候，就可以獲得和 位移輸入量成正比的電壓的輸出或者電流的輸出。 電感式傳感器的特點(diǎn)是： ①?zèng)]有活動(dòng)的觸點(diǎn)、可靠度高、 使用壽命長(zhǎng)；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、

22、重復(fù) 性好；⑤測(cè)量范圍寬；⑥無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè) 量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不 適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。 電容傳感器 電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一 種接近式開關(guān)。物體間的電容量和它自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過(guò) 改變自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)改變物體間的電容量，從而對(duì)被測(cè)量 的量進(jìn)行檢測(cè)，這就是電容式傳感器的測(cè)量原理。利用電容 式的這種測(cè)量原理，做出來(lái)的傳感器就叫做電容傳感器。我 們通過(guò)這個(gè)反應(yīng)，就可以控制開關(guān)的接通和斷開。在我們這 個(gè)系統(tǒng)中，可以選用型號(hào)為 E2KX8ME1的電容傳感器，具體 的原理圖如下圖所示。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第12頁(yè)共2

23、9頁(yè) 圖3-6 電容傳感器工作原理圖 介紹了電容傳感器：用于測(cè)量非電量電測(cè)的方法，我們 必須首先了解被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量和輸入。沒有例外， 和長(zhǎng)度的直線位移，角位移，時(shí)間，距離，厚度，拉伸，壓 縮力學(xué)量，膨脹變形量是密切相關(guān)的；這些數(shù)量或數(shù)額的長(zhǎng) 度比的測(cè)量，以及關(guān)系的測(cè)量方法也很關(guān)閉。此外，在一定 的條件下，力學(xué)量的變化相當(dāng)緩慢，在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變 化。如果測(cè)量的要求，具有較高的分辨率和其他傳感器的最 小距離和位移是難以實(shí)現(xiàn)的高精度，在動(dòng)態(tài)變壓器廣泛使用 精密測(cè)量傳感器的分辨率僅達(dá)到 1到5米量級(jí)的差異；和一 個(gè)電容測(cè)微儀，其分辨率為 m，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)， 為100 ± 5

24、卩m的最大范圍，所以他在小位移精密測(cè)量的青睞。 對(duì)于力學(xué)量的測(cè)量，尤其是對(duì)緩慢變化的量或微小量的測(cè) 量，一般采用電容式傳感器進(jìn)行測(cè)量，主要是因?yàn)檫@種類型 的傳感器有以下的優(yōu)點(diǎn)： ① 測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過(guò) 100%; ② 靈敏度高，如用比率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量 可達(dá)10-7數(shù)量級(jí)； ③ 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，因?yàn)樾〉囊苿?dòng)質(zhì)量，固 有頻率高，高頻率特性適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量 ，也可以是靜態(tài)的測(cè) 量; ④ 穩(wěn)定性好，因?yàn)榻饘俨牧系碾娙莅澹逡r里之間為無(wú) 機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英、等等，因此可以在高溫、 低溫強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射工作很長(zhǎng)一段時(shí)間 ，特別是在高溫高壓 環(huán)境下檢測(cè)的問(wèn)題。 顏

25、色傳感器 ⑺ 顏色傳感器主要是通過(guò)目標(biāo)物體反射的顏色來(lái)檢測(cè)，以 便識(shí)別物體的顏色，在顏色傳感器的選擇上，我們需要它能 識(shí)別出紅綠藍(lán)這三種顏色。在這里我們選擇陶斯公司生產(chǎn)、 TCS230顏色傳感器。TCS230傳感器引腳如圖3-7所示 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第13頁(yè)共29頁(yè) 圖3-7 TCS230顏色傳感器 RGB顏色傳感器介紹： TCS230是美國(guó)TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻 率的傳感器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與 輸出定標(biāo)、單電源供電等特點(diǎn)；輸出為數(shù)字量，可直接與微 處理器連接。 TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯 片上集成

26、有64個(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。 其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器； 16個(gè)光電二極管帶 有綠色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器；其余 16 個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過(guò)全部的光信息。 S0和S1用于選擇功率輸出比例因子或關(guān)閉模式 ；S2、S3 是用來(lái)選擇濾波器的類型 ；0E頻率輸出使銷，可以控制的輸 出狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)微處理器芯片引腳共享的輸入密碼時(shí) ，也 可以作為一個(gè)選擇信號(hào)；是頻率輸出引線和接地的接地針芯 片,VCC提供芯片的工作電壓。表為 SO和S1和S2、S3可用 的組合。 表TCS230光電二極管類型 50 L L H H 51 L H L H

27、輸出頻率定標(biāo) 關(guān)斷電源20% 20% 100% 52 L L H H 53 L H L H 濾波器類型紅色藍(lán)色無(wú)綠色 光電傳感器 光電傳感器是一種將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)量的變 化。再通過(guò)光電元件把光學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。 它一般光源、光學(xué)通路、光電器件三部分組成。被測(cè)量作用 于光源或光學(xué)通路。在金屬缸小白熾燈作為光源。這些小但 是今天強(qiáng)大的白熾光傳感器的光電傳感器的原型。系統(tǒng)選擇 FPG系列放大器內(nèi)藏式光電傳感器。 原理如圖3-8所示，負(fù)載 可以連接到PLCo 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第14頁(yè)共29頁(yè) 圖3-8 FPG光電傳感器原理圖 光電傳感器是一種感光光信號(hào)

28、轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。它 可以被用來(lái)測(cè)量光強(qiáng)度變化，同時(shí)它也可以用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)化 為其他非電量的變化。光電檢測(cè)方法具有精度高 ，反應(yīng)快，非 接觸，可測(cè)量的參數(shù)。傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，形式靈活多樣，體 積小。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列 產(chǎn)品，品種和產(chǎn)量增加，用戶可以選擇多種規(guī)格的產(chǎn)品 ，根據(jù) 需要在機(jī)械和電氣控制、計(jì)算機(jī)、國(guó)防科技、和其他方面的 應(yīng)用是非常廣泛的。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)皮帶輸送材料 ，旋 轉(zhuǎn)編碼器可以通過(guò)控制脈沖的數(shù)量和角位移量 ，從而達(dá)到定 位的目的 [10] [9] 。通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制物料分揀設(shè) 備的PLC的電機(jī)

29、轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選 用的型號(hào)為42BYGH101 4.控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的核心，該方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 是根據(jù)控制要求和流程，并設(shè)計(jì)繪制流程圖地位的階梯 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個(gè)設(shè)備的操作的內(nèi)容 和操作的順序，可畫出程序流程圖，如圖 4-1所示。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第15頁(yè)共29頁(yè) 圖4-1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可以選擇連續(xù)或單運(yùn)行狀態(tài)。如果它是在連續(xù)操 作中，氣缸4的動(dòng)作之后，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程，然后轉(zhuǎn)到程 序的開始；如果它是一個(gè)單一的運(yùn)行， 關(guān)機(jī)操作后缸體4。如 果需要，該系統(tǒng)可以被分類上的材料的分

30、選， 而統(tǒng)計(jì)的數(shù)目， 這僅可在每個(gè)氣缸的動(dòng)作進(jìn)行累積。高速計(jì)數(shù)器編程的應(yīng) 用，可以實(shí)現(xiàn)定位控制系統(tǒng) [12] 。算匝步進(jìn) 電機(jī)具有一個(gè)高速計(jì)數(shù)器的匝數(shù)，以確定的距離的傳感 器材料，以實(shí)現(xiàn)定位。定位時(shí)，電機(jī)停止，計(jì)數(shù)器清零，傳 感器開始對(duì)材料分揀過(guò)程的工作。氣缸 1至3行動(dòng)后，電機(jī) 重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒有 檢測(cè)對(duì)象，電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也繼續(xù)運(yùn)行 [13] 。運(yùn)行到下一個(gè)位置。如果材料的僅某些特征進(jìn)行排序， 女口，排序的唯一的金屬和非金屬，只需將傳感器或程序 可以被修改。 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)所繪制的流程圖，在軟件中編寫梯形圖的程序。程 序

31、清單見附錄。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第16頁(yè)共29頁(yè) 此指令為高速脈沖輸出指令，當(dāng)使能端輸入有效的時(shí) 候，檢測(cè)用程序設(shè)置的特殊功能寄存器位，激活控制位定義 得脈沖操作，從或輸出高速脈沖 此指令為高速計(jì)數(shù)器定義指令，使能輸入有效時(shí)，為指 定的高速計(jì)數(shù)器分配一種工作模式。 高速計(jì)數(shù)是用來(lái)累計(jì) 比PLC掃描頻率更高的脈沖輸入 此指令為高速計(jì)數(shù)器指令，使能輸入有效時(shí)，根據(jù)高速 計(jì)數(shù)器特殊存儲(chǔ)器位的狀態(tài)，并按照 HDEF指令指定的模式， 設(shè)置高速計(jì)數(shù)器并控制其工作。 下面對(duì)所編寫梯形圖作簡(jiǎn)要的介紹： 以上為主程序，首先啟動(dòng)后，得電并自鎖，為之后電動(dòng) 機(jī)得電做 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)

32、計(jì)說(shuō)明書 零，并調(diào)用子程序。 第17頁(yè)共29頁(yè) 好準(zhǔn)備，為停止按鈕。當(dāng) PLC處于RUN莫式時(shí)，通電一 個(gè)周期，復(fù)位清 以上為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖 指令的特殊功能寄存器進(jìn)行初始化，然后當(dāng)檢測(cè)到有料時(shí)， 啟動(dòng)PLS指令；如果檢測(cè)沒有物料時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器 T30,延 時(shí)30秒自動(dòng)停機(jī)。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第18頁(yè)共29頁(yè) 以上為子程序中的高速計(jì)數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計(jì)數(shù)指 令的初始化操作，當(dāng)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光電碼盤發(fā)出脈 沖，并輸入PLC的接收端，高速計(jì)數(shù)指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。其中設(shè)定預(yù)置值為 50， 當(dāng)計(jì)數(shù)至50時(shí)，

33、調(diào)用中斷程序。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第19頁(yè)共29頁(yè) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第20頁(yè)共29頁(yè) 上面的是中斷程序，當(dāng)高速計(jì)數(shù)指令達(dá)到事先設(shè)置的數(shù) 值的時(shí)候，這時(shí)物料移動(dòng)到傳感器所在的位置，得電，這時(shí) 高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)也停止轉(zhuǎn)動(dòng)。于汽缸動(dòng)作需要 1秒的時(shí)間，需要電機(jī)停轉(zhuǎn)一秒后才繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物料被相 應(yīng)的傳感器檢測(cè)中后，相應(yīng)的汽缸會(huì)將物料推到指定的料箱 中。，，，，，這些是汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉 合，，，，，，這些是汽缸的動(dòng)作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為斷 開。汽缸動(dòng)作時(shí)，回位限位開關(guān)斷開，動(dòng)作限位開關(guān)閉合。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 附錄 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序清單 第26頁(yè)共29頁(yè) //啟動(dòng)，停止 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第27頁(yè)共29頁(yè) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第28頁(yè)共29頁(yè) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第29頁(yè)共29頁(yè)