自動(dòng)分揀系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明

1、工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題名稱10電氣301廖國 強(qiáng)王俊洲專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師自動(dòng)生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)二0三年 月摘要PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC各傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、通用靈活、 可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等 一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。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(jì) 成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以 PLC為主控制器

2、，結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技 術(shù)、位置控制等技術(shù)，現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn)，可根據(jù)不同對(duì)象，稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞：可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器ABSTRACTPLCcon trol is the most com monly used in dustrialautomati on con trol method,because of its convenient con trol to withsta nd an adverse en vir onmen t, it is better tha n MCUto ntrol

3、in the in dustrial. PLCtraditi onal relay con trol tech no logy, computer and com muni cati on tech no logies are in tegrated specifically for in dustrial con trol and desig n, have stro ng fun ctio n, com mon flexible, high reliability and en vir onmen taladaptability, andprogram ming simple, easy

4、to use and small size, light weight, a series of low-power adva ntages in in dustrial applicati ons become more exte nsive.This paper focuses on the PLCin the canned beverage production, The design of an automatic sortingdevice with low cost and high efficiencyispresented in the paper, which regards

5、 programmable logic controller( PLC)as the master con trollerand comb ines pn eumatic device, sensing tech no logy,positi on con trol and other tech no logyto impleme nt automatic selecti ng ofthe products live. The device is characteristic of high automation, steady running, high precision and easy

6、 control,which can fulfill the requirementaccording to different situations with little modifications.Key words： programmable logic controller ，sorting device，control system，sen sors目錄目錄第一章緒論第二章材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)2.1材料分揀裝置工作過程概述2.2系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求第三章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 234563.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 63.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 63.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 9

7、第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)154.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 154.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 16第五章控制系統(tǒng)的調(diào)試 205.1硬件調(diào)試 205.2軟件調(diào)試 205.3整體調(diào)試 20結(jié)論21總結(jié)22參考文獻(xiàn)23第一章緒論自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automated Sorting System)是二次大戰(zhàn)后率先在美國、日本的物流中 心中廣泛采用一種自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少 的一部分。該系統(tǒng)的作業(yè)過程可以簡單描述如下：流動(dòng)中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過各種運(yùn)輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時(shí)間將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，將這

8、些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)(如指定的貨 架、加工區(qū)域、出貨站臺(tái)等)，同時(shí)，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物 流中心按配送指示發(fā)貨時(shí)，自 動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間從龐大的 高層貨架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確找到要出庫的商品所在位置，并 按所需 數(shù)量出庫，將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送進(jìn)點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中，以便裝車配送。自動(dòng)分煉系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及發(fā)展1能連續(xù)、大批量的分解貨物。由于采用流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣 候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多， 因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀能力是人工分揀系統(tǒng)無法比擬的。例如，目前世界上一般的自動(dòng)分揀系統(tǒng)可以連續(xù)

9、運(yùn)行100個(gè)小時(shí)以上，每小時(shí)可分揀 7000件包裝商品，如用人工則每小 時(shí)只能分揀150件左右，同時(shí)分揀人員也不能在這種勞動(dòng)強(qiáng)度下連續(xù)工作8小時(shí)。2. 分揀誤差率極低。自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn) 確性大小，這又取決于分揀信息的輸 入機(jī)制，如果采用人工鍵盤或語音識(shí)別方式輸入，則 誤差率在3 %以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印制本身有差錯(cuò)，否則不會(huì)出錯(cuò)。 因此，目前自動(dòng)分解系統(tǒng)主要采取條形碼技術(shù)來識(shí)別貨物。3. 分揀作業(yè)基本實(shí)行無人化。建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度的減少人

10、員的使 用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員， 人員使用僅局限于以下工作：送貨 車輛抵達(dá)自動(dòng)分揀線的進(jìn)貨端時(shí)，由人工接貨；由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行；分揀線末端由 人工將分揀出來的貨物進(jìn)行集載裝車；自動(dòng)分揀系統(tǒng)經(jīng)營、管理與維護(hù)。例如一個(gè)配送中心面積為十萬平方米左右，每天可分揀近 40萬件商品，僅使用400名左右員。第二章材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)PLC控制分揀裝置涵蓋了 PLC技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等容，是實(shí) 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藝過程及控制要求。要想進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先必須對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對(duì)象的工 藝過程、

11、工作特點(diǎn)，明確控制要求以及各階段的特點(diǎn)和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。亞龍YL-335A型自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、 機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、步進(jìn)電機(jī)位置控制和變頻器技術(shù)等，在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上安裝送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作單 元，系統(tǒng)的各個(gè)單元又采用了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、變頻器驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)位置控制等技術(shù)，由一臺(tái) PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式，構(gòu)成 一個(gè)典型的自動(dòng)生產(chǎn)線的機(jī)械平臺(tái)。也是我們學(xué)習(xí)實(shí)操的主要裝備。其外觀如圖2所示圖2外觀圖每一工作單元都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。

12、 各個(gè)單元的執(zhí)行基本上以氣動(dòng)執(zhí)行為主， 但輸 送單元的機(jī)械手裝置整體運(yùn)動(dòng)則采取步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密定位的位置控制，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有 長行程、多定位點(diǎn)的特點(diǎn)，是一個(gè)典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅(qū)動(dòng)則采用 了通用變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的交流傳動(dòng)裝置。位置控制和變頻器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的電氣控制技術(shù)。2.1材料分揀裝置工作過程概述分揀單元是亞龍 YL-335A中的最末單元，完成對(duì)上一單元送來的已加工、裝配的工件 進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并 為入料口光電傳感器檢測到時(shí)，即啟動(dòng)變頻器，工件開始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。如圖2-1所 示

13、分揀單元實(shí)物的全貌。圖2-1分揀單元實(shí)物的全貌分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀、傳動(dòng)、變頻器模塊、電磁閥組、接線端口、 PLC模塊、底板等。濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)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(dòng)輸送帶， 下料傳感器SN檢測料槽有無物料， 若無料，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動(dòng)停止等待下料；當(dāng)料槽有料時(shí)，下料傳感器輸出信號(hào)給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制氣動(dòng)閥 5進(jìn)行下料，每次下料時(shí)間間隔可以進(jìn)行 調(diào)整

14、。物料傳感器SA為電感傳感器，當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時(shí)，反饋信號(hào)送PLC，由PLC 控制氣動(dòng)閥1動(dòng)作選出該物料；物料傳感器SB為電容傳感器，當(dāng)檢測出物料為鋁質(zhì)物料時(shí)， 反饋信號(hào)送PLC, PLC控制氣動(dòng)閥2動(dòng)作選出該物料；物料傳感器 SC為顏色傳感器，當(dāng) 檢測出物料的顏色為待檢測顏色時(shí)，PLC控制氣動(dòng)閥3動(dòng)作選出該物料。物料傳 感器SD為備用傳感器。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時(shí)，由程序記憶各 傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。2.2系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)輸入電壓：AC200- 240V （帶保護(hù)地三芯插座）消耗功率：250W環(huán)境溫度圍：-540 °C氣源：大于0.2MPa切小于0.

15、85Mpa2.3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)分析控制對(duì)象的要求。功能要求材料分揀裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)基本功能如下（1）分揀出金屬和非金屬（2）分揀某一顏色塊（3）分揀出金屬中某一顏色塊（4）分揀出非金屬中某一顏色塊（5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)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。如果被某種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動(dòng)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(gè)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(yùn)行，帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前

16、運(yùn)行（3）有物料時(shí)，下料汽缸動(dòng)作，將物料送出（4）當(dāng)電感傳感器檢測到鐵物料時(shí)，推汽缸1動(dòng)作（5）當(dāng)電容傳感器檢測到鋁物料時(shí)，推汽缸 2動(dòng)作（6）當(dāng)顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時(shí)，推汽缸 3動(dòng)作（7）其他物料被送到SD位置時(shí)，推汽缸4動(dòng)作（8）汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù)（9）下料槽無下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)第三章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PLC空制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC空制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng) 所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的 PLC類型，并分配I/O點(diǎn)。3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)框圖3.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析

17、控制系統(tǒng)的要求，確定I/O點(diǎn)數(shù)，選擇PLC勺型號(hào)，然后進(jìn)行I/O分 配。3.2.1 確定I/ O點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個(gè)開關(guān)信號(hào)，6個(gè)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，以及檢測下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有5個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，每個(gè)汽缸有動(dòng)作限位和回位限位，共計(jì)10個(gè)信號(hào)。輸出包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接觸器，以及5個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需I/O點(diǎn)24個(gè)，其中18個(gè)輸入，6 個(gè)輸出。322 PLC 的選擇根據(jù)上面所確定的I/ O點(diǎn)數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機(jī)即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200系列CP

18、U226型PLG它有24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，滿足本系統(tǒng)的要求。3.2.3 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勺輸入輸出端子進(jìn)行分配，如表1所示表1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）備注I0.0UCP計(jì)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I0.2SA（電感傳感器）I0.3SB（電容傳感器）I0.4SC（顏色傳感器）I0.5SD（備用傳感器）輸I0.6SFW1推氣缸1動(dòng)作限位）入I0.7SEW2推氣缸2動(dòng)作限位）部 分I1.0SFW3推氣缸3動(dòng)作限位）I1.1SFW4推氣缸4動(dòng)作限位）I1.

19、2SFW5下料氣缸動(dòng)作限位）I1.3SBW1推氣缸1回位限位）I1.4SBW2推氣缸2回位限位）I1.5SBW3推氣缸3回位限位）I1.6SBW4推氣缸4回位限位）I1.7SBW5下料氣缸回位限位）I2.0SB1（啟動(dòng)）I2.1SB2（停止）輸 出 部 分Q0.0M（輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）Q0.1YV1（推氣缸1電磁閥）Q0.2YV2（推氣缸2電磁閥）Q0.3YV3（推氣缸3電磁閥）Q0.4YV4（推氣缸4電磁閥）Q0.5YV5（下料氣缸電磁閥）324 PLC輸入輸出接線端子圖根據(jù)表1可以繪制出PLC勺輸入輸出接線端子圖，如圖3-2所示。SN)SASBSCSESFW1SFW2SFW3SFW4SFW

20、5SBW1SBW2SBW3SEW4SBW5SBlSB20,00110,210.310.410.510.510,711.011.111.211.311.4£1.511.6IL7QQ.000,1 0.2Q0,3QO.4Q0.5YV1YV2YV5YV3YV412.0K i S?26220V圖3-2 PLC輸入輸出接線端子圖3.3檢測元件與執(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)其作簡要介紹旋轉(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(jì)數(shù)器，并 提供脈沖輸入。它轉(zhuǎn)化為位移量，可對(duì)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(shí)，發(fā)出信號(hào)到PLC,

21、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3-3所示。光電碼盤系統(tǒng)連軸器步 逬 電 機(jī)平行光源光電七電碼盤9盤屮信處理及S示圖3-3 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖旋轉(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(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉(zhuǎn) 編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差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(hào)原理來分，可分為增 量脈沖編碼器（SPC和絕對(duì)脈沖編碼器（APC兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控

22、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(gè)數(shù)量級(jí)，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(gè)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，獲得四組正弦波信號(hào)組合成 A、B、C D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相 對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每 轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A B兩相相差9

23、0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(hào)輸出：信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL，集電極開路（PNR NPN，推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱 A,A- ； B, B- ； Z，Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼 器對(duì)應(yīng)。信號(hào)連接：編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分， 開關(guān)

24、頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單 方向測速。A B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)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(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流 對(duì)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(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米3.3.2電感傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，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(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體部產(chǎn)生

25、渦流。 這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，部電路的參數(shù)發(fā)生 變化。由此，可識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用M18X1X4C電 感傳感器。接線圖如圖3-4，原理圖如圖3-5。感應(yīng)產(chǎn)耀高頻蕩電路整形檢波信號(hào)處理開關(guān)墾輸出棕>+蘭一OO 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介紹： 由鐵心和線圈構(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，其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

26、電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是：無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性 好；測量圍寬（測量圍大時(shí)分辨率低）；無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測量誤差； 對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動(dòng)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、力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、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(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所 造成的附加誤差。333電容傳感器電容傳感

27、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)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，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，接線圖可參考圖3-5，原理圖如圖3-6。靈蕩電路信 號(hào) 處 理F/V 變 換開 關(guān)npi輸±圖3-6 電容傳感器工作原理圖電容傳感器介紹：用電測法測量非電學(xué)量時(shí)，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(diǎn)設(shè) 計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換

28、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，而且變化圍極小，如果要 求測量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求， 在精密測量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到15卩m數(shù)量級(jí)；而有一種電容測微

29、儀，他的分辨率為0.01卩m比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100土5卩m因此他 在精密小位移測量中受到青睞。對(duì)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出優(yōu)點(diǎn)：(1) 測量圍大其相對(duì)變化率可超過100%(2) 靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，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，因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測量，也可靜態(tài) 測量；(4) 穩(wěn)定性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

30、壓環(huán) 境下的檢測難題。顏色傳感器選用TAO公司生產(chǎn)的，型號(hào)為TCS23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(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS23傳感器引腳如圖3-7所示so玄SIOEOUTVCC275光電二栓管電液到頻率nr 轉(zhuǎn)換黒sj Fa si圖3-7 TCS230顏色傳感器RGB顏色傳感器介紹：TCS230是美國TAOS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。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(gè) 單一的CMO電路上，同時(shí)在單一芯片

31、上還集成了紅綠藍(lán)(RGB三種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有 數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)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。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)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(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，可以透過全部的 光信息。這些光電二極管在芯

32、片是交叉排列的，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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的16個(gè)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(shí)，通過兩個(gè)可編程的引腳來動(dòng)態(tài)選 擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率圍從2Hz500kHz用戶還可以通過兩個(gè)可編程引腳來選擇100% 20%或 2%勺輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的 輸出能夠適應(yīng)不同的測量圍，提高了它的適應(yīng)能力。當(dāng)入射光投射到TCS230上時(shí)，通過光電二極管控制引腳 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)換器后輸出不同頻率的方波 （占空比是50

33、%）,不同的顏 色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳 S0 S1選擇不同的輸出比例 因子，對(duì)輸出頻率圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。S0 S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是 頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時(shí)， 也可以作為片選信號(hào)；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作 電壓。表2是SO、S1及S2、S3的可用組合。表2 S0、S1及S2、S3的組合選項(xiàng)S0S1輸出頻率定標(biāo)S2S3濾波器類型LL關(guān)斷電源LL紅色LH20%LHr藍(lán)色HL20%HL無HH100%HH綠

34、色光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(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(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒有一個(gè)小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)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系列小型放大器藏型光電傳感器。原理如圖 3-8所示，其中負(fù)載可接至PLCDC圖3-8 FPG光電傳感器原理圖光電傳感器介紹：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。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?hào)的變化， 然后借助光電元件進(jìn) 一步將

35、光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(diǎn)，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)電控制、計(jì)算機(jī)、國防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行用于帶動(dòng)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(gè)數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定

36、位的目的。同時(shí)，可以通過控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(dòng)的速度， 達(dá) 到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)為 42BYGH1C如圖3-9所示。圖3-9步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第四章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是PLC空制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫 出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。4.1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)備的操作容和操作順序，可畫出程序流程圖，如 圖4-1所示。拜始1光電啊贏發(fā)脈沖V M卜料斗內(nèi)YV卜料汽缸V5動(dòng)咋N推汽缸1動(dòng)作物體1NVN療汽如眉唯rY推汽社2動(dòng)作物休?單歡迄打圖4-1控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工

37、作狀態(tài)。若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸4動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運(yùn)行，則汽缸4動(dòng)作后停機(jī)。 如果需要，該 系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。 應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)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(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器清零， 傳感器開始工作，對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。在汽缸13動(dòng)作后，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)的傳感器沒有檢測到物體，則電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì) 數(shù)，繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。如果只對(duì)材料的某一特性進(jìn)行分揀，比如只分揀

38、金屬和非金屬，則只需對(duì)傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。4.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄。P1_9|EfrJOXHPEF ENENQHSCMODE此指令為高速脈沖輸出指令，當(dāng)使能端輸入有效時(shí)，檢測用程序設(shè)置的特殊功能寄存器 位，激活由控制位定義得脈沖操作，從 Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖ENENQ0- MSC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)是用來累計(jì)比PLC3描頻率更高的脈沖輸入EHEMO 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)

39、， 并 按照HDE指令指定的模式，設(shè)置高速計(jì)數(shù)器并控制其工作。SM01uoa(R)i価a 一EN"躊一比扌卻gswo l=L悔QD. Off?"刪刊雷泗_0（1）以上為主程序，首先12.0啟動(dòng)后，M0.1得電并自鎖，為之后電動(dòng)機(jī)得電做好準(zhǔn)備，12.1為停止按鈕。當(dāng)PLC處于RU模式時(shí)，SM0.1通電一個(gè)周期，Q0.0復(fù)位清零，并調(diào)用子程 序。SUBR-0Network 1 Nelvuork TitleNetDik Corrwient/當(dāng)累壻處于列H種式時(shí)-畏晝咖控制字節(jié)/祓曹周期60001 -OUT-SNW79M0V_WENDXJLNzl10'-州OUT-&

40、MW80"設(shè)負(fù)脈寬T33MOLtJMdl10.0NfOVWENENOPLSENO"脈沖輸出L-Q0.XIINTON+3000-PT10 msD.0T33延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)（2）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)I0.0 （下料傳感器）檢測到有料時(shí)，啟動(dòng)PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0 檢測沒有物料時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器T30,延時(shí)30秒自動(dòng)停機(jī)。"定義HSCO®制方式"HSB的當(dāng)甫值涪零打雄預(yù)置值HDEFENENQ(-HSC1.-MODE弓丿傳文H5C卿工性模式EMENOIMT_0-INT1>

41、EVNT"當(dāng)前電等于預(yù)潼值時(shí)調(diào)用申斷程序0"幵申ISIT5C(14EHO(3) 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) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光電碼盤發(fā)出脈沖，并輸入 PLC勺接收端，由高速計(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)，調(diào)用中斷程序Network 7IC.51172IQ05T 1|QQ弓T丁15Netmnk 16QQ4()川汽缸4動(dòng)佢(4) 以上為中斷程序，當(dāng)高速計(jì)數(shù)指令計(jì)數(shù)至預(yù)置值時(shí)，這時(shí)物料移動(dòng)至傳感器的位置，M0.0得電，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于汽缸動(dòng)作需要 1秒

42、，讓電機(jī)停 轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物料被相應(yīng)的傳感器檢測中后，相應(yīng)的汽缸動(dòng)作，將物料推下。11.3，I1.4，11.5 ,11.6，11.7為汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉合，I0.6，I0.7，I1.0，11.1，11.2為汽缸的動(dòng)作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動(dòng)作時(shí)，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達(dá)動(dòng) 作限位開關(guān)時(shí)，動(dòng)作限位開關(guān)閉合。第五章控制系統(tǒng)的調(diào)試在PLC軟硬件設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)有疏漏的 地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí) 也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也 需

43、事先調(diào)試好。5.1硬件調(diào)試1 電感傳感器的調(diào)試在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下 移動(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)鐵質(zhì)材料的檢出點(diǎn)。2 電容傳感器的調(diào)試在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下 移動(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)鋁質(zhì)材料的檢出點(diǎn)。3顏色傳感器的調(diào)試通電狀態(tài)下，在顏色傳感器下方的傳送帶上，放置帶有某一顏色料塊，調(diào)節(jié)傳感器上 的電位器，觀察窗口中紅綠（或藍(lán)）指示燈，當(dāng)兩燈恰同時(shí)發(fā)光時(shí)，該靈敏點(diǎn)即為料塊顏色 檢出點(diǎn)。（注：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動(dòng)，否則反之）5.2軟件調(diào)

44、試將所編寫的梯形圖程序進(jìn)行編譯，通過上下位機(jī)的連接電纜把程序下載到PLC中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯(cuò)誤。 為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場 調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時(shí)都能作出正確的響應(yīng)， 需要進(jìn)行離線測試， 既不將PLC勺輸出接到設(shè)備上。按照控制要求在指定輸入端輸入信號(hào)，觀察輸出指示燈的狀 態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。5.3整體調(diào)試將設(shè)備接入PLC，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整 軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。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(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化