材料分揀裝置模型電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 材料分揀裝置模型電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)任務(wù)熟悉分揀裝置實(shí)物模型的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理。2.2理清各路檢測(cè)型號(hào)到PLC的輸入通道，包括傳感器的原理、連接方法、信號(hào)種類、信號(hào)調(diào)理電路、引入PLC的接線以及PLC中的編址。2.3理清從PLC到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各輸出通道，包括各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類和工作機(jī)理，驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成，PLC輸出信號(hào)的種類和地址。2.4繪制電控系統(tǒng)的電路原理圖，編制I/O地址分配表。2.5編制PLC的程序，結(jié)合實(shí)物模型完成系統(tǒng)調(diào)試，即能正確實(shí)現(xiàn)材料分揀裝置的功能。3技術(shù)要求當(dāng)料倉傳感器檢測(cè)到有物料后，按照一定的時(shí)間間隔或按照輸送帶上物料間隔適當(dāng)(如物料的間隔不小于某個(gè)規(guī)定值)的原則，由PLC控

2、制上料汽缸將物料送至輸送帶上。輸送帶把物料依次帶到各分揀工位。物料經(jīng)過各分揀工位時(shí)，工位上的傳感器會(huì)檢測(cè)出是符合檢出條件(即材質(zhì)或顏色是否滿足設(shè)定條件)，PLC得到傳感器發(fā)出的符合檢出條件信號(hào)(即信號(hào)有效)時(shí)，控制相應(yīng)汽缸動(dòng)作將物料推出傳送帶，送入相應(yīng)下料斗。PLC要通過輸送帶電機(jī)軸上的編碼器跟蹤物料的位置，當(dāng)物料在前3各分揀工位均未檢出時(shí)，由第四各工位上的汽缸將物料推出傳送帶，送入下料斗。4、實(shí)驗(yàn)原理與步驟4.1實(shí)驗(yàn)原理及功能 該裝置采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，配裝西門子S7-200系列主機(jī)，轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計(jì)了可與其它PLC或單片機(jī)連接的轉(zhuǎn)接口。該裝置中，選用了顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材質(zhì)敏感的電容

3、式和電感式傳感器，分別被固定在網(wǎng)板上本裝置還設(shè)置了氣動(dòng)方面的減壓器、濾清、氣壓指示等，可與各類氣源相連接。分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。信號(hào)板及各傳感器位置見(a)，(b) (a)信號(hào)板(b) 傳感器位置圖4.2實(shí)驗(yàn)運(yùn)行步驟 1)通電狀態(tài)下，下料時(shí)下料傳感器動(dòng)作，傳送帶運(yùn)行。電感傳感器檢測(cè)到鐵材料時(shí)，氣缸1動(dòng)作，將材料塊推下。 2)電容傳感器檢測(cè)到鋁材料時(shí)，氣缸2動(dòng)作將材料推下。 3)顏色傳感器檢測(cè)到非金屬材料綠色塊時(shí)，氣缸3動(dòng)作將材料塊推下。 4)其它顏色非金屬材料塊送到SD位置時(shí)，氣缸4動(dòng)作將材料塊推下。5)豎井式下料槽無下料時(shí)，傳送帶運(yùn)行一個(gè)行程自動(dòng)停機(jī)。5檢測(cè)元件與執(zhí)行裝

4、置主要是對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器和各個(gè)傳感器的選擇，并對(duì)其作簡(jiǎn)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 ，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2-3所示。圖2-3 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(cè)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。 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(cè)金屬物體。 它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路

5、組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。 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，內(nèi)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M18X1X40 電感傳感器。圖2-5 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(cè)量電路并接通激勵(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：

6、無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性好；測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)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(cè)量。電感式傳感器主要用于位移測(cè)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、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)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。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)。 它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另

7、一個(gè)極板是待測(cè)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(cè)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，原理圖如圖2-6。圖2-6 電容傳感器工作原理圖 電容傳感器介紹：用電測(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí)，首先必須將被測(cè)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)換裝置稱為傳感器，而被測(cè)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(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處

8、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(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值進(jìn)行測(cè)量的量，而其測(cè)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，如果要求測(cè)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(cè)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 m數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀，他的分辨率為0.01 m，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100±5 m，因此他在精密小位移測(cè)量中受到青睞。 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(cè)出其接收到的光強(qiáng)

9、的變化。用來檢測(cè)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。在金屬圓筒內(nèi)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系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。原理如圖2-8所示，其中負(fù)載可接至PLC。圖2-8 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(cè)元件，首先把被測(cè)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

10、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(cè)直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。 顏色傳感器選用TAOS公司生產(chǎn)的，型號(hào)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(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如圖2-7所示圖2-7 TCS2

11、30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CMOS電路上，同時(shí)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(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

12、簡(jiǎn)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(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范圍從2Hz500kHz，用戶還可以通過兩個(gè)可編程引腳來選

13、擇100%、20%或2%的輸出比例因子，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(cè)量范圍，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%)，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)輸出頻率范圍進(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

14、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S0、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%LH藍(lán)色HL20%HL無HH100%HH綠色5.6 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(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 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42BYGH101。6控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6.1 控制系統(tǒng)流程圖

15、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)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖6-1所示。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)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)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(cè)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，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對(duì)傳感器

16、的安放或程序進(jìn)行修改即可。圖6-1控制系統(tǒng)流程圖6.2 PLC的I/O分配表西門子plc(I/O)分揀系統(tǒng)接口(I/O)備注輸入部分sfw1(推氣缸1動(dòng)作限位)sfw2(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)sa(電感傳感器)sb(電容傳感器)sc(顏色1傳感器)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)sd(顏色2傳感器)預(yù)留傳感器sn(下料傳感器)判斷下料有無ucp(計(jì)數(shù)傳感器)輸出部分yv1(推氣缸1電磁閥)yv2(推氣缸2電磁

17、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)m(輸送帶電機(jī))6.3 PLC程序梯形圖7、調(diào)試方法7.1 硬件調(diào)試1.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，觀察窗口中紅黃（或綠）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(cè)色溫向低端移動(dòng)，否則反之）2.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)。(不同檢測(cè)體的修正系數(shù)見圖2所示) 圖2 不同檢測(cè)體的修正系數(shù)3.在電容傳感器下方的傳送帶上，放

18、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)。4.氣壓表標(biāo)值建議調(diào)定在0.12 Mpa。7.2 軟件調(diào)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(chǎng)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(cè)試，既不將PLC的輸出接到設(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。 8、課程設(shè)計(jì)體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)的主要目的是掌握PLC的基本功能。通過對(duì)本例的設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。在本例中，使我們學(xué)習(xí)到了如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及在元件選擇方面的許多知識(shí)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先了解該系統(tǒng)的功能和任務(wù)，在搞清楚這點(diǎn)以后才能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，然后才能根據(jù)系統(tǒng)的需要來進(jìn)行元件的選取和系統(tǒng)的模塊化細(xì)分。近年來隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，PLC技術(shù)已成為電子技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)新的亮點(diǎn)，使PLC技術(shù)成為一門綜合應(yīng)用技術(shù)，也是電子技術(shù)發(fā)展也革新的一個(gè)潮流。隨著我們對(duì)PLC控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)的不斷加深，相信在以后的工作和生產(chǎn)中我們會(huì)