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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系部名稱(chēng)： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化08-1班
學(xué)生姓名： XXX
指導(dǎo)教師： XXX
職 稱(chēng)： XXX
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
the Design of Material Sorting Based on PLC Control System
Candidate：
Specialty：Mechanical Design and Manufacture & Automation
Class：Mechannism 08-1
Supervisor：
2012-06·Harbin
摘 要
傳送帶在先進(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)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。
本文在縱觀(guān)了近年來(lái)傳送帶發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳送帶方面的設(shè)計(jì)，對(duì)傳送帶技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)物料分揀傳送帶的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來(lái)完成對(duì)金屬工件根據(jù)工件大小進(jìn)行大中小分類(lèi)，并進(jìn)行計(jì)數(shù)；對(duì)非金屬材料通過(guò)傳送帶向后傳送，并進(jìn)行計(jì)數(shù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶啟動(dòng)，停止的控制等功能。
通過(guò)以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型物料分揀傳送帶的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其他經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞：PLC；物料分揀；傳送帶；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化
Ⅰ
ABSTRACT
The conveyor belt plays an extremely important role in the field of advanced manufacture. It can handle cargo, sort items and take the place of the heavy labor of the people. It can achieve the mechanization and automation of production, and can operate in hazardous environments in order to protect the personal safety, which is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sector.
This article has investigated the latest development of conveyor belt, combined the design of conveyor belt, carried out a systematic analysis on the conveyor belt technology, and put forward a PLC control program. This design uses the idea of overall design, and gives full consideration to the software and hardware characteristics and complementary optimization. It has also analyzed and designed the overall structure of the material sorting conveyor, the executive structure of the drive system and control system. In its drive system and control system, pneumatic drive and PLC’s control unit have been not only used to classify medium and small metal materials and count based on the materials’ size, but also used to transmit and count non-metallic materials by conveyor, which achieves the functions
on the conveyor belt to start, stop, control.
Throughout the above work, this design has obtained an economical, practical, highly reliable material sorting conveyor design program, which also has a reference value for other economic PLC control system’s design.
Key words: PLC；Material sorting；Conveyor belt；Control system；Automation
Ⅱ
Ⅱ
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論………………………………………………………………………………1
1.1 課題研究目的和意義……………………………………………………………1
1.2 課題研究現(xiàn)狀及分析……………………………………………………………2
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及擬解決主要問(wèn)題……………………………………………………6
第2章 物料分揀控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)……………………………………… 7
2.1 技術(shù)要求…………………………………………………………………………7
2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成………………………………………………………………………7
2.3 系統(tǒng)流程圖及工作原理………………………………………………………… 8
2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………9
第3章 物料分揀控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ……………………………………10
3.1 PLC的選擇………………………………………………………………………10
3.2 傳感器的選擇……………………………………………………………………18
3.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………21
第4章 物料分揀控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)……………………………………22
4.1控制系統(tǒng)I/O分配………………………………………………………………22
4.2 PLC外部接線(xiàn)圖………………………………………………………………24
4.3軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………25
4.4本章小節(jié)………………………………………………………………………… 29
結(jié)論……………………………………………………………………………………… 30
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………31
致謝………………………………………………………………………………………33
附錄………………………………………………………………………………………34
第1章 緒 論
1.1 課題研究目的和意義
近二十年來(lái), 電氣技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬, 尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合, 使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高, 控制方式更靈活, 性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的迅速發(fā)展,對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求。本文主要針對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上的自動(dòng)化設(shè)計(jì)了一個(gè)四段物料分揀傳送帶，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。啟動(dòng)后，供料傳送帶啟動(dòng)并開(kāi)始供料，當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，首先判斷物料尺寸大小，傳送帶輸出物料分別對(duì)大、中、小物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，物料到位，通過(guò)汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為非金屬時(shí)，直接將物料輸送出去，并對(duì)非金屬物料進(jìn)行計(jì)數(shù) [1]。
伴隨著機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制成分顯得越來(lái)越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。因此機(jī)傳送帶就在這樣誕生了,其中的自動(dòng)分揀傳送帶是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；廣泛的應(yīng)用傳送帶，可以逐步改善勞動(dòng)條件，更強(qiáng)與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除枯燥無(wú)味的工作，節(jié)約勞動(dòng)力，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)床，減少工藝過(guò)程中的工作量及降低停產(chǎn)時(shí)間和庫(kù)存，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。本設(shè)計(jì)擬開(kāi)發(fā)的基于PLC的物料分揀傳送帶可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可分揀重量較大的工件，采用PLC控制，和傳統(tǒng)繼電器控制相比較，具有穩(wěn)定性高，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。可以簡(jiǎn)化控制線(xiàn)路，節(jié)省成本，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
PLC具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：
1）高可靠性：PLC所有的輸入輸出接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外部電路與PLC內(nèi)部電路之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離；PLC各輸入上均采用R-C濾波技術(shù)，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-20ms；PLC各模塊采用了性能良好的開(kāi)關(guān)電源；PLC所采用的器件都進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化。
2）豐富的輸入輸出模塊：PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有豐富的模塊供用戶(hù)選用，如：DC/AC,數(shù)字量/模擬量，電壓/電流，脈沖/電位等等。PLC相應(yīng)的輸入輸出模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多種器件或者設(shè)備相連接。與輸入模塊相連有按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等；與輸出模塊相連的有電磁閥、接觸器、電機(jī)、指示燈等。為了提高PLC的功能，它還提供了多種人機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，PLC還有多種通信模塊。
3） 采用模塊化結(jié)構(gòu)：除了廂體式的小型PLC，目前絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件如CPU、電源等都采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能用戶(hù)可自己組合。
4）編程簡(jiǎn)單：PLC的編程大多數(shù)采用類(lèi)似于繼電器控制線(xiàn)路的梯形圖格式，形象直觀(guān)，易學(xué)易懂。
5）安裝簡(jiǎn)單，維修方便[2]。
1.2 課題研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1 國(guó)內(nèi)外PLC發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC[3]。
限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[4]。
我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠(chǎng)生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地[5]。
1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)
21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用[6]。
其主要表現(xiàn)為：
1）產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展
大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化。
?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。
2）PLC在閉環(huán)過(guò)程控制中應(yīng)用日益廣泛
3）不斷加強(qiáng)通訊功能
4）新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專(zhuān)用化模塊。
5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。
6）發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。
7）追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化[7]。
1.2.3 國(guó)內(nèi)外傳送帶發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
17世紀(jì)中，美國(guó)開(kāi)始應(yīng)用架空索道傳送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1868年，在英國(guó)出現(xiàn)了皮帶式傳送帶輸送機(jī)；1887年，在美國(guó)出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，在英國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，傳送帶輸送機(jī) 受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不斷完善，逐步由完成車(chē)間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。傳送帶一般按有無(wú)牽引件來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。具有牽引件的傳送帶一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用輸送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，以保證傳送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。具有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：被運(yùn)送物料裝在與牽引件連結(jié)在一起的承載構(gòu)件內(nèi)，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過(guò)各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運(yùn)送物料的有載分支和不運(yùn)送物料的無(wú)載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)輸送物料。這類(lèi)的傳送帶設(shè)備種類(lèi)繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車(chē)式輸送機(jī)、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、刮板輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、斗式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、懸掛輸送機(jī)和架空索道等。沒(méi)有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來(lái)輸送物料的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或利用介質(zhì)在管道中的流動(dòng)使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)?，輥?zhàn)幼餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以沿料槽推送物料；振動(dòng)輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以輸送置于其中的物料等[8]。
1.2.4 傳送帶設(shè)備的發(fā)展方向
未來(lái)傳送帶設(shè)備將向著大型化發(fā)展、擴(kuò)大使用范圍、物料自動(dòng)分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發(fā)展。大型化包括大輸送能力、大單機(jī)長(zhǎng)度和大輸送傾角等幾個(gè)方面。水力輸送裝置的長(zhǎng)度已達(dá)440公里以上帶式輸送機(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺(tái)組成聯(lián)系甲乙兩地的“帶式輸送道”。不少?lài)?guó)家正在探索長(zhǎng)距離、大運(yùn)量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。擴(kuò)大輸送機(jī)的使用范圍，是指發(fā)展能在高溫、低溫條件下有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結(jié)團(tuán)、粘性物料的傳送帶設(shè)備。常見(jiàn)傳送帶有TD75型和DTⅡ型傳送帶,帶式輸送機(jī)[9]。
1.2.5 本設(shè)計(jì)所采用的傳送機(jī)構(gòu)就是帶式傳送機(jī).
帶式傳送機(jī)是在一定的線(xiàn)路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱(chēng)連續(xù)輸送機(jī)。輸送機(jī)可進(jìn)行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線(xiàn)路，輸送線(xiàn)路一般是固定的。輸送機(jī)輸送能力大，運(yùn)距長(zhǎng)，還可在輸送過(guò)程中同時(shí)完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。帶式輸送機(jī)（直線(xiàn)式）該輸送機(jī)用于物料的輸送。采用不銹鋼網(wǎng)帶作為載體，適用于各種食品行業(yè)的烘干、去濕、冷凍等、熱處理等；不銹鋼制成，具有耐高溫、便于清洗等特點(diǎn)；具體尺寸可以根據(jù)客戶(hù)要求定做。帶式輸送機(jī)應(yīng)用行業(yè)：食品、冶金、電力、煤炭、化工、建材、碼頭、糧食等。帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式有： 水平直線(xiàn)輸送、提升爬坡輸送、轉(zhuǎn)彎輸送等多種形式，輸送帶上還可增設(shè)提升擋板、側(cè)擋板等附件，能滿(mǎn)足各種工藝要求。帶式輸送機(jī)輸送機(jī)材質(zhì)：有A3低碳鋼、201不銹鋼、304不銹鋼等。驅(qū)動(dòng)方式有：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)速方式有：變頻調(diào)速、無(wú)極變速[10]。
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及擬解決主要問(wèn)題
隨著傳送帶技術(shù)的飛速發(fā)展和傳送帶應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本論文主要研究物料分揀傳送帶以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
1）對(duì)金屬工件根據(jù)工件大小進(jìn)行大中小分類(lèi)，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2）對(duì)非金屬材料通過(guò)傳送帶向后傳送，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。
3）實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶啟動(dòng)，停止的控制。
主要解決問(wèn)題如下：
1)分揀裝置設(shè)計(jì)
2)分揀裝置控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)
3)PLC的選擇
4)傳感器選擇
5)控制系統(tǒng)I/O分配[11]
第2章 物料分揀控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)
2.1技術(shù)要求
1）對(duì)于金屬工件能根據(jù)工件大小進(jìn)行大、中、小分類(lèi)，并按大、中、小分揀至不同的分裝箱內(nèi)，同時(shí)對(duì)不同類(lèi)型的工件進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2）本系統(tǒng)還將對(duì)不同材料進(jìn)行分揀，對(duì)于非金屬材料則通過(guò)傳送帶向后輸送，并進(jìn)行非金屬工件的計(jì)數(shù)。
3）能實(shí)現(xiàn)4段傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)、停止的順序控制。
2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成
正如圖2.1所顯示，系統(tǒng)的主要組成部分分為傳送帶四條、接近開(kāi)關(guān)十個(gè)。
圖2.1物料分揀裝置示意圖
2.3 系統(tǒng)流程圖及工作原理
· 啟動(dòng)
供料
傳送帶1輸送
計(jì)數(shù)到？
結(jié)束
物料尺寸 傳送帶輸送 計(jì)數(shù) 到位？ 推出
大？ 停轉(zhuǎn)傳送帶2
物料尺寸 傳送帶輸送 計(jì)數(shù) 到位？ 推出
中？ 停轉(zhuǎn)傳送帶2
物料尺寸 傳送帶輸送 計(jì)數(shù) 到位？ 推出
小？ 停轉(zhuǎn)傳送帶2
傳送帶輸送
非金屬工件
圖2.2分揀裝置控制系統(tǒng)流程圖
如圖2.2所示，啟動(dòng)后，供料傳送帶啟動(dòng)并開(kāi)始供料，當(dāng)物料為金屬物料時(shí)，首先判斷物料尺寸大小，傳送帶輸出物料分別對(duì)大、中、小物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，物料到位，通過(guò)汽缸將物料推出，然后停止傳送帶；當(dāng)物料為非金屬時(shí)，直接將物料輸送出去，并對(duì)非金屬物料進(jìn)行數(shù)[12]。
2.4 本章小結(jié)
本章根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)了主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)的構(gòu)成，以及系統(tǒng)的工作原理。通過(guò)圖示可以清晰地看出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的連接方式。物料分揀控制系統(tǒng)以FX2N-48MR-001為中心，控制傳送帶來(lái)實(shí)現(xiàn)其預(yù)期的結(jié)果。
第3章 物料分揀控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
物料分揀控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括PLC的選擇和傳感器的選擇兩部分 [13] 。
3.1 PLC的選用
3.1.1什么是PLC
PLC的全稱(chēng)是Programmable Logic Controller（可編程序控制器）,剛引入國(guó)內(nèi)時(shí)，曾簡(jiǎn)稱(chēng)為PC。后來(lái)，IBM-PC獲得廣泛應(yīng)用，PC成了個(gè)人電腦的代名詞，才改為PLC。PLC還有另外的一個(gè)意思是Power Line Carrier(電力線(xiàn)載波) [14]。
3.1.2 PLC與單片機(jī)的區(qū)別
1）PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是一種集成電路，兩者不具有可比性。
2）單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)特例。
3）不同廠(chǎng)家的PLC有相同的工作原理，類(lèi)似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。這正是PLC獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)則是八仙過(guò)海，各顯神通，功能千差萬(wàn)別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。
最后，從工程的角度，談?wù)凱LC與單片機(jī)系統(tǒng)的選用；
4）對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本較高。
5）對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能得到保障，效益也就有保證[15]。
3.1.3 PLC與繼電器系統(tǒng)的異同
繼電器接觸器是以電磁開(kāi)關(guān)為主體的低壓電器元件，其構(gòu)成的系統(tǒng)是用導(dǎo)線(xiàn)依一定的規(guī)律將它們連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。
從邏輯控制看，PLC與繼電器系統(tǒng)的區(qū)別主要是:
（一）組成器件不同
（二）觸點(diǎn)數(shù)量不同
（三）實(shí)時(shí)控制的方法不同
（四）工作方式不同[16]
3.1.4 PLC 的硬件組成與各部分的作用
可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)如下圖:
可編程控制器基本單元（M）
電源
按鈕 微處理器（CPU） 接觸器
輸 輸
限位開(kāi)關(guān) 入 運(yùn)算器 出 指示燈
接 接
KV.觸點(diǎn) 口 控制器 口 電磁閥
COM端 電源
編輯器
其它PC 外 存儲(chǔ)器 擴(kuò) 擴(kuò)
打印機(jī) 設(shè) 展 展
計(jì)算機(jī) 接 系統(tǒng)程序 用戶(hù)程序 接 單
寫(xiě)入器 口 口 元
圖3.1 PLC硬件基本組成的簡(jiǎn)化框圖
由圖可見(jiàn)，PLC的硬件是由主機(jī)（基本單元）、I/O擴(kuò)展模塊以及各種外部設(shè)備組成，通過(guò)各自的端口聯(lián)成一個(gè)整體。其主要組成及各部分作用是：
1）CPU CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。
2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器, 用戶(hù)存儲(chǔ)器包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩種，前者用于存放用戶(hù)程序，后者用來(lái)存放用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中使用NO/OFF狀態(tài)量或數(shù)值量，以生成用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)。用戶(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)容由用戶(hù)根據(jù)控制需要可讀可寫(xiě)，可任意修改、刪除?？刹捎酶呙芏取⒌凸牡腃MOS RAM或EPROM與EEPROM。他在PLC技術(shù)指標(biāo)中的內(nèi)存容量系指用戶(hù)存儲(chǔ)器容量，是PC等級(jí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)；系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于固化PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家編寫(xiě)的各種系統(tǒng)工作程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，在很大程度上他決定該種PC的性能和質(zhì)量，用戶(hù)無(wú)法更改或調(diào)用。
3）輸入、輸出單元（I/O單元） I/O口單元稱(chēng)為I/O接口電路，PLC程序執(zhí)行過(guò)程中需要用的各種開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量或模擬量等各種外部設(shè)備或設(shè)定量，都通過(guò)輸入電路進(jìn)入PLC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過(guò)輸出電路送到控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)外部控制功能。由于生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的信號(hào)電平、頻率是多種多樣的，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平、頻率也是千差萬(wàn)別的，而CPU處理的信號(hào)只是標(biāo)準(zhǔn)電平，其工作節(jié)拍又與外部環(huán)境不一樣。所以PLC與通用計(jì)算機(jī)I/O電路有著類(lèi)似的作用，即電平變換、速度匹配、驅(qū)動(dòng)功率放大、信號(hào)隔離等。不同的是，PC產(chǎn)品的I/O單元是顧及其工作環(huán)境和各種要求而經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和制造的。通用計(jì)算機(jī)則要求擁護(hù)根據(jù)使用條件自行開(kāi)發(fā)，其可靠性、抗干擾能力往往達(dá)不到系統(tǒng)要求[17]。
(1) 輸入接口電路
各種PLC輸入電路大致相同，其輸入方式有三種類(lèi)型：一種是直流輸入（DC12V或24V），另一種是交流輸入（AC100～120V或200～240V），第三種是交直流輸入（交直流12V或24V）。外部輸入器件可以是無(wú)源觸點(diǎn)，如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、主令開(kāi)關(guān)等，也可以是有源器件，如各類(lèi)傳感器、集電極開(kāi)路的晶體管接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等。在PLC內(nèi)部電源容量允許前提下，有源輸入器件可采用PLC輸出電源，否則必須外設(shè)電源。當(dāng)輸入信號(hào)為模擬量時(shí)，信號(hào)必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)用的模擬量輸入模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)輸入電路進(jìn)行PLC。輸入信號(hào)是通過(guò)輸入斷子經(jīng)RC濾波、光電隔離進(jìn)入內(nèi)部電路。圖3.2是一個(gè)直流24V輸入連路的內(nèi)部原理線(xiàn)路，由裝在PLC面板上的來(lái)顯示某一輸入點(diǎn)是否有信號(hào)輸入。
+24V
LED
內(nèi)
部
電
源
輸入口
COM
接近開(kāi)關(guān)
圖3.2 24V輸入接口電路
(2) 輸出接口電路
為適應(yīng)不同負(fù)載需求，各類(lèi)PLC的輸出有三種方式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出最常用，適用交直流負(fù)載，其特點(diǎn)是帶負(fù)載能力強(qiáng)，但動(dòng)作頻率和響應(yīng)速度慢。晶體管適應(yīng)直流負(fù)載，其特點(diǎn)是動(dòng)作頻率高，響應(yīng)速度快，但帶負(fù)載能力小。晶閘管輸出使用交流負(fù)載，響應(yīng)速度快，帶載能力不大。
外部負(fù)載直接與PLC輸出端子相聯(lián)，輸出電路的負(fù)載電源由用戶(hù)根據(jù)負(fù)載要求自行分配。輸出電路僅是提供輸出通道。同時(shí)考慮不同類(lèi)型，不同性質(zhì)負(fù)載的接線(xiàn)要求，通常PLC輸出端口的公共端子是分組設(shè)置的。每4-8點(diǎn)共一個(gè)COM端子，各組相互隔離。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意各類(lèi)PLC輸出端子的輸出電流不能超出其額定值，同時(shí)還要注意輸出電流與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，例如FX2型PLC繼電器輸出的負(fù)載能力在電源電壓250V以下時(shí)，電阻性負(fù)載為2A/點(diǎn)；感性負(fù)載為80VA/點(diǎn)，燈負(fù)載為100W/點(diǎn)。
4. 電源單元 PLC對(duì)供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。允許電源電壓額定值在+10%～-15%范圍內(nèi)波動(dòng)。也有用直流24V供電。PLC內(nèi)部有一個(gè)高質(zhì)量開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源，用于對(duì)CPU、I/O單元供電，還可以為外部傳感器提供DC24V電源[18]。
3.1.5 PLC的選型原則
1、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算
I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展 余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠(chǎng)商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。
2、存儲(chǔ)器容量的估算
存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。控制功能的選擇：該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
3、對(duì)PLC響應(yīng)時(shí)間的要求
響應(yīng)速度即響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間，輸出濾波時(shí)間和掃描周期。PLC一般以順序掃描工作方式進(jìn)行工作，對(duì)小于掃描時(shí)間的輸入信號(hào)，有可能造成接收信號(hào)不可靠。因此，對(duì)有維持很短時(shí)間的輸入信號(hào)來(lái)講，需要選取掃描速度高的PLC。一般機(jī)器對(duì)掃描時(shí)間的限定值為100～200ms，而實(shí)際上執(zhí)行一千條指令僅需時(shí)間1～10ms ,對(duì)一般規(guī)模的PLC程序，則輸入信號(hào)能維持在10ms左右就完全能安全地被接收到，但對(duì)模擬量輸入則需要考慮與PLC的響應(yīng)時(shí)間的配合問(wèn)題。
4、系統(tǒng)可靠性
根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境及工藝要求，應(yīng)采用功能完善可靠性適宜的PLC。對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。
5、編程器與外圍設(shè)備
小型PLC控制系統(tǒng)一般選用價(jià)格便宜的簡(jiǎn)易編程器；如果系統(tǒng)較大或多臺(tái)PLC共用，可以選用功能強(qiáng)，編程方便的圖形編輯器；如果有現(xiàn)成的個(gè)人計(jì)算機(jī)，可選用能在計(jì)算機(jī)上使用的編程軟件[19]。
3.1.5 三菱PLC分類(lèi)：
FX1S系列:三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC。且具有完整的性能和通訊功能等擴(kuò)展性。如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。
FX1N系列:是三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型PLC。具有擴(kuò)展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴(kuò)展性。是一款廣泛應(yīng)用于一般的順序控制三菱PLC。
FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先進(jìn)的系列。具有高速處理及可擴(kuò)展大量滿(mǎn)足單個(gè)需要的特殊功能模塊等特點(diǎn)，為工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。
FX3U:是三菱電機(jī)公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能稱(chēng)得上是小型至尊產(chǎn)品?；拘阅艽蠓嵘w管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。
FX1NC、FX2NC、FX3UC三菱PLC:在保持了原有強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了極為可觀(guān)的規(guī)?？s小I/O型接線(xiàn)接口降低了接線(xiàn)成本，并大大節(jié)省了時(shí)間。
Q系列三菱PLC:三菱機(jī)公司推出的大型PLC,CPU類(lèi)型有基本型CPU，高性能型CPU，過(guò)程控制CPU,運(yùn)動(dòng)控制CPU,冗余CPU等?？梢詽M(mǎn)足各種復(fù)雜的控制需求。三菱電機(jī)中國(guó)事業(yè)的快速發(fā)展，為了更好地滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)用戶(hù)對(duì)三菱PLC，Q系列產(chǎn)品高性能、低成本的要求，三菱電機(jī)自動(dòng)化特推出經(jīng)濟(jì)型QUTESET型三菱PLC，即一款以自帶64點(diǎn)高密度混合單元的5槽Q00JCOUSET；另一款自帶2塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入及2塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指標(biāo)與Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等軟件，故具有極佳的性?xún)r(jià)比。
A系列三菱PLC: 使用三菱專(zhuān)用順控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32個(gè)PID回路。而QnASCPU的回路數(shù)目無(wú)限制，可隨內(nèi)存容量的大小而改變；程序容量由8K步至124K步，如使用存儲(chǔ)器卡，QnASCPU則內(nèi)存量可擴(kuò)充到2M字節(jié)；有多種特殊模塊可選擇，包括網(wǎng)絡(luò)，定位控制，高速計(jì)數(shù)，溫度控制等模塊。
FX2N系列PLC是功能齊全的中小型PLC，其控制規(guī)模包括16點(diǎn)/32點(diǎn)/48點(diǎn)/64點(diǎn)/80點(diǎn)/128點(diǎn)PLC，輸出具有繼電器/晶體管/晶閘管輸出，內(nèi)置8KB容量的EEPROM存儲(chǔ)器，CPU運(yùn)算處理速度0.55-0.7μs/基本指令，可連接I/O擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊。
根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求可以了解系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)，選擇FX2N-48MR-001型PLC[20]。
3.1.6 PLC的技術(shù)指標(biāo)
1)FX2N系列小型PLC一般技術(shù)指標(biāo)
一般技術(shù)指標(biāo)主要是指PLC產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應(yīng)程度。PLC是專(zhuān)為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術(shù)指標(biāo)如表3-1所示。
表3.1 一般技術(shù)指標(biāo)
環(huán)境溫度
0～55℃
環(huán)境濕度
35%～85%RH（不結(jié)露）
抗震
JIS C0911標(biāo)準(zhǔn) 10～55Hz 0.55mm（最大2g）3軸方向各2h
抗沖擊
JIS C0912標(biāo)準(zhǔn) 10g 3軸方向各3個(gè)
抗噪音干擾
用噪音仿真器產(chǎn)生電壓為1000Vp-p,噪音脈沖寬度為1μs,頻率為30～100Hz噪音，在此噪音干擾下PLC正常工作
耐壓
1500AC 1min
絕緣電壓
5M以上，500V DC
接地
第3種接地，不能接地時(shí)，亦可浮空
使用環(huán)境
禁止腐蝕性氣體，嚴(yán)禁塵埃
2)性能技術(shù)指標(biāo)
性能技術(shù)指標(biāo)標(biāo)志某種PLC在硬件和軟件反面所具備功能。不同機(jī)型差異較大，在PLC選型時(shí)要逐一考慮該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能否滿(mǎn)足要求。
PLC的性能包括：輸入指標(biāo)、輸出指標(biāo)和電源指標(biāo)方面。如表3-2、3-3、3-4所示。
表3.2 輸入技術(shù)指標(biāo)
輸入電壓
24V DC
隔離
光電耦合
輸出電流
7mA
響應(yīng)時(shí)間
10ms
表3.3 輸出技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
繼電器輸出
SSR輸出
晶體管輸出
外部電源
250V AC，30V DC
85～242V AC
5～30V DC
最大負(fù)載
電阻負(fù)載
2A/點(diǎn)
0.3A/點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)
0.5A/1點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)
感性負(fù)載
80VA
15VA/100V AC 30VA/240V AC
12W/24V DC
燈負(fù)載
100W
30W
1.5W/24V DC
開(kāi)路漏電流
____
1mA/100V AC 2.4mA/240V AC
0.1mA/30V DC
最小負(fù)載
____
0.4VA/100V AC 2.3VA/240V AC
____
響應(yīng)時(shí)間
OFF-NO
約10ms
1ms以下
0.2ms以下
NO-OFF
約10ms
最大10 ms
0.2ms以下
隔離方式
繼電器隔離
光電晶閘管隔離
晶體管隔離
表3.4 電源技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
FX-16M
FX-24M
FX-32M FX-32E
FX-48M
FX-48E
FX-64M
FX-80M
電源電壓
（100～240V）+10%-15%AC 50/60Hz(120/240V電源系統(tǒng))
瞬間斷電允許時(shí)間
對(duì)于10ms以下的瞬間斷電控制動(dòng)作不受影響
電源熔絲
250V 2A， 5mm*20mm
250V 5A,5mm*20mm
電力消耗/VA
30
35
40
50
60
70
傳感器無(wú)擴(kuò)展模塊電源有擴(kuò)展模塊
24V DC 250mA以下
24V DC 100mA以下（擴(kuò)展16點(diǎn)時(shí)）
24V DC 400 mA以下
24V DV 150 mA（擴(kuò)展32點(diǎn)時(shí)）
3.2傳感器的選擇
對(duì)于金屬物料分揀的小、中、大采用3個(gè)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行判斷。接近開(kāi)關(guān)分別放置于傳送帶1的上方，并調(diào)整好固定高度。2、3、4傳送帶的啟動(dòng)分別通過(guò)安裝于傳送帶前方的光電接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。物料的到位由裝設(shè)在汽缸處的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，通過(guò)PLC程序控制判斷由哪個(gè)汽缸執(zhí)行推出動(dòng)作并進(jìn)行計(jì)數(shù)[21]。
3.2.1電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的選擇
采用電感式接近開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)有時(shí)也叫渦流式接近開(kāi)關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電體。接近開(kāi)關(guān)由于具有體積小、重復(fù)定位精度高、使用壽命長(zhǎng)、抗干擾性能好、可靠性高、防塵、放油等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。傳感器的接線(xiàn)方式采用直流（DC）二線(xiàn)常開(kāi)（NO）型。
1.電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的電氣指標(biāo)
1）工作電壓：是指電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的供電電壓范圍，在此范圍內(nèi)可以保證傳感器的電氣性能及安全工作。
2）工作電流：是指電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器連續(xù)工作時(shí)的最大負(fù)載電流。
3）電壓降：是指在額定電流下開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在開(kāi)關(guān)兩端或輸出端所測(cè)量到的電壓，
4）空載電流：是指在沒(méi)有負(fù)載時(shí)，測(cè)量所得的傳感器自身所消耗的電流。
5）剩余電流：是指開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流。
6）極性保護(hù)：防止電源極性誤接的保護(hù)功能。
7）短路保護(hù)：超過(guò)極限電流時(shí)，輸出會(huì)周期性地封閉或釋放，直至短路被清除。
2.使用方法
1）直流兩線(xiàn)制接近開(kāi)關(guān)的ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)實(shí)際上是電流大、小的變化，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)處于OFF狀態(tài)時(shí)，仍有很小電流通過(guò)負(fù)載，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)處于ON狀態(tài)時(shí)，電路上約有5V的電壓降，因此在實(shí)際使用中，必須考慮控制電路上的最小驅(qū)動(dòng)電流和最低驅(qū)動(dòng)電壓，確保電路正常工作。
2）直流三線(xiàn)制串聯(lián)時(shí)，應(yīng)考慮串聯(lián)后其電壓降的總和。
3）如果在傳感器電纜線(xiàn)附近，有高壓或動(dòng)力線(xiàn)存在時(shí)，應(yīng)將傳感器的電纜線(xiàn)單獨(dú)裝入金屬導(dǎo)管內(nèi)，以防干擾。
4）使用兩線(xiàn)制傳感器時(shí)，連接電源時(shí)，需確定傳感器先經(jīng)負(fù)載再接至電源，以免損壞內(nèi)部元件。當(dāng)負(fù)載電流<3mA時(shí)，為保證可靠工作，需接假負(fù)載[22]。
R≤US/（IL-3）
P>US2/R
P為假負(fù)載消耗功率；
R為假負(fù)載阻值；
IL為傳感器的負(fù)載電流[23]
3.使用儀器
萬(wàn)用表、示波器、電源（+12V）
4.調(diào)試步驟
1）接好電源，測(cè)量T1的c極電壓應(yīng)為6V；
2）用示波器觀(guān)察T1的e極，應(yīng)有高頻振蕩波形；若無(wú)振蕩波形，應(yīng)仔細(xì)檢查電感線(xiàn)圈接線(xiàn)是否正確，T1周?chē)鶵、C參數(shù)是否正確無(wú)誤，采取相應(yīng)措施處理，直到出現(xiàn)振蕩波形為止；
3）用示波器觀(guān)察輸出，應(yīng)為高電平，且LED不亮，然后用金屬物體靠近電感線(xiàn)圈，其輸出應(yīng)變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)LED亮，說(shuō)明工作正常；
4）若不正常，應(yīng)檢查T(mén)2、T3、T4的狀態(tài)及周?chē)?，無(wú)金屬物體接近電感線(xiàn)圈時(shí)，T2導(dǎo)通，T3、T4截止，有金屬物體接近時(shí)，T2截止，T4導(dǎo)通[24]。
5.電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的選型
1）根據(jù)安裝要求，合理選用外形及檢測(cè)距離。
2）根據(jù)供電，合理選用工作電壓。
3）根據(jù)實(shí)際負(fù)載，合理選擇傳感器[/URL]工作電流。
4）選擇接線(xiàn)方式[25]。
6.可根據(jù)使用對(duì)象的要求合理選擇接線(xiàn)方式[26]
表3.5國(guó)內(nèi)、國(guó)際常用色線(xiàn)對(duì)照
類(lèi)型
國(guó)際
國(guó)內(nèi)
+V
棕
紅
GND
藍(lán)
黑
Vout
黑
綠
3.2.2 光電接近開(kāi)關(guān)的選擇
光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線(xiàn)的物體均可能被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線(xiàn)的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)采用漫反射式光電開(kāi)光，它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線(xiàn)反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。光電開(kāi)關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用[27]。
1.光電開(kāi)關(guān)特點(diǎn)有：
1) 檢測(cè)距離長(zhǎng)
如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段（磁性、超聲波等） 無(wú)法離檢測(cè)。
2)對(duì)檢測(cè)物體的限制少
由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定 在金屬，它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。
3）響應(yīng)時(shí)間短
光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。
4）分辨率高
能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。
5）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)
可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用。
6）可實(shí)現(xiàn)顏色判別
通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線(xiàn)波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。
7）便于調(diào)整
在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整[28]。
采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬