PLC材料分揀系統(tǒng)要點

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1、 分揀系統(tǒng)課程設(shè)計 班 級：理工 09-1 班 姓 名： 宋燮 學 號 : 22091167 指導(dǎo)教師： 崔吉 I 摘 要 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，

2、 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)于單片機的控制。 PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體 ,專門為工業(yè)控制而設(shè)計 ,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、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 ,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

3、修改本系統(tǒng)即可實現(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 II 目錄 摘 要 ......................................................................

4、.................................................................................... I 目錄 ........................................................................................................................................................... III 緒 論 ....................................

5、........................................................................................................................ 1 第 1 章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計 .................................................................................................... 3 1.1 材料分揀裝置工作過程概述 ............................

6、............................................................................. 3 1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標 ............................................................................................................................ 4 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計要求 ..........................................................

7、.................................................................. 4 第 2 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .................................................................................................................... 6 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ..........................................................................

8、.................................................. 6 2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) ................................................................................................................................ 6 2.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 ...............................................................................

9、........................ 10 第 3 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .................................................................................................................. 17 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計 .................................................................................................................

10、.. 17 3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 ....................................................................................................................... 18 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 .......................................................................................................................... 24 4.1 程序

11、的模擬調(diào)試 .......................................................................................... 錯誤！未定義書簽。 4.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試 .......................................................................................... 錯誤！未定義書簽。 4.3 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................

12、.......................................... 錯誤！未定義書簽。 4.4PLC 的抗干擾系統(tǒng) 28 結(jié) 論 ........................................................................................................................................................ 32 展 望 ..........................................................

13、.............................................................................................. 33 結(jié)論 ............................................................................................................................................................ 34 參考文獻 ............................

14、........................................................................................................................ 35 附 錄 .......................................................................................................................................................... 36 II

15、I 緒 論 PLC是從 20 世紀末發(fā)展起來的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器 控制技術(shù)和計算控制技術(shù)、通信技術(shù)融為一體，以其顯著的優(yōu)點正被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中。可編程控制器以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。 應(yīng)用 PLC 技術(shù)是當今世界潮流，必將對生產(chǎn)、科研和社會生活等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生巨大而深遠的影響。 目前世界上，生產(chǎn)和研制 PLC的大公司很多，有代表性的是日本的歐姆龍公 司，德國西門子、美國的 AB公司，都處于世界的領(lǐng)先

16、水平。 總的來說，我國從 1974 年開始研制 PLC，1979 年開始應(yīng)用于工業(yè)，并且發(fā)展很快，已取得了很大的成績， 但是與世界研制和應(yīng)用水平較高的國家相比還有很大的差距。 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)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù) , 提高生產(chǎn)效率 , 尤其在需要進行材料分揀的企業(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。而物料分揀采用可編程控制器 PLC 進行控制 , 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

17、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)計采用標準化、模塊化的組裝 , 具有系統(tǒng)布局靈活 , 維護、檢修方便等特點 , 受場地原因影響不大。同時 , 只要根據(jù)不同的分揀對象 , 對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)要求。 分揀是把很多貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。 按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀。 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)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(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

18、 料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。 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。 目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物進入分揀系統(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、計算機網(wǎng)絡(luò)，把到達分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。 物料分揀采用可編程控制器 PLC 進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)

19、能靈 1 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)計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點， 受場地原因影響不大。同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現(xiàn)要求。 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。 應(yīng)用 PLC 技術(shù)結(jié)合氣動、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計不同類型材料的自 動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進行材料分揀的 彈性生產(chǎn)線的需求。本

20、文主要介紹了 PLC 控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，以及一些 調(diào)試方法。 本設(shè)計應(yīng)用可編程控制器 (PLC)實現(xiàn)了生產(chǎn)過程材料自動分揀的設(shè)計方案。 文中比較詳細地介紹了設(shè)計過程，包括具體的設(shè)計要求，對設(shè)計任務(wù)的分析，可編 程控制器型號的選擇， I/O 接點的分配， PLC 接線圖等具體內(nèi)容，并且給出了完整的硬件接線圖，功能狀態(tài)圖，梯形圖程序以及指令表程序。

21、 2 第 1 章 材料分揀裝置結(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藝過程及控制要求。 要想進行 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過程、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。 1.1 材料分揀裝置工作過程概述 如圖 1-1 所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

22、 圖 1-1 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，有步進電機、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；當料槽有料時

23、， 下料傳感器輸出信號給 PLC，PLC 控制輸送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制氣動閥 5 進行 3 下料，每次下料時間間隔可以進行調(diào)整。物料傳感器 SA 為電感傳感器，當檢測 出物料為鐵質(zhì)物料時， 反饋信號送 PLC，由 PLC 控制氣動閥 1 動作選出該物料；物料傳感器 SB 為電容傳感器，當檢測出物料為鋁質(zhì)物料時， 反饋信號送 PLC, PLC 控制氣動閥 2 動作選出該物料； 物料傳感器 SC 為顏色傳感器， 當檢測出物料的顏色為待檢測顏色時， PLC 控制氣動閥 3 動作選出該物料。物料傳 感器 SD 為備用傳感器。 當系統(tǒng)設(shè)定為分

24、揀某種顏色的金屬或非金屬物料時， 由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。 1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標 輸入電壓： AC200～ 240V（帶保護地三芯插座） 消耗功率： 250W 環(huán)境溫度范圍： -5～ 40℃ 氣源：大于 0.2MPa切小于 0.85Mpa 1.3 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，進行設(shè)計之前，首先應(yīng)分析控制對象的要求。 1.3.1 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實現(xiàn)基本功能如下 （ 1）分揀出金屬和非金屬 （ 2）分揀某一顏色塊

25、 （ 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 1.3.2 系統(tǒng)的控制要求 系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進行檢測并分類。當待測物體經(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 4 （ 2）電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行 （ 3）有物料時，下料汽缸動作，將物料送出

26、 （ 4）當電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸 1 動作 （ 5）當電容傳感器檢測到鋁物料時，推汽缸 2 動作 （ 6）當顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時，推汽缸 3 動作 （ 7）其他物料被送到 SD 位置時，推汽缸 4 動作 （ 8）汽缸運行應(yīng)有動作限位保護 （ 9）下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機

27、 5 第 2 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、輸出設(shè)備，選擇合適的 PLC類型，并分配 I/O點。 2.1 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 2-1 所示。

28、 圖 2-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 2.2 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，然后進行 I/O 分配。 2.2.1 用戶存儲容量的選擇 存儲容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲 器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元大小，因此程序容量小于存儲容量。 PLC 用戶程序所需內(nèi)存容量一般與開關(guān)量輸入、輸出點數(shù)、模擬量輸入輸出點數(shù)以及用戶 6 程序達的編寫質(zhì)量等有關(guān)。對于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要

29、求存儲容量大些。對于同樣的系統(tǒng)，不同用戶編寫的程序可能會使程序長度和執(zhí)行時間差距很大。對 PLC 用戶程序存儲容量的估算，可用下面推薦的經(jīng)驗公式： 存儲器總字節(jié)數(shù) =（開關(guān)量 I/O 點數(shù) *10 ）+（模擬量點數(shù) *150 ） 按經(jīng)驗公式所得的存儲器總字節(jié)數(shù)要考慮 25%的余量。因為上面經(jīng)過分析需 要 12 個輸入點， 12 個輸出點，這樣就總共 24 個 I/O 點數(shù)。 因此，存儲器總字節(jié)數(shù)≥ 24*10=240。 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。

30、 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。輸出包括控制電動機運行的接觸器，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 個輸出。 2.2.2 PLC型號的選擇 在 PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC工程設(shè)計選 型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。 PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成 的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選 型所選用 PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、 成熟可靠的

31、系統(tǒng)， PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表 圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作， 然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 在選用 PLC型號時應(yīng)考慮以下幾個問題： 1 ．輸出點數(shù)是衡量 PLC規(guī)模大小的重要指標。因此，在選用 PLC時，首先要確保有足夠的 I/O 點數(shù)，并留有一定的余地，一般可考慮 10%-1

32、5%的備用量； 2 ．存儲容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存 儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元大小， 因此程序容量小于存儲容量。 PLC用戶程序所需內(nèi)存容量一般與開關(guān)量輸入、輸出點數(shù)、模擬量輸入輸出點數(shù)以及用戶 程序達的編寫質(zhì)量等有關(guān)。對于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要求存儲容量大些。對于同樣的系統(tǒng)，不同用戶編寫的程序可能會使程序長度和執(zhí)行時間差距很大； 7 3．輸入 / 輸出模塊的選擇。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。 例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、

33、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有 價格低、使用電壓范圍廣、壽命短，響應(yīng)時間長等特點。選擇哪一種功能的輸入 / 輸出模塊和哪一種輸出形式，取決于控制系統(tǒng)中輸入 / 輸出信號的種類、參數(shù)要求和技術(shù)要求。例如，輸入模塊分為直流 5V、12V、24V、48V、60V 幾種，交流 115V 和 220V兩種。一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間的距離來選擇電壓的大小 ; 4． PLC機型要統(tǒng)一，即使在一個工廠， PLC使用的機型要盡量統(tǒng)一，以便于維護和管理。這樣有利于 PLC應(yīng)用技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)， 同時可使多臺 PLC 共用一

34、個編程器，經(jīng)濟也合算。 根據(jù)上面所確定的 I/ O 點數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此， 選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門子公司的 S7-200系列 CPU226 型PLC。它有 24個輸入點， 16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。 2.2.3 PLC 的輸入輸出端子分配 根據(jù)所選擇的 PLC型號，對本系統(tǒng)中 PLC的輸入輸出端子進行分配，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 I0.0 UC

35、P( 計數(shù)傳感器 ) 接旋轉(zhuǎn)編碼器 I0.1 SN( 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 ) 輸 I0.6 SFW1( 推氣缸 1 動作限位 ) 入 部 I0.7 SEW2( 推氣缸 2 動作限位 ) 分 I1.0 SFW3( 推氣缸 3 動作限位 ) I1.1 SFW4( 推氣缸 4 動作限位 )

36、 I1.2 SFW5( 下料氣缸動作限位 ) I1.3 SBW1( 推氣缸 1 回位限位 ) I1.4 SBW2( 推氣缸 2 回位限位 ) 8 I1.5 SBW3( 推氣缸 3 回位限位 ) I1.6 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 ) Q0.0 M( 輸送帶電機驅(qū)動器 ) 輸 Q0.1 YV1( 推氣缸 1

37、 電磁閥 ) 出 Q0.2 YV2( 推氣缸 2 電磁閥 ) 部 Q0.3 YV3( 推氣缸 3 電磁閥 ) 分 Q0.4 YV4( 推氣缸 4 電磁閥 ) Q0.5 YV5( 下料氣缸電磁閥 ) 2.2.4 PLC 輸入輸出接線端子圖 根據(jù)表 1可以繪制出 PLC的輸入輸出接線端子圖，如圖 2-2所示。 圖2-2 PLC輸入輸出接線端子圖

38、 9 2.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 2.3.1 按鈕的選用 控制按鈕是一種短時接通或斷開小電流電路的電器。它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐贰? 常見的控制按鈕有 LA 系列和 LAY1系列。LA 系列按鈕的額定電壓為交流 500V、額定電流為 5A；LAY1系列按鈕的額定電壓為交流 380V、直流 220V，額

39、定電流為5A。按鈕帽有紅、綠、黃、白等顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。 待機控制按鈕 SB1和停機控制按鈕 SB2選擇 LAY1系列控制按鈕，電壓 220V，電流 5A。 其中待機控制按鈕為綠色，停機控制按鈕為紅色。 2.3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進電機連接在一起，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行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時，發(fā)出信號到 PLC ，以進行分揀，也可用來控制步進電機的 轉(zhuǎn)速。

40、本系統(tǒng)選用 E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器 ,原理如圖 2-3 所示。 10 光電 碼盤 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

41、，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，獲得四組正弦波信號組合

42、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，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個 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 5~10000 線。 信號輸出 : 信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（ TTL 、HTL ），集電極開路（ PNP、NPN），

43、推拉式多種形式，其中 TTL 為長線差分驅(qū)動（對稱 A ， A- ；B， B-；Z，Z- ）， HTL 也稱推拉式、推挽式輸出，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， PLC 和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。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 11 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，由于帶有對稱負信號的連接

44、，電流對于電纜貢獻的電磁場為 0， 衰減最小，抗干擾最佳， 可傳輸較遠的距離。 對于 TTL 的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達 150 米。 對于 HTL 的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達 300 米 2.3.3 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，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷

45、。本系統(tǒng)選用 M18X1X40 電感傳感器。接線圖如圖 2-4，原理圖如圖 2-5。 圖 2-4 M18X1X40 DC 二線常開式電感傳感器接線圖 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

46、起的。當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出。電感式傳感器的特點是：①無活動觸點、可靠度高、壽 12 命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復(fù)性好；⑤測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧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)換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、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

47、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。 2.3.4 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 E2KX8 ME1 電容傳感器，接線圖可參考圖 2-5，原理圖如圖 2-6。 圖 2-

48、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量時，首先必須將被測的非電學量轉(zhuǎn)換為電學量而后輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為變換器；根據(jù) 不同非電學量的特點設(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，需要將所測的力學量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、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

49、下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化范圍極小，如果要求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 13 用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達到 1～5 μm數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為 0.01 μm，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為 1005 μm，因此他在精密小位移測量中受到青睞。 對于上述這些力學量，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行檢測比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點： (1)測量范圍大其相對變化率可超過 100%； (2)靈敏度

50、高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達 10-7數(shù)量級； (3)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； (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材料，如空 氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強磁場、強輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。 2.3.5 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 ) 顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而

51、鑒別物體顏色。 TCS230 傳感器引腳如圖 2-7所示 圖 2-7 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出定標、單電源供電等特點；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 集成在一個單一的 CMOS 電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍 (RGB) 三種 14 濾光器

52、，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的 RGB 彩色傳感器。 TCS230 的輸出信號 是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的 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 個光電二極管帶有藍色濾波器，其余 16 個不帶有任何濾

53、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 典型輸出頻率范圍從 2Hz~500kHz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇 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)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。 當入射光投射到 TCS230 上時，通過光電二極

54、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%)，不同的顏色和光強對應(yīng)不同頻率的方波； 還可以通過輸出定標控制引腳 S0、 S1 選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(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 是頻率輸出引腳， GND 是芯片的 接地引腳， VCC 為芯片提供工作電壓。表

55、2 是 S0、S1 及 S2、S3 的可用組合。 表 2 S0、 S1 及 S2、 S3 的組合選項 S0 S1 輸出頻率定標 S2 S3 濾波器類型 L L 關(guān)斷電源 L L 紅色 L H 20% L H 藍色 H L 20% H L 無 H H 100% H H 綠色 2.3.6 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真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)

56、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 2-8 所示，其中負載可接至 PLC。 15 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元件，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓?，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電

57、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，它在機電控制、計算機、國防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。 2.3.7 步進電機 步進電機作為執(zhí)行機構(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?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，

58、從而達到準確定位的目的。 同時，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)控制電機轉(zhuǎn)動 的速度，達到調(diào)速的目的。步進電機選用的型號為 42BYGH101 。 16 第 3 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計是 PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計的主要任務(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)計出梯形圖。 順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順

59、序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。 順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。

60、 3.1 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，可畫出程序流程圖，如圖 3-1所示。 17 圖3-1

61、 控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選擇連續(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。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進行數(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)步進電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進行 分揀處理。 在汽缸 1～3 動作后，電機重新運行，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，則電機重新運行，高速

62、計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù) 運行到下一位置。 如果只對材料的某一特性進行分揀， 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行修改即可。 3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 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。 18 此指令為高速脈沖輸出指令，當使能端輸入有效時，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

63、 此指令為高速計數(shù)器定義指令，使能輸入有效時，為指定的高速計數(shù)器分配一種工作模式。 高速計數(shù)是用來累計比 PLC掃描頻率更高的脈沖輸入 此指令為高速計數(shù)器指令，使能輸入有效時，根據(jù)高速計數(shù)器特殊存儲器位的狀態(tài)，并按照 HDEF指令指定的模式，設(shè)置高速計數(shù)器并控制其工作。 下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹： 19

64、 （ 1）以上為主程序，首先 I2.0啟動后， M0.1 得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備， I2.1為停止按鈕。當 PLC處于 RUN 模式時， SM0.1通電一個周期， Q0.0 復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。 （ 2）以上為子程序中的高速脈沖

65、指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能 寄存器進行初始化，然后當 I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動 PLS（脈沖輸出）指令；如果 I0.0檢測沒有物料時，啟動定時器 T30，延時 30秒自動停機。 20

66、 （ 3）以上為子程序中的高速計數(shù)指令， 首先進行高速計數(shù)指令的初始化操作，當電機旋轉(zhuǎn)時， 帶動光電碼盤發(fā)出脈沖， 并輸入 PLC的接收端， 由高速計數(shù)指令進 行計數(shù)，計算步進電機轉(zhuǎn)過的步數(shù)，進行定位控制。其中設(shè)定預(yù)置值為 50，當計數(shù)至 50時，調(diào)用中斷程序。 21 22