基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 第1章 緒 論 1.1 課題研究目的和意義 近二十年來, 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

2、屬物料進(jìn)行計(jì)數(shù) [1]。由于這里不能上傳完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、相關(guān)圖紙CAD/PROE、中英文文獻(xiàn)及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要其他資料的朋友，請(qǐng)加叩扣:二二壹五八玖一壹五一 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

3、、時(shí)間和位置來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，接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢院?jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，進(jìn)一步提高勞動(dòng)

4、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、行程開關(guān)、接近開關(guān)等；與輸出模塊相連的有電磁閥、接觸器、電機(jī)、指示燈

5、等。為了提高PLC的功能，它還提供了多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；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，系統(tǒng)的規(guī)模和功能用戶可自己組合。 4）編程簡(jiǎn)單：PLC的編程大多數(shù)采用類似于繼電器控制線路的梯形圖格式，形象直觀，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)過程中，大量的開關(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

6、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，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）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

7、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似的梯形圖作為主要編程語言，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PC）發(fā)展起來后，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)

8、算、PID功能及極高的性價(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)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(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

9、應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，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)品的配套能力來說，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、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)是伴隨著改革開放開始的。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

10、氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(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

11、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)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，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)揮越來越大的作用[6]。

12、 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。 小：由整體結(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模塊等專用化模塊。 5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(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、語句表等編程語言，亦有高

13、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

14、運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。傳送帶一般按有無牽引件來進(jìn)行分類。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，牽引件繞過各滾筒或鏈輪

15、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。這類的傳送帶設(shè)備種類繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車式輸送機(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。沒有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來輸送物料的工作構(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

16、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”。不少國(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。常見傳送帶有TD75型和DTⅡ型

17、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)是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱連續(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路，輸送線路一般是固定的。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

18、： 水平直線輸送、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、無極變速[10]。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及擬解決主要問題 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，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。 2）對(duì)非金屬材料通過傳送帶向后傳送，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。

19、3）實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶啟動(dòng)，停止的控制。 主要解決問題如下： 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，并按大、中、小分揀至不同的分裝箱內(nèi)，同時(shí)對(duì)不同類型的工件進(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

20、要組成部分分為傳送帶四條、接近開關(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

21、 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

22、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

23、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的全稱是Programmable Logic Controller（可編程序控制器）,剛引入國(guó)內(nèi)時(shí)，曾簡(jiǎn)稱為PC。后來，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

24、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）不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(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)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，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

25、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)線依一定的規(guī)律將它們連接起來，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

26、，用來在其內(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，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？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

27、輸 限位開關(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

28、 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 用戶程序 接 單 寫入器 口 口

29、 元 圖3.1 PLC硬件基本組成的簡(jiǎn)化框圖 由圖可見，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)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(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)和編程過程中的語法

30、錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶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)器和用戶存儲(chǔ)器, 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放用戶程序執(zhí)行過程中使用NO/OFF狀態(tài)量或數(shù)值量，以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。用戶存儲(chǔ)器內(nèi)容由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，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)廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序

31、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，用戶無法更改或調(diào)用。 3）輸入、輸出單元（I/O單元） I/O口單元稱為I/O接口電路，PLC程序執(zhí)行過程中需要用的各種開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量等各種外部設(shè)備或設(shè)定量，都通過輸入電路進(jìn)入PLC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過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

32、及其工作環(huán)境和各種要求而經(jīng)過精心設(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源觸點(diǎn)，如按鈕、行程開關(guān)、主令開關(guān)等，也可以是有源器件，如各類傳感器、集電極開路的晶體管接近開關(guān)、光電開關(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

33、經(jīng)過專用的模擬量輸入模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過輸入電路進(jìn)行PLC。輸入信號(hào)是通過輸入斷子經(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)部原理線路，由裝在PLC面板上的來顯示某一輸入點(diǎn)是否有信號(hào)輸入。 +24V LED 內(nèi)

34、 部 電 源 輸入口 COM 接近開關(guān) 圖3.2 24V輸入接口電路 (2) 輸出接口電路

35、為適應(yīng)不同負(fù)載需求，各類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)考慮不同類型，不同性質(zhì)負(fù)載的接線要求，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

36、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

37、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)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，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

38、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)間的配合問題

39、。 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： 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

40、，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)展大量滿足單個(gè)需要的特殊功能模塊等特點(diǎn)，為工廠自動(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,可能稱得上是小型至尊產(chǎn)品?；拘阅艽蠓嵘?，晶體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)了極為可觀的規(guī)?？s小I/O型接線接口降低了接

41、線成本，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類型有基本型CPU，高性能型CPU，過程控制CPU,運(yùn)動(dòng)控制CPU,冗余CPU等?？梢詽M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，為了更好地滿足國(guó)內(nèi)用戶對(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)開關(guān)量輸入及2塊16點(diǎn)開關(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，故具有極佳的性價(jià)比。 A系列三菱PLC

42、: 使用三菱專用順控芯片（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

43、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

44、 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

45、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 開路漏電流 ____ 1mA/100V AC 2.4mA/240V AC 0.1mA

46、/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(120/2

47、40V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)接近開關(guān)進(jìn)行判斷。接近開關(guān)分

48、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)分別通過安裝于傳送帶前方的光電接近開關(guān)進(jìn)行控制。物料的到位由裝設(shè)在汽缸處的接近開關(guān)檢測(cè)，通過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電感式接近開關(guān)傳感器的選擇 采用電感式接近開關(guān)，這種開關(guān)有時(shí)也叫渦流式接近開關(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關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電體。接近開關(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

49、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。傳感器的接線方式采用直流（DC）二線常開（NO）型。 1.電感式接近開關(guān)傳感器的電氣指標(biāo) 1）工作電壓：是指電感式接近開關(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關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在開關(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：是指開關(guān)斷開時(shí)，流過負(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)：超過極限電流時(shí)

50、，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）直流兩線制接近開關(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)接近開關(guān)處于OFF狀態(tài)時(shí)，仍有很小電流通過負(fù)載，當(dāng)接近開關(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附近，有高壓或動(dòng)力線存在時(shí)，應(yīng)將傳感器的電纜線單獨(dú)裝入金屬導(dǎo)管內(nèi)，以防干擾。 4）使用兩線制傳感器時(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

51、，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）用示波器觀察T1的e極，應(yīng)有高頻振蕩波形；若無振蕩波形，應(yīng)仔細(xì)檢查電感線圈接線是否正確，T1周圍R、C參數(shù)是否正確無誤，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圈，其輸出應(yīng)變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)LED亮，說明工作正常； 4）若不正常，應(yīng)檢查T2、T3、T4的狀態(tài)

52、及周圍元件，無金屬物體接近電感線圈時(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）選擇接線方式[25]。 6.可根據(jù)使用對(duì)象的要求合理選擇接線方式[26] 表3.5國(guó)內(nèi)、國(guó)際常用色線對(duì)照 類型 國(guó)際 國(guó)內(nèi) +V 棕 紅 GND 藍(lán) 黑 Vout 黑 綠 3.2.2 光電接近開關(guān)的選擇 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光

53、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。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可能被檢測(cè)。光電開關(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)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)采用漫反射式光電開光，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)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(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)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。光電開關(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。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕）

54、，所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用[27]。 1.光電開關(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)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也

55、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 在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，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關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的

56、光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動(dòng)作。接觸式行程開關(guān)存在響應(yīng)速度低、精度差、接觸檢測(cè)容易損壞被檢測(cè)物及壽命短等缺點(diǎn)，而晶體管接近開關(guān)的作用距離短，不能直接檢測(cè)非金屬材料。但是，新型光電開關(guān)則克服了它們的上述缺點(diǎn)，而且體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)。這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)

57、以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公室以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用[29]。 對(duì)于非金屬物料，小、中、大3個(gè)接近開關(guān)均無檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)工件到達(dá)各傳送帶時(shí)，各傳送帶前方的光電開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)傳送帶，實(shí)現(xiàn)非金屬物料的傳送，并通過傳送帶輸出端的光電開關(guān)進(jìn)行計(jì)數(shù)[30]。 3.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了各個(gè)器件的選型，包括PLC的選型，接近開關(guān)的選型兩部分。同時(shí)對(duì)各個(gè)器件的工作原理等做了詳細(xì)的分析更加完善了設(shè)計(jì)內(nèi)容。 第4章 物料分揀控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求，確

58、定I/O點(diǎn)地址，編制I/O分配表，最后根據(jù)系統(tǒng)控制要求和控制流程要求進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)和調(diào)試[31]。 4.1控制系統(tǒng)I/O分配 參考表4.1，系統(tǒng)的I/O分配如表4.1所示。 表4.1 I/O分配表 輸入 輸出 序號(hào) 輸入 外 部 元 件 序號(hào) 輸出端子 外 部 元 件 1 X0 工件原位點(diǎn) 1 Y0 供料 2 X1 上接近開關(guān) 2 Y1 傳送帶1 3 X2 中接近開關(guān) 3 Y2 傳送帶2 4 X3 下接近開關(guān) 4 Y3 傳送帶3 5 X4 2段接近開關(guān) 5 Y4 傳送帶4 6 X5 3段接

59、近開關(guān) 6 Y5 小工件推出 7 X6 4段接近開關(guān) 7 Y6 中工件推出 8 X7 出4段接近開關(guān) 8 Y7 大工件推出 9 X10 2段到位接近開關(guān) 9 Y20 傳送帶1工作指示 10 X11 3段到位接近開關(guān) 10 Y21 傳送帶2工作指示 11 X12 4段到位接近開關(guān) 11 Y22 傳送帶3工作指示 12 X20 啟動(dòng)按鈕 12 Y23 傳送帶4工作指示 13 X21 停止按鈕 13 在控制系統(tǒng)中，操作盤的設(shè)計(jì)如圖4.1所示，包括一個(gè)啟動(dòng)按鈕PB1(X20)和一個(gè)停止按鈕PB2（X21），

60、以及1、2、3、4段傳送帶運(yùn)行指示燈PL1（Y20）、PL2(Y21)、PL3(Y22)、PL4(Y23) [32]。 燈顯示 PL1 PL2 PL3 PL4 Y20 Y21 Y22 Y23 操作開關(guān) PB1 X20 PB2 X21 圖4.1操作盤 4.2 PLC外部接線圖 根據(jù)表4.1、4.2分配輸入/輸出信號(hào)與P

61、LC輸入/輸出接口分配情況及所選定的PLC，得到PLC的外部接線圖如圖4.1所示[33]。 圖4.2 PLC外部接線圖 4.3軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高物料分揀控制系統(tǒng)整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前傳送帶廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法[34]。 這套系統(tǒng)根據(jù)控制要求進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的主要工作是完成對(duì)物料尺寸大小的判斷、傳送帶的啟動(dòng)和停止控制、物料的推出以及對(duì)不同物料進(jìn)行計(jì)數(shù)等任務(wù)。

62、圖4.3所示為啟動(dòng)設(shè)備的程序。按下啟動(dòng)按鈕，X020閉合，M20輸出，啟動(dòng)設(shè)備； 按下停止按鈕，則X021斷開，M20為0，設(shè)備停止。計(jì)數(shù)器執(zhí)行到設(shè)置值則M31常閉觸點(diǎn)斷開，M20為0，設(shè)備停止。在設(shè)備重新啟動(dòng)時(shí)，通過PLS M0指令輸出一復(fù)位脈沖，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)對(duì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的復(fù)位。 圖4.3啟動(dòng)設(shè)備 圖4.4所示為開始供料及對(duì)傳送帶1的控制。只要有工件到達(dá)，Y000輸出，啟動(dòng)供料，同時(shí)啟動(dòng)1段傳送帶；當(dāng)工件到達(dá)2段傳送帶前的光電開關(guān)處，X004為1，工件離開1段傳送帶；通過T20延時(shí)10s后，T20常閉觸點(diǎn)斷開，傳送帶1停轉(zhuǎn)。如果按下停止按鈕，M20觸點(diǎn)斷開，Y001沒有輸出，

63、傳送帶1立即停。 圖4.4開始供料及傳送帶1控制 如圖4.5所示，可通過X001、X002、X003的狀態(tài)判斷工件的大小。當(dāng)只有X003有輸入信號(hào)時(shí)為小尺寸工件，當(dāng)只有X003、X002有輸入信號(hào)時(shí)為中尺寸工件，當(dāng)X001、X002、X003都有輸入信號(hào)時(shí)為大尺寸工件。由于采用電感式接近開關(guān)，則當(dāng)有非金屬工件經(jīng)過時(shí)X001、X002、X003均無輸入信號(hào)。 圖4.5 工件尺寸判斷 在系統(tǒng)中，2、3、4段傳送帶的控制通過其前端的光電開關(guān)進(jìn)行控制。傳送帶停止的控制包括兩個(gè)方面：一是當(dāng)工件離開本段傳送帶，進(jìn)入下一段傳送帶是，延時(shí)10s后本段傳送帶停止；二是當(dāng)工件應(yīng)在

64、本段分揀，即應(yīng)在本段通過汽缸推出工件時(shí)，在工件到位，傳送帶停止時(shí)，執(zhí)行推出動(dòng)作。程序如圖4.6所示。 圖4.6 2、3、4段傳送帶控制 當(dāng)工件到位時(shí)，對(duì)應(yīng)傳送帶停轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)Y005、Y006、Y007輸出，汽缸執(zhí)行推出動(dòng)作，同時(shí)對(duì)工件的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。對(duì)于非金屬材料則通過工件離開分揀裝置時(shí)的光電開關(guān)X007進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)，程序如圖4.7所示。 圖4.7 不同工件的技術(shù) 一個(gè)工件分揀完成后，需要對(duì)工件類型中間寄存器M22、M23、M24進(jìn)行復(fù)位通過M30實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還需要對(duì)每一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位，保證下一循環(huán)的正常進(jìn)行，程序如圖4.8。 圖4.8 工件分揀完成復(fù)位程序 由于每個(gè)

65、分揀箱所能裝載的工件數(shù)量有限，因此，當(dāng)達(dá)到最大數(shù)量時(shí)，設(shè)備停止，等待更換分揀箱后再重新啟動(dòng)。計(jì)數(shù)到設(shè)備停得程序如圖4.9所示。 圖4.9 計(jì)數(shù)到設(shè)備停 當(dāng)啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，需對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，通過啟動(dòng)信號(hào)的上升沿脈沖對(duì)計(jì)數(shù)器復(fù)位。程序如圖4.10所示。當(dāng)M0為ON時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)器C22、C23、C24、C25復(fù)位。 圖4.10 啟動(dòng)復(fù)位程序 各傳送帶運(yùn)行的指示程序如圖4.11所示。 圖4.11 傳送帶運(yùn)行指示 4.4 本章小節(jié) 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高物料分揀控制系統(tǒng)整體可靠性、實(shí)

66、用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。本章完成的主要任務(wù)有控制系統(tǒng)I/O分配、PLC外部接線圖和軟件設(shè)計(jì)。 結(jié) 論 傳送帶的出現(xiàn)延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，傳送帶技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。 本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果： （1）對(duì)物料分揀控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。 （2）傳送帶的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的PLC進(jìn)行控制。這使得機(jī)械設(shè)備更加靈活，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)，勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。 雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀傳送帶的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。 3  參考文獻(xiàn)