基于PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

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PLC technology combines the traditional relay control technology, modern computer technology and communication technology developed, specifically for industrial applications and factory equipment and design. And has the merits of easy use, simple programming, strong function, high price, high reliability, strong anti-jamming ability, strong adaptability, post processing, maintenance is simple and convenient, compared with the single chip microcomputer to more reliable and practical, this is what people choose PLC "in". Plus PLC compact appearance package, low weight, and small power consumption for these "outside", makes the PLC more and more respected and loved in industrial enterprises. In this paper, automatic material sorting system, the main application of PLC technology, aided by starting device, location technology, field bus technology, driving principle of the motor, the electric transmission technology, sensor technology, automatic detection technology and design, for a large number of material for automatic sorting, complete categories of placing the material. The system has many advantages, for example, up and running stability, precision and agility, high degree of automation, and very easy to use and control, if you want to use it to packaging another batch of goods, only need to fingertips, of the system slightly Acacius change of the programs are slightly can handle. Key words: PLC; programmable logic controller; sorting device system; control system; induction system 目 錄 緒 論 1 1.1 物料分揀系統(tǒng)概述 2 1.2 物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 3 1.3 研究的目的及意義 6 第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 8 1.1 材料分揀裝置工作過(guò)程概述 8 1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 9 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 9 1.3.1 功能要求 9 1.3.2 系統(tǒng)的控制要求 10 第2章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 11 2.2 硬件選型與硬件組態(tài) 11 2.2.1 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) 11 2.2.2 PLC 的選擇 12 2.2.3 PLC的輸入輸出端子分配 12 2.2.4 PLC輸入輸出接線端子圖 13 2.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 14 2.3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 14 2.3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 14 2.3.3 電感式傳感器的選擇 15 2.3.4電容式傳感器的選擇 16 2.3.5 顏色傳感器 17 2.6 光電編碼器 19 第3章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 1 3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 2 第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 8 4.1 硬件調(diào)試 8 4.2 軟件調(diào)試 8 4.3 整體調(diào)試 10 結(jié) 論 11 參考文獻(xiàn) 12 附 錄 13 致 謝 18 緒 論 1.1 物料分揀系統(tǒng)概述 當(dāng)代，隨著機(jī)器人代替人類(lèi)的生產(chǎn)和勞動(dòng)，機(jī)械化和自動(dòng)化的普及與應(yīng)用，越來(lái)越多的企業(yè)和工廠把自己的視線集中到了成本低、效率高的自動(dòng)化上來(lái)，而plc以它特低的性?xún)r(jià)比，走入了人們的視線，應(yīng)用plc技術(shù)更是成為了企業(yè)和工廠的首選。Plc技術(shù)可以代替人類(lèi)去做一些重復(fù)的。無(wú)聊的工作。而使用plc技術(shù)設(shè)計(jì)的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，更是可以取代大量工人的勞動(dòng)，并且比人工勞動(dòng)的效率更高，分揀的速度，種類(lèi)，分揀量，都要比人工勞動(dòng)好，大大節(jié)省了勞動(dòng)力。使用plc技術(shù)已經(jīng)是是企業(yè)和工廠首選之法。 特別是像一些物流公司，雜貨公司，那些需要進(jìn)行，不得不去進(jìn)行物料分揀的企業(yè)和公司，一直以來(lái)都是人工的進(jìn)行分揀，由于工人們工作會(huì)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，因“人”不是“機(jī)器人”，而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，分揀效率低，流水線技術(shù)不夠先進(jìn)，導(dǎo)致公司或企業(yè)的生產(chǎn)速度慢，并且占用了大量的人力資源，造成了資源浪費(fèi)，并且浪費(fèi)企業(yè)的資金。影響了公司的業(yè)績(jī)，阻礙了公司的優(yōu)化之路。因此，plc物料自動(dòng)分揀裝置，能夠完全彌補(bǔ)這一不足，讓企業(yè)更有競(jìng)爭(zhēng)力，解放大部分的生產(chǎn)力，為公司，工廠節(jié)約了成本，提高了效率。這是一些企業(yè)和公司優(yōu)化的必選，這也是自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)與人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的需要。隨著自動(dòng)化的普及與發(fā)展，plc物料自動(dòng)分揀裝置取代人類(lèi)勞動(dòng)已成為必然。 物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)是通過(guò)把寫(xiě)好的程序輸入裝置里面，通電之后就能夠不停歇的，連續(xù)的，無(wú)誤差的進(jìn)行工作，不像人類(lèi)工作效率低速度慢，使用plc技術(shù)，顯著地提高了效率。并且，根據(jù)plc的特點(diǎn)，受到環(huán)境因素和工作因素的影響很小，裝置檢測(cè)、使用和維修，后期更換等非常方便。Plc的發(fā)展已經(jīng)成為社會(huì)的必然。一個(gè)分揀系統(tǒng)裝置根本不夠用的，兩個(gè)，多個(gè)分揀裝置系統(tǒng)很有可能被應(yīng)用在一個(gè)公司，一個(gè)生產(chǎn)線上，這足以證明plc分揀系統(tǒng)有著很大的發(fā)展前景和市場(chǎng)空間。 一個(gè)plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)可以應(yīng)用在各個(gè)不同的工廠或者企業(yè)，一個(gè)企業(yè)的各個(gè)不同的地方，它受大多自動(dòng)化公司或企業(yè)的青睞。 PLC因其控制方便，編程簡(jiǎn)單，能夠承受高溫、高壓等惡劣的環(huán)境等特點(diǎn)，并且后期維護(hù)費(fèi)用少，已經(jīng)成為了目前企業(yè)、工業(yè)最常用的自動(dòng)化控制方法。PLC技術(shù)，加上啟動(dòng)裝置，位置技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，電機(jī)拖動(dòng)原理，電氣傳動(dòng)技術(shù)，傳感技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體，把他們結(jié)合起來(lái)，完全就是應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的縮影。 本論文向大家清楚地展示了PLC控制系統(tǒng)的軟硬件，控制程序的流程以及軟硬件的調(diào)試和使用，還附有程序流程圖，讓大家對(duì)plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的了解，以便于大家以后的應(yīng)用。 1.2 物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 相信大家都知道，我們國(guó)家是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，自動(dòng)化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有那些發(fā)達(dá)國(guó)家高。在發(fā)達(dá)國(guó)家，他們工廠或者生產(chǎn)線流水線上，采用的都是自動(dòng)化程度高的自動(dòng)化系統(tǒng)，解放了生產(chǎn)力。而在我國(guó)，發(fā)達(dá)程度低，改革開(kāi)放時(shí)技術(shù)革新慢，技術(shù)只在追著別人跑，大部分的物料分揀用的都是人工作業(yè)，這就在一定程度上限制了我們國(guó)家的發(fā)展。但是呢，即使是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，他們也沒(méi)有使用高度自動(dòng)化系統(tǒng)，究其原因，無(wú)非是投資大，技術(shù)太高沒(méi)有相關(guān)的人員可以駕馭得了，高度自動(dòng)化系統(tǒng)需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員去操作，還要有可靠的公司提供技術(shù)與人員的支持。所以這也是自動(dòng)化沒(méi)有大大普及的原因吧。 還有一個(gè)原因，就是由于系統(tǒng)對(duì)物料的包裝、物料的顏色，物料的材料等要求非常高，需要采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的包裝，才能應(yīng)用自動(dòng)分揀裝置對(duì)大部分商品進(jìn)行自動(dòng)分揀，這是很困難的一件事，要對(duì)所有的商品包裝商和商品供應(yīng)商進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃。要是專(zhuān)門(mén)為一個(gè)公司訂制的一個(gè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)，這耗費(fèi)的人力物力財(cái)力又大大超出消費(fèi)指標(biāo)，后期維修及其他相關(guān)工作難度很大。 說(shuō)了這么多的缺點(diǎn)，但是我相信隨著社會(huì)的高速發(fā)展，自動(dòng)化越來(lái)越普及，即使是物料分揀系統(tǒng)有這么多的不足之處，在一切都講求效率的時(shí)代，人們肯定會(huì)越來(lái)越重視plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。本設(shè)設(shè)計(jì)出了一個(gè)高效的，安全的，低成本的plc物料自動(dòng)分揀裝置，就在一定程度上解決了那些大大小小的問(wèn)題難題。 1.3 研究的目的及意義 物料分揀系統(tǒng)中，物料傳感器，傳送皮帶，步進(jìn)電機(jī)，氣缸以及其它精密儀器的使用、發(fā)展、更新?lián)Q代，使得自動(dòng)化程度越來(lái)越發(fā)達(dá)，越來(lái)越高級(jí)，能夠滿(mǎn)足人們的需求，代替人們?nèi)ネ瓿筛鞣N惡劣艱苦條件下（高溫，高壓，大風(fēng)，大雨，危險(xiǎn)地方，腐蝕環(huán)境，有毒氣體環(huán)境）的重復(fù)單一，枯燥無(wú)味的工作，比如搬運(yùn)貨物，傳送物體，物料分揀之類(lèi)的工作。正是因?yàn)檫@樣，plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)被物流公司，冶金廠，電子廠，制造廠，運(yùn)輸公司，以及其他用得到的公司所看好，在當(dāng)代企業(yè)和工業(yè)中的應(yīng)用得到了廣泛的認(rèn)可。 以中央處理器為核心，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，電氣拖動(dòng)技術(shù)，電機(jī)技術(shù)，微機(jī)控制技術(shù)，自動(dòng)控制原理，等先進(jìn)技術(shù)和高科技應(yīng)用，使得plc物料自動(dòng)分揀裝置具有了效率高、使用簡(jiǎn)單方便、功能完善程度高，組裝簡(jiǎn)單容易，編程不是那么復(fù)雜，功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)也使得plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)裝置占據(jù)了企業(yè)、工廠的舉足輕重的地位。目前，有物料分揀裝置的公司和企業(yè)大多采用plc進(jìn)行控制，因?yàn)閜lc能夠在那些惡劣的條件下進(jìn)行作業(yè)。 并且，plc結(jié)合一些精密的儀器，達(dá)到了傳感度高，性能好，故障率低，可靠性高，能夠?qū)Σ煌伾煌牧?，不同溫度的物料進(jìn)行按照人們要求進(jìn)行分類(lèi)。正因如此，一些流水線作業(yè)和自動(dòng)化生產(chǎn)更喜歡使用plc物料自動(dòng)分揀裝置。人們按照自己的意愿編寫(xiě)好程序，輸入到plc裝置中，就能讓plc系統(tǒng)裝置代替人們?cè)趷毫訔l件下進(jìn)行煩勞單調(diào)的工作，要是分揀的物料或者其他什么條件需要改變時(shí)，也僅僅是改變他輸入的程序即可。Plc自動(dòng)分揀裝置的這些優(yōu)點(diǎn)，大大降低了成本費(fèi)用，人工費(fèi)用，以及額外支出的費(fèi)用。 本課題講述的是PLC自動(dòng)分揀系統(tǒng)裝置，結(jié)合其他工藝技術(shù)，能夠完成如下工作：1、對(duì)不同顏色和不同種類(lèi)的物料進(jìn)行分揀（這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于中小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的流水線），2、可部分代替人們?cè)诟邷刈鳂I(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，3、可部分代替人們?cè)谖ｋU(xiǎn)區(qū)進(jìn)行作業(yè)（這種作業(yè)是單調(diào)持久的）。如果分揀對(duì)象或者位置發(fā)生了改變時(shí)，僅僅只需改變輸入程序，加一些小小的改動(dòng)，就能很快地進(jìn)入使用，非常方便，又節(jié)省了一部分費(fèi)用。 第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) Plc物料自動(dòng)分揀裝置應(yīng)用了plc技術(shù)，電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)，電氣傳動(dòng)技術(shù)，微機(jī)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)，位置控制技術(shù)，電力電子技術(shù)，自動(dòng)控制原理，現(xiàn)代控制原理等一系列電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)，這是我們所學(xué)習(xí)的技術(shù)，以及將來(lái)作為一名合格的高級(jí)電氣工程師所必備的技術(shù)，這就是我們以后從事單位的縮影。 本章主要介紹了應(yīng)用plc物料自動(dòng)分揀裝置的工藝選材，工作過(guò)程以及過(guò)程中的控制要求。對(duì)工作環(huán)境，工作要求，工作特點(diǎn)，和過(guò)程中的要求和特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的闡明。 1.1 材料分揀裝置工作過(guò)程概述 下圖所示為自動(dòng)分揀裝置的工作原理圖： 圖1-1 物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖 物料自動(dòng)分揀裝置內(nèi)置電源，有五個(gè)氣缸，氣體壓縮機(jī)，二聯(lián)體過(guò)濾器，電磁閥組，步進(jìn)電機(jī)，傳輸帶，光電碼盤(pán)，下料槽，卸料槽，氣缸回位限位，電感傳感器，電容傳感器，氣缸動(dòng)作限位，顏色傳感器，下料傳感器，備用傳感器等一系列裝置。他們以各自的位置排列在裝置內(nèi)的不同位置，并且可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行重新排版，增加或者減少一些其他的元件。 整個(gè)plc自動(dòng)分揀裝置通電以后，程序先啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)傳送帶進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。若是傳送帶上沒(méi)有物料，那么，傳送帶運(yùn)行一周后自動(dòng)停止工作。若是傳送帶上有物料，那么，下料傳感器檢測(cè)到物料之后，傳送信號(hào)給plc，傳送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，氣動(dòng)閥5開(kāi)始工作。當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到物體為鐵材料的話，氣動(dòng)閥1將把物料進(jìn)行推動(dòng)，篩選出該物料；當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到物料為鋁材料時(shí)，氣動(dòng)閥2開(kāi)始工作，篩選出該物料；當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到該物體為所選顏色后，氣動(dòng)閥3開(kāi)始工作，篩選出該物料。還有一個(gè)備用傳感器，可進(jìn)行某種顏色的某種材料的物料的篩選工作。根據(jù)不同需要，調(diào)整編寫(xiě)程序。就能實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的分揀工作。 1.2 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)境溫度范圍：-5～40℃ 氣源：大于0.2MPa小于0.85Mpa 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 根據(jù)控制對(duì)象的不同，我們所編寫(xiě)的程序，選用的設(shè)備也會(huì)有所不同。我們要分析所需和所求。 1.3.1 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 1.3.2 系統(tǒng)的控制要求 PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)利用電容傳感器，電感傳感器，顏色傳感器和備用傳感器對(duì)所有物料進(jìn)行分揀工作。所有物料通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶進(jìn)入工作區(qū)域，當(dāng)通過(guò)不同的傳感器時(shí)，相應(yīng)的氣缸進(jìn)行工作，將物料進(jìn)行篩選。 控制要求有以下幾個(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(cè)到鐵物料時(shí)，推汽缸1 動(dòng)作 （5）當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí)，推汽缸2 動(dòng)作 （6）當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)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）下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī) 第2章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)被控對(duì)象選擇相應(yīng)的plc控制系統(tǒng)，確定控制系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足物料分揀的各項(xiàng)要求，性能要切合實(shí)際，既不能浪費(fèi)，又不能造成過(guò)大的誤差，滿(mǎn)足不了要求。這需要我們?nèi)ミx擇合適的PLC硬件系統(tǒng)。 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。 圖2-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 2.2 硬件選型與硬件組態(tài) 根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，進(jìn)行plc的選型，然后進(jìn)行I/O口的分配。 2.2.1 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，系統(tǒng)的部件有電感傳感器，電容傳感器，備用傳感器，顏色傳感器，五個(gè)氣缸，啟動(dòng)和停止信號(hào)，總計(jì)需要24個(gè)I/O口，18個(gè)I口，6個(gè)O口。 2.2.2 PLC 的選擇 本系統(tǒng)裝置選用開(kāi)關(guān)量控制，選用西門(mén)子公司的S7-200系列CPU226 型PLC。既節(jié)約成本，不會(huì)造成浪費(fèi)，又滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需求。 2.2.3 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的I/O進(jìn)行如下的分配，如下表所示 表2-1 物料自動(dòng)分揀裝置PLC 輸入/輸出端子分配表 西門(mén)子PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口(I/O) 備注 輸 入 部 分 I0.0 UCP(計(jì)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(wú) 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) I0.6 SFW1(推氣缸1動(dòng)作限位) I0.7 SEW2(推氣缸2動(dòng)作限位) I1.0 SFW3(推氣缸3動(dòng)作限位) I1.1 SFW4(推氣缸4動(dòng)作限位) I1.2 SFW5(下料氣缸動(dòng)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) 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(dòng)) I2.1 SB2(停止) 輸 出 部 分 Q0.0 M(輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器) Q0.1 YV1(推氣缸1電磁閥) Q0.2 YV2(推氣缸2電磁閥) Q0.3 YV3(推氣缸3電磁閥) 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)上表我們可以繪制出本設(shè)計(jì)PLC的接線端子圖，如下圖所示。 圖2-2 PLC輸入輸出的接線端子圖 2.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 檢測(cè)元件首先要保證符合系統(tǒng)的配置，要讓整個(gè)裝置能夠安全可靠的工作，其次要物美價(jià)廉，最后整個(gè)裝置看起來(lái)要協(xié)調(diào)。 2.3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力的來(lái)源。步進(jìn)電機(jī)的控制是由脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)決定的，不會(huì)受到負(fù)載變化的影響，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度運(yùn)行的，通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制為一輛，通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，來(lái)達(dá)到精確控制電機(jī)的目的。由于傳統(tǒng)脈沖跟不上時(shí)代的節(jié)奏，本設(shè)計(jì)采用微機(jī)控制產(chǎn)生脈沖，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脈沖發(fā)生器，用軟件的方法產(chǎn)生控制脈沖，通過(guò)這種方法控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括電機(jī)的速度，加速度，運(yùn)行的角度，旋轉(zhuǎn)的角度。用軟件控制電機(jī)，使得電路沒(méi)那么復(fù)雜，在一定程度上減小了誤差，提高了效率。步進(jìn)電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，帶動(dòng)皮帶進(jìn)行物料的運(yùn)輸，與旋轉(zhuǎn)編碼器相連。 為了達(dá)到精確控制物料的篩選，就要嚴(yán)格控制電機(jī)的運(yùn)作，精確電機(jī)的定位，因此，PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)為42BYGH101。 2.3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，同時(shí)也能使用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速，是一款以光、電、機(jī)三大技術(shù)為核心的速度位移傳感器。旋轉(zhuǎn)編碼器具有分辨率高，功率損耗低，體積小這些優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地與PLC物料自動(dòng)分揀裝置很好的嵌合在一起，形成一個(gè)完美的plc物料自動(dòng)分揀裝置。旋轉(zhuǎn)編碼器用來(lái)記錄步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)編碼器也跟著轉(zhuǎn)一圈，旋轉(zhuǎn)之后，旋轉(zhuǎn)編碼器吧信號(hào)傳送給PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)按照步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)下達(dá)指令。簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)編碼器就是把步進(jìn)電機(jī)的脈沖量轉(zhuǎn)化為物料皮帶上的位移量。通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器，就可以實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)對(duì)皮帶上的物料的位置進(jìn)行控制。當(dāng)物料經(jīng)過(guò)相應(yīng)的傳感器時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)指定相應(yīng)的氣缸進(jìn)行運(yùn)作，完成物料的篩選。 PLC物料自動(dòng)選用E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器,原理如下圖所示。 光 電 碼 盤(pán) 圖2-3 旋轉(zhuǎn)編碼器的原理示意圖 2.3.3 電感式傳感器的選擇 電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器的原理是電磁感應(yīng)，將感應(yīng)到的物理量，轉(zhuǎn)化為電量的一款儀器?？杀粰z測(cè)的物理量有位移、壓力、流量、頻率，加速度，厚度等等諸多物理量，利用這些物理量對(duì)電感產(chǎn)生的系數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)由被測(cè)信號(hào)到電量的轉(zhuǎn)化。 電感式傳感器又稱(chēng)位移式傳感器，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由鐵芯、線圈和一部分電路組成，測(cè)量時(shí)，需要將一部分線圈接入被測(cè)電路，一點(diǎn)點(diǎn)被測(cè)量的變化都能被感應(yīng)到，與plc結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)在酸性堿性環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，可靠性很高，工作壽命長(zhǎng)。同時(shí)，電感式傳感器的分辨率和靈敏度都很高，能檢測(cè)到細(xì)小的變化，并且是線性的，可重復(fù)的，不會(huì)漏記，錯(cuò)記，或是重記，非常好用。inductance type transducer 雖有頻率響應(yīng)低，可快速控制性低等缺點(diǎn)，但這不影響它在PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)中的電感式傳感器是用來(lái)檢測(cè)金屬物料。 PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)選用M18X1X40 電感傳感器。 M18X1X40 電感傳感器接線圖如下圖： 圖2-4 M18X1X40 電感傳感器接線圖 M18X1X40 電感傳感器原理圖如下圖： 圖2-5 電感傳感器的工作原理圖 2.3.4電容式傳感器的選擇 電容式傳感器，可以測(cè)量的東西有很多，和電感式傳感器一樣可以測(cè)量位移、壓力、流量、頻率，加速度，厚度等，不過(guò)它還可以測(cè)量物質(zhì)的溫度，密度和濕度。電容式傳感器capacitive type transducer 它是將測(cè)到的物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)由非電量到電量之間的轉(zhuǎn)換。主要元件就是一個(gè)可變電容，主要分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三大類(lèi)。電容式傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)不用接觸就能測(cè)量，但是電容傳感器也有他的缺點(diǎn)，它不像電感傳感器是線性的，它比電感的阻抗高很多，因此負(fù)載能力也就差。 下圖為本系統(tǒng)所選的電容式傳感器的工作原理圖： 圖2-6 電容式傳感器的工作原理圖 2.3.5 顏色傳感器 顏色傳感器，顧名思義，就是檢測(cè)物體的顏色，通過(guò)檢測(cè)物體的三基色RGB(紅綠藍(lán))的反射比率來(lái)確定物體本身的顏色，將物體的顏色與設(shè)定的顏色相比較，然后傳遞信號(hào)給plc系統(tǒng)，以便選擇符合顏色的物料。顏色傳感器可以分辨人類(lèi)肉眼難以分辨的細(xì)小差距的顏色，對(duì)顏色的分辨度更為敏感，同時(shí)它也更加快捷。 PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)選用TAOS公司最新生產(chǎn)的TCS230顏色傳感 TCS230傳感器的引腳如下圖所示： 圖2-7 TCS230顏色傳感器引腳分布圖 RGB 顏色傳感器介紹： TCS230是美國(guó)TAOS公司生產(chǎn)的一款高性能的顏色傳感器。該款顏色傳感器帶有電流、頻率轉(zhuǎn)化器，具有數(shù)字兼容接口，可直接與微處理器或者其他電路相連接。它的輸入量是顏色，通過(guò)硅光電二極管陣列和一個(gè)電流／頻率轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（這些集成在一個(gè)CMOS電路上）。TCS230顏色傳感器的輸出是數(shù)字量，可與其他微機(jī)電路相連。TCS230芯片內(nèi)含一個(gè)交叉連接的 ８×８光電二極管陣列，都可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)這些光電二極管的操作，來(lái)達(dá)到精簡(jiǎn)電路的目的。 這些使得TCS230的具有分辨率高，誤差小，檢測(cè)范圍廣，電路簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在編程稍微復(fù)雜的特缺點(diǎn)。 引腳S0、S1為輸入端口，輸出頻率分頻系數(shù)選擇輸入端；OE也是輸入端口，輸入頻率使能端，低電平有效，可以控制輸出的狀態(tài)；GND為芯片電源接地端；VDD為芯片電源電壓端。OUT為頻率輸出端口，輸出頻率（fo）。S2、S3為輸入端口，是光電二極管類(lèi)型選擇輸入端，選擇濾波器的類(lèi)型。正因?yàn)橛辛诉@些，使得組合S0、S1和S2、S3可以達(dá)到不同的使用目的。 下表所示是S0、S1及S2、S3的可用組合。 表2-2 S0、S1和S2、S3 的組合選項(xiàng) S0 S1 輸出頻率定標(biāo) S2 S3 濾波器類(lèi)型 L L 關(guān)斷電源 L L 紅色 L H 20% L H 藍(lán)色 H L 20% H L 無(wú) H H 100% H H 綠色 2.6 光電編碼器 光電編碼器，又稱(chēng)手輪（全稱(chēng)手動(dòng)脈沖發(fā)生器），是一款通過(guò)光學(xué)原理和電學(xué)原理將檢測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量或者脈沖量的光電儀器，是一種數(shù)字化的儀器。具有抗干擾能力強(qiáng)，計(jì)算精確結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型新穎，易于檢修，使用簡(jiǎn)單方便，性?xún)r(jià)比高，帶載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在航天航空，數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人，電動(dòng)機(jī)，自動(dòng)檢測(cè)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。幾十年的發(fā)展，光電編碼器的發(fā)展趨于更加成熟，性能更加優(yōu)越，同時(shí)還伴隨著一系列的工業(yè)化產(chǎn)品，而目前使用最多的光電編碼器主要有光柵盤(pán)和光電探測(cè)裝置構(gòu)成，檢測(cè)原理為光電碼盤(pán)與電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，光電編碼器就檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)，將建測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給plc，在測(cè)量當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)還能夠記錄旋轉(zhuǎn)的方向與角度。根據(jù)光電編碼器的檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式光電編碼器、磁式光電編碼器、感應(yīng)式光電編碼器和電容式光電編碼器。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電編碼器也跟著同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B兩根線就會(huì)產(chǎn)生脈沖，A、B兩根線的脈沖永遠(yuǎn)相差九十度的相位角。當(dāng)A相脈沖超前于B相脈沖時(shí)，光電編碼器為正轉(zhuǎn)，電機(jī)也就是正轉(zhuǎn)。當(dāng)A相脈沖滯后于B相脈沖時(shí)，光電編碼器為反轉(zhuǎn)，電機(jī)也就是反轉(zhuǎn)。A線可單獨(dú)用來(lái)測(cè)量脈沖的個(gè)數(shù)。 下圖為光電編碼器的波形圖和工作原理圖： 圖2-8光電編碼器的原理圖和波形 47 第3章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)裝置的核心，程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該依照系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)的工作流程，寫(xiě)出相應(yīng)程序，畫(huà)出相應(yīng)的流程圖，并設(shè)計(jì)PLC程序的梯形圖。 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)我們想要實(shí)現(xiàn)的物料能夠進(jìn)行自動(dòng)分揀，分析過(guò)每一個(gè)步驟，一步接著一步的工作流程，特此畫(huà)出如下的流程圖： 圖3-1　控制系統(tǒng)的流程圖 當(dāng)系統(tǒng)上電后，裝置開(kāi)始運(yùn)行。下料槽上有物料，系統(tǒng)檢測(cè)到后，光電碼盤(pán)發(fā)出脈沖，皮帶開(kāi)始帶動(dòng)物體向前移動(dòng)，電容傳感器檢測(cè)到有相應(yīng)物體通過(guò)，則對(duì)應(yīng)氣缸運(yùn)動(dòng)，將物體選出，選出之后氣缸回位，若不是相應(yīng)物體，則氣缸不工作。物體繼續(xù)前行，當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到有相應(yīng)物體通過(guò)是，則對(duì)應(yīng)氣缸進(jìn)行工作，將物體選出，之后氣缸回位，若不是相應(yīng)物體，則氣缸不工作。物體繼續(xù)前行，顏色傳感器檢測(cè)到有相應(yīng)物體通過(guò)時(shí)，則對(duì)應(yīng)氣缸工作，將物體選出，之后氣缸回位，若不是，氣缸不工作，物料繼續(xù)前行。然后備用傳感器同理，選出對(duì)應(yīng)的物體。本系統(tǒng)裝置可以實(shí)現(xiàn)多次運(yùn)行和單次運(yùn)行。若有需要，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀過(guò)的物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一種物料和多種物料進(jìn)行分揀，只需增加一些程序，或者相應(yīng)的裝置（例如不同的傳感器、計(jì)數(shù)器等）。 3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)流程圖和想要實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行程序的編寫(xiě)（注意程序的完整性與功能性），利用STEP7-Micro/WIN40進(jìn)行程序的編寫(xiě)與植入。 下面對(duì)一些元件做一下簡(jiǎn)單的介紹： 這條指令是當(dāng)使能端輸入有效時(shí)，從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。 這條指令是當(dāng)輸入有效時(shí)，使程序進(jìn)入高速計(jì)數(shù)模式。 這條指令是當(dāng)輸入指令有效時(shí)，控制高速計(jì)數(shù)器的工作的。 下面對(duì)所編寫(xiě)的部分梯形圖作簡(jiǎn)單的介紹說(shuō)明： 程序1.0 程序1.1 （1）這兩條程序?yàn)橹鞒绦?，?dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，第一次掃描SM0.1=1，將Q0.0清零，使能端有效，開(kāi)始調(diào)用子程序SBR_0。 程序2.0 （2）這嗷嗷程序?yàn)?，?dāng)系統(tǒng)處于RUN模式時(shí)，通過(guò)設(shè)置PWM的周期與脈寬來(lái)設(shè)置PWM，然后產(chǎn)生輸入脈沖，電機(jī)就啟動(dòng)，帶動(dòng)皮帶上的物體進(jìn)行工作。當(dāng)皮帶上沒(méi)有無(wú)聊時(shí)，則通過(guò)T33延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)。 程序3.0 （3）這條程序?yàn)楦咚儆?jì)數(shù)指令，進(jìn)行過(guò)初始化操作（定義HSCO的控制方式，清零，設(shè)置欲置值，定義工作模式）之后，就開(kāi)始計(jì)數(shù)。就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制，以及對(duì)物料的計(jì)數(shù)。 程序4.0 （4）這條程序就是物料自動(dòng)分揀的主要程序了，當(dāng)各個(gè)傳感器檢測(cè)到有相應(yīng)物體通過(guò)時(shí)，電機(jī)停止前進(jìn)一秒，相應(yīng)的氣缸工作，將物料分揀出來(lái)，然后氣缸回位，電機(jī)繼續(xù)前行。 第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 所有的東西，設(shè)計(jì)好了之后，在應(yīng)用前都要進(jìn)行調(diào)試。我們?cè)趐lc軟硬件，軟件設(shè)計(jì)完成之后，也應(yīng)該進(jìn)行調(diào)試工作。人無(wú)完人，每個(gè)人都會(huì)出錯(cuò)，我們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，難免會(huì)有些疏漏，當(dāng)我們使用所設(shè)計(jì)的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)裝置之前，要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試與調(diào)試，來(lái)排除一些程序中的錯(cuò)誤，和系統(tǒng)中的不足。盡量做到最好，為以后的應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除此之外，所有的硬件也應(yīng)進(jìn)行調(diào)試工作，已達(dá)到最佳的使用準(zhǔn)備。 4.1 硬件調(diào)試 1．電感傳感器的調(diào)試 在電感傳感器相對(duì)應(yīng)的皮帶位置放上物料，調(diào)整電感傳感器的位置，使電感傳感器恰好達(dá)到能夠檢測(cè)到物料的位置，相應(yīng)指示燈亮即可。 2．電容傳感器的調(diào)試 在電容傳感器相對(duì)應(yīng)的皮帶位置放上物料，調(diào)整電容傳感器的位置，使電容傳感器恰好達(dá)到能夠檢測(cè)到物料的位置，相應(yīng)指示燈亮即可。 3．顏色傳感器的調(diào)試 在顏色傳感器相對(duì)應(yīng)的皮帶位置放上物料，調(diào)整顏色傳感器的位置，使顏色傳感器恰好達(dá)到能夠檢測(cè)到物料的位置，相應(yīng)指示燈亮即可。 4.2 軟件調(diào)試 我們通過(guò)個(gè)人電腦應(yīng)用STEP7-Micro/WIN40進(jìn)行程序的書(shū)寫(xiě)和編譯，在書(shū)寫(xiě)過(guò)程中要細(xì)心認(rèn)真，寫(xiě)完之后認(rèn)真檢查。檢查無(wú)誤后，通過(guò)數(shù)據(jù)線將寫(xiě)好的程序下載到PLC中。然后接通電源，將裝置啟動(dòng)，檢查相應(yīng)的指示燈是否亮起。然后在相應(yīng)的位置放置相應(yīng)的物料，觀察物料是否能夠被整正確的分揀。分條件進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，看是否能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需要，是否按照本設(shè)計(jì)的流程在進(jìn)行工作。若沒(méi)有達(dá)到要求，則認(rèn)真進(jìn)行分析，查找原因，盡量解決困難與問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物料自動(dòng)分揀。 4.3 整體調(diào)試 將寫(xiě)好的程序?qū)懭隤LC，PLC物料自動(dòng)分揀裝置啟動(dòng)，放置不同的物料，觀察裝置是否按照要求進(jìn)行物料自動(dòng)分揀，如果能達(dá)到要求，皆大歡喜，如果沒(méi)有達(dá)到要求，則努力調(diào)試與檢查各個(gè)方面，查漏補(bǔ)缺，直到達(dá)到理想的要求為止。 結(jié) 論 基于PLC的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)裝置，能夠代替人們?nèi)ネ瓿筛鞣N惡劣艱苦條件下（高溫，高壓，大風(fēng)，大雨，危險(xiǎn)地方，腐蝕環(huán)境，有毒氣體環(huán)境）的重復(fù)單一，枯燥無(wú)味的工作，比如搬運(yùn)貨物，傳送物體，物料分揀之類(lèi)的工作。正是因?yàn)檫@樣，plc物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)被物流公司，冶金廠，電子廠，制造廠，運(yùn)輸公司，以及其他用得到的公司所看好，在當(dāng)代企業(yè)和工業(yè)中的應(yīng)用得到了廣泛的認(rèn)可。 人們按照自己的意愿編寫(xiě)好程序，輸入到plc裝置中，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀或者其他類(lèi)型的自動(dòng)化，自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制，PLC物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展空間與良好的發(fā)展前景。 參考文獻(xiàn) [1] 常斗南. 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