PLC分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、PLC分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1緒論 分揀裝置簡介 第1頁共29頁 分揀是把很多物品按種類從不同的地點(diǎn)分配到所設(shè)置 的場地。按分揀手段的不同，可分為人工分揀和機(jī)械化分揀。 自動(dòng)分揀提高了勞動(dòng)的生產(chǎn)力，將貨物從分揀系統(tǒng)送到 指定的位置，按指令自動(dòng)分揀來完成的。這種裝置是接受分 揀指令的控制裝置、計(jì)算機(jī)組成的，把到達(dá)分揀位置的物料 送到指定位置的的搬運(yùn)裝置。因?yàn)樗械囊粋€(gè)機(jī)械化作業(yè)， 因此，能夠處理更大的排序，排序物種的數(shù)量也較多。 隨著社會(huì)的進(jìn)步，激烈的市場競爭，行業(yè)迫切需要排序， 以提高生產(chǎn)效率，提高分揀技術(shù)，在過去，我們一直使用人 工分揀，這不僅增加了成本，

2、向后梳理的效率，自動(dòng)化 PLC 分揀設(shè)備不僅可以連續(xù)，大批量的排序，而且非常靈活，誤 差非常低，所以分頁模式是現(xiàn)代工業(yè)的雛形。 課題研究的意義 分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí) 的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，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)。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)的機(jī)械化 操作，它可以在惡劣的環(huán)境下操作，避免人為直接去操作， 從而保障人生安全?？梢栽诖蟛糠值臋C(jī)械制造部門使用，比 如冶金，礦山，原子能，核電站等較為高危的產(chǎn)業(yè)。在物料 分揀中分料盤有著重要的作用，通過步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使分料 盤完成相應(yīng)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)物

3、料的分揀。于同樣實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 分揀，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也較廣泛地使用。 使其適應(yīng)了工業(yè)等的需要。本課題試圖開發(fā) PLC對(duì)物料 與分揀物料的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)?不同顏色以及種類的物料按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，適用 于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性 生產(chǎn)線。采用PLC控制的分揀裝置，需要預(yù)先設(shè)定程序來實(shí) 現(xiàn)物料的分揀，可以代替人工在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下長時(shí)間的 單調(diào)作業(yè)，當(dāng)分揀的產(chǎn)品發(fā)生變化時(shí)，只需要改變物料傳感 器，對(duì)氣缸進(jìn)行新的分配任務(wù)，再對(duì)位置進(jìn)行重新布置，重 新進(jìn)行編程，就可以很快地投產(chǎn)，從而降低了安裝和轉(zhuǎn)換工 作所產(chǎn)生的費(fèi)用。 主要研究任務(wù) 淮

4、陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 擬訂控制系統(tǒng)的總體方案 第2頁共29頁 分析的工作過程，選擇合適的控制系統(tǒng)，擬訂 PLC分揀 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案。 PLC分揀控制系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 根據(jù)控制系統(tǒng)要求分析其控制過程，完成硬件部分的設(shè) 計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 選擇PLC的型號(hào)； 分配I/O端口；繪制I/O外圍接線 圖；選擇傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器型號(hào)。 PLC 分揀裝置控制 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)分揀裝置所要實(shí)現(xiàn)的控制要求，繪制出合適的梯形 圖，實(shí)現(xiàn)PLC分揀裝置控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)分揀過程的可靠控制。 2 .材料分揀裝置總體方案設(shè)計(jì) 材料分揀裝置工作過程概述 如圖2-1所示為

5、本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2-1 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第3頁共29頁 分揀裝置采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，還有 5個(gè)氣缸，步 進(jìn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器，電磁閥，氣動(dòng)調(diào)節(jié)器，過濾器，壓力 指示和其他組件。選擇顏色識(shí)別傳感器和電容式傳感器和電 感式傳感器，并可以調(diào)整傳感器的位置。 不同的物料塊在料斗中，隨著程序的運(yùn)行，在電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行時(shí)，帶開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 運(yùn)行后，氣缸 5動(dòng)作，將物塊推到傳 送帶中。此時(shí)傳送電機(jī)停止，以便物塊放正位置。過秒后， 電機(jī)又開始運(yùn)行。如果程序運(yùn)行，料斗沒有對(duì)象，然后經(jīng)過 一定時(shí)間后自動(dòng)停止。之后的第一個(gè)塊被引入到帶一定距離 的前行，然后推出了

6、第二個(gè)對(duì)象塊。 然后再推出第三個(gè)物塊， 過程和推出第一個(gè)物塊相同。當(dāng)在旁邊對(duì)應(yīng)的傳感器模塊， 傳感器就會(huì)動(dòng)作，此時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥控制缸體推就是將 它插入相應(yīng)的插槽材料。 各傳感器依次分別為，電感傳感器，可檢測出鐵質(zhì)物塊； 電容傳感器，可檢測出金屬物塊；顏色傳感器，可檢測出不 同的顏色。備用傳感器可選用顏色傳感器或者物體檢測傳感 器。當(dāng)鐵是通過第一傳感器塊被整理出來，當(dāng)鋁是通過第二 傳感器塊被整理出來，非金屬塊某些顏色上的第三傳感器被 分揀出來。不同的在過第四傳感器時(shí)分揀出。 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：AC220V消耗功率：小于50VA環(huán)境溫度范圍: -5?40 °C 氣源：大于且小于

7、 控制要求：料槽中有料時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，無料時(shí)走完一個(gè)行 程自動(dòng)停機(jī)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)。 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)基本功能如下： 分揀出金屬和非 金屬分揀某一顏色塊 分揀出金屬中某一顏色塊 分揀出非金屬中某一顏色塊 分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 分揀顏色為：紅、綠、藍(lán)分揀材料為：鐵、鋁、塑料 系 統(tǒng)的控制要求 第4頁共29頁 系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)待測材料進(jìn)行檢測并分類。當(dāng)物 料經(jīng)下料裝置送入傳送帶以后，依次經(jīng)過各種傳感器的檢 測。如果被某傳感器測中，則通過相應(yīng)的氣動(dòng)閥將其推入料 箱；否則，繼續(xù)前行。其控

8、制要求有如下 9個(gè)方面： 系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖 電機(jī)運(yùn) 行，帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行 有物料時(shí)，下料汽缸動(dòng) 作，將物料送出 當(dāng)電感傳感器檢測到有鐵質(zhì)的物料時(shí)，推汽缸 1動(dòng)作 當(dāng)電容傳感器檢測到有鋁質(zhì)的物料時(shí)，推汽缸 2動(dòng)作當(dāng)顏 色傳感器檢測到有某一顏色物料時(shí)，推汽缸 3動(dòng)作 其他 物料被送到SD位置時(shí)，推汽缸4動(dòng)作 汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作 限位保護(hù) 下料槽內(nèi)無下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī) 在控制裝置的選擇上，我們想到了單片機(jī)和 PLC,對(duì)這 兩種控制方式進(jìn)行比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn) PLC的通用性強(qiáng)、可靠性 高、抗干擾的能力好，此外 PLC的I/O 口采用光電隔離，有 效的

9、將內(nèi)部電路與外部電路進(jìn)行隔離，而且各模塊之間相互 屏蔽，PLC還具有很好的自我診斷功能，在大型的 PLC中， 我們通過使用雙 CPU和三CPU成功提高可靠性，再結(jié)合實(shí)際 的工作場地，可能為有毒或者高危的環(huán)境，這些 PLC都可以 輕松的勝任，因此我們最終決定使用 PLC為我們的控制系統(tǒng)。 PLC控制分揀設(shè)備包括 PLC技術(shù)，傳感器技術(shù)，氣動(dòng)技術(shù)， 位置控制技術(shù)。要想進(jìn)行 PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)的設(shè)計(jì)，首先 必須對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，搞清楚控制對(duì)象的工藝流 程、注意事項(xiàng)，明確控制要求。 [1] 3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC控制系

10、統(tǒng)的要求，確定所需的輸入、輸出設(shè)備，選擇合 適的PLC,并分配I/O點(diǎn)。 [2] 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3-1所示。 第5頁共29頁 圖3-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 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(diǎn)數(shù)， 選擇PLC的型號(hào)，然后進(jìn)行I/O分配。 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，輸入部分：含有 2個(gè)開關(guān)信號(hào)， 6個(gè)不同的傳感器信號(hào)，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(jì)數(shù)傳感 器。此外，還有5個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，5個(gè)動(dòng)作限位信號(hào) 和5個(gè)回位限位信

11、號(hào)。輸出部分：包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接 觸器，和5個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需 24個(gè)I/O 點(diǎn)， 即18個(gè)輸入，6個(gè)輸出。PLC的選擇 PLC的選擇主要應(yīng)從 PLC的機(jī)型、存儲(chǔ)容量、電源模塊、 I/O模塊等方面進(jìn)行綜合的考慮，在滿足功能要求并且安全 可靠、維護(hù)方便的前提下，選取性價(jià)比最高的 PLC機(jī)型。 因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本幾項(xiàng)原 則：最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制 要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重 要的一項(xiàng)原則。這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第6頁共29頁 前

12、就要進(jìn)行深入的調(diào)查與研究，收集相關(guān)的國內(nèi)外資 料，同時(shí)還要積極配合現(xiàn)場的技術(shù)人員、管理人員以及現(xiàn)場 操作人員，共同擬定控制系統(tǒng)的總體方案，最終解決設(shè)計(jì)中 所遇到的困難和問題。 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的重要原則是保證該控制系統(tǒng)能夠長 期安全、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。這就需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè) 計(jì)、元器件的選擇和軟件編程等方面全面考慮，以確保控制 系統(tǒng)的安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC程序不僅能在正常條 件下運(yùn)行，而且在特殊情況下，例如在按錯(cuò)按鈕或者突然掉 電再上電等情況下，設(shè)備也能正常工作。 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量

13、，帶來 巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、 設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要 求的前提下，一方面要注意不斷地增加工程的效益，另一方 面也要考慮工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不能只顧著追求高 自動(dòng)化和高效益，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅應(yīng)該簡化控制系統(tǒng)，還 要使控制系統(tǒng)降低成本的同時(shí)使用和維護(hù)也方便，這對(duì)設(shè)計(jì) 人員來說比較困難。 適應(yīng)發(fā)展的需要 于技術(shù)在不斷發(fā)展，因此，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也會(huì)不斷 地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需 要。這就要求設(shè)計(jì)者在選擇 PLC確定輸入/輸出模塊、分配 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，要留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以滿足今后設(shè)備的發(fā)展和 工藝的改

14、進(jìn)的需要。 根據(jù)對(duì)本課題的了解，本課題的 I/O點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)輸入、 6點(diǎn)輸出?？紤]到要留有適量的余量以做備用，因此，一般 可以按實(shí)際需要的 10%- 15%選擇［3］。綜合上述的幾個(gè)選用 原則，CPU224加兩個(gè)擴(kuò)展模塊和 CPU226都滿足要求。但是 考慮到若使用CPU224輸出模塊中只用到一個(gè)輸出點(diǎn)，造成 不必要的浪費(fèi)。在定義號(hào)分配時(shí)也必須根據(jù)模塊上的點(diǎn)進(jìn)行 分配，比較麻煩。使用 CPU226輸入輸出點(diǎn)都滿足要求而且 還有一定的余量空間，分配定義號(hào)時(shí)也比較的方便。因此， 我選擇了 S7-200 CPU226DC/DC/DC 它的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 24/16, 可以滿足需要。CPU22

15、6的主要技術(shù)參數(shù)如表。 表CPU226主要技術(shù)參數(shù) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 CPU226技術(shù)數(shù)據(jù) 描述 物理特性 尺寸(W X H X D) 重量功耗I/O 特性本機(jī)數(shù)字量輸入本機(jī)數(shù)字量輸出 本機(jī)模擬量輸入 本機(jī)模擬量輸出 常規(guī)特性 定時(shí)器總數(shù) 1ms 10ms 100ms計(jì)數(shù)器總數(shù) 時(shí)間中斷 邊沿中斷 集成 的通信功能 接口 輸入電源 輸入電壓 輸入電流2個(gè) RS-485接口 256 個(gè)4 個(gè)16個(gè)236 個(gè)24 輸入16 輸出 無無第7頁共29頁 CPU 226 DC/DC/DC 196 x 80 x 62 mm 550 g 11 W 256(超級(jí)電容或電池備份)2個(gè)1ms

16、分辨率4個(gè)上升沿和/ 或 4 個(gè)下降沿 至 VDC 150mA (僅 CPU 24 VDC)/1050mA (最大負(fù)載，24 VDC) 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的輸入輸出端 子進(jìn)行分配，如表所示： 表 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） UCP（計(jì)數(shù)傳感器）SN（下料傳感器 光電傳感器）SA（電感傳感器）SB（電容傳感器）備注接旋 轉(zhuǎn)編碼器 判斷下料有無 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 輸 入 部 分 輸 出 部 分 SC（顏 色傳感器）SD（備用傳感器）SFW1（推氣缸1動(dòng)作限位） SEW2

17、推氣缸2動(dòng)作限位）SFW3推氣缸3動(dòng)作限位）SFW4推 氣缸4動(dòng)作限位）SFW5（下料氣缸動(dòng)作限位）SBW1（推氣缸1 回位限位）SBW2（推氣缸2回位限位）SBW3（推氣缸3回位限 位）SBW4（推氣缸 4回位限位）SBW5（下料氣缸回位限位 ） SB1（啟動(dòng)）SB2（停止）M（輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）YV1（推氣缸1 電磁閥）YV2（推氣缸2電磁閥）YV3（推氣缸3電磁閥）YV4（推 氣缸4電磁閥）YV5（下料氣缸電磁閥） 第8頁 共29 頁 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第9頁共29頁 圖PLC輸入輸出接線端子圖 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 主要是對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器和各個(gè)傳感器的選擇，并對(duì)其作簡

18、 要介紹。 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，主要是用來實(shí) 現(xiàn)調(diào)速的功能。它分為單路的輸出和雙路的輸出兩種。主要 的技術(shù)參數(shù)有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和供電電壓。其中單路輸出輸出的 是一組脈沖，另一種是雙路輸出，它輸出的是 A/B相位差為 90度的脈沖，這種輸出方式不僅可以用來測量轉(zhuǎn)速， 還可判 斷旋轉(zhuǎn)方向。因此我們這個(gè)系統(tǒng)可以選用 E6A2CW5C旋轉(zhuǎn)編 碼器,具體的原理如圖3-3所示。 [4] 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第10頁共29頁 光電碼盤 圖3-3 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 工作原理：光學(xué)編碼器的中心軸，有明暗交替刻線的環(huán)， 通讀光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，有 A，B，C，

19、D四相正弦波90度， 如果在C D信號(hào)被疊加在一個(gè)中，B兩個(gè)階段，將在信號(hào)增 加了穩(wěn)定作用；每轉(zhuǎn)輸出一個(gè) Z相脈沖代表零位參考位。我 們可以通過A相在前還是B相在前判別編碼器是在正轉(zhuǎn)還是 在反轉(zhuǎn)。 信號(hào)輸出：常見的輸出信號(hào)為正弦波，方波，集電極開 路和推拉式等多種形式。信號(hào)輸出需要與信號(hào)接收設(shè)備接口 相對(duì)應(yīng)。 信號(hào)連接：編碼器脈沖信號(hào)通常連接到計(jì)數(shù)器， PLC, 計(jì)算機(jī)和模塊PLC與計(jì)算機(jī)連接具有高速模塊和低模塊，分 別，開關(guān)頻率也高點(diǎn)和低點(diǎn)。如果單相連接，則是用于單向 計(jì)數(shù)，單相測速。A B兩相連接，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反向計(jì) 數(shù)、判別方向和測速的功能。 ABZ三相連接，增加了

20、Z向是 為了修正零參考位。這種編碼器抗干擾能力好，因此可以傳 輸較遠(yuǎn)距離。其中方波信號(hào)帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的編碼器，信號(hào) 傳輸 [5]距離可達(dá)150,米，更遠(yuǎn)的可以達(dá)到 300米。 電感傳感器 電感式位置傳感器，用來檢測金屬的物體。 主要結(jié)構(gòu)： LC高頻振蕩器和放大的處理電路。工作原理：金屬物體在 接近電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流。 這個(gè)渦流反作 用于接近開關(guān)，從而使接近開關(guān)振蕩的能力減減，內(nèi)部電路 的參數(shù)便會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。 此，可識(shí)別出有無金屬物體 接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用 M18X1X40電感 傳感器。接線圖如圖 3-4，原理圖如圖3-5。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

21、說明書 第11頁共29頁 圖3-4 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖 圖3-5 電感傳感器工作原理圖 電感傳感器的介紹： 主要是鐵心和線圈組成。工作原 理：將直線或角位移的大小變化轉(zhuǎn)換為線圈的電感量，因此 又被叫做電感式位移傳感器 [6]。傳感器的線圈匝數(shù)和材料 的導(dǎo)磁系數(shù)是恒定不變的，它的電感量的變化與位移輸入量 有關(guān)，位移輸入量會(huì)引起線圈磁路幾何尺寸的變化。當(dāng)我們 把線圈接入測量電路并通過激勵(lì)電源的時(shí)候，就可以獲得和 位移輸入量成正比的電壓的輸出或者電流的輸出。 電感式傳感器的特點(diǎn)是： ①?zèng)]有活動(dòng)的觸點(diǎn)、可靠度高、 使用壽命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、

22、重復(fù) 性好；⑤測量范圍寬；⑥無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測 量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不 適用于高頻動(dòng)態(tài)測量。 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)。物體間的電容量和它自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過 改變自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)來改變物體間的電容量，從而對(duì)被測量 的量進(jìn)行檢測，這就是電容式傳感器的測量原理。利用電容 式的這種測量原理，做出來的傳感器就叫做電容傳感器。我 們通過這個(gè)反應(yīng)，就可以控制開關(guān)的接通和斷開。在我們這 個(gè)系統(tǒng)中，可以選用型號(hào)為 E2KX8ME1的電容傳感器，具體 的原理圖如下圖所示。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第12頁共2

23、9頁 圖3-6 電容傳感器工作原理圖 介紹了電容傳感器：用于測量非電量電測的方法，我們 必須首先了解被測非電量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量和輸入。沒有例外， 和長度的直線位移，角位移，時(shí)間，距離，厚度，拉伸，壓 縮力學(xué)量，膨脹變形量是密切相關(guān)的；這些數(shù)量或數(shù)額的長 度比的測量，以及關(guān)系的測量方法也很關(guān)閉。此外，在一定 的條件下，力學(xué)量的變化相當(dāng)緩慢，在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變 化。如果測量的要求，具有較高的分辨率和其他傳感器的最 小距離和位移是難以實(shí)現(xiàn)的高精度，在動(dòng)態(tài)變壓器廣泛使用 精密測量傳感器的分辨率僅達(dá)到 1到5米量級(jí)的差異；和一 個(gè)電容測微儀，其分辨率為 m，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)， 為100 ± 5

24、卩m的最大范圍，所以他在小位移精密測量的青睞。 對(duì)于力學(xué)量的測量，尤其是對(duì)緩慢變化的量或微小量的測 量，一般采用電容式傳感器進(jìn)行測量，主要是因?yàn)檫@種類型 的傳感器有以下的優(yōu)點(diǎn)： ① 測量范圍大其相對(duì)變化率可超過 100%; ② 靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對(duì)變化量 可達(dá)10-7數(shù)量級(jí)； ③ 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，因?yàn)樾〉囊苿?dòng)質(zhì)量，固 有頻率高，高頻率特性適用于動(dòng)態(tài)測量 ，也可以是靜態(tài)的測 量; ④ 穩(wěn)定性好，因?yàn)榻饘俨牧系碾娙莅?，板襯里之間為無 機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英、等等，因此可以在高溫、 低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射工作很長一段時(shí)間 ，特別是在高溫高壓 環(huán)境下檢測的問題。 顏

25、色傳感器 ⑺ 顏色傳感器主要是通過目標(biāo)物體反射的顏色來檢測，以 便識(shí)別物體的顏色，在顏色傳感器的選擇上，我們需要它能 識(shí)別出紅綠藍(lán)這三種顏色。在這里我們選擇陶斯公司生產(chǎn)、 TCS230顏色傳感器。TCS230傳感器引腳如圖3-7所示 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第13頁共29頁 圖3-7 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 率的傳感器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與 輸出定標(biāo)、單電源供電等特點(diǎn)；輸出為數(shù)字量，可直接與微 處理器連接。 TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯 片上集成

26、有64個(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。 其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器； 16個(gè)光電二極管帶 有綠色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器；其余 16 個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。 S0和S1用于選擇功率輸出比例因子或關(guān)閉模式 ；S2、S3 是用來選擇濾波器的類型 ；0E頻率輸出使銷，可以控制的輸 出狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)微處理器芯片引腳共享的輸入密碼時(shí) ，也 可以作為一個(gè)選擇信號(hào)；是頻率輸出引線和接地的接地針芯 片,VCC提供芯片的工作電壓。表為 SO和S1和S2、S3可用 的組合。 表TCS230光電二極管類型 50 L L H H 51 L H L H

27、輸出頻率定標(biāo) 關(guān)斷電源20% 20% 100% 52 L L H H 53 L H L H 濾波器類型紅色藍(lán)色無綠色 光電傳感器 光電傳感器是一種將被測量的變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)量的變 化。再通過光電元件把光學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。 它一般光源、光學(xué)通路、光電器件三部分組成。被測量作用 于光源或光學(xué)通路。在金屬缸小白熾燈作為光源。這些小但 是今天強(qiáng)大的白熾光傳感器的光電傳感器的原型。系統(tǒng)選擇 FPG系列放大器內(nèi)藏式光電傳感器。 原理如圖3-8所示，負(fù)載 可以連接到PLCo 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第14頁共29頁 圖3-8 FPG光電傳感器原理圖 光電傳感器是一種感光光信號(hào)

28、轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。它 可以被用來測量光強(qiáng)度變化，同時(shí)它也可以用來檢測能轉(zhuǎn)化 為其他非電量的變化。光電檢測方法具有精度高 ，反應(yīng)快，非 接觸，可測量的參數(shù)。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，光電傳感器已成為系列 產(chǎn)品，品種和產(chǎn)量增加，用戶可以選擇多種規(guī)格的產(chǎn)品 ，根據(jù) 需要在機(jī)械和電氣控制、計(jì)算機(jī)、國防科技、和其他方面的 應(yīng)用是非常廣泛的。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)皮帶輸送材料 ，旋 轉(zhuǎn)編碼器可以通過控制脈沖的數(shù)量和角位移量 ，從而達(dá)到定 位的目的 [10] [9] 。通過控制脈沖頻率來控制物料分揀設(shè) 備的PLC的電機(jī)

29、轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選 用的型號(hào)為42BYGH101 4.控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的核心，該方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 是根據(jù)控制要求和流程，并設(shè)計(jì)繪制流程圖地位的階梯 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個(gè)設(shè)備的操作的內(nèi)容 和操作的順序，可畫出程序流程圖，如圖 4-1所示。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第15頁共29頁 圖4-1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可以選擇連續(xù)或單運(yùn)行狀態(tài)。如果它是在連續(xù)操 作中，氣缸4的動(dòng)作之后，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程，然后轉(zhuǎn)到程 序的開始；如果它是一個(gè)單一的運(yùn)行， 關(guān)機(jī)操作后缸體4。如 果需要，該系統(tǒng)可以被分類上的材料的分

30、選， 而統(tǒng)計(jì)的數(shù)目， 這僅可在每個(gè)氣缸的動(dòng)作進(jìn)行累積。高速計(jì)數(shù)器編程的應(yīng) 用，可以實(shí)現(xiàn)定位控制系統(tǒng) [12] 。算匝步進(jìn) 電機(jī)具有一個(gè)高速計(jì)數(shù)器的匝數(shù)，以確定的距離的傳感 器材料，以實(shí)現(xiàn)定位。定位時(shí)，電機(jī)停止，計(jì)數(shù)器清零，傳 感器開始對(duì)材料分揀過程的工作。氣缸 1至3行動(dòng)后，電機(jī) 重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒有 檢測對(duì)象，電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也繼續(xù)運(yùn)行 [13] 。運(yùn)行到下一個(gè)位置。如果材料的僅某些特征進(jìn)行排序， 女口，排序的唯一的金屬和非金屬，只需將傳感器或程序 可以被修改。 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)所繪制的流程圖，在軟件中編寫梯形圖的程序。程 序

31、清單見附錄。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第16頁共29頁 此指令為高速脈沖輸出指令，當(dāng)使能端輸入有效的時(shí) 候，檢測用程序設(shè)置的特殊功能寄存器位，激活控制位定義 得脈沖操作，從或輸出高速脈沖 此指令為高速計(jì)數(shù)器定義指令，使能輸入有效時(shí)，為指 定的高速計(jì)數(shù)器分配一種工作模式。 高速計(jì)數(shù)是用來累計(jì) 比PLC掃描頻率更高的脈沖輸入 此指令為高速計(jì)數(shù)器指令，使能輸入有效時(shí)，根據(jù)高速 計(jì)數(shù)器特殊存儲(chǔ)器位的狀態(tài)，并按照 HDEF指令指定的模式， 設(shè)置高速計(jì)數(shù)器并控制其工作。 下面對(duì)所編寫梯形圖作簡要的介紹： 以上為主程序，首先啟動(dòng)后，得電并自鎖，為之后電動(dòng) 機(jī)得電做 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)

32、計(jì)說明書 零，并調(diào)用子程序。 第17頁共29頁 好準(zhǔn)備，為停止按鈕。當(dāng) PLC處于RUN莫式時(shí)，通電一 個(gè)周期，復(fù)位清 以上為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖 指令的特殊功能寄存器進(jìn)行初始化，然后當(dāng)檢測到有料時(shí)， 啟動(dòng)PLS指令；如果檢測沒有物料時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器 T30,延 時(shí)30秒自動(dòng)停機(jī)。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第18頁共29頁 以上為子程序中的高速計(jì)數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計(jì)數(shù)指 令的初始化操作，當(dāng)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光電碼盤發(fā)出脈 沖，并輸入PLC的接收端，高速計(jì)數(shù)指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。其中設(shè)定預(yù)置值為 50， 當(dāng)計(jì)數(shù)至50時(shí)，

33、調(diào)用中斷程序。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第19頁共29頁 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第20頁共29頁 上面的是中斷程序，當(dāng)高速計(jì)數(shù)指令達(dá)到事先設(shè)置的數(shù) 值的時(shí)候，這時(shí)物料移動(dòng)到傳感器所在的位置，得電，這時(shí) 高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)也停止轉(zhuǎn)動(dòng)。于汽缸動(dòng)作需要 1秒的時(shí)間，需要電機(jī)停轉(zhuǎn)一秒后才繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物料被相 應(yīng)的傳感器檢測中后，相應(yīng)的汽缸會(huì)將物料推到指定的料箱 中。，，，，，這些是汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉 合，，，，，，這些是汽缸的動(dòng)作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為斷 開。汽缸動(dòng)作時(shí)，回位限位開關(guān)斷開，動(dòng)作限位開關(guān)閉合。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 附錄 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序清單 第26頁共29頁 //啟動(dòng)，停止 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第27頁共29頁 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第28頁共29頁 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第29頁共29頁