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1、 精品文檔 緒 論 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。 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。 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

2、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 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。 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，

3、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。 精品文檔 精品文檔

4、 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。

5、 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， 下料傳感器輸出信號給 PLC，PLC 控制輸

6、送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制氣動閥 5 進行精品文檔 精品文檔 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)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時

7、， 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 （ 3）分揀出

8、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)生所需的脈沖精品文檔 精品文檔 （ 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

9、 （ 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

10、 精品文檔 精品文檔 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。

11、 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 確定 I/ O 點數(shù) 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。 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 個精品文檔 精品文檔 信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及

12、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 的選擇 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 西門子

13、 輸 入 部 分  PLC(I/O) I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1  表 1 材料分揀裝置 PLC 輸入 /輸出端子分配表 分揀系統(tǒng)接口 (I/O) 備注 UCP( 計數(shù)傳感器 ) 接旋轉(zhuǎn)編碼器 SN( 下料傳感器

14、 ) 判斷下料有無 SA( 電感傳感器 ) SB( 電容傳感器 ) SC(顏色傳感器 ) SD( 備用傳感器 ) SFW1( 推氣缸 1 動作限位 ) SEW2( 推氣缸 2 動作限位 ) SFW3( 推氣缸 3 動作限位 ) SFW4( 推氣缸 4 動作限位 ) SFW5( 下料氣缸動作限位 ) 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 )

15、 SB1( 啟動 ) SB2( 停止 ) 精品文檔 精品文檔 Q0.0 M( 輸送帶電機驅(qū)動器 ) 輸 Q0.1 YV1( 推氣缸 1 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

16、所示。 圖2-2 PLC輸入輸出接線端子圖 精品文檔 精品文檔 2.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 主要是對旋轉(zhuǎn)編碼器和各個傳感器的選擇，并對其作簡要介紹。

17、 2.3.1 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。本系統(tǒng)選用 E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器 ,原理如圖 2-3 所示。 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

18、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，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）和絕對脈沖編碼精品文檔 精品文檔 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，

19、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

20、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），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

21、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 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，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 2.3.2 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

22、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。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。 精品文檔 精品文檔 圖 2-4 M18X1X40 DC 二線常開式電感傳感器接線圖

23、 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)

24、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。 2.3.3 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。

25、由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用 E2KX8 精品文檔 精品文檔 ME1 電容傳感器，接線圖可參考圖 2-5，原理圖如圖 2-6。 圖 2-6 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

26、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 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 100±5 μm，因此他在精密

27、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

28、。 精品文檔 精品文檔 2.3.4 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

29、。 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) 三種濾光器，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

30、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

31、過兩個可編程引腳來選擇 100%、精品文檔 精品文檔 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

32、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 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

33、 H L 20% H L 無 H H 100% H H 綠色 2.3.5 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)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。

34、 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。 精品文檔 精品文檔 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)

35、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。 2.3.6 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，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 。

36、 精品文檔 精品文檔 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。 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。

37、 圖3-1 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

38、到達傳感器的距離，精品文檔 精品文檔 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。

39、 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 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。

40、 精品文檔 精品文檔 下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹： （ 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。

41、 精品文檔 精品文檔 （ 2）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.

42、0檢測沒有物料時，啟動定時器 T30，延時 30秒自動停機。 精品文檔 精品文檔

43、 （ 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。 精品文檔 精品文檔

44、 精品文檔 精品文檔 （ 4）以上為中斷程序，當高速

45、計數(shù)指令計數(shù)至預(yù)置值時，這時物料移動至傳感器的位置， M0.0 得電，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉(zhuǎn)。由于汽缸動作需要 1秒，讓電機停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當物料被相應(yīng)的傳感器檢測中后，相應(yīng)的汽缸動作，將物料推下。 I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7為汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉合， I0.6 ，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2為汽缸的動作限位開關(guān)， 初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動作時，，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達動作限位開關(guān)時，動作限位開關(guān)閉合。 精品文檔 精品文檔 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 在 P

46、LC軟硬件設(shè)計完成后， 應(yīng)進行調(diào)試工作。 因為在程序設(shè)計過程中， 難免會有疏漏的地方， 因此在將 PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備之前， 必需進行軟件測試， 以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。另外，一些硬 件如傳感器等，在使用前，也需事先調(diào)試好。 4.1 硬件調(diào)試 1．電感傳感器的調(diào)試 在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)材料的檢出點。 2．電容傳感器的調(diào)試 在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感

47、器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鋁質(zhì)材料的檢出點。 3．顏色傳感器的調(diào)試 通電狀態(tài)下，在顏色傳感器下方的傳送帶上，放置帶有某一顏色料塊，調(diào)節(jié)傳感器上的電位器，觀察窗口中紅綠（或藍）指示燈，當兩燈恰同時發(fā)光時，該靈敏點即為料塊顏色檢出點。（注：順時針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動，否則反之） 4.2 軟件調(diào)試 將所編寫的梯形圖程序進行編譯， 通過上下位機的連接電纜把程序下載到 PLC 中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的 錯誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時都能作出

48、正確的響應(yīng)， 需要進行離線測試， 既不將 PLC的輸出接到設(shè)備上。 按照控制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。 精品文檔 精品文檔 4.3 整體調(diào)試 將設(shè)備接入 PLC，進行聯(lián)機調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。

49、 精品文檔 精品文檔 結(jié) 論 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。

50、 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)求。 本系統(tǒng)采用的可編程控制器，只要結(jié)合不同的傳感器，比如根據(jù)材料的屬性、尺寸的大小、物體的顏色等選擇相應(yīng)的傳感器，就可對不同的物料進行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。 精品文檔 精品文檔 展 望 畢業(yè)設(shè)

51、計是一個大學生總結(jié)自己在大學的三年里究竟學到了些什么的最好的辦法，用心把它做好是每一個即將畢業(yè)的大學生的責任，也是對自己的能力與水平的一個挑戰(zhàn)。同時也為自己的大學生活畫上一個圓滿的句號。因此我必須用心的把它做的盡可能的完好。畢竟，它和平時的課程設(shè)計不一樣。歷時近一個半月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，雖說時間并不是很長，但也就是在這極短的時間內(nèi)，我在； PLC 方面有了一個很大的提高，學到了很多東西。三年的大學生活在忙碌與嬉戲 之中已經(jīng)悄然接近尾聲，三年以來，我們學到了什么知識，這次設(shè)計就是檢驗我們的時候了，也只有通過這次畢業(yè)設(shè)計來證實我們的能力了。 畢業(yè)設(shè)計所要求知識的綜合性較高，各方面都要

52、用到一點，但是我的知識是不能達到這樣的水平，在設(shè)計的過程中遇到了很多困難，但我們在困難面前并沒有低頭認輸，而是通過各種方法來解決。方法之一就是我們在平時里沒有注意到的自學能力。通過這次設(shè)計，培養(yǎng)了自己的自學能力，為以后的繼續(xù)學習也奠定了一定的基礎(chǔ)。當然一個好的畢業(yè)設(shè)計并不是一個人所能完成的，它需要一個團體，而這個團體也需要有一種敢于向一切困難挑戰(zhàn)的精神。 通過對本例的設(shè)計使我們認識到 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。在本例中，使我們學習到了如何對系統(tǒng)進行設(shè)計，以及在元件選擇方面的許多知識。在對系統(tǒng)進行設(shè)計時，必須首先了解該系統(tǒng)的功能和任務(wù)，在搞清楚這點以后才能對整個系統(tǒng)的設(shè)計方案有一個初

53、步的認識，然后才能根據(jù)系統(tǒng)的需要來進行元件的選取和系統(tǒng)的模塊化細分。 近年來隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大， PLC 技術(shù)已成為電子技術(shù)領(lǐng)域中的一個新的亮點，使 PLC 技術(shù)成為一門綜合應(yīng)用技術(shù)，也是電子技術(shù)發(fā)展也革新的一個潮流。 隨著我們對 PLC 控制系統(tǒng)的認識的不斷加深，相信在以后的工作和生產(chǎn)中我們會更加深入透徹的利用 PLC 來解決一些更加實際的問題。 精品文檔 精品文檔 致 謝 本論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，

54、論文從選題到寫作及最后的成稿，老師都給予了精心的指導(dǎo)和極大的幫助。 在此謹向尊敬的導(dǎo)師致以由衷的感謝和崇高的敬意！ 畢業(yè)論文的這個機會，好好地總結(jié)一下我在學校所學的各門課程，將它們分化理解，合理分類，融會貫通。也不愧三年來老師含辛茹苦的授課和課下的諄諄教導(dǎo)，以及同學間的團結(jié)互助。這次畢業(yè)設(shè)計，老師給予我們許多幫助，同時也為我們指明了方向。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們把以前所學都綜合起來，感覺自己的水平提高很多。 我們了解到了做一個系統(tǒng)的基本常識，為我們以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 在設(shè)計的過程中遇到許多困難，在老師的幫助下，通過查資料，把困難都一一克服。另外我們在

55、設(shè)計的過程中還得到許多同學的幫助，對于良師益友的幫助，我深表感謝。同時也感謝學校提供給我們一次提高的機會，我在此深表感謝。 父母十幾年寒心茹苦將我撫養(yǎng)成人，并以堅定的意志負擔起我求學的重擔，使我能安心學業(yè)，順利完成大學學習任務(wù)，實現(xiàn)兒時的夢想。還有我的兄長們在我成長期間一如既往地給我極大的關(guān)心與鼓舞，在此真誠感謝他們！ 最后，再次向所有幫助過我，激勵過我，關(guān)心過我的人，致以最誠摯的謝意和最美好的祝福！

56、 精品文檔 精品文檔 參考文獻 [1] 孫平 可編程控制器原理及應(yīng)用 北京高等教育出版社 1999 年 [2] 張桂香 電氣控制與 PLC 應(yīng)用 化學工業(yè)出版社 2006 年 [3] 張運波 工廠電氣控制技術(shù) 化學工業(yè)出版社 2001 年 [4] 余雷聲 電氣控制與 PLC 應(yīng)用 化學工業(yè)出版社 2001 年 [5] 王兆義 小型可編程控制器實用技術(shù) 化學工業(yè)出版社 2002 年 [6] 張澤榮 可編程控制器原理及應(yīng)用 化學工業(yè)出版社

57、2002 年 [7] 李景學 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及方法 化學工業(yè)出版社 2001 年 [8] 田瑞庭 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 化學工業(yè)出版社 1994 年 精品文檔 精品文檔 附 錄 系統(tǒng)設(shè)計程序清單

58、 //I2.0 啟動， I2.1 停止 精品文檔 精品文檔

59、 精品文檔 精品文檔

60、 精品文檔 精品文檔 精品文檔 精品文檔 精品文檔