自動分揀系統(tǒng)的設計

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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，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，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 技術設計了一種成本低，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、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設備的微縮模型。 應用 PLC 技術結合氣動、傳感器和位置控制等技術，設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 材料分揀裝置結構及總體設計 PLC 控制分揀裝置涵蓋了 PLC 技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術 等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設備的微縮模型。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構示意圖。

5、 圖 1-1 材料分揀裝置結構示意圖 它采用臺式結構，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。 1.2 系統(tǒng)的技術指標 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)的設計要求 系統(tǒng)的設計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設計之前，首先應分析控制對象的要求。 1.3.1 功能要求 材料分揀裝置應實現(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)的硬件設計 PLC控制系統(tǒng)的硬件設計，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、輸出設備，選擇合適的 PLC類型，并分配 I/O點。 2.1 系統(tǒng)的硬件結構 設計系統(tǒng)的硬件結構框圖，如圖 2-1 所示。

11、 圖 2-1 系統(tǒng)的硬件結構框圖 2.2 系統(tǒng)關鍵技術 系統(tǒng)關鍵技術即分析控制系統(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， 輸入應該有 2個開關信號， 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備接 口應與編碼器對應。 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 電感式接近開關屬于有開關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，使接近開關振蕩能力衰減，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量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。 它的 測量頭通常是構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 移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(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，便可控制開關的接通和關斷。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計成的有關轉(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，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠 適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。 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，以適應不同的需求。 S0、S1 用于選擇輸出比例因

32、子或電源關斷模式； 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缓蠼柚怆娫M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、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多。傳感器的結構

35、簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來 ,隨著光電技術的發(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用都非常廣泛。 2.3.6 步進電機 步進電機作為執(zhí)行機構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)的軟件設計 軟件設計是 PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設計出梯形圖。 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設備的操作內(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。其中設定預置值為 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)至預置值時，這時物料移動至傳感器的位置， M0.0 得電，導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)。當物料被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，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，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， 初始狀態(tài)為關斷。汽缸動作時，，回位限位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。 精品文檔 精品文檔 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 在 P

46、LC軟硬件設計完成后， 應進行調(diào)試工作。 因為在程序設計過程中， 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，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， 需要進行離線測試， 既不將 PLC的輸出接到設備上。 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 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的傳感器，就可對不同的物料進行分揀，具有廣泛的應用前景。 精品文檔 精品文檔 展 望 畢業(yè)設

51、計是一個大學生總結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，它和平時的課程設計不一樣。歷時近一個半月的畢業(yè)設計即將結束，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，這次設計就是檢驗我們的時候了，也只有通過這次畢業(yè)設計來證實我們的能力了。 畢業(yè)設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。當然一個好的畢業(yè)設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)進行設計，以及在元件選擇方面的許多知識。在對系統(tǒng)進行設計時，必須首先了解該系統(tǒng)的功能和任務，在搞清楚這點以后才能對整個系統(tǒng)的設計方案有一個初

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和計算機技術應用領域不斷擴大， PLC 技術已成為電子技術領域中的一個新的亮點，使 PLC 技術成為一門綜合應用技術，也是電子技術發(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和極大的幫助。 在此謹向尊敬的導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，以及同學間的團結互助。這次畢業(yè)設計，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工作打下良好的基礎。 在設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，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用 北京高等教育出版社 1999 年 [2] 張桂香 電氣控制與 PLC 應用 化學工業(yè)出版社 2006 年 [3] 張運波 工廠電氣控制技術 化學工業(yè)出版社 2001 年 [4] 余雷聲 電氣控制與 PLC 應用 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 化學工業(yè)出版社 2002 年 [6] 張澤榮 可編程控制器原理及應用 化學工業(yè)出版社

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

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