基于PLC控制的物料分揀裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLC控制的物料分揀裝置 班 級(jí) 電氣1012 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 所 在 系 機(jī)電工程系 指導(dǎo)老師 目

2、 錄 摘要 3 ABSTRACT 4 緒 論 5 第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 6 1.1 材料分揀裝置工作過(guò)程概述 6 1.1.1分揀單元的結(jié)構(gòu)組成 7 1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 7 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 7 1.3.1 功能要求 8 1.3.2 系統(tǒng)的控制要求 8 第2章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 8 2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 9 2.2.1 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) 9 2.3檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 11 2.3.1 光電編碼器 11 2.3.2 光電傳感器 13 2.3.3 光纖傳感器 14 2.3.4電感接近開(kāi)關(guān) 16 2

3、.3.5磁性開(kāi)關(guān) 17 2.3.6通用變頻器驅(qū)動(dòng)裝置 18 2.3.7電磁閥組和氣動(dòng)控制回路 21 第3章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 21 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 22 3.2 控制系統(tǒng)程序梯形圖設(shè)計(jì) 23 第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 30 4.1 硬件調(diào)試 30 4.2 軟件調(diào)試 30 4.3 整體調(diào)試 30 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 摘要 本論文闡述了利用西門(mén)子生產(chǎn)的一種YL335B小型物料分揀，結(jié)合氣動(dòng)、傳感器和位置控制等技術(shù)，并運(yùn)用梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁塊及白色、黑色共三種材料的自動(dòng)分揀。該系統(tǒng)的通

4、用性極強(qiáng)，可靠性好，程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀生產(chǎn)線的需求。 目前自動(dòng)分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣?dòng)分揀是從貨物進(jìn)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(dòng)分揀裝置來(lái)完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報(bào)的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機(jī)械自動(dòng)作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。 關(guān)鍵詞：PLC，材料分揀，梯形圖編程 ABSTRACT The paper explained ho

5、w to combine the mini YL-335B that was made by Siemens with pneumatic sensor and position control technology and program with the ladder—shape figure, designing the automatic system that sorts out aluminum 、black plastics and whrit plastics . The flexibility of this system is fine, the reliability i

6、s also excellent and programming is easy. It adapts to elasticity production line for materials sorting. At present the automatic sort gradually has become the mainstream, because the automatic sort is enters the assignment position from the cargo which the sort system delivers assigns up to, al

7、l is defers to peoples instruction to depend on the automatic sorting equipment to completed. This kind of equipment is by accepts the sort instruction information the control device, the computer network elsewhere, arrives sorts the position the cargo delivers moves to delivers. Because uses the ma

8、chinery automatic work completely, therefore, sort handling ability is big, sort classification quantity are also many. Key Words ：PLC，Automatic Sorting System，The Ladder-shape Program 緒 論 分揀是把很多貨物按品種從不同的地點(diǎn)和單位分配到所設(shè)置的場(chǎng)地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機(jī)械分揀和自動(dòng)分揀。 目前自動(dòng)

9、分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣?dòng)分揀是從貨物進(jìn)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(dòng)分揀裝置來(lái)完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報(bào)的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機(jī)械自動(dòng)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(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對(duì)上述問(wèn)題，利用 PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種成本低，效率高的材料自動(dòng)分揀裝置

10、，在材料分揀過(guò)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(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求。 PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。 應(yīng)用PLC技術(shù)結(jié)合氣動(dòng)、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)不同類型材料的自動(dòng)分

11、揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)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(jì)，以及一些調(diào)試方法。 第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程及控制要求。 要想進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先必須對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對(duì)象的工藝過(guò)程、工作特點(diǎn)，明確控制要求以及各階段的特點(diǎn)和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。 1.1 材料分揀裝置工作過(guò)程概述 如圖1.1 所

12、示為本分揀裝置圖 1.1圖 分揀單元是YL-335B 中的最末單元，完成對(duì)上一單元送來(lái)的已加工、裝配的 工件進(jìn)行分揀。使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來(lái)工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，即啟動(dòng)變頻器，工件開(kāi)始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。分揀單元主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，變頻器模塊，電磁閥組，接線端口，PLC 模塊，按鈕/指示燈模塊及底板等。 1.1.1分揀單元的結(jié)構(gòu)組成 分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，變頻器模塊，電磁閥組，接線端口，PLC 模塊，底板等。傳送已經(jīng)加工、裝配好的

13、工件，在金屬傳感器和光纖傳感器檢測(cè)到并進(jìn)行分揀。它主要由傳送帶、物料槽、推料（分揀）氣缸、漫射式光電傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、金屬傳感器、光纖傳感器、磁感應(yīng)接近式傳感器組成。 傳送帶是把機(jī)械手輸送過(guò)來(lái)加工好的工件進(jìn)行傳輸，輸送至分揀區(qū)。導(dǎo)向件是用糾偏機(jī)械手輸送過(guò)來(lái)的工件。三條物料槽分別用于存放加工好的金屬、黑色工件和白色工件。傳送和分揀的工作過(guò)程：本站的功能是完成從裝配站送來(lái)的裝配好的工件進(jìn)行分揀。當(dāng)輸送站送來(lái)工件放到傳送帶上并為入料口漫射式光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，將信號(hào)傳輸給PLC，通過(guò)PLC 的程序啟動(dòng)變頻器，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳送帶工作，把工件帶進(jìn)分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為金屬，則檢測(cè)金屬物料的接近

14、開(kāi)關(guān)動(dòng)作，作為1 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將金屬料推到1 號(hào)槽里；如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色，則檢測(cè)白色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為2 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將白色料推到2 號(hào)槽里；如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為黑色，檢測(cè)黑色的光纖傳感器作為3 號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào)，將黑色料推到3 號(hào)槽里。自動(dòng)生產(chǎn)線的加工結(jié)束。 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切小于0.85Mpa 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)分析控制對(duì)象的要求。 1.3.

15、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）分揀出非金屬中某一顏色塊 （4）分揀出金屬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(duì)待測(cè)材料進(jìn)行檢測(cè)并分類。當(dāng)待測(cè)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(cè)。如果被某種傳感器測(cè)中，通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下8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)光電感傳感器檢測(cè)到金屬物料時(shí)，推

16、汽缸1 動(dòng)作 （5）當(dāng)光纖傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí)，推汽缸2 動(dòng)作 （6）當(dāng)光纖傳感器檢測(cè)到黑色材料時(shí)，推汽缸3 動(dòng)作 （7）汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù) （8）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控制系統(tǒng)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(diǎn)。 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.1 所示 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

17、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。 2.2.1 確定I/ O 點(diǎn)數(shù) （1）PLC 的I/O 接線 本單元中，傳感器信號(hào)占用6 個(gè)輸入點(diǎn)（1 個(gè)光電、2 個(gè)光纖、1 個(gè)金屬、3 個(gè)磁性開(kāi)關(guān)），輸出點(diǎn)數(shù)為7 個(gè)，其中1 個(gè)輸出點(diǎn)提供給變頻器使用。選用西門(mén)子S7-224XP AC/DC/RLY主單元，共14 點(diǎn)輸入和10 點(diǎn)繼電器輸出，供料單元的I/O 接線原理圖如圖3- 所示。由PLC 來(lái)進(jìn)行變頻器的啟動(dòng)/ 停止操作、物料顏色屬性的判別以及相應(yīng)推出操作。在物料被推出，推桿伸出運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生干擾信號(hào)，使得推出操作反復(fù)進(jìn)行，為此應(yīng)采取相應(yīng)的屏蔽措施。如果希望增加變

18、頻器的控制點(diǎn)數(shù)，即可把Q0.4 、Q0.5 和Q0.6 分配給分揀氣缸電磁閥，而把Q0.0 ～ Q0.2 分配給變頻器的5、6、7 號(hào)控制端子用。 2.2.1-1分揀單元PLC 的 I/O 信號(hào)表 （2）分揀單元控制工藝要求 分揀單元與前述幾個(gè)單元電氣接線方法有所不同，該單元的變頻器模塊是安裝在抽屜式模塊放置架上的。因此，該單元PLC 輸出到變頻器控制端子的控制線，須首先通過(guò)接線端口連接到實(shí)訓(xùn)臺(tái)面上的接線端子排上，然后用安全導(dǎo)線插接到變頻器模塊上。同樣，變頻器的驅(qū)動(dòng)輸出線也須首先用安全導(dǎo)線插接到實(shí)訓(xùn)臺(tái)

19、面上的接線端子排插孔側(cè)，再由接線端子排連接到三相交流電動(dòng)機(jī)。 分揀單元需要完成在傳送帶上把不同顏色的工件從不同的滑槽分流的功能。為了使工件能準(zhǔn)確地推出，光纖傳感器靈敏度的調(diào)整、變頻器參數(shù)（運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、斜坡下降時(shí)間等）的設(shè)置以及軟件編程中定時(shí)器設(shè)定值的設(shè)置等，應(yīng)相互配合。 根據(jù)I/O表可以繪制出PLC的輸入輸出外部接線圖 圖2.2.1-2 2.3檢測(cè)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(jiǎn)要介紹。 2.3.1 光電編碼器 在YL-335B 生產(chǎn)線的分揀單元的控制中，傳送帶定位

20、控制是由光電編碼器來(lái)進(jìn)行完成的。同時(shí)，光電編碼器還要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。圖是光電編碼器在分揀單元的兩種應(yīng)用。光電編碼器是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。典型的光電編碼器由碼盤(pán)（Disk）、檢測(cè)光柵（Mask） 光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)光電編碼器產(chǎn)生 脈沖的方式不同，可以分為增量式、絕對(duì)式以及復(fù)合式三大類，生產(chǎn)線上常采用的是增量式光電編碼器，其結(jié)構(gòu)如圖2.3.1-1所示。

21、 2.3.1-1增量式光電編碼器的組成 光電編碼器的碼盤(pán)條紋數(shù)決定了傳感器的最小分辨角度，即分辨角a=360 / 條紋數(shù)。如條紋數(shù)為500，則分辨角a=360 /500=0.72。在光電編碼器的檢測(cè)光柵上有兩組條紋A 和B，A、B 條紋錯(cuò)開(kāi)1/4 節(jié)距，兩組條紋對(duì)應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)彼此相差90，用于辨向。此外在光電編碼器的碼盤(pán)里圈有一個(gè)透光條紋Z，用以每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖成為移轉(zhuǎn)信號(hào)或零標(biāo)志脈沖。其輸出波形圖如2.2.3-2圖 2

22、.3.1-2增量式編碼器輸出脈沖示意圖 YL-335B 分揀單元使用了這種具有A、B 兩相90o 相位差的旋轉(zhuǎn)編碼器，用于計(jì)算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動(dòng)軸上。該旋轉(zhuǎn)編碼器的三相脈沖采用NPN型集電極開(kāi)路輸出，分辨率500 線，工作電源DC12 ～ 24V。本工作單元沒(méi)有使用Z 相脈沖，A、B 兩相輸出端直接連接到PLC 的高速計(jì)數(shù)器輸入端。計(jì)算工件在傳送帶上的位置時(shí)，需確定每?jī)蓚€(gè)脈沖之間的距離即脈沖當(dāng)量。分揀單元主動(dòng)軸的直徑為d=43mm, 則減速電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，皮帶上工件移動(dòng)距離L=π?d =3.1443=135.09 mm。故脈沖當(dāng)量μ 為μ=L/

23、500=0.27 mm。當(dāng)工件從下料口中心線移動(dòng)到第一個(gè)推桿中心點(diǎn)的距離為164mm 時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出607 個(gè)脈沖。 2.3.2 光電傳感器 在自動(dòng)化生產(chǎn)線的分揀單元中，當(dāng)工件進(jìn)入分揀輸送帶時(shí)，分揀站上光電開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線遇到工件反射回自身的光敏元件，光電開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)啟動(dòng)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。將光電開(kāi)關(guān)褐色線接PLC 輸入模塊電源“+”端，藍(lán)色線接PLC 輸入模塊電源“-”端，黑色線接PLC 的輸入點(diǎn)。 2.3.2-1光電開(kāi)關(guān)電路原理圖 光電傳感器介紹：光電開(kāi)關(guān)具有檢測(cè)距離長(zhǎng)、對(duì)檢測(cè)物體的限制小、響應(yīng)速度快、分辨率高、便于調(diào)整、無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、線性度高、重復(fù)

24、性好、對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高、無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差、不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量等特點(diǎn)。但在光電開(kāi)關(guān)的安裝過(guò)程中，必須保證傳感器到被檢測(cè)物的距離必須在“檢出距離”范圍內(nèi)，同時(shí)考慮被檢測(cè)物的形狀、大小、表面粗糙度及移動(dòng)速度等因素。 2.3.3 光纖傳感器 光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。 在分揀單元傳送帶上方分別裝有兩個(gè)光纖式接近開(kāi)關(guān)，如圖2.3.3-1所示

25、，光纖式接近開(kāi)關(guān)由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分，光纖檢測(cè)頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖孔。光纖式接近開(kāi)關(guān)的輸出連接至PLC。為了能對(duì)白色和黑色的工件進(jìn)行區(qū)分，使用中將兩個(gè)光纖式接近開(kāi)關(guān)靈敏度調(diào)整成不一樣。 光纖放大器 光纖檢測(cè)頭 2.3.3-1光纖式光電接近開(kāi)關(guān)在分揀單元的應(yīng)用 光纖式光電接近開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱光纖式光電開(kāi)關(guān)）也是光纖傳感器的一種，光纖傳感器傳感部分沒(méi)有絲毫電路連接，不產(chǎn)生熱量，只利用

26、很少的光能，這些特點(diǎn)使光纖傳感器成為危險(xiǎn)環(huán)境下的理想選擇。光纖傳感器還可以用于關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長(zhǎng)期高可靠穩(wěn)定的監(jiān)視。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器光纖傳感器具有下述優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠(yuǎn)，使用壽命長(zhǎng)，此外，由于光纖頭具有較 小的體積，所以可以安裝在很小空間的地方。光纖放大器根據(jù)需要來(lái)放置。比如有些生產(chǎn)過(guò)程中煙火、電火花等可能引起爆炸和火災(zāi)，光能不會(huì)成為火源，所以不會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，可將光纖測(cè)頭設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所，將放大器單元設(shè)置在非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行使用。安裝示意圖如2.3.3-2圖所示 2.3.3-2光纖傳感器安裝示意圖 光纖傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和

27、光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分。光纖傳感器結(jié)構(gòu)上分為傳感型，傳光型兩大類。傳感型是以光纖本身作為敏感元件, 使光纖兼有感受和傳遞被測(cè)信息的作用。傳光型是把由被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖, 通過(guò)輸出端進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的，傳光型光纖傳感器的工作原理與光電傳感器類似。在分揀單元中采用的就是傳光型的光纖式光電開(kāi)關(guān), 光纖僅作為被調(diào)制光的傳播線路使用，因而。外觀如圖2-14 所示，一個(gè)發(fā)光端、一個(gè)光的接收端，分別連接到光纖放大器。光纖式光電開(kāi)關(guān)在分揀單元的應(yīng)用在分揀單元的傳送帶上方分別裝有兩個(gè)光纖光電開(kāi)關(guān)，光纖檢測(cè)頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖孔。在分揀單元中光纖式光電開(kāi)

28、關(guān)的放大器的靈敏度可以調(diào)節(jié)，當(dāng)光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時(shí)，對(duì)于反射性較差的黑色物體，光纖放大器無(wú)法接收到反射信號(hào)；而對(duì)于反射性較好的白色物體，光纖放大器光電探測(cè)器就可以接收到反射信號(hào)。從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)光纖光電開(kāi)關(guān)的靈敏度來(lái)判別黑白兩種顏色物體，將兩種物料區(qū)分開(kāi)，從而完成自動(dòng)分揀工序。 2.3.3-3光纖傳感器電路框圖 在分揀單元中如何來(lái)進(jìn)行調(diào)試呢？使用螺絲刀來(lái)調(diào)整傳感器靈敏度。圖2.3.3-4給出了光纖放大器的俯視圖，調(diào)節(jié)靈敏度高速旋鈕就能進(jìn)行放大器靈敏度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)看到“入光量顯示燈”發(fā)光的變化。在檢測(cè)距離固定后，當(dāng)白色工件出現(xiàn)在光纖測(cè)頭下方時(shí)，“動(dòng)作顯示燈”亮，

29、提示檢測(cè)到工件，當(dāng)黑色工件出現(xiàn)在光纖測(cè)頭下方時(shí)， “動(dòng)作顯示燈”不亮，這個(gè)光纖光電開(kāi)關(guān)調(diào)試完成。 2.3.3-4光纖放大器的俯視圖 優(yōu)點(diǎn)：1 靈敏度較高； 2 幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器； 3 可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件； 4 可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境； 5 而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。 2.3.4電感接近開(kāi)關(guān) 電渦流接近開(kāi)關(guān)屬于電感傳感器的一種，是利用電渦流效應(yīng)制成的有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高

30、頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流。這個(gè)電渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。其工作原理圖如a所示。無(wú)論是哪一種接近傳感器，在使用時(shí)都必須注意被檢測(cè)物的材料、形狀、尺寸、運(yùn)動(dòng)速度等因素，如圖b所示。 a電渦流接近開(kāi)關(guān)的工作原理圖 b接近傳感器與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物 在一些精度要求不是很高的場(chǎng)合，接近開(kāi)關(guān)可以用來(lái)產(chǎn)品計(jì)數(shù)、測(cè)量轉(zhuǎn)速，甚至是旋轉(zhuǎn)位移的角度。但在一些要求較高的場(chǎng)合，往往

31、用光電編碼器來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)位移或者間接測(cè)量直線位移。 2.3.5磁性開(kāi)關(guān) 在YL-335B 自動(dòng)化生產(chǎn)線中，磁性開(kāi)關(guān)用于各類氣缸的位置檢測(cè)，磁力式接近開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱磁性開(kāi)關(guān)）是一種非接觸式位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，這種非接觸式位置檢測(cè)不會(huì)磨損和損傷檢測(cè)對(duì)象物，響應(yīng)速度高。磁性開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)磁性物資的存在；安裝方式上有導(dǎo)線引出型、接插件式、接插件中繼型；根據(jù)安裝場(chǎng)所環(huán)境的要求接近開(kāi)關(guān)可選擇屏蔽式和非屏蔽式。其實(shí)物圖及電氣符號(hào)圖如圖所示。 （a）實(shí)物圖

32、 （b）電氣符號(hào)圖 當(dāng)有磁性物質(zhì)接近下圖所示的磁性開(kāi)關(guān)傳感器時(shí)，傳感器動(dòng)作，并輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們?cè)诒粶y(cè)物體上，如在氣缸的活塞（或活塞桿）上安裝磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個(gè)磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，就可以用這兩個(gè)傳感器分別標(biāo)識(shí)氣缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。 （a）示意圖 （b）氣缸與磁性開(kāi)關(guān) 2.3.6通用變頻器驅(qū)動(dòng)裝置 YL-335B 分揀站使用的三相交流減速電機(jī)的速度、方向控制采用西門(mén)子通用變頻器MM420，其電氣連接如圖2.3.

33、6-1 所示。三相交流電源經(jīng)熔斷器、交流接觸器、濾波器（可選）、變頻器輸出到交流電動(dòng)機(jī)。 2.3.6-1變頻器與電機(jī)的安裝接線 工作原理:變頻器控制輸出正旋波的驅(qū)動(dòng)電源是以恒電壓頻率比（U/f）保持磁通不變?yōu)榛A(chǔ)的，在經(jīng)過(guò)正旋波脈寬調(diào)制（SPWM）驅(qū)動(dòng)主電路，以產(chǎn)生U、V、W 三相交流電驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 西門(mén)子通用變頻器MM420 由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的，降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。MM420 變頻器的方框圖如圖2-29 所示，包含數(shù)字

34、輸入點(diǎn)：DIN1（端子⑤），DIN2（端子⑥），DIN3（端子⑦）；內(nèi)部電源+24V（端子⑧），內(nèi)部電源0V（端子⑨）；模擬輸入點(diǎn)：AIN+（端子③），內(nèi)部電源+10V（端子①），內(nèi)部電源0V（端子②）； 繼電器輸出：RL1-B（端子10），RL1-C（端子11）；模擬量輸出：AOUT+（端子12），AOUT-（端子13）；RS485串行通訊接口：P+（端子14），N-（端子15）等輸入輸出接口。同時(shí)帶有人機(jī)交互接口基本操作板（BOP）。其核心部件為CPU 單元，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算輸出控制正旋波信號(hào)，經(jīng)過(guò)SPWM 調(diào)制，放大

35、輸出三相交流電壓驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。MM420 變頻器是一個(gè)智能化的數(shù)字式變頻器，在基本操作板（BOP）上可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 參數(shù)分為4 個(gè)級(jí)別： 1 標(biāo)準(zhǔn)級(jí)：可以訪問(wèn)最經(jīng)常使用的參數(shù)。 2 擴(kuò)展級(jí)：允許擴(kuò)展訪問(wèn)參數(shù)的范圍，例如變頻器的I/O 功能。 3 專家級(jí)：只供專家使用。 4 維修級(jí)：只供授權(quán)的維修人員使用—具有密碼保護(hù)。 MM420 變頻器方框圖 保護(hù)功能 過(guò)載能力為150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60秒； 過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器過(guò)溫保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； I2t電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)； 采用PT

36、C通過(guò)數(shù)字端接入的電機(jī)過(guò)熱保護(hù)； 采用PIN編號(hào)實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖； 閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù) 2.3.7電磁閥組和氣動(dòng)控制回路 分揀單元的電磁閥組使用了三個(gè)由二位五通的帶手控開(kāi)關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這三個(gè)閥分別對(duì)金屬、白料和黑料推動(dòng)氣缸的氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。本單元?dú)鈩?dòng)控制回路的工作原理如圖5-3 所示。圖中1A、2A 和3A 分別為分揀一氣缸、分揀二氣缸和分揀三氣缸。1B1、2B1 和3B1 分別為安裝在各分揀氣缸的前極限工作位置的磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)。1Y1、2Y1 和3Y1 分別為控制3 個(gè)分揀氣缸電磁閥的電磁控制端 分揀單元?dú)鈩?dòng)控制回路工作原

37、理圖 第3章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫(huà)出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。 3.1 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)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫(huà)出程序流程圖。如圖3.1-1所示 3.1-1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工作狀態(tài)。 若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸3動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開(kāi)始;若為單次運(yùn)行，則汽缸3動(dòng)作后停機(jī)。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控

38、制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，來(lái)確定物料到達(dá)傳感器的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器清零，傳感器開(kāi)始工作，對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。 在汽缸1～3 動(dòng)作后，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(méi)有檢測(cè)到物體，則電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重 新計(jì)數(shù)，繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。 如果只對(duì)材料的某一特性進(jìn)行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對(duì)傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。 3.2 控制系統(tǒng)程序梯形圖設(shè)計(jì) 第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 在PLC軟硬件設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試工

39、作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中，難免 會(huì)有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)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．電感式接近開(kāi)關(guān)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(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)鐵質(zhì)材料的檢出點(diǎn)。 2．光纖傳感器的調(diào)試 在電容傳感器下方的傳送帶上，放置不同顏色料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)不同顏色材料的檢出點(diǎn)。

40、3．光電傳感器的調(diào)試 通電狀態(tài)下，用于分揀單元工件檢測(cè)，當(dāng)有材料時(shí)候，燈亮同時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)有物料時(shí)候，則不亮步進(jìn)電機(jī)不驅(qū)動(dòng)。 4.2 軟件調(diào)試 將所編寫(xiě)的梯形圖程序進(jìn)行編譯，通過(guò)上下位機(jī)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(cuò)誤。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時(shí)都能作出正確的響應(yīng)，需要進(jìn)行離線測(cè)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(hào)，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。 4.3 整體調(diào)試 將設(shè)

41、備接入PLC，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過(guò)綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。  結(jié) 論 物料分揀采用可編程控制器PLC 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。 同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)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

42、擇相應(yīng)的傳感器，就可對(duì)不同的物料進(jìn)行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。  致 謝 本論文是在靖文老師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文從選題到寫(xiě)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(jǐn)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(gè)機(jī)會(huì)，好好地總結(jié)一下我在學(xué)校所學(xué)的各門(mén)課程，將它們分化理解，合理分類，融會(huì)貫通。也不愧三年來(lái)老師含辛茹苦的授課和課下的諄諄教導(dǎo)，以及同學(xué)間的團(tuán)結(jié)互助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，老師給予我們?cè)S多幫助，同時(shí)也為我們指明了方向。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們把以前所學(xué)都綜合起來(lái)，感覺(jué)自己的水平提高很多。我們了解

43、到了做一個(gè)系統(tǒng)的基本常識(shí)，為我們以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到許多困難，在老師的幫助下，通過(guò)查資料，把困難都一一克服。另外我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中還得到許多同學(xué)的幫助，對(duì)于良師益友的幫助，我深表感謝。同時(shí)也感謝學(xué)校提供給我們一次提高的機(jī)會(huì)，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(jiān)定的意志負(fù)擔(dān)起我求學(xué)的重?fù)?dān)，使我能安心學(xué)業(yè)，順利完成大學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)兒時(shí)的夢(mèng)想。還有我的兄長(zhǎng)們?cè)谖页砷L(zhǎng)期間一如既往地給我極大的關(guān)心與鼓舞，在此真誠(chéng)感謝他們！ 最后，再次向所有幫助過(guò)我，激勵(lì)過(guò)我，關(guān)心過(guò)我的人，致以最誠(chéng)摯的謝意和最美好的祝福！

44、 參考文獻(xiàn) 【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(xué)工業(yè)出版社 2006年 【3】 張運(yùn)波 工廠電氣控制技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2001年 【4】 余雷聲 電氣控制與PLC應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2001年 【5】 王兆義 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù) 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社 2002年 【7】 李景學(xué) 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方法 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社 1994 年 【9】 呂景泉 自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試(第二版) 2009年