材料分揀實驗指書

1、求是教儀材料分揀實訓系統(tǒng)實 驗 指 導 書目 錄材料分揀實訓系統(tǒng)2第一章 系統(tǒng)介紹2第二章 使用說明3第三章 安裝4第四章 基礎入門篇5第五章 系統(tǒng)的實訓實驗課題23課題一 認識材料分揀裝置23課題二 利用 PLC的高數(shù)計數(shù)功能完成材料的分揀功能26實驗一：控制要求：在出料塔中現(xiàn)有一個貨物，要求將其送入到 1 號倉庫26實驗二：控制要求：在出料塔中現(xiàn)有四個貨物，要求按下面要求完成實驗29課題三 利用傳感器的檢測技術完成材料的分揀功能32實驗一：控制要求：系統(tǒng)運行時，傳送帶啟動，當檢測到鐵質材料時，送入到1號倉庫；檢測到鋁質材料時，送入到2號倉庫；檢測到黃色貨物時，將其送入到 3號倉庫。要求將其

2、送入到1 號倉庫32實驗二：控制要求：現(xiàn)有一堆貨物，要求挑選黃色鐵質貨料送入到 3號倉庫，黃色塑料貨料送入到 4#倉庫。34課題四 系統(tǒng)組態(tài)軟件操作訓練36實驗一：編寫上位機監(jiān)控界面，監(jiān)控傳送帶的運行。要求實時顯示電機的運行效果。36系統(tǒng)的綜合訓練501材料分揀實訓系統(tǒng)第一章 系統(tǒng)介紹一、QSPLC-CL1 材料分揀系統(tǒng)簡介 該裝置采用臺式結構，內置電源，單相交流電動機，進口氣缸、電磁閥、旋轉編碼器等部件，轉接面板上接口可與 PLC或單片機、工控機連接。涵蓋 PLC技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內容，選用了顏色識別傳感器及對不同材質敏感的電容式和電感式傳感器，分別被固定在網(wǎng)板上。允

3、許學員重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝?？稍黾泳幊屉y度，開發(fā)學員創(chuàng)造能力。 本裝置還設置了氣動方面的減壓器、濾清、氣壓指示等，可與各類氣源相連接?？赏瓿蓚鞲衅?、交流電機、旋轉編程器、PLC編程及調試、計算機組態(tài)監(jiān)控、氣動等方面的綜合應用設計訓練。其結構如下圖所示： 各傳感器位置見下圖所示： 第二章 使用說明安裝環(huán)境：避免將設備安裝到下列場所： 日光直射或者環(huán)境溫度超出 0到 50范圍的場所。 相對濕度超出 35%RH到75%范圍或者由于劇烈溫度變化產(chǎn)生結露的場所。 空氣中存在腐蝕氣體或可燃氣體場所。 對本體造成直接振動或撞擊的場所。 粉塵、鐵屑或鹽分較多的場所。 會使本設備附著水、

4、油或化學物質的場所。 空氣中含有有機溶濟的例如苯、涂料稀釋濟、酒精或者強堿物質如氨和苛性堿的場所。 靜電防護： 在干燥的環(huán)境下有產(chǎn)生靜電累積的危險，所以當需要觸摸設備時，應選通過接地設備對其進行放電再觸摸。清洗：不要使用稀料或類似的溶液清洗，因為會溶解本體的某些部件并且會造成褪色。供電順序：在給變頻器供電之前控制單元應處于停止工作狀態(tài)。在接通電源之前當您是第一次接通供電時，請注意以下事項： 請確認沒有接線的碎屑或者尤其是導電物質在印制電路板上。 確認電源接線、輸入/輸出接線和電壓是正確的。 確認控制單元是處于停止工作狀態(tài)。第三章 安裝 設備的安裝 1）實驗桌的選擇： QSPLC-CL1采用平板

5、式結構，應放置在一個平臺上，同時為了實驗需要，最好配備一臺電腦，其尺寸應滿足： 長度 800mm 寬度 500mm 高度 750mm 2）電源的選擇 供電電壓：交流 AC 220V 輸出功率：大于 150W 3）氣源的選擇 工作壓力：0.8Mpa 功率：0.75KW 排氣量：0.067m3 轉速：2800rpm 儲氣罐容積：18L 供電電壓：交流 AC 220V/50Hz 4）電腦配置 CPU：主頻 600MHz以上。 RAM：256MB內存（推薦 512MB） 空余磁盤空間：600MB以上。 顯示設備：XGA，支持 1024*768分辨率，16bit以上彩色深度。第四章 基礎入門篇 一、PL

6、C入門知識 （一）概述 可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設計 PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比： 1、可靠性高、邏輯功能強、體積小。 2、在需要大量中間繼電器、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合，PLC 無需增加硬設備。 3、隨著要求的變更 PLC對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 4、具有網(wǎng)絡通訊

7、功能，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現(xiàn)各種復雜控制功能。PLC與工業(yè)控制計算機相比 1、PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習慣，對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)驗的人來說，尤其是現(xiàn)場的技術人員，學習起來十分方便。 2、PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機是由通用計算機推廣應用發(fā)展起來的，一般由微機廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結構方面的突出優(yōu)點是總線標準化程度高，產(chǎn)品兼容性強。 3、PLC的運行方式與工業(yè)控制機不同，微機的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速、實時性強、模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求

8、使用者具有一定的計算機專業(yè)知識。 （二）PLC的系統(tǒng)結構二、PLC各部分的作用 （一）CPU 診斷 PLC電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人 PLC的寄存器中。 逐條讀取指令，完成各種運算和操作。 將處理結果送至輸出端。 響應各種外部設備的工作請求。 （二）存儲器 系統(tǒng)程序存儲器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固化在只讀存儲器 ROM或 PROM中，用戶不能更改。 用戶存儲器：包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這類存儲器一般由低功耗的 CMOS-RAM構成，其中的存儲內容可讀出并更改。 注意： PLC產(chǎn)品手冊中給出

9、的“存儲器類型”和“程序容量”是針對用戶程序存儲器而言的。 （三）輸入輸出接口電路 輸入接口電路：采用光電耦合電路，將限位開關、手動開關、編碼器等現(xiàn)場輸入設備的控制信號轉換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 輸出接口電路：采用光電耦合電路，將 CPU處理過的信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動接觸器、電磁閥等外部設備的通斷電。 （四）電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉換成滿足 PLC的 CPU、存儲器、輸人輸出接口等內部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開關穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓供內部電路使用，而且還可為輸入設備提供標準電源。 （五）

10、輸入輸出I0擴展接口 若主機單元的IO點數(shù)不能滿足需要時，可通過此接口用扁平電纜線將IO擴展單元與主機相連，以增加IO點數(shù)。PLC的最大擴展能力主要受 CPU尋址能力和主機驅動能力的限制。 三、PLC的基本工作原理 與微機等待命令的工作方式不同，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式 。CPU從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期，一個掃描周期主要分為三個階段：1、輸入刷新階段 2、程序執(zhí)行階段 3、輸出刷新階段由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所

11、以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為IO刷新階段。實際上，除了執(zhí)行程序和IO刷新外，PLC還要進行各種錯誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務”。一般在程序執(zhí)行后進行。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個掃描周期只進行一次I0刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)不但不會造成影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯. S7-200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構架由成系統(tǒng)的 CPU模塊和豐富的擴展模塊組成。它能夠

12、滿足各種設備的自動化控制需求。S7-200除具有 PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有獨到之處。 1、功能強大的指令集 指令內容包括位邏輯指令、計數(shù)器、定時器、復雜數(shù)學運算指令、PID指令、字符串指令、時鐘指令，以及和智能模塊配合的專用指令等。 2、豐富強大的通訊功能 S7-200提供了近 10種通訊方式以滿足不同的應用需求，從簡單的 S7-200之間的通訊到 S7-200通過 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡通訊，甚至到 S7-200通過以太網(wǎng)通訊。在聯(lián)網(wǎng)需要已日益成為必需的今天，強大的通訊無疑會使 S7-200為更多的用戶服務?？梢哉f，S7-200的通訊功能已經(jīng)遠遠超過了小型 PLC的整體通

13、訊水平。 3、編程軟件的易用性 STEP7-MICRO/WIN32編程軟件為用戶提供了開發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、WINDOWS的界面網(wǎng)絡以及豐富的編程向導，能使用戶快速進入狀態(tài)，得心應手。 四、S7-200 CPU （一）S7-200 CPU的外形如下圖所示： （二）S7-200 CPU規(guī)格 S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成的電源和若干數(shù)字量 I/O點集成在一個緊湊的封裝中，組成一個功能強大的PLC。西門子提供多種類型的 CPU以適應各種應用要求。不同類型的 CPU具有不同的數(shù)字量 I/O點數(shù)、內存容量等規(guī)格參數(shù)。 目前提供的S7-200 C

14、PU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU 226XM。 S7-200 CPU規(guī)格如表 1-1所示列。 表 1-1 S7-200 CPU規(guī)格對于每個型號，西門子提供DC（24V）和AC（120 220V）兩種電源供電的 CPU類型。如 CPU 224 DC/DC/DC和 CPU 224 AC/DC/RELAY。每個類型都有各自的訂貨號，可以單獨訂貨。 DC/DC/DC：說明 CPU是直流供電，直流數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出點是晶體管直流電路的類型。 AC/DC/RELAY：說明 CPU是交流供電，直流數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出點是繼電器觸點的類型。 （三）擴展模塊 S7-2

15、00 CPU為了擴展I/O點和執(zhí)行特殊的功能，可以連接模塊（除CPU 221外）。擴展模塊主要有如下幾類： 1、數(shù)字量I/O模塊： 2、 模擬量I/O模塊： 3、通訊模塊； 4、 特殊功能模塊； （1） 數(shù)字量 I/O擴展模塊 EM221：數(shù)字量輸入擴展模塊。包括 3種類型： 8點24V DC輸入 8點 AC 120/230V輸入 16點 24V DC 輸入。 EM222：數(shù)字量輸出擴展模塊，包括 5種類型： 8點24V DC（晶體管）輸出； 8點繼電器輸出； 8點 AC 120/230V 輸出； 4點 24V DC 輸出，每點5A； 4點繼電器輸出，每點10A； EM223：數(shù)字量輸入/輸出

16、擴展模塊，共有 6種類型： 4點24V DC輸入/4點24V DC輸出 4點24V DC輸入/4點24V 繼電器輸出 8點24V DC輸入/8點24V DC輸出 8點24V DC輸入/8點24V 繼電器輸出 16點24V DC輸入/16點24V DC輸出 16點24V DC輸入/16點24V 繼電器輸出 （2）模擬量 I/O擴展模塊EM231：模擬量輸入模塊，4通道電流/電壓輸入；EM232：模擬量輸出模塊，2通道電流/電壓輸出；EM235：模擬量輸入/輸出模塊，4通道電流/電壓輸入、1通道電流/電壓輸出。 （3）通訊模塊 EM277：PROFIBUS-DP從站通訊模塊，同時也支持 MPI從站

17、通訊； EM241：調制解調器（MODEM）通訊模塊； CP243-1：工業(yè)以態(tài)網(wǎng)通訊模塊； CP243-1 IT：工業(yè)以態(tài)網(wǎng)模塊，同是提供WEB/E-MAIL等IT應用； CP243-2：AS-I主站模塊，可連接最多 62個 AS-I從站。 （4）特殊功能模塊 EM253：定位控制模塊。它能產(chǎn)生脈沖串，用于步進電機和伺服電機的速度和位置的開環(huán)控制。 五、S7-200 編程軟件 （一）安裝條件 STEP7-MICRO/WIN32 V3.2可以在MICROSOFT公司出品的如下操作系統(tǒng)環(huán)境下安裝： WINDOWS 95/98 WINDOWS NT,VERSI/ON 4.0,SP6 WINDOWS

18、 ME EDITI/ON WINDOWS 2000,SP2; WINDOWS XP HOME(STEP7-MICRO/WIN32 SP3以上版本) WINDOWS XP PROFESSI/ONAL(STEP7-MICRO/WIN32 SP3以上版本) 硬件要求： 任何能夠運行上述操作系統(tǒng)的 PC或PG（編程器） 100M硬盤空間； WINDOWS系統(tǒng)支持的鼠標； 推薦使用最小屏幕分辨率 1024×768，小字體。 （二）安裝步驟 關閉所有應用程序，包括 MICROSOFT OFFICE快捷工具欄；在光盤驅動器內插入安裝光盤。如果沒有禁止光盤插入自動運行，安裝程序會自動運行；或者在 W

19、INDOWS資料管理器中打開安裝光盤上的“SETUP.EXE”文件，然后按照安裝程序的提示完成安裝就行。 *具體操作詳見深入淺出西門子S7-200 PLC的 P30-P34. （三）STEP-MICRO/WIN32簡介 STEP-MICRO/WIN32窗口元素如下圖所示： “瀏覽條”顯示編程特性的按鈕控制群組： “視圖” 選擇該類別，為程序塊、符號表，狀態(tài)圖，數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)塊，交叉引用及通訊顯示按鈕控制。 “工具” 選擇該類別，顯示指令向導、TD200向導、位置控制向導、EM 253控制面板和調制解調器擴充向導的按鈕控制。 注釋：當瀏覽條包含的對象因為當前窗口大小無法顯示時，瀏覽條顯示滾動按鈕，

20、使您能向上或向下移動至其他對象 。 “指令樹” 提供所有項目對象和為當前程序編輯器（LAD、FBD或STL）提供的所有指令的樹型視圖。您可以用滑鼠右鍵單擊樹中“項目”部分的文件夾，插入附加程序組織單元（POU）；您可以用滑鼠右鍵單擊單個POU，打開、刪除、編輯其屬性表，用密碼保護或重新命名子例行程序及中斷例行程序。您可以用滑鼠右鍵單擊樹中“指令”部分的一個文件夾或單個指令，以便隱藏整個樹。您一旦打開指令文件夾，就可以拖放單個指令或雙擊，按照需要自動將所選指令插入程序編輯器窗口中的光標位置。您可以將指令拖放在“偏好”文件夾中，排列經(jīng)常使用的指令。 “交叉引用”允許您檢視程序的交叉引用和組件使用信

21、息。 “數(shù)據(jù)塊” 允許您顯示和編輯數(shù)據(jù)塊內容。 “狀態(tài)圖窗口” 允許您將程序輸入、輸出或變量置入圖表中，以便追蹤其狀態(tài)。您可以建立多個狀態(tài)圖，以便從程序的不同部分檢視組件。每個狀態(tài)圖在狀態(tài)圖窗口中有自己的標記。 “符號表全局變量表窗口”允許您分配和編輯全局符號（即可在任何 POU中使用的符號值，不只是建立符號的POU）。您可以建立多個符號表?？稍陧椖恐性黾右粋€ S7-200系統(tǒng)符號預定義表。 “輸出窗口” 在您編譯程序時提供訊息。當輸出窗口列出程序錯誤時，可雙擊錯誤訊息，會在程序編輯器窗口中顯示適當?shù)木W(wǎng)絡。當您編譯程序或指令庫時，提供訊息。當輸出窗口列出程序錯誤時，您可以雙擊錯誤訊息，會在程序

22、編輯器窗口中顯示適當?shù)木W(wǎng)絡。 “狀態(tài)條”提供您在STEP 7-MICRO/WIN 32中操作時的操作狀態(tài)信息。 “程序編輯器窗口”包含用于該項目的編輯器（LAD、FBD或 STL）的局部變量表和程序視圖。如果需要，您可以拖動分割條，擴充程序視圖，并覆蓋局部變量表。當您在主程序一節(jié)（OB1）之外，建立子例行程序或中斷例行程序時，標記出現(xiàn)在程序編輯器窗口的底部?？蓡螕粼摌擞洠谧永谐绦?、中斷和 OB1之間移動?！熬植孔兞勘怼?包含您對局部變量所作的賦值（即子例行程序和中斷例行程序使用的變量）。在局部變量表中建立的變量使用暫時內存；地址賦值由系統(tǒng)處理；變量的使用僅限于建立此變量的POU?！安藛螚l”

23、 允許您使用滑鼠或鍵擊執(zhí)行操作。您可以定制“工具”菜單，在該菜單中增加自己的工具。 “工具條”最常用的 STEP 7-MICRO/WIN 32操作提供便利的滑鼠存取。您可以定制每個工具條的內容和外觀。 （四）編程計算機與 CPU通訊 與CPU通訊，通常需要下列條件之一： （1） PC/PPI（RS-232/PPI）電纜，連接PG/PC的串行通訊口（COM口）和CPU通訊口； （2） PG/PC上安裝CP（通訊處理器）卡，通過MPI電纜連接CPU通訊口（CP5611卡配合臺式PC，CP5511卡配合便攜機使用）。 最簡單的編程通訊需要： （1） 帶串行 RS-232C端口的PG/PC，并已正確安

24、裝了 STEP7-MICRO/WIN32的有效版本； （2） PC/PPI編程電纜（或 USB/PPI電纜）。 （五）設置通訊 設置 PC/PPI電纜小盒中的 DIP開關，設定通訊電纜的通訊波特率為 9.6K波特。 用 PC/PPI電纜連接 PG/PC和 CPU，將 CPU前蓋內的模式選擇開關設置為STOP，給 CPU上電。 用鼠標單擊瀏覽條上的“通訊”圖標出現(xiàn)通訊設置窗口，如下圖所示： 窗口右側顯示編程計算機將通過 PC/PPI電纜嘗試與 CPU通訊，并且本地編程計算機的網(wǎng)絡通訊地址是0。 用鼠標雙擊 PC/PPI電纜的圖標，出現(xiàn)如下窗口： 單擊PC/PPI電纜旁邊的 PROPERTIES(

25、屬性)控制，可以杳看 PC/PPI電纜連接參數(shù)。 在 PPI窗口中設置通訊速度與 PC/PPI電纜 DIP開關的設置一致。CPU出廠時通訊速率的默認值為9.6K。 在LOCAL CONNECTI/ON選項卡中，選擇編程計算機COM口，其設置如下圖所示： 設置完畢后，回到通訊窗口，雙擊“雙擊刷新”，系統(tǒng)就會自動找到相應的設備與之通訊。 （六）編程 S7-200 CPU通過I/O（輸入/輸出）接口與外圍器件聯(lián)系，接受操作指令和檢測各種狀態(tài)，并把控制運算的結果輸出。S7-200 CPU內運行的程序實現(xiàn)了以前用繼電器硬件連接實現(xiàn)的邏輯。 在S7-200 CPU控制程序中，使用 I/O地址來訪問實際連接

26、到 CPU輸入/輸出端子的實際器件。 關于程序的編輯請詳見深入淺出西門子S7-200 PLC的 P69-P85頁。 六、傳感器的檢測技術 （一）傳感器概述傳感器是與人的感覺器官相對應的元件。 國家標準 GB 7665-87對傳感器下的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。敏感元件, 是指傳感器中能直接感受或響應被測量（輸入量）的部分; 轉換元件, 是指傳感器中能將敏感元件感受的或響應的被探測量轉換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。 圖 1.1為傳感器組成方塊圖， 此圖也說明了傳感器的基本組成和工作原理。 （二）傳感器的

27、分類 傳感器種類繁多, 功能各異。 由于同一被測量可用不同轉換原理實現(xiàn)探測, 利用同一種物理法則、 化學反應或生物效應可設計制作出檢測不同被測量的傳感器, 而功能大同小異的同一類傳感器可用于不同的技術領域, 故傳感器有不同的分類法。 1、根據(jù)傳感器感知外界信息所依據(jù)的基本效應, 可以將傳感器分成三大類: 基于物理效應如光、 電、聲、 磁、熱等效應進行工作的物理傳感器; 基于化學反應如化學吸附、選擇性化學反應等進行工作的化學傳感器; 基于酶、抗體、激素等分子識別功能的生物傳感器。 2、按工作原理分類, 可分為應變式、 電容式、 電感式、電磁式、 壓電式、 熱電式等傳感器。 3、根據(jù)傳感器使用的敏

28、感材料分類, 可分為半導體傳感器、 光纖傳感器、 陶瓷傳感器、金屬傳感器、高分子材料傳感器、 復合材料傳感器等等。 4、按照被測量分類, 可分為力學量傳感器、熱量傳感器、 磁傳感器、光傳感器、放射線傳感器、氣體成分傳感器、 液體成分傳感器、離子傳感器和真空傳感器等等。 5、按能量關系分類, 可分為能量控制型和能量轉換型兩大類。所謂能量控制型是指其變換的能量是由外部電源供給的, 而外界的變化（即傳感器輸入量的變化）只起到控制的作用。如用電橋測量電阻溫度變化時, 溫度的變化改變了熱敏電阻的阻值, 熱敏電阻阻值的變化使電橋的輸出發(fā)生變化（注意電橋的輸出是由電源供給的）。 6、按傳感器是利用場的定律還

29、是利用物質的定律, 可分為結構型傳感器和物性型傳感器。二者組合兼有兩者特征的傳感器稱為復合型傳感器。場的定律是關于物質作用的定律, 例如動力場的運動定律、電磁場的感應定律、 光的干涉現(xiàn)象等。 利用場的定律做成的傳感器, 如電動式傳感器、電容式傳感器、 激光檢測器等。物質的定律是指物質本身內在性質的規(guī)律。 例如彈性體遵從的虎克定律、晶體的壓電性、半導體材料的壓阻、 熱阻、光阻、濕阻、 霍爾效應等。利用物質的定律做成的傳感器, 如壓電式傳感器、 熱敏電阻、光敏電阻、光電管等。 7、按依靠還是不依靠外加能源工作, 可分為有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器敏感元件工作需要外加電源, 無源傳感器工作不需

30、外加電源。 8、按輸出量是模擬量還是數(shù)字量, 可分為模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器。 表2.1 傳感器分類下面就幾種常用的的傳感器來講解一下傳感器的工作原理及特性。 1、光電耦合器件 光電耦合器件是一種光電結合的器件。從結構上看,就是將發(fā)光元件和受光元件完全封裝起來,并將外部光線加以遮斷的元件。常用硅光電三極管作受光部分,砷化鎵發(fā)光二極管作發(fā)光部分。 發(fā)光二極管不屬于傳感器的范圍,這里略加介紹。發(fā)光二極管（LED）是靠注入 PN結的載流子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的自發(fā)輻射發(fā)光的。發(fā)射的是相干光,波長在可見光或紅外光區(qū)域。發(fā)光二極管的開啟電壓約為12V,發(fā)光亮度與流過管子的電流密度有關。 光電耦合器件工作時,在

31、輸入端接入電信號,使發(fā)光器件發(fā)光,而受光器件管芯在此光輻射的作用下輸出光電流。通過電-光、光-電兩次轉換,進行輸入端和輸出端之間的電的耦合。圖 2.2為一種光電三極管和發(fā)光二極管組合的光電耦合器件的結構和外形。 圖2.2 一種光電耦合器件的結構和外形這種器件能將輸出和輸入進行完全的電氣隔離,以消除漏電流的影響,同時還可以使輸入和輸出完全沒有反饋。另外,它還具有獨立選擇輸入阻抗和輸出阻抗的優(yōu)點。輸入與輸出之間有 10111012的高絕緣電阻,其分布電容只有幾皮法,這就大大增強了器件的抗干擾能力和隔離性能。 （三）半導體色敏傳感器 半導體色敏傳感器可用來直接測量從可見光到紅外波段內單色輻射的波長。

32、半導體色敏傳感器的結構如圖 1.3 (a)所示。它有兩個深淺不同的 PN結,形成反向連接的兩個光電二極管 PD1和PD2,故又稱為雙結光電二極管。當外部光照射到色敏器件上時,P1層吸收光子產(chǎn)生電子空穴對,電子擴散到 P1N結,形成電流I1。在 N層中吸收透過 P1層的長波光,產(chǎn)生電子空穴對,其中一半向 P1層一側擴散,另一半向 P2層一側擴散,分別形成電流 I2和I3。到達P2層的紅外光區(qū)域的光在這里被吸收,產(chǎn)生電子,擴散到 P2N結,形成電流I4。光電二極管 PD1和 PD2的短路電流 Isc1和 Isc2為 圖 1.3 半導體色敏傳感器的結構和等效電路光電二極管的光譜特性與 PN結的結深有

33、關,在靠近表面的 PN結的 PD1對短波長的光比較靈敏,而遠離表面的 PN結的 PD2對長波長比較靈敏。上面的一個 PN結距離上表面約0.5m,對 580nm波長具有峰值靈敏度,距上表面深度為 10m的另一 PN結,對 900nm波長具有峰值靈敏度。為了測定入射光的波長,僅有這兩個光電二極管的光譜靈敏度特性曲線還不夠。為此,將這兩個光電二極管等效電路串聯(lián)連接,先取出 PD1的短路電流 Isc1及 PD2的短路電流Isc2,然后測出它們的電流比Isc2/Isc1,如圖3.58(b)所示。該短路電流比與波長有一一對應的關系,如圖 3.60所示。因此,如果測出短路電流比,就可以求出對應的入射光的波長

34、,即可分辨出不同的顏色。 （四）電感式傳感器 電感式傳感器的結構原理圖如下圖所示。 它由線圈1、鐵芯2和銜鐵3三部分組成, 在鐵芯和銜鐵之間留有空氣隙。被測物與銜鐵相連, 當被測物移動時通過銜鐵引起空氣隙變化, 改變磁路的磁阻, 使線圈電感量變化。 電感量的變化通過測量電路轉換為電壓、電流或頻率的變化, 從而實現(xiàn)對被測物位移的檢測。 七、氣壓傳動技術 （一）氣動傳動概述 氣動傳動簡稱氣動,是指以壓縮空氣為工作介質來傳遞動力和控制信號,控制和驅動各種機械和設備,以實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化的一門技術。它是流體傳動及控制學科的一個重要分支。因為以壓縮空氣為工作介質，具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振

35、動、沖擊、輻射，無污染，結構簡單，工作可靠等特點。 氣壓傳動的優(yōu)點： （1）、空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運輸介質的費用； （2）、空氣在使用完后排入大氣中去，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設置回收管路。 (3）、因空氣粘度小，在管內流動阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。 (4)、與液壓相比，氣動反應快，制造容易，適用于標準化、系列化、通用化。 (5)、氣動元件對工作環(huán)境適應性好. (6)、空氣具有可壓縮性,使氣動系統(tǒng)能夠實現(xiàn)過載自動保護。 1、氣壓傳動系統(tǒng)的組成 典型的氣壓傳動系統(tǒng)是由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成，如圖 10-1所示。 氣壓發(fā)

36、生裝置簡稱氣源裝置，是獲得壓縮空氣的能源裝置，其主體部分是空氣壓縮機，另處還有氣源凈化設備?？諝鈮嚎s機將原動機供的機械能轉化為空氣的壓力能；而氣源凈化設備用以降低壓縮空氣中的水分、油分以及污染雜質等。使用氣動設備較多的廠礦將氣源裝置集中在壓氣站（俗稱空壓站）內，由壓氣站再統(tǒng)一向各用氣點（分廠、車間和用氣設備等）分配供應壓縮空氣。 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質，并將壓縮空氣的壓力能變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置。包括作直線往復運動的氣缸，作連續(xù)回轉運動的氣馬達和作不連續(xù)回轉運動的擺動馬達。控制元件又稱操縱、運算、檢測元件，是用來控制壓縮空氣流的壓力、流量和流動方向等，以便使執(zhí)行機構完成預定運動規(guī)律的

37、元件。包括各種壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉換器和傳感器等。 輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及元件間連接所示需要的一些裝置。包括分小濾氣器、油霧器、消聲器以及各種管路附件等。 2、氣源裝置 氣源裝置給系統(tǒng)提供足夠清潔、干燥且具有一定壓力和流量的壓縮空氣。根據(jù)氣動系統(tǒng)對壓縮空氣品質的要求來設置氣源裝置。常見的氣源裝置是空氣壓縮機。 空氣壓縮機簡稱空壓機，是氣源裝置的核心，用以將原動機輸出的機械能轉化為氣體的壓力能。空壓機有以下幾種分類方法： （1） 按工作原理分類： （2） 按輸出壓力 P分類： 鼓風機： P 0.2MPa 低壓空壓機： 0.2Mpa P 1Mpa

38、 中壓空壓機： 1Mpa < P 10Mpa 高壓空壓機： 10Mpa < P 100Mpa 超高壓空壓機： P > 100Mpa （3） 按輸出流量qz（即銘牌流量或自由流量）分類： 微型空壓機： qz 0.017m3/s小型空壓機： 0.017m3/s < qz 0. 17m3/s中型空壓機： 0. 17m3/s < qz 1.7m3/s 大型空壓機： qz > 1.7m3/s（二）氣動執(zhí)行元件 氣動執(zhí)行元件有作直線往復運動的氣缸、作連續(xù)回轉運動的氣馬達和作不連續(xù)回轉運動的擺動馬達等。下面主要以氣缸為主來介紹。 1、氣缸的分類、原理和特點 普通氣缸的結構

39、組成見圖 1.3.1-1。主要由前蓋、后蓋9、活塞6、活塞桿 4、缸筒 5其他一些零件組成。 圖 1.3.1-1普通氣缸1組合防塵圈；前端蓋；3軸用 Y X密封圈；4活塞桿；5缸筒； 6活塞；7孔用 Y X密封圈；8緩沖調節(jié)閥；9后端蓋氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結構特征和安裝方式來分類。 （1）按壓縮空氣對活塞端面作用力的方向分：1)單作用氣缸氣缸只有一個方向的運動是氣壓傳動，活塞的復位靠彈簧力或自重和其它外力。 2)雙作用氣缸雙作用氣缸的往返運動全靠壓縮空氣來完成。（2）按氣缸的結構特征分； 1)活塞式氣缸 2)薄膜式氣缸 3)伸縮式氣缸（3）按氣缸的安裝形式分 1

40、)固定式氣缸氣缸安裝在機體上固定不動，有耳座式、凸緣式和法蘭式。 2)軸銷式氣缸缸體圍繞一固定軸可作一定角度的擺動。 3)回轉式氣缸缸體固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉運動。這種氣缸常用于機床上氣動卡盤中，以實現(xiàn)工件的自動裝卡。 4)嵌入式氣缸氣缸做在夾具本體內。（4）按氣缸的功能分 1)普通氣缸包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無特殊要求的場合。 2)緩沖氣缸氣缸的一端或兩端帶有緩沖裝置，以防止和減輕活塞運動到端點時對氣缸缸蓋的撞擊。 3)氣一液阻尼缸氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運動速度，并使其速度相對穩(wěn)定。 4)擺動氣缸用于要求氣缸葉片軸在一定角度內繞軸線回轉的場合，如夾具轉

41、位、閥門的啟閉等。 5)沖擊氣缸是一種以活塞桿高速運動形成沖擊力的高能缸，可用于沖壓、切斷等。 6)步進氣缸是一種根據(jù)不同的控制信號，使活塞桿伸出不同的相應位置的氣缸。3、氣缸的選用 選擇氣缸時應注意以下幾個方面： （1） 選擇氣缸類型：根據(jù)使用場合和負載特點選擇不同類型的氣缸。 （2） 選擇安裝形式：由氣缸的安裝位置、使用目的等因素來決定。 （3） 確定氣缸作用力大?。焊鶕?jù)工作機構所示需的作用力的大小來確定。 （4） 確定氣缸行程：與使用場合和機構所示需的行程比有關，也受加工和結構的限制。 （5） 確定運動速度：普通氣缸的運動速度為 0.5 1m/s，應根據(jù)需要在系統(tǒng)中設置調速元件，如節(jié)流閥

42、等。 （三）氣動輔助元件 1、油霧器油霧器是以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。 目前，氣動控制閥，氣缸和氣馬達主要是靠這種帶有油霧的壓縮空氣來實現(xiàn)潤滑的，其優(yōu)點是方便、干凈、潤滑質量高。 2、消聲器氣壓傳動裝置的噪聲一般都比較大，尤其當壓縮氣體直接從氣缸或閥中排向大氣，較高的壓差使氣體體積急劇膨脹，產(chǎn)生渦流，引起氣體的振動，發(fā)出強烈的噪聲，為消除這種噪聲應安裝消聲器。消聲器是指能阻止聲音傳播而允許氣流通過的一種氣動元件，氣動裝置中的消聲器主要有阻性消聲器、抗性消聲器及阻抗復合消聲器三大類。 3、轉換器 在氣動控制系統(tǒng)中，也與其它自動控制

43、裝置一樣，有發(fā)信、控制和執(zhí)行部分，其控制部分工作介質為氣體，而信號傳感部分和執(zhí)行部分不一定全用氣體，可能用電或液體傳輸，這就要通過轉換器來轉換。常用的轉換器有：氣一電、電一氣、氣一液等。 4、氣電轉換器和電氣轉換器 氣電轉換器是將壓縮空氣的氣信號轉變成電信號的裝置，又稱壓力繼電器。 電氣轉換器是將電信號轉換成氣信號的裝置，各種電磁換向閥可作為電氣轉換器。 八、氣動控制元件 在氣壓傳動系統(tǒng)中的控制元件是控制和調節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動方向和發(fā)送信號的重要元件，利用它們可以組成各種氣動控制回路，使氣動執(zhí)行元件按設計的程序正常地進行工作?？刂圃垂δ芎陀猛究煞譃榉较蚩刂崎y、壓力控制閥和流量控制

44、閥三大類。 （一）方向控制閥 1、方向控制閥的分類 按閥芯結構不同可分為：滑柱式(又稱柱塞式、也稱滑閥)、截止式(又稱提動式)、平面式(又稱滑塊式)、旋塞式和膜片式。其中以截止式換向閥和滑柱式換向閥應用較多； 按其控制方式不同可以分為：電磁換向閥、氣動換向閥、機動換向閥和手動換向閥 按其作用特點可以分為：單向型控制閥和換向型控制閥。 2、單向型控制閥 （1）單向閥 單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動的閥。單向閥的工作原理、結構和圖形符號與液壓閥中的單向閥基本相同，只不過在氣動單向閥中，閥芯和閥座之間有一層膠墊(密封墊)。 （2）快速排氣閥 快速排氣閥簡稱快排閥。它是為加快氣缸運動速

45、度作快速排氣用的。 3、換向型控制閥 換向型方向控制閥(簡稱換向閥)的功用是改變氣體通道使氣體流動方向發(fā)生變化從而改變氣動執(zhí)行元件的運動方向。換向型控制閥包括氣壓控制閥、電磁控制閥、機械控制閥、人力控制閥和時間控制閥。 (1).氣壓控制換向閥 氣壓控制換向閥是利用氣體壓力來使主閥芯運動而使氣體改變流向的。按控制方式不同可分為加壓控制、卸壓控制和差壓控制三種。 加壓控制是指所加的控制信號壓力是逐漸上升的，當氣壓增加到閥芯的動作壓力時，主閥便換向；卸壓控制指所加的氣控信號壓力是減小的，當減小到某一壓力值時，主閥換向；差壓控制是使主閥芯在兩端壓力差的作用下?lián)Q向。 氣控換向閥按主閥結構不同，又可分為截

46、止式和滑閥式兩種。 1）截止式氣控閥 2）滑閥式氣控閥 工作原理和液動換向閥基本相同。 (2).電磁控制換向閥 按控制方式不同分為電磁鐵直接控制(直動)式電磁閥和先導式電磁閥兩種。它們的工作原理分別與液壓閥中的電磁閥和電液動閥相類似，只是二者的工作介質不同而已。 4、壓力控制閥 壓力控制閥主要用來控制系統(tǒng)中氣體的壓力，以滿足各種壓力要求或用以節(jié)能。壓力控制分為三類：一類是起降壓穩(wěn)壓作用，如減壓閥，定值器；一類是起限壓安全保護作用的安全閥等；一類是根據(jù)氣路壓力不同進行某種控制的順序閥、平衡閥等。 5、流量控制閥 在氣壓傳動系統(tǒng)中，經(jīng)常要求控制氣動執(zhí)行元件的運動速度，這要靠調節(jié)壓縮空氣的流量來實現(xiàn)

47、。凡用來控制氣體流量的閥，稱為流量控制閥。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實現(xiàn)流量控制的元件，它包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥和柔性節(jié)流閥等。其中節(jié)流閥和單向節(jié)流閥的工作原理與液壓閥中同類型閥相似。 ()排氣節(jié)流閥 與節(jié)流閥原理一樣，但節(jié)流閥裝在系統(tǒng)中調節(jié)氣流的流量，而排氣節(jié)流閥只能裝在排氣口處，調節(jié)排入大氣的流量。圖1318為排氣節(jié)流閥的工作原理圖。 ()柔性節(jié)流閥 柔性節(jié)流閥依靠閥桿夾緊柔韌的橡膠管而產(chǎn)生節(jié)流作用。 第五章 系統(tǒng)的實訓實驗課題 課題一 認識材料分揀裝置 一、 熟悉各器件名稱實驗內容：對照實驗裝置，找出對應的元器件，并填寫相應的規(guī)格型號，完成下列表格。 二、熟悉接口

48、電路 實驗內容：根據(jù)下面的 I/O分配表，找到對應的信號線，并觀察信號的流向。 三、操作說明： 在開始實驗之前，學生必須熟悉設備中各個元件的分布情況及其特性，同時要求掌握各個傳感器、執(zhí)行器與 PLC之間的連接情況，這將為后續(xù)的實驗打下基礎。為了更好的完成實驗要求，學生必須掌握下面基本技能： （一）學會認識銘牌標識。 每個器件在出廠之前，都會將其規(guī)格型號、技術參數(shù)寫在銘牌上，用以給使用提供參考。因此在使用器件之前，應學會識別銘牌數(shù)據(jù)。 以旋轉編碼器為例，其銘牌數(shù)據(jù)如下： 第一行中的“OMRON”是器件的商標； 第二行中的“ E6A2-CW5C”是指器件的型號，此標識是廠家為了區(qū)分不同類型產(chǎn)品而進

49、行有規(guī)則排列的一組字母或數(shù)字，如果器件在使用中出現(xiàn)問題或是需要查尋其特性，只在向其制造商提供這個標識就可以。 第三行中的“Rotary Encoder”是指器件的名稱，這一般是國際上通行的標識或分類，可以在相關的專業(yè)書藉上查找到其工作原理或一般屬性。 第四行標明了旋轉編碼器的精度，旋轉一周能發(fā)出 100個脈沖，這個數(shù)據(jù)是工程技術人員參看的重要數(shù)據(jù)，不同器件有不同的標識單位，在使用過程中應該引起重視。 第五行到第八行是器件的接線圖，在接線過程中必須嚴格遵照執(zhí)行，否則有可能引起器件損壞。 第九行是制造商的名稱，便于器件損壞時及時聯(lián)系購買替代產(chǎn)品。 雖然各個制造廠家的標識各有各的特點，但基本框架相同

50、，在使用之前請一定要弄清相關數(shù)據(jù)的含義再進行相關實驗。 （二）學會判斷信號的流向 認識一套控制設備，必須清楚的分析出信號的流向，即其控制信號是流進還是流出。一般而言，執(zhí)行機構的信號流向是從器件外流向器件內，而檢測機構是從器件內流向器件外，例如，當傳感器與 PLC連接時，對于傳感器而言，信號是從傳感器輸出端流向 PLC控制的輸入端；當電磁閥與 PLC連接時，于于電磁閥而方，信號是從 PLC的輸出端流向電磁閥的控制端。 當設備出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，應該根據(jù)信號的流向找到信號的源頭，然后根據(jù)信號的走向一步步排查。 課題二 利用 PLC的高數(shù)計數(shù)功能完成材料的分揀功能.實驗一：控制要求：在出料塔中現(xiàn)有

51、一個貨物，要求將其送入到 1 號倉庫。一、例題解釋：根據(jù)題目要求，參照系統(tǒng)的 I/O分配表，編寫程序如下所示：網(wǎng)絡 1是初始化高數(shù)計數(shù)器。通過將 SMB37中傳送16#F8，設置高數(shù)計數(shù)器模式為：允許計數(shù)，寫入新的當前值，寫入新的預置值，寫入計數(shù)方向，設置初始計數(shù)方向為加計數(shù)，啟動輸入和復位輸入高電平有效。 利用高速計數(shù)器定義指令 HDEF啟動高速計數(shù)器HSC0，設置其模式為0。 通過將 SMB38中傳送0，清除當前 HSC0的計數(shù)當前值。 網(wǎng)絡2是用于將高速計數(shù)器的當前值送入到 VW20中去。 網(wǎng)絡3是用于控制出料氣缸動作的。只有氣缸處于回位狀態(tài)，下料傳感器檢測到出料塔中有貨物時，當掃描脈沖

52、信號到來時，下料氣缸動作，動作到其限位狀態(tài)時，氣缸停止動作。 網(wǎng)絡4是用于控制傳送帶動作的。當下料氣缸開始動作時，傳送帶啟動，直到推氣缸1動作時，傳送帶才停止運行。 網(wǎng)絡5是用來控制推氣缸動作。 當貨料出庫時，高數(shù)計數(shù)器的當前值就記錄了貨料的位置，因此當 1號倉庫所處位置的脈沖坐標值 HL1等于貨料到達 1號倉庫的脈沖值L1，即 L1=HL1（其中 L1表示控制入庫的脈沖值，HL1表示 1號倉庫所處位置的脈沖坐標值。）時，氣缸 1動作，將貨料推入到1#倉庫中去。 二、實驗操作步驟 1、對照上述梯形圖編寫程序，然后下載到 PLC中去。 2、按照要求完成系統(tǒng)動作，觀察動作是否正常，如果不正常，利用

53、信號流向法排擦錯誤。 3、寫出實驗報告。 三、思考題1、如果系統(tǒng)中的貨物數(shù)目大于 1個，要求所有貨物均能進入到1#倉庫中去，應該如何編寫程序？ 2、如果1#倉庫換成 2號倉庫，應該如何修改程序？ 實驗二：控制要求：在出料塔中現(xiàn)有四個貨物，要求按下面要求完成實驗。（1） 當?shù)谝粋€貨物從出料塔中被推出來后，到達 1號倉庫時，推料氣缸動作將其入庫。（2） 當?shù)诙€貨物從出料塔中被推出來后，到達 2號倉庫時，推料氣缸動作將其入庫。（3） 當?shù)谌齻€貨物從出料塔中被推出來后，到達 3號倉庫時，推料氣缸動作將其入庫。（4） 當?shù)谒膫€貨物從出料塔中被推出來后，到達 4號倉庫時，推料氣缸動作將其入庫。一、例題解

54、釋：根據(jù)題目要求，參照系統(tǒng)的 I/O分配表，編寫程序如下所示：網(wǎng)絡 1是初始化高數(shù)計數(shù)器。通過將 SMB37中傳送16#F8，設置高數(shù)計數(shù)器模式為：允許計數(shù)，寫入新的當前值，寫入新的預置值，寫入計數(shù)方向，設置初始計數(shù)方向為加計數(shù)，啟動輸入和復位輸入高電平有效。 利用高速計數(shù)器定義指令 HDEF啟動高速計數(shù)器HSC0，設置其模式為0。 通過將 SMB38中傳送0，清除當前 HSC0的計數(shù)當前值。 網(wǎng)絡 2是用于將高速計數(shù)器的當前值送入到 VW20中去。 網(wǎng)絡 3是用于制作一個脈沖信號，信號的周期為5S，當系統(tǒng)運行時，脈沖發(fā)生器開始工作。這個脈沖信號是用于檢測出料塔中是否有貨物，每隔 5S進行一次掃描。 網(wǎng)絡 4是用于控制出料氣缸動作的。只有氣缸處于回位狀態(tài)，下料傳感器檢測到出料塔中有貨物時，當掃描脈沖信號到來時，下料氣缸動作，動作到其限位狀態(tài)時，氣缸停止動作。網(wǎng)絡 5是用于控制傳送帶動作的。當下料氣缸開始動作時，傳送帶啟動，直到推氣缸4動作時，傳送帶才停止運行。 網(wǎng)絡 6到網(wǎng)絡 9是用來分別控制 4個推氣缸動作。 由于題目要求采用通過旋轉編碼器的脈沖值來控制每個貨料的入庫情況，這就要求系統(tǒng)能夠識