自動(dòng)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文doc

1、摘 要 本課題主要運(yùn)用氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制技術(shù)以及變頻器技術(shù)等專業(yè)核心課程展開自動(dòng)線分揀單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 分揀單元是自動(dòng)生產(chǎn)線的最后一單元，是整條生產(chǎn)線中不可缺少的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，它靠氣動(dòng)傳動(dòng)，依靠氣缸等執(zhí)行元件推動(dòng)物料，在控制系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，而控制運(yùn)行的PLC系統(tǒng)要求也越來越高，要求達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的“穩(wěn)”、“準(zhǔn)”、“快”的運(yùn)行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成，其中包括交流電機(jī)、變頻器、傳感器和筆形氣缸組成為一體的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 本機(jī)控制單元采用三菱公司的PLC對(duì)機(jī)器進(jìn)行全過程控制，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高，易于理解

2、與掌握。關(guān)鍵詞：PLC 交流電機(jī) 變頻器 編碼器 傳感器目 錄摘 要.第一章 緒論.1第二章 可編程控制器的概述.32.1 PLC的基本概念.3 2.1.1 PLC的特點(diǎn).3 2.1.2 PLC的發(fā)展階段.52.2 PLC的分類與應(yīng)用及前景.6 2.2.1 PLC的分類.6 可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景.72.3 可編程控制器的幾種編程語言.9 梯形圖編程語言.9 功能塊圖編程語言.102.4 傳感器的概述.10 磁性傳感器的工作原理.11 電感式接近開關(guān)的工作原理.11 光電式接近開關(guān)的工作原理.12 光纖傳感器的工作原理.13 金屬傳感器的工作原理.14 電磁換向閥的工作原理.142.5

3、 氣動(dòng)裝置的概述.15 氣泵的認(rèn)識(shí)與選擇.15 空氣壓縮機(jī).16 儲(chǔ)氣罐.17 壓力控制閥.17 輔助元件.17 氣動(dòng)執(zhí)行元件.18第三章 材料分揀裝置硬件系統(tǒng).203.1 基本功能及控制要求.203.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).203.3 材料分揀裝置的組成及各部的功能.21第四章 PLC硬件設(shè)計(jì).244.1 PLC選型.244.2 I/O地址分配.244.3 I/O連接圖.25第五章 PLC軟件設(shè)計(jì).265.1 程序流程圖.265.2 梯形圖及說明.275.3 PLC指令.29第六章 控制系統(tǒng)的調(diào)試.306.1 硬件調(diào)試.306.2 軟件調(diào)試.306.3 整體調(diào)試.30結(jié)論.32致謝.33參考文獻(xiàn)

4、.34附錄一.35附錄二.36第一章 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，傳統(tǒng)的人工分揀生產(chǎn)效率低，成本高，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力差，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。因此，企業(yè)都迫切需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，而可編程控制器的出現(xiàn)則克服了這些困難，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。自動(dòng)分揀系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)： 1、能連續(xù)、大批量地分揀貨物。由于大生產(chǎn)中采用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多。因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行100個(gè)小時(shí)以上

5、，每小時(shí)可分揀7000件包裝商品，如用人工則每小時(shí)只能分揀150件左右，同時(shí)分揀人員也不能在這種勞動(dòng)強(qiáng)度下連續(xù)工作8小時(shí)。 2、分揀誤差率極低。自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制，如果采用人工鍵盤或語音識(shí)別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯(cuò)，否則不會(huì)出錯(cuò)。因此，目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識(shí)別貨物。 3、分揀作業(yè)基本是無人化。國外建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作

6、業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于以下工作： （1）送貨車輛抵達(dá)自動(dòng)分揀線的進(jìn)貨端時(shí)，由人工接貨。 （2）由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行。 （3）分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進(jìn)行集載、裝車。 （4）自動(dòng)分揀系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護(hù)。 物料分揀采用可編程控制器PLC進(jìn)行控制，能連續(xù)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)能靈活的與其它物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流，物料信息流的分配與管理，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)。 材料分揀裝置使用了PLC技術(shù)，傳感器技術(shù)，位置控制技術(shù)，電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)技術(shù)，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

7、生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。 應(yīng)用PLC結(jié)合氣動(dòng)技術(shù)，傳感器技術(shù)和位置控制技術(shù)，設(shè)計(jì)不同的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)靈活性較強(qiáng)，程序開發(fā)簡(jiǎn)單，適用于進(jìn)行材料分揀的生產(chǎn)線的要求，且可以實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分揀和歸類功能。本文設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）分揀出金屬與非金屬。 （2）分揀某一顏色塊。 （3）分揀出金屬中某一顏色塊。 （4）分揀出非金屬中某一顏色塊和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。 分揀顏色：紅，黃，藍(lán)； 分揀材料：鐵，鋁，塑料。第二章 可編程控制器的概述2.1 PLC的基本概念 可編程控制器（Programmable Controller）

8、是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC，其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)示意圖2.1.1 PLC的特點(diǎn) 1、PLC的主要特點(diǎn) （1）高可靠性 1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與P

9、LC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 （2）豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如： 交流或直流； 開關(guān)量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程

10、開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥 直接連接，另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 （3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC的各個(gè)部件包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶需要自行組合。 （4）編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 （5）安裝簡(jiǎn)單維修方便 PLC不

11、需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行使用，使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 2、PLC的功能 （1） 邏輯控制 （2） 定時(shí)控制 （3） 計(jì)數(shù)控制 （4） 步進(jìn)（順序）控制 （5） PID控制 （6） 數(shù)據(jù)控制 （7） 通信和聯(lián)網(wǎng) （8） 其它 PLC具有數(shù)據(jù)處理能力，還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。2.1.2 PLC的發(fā)展階段 雖然PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)

12、，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段： 1、早期的PLC（60年代末70年代中期） 早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器，另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此

13、，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等，其中PLC特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。 2、中期的PLC（70年代中期80年代中后期） 在70年代微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化，美國、日本、德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU），這樣使PLC的功能大大增強(qiáng)。 在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊，并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量

14、，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 3、近期的PLC（80年代中后期至今） 進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高，而且為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。2.2 PLC的分類與應(yīng)用及前景2.2.1 PLC的分類 PLC的種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同，對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。 1、按PLC結(jié)構(gòu)形式分類

15、根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 （1）整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等各部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)，小型PLC一般都采用這種整體式機(jī)構(gòu)。 整體式PLC由不同PLC點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)有I/O，沒有CPU，基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。 （2）模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分分別

16、作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及其他模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成，模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修，大、中型PLC一般都采用這種模塊式結(jié)構(gòu)。 另一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU，電源，I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是非電纜聯(lián)接，并且各模塊可以疊裝，這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。 2、按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低、中、高檔次。 （1）低

17、檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷監(jiān)控等基本功能，還可以少量模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較等功能，主要用于邏輯控制，順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 （2）中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程I/O，子程序，通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還可增設(shè)中斷控制，PID控制等功能，適應(yīng)于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （3）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號(hào)算術(shù)運(yùn)算，矩陣運(yùn)算，位邏輯運(yùn)算，平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控

18、制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 3、按I/O點(diǎn)數(shù)分類 根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類。 （1）小型PLCI/O點(diǎn)數(shù)<256點(diǎn)，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲(chǔ)器容量4K以下。CE-I型 美國通用電氣（GE）公司TI100 美國德洲儀器公司F F1 F2 日本三菱電氣公司C20 C40 日本歐姆龍公司SF200 德國西門子公司EX20 EX40 日本東芝公司SR-20/21 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 （2）中型PLCI/O點(diǎn)數(shù)2562048點(diǎn)，雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2-8K。S7-300 德國西門子SR-400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司S

19、U-5 SU-6 德國西門子公司C-500 日本立石公司CE- GE公司 （3）大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)>2048點(diǎn)，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816K。S7-400 德國西門子公司GE-IV GE公司C-2000 立石公司K3 三菱公司 可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景 一、PLC的應(yīng)用 目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金，石油，化工，剪彩，機(jī)械制造，電力，汽車，輕工，環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格的不斷提高，且應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 1、強(qiáng)量邏輯運(yùn)算 利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)收等功能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，可取代傳統(tǒng)的繼

20、電器控制用于單片機(jī)控制，多機(jī)群控制，生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例：機(jī)床，注塑機(jī)印刷機(jī)械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 2、運(yùn)動(dòng)控制 大多數(shù)PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備。例如：各種機(jī)床，裝配機(jī)械，機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。 3、過程控制 大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出，所以PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。

21、 4、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，分析和處理，同時(shí)通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：CNC設(shè)備進(jìn)行處理。 5、通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)，PLC與其它智能設(shè)備之間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元，通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)信息的交換和構(gòu)成。 PLC在問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在國外也取得了較好的發(fā)展。在美、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠

22、家生產(chǎn)PLC。較多的有美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司。韓國：三星、LG公司等。 二、PLC的發(fā)展前景 1、產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個(gè)方向發(fā)展。 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)，32位微處理器，多CPU并行工作，大容量存儲(chǔ)器，掃描速度快高速。 ?。赫w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2、PLC在閉環(huán)過程中應(yīng)用日益廣泛。 3、不斷加強(qiáng)通訊功能。 4、新器件和模塊不斷推出。 管理分散控制的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。2.3 可編程控制器的幾種編程語言 可編程控制器的編程語言按IE

23、C61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)來分主要包括圖形化編程語言和文本化編程語言。圖形化編程語言包括:梯形圖(LD-Ladder Diagram)、功能塊圖(FBD-Function Block Diagram)、順序功能圖(SFC-Sequential Function Chart)。文本化編程語言包括:指令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本(ST-Structured Text)。這些語言是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的編程語言，而SFC編程語言則在兩類編程語言中均可使用。下面分別來介紹這兩種編程語言。 梯形圖編程語言(LD-Ladder Diagram) 梯形圖來源于繼電器邏輯控制

24、系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語言。由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護(hù)人員都選擇了這一編程方式，而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級(jí)通過各個(gè)觸點(diǎn)、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點(diǎn)是右側(cè)的電力軌線。每一個(gè)觸點(diǎn)代表了一個(gè)布爾變量的狀態(tài)，每一個(gè)線圈代表了一個(gè)實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)，一個(gè)簡(jiǎn)單的梯形圖程序如圖2-2所示:圖2-2 梯形圖程序示例 梯形圖的每個(gè)梯級(jí)表示一個(gè)因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級(jí)的右面。 梯形

25、圖編程語言具有如下特點(diǎn): (1)與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性。 (2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)。 (3)對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述，仍不夠清晰。 (4)可讀性仍不夠好。 幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒有右邊的電力軌線。 功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram) 功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來表示，每一個(gè)功能模塊的左側(cè)有不少于一個(gè)的輸入端，右側(cè)有不少于一個(gè)的輸出端。功能模

26、塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地方。 功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊?；竟δ苣K如AND，OR，XOR等等，特殊功能模塊如ON延時(shí)，脈沖輸出，計(jì)數(shù)器等等。 功能塊圖編程語言具有以下特點(diǎn): (1)以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易。 (2)功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀，易掌握，方便組態(tài)，易操作，是有發(fā)展前途的一種編程語言。 (3)對(duì)較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時(shí)間。 (4)因?yàn)槊恳粋€(gè)功能模塊要占用一定程序存儲(chǔ)空間，所以對(duì)功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間。因此，

27、這種語言在大中型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。2.4 傳感器的概述 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的使用：傳感器應(yīng)用于科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。在研究中，高敏感度和特殊傳感器被用來做實(shí)驗(yàn)。在自動(dòng)化技術(shù)中，標(biāo)準(zhǔn)和特殊傳感器全部得到使用，在日常使用的設(shè)備中，更多用的是簡(jiǎn)單的傳

28、感器，然而，這種傳感器要求非常可靠的操作。傳感器信號(hào)：傳感器把物理量轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。二進(jìn)制傳感器也稱為開關(guān)，與模擬傳感器輸出信號(hào)的類型不同而有所區(qū)別。 磁性傳感器的工作原理 本系統(tǒng)所使用的氣缸都是帶磁性開關(guān)的氣缸，這些氣缸的缸筒采用導(dǎo)磁性弱、隔磁性強(qiáng)的材料，如硬鋁、不銹鋼等。在非磁性體的活塞上安裝一個(gè)永久磁鐵的磁環(huán)，這樣就提供了一個(gè)反映氣缸活塞位置的磁場(chǎng)，而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關(guān)則是用來檢測(cè)氣缸活塞位置，即檢測(cè)活塞的運(yùn)動(dòng)行程的。 有觸點(diǎn)式的磁性開關(guān)用舌簧開關(guān)作磁場(chǎng)檢測(cè)元件，舌簧開關(guān)成型于合成樹脂塊內(nèi)，并且一般還有動(dòng)作指示燈、過電壓保護(hù)電路也塑封在內(nèi)。下圖是帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理圖（如圖2

29、-3）。當(dāng)氣缸中隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近開關(guān)時(shí)，舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點(diǎn)閉合；當(dāng)磁環(huán)移開開關(guān)后，簧片失磁，觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)閉合或斷開時(shí)發(fā)出電控信號(hào)，在PLC的自動(dòng)控制中，可以利用該信號(hào)判斷推料缸及頂料缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。 在磁性開關(guān)上設(shè)置的LED顯示用于顯示其信號(hào)狀態(tài)，供調(diào)試時(shí)使用。磁性開關(guān)動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“1”，LED亮；磁性開關(guān)不動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“0”，LED不亮。 圖2-3 磁性開關(guān)原圖 圖2-4 磁性開關(guān)電路圖 磁性開關(guān)的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開它的緊定螺栓，讓磁性開關(guān)順著氣缸滑動(dòng)，到達(dá)指定位置后，再旋緊緊定螺栓。磁性開關(guān)有藍(lán)

30、色和棕色2根引出線，使用時(shí)藍(lán)色引出線應(yīng)連接到PLC輸入公共端，棕色引出線應(yīng)連接到PLC輸入端，磁性開關(guān)的內(nèi)部電路如圖2-4所示。 電感式接近開關(guān)的工作原理 電感式接近開關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指當(dāng)金屬物體處于一個(gè)交變的磁場(chǎng)中，在金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生交變的電渦流，該渦流又會(huì)反作用于產(chǎn)生它的磁場(chǎng)這樣一種物理效應(yīng)。如果這個(gè)交變的磁場(chǎng)是由一個(gè)電感線圈產(chǎn)生的，則這個(gè)電感線圈中的電流就會(huì)發(fā)生變化，用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 利用這一原理，以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測(cè)元件，當(dāng)被測(cè)金屬物體接近電感線圈時(shí)產(chǎn)生了渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路（包括檢波、

31、放大、整形、輸出等電路）將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)目的。 在接近開關(guān)的選用和安裝中，必須認(rèn)真考慮檢測(cè)距離、設(shè)定距離，保證生產(chǎn)線上的傳感器可靠動(dòng)作。安裝距離注意說明如圖2-5所示。圖2-5 接近開關(guān)安裝示意圖 光電式接近開關(guān)的工作原理 “光電傳感器”是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器，其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。 光電式接近開關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測(cè)物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)光接收器的量將會(huì)發(fā)生變化，光接收器的敏感元件將檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，進(jìn)行輸出。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)

32、色來判斷顏色）和紅外光。 按照接收器接收光的方式的不同，光電式接近開關(guān)可分為對(duì)射式、反射式和漫射式3種，如下圖2-6所示。圖2-6 3種不同的光電開關(guān)原理圖 光纖傳感器的工作原理 光纖傳感器（圖2-7所示）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。圖2-8是放大器的安裝示意圖。圖2-7 光纖傳感器圖2-8 光纖傳感器的安裝示意圖 光纖傳感器也是光電傳感器的一種。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

33、。 光纖式光電接近開關(guān)的放大器的靈敏度調(diào)節(jié)范圍較大。當(dāng)光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時(shí)，反射性較差的黑色物體，光電探測(cè)器無法接收到反射信號(hào)；而反射性較好的白色物體，光電探測(cè)器就可以接收到反射信號(hào)。反之，若調(diào)高光纖傳感器靈敏度，則即使對(duì)反射性較差的黑色物體，光電探測(cè)器也可以接收到反射信號(hào)。進(jìn)行放大器靈敏度調(diào)節(jié)（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)靈敏度增大）時(shí)，會(huì)看到“入光量顯示燈”發(fā)光的變化。當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到物料時(shí)，“動(dòng)作顯示燈”會(huì)亮，提示檢測(cè)到物料。如下圖2-9所示：圖2-9 光纖傳感器的外形 金屬傳感器的工作原理 金屬傳感器又叫電感式接近開關(guān)，為了檢測(cè)物料是否為金屬，在分揀工件導(dǎo)向件右側(cè)裝有一個(gè)電感傳感器（圖2-10所示）

34、。圖2-10 金屬傳感器實(shí)物圖 其原理是利用電渦流原理制成的，利用電渦流效應(yīng)制成的具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩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)渦流反過來作用于接近開關(guān)使接近開關(guān)振蕩能力減弱，導(dǎo)致內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化，由此來識(shí)別是否是金屬物料，進(jìn)而控制開關(guān)的開與斷。 電磁換向閥的工作原理 頂料或推料氣缸，其活塞的運(yùn)動(dòng)是依靠向氣缸一端進(jìn)氣，并從另一端排氣，再反過來，從另一端進(jìn)氣，一端排氣來實(shí)現(xiàn)的。氣體流動(dòng)方向的改變則由能改變氣體流動(dòng)方向或通斷的控制閥即方向控制閥加以控制。在自動(dòng)控制中，方向控制閥常采用電磁控制方式實(shí)現(xiàn)方向控

35、制，稱為電磁換向閥。電磁換向閥是利用其電磁線圈通電時(shí)，靜鐵芯對(duì)動(dòng)鐵芯產(chǎn)生電磁吸力使閥芯切換，達(dá)到改變氣流方向的目的。 所謂“位”指的是為了改變氣體方向，閥芯相對(duì)于閥體所具有的不同的工作位置?！巴ā钡暮x則指換向閥與系統(tǒng)相連的通口，有幾個(gè)通口即為幾通。圖2-11分別給出二位三通、二位四通和二位五通單控電磁換向閥的圖形符號(hào)，圖形中有幾個(gè)方格就是幾位，方格中的“”和“”符號(hào)表示各接口互不相通。圖2-11 部分單電控電磁換向閥的圖形符號(hào) 自動(dòng)線所有工作單元的執(zhí)行氣缸都是雙作用氣缸，因此控制它們工作的電磁閥需要有二個(gè)工作口和二個(gè)排氣口以及一個(gè)供氣口，故使用的電磁閥均為二位五通電磁閥。 供料單元用了兩個(gè)二

36、位五通的單電控電磁閥，這兩個(gè)電磁閥帶有手動(dòng)換向和加鎖鈕，有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2個(gè)位置。用小螺絲刀把加鎖鈕旋到在LOCK位置時(shí)，手控開關(guān)向下凹進(jìn)去，不能進(jìn)行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信號(hào)為“1”，等同于該側(cè)的電磁信號(hào)為“1” ；常態(tài)時(shí)，手控開關(guān)的信號(hào)為“0” 。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，可以使用手控開關(guān)對(duì)閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。 兩個(gè)電磁閥是集中安裝在匯流板上的，匯流板中兩個(gè)排氣口末端均連接了消聲器，消聲器的作用是減少壓縮空氣在向大氣排放時(shí)的噪聲。這種將多個(gè)閥與消聲器、匯流板等集中在一起構(gòu)成的一組控制閥的集成

37、稱為閥組，而每個(gè)閥的功能是彼此獨(dú)立的。2.5 氣動(dòng)裝置的概述 氣動(dòng)系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞，利用空氣壓縮機(jī)將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ?，然后在控制元件和輔助元件的配合下，通過執(zhí)行元件把空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，從而完成直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并對(duì)外作功。 氣泵的認(rèn)識(shí)與選擇 氣泵包括：空氣壓縮機(jī)安全保護(hù)器、儲(chǔ)氣罐、主管道過濾器、壓力開關(guān)、過載壓力表、氣源開關(guān)（如圖2-12所示）。圖2-12 氣泵及其周圍元件 氣源處理組件是氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的

38、水位，在超過最高標(biāo)線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個(gè)快速氣路開關(guān)，用于啟/閉氣源，當(dāng)把氣路開關(guān)向左拔出時(shí)，氣路接通氣源，反之把氣路開關(guān)向右推入時(shí)氣路關(guān)閉。 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備（如圖2-13所示）。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。 空壓機(jī)供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、考慮未來擴(kuò)充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運(yùn)轉(zhuǎn)、氣動(dòng)元件和

39、管接頭的漏損及各種氣動(dòng)設(shè)備是否同時(shí)連續(xù)使用等）。其公式為 Q為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量（m3Min），K為修正系數(shù)，一般可取=1.31.5。有了供氣壓力與供氣量，按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào)。圖2-13 壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)（如圖2-13所示）。儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。 壓力控制閥 調(diào)

40、節(jié)和控制壓力大小的氣動(dòng)元件稱為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 1、調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)，并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。（如圖2-14）圖2-14 壓力調(diào)節(jié)閥及過濾干燥系統(tǒng) 2、減壓閥的作用是降低由空氣壓縮機(jī)來的壓力，以適于每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的需要部分壓力保持穩(wěn)定。 3、溢流閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)壓力超過調(diào)定值時(shí)，便自動(dòng)排氣，使系統(tǒng)的壓力下降，以保證系統(tǒng)安全，故也稱其為安全閥。 4、調(diào)速閥是根據(jù)“流量負(fù)反饋”原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。調(diào)速閥根據(jù)“串聯(lián)減壓式”和“并聯(lián)溢流式”，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。本

41、設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的，可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類。 1、氣源凈化裝置 過濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動(dòng)三聯(lián)件。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低氣動(dòng)元件的耐用度和性能，造成誤動(dòng)作和事故，必須清除?？諝馓幚韱卧褪怯脕砬宄龎嚎s空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。 2、消聲器 消聲器是降低排氣噪聲的裝置，壓縮空氣完成驅(qū)動(dòng)工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時(shí)的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進(jìn)入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為80dB

42、100dB，為了改善勞動(dòng)條件，應(yīng)使用消聲器。常用的消聲器有三種類型，吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。 吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件，當(dāng)氣流通過時(shí)，讓氣流在其內(nèi)部擴(kuò)散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進(jìn)一步減速，再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。本設(shè)計(jì)選用膨脹型消聲器。 氣動(dòng)執(zhí)行元件 分揀站的執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。分揀站

43、中的氣缸為輸出直線往復(fù)式氣缸，氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸，單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。 其工作原理：對(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 標(biāo)準(zhǔn)氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通常作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)的氣缸。單氣缸自動(dòng)往復(fù)回路如圖2-15所示。 a）氣動(dòng)回路圖 b）電氣回路圖圖2-15 單汽缸自

44、動(dòng)往復(fù)回路 直線氣缸是指活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)均由壓縮空氣來推動(dòng)。直線氣缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點(diǎn)，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的，回縮時(shí)壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時(shí)產(chǎn)生的推力。氣缸的理論輸出力，普通單作用氣缸(預(yù)伸型)理論拉力為： 理論拉力： 式中：D缸徑（m）；d活塞桿直徑（m）；p工作壓力（Pa）； Ft1復(fù)位彈簧預(yù)壓量及行程所產(chǎn)生的彈簧力（N）； Ft2復(fù)位彈簧預(yù)緊力（N）。 為了使氣缸的動(dòng)作平穩(wěn)可靠，應(yīng)對(duì)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度加以控制，常用的方法是使用單向節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣

45、缸的運(yùn)動(dòng)速度，所以也稱為速度控制閥。第三章 材料分揀裝置硬件系統(tǒng)3.1 基本功能及控制要求 本實(shí)驗(yàn)裝置根據(jù)材料的材質(zhì)不同來進(jìn)行分揀,主要實(shí)現(xiàn)如下基本功能：(1)分揀出金屬與非金屬；(2)分揀某一顏色塊；(3)分揀出金屬中某一顏色塊；(4)分揀出非金屬中某一顏色塊和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。 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)過下料裝置送入傳送帶后，依次按受各種傳感器檢測(cè)，如果被某種傳感器檢測(cè)中，通過相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料箱，否則繼續(xù)前行。其控制過程如下： 接通電源,啟下啟動(dòng)開關(guān),傳送帶開始運(yùn)行。系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器（光電傳感

46、器）檢測(cè)到料口有料時(shí)，傳送帶停止，同時(shí)出料氣缸開始動(dòng)作，將待測(cè)物料推到傳送帶上，電機(jī)啟動(dòng)，待測(cè)物體開始在傳送帶運(yùn)行。 當(dāng)電感傳感器檢測(cè)金屬物料時(shí)，電機(jī)停止，同時(shí)出料氣缸動(dòng)作，將物料推入相應(yīng)的料槽，然后電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到非金屬物料時(shí)，電機(jī)停止，同時(shí)出料氣缸動(dòng)作，將物料推入相應(yīng)的料槽，然后電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到物料為某一顏色時(shí)，電機(jī)停止，同時(shí)出料氣缸動(dòng)作，將物料推入相應(yīng)的料槽，然后電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。剩余的材料到達(dá)備用傳感器，備用傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，電機(jī)停止，同時(shí)出料氣缸動(dòng)作，將物料推入相應(yīng)的料槽，然后電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。豎井式下料槽無料時(shí)，傳送帶運(yùn)行一個(gè)行程后

47、自動(dòng)停止。3.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，PLC控制器與材料分揀裝置相連接，通過采集材料分揀裝置各傳感器，氣缸傳達(dá)的信號(hào)，經(jīng)程序判斷將控制信號(hào)傳送到材料分揀裝置各氣缸，輸出控制動(dòng)作。圖3-1 材料分揀系統(tǒng)硬件圖3.3 材料分揀裝置的組成及各部的功能 本系統(tǒng)采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有豎井式產(chǎn)品輸入料槽，滑板式產(chǎn)品輸出料槽，轉(zhuǎn)接板上設(shè)計(jì)了與PLC連接接口，材料分揀裝置結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，該裝置選用了顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材質(zhì)敏感的電感和電容式傳感器，分別被固定在網(wǎng)孔板不同的區(qū)域安裝。整個(gè)控制系統(tǒng)由氣動(dòng)部件和電氣部件兩大部分組成。圖3-2 材料分揀結(jié)構(gòu)裝置圖 一、氣

48、動(dòng)部分：由減壓閥，氣壓指示表，氣缸，空氣壓縮機(jī)等部分組成。 空氣壓縮機(jī)：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮耗?，為氣源部?選用FB-0.048/7靜音空氣壓縮機(jī)。 壓力開關(guān)：被調(diào)節(jié)到一個(gè)最高壓力時(shí)，停止電動(dòng)機(jī)，降至最低壓力時(shí)，重新激活電動(dòng)機(jī)。 安全保護(hù)器：當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出單向閥，阻止壓縮空氣反方向流動(dòng)。 儲(chǔ)氣罐：存儲(chǔ)壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，主要用來調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的壓力脈動(dòng)，使輸出氣流具有流量連續(xù)性和氣壓穩(wěn)定性。 壓力表：顯示儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力。 氣源開關(guān)：向氣路中提供氣源的開關(guān)，系統(tǒng)工作時(shí)，必須打開。 主管道過濾器：它清除主要管道內(nèi)灰塵，水分和油，主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力。 氣缸：引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。 二、電氣部分：由電感傳感器，電容傳感器，顏色傳感器，光電傳感器，備用傳感器，開關(guān)電源，電磁閥，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等部分組成。 電感傳感器：電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量