畢業(yè)論文氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作

1、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作 英文并列題目Animal feed gas sorting training equipment design and manufacture Animal 院 系 控制技術(shù)學(xué)院 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所在團隊 指導(dǎo)老師（1） 職 稱 講師 指導(dǎo)老師（2） 職 稱 答辯委員會主任主答辯人 二 零 年 月目錄第1章 緒論1.1氣動物料分揀系統(tǒng)的基本介紹-11.2氣動物料分揀系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和研究目的及意義-21.3氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作課題研究的內(nèi)容-4第2章 氣動物料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1氣動物料分揀系統(tǒng)的組成

2、-52.2系統(tǒng)的概述-52.3送料機構(gòu)-52.4物料傳送和分揀機構(gòu)-7第3章 氣動物料分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 PLC的分類-83.1.1 按結(jié)構(gòu)形式分類-83.1.2 按功能分類-93.1.3按I/O點數(shù)和程序容量分類-93.2 PLC的簡介與選擇-93.3 PLC的幾種編程語言-103.3.1 傳感器的定義-103.3.2 傳感器的組成-103.3.3 位置檢測裝置-113.3.4 傳感器的分類與檢測-123.3.5 傳感器的工作原理-123.3.6 傳感器的選擇-133.4可編程序控制器概述-143.4.1 PLC的組成結(jié)構(gòu)-143.4.2 PLC的基本控制原理-143.4.3 PLC的工

3、作過程-153.5分揀系統(tǒng)的控制要求-163.6軟件設(shè)計及編程-173.7分揀系統(tǒng)的控制要求-173.8 PLC的I/O分配表及外部接線圖-173.9 軟件設(shè)計及編程-20第4章 氣動物料分揀系統(tǒng)的安裝與調(diào)試4.1 PLC程序的模擬調(diào)試-254.2硬件的安裝調(diào)試-254.2.1氣缸的調(diào)試-264.2.2 電感、電容傳感器的調(diào)試-264.2.3 光電傳感器的調(diào)試-264.3調(diào)試結(jié)果-26結(jié)論-27致謝-27參考文獻-28氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作摘要：本文主要介紹了利用PLC來完成物料分揀的自動控制，并結(jié)合組態(tài)軟件來對整個監(jiān)控過程進行仿真。PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制技術(shù)、計算機

4、技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計，具有功能強、通用靈活、可靠性高環(huán)境適應(yīng)強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點，因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。該PLC控制系統(tǒng)從利用傳感器實現(xiàn)對物料的識別入手，結(jié)合氣動元件進行對物料的分揀、傳送，通過梯形圖的形式來編寫PLC程序從而實現(xiàn)對物料分揀系統(tǒng)整個過程的自動控制，同時運用組態(tài)軟件對系統(tǒng)運行過程中各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，從而使整個畫面的運行狀態(tài)得以清晰體現(xiàn)。關(guān)鍵詞：物料分揀 ； PLC程序 ； 傳感器Animal feed gas sorting training equipment design and manufacture

5、AnimalAbstract：This paper mainly introduces the use of PLC to complete the automatic control of material sorting, and to simulate the whole process of monitoring configuration software. PLC control is the most commonly used industrial

6、automation control technology, computer technology and communication technology com., designed specifically for industrial control,strong function, high reliability, flexible adaptation to the environment, simple programming,convenient and has the ad

7、vantages of small volume, light weight, low power consumption and series of advantages, in industrial applications become more widely.The PLC control system from the identification of material by combining with sensor, pneumatic compon

8、ents are sorted, transfer of materials, through the ladder diagram form to write PLC program to realize the automatic control of the whole process of the material sorting system, at the same time, the configuration software to mon

9、itor all aspects of the running process of the system application, thus make operation the whole picture can be clearly reflected the state ofKeywords:The material sorting; The PLC program ; Sensor 第1章 緒論1.1氣動分揀系統(tǒng)的基本介紹自動分揀系統(tǒng)（自動分揀系統(tǒng)）是一個必要的先進的配送中心設(shè)施。它具有分選效率很高，通常

10、每小時6000至12000箱貨物分類，可以說，自動分揀機是提高物流配送效率的關(guān)鍵因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。系統(tǒng)運行的過程可以簡單描述如下：物流中心的幾萬的貨每天接待數(shù)以百計的供應(yīng)商或貨主通過各種運輸方式發(fā)送的，在最短的時間將這些貨物卸下，并根據(jù)貨物品種，存儲或傳遞給這些貨物快速和準(zhǔn)確的分類的主人，運送到指定地點（如指定的貨架，加工區(qū)，交付平臺等）的同時，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心根據(jù)交貨指示發(fā)貨時，自動分揀系統(tǒng)在最短的時間內(nèi)從大貨架存儲系統(tǒng)高層準(zhǔn)確地根據(jù)位置找到貨物，和出境的數(shù)量，不同數(shù)量的

11、貨物從不同的存儲空間，根據(jù)不同的交貨地點不同區(qū)域分銷平臺理貨區(qū)域或配送站臺集中以便裝車配送。自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置，分級裝置，輸送裝置和分揀道口組成。控制裝置的作用識別，接收和處理裝置，信號分揀控制裝置，按商品品種分類，按商品交貨地點或根據(jù)貨主的類別根據(jù)自動分類分揀信號指示的要求。這些要求可以通過不同的方式，如通過掃描條形碼，顏色碼掃描，鍵盤輸入，重量檢測，語音識別，高度檢測和形狀識別等方法，對分揀控制系統(tǒng)的輸入。根據(jù)分揀信號的判斷，以決定某一商品在什么樣的分揀道口。分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分簡指示，根據(jù)控制裝置發(fā)出的指令，當(dāng)貨物的分揀信號的裝置，通過該裝置，改變輸送裝置的運行方

12、向或進入其他輸送機分揀道口。許多種類的分類裝置，一般有推出，浮動，傾斜和分枝數(shù)，不是一個設(shè)備的不同包裝材料，貨物包裝要求，包裝重量的底面平整度等。輸送帶及輸送的主要成分，其主要作用是使貨物要整理分類裝置和控制裝置，在傳送帶的兩側(cè)，通常有一些交叉，一種很好的商品下滑的主要輸送（或主帶）的通道中的貨物地區(qū)，一般滑由鋼帶，皮帶，滾筒，使貨物滑集貨平臺從主傳送帶，那里的工作人員將所有貨物的交叉或集中存儲，或配備汽車集團和分銷業(yè)務(wù)。以上四部分裝置通過計算機網(wǎng)絡(luò)，采用人工控制和人工處理環(huán)節(jié)相應(yīng)的形成了一個完整的自動分揀系統(tǒng)。1.2氣動物料分揀的技術(shù)指標(biāo)和研究目的及意義 二次大戰(zhàn)以后，自動分揀系統(tǒng)逐漸在西方

13、發(fā)達(dá)國家投入使用，成為發(fā)達(dá)國家先進的物流中心、配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一。（1） 能連續(xù)、大批量地分揀貨物，由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動作業(yè)方式，自動分揀系統(tǒng)不受氣候、時間、人的體力等限制，可以連續(xù)運行，同時由于自動分揀系統(tǒng)單位時間分揀件數(shù)多，它可以連續(xù)運行100小時以上，每小時可分揀7000件包裝商品，如果用人工分揀每小時只能分揀150件左右，同時分揀人員也不能在這種勞動強度下連續(xù)工作8小時。（2） 分揀誤差率極低 自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率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制，如果采用人工鍵盤或語音識別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用條形碼輸

14、入，除非條形碼的印刷本身有誤差，否則不會出錯。因此，自動分揀系統(tǒng)采用條形碼技術(shù)識別貨物。（3） 分揀作業(yè)基本無人化 國外建立分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕人員的勞動強度，提高人員的使用率，因此自動分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用近局限于送貨車輛抵達(dá)自動分揀線的進貨端時，由人工接貨，由人工控制分揀系統(tǒng)的運行，分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進行集載、裝車，自動分揀系統(tǒng)是經(jīng)營、管理和維護。如美國一公司配送中心面積為10萬平方米左右，每天可分揀近40萬件商品，僅使用400名左右員工，自動分揀線做到了無人化作業(yè)。對于分揀系統(tǒng)的

15、應(yīng)用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性、優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、成本等方面考慮。對于自動分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍，在引進和建設(shè)自動分揀系統(tǒng)時一定要考慮以下條件：自動分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大其本身需要建設(shè)短則40-50米，長則150-200米的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動輒2萬平方米以上，而且一般自動分揀系統(tǒng)都建在自動主體倉庫中，這樣就要建3-4層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動化的搬運設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。這種巨額的先期投入要花10

16、-20年才能收回，如果沒有可靠的貨源作保證，則有可能系統(tǒng)大都由大型生產(chǎn)企業(yè)或大型專業(yè)物流公司投資，小企業(yè)無力進行此項投資。它對商品的包裝要求也很高，為整理和平底剛性貨物包裝規(guī)則自動分揀機。袋裝商品，包裝，包裝和軟底不易變形，易斷裂，超長，超薄，超重，超高不能傾覆的商品不能使用普通貨物分揀機分揀，所以為了使大部分商品可以用于自動分揀，可以采取兩個措施：一是實施標(biāo)準(zhǔn)化包裝，大多數(shù)商品的商品符合國家標(biāo)準(zhǔn)；二是基于絕大多數(shù)產(chǎn)品排序定制特定的分揀機包裝特點的統(tǒng)一。但讓所有商品的供應(yīng)商在全國實施包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制特定的分揀機將使硬件成本的增加，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司根據(jù)商品的包裝來決

17、定是否建立或建立什么樣的分揀系統(tǒng)。1.3氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作課題研究的內(nèi)容在本文中，以生產(chǎn)線上不同物料的分揀系統(tǒng)為例，詳細(xì)分析了基于PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設(shè)計，介紹了分揀系統(tǒng)中傳感器信號的采集、處理的一些基本知識，并通過設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)的比較，確定了硬件系統(tǒng)中的各種元器件及其模塊的選型。在介紹了一些PLC、傳感器、氣動系統(tǒng)基本知識后，對本課題進行硬件與軟件設(shè)計，設(shè)計出主電路與控制回路，并建立了實際的模型，在軟件設(shè)計中，確定了I/O分配，并按照控制要求設(shè)計出了PLC梯形圖。在本系統(tǒng)完成本設(shè)計之后，對其進行整體安裝與調(diào)試。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行

18、與傳感器安裝的角度適合。將各氣缸的動作速度進行調(diào)試之后，進行了軟硬件綜合調(diào)試，實現(xiàn)物料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。第2章 氣動物料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1氣動物料分揀系統(tǒng)的組成（1）該裝置由型材實訓(xùn)臺、物料提升機構(gòu)、物料傳送及分揀機構(gòu)、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、各種傳感器、物料、I/O接口板和氣管等組成。（2）電源模塊由三相電源總開關(guān)（帶漏電和短路保護）、熔斷器、單相電源輸出、三相電源輸出、電源插座、開關(guān)電源（提供DC24）等組成。（3）按鈕模塊由急停按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、復(fù)位按鈕、自鎖按鈕、指示燈等組成。（4）變頻器模塊由歐姆龍3G3JV-AB004變頻器及接線柱組成。（

19、5）PLC模塊由三菱主機為FX1N-40MR-001內(nèi)置開關(guān)量I/O(24路開關(guān)量輸入/16路繼電器輸出）構(gòu)成，機箱內(nèi)裝有24V/5A的開關(guān)電源為系統(tǒng)提供直流電源。（6）物料提升機構(gòu)由單出桿氣缸、電磁閥、磁性開關(guān)、警示燈、直流減速電機、機械結(jié)構(gòu)件等組成。（7）物料傳輸及分揀機構(gòu)由三相交流電機、皮帶、單出桿氣缸、磁性開關(guān)（磁電傳感器）、電磁閥、電渦流式電感傳感器、電容式傳感器、漫反射型光電傳感器、機械結(jié)構(gòu)件等組成。2.2系統(tǒng)的概述本物料分揀裝置主要由PLC控制模塊、變頻器、傳感器、位置檢測與控制、物料輸送及分揀、氣動系統(tǒng)等模塊組成。通過傳感器信號采集，PLC編程，對電磁閥、直流電機、交流電機等進

20、行復(fù)雜的開關(guān)量控制、位置控制及時序邏輯控制，實現(xiàn)物料提升、故障報警、氣動機械手搬運、皮帶機輸送、物料分揀等功能。2.3送料機構(gòu)如圖2-2所示為送料機構(gòu)硬件圖。其中包括放料轉(zhuǎn)盤：轉(zhuǎn)盤中共放兩種物料，一種金屬物料、一種非金屬物料。驅(qū)動電機：電機采用24V直流減速電機，轉(zhuǎn)速10r/min，轉(zhuǎn)矩30kg/cm；用于驅(qū)動放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；物料滑槽：放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料相互推擠趨向入料口，物料則從入料口順著滑槽落到提升臺上；提升臺：將物料和滑槽有效分離，并確保每次提升一個物料；物料檢測傳感器：物料檢測為光電漫反射型傳感器，主要為PLC提供一個輸入信號，如果有物料在提升臺上，就會驅(qū)動提升氣缸提升物料；如果運行中，

21、光電傳感器沒有檢測到物料并保持4秒鐘，則讓系統(tǒng)停機然后報警；磁性傳感器：用于提升臺氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當(dāng)檢測到氣缸準(zhǔn)確到位后將給PLC發(fā)出一個信號。磁性傳感器接線時注意;藍(lán)色姐GND,棕色經(jīng)過負(fù)載接PLC輸入端；提升氣缸：提升氣缸使用的是單向電控氣閥。當(dāng)電控氣閥得電，物料提升臺上升，當(dāng)電控氣閥斷電，則物料提升臺下降。圖2-1 送料機構(gòu)圖2.4物料傳送和分揀機構(gòu)如圖2-2所示為物料傳送和分揀機構(gòu)的硬件圖。其中包括落料光電傳感器：檢測是否有物料到傳送帶上，并給PLC一個輸入信號；落料口：物料落料位置定位；金屬料槽：放置金屬物料；塑料料槽：放置非金屬

22、物料電渦流式電感傳感器：檢測金屬物料，檢測距離為2-5mm；電容式傳感器：用于檢測非金屬材料，檢測距離為3-8mm；三相低速電動機：驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制；推料氣缸：將物料推入料槽，有單向電控氣閥控制。圖2-2 物料傳送和分揀機構(gòu)圖第3章 氣動物料分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1PLC的分類目前PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品種類眾多，型號規(guī)格也不統(tǒng)一，其分類也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通?？捎?種形式分類。3.1.1按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同PLC可分為整體式和模塊式兩種。（1) 整體式整體式是把PLC的各組成部分（I/O接口電路、CPU、存儲器等）安裝在一塊或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在機殼內(nèi)形成一

23、個單一的整體。輸入、輸出接線端子及電源進線分別在機箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入/輸出狀態(tài)。面板上留有編程器的插座、擴展單元的接口插座等。其特點是簡單緊湊、體積小、重量輕、價格較低。通常小型或小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。如松下電工的FP1型產(chǎn)品。整體式PLC的主機可通過扁平電纜與I/O擴展單元、智能單元（如A/D、D/A單元）等相連接。這類機適合于單機控制的場合。（2） 模塊式 模塊式是把PLC的各基本組成部分做成獨立的模塊，如CPU模塊（包含存儲器）、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。其他各種智能單元和特殊功能單元也制成各自獨立的模塊。然后以搭積木的方式將它們組裝在一個具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸

24、并帶有若干個插槽的機架內(nèi)構(gòu)成完整的系統(tǒng)?？蚣苌嫌须娫醇伴_關(guān)，對整個系統(tǒng)供電。每個模塊都有彈性鎖扣將模板固定在框架中。框架上有地址開關(guān)，以便系統(tǒng)識別。通常中型或大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。如松下電工的FP3型產(chǎn)品就采用了模塊式結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)的PLC具有組裝靈活、對現(xiàn)場的應(yīng)變能力強、便于擴展和維修方便等優(yōu)點，用戶可根據(jù)需要靈活方便地將各種功能模塊及擴展單元（如A/D、D/A單元和各種智能單元等）插入機架底板的插槽中，以組成不同功能的控制系統(tǒng)。3.1.2 按功能分類按PLC所具有的功能不同，可分為高、中、低三檔。（1） 抵擋機具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。有些還有少量模擬輸入

25、輸出（即A/D、D/A轉(zhuǎn)換）、算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程I/O和通信等功能。常用于開關(guān)量控制、定時/計數(shù)控制、順序控制及少量模擬控制等場合。由于其價格低廉、實用，是PLC中量大而面廣的產(chǎn)品。（2） 中檔機 除具有抵擋機的功能外還有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、子程序調(diào)用、遠(yuǎn)程I/O以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還具有中斷控制、PID回路控制等功能。使用于既有開關(guān)量又有模擬量的較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如過程控制、位置控制等。（3） 高檔機除了進一步增加以上功能外，還具有較強的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能的函數(shù)運算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及更強的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制、過

26、程控制等功能?？捎糜诟笠?guī)模的過程控制系統(tǒng)，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，形成整個工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。高檔PLC因其外部設(shè)備配置齊全，可與計算機系統(tǒng)結(jié)為一體，可采用梯形圖、流程圖及高級語言等多種方式編程。它是集管理和控制于一體，實現(xiàn)工廠自動化的重要設(shè)備。3.1.3按I/O點數(shù)和程序容量分類PLC按I/O點數(shù)和內(nèi)存容量可分為超小型機、小型機、中型機和大型機4類，如下表：分類I/O點數(shù)程序容量超小型機小型機中型機大型機<64642562562048>20482561000字節(jié)13.6k字節(jié)3.613k字節(jié)13k字節(jié)3.2 PLC的簡介與選擇PLC種類較多，主要由西門子、三菱、OMRON、FANAC

27、、東芝等，但能配套生產(chǎn)大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求PLC點數(shù)：實際輸入點15點，實際輸出點8點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/P點數(shù)為32點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：三菱主機為FX1N-40MR內(nèi)置開關(guān)量I/O(24路開關(guān)量輸入/16路繼電器輸出）；機箱內(nèi)裝有24V/5A的開關(guān)電源為系統(tǒng)提供24V電源。三菱FX1N-40MR PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制特點。三菱FX

28、1N-40MR是三菱電機推出的功能強大的普及型PLC.具有擴展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴展性。是一款廣泛用于一般的順序控制三菱PLC。3.3 傳感器的相關(guān)知識介紹與選擇 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。3.3.1 傳感器的定義傳感器是一個完整的測量裝置（或系統(tǒng)），能把被

29、測非電量轉(zhuǎn)換為與之有關(guān)的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。3.3.2 傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片上。因此，信號調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)為傳感器組成的一部分，如圖3-1所示。圖3-1 傳感器的組成示意圖敏感元件感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件，如膜片和波紋管，可以把被測壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感器元件了。還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動變壓器式位移傳

30、感器等，其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。變換元件又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測量（一般為非電量）且輸出與被測量成確定關(guān)系的電量，如熱電偶和熱敏電阻。傳感元件也可以不直接感受被測量，而只感受與被測量成確定關(guān)系的其他非電量。例如，差動變壓器式壓力傳感器，并不直接感受壓力，而只是感受與被測壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量，然后輸出電量。一般情況下都是這種傳感器元件。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號電路。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類，常用的電路有電橋、放大器、振動器和阻抗變換器等。傳感器根據(jù)使用要求的不同，可

31、以做的很簡單，也可以做的很復(fù)雜；可以是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開環(huán)系統(tǒng)。因此，傳感器的組成將依據(jù)不同的情況而有所差異。傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。3.3.3 位置檢測裝置在本設(shè)計中，當(dāng)氣缸執(zhí)行動作時，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置：行程開關(guān)，也被稱為限位開關(guān)，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于機械設(shè)備的行程限位保護。在實際生產(chǎn)中，在預(yù)定位置安裝行程開關(guān)，當(dāng)安裝在機械零件生產(chǎn)對行程開關(guān)模塊的影響，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路切

32、換。行程開關(guān)的規(guī)格很多，根據(jù)操作的結(jié)構(gòu)可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。選用行程開關(guān)時，應(yīng)根據(jù)不同的場合，滿足各方面的要求來進行選擇。本設(shè)計中采用直線接觸式磁感應(yīng)開關(guān)檢測氣缸回位動作是否到位，當(dāng)運動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個動作。3.3.4 傳感器的分類與檢測金屬傳感器按工作原理大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)高頻振蕩型，使用磁鐵磁力型和利用電容變化電容型。接近傳感器可以不與目標(biāo)物實際接觸情況下檢測靠近傳感器金屬目標(biāo)物。按檢測方法分：所有金屬型：相同檢測距離內(nèi)檢測任何金屬。有色金屬：主要檢測鋁一類有色金屬。通用型：主要檢測黑色金屬（鐵）。3.3.5 傳感器

33、的工作原理接近傳感器原理：電容式接近傳感器的原理是由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器檢測面和外界組成電容器，參與振蕩回路工作，在振蕩狀態(tài)，當(dāng)物體接近傳感器檢測面時，電路中的電容發(fā)生變化，高頻振蕩器振蕩。這兩種振蕩和停振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柦?jīng)放大器轉(zhuǎn)化為二進制開關(guān)信號，高頻振蕩型接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩，放大，檢測，觸發(fā)輸出電路等組成，振蕩器傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測時，金屬中產(chǎn)生渦流吸收了振蕩器能量，使振蕩減弱停振。振蕩器的振動和兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號整形放大成一個二進制開關(guān)信號，經(jīng)功率放大輸出。通用型接近傳感器工作原理：振振幅變化程度隨目

34、標(biāo)物金屬種類不同而不同。所有的金屬傳感器的工作原理：所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩器。像普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標(biāo)物內(nèi)流動引起能量損失影響到振蕩頻率。不管接近傳感器的目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率將增加。傳感器檢測并輸出檢測信號的變化。3.3.6 傳感器的選擇 根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置、金屬傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測氣缸動作是否到位，金屬傳感器是為了完成對物料的識別。3.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1 PLC的組成結(jié)構(gòu)PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：圖3-2 PLC結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理單元（CPU) 中央處理器是可編程控制器的核心

35、，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學(xué)運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。（2）存儲器存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統(tǒng)存儲器（EPROM)和用戶存儲器（RAM).（3）輸入/輸出（I/O)電路輸入輸出電路是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸入、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。（4

36、）電源可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元的開關(guān)電源以及為斷電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。3.4.2 PLC的基本控制原理任何一種繼電器控制系統(tǒng)都是由三個基本部分組成：即輸入部分、邏輯部分和輸出部分。其中，輸入部分是指各類按鈕、開關(guān)類主令電器；邏輯部分是由各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路；而輸出部分則是包括各種電磁閥線圈、接通電動機的接觸器、信號指示燈等執(zhí)行電器。根據(jù)操作臺上的操作命令，按下按鈕或扳動開關(guān)或來自被控對象上的各種開關(guān)信息，如限位開關(guān)、光電管信號去推動邏輯電路。它是一種按被控對象實際需要的動作要求而設(shè)計，并由許多繼電器按某種固定方式接好的控制線

37、路。程序固定在線路中，不能靈活變更，由邏輯電路動作結(jié)果去驅(qū)動執(zhí)行電器。和繼電器系統(tǒng)類似，PLC也是由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成，如圖3-4圖3-4其中各部分的主要作用如下。（1） 輸入部分。收集并保存被控對象實際運行的資料。（2） 邏輯部分。處理輸入部分所取得的信息，并判斷哪些功能需作出輸出反應(yīng)。（3） 輸出部分。提供正在被控的許多裝置中，哪些設(shè)備需要實時操作處理。其中，輸入部分基本上仍與繼電器控制系統(tǒng)相同，但為了將不同的電壓或電流形成的信號源轉(zhuǎn)換成微處理器所能接收的低電平信號，輸出部分也需要加變換器。 PLC采用由大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器和內(nèi)存來組成邏輯部分。對于大型PLC，還具有

38、數(shù)值運算、過程控制等各種復(fù)雜功能。盡管邏輯部分的作用與繼電器控制系統(tǒng)類似，但是其組成、工作原理、運行方式與前者截然不同。通過編程，可以靈活地改變其控制程序，相當(dāng)于改變了繼電器控制的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送入微處理器中的內(nèi)存，也可以方便地讀出、檢查與修改。3.4.3 PLC的工作過程PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。（1）輸入采樣PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的

39、信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。（2）執(zhí)行程序PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。（3）輸出刷新在執(zhí)行到END指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到鎖存器中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。PLC工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段，P

40、LC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其他的帶微處理器的智能裝置實現(xiàn)通信。3.5 PLC的幾種編程語言PLC作為專為工業(yè)控制而開發(fā)的自控裝置，其主要使用者為工廠的廣大電氣技術(shù)人員，考慮到他們的傳統(tǒng)習(xí)慣以利于使用推廣普及，通常PLC不采用微機的編程語言,而采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。在這些語言中，尤以梯形圖、指令助記符語言最為常用。本文主要介紹梯形圖語言和助記符語言。應(yīng)該指出，由于PLC的設(shè)計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而不同廠家生產(chǎn)的PLC所用語言和符號也不盡相同。但它們的梯形圖語言的

41、基本結(jié)構(gòu)和功能大同小異的，所以了解其中一種就很容易學(xué)會其他。本節(jié)只介紹一些有關(guān)PLC編程語言的基本知識。一、梯形圖語言PLC的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制圖，是在原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件（如繼電器的觸點、線圈、定時器、計數(shù)器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標(biāo)號定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排序，從而構(gòu)成了表示PLC輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。由于它在繼電接觸器的基礎(chǔ)上加進了許多功能強大、使用靈活的指令，并將計算機的特點結(jié)合進去，使邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強，所實現(xiàn)的功能大大超過傳

42、統(tǒng)的繼電接觸控制電路，所以很受用戶歡迎。它是目前用得最多的PLC編程語言。二、指令助記符語言 助記符語言類似于計算機匯編語言，它用一些簡潔易記的文字符號表達(dá)PLC的各種指令。對于同一廠家的PLC產(chǎn)品，其助記符語言與梯形圖語言是相互對應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。助記符語言常用于手持編程器中，因其顯示屏幕小不便輸入和顯示梯形圖。特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場編制、調(diào)試程序使用手持編程器。而梯形圖語言則多用于計算機編程環(huán)境中。3.6 可編程序控制器概述可編程序控制器（Programmable Logical Controller)，簡稱PC，但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer)混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣

43、地用PLC作為可編程序控制器的縮寫，它是70年代以來，在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于使用方便、可靠性極高、價格適中，在近30多年來得到了迅猛發(fā)展，至今已成為工業(yè)生產(chǎn)自動化三大技術(shù)支柱（機器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù))之一。目前，國外的生產(chǎn)廠商正不斷地開發(fā)PLC，使PLC的應(yīng)用面越來越廣。近幾年，國內(nèi)在PLC開發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快，除許多從國外引進的設(shè)備和自動化生產(chǎn)線外，國產(chǎn)的小型PLC也基本達(dá)到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。因此，作為一個電氣工程技術(shù)人員，必須掌握PLC技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)前電氣控制技術(shù)發(fā)展的需求。3.7 分揀系統(tǒng)的控制要求本課題是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同

44、而設(shè)計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對金屬與非金屬材料的自動分揀，具體控制過程為：當(dāng)物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將給PLC發(fā)出信號，由PLC驅(qū)動上料單相電磁閥上料按下停止按鈕SB2系統(tǒng)停止，綠色指示燈滅；上料單元及機械手立即復(fù)位，傳送帶傳送完最后一個物料后停止。3.8 PLC的I/O分配表及外部接線圖I/O分配表列表如圖3-8(a) 、(b)所示圖3-8(a)圖3-8(b)PLC外部接線圖如圖3-8(c)圖3-8(c)3.9 軟件設(shè)計及編程三菱電機公司提供專用的編程軟件。早期是MEDOC,目前是GPPW編程軟件和SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件包。GX編程軟件（GX開發(fā)器）可以用于生成

45、函數(shù)所有三菱電機公司PLC設(shè)備的軟件包，使用該軟件可以為FX/A/QNA/Q系列PLC生成程序。GX使用Windows操作平臺，用梯形圖、指令表或者SFC進行編程，程序可以與原先包括基于DOS操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相兼容。三菱SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件是應(yīng)用于FX系列PLC的中文編程軟件，可在Windows9x或Windows3.1及以上操作系統(tǒng)運行。材料分揀系統(tǒng)采用該軟件作為編程軟件。根據(jù)分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計出梯形圖，梯形圖的程序如下：第4章 氣動物料分揀系統(tǒng)的安裝與調(diào)試4.1 PLC程序的模擬調(diào)試將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先仔細(xì)逐條檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程

46、序一般現(xiàn)在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負(fù)載（如接觸器、電磁閥等）?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬剑械暮罄m(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各

47、種可能的進展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。4.2硬件的安裝調(diào)試自動分揀裝置由上料機構(gòu)，氣缸的處理機制，排序機制由三部分組成，送料機構(gòu)主要在材料檢測后，使推料氣缸把物料推到指定位置和裝置的運行指示，看看材料的光電開關(guān)是否檢測到，檢測到后推料氣缸能否把加入的物料推到指

48、定工位，如果不能，原因可能是由于安裝位置不當(dāng)引起的。對氣缸裝置的運動速度可以通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)。氣動元件的位置反饋信號是PLC的輸入信號，氣動元件工作需要一定的壓力，壓力不能達(dá)到要求時，可能是漏氣和氣壓發(fā)生器沒有工作造成的。分揀機構(gòu)主要對物料進行分揀入庫，檢測到物料為金屬物料時推料氣缸能否快速準(zhǔn)確的將物料推入制定料槽，由于三個部分為一個整體，正確合理的安裝位置才能使得各機構(gòu)可靠的運行。4.2.1 氣缸的調(diào)試傳感器對應(yīng)的各個氣缸在感應(yīng)到材料后便開始動作，但由于氣壓的原因，材料不是被打飛，就是根本沒有觸到材料。首先將總氣源的氣壓穩(wěn)定在2.5MP然后逐個調(diào)試氣閥的進氣開關(guān)，使氣缸的氣量保持在合適的位置。

49、在軟件與硬件都已經(jīng)準(zhǔn)備好之后，開始對系統(tǒng)進行調(diào)試。4.2.2 電感、電容傳感器的調(diào)試在電容傳感器下方的傳送帶上，放置塑料料塊，調(diào)整傳感器上的兩個螺母，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塑料材料的檢出點。材料隨傳輸帶送到傳感器時，傳感器并不能感應(yīng)到材料，說明傳感器與物體的距離不適合。通過多次調(diào)試找到了合適的位置，即傳感器的底部與傳送帶的距離。傳感器通過在通電狀態(tài)下，將帶分揀的物料塊放置在傳送帶上，通過不停調(diào)節(jié)電位器并通過調(diào)節(jié)角度等將傳感器調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)。電感傳感器與傳送帶最合適距離為28CM，電容傳感器與傳送帶最佳距離為25CM.4.2.3 光電傳感器的調(diào)試在光電傳

50、感器的下方，放置料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器材料的檢出點。4.3調(diào)試結(jié)果在推料氣缸調(diào)試的過程中，出現(xiàn)有一個推料氣缸伸出后不能及時縮回去，觀察后發(fā)現(xiàn)是氣缸后去調(diào)節(jié)氣壓的旋鈕，將旋鈕擰松點氣缸不縮回現(xiàn)象立即消失，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 在機械手左右擺動的過程中發(fā)現(xiàn)限位不緊缺出現(xiàn)拿料位置的偏差，通過調(diào)節(jié)機械手左右旋轉(zhuǎn)處的纖限位點的位置從而達(dá)到準(zhǔn)確的定位，使之避免出現(xiàn)由于取料位置的誤差而對整個系統(tǒng)造成的影響。在程序的模擬調(diào)試中出現(xiàn)程序有幾處小錯誤，發(fā)現(xiàn)后對程序進行修改并完成整體程序。聯(lián)機調(diào)試中偶爾出現(xiàn)機械手夾料不緊的現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)進氣閥從而得以改善并能

51、很好的完成任務(wù)。最后通過聯(lián)機調(diào)試中狀況的出現(xiàn)與解決完善了整個物料分揀系統(tǒng)。 結(jié)論綜上所述，本文對PLC及傳感器技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細(xì)的介紹，根據(jù)物料分揀的實際需求采用PLC設(shè)計出了物料分揀系統(tǒng)具有很高的實用價值。設(shè)計物料分揀系統(tǒng)之前，閱讀了大量的資料和文獻，不但了解了自動分揀系統(tǒng)發(fā)展的歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用背景，還學(xué)習(xí)了氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等基本知識。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、顏色等選擇相應(yīng)的傳感器，就可以對不同的物料進行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文的設(shè)計是對材料的材質(zhì)進行的簡單設(shè)計，可以在其基礎(chǔ)上對分揀物品的種類與分揀的性能進行拓展及完善，可使其實用于實際生活中的各行各業(yè)，使分揀實現(xiàn)無人化作業(yè)，大大提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。致謝三年的大學(xué)生活匆匆而過，畢業(yè)設(shè)計是我們?nèi)晁鶎W(xué)的體現(xiàn)，經(jīng)歷兩個月的努力，此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束。再設(shè)計的過程中慢慢學(xué)習(xí)，逐漸鞏固大學(xué)所學(xué)的知識，期間有辛苦、有汗水但跟多的是快樂、充實。在本次設(shè)計中我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)工作打下良好的技術(shù)。本設(shè)計的順利完成，首先要感謝我的指導(dǎo)老師周老師，在論文的寫作當(dāng)中，周老師給了我很多幫助，指出我的不足，使我的設(shè)計更加完善合理，周老師使我不僅學(xué)到了扎實的專業(yè)