基于PLC的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

基于PLC的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計I 11.1論文研究背景 11.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 11.3論文研究的意義 l1.4本論文研究的主要內(nèi)容 2第2章物料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計 32.1材料分揀裝置工作過程概述 32.2系統(tǒng)的技術(shù)指標 42.3系統(tǒng)的設(shè)計要求 42.3.1功能要求 42.3.2系統(tǒng)的控制要求 4第3章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 63.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 63.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 63.2.1系統(tǒng)對PLC的要求 63.2.2PLC的選擇 73.2.3PLC的輸入輸出端子分配 93.2.4PLC輸入輸出接線端子圖 3.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 3.3.1輸入電氣元件 3.3.2輸出電氣元件 3.3.3執(zhí)行電氣元件 第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計 4.2西門子編程軟件、模擬仿真軟件 4.2.2西門子仿真軟件 4.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計 第5章控制系統(tǒng)的調(diào)試 Ⅱ5.1硬件調(diào)試 5.2軟件調(diào)試 31參考文獻 32 附錄 11.1論文研究背景在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展，自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作，更需要自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來得到重視，所以物料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國自動分揀機的應(yīng)用大約始于1980年代，近期的市場興起和技術(shù)發(fā)展始于1997年。自動分揀的概念先在機場行李處理和郵政處理中心得到應(yīng)用，然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實際需求的增長，各行業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域，并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴展。這些領(lǐng)域的一個共同特點是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準確性要求高和人工處理效率低等特點。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(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其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)的最佳選擇。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(luò)，把到達分揀位置的貨物送到別處。1.3論文研究的意義隨著社會的不斷發(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(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其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，顯然，隨著分揀量的增加、分送點的增多、配貨響應(yīng)時間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)被很多企業(yè)采用。而國外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進行分揀，充分2發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點多、差錯率極低、效率高和基本上全自動操作的優(yōu)勢。所以為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭能力，我們必須加大對自動分揀系統(tǒng)的普及與應(yīng)用。針對上述問題，利用PLC技術(shù)設(shè)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(shè)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(shè)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，該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。1.4本論文研究的主要內(nèi)容在本文中，以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例，詳細的分析了在基于PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設(shè)計，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號的采集分析中傳感器的一些基本知識，并通過要求與比較，確定了硬件系統(tǒng)中的一些元器件的選擇與確定了PLC在介紹了一些PLC的基本知識后，對本課題進行硬件與軟件設(shè)計，在軟件設(shè)計中，確定了I/0分配，并按照控制要求設(shè)計出了PLC梯形圖。在本系統(tǒng)完成其設(shè)計之后，對其進行整體調(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與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調(diào)試之后，進行了軟硬件綜合調(diào)試，實現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。3————第2章物料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工作過程及控制要求。要想進行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工作過程、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。2.1材料分揀裝置工作過程概述如圖2-1所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。二聯(lián)體SFW4-TSFW3LSFW2TSFW1光電SBW:汽缸回位限位：SA:電感傳感器；SFW:汽缸動作限位；SB:電容傳感器：碼盤槽缸5卸料槽氣體壓縮機汽缸4圖2-1材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖它采用臺式結(jié)構(gòu)，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，4下料傳感器輸出信號給PLC,PLC控制輸送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時控制氣動閥5進行下料，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。當最后一種物料經(jīng)過被檢測到時，PLC控制氣動閥4動作選出該物料，完成分揀任務(wù)。2.2系統(tǒng)的技術(shù)指標輸入電壓：AC200～240V(帶保護地三芯插座)消耗功率：240W氣源：大于0.3MPa切小于0.8Mpa2.3系統(tǒng)的設(shè)計要求系統(tǒng)的設(shè)計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設(shè)計之前，首先應(yīng)分析控制對象的要求。2.3.1功能要求材料分揀裝置應(yīng)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)分揀出非金屬中某一顏色塊(4)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊2.3.2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(yīng)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(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5(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)剩余物料被送到SD位置時，推汽缸4動作(8)汽缸運行應(yīng)有動作限位保護(9)下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機6第3章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)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(shè)備，選擇合適的PLC類型，并分配I/03.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1所示。電容傳感器顏色傳感器備用傳感器可編程控制器體壓縮機氣缸2氣缸3氣缸1氣缸4圖3-1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框3.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析控制系統(tǒng)的要求，確定I/0點數(shù)，選擇PLC的型號，然后進行I/0分配。3.2.1系統(tǒng)對PLC的要求(1)功能要求在滿足一般開關(guān)量輸入信號控制要的同時，系統(tǒng)要進行步進電機控制，要求輸出脈沖信號，所以輸出類型為繼電器輸出形式。(2)I/0點數(shù)要求根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個開關(guān)信號，6個傳感器信號，包括電感傳感7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(yīng)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個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/0點24個，其中18個輸入，6個輸出。3.2.2PLC的選擇①按I/0點數(shù)容量分類1)小型機小型機的功能一般以開關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總點數(shù)一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4K字左右。系列(如圖3-2);圖3-2圖3-2s7-200系列2)中型機中型機的輸入、輸出總點數(shù)在256~2048點之間。用戶程序存儲器容量在8K字左右。+8模塊式PLC產(chǎn)品。3)大型機大型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到16K字以上。SLC5/05等系列產(chǎn)品。②按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要分為整體式和模塊式兩種。1)整體式結(jié)構(gòu)其特點是將PLC的基本部件，如CPU板，輸入板、輸出板、電源板、通訊端口、I/0擴展端口等組裝在一個標準機殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單元(主機)或擴展單元。小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。2)模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/0單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊和各種功能模塊等，各模塊可以插在帶有總線的底板上。目前，大中型PLC均采用模塊式結(jié)構(gòu)(如圖3-3所示)電源模塊電源模塊學模塊PowerinaSmallPackage!!模塊圖3-3大中型模塊式PLC9(2)PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OM產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點數(shù)：實際輸入點18點，實際輸出點6點，綜合系列各型號的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：S7-200-226(如圖3-4),它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。3.2.3PLC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3-1所示西門子PLC(I/O)分揀系統(tǒng)接口(I/0)備注輸入UCP(計數(shù)傳感器)接旋轉(zhuǎn)編碼器SN(下料傳感器)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)部分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)SB1(啟動)SB2(停止)輸出部分M(輸送帶電機驅(qū)動器)YV1(推氣缸1電磁閥)YV2(推氣缸2電磁閥)YV3(推氣缸3電磁閥)YV4(推氣缸4電磁閥)YV5(下料氣缸電磁閥)表3-1材料分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配表3.2.4PLC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3-5所示。山山SFW2SFW3SFW4SFW5SBW2SBW4S7-CPU226Q0.0Q0.1Q0.2Q0.0Q0.1Q0.2YV2YV3Q0,5圖3-5PLC輸入輸出接線端子圖3.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇(1)電感傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)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(yīng)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(guān)，使接近開關(guān)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(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用M18X1X40電感傳感器，用該器件來檢測鐵質(zhì)材料。接線圖如圖3-6,原理圖如圖3-7。圖3-6M18X1X40DC二線常開式電感傳感器接線圖開關(guān)量輸出信號處理開關(guān)量輸出信號處理整形檢波高頻震蕩電路感應(yīng)磁罐鐵材料圖3-7電感傳感器工作原理圖電感傳感器介紹：由鐵心和線圈構(gòu)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)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(yīng)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(yīng)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)電容傳感器電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。它的測量頭通常是構(gòu)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(guān)時，物體和接近開關(guān)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。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用電容傳感器，用于檢測鋁質(zhì)材料，原理圖如圖3-7。開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出信號處理v變換震蕩電路感應(yīng)電極具備屏障罐被測電容量圖3-7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(shè)計成的有關(guān)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(guān)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1～5μm數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01μm,比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為100±5μm,因此他在精密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(yīng)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。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3-8所示OU]VCC輸出電流到頻率轉(zhuǎn)換器光電二極管234圖3-8TCS230顏色傳感器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。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,用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力?？梢赃x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(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳SO、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(yīng)不同的S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)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片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。表3-2是SO、S1及S2、S3的可用組表3-2SO、S1及S2、S3的組合選項輸出頻率定標濾波器類型LL關(guān)斷電源LL紅色LHLH藍色HLHL無HHHH綠色光電傳感器是一種小型電子設(shè)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(shè)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3-9所示，其中負載可接至PLC。VccVcc褐DC主電路圖3-9FPG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。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?，然后借助光電元件進一步將光信號轉(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(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來，隨著光電技術(shù)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(yīng)用都非常廣泛。3.3.2輸出電氣元件(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(yīng)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，原信號處理及顯示信號處理及顯示關(guān)電二極管陣帶狹縫的擋板平行光源步進電機光電光電碼盤系統(tǒng)連軸器圖3-10旋轉(zhuǎn)編碼器原理旋轉(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(shù)參數(shù)主要有每轉(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)和絕對脈沖編碼器(APC)兩者一般都應(yīng)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，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(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。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(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計數(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)電磁閥本系統(tǒng)使用了五個由三位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這五個閥分別對推料、金屬鐵、金屬鋁、紅色非金屬和黑色非金屬氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。圖3-10電磁閥組所采用的電磁閥所帶手控開關(guān)有鎖定(LOCK)和開啟(PUSH)2種位置。在進行設(shè)備調(diào)試時，使手控開關(guān)處于開啟位置，可以使用手控開關(guān)對電磁閥組進行控制，從而實現(xiàn)對相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機構(gòu)的控制，達到調(diào)試的目的。分揀單元的兩個電磁閥安裝時需注意，一是安裝位置，應(yīng)使得工件從滑槽中間推出，二是要安裝水平，或稍微略向下，否則推出時導致工件翻轉(zhuǎn)。3.3.3執(zhí)行電氣元件(1)泵的認識與選擇氣泵包括：空氣壓縮機安全保護器、儲氣罐、主管道過濾器、壓力開關(guān)、過載壓力表、氣源開關(guān)(如圖3-11所示)空氣壓縮機空氣壓縮機壓力開關(guān)氣源開關(guān)儲氣罐主管過濾器圖3-11氣泵及其周圍元件氣源處理組件是氣動控制系統(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，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的水位，在超過最高標線以前，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快速氣路開關(guān)，用于啟/閉氣源，當把氣路開關(guān)向左拔出時，氣路接通氣源，反之把氣路開關(guān)向右推入時氣路關(guān)閉。(2)空氣壓縮機空氣壓縮機是產(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3-2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)簡單、使用方便。本設(shè)計選用容積型壓縮機。.空壓機供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、考慮未來擴充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)(如避免空壓機在全負荷下不停地運轉(zhuǎn)、氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設(shè)備是否同時連續(xù)使用等)。其公式為Q為氣動系統(tǒng)的最大耗氣量(m3/Min),K為修正系數(shù)。一般可取=1.3~1.5。有了供氣壓力與供氣量，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號。圖3-2壓縮機及儲氣罐(3)儲氣罐儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，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，還可以進一步分離油水雜質(zhì)(如圖3-2所示)。儲氣罐上裝有安全閥，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)計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。(4)推料氣缸本系統(tǒng)的推料氣缸由單向電控閥控制。(5)步進電機步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)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。號名稱型號量備注品牌或公司1PLCS7-200CPU2261輸出形式西門子2靜音空氣壓縮機FB-0.048/71噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠，功率0.55KW韓國SANWO3氣閥SVK01205先導式電磁換向閥，交流：110v,220v(50hz)直流：韓國SANWO4氣缸SCDJB10-45S5產(chǎn)品與氣閥的型號相配套，推動物料進行分揀韓國SANWO5旋轉(zhuǎn)編碼器E6A2CW5C1產(chǎn)品與步進電機配合使用，為傳送帶提供動力6步進電機42BYGH1011產(chǎn)品與旋轉(zhuǎn)編碼器配合使用，為傳送帶提供動力7磁感應(yīng)開關(guān)D-C735額定電壓：DC24VAC110V額定電流：DC:5～40mAAC:5～20mA氣缸回位限位開關(guān)易電國際集團8接近開關(guān)CAT2-12GM5靜電容量式接近開關(guān)判斷物料是否到位易電國際集團9光電開關(guān)E3R-5DE41判斷有無物料歐姆龍接傳感器M18X1X401額定電壓：DC:6～36V額定電流：300mA百斯特電容式傳感器E2KX81ME11靜電容量型近接開關(guān)24V(DC10～30V)歐姆龍顏色傳感器TCS2301額定電壓：DC:12～24V額定電流：400mA美國TAOS內(nèi)置電源MD35-341輸入電壓:AC220伏輸出電壓：DC24伏DADONG滑槽4鋁合金傳送帶1表3-3主要元器件清單第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計第三章中已對系統(tǒng)硬件進行了設(shè)計，通過各類輸入輸出元器件為實現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，實現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。4.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖4-1所示。光電碼盤發(fā)脈沖光電碼盤發(fā)脈沖由機運行皮帶開始傳動加計數(shù)到預(yù)置值SA檢測到物體?Y推汽缸1動作推汽缸2動作物體之N推汽缸3動作推汽缸4動作單次運行開始回到原位?Y是否有料?N計數(shù)到預(yù)置值自動停機SB檢測到物體NSC檢測到連續(xù)運行NYN圖4-1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(shè)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(yīng)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)，來確定物料到達傳感器屬作子作年作年手的的名容舞祿覆古作言心章年章作屬作子作年作年手的的名容舞祿覆古作言心章年章作的距離，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(yīng)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。4.2西門子編程軟件、模擬仿真軟件近年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個人計算機的圖示化編程軟件，例如西門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7Micro/WIN32編程軟件，三菱FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。STEP7Micro/WIN32編程軟件(如圖4-2所示)。是西門子公司早期開發(fā)的等系列可編程控制器。文體的端編值檢校M)C四文體的端編值檢校M)C四拼律)工具內(nèi)程0山路～[②區(qū)=二tQcrv塊一局緒：→網(wǎng)緒》))同緒專程口自自年納期和交事數(shù)鋼費型文引再圖4-2西門子S7-200編程軟件4.2.2西門子仿真軟件本次設(shè)計采用西門子S7-200V2.0(如圖4-3所示)版本進行仿真調(diào)試。仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運行，如果沒有編好的程官官序，是無法進行仿真的。所以，在安裝仿真軟件之前，必須先安裝編程軟件，并且版本要互相兼容。××RHDS當備盛雷)■黑道而口高藍?AI6)對#異題mnist圖4-3西門子S7-200仿真軟件4.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN32軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄?！酥噶顬楦咚倜}沖輸出指令，當使能端輸入有效時，檢測用程序設(shè)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。1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。N70Al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(shè)置高速計數(shù)器并控制其工作。下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：不不網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)題目(單行)Q0.01//第一次掃描SM0.1=1,將Q0.0清零SBR_0//調(diào)用子程序SBR_O(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Q0.0復位清零，并調(diào)用子程序。SM0.0MOV_日16#DB-LNOUT-SMB77//當系統(tǒng)處于RUN模式時，設(shè)置PWM控制字節(jié)MOV_W+100INOUTsMW8o沖輸出)指令；如果I0.0檢測沒有物料時，啟動定時器T33,延時30秒自動停動作動作o-HscATCHINT_0-INT入//定義HSCO的工作模式//當前值等于預(yù)設(shè)值時，調(diào)用中斷程序//開始計數(shù)(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(shè)定預(yù)置值為50,當計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。//氣缸1//氣缸1網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)8//氣缸2動作()//氣缸3動作網(wǎng)絡(luò)10/J氣缸4動作Q0.4網(wǎng)絡(luò)11)//氣缸5動作Q0.5(4)以上為中斷程序，當高速計數(shù)指令計數(shù)至預(yù)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(yīng)的傳感器檢測中后，相應(yīng)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(guān)，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(guān)，初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動作時，,回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達動作限位開關(guān)時，動作限位開關(guān)閉合。第5章控制系統(tǒng)的調(diào)試在PLC軟硬件設(shè)計完成后，應(yīng)進行調(diào)試工作。因為在程序設(shè)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(shè)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(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。5.1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。5.2軟件調(diào)試程序的調(diào)試是設(shè)計過程中一個比較重要