材料分揀裝置畢業(yè)論文

河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 論文題目： 材料分揀 PLC 控制裝置 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 電機(jī)與電器 班 級(jí)： 2010 級(jí) 01 班 學(xué)生姓名： 袁 向 陽(yáng) 學(xué) 號(hào)： 100312117 指導(dǎo)老師： 趙 斌 2012 年 12 月 17 日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) I 摘 要 PLC 控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。 PLC 將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體 ,專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì) ,具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn) ,因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要講述 PLC 在材料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器 (PLC),設(shè)計(jì)成本低 、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以 PLC 為主控制器 ,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù) ,現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn) ,可根據(jù)不同對(duì)象 ,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 關(guān)鍵詞 :可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器目錄 ABSTRACT Plc control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it is better than MCU control in the industrial. PLC traditional relay control technology, computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design, have strong function, common flexible, high reliability and environmental adaptability, and programming simple, easy to use and small size, light weight, a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive.This paper focuses on the PLC in the canned bever age production, The design of an automatic sorting device with low cost and high efficiency is presented in the paper, which regards programmable logic controller (PLC).as the master controller and combines pneumatic device, sensing technology, position control and other technology to implement automatic selecting of the products live. The device is characteristic of high automation, steady running, high precision and easy control, which can fulfill the requirement according to different situations with lit tle modifications. 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) II Key words： programmable logic controller， sorting device， control system， sensors 目 錄 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 摘 要 . I 緒 論 . 1 第 1 章 材料分揀機(jī)系統(tǒng)硬件介紹 . 4 1.1 系統(tǒng)中硬件簡(jiǎn)介 . 4 1.1.1 可編程控制器 PLC . 4 1.1.2 PLC 的種類 . 5 1.1.3 PLC 種類及型號(hào)選擇 . 6 1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)及傳送帶 . 7 1.3 換向器介紹 . 10 1.4 傳感器介紹及其原理 . 11 1.4.1 顏色傳感器 . 11 1.4.2 傳感器介紹及其工作原理 . 13 第 2 章 系統(tǒng)介紹與軟件分 析 . 16 2.1 材料分揀系統(tǒng)介紹 . 16 2.2 材料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 . 16 2.3 材料分揀系統(tǒng)分析 . 16 2.3.1 設(shè)計(jì)思路 . 16 2.3.2 系統(tǒng)軟件流程圖 . 18 第 3 章 課題研究的方法和手段 . 19 3.1 硬軟件比較 . 20 3.2 PLC 的特點(diǎn)及功能 . 20 3.2.1 PLC 的優(yōu)點(diǎn) . 20 3.2.2 PLC 的缺點(diǎn) . 20 3.2.3 PLC 的功能 . 21 3.3 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) . 21 第 4 章 結(jié)果和討論 . 23 4.1 PLC 控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計(jì) . 23 4.2 程序設(shè)計(jì) . 24 4.3 PLC 的軟件設(shè)計(jì) . 26 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 4.4 PLC 調(diào)試過(guò)程及分析 . 28 第 5 章 展望 . 29 致 謝 . 31 參考文獻(xiàn) . 32 附 件 . 33 1.指令表 . 33 2.梯形圖 . 35 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.材料分揀的發(fā)展 自動(dòng)分 揀系統(tǒng) (Automatic sorting system)是先進(jìn)配送中心所必需的設(shè)施條件之一。 它 具 有 很 高 的 分 揀 效 率 ， 通 常 每 小 時(shí) 可 分 揀 商 品600012000 箱 ， 可以說(shuō)，自動(dòng)分揀機(jī)是提高物流配送效率的一項(xiàng) 關(guān)健 因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國(guó)、 日本 的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心不可缺少的一部分。 2.自動(dòng)分揀機(jī)介紹 自動(dòng)分揀機(jī)是自動(dòng)分揀系統(tǒng)的一個(gè)主要設(shè)備。它本身需要建設(shè)短則4050 米，長(zhǎng)則 150200 米的機(jī)械傳輸線，還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大（動(dòng)輒 20000平方米以上），而且還要建 34 層樓高的立體倉(cāng)庫(kù)和各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施（如叉 車）與之相匹配，這項(xiàng)巨額的先期投入通常需要花 1020 年才能收回。 3.系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程 流中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過(guò)各種運(yùn)輸工具送來(lái)的成千上萬(wàn)種商品，在最短的時(shí)間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，將這些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)（如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺(tái)等），同時(shí)，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時(shí)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)從龐大的高層貨存架 存儲(chǔ)系統(tǒng) 中準(zhǔn)確找到要出庫(kù)的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫(kù)，將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送地點(diǎn)的不同運(yùn) 送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中，以便裝車配送。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。 控制裝置的作用是識(shí)別、接收和處理分揀信號(hào)，根據(jù)分揀信號(hào)的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點(diǎn)或按貨主的類別對(duì)商品進(jìn)行自動(dòng)分類。這些分揀需求可以通過(guò)不同方式，如可通過(guò)條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、高度檢測(cè)及形狀識(shí)別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去根據(jù)對(duì)這些分揀信號(hào)判斷，來(lái)決定某一種商品該進(jìn)入哪一個(gè)分揀道口。 分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號(hào) 的商品經(jīng)過(guò)該裝置時(shí)，該裝置動(dòng)作，使改變?cè)谳斔脱b置上的運(yùn)行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 2 式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對(duì)分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī)，其主要作用是使待分揀商品貫通過(guò)控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機(jī)（或主傳送帶）以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。 分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶 、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺(tái)，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫(kù)儲(chǔ)存，或是組配裝車并進(jìn)行配送作業(yè)。 以上四部分裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。 4.材料 分揀系統(tǒng)的意義 二次大戰(zhàn)以后，自動(dòng)分揀系統(tǒng)逐漸開始在西方發(fā)達(dá)國(guó)家投入使用，成為發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)和物流中心，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(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)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多， 它 可以連續(xù)運(yùn)行100 個(gè)小時(shí)以上，每小時(shí)可分揀 7000 件包裝商品，如用人工 分揀 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(yǔ)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(lái)識(shí)別貨物。 3.分揀作業(yè)基本實(shí) 無(wú)人化 國(guó)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，減輕工員的勞動(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(wú)人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達(dá)自動(dòng) 分揀線 的進(jìn)貨端時(shí)，由人工接貨 ， 由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行 ， 分揀線末端由人工將分揀出來(lái)的貨物進(jìn)行集載、裝車 ， 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)、管理與維護(hù)。 如 美國(guó) 一公司配送中心面積為 10 萬(wàn)平方米左右，每天可分揀近 40河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 3 萬(wàn)件商品，僅使用 400 名左右員工，自動(dòng)分揀線 做 到了無(wú)人化作業(yè)。 對(duì)于分揀系統(tǒng)的應(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(jì)效益、成本等方而來(lái)考慮。 但因 分揀系統(tǒng) 其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，因此，在發(fā)達(dá)國(guó)家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。 對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)因其自 身存在的一些問(wèn)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(jìn)和建設(shè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)時(shí)一定要考慮以下條件：自動(dòng)分揀系統(tǒng) 的 一次性投資巨大 ，其 本身需要建設(shè)短則4050 米，長(zhǎng)則 150200 米的機(jī)械傳輸線，還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動(dòng)輒 2 萬(wàn)平方米以上，而且一般自動(dòng)分揀系統(tǒng)都建在自動(dòng)主體倉(cāng)庫(kù)中，這樣就要建 34 層樓高的立體倉(cāng)庫(kù)，庫(kù)內(nèi)需要配備各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個(gè)現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。 它 對(duì)商品外包裝要求 也很 高 ， 自動(dòng)分揀機(jī)只適于分揀底部平坦 且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長(zhǎng)、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行分揀，因此為了使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，可以采取二條措施：一是推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝，使大部分商品的包裝符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；二是根據(jù)所分揀的大部分商品的統(tǒng)一的包裝特性定制特定的分揀機(jī)。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制 特寫 的分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營(yíng)商品的包裝情況來(lái)確定是否建或建什么樣的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 4 第 1 章 材料分揀機(jī)系統(tǒng)硬件介紹 1.1 系統(tǒng)硬件介紹 1.旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來(lái)作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制 。 傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí)，發(fā)出信號(hào)到 PLC，以進(jìn)行分揀，也可用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)選用 E6A2 CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器。 2.電容傳感器 電容傳感器屬 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(cè)量頭通常是構(gòu)成電容的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測(cè)物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)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)的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)非金屬物料，選用 E2K X8ME1 電容傳感器。 3.電感傳感器 電感式傳感器也屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關(guān)，用來(lái)檢測(cè)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(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)生渦流，這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)震蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通和斷，選用 M18X1X40 電感傳感器。 4.顏色傳感器 選用 OMRON 公司生產(chǎn)的，型號(hào)為 E3S VS1E4 顏色傳感器。此傳感器為 RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，可檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 5.步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 在控 制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 1.1.1 可編程控制器 PLC 可編程控制器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 5 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乘坐可編程邏輯控制器（ Personal Controller），簡(jiǎn)稱 PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)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)（ Programmable Logic Controller）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱 PLC。 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1968 年美國(guó) GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也 為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡(jiǎn)稱 PC。 PLC 的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì)PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì) 80 年代 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 3040%。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。 1.1.2 PLC 的種類 目前，在我國(guó) PLC 的分類還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn)。根據(jù)性能和應(yīng)用范圍可將其進(jìn)行如下分類。 1.按性能分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型二類。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 6 小型 PLC 又稱低檔 PLC，它的 I/O 點(diǎn)數(shù)小于 128 點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器容量小于 4K 字，功能簡(jiǎn)單，以開關(guān)量控制為主，可實(shí)現(xiàn)條件控制、順序控制、定時(shí)記數(shù)控制。適用于單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程。中型 PLC 又稱中檔 PLC，它的 I/O點(diǎn)數(shù)在 128512 點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量為 4K8K字，功能比較豐富、兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，具有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、 通信聯(lián)網(wǎng)和 PID 調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)過(guò)程控制。 大型 PLC 又稱高檔 PLC，它的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 512 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到 8K 字以上，控制功能完善，在中檔機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大和增加了函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制的功能。適用于大規(guī)模的過(guò)程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 2.按結(jié)構(gòu)分類 根據(jù) PLC 的構(gòu)成形式，可將 PLC 分為整體式和機(jī)架式 (模塊式 )兩大類。整體式 PLC 是將 CPU、存儲(chǔ)單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。這 種 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)少、體積小，價(jià)格低，便于裝入設(shè)備內(nèi)部。小型 PLC 通常采用這種結(jié)構(gòu)。機(jī)架式 PLC 將各單元做成獨(dú)立的模塊，使用時(shí)將這些模塊分別插入機(jī)架底板的插座上?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際的控制要求建立模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。這種 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，配置靈活方便，易于擴(kuò)展。大中型 PLC 通常采用這種結(jié)構(gòu)。 3.按應(yīng)用范圍分類 根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，可將 PLC 分為通用型和專用型兩類。通用型PLC 作為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制裝置可在各個(gè)領(lǐng)域使用，而專用型 PLC 是為了某類控制要求專門設(shè)計(jì)的 PLC，如數(shù)控機(jī)床專用型、鍋爐設(shè)備專用型、報(bào)警 監(jiān)視專用型等。由于應(yīng)用的專一性，使其控制質(zhì)量大大提高。 圖 1-1 S7-200PLC 圖示 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 7 1.1.3 PLC 種類及型號(hào)選擇 PLC 種類較多，主要有西門子（如圖 1-1）、三菱、 OMRON、 FANAC、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(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 15 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 8 點(diǎn)，綜合對(duì)比三菱 FX 系列（包括FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西門子系列、 OMRON 系列中 I/O 點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)各型號(hào)的 PLC 的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面，本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號(hào)為：西門子 公司的 S7-200 系列 CPU226 型 PLC，合計(jì)總數(shù) 32點(diǎn) 16 點(diǎn)輸入， DC24V， 16 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 PLC。 S7-200 系列是 西門子公司 PLC 家族中 比較 先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。由于 S7-200 系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容 了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號(hào) PLC 有 24 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)， 16 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)及傳送帶 1.2.1 電動(dòng)機(jī)的介紹 電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，種類繁多。我們一般的是根據(jù)電機(jī)的分類來(lái)區(qū)別電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用于交易。電動(dòng)機(jī)詳細(xì)分類如下： 1.按 工作電源種類 劃分 可分為 直流電動(dòng)機(jī) 和 交流電動(dòng)機(jī) 。 直流電動(dòng)機(jī) 按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分： 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 和 有刷直流電動(dòng)機(jī) 。 有刷直流電動(dòng)機(jī) 可劃分： 永磁直流電動(dòng)機(jī) 和 電磁直流電動(dòng)機(jī) 。 電磁直流電動(dòng)機(jī) 劃分： 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 、 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 、 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 和 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 。 永磁直流電動(dòng)機(jī) 劃分： 稀土永磁直流電動(dòng)機(jī) 、 鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī) 和 鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī) 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 8 圖 1-2 三相異步電動(dòng)機(jī)及其一些指數(shù) 其中 交流電機(jī) 還可分： 單相電機(jī) 和 三相電機(jī) 。 2.按 結(jié)構(gòu)和工作原理 劃分 可分為 直流電動(dòng)機(jī) 、 異步電動(dòng)機(jī) 、 同步電動(dòng)機(jī) 。 同步電動(dòng)機(jī) 可劃分： 永磁同步電動(dòng)機(jī) 、 磁阻同步電動(dòng)機(jī) 和 磁滯同步電動(dòng)機(jī) 。 異步電動(dòng)機(jī) 可劃分： 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 和 交流換向器電動(dòng)機(jī) 。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分： 三相異步電動(dòng)機(jī) (如圖 1-3、 1-4 所示 )、 單相異步電動(dòng)機(jī) 和 罩極異步電動(dòng)機(jī) 等。 圖 1-3 三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 9 3.按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類 電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。 4.按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、 電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī) 在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 （ 1） 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-4 是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。 圖 1-4 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖 開始時(shí)，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 1、 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 2、5 號(hào)齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、SD 斷開時(shí)，由于 C 相繞組的磁力線和 1、 4 號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 1、 4 號(hào)齒和 C 相繞組的磁極對(duì)齊。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 2、 5 號(hào)齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、 B、 C、 D 四相繞組 輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 10 工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖 1-5.a、 b、 c 所示： 圖 1-5 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 （ 2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的 。 同時(shí)，可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的 。 步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)為 42BYGH101。 5.換向器介紹 交流換向器電動(dòng)機(jī) 可劃分：?jiǎn)蜗啻畡?lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電 動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可 分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 1.3 傳送帶的簡(jiǎn)介及分類 17 世紀(jì)中，美國(guó)開始應(yīng)用架空索道傳送散狀物料； 19 世紀(jì)中葉，各河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 11 種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。 1868 年，在英國(guó)出現(xiàn)了皮帶式式傳送帶輸送機(jī)； 1887 年，在美國(guó)出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)； 1905 年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)； 1906 年，在英國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，傳送帶輸送機(jī)受 到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。 具有牽引件的傳送帶一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用傳送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器 (停止器 )等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，以保證 傳送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。具有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：被運(yùn)送物料裝在與牽引件連結(jié)在一起的承載構(gòu)件內(nèi)，或直接裝在牽引件 (如輸送帶 )上，牽引件繞過(guò)各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運(yùn)送物料的有載分支和不運(yùn)送物料的無(wú)載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)輸送物料。這類的傳送帶設(shè)備種類繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車式輸送機(jī)、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、刮板輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、懸掛輸送機(jī)和架空索道等。沒(méi)有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來(lái)輸送物料 的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或利用介質(zhì)在管道中的流動(dòng)使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)?，輥?zhàn)幼餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以沿料槽推送物料；振動(dòng)輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以輸送置于其中的物料等。本設(shè)計(jì)選用的是帶式輸送機(jī)。 1.4 傳感器介紹及其原理 1.4.1 顏色傳感器 將物體顏色同前面已經(jīng)示教過(guò)的參考顏色進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)顏色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器 。 顏色傳感器是通過(guò)將物體顏色同前面已經(jīng) 示教過(guò)的參考顏色進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 12 果 。 一個(gè)新型傳感器能敏銳的察覺(jué)到顏色變化有助于線工人正確的分辨出會(huì)所，銀色等問(wèn)題。顏色傳感器是通過(guò)將物體顏色同前面已經(jīng)示教過(guò)的參考顏色進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果 。 將物體顏色同前面已經(jīng)示教過(guò)的參考顏色進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)顏色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器。顏色傳感器一直用裝配線來(lái)檢測(cè)特定的組件。顏色傳感器的挑戰(zhàn)是檢測(cè)微妙差異相似或高度反光的顏色。例如 ,金屬涂料在汽車工業(yè)中使用很難區(qū)分灰度的顏色 或黃金。匹配組件這是重要的 ,如鏡子的身體或保險(xiǎn)杠都離不開傳感器協(xié)助。此外 ,顏色傳感器通過(guò)數(shù)量有限的顏色可以檢測(cè)，并通過(guò)他們有限的能力迅速改變?cè)O(shè)置或處理多個(gè)顏色。電子技術(shù)的發(fā)展 ,光學(xué) ,軟件促進(jìn)顏色傳感器發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)使得更敏感的傳感器 ,可以忽略光澤和區(qū)別出微妙的色調(diào)?，F(xiàn)在可以調(diào)整方便靈活的制造和精確的色彩校正。一個(gè)典型的顏色傳感器具有高強(qiáng)度白光 LED,光在目標(biāo)項(xiàng)目調(diào)制。反射從目標(biāo)是分析的成分紅 ,綠 ,藍(lán) (RGB)值和強(qiáng)度。此信息用于驗(yàn)證正確的部分現(xiàn)在和組裝 ,準(zhǔn)確控制制成品的顏色。在一個(gè)典型的應(yīng)用程序中 ,機(jī)器操作 員持有一個(gè)顏色樣本在前面的傳感器 ,編程它對(duì)這個(gè)特定顏色相匹配。這個(gè)過(guò)程期間及之后 ,運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)注意到匹配失敗涉及色彩略暗或略輕 ,但仍在可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。操作員然后重組傳感器與更廣泛的高 /低設(shè)置點(diǎn)和通過(guò)試錯(cuò)過(guò)程建立理想的范圍。如果傳感器有多個(gè)通道 ,它可以被編程來(lái)識(shí)別多種顏色一個(gè)顏色在每個(gè)頻道 ,每個(gè)頻道信號(hào)是一個(gè)離散報(bào)警輸出。這一技術(shù)使簡(jiǎn)單的顏色識(shí)別或匹配 ,比如排序或部分識(shí)別功能 ,通過(guò) /失敗標(biāo)準(zhǔn)是足夠的。下一代顏色傳感器提供三個(gè)額外的輸出表示 RGB 顏色值。好處包括更多的智能控制的制造。在實(shí)踐中 ,傳感器輸出原始 RGB 讀數(shù)為模擬信 號(hào) 。 模 擬 信 號(hào) 更 適 合 通 信 , 因?yàn)閿?shù)字讀數(shù)為三個(gè)渠道將超過(guò)每150µs 吞吐量限制典型的串行協(xié)議。一個(gè)傳感器可以將原始 RGB 信號(hào)模擬與 10 位分辨率將輸出 5mV 的每個(gè) 1023 步。如果顏色變化的原因是無(wú)法輕易地發(fā)覺(jué)或者如果沒(méi)有顯示可用 ,模擬 RGB 信號(hào)可以數(shù)字化和美聯(lián)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這允許全面的變化趨勢(shì) ,分析傳感器讀數(shù)。一些傳感器提供一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)模式原始數(shù)字讀數(shù)。 色標(biāo)傳感器工作原理：色標(biāo)傳感器對(duì)各種標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)，即使是背景顏色有著細(xì)微的差別的顏色也可以檢測(cè)到，處理速度快。自動(dòng)適應(yīng)波長(zhǎng)，能夠檢 測(cè)灰度值的細(xì)小差別，與標(biāo)簽和背景的混合顏色無(wú)關(guān)。顏色傳感器是通過(guò)將物體顏色同前面已經(jīng)示教過(guò)的參考顏色進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 13 1.4.2 傳感器介紹及其工作原理 1.傳感器的定義 國(guó)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)。 目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種： （ 1）按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。 （ 2） 按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 （ 3） 按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“ 1”和 0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 2.傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜 態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 3.傳感器的動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入 信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 傳感器的線性度。 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 14 能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論 直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 4.傳感器的靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 y對(duì)輸入量變化 x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度 S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm時(shí) ， 輸 出 電 壓 變 化 為 200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高 ，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 5.傳感器的分辨力 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 6.電阻式傳感器 電阻式傳感器是將 被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。 7.電阻應(yīng)變式傳感器 傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。 8.壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻 而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 15 片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 16 第 2章 系統(tǒng)介紹與軟件分析 2.1 材料分揀系統(tǒng)介紹 材料分揀裝置是一個(gè)模擬自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的微縮模型，它使用了 PLC、傳感器、位置控制、電 氣傳動(dòng)和氣動(dòng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分選和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控。 它采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)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(shí)別傳感器及對(duì)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。材料分揀裝置能實(shí)現(xiàn)如下 3 種基本功能。分揀出金屬與非金屬、分揀某一顏色塊、分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊。 2.2 材料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 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依次接受各種傳感器檢測(cè)如果被某種傳感器器測(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。控制要求： 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.電感傳感器 檢 測(cè)到金屬物料時(shí)，推汽缸 1 將待測(cè)物料推入下料槽。 5.電容傳感器測(cè)到非金屬物料時(shí)，推汽缸 2 將待測(cè)物料推 入 下料槽。 6.當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到材料為某一顏色時(shí)，推汽缸 3 動(dòng)作將待測(cè)物料推人下料槽。 7.其他物料被送到 SD 位置時(shí)，汽缸 4 動(dòng)作將待測(cè)物料推入下料槽。 8.汽缸運(yùn)行有動(dòng)作限位保護(hù) ， 下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)。 2.3 材料分揀系統(tǒng)分析 2.3.1 設(shè)計(jì)思路 其工作過(guò)程是開啟電源，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行并驅(qū)動(dòng)傳輸帶，下料傳感器檢測(cè)下料槽內(nèi)是否有物料。若無(wú)物料，延時(shí)后自動(dòng)停止并等待上料；當(dāng)下料槽內(nèi)有物料時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。首先，下料傳感器發(fā)送信號(hào)給 PL C，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 17 并轉(zhuǎn)送給推汽缸經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，下料汽缸依次將物料推至傳輸帶。當(dāng)物料由傳輸帶傳輸時(shí)，光電編碼器發(fā)出脈沖開始進(jìn)行計(jì)數(shù)，電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)定位控制。當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到物料為金屬物 料時(shí)，發(fā)出反饋信號(hào)給 PLC，由 PLC 控制推汽缸 1 動(dòng)作，將物料推到卸料斗。如圖 2-1。 圖 2-1 系統(tǒng)控制示意圖 當(dāng)推汽缸電磁閥運(yùn)行到限位時(shí)，電磁閥復(fù)位，恢復(fù)原狀態(tài) 。 此時(shí)，電機(jī)重新工作驅(qū)動(dòng)傳輸帶到下一位置。 圖 2-2 系統(tǒng)原理示意圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 18 同理，可通過(guò)相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的空物料。 據(jù)分揀裝置工作過(guò)程設(shè)計(jì)功能表圖，設(shè)計(jì)電氣控制原理圖如圖 2-3，在設(shè)計(jì)的電氣控制原理圖的基礎(chǔ)上對(duì)它進(jìn)行研究，分析工作過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，再選擇合適的 PLC類型，編寫 I/O 分配圖。 信號(hào)板及 各傳感器位置 如 圖 2-3。 可編程控制器的系統(tǒng)軟件 有兩部分，一是編程器的系統(tǒng)軟件，二是可編程序控制器的操作軟件 OS。 圖 2-3 系統(tǒng)軟件流程 編程器常用繼電器語(yǔ)言，也叫梯形圖符號(hào)語(yǔ)言，對(duì)可編程序控制器進(jìn)行編程，使用起來(lái)非常方便。為了把使用這種語(yǔ)言編的程序變成可編程序控制器中央處理器所能接受的機(jī)器語(yǔ)言，需要通過(guò)編譯程序才能完成。這種編譯程序存在編程器的 ROM 存儲(chǔ)器中，構(gòu)成了編程器的系統(tǒng)軟件。可編程控制器內(nèi)有一個(gè)操作系統(tǒng)，主要任務(wù)是解讀程序，執(zhí)行過(guò)程如圖 2-4。 2.3.2 系統(tǒng)軟件流程圖 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，可畫出如下所示的系統(tǒng)軟件流程圖（如圖 2-4）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 4 動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運(yùn)行，則汽缸 4 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)河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 19 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。 圖 2-4 系統(tǒng)軟件流程圖 開始 汽缸是否回位 斗內(nèi)是否有料 計(jì)時(shí)到自動(dòng)停機(jī) 電動(dòng) 機(jī)運(yùn)行皮帶傳動(dòng) 下料氣缸 Y5 動(dòng)作 SA 測(cè)到物體 推汽缸 1 動(dòng)作 推汽缸 2 動(dòng)作 推汽缸 3 動(dòng)作 推汽缸 4 動(dòng)作 連繼運(yùn)行 SB 測(cè)到物體 SC 測(cè)到物體 Y Y Y N Y N Y Y N Y N N 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 20 第 3 章 課題研究的方法和手段 3.1 硬軟件比較 隨著西門子 PLC 功能的逐漸健全，也越來(lái)越受人們的歡迎。它不僅具有豐富的機(jī)型、超小的體積、靈活的安裝、雙 CPU 結(jié)構(gòu)、極高的運(yùn)算速度等特點(diǎn)，還有事件中斷自動(dòng)告知、自診斷、故障歷史記錄、遠(yuǎn)程口令等特殊功能。簡(jiǎn)單介紹它與繼電器的比較： 1.采用微 處理器為核心，并采取各種抗干擾措施，因?yàn)?PLC 可靠性高、控制功能強(qiáng)體積小。 2.利用 PLC 內(nèi)部計(jì)算器和計(jì)時(shí)器，容易實(shí)現(xiàn)邏輯組合和運(yùn)算，不用增加硬設(shè)備。 3.由于 PLC 采用軟件編制程序來(lái)完成任務(wù)，因此可以隨時(shí)變更程序來(lái)適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，而不用重新布線。 3.2 PLC 的特點(diǎn)及功能 3.2.1 PLC 的優(yōu)點(diǎn) 由于可編程控制器（ PLC） 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、程 序設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單 及便于安裝調(diào)試 等 優(yōu) 點(diǎn)。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制 的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，社會(huì)對(duì)可變程序控制器技術(shù)人員的需求也越 來(lái)越迫切，在可預(yù)見的將來(lái)是無(wú)法替代的。 可編程 序 控制器（ Programmable Controller） 通常也可簡(jiǎn)稱為可編程控制器，英文縮寫為 PC 或 PLC,是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便， 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，對(duì)生產(chǎn)工藝改變適用性強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小， 特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力， 更是得到用戶的好評(píng)。成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大 技術(shù)支柱（ PLC,機(jī)器人和 CAD/CAM）之一 。 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 21 3.2.2 PLC 的缺點(diǎn) 1.固定的編程 有些 PLC 編程功能單一。如果不需要就必花大代價(jià)使用具有多種編程功能的 PLC。例如為了節(jié)約成本，一些設(shè)備制造廠仍然使用帶銷的機(jī)械式定序器。如果操作順序很少或根本不會(huì)改變，就沒(méi)有必要使用重編程功能的 PLC。 2.考慮環(huán)境因素 PLC 需要工作在一定的環(huán)境下，高溫和振動(dòng)將會(huì) 影響 PLC 系統(tǒng)的電子設(shè)備，就限制了 PLC 的使用。 3.故障保護(hù)在 PLC 系統(tǒng)中，必須提供一個(gè)輸入電壓來(lái)停止設(shè)備。這些系統(tǒng)沒(méi)有故障保護(hù)。 4.固定回路操作當(dāng)系統(tǒng)要做周期性更新時(shí)，用 PLC 系統(tǒng)更新。 3.2.3 PLC 的功能 1.開關(guān)量控制： PLC 可以完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和順序邏輯運(yùn)算控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。 2.模擬量控制：如溫度，壓力，流量，液位都屬于模擬量。 3.定時(shí) /計(jì)數(shù)控制： PLC 具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。 4.數(shù)據(jù)處理：新型 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理能力，不僅 能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)值轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印，甚至浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算等功能。 5.聯(lián)網(wǎng)與通信： PLC 可與上為計(jì)算機(jī)或同位 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息控制和管理，是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器。 3.3 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著 PLC 技術(shù)的推廣、應(yīng)用， PLC 將進(jìn)一步向以下幾個(gè)方向發(fā)展。 1.標(biāo)準(zhǔn)化：指令兼容，外設(shè)易于擴(kuò)展，但不同廠家生產(chǎn)的 PLC，梯形圖、指令及各種配件均有一些差異，不利于 PLC 的普及。 2.小型化：隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步 發(fā)展，小型機(jī)的功能將進(jìn)一步完善， PLC 的結(jié)構(gòu)必將更為緊湊，體積更小，使安裝和使用更為方便。 3.模塊化 :采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的構(gòu)成更加靈活、方便。 4.低成本 :使 PLC 在經(jīng)濟(jì)上能與繼電器電路抗衡，成為繼電器的替代河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 22 品。 5.高功能 如（完成位置控制、溫度控制、中斷控制、 PID 調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程通訊、音響輸出等）。最后 PLC 的普及是機(jī)電一體化的必然趨勢(shì)，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化也是 PLC 發(fā)展的一個(gè)重要方向。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 23 第 4章 結(jié)果和討論 4.1 PLC 控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計(jì) 1.分析被控對(duì)象并提出要求 （ 1） 被 控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過(guò)程。 （ 2） 控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。 2.確定輸入輸出設(shè)備 根據(jù)被控對(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。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 3.選擇合適的 PLC 類型 序號(hào) I/O 地址 實(shí)物控制 1 Q0.0 傳送帶電動(dòng)機(jī) 2 Q0.1 汽缸 1 3 Q0.2 汽缸 2 4 Q0.3 汽缸 3 5 Q0.4 汽缸 4 6 Q0.5 下料電動(dòng)機(jī) 7 I0.0 啟動(dòng)開關(guān) 8 I0.1 電容傳感器 9 I0.2 電感傳感器 10 I0.3 黃色傳感器 11 I0.4 其他傳感器 12 I0.5 光電傳感器 13 M0.0 中間繼電器 14 M0.1 中間繼電器 15 M0.2 中間繼電器 表 4-1 I/O 口與實(shí)物分配示意圖 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 24 數(shù)，選擇合適的 PLC 類型， 包括機(jī)型、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇 等。 在滿足功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠，維護(hù)使用方便及最佳的性能 價(jià)格比，選擇有西門子公司生產(chǎn)的 S7-200 系列的 PLC 類型。該系列機(jī)的最大 I/O 點(diǎn)數(shù)為 120 點(diǎn)，指令的平均執(zhí)行時(shí)間為 12us/步，用戶程序存儲(chǔ)容量為 1000 步。它有一個(gè) 6 位 BCD 碼高速計(jì)數(shù)器，最高計(jì)數(shù)頻率為2KHZ。 4.分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 /輸出分配表或者畫出輸入 /輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工 。 開關(guān)量 I/O。標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 接口用于傳感器和開關(guān)及控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，典型的交流 I/O 信號(hào)為 24-240V，直流 I/O信號(hào)為 5 24V。 軟件接口分配表格如圖 4-1 所示。 4.1.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1.根據(jù)控制要求確定 I/O 點(diǎn)數(shù)，輸入應(yīng)該有 6 個(gè)傳感器信號(hào)，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、預(yù)留傳感器（可根據(jù)要求設(shè)置），以及檢測(cè)下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有相應(yīng)的 5 個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，每個(gè)汽缸有動(dòng)作限位和回位限位，共計(jì) 10 個(gè)信號(hào)。輸出包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接觸器，以及 5 個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需 I/O點(diǎn) 32 個(gè)，其中 16 個(gè)輸入， 6 個(gè)輸出 。 2.PLC 的選擇由于該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制，且所需的I/O 點(diǎn)數(shù)不多。因此，選擇一般的小型機(jī)即可滿足控制要求。根據(jù)所選擇的 PLC 機(jī)型，對(duì) PLC 的 I/O 點(diǎn)分配編號(hào)。通過(guò) I/O 的連接，即可實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)分揀裝置的控制。 4.2 程序設(shè)計(jì) 4.2.1 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 25 1.將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過(guò)上下車機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 編程時(shí)應(yīng)注意： （ 1）認(rèn)真分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程的控制要求，用功能流程圖的形式，表示程序設(shè)計(jì)的思想，為編程做好準(zhǔn)備； （ 2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與 PLC 外部電路圖或； PLC 軟繼電器編號(hào)對(duì)照表及程序功能流程圖進(jìn)行編程； （ 3）要嚴(yán)格遵守梯形圖、指令語(yǔ)句表的格式規(guī)則，編寫程序。 2.進(jìn)行軟件測(cè)試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進(jìn)行測(cè)試工作。因?yàn)樵诔?序設(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)備上去之前，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。 3.程序模擬調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要逐一排除，直至調(diào)試成功 。 4.硬件實(shí)施 PLC 硬件設(shè)計(jì)是指 PLC 外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，在硬件設(shè)計(jì)中要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括 PLC 輸入輸出通道的分配，為了便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常做出 I/O 通道分配表，表中包含有 I/O 編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。 5.整理和編寫技術(shù)文獻(xiàn) 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。 （ 1）分配輸入和輸出點(diǎn) 一般輸入點(diǎn)和輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好 線（如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點(diǎn)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 26 （ 2） 確定 I/O 通道范圍 不同型號(hào)的 PLC，其輸入 /輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選PLC 型號(hào)，查閱相應(yīng)的編程手冊(cè)，決不可張冠李戴 ， 必須參閱有關(guān)操作手冊(cè)。 （ 3） 輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模塊的輸入 /輸出繼電器區(qū)以及 為 使用 1： 1 鏈接時(shí)的鏈接繼電器等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，應(yīng) 合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊(cè)。 4.3 PLC 的軟件設(shè)計(jì) 在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實(shí)際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計(jì)算機(jī)程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過(guò)程。對(duì)系統(tǒng)任務(wù)分塊 分塊的目的就是把一個(gè)復(fù)雜的工程，分解成多個(gè)比較簡(jiǎn)單的小任務(wù) ， 這樣就把一個(gè)復(fù)雜的大問(wèn)題化為多個(gè)簡(jiǎn)單的小問(wèn)題 ， 這樣可便于編制程序 ， 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過(guò) PLC 編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等 等。使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件。 4.3.1 分配定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 PLC 的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊(cè)。 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟 ， PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法 。 在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。圖解法編程 ， 圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進(jìn)順控指令。在畫完各個(gè) 步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫控制程序。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 27 圖 4-1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 4.3.2 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國(guó)導(dǎo)出哪些動(dòng)作。這個(gè)邏輯關(guān)系可以是以各個(gè)控制活動(dòng)順序?yàn)榛鶞?zhǔn)，也可能是以整個(gè)活動(dòng)的時(shí)間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過(guò)程中控制作用與被控對(duì)象的活動(dòng)，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。 根據(jù) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般按下圖所示的步驟進(jìn)行。 4.3.3 繪制電路圖 繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng) 的輸入輸出所設(shè)計(jì)的地址和名稱聯(lián)系起來(lái)。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時(shí)，不僅要考慮到信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問(wèn)題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會(huì)對(duì)PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時(shí)，不僅要考慮到輸出信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 28 和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問(wèn)題。在整個(gè)電路的繪制中，還要考慮設(shè)計(jì)的原則努力 提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進(jìn)行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計(jì)上仍然需要謹(jǐn)慎、全面。因此，在繪制電路圖時(shí)要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。 4.4 PLC 調(diào)試過(guò)程及分析 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以 其他方法 法編程。在編程時(shí)，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡(jiǎn)捷、省時(shí)、便于閱讀、便于修改。編好一個(gè)程序塊要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣便于查找問(wèn)題，便于及時(shí)修改，最好不要整個(gè)程序完成后一起算總帳。 把所編的程序輸入到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行編譯，所輸入的程序通過(guò)編譯后 直到最后通過(guò)。接入 PLC 通信口后，將所編程序進(jìn)行調(diào)試。直到調(diào)試結(jié)果出現(xiàn)正常的結(jié)果。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校論文設(shè)計(jì) 29 第 5 章 展望 在剛開始做課程設(shè)計(jì)時(shí)我不知道自己到底該做什么，在試著做了一個(gè)題目是才覺(jué)的自己不會(huì)的東西實(shí)在是太多了，知識(shí)明顯感覺(jué)到不適應(yīng)這大范圍、大規(guī)模的設(shè)計(jì)工作。最后在確定這個(gè)題目后，查閱大量資料、總結(jié)概括將零碎的知識(shí)化為有機(jī)的整體，以及對(duì)每個(gè)具體問(wèn)題的分析。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，使我不停的反復(fù)校核，其過(guò)程繁雜而單調(diào)。當(dāng)設(shè)計(jì)完后，感覺(jué)還可以的。盡管設(shè)計(jì)過(guò)程中有很多的困難，圖紙畫的還不盡善盡美，可 是每一步都是經(jīng)過(guò)我的反復(fù)思考而得出的結(jié)論。 多年來(lái) ,PLC從其產(chǎn)生到現(xiàn)在 ,實(shí)現(xiàn)了從接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍 ,功能由弱到強(qiáng) ,實(shí)現(xiàn)了從邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步 ,在半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)高速發(fā)展的今天 ,PLC 在模擬量的處理 ,數(shù)字運(yùn)算 ,人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)等各方面的能力都已大幅度提高 ,成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備并且應(yīng)用的越來(lái)越廣泛 ,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用?？删幊踢壿嬁刂破饕云渥约旱奶攸c(diǎn) ,所以一直在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域占領(lǐng)主導(dǎo)地位。 PLC 在當(dāng)時(shí)如同繼電器控制裝置的替代物 ,其主要功能一般只用于單一工序的自 動(dòng)控制。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 ,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 ,有故障指使 ,能重復(fù)使用等。 在 20世紀(jì) 70年代中期到 80 年代初期 ,微處理器技術(shù)日趨成熟 ,單片微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn) ,大規(guī)模集 成電路開始普遍應(yīng)用。使 PLC 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 ,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 應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 總之，設(shè)計(jì)是再創(chuàng)造的過(guò)程末期靈活性很大，為今后的設(shè)計(jì)，工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開頭難，不知道如何入手。最后 終于做完了，有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校論文設(shè)計(jì) 30 東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 通過(guò)了這次設(shè)計(jì)，我覺(jué)得這是對(duì)我三年所學(xué)的知識(shí)一次充分的檢測(cè)。這也使我更加認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的重要性，雖然三年所學(xué)的東西有限?？墒?，通過(guò)這一次的改造，也使我更深地認(rèn)識(shí)到了我身上還存在著一定的不足之處，在我以后工作的道路上，我將不斷的努力，積極的改正，爭(zhēng)取使自己成為一名合格的大學(xué)生。為我們的祖國(guó)貢獻(xiàn)出自己的一份力量。 科技改變歷史，知 識(shí)改變命運(yùn)。我們跨入了