材料分揀裝置畢業(yè)論文

河南機電高等?？茖W校論文設計 河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計論文 論文題目： 材料分揀 PLC 控制裝置 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 電機與電器 班 級： 2010 級 01 班 學生姓名： 袁 向 陽 學 號： 100312117 指導老師： 趙 斌 2012 年 12 月 17 日 河南機電高等?？茖W校論文設計 I 摘 要 PLC 控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，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)于單片機的控制。 PLC 將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體 ,專門為工業(yè)控制而設計 ,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應性強、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)上的應用越來越廣泛。本文主要講述 PLC 在材料分揀系統(tǒng)中的應用，利用可編程控制器 (PLC),設計成本低 、效率高的材料自動分揀裝置。以 PLC 為主控制器 ,結合氣動裝置、傳感技術、位置控制等技術 ,現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點 ,可根據(jù)不同對象 ,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。 關鍵詞 :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. 河南機電高等專科學校論文設計 II Key words： programmable logic controller， sorting device， control system， sensors 目 錄 河南機電高等?？茖W校論文設計 摘 要 . I 緒 論 . 1 第 1 章 材料分揀機系統(tǒng)硬件介紹 . 4 1.1 系統(tǒng)中硬件簡介 . 4 1.1.1 可編程控制器 PLC . 4 1.1.2 PLC 的種類 . 5 1.1.3 PLC 種類及型號選擇 . 6 1.2 執(zhí)行機構電動機及傳送帶 . 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)設計原理 . 16 2.3 材料分揀系統(tǒng)分析 . 16 2.3.1 設計思路 . 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 的特點及功能 . 20 3.2.1 PLC 的優(yōu)點 . 20 3.2.2 PLC 的缺點 . 20 3.2.3 PLC 的功能 . 21 3.3 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 . 21 第 4 章 結果和討論 . 23 4.1 PLC 控制材料分揀裝置的硬件設計 . 23 4.2 程序設計 . 24 4.3 PLC 的軟件設計 . 26 河南機電高等?？茖W校論文設計 4.4 PLC 調試過程及分析 . 28 第 5 章 展望 . 29 致 謝 . 31 參考文獻 . 32 附 件 . 33 1.指令表 . 33 2.梯形圖 . 35 河南機電高等?？茖W校論文設計 1 緒 論 1.材料分揀的發(fā)展 自動分 揀系統(tǒng) (Automatic sorting system)是先進配送中心所必需的設施條件之一。 它 具 有 很 高 的 分 揀 效 率 ， 通 常 每 小 時 可 分 揀 商 品600012000 箱 ， 可以說，自動分揀機是提高物流配送效率的一項 關健 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)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分。 2.自動分揀機介紹 自動分揀機是自動分揀系統(tǒng)的一個主要設備。它本身需要建設短則4050 米，長則 150200 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)絡及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大（動輒 20000平方米以上），而且還要建 34 層樓高的立體倉庫和各種自動化的搬運設施（如叉 車）與之相匹配，這項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)過程 流中心每天接收成百上千家供應商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進行快速準確的分類，將這些商品運送到指定地點（如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺等），同時，當供應商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時，自動分揀系統(tǒng)在最短的時間內(nèi)從龐大的高層貨存架 存儲系統(tǒng) 中準確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的商品按配送地點的不同運 送到不同的理貨區(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、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。 控制裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口。 分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當具有相同分揀信號 的商品經(jīng)過該裝置時，該裝置動作，使改變在輸送裝置上的運行方向進入其它輸送機或進入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出河南機電高等?？茖W校論文設計 2 式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對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，其主要作用是使待分揀商品貫通過控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機（或主傳送帶）以便進行后續(xù)作業(yè)。 分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機（或主傳送帶）進入集貨區(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，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進行配送作業(yè)。 以上四部分裝置通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)結在一起，配合人工控制及相應的人工處理環(huán)節(jié)構成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。 4.材料 分揀系統(tǒng)的意義 二次大戰(zhàn)以后，自動分揀系統(tǒng)逐漸開始在西方發(fā)達國家投入使用，成為發(fā)達國家先進和物流中心，配送中心或流通中心所必需的設施條件之一 。 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、人的體力等的限制，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 個小時以上，每小時可分揀 7000 件包裝商品，如用人工 分揀 則每小時只能分揀 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)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準確性大小，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，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯，否則不會出錯。因此，目前自動分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術來識別貨物。 3.分揀作業(yè)基本實 無人化 國外建立自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動強度，提高人員的使用效率，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，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達自動 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)的經(jīng)營、管理與維護。 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河南機電高等?？茖W校論文設計 3 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)的應用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，應用領域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、成本等方而來考慮。 但因 分揀系統(tǒng) 其要求使用者必須具備一定的技術經(jīng)濟條件，因此，在發(fā)達國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。 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用的領域及其范圍。 在引進和建設自動分揀系統(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 本身需要建設短則4050 米，長則 150200 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 34 層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動化的搬運設施，這絲毫不亞于建立一個現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。 它 對商品外包裝要求 也很 高 ， 自動分揀機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、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動分揀機進行分揀，因此為了使大部分商品都能用機械進行自動分揀，可以采取二條措施：一是推行標準化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標準；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。但要讓所有商品的供應商都執(zhí)行國家的包裝標準是很困難的，定制 特寫 的分揀機又會使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動分揀系統(tǒng)。 河南機電高等專科學校論文設計 4 第 1 章 材料分揀機系統(tǒng)硬件介紹 1.1 系統(tǒng)硬件介紹 1.旋轉編碼器 旋轉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速。本次設計選用 E6A2 CW5C 旋轉編碼器。 2.電容傳感器 電容傳感器屬 于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關，它的測量頭通常是構成電容的一個極板，而另一個極板是待測物體本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(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，便可控制開關的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料，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量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關，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，使接近開關震蕩能力衰減，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，型號為 E3S VS1E4 顏色傳感器。此傳感器為 RGB（紅綠藍）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。 5.步進電機 步進電機 在控 制系統(tǒng)中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉換成角位移，并且可用作電磁制動輪、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）是計算機家族中的一員，河南機電高等專科學校論文設計 5 是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器乘坐可編程邏輯控制器（ Personal Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（ Programmable Logic Controller）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便，也 為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。 PLC 的定義有許多種。國際電工委員會（ IEC）對PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀 80 年代 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 3040%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高， PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 1.1.2 PLC 的種類 目前，在我國 PLC 的分類還沒有一個統(tǒng)一的標 準。根據(jù)性能和應用范圍可將其進行如下分類。 1.按性能分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)、用戶程序存儲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。 河南機電高等?？茖W校論文設計 6 小型 PLC 又稱低檔 PLC，它的 I/O 點數(shù)小于 128 點，用戶程序存儲器容量小于 4K 字，功能簡單，以開關量控制為主，可實現(xiàn)條件控制、順序控制、定時記數(shù)控制。適用于單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程。中型 PLC 又稱中檔 PLC，它的 I/O點數(shù)在 128512 點之間，用戶程序存儲器容量為 4K8K字，功能比較豐富、兼有開關量和模擬量的控制能力，具有浮點數(shù)運算、數(shù)制轉換、中斷控制、 通信聯(lián)網(wǎng)和 PID 調節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。 大型 PLC 又稱高檔 PLC，它的 I/O 點數(shù)在 512 點以上，用戶程序存儲器容量達到 8K 字以上，控制功能完善，在中檔機的基礎上，擴大和增加了函數(shù)運算、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠程控制的功能。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡。 2.按結構分類 根據(jù) PLC 的構成形式，可將 PLC 分為整體式和機架式 (模塊式 )兩大類。整體式 PLC 是將 CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個機箱內(nèi)。這 種 PLC 輸入輸出點數(shù)少、體積小，價格低，便于裝入設備內(nèi)部。小型 PLC 通常采用這種結構。機架式 PLC 將各單元做成獨立的模塊，使用時將這些模塊分別插入機架底板的插座上?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實際的控制要求建立模塊，構成不同的控制系統(tǒng)。這種 PLC 輸入輸出點數(shù)多，配置靈活方便，易于擴展。大中型 PLC 通常采用這種結構。 3.按應用范圍分類 根據(jù)應用范圍的不同，可將 PLC 分為通用型和專用型兩類。通用型PLC 作為標準工業(yè)控制裝置可在各個領域使用，而專用型 PLC 是為了某類控制要求專門設計的 PLC，如數(shù)控機床專用型、鍋爐設備專用型、報警 監(jiān)視專用型等。由于應用的專一性，使其控制質量大大提高。 圖 1-1 S7-200PLC 圖示 河南機電高等專科學校論文設計 7 1.1.3 PLC 種類及型號選擇 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/O 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：西門子 公司的 S7-200 系列 CPU226 型 PLC，合計總數(shù) 32點 16 點輸入， DC24V， 16 點繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價格都優(yōu)于其他 PLC。 S7-200 系列是 西門子公司 PLC 家族中 比較 先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應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：最大范圍的包容 了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號 PLC 有 24 個輸入節(jié)點， 16 個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 1.2 執(zhí)行機構電動機及傳送帶 1.2.1 電動機的介紹 電動機應用廣泛，種類繁多。我們一般的是根據(jù)電機的分類來區(qū)別電動機的應用于交易。電動機詳細分類如下： 1.按 工作電源種類 劃分 可分為 直流電動機 和 交流電動機 。 直流電動機 按結構及工作原理可劃分： 無刷直流電動機 和 有刷直流電動機 。 有刷直流電動機 可劃分： 永磁直流電動機 和 電磁直流電動機 。 電磁直流電動機 劃分： 串勵直流電動機 、 并勵直流電動機 、 他勵直流電動機 和 復勵直流電動機 。 永磁直流電動機 劃分： 稀土永磁直流電動機 、 鐵氧體永磁直流電動機 和 鋁鎳鈷永磁直流電動機 。 河南機電高等專科學校論文設計 8 圖 1-2 三相異步電動機及其一些指數(shù) 其中 交流電機 還可分： 單相電機 和 三相電機 。 2.按 結構和工作原理 劃分 可分為 直流電動機 、 異步電動機 、 同步電動機 。 同步電動機 可劃分： 永磁同步電動機 、 磁阻同步電動機 和 磁滯同步電動機 。 異步電動機 可劃分： 感應電動機 和 交流換向器電動機 。 感應電動機可劃分： 三相異步電動機 (如圖 1-3、 1-4 所示 )、 單相異步電動機 和 罩極異步電動機 等。 圖 1-3 三相籠型異步電動機 河南機電高等專科學校論文設計 9 3.按起動與運行方式分類 電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。 4.按用途分類 電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、 電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 步進電機 在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 （ 1） 步進電機的工作原理 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機 步進轉動。圖1-4 是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。 圖 1-4 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關 SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉子 0、3 號齒對齊，同時，轉子的 1、 4 號齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 2、5 號齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關 SC 接通電源， SB、 SA、SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 1、 4 號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動， 1、 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、 3 號齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒， 2、 5 號齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、 B、 C、 D 四相繞組 輪流供電，則轉子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種河南機電高等?？茖W校論文設計 10 工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。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動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序與波形分別如圖 1-5.a、 b、 c 所示： 圖 1-5 步進電機工作時序波形圖 （ 2）步進電動機的選擇 步進電機 步進電機作為執(zhí)行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉編碼器連接在一起 可以通過控制脈沖個數(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電機轉動的速度，達到調速的目的 。 步進電機選用的型號為 42BYGH101。 5.換向器介紹 交流換向器電動機 可劃分：單相串勵電動機、交直流兩用電 動機和推斥電動機。 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 電動機按結構及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可 分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 1.3 傳送帶的簡介及分類 17 世紀中，美國開始應用架空索道傳送散狀物料； 19 世紀中葉，各河南機電高等?？茖W校論文設計 11 種現(xiàn)代結構的傳送帶輸送機相繼出現(xiàn)。 1868 年，在英國出現(xiàn)了皮帶式式傳送帶輸送機； 1887 年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機； 1905 年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機； 1906 年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機。此后，傳送帶輸送機受 到機械制造、電機、化工和冶金工業(yè)技術進步的影響，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，成為物料搬運系統(tǒng)機械化和自動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、承載構件、驅動裝置、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；承載構件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅動裝置給輸送機以動力，一般由電動機、減速器和制動器 (停止器 )等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使牽引件保持一定的張力和垂度，以保證 傳送帶正常運轉；支承件用以承托牽引件或承載構件，可采用托輥、滾輪等。具有牽引件的傳送帶設備的結構特點是：被運送物料裝在與牽引件連結在一起的承載構件內(nèi)，或直接裝在牽引件 (如輸送帶 )上，牽引件繞過各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運送物料的有載分支和不運送物料的無載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運動輸送物料。這類的傳送帶設備種類繁多，主要有帶式輸送機、板式輸送機、小車式輸送機、自動扶梯、自動人行道、刮板輸送機、埋刮板輸送機、斗式提升機、懸掛輸送機和架空索道等。沒有牽引件的傳送帶設備的結構組成各不相同，用來輸送物料 的工作構件亦不相同。它們的結構特點是：利用工作構件的旋轉運動或往復運動，或利用介質在管道中的流動使物料向前輸送。例如，輥子輸送機的工作構件為一系列輥子，輥子作旋轉運動以輸送物料；螺旋輸送機的工作構件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉運動以沿料槽推送物料；振動輸送機的工作構件為料槽，料槽作往復運動以輸送置于其中的物料等。本設計選用的是帶式輸送機。 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)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色的機器我們稱之為顏色傳感器 。 顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng) 示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色，當兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時，輸出檢測結河南機電高等?？茖W校論文設計 12 果 。 一個新型傳感器能敏銳的察覺到顏色變化有助于線工人正確的分辨出會所，銀色等問題。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色，當兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時，輸出檢測結果 。 將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色的機器我們稱之為顏色傳感器。顏色傳感器一直用裝配線來檢測特定的組件。顏色傳感器的挑戰(zhàn)是檢測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杠都離不開傳感器協(xié)助。此外 ,顏色傳感器通過數(shù)量有限的顏色可以檢測，并通過他們有限的能力迅速改變設置或處理多個顏色。電子技術的發(fā)展 ,光學 ,軟件促進顏色傳感器發(fā)展。這項技術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?，F(xiàn)在可以調整方便靈活的制造和精確的色彩校正。一個典型的顏色傳感器具有高強度白光 LED,光在目標項目調制。反射從目標是分析的成分紅 ,綠 ,藍 (RGB)值和強度。此信息用于驗證正確的部分現(xiàn)在和組裝 ,準確控制制成品的顏色。在一個典型的應用程序中 ,機器操作 員持有一個顏色樣本在前面的傳感器 ,編程它對這個特定顏色相匹配。這個過程期間及之后 ,運營商可能會注意到匹配失敗涉及色彩略暗或略輕 ,但仍在可接受的質量標準。操作員然后重組傳感器與更廣泛的高 /低設置點和通過試錯過程建立理想的范圍。如果傳感器有多個通道 ,它可以被編程來識別多種顏色一個顏色在每個頻道 ,每個頻道信號是一個離散報警輸出。這一技術使簡單的顏色識別或匹配 ,比如排序或部分識別功能 ,通過 /失敗標準是足夠的。下一代顏色傳感器提供三個額外的輸出表示 RGB 顏色值。好處包括更多的智能控制的制造。在實踐中 ,傳感器輸出原始 RGB 讀數(shù)為模擬信 號 。 模 擬 信 號 更 適 合 通 信 , 因為數(shù)字讀數(shù)為三個渠道將超過每150µs 吞吐量限制典型的串行協(xié)議。一個傳感器可以將原始 RGB 信號模擬與 10 位分辨率將輸出 5mV 的每個 1023 步。如果顏色變化的原因是無法輕易地發(fā)覺或者如果沒有顯示可用 ,模擬 RGB 信號可以數(shù)字化和美聯(lián)儲到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這允許全面的變化趨勢 ,分析傳感器讀數(shù)。一些傳感器提供一個數(shù)據(jù)轉儲模式原始數(shù)字讀數(shù)。 色標傳感器工作原理：色標傳感器對各種標簽進行檢測，即使是背景顏色有著細微的差別的顏色也可以檢測到，處理速度快。自動適應波長，能夠檢 測灰度值的細小差別，與標簽和背景的混合顏色無關。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色，當兩個顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時，輸出檢測結果。 河南機電高等?？茖W校論文設計 13 1.4.2 傳感器介紹及其工作原理 1.傳感器的定義 國家標準 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)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。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)。 目前對傳感器尚無一個統(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） 按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（“ 1”和 0”或“開”和“關”）的開關型傳感器；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)特性是指對靜 態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。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.傳感器的動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入 信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。 傳感器的線性度。 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，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際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性河南機電高等?？茖W校論文設計 14 能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點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 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 y對輸入量變化 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系，則靈敏度 S是一個常數(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 ， 輸 出 電 壓 變 化 為 200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高 ，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 5.傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，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。上述指標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 被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。 7.電阻應變式傳感器 傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。 8.壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻 而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出。 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，硅河南機電高等?？茖W校論文設計 15 片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。 河南機電高等?？茖W校論文設計 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模擬自動化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了 PLC、傳感器、位置控制、電 氣傳動和氣動技術，可實現(xiàn)不同材料的自動分選和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計算機監(jiān)控。 它采用臺式結構，內(nèi)置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、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。材料分揀裝置能實現(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)設計原理 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依次接受各種傳感器檢測如果被某種傳感器器測中，通過相應的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行?？刂埔螅?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。 4.電感傳感器 檢 測到金屬物料時，推汽缸 1 將待測物料推入下料槽。 5.電容傳感器測到非金屬物料時，推汽缸 2 將待測物料推 入 下料槽。 6.當顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時，推汽缸 3 動作將待測物料推人下料槽。 7.其他物料被送到 SD 位置時，汽缸 4 動作將待測物料推入下料槽。 8.汽缸運行有動作限位保護 ， 下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機。 2.3 材料分揀系統(tǒng)分析 2.3.1 設計思路 其工作過程是開啟電源，步進電機運行并驅動傳輸帶，下料傳感器檢測下料槽內(nèi)是否有物料。若無物料，延時后自動停止并等待上料；當下料槽內(nèi)有物料時，系統(tǒng)自動運行。首先，下料傳感器發(fā)送信號給 PL C，河南機電高等?？茖W校論文設計 17 并轉送給推汽缸經(jīng)過一定時間，下料汽缸依次將物料推至傳輸帶。當物料由傳輸帶傳輸時，光電編碼器發(fā)出脈沖開始進行計數(shù)，電機運行，實現(xiàn)定位控制。當電感傳感器檢測到物料為金屬物 料時，發(fā)出反饋信號給 PLC，由 PLC 控制推汽缸 1 動作，將物料推到卸料斗。如圖 2-1。 圖 2-1 系統(tǒng)控制示意圖 當推汽缸電磁閥運行到限位時，電磁閥復位，恢復原狀態(tài) 。 此時，電機重新工作驅動傳輸帶到下一位置。 圖 2-2 系統(tǒng)原理示意圖 河南機電高等?？茖W校論文設計 18 同理，可通過相應傳感器分揀相應的空物料。 據(jù)分揀裝置工作過程設計功能表圖，設計電氣控制原理圖如圖 2-3，在設計的電氣控制原理圖的基礎上對它進行研究，分析工作過程的每一個環(huán)節(jié)，再選擇合適的 PLC類型，編寫 I/O 分配圖。 信號板及 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言，也叫梯形圖符號語言，對可編程序控制器進行編程，使用起來非常方便。為了把使用這種語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器語言，需要通過編譯程序才能完成。這種編譯程序存在編程器的 ROM 存儲器中，構成了編程器的系統(tǒng)軟件?？删幊炭刂破鲀?nèi)有一個操作系統(tǒng)，主要任務是解讀程序，執(zhí)行過程如圖 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)或單次運行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設計流程圖中的汽缸 4 動作后，程序再轉到開始；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河南機電高等?？茖W校論文設計 19 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)步進電機轉過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機停轉，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。 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 計時到自動停機 電動 機運行皮帶傳動 下料氣缸 Y5 動作 SA 測到物體 推汽缸 1 動作 推汽缸 2 動作 推汽缸 3 動作 推汽缸 4 動作 連繼運行 SB 測到物體 SC 測到物體 Y Y Y N Y N Y Y N Y N N 河南機電高等?？茖W校論文設計 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，也越來越受人們的歡迎。它不僅具有豐富的機型、超小的體積、靈活的安裝、雙 CPU 結構、極高的運算速度等特點，還有事件中斷自動告知、自診斷、故障歷史記錄、遠程口令等特殊功能。簡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，因為 PLC 可靠性高、控制功能強體積小。 2.利用 PLC 內(nèi)部計算器和計時器，容易實現(xiàn)邏輯組合和運算，不用增加硬設備。 3.由于 PLC 采用軟件編制程序來完成任務，因此可以隨時變更程序來適應生產(chǎn)工藝的改變，而不用重新布線。 3.2 PLC 的特點及功能 3.2.1 PLC 的優(yōu)點 由于可編程控制器（ PLC） 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、程 序設計 簡單 及便于安裝調試 等 優(yōu) 點。 PLC 在工業(yè)自動化控制 的各個領域發(fā)揮著越來越重要的作用，社會對可變程序控制器技術人員的需求也越 來越迫切，在可預見的將來是無法替代的。 可編程 序 控制器（ Programmable Controller） 通常也可簡稱為可編程控制器，英文縮寫為 PC 或 PLC,是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、程序設計簡單、靈活通用、維護方便， 可靠性高，抗干擾能力強，適應性強，采用模塊化結構，使系統(tǒng)組合編程語言簡單易學，系統(tǒng)設計周期短，對生產(chǎn)工藝改變適用性強，安裝簡單，調試方便，維護工作量小， 特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力， 更是得到用戶的好評。成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大 技術支柱（ PLC,機器人和 CAD/CAM）之一 。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 河南機電高等?？茖W校論文設計 21 3.2.2 PLC 的缺點 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使用具有多種編程功能的 PLC。例如為了節(jié)約成本，一些設備制造廠仍然使用帶銷的機械式定序器。如果操作順序很少或根本不會改變，就沒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，高溫和振動將會 影響 PLC 系統(tǒng)的電子設備，就限制了 PLC 的使用。 3.故障保護在 PLC 系統(tǒng)中，必須提供一個輸入電壓來停止設備。這些系統(tǒng)沒有故障保護。 4.固定回路操作當系統(tǒng)要做周期性更新時，用 PLC 系統(tǒng)更新。 3.2.3 PLC 的功能 1.開關量控制： PLC 可以完成開關邏輯運算和順序邏輯運算控制，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的自動控制。 2.模擬量控制：如溫度，壓力，流量，液位都屬于模擬量。 3.定時 /計數(shù)控制： PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個定時器或計數(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 能進行算術運算、數(shù)據(jù)傳送、而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)值轉換、數(shù)據(jù)顯示打印，甚至浮點運算、函數(shù)運算等功能。 5.聯(lián)網(wǎng)與通信： PLC 可與上為計算機或同位 PLC 進行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 3.3 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著 PLC 技術的推廣、應用， PLC 將進一步向以下幾個方向發(fā)展。 1.標準化：指令兼容，外設易于擴展，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：隨著微電子技術的進一步 發(fā)展，小型機的功能將進一步完善， PLC 的結構必將更為緊湊，體積更小，使安裝和使用更為方便。 3.模塊化 :采用模塊化結構，使系統(tǒng)的構成更加靈活、方便。 4.低成本 :使 PLC 在經(jīng)濟上能與繼電器電路抗衡，成為繼電器的替代河南機電高等?？茖W校論文設計 22 品。 5.高功能 如（完成位置控制、溫度控制、中斷控制、 PID 調節(jié)、遠程通訊、音響輸出等）。最后 PLC 的普及是機電一體化的必然趨勢，也就是說實現(xiàn)機電一體化也是 PLC 發(fā)展的一個重要方向。 河南機電高等?？茖W校論文設計 23 第 4章 結果和討論 4.1 PLC 控制材料分揀裝置的硬件設計 1.分析被控對象并提出要求 （ 1） 被 控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。 （ 2） 控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調試。 2.確定輸入輸出設備 根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 3.選擇合適的 PLC 類型 序號 I/O 地址 實物控制 1 Q0.0 傳送帶電動機 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 下料電動機 7 I0.0 啟動開關 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 口與實物分配示意圖 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點河南機電高等?？茖W校論文設計 24 數(shù)，選擇合適的 PLC 類型， 包括機型、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，維護使用方便及最佳的性能 價格比，選擇有西門子公司生產(chǎn)的 S7-200 系列的 PLC 類型。該系列機的最大 I/O 點數(shù)為 120 點，指令的平均執(zhí)行時間為 12us/步，用戶程序存儲容量為 1000 步。它有一個 6 位 BCD 碼高速計數(shù)器，最高計數(shù)頻率為2KHZ。 4.分配 I/O 點 分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 /輸出分配表或者畫出輸入 /輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工 。 開關量 I/O。標準的 I/O 接口用于傳感器和開關及控制設備進行數(shù)據(jù)傳送，典型的交流 I/O 信號為 24-240V，直流 I/O信號為 5 24V。 軟件接口分配表格如圖 4-1 所示。 4.1.2 系統(tǒng)關鍵技術 1.根據(jù)控制要求確定 I/O 點數(shù)，輸入應該有 6 個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、預留傳感器（可根據(jù)要求設置），以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感器。相應地，有相應的 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/O點 32 個，其中 16 個輸入， 6 個輸出 。 2.PLC 的選擇由于該材料分揀裝置的控制為開關量控制，且所需的I/O 點數(shù)不多。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。根據(jù)所選擇的 PLC 機型，對 PLC 的 I/O 點分配編號。通過 I/O 的連接，即可實現(xiàn)PLC 對分揀裝置的控制。 4.2 程序設計 4.2.1 程序設計 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。 河南機電高等?？茖W校論文設計 25 1.將程序輸入 PLC 當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下車機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 編程時應注意： （ 1）認真分析被控對象的工藝過程的控制要求，用功能流程圖的形式，表示程序設計的思想，為編程做好準備； （ 2）根據(jù)現(xiàn)場信號與 PLC 外部電路圖或； PLC 軟繼電器編號對照表及程序功能流程圖進行編程； （ 3）要嚴格遵守梯形圖、指令語句表的格式規(guī)則，編寫程序。 2.進行軟件測試 程序輸入 PLC 后，應先進行測試工作。因為在程 序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。 3.程序模擬調試 在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制調試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調試成功 。 4.硬件實施 PLC 硬件設計是指 PLC 外部設備的設計，在硬件設計中要進行輸入設備的選擇（如控制按鈕、開關及計量保護裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺、柜的設計等。硬件設計還包括 PLC 輸入輸出通道的分配，為了便于程序設計和閱讀，常做出 I/O 通道分配表，表中包含有 I/O 編號、設備代號、名稱及功能等。 5.整理和編寫技術文獻 系統(tǒng)技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。 （ 1）分配輸入和輸出點 一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好 線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。 河南機電高等?？茖W校論文設計 26 （ 2） 確定 I/O 通道范圍 不同型號的 PLC，其輸入 /輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選PLC 型號，查閱相應的編程手冊，決不可張冠李戴 ， 必須參閱有關操作手冊。 （ 3） 輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 /計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(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)程序設計的需要，應 合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關操作手冊。 4.3 PLC 的軟件設計 在了解了程序結構和編程方法的基礎上，就要實際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。對系統(tǒng)任務分塊 分塊的目的就是把一個復雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務 ， 這樣就把一個復雜的大問題化為多個簡單的小問題 ， 這樣可便于編制程序 ， 計算機輔助設計是通過 PLC 編程軟件在計算機上進行程序設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調試等 等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取、加密以及形成 EXE 運行文件。 4.3.1 分配定時器 /計數(shù)器 PLC 的定時器 /計數(shù)器數(shù)量分別見有關操作手冊。 PLC 軟件系統(tǒng)設計方法及步驟 ， PLC 軟件系統(tǒng)設計的方法 。 在了解了 PLC 程序結構之后，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 ， 圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設計。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進順控指令。在畫完各個 步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。 河南機電高等?？茖W校論文設計 27 圖 4-1 PLC 控制系統(tǒng)設計流程圖 4.3.2 編制控制系統(tǒng)的邏輯關系圖 從邏輯關系圖上，可以反應出某一邏輯關系的結果是什么，這一結果又英國導出哪些動作。這個邏輯關系可以是以各個控制活動順序為基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準。邏輯關系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應了輸入與輸出的關系。 根據(jù) PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容，控制系統(tǒng)的設計一般按下圖所示的步驟進行。 4.3.3 繪制電路圖 繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng) 的輸入輸出所設計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致，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行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導到 PLC 的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會對PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負載能力河南機電高等?？茖W校論文設計 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題。在整個電路的繪制中，還要考慮設計的原則努力 提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進行控制方便、靈活。但是在電路的設計上仍然需要謹慎、全面。因此，在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關，都要一絲不茍。 4.4 PLC 調試過程及分析 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當然可以 其他方法 法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查找問題，便于及時修改，最好不要整個程序完成后一起算總帳。 把所編的程序輸入到計算機，進行編譯，所輸入的程序通過編譯后 直到最后通過。接入 PLC 通信口后，將所編程序進行調試。直到調試結果出現(xiàn)正常的結果。 河南機電高等?？茖W校論文設計 29 第 5 章 展望 在剛開始做課程設計時我不知道自己到底該做什么，在試著做了一個題目是才覺的自己不會的東西實在是太多了，知識明顯感覺到不適應這大范圍、大規(guī)模的設計工作。最后在確定這個題目后，查閱大量資料、總結概括將零碎的知識化為有機的整體，以及對每個具體問題的分析。實踐經(jīng)驗的缺乏，使我不停的反復校核，其過程繁雜而單調。當設計完后，感覺還可以的。盡管設計過程中有很多的困難，圖紙畫的還不盡善盡美，可 是每一步都是經(jīng)過我的反復思考而得出的結論。 多年來 ,PLC從其產(chǎn)生到現(xiàn)在 ,實現(xiàn)了從接線邏輯到存儲邏輯的飛躍 ,功能由弱到強 ,實現(xiàn)了從邏輯控制到數(shù)字控制的進步 ,在半導體技術、計算機技術和通信技術高速發(fā)展的今天 ,PLC 在模擬量的處理 ,數(shù)字運算 ,人機接口和網(wǎng)絡等各方面的能力都已大幅度提高 ,成為工業(yè)控制領域的主流控制設備并且應用的越來越廣泛 ,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用?？删幊踢壿嬁刂破饕云渥约旱奶攸c ,所以一直在工業(yè)自動化控制領域占領主導地位。 PLC 在當時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 動控制。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn) ,在 I/O接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路 ,存儲器采用磁芯存儲器。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)點包括簡單易懂 ,便于安裝 ,體積小 ,能耗低 ,有故障指使 ,能重復使用等。 在 20世紀 70年代中期到 80 年代初期 ,微處理器技術日趨成熟 ,單片微處理器、半導體存儲器進入工業(yè)化生產(chǎn) ,大規(guī)模集 成電路開始普遍應用。使 PLC 功能大大增強。在軟件方面 ,除了保持其原有的邏輯運算 ,計時 ,計數(shù)等功能以外 ,還增加了算術運算 ,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模塊以外 ,還增加了模擬量模塊 ,遠程 I/O 模塊 ,各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量 ,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 應用范圍得以擴大。 總之，設計是再創(chuàng)造的過程末期靈活性很大，為今后的設計，工作打下了堅實的基礎。不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后 終于做完了，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些河南機電高等?？茖W校論文設計 30 東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 通過了這次設計，我覺得這是對我三年所學的知識一次充分的檢測。這也使我更加認識到了知識的重要性，雖然三年所學的東西有限?？墒?，通過這一次的改造，也使我更深地認識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，爭取使自己成為一名合格的大學生。為我們的祖國貢獻出自己的一份力量。 科技改變歷史，知 識改變命運。我們跨入了