PLC與物料分揀系統(tǒng)(畢業(yè)論文)

1、h u 目目 錄錄 摘 要.2 緒 論.5 1.1 物料分揀系統(tǒng)概述.5 1.2 物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.6 1.3 研究的目的及意義.6 第 1 章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設計.8 1.1 材料分揀裝置工作過程概述.8 1.2 系統(tǒng)的技術指標.9 1.3 系統(tǒng)的設計要求.9 1.3.1 功能要求.9 1.3.2 系統(tǒng)的控制要求.10 第 2 章 控制系統(tǒng)的硬件設計.11 2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu).11 2.2 硬件選型與硬件組態(tài).11 2.2.1 確定 i/ o 點數(shù).11 2.2.2 plc 的選擇.12 2.2.3 plc 的輸入輸出端子分配.12 2.2.4 plc 輸入輸出接線端

2、子圖.13 2.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇.14 2.3.1 步進電機的選擇.14 2.3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇.14 h u 2.3.3 電感式傳感器的選擇.15 2.3.4 電容式傳感器的選擇.16 2.3.5 顏色傳感器.17 2.6 光電編碼器.19 第 3 章 控制系統(tǒng)的軟件設計.1 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計.1 3.2 控制系統(tǒng)程序設計.2 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試.8 4.1 硬件調(diào)試.8 4.2 軟件調(diào)試.8 4.3 整體調(diào)試.10 結(jié) 論.11 參考文獻.12 附 錄.13 致 謝.18 h u 摘摘 要要 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，

3、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(jié)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。 h u 關關鍵詞:

4、 可編程控制器；分揀裝置；控制系統(tǒng)；傳感器 h u 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

5、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 mor

6、e extensive. this paper focuses on the plc in the canned beverage 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 tech

7、nology, 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 little modifications. h u ke

8、y words： programmable logic controller；sorting device；control system；sensors h u 緒緒 論論 1.1 物料分揀系統(tǒng)概述 自動化的程度是工作發(fā)展程度的標志，自動分揀正是自動化中的一個必不可的部分，而 plc 控制 分揀裝置以其成本低，效率高的優(yōu)點，已經(jīng)成為主流，他可以根據(jù)設定的程序無人的，高效的工作， 維護費用極少。由于全部采用機械自動化作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。節(jié) 省了大量的人力勞動，減少了企業(yè)的額外支出，是企業(yè)節(jié)省成本最好的方法。 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，

9、由于人工作的個人限制性，因 人而致使有的生產(chǎn)效率很低，誤差多，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，阻礙了企業(yè)的正常發(fā)展。所 以分揀裝置人 plc 控制系統(tǒng)必然會取代人工的分揀工作。這也正是其能夠迅猛發(fā)展的根本原因，好是 社會和企業(yè)發(fā)展的必然。隨著工業(yè)的越來越發(fā)展，業(yè)水平的越來越高，自動分揀裝置完全取代人工作 業(yè)是必須的也是必然的。 材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。 其設計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護

10、、 檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，只要根據(jù)不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實 現(xiàn)要求，非常方面。 現(xiàn)在的大部分的企業(yè)都有自己的生產(chǎn)流水線，而自動分揀裝置是流水線上不可少的部分，有的流 水線甚至要用到多個分揀裝置，這也說明它有著很大的市場空間。 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。 材料分揀裝置的 plc 控制系統(tǒng)利用了 plc 技術、位置控制技術、氣動技術、傳感器技術、電動技 術傳動技術等，這些技術都是自動化技術中必要的，可以說是現(xiàn)代工作生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)設備的一個微小 的模型。 本論文主要介紹了材料分

11、揀裝置的 plc 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件控制、程序流程以及軟 硬件的組裝和調(diào)試方法。讓大家對材料分揀裝置的 plc 控制系統(tǒng)有一個較為深入的了解。 h u 1.2 物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 縱觀國內(nèi)外物料分揀系統(tǒng)的應用情況可以發(fā)現(xiàn)，國外的物流配送中心或工業(yè)中傾向于采用自動化 程度很高的分揀系統(tǒng)，而且應用也較為廣泛。而在我國，由于物流業(yè)起步晚，物料分揀系統(tǒng)中人工作 業(yè)的比例也較高。盡管自動分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點，但因其要求使用者必須具備一定的技術經(jīng)濟條 件，在發(fā)達國家某些行業(yè)不用自動分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點: 一是一次性投資巨 大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設備復雜，投資

12、和運營成本相當高，需要可靠的貨源作保證，也許只有 大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資 小企業(yè)則無能為力。二是系統(tǒng)對商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機械進行自動分揀， 需要采取諸如推行標準化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機等二次措施。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，定制分揀機又會使硬件成本上升，且越是特別的通用 性就越差。 雖然物料分揀系統(tǒng)有它的局限性，但隨著社會的高速發(fā)展，一切都講究效率，我相信高效率的物 料分揀系統(tǒng)設計將會被人們越來越重視。而本設計就針對物料分揀設計出了一個由 plc 控制的分揀系 統(tǒng)，解決了組成系統(tǒng)的設備能在安全工作的同時又能提高

13、物料分揀效率的問題。 1.3 研究的目的及意義 分揀系統(tǒng)中物料傳感器以及氣缸應自動化設備更新時的需要，可以大量代替單調(diào)往復或高精度需 求的工作，在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞 動?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全，可 以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。分料盤在物料分揀中起著關鍵作用， 安裝在其內(nèi)部的步進電機的驅(qū)動將使分料盤發(fā)生相應的動作來達到物料的最終分揀。由于同樣實現(xiàn)了 自動化分揀，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也較廣泛地使用。 可編程控制器(plc)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自

14、動控制等先進技術，具有可靠性高、 功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點，已成為目前在物料分揀控制系統(tǒng)中使用最多的控制 方式。使用plc的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點。 使其適應了工業(yè)等的需要。本課題試圖開發(fā)plc對物料與分揀物料的控制，并借助必要的精密傳感 器，使其能夠?qū)Σ煌伾约胺N類的物料按預先設定的程序進行分揀，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小 h u 批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。采用plc控制，是一種預先設定的程序進行物料分揀的自動 化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對 物料傳感器，氣缸進行新的

15、分配任務時，可以允許方便的改動或重新設計其新部件，而對于位置改變 時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低了安裝和轉(zhuǎn)換工作的費用。 h u 第第 1 1 章章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設計材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設計 plc 控制分揀裝置涵蓋了 plc 技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn) 場生產(chǎn)設備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工藝過程及控制要求。 要想進行 plc 控制系統(tǒng)的設計，首先必須對控制對象進行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過程、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。 1.1 材料分揀裝置工作過程概述 如圖1-1 所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示

16、意圖。 圖1-1 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。 h u 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，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

17、，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。當系統(tǒng)設定為分揀某種顏色的金屬或非 金屬物料時，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務。 1.2 系統(tǒng)的技術指標 輸入電壓：ac200240v（帶保護地三芯插座） 消耗功率：250w 環(huán)境溫度范圍：-540 氣源：大于0.2mpa小于0.85mp

18、a 1.3 系統(tǒng)的設計要求 系統(tǒng)的設計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設計之前，首先應分析控制對象的要求。 1.3.1 功能要求 材料分揀裝置應實現(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）分揀出金屬中某一顏色塊 （4）分揀出非金屬中某一顏色塊 （5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 h u 1.3.2 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

19、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）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）其他物料被送到sd 位置時，推汽缸4 動作 （8）汽缸運行應有動作限位保護 （9）下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機 h u 第第 2 2 章章 控制系統(tǒng)的硬件設計控制系統(tǒng)的硬件設計 plc控制系統(tǒng)的硬件設計，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、輸出設備，選擇合適的plc類型，并分配i/o點。 2

20、.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 設計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖2-1 所示。 下料傳感器 物料傳感器 1 物料傳感器 2 物料傳感器 3 plc 物料傳感器 4 傳送帶及下料氣動閥 氣動閥 1 氣動閥 2 氣動閥 3 氣動閥 4 空 氣 壓 縮 機 圖2-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 2.2 硬件選型與硬件組態(tài) 系統(tǒng)關鍵技術即分析控制系統(tǒng)的要求，確定i/o點數(shù)，選擇plc的型號，然后進行i/o分配。 h u 2.2.1 確定 i/ o 點數(shù) 根據(jù)控制要求，輸入應該有2個開關信號，6 個傳感器信號，包括電感傳感器、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。相應地，有 5 個汽缸運動位

21、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24 個，其中18 個輸入，6 個輸出。 2.2.2 plc 的選擇 根據(jù)上面所確定的i/ o 點數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開關量控制。因此，選擇一般的小型機 即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門子公司的s7-200系列cpu226 型plc。它有24個輸入點，16個輸 出點，滿足本系統(tǒng)的要求。 2.2.3 plc 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1所示 表 1 材料分揀裝置 plc 輸入/輸出端子分配

22、表 西門子 plc(i/o)分揀系統(tǒng)接口(i/o)備注 i0.0ucp(計數(shù)傳感器)接旋轉(zhuǎn)編碼器 i0.1sn(下料傳感器)判斷下料有無 i0.2sa(電感傳感器) i0.3sb(電容傳感器) i0.4sc(顏色傳感器) i0.5sd(備用傳感器) i0.6sfw1(推氣缸 1 動作限位) i0.7sew2(推氣缸 2 動作限位) i1.0sfw3(推氣缸 3 動作限位) i1.1sfw4(推氣缸 4 動作限位) 輸 i1.2sfw5(下料氣缸動作限位) h u i1.3sbw1(推氣缸 1 回位限位) i1.4sbw2(推氣缸 2 回位限位) i1.5sbw3(推氣缸 3 回位限位) i1.

23、6sbw4(推氣缸 4 回位限位) i1.7sbw5(下料氣缸回位限位) i2.0sb1(啟動) 入 部 分 i2.1sb2(停止) q0.0m(輸送帶電機驅(qū)動器) q0.1yv1(推氣缸 1 電磁閥) q0.2yv2(推氣缸 2 電磁閥) q0.3yv3(推氣缸 3 電磁閥) q0.4yv4(推氣缸 4 電磁閥) 輸 出 部 分 q0.5yv5(下料氣缸電磁閥) 2.2.4 plc 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2-2所示。 h u 圖2-2 plc輸入輸出接線端子圖 2.3 檢 測 元 件 與 執(zhí) 行 裝 置的選擇 設計一個好的實用的系統(tǒng)，先擇好合適

24、的器件是關鍵，為了既保系統(tǒng)能安全可靠穩(wěn)定的工作又能 做到最小的經(jīng)濟投入，對器件的選擇不能太高也不能太低，要盡量做到合適。 2.3.1 步進電機的選擇 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn) 速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信 號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等 特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 鑒于傳統(tǒng)的脈沖系統(tǒng)移植性不好,本文提出微機控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,用軟件的方 h u 法產(chǎn)生控制脈沖,通過

25、軟件編程可以任意設定步進電機的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進電機的 運行狀態(tài)。以簡化控制電路,降低生產(chǎn)成本,提高系統(tǒng)的運行效率。 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。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。 2.3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機電技術于一體的速度位移傳感器。當旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā) 光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號

26、。該信號經(jīng)后繼電路 處理后，輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高， 力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等特點。旋轉(zhuǎn)編碼器一般接在電動機或者軸類零件的尾 端.(應該說是同軸運轉(zhuǎn))其實旋轉(zhuǎn)編碼器最簡單的原理就是:電動機運轉(zhuǎn)一圈,旋轉(zhuǎn)編碼器也正好轉(zhuǎn)一圈 (因為它們是同軸連動的).旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)有一個圓的遮光片和一個遮光器.就是說編碼器轉(zhuǎn)一圈可以發(fā)出 一些脈沖(看各種編碼器而定,有的 200 個有的 300 個有的甚至幾千個).說簡單一點就是電動機轉(zhuǎn)一圈可 以發(fā)出固定數(shù)目的一些信號,把這些信號發(fā)給 plc 就可以進行計數(shù).這樣就可以知道電動機轉(zhuǎn)了多少圈 了

27、.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,原理如圖 2-1 所示。 光 電 碼 盤 h u 圖 2-1 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 2.3.3 電感式傳感器的選擇 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系 數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 電感式傳感器具有以下特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，

28、傳感器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長。 （2）靈敏度和分辨力高，能測出 0.01 微米的位移變化。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般 每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出。 （3）線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，傳感器非線性誤差可 達 0.05%0.1%。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制 系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。 電感式接近開關屬于有開關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頭時，使物體內(nèi)部

29、產(chǎn)生渦流。 這 個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，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，進而控制開關的通或斷。本系統(tǒng)選用 m18x1x40 電感傳感器。接線圖如圖 2-2，原 理圖如圖 2-3。 圖 2-2 m18x1x40 dc 二線常開式電感傳感器接線圖 h u 圖 2-3 電感傳感器工作原理圖 2.3.4 電容式傳感器的選擇 電容傳感器也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(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

30、，便可控制開關的接通和關 斷本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料。 圖2-4電容式傳感器 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計成的有關轉(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。 h u 2.3.5 顏色傳感器 選用taos公司生產(chǎn)的，型號為tcs230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。tcs230傳感器引腳如圖2-5所示 圖2-5 tcs230顏色傳感器 rgb

31、 顏色傳感器介紹： 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

32、 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

33、型輸出頻率范圍從 2hz500khz，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，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它 的適應能力。 h u 當入射光投射到 tcs230 上時，通過光電二極管控制引腳 s2、s3 的不同組合，可以選擇不同的 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不同 頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳 s0、s1 選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行 調(diào)整，以適應不同的需求。s0、s1 用于選擇輸出比例因子或電源關斷模式；s2、s3 用于選擇濾

34、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微處理器的輸入引 腳時，也可以作為片選信號；out 是頻率輸出引腳，gnd 是芯片的接地引腳，vcc 為芯片提供工作 電壓。表 2-1 是 s0、s1 及 s2、s3 的可用組合。 表 2-1 s0、s1 及 s2、s3 的組合選項 s0s1 輸出頻率定標 s2s3 濾波器類型 ll 關斷電源 ll 紅色 lh20%lh 藍色 hl20%hl 無 hh100%hh 綠色 2.6 光電編碼器 光電編碼器是一種集光、機、電為一體的數(shù)字化檢測裝置，它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、 體積小、使用可靠、易于維護、性價比高等

35、優(yōu)點。近 10 幾年來，發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的 系列工業(yè)化產(chǎn)品，在數(shù)控機床、機器人、雷達、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺 服系統(tǒng)等諸多領域中得到了廣泛的應用。光電編碼器可以定義為：一種通過光電轉(zhuǎn)換，將輸至軸上的 機械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置（角度）的檢測。典型的光 電編碼器由碼盤（disk）、檢測光柵（mask）、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號轉(zhuǎn)換電路） 、機械部件等組成。 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長 方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速

36、旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電 子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當 h u 前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90 度的兩路脈沖信號。 當光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動時 a、b 兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出,a、b 兩相脈沖相差 90 度相位角，由此可 測出光電編碼器轉(zhuǎn)動方向與電機轉(zhuǎn)速。如果 a 相脈沖比 b 相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn),否則為反 轉(zhuǎn).z 線為零脈沖線,光電編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖.主要用作計數(shù)。a 線用來測量脈沖個數(shù),b 線與 a 線配合可測量出轉(zhuǎn)動方向。 圖 3-6 光電編碼器和波形 h u 第第 3 3 章章 控制

37、系統(tǒng)的軟件設計控制系統(tǒng)的軟件設計 軟件設計是plc控制系統(tǒng)的核心，程序設計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫 出狀態(tài)流程圖并設計出梯形圖。 3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖， 如圖3-1所示。 圖3-1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 h u 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。

38、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13 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。 3.2 控制系統(tǒng)程序設計 根據(jù)所繪流程圖，在step7-micro/win40軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄。 此指令為高速脈沖輸出指令，當使能端輸入有效時，檢測用程序設置的特殊功能寄存器

39、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 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 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 h u 按照hdef指令指定的模式，設置高速計數(shù)器并控制其工作。 下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹： 程序1.0 程序1.1 （1）程序1.0與1.1為主程序，首先i2.0啟動后，m0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做 好準備，i2.1為停止按鈕。當plc處于run模式時，sm0.1通電一個周期，q0.0復位清零，并 調(diào)用子

40、程序sbr_0。 h u 程序2.0 （2）程序2.0為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器 進行初始化，然后當i0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動pls（脈沖輸出）指令；如果 i0.0檢測沒有物料時，啟動定時器t30，延時30秒自動停機。 h u 程序3.0 （3）程序3.0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。其中設定預置值為50，當計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。 h u h u 程序4.0 （4）程序4.0為中斷程序

41、，當高速計數(shù)指令計數(shù)至預置值時，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)。當物料被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，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，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，初始狀態(tài)為關斷。汽缸動作時， ，回位限 h u 位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。 h u 第第 4 4 章章 控制系統(tǒng)的調(diào)試控制系統(tǒng)的調(diào)試 在plc軟硬件設計完成后，應進行調(diào)試工作。因為在程序設計過程中

42、，難免會有疏漏的 地方，因此在將plc連接到現(xiàn)場設備之前，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，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。 4.1 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)材料的檢出點。 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。（注：順時針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動，否則反之） h u 4.2 軟件調(diào)試 將所編寫的梯形圖程序進行編譯，通過上下位機的連接電纜把程序下載到plc中。剛編 好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場 調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時都能作出正確的響應，需要進行離線測試， 既不將plc的輸出接到設備上。按照控制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀 態(tài)，若輸