小球分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 摘要本文作者通過查閱大量資料，對(duì)分揀系統(tǒng)及其相關(guān)的技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢(shì)作了一個(gè)比較全面的總結(jié)。在熟悉了分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，采用plc 完成小球分揀機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。進(jìn)一步了解小球分揀機(jī)的工作過程，并制定其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、分揀精度高、易控制的特點(diǎn),對(duì)不同的分揀對(duì)象 , 稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞： 小球分揀 plc 控制系統(tǒng)2 abstract access to large amounts of data by the author on the sorting system and related technology developmen

2、t status and trends made a more comprehensive summary. sorting system in the familiar principle, based on a complete ball sorting machine plc control system design. learn more about the work of the ball the process of sorting machines and to develop the control system design. system has a high degre

3、e of automation, stable operation, sorting, high precision, easy to control the characteristics of the sorting of different objects can be realized a little modification of the system requirements. key words: plc control system for sorting ball3 目錄第 1 章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì). . 51.1 材料分揀裝置工作過程概述. 51.2 系統(tǒng)的技術(shù)

4、指標(biāo) . 61.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 . 61.3.1 功能要求 . 61.3.2 系統(tǒng)的控制要求 . 6第 2 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . . 82.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) . 82.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) . 82.2.1 確定 i/ o 點(diǎn)數(shù). 82.2.2 plc 的選擇 . 92.2.3 plc的輸入輸出端子分配 . 92.2.4 plc輸入輸出接線端子圖 . 102.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇. 112.3.1 旋轉(zhuǎn)編碼器 . 112.3.2 電感傳感器 . 122.3.3 電容傳感器 . 132.3.4 顏色傳感器 . 152.3.5 光電傳感器 . 162.3.6 步進(jìn)電機(jī) . 17第

5、3 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . . 183.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) . 183.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) . 19第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 . . 254.1 硬件調(diào)試 . 254.2 軟件調(diào)試 . 254.3 整體調(diào)試 . 26結(jié)論. . 27展望. . 28致 謝. . 29參考文獻(xiàn) . . 30附 錄. . 314 緒 論分揀是把很多貨物按品種從不同的地點(diǎn)和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機(jī)械分揀和自動(dòng)分揀。目前自動(dòng)分揀已逐漸成為主流，因?yàn)樽詣?dòng)分揀是從貨物進(jìn)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(dòng)分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情

6、報(bào)的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機(jī)械自動(dòng)作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)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(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對(duì)上述問題， 利用 plc 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種成本低，效率高的材料自動(dòng)分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。物料分揀采用可編程控制器plc 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著

7、提高勞動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、 物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求。plc 控制分揀裝置涵蓋了plc 技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。應(yīng)用 plc 技術(shù)結(jié)合氣動(dòng)、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)不同類型材料的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開發(fā)簡單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了plc 控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，以及一些調(diào)試方法

8、。5 第 1 章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)plc 控制分揀裝置涵蓋了plc 技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)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藝過程及控制要求。要想進(jìn)行 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先必須對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對(duì)象的工藝過程、工作特點(diǎn)，明確控制要求以及各階段的特點(diǎn)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)示意圖。圖1-1 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖它采用臺(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)

9、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(dòng)輸送帶，下料傳感器 sn 檢測(cè)料槽有無物料，若無料，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動(dòng)停止等待下料；當(dāng)料槽有料時(shí)，下料傳感器輸出信號(hào)給plc，plc 控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制氣動(dòng)閥5 進(jìn)行下料，每次下料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器sa 為電感傳感器，當(dāng)檢測(cè)6 出物料為鐵質(zhì)物料時(shí)， 反饋信號(hào)送plc， 由 plc 控制氣動(dòng)閥1 動(dòng)作選出該物料；物料傳感器 sb 為電容傳感器，當(dāng)檢測(cè)出物料為鋁質(zhì)物料時(shí)， 反饋信號(hào)送plc, plc控制氣動(dòng)閥2 動(dòng)作選出該物

10、料； 物料傳感器sc 為顏色傳感器， 當(dāng)檢測(cè)出物料的顏色為待檢測(cè)顏色時(shí)， plc 控制氣動(dòng)閥3 動(dòng)作選出該物料。物料傳感器 sd 為備用傳感器。 當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時(shí)，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)輸入電壓： ac200240v（帶保護(hù)地三芯插座）消耗功率： 250w 環(huán)境溫度范圍： -540氣源：大于 0.2mpa切小于0.85mpa 1.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)分析控制對(duì)象的要求。1.3.1 功能要求材料分揀裝置應(yīng)實(shí)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）

11、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1.3.2 系統(tǒng)的控制要求系統(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后，依次接受各種傳感器檢測(cè)。如果被某種傳感器測(cè)中，通過相應(yīng)的氣動(dòng)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(gè)方面：（1）系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖7 （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）當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí)，推汽缸1 動(dòng)作（5）當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí)，推汽缸2 動(dòng)作（6）當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到材料為某一顏色時(shí)，推汽

12、缸3 動(dòng)作（7）其他物料被送到 sd 位置時(shí)，推汽缸 4 動(dòng)作（8）汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù)（9）下料槽內(nèi)無下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)8 第 2 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(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，選擇合適的plc類型，并分配 i/o點(diǎn)。2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖2-1 所示。圖2-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2 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/o點(diǎn)數(shù)，選擇 plc的型號(hào)，然后進(jìn)行i/o分配。2.2.1 確定 i/ o 點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制要求， 輸入應(yīng)該有 2個(gè)開關(guān)信號(hào)，6 個(gè)傳感器

13、信號(hào)， 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(cè)下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有 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)9 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)22 個(gè)，其中 18 個(gè)輸入， 6 個(gè)輸出。2.2.2 plc 的選擇根據(jù)上面所確定的 i/ o 點(diǎn)數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機(jī)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(gè)輸入點(diǎn)， 16個(gè)輸出點(diǎn)，滿足本系統(tǒng)的要求。2.2.3 plc 的輸入輸出端子分配根

14、據(jù)所選擇的 plc型號(hào)，對(duì)本系統(tǒng)中 plc的輸入輸出端子進(jìn)行分配，如表1所示表 1 材料分揀裝置plc 輸入 /輸出端子分配表西門子 plc(i/o) 分揀系統(tǒng)接口(i/o) 備注輸入部分i0.0 ucp(計(jì)數(shù)傳感器 ) 接旋轉(zhuǎn)編碼器i0.1 sn(下料傳感器 ) 判斷下料有無i0.2 sa(電感傳感器 ) i0.3 sb(電容傳感器 ) i0.4 sc(顏色傳感器 ) i0.5 sd(備用傳感器 ) i0.6 sfw1(推氣缸 1 動(dòng)作限位 ) i0.7 sew2(推氣缸 2 動(dòng)作限位 ) i1.0 sfw3(推氣缸 3 動(dòng)作限位 ) i1.1 sfw4(推氣缸 4 動(dòng)作限位 ) i1.2

15、sfw5(下料氣缸動(dòng)作限位) i1.3 sbw1( 推氣缸 1 回位限位 ) i1.4 sbw2( 推氣缸 2 回位限位 ) i1.5 sbw3( 推氣缸 3 回位限位 ) i1.6 sbw4( 推氣缸 4 回位限位 ) i1.7 sbw5( 下料氣缸回位限位) i2.0 sb1(啟動(dòng) ) i2.1 sb2(停止 ) 10 輸出部分q0.0 m( 輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器) q0.1 yv1( 推氣缸 1 電磁閥 ) q0.2 yv2( 推氣缸 2 電磁閥 ) q0.3 yv3( 推氣缸 3 電磁閥 ) q0.4 yv4( 推氣缸 4 電磁閥 ) q0.5 yv5( 下料氣缸電磁閥) 2.2.4 pl

16、c 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。圖2-2 plc輸入輸出接線端子圖11 2.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇主要是對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器和各個(gè)傳感器的選擇，并對(duì)其作簡要介紹。2.3.1 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，也可用來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用e6a2cw5c 旋轉(zhuǎn)編碼器 ,原理如圖 2-3 所示。圖 2-3 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測(cè)量轉(zhuǎn)速的

17、裝置。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)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(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號(hào)原理來分，可分為增量脈沖編碼器（spc）和絕對(duì)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(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成

18、本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。光電碼盤12 工作原理如下：由一個(gè)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(hào)組合成a、b、c、d，每個(gè)正弦波相差 90 度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360 度），將 c、d 信號(hào)反向，疊加在 a、b 兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)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

19、10000線。信號(hào)輸出 : 信號(hào)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(dòng)（對(duì)稱a，a-；b，b-；z，z-），htl 也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。 信號(hào)連接：編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、plc、計(jì)算機(jī)，plc 和計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。a、b 兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。 a、b、z 三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。a、a-，b、b-，z、z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的

20、連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減最小， 抗干擾最佳， 可傳輸較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于 ttl 的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。 對(duì)于 htl 的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米2.3.2 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(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)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)選用m18x1x40 電感傳感器。接線圖如圖 2-

21、4，原理圖如圖 2-5。圖2-4 m18x1x40 dc 二線常開式電感傳感器接線圖13 圖2-5 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(dǎo)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(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，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(diǎn)是：無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長；分辨率高； 靈敏度高； 線性度高、重復(fù)性好； 測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；對(duì)激勵(lì)電源

22、的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高； 不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。 電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)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(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。2.3.3 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(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。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)

23、的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用e2kx8me1 電容傳感器，接線圖可參考圖2-5，原理圖如圖 2-6。14 圖2-6 電容傳感器工作原理圖電容傳感器介紹：用電測(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí)，首先必須將被測(cè)的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換器；根據(jù)不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測(cè)的力學(xué)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(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)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

24、過長度或者長度比值進(jìn)行測(cè)量的量，而其測(cè)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(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測(cè)量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求，在精密測(cè)量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到15 m數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀，他的分辨率為 0.01 m，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為1005 m，因此他在精密小位移測(cè)量中受到青睞。對(duì)于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)量，一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測(cè)比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：(1)測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過100%；(2)靈敏度高，如用比

25、率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量可達(dá)10-7數(shù)量級(jí)；(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量，也可靜態(tài)測(cè)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(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。15 2.3.4 顏色傳感器選用taos公司生產(chǎn)的， 型號(hào)為 tcs230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。tcs230傳感器引腳如圖 2-7所示圖2-7 tcs230顏色傳感器rgb 顏色傳感器介紹：tcs230

26、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(biāo)、單電源供電等特點(diǎn)；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(gè)單一的cmos 電路上，同時(shí)在單一芯片上還集成了紅綠藍(lán)(rgb)三種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的rgb 彩色傳感器。 tcs230 的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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

27、 引腳的 soic 表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64 個(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。 其中 16 個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器，16個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器， 16 個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器，其余16 個(gè)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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的16 個(gè)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(shí)，通過兩個(gè)可編程的引腳來動(dòng)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2hz500khz， 用戶還可以通過兩個(gè)可編程引腳來選

28、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(cè)量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。當(dāng)入射光投射到tcs230上時(shí)，通過光電二極管控制引腳s2、s3的不同組合，16 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(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳s0、s1選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。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(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時(shí)，也

29、可以作為片選信號(hào)；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 是 s0、s1 及 s2、s3 的可用組合。表 2 s0、 s1 及 s2、s3 的組合選項(xiàng)s0 s1 輸出頻率定標(biāo)s2 s3 濾波器類型l l 關(guān)斷電源l l 紅色l h 20% l h 藍(lán)色h l 20% h l 無h h 100% h h 綠色2.3.5 光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。用來檢測(cè)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(gè)校準(zhǔn)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(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一

30、個(gè)小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)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 2-8 所示，其中負(fù)載可接至plc。圖 2-8 fpg 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(cè)元件，首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3 部分組成。光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光敏器件。它可用于檢測(cè)直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非

31、接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多。17 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(jī)電控制、計(jì)算機(jī)、國防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。2.3.6 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?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)，來控制角位移量，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(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。18 第 3 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是 plc控制系統(tǒng)的核心，

32、程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個(gè)設(shè)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(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)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)過的圈數(shù)，來確定物料到達(dá)傳感器的距離，19 實(shí)現(xiàn)定位功能。定

33、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 13 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。3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)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(dāng)使能端輸入有效時(shí)，檢測(cè)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輸出高速脈沖此指令為高速計(jì)數(shù)器定義指令，使能

34、輸入有效時(shí)，為指定的高速計(jì)數(shù)器分配一種工作模式。高速計(jì)數(shù)是用來累計(jì)比 plc掃描頻率更高的脈沖輸入此指令為高速計(jì)數(shù)器指令，使能輸入有效時(shí)，根據(jù)高速計(jì)數(shù)器特殊存儲(chǔ)器位的狀態(tài)，并按照 hdef指令指定的模式，設(shè)置高速計(jì)數(shù)器并控制其工作。20 下面對(duì)所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，首先i2.0啟動(dòng)后， m0.1得電并自鎖，為之后電動(dòng)機(jī)得電做好準(zhǔn)備， i2.1為停止按鈕。當(dāng) plc處于run模式時(shí)， sm0.1通電一個(gè)周期， q0.0復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。21 （2）以上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(jìn)行初始化，然后當(dāng)i0.0（下料傳感器）檢測(cè)到有料時(shí)

35、，啟動(dòng)pls（脈沖輸出）指令；如果 i0.0檢測(cè)沒有物料時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器t30，延時(shí) 30秒自動(dòng)停機(jī)。22 （3） 以上為子程序中的高速計(jì)數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計(jì)數(shù)指令的初始化操作，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)， 帶動(dòng)光電碼盤發(fā)出脈沖， 并輸入 plc的接收端， 由高速計(jì)數(shù)指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。其中設(shè)定預(yù)置值為50，當(dāng)計(jì)數(shù)至50時(shí)，調(diào)用中斷程序。23 24 （4）以上為中斷程序，當(dāng)高速計(jì)數(shù)指令計(jì)數(shù)至預(yù)置值時(shí)，這時(shí)物料移動(dòng)至傳感器的位置， m0.0得電，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于汽缸動(dòng)作需要1秒，讓電機(jī)停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物料被相應(yīng)的傳感器檢測(cè)中后，相應(yīng)的汽缸動(dòng)作，將物

36、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(dòng)作限位開關(guān)， 初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動(dòng)作時(shí)，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達(dá)動(dòng)作限位開關(guān)時(shí)，動(dòng)作限位開關(guān)閉合。25 第 4 章 控制系統(tǒng)的調(diào)試在plc軟硬件設(shè)計(jì)完成后， 應(yīng)進(jìn)行調(diào)試工作。 因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中， 難免會(huì)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(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。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

37、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(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)鐵質(zhì)材料的檢出點(diǎn)。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(dòng)，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對(duì)鋁質(zhì)材料的檢出點(diǎn)。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(lán)）指示燈，當(dāng)兩燈恰同時(shí)發(fā)光時(shí)，該靈敏點(diǎn)即為料塊顏色檢出點(diǎn)。（注：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)檢測(cè)色溫向低端移動(dòng)，否則反之）4.2 軟件調(diào)試將所編寫的梯形圖程序進(jìn)行編譯， 通過上下位機(jī)的連接電纜把程序下載

38、到plc中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯(cuò)誤。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)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(shí)都能作出正確的響應(yīng)， 需要進(jìn)行離線測(cè)試， 既不將 plc的輸出接到設(shè)備上。 按照控制要求在指定輸入端輸入信號(hào)，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。26 4.3 整體調(diào)試將設(shè)備接入 plc，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。27 結(jié)論分揀機(jī)采用可編程控制器plc 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地

39、與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)求。本系統(tǒng)采用的可編程控制器，只要結(jié)合不同的傳感器，比如根據(jù)材料的屬性、尺寸的大小、物體的顏色等選擇相應(yīng)的傳感器，就可對(duì)不同的物料進(jìn)行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。28 展望畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)大學(xué)生總結(jié)自己在大學(xué)的三年里究竟學(xué)到了些什么的最好的辦法，用心把它做好是每一個(gè)即將畢業(yè)的大學(xué)生的責(zé)任，也是對(duì)自己的能力與水平的一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)也為自己的大學(xué)生活畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。因此我必須用心的把它做的盡可能的完好。畢竟，它和平時(shí)的課程設(shè)計(jì)不一樣。歷時(shí)近一個(gè)半月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，雖說時(shí)間并不是很長，但也就是在這極短的時(shí)間內(nèi)，我在；plc 方面有了一個(gè)很大的提高，學(xué)到了很多東西。三年的大學(xué)生活在忙碌與嬉戲之中已經(jīng)悄然接近尾聲，三年以來，我們學(xué)到了什么知識(shí)，這次設(shè)計(jì)就是檢