自動分揀系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）課 題 名 稱： 自動生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè) 班 級： 10 電氣 301 學(xué) 生 姓 名： 廖 國 強(qiáng) 指 導(dǎo) 教 師： 王 俊 洲 二O一三 年 月摘 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(jī)的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(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,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(yīng)用越來越廣泛。 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)

2、 ,設(shè)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(shù)、位置控制等技術(shù),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(guān)鍵詞: 可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器ABSTRACTPLC control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it is

3、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,

4、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 beverage production, The design of an automatic sorting device with low cost and high efficiency is presented in the paper, which r

5、egards 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 eas

6、y control, which can fulfill the requirement according to different situations with little modifications.Key words： programmable logic controller，sorting device，control system，sensors目錄目錄3第一章 緒 論1第二章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計22.1 材料分揀裝置工作過程概述32.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)42.3 系統(tǒng)的設(shè)計要求5第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計63.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)63.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)63.3 檢測元件

7、與執(zhí)行裝置的選擇9第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計154.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計154.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計16第五章 控制系統(tǒng)的調(diào)試205.1 硬件調(diào)試205.2 軟件調(diào)試205.3 整體調(diào)試20結(jié) 論21總結(jié)22參考文獻(xiàn)23第一章 緒 論自動分揀系統(tǒng)（Automated Sorting System)是二次大戰(zhàn)后率先在美國、日本的物流中心中廣泛采用一種自動化作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。該系統(tǒng)的作業(yè)過程可以簡單描述如下：流動中心每天接收成百上千 家供應(yīng)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

8、 點進(jìn)行快速準(zhǔn)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(dāng)供應(yīng)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)在最短時間內(nèi)從龐大的 高層貨架存儲系統(tǒng)中準(zhǔn)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)量的商品按配送進(jìn)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。自動分煉系統(tǒng)的主要特點及發(fā)展1能連續(xù)、大批量的分解貨物。由于采用流水線自動作業(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，因此自動分揀系統(tǒng)的分揀能力是人工分揀系統(tǒng)無法比擬的。 例如，目前世界上

9、一般的自動分揀系統(tǒng)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(qiáng)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(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，除非條形碼的印制本身有差錯，否則不會出錯。因此，目前自動分解系統(tǒng)主要采取條形碼技術(shù)來識別貨物。3分揀作業(yè)基本實行無人化。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，減輕人員的勞動強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動分揀系統(tǒng)能最大限度

10、的減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員使用僅局限于以下工作：送貨車輛抵達(dá)自動分揀線的進(jìn)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(jìn)行集載裝車； 自動分揀系統(tǒng)經(jīng)營、管理與維 護(hù)。例如一個配送中心面積為十萬平方米左右，每天可分揀近 40萬件商品，僅使用400名左右員。第二章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計 PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工藝過程及控制要求。要想進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過

11、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。亞龍YL-335A 型自動生產(chǎn)線實訓(xùn)考核裝備綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC 控制和組網(wǎng)、步進(jìn)電機(jī)位置控制和變頻器技術(shù)等，在鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺上安裝送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作單元，系統(tǒng)的各個單元又采用了氣動驅(qū)動、變頻器驅(qū)動和步進(jìn)電機(jī)位置控制等技術(shù)，由一臺PLC 承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC 之間通過RS485 串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式，構(gòu)成一個典型的自動生產(chǎn)線的機(jī)械平臺。也是我們學(xué)習(xí)實操的主要裝備。其外觀如圖2 所示圖2 外觀圖 每一工作單元都可自成一個

12、獨立的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本上以氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主，但輸送單元的機(jī)械手裝置整體運動則采取步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、精密定位的位置控制，該驅(qū)動系統(tǒng)具有長行程、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅(qū)動則采用了通用變頻器驅(qū)動三相異步電動機(jī)的交流傳動裝置。位置控制和變頻器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的電氣控制技術(shù)。2.1 材料分揀裝置工作過程概述分揀單元是亞龍YL-335A 中的最末單元，完成對上一單元送來的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。如圖2-

13、1 所示分揀單元實物的全貌。圖2-1 分揀單元實物的全貌 分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、變頻器模塊、電磁閥組、接線端口、PLC 模塊、底板等。圖2-2 分揀單元的結(jié)構(gòu)組成它采用臺式結(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、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動輸送帶，下料傳感器SN檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運轉(zhuǎn)一個周期后自動停止等待下料；當(dāng)料槽有料

14、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(jìn)行下料，每次下料時間間隔可以進(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(dāng)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(dāng)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(dāng)系統(tǒng)設(shè)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(wù)。2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)輸入電

15、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0.85Mpa2.3 系統(tǒng)的設(shè)計要求系統(tǒng)的設(shè)計要求主要包括功能要求和控制要求，進(jìn)行設(shè)計之前，首先應(yīng)分析控制對象的要求。2.3.1 功能要求材料分揀裝置應(yīng)實現(xiàn)基本功能如下 （1）分揀出金屬和非金屬（2）分揀某一顏色塊（3）分揀出金屬中某一顏色塊（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2.3.2 系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進(jìn)行檢測并分類。當(dāng)待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳感器檢測。如果被某種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動裝置將

16、其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下9 個方面：（1）系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖 （2）電機(jī)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(dāng)電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸1 動作（5）當(dāng)電容傳感器檢測到鋁物料時，推汽缸2 動作（6）當(dāng)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(yīng)有動作限位保護(hù) （9）下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機(jī)第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合

17、適的PLC類型，并分配I/O點。3.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1 所示。圖3-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析控制系統(tǒng)的要求，確定I/O點數(shù)，選擇PLC的型號，然后進(jìn)行I/O分配。3.2.1 確定I/ O 點數(shù)根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個開關(guān)信號，6 個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有 5 個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10 個信號。輸出包括控制電動機(jī)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

18、個輸出。3.2.2 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(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個輸入點，16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。3.2.3 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(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I0.0UCP(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

19、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)I1.2SFW5(下料氣缸動作限位)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)I1.6SBW4(推氣缸4回位限位)I1.7SBW5(下料氣缸回位限位)I2.0SB1(啟動)I2.1SB2(停止) 輸 出 部 分Q0.0M(輸送帶電機(jī)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

20、)Q0.4YV4(推氣缸4電磁閥)Q0.5YV5(下料氣缸電磁閥)3.2.4 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3-2所示。圖3-2 PLC輸入輸出接線端子圖3.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇主要是對旋轉(zhuǎn)編碼器和各個傳感器的選擇，并對其作簡要介紹3.3.1 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(jìn)行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時，發(fā)出信號到PLC ，以進(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3-3所示。光電碼盤圖3-

21、3 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號原理來分，可分為增量脈沖編碼器（SPC）和絕對脈沖編碼器（APC）兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限

22、制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。工作原理如下：由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D，每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B 兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。分辨率：編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少

23、線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。信號輸出: 信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL），集電極開路（PNP、NPN），推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A，A-；B，B-；Z，Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機(jī)，PLC和計算機(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，用于單方向計數(shù)，單方向測速。A、B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。 A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的

24、連接，電流對于電纜貢獻(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。 對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。 對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米3.3.2 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，用來檢測金屬物體。 它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。 這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。 由此，可識別出有無金屬物體接近，進(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3-4，原理

25、圖如圖3-5。圖3-4 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖圖3-5 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)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：無活動觸點、可靠度高、壽命長；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性好；測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求

26、較高；不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。3.3.3 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(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選

27、用E2KX8ME1 電容傳感器，接線圖可參考圖3-5，原理圖如圖3-6。圖3-6 電容傳感器工作原理圖 電容傳感器介紹：用電測法測量非電學(xué)量時，首先必須將被測的非電學(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)量的特點設(shè)計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測的力學(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；這些量又都是通過長度或者長度比值進(jìn)行測量的

28、量，而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求，在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到15 m數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01 m，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為100±5 m，因此他在精密小位移測量中受到青睞。 對于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測量，一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點：(1)測量范圍大其相對變化率可超過100%；(2)靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量

29、，相對變化量可達(dá)10-7數(shù)量級；(3)動態(tài)響應(yīng)快，因其可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量；(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機(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)境下的檢測難題。3.3.4 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(lán)) 顏色傳感器，可檢測目標(biāo)物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如圖3-7所示圖3-7 TCS230顏色傳感器RGB 顏色傳感器介紹：TCS230是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩

30、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；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(lán)(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(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)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極

31、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(lán)色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從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(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠

32、適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。當(dāng)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(qiáng)對應(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是S

33、0、S1及S2、S3的可用組合。表2 S0、S1及S2、S3 的組合選項S0S1輸出頻率定標(biāo)S2S3濾波器類型LL關(guān)斷電源LL紅色LH20%LH藍(lán)色HL20%HL無HH100%HH綠色3.3.5 光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。用來檢測物體有無的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個校準(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真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。本系統(tǒng)選用FPG系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。原理如圖3-8所示，其中負(fù)載可接至PLC。圖3-8

34、 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元件，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓?，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光敏器件。它可用于檢測直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來,隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格的產(chǎn)品，它在

35、機(jī)電控制、計算機(jī)、國防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。 3.3.6 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)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(jī)轉(zhuǎn)動的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號為42BYGH101如圖3-9所示。圖3-9 步進(jìn)電動機(jī)第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計的主要任務(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)計出梯形圖。4.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫

36、出程序流程圖，如圖4-1所示。圖4-1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)。 若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖中的汽缸4 動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始;若為單次運行，則汽缸4 動作后停機(jī)。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應(yīng)用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計數(shù)器計數(shù)步進(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，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進(jìn)行分揀處理。 在汽缸13 動作后，電機(jī)重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)。 如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測到物體，則電機(jī)重新運行，

37、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(jìn)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(jìn)行修改即可。4.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)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(dāng)使能端輸入有效時，檢測用程序設(shè)置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定義得脈沖操作，從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖此指令為高速計數(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)，并按

38、照HDEF指令指定的模式，設(shè)置高速計數(shù)器并控制其工作。下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機(jī)得電做好準(zhǔn)備，I2.1為停止按鈕。當(dāng)PLC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。（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(jī)。（3）以上為子程序中的高速計數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計數(shù)指令的初始化操作，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，帶動光電碼盤發(fā)出脈沖

39、，并輸入PLC的接收端，由高速計數(shù)指令進(jìn)行計數(shù)，計算步進(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)計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。（4）以上為中斷程序，當(dāng)高速計數(shù)指令計數(shù)至預(yù)置值時，這時物料移動至傳感器的位置，M0.0得電，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于汽缸動作需要1秒，讓電機(jī)停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當(dāng)物料被相應(yīng)的傳感器檢測中后，相應(yīng)的汽缸動作，將物料推下。I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7為汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2為汽缸的動作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動作時，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達(dá)動作限位開關(guān)時，動作

40、限位開關(guān)閉合。第五章 控制系統(tǒng)的調(diào)試在PLC軟硬件設(shè)計完成后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也需事先調(diào)試好。5.1 硬件調(diào)試1電感傳感器的調(diào)試在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)材料的檢出點。2電容傳感器的調(diào)試在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度

41、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(lán)）指示燈，當(dāng)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）5.2 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(yīng)，需要進(jìn)行離線測試，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，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若

42、輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。 5.3 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。結(jié) 論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強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設(shè)計采用標(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，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)求。本系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，基本上可以滿足了制造業(yè)大批量、多品種快速生產(chǎn)以及對物料的分配和管理的需要。該系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點。本系統(tǒng)采