材料分揀plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

材料分揀plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文主要闡述了以PLC為核心的物料分類控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)自動(dòng)分選系統(tǒng)由料槽，傳送帶，傳感器，電磁換向閥，氣缸等部分構(gòu)成。物塊進(jìn)入料槽后，位于料槽底部的壓力傳感器檢測到物塊進(jìn)入并打開底部開關(guān)，物塊進(jìn)入傳送帶，在輸送帶的各個(gè)部位，分別裝有感應(yīng)、電容、顏色、接近等傳感器。并且對(duì)應(yīng)不同的氣缸和下料口，通過光學(xué)傳感器對(duì)不同物塊的種類進(jìn)行精確識(shí)別，并反饋到不同的輸入口，每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)一種物塊。由PLC輸出口控制氣缸根據(jù)不同的輸入信號(hào)做相應(yīng)動(dòng)作將物塊推入對(duì)應(yīng)下料口，實(shí)現(xiàn)不同物料的精確分揀。工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜，各種化學(xué)物理污染及其嚴(yán)重，傳統(tǒng)控制設(shè)備一直無法克服使用壽命和控制要求的穩(wěn)準(zhǔn)快等問題，PLC的問世大大解決了這些難題，這也決定了PLC將會(huì)有很好的適應(yīng)性和發(fā)展前景。本文是根據(jù)本科階段的學(xué)習(xí)實(shí)踐，參閱各類控制相關(guān)書籍，以及學(xué)習(xí)各類PLC控制實(shí)例之后，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行延申，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要進(jìn)行的PLC實(shí)際控制創(chuàng)新設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)控制；材料分揀AbstractThispapermainlyexpoundsthedesignofthematerialclassificationcontrolsystemwithPLCasthecore.Thewholeautomaticsortingsystemiscomposedofmaterialtank,conveyorbelt,sensor,electromagneticreversingvalve,cylinderandotherparts.Aftertheblockentersthematerialtank,thepressuresensorlocatedatthebottomofthematerialtankdetectsthattheblockentersandopensthebottomswitch.Thentheblockenterstheconveyorbelt.Ateachpartoftheconveyorbelt,sensorsareequippedwithinduction,capacitor,color,proximity,etc.Accordingtodifferentcylindersandfeedingports,thetypesofdifferentblocksareaccuratelyidentifiedbyopticalsensorsandfedbacktodifferentinputports,andeachinputsignalcorrespondstoablock.ThePLCoutputportcontrolsthecylindertodothecorrespondingactionaccordingtothedifferentinputsignalstopushtheblockintothecorrespondingfeedingport,torealizetheaccuratesortingofdifferentmaterials.Theindustrialproductionenvironmentisharsh,theworkingconditionsarecomplex,variouschemicalandphysicalpollutionandserious,thetraditionalcontrolequipmenthasbeenunabletoovercometheservicelifeandcontrolrequirementsofstabilityandfastproblems,theadventofPLChasgreatlysolvedtheseproblems,whichalsodeterminesthatPLCwillhaveagoodadaptabilityanddevelopmentprospects.Thisarticleisbasedontheundergraduatelearningpractice,referringtovariouskindsofcontrolrelatedbooks,andlearningvariouskindsofPLCcontrolexamples,therelevantknowledge,accordingtotheactualneedsofPLCproductionactualcontrolinnovationdesign.Keywords:PLC;automaticcontrol;materialsorting

目錄289541.1PLC簡介 緒論1.1PLC簡介PLC(英文為ProgrammableLogicalController)。1987年，IEC公布了PLC的確切定義：可編程邏輯控制器是一種為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字控制系統(tǒng)。美國DEC于1969年首次將可編程控制器用于工業(yè)生產(chǎn)。程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)順序控制、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)等等的運(yùn)算命令。PLC是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，解決了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)布線復(fù)雜，可靠性差，功耗大，易損壞，通用性差等問題，使得微處理器的快速處理能力在PLC中的應(yīng)用得到了最大的發(fā)展。而且PLC設(shè)計(jì)之初就考慮到工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際操作人員可能并沒有學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程，對(duì)于計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)編程，技術(shù)人員學(xué)習(xí)來很陌生且吃力，因此設(shè)計(jì)出了梯形圖編程器。PLC操作人員不需要學(xué)習(xí)一門專業(yè)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程語言，不要求具備計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，其簡單的命令形式與傳統(tǒng)的繼電器電路相似，因此，熟悉繼電器控制線路的技師可以更好地理解梯形圖。此外，梯形圖還很容易查錯(cuò)和調(diào)試。相關(guān)工作人員按照工作要求購買到合適的PLC后，只需要按照設(shè)備指導(dǎo)書進(jìn)行布線和用戶梯形圖編寫。使PLC能夠簡單方便地在生產(chǎn)實(shí)踐中使用。1.2PLC的特點(diǎn)PLC是上世紀(jì)80年代興起的一種專用的工業(yè)控制裝置，其自身有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和控制特性，與傳統(tǒng)控制設(shè)備相比在重工業(yè)生產(chǎn)中PLC有著無可比擬的地位。1.2.1PLC的優(yōu)點(diǎn)PLC是一種高性價(jià)比和功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器，它擁有數(shù)千個(gè)可供用戶使用的程序單元?？梢愿咝У膶?shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，使極其復(fù)雜的控制過程變得有序且易控。PLC具有聯(lián)網(wǎng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多地控制以及遠(yuǎn)程控制，對(duì)多個(gè)控制對(duì)象進(jìn)行集中管理。該系統(tǒng)與常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)相比，具有維修方便、易于操作、價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。隨著PLC的更新和換代，PLC的外圍模塊裝置種類越來越多，這些模塊具有較多的功能，可以很方便的進(jìn)行接線，在PLC設(shè)計(jì)的控制設(shè)備中，僅需要將相應(yīng)于PLC終端的輸入/輸出(I/O)信號(hào)線路連接起來，就無需連接復(fù)雜的繼電器和極其復(fù)雜的硬件電路。一般PLC可以接受24V的電信號(hào)且電源可選用24VDC/220VAC，而且可以根據(jù)控制要求選擇輸入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的各種模擬量。PLC的輸出端口可以根據(jù)控制要求直接控制AC24V或者DC220V的設(shè)備，因此，具有高負(fù)載能力的PLC可直接驅(qū)動(dòng)各類電磁閥及接觸器。根據(jù)功能選擇還可以直接輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模擬量(電壓、電流)控制信號(hào)。這也是傳統(tǒng)控制器所不具備的能力。1.2.2PLC的可靠性和抗干擾能力PLC具有高可靠性、高抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，其主要特征有：（1）在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，采用了大量的繼電器和時(shí)序繼電器，產(chǎn)生了大量的觸電，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作條件復(fù)雜，金屬觸點(diǎn)易氧化生銹，接觸不良，繼電器控制系統(tǒng)極易失效。PLC把許多中繼繼電器、時(shí)間繼電器等作為軟件部件，僅保留了一些與輸入、輸出相關(guān)的硬件裝置。該系統(tǒng)采用程序設(shè)計(jì)，可以對(duì)不同的信號(hào)、控制過程進(jìn)行檢測、處理，從而提高了系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力、使用簡便。在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。因此，大大減少了由于接觸不良而引起的故障。（2）PLC的輸入、輸出通道都是采用了光電隔離技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電線路與PLC的內(nèi)部控制線路之間的電絕緣，有效地抑制對(duì)PLC工作的干擾，屏蔽功能PLC有很多種，可以有效地過濾電源和線路，將高頻干擾抑制或消除。PLC外部有優(yōu)良的屏蔽層，可以有效地屏蔽各種電磁干擾以確保CPU等重要部件的穩(wěn)定運(yùn)行。（3）PLC的工作模式為循環(huán)掃描，能有效地降低外界環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)造成的不良影響。PLC的軟件自帶故障檢測與自診斷功能，能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并判定系統(tǒng)的硬件電路故障。如果外部干擾引起故障，處理器會(huì)立即保存當(dāng)前操作信息，一些引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的操作會(huì)被禁止。如果外部干擾消失，工作環(huán)境恢復(fù)正常，就可以在故障發(fā)生前的操作處恢復(fù)工作。工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜，各種化學(xué)物理污染及其嚴(yán)重，PLC為解決這些問題在結(jié)構(gòu)上對(duì)溫度、抗潮、防塵、抗震等也都有很精確的考慮。因而，PLC相對(duì)于普通的控制系統(tǒng)，具有較高的可靠性，具有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠直接用于強(qiáng)干擾性的工業(yè)現(xiàn)場，并且能夠連續(xù)地工作。根據(jù)PLC在各種控制系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)行情況，大量工廠實(shí)際應(yīng)用過程中檢測出的數(shù)據(jù)表明，PLC正常工作的平均時(shí)間可達(dá)到幾萬小時(shí)，使用壽命更是高達(dá)10萬小時(shí)之多。1.2.3PLC的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及維護(hù)PLC通過軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電器控制系統(tǒng)中的大量繼電器的建立與設(shè)計(jì)，從而使控制電路的設(shè)計(jì)更加直觀、簡潔，PLC的梯形圖也更加簡潔。繼電控制系統(tǒng)的電路圖與梯形圖十分類似，其優(yōu)勢在于容易理解。對(duì)工業(yè)繼電器控制系統(tǒng)有一定了解的人，可以很容易地掌握這一程序，并把它應(yīng)用到切換邏輯控制中去。由于減少了控制柜及繁雜的繼電器電路，與設(shè)計(jì)傳統(tǒng)控制電路相比設(shè)計(jì)梯形圖所需要的時(shí)間也大大減少。PLC具有完善的仿真體系，按照控制要求設(shè)計(jì)好梯形圖后可以先進(jìn)行仿真模擬調(diào)試，以確保程序的可靠性，然后再進(jìn)行實(shí)物測試。PLC自帶LED指示燈可以直觀的觀察輸入和輸出的工作狀態(tài)，調(diào)試完成后，現(xiàn)場設(shè)置PLC控制裝置進(jìn)行調(diào)試。整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)試程序由人工完成。調(diào)試完畢后，將系統(tǒng)投入使用。實(shí)驗(yàn)表明：在調(diào)試過程中，只要對(duì)梯形圖進(jìn)行修正，就能得到很好的解決，并且比繼電器系統(tǒng)的調(diào)試周期更短。由于PLC及其模塊內(nèi)部包含了各類通用接口電路，由PLC組成的控制系統(tǒng)外部接線簡單、方便，設(shè)計(jì)周期短，可操作性強(qiáng)。可編程控制器具有較低的故障率，具有完整的自我檢查和顯示功能。當(dāng)PLC自身、外部輸入設(shè)備、執(zhí)行器等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過PLCLED及程序軟件所提供的信息，能迅速判斷出故障的根源。若是PLC自身出現(xiàn)故障，可快速地更換相關(guān)組件以修復(fù)系統(tǒng)。這樣可以極大地減少維護(hù)工作量，減少人力資源的浪費(fèi)。1.2.4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的高可靠性，適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單，因此它的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。隨著微機(jī)的價(jià)格不斷降低，PLC的成本也不斷降低，它的性能和使用范圍也會(huì)越來越廣泛。PLC不僅能替代繼電系統(tǒng)控制，還能用來解決模擬量閉環(huán)控制及較復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。PLC在工業(yè)自動(dòng)化中占有很大比重，目前已經(jīng)成為自動(dòng)化設(shè)備中的佼佼者。1.3可編程控制器的工作原理可編程控制器主核心外部有撥動(dòng)開關(guān)，其對(duì)應(yīng)三個(gè)模式分別為RUN、STOP、TERM，這三個(gè)模式分別為運(yùn)行、停止和自動(dòng)。打開PLC的RUN模式后，PLC運(yùn)行用戶編寫的梯形圖，實(shí)現(xiàn)需要的控制功能；由于輸入信號(hào)隨時(shí)可能發(fā)生變化，所以為了及時(shí)響應(yīng)變化的信號(hào)，用戶編寫的程序要執(zhí)行數(shù)次，一直到PLC切換模式或者斷掉電源。PLC采用掃描工作模式，在多個(gè)控制任務(wù)的情況下，僅可按一定時(shí)間完成，即一次連續(xù)操作一次，連續(xù)操作一次，這種連續(xù)操作的過程叫做PLC掃描工作方式。由于PLC內(nèi)部的單片機(jī)處理速度較快，所以這種分時(shí)處理方式幾乎可以同時(shí)工作?？删幊炭刂破鬟\(yùn)行時(shí)會(huì)執(zhí)行內(nèi)部處理、然后執(zhí)行通信服務(wù)、運(yùn)行方式檢查、采樣、用戶程序執(zhí)行等操作。循環(huán)可以分為6個(gè)階段(如圖所示)。（1）在進(jìn)行內(nèi)部處理的時(shí)候，PLC對(duì)CPU和內(nèi)部硬件進(jìn)行自檢，檢測硬件工作能否正常進(jìn)行。重置監(jiān)視器計(jì)時(shí)器，并進(jìn)行其他內(nèi)部工作。（2）在通信服務(wù)階段，可編程控制器與微處理器通訊智能裝置對(duì)程序設(shè)計(jì)者的指令輸入做出反應(yīng)，并更新程序設(shè)計(jì)者的顯示內(nèi)容。(3)在輸入處理過程中，輸入圖像寄存器中會(huì)存入所有外部輸入電路的開/關(guān)狀態(tài)，然后被CPU讀取。（4）在程序操作時(shí)，輸入圖象寄存器的狀態(tài)不發(fā)生變化，只有在下一次掃描期間的輸入處理階段才能讀出輸入信號(hào)狀態(tài)的變化。（5）CPU在輸出過程中向輸出鎖存器發(fā)送輸出圖象寄存器的ON/OFF狀態(tài)。圖1-1循環(huán)6個(gè)階段總之，盡管PLC的抗干擾性很好，但其串行掃描方式、輸入接口信號(hào)發(fā)送時(shí)延以及輸出接口中的驅(qū)動(dòng)單元延時(shí)都會(huì)造成PLC的響應(yīng)延遲，但是在普通的工業(yè)控制中，這樣的滯后是也是可以接受的。

2材料分揀控制系統(tǒng)概述2.1智能分揀系統(tǒng)特點(diǎn)智能選擇系統(tǒng)通常具有高選擇效率、低選擇錯(cuò)誤率和基本上無人的特征：（1）能連續(xù)、高效的分揀貨物全自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、人力等因素的影響，自動(dòng)分揀設(shè)備能24小時(shí)連續(xù)工作，每小時(shí)對(duì)成千上萬件商品進(jìn)行篩選。另一方面，用人工進(jìn)行分揀，同數(shù)量的物品則需要更多的人力，而且工人不可能連續(xù)工作24小時(shí)，8小時(shí)制是對(duì)工人的最高要求。（2）分揀誤差率極低自動(dòng)分類系統(tǒng)的分類誤差與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和識(shí)別方法有關(guān)。通常，自動(dòng)分類系統(tǒng)在某種程度上可以容忍輸入錯(cuò)誤。由于商品條碼具有唯一性和不可復(fù)制性，所以在自動(dòng)分揀系統(tǒng)中，如果用條形碼掃描輸入，出錯(cuò)的可能性很小。一般只有條碼錯(cuò)誤才會(huì)導(dǎo)致分揀錯(cuò)誤(事實(shí)上目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)的識(shí)別主要依賴于條碼識(shí)別，以及通過RFID存儲(chǔ)和識(shí)別信息)。（3）分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無人化使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的最主要目的就是解放人力，增加分揀效率，減少分揀誤差，從根本上無人化。2.2常見分揀系統(tǒng)的種類與特性分類系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合性的、多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它要求有特定的技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境，因而在不同的行業(yè)、不同的場合下，其功能要求也會(huì)多種多樣。分類設(shè)備種類繁多，其中常用的分類方式有：交叉帶式、翻板式、滑塊式、導(dǎo)軌式輸送機(jī)、導(dǎo)輪式、模組式、擺臂式、AGV式、直線窄帶式等。每種類型的分揀機(jī)都應(yīng)用于不同的場景，本設(shè)計(jì)使用導(dǎo)軌傳送帶式。2.3分揀系統(tǒng)發(fā)展趨勢由于我國快遞服務(wù)業(yè)務(wù)以價(jià)格波動(dòng)較大的電子商務(wù)快遞為主，因此，我國電子商務(wù)快件系統(tǒng)實(shí)施緩慢，而需求集中，發(fā)展迅速。近年來，我國平均工資越來越高，相應(yīng)的人工分揀方式成本也越來越高。隨著自動(dòng)化分選技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用不斷降低，使得自動(dòng)分選設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。采用自動(dòng)分類裝置，可以節(jié)約人力資源的3~5倍。隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)物流的需求也日益提高。如何在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速、高效、節(jié)約成本，是目前快遞企業(yè)急需解決的問題。隨著物流行業(yè)快速發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫(Airbnb)，分揀機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備必將成為未來幾年快遞市場中重要的組成部分。預(yù)計(jì)未來5年，以跨區(qū)分選機(jī)為主的分選機(jī)需求量將超過5000臺(tái)，自動(dòng)分選機(jī)市場前景看好。2.4本課題主要研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)是可編程控制器S7-200為核心控制器，通過普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶帶動(dòng)物料運(yùn)行，在傳送帶周圍放置不同傳感器用以識(shí)別不同物料。通過感應(yīng)、電容、顏色、接近等傳感器，準(zhǔn)確地識(shí)別出不同的材料，然后通過氣缸運(yùn)動(dòng)將相應(yīng)的材料送入不同的排料口，從而達(dá)到準(zhǔn)確的分類。以達(dá)到節(jié)約人力資源、快速分類，自動(dòng)生產(chǎn)的目的。

3材料分揀控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計(jì)方案。通過各種不同類型的傳感器和傳送帶組成分選系統(tǒng)，通過電感傳感器，電容檢測傳感器、顏色檢測傳感器、接近傳感器識(shí)別不同物塊，然后由S7-200通過IO口控制氣缸推動(dòng)物塊，最后實(shí)現(xiàn)物塊自動(dòng)分類。3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定控制方案。（2）利用AltiumDesigner20設(shè)計(jì)硬件原理圖。（3）畫出程序流程圖，使用V4.0STEP7MicroWINSP9進(jìn)行梯形圖編程。（4）運(yùn)行調(diào)試梯形圖，用仿真軟件測試梯形圖的可行性。（5）進(jìn)行調(diào)試以實(shí)現(xiàn)控制功能。3.2系統(tǒng)基本組成材料分揀系統(tǒng)由S7-200、料槽、傳送帶、氣缸、電感傳感器、電容檢測傳感器、顏色檢測傳感器、接近傳感器，電磁閥等組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下。圖3-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（1）PLC電路本系統(tǒng)采用S7-200作為控制單元。S7-200具有低成本、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、低電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)相比有很高的優(yōu)越性（2）普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶：直流電機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能力，可以在超負(fù)荷工況下驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)的無級(jí)調(diào)速，速度調(diào)控范圍非常廣。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)中。與交流電機(jī)相比直流電機(jī)的啟動(dòng)力矩更大。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)均勻、經(jīng)濟(jì)；另外，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，價(jià)格低廉，適合在高功率場合使用；由于直流系統(tǒng)中沒有勵(lì)磁繞組，因而不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，是一種理想的動(dòng)力源。所以，凡是在重載情況下起動(dòng)或要求同步調(diào)速的機(jī)器，如大型起重機(jī)、電動(dòng)軌道車、可逆軋機(jī)等，均采用直流電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)亦使用普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶作為物料傳動(dòng)器。（3）氣缸：引導(dǎo)活塞在氣缸內(nèi)進(jìn)行直線式往反運(yùn)動(dòng)的圓柱形金屬裝置。本設(shè)計(jì)采用雙作用氣缸：從活塞的兩邊輪流供給空氣，使其沿一方或兩方輸出力。24V的微型壓氣機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞，使其向兩側(cè)供給空氣，使其向內(nèi)或向外推進(jìn)。（4）先導(dǎo)式電磁閥：通電后，利用電磁動(dòng)力開啟導(dǎo)流孔，使上腔內(nèi)的壓力急劇下降，在閉合口附近形成一個(gè)較大的上壓差，由氣壓推動(dòng)閉合，使閥開啟；切斷電源后，彈力關(guān)閉引導(dǎo)孔，進(jìn)口的壓力通過旁通腔的孔徑，快速地在關(guān)閥件附近形成一個(gè)低壓上壓差，從而使閥門關(guān)閉。（5）電感傳感器：電感傳感器也稱為金屬傳感器。該傳感器由振蕩電路、檢測回路、放大回路、分解回路和輸出電路回路等組成，打開開關(guān)的時(shí)候，高頻振蕩電路在感應(yīng)表面形成交叉電磁場，金屬內(nèi)部的渦流吸收發(fā)生器中的交變電磁場能量，減弱或停止發(fā)生器。發(fā)生器能量發(fā)生變化的兩種狀態(tài)通過檢測電路轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，放大電路中的放大信號(hào)后，啟動(dòng)輸出晶體管電路的工作，并產(chǎn)生切換信號(hào)。因此，檢測金屬的存在，達(dá)到檢測金屬的目的，具有行程開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)的特點(diǎn)，并具有傳感性能、運(yùn)動(dòng)可靠性、穩(wěn)定性、頻率響應(yīng)、高抗干擾性，具有防水、防振、耐腐蝕等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用LJ18A3-8-Z/BY電感式三線PNP常開金屬傳感器。（6）電容測量傳感器：電容式傳感器是一種變送器，它能把測量到的物理或力學(xué)的量轉(zhuǎn)化為電容的改變，本設(shè)計(jì)采用TRD12-4DP型PNP常開式電容式檢測傳感器，當(dāng)檢測到鋁質(zhì)材質(zhì)的物料時(shí)對(duì)應(yīng)距離感應(yīng)比值>30%即可檢測到鋁制物料，并反饋24V高電平信號(hào)。（7）顏色檢測傳感器：色標(biāo)傳感器是指檢測各種色彩，處理速度快的傳感器。其原理：用一個(gè)光敏電阻和一組光電二極管組成的電路把輸入的電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)顏色對(duì)應(yīng)的電流。自動(dòng)適應(yīng)波長以檢測灰度值的微小差異。色標(biāo)傳感器可以通過將物體與非顏色編碼區(qū)域進(jìn)行比較來檢測物體上的斑點(diǎn)，而不是直接檢測顏色。色標(biāo)傳感器是一種倒置設(shè)備，它的光源是垂直于目標(biāo)的，接收機(jī)被安裝在目標(biāo)的尖角上，這樣它就可以探測到目標(biāo)的散射光線，防止傳感器直接接收到反射的光，并使光束的焦點(diǎn)非常狹窄。（8）接近傳感器：其工作原理是：在被測物質(zhì)表面粘貼一層導(dǎo)電薄膜(或金屬氧化物)，通過檢測膜與接地導(dǎo)體間的電勢差，一種用于判定接觸狀態(tài)的無接觸測試設(shè)備。在一般條件下，被測電極與地面間存在著一定的電容，在被測對(duì)象接近被測電極時(shí)，會(huì)因被測電極上的電壓升高而產(chǎn)生電致偏振。被探測到的對(duì)象離被探測的電極越近，所產(chǎn)生的電荷就會(huì)越多。[5]隨著電荷量增加，距離和電容的變化被轉(zhuǎn)換為向外開關(guān)信號(hào)和輸出。達(dá)到檢測物體的目的。本設(shè)計(jì)采用TR12-4DPNP常開接近傳感器。

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1PLC外部電路總體搭建該設(shè)計(jì)需要5個(gè)輸入和5個(gè)輸出，因此可以使用西門子S7-200CPU222型PLC，該系列PLC集成了14個(gè)I/O口的8個(gè)輸入和6項(xiàng)輸出。使用6K字節(jié)存儲(chǔ)空間可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。有四個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器和兩個(gè)獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。具有PPI通信協(xié)議、PPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力的RS485通訊/編程口。適用于微型控制器小點(diǎn)數(shù)控制。[1]下面展示了S7-200的接線圖,在這個(gè)連接圖中,外部輸入設(shè)備都用開關(guān)表示,負(fù)載則以電阻代表，CPU222模塊典型的外圍接線如圖所示。圖4-1CPU222模塊典型的外圍接線圖西門子S7-200CPU222型PLC外觀如圖所示圖4-2西門子S7-200CPU222型PLC外觀圖4.1.1輸入端口分配(1)I0.0接啟動(dòng)開關(guān)，是整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)的控制開關(guān)，I0.0接通后便可以上料(2)I0.1接料場底部壓力傳感器，當(dāng)有物料進(jìn)入時(shí)，傳感器反饋高電平信號(hào)，打開料槽底部出料口，同時(shí)傳送帶開始運(yùn)行(3)I0.2連接電感傳感器，用于檢測材料是否為鐵質(zhì)，如果為鐵質(zhì)，則反饋高電平電信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電磁閥。(4)I0.3接電容傳感器，用以檢測物料是否為鋁質(zhì)，若為鋁制物料則反饋高電平電信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)電磁閥。(5)I0.4接顏色傳感器，用以檢測物料是否為紅色，動(dòng)作同上(6)I0.5接接近傳感器，如果過來的物料不屬于前面三種類型中的任意一種，則會(huì)觸發(fā)接近傳感器，對(duì)應(yīng)電磁閥啟動(dòng)，將物料推入其他下料口(7)I0.6接復(fù)位開關(guān)，I0.6閉合則系統(tǒng)重啟。4.1.2輸出口分配(1)Q0.0連接料槽對(duì)應(yīng)的下料口，當(dāng)壓力傳感器檢測到物料時(shí)，Q0.0動(dòng)作啟動(dòng)下料開關(guān)。(2)Q0.1連接傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，開始下料時(shí)Q0.1動(dòng)作驅(qū)動(dòng)傳送帶運(yùn)行(3)Q0.2~Q0.5對(duì)應(yīng)氣缸1~氣缸4相應(yīng)的電磁閥，每種物料被檢測出都會(huì)有一個(gè)輸出口做相應(yīng)動(dòng)作(4)Q0.6是電源指示燈。4.1.3I/O分配表表4-1輸入輸出接線如下輸入SB1INFEALREDOSB2I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6輸出SW1MS1S2S3S4SW2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.64.2傳送帶及氣缸（1）傳送帶：傳動(dòng)設(shè)備采用24V電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式直線輸送機(jī)，帶式直線傳送帶廣泛用于食品加工、快遞輸送、物料傳遞等生產(chǎn)實(shí)踐中。由于直流電機(jī)啟動(dòng)快、扭矩大、易調(diào)速，因此由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式直線傳送帶有較高的平穩(wěn)性。直流電機(jī)接線如下圖3，由于選用低電壓直流電機(jī)，故可以使用PLC輸出端直接驅(qū)動(dòng)，省去了很多外部電路設(shè)計(jì)。圖4-3直流電機(jī)接線圖（2）氣缸：本設(shè)計(jì)采用MAL16X25雙作用氣缸，交替地從每個(gè)活塞供應(yīng)空氣，產(chǎn)生單向或雙向的力。由24V小型氣壓機(jī)提供氣動(dòng)力。可產(chǎn)生8-10公斤的推力，最大工作范圍50-80cm。采用4位雙匯流板電磁閥組作為氣體開關(guān)，確保精準(zhǔn)控制氣缸的伸出和縮進(jìn)。電磁閥原理接線圖如下圖所示。圖4-4電磁閥原理接線圖（3）電磁閥實(shí)物接線示意圖如下圖所示圖4-5電磁閥實(shí)物接線示意圖4.3傳感器電路設(shè)計(jì)（1）電感傳感器LJ18A3-8-Z/BY型金屬感應(yīng)器采用6-36V直流電源，供電電源選擇較為寬泛，對(duì)于24VPLC來說是較為不錯(cuò)的選擇，信號(hào)端輸出24V直流電可以直接連接PLC輸入端口。此傳感器開關(guān)頻率為200HZ延遲可以基本忽略。此外此傳感器對(duì)環(huán)境要求極低，能在零下30度至70度的環(huán)境下正常工作對(duì)復(fù)雜工況適應(yīng)性較強(qiáng)。LJ18A3-8-Z/BY是PNP常開型感應(yīng)開關(guān)，有三個(gè)端子分別對(duì)應(yīng)正負(fù)極和信號(hào)端，當(dāng)檢測到物體是可以輸出開關(guān)量作為檢測信號(hào)。傳感器端子結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖4-6傳感器端子結(jié)構(gòu)圖（2）電容檢測傳感器TRD12-4DP型PNP常開式電容式檢測傳感器，專門用于測量鋁制材料。由于選用24VPLC作為主核心，為方便搭線本設(shè)計(jì)采用PNP常開式電容式檢測傳感器，輸出信號(hào)端可直接連接PLC輸入端。當(dāng)傳感器檢測到鋁制材料時(shí)，黑色信號(hào)線會(huì)輸出一個(gè)高電平開關(guān)信號(hào)。傳感器端子和簡略電氣結(jié)構(gòu)如下圖。圖4-7傳感器端子和簡略電氣結(jié)構(gòu)圖（3）顏色檢測傳感器表4-2PZ-LX101型色標(biāo)傳感器相關(guān)電氣參數(shù)如下型號(hào)PZ-LX101，PNP輸出光源4元素發(fā)光二極管反應(yīng)時(shí)間MARK模式50um輸出選擇LIGHT-ON/DARK-ON顯示器操作指示燈：紅色發(fā)光二極管雙重?cái)?shù)位監(jiān)視器：雙重七位數(shù)展示閾值和當(dāng)前值一起點(diǎn)亮。當(dāng)前值范圍0~9999。檢測方法光強(qiáng)度檢測MARK以及顏色自動(dòng)匹配檢測，顏色+光亮值檢測電源12至24VDC（4）接近傳感器TR12-4DPNP常開接近傳感器也是電容式傳感器，其基本結(jié)構(gòu)與TRD12-4DP型PNP常開式電容式檢測傳感器類似，電氣參數(shù)相同。其利用物體接近電容引起電容值變化，利用距離與電容的正比例關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)電信號(hào)以達(dá)到檢測物體靠近的目的（5）傳感器整體連接示意圖如下圖10所示，本設(shè)計(jì)應(yīng)用的四個(gè)傳感器公用同一24V直流電源，相互組合連接，與PLC組成檢測系統(tǒng)。圖4-8傳感器整體連接示意圖4.4整體電路圖搭建圖示下圖11展示了基于PLC的材料分揀控制系統(tǒng)的整體電路圖示。圖中開關(guān)SB1是材料分揀系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，IN表示位于料槽底部的壓力傳感器，F(xiàn)E、AL、RED、O、分別表示電感傳感器、電容檢測傳感器、顏色檢測傳感器、接近傳感器輸出的開關(guān)信號(hào)，SB2是材料分揀系統(tǒng)停止按鈕。LED燈SW是料槽開啟指示燈，亮起表示物料進(jìn)入傳送帶。M是傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)。S1-S4是四個(gè)電磁閥，分別控制四個(gè)氣缸的伸縮。圖4-9整體電路圖搭建圖示

5梯形圖設(shè)計(jì)5.1梯形圖根據(jù)相關(guān)功能設(shè)計(jì)梯形圖，主要用到位邏輯中的常開、常閉、置位和復(fù)位，以及接通延時(shí)型定時(shí)器指令TON。(時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際要求作適當(dāng)調(diào)整，這里為了仿真更加直觀設(shè)置為3s)傳感器檢測到物體，輸出開關(guān)信號(hào)，對(duì)應(yīng)位邏輯閉合，對(duì)應(yīng)輸出端置位，氣缸導(dǎo)桿伸出，經(jīng)過一定時(shí)間定時(shí)器