基于PLC控制的多傳感器物料自動分揀系統(tǒng)

第1章緒論1.1課題研究目的及意義自動供料系統(tǒng)是當今常見的工業(yè)生產(chǎn)設備，因步進電機有如下各種特點：是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行單元，是一種利用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角位移或直線位移的執(zhí)行電機。其中步進電機最大的應用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進電機不需要A/D轉換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉化成為角位移，所以被認為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。隨著步進電動機技術的發(fā)展，步進電動機已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。由于計算機技術的發(fā)展，使得步進電動機獲得了廣泛的應用和普及，除了在數(shù)控機床上的應用、計算機外圍設備、鐘表、數(shù)字控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)裝置中得到應用。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。故自動供料系統(tǒng)步進控制有很廣泛應用價值。步進電機的優(yōu)點包括在寬廣的頻率范圍內可以實現(xiàn)調速，快速起停、正反轉控制及制動等，因此步進電機控制系統(tǒng)對步進電機的運行性能具有重要影響。現(xiàn)在比較典型的控制方法是使用單片機產(chǎn)生脈沖序列來控制步進電機。但是，采用單片機控制，不僅需要設計復雜的控制程序和I/O接口電路，實現(xiàn)較為麻煩，而且對工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境適應性差，可靠性不高。相比之下，基于PLC控制的步進電機具有設計簡單、實現(xiàn)方便、定位精度高、參數(shù)設置靈活等優(yōu)點，在工業(yè)過程控制中使用可靠性高，監(jiān)控方便，已成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。因此，用PLC來控制步進電動機在實際的控制系統(tǒng)中應用非常廣泛，具有非常實際的價值。1.2國內外研究現(xiàn)狀國內研究現(xiàn)狀：高崇暉，趙震，李玉強，陸霓鳳，劉福強在《汽車覆蓋件自動沖壓生產(chǎn)線虛擬仿真技術研究》中提出自動沖壓生產(chǎn)線是由多臺壓力機串聯(lián)組成，以帶有真空吸盤的端拾器在工位間自動傳遞工件。本文分析了自動沖壓線各部件的運動規(guī)律，提取相關數(shù)據(jù)構建具有等效運動的凸輪，以分段函數(shù)定義運動時序關系，建立了虛擬運動模型。對汽車行李箱外板模具進行了運動仿真，檢查運動干涉情況，仿真結果與實際相符，實現(xiàn)了預期的目標。符起賢，張貴成在《一種新型的多機連線自動搬運生產(chǎn)線》中介紹一種新型的多機連線自動搬運生產(chǎn)線，闡述了該生產(chǎn)線的結構特點及工作原理。多機連線自動搬運生產(chǎn)線具有送料精度高及生產(chǎn)效率高等特點，可實現(xiàn)零件的批量化及自動化生產(chǎn)，為滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)和市場需求提供了設備保障。肖艷軍，李磊，周婧，關玉明在《基于PLC的自動續(xù)料機械手》中介紹了一種基于PLC控制的新型自動續(xù)料機械手結構。該裝置應用于沖壓生產(chǎn)過程中對各工位自動續(xù)料。對該裝置的主要機械結構、動作方式、電氣控制原理、控制方式做了詳細的表述。國外研究現(xiàn)狀：國外關于此的研究多如過江之鯽，探討的廣度和深度都比國內更進一步。在1969年的美國，研制出了世界上第一臺的PLC是數(shù)字設備公司(DEC)，并且得到了廣泛的認可和應用。之所以命名為PLC是因為當時只可以進行邏輯運算。隨著科技的不斷進步和發(fā)展，大概在七十年代的后期，PLC得到了快速的發(fā)展，這種發(fā)展大概可以說是從邏輯控制到數(shù)字控制，現(xiàn)在也逐漸發(fā)展到了現(xiàn)在的生產(chǎn)過程里面，這算是成為了真正意義上的電子計算機的工業(yè)控制，所以命名為可編程控制器(programmablecontroller，PC)，但是英文的縮寫比較容易混淆，就像這次的PC特別容易和programmablecomputer也就是個人計算機發(fā)生不明確，所以大部分人還是接受可編程控制器的縮寫是PLC。因為PLC在世界上的應用的越來越多，所以國際電工委員會(IEC)在1985年進行了國際上的規(guī)定，為了統(tǒng)一世界上的認知，這種概念是這樣定義的，他是一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是進行數(shù)字運算的，而且正是因為工業(yè)環(huán)境的復雜，使得應運而生了PLC，這其實就是采用了一個編程的存儲器，把命令存儲在芯片里，用來執(zhí)行一系列的操作，進行輸入和輸出的轉換命令進行操作，來進行各個結果的實現(xiàn)，來進行生產(chǎn)。而對于繼電器的發(fā)展，主要是從邏輯控制來說的，這是因為這種特殊的控制，所以在數(shù)字處理方面，邏輯控制方面都是有很多可取的優(yōu)勢的地方的。而對于重要的部件繼電器來說，主要是在兩個方面起著關鍵性的作用，第一是可以進行邏輯運算，第二是可以通過弱電來控制強電。1.3本文研究的主要內容在此文章中，根據(jù)其不同的物料分揀系統(tǒng)進行分析，詳細介紹了依靠PCL技術進行設計的物料分揀系統(tǒng)，還對物料分揀系統(tǒng)中的傳感器信號的處理、采集進行分析，通過對設計指標的分析，可以獲得其系統(tǒng)在各種運行情況下的元件選擇和模塊選型。系統(tǒng)的設計完成之后，需要對系統(tǒng)的運行進行整體的測試。根據(jù)其硬件部分，對其安裝的位置進行調試，使得其傳感器的安裝和物料的運行角度合適。在對各個氣缸進行速度調試，進行軟硬件的綜合測試，實現(xiàn)物料的分揀過程。第2章系統(tǒng)方案設計2.1自動分揀系統(tǒng)原理在自動物料分揀系統(tǒng)中最重要的一個設備是自動分揀機。系統(tǒng)在工作過程中，其簡單的工作過程可以這樣描述：物流中心通過獲取各種供應商的貨品，借助運輸工具輸送大批量的商品，機器通過設定好的程序以最快的速度完成所有貨物的卸貨和進行自動的貨物分配，通過工具將這些商品運輸?shù)街付ǖ奈恢茫ū热缦鄳膫}庫、貨架、收貨人），同時，按照供應商的要求，按時把這些貨物發(fā)送到供應商指定的位置，自動物料分揀系統(tǒng)可以在龐大的貨物中，找到相應的貨物堆放位置，以最短的時間，按給出的數(shù)量進行出庫，再將這些商品進行打包，通過運輸將其放置在不同的配送站臺，最后進行貨物的裝車。自動物料分揀系統(tǒng)的構成分別由分類裝置、分揀道口、控制裝置和輸送裝置等組成。分類裝置可以對貨物進行分類，對貨物進行判斷，將具有相同分揀信號的物品進行輸送軌道改變，使得這些物品通過輸送裝置進入同一個分揀裝置口。當前的分類裝置有許多種，當前常用的有：傾斜式、分支式、推出式與浮出式等幾種類別，不同的裝置對包裝的平滑度、包裝的質量和包裝材料都有著不一樣的要求?？刂蒲b置可以進行商品的識別、分揀信號處理和接收，由不同的分揀信號對這些商品進行分類，通過其不同的送達地點和貨主進行貨物的分揀。貨物的分揀辨別可以通過鍵盤的輸入、質量的檢查、條形碼的識別、形狀的辨別和高度監(jiān)測來實現(xiàn)，本次設計通過傳感器去識別不同的物品種類的判別，主要通過顏色傳感器、磁性檢測傳感器、非磁性檢測傳感器等對物料進行檢測和識別，通過這些辨別將決定貨物進入哪一個分揀通道。輸送裝置的構成是由輸送機或者傳送帶而形成，重要的作用是對貨物進行辨別，進行貨物的分類，把貨物輸送到不同的分揀通道上，使得貨物的輸送可以進行后續(xù)的工作。分揀道口是將貨物進行分離，將一個類別的貨物輸送到一個集中通道里，其構成部分是：滾筒、鋼帶和皮帶等構成，可以使得商品由主輸送帶進入集貨區(qū)，之后再由工作人員進行裝車輸送。上面四個裝置可以使用計算機網(wǎng)絡進行連接起來，結合人工控制進行處理，可以將其進行構成一個完整的物料分揀系統(tǒng)。2.2系統(tǒng)總體方案材料分揀機的PLC控制用于對相關材料的自動化分揀，其硬件結構框圖如圖2-1所示。圖2.1系統(tǒng)的硬件結構框圖本系統(tǒng)使用了PLC、顏色傳感器、磁性檢測傳感器、位置控制、步進控制及氣動等技術，分成自動取料和自動供料兩個子系統(tǒng)。系統(tǒng)由旋轉盤、步進電動機、功率驅動器、定位傳感器、看料傳感器和傳動輪組成。系統(tǒng)工作部件及傳感器分布如圖2-2所示。圖2.2系統(tǒng)工作部件及傳感器分布步進電動機的轉速決定于其輸入信號的脈沖頻率，并與頻率同步，改變脈沖信號的頻率，即可控制其轉速。脈沖數(shù)、脈沖寬度或周期裝入相應的控制寄存器。改變脈沖數(shù)量，就可改變步進電動機旋轉的角位移；改變脈沖周期，就可改變控制頻率，以改變步進電動機的速度。第3章物料分揀系統(tǒng)硬件設計3.1PLC的選型3.1.1PLC的分類可編程控制器是一種為工業(yè)機械控制所設計的專用計算機，在各種自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用，它是在繼電器控制和計算機控制基礎上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術，通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController)簡稱PLC。當前在我國對PCL進行分類還沒有一個完善的標準。但從應用范圍和性能進行分析可以得到如下。（1）按性能分類由控制功能、PCL的I/O點數(shù)和存儲器的不同進行分類，可以分為小、中和大型三類。小型的PCL又可以稱作低檔PCL，其儲存容量較小，IO點數(shù)不足128點，性能較低，實現(xiàn)的功能簡單，主要以開關量為主，實現(xiàn)定時記數(shù)控制和條件控制。比較符合小規(guī)模的生產(chǎn)。中型的PCL可以稱作中檔PCL，儲存容量在4K~8K之間，其I/O點數(shù)的數(shù)量在128~512點的范圍內，其功能相對完善，具有一定的模擬和控制能力，可以進行數(shù)值轉換和開關量的控制、中斷控制等。該裝置比較適用在小型的生產(chǎn)過程中，可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。（2）按結構分類由PCL的結構形式進行分類，可以使得PCL分為機架式與整體式兩種類別。機架式PLC可以使得PCL中的各個單元變成獨立的模塊單元，可以在使用的期間，將模塊分別插入到機架的底座當中?？梢愿鶕?jù)實際的生產(chǎn)情況進行獨立的模塊建立，可以完成不同的控制。這種的PCL在運行上具有較強的性能，可以使得配置非常的靈活，比較容易擴展。一般在大中型的PCL中都采用這種結構進行控制。整體式PLC是將所有的元件整合在一個裝置中，不能進行單獨的配置，所以使得其適用性低，具有體積小、制造成本低、輸入點少的缺點。（3）按應用范圍分類根據(jù)PCL的使用用途進行區(qū)分，可以將PCL進行專用型和通用型的劃分。一般專用型的PCL使用在特定的場合里，其控制質量較高。而通用型的PCL使用范圍廣，可以在各個領域進行應用。3.1.2PLC種類及型號選擇（1）PLC型號選擇現(xiàn)在的PCL生產(chǎn)廠家較多，主要的生產(chǎn)廠家有：FANＡC、三菱、東芝、西門子、OMRON等等，可是可以生產(chǎn)各種類型的PCL生產(chǎn)商并不是很多，現(xiàn)在應用最廣泛的是OMRON、三菱、西門子三家生產(chǎn)商。此次設計對輸入和輸出點具有一定的控制要求，需要PCL具有實際輸入點15點和輸出點8點，對比三菱FX系列(包括FX0S、FX１S、FX0Ｎ、FX1N等）系列中Ｉ／Ｏ點數(shù)為32點各型號的PLC和西門子系列的PCL，通過分析其在運行過程中的性能、造價、適用場合等等，該系統(tǒng)是選擇型號為：西門子生產(chǎn)的PCL，其主機型號為S7-200系列，內置開關量I/O(24路開關量輸入/16路繼電器輸出）；PCL配有電流控制，可以提供24V的直流電源。（2）PLC模塊的選擇①遠程I/O模塊：這種模塊可將控制站和輸入輸出裝置分離，將輸入輸出信號通過網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂普?，可以方便地實現(xiàn)對分散裝置的遠程控制。②高速計數(shù)器模塊：PLC內部的計數(shù)器的最高計數(shù)頻率一般比較有限，當需要高速計數(shù)時，可以通過安裝高速計數(shù)器模塊來擴展計數(shù)器的計數(shù)范圍。③定位模塊：這種模塊一般配合伺服電機或步進電機使用，通過對電機的控制，保證機械設備的加工精度。④通信聯(lián)網(wǎng)模塊：PLC與其他設備之間的通信和聯(lián)網(wǎng)可以通過安裝通信聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)，如通過以太網(wǎng)、Profibus等協(xié)議與其他PLC或計算機進行通信。⑤模擬輸入模塊和輸出模塊：這種模塊可將模擬量輸入轉換成數(shù)字量，或將數(shù)字量輸出轉換成模擬量，以實現(xiàn)對流量、速度、壓力、張力等變量的控制。3.2傳感器的選擇3.2.1傳感器的簡介現(xiàn)在的傳感器在各行各業(yè)受到廣泛的使用，而面對如此多的傳感器，國家制定了相應的規(guī)范，在GB7665－87國家標準中，傳感器的定義是這樣的：可以對相應的東西進行測量，并且將所測量的結果按照一定的程序將其信號通過轉換，使得轉換后的信息可以被器件使用，一般由感應器和轉換器構成。傳感器可以進行信號的檢測，可以獲得相應的被測信息，還可以對檢測信息進行轉換，對其進行電信號的轉換，通過其他的信號進行輸出，從而實現(xiàn)信息的記錄、傳輸、顯示、記錄、處理、控制等等要求。該裝置也是完成系統(tǒng)自動控制和自動監(jiān)測的重要過程?，F(xiàn)在的傳感器在構件組成上，通常是由變換元件、敏感元件、輔助元件等三大部分組成。由于現(xiàn)在技術的更新?lián)Q代，所以傳感器也在不斷的發(fā)展，借助集成芯片技術，使得傳感器的各種器件被安裝在一個集成芯片上，現(xiàn)在將傳感器的信號處理電路和轉換裝置都安裝在一起。所以，現(xiàn)在的輔助電源和信號轉換都為傳感器的一個組成構件。圖3.1傳感器的組成示意圖敏感元件——可以進行測量的感應，可以將測量數(shù)據(jù)進行輸送，對其進行判定，確定一定的關系，比如波紋管與膜片，可以使得測量壓力轉換為位移量。在讓熱電偶對電量輸出的情況下，使得其成為傳感元件。在一些新的傳感器當中，比如差動變壓器式位移傳感器、壓阻式和諧振式壓力傳感器這兩種傳感器，可以使得兩個部件融為一個整體。變換元件——簡稱傳感部件，這個是傳感器組成的主要部分?？梢赃M行測量的直接感受，還可以進行測量的輸出，比如相應的熱電偶?？梢詫y量物獲得的信號進行關系確定。另外由于可以不受到壓力的控制，形成一定的關系確定。信號調理與轉換電路——通過對傳感器獲得的信號進行顯示，可以將電信號進行控制。現(xiàn)在的信號調理與轉換電路隨著傳感器的不同其類型也有很多，當前用的電路主要有阻抗變換器、放大器等。根據(jù)在不同情況下使用不同的傳感器，傳感器的構造可以制造的不一樣，可以是復雜的、也可以是簡單的；可以是不進行反饋的開環(huán)系統(tǒng)，還可以是閉環(huán)的反饋系統(tǒng)。使用的傳感器，根據(jù)其不同的工作狀態(tài)有不同的差異。3.2.2傳感器的選擇傳感器通過對其檢測對象進行電信號的轉換，可以使得其進行信號的變換?？梢允褂迷诟鞣N系統(tǒng)中，主要進行環(huán)境、對象的狀態(tài)檢測，可以使得其為控制系統(tǒng)提供有效的信息。對其設計的需求進行分析，選用合適的金屬傳感器、檢測器。對其檢測位置裝置，檢測氣缸的動作是否可以正常進行，對其物料進行分析，識別物料。在此次系統(tǒng)的設計過程中，需要對氣缸執(zhí)行相應的操作，使得相對應的位置監(jiān)測裝置是否可以進行正常的工作，現(xiàn)在通常使用的位置監(jiān)測裝置是行程控制開關。一般的行程控制開關是對其位置進行限位，可以根據(jù)實際運行的位置進行線路的轉換，可以對裝置的運行進行位置限制運行。在進行生產(chǎn)的過程當中，對行程開關進行預留設置，實現(xiàn)電路的切換。當前的行程開關有許多種類，分別為杠桿單、直動、滾輪直動等等。需要根據(jù)不同的使用環(huán)境進行行程開關的選取，進而滿足各個方面的工作。此次設計主要使用的感應器是直線接觸式磁感應開關，可以對氣缸的位置進行檢查，只有當進行到相應的位置時，才能控制行程開關，進行相應的動作。（1）看料傳感器T1的選型根據(jù)本系統(tǒng)的具體要就，看料傳感器T1的作用是在裝料中，原料到了一定重量的時候就停止裝料程序。故選擇沉重傳感器，型號為：CYB-602壓式稱重傳感器。其實物圖如圖3-2：圖3.2CYB-602壓式稱重傳感器其主要技術指標如表3.1所示：表3.1CYB-602壓式稱重傳感器的主要技術指標主要技術指標單位技術指標靈敏度>mv/v2±0.013±0.01非線性%FS±0.02

±0.03滯后重復性%FS0.02蠕變%FS/30min±0.03零點輸出%FS±1零點溫度系數(shù)%FS/10℃±±0.02

±0.03額定輸出溫度系數(shù)%FS/10℃輸入電阻Ω385±10輸出電阻Ω350±3絕緣電阻MΩ≥5000供橋電器V10(DC/AC)MAX:15(DC/AC)溫度補償范圍℃-10—+50允許溫度范圍℃-20—+60允許過負荷%FS150連接電纜mmΦ5x3000(6000)連接方式輸入input:紅Red(+)黑Black(-)輸出output:綠Green(+)白（2）定位傳感器T2的選型根據(jù)本系統(tǒng)的設計要求，定位傳感器的作用即當選定的被檢測的點位于T2的檢測位置時，步進電機暫停，系統(tǒng)進行裝料。根據(jù)這要求，傳感器要檢測出被測物體的有無，所以本設計決定用光電頭（色標傳感器）。其型號為：GDJ-211B。其實物圖如3-3所示圖3.3光電頭（色標傳感器）GDJ-211B的實物圖其主要技術指標如表3.2所示表3.2光電頭（色標傳感器）GDJ-211B的主要技術指標型號GDJ-211B光源藍響應時間50us檢測距離8mm開關輸出亮通+暗通兩條線輸出（NPN型）開關輸出電流＜200mA開關輸出電平低電平(通)：＜1.5V高電平(斷)=0.7V(RL=∞）電源電壓及電流10-30VDC、＜80mA保護功能電源反相保護、負載短路保護工作環(huán)境溫度0~50度、日照＜1000Lux重量450g外形尺寸60x28x105mm引線2m（3）顏色檢測傳感器色彩傳感器又叫顏色識別傳感器或顏色傳感器，它是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傳感器，當兩個顏色在一定的\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"誤差范圍內相吻合時，輸出檢測結果。色彩傳感器在\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"終端設備中起著極其重要的作用，比如色彩\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"監(jiān)視器的校準裝置；\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"彩色打印機和\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"繪圖儀；涂料、紡織品和\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"化妝品制造，以及醫(yī)療方面的應用，如血液診斷、尿樣分析和\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"牙齒整形等。色彩傳感器系統(tǒng)的復雜性在很大程度上取決于其用于確定色彩的波長譜帶或\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"信號通道的數(shù)量。將用于單一色彩\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"譜帶的一個光電二極管、濾色器和跨阻抗放大器組合在一塊芯片上。與分離型實現(xiàn)方案一樣，三個元件的輸出被饋送到一個外部\t"/item/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"三通道A/D轉換器中，接著進行數(shù)字處理。本次設計采用TexasAdvancedOptoelectronicSolutions(TAOS)公司推出的TSLR257型號的傳感器。該傳感器支持三重16位計算的RGB光源；三種檢測模式適用于各種目標物；雙數(shù)字顯示&可同時存儲8種顏色；設置簡單，只需按鍵一次即可完成設置。圖3.4顏色檢測傳感器（4）磁性檢測傳感器一個完整的磁性測量系統(tǒng)主要由磁性傳感器、信號處理電路和被測標的組成。為了適應各種不同的應用場合和需求，磁性傳感系統(tǒng)可根據(jù)測量原理，來對磁性傳感器以及被測標的進行不同的分類。通常，磁性傳感器的類型主要包括電感式傳感器、霍爾傳感器和磁阻傳感器。本次設計根據(jù)需要選擇NS-30A磁檢測傳感器，它的特點是辨別能力：N/S約3mT(約30Gs)以上可辨別；外觀尺寸：M6mm×50mm；電源：DC5V；輸出：N/S性電平輸出（約3.0V)；工作溫度：-20~80℃。圖3.5磁檢測傳感器3.3驅動部件分析與選擇在系統(tǒng)的驅動系統(tǒng)中，是由執(zhí)行機構和驅動機構組成的傳動裝置，而對驅動系統(tǒng)的驅動動力的不同可以進行劃分，分為：電氣、氣液聯(lián)合、液壓、氣壓、電液聯(lián)合等等不同的驅動方式。當前在驅動采用上，一般使用氣壓、液壓、電氣三種驅動模式進行驅動。電氣驅動的主要特點是：驅動功率較大、速度反應快、便于進行檢查、信號傳遞簡單、控制精密度高?？墒沁@種驅動方式的缺點是造價高，只能使用在某些場合。所以需要其選擇其他經(jīng)濟的驅動方法。液壓驅動的優(yōu)勢是：可以進行平穩(wěn)的轉向和變速、發(fā)動功率較大、對過載保護容易完成、可以有相對長的使用壽命、可以進行自動潤滑工作。也存在油液泄露，對環(huán)境造成一定的污染，需要一定的油液配置，制造的成本較高，在工作上會產(chǎn)生較大的噪音。氣壓驅動的主要特點是構造簡單、制造成本低、沒有污染性、功率體積比較高、工業(yè)抗干擾性強、應用范圍廣。另外，氣動技術可以成為廉價的控制系統(tǒng)，因為性能的不斷提高，使得生產(chǎn)的成本得到下降，可使用在各個現(xiàn)代化生產(chǎn)領域當中?，F(xiàn)在的現(xiàn)代化生產(chǎn)設備主要可以配置氣動系統(tǒng)。已經(jīng)逐漸成為生產(chǎn)企業(yè)中的重要工具。根據(jù)步進電機的相數(shù)、電流以及適配關系，所選的步進電機驅動器為DMD402步進電機驅動器。其特點為：最大輸出電流2A（峰值）；半流調節(jié)；最大細分數(shù)可達128；過流保護。其電氣特征如表3-3所示：表3.3DMD402的電氣特征說明最小值典型值最大值輸出相電流額定值（A）0.25--2.0電源電壓直流（V）103240邏輯輸入電流（mA）61030DMD402步進電機驅動器的實物圖如圖3-4所示；圖3.4DMD402式步進電機驅動器的實物圖接線端子定義如圖3.5所示；圖3.5DMD402接線端子定義圖3.4其他元器件及其選擇實現(xiàn)材料的自動入庫工作依靠的是料槽這個主要裝置，在底部設置了一個傳感器?？梢栽谑褂玫钠陂g，人為的將材料放入料槽當中，只有光電傳感器監(jiān)測到料塊時，系統(tǒng)才會進行相應的工作。系統(tǒng)進行運行工作的時候，可以使用傳送帶進行輸送，將材料輸入相應的傳送帶上。氣壓指示儀表和調壓閥、空氣濾器都被裝置在一個區(qū)域上，可以對氣壓進行輸送，通過傳輸將其輸送到氣閥下面。借助調壓閥進行壓力的調節(jié)，使得每臺的輸出壓力和裝置具有一樣的壓力，并且使得其壓力穩(wěn)定與一個值。在空氣的過濾器當中，可以對其雜質進行相應的過濾，使得空氣得到凈化。先導式電磁換向閥、氣缸、傳感器和導料軌道共同構成自動分選的裝置。傳感器進行料塊的檢查，當檢查到料塊經(jīng)過時，使用先導式電磁換向閥使得氣缸進行相應的驅動工作，讓料塊進入相應的導料軌道。系統(tǒng)在控制上采信號，可以根據(jù)信號進行不同的工作。3.5I/O口的選擇及PLC接線根據(jù)材料物料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號15個，均為開關量。輸出信號有7個，其中一個控制電動機，兩個控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關量。根據(jù)物料分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應功能，列表如表3-4、3-5所示：表3.4輸入開關表功能IO推氣缸1推出到位檢測開關I0.0推氣缸2推出到位檢測開關I0.1推氣缸3推出到位檢測開關I0.2推氣缸4推出到位檢測開關I0.3推氣缸5推出到位檢測開關I0.4磁性檢測傳感器I0.5非磁性檢測傳感器I0.6顏色一檢測傳感器I0.7顏色二檢測傳感器I1.0推氣缸1返回原位檢測開關I1.1推氣缸2返回原位檢測開關I1.2推氣缸3返回原位檢測開關I1.3推氣缸4返回原位檢測開關I1.4推氣缸5返回原位檢測開關I1.5下料檢測傳感器I1.6計數(shù)檢測傳感器I1.7急停開關I2.0復位按鈕開關I2.1傳輸帶過載反饋I2.2系統(tǒng)啟動按鈕I2.3系統(tǒng)停止按鈕I2.4表3.5輸出開關表說明IO推氣缸1控制電磁閥Q0.0推氣缸2控制電磁閥Q0.1推氣缸3控制電磁閥Q0.2推氣缸4控制電磁閥Q0.3推氣缸5控制電磁閥Q0.4傳送帶電機啟動繼電器Q0.5系統(tǒng)自動運行指示燈Q0.6故障指示燈Q0.7根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的接線圖如圖3-6所示圖3.6PLC系統(tǒng)外部接線圖第4章系統(tǒng)軟件設計4.1物料分揀系統(tǒng)的控制要求本設計主要介紹了一種可以適應不同物料分揀的系統(tǒng)，它可以對非金屬和金屬的材料進行分揀。系統(tǒng)的運行過程如下：1.啟動系統(tǒng)：按下SB1啟動按鈕，系統(tǒng)的運行指示燈亮起綠色，PLC開始運行。2．物料提升：送料驅動機開始運行，將物料提升至料槽。3.物料監(jiān)測：光電傳感器對物料進行監(jiān)測，如果四秒內沒有監(jiān)測到物料，系統(tǒng)停機運行并發(fā)出報警。4.物料投放控制：重量傳感器對物料投放進行控制，并在上機位進行顯示。如果沒有監(jiān)測到合適的物料重量，系統(tǒng)會發(fā)出蜂鳴器警報。5.投放比例控制：系統(tǒng)可以直接進行控制，對物料的投放比例進行控制。6.停止系統(tǒng)：按下SB2停止按鈕，系統(tǒng)停止動作，上料裝置進行復位，傳送帶完成最后一個物料的輸送后停止工作。這種分揀系統(tǒng)具有適應不同物料的特點，可以有效地提高分揀效率和準確度，同時減少人力成本。4.2系統(tǒng)控制流程根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設計的程序按照圖4-1所示的流程運行，以達到本系統(tǒng)的最佳設計要求和完成系統(tǒng)的最終設計。圖4.1系統(tǒng)流程圖4.3梯形圖設計PLC梯形圖是目前應用最廣泛的圖形化編程語言，也被視為PLC的主要編程語言。與電器控制系統(tǒng)的電路圖類似，梯形圖易于理解，因此很受到工廠電氣人員的歡迎，特別適用于開關量邏輯控制。通常稱梯形圖為電路或程序，并將梯形圖的設計過程稱為編程。梯形圖的編程元件中，有些元件的命名沿用了繼電器這一名稱，例如輸入繼電器、輸出繼電器和內部輔助繼電器等，但它們實際上不是物理繼電器，而是存儲單元（軟繼電器）。每個軟繼電器都與PLC存儲器中的一個映像寄存器的存儲單元相對應。如果該存儲單元為“1”狀態(tài)，則對應的軟繼電器的線圈會被“通電”，其常開觸點將接通，而常閉觸點將斷開，此狀態(tài)稱為該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，則對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述情況相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。編程時也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。在梯形圖中，母線是指連接左右兩側的垂直公共線，母線的左側被稱為左母線，右側被稱為右母線。為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。在分析梯形圖的邏輯關系時，右母線可以不畫出。梯形圖的邏輯解算是根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)。邏輯解算按從左至右、從上到下的順序進行。解算的結果可以立即被后續(xù)的邏輯解算所利用。邏輯解算根據(jù)輸入映像寄存器中的值進行，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)進行。以下是關于梯形圖的一些規(guī)則：1.每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。2.梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點）。3.線圈不能直接接在左邊母線上。4.在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應避免。5.在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動——即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，設計的圖形圖如圖4-2所示：圖4.2物料分揀系統(tǒng)的梯形圖的程序4.4組態(tài)設計MCGS是一種基于Windows平臺的組態(tài)軟件，它的主要功能是用于構建和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以多種方式向用戶提供實際工程問題的解決方案。這些方式包括動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等。MCGS利用了Windows平臺的圖形功能，界面一致性好、易學易用，能夠快速構建工業(yè)控制系統(tǒng)。相比之下，傳統(tǒng)的專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更為局限，MCGS的通用性更廣，因此在自動化領域有著更廣泛的應用。（1）程序的調試在進行PLC的用戶程序執(zhí)行時，可以選擇單次或多次掃描的方式。首先，需要將PLC的工作模式設置為“STOP”，然后使用“調試（Debug）”菜單中的“多次掃描（MultipleScans）”或“初次掃描（FistScans）”命令。如果選擇多次掃描，還需要指定掃描的次數(shù)。通過使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件中的狀態(tài)圖，可以監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況，并進行編程元件的強制操作。在運行模式下，可以通過選擇“調試（Debug）”菜單中的“在運行狀態(tài)編輯程序（ProgramEditinRUN）”命令，對主機中的程序進行編輯。需要注意的是，運行模式下只能編輯主機中的程序。如果主機中的程序與編程軟件中的程序不一致，系統(tǒng)將提示用戶進行存盤。當屏幕出現(xiàn)警告信息時，單擊“繼續(xù)（Continue）”按鈕，PLC主機中的程序將會被上傳到編程窗口中，此時可以在運行模式下編輯程序。在程序編譯成功后，可以使用“文件（File）”菜單中的“下載（Download）”命令，或單擊工具條中的“下載（Download）”按鈕將程序下載到PLC主機。在完成程序下載后，需要退出運行模式編輯?？梢允褂谩罢{試（Debug）”菜單中的“在運行狀態(tài)編輯程序（ProgramEditinRUN）”命令，并根據(jù)需要選擇“選項（Checkmark）”中的內容進行程序監(jiān)控。圖4.3組態(tài)仿真圖STEP7-Micro/WIN32提供的三種程序編輯器（梯形圖、語句表及功能表圖）都可以在PLC運行時監(jiān)視各個編程元件的狀態(tài)和各個操作數(shù)的數(shù)值。這里只介紹在梯形圖編輯器中監(jiān)視程序的運行狀態(tài)，如圖A-15所示，梯形圖編輯器窗口中被點亮的元件表示處于接通狀態(tài)。圖4.4下載配置程序監(jiān)控可以幫助程序員實時監(jiān)視PLC程序的執(zhí)行情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過打開選項對話框中的“LAD狀態(tài)”選項，并選擇梯形圖樣式，可以在梯形圖窗口中查看程序的執(zhí)行情況。在需要啟動程序時，可以單擊工具條中的“View”按鈕。這樣，就可以在運行時檢查程序的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)錯誤和異常，以及優(yōu)化程序的性能。（2）系統(tǒng)調試啟動系統(tǒng)的仿真之后，系統(tǒng)開始運行，首先下料氣缸閃動代表下料，下料之后物料往前走，同時下料指示顯示出下料的個數(shù)。當一個物料在電機M的作用下向前運行的時候，這時候有不同的傳感器進行檢測，分別是：磁性檢測、非磁性檢測、顏色檢測等，在仿真圖中，不同的氣缸表示不同的材料屬性，當某個物料被檢測出來之后，對應的位置就會指示，如下圖所示，某一物料被其顏色一氣缸檢測出來。檢測出來之后，物料會放入對應的位置完成分類，同時到位的指示燈會亮起，對應的位置計數(shù)會加1.當我們電機復位的時候，系統(tǒng)會所有參數(shù)都會置零。當系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況是，可以手動進行緊急控制，可以打開緊急開關，這時候系統(tǒng)就會立即停止。在設計中，物料的傳感器應該盡量位置準確，以達到準確的定位。如果限位點設置得不準確，可能會導致取料位置的偏差，進而影響整個系統(tǒng)的工作效率。通過調整限位點的位置，可以避免這種問題的發(fā)生。在程序的模擬調試中，物料的控制狀態(tài)可以直觀地顯示出來，以便檢查程序的正確性和性能。例如，在物料分揀過程中，如果物料到達了指定位置，相應的指示燈會亮起，并顯示數(shù)量。這種模擬調試可以幫助程序員及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高程序的質量和可靠性。圖4.5投放物料第5章結論綜全文所述，本文對PLC及傳感器技術的工作原理、適用領域做出了詳細的介紹，根據(jù)材料分揀的實際需求采用PLC設計出了材料物料分揀系統(tǒng)具有很高的實用價值。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下功能：1.具有重量傳感器能夠精確測量所投物料重量，并在上位機進行顯示2.具有按鍵能夠直接對物料分揀系統(tǒng)進行各種物料分揀比例的控制3.具有上位機，能夠控制各種物料的投放比例（存在多個物料分揀裝置區(qū)分多種物料，根據(jù)重量按比例投放）4.當物料不足時，蜂鳴器報警并發(fā)送上位機5.監(jiān)測存儲柜溫物料分揀數(shù)據(jù)情況發(fā)送給上位機。本系統(tǒng)以PLC為核心，利用PLC的控制功能控制步進電機，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。增加步進電機的功能只需增加行程開關輸入信號，不需改變原來的接線，軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能。經(jīng)過調試，該設計方案達到了適應性、精確性和可靠性方面的要求，證明其可行性。在設計物料分揀系統(tǒng)之前，作者進行了大量資料和文獻的閱讀，了解了自動物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和應用背景，并學習了氣動技術、傳感器技術和位置控制技術等基本知識。本文設計的物料分揀系統(tǒng)對材料的材質進行了簡單設計，可以拓展和完善分揀物品的種類和性能，使其適用于各行各業(yè)，實現(xiàn)分揀線的無人化作業(yè)，大大提高生產(chǎn)效率。參考文獻[1]翟冠男ZHAIGuan-nan,等.煤礦皮帶運輸機PLC控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].機電工程技術,2017.[2]左一凡宋帆.PLC控制交流變頻調速控制系統(tǒng)在電梯中的應用[J].科技創(chuàng)新導報,2018,v.15；No.439(07):10+12.[3]陽學進陳定方董明望,等.自升式風電安裝船PLC控制系統(tǒng)設計[J].2021(2012-4):55-57.[4]?，|.PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施研究[J].通訊世界,2017(23):327-3