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1、 基于PLC的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，生產(chǎn)過程中物料分揀的效率問題越來越引起人們的關(guān)注。重復(fù)繁瑣的人工分揀物料過程已不能滿足企業(yè)追求的生產(chǎn)效益和如今社會(huì)的需求。人、機(jī)器與物料三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為我們需要解決的重要問題之一。理所當(dāng)然，用盡可能少的人力控制機(jī)器分揀物料來完成如期的生產(chǎn)任務(wù)是最佳的選擇模式——即采用自動(dòng)化技術(shù)代替人工分揀物料的過程。 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) ，設(shè)計(jì)成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以PLC為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。 系統(tǒng)具有自動(dòng)化

2、程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn)，可根據(jù)不同對(duì)象，稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 關(guān)鍵詞： 傳感器 PLC 物料分揀 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 論文研究背景 1 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1 1.3 論文研究的意義 1 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容 2 第2章 物料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 3 2.1 材料分揀裝置工作過程概述 3 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 4 2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 4 2.3.1功能要求 4 2.3.2系統(tǒng)的控制要求 4 第3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6

3、 3.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 6 3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 6 3.2.1系統(tǒng)對(duì)PLC的要求 6 3.2.2 PLC的選擇 7 3.2.3 PLC的輸入輸出端子分配 9 3.2.4 PLC輸入輸出接線端子圖 10 3.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 11 3.3.1 輸入電氣元件 11 3.3.2 輸出電氣元件 16 3.3.3 執(zhí)行電氣元件 18 第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 22 4.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 22 4.2 西門子編程軟件、模擬仿真軟件 23 4.2.2 西門子仿真軟件 23 4.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 24 第5章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 30 5.1硬件調(diào)試 30

4、 5.2軟件調(diào)試 30 第6章 總 結(jié) 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 附錄 34 II 第1章 緒論 1.1 論文研究背景 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作，更需要自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)

5、?，F(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來得到重視，所以物料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國自動(dòng)分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于1980 年代, 近期的市場(chǎng)興起和技術(shù)發(fā)展始于1997 年。自動(dòng)分揀的概念先在機(jī)場(chǎng)行李處理和郵政處理中心得到應(yīng)用, 然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對(duì)現(xiàn)代化物流的實(shí)際需求的增長(zhǎng), 各行業(yè)對(duì)高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域, 并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。這些領(lǐng)域的一個(gè)共同特點(diǎn)是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準(zhǔn)確性要求高和人工處理效率低等特點(diǎn)。 隨著社會(huì)的不斷發(fā)

6、展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。 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。 1.3 論文研究的意義 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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)，

7、以往一直采用人工分揀的方法，顯然，隨著分揀量的增加、分送點(diǎn)的增多、配貨響應(yīng)時(shí)間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無法滿足大規(guī)模配送的要求，所以這一環(huán)節(jié)被很多企業(yè)采用。而國外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點(diǎn)多、差錯(cuò)率極低、效率高和基本上全自動(dòng)操作的優(yōu)勢(shì)。所以為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，我們必須加大對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的普及與應(yīng)用。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)

8、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(chǎng)地原因影響不大。同時(shí)，該系統(tǒng)的靈活性較強(qiáng)，程序開發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容 在本文中，以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例，詳細(xì)的分析了在基于PLC控制的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號(hào)的采集分析中傳感器的一些基本知識(shí)，并通過要求與比較，確定了硬件系統(tǒng)中的一些元器件的選擇與確定了PLC的選型。 在介紹了一些PLC的基本知識(shí)后，對(duì)本課題進(jìn)行硬件

9、與軟件設(shè)計(jì)，在軟件設(shè)計(jì)中，確定了I/O分配，并按照控制要求設(shè)計(jì)出了PLC梯形圖。 在本系統(tǒng)完成其設(shè)計(jì)之后，對(duì)其進(jìn)行整體調(diào)試。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運(yùn)行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動(dòng)作幅度進(jìn)行調(diào)試之后，進(jìn)行了軟硬件綜合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。 38 第2章 物料分揀裝置結(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(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工作過程及控制要求。 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

10、作過程、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。 2.1 材料分揀裝置工作過程概述 如圖2-1所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2-1 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)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

11、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)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)最后一種物料經(jīng)過被檢測(cè)到時(shí)，PLC控制氣動(dòng)閥4動(dòng)作選出該物料，完成分揀任務(wù)。 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓：AC200～240V（帶保護(hù)地三芯

12、插座） 消耗功率：240W 環(huán)境溫度范圍：-10～40℃ 氣源：大于0.3MPa切小于0.8Mpa 2.3 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。 2.3.1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）分揀出非金屬中某一顏色塊 （4）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(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

13、；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 （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)，推汽缸3動(dòng)作 （7）剩余物料被送到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) 第3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

14、 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)。 3.1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3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框 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(diǎn)數(shù)，選擇PLC的型號(hào)，然后進(jìn)行I/O分配。 3.2.1系統(tǒng)對(duì)PLC的要求 （1）功能要求 在滿足一般開關(guān)量輸入信號(hào)控制要的同時(shí)，系統(tǒng)要進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制，要求輸出脈沖信號(hào)，所以輸出類型為繼電器輸出形式。 （2）I/O點(diǎn)數(shù)要求 根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個(gè)開關(guān)

15、信號(hào)，6個(gè)傳感器信號(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)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)24個(gè)，其中18個(gè)輸入，6個(gè)輸出。 3.2.2 PLC的選擇 （1） PLC的分類 ①按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 1）小型機(jī) 小型機(jī)的功能一般以開關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K字左右。 例如：SIEMENS的S7-200系列（如圖3-2）；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISH

16、I的FX系列；AB的SCL500系列等整體式PLC產(chǎn)品。 圖3-2 s7-200系列 2）中型機(jī) 中型機(jī)的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間。用戶程序存儲(chǔ)器容量在8K字左右。+ 例如： SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的SCL500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。 3）大型機(jī) 大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到16K字以上。 典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列產(chǎn)品。 ②按結(jié)構(gòu)形式分 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式的不同，PL

17、C主要分為整體式和模塊式兩種。 1）整體式結(jié)構(gòu) 其特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板，輸入板、輸出板、電源板、通訊端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。 小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。 2）模塊式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊和各種功能模塊等，各模塊可以插在帶有總線的底板上。 目前，大中型PLC均采用模塊式結(jié)構(gòu)（如圖3-3所示） 圖3-3 大中型模塊式PLC （2）

18、 PLC種類及型號(hào)選擇 PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)18點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)6點(diǎn)，綜合對(duì)比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列各型號(hào)的PLC的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號(hào)為：S7-200-226（如圖3-4），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。 圖3-4 S7-200 PLC 3.2.3 PLC的輸入輸出端子分配

19、 根據(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3-1所示 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.

20、1 SFW4(推氣缸4動(dòng)作限位) I1.2 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) 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)

21、 Q0.4 YV4(推氣缸4電磁閥) Q0.5 YV5(下料氣缸電磁閥) 表3-1 材料分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配表 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3-5所示。 圖3-5 PLC輸入輸出接線端子圖 3.3 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 3.3.1 輸入電氣元件 （1）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(chǎng)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

22、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，用該器件來檢測(cè)鐵質(zhì)材料。接線圖如圖3-6，原理圖如圖3-7。 圖3-6 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖 圖3-7 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

23、感式傳感器的特點(diǎn)是：①無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復(fù)性好；⑤測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；⑥無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧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）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

24、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)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用E2KX8ME1電容傳感器，用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料，原理圖如圖3-7。 圖3-7 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

25、 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(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長(zhǎng)度或者長(zhǎng)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1～5 μm數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀，他的分辨率為0.01 μm，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100±5 μm，因此他在精密小

26、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(chǎng)、強(qiáng)輻射下長(zhǎng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。 （3） 顏色傳感器 選用TAOS公司生產(chǎn)的，型號(hào)為TCS230顏色傳感

27、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3-8所示 圖3-8 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TT

28、L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(jiǎn)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(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

29、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2Hz~500kHz，用戶還可以通過兩個(gè)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，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。

30、 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3-2是S0、S1及S2、S3的可用組合。 表3-2 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 （4） 光電傳感

31、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3-9所示，其中負(fù)載可接至PLC。 圖3-9 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

32、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、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 3.3.2 輸出電氣元件 （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

33、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3-10所示。 圖3-10 旋轉(zhuǎn)編碼器原理 旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測(cè)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(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

34、（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(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

35、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5～10000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(zhǎng)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

36、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)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)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）電磁閥 本系統(tǒng)使用了五個(gè)由三位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這五個(gè)閥分別對(duì)推料、金屬鐵、金屬鋁、紅色非金屬和黑色非金屬氣

37、缸的氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。 圖3-10 電磁閥組 所采用的電磁閥所帶手控開關(guān)有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2種位置。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，使手控開關(guān)處于開啟位置，可以使用手控開關(guān)對(duì)電磁閥組進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。 分揀單元的兩個(gè)電磁閥安裝時(shí)需注意，一是安裝位置，應(yīng)使得工件從滑槽中間推出，二是要安裝水平，或稍微略向下，否則推出時(shí)導(dǎo)致工件翻轉(zhuǎn)。 3.3.3 執(zhí)行電氣元件 （1） 泵的認(rèn)識(shí)與選擇 氣泵包括：空氣壓縮機(jī)安全保護(hù)器、儲(chǔ)氣罐、主管道過濾器、壓力開關(guān)、過載壓力表、氣源開關(guān)（如圖3-11所示）

38、 圖3-11氣泵及其周圍元件 氣源處理組件是氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的水位，在超過最高標(biāo)線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個(gè)快速氣路開關(guān)，用于啟/閉氣源，當(dāng)把氣路開關(guān)向左拔出時(shí)，氣路接通氣源，反之把氣路開關(guān)向右推入時(shí)氣路關(guān)閉。 （2） 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備（如圖3-2所示）。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓

39、力。容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。 .空壓機(jī)供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、考慮未來擴(kuò)充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運(yùn)轉(zhuǎn)、氣動(dòng)元件和管接頭的漏損及各種氣動(dòng)設(shè)備是否同時(shí)連續(xù)使用等）。其公式為 Q為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量（m3／Min），K為修正系數(shù)。一般可取=1.3～1.5。 有了供氣壓力與供氣量，按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào)。 圖3-2 壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣罐 （3） 儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)（如圖3-

40、2所示）。儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。 （4）推料氣缸 本系統(tǒng)的推料氣缸由單向電控閥控制。 （5）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。可以通過控制脈沖個(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。 序號(hào) 名稱 型號(hào)

41、 數(shù)量 備注 品牌或 公司 1 PLC S7-200 CPU226 1 24輸入，16輸出， 繼電器輸出形式 西門子 2 靜音空氣壓縮機(jī) FB-0.048/7 1 噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠,功率0.55KW 韓國SANWO 3 氣閥 SVK0120 5 先導(dǎo)式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V 韓國SANWO 4 氣缸 SCDJB10-45S 5 產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套，推動(dòng)物料進(jìn)行分揀 韓國SANWO 5 旋轉(zhuǎn)編 碼器 E6A2CW5C 1 產(chǎn)品與步進(jìn)電機(jī)配合使用，為傳送帶提供動(dòng)力

42、 6 步進(jìn)電機(jī) 42BYGH101 1 產(chǎn)品與旋轉(zhuǎn)編碼器配合使用，為傳送帶提供動(dòng)力 7 磁感應(yīng) 開關(guān) D-C73 5 額定電壓：DC24V AC110V額定電流：DC：5～40mA AC: 5～20mA 氣缸回位限位開關(guān) 易電國際集團(tuán) 8 接近開關(guān) CAT2-12GM 5 靜電容量式接近開關(guān) 判斷物料是否到位 易電國際集團(tuán) 9 光電開關(guān) E3R-5DE4 1 判斷有無物料 歐姆龍 10 電感式 接傳感器 M18X1X40 1 額定電壓：DC：6～36V 額定電流：300mA 百斯特 11 電容式傳感器 E

43、2KX81ME1 1 靜電容量型近接開關(guān) 額定電壓：DC12～24V(DC10～30V) 歐姆龍 12 顏色傳感器 TCS230 1 額定電壓：DC：12～24V額定電流：400mA 美國 TAOS 13 內(nèi)置電源 MD35-34 1 輸入電壓：AC220伏 ±15% 輸出電壓：DC24伏 DADONG 14 滑槽 4 鋁合金 15 傳送帶 1 表3-3 主要元器件清單 第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第三章中

44、已對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過各類輸入輸出元器件為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準(zhǔn)備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。 4.1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(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

45、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，實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(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1～3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。 4.2 西門子編程軟件、模擬仿真軟件 近年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的圖示化編程軟件，例如西門子S7-200系列可編程控制器使用的STEP7 Micro/WIN32編程軟件，三菱

46、FX2N系列PLC使用的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。 4.2.1 西門子PLC編程軟件 STEP7 Micro/WIN32編程軟件（如圖4-2所示)。是西門子公司早期開發(fā)的比較成熟的軟件，適用于S7-200中的CPU216、CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等系列可編程控制器。 圖4-2 西門子S7-200編程軟件 4.2.2 西門子仿真軟件 本次設(shè)計(jì)采用西門子S7-200 V2.0（如圖4-3所示）版本進(jìn)行仿真調(diào)試。 仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬

47、運(yùn)行，如果沒有編好的程序，是無法進(jìn)行仿真的。 所以，在安裝仿真軟件之前，必須先安裝編程軟件，并且版本要互相兼容。 圖4-3 西門子S7-200仿真軟件 4.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN32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

48、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。 下面對(duì)所編寫梯形圖作簡(jiǎn)要的介紹： ∥第一次掃描 SM0.1=1，將Q0.0清零 //I2.0啟動(dòng)，I2.1停止 ∥調(diào)用子程序SBR＿O （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。 //當(dāng)系統(tǒng)處于RUN模式時(shí)，設(shè)置PWM控制字節(jié) //設(shè)置脈寬 //

49、設(shè)置周期 //延時(shí)后自動(dòng)停機(jī) //脈沖輸出 （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)，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T33，延時(shí)30秒自動(dòng)停機(jī)。 //定義HSCO的控制方式 //設(shè)置預(yù)設(shè)值 //HSCO的當(dāng)前值清零 //開始計(jì)數(shù) //中斷 //當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值時(shí)，調(diào)用中斷程序 //定義HSCO的工作模式 （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

50、，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。 //氣缸1動(dòng)作 //氣缸3動(dòng)作 //氣缸2動(dòng)作 //氣缸4動(dòng)作 //氣缸5動(dòng)作 （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

51、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。 第5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(chǎng)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。 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(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

52、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)。 5.2軟件調(diào)試 程序的調(diào)試是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)比較重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經(jīng)編制就可以運(yùn)行成功的，只有經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行甚至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方并且進(jìn)行修改。通過仿真軟件按照控制要求一步步進(jìn)行輸入輸出端口設(shè)置，看輸出是否滿足控制要求。仿真調(diào)試時(shí)是

53、否正常按預(yù)期效果運(yùn)行，若不是按預(yù)期效果輸出，再仔細(xì)檢查程序并修改后，再仿真調(diào)試。若有異再修改程序，這樣反復(fù)調(diào)試，直至程序可用模擬調(diào)試運(yùn)行正常。 第6章 總 結(jié) 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(chǎng)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。 本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果： 對(duì)物料自動(dòng)化分揀的

54、結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是強(qiáng)的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非線性摩擦力等因素，實(shí)現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)定，以達(dá)到比較理想狀態(tài)。 自動(dòng)化的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的PLC進(jìn)行控制。這使得自動(dòng)化設(shè)備更加靈活，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)，勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)電氣控制方面變得更加的執(zhí)著，無論是以后的學(xué)習(xí)還是工作我都會(huì)比較重視。此時(shí)讓我想起孔子的一句話：“知之者，不如好知者

55、；好之者，不如樂知者?！? 由于自己的水平有限，文中必定會(huì)有錯(cuò)誤的地方和不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn) ［1］ 姜培剛. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社 (2004年9月)  ［2］ 李景學(xué)，金廣業(yè). 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京:電子工業(yè)出版社,1998 ［3］ 王淑英. 電氣控制與PLC應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社（第四版） ［4］ 愈 林.西門子S7-200PLC應(yīng)用教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［5］ 郎宏仁.可編程控制全自動(dòng)化系統(tǒng). 哈爾濱出版社，1999。 ［6］ 崔亞軍. 可編程序控制器的原理及程序設(shè)

56、計(jì). 電子工業(yè)出版社主編， 2006 致 謝 本論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文從選題到寫作及最后的成稿，老師都給予了精心的指導(dǎo)和極大的幫助。 在此謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師致以由衷的感謝和崇高的敬意！ 畢業(yè)論文的這個(gè)機(jī)會(huì)，好好地總結(jié)一下我在學(xué)校所學(xué)的各門課程，將它們分化理解，合理分類，融會(huì)貫通。也不愧三年來老師含辛茹苦的授課和課下的諄諄教導(dǎo)，以及同學(xué)間的團(tuán)結(jié)互助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，老師給予我們?cè)S多幫助，同時(shí)也為我們指明了方向。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們把以前所學(xué)都綜合起來，感覺自己的水平提高很多。我們了解到了做一個(gè)系統(tǒng)的基本常識(shí)，為我們以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 我要感謝在大學(xué)三年里傳授我知識(shí)的每一位任課老師和曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)，我會(huì)永遠(yuǎn)的記住你們，在此真心的向你們說聲謝謝！在學(xué)校中我學(xué)會(huì)了自學(xué)，懂得了許多為人處世的道理，很大部分都是聽取了老師們的良言。在次感謝各位老師，學(xué)到最后你們所傳授的知識(shí)都是很有用的，這點(diǎn)我一直都是這樣認(rèn)為的。 最后非常感謝我的指導(dǎo)老師——傅貴興老師，感謝你對(duì)我的支持，感謝你樂觀處事的態(tài)度，感謝你給予的幫助，謝謝！ 附錄