基于PLC的材料分揀系統(tǒng)

1、*畢業(yè)（論文）引 言隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業(yè)都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率。在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往都采用人工分揀的方法，分揀效率極為低下，致使生產成本高，企業(yè)競爭力差。近年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，出現了一些自動控制分揀系統(tǒng)裝置，它可以大幅度的提高分揀效率，因此越來越多的企業(yè)采用了自動控制分揀系統(tǒng)裝置。關于自動控制分揀系統(tǒng)裝置現在市場上已經大量出現了，并且也應用到生產實際中了。由于PLC具有體積小、易安裝、維修性好等特點，所以設計本課題是用PLC來控制分揀系統(tǒng)裝置的。可編程序控制器（PLC）現在已經綜合了計算機技術、自動控制技術和網絡通信技

2、術，其功能越來越強大。本課題采用PLC控制分揀系統(tǒng)裝置，可以同時實現三種物料的快速分揀，分別是鐵質物料、鋁質物料和顏色物料等。并且可以與上位機相接，實現實時監(jiān)控。它不但可以快速分揀效率，節(jié)省大量的人力資源，而且可靠性高，穩(wěn)定性強，可長時間進行分揀，正是需要進行材料分揀的企業(yè)所迫切希望的分揀系統(tǒng)裝置。 第1章 緒論 該課題是基于PLC的材料分揀系統(tǒng)設計，它包括可編程序控制部分、傳感器檢測部分、電動機控制部分以及空氣壓縮機部分。對于本課題來講，它就是自動化技術、傳感器檢測技術以及電氣拖動技術的融合，在國民經濟發(fā)展中起著推動作用。近年來，分揀領域已經并正在發(fā)生著日新月異的變化，各種先進技術已經被應用

3、到各個工程實際中，并且已經取得了很大的成就。隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業(yè)都迫切地希望改進生產技術，提高生產效率，同樣在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產效率低，生產成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料分揀系統(tǒng)裝置已成為他們的必然選擇。雖然材料分揀系統(tǒng)裝置現在已經開始在工程實際應用中開始發(fā)揮作用，但是隨著科學技術的不斷發(fā)展，分揀系統(tǒng)也在不斷的完善中。分揀系統(tǒng)裝置有幾種系統(tǒng)控制方式。分別是繼電器控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)以及PLC等。幾十年來繼電器控制系統(tǒng)一直為工業(yè)發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)中大量應用，然而其控制性能與自身的功能已無法

4、滿足與適應工業(yè)控制要求和發(fā)展。計算機控制系統(tǒng)有著十分強大的計算與數據處理能力，但在別的方面卻沒有PLC功能強大。因此在這個設計中選擇PLC來控制分揀系統(tǒng)裝置。此設計正是基于采用PLC來實現關于材料分揀控制系統(tǒng)的設計。材料分揀控制系統(tǒng)組成主要有傳感器、斷電延時器、進料槽、傳送帶、分揀推手等組成。當第一個光電傳感器檢測到進料槽有物體時，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運轉，同時控制上料氣動閥進行上料，每次上料時間間隔可以根據實際情況進行調整。第一個物料傳感器為電感傳感器，當檢測出物料為鐵質物料時，反饋信號送PLC，由PLC控制氣動閥動作選出該物料；第二個物料傳感器為電容傳感器，當檢

5、測出物料為鋁質物料時，反饋信號送PLC,PLC控制氣動閥動作選出該物料；第三個物料傳感器為顏色傳感器，當檢測出物料的顏色為待檢測顏色時，PLC控制氣動閥動作選出該物料；最后還有一個備用的傳感器，是用來檢測并推下漏揀的物料。本課題由于采用PLC作為控制系統(tǒng)，它存在輸入輸出響應的滯后現象。滯后現象是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔。雖然它有一定的延遲但并不影響分揀系統(tǒng)裝置的工作，因為PLC的延遲時間只有幾十毫秒，對于本分揀系統(tǒng)裝置起不到什么影響，完全可以忽略。本設計主要研究的是使分揀系統(tǒng)裝置能進行三種物料的分揀并能與上位機相連進行實時監(jiān)控?？删?/p>

6、程序控制器（PLC）現在已經綜合了計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術，其功能越來越強大。該篇設計有著廣闊的應用前景，它節(jié)省大量的勞動力，從而可以大大提高生產率，促進社會工業(yè)的發(fā)展。第2章 方案比較與選擇 由于本設計是基于PLC的材料分揀系統(tǒng)設計，所以從材料分揀系統(tǒng)裝置的控制系統(tǒng)方面進行方案的比較與選擇。一共有三種方案：分別是PLC 、繼電器控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)。下面是關于三種方案的比較與選擇。一、幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領域中大量的應用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在著質的差別。下

7、面是關于它們的各個方面的比較：（1） 控制功能的實現：繼電器控制系統(tǒng)通過對繼電器進行硬接線完成相應的控制功能，PLC對進行編程實現所需控制要求。（2） 對生產工藝變化的適應性：繼電器控制系統(tǒng)需要重新設計與接線，適應性差，PLC只需對程序進行修改，適應性強。（3） 可靠性：繼電器控制系統(tǒng)元器件多，觸點多，容易出現故障，PLC采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高。（4） 控制的實時性：繼電器控制系統(tǒng)機械動作時間常數大，實時性差，PLC微處理器控制，實時性非常好。（5） 占用空間與安裝：繼電器控制系統(tǒng)控制體積巨大、笨重，安裝施工工作量大，PLC體積小，重量輕，安裝工作量小。（6） 使用壽

8、命：繼電器控制系統(tǒng)易損，壽命短，PLC壽命長。（7） 價格：繼電器控制系統(tǒng)較低 ，PLC較高。（8） 維護：繼電器控制系統(tǒng)維護復雜、工作量大，PLC維護工作量小。二、通用計算機具有十分強大的計算與數據處理能力，同時數據處理速度已達到極高的水平，但是應用通用計算機進行工業(yè)控制，在很多方面沒有PLC功能強大。下面是關于它們的比較：（1） 工作方式：通用計算機采用中斷方式，PLC采取掃描方式。（2） 通用計算機使用匯編語言、高級語言，PLC采用助記符語句表、梯形圖等。（3） 工作環(huán)境：通用計算機要求較高，PLC可在較差的環(huán)境工作。（4） 對使用者的要求：通用計算機需要專門的學習培訓才行，PLC語言易

9、學，稍加培訓即可使用。（5） 可靠性：通用計算機商業(yè)級要求，PLC工業(yè)級，且有多種特殊設計，包括監(jiān)視記時器功能。（6） 系統(tǒng)軟件：通用計算機系統(tǒng)軟件功能強大，但占用存儲空間過大，PLC系統(tǒng)軟件功能專用，占用存儲空間小。（7） 價格：通用計算機價格高，PLC價格較低。以上各種情況綜合分析，決定采用PLC控制系統(tǒng)來控制材料分揀系統(tǒng)裝置。和其它兩種控制系統(tǒng)相比PLC控制系統(tǒng)主要優(yōu)點是可靠性、易操作性（操作方便、編程方便、維修方便）、靈活性（編程的靈活性、擴展的靈活性、操作的靈活性）、機電一體化等 。另外PLC的功能有：（1）關于邏輯和順序控制：主要完成開關邏輯運算和進行邏輯控制，從而可以實現各種簡單

10、或復雜的控制要求。（2）定時控制：PLC具有很強的定時、記數功能，而且是間隔可以由用戶自己設定。（3）數據處理：新型PLC都具有數據處理能力，它能進行算術運算，數據傳送。（4）通信：PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，完成數據的處理和信息的交換。 第3章 基于PLC的材料分揀系統(tǒng)的硬件設計部分3.1 材料分揀系統(tǒng)流程圖及PLC選型一、材料分揀系統(tǒng)流程圖材料分揀系統(tǒng)流程圖如下圖所示，它是利用各種傳感器對待測物料進行檢測并分類。根據選用的傳感器類型不同，可分辨出鐵、鋁及非金屬，并能分辨出某種顏色。當待測物體經下料裝置傳入傳送帶后，依次接受各種傳感器的檢測。如果被某種傳感器測中

11、，通過相應的氣動裝置將其推入料箱，否則繼續(xù)前行。物料傳感器5氣動閥4空 氣 壓 縮 機可 編 程 控 制 器編程序控制器物料傳感器2物料傳感器3物料傳感器4傳送帶及上料氣動閥氣動閥1氣動閥2氣動閥3物料傳感器1圖3-1 系統(tǒng)結構圖從上圖可以看出本系統(tǒng)由傳感器、電動機、空氣壓縮機等組成。其中傳送帶是由電動機帶動。系統(tǒng)上電后，可編程序控制器(PLC)首先啟動輸送帶，上料傳感器檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運轉一個周期后自動停止等待上料。當料槽有料時，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運轉，同時控制上料氣動閥進行上料，每次上料時間間隔可以進行調整。物料傳感器1為電感傳感器，當檢測出物

12、料為鐵質物料時，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2為電容傳感器，當檢測出物料為鋁質物料時，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3為顏色傳感器，當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。當系統(tǒng)設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。二、PLC的選型1、控制要求及I/O接口本設計要求實現三種物料的分揀，分別是鐵質、鋁質和帶顏色的物料。根據要求選用了四個種類的五個傳感器來檢測物料。它們分別是電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器以及光電傳感器。電感傳感器專門檢測鐵質物料，電容傳感器

13、檢測鋁質物料，顏色傳感器檢測顏色物料。光電傳感器一共有兩個，一個用于進料槽檢測有無物品，另一個作為備用傳感器負責把前面三個傳感器漏揀的物料分揀下來。另外還用了異步電動機來帶動傳送帶，它可以滿足快速啟動及制動的控制要求。空氣壓縮機通過電磁閥來控制推手把物料分揀下去。如圖3-2所示。SBW4 SBW3 SBW2 SBW1SFW4 SFW3 SFW2 SFW1SDSCSBSAYV4YV3YV1YV2氣缸4氣缸3氣缸2氣缸1光電傳感器顏色傳感器電容傳感器電感傳感器YV5光電傳感器SNSBW5SFW5YV6 圖3-2 材料分揀示意圖根據設計要求，輸入有5個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感

14、器、備用傳感器（光電傳感器）以及檢測下料的傳感器，并且有相應的5個氣缸運動位置信號，每個氣缸有兩個動作限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運動的接觸器，以及5個控制氣缸動作的電磁閥。共需要I/O接點21個，其中有15個輸入點和6個輸出點。如下表所表示。 表3-1 輸入信號和輸出信號輸入信號： 推氣缸1動作限位SFW1 X004推氣缸2動作限位SFW2 X012推氣缸3動作限位SFW3 X020推氣缸4動作限位SFW4 X023推氣缸5動作限位SFW5 X001電感傳感器SA X003 電容傳感器SB X011 顏色傳感器SC X014 備用傳感器SD X022 光電傳感器SN X000 推

15、氣缸1動作限位SBW1 X010 推氣缸2動作限位SBW2 X013 推氣缸3動作限位SBW3 X021 推氣缸4動作限位SBW4 X024 推氣缸5動作限位SBW5 X002 輸出信號： 推氣缸1電磁閥YV1 Y003 推氣缸2電磁閥YV2 Y005 推氣缸3電磁閥YV3 Y007 推氣缸4電磁閥YV4 Y009 推氣缸5電磁閥YV5 Y011 電動機 YV6 Y002根據要求選用選用三菱FX2N系列PLC。主要是因為FX2N有以下的優(yōu)點。FX2N是FX系列中功能最強、速度最快的微型可編程序控制器。FXZN系列PLC是超小型機，I/O點數最大可擴展到256點。它有內置8K步的RAM，使用存儲

16、卡盒后，最大容量可擴大到16K步。編程指令豐富，有27條基本指令、2條步進指令和128種功能指令。PLC運行時，對一條基本指令的處理時間只要0.08uS。它不僅能完成邏輯控制，順序控制、模擬量控制、位置控制、高速計數等功能。還能做數據檢索、數據排列、三角函數運算、平方根以及浮點數運算、脈沖輸出（20kHz/DC5V，10kHz/DC1214V）、脈寬調制、PID運算等更為復雜的數據處理。所以FX2N系列PLC具有容量大、運行速度快、指令功能完善等特點。 在FX2N系列PLC基本單元上，可連接擴展單元、擴展模塊以及各種功能的特殊單元、特殊模塊，還可在基本單元左側接口上，連接一臺功能擴展板，完成F

17、X2N系列PLC與各種外部設備的通信，實現模擬量設定功能。通過功能擴展模板還可將FX2N系列適配器與FX2N基本單元連接，增強PLC與外部設備的通信功能?；谝陨先釬X2N系列PLC的諸多優(yōu)點，選用三菱FX2N系列的FX2N48MR型PLC進行分揀運動控制。它有24個輸入點、24個輸出點，完全滿足了設計要求，并且也滿足了留有相應的裕量，以便以后進行擴充。3.2 傳感器的選擇本設計由于用了多達四種傳感器，怎么選擇傳感器也成了很重要的一環(huán)。傳感器選型方法很重要，選擇的依據是要決定哪一個是合適的傳感器。這取決于將要檢測的目標的材料。 如果目標是金屬的，那么需要一個電感傳感器。如果目標是塑料做的，紙

18、做的或（油基或水基）流體、顆粒、或者粉末，那么需要一個電容傳感器。如果目標是帶顏色的，那么需要一個顏色傳感器。所以根據要求選用的是光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器等。3.2.1 電感傳感器的介紹一、工作原理電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產生一個交變磁場，當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內產生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。電感式接近傳感器只對金屬對象敏感，因此電感式接近傳感器不能應用于非金屬對象檢測。同時，由于高頻振蕩線

19、圈產生的交變磁場是散射的，這樣當金屬對象不斷接近傳感器的前端時，會觸發(fā)傳感器狀態(tài)的變化，而且在傳感器的周圍出現金屬對象時傳感器也會發(fā)出訊號。對檢測正確性要求較高的場合或傳感器安裝周圍有金屬對象的情況下，需要選用屏蔽式電感性接近傳感器，因為這種類型的傳感器事先已經將振蕩線圈周圍的磁場進行了屏蔽，只有當金屬對象處于傳感器前端時才觸發(fā)傳感器狀態(tài)的變化。另外，電感式接近傳感器的檢測距離會因被測對象的尺寸金屬材料，甚至金屬材料表面鍍層的種類和厚度不同而不同。電感式傳感器作為一種位置反饋元件，目前已經廣泛應用于幾乎所有自動化控制的行業(yè)與領域之中，對檢測和自動控制系統(tǒng)的可靠運行具有關鍵性的作用。在工業(yè)自動控

20、制中，最普通也廣泛應用的傳感器往往會引起一些意想不到的問題，甚至導致系統(tǒng)停機。一個能夠通盤考慮全部操作和功能各個方面的解決方案正是所需要的。此解決方案能夠確保系統(tǒng)的可靠運作，且能夠在系統(tǒng)構造、安裝、運行和維護過程中表現出極大的性能優(yōu)勢。二、分類及介紹選的是電感傳感器中的自感式傳感器。自感式傳感器實質上是一個帶氣隙的鐵心線圈。按磁路幾何參數變化形式的不同，目前常用的自感式傳感器有變氣隙式、變面積式與螺管式三種；按磁路的結構型式又有E型或罐型等等；按組成方式分，有單一式與差動式兩種。圖3-3為一種簡單的自感式傳感器，它由線圈、鐵心和銜鐵等組成。當銜鐵隨被測量變化而上、下移動時，鐵心氣隙、磁路磁阻隨

21、之變化，引起線圈電感量的變化，然后通過測量電路轉換成與位移成比例的電量，實現了非電量到電量的變換。可見，這種傳感器實質上是一個具有可變氣隙的鐵心線圈。線圈鐵心銜鐵 圖3-3變氣隙式自感傳感器 3-4 傳感器線圈的等效電路 類似于上述自感式傳感器，變磁阻式傳感器通常都具有鐵心線圈或空心線圈。將傳感器線圈等效成圖3-4所示的等效電路。三、電感傳感器的選擇我選用的是TURCK 圖爾克 BI1.5-EG08-AN6X 電感式傳感器。這種電感式傳感器通過高頻交流電磁場以無磨損和非接觸的方式檢測金屬物體，對普通傳感器 而言，磁場由繞在鐵氧體芯上的LC振蕩電路產生。它的應用范圍極為廣泛，可應用在惡劣氣候條件

22、，深冷系統(tǒng)，戶外應用，金屬鑄造、玻璃行業(yè)、食品行業(yè)、機械行業(yè)。從下列性能數據也可以看出它有很多優(yōu)點：1、額定工作值按EN 60947-5-6標準定義為：Uo=8，2VDC Ri=1000歐姆2、反極性保護3、滯后H1.10%4、溫度漂移5、10%（通常溫度范圍-20.+70）6、20%（擴展溫度范圍-40/25.+100/120）7、重復精度R2%3.2.2光電傳感器的介紹一、光電傳感器的工作原理光電傳感器是指能夠將可見光轉換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得

23、較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小（A），稱為光敏二極管的暗電流。當有光照時，載流子被激發(fā)，產生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積

24、做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還??；當有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。二、光電傳感器應用 光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。早期的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備，發(fā)射器帶一個校準鏡頭，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。在金屬圓筒內有一個小的白熾燈

25、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。發(fā)光二極管最早出現在19世紀60年代，現在我們可以經常在電氣和電子 到這些二極管做為指示燈來用。LED就是一種半導體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當給LED通電流時，它會發(fā)光。由于LED是固態(tài)的，所以它能延長傳感器的使用壽命。因而使用LED的光電傳感器能被做得更小，且比白熾燈傳感器更可靠。不象白熾燈那樣，LED抗震動抗沖擊，并且沒有燈絲。另外，LED所發(fā)出的光能只相當于同尺寸白熾燈所產生光能的一部分。（激光二極管除外，它與普通LED的原理相同，但能產生幾倍的光能，并能達到更遠的檢測距離）。LED能發(fā)射人眼看不到的紅外

26、光，也能發(fā)射可見的綠光、黃光、紅光、藍光、藍綠光或白光。三、光電傳感器的選擇對于光電傳感器選用的是現在市場上流行的Autonice系列BUD-50S型號光電開關，因為它有以下幾方面的優(yōu)點： （1）超小型，可在狹小空間安裝。（2）不受探測物體本身色彩的影響，優(yōu)質的探測能力。（3）內裝計時器，易于調整應答時間(關斷延時時間: 0.12秒以下VR調整)。（4）不受背景物的影響。（5）內裝控制輸出過電流保護線路。（6）內裝電源逆連接保護線路。3.2.3 電容傳感器的介紹電容式傳感器是將被測非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。結構簡單、高分辨力、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強烈振動等惡劣條件下

27、工作，這是它的獨特優(yōu)點。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，促使它揚長避短，成為一種很有發(fā)展前途的傳感器。由絕緣介質分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，當忽略邊緣效應影響時，其電容量與真空介電常數0 (8.8541012F/m)、極板間介質的相對介電常數r、極板的有效面積A以及兩極板間的距離有關： (3-1)若被測量的變化使式中、A、r三個參量中任意一個發(fā)生變化時，都會引起電容量的變化，再通過測量電路就可轉換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質型三種類型。下面我只介紹了變極距型、變面積型傳感器。一、變極距型電容傳感器圖3-5為傳感器的原理圖。當傳感器的r和A為常數，

28、初始極距為0，其初始電容量C0為： 3-5 變極距型電容傳感器原理圖 (3-2)變極距型電容傳感器只有在|0/0|很小(小測量范圍)時，才有近似的線性輸出。靈敏度S與初始極距0的平方成反比，故可用減少0的辦法來提高靈敏度。例如在電容式壓力傳感器中，常取00.10.2mm，C0在20100pF之間。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01m的線位移，故在微位移檢測中應用最廣。差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結構上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。二、變面積型電容傳感器原理結構如圖3-6所示。它與變極距型不同的是，被測量通過動極板移動，引起兩極板有效覆蓋面積

29、A改變，從而得到電容的變化。設動極板相對定極板沿長度方向平移時，則電容為： (3-3) (a)單片式 (b)中間極移動式圖3-6 變面積型電容傳感器原理圖變面積型電容傳感器與變極距型相比，其靈敏度較低。因此，在實際應用中，也采用差動式結構，以提高靈敏度。角位移測量用的差動式結構，設A、B為同一平(柱)面而形狀和尺寸均相同且互相絕緣的定極板。動極板C平行于A、B，并在自身平(柱)面內繞O點擺動。從而改變極板間覆蓋的有效面積，傳感器電容隨之改變。C的初始位置必須保證與A、B的初始電容值相同。 三、在設計中選擇的電容傳感器是武漢超榮電子有限公司供應的電容式接近傳感器CCJ/CRJ系列。主要是因為它有

30、以下優(yōu)點：電容式接近開關CCJ/CRJ系列具有多種電源、響應頻率快等特點，能可靠的檢測金屬、非金屬。用于工業(yè)控制的非金屬檢測定位、限位以及料位、液位的檢測。輸出有NPN輸出、PNP輸出、電壓05DVC；030DVC輸出、90260VAC，檢測距離從4mm-25mm不等。3.2.4 顏色傳感器的介紹考慮到本次設計是推出式物流分揀裝置及分揀信號自動識別系統(tǒng)設計，分揀裝置采用動力式皮帶輸送裝置，驅動裝置是選用電動機。在分揀系統(tǒng)中的信號采集最后一部分主要依靠色敏傳感器。因為各個物塊的顏色不同，根據顏色值的變化能分清是否要實行分揀操作。由于只要求分揀系統(tǒng)能分辨顏色值的變化，而對物品的顏色標定沒有具體要求

31、。具體的顏色測量方式有三種：直接式、透射式、反射式,考慮到系統(tǒng)用在物品分揀系統(tǒng)上，所以使用反射式測量方式。在分揀支路上安裝色敏傳感器，通過調整色敏傳感器的工作點，進行顏色測定時，須對信號采集電路的信號輸出大小進行計算，得出被測物塊的顏色值，把所測的顏色值同PLC中的物塊顏色值進行比較，得到它們之間最相關的值，確定所測值的顏色。如果需要分揀則驅動氣動執(zhí)行機構。本設計分析了目前市場上應用極為廣泛的顏色傳感器類型和每種顏色傳感器的應用場合，以選擇最適合在本設計中所能應用的傳感器。目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型（都屬于光電式的）：其一是色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色LED光源；其二是

32、RGB（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型和光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸酯外殼中。典型的輸出包括：NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。RGB顏色傳感器對相似顏色和色調的檢測可靠性較高。它是通過測量構成物體顏色的三基色的反射比率實現顏色檢測的。由于這種顏色檢測法精密度極高，所以RGB傳感器能準確區(qū)別極其相似的顏色，甚至相同顏色的不同色調。 一般RGB傳感器都有紅、綠、藍三種光源。三種光通過同一透鏡發(fā)射后被目標物體反射。光被反射或吸收的量值取決于物體顏色。RGB傳感器有兩種測量模式。一種是分析紅、綠、藍光的比例。因為檢測距離無論

33、怎樣變化，只能引起光強的變化，而三種顏色光的比例不會變，因此，即使在目標有機械振動的場合也可以檢測。 第二種模式是利用紅綠藍三基色的反射光強度實現檢測目的。利用這種模式可實現微小顏色判別的檢測，但傳感器會受目標機械位置的影響。 無論應用哪種模式，大多數RGB傳感器都有導向功能，使其非常容易設置。這種傳感器大多數都有內建的某種形式的圖表和閥值，利用它可確定操作特性。 色標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較來實現色標檢測，而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感

34、器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白熾燈和單色光源都可用于色標檢測。 顏色傳感器種類很多，仔細考慮了一下，還是決定選擇CS系列顏色傳感器中的CS3型。測量范圍是60mm，可分辨三種顏色，工作溫度是-1055；工作頻率是250Hz；輸出方式是PNP；工作電源1230VDC。應用范圍：CS系列色彩檢測器是應用于自動化生產線上的色彩測量的傳感器，具有測量速度快、分辨率高、不受外界光線干擾且無須任何保養(yǎng)的特點?？煞墙佑|監(jiān)控彩色及透明的物體。主要應用于印刷品、包裝標簽、填充物、包裝記號、商標、零件的辯識和分類。3.3 電動機部分本設計選用的是三相異步電動機。目前較常用的交流電動機有兩種：1、三相異

35、步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。 三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是用來產生旋轉磁場的。單相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場，旋轉磁場在空間旋轉一周，即旋轉磁場的旋轉速度與電流的變化是同步的。旋轉磁場的轉速為：n=60f/P （3-4）式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對數、n的單位是：每分鐘轉數。根據此式我們知道，電動機的轉速與磁極數和使用電源的頻率有關，為此，控制交流

36、電動機的轉速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現在則利用變頻技術實現對交流電動機的無級變速控制。旋轉磁場的旋轉方向與繞組中電流的相序有關。相序A、B、C順時針排列，磁場順時針方向旋轉，若把三根電源線中的任意兩根對調，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)椋篊、B、A，則磁場必然逆時針方向旋轉。利用這一特性我們可很方便地改變三相電動機的旋轉方向。定子繞組產生旋轉磁場后，轉子導條（鼠籠條）將切割旋轉磁場的磁力線而產生感應電流，轉子導條中的電流又與旋轉磁場相互作用產生電磁力，電磁力產生的電磁轉矩驅動轉子沿旋轉磁場方向以n1的轉速旋轉起來。一般情況下

37、，電動機的實際轉速n1低于旋轉磁場的轉速n。因為假設n和n1相同，則轉子導條與旋轉磁場就沒有相對運動，就不會切割磁力線，也就不會產生電磁轉矩，所以轉子的轉速n1必然小于n。為此我們稱三相電動機為異步電動機。 相對于本分揀系統(tǒng)設置要求我選用浙江省瑞安市金龍調速電機廠生產的YS系YS 8024型號三相異步電動機。它按照國家標準設計制造，具有高效、節(jié)能、噪聲低、振動小、壽命長、維護方便、起動轉矩大等特點，采用B級絕緣，外殼防護等級為IP44，冷卻方式為IC411，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，額定功率為750W。3.4 空氣壓縮機空氣壓縮機是本材料分揀系統(tǒng)裝置中不可缺少的部分 ，它是將電動

38、機的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置?？諝鈮嚎s機的種類很多，按工作原理可分為容積型壓縮機和速度型壓縮機。容積型壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度型壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 空氣壓縮機的選擇主要依據氣動系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應比氣動系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右，因為要考慮供氣管道的沿程損失和局部損失。如果系統(tǒng)中某些地方的工作壓力要求較低，可以采用減壓閥來供氣。空氣壓縮機的額定排氣壓力分為低壓（0.71.0MPa）、中壓（

39、1.010MPa）、 高壓（10100MPa）和超高壓（100MPa以上）。基于本分揀系統(tǒng)的工作要求選用的是威普德爾工業(yè)機械系列的標準型GL-2.0渦輪空氣壓縮機，產品性能優(yōu)越，效率高，運行可靠。主要是因為它體積少、重量輕、結構精密、運動部件少、無磨損。此外還有： （1）安裝簡單 產品出廠時，機器內已添加足量的專用油，所以安裝就位，就可以自動運行。 （2）節(jié)省電力 機器的操控是由系統(tǒng)伍自動調節(jié)，特別GL-X4.0雙渦輪供氣或單機供氣，大幅 減少運行耗電量達60%真正做到高效節(jié)能。 （3）節(jié)省易耗品特殊設計的雙柱形油氣罐，罐內構筑多個立面，使油氣混合氣體在罐內經數次 分離但又不產生城市降，減小油

40、霧，延長加油周期和油霧分離器的使用時間，使用權其能長時間輸出含油量低于3PPM的壓縮空氣。（4）超級潤滑油特殊配方和添加劑合成的GL-X系列空氣壓縮機開發(fā)的超級潤滑油，客觀存在的潤滑性能，密封性能，冷卻性能，降噪和防腐蝕等方面都有良好表現，在高溫時的熱穩(wěn)定性和抗氧化性使渦輪壓縮機在各種高溫、高壓、超負載實驗中都能保持最佳狀態(tài)。第4章 基于PLC的材料分揀系統(tǒng)的軟件部分設計本課題是關于材料分揀系統(tǒng)的設計。本設計采用可編程序控制器對分揀部分進行控制。最初研制生產的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置。它們的運行方式是不同的：繼電器控制裝置采用硬接線邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電

41、器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點在繼電器控制線路的那個位置會立即同時動作。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的串行運行方式，即如果一個邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的程序中所有的觸點（包括起常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等到掃描到該觸點時才會動作。而用戶最常用的編程語言就是梯形圖，梯形圖就是從繼電器控制電路圖演變而來，以圖形符號及其相互之間的相互關系表示相互關系。梯形圖編程是各種PC通用的方式。盡管各種PC的指令系統(tǒng)以及指令的助記符不完全相同，但梯形圖的設計方法基本上是相同的。首先，梯形圖按自上而下，從左至右的順序排列，每個繼電器為一個邏輯行，即一層階梯。沒一邏輯行起于左母線，終

42、于右母線。繼電器線圈與右母線直接相連接，不能在繼電器線圈與右母線之間連接其它元素。梯形圖中，一般情況下，某個編號的繼電器線圈只能出現一次，而繼電器的接點則可無限引用，既可是常開接點，也可是常閉接點。輸入繼電器的線圈由輸入點上的外部輸入信號驅動。因此，梯形圖中輸入繼電器的接點用以表示對應點的輸入信號。語句編程也是各種PC通用的編程方式。通常是根據梯形圖來進行語句表編程。由于PC的指令比較簡單，所以語句表編程比較簡單。首先，對梯形圖的的并列支路編程時，先上后下、先左后右。其次，在較復雜的梯形圖中，常遇到幾個邏輯組相串聯(lián)或相并聯(lián)的情況，其邏輯運算比較復雜，編程時需用接點組的串、并聯(lián)指令，這時需要使用

43、堆棧?？删幊炭刂破鬟\行時，在系統(tǒng)程序的監(jiān)視下，按常規(guī)的順序對系統(tǒng)內部的各個任務進行查詢、判斷和執(zhí)行，CPU每一個時刻只能執(zhí)行一個操作，隨著時間延伸，一個動作接一個動作順序執(zhí)行，這種分時操作過程稱為掃描。掃描過程周而復始的不斷循環(huán)。一個掃描過程稱為掃描周期。在一個掃描周期內，前面執(zhí)行的結果，馬上就可被后面的將要執(zhí)行的任務所用。4.1 材料分揀系統(tǒng)的軟件設計流程圖本課題要求實現三種物料的分揀，分別是鐵質物料、鋁質物料、紅色物料等。本系統(tǒng)采用可編程控制器來控制分揀系統(tǒng)裝置。系統(tǒng)開始運行時，第一個光電傳感器首先檢測進料槽有無物料，若有開始上料（我設置的是每3秒一次把物料推上傳送帶），之后啟動傳送帶（系

44、統(tǒng)啟動時延遲1秒工作）。傳送帶啟動后，物料到達第一個電感傳感器傳感器開始檢測，若是鐵塊，推下，不是繼續(xù)前行。到達第二個電容傳感器時又開始檢測，若是鋁塊，推下，不是繼續(xù)往前傳送，到達第三個顏色傳感器，開始檢測，若是帶有顏色的物塊，推下，沒有繼續(xù)前行。第四個傳感器是備用傳感器，它主要起到把前面漏揀的物料分揀下來，只要有物塊就推下。這是一個循環(huán)過程。若第一個光電傳感器沒檢測到物料，則斷電延時器開始記時，到一周期后斷電，整個系統(tǒng)停止。直至檢測下料槽的光電傳感器檢測到物料時才會啟動整個系統(tǒng)重新開始工作，進行物料分揀。以下是我對于以上設計思路來進行軟件程序設計的。分揀系統(tǒng)的軟件設計結構圖如圖4-1所示。開

45、 始有料否？ ？上料上料分 揀傳 送 帶分 揀分 揀開 始 記 時傳送帶停止分 揀有鐵塊嗎？有鋁塊有 顏 色有物塊是否傳送帶運行?否是 圖4-1 材料分揀系統(tǒng)軟件設計流程圖4.2 分揀系統(tǒng)的梯形圖設計根據要求，利用PLC 的基本邏輯指令來實現分揀系統(tǒng)的控制程序編程。一、首先是進料槽控制部分開始工作時，如果進料槽有待分揀的物料，則進料槽的光電傳感器就接受到信號，然后把信號傳送給PLC。PLC通過控制電磁閥來控制氣缸推手把物料推入傳送帶。本設計的是每三秒鐘推一次物料。在光電傳感器檢測到物料時，程序首先形成自鎖，同時記時器1開始記時，氣缸推手把物料推入傳送帶。記時器1和記時器2主要是控制進料槽的推手

46、每三秒工作一次。這樣被分揀物料就會有規(guī)律的被傳送到傳送帶上被分揀。X000就代表光電傳感器的輸入信號。X001、X002分別是行程開關，用來控制Y000、Y001。Y000、Y001分別代表是氣缸推手工作的前行程開關和后行程開關。下面圖4-2就是實現這個功能的梯形圖設計。X000M102M100M1000M100T2T1K10MM100T1T2K20M100T1X001Y000Y000X002X001Y001Y001X002圖4-2 進料槽部分控制梯形圖二、斷電延時器部分我為這個系統(tǒng)設計了斷電延時器。是為了防止下料箱沒有物料時，通過一個周期記時后發(fā)出一個信號使整個系統(tǒng)停止運行，這樣可以節(jié)省大量

47、的資源。程序啟動以后，如果下料箱的傳感器檢測到沒有待分揀物料時，就會啟動斷電延時器部分。在下面的梯形圖中，當第一個光點傳感器沒檢測到信號時，則記時器3開始記時，等12秒一過則通過M102使整個程序停止運行。下圖4-3是關于實現這個功能的梯形圖設計。X000T3M102M102X000T3K120 圖4-3 斷電延時器梯形圖三、檢測分揀鐵質部分X003X010M103M103M103X004X010Y003Y003M100X010X004Y004Y004圖 4-4 電感傳感器控制部分梯形圖上圖4-4是我關于第一個檢測鐵的電感傳感器的工作控制梯形圖的設計。X003代表電感傳感器，X004、X010

48、都是氣缸推手運動的限位開關。系統(tǒng)運行起來后，當物料被傳送到第一個傳感器下面時，如果是鐵的話，則電感傳感器就會檢測到有信號，此時給相應的電磁閥一個信號，使電磁閥打開，利用空氣壓縮機的氣體動能來推動推手，從而把鐵質物料分揀下去。控制推手把物料推下傳送帶。Y002、Y003分別代表氣缸控制推手前行程動作和后行程動作。四、檢測分揀鋁質部分第二個環(huán)節(jié)是檢測分揀鋁的部分。我設計的是用電容傳感器來檢測的。X011是代表電容傳感器，X012、X013分別是氣缸推手的限位開關。下圖4-5是我對于這個環(huán)節(jié)的設計控制圖。原理同上一步一樣，它在物料經過它下面的時候進行檢測，如果檢測到有信號的話說明被分揀的物料是鋁，就

49、會發(fā)出一個脈沖信號給相應的電磁閥。電磁閥打開，則控制氣缸推手動作把鋁質物料分揀下來。X011X013M104M104M104X012X013Y005Y005M100X013X012Y006Y006圖4-5 電容傳感器控制部分梯形圖X014X021M105M105M105X020X021Y007Y007M100X021X020Y010Y010圖4-6 顏色傳感器控制部分梯形圖五、檢測分揀顏色物料部分前面已經檢測鐵和鋁了，這一部分是檢測帶有紅色的物料。此設計用開關X014來代替顏色傳感器，X020、X021分別是氣缸推手的限位開關。當有顏色的被分揀物料經過它下面時，如果它檢測到有信號時發(fā)送一個信號

50、給PLC來控制電磁閥，使氣缸推手動作把它分揀下去。上圖4-6是實現這個功能的梯形圖設計。六、備用傳感器控制分揀部分為防止所分揀的物料中混有除鐵、鋁、顏色之外的其它物料分揀不下來，所以設計了備用檢測部分。本設計使用光電傳感器來實現次功能。光電傳感器使用方便、檢測準確。只要它檢測到有物料時就把信號發(fā)送給相應的電磁閥，使它打開，從而啟動第5個氣缸推手把它分揀下來。如圖4-7所示開關X022代表光電傳感器，X023、X024分別為限為位開關，Y011、Y012分別是第5個氣缸推手的前行程、后行程動作開關。X022X024M106M106M106X023X024Y011Y011M100X024X023Y

51、012Y012圖4-7 備用傳感器檢測分揀部分七、傳送帶控制部分 我設計的傳送帶是由三相異步電動機來驅動的。當傳感器檢測到物料時，都會給電動機一個停止的信號，這樣方便實現分揀物料，當分揀完后再給電動機一個信號，使它轉動起來。不管哪個傳感器有信號時都會給電動機一個信號，使它停止轉動，等待氣缸推手把物料分揀下去。直至這個傳感器沒有信號時傳送帶才又開始運行。下圖就是實現這種工作控制的梯形圖。T4X003X011X014X022Y002M100T4K10 圖4-8控制電動機部分梯形圖以上是我關于分揀系統(tǒng)軟件設計的各個組成部分，梯形圖的整體組合以及語句表的我分別放在了附錄A和附錄E中了。第5章 分揀系統(tǒng)與上位機的通信接口 本課題還要還要實現與上位機的通信，我只負責下位機的設計，所以上位機我在這里只稍微介紹一下。5.1 數據通信概述 數據通信包含的內容十分廣泛，如計算機與計算機、計算機與外部設備、計算機內部設備之間的信息交換等均屬于數據通信的范疇。數據通訊的