江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計基于plc的智能分揀裝置

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在眾多控制器當中，PLC（可編程控制器）控制是目前國內(nèi)外自動控制工業(yè)產(chǎn)業(yè)中控制應用非常廣泛，而且它歷經(jīng)幾十年的發(fā)展技術(shù)已經(jīng)相當成熟。因為其控制的操作要求與環(huán)境要求的簡單，因此，在當前的工商業(yè)應用中不論應用范圍還是技術(shù)的發(fā)展程度與其他如單片機控制都要更加有優(yōu)勢。PLC之所以逐漸取代單片機成為大多數(shù)工業(yè)控制器的首要選擇，是因為PLC

2、把繼電器控制、PC機（包含現(xiàn)場總線）和通信技術(shù)融合為一體。目前，PLC發(fā)展迅速，許多部門正在積極的研究并推廣，在社會工礦企業(yè)等諸多項目中應用廣泛，我國雖然由于歷史且工業(yè)起步交晚等原因在可編程控制器方面起步較晚，但在近幾年來，沿海等發(fā)達城市和各產(chǎn)業(yè)部門不斷引進生產(chǎn)線及設備技術(shù)，并借鑒國外先進技術(shù)，積極消化吸收且不斷深化研究，使得PLC技術(shù)在我國的發(fā)展空前迅猛。同時隨著近現(xiàn)代各種工業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷完善和崛起，PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，也因為各高校和

3、職業(yè)院校適應社會需求，越來越偏向于對于實際應用的人才培養(yǎng)，更加注重專業(yè)性、實用性、技術(shù)性。通過基于PLC的不斷研究與和越來越多的設計應用，能夠?qū)ε囵B(yǎng)應用型人才產(chǎn)生一定的推動作用。</p><p>　　本設計采用PLC、變頻器及傳感器控制，本系統(tǒng)發(fā)揮了PLC強大的編程控制能力，對傳感器、氣動、變頻技術(shù)進行整合，借助相應的繼電器，實現(xiàn)了借助在自動傳輸帶上的自動分揀目的。利用變頻器控制傳輸速度，相應的外部材料的不同而借

4、助傳感器傳輸，PLC推動氣動是機械推動動作進行分揀，并歸納到不同產(chǎn)品槽內(nèi)，借助外力堆放不同倉庫。在對假想實現(xiàn)廠房的實際考察之后，根據(jù)其現(xiàn)實環(huán)境極其布置的電力系統(tǒng)，并對PLC控制系統(tǒng)具體分析后提出具體電氣控制方案，氣動布局，極其現(xiàn)實規(guī)劃。結(jié)合梯形圖展示該系統(tǒng)的設計思路。</p><p>　　關鍵字：控制器 傳感器 變頻器 氣動 </p><p><b>　　ABSTRACT<

5、/b></p><p>　　PLC will relay control technology, computer technology and communication technology integration as one, to become the first choice for industrial control design. Now, with the rapid developme

6、nt of PLC, many departments are actively research and promotion, widely used in social industrial and mining enterprises, and many other projects, our country although due to the history and industry started late deliver

7、y and other reasons in programmable logic controller (PLC) started late, but in recent ye</p><p>　　Key words: controller sensor transducer pneumatic</p><p><b>　　目錄</b></p><

8、;p><b>　　摘要- 1 -</b></p><p>　　ABSTRACT- 1 -</p><p><b>　　目錄- 2 -</b></p><p><b>　　緒論- 5 -</b></p><p>　　第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設計- 7 -&l

9、t;/p><p>　　1.1 分揀裝置過程工作概述- 7 -</p><p>　　1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標- 8 -</p><p>　　1.3 設計控制方式- 9 -</p><p>　　1.3.1 功能要求- 9 -</p><p>　　1.3.2 系統(tǒng)的控制要求- 9 -</p><p&g

10、t;　　1.3.3 系統(tǒng)的運行方式- 9 -</p><p>　　第2章 控制系統(tǒng)的硬件設計- 11 -</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)- 11 -</p><p>　　2.2 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇- 12 -</p><p>　　2.2.1 旋轉(zhuǎn)編碼器- 12 -</p><p>　　2.2

11、.2 顏色傳感器- 13 -</p><p>　　2.2.3 光電傳感器- 15 -</p><p>　　2.2.4 變頻器- 16 -</p><p>　　2.2.5 步進電機- 16 -</p><p>　　2.2.6 氣動控制裝置- 17 -</p><p>　　2.2.7 單電控電磁換向閥、電磁閥組

12、- 17 -</p><p>　　2.3 系統(tǒng)關鍵技術(shù)- 18 -</p><p>　　2.3.1 確定I/ O 點數(shù)- 18 -</p><p>　　2.2.2 PLC的選擇- 18 -</p><p>　　2.3.3 PLC的輸入輸出端子分配- 20 -</p><p>　　2.3.4 PLC輸入輸

13、出接線端子圖- 20 -</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)的軟件設計- 22 -</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計- 22 -</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)程序設計- 24 -</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試- 29 -</p><p>　　4.1 硬件調(diào)試- 29 -

14、</p><p>　　4.2 軟件調(diào)試- 29 -</p><p>　　4.3 聯(lián)機調(diào)試- 29 -</p><p>　　4.4 性能測試- 30 -</p><p>　　4.5 現(xiàn)場問題- 30 -</p><p>　　4.6 小結(jié)- 30 -</p><p><b>　　

15、總結(jié)- 32 -</b></p><p><b>　　展望- 33 -</b></p><p><b>　　致謝- 35 -</b></p><p>　　參考文獻- 36 -</p><p><b>　　緒論</b></p><p>

16、　　自動分揀控制系統(tǒng)始自二戰(zhàn)之后，初步被運用于西方發(fā)達國家的商品生產(chǎn)與物流中心，成為其必需品之一。其能連續(xù)大批量的分件貨物、差錯率低、基本無人化等的優(yōu)勢使得在與人工分揀方面的比較中十分先進。但對于智能分揀系統(tǒng)的可靠性、優(yōu)越性以及應用領域的適用性也是十分重要的參考標準，即便是在發(fā)達國家，其諸多物流中心的生產(chǎn)中心依然采用人工分揀的現(xiàn)象也依然普遍。對于我國等發(fā)展中國家來說，大型商品生產(chǎn)企業(yè)以及大型物流分撥也有諸多智能分揀系統(tǒng)的應用，但通多多方

17、的考察，一般物流等企業(yè)也依然采用人工分揀。其智能分揀系統(tǒng)無法大規(guī)模應用的原因有許多，其中設備昂貴，更新速度跟不上現(xiàn)代生產(chǎn)運輸?shù)陌l(fā)展速度，對于環(huán)境限制和商品外包裝的限制也比較高等原因使得自動分揀系統(tǒng)的推廣應用及其研究水平難以飛速發(fā)展。特別是對于智能分揀系統(tǒng)的研究處在一個相對于獨立的局面，而想要促進智能分揀系統(tǒng)的研究發(fā)展，便要依靠其他相關應用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的協(xié)調(diào)與配合，使其同步發(fā)展。</p><p>　　現(xiàn)代物流的高速發(fā)展

18、，在物流配送中,高科技的自動控制應用提高了作業(yè)效率和質(zhì)量，降低了錯誤率。物流自動控制機械化系統(tǒng)、計算機信息系統(tǒng)以及主要管理系統(tǒng)的完美結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)代物流分揀系統(tǒng)的通用模式。整體的機械化系統(tǒng)在物流行業(yè)中的應用主要是全套物流設備的高效優(yōu)質(zhì)的組合和配置,分揀信息和控制信息等信息流通的載體是物流信息系統(tǒng),核心的管理組織系統(tǒng)主要對各種控制設備、操作人員人員的調(diào)配,所以管理組織系統(tǒng)始控制系統(tǒng)的總體，也是該運作模式的總體控制。信息系統(tǒng)計算機控制及物流

19、系統(tǒng)中的自動機械化設備成為現(xiàn)代物流企業(yè)分揀系統(tǒng)的核心。</p><p>　　伴隨著現(xiàn)代經(jīng)濟和社會生產(chǎn)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的流通趨于網(wǎng)絡和告訴的流通，種類的繁多并且趨于微商品時代，大量而繁雜的分類與設計僅憑人工的分揀耗時耗力，且錯誤頻繁。大型工業(yè)且不說，人居用品的流通速度逐漸加快，物流行業(yè)的興起便是典范。自動分揀系統(tǒng)在物流企業(yè)中的廣泛應用提高了物流分揀的作業(yè)效率，操作的簡單性和隨用性使得自動分揀系統(tǒng)大大提高了物流的

20、配送效率?？梢哉f，配備貨物自動分揀系統(tǒng)不光為物流企業(yè)節(jié)約了人員資源成本，其維護的簡單性和安全可靠性也使企業(yè)大大省掉諸多不必要的額外意外支出，最重要的是適應了社會的高速發(fā)展以滿足人們對于現(xiàn)代商品貨物流通的速度要求。然而在考察的諸多物流倉庫之中幾乎很少有用到智能分揀系統(tǒng)，仍然在以傳統(tǒng)的人工分揀以維護市場運作。隨著商品生產(chǎn)于流通速度的逐漸加快，傳統(tǒng)的人工分揀注定滿足不了即將到來的智能時代。目前，我國除了大型物流中心與一些生產(chǎn)必須廠家配有智能分

21、揀系統(tǒng)，并且充分體現(xiàn)出智能分揀系統(tǒng)速度快、分揀點低、差錯率低等等眾多優(yōu)勢之外，仍有諸多地方物流企業(yè)與中小成產(chǎn)企業(yè)因為效益與各方面原因而欠缺智能分揀系統(tǒng)的配有。我們此番對于PLC的智能分揀系統(tǒng)的目的就是應對這一社會現(xiàn)狀，對</p><p>　　本文以貨物外包裝顏色的分揀以區(qū)分不同類別貨物運送為例，詳細的分析了在現(xiàn)代物流分揀系統(tǒng)中PLC的應用。在基于PLC系統(tǒng)的信號采集中一些傳感器的應用，通過應用比較以確定各種元器件

22、的選用。首先會整體的規(guī)劃系統(tǒng)的設計流程圖，之后會介紹一些基本的電器元器件，之后是對主電路圖的設計的控制系統(tǒng)的整體配合。本次自動控制分揀系統(tǒng)應用PLC控制需要安裝的分揀裝置需要包括編程控制技術(shù)、氣壓制動技術(shù)、傳感器和位置啟停等控制內(nèi)容和技術(shù)，是應用在實際工礦等工業(yè)企業(yè)的一個具有實際參照性的對應模型。本設計應用具有先進控制功能的可編程控制器與執(zhí)行設備氣動技術(shù)的結(jié)合以及傳感器和其他自動控制科技設備等，設計針對不同類別貨物包裝顏色不同的區(qū)分分揀

23、。由于該系統(tǒng)的發(fā)展技術(shù)較為成熟，所以靈活性和可操作性較強，編程簡單，可有諸多同類相似程序可供借鑒，再根據(jù)實際需要做出稍許改動就可投入運行。可以在物流分揀系統(tǒng)做出調(diào)整是進行相應的彈性調(diào)整。本設計應用主要是根據(jù)PLC控制理論技術(shù)結(jié)合其他機械設備理論進行系統(tǒng)控制整合達到其在物流分揀系統(tǒng)中的現(xiàn)實應用，以及配套的硬件設計和軟件應用，另外還有調(diào)試系統(tǒng)的步聚及注意事項。</p><p>　　第1章 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)及總體設計&

24、lt;/p><p>　　本章總體介紹自動分揀系統(tǒng)的設計思路與工作方法。包括其程序的先后順序，啟停的控制方法，方案的可行性分析，控制要求等。</p><p>　　我國經(jīng)濟技術(shù)的不斷發(fā)展，貨物流通速度的不斷加快，帶動了物流行業(yè)的迅速發(fā)展，隨著電子商務等由于網(wǎng)絡化而出現(xiàn)的組多行業(yè)的興起，物流這一聯(lián)通現(xiàn)實與網(wǎng)絡的媒介勢必會發(fā)展壯大。但是，從目前的發(fā)展來看，物流行業(yè)的市場沒有成熟的制度規(guī)范，人員素質(zhì)和準

25、入門檻參差不齊；監(jiān)管力度不到位，經(jīng)?？梢钥吹娇爝f的突發(fā)事件于報端；制度不夠完善，由于成本等原因?qū)е孪聦俚囊痪€工作人員對于本身職責不夠明確等等。那么，本次設計便是針對目前物流企業(yè)一線分部對于不同類別物體沒有分類包裝所造成的不同材質(zhì)材料類別的物體只根據(jù)大小輕重來區(qū)別運送車輛，然而諸多易損易碎的物品極不穩(wěn)定，故而導致諸多快件被損壞使企業(yè)和客戶雙雙受損。本次設計便是解決這一物流中的現(xiàn)實問題。需要提及的是，本設計系統(tǒng)對于成本較小，但需要物流行業(yè)的

26、制度配合，對于一線物流從業(yè)制度的更新。即首先對需要寄送的物品類別進行區(qū)分，不同類別的物品采用不同顏色的包裝，這便是一種不加成本的制度更改，而且可行性極高。</p><p>　　在本次設計系統(tǒng)中，我們主要利用顏色傳感器對于四種顏色的區(qū)分，所以對應的可將寄存物品相應的分為四類，具體標準可由物流行業(yè)統(tǒng)一協(xié)商區(qū)分。</p><p>　　1.1 分揀裝置過程工作概述</p><p

27、>　　我們對于物流分揀車間的總體要求是：根據(jù)不同類別物體的包裝顏色的不同，通過分揀傳送裝置之后進行堆類存放寄送。采用主體由PLC的控制方案，由變頻器控制傳送速度，采用氣壓傳動操控分揀任務。系統(tǒng)整個設計具體要做的工作：根據(jù)要求，選用相關設備，分析、驗證可行性，設計系統(tǒng)模型，并進行硬件布局設計、電氣控制設計及程序編寫，調(diào)試組裝，驗證可行性，分析交流運行效果。</p><p>　　設計順序圖如下圖1-1所示。&l

28、t;/p><p>　　圖1-1 設計順序圖</p><p>　　根據(jù)實際情況，本設計將臺式結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的主設計結(jié)構(gòu)，與之相配合的設備有步進電機、汽缸與電磁閥組合、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓顯示等部件，電源內(nèi)置，可與各類氣源相連接。主要利用顏色傳感器區(qū)分不同類別貨物包裝，并且將對應的顏色識別傳感器安裝在傳送帶上端對應的網(wǎng)板上，并且使其可隨時調(diào)整位置以保證位置精度的較高程度，從而保證系

29、統(tǒng)的精確性和出錯率低的目的。圖1-2，即為為本次物流分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)裝置示意圖。</p><p>　　圖 1-2 分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　由圖可知，電源開關打開對系統(tǒng)供電以后，步進電機運行，帶動傳送帶轉(zhuǎn)動。同時傳感器和PLC控制器通電進入工作狀態(tài)。下料傳感器SN首先掃描傳送帶一個周期，如果檢測到傳送帶上沒有貨物，則將信息傳送到PLC控制器，控制電機停轉(zhuǎn)，下料氣缸5啟動運行，

30、對堆積的貨物進行按件依次裝往傳送帶。當檢測到傳送帶上有貨物時，控制綠色傳感器SC1檢測貨物是否為綠色，若是綠色則傳送帶制動幾秒同時氣缸1動作將貨物分揀至料槽1綠色類別貨物堆放槽；若不為綠色則傳動帶不停轉(zhuǎn)繼續(xù)運行，并且紅色傳感器SC2工作在貨物到達該位置時檢測貨物是否為紅色，若是紅色，電機停轉(zhuǎn)相同時間氣缸2動作將貨物分揀至綠色類別貨物堆放槽；若不為紅色電機不停轉(zhuǎn)繼續(xù)運行至藍色傳感器SC3位置處時，SC3檢測該貨物是否為藍色包裝，若是，則電

31、機停轉(zhuǎn)相同時間同時氣缸3動作將貨物分揀至綠色類別堆放槽中；若不是則電機不停轉(zhuǎn)繼續(xù)運行，當貨物到達白色傳感器SC4位置處時，檢測該貨物包裝是否為白色，即白色傳感器是否有反應，若有則控制電機停轉(zhuǎn)同樣時間并且控制氣缸4動作將貨物分揀至白色類別的堆放槽中。若無反應則證明該貨物包裝顏色不符合要求，并且從傳動帶末端排出重新返回包裝。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標</p><p>　　輸入

32、電壓：AC200～240V（帶保護地三芯插座）</p><p><b>　　消耗功率：250W</b></p><p>　　環(huán)境溫度范圍：-5～40℃</p><p>　　氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa</p><p>　　1.3 設計控制方式</p><p>　　本設計系統(tǒng)需要滿足某

33、些功能要求和控制條件要求。所以，前期工作要根據(jù)實際要求來確定設計方案，分析控制對象應該進行哪些具體要求。本設計系統(tǒng)主要針對物流企業(yè)，若想在物流行業(yè)中實現(xiàn)大規(guī)模運行，需要物流企業(yè)根據(jù)配送貨物前進行分類包裝以適應本次分揀系統(tǒng)設計的要求。這也需要物流企業(yè)做出對應的規(guī)范制度的調(diào)整，但所需費用及其他成本較為低廉，可行度十分高。</p><p>　　1.3.1 功能要求</p><p>　　材料分揀

34、裝置應實現(xiàn)基本功能如下 </p><p><b>　　分揀出綠色包裝</b></p><p><b>　　分揀出紅色包裝</b></p><p><b>　　分揀出藍色包裝</b></p><p><b>　　分揀出白色包裝</b></p>

35、<p>　　分揀出某些未采用標準顏色包裝貨物</p><p>　　1.3.2 系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　本設計系統(tǒng)主要利用四組顏色傳感器對貨物的外包裝的顏色分類進行檢測。將需要被分類貨物包裝后經(jīng)過下料氣缸5推送到傳送帶上后，依次接受綠、紅、藍、白四組顏色傳感器檢測。如果被某個顏色傳感器測中，通過相對應的氣動裝置將其推入對應的貨物分類堆放槽中；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有

36、如下9個方面：</p><p>　　系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖 </p><p>　　有物料時，下料汽缸5作，將物料送出</p><p>　　當綠色檢測傳感器檢測到綠色包裝貨物時，推汽缸1 動作</p><p>　　當紅色檢測傳感器檢測到紅色包裝貨物時，推汽缸2 動作</p><p>　　當藍色檢測傳感器

37、檢測到藍色包裝貨物時，推汽缸3 動作</p><p>　　當白色檢測傳感器檢測到白色包裝貨物時，推汽缸4 動作</p><p>　　汽缸運行應有動作限位保護</p><p>　　下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停機</p><p>　　1.3.3 系統(tǒng)的運行方式</p><p>　　本設計系統(tǒng)采用人工和機械相結(jié)合的自動化程

38、度較高的半自動控制方式（近似于全自動）。系統(tǒng)的開啟與停止需要人工合上或斷開系統(tǒng)控制電源開關。當工作人員合上控制刀閘后，系統(tǒng)開始運行，進入自動檢測模式，在有貨物堆放到氣缸5所控制的待檢測堆放槽中時，自動控制系統(tǒng)根據(jù)信號指示自己動作進入工作狀態(tài)；當待檢測堆放槽中沒有貨物時，該系統(tǒng)自動停機進入待檢測模式，等待人工將貨物堆放到待檢測堆放槽中后再次進入工作模式。當貨物分揀完畢后，需要停止系統(tǒng)工作時，需要人工關斷系統(tǒng)控制開關，使系統(tǒng)進入待測狀態(tài)，若

39、需要再次啟動則再次按下系統(tǒng)控制運行按鈕；若不需要運行則人工斷開總控制刀閘，系統(tǒng)斷電。本系統(tǒng)主要由可編程控制器控制系統(tǒng)的自動運行狀態(tài)，而傳感器通過信號傳遞向PLC控制器傳送狀態(tài)信息，控制器通過事先編好的程序控制執(zhí)行裝置執(zhí)行相應指令并做出相應動作。</p><p>　　圖1-3為系統(tǒng)的主電路圖。在圖1-3中，異步電機M1為傳送帶提供旋轉(zhuǎn)動力，一帶動待檢測貨物變換檢測位置，空氣壓縮機M2為氣動執(zhí)行裝置提供分揀動力。因為

40、該系統(tǒng)主電路執(zhí)行需要穩(wěn)定的高電壓供電，為了安全起見，對電路系統(tǒng)安裝熔斷器FU1，以對電路的短路事故起保護作用。異步電機M1的轉(zhuǎn)速及運行當中的停轉(zhuǎn)由接觸器KM1控制。當KM1收到PLC為1的高電平信號時，接觸器KM1自動閉合，異步電機M1自動投入運行。熱繼電器FR1、FR2也是對主電路及控制系統(tǒng)起到一個很好的保護作用，防止電機過載損壞電路。當有較大或質(zhì)量過大的貨物投放到傳送帶當中，致使電機過載或者氣缸過載的狀況時，繼電器動作自動是系統(tǒng)斷電

41、。為了避免這種事故的發(fā)生，也可以在線下設計一個稱重系統(tǒng)或人工稱重裝置，將超標貨物進行人工分類或使用其他人力操控輔助機械進行相應分類。</p><p>　　圖1-3 系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　第2章 控制系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　該自動分揀控制系統(tǒng)的硬件設計，主體介紹主要硬件設備諸如PLC控制器、氣動設備以及執(zhí)行元件和輔助機械等，主要傳動方式為氣壓傳

42、動、主要檢測器件為傳感器、以及機械手工作方式等。根據(jù)對實際情況的分析和規(guī)劃，包括對應用的物流企業(yè)的規(guī)模和適應的環(huán)境范圍等客觀條件的分析，確定硬件（包括PLC型號、執(zhí)行元件的機械種類以及傳感器的各種型號）做出選擇，并了解各硬件的主要基礎知識和工作用途，確定之后進行I/O點分配以確定PLC的引腳接線。</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖2-1為該自動分揀系統(tǒng)的

43、硬件結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖 2-1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　根據(jù)以上繪制的物流貨物自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，可以簡單的繪制出圖2-2類似的結(jié)構(gòu)想象圖。按下啟動按鈕后，控制異步電機M1運行轉(zhuǎn)動帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，表示可以進物料。貨物經(jīng)傳感器對其進行識別，檢測其分別為綠、紅、藍、白，之后由相對應的氣缸動作將貨物準確的分揀至相對應的分類堆放槽當中，如果沒有傳感器檢測出的貨物則

44、自動從傳送帶末端排出進行外包裝人工檢測，必要時進行再包裝，完成后再次檢測。 </p><p>　　圖 2-2 結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.2 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇</p><p>　　對于主要裝置類型的選擇，主要是對PLC控制器的型號，旋轉(zhuǎn)編碼器的基本知識、用途、選型，顏色傳感器的選擇和調(diào)試，以及步進電機的型號等硬件設備的選擇。</p>&

45、lt;p>　　2.2.1 旋轉(zhuǎn)編碼器</p><p>　　本小節(jié)主要簡單介紹旋轉(zhuǎn)編碼器的基本知識和工作原理。旋轉(zhuǎn)編碼器需要與步進電機連接到一起而工作并產(chǎn)生作用，而本次分揀系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)編碼器的主要作用是充當分揀系統(tǒng)控制的計數(shù)器，并且可以提供控制電機啟停的輸入脈沖。而脈沖輸入又可以轉(zhuǎn)化為位移量從而控制傳送帶上待檢測貨物的位置。當待檢測貨物傳送到相應傳感器的位置時，可以向PLC發(fā)送脈沖使PLC控制器發(fā)出正確的指令

46、而控制運行，附加作用也可以適量的控制步進電機運行速度。</p><p>　　本設計系統(tǒng)多方考慮選用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器的器件內(nèi)部裝設有兩個光敏接受管，該光電碼盤的角度碼盤的相位的角度的改變，可以在編碼器角度碼盤上得到相對應的相位角度的偏移（增加或減少相位）。</p><p>　　增量型編碼器簡單的工作原理：該類型編碼器存有一個帶有中心軸的光電碼盤，該光電碼盤上刻有環(huán)形線，能夠進行光電

47、發(fā)射和讀取，形成 A、B、C、D四組正弦波信號，在一個波的周期為360度的周期波中每個正弦波的相位差為90度，如果為了得到穩(wěn)定的信號，可以將C、D正弦波反向，將它們疊加在A、B兩相上；那么零參考相位可利用每個旋轉(zhuǎn)周期輸出的一個Z相脈沖代表。通過比較A相在前還是B相在前（利用A、B相位在一個選裝周期內(nèi)為90度。），以此來具體判斷該編碼器的對應的零位參考位以及正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-3就是增量式編碼器

48、輸出的脈沖波和工作相位原理圖。注意逆時針旋轉(zhuǎn)對應的脈沖輸出波為圖中從左向右的波形，而順時針對應從右到左。</p><p>　　圖2-3 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖典型波型</p><p>　　當該編碼器為順時針旋轉(zhuǎn)時，有相位超前相位。當該編碼器旋轉(zhuǎn)方向為逆時針時，則相位對應相反，對應的編碼器輸出的電平脈沖直接由其相位的旋轉(zhuǎn)位置決定。如果編碼器在旋轉(zhuǎn)一周之后所確定的輸出脈沖數(shù)相同，那么精度也較

49、高，因為編碼器的精度也是由脈沖數(shù)而決定的。根據(jù)對編碼器基本知識及其工作原理的認識，我們可以從中讀取出相應的脈沖數(shù)，那么根據(jù)脈沖數(shù)的多少也可以計算出相對應的位移量，只要有一個參考位置那么便可以計算出某一個絕對位置。 </p><p>　　根據(jù)實際需要和系統(tǒng)功能分析，該設計選用E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器電源電壓為DC12-24V，A、B兩項輸出，分辨率為100P/R（脈沖/轉(zhuǎn)）,原理如圖2-4所示。<

50、;/p><p>　　圖2-4 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖</p><p>　　2.2.2 顏色傳感器</p><p>　　根據(jù)物理學原理，人眼之所以能夠看得到物體表面的顏色，從根本上講是因為該物體的表面反射了當白光照射在物體上面吸收了白光（由各種有色光合成）中不是他本身顏色的一部分有色光之后白光中剩余的有色光的反映。根據(jù)光學原理我們知道白光是由各種不同顏色 (如紅、黃、綠、

51、青、藍、紫)的色光根據(jù)一定比例混合而成。對于色光的三原色原理，我們可知由三原色光(紅、綠、藍)經(jīng)過混合可以生成其他不同顏色的色光。那么我們就可以通過探究了解并且知道不同顏色當中三原色的每種顏色所占有的比例，通過這個比例也就可以推算出所能檢測的具體的顏色。顏色傳感器TCS230在自動控制系統(tǒng)中是最常用的顏色傳感器，它具有分辨率高、調(diào)試簡單等優(yōu)勢。根據(jù)對于顏色傳感器原理的認識，選用TCS230，通過調(diào)試三原色的比例，我們可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)設置

52、它只允許某種特定的色光通過，而其他色光被阻止。舉個例子：當我們需要分揀紅色包裝貨物時，我們可以設置紅色濾波器，那么久只可以通過紅色貨物包裝上吸收的紅色光，而其他藍色和綠色則相應的被阻止，這個原理也使我們可以準確得到紅色光的光強。那么同理，若我們需要選擇其他顏色濾波傳感器時，也可以得到其他顏色的光強。我們可</p><p>　　如圖2-5是TCS230顏色傳感器的引腳圖。</p><p>　

53、　圖 2-5 TCS230顏色傳感器</p><p>　　RGB 顏色傳感器介紹：</p><p>　　TAOS作為美國的生產(chǎn)可編程轉(zhuǎn)換器、傳感器的公司，設計出TCS230這一款可識別彩色光的顏色傳感器。通過對相關文獻的了解，可以知道該傳感器顏色的選擇與輸出信號可以由編程定值設定，同時具有分辨率高的特點，電源可有單電源供電。對該傳感器輸入一個光信號，內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出為數(shù)字量。其內(nèi)置的硅

54、光二極管定制在一個CMOS電路上，同時該電路上設置電流頻率轉(zhuǎn)換器。帶有數(shù)字兼容接口的顏色（RGB）濾波器集成在一個芯片中。該傳感器與CPU或其他邏輯電路直接相連，其數(shù)字量輸出決定了其可以驅(qū)動的輸入為TTL或COMS邏輯輸入。該傳感器的內(nèi)置電路比較簡單，其輸出不需要再設置A/D轉(zhuǎn)換器，因為其轉(zhuǎn)換精度較高，直接能夠?qū)崿F(xiàn)10位以上的單彩色通道的精度。該傳感器的單芯片上設置有64個光電二極管集成，擁有8個引腳封裝。根據(jù)光電二極管的分類標準，這6

55、4個光電二極管可以分為四類。其中紅綠藍三色控制濾波器各被16個光電二極管帶有，另外16個光電二極管不帶有任何濾波器，所以任何色光都可以透過該類濾波器。為了使眼色識別更加準確，并且使入射光輻射的均勻性較強一點，所以采用交叉排列的方式來分部這些光電二極管。與其相對應的是，用于控</p><p>　　當該傳感器上有入射光投射時，為了輸出占空比為50%的不同頻率的方波，可以設置引腳S2、S3在控制相對應顏色濾波器的光電二

56、極管的控制下根據(jù)比例選擇控制不同顏色的濾波器并且經(jīng)電流到頻率轉(zhuǎn)換器后可以達成該目的；前面我們講過該傳感器具有定標的功能，所以我們還可以根據(jù)實際情況下需要顏色的比例因子而設置輸出定標控制引腳S0、S1選擇，通過如此頻率范圍的調(diào)整也可以達到上述目的 </p><p>　　根據(jù)對該傳感器的分析理解，同時參考該傳感器的外部引腳圖，可以系統(tǒng)介紹各個引腳的作用。S0、S1可以設置選擇輸出何種比例因子或電源關斷的模式；而何種顏

57、色濾波器的類型由S2、S3兩個引腳選擇。OE引腳可以在幾個芯片公用CPU引腳時作為片選信號，但它的主要功能是控制輸出的狀態(tài)；用于輸出頻率的引腳是OUT，而GND是芯片的接地引腳，芯片的電壓由電壓引腳VCC控制接入。根據(jù)分析可以簡單的繪制出下面表1的控制濾波器和輸出比例因子模式的引腳組合。</p><p>　　表1 S0、S1及S2、S3 的組合選項</p><p>　　我們列舉了如下的T

58、CS230顏色傳感器的特點： </p><p>　　能夠完成高分辨率的光照度或者對頻率的轉(zhuǎn)換； </p><p>　　可以通過系統(tǒng)編程進行色彩和滿度的輸出調(diào)整； </p><p>　　此顏色傳感器也可以直接連接到微處理器，并與之進行信息交換； </p><p>　　單電源工作，工作電壓范圍：2.7V~5

59、.5V； </p><p>　　具備掉電恢復功能； </p><p>　　50kHz時非線性誤差的典型值為0.2%。</p><p>　　2.2.3 光電傳感器</p><p>　　為了配合顏色傳感器的工作，達到檢測物體有無的目的，檢測照射顏色傳感器的光強的變化，選用一種小型電子設備光電傳感器來發(fā)揮作用。光電傳感器事一鐘發(fā)

60、射器帶有一個校準鏡頭的小的金屬圓柱形設備。如果把光聚焦射向光電傳感器的接收器，則該接收器可以在真空管放大器上通過電纜接入這套設備裝置。那么該光電傳感器的發(fā)射光源是在金屬圓筒內(nèi)的一個小的白熾燈。而光電傳感器的雛形就是這些小而堅固的白熾燈傳感器。本本次分揀系統(tǒng)的主要設計選用的光電傳感器是小型放大器內(nèi)藏在其中的FPG系列。該光電傳感器的原理圖如圖2-6所示，其中的負載可以接到PLC上。</p><p>　　圖2-6

61、FPG光電傳感器原理圖</p><p>　　下面是對光電傳感器的具體介紹：</p><p>　　可以把可見光輸入轉(zhuǎn)換成電流信息的傳感器叫做光電傳感器。具體體現(xiàn)在其以光電元件作為檢測元件發(fā)揮作用。第一目的是將被測量的信息轉(zhuǎn)化為信號，并由光電元件將該信號轉(zhuǎn)換成電信號。總結(jié)的來說光電傳感器就是一種將光信號轉(zhuǎn)換成為電信號的由光源、光學通路、光電元件組成的光敏器件。根據(jù)其基本組成結(jié)構(gòu)和形式可知它可用

62、于檢測各種直接或間接引起光強光電變化的非電量量值，應用靈活廣泛。光電傳感器的應用廣泛，種類眾多，而且光電檢測具有可測參數(shù)多、精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點。隨著社會需求的范圍及速度越來越大，也伴隨著各種先進技術(shù)和材料以及方式的先進轉(zhuǎn)變，光電傳感器簡單的結(jié)構(gòu)卻有靈活多樣的形式，輕巧的體積卻有泛大的用途，光電傳感器已經(jīng)成為大小自動化設備進行系統(tǒng)運作時必不可少的設備。它在一些高端科技比如計算機、國防等方面有著重要的作用并且產(chǎn)生了廣泛的影響。 &

63、lt;/p><p><b>　　2.2.4 變頻器</b></p><p>　　由于本裝置需要控制傳送帶的傳送速度，也就是要控制電機的轉(zhuǎn)動速度，故而要用到變頻器。變頻器能夠?qū)⒐潭ǖ墓ゎl電源利用半導體鏈接成的一定的轉(zhuǎn)換電路改變原有頻率轉(zhuǎn)換成為一個所需要的適應所用電機的頻率以控制電機轉(zhuǎn)速。它是一種由整流電路、直流環(huán)節(jié)調(diào)整、逆變控制等部分組成，可以按照所需要頻率進行相應調(diào)整的電

64、氣元器件。在現(xiàn)代控制產(chǎn)業(yè)中應用范圍最廣的模式是交直交模式。</p><p>　　為了滿足電機變頻調(diào)速的需要，變頻器可以把恒壓工頻交流電通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)化為變頻變壓交流電。根據(jù)需要本次分揀系統(tǒng)設計主要選用FR—E700系列變頻器中的FR—E740—0．75K—CHT型變頻器，為了適應本控制系統(tǒng)的電機容量，此變頻器采用三相400V電壓作為額定電壓。如圖2-7是由主電路和控制電路組成的電路結(jié)構(gòu)圖。</p>

65、<p>　　圖 2-7 變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了適應分揀系統(tǒng)的實際需求，可將光電傳感器安裝在在分揀機構(gòu)的入料口處，這樣可以在傳感器檢測到物料時，發(fā)給PLC信號，再由PLC控制變頻器啟動，變頻器啟動運行后以30Hz的實際頻率運行工作，同時可以控制交流電機以所需要的工作轉(zhuǎn)速運行，從而帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，以調(diào)整貨物位置。</p><p>　　具體變頻器使用方法參看該型號變

66、頻器使用說明書，其內(nèi)部參數(shù)設定根據(jù)實際控制要求設定。</p><p>　　2.2.5 步進電機</p><p>　　本次分揀系統(tǒng)設計采用三相異步電動機作為傳送帶主動力輸送設備。異步電機是一種開環(huán)控制器件，它可以在一定條件下將電流脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移或者線位移顯示的元器件。在電機正常運轉(zhuǎn)的情況下，脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)可以決定電機的轉(zhuǎn)速和啟停的位置，從而保證了貨物能夠準確的停止在對應執(zhí)行元

67、件動作范圍。由于步距角和脈沖信號之間的線性關系，以及該電機誤差的產(chǎn)生只有周期性而無累計的特點，可以控制電機在速度和位置量的控制關系上產(chǎn)生了簡單而準確高效的特性。從目前社會發(fā)展的角度來看，步進電機雖然已經(jīng)發(fā)展成為一種廣泛應用的電器設備，但是值得注意的一點是其不能和普通直流電機或者交流電機一樣在任何常規(guī)電路中都可以使用，要特別注意它必須是雙環(huán)脈沖控制下才能正常使用，還要注意為其配置功率驅(qū)動電路等其他系統(tǒng)共同控制使用。</p>

68、<p>　　帶動傳送帶上的待檢測貨物主要是由步進電機轉(zhuǎn)動帶動傳送帶轉(zhuǎn)動而完成的，前面說到步進電機可以與旋轉(zhuǎn)編碼器鏈接，它作為一種執(zhí)行設備，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖控制轉(zhuǎn)化為控制角位移量達到控制貨物移動定位的目的。那么類似于旋轉(zhuǎn)編碼器，利用變頻器可以編程來控制電機頻率旋轉(zhuǎn)速度，達到調(diào)整電機旋轉(zhuǎn)速度的目的。根據(jù)對各類型電機型號的對比，也充分考慮到該自動分揀系統(tǒng)具體運作的現(xiàn)實環(huán)境，選用42BYGH101型步進電機作為本次分揀系統(tǒng)設計的實

69、驗電機。</p><p>　　2.2.6 氣動控制裝置</p><p>　　對于液壓系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)與之不同的是它沒有像液壓系統(tǒng)一樣的液壓泵作為液壓源。對于氣動系統(tǒng)，它的動力提供主要由空氣壓縮機來完成提供，空氣壓縮機的主要作用是把一個封閉系統(tǒng)的空氣進行壓縮擠壓，致使內(nèi)部氣壓升高，將這個壓強較高的氣壓導入儲氣罐中，然后由導管輸送到啟動執(zhí)行裝置中，利用氣壓所釋放的能量推動氣動執(zhí)行裝置動作。而啟動

70、裝置中導入氣壓的回路中有一種叫做順序閥的安全閥，它與單向閥共同組成單向順序閥，其發(fā)生作用是要由氣動回路中壓力的變化的不同引起執(zhí)行單元動作的不同，控制執(zhí)行單元的順序動作，這就是順序閥的作用。因為升高的氣壓有很大的沖擊力且溫度較高，具有較大的危險性，為了保證氣動裝置和人員的安全性，所有的氣動裝置都會設置安全閥。安全閥的主要作用是在氣壓壓力超過一定的安全值時，安全閥會自動打開釋放氣壓，以保證氣壓保持在安全值以下從而發(fā)揮安全作用。</p&

71、gt;<p>　　2.2.7 單電控電磁換向閥、電磁閥組</p><p>　　一般情況下，電磁換向閥應用在方向控制過程中，也就是方向控制閥，該設備的原理就是應用電磁學原理進行電磁控制。根據(jù)換向閥的原理，本系統(tǒng)選用能夠改變氣體流動方向或者通斷的氣流電磁控制閥加以應用。</p><p>　　為了使氣動裝置更好的發(fā)揮作用，達到準確的控制氣動裝置動作方向的目的，采用電磁換向閥裝置。電

72、磁換向閥的基本原理就是電磁學中的原理，電磁學原理解釋，鐵芯外部線圈通電會使鐵芯相互之間通磁產(chǎn)生磁力。電磁換向閥內(nèi)部設置一個靜鐵芯和一個動鐵芯，兩者之間的磁力作用下的相互吸引力可以達到改變氣壓流動方向的作用，從而達到控制氣動裝置動作方向。圖2-8所示是一個單電控二位三通電磁換向閥的工作原理示意。</p><p>　　圖 2-8 單電控電磁換向閥的工作原理圖</p><p>　　上圖中的兩個同

73、類電磁閥可以將它們同安裝在一塊匯流板上，類似于集成大電器。而匯流板也有兩個排氣口，在排氣口的末端還安裝有可以降低氣動氣壓工作時氣壓噪聲的消聲器。這種多個器件組合而成的就是閥組，而閥組中每個閥都是獨立運作的，互不影響。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)關鍵技術(shù)</p><p>　　對于本次自動分揀裝置設計中的某些基本關鍵技術(shù)需要特別注意，關系到系統(tǒng)運作的安全、正確、精確性。對于PLC的I/O

74、點數(shù)需要進行正確的根據(jù)每個引腳做好仔細準確的分配，根據(jù)實際需要從海量的可編程控制器中選擇合適的PLC型號，在選定PLC之后再進行I/O點分配、開關如何選定模擬量、運動方式的控制方式、采用開閉環(huán)的控制個數(shù)、數(shù)據(jù)處理方式等等關鍵技術(shù)。</p><p>　　2.3.1 確定I/ O 點數(shù)</p><p>　　第1章中明確介紹了本設計系統(tǒng)所要實現(xiàn)的各項功能及控制要求，根據(jù)介紹我們將2個開關量設置

75、其中以控制系統(tǒng)的啟停，顏色傳感器和下料光電傳感器共有五個，包括紅、綠、藍、白四個顏色傳感器和SN傳感器一個，另外有相對應于每個傳感器的五個氣缸，特別要注意下料氣缸5，與之相配套的執(zhí)行裝置如計數(shù)器和控制氣缸動作的電磁閥等裝置也要接入到系統(tǒng)中去。其他需要與氣缸配合動作的還有氣缸動作限位和回位開關也是十分需要注意設置的，參考繼電器原理，也包括輸出控制的接觸器（用來控制電機運行）?？偨Y(jié)的來說總共需要24個I/O點數(shù)，這其中輸入點數(shù)占18個，輸出

76、點數(shù)占6個，并且通過編程一一對應。</p><p>　　2.2.2 PLC的選擇</p><p>　　現(xiàn)代控制理論中把通過編程達到數(shù)字與信號轉(zhuǎn)換的一種控制器械叫做可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PLC，它主要是在60年代末電力系統(tǒng)逐漸完善之后發(fā)明出的應用于工業(yè)控制的電氣器件。起初主要用作大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的先進的控制系統(tǒng)中，在世界經(jīng)濟發(fā)展的大

77、潮中，也隨之先進技術(shù)的逐漸發(fā)展，PLC已經(jīng)存在于生活中的方方面面，應用范圍也更加貼進生活。它的編程功能主要體現(xiàn)在其它擁有專門的編程存儲器用來存儲所編程序，包括邏輯運算、順序控制、定時等操作指令。其內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸入與輸出的電路布局，能夠充分實現(xiàn)各種工業(yè)機械所需要的控制功能，相比于單片機控制技術(shù)更加成熟功能更加廣泛。歸根接地PLC主要是由一些存儲器和電子電路所組成的功能性的器件，目的就是根據(jù)實際需求調(diào)用某些對應功能發(fā)揮作用。比如對于某些

78、繼電器信號輸入就是把輸入電路和映像電路控制的寄存器組成。而定時器T、計時器C、輔助繼電器M、狀態(tài)器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址寄存器v/z等都是由存儲器組成的，PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)，可以分為3個階段：輸入、輸出階段和程序的執(zhí)行階段。</p><p>　　輸入階段主要是指PLC控制器對輸入信號的讀取，讀取值后會將信號轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)存到對應的存儲器的存儲單元。而程序執(zhí)行階段主要是指控制器會按照預定順序逐條執(zhí)行各個指令。從相應的輸

79、入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)與數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結(jié)果，這些運算結(jié)果會自動的轉(zhuǎn)存到與之相對應的存儲單元。這一階段執(zhí)行完后，進行輸出階段。在此執(zhí)行單元中輸入信號保持不變的是數(shù)據(jù)和狀態(tài)。輸出階段，PLC將相應的輸出存儲單元的運算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，開始控制外部設備。</p><p>　　PLC的主要控制功能：

80、</p><p>　　條件控制功能。所謂的條件控制是PLC用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器接觸的各種連接方式的邏輯順序控制等的指令，包括與、或、非等指令，主要目的是進行開關控制，以達到相應的控制效果，配合主程序工作。</p><p>　　定時/計數(shù)控制功能。PLC在運行狀態(tài)下會存在對具體操作的定時或計數(shù)控制，并有相對應的指令發(fā)出，那么就需要定時器、計數(shù)器指令來實現(xiàn)，用來取代可以進行時間孔氏和計數(shù)控制的繼

81、電器。這也是PLC的定時/計數(shù)控制功能。另外它兼具有數(shù)據(jù)處理功能。在PLC的控制當中存在有大量的數(shù)據(jù)需要處理，這個過程包括數(shù)據(jù)傳送、儲存、比較、各種數(shù)制位的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理過程，需要提及的是PLC內(nèi)部也會進行相應的算術(shù)運算、邏輯運算、編譯碼等操作。</p><p>　　步進控制功能。所謂步進控制，就是指控制器用來控制各項功能按部就班順序一步一步的執(zhí)行各項指令的控制功能。因為在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中操作程序工序較為復雜，

82、需要各項指令一步步執(zhí)行，為了避免指令執(zhí)行先后順序混亂導致癱瘓，那么PLC自動帶有步進控制功能，應用指令來控制指令，使前面工序執(zhí)行完畢后才能執(zhí)行下一道工序，應用軟件控制的方法代替硬件構(gòu)成的步進控制器，相對于硬件步進控制器具有穩(wěn)定操作簡單的優(yōu)勢。</p><p>　　A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能。PLC控制器自帶數(shù)字量與模擬量之間的相互轉(zhuǎn)換，所以在外部電路設置中不需要再設置專用的A/D與D/A轉(zhuǎn)換器。</p>

83、<p>　　運動控制功能。可以對控制對象的運動情況進行控制來達到運動效果，改變控制對象的運動方式或狀態(tài)，通過高速的計數(shù)模塊或控制位置的模塊進行相對應的運動控制。</p><p>　　過程控制功能。該自動分揀系統(tǒng)的過程十分繁雜，外界環(huán)境比如溫度、壓力、運動速度等過程需要控制器發(fā)出相應指令進行對應控制?？刂破鞯倪^程控制功能就是通過比例積分微分相結(jié)合的控制方式控制指令模塊進行閉環(huán)控制以對系統(tǒng)運行過程進行控制

84、。</p><p>　　擴展功能。由于系統(tǒng)的功能多項性，避免需要添加的功能需要接入相應的I/O點數(shù)控制單元，所以需要進行相對應的功能擴展，所以擴展功能主要是通過連接擴展輸入輸出單元模塊添加對應功能的輸入輸出點數(shù)，當然通過增加其他只能單元或者其他特殊功能單元提高控制器的控制功能。</p><p>　　遠程I/O功能?，F(xiàn)代大型自動控制系統(tǒng)主要應用大型設備機械控制車間，對控制器的信號傳輸也產(chǎn)生了

85、一定的要求，以對遠距離信號傳輸有一個準確的保障，此時需要控制器設有遠程輸入輸出功能，來對遠距離設備進行有效的控制。</p><p>　　通信聯(lián)網(wǎng)功能。由于控制系統(tǒng)各項設備之間需要有對應的信息聯(lián)系，所以需要PLC控制器有一個通信聯(lián)網(wǎng)功能來對各組控制器之間的信息交換鏈接，產(chǎn)生信息互換信息共享，并且與上位機的聯(lián)系，進行遠程數(shù)據(jù)輸入輸出交換，可以應用在大規(guī)模自動控制設備系統(tǒng)中去。是</p><p>

86、;　　監(jiān)控功能。自動控制系統(tǒng)的過程繁雜，設備復雜，所以需要控制器對系統(tǒng)主要設備存在仔細的監(jiān)控，以對各個設備的運行情況產(chǎn)生有效的監(jiān)控，避免某一設備發(fā)生故障產(chǎn)生對整個系統(tǒng)的影響，甚至損壞其他設備。總結(jié)來說就相當于控制器的一個監(jiān)視系統(tǒng)，對系統(tǒng)的異常情況或者故障記錄和報警，以保護系統(tǒng)。該功能可以后臺PC設置參數(shù)，調(diào)整或修改控制程序達到控制監(jiān)控的功能。</p><p>　　通過對系統(tǒng)裝置功能的具體分析設置出的具體的I/O點

87、數(shù)固定，且本次分揀系統(tǒng)設計的主要控制模式是簡單的開關控制，所以控制方式簡單高效。由于以上原因我們選擇一般的小機型就可以滿足所需要的控制功能。通過以上分析本次智能分揀系統(tǒng)所用PLC選用西門子公司的S7-200系列CPU226 型。由于它的24個輸入點和16個輸出點能夠足以滿足本次分揀系統(tǒng)的要求，而且成本較低。</p><p>　　2.3.3 PLC的輸入輸出端子分配</p><p>　　本

88、次分揀系統(tǒng)的PLC控制器輸入輸出端子及控制接口，如表2所示。</p><p>　　表2 材料分揀裝置PLC 輸入/輸出端子分配表</p><p>　　2.3.4 PLC輸入輸出接線端子圖</p><p>　　如圖2-9是該系統(tǒng)下的PLC接線端子圖，根據(jù)表1中的分配繪制。</p><p>　　圖 2-9 PLC輸入輸出接線端子圖</

89、p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　本次分揀系統(tǒng)的控制核心就是PLC的軟件控制，也就是對PLC的編程?？梢愿鶕?jù)本次自動控制分揀系統(tǒng)所要實現(xiàn)的工作，需要哪些設備動作，動作的幅度參數(shù)，以及執(zhí)行元件的動作范圍，都需要編程來控制，所謂編程也就是要將能夠整體實現(xiàn)各項功能并能植入到控制器當中使其正確發(fā)出指令并控制相應設備動作的設計，也就是系統(tǒng)的軟件設計。包括能夠控制系統(tǒng)的工作暫

90、停時間，可以說軟件設計就是PLC控制系統(tǒng)的核心，沒有軟件控制就沒有整個系統(tǒng)能達到的控制功能的實現(xiàn)。而程序的設計也要在整理設計思路之后設計出具體流程圖之后再根據(jù)流程圖設計軟件設計。整個系統(tǒng)的軟件設計主要包括PLC程序設計。在變頻器參數(shù)，并設置好PLC的參數(shù)以及控制參數(shù)后，本文使用西門子PLC編制、設計梯形圖，進行PLC控制程序設計。在設計好主體程序之后就需要根據(jù)程序繪制梯形圖程序，梯形圖是能夠直觀反映軟件設計清晰直觀的反映出該軟件設計所控

91、制的功能和時間設定。所以梯形圖也被稱為PLC的第一語言編程語言，直觀易懂，編寫方便，應用導入也方便，更加適用于工人應用，適于運用在邏輯控制，在自動控制系統(tǒng)中也被稱為PLC的程序。</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計</p><p>　　經(jīng)過前面兩個章節(jié)的具體了解，我們也明白了整個系統(tǒng)的具體設計流程及運行過程，根據(jù)實際要求我們可以做出程序的流程圖，按照程序流程圖來控制設備的操作

92、順序和操作內(nèi)容。如圖3-1所示即為本系統(tǒng)的設計流程圖。</p><p>　　圖 3-1　控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　本次自動分揀系統(tǒng)的設計根據(jù)實際需求可以設置成連續(xù)運行工作狀態(tài)或者單次運行后停止。主要為連續(xù)運行狀態(tài)，若想要切換到單次運行方式則需要人為控制啟停開關，那么控制器會記錄停止狀態(tài)以便下次啟動系統(tǒng)時能夠準確動作。根據(jù)需要，該設計可以添加計數(shù)器，以對系統(tǒng)動作次數(shù)做出準確計數(shù)，從

93、而得出一定時間范圍內(nèi)系統(tǒng)所檢測出的貨物數(shù)量。但是計數(shù)器需要在控制器中編入計數(shù)程序。高速計數(shù)器也可以實現(xiàn)對系統(tǒng)定位的控制，從而確定貨物隨傳送帶運行時到達傳感器的具體距離，以達到準確的定位功能。高速計數(shù)器可同時安裝在四個顏色傳感器所對應的四個氣缸中同時計數(shù)，那么對于每個氣缸的計數(shù)累加就是整體的計數(shù)。氣缸1~氣缸4為貨物動作的一個周期，若氣缸不動作則計數(shù)器不進行工作。系統(tǒng)刀閘斷電后再次重啟運行則計數(shù)器清零，之后電機運行，計數(shù)器重新計數(shù)。若果后

94、續(xù)要改進系統(tǒng)，對系統(tǒng)的其他數(shù)量進行統(tǒng)計，也可相應的在對應部位安裝計數(shù)器后進行配套的控制編程以達到相應的計數(shù)功能。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)程序設計</p><p>　　在硬件設計趨于完備后進行軟件程序設計，即利用梯形圖對系統(tǒng)進行編程，梯形圖程序可以在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫。程序清單見附錄。</p><p>　　本圖顯示的是高速脈沖輸

95、出指令，為了能是高速脈沖從對應的Q0.0或者Q0.1輸出，在使能端有有效的輸入時，具有特殊功能的設置好的檢測程序設置可以激活脈沖操作，而且該操作由控制位定義。</p><p>　　控制器所控制的計數(shù)功能由高速計數(shù)器定義指令發(fā)出執(zhí)行，同樣輸入端有效輸入后，可以分配一種特定的工作模式使得指定的高數(shù)計數(shù)器進入累計PLC無法掃描的高頻率的脈沖輸入。</p><p>　　雖然本指令也是對高速計數(shù)器發(fā)

96、出并應用的指令，與高速計數(shù)器定義指令不同的是本指令在輸入有效時，能夠設置高速計數(shù)器的工作模式并且對其工作狀態(tài)做出控制，同時也需要根據(jù)特殊存儲器的狀態(tài)進行相應調(diào)整，借助HDEF定義指令制定模式工作。</p><p>　　梯形圖程序編號之后，對程序做一個簡單的介紹如下：</p><p>　　1、主控制程序就是控制整個系統(tǒng)啟停的主要程序，以上梯形圖的編寫就是為了達到控制系統(tǒng)啟停的主要程序。I2.

97、2控制系統(tǒng)的啟動，當I2.2啟動后，使得M0.1得電自鎖，系統(tǒng)通電工作，若按下I2.3則系統(tǒng)停止運行。當控制器處于運行模式時，SM0.1會通電一個周期，使得輸出Q0.0復位清零，并且將子程序調(diào)用。</p><p>　　2、對于高數(shù)計數(shù)器的工作需要高速脈沖指令的控制，以上的編程就是子程序中的高速脈沖指令程序。通過以上程序可以知道控制器會首先執(zhí)行使記錄脈沖的特殊功能寄存器初始化，初始化完成后，開關I0.0通電后會光電

98、傳感器SN檢測系統(tǒng)是否有貨物，若有貨物在待檢測貨物堆放槽中時，會自動啟動脈沖輸出指令進行計數(shù)，達到控制計數(shù)所要實現(xiàn)的控制功能；若傳感器SN檢測沒有貨物，則定時器T30會自動啟動開始記時，系統(tǒng)延時30s后自動停機。</p><p>　　3、與高速脈沖指令相對應的就是上面的高速計數(shù)指令。同樣，高速計數(shù)指令也要進行初始化操作，控制器PLC的輸入接受會接受電機旋轉(zhuǎn)所帶動的光電碼盤發(fā)出的脈沖，之后高速計數(shù)器會根據(jù)其指令進行

99、計數(shù)，通過計數(shù)可以通過次數(shù)推算電機步數(shù)，以達到控制定位的目的。如果把預設值定為50，那么中斷指令程序會在計數(shù)到50時被調(diào)用。</p><p>　　4、根據(jù)高速計數(shù)指令執(zhí)行所調(diào)用的中斷程序也是需要系統(tǒng)編程的，設定的一個預置值會在高速計數(shù)指令計數(shù)達到這個值后，電機控制的傳送帶上的待檢測貨物會移動至相對應的傳感器位置，也就是第一個顏色傳感器。之后時的M0.0接通，傳感器工作，高速脈沖也會因為執(zhí)行檢測指令而停止，傳感器工

100、作開始檢測。待檢測貨物被檢測出之后會被相對應的氣缸動作分揀出去，因為氣缸的動作時間為1秒，那么需要控制電機停轉(zhuǎn)1秒，待分揀動作完成后繼續(xù)運轉(zhuǎn)。如果相應的檢測傳感器不動作則電機也不停轉(zhuǎn)，直至檢測完成之后執(zhí)行以上指令。根據(jù)控制器I/O點數(shù)的分配，設置I1.5，I1.6，I1.7，I2.0，I2.1作為控制汽缸回位的限位開關，當氣缸動作觸碰到這些開關后由于閉合的初始狀態(tài)會關斷使氣缸停止運行。與之相對應的就是氣缸的限位開關由I1.0，I1.1，

101、I1.2，I1.3，I1.4控制，由于其關斷的初始狀態(tài)，當氣缸觸碰到動作限位開關后開關閉合執(zhí)行氣缸進行相應的操作。</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　前面兩長對自動分揀系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計進行了細致整體的描述與規(guī)劃，之后要對系統(tǒng)的硬件和軟件進行調(diào)試，主要是硬件根據(jù)軟件的指令進行調(diào)試，檢查硬件執(zhí)行裝置能否根據(jù)具體程序準確動作，由于較高的精確性要求，系統(tǒng)硬件的

102、安全性也要重復檢查確保系統(tǒng)能夠安全準確無誤的運行，達到控制設計的要求。如果軟件控制下的硬件不能正確執(zhí)行設計要求的動作指令，首先要檢車硬件設備有無故障或者有無安裝失誤，也包括相對應的電路的鏈接有無錯誤。如果確定硬件無問題，則需要對控制該執(zhí)行元器件的程序段進行復查，確定是否是因為程序執(zhí)行錯誤或者編程錯誤導致的系統(tǒng)不正常動作或故障。根據(jù)對系統(tǒng)的要求，我們提出以下幾個檢查硬件的具體步聚。</p><p>　　首先將主電路

103、和控制回路按圖進行連線，并與實際操作中情況相結(jié)合。 </p><p>　　經(jīng)檢查無誤后方可通電。  </p><p>　　按照想系統(tǒng)要求進行變頻器參數(shù)的設置。 </p><p>　　按照系統(tǒng)要求進行PLC程序的編寫并傳入PLC中，進行模擬運行調(diào)試，觀察輸入和輸出點是否和要求一致。 </p><p&

104、gt;　　對整個系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)試，包括安全和運行的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　4.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　主要是顏色傳感器的調(diào)試和變頻器控制的準確性的調(diào)試。檢測主要硬部件是否能夠準確無誤的執(zhí)行PLC發(fā)出的各項控制指令。包括顏色傳感器對于顏色分辨率檢測的準確性，各線路連接的安全性等等。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設計介紹

105、，我們把顏色傳感器設置在傳送帶的上方的網(wǎng)板上。那么為了檢測顏色傳感器是否能夠正常運行，我們可以給傳感器單獨通電，在傳感器下方放置該傳感器能檢測出的顏色的物體，觀察能對傳感器調(diào)節(jié)的電位器的指示燈的狀態(tài)。如果設置的兩個指示燈同時發(fā)光，那么證明該顏色傳感器可以檢查放置的顏色。如果不亮則需要調(diào)節(jié)電位器使之達到恰好能檢測該顏色的靈敏度，即為該種顏色的檢測點。</p><p><b>　　4.2 軟件調(diào)試</

106、b></p><p>　　硬件調(diào)試之后進行軟件調(diào)試。我們把編好的程序梯形圖先進行編譯，查看是否有編譯錯誤，如果有錯誤根據(jù)軟件提示的錯誤對應的進行程序的改編，但不能改變系統(tǒng)設備運行的順序及方式。待編譯完全沒有錯誤后，通過連接上下位及的電纜可以將程序?qū)氲絇LC控制器當中。導入完成后，啟動系統(tǒng)，觀察各設備是否能夠按照預定程序控制的功能準確執(zhí)行。一般情況下，首次測試難免有錯誤，需要對程序進行離線測試，以便在系統(tǒng)完