畢業(yè)設計--基于plc的物料自動分揀系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于PLC的物料自動分揀系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，生產過程中物料分揀的效率問題越來越引起人們的關注。重復繁瑣的人工分揀物料過程已不能滿足企業(yè)追求的生產效益和如今社會的需求。人、機器與物料三者關系的協調，已成為我們需要解決的重要問題之一。理所當然，用盡可能少的人力控制機器

2、分揀物料來完成如期的生產任務是最佳的選擇模式——即采用自動化技術代替人工分揀物料的過程。</p><p>　　本文主要講述PLC在材料分揀系統(tǒng)中的應用，利用可編程控制器( PLC) ，設計成本低、效率高的材料自動分揀裝置。以PLC為主控制器,結合氣動裝置、傳感技術、位置控制等技術，控制產品的自動分揀。 系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點，可根據不同對象，稍加修改本系統(tǒng)即可實現要求。</p&

3、gt;<p>　　關鍵詞： 傳感器 PLC 物料分揀 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 論文研究背景1</p><p>　　1.2 研究現狀及發(fā)展趨勢1</p>&

4、lt;p>　　1.3 論文研究的意義1</p><p>　　1.4 本論文研究的主要內容2</p><p>　　第2章 物料分揀裝置結構及總體設計3</p><p>　　2.1 材料分揀裝置工作過程概述3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的技術指標4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)的設計要求4<

5、;/p><p>　　2.3.1功能要求4</p><p>　　2.3.2系統(tǒng)的控制要求4</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)的硬件設計6</p><p>　　3.1系統(tǒng)的硬件結構6</p><p>　　3.2 系統(tǒng)關鍵技術6</p><p>　　3.2.1系統(tǒng)對PLC的要求6</

6、p><p>　　3.2.2 PLC的選擇7</p><p>　　3.2.3 PLC的輸入輸出端子分配9</p><p>　　3.2.4 PLC輸入輸出接線端子圖10</p><p>　　3.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇11</p><p>　　3.3.1 輸入電氣元件11</p><p>

7、;　　3.3.2 輸出電氣元件16</p><p>　　3.3.3 執(zhí)行電氣元件18</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的軟件設計22</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)流程圖設計22</p><p>　　4.2 西門子編程軟件、模擬仿真軟件23</p><p>　　4.2.2 西門子仿真軟件23<

8、/p><p>　　4.3 控制系統(tǒng)程序設計24</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)的調試30</p><p>　　5.1硬件調試30</p><p>　　5.2軟件調試30</p><p>　　第6章 總 結31</p><p><b>　　參考文獻32</b>&

9、lt;/p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　附錄34</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 論文研究背景</p><p>　　在現代工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成

10、為突出的主題。隨著工業(yè)現代化的進一步發(fā)展，自動化已經成為現代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產流水線等等，已經隨處可見。同時，現代生產中，存在著各種各樣的生產環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產環(huán)境不利于人工進行操作，更需要自動控制系統(tǒng)來實現?，F在工業(yè)控制的三大支柱中PLC控制越來得到重視，所以物料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。</p><p>　　1.2 研究現狀及發(fā)展

11、趨勢</p><p>　　我國自動分揀機的應用大約始于1980 年代, 近期的市場興起和技術發(fā)展始于1997 年。自動分揀的概念先在機場行李處理和郵政處理中心得到應用, 然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現代化物流的實際需求的增長, 各行業(yè)對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在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領域, 并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領域擴展。這些領域的一個共同特點是產品的種類繁多

12、、附加值高、配送門店數量多、準確性要求高和人工處理效率低等特點。 </p><p>　　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，尤其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，材料的自動分揀已成為企業(yè)的最佳選擇。 </p><p>　　目前自動分揀已逐漸成為主流，因為自動分揀

13、是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網絡，把到達分揀位置的貨物送到別處。</p><p>　　1.3 論文研究的意義 </p><p>　　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，尤其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

14、，顯然，隨著分揀量的增加、分送點的增多、配貨響應時間的縮短和服務質量的提高，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)進行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術分揀速度快、分揀點多、差錯率極低、效率高和基本上全自動操作的優(yōu)勢。所以為了提高生產效率，降低生產成本，提高企業(yè)的競爭能力，我們必須加大對自動分揀系統(tǒng)的普及與應用。針對上述問題，利用 PLC 技術設計了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置

15、，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。 </p><p>　　物料分揀采用可編程控制器PLC 進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設備無縫連接，實現對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應進

16、行材料分揀的彈性生產線的需求。</p><p>　　1.4 本論文研究的主要內容</p><p>　　在本文中，以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例，詳細的分析了在基于PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設計，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號的采集分析中傳感器的一些基本知識，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。</p><p>　　在介紹了一些PLC的基本知

17、識后，對本課題進行硬件與軟件設計，在軟件設計中，確定了I/O分配，并按照控制要求設計出了PLC梯形圖。</p><p>　　在本系統(tǒng)完成其設計之后，對其進行整體調試。在硬件部分，調試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調試之后，進行了軟硬件綜合調試，實現材料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。</p><p>　　第2章 物料分揀裝

18、置結構及總體設計</p><p>　　PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內容，是實際工業(yè)現場生產設備的微縮模型。本章主要介紹分揀裝置的工作過程及控制要求。</p><p>　　要想進行PLC控制系統(tǒng)的設計，首先必須對控制對象進行調查，搞清楚控制對象的工作過程、工作特點，明確控制要求以及各階段的特點和各階段之間的轉換條件。</p><

19、p>　　2.1 材料分揀裝置工作過程概述</p><p>　　如圖2-1所示為本分揀裝置的結構示意圖。</p><p>　　圖2-1 材料分揀裝置結構示意圖</p><p>　　它采用臺式結構，內置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別

20、固定在網板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網板不同區(qū)域安裝。</p><p>　　系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動輸送帶，下料傳感器SN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下料；當料槽有料時，下料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運轉，同時控制氣動閥5進行下料，每次下料時間間隔可以進行調整。物料傳感器SA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

21、控制氣動閥1動作選出該物料；物料傳感器SB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SC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。</p><p>　　物料傳感器SD為備用傳感器。當最后一種物料經過被檢測到時，PLC控制氣動閥4動作選出該物料，完成分揀任務。</p><p>　　2.2 系

22、統(tǒng)的技術指標</p><p>　　輸入電壓：AC200～240V（帶保護地三芯插座）</p><p><b>　　消耗功率：240W</b></p><p>　　環(huán)境溫度范圍：-10～40℃</p><p>　　氣源：大于0.3MPa切小于0.8Mpa</p><p>　　2.3 系統(tǒng)的設計要求&

23、lt;/p><p>　　系統(tǒng)的設計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設計之前，首先應分析控制對象的要求。</p><p>　　2.3.1功能要求</p><p>　　材料分揀裝置應實現基本功能如下 </p><p>　?。?）分揀出金屬和非金屬</p><p>　?。?）分揀某一顏色塊</p><p

24、>　　（3）分揀出非金屬中某一顏色塊</p><p>　　（4）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊</p><p>　　2.3.2系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進行檢測并分類。當待測物體經下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳感器檢測。如果被某種傳感器測中，通過相應的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下

25、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>　?。?）電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行</p><p>　?。?）有物料時，下料汽缸動作，將物料送出</p><p>　?。?）當電感傳感器檢測到鐵物料時，推汽缸1動作</p><p>　?。?）當電容傳感器檢測到

26、鋁物料時，推汽缸2動作</p><p>　?。?）當顏色傳感器檢測到材料為某一顏色時，推汽缸3動作 </p><p>　?。?）剩余物料被送到SD位置時，推汽缸4動作 </p><p>　　（8）汽缸運行應有動作限位保護 </p><p>　?。?）下料槽內無下料時，延時后自動停機</p><p>　　第3章 控制系

27、統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的硬件設計，主要是根據被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的PLC類型，并分配I/O點。</p><p>　　3.1系統(tǒng)的硬件結構</p><p>　　設計系統(tǒng)的硬件結構框圖，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)的硬件結構框</

28、p><p>　　3.2 系統(tǒng)關鍵技術</p><p>　　系統(tǒng)關鍵技術即分析控制系統(tǒng)的要求，確定I/O點數，選擇PLC的型號，然后進行I/O分配。</p><p>　　3.2.1系統(tǒng)對PLC的要求</p><p><b>　?。?）功能要求</b></p><p>　　在滿足一般開關量輸入信號控制要的

29、同時，系統(tǒng)要進行步進電機控制，要求輸出脈沖信號，所以輸出類型為繼電器輸出形式。</p><p>　?。?）I/O點數要求</p><p>　　根據控制要求，輸入應該有2個開關信號，6個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數傳感器。相應地，有5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，

30、以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/ O點24個，其中18個輸入，6個輸出。</p><p>　　3.2.2 PLC的選擇</p><p>　?。?） PLC的分類</p><p>　　①按I/O點數容量分類</p><p><b>　　1）小型機</b></p><p>　　小型機的功能一般以

31、開關量控制為主，其輸入、輸出總點數一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4K字左右。</p><p>　　例如：SIEMENS的S7-200系列（如圖3-2）；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等整體式PLC產品。</p><p><b>　　2）中型機</b></p><p>　　中型機的輸入

32、、輸出總點數在256~2048點之間。用戶程序存儲器容量在8K字左右。+</p><p>　　例如： SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的SCL500系列等模塊式PLC產品。</p><p><b>　　3）大型機</b></p><p>　　大型PLC的輸入、輸出總點數在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到16

33、K字以上。</p><p>　　典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列產品。</p><p><b>　　②按結構形式分</b></p><p>　　根據PLC的結構形式的不同，PLC主要分為整體式和模塊式兩種。</p><p><b>　　

34、1）整體式結構</b></p><p>　　其特點是將PLC的基本部件，如CPU板，輸入板、輸出板、電源板、通訊端口、I/O擴展端口等組裝在一個標準機殼內，構成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）或擴展單元。</p><p>　　小型PLC一般為整體式結構。</p><p><b>　　2）模塊式結構</b></p>

35、;<p>　　這種結構的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。</p><p>　　目前，大中型PLC均采用模塊式結構（如圖3-3所示）</p><p>　?。?） PLC種類及型號選擇</p><p&

36、gt;　　PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產，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。根據前面確定的PLC點數：實際輸入點18點，實際輸出點6點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：S7-200-226（如圖

37、3-4），它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。</p><p>　　圖3-4 S7-200 PLC</p><p>　　3.2.3 PLC的輸入輸出端子分配</p><p>　　根據所選擇的PLC型號，對本系統(tǒng)中PLC的輸入輸出端子進行分配，如表3-1所示</p><p>　　表3-1 材料分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配

38、表</p><p>　　3.2.4 PLC輸入輸出接線端子圖</p><p>　　根據表1可以繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 PLC輸入輸出接線端子圖</p><p>　　3.3 檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇</p><p>　　3.3.1 輸入電氣元件</p>

39、;<p><b>　　（1）電感傳感器</b></p><p>　　電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。 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能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。 這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數發(fā)生變化。 由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。本系統(tǒng)選

40、用M18X1X40電感傳感器，用該器件來檢測鐵質材料。接線圖如圖3-6，原理圖如圖3-7。</p><p>　　圖3-6 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖</p><p>　　圖3-7 電感傳感器工作原理圖</p><p>　　電感傳感器介紹： 由鐵心和線圈構成的將直線或角位移的變化轉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

41、線圈匝數和材料導磁系數都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：①無活動觸點、可靠度高、壽命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復性好；⑤測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用

42、于位移測量和可以轉換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。</p><p><b>　?。?）電容傳感器</b></p><p>　　電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位

43、置傳感器，是一種接近式開關。 它的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關的接通和關斷。本系統(tǒng)選用E2KX8ME1電容傳感器，用于檢測鋁質材料，原理圖如圖3-7。</p><p>　　圖3-7 電容傳感器工作原理圖</p><p>　　電容傳感器介紹

44、：用電測法測量非電學量時，首先必須將被測的非電學量轉換為電學量而后輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為變換器；根據不同非電學量的特點設計成的有關轉換裝置稱為傳感器，而被測的力學量（如位移、力、速度等）轉換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。從能量轉換的角度</p><p>　　而言，電容變換器為無源變換器，需要將所測的力學量轉換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、

45、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯系的量；這些量又都是通過長度或者長度比值進行測量的量，而其測量方法的相互關系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實現高分辨率要求，在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達到1～5 μm數量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01 μm，比前者提高了兩個數量級，最大量程為100±

46、;5 μm，因此他在精密小位移測量中受到青睞。</p><p>　　對于上述這些力學量，尤其是緩慢變化或微小量的測量，一般來說采用電容式傳感器進行檢測比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點：</p><p>　?、贉y量范圍大其相對變化率可超過100%；</p><p>　?、陟`敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達10-7數量級；</p>

47、<p>　?、蹌討B(tài)響應快，因其可動質量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量；</p><p>　?、芊€(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材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強磁場、強輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。</p><p><b>　?。?） 顏色傳感器</b></p>

48、;<p>　　選用TAOS公司生產的，型號為TCS230顏色傳感器。此傳感器為RGB(紅綠藍) 顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8 TCS230顏色傳感器</p><p>　　RGB顏色傳感器介紹：</p><p>　　TCS230是美國TAOS公司生產的

49、一種可編程彩色光到頻率的轉換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為</p><p>　　數字量，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換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數字量，可以驅動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處

50、理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數字量，并且能夠實現每個彩色信道10位以上的轉換精度，因而不再需要A/D轉換電路，使電路變得更簡單。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個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器，16個光電二極管帶有綠色濾波器，16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內是交叉排列的，能夠最

51、大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(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</p><p>　　當入射光投射到TCS230上時，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；經過電流到頻率轉換器后輸

52、出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調整，以適應不同的需求。</p><p>　　S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關斷模式；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)，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的

53、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。</p><p>　　表3-2 S0、S1及S2、S3的組合選項</p><p><b>　　（4） 光電傳感器</b></p><p>　　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。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

54、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。本系統(tǒng)選用FPG系列小型放大器內藏型光電傳感器。原理如圖3-9所示，其中負載可接至PLC。</p><p>　　圖3-9 FPG光電傳感器原理圖</p><p>　　光電傳感器介紹：光電傳感器是指能夠將可見光轉換成某種電

55、量的傳感器。光電傳感器采用光電元件作為檢測元件，首先把被測量的變化轉變?yōu)樾盘柕淖兓缓蠼柚怆娫M一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件3部分組成。光電傳感器是將光信號轉換為電信號的光敏器件。它可用于檢測直接引起光強變化的非電量，也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數多。傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來,隨著光電技術的發(fā)展，光電式

56、傳感器已成為系列產品，其品種及產量日益增加，用戶可根據需要選用各種規(guī)格的產品，它在機電控制、計算機、國防科技等方面的應用都非常廣泛。</p><p>　　3.3.2 輸出電氣元件</p><p><b>　　（1） 旋轉編碼器</b></p><p>　　旋轉編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計數器，并提供脈沖輸入。它

57、轉化為位移量，可對傳輸帶上的物料進行位置控制。 傳送至相應的傳感器時，發(fā)出信號到PLC ，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉速。本系統(tǒng)選用E6A2CW5C旋轉編碼器,原理如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 旋轉編碼器原理</p><p>　　旋轉編碼器介紹：旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。技術參數主要有每轉脈沖數（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。它分為單路輸出和雙路

58、輸出兩種。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉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量轉速，還可以判斷旋轉的方向。編碼器如以信號原理來分，可分為增量脈沖編碼器（SPC）和絕對脈沖編碼器（APC）兩者一般都應用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。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

59、就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。</p><p>　　工作原理如下：由一個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組合成A、B、C、D，每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由

60、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與反轉，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，一般在每轉分度5～10000線。</p><p>　　信號輸出: 信號輸出有正弦波（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為長線差分驅動（對稱A，

61、</p><p>　　A-；B，B-；Z，Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。A、B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。 A、A-，B、B-，Z、Z-連

62、接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。 對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。 對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。</p><p><b>　?。?）電磁閥</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用了五個由三位五通的帶手控開關的單電控電磁閥，它們安裝

63、在匯流板上。這五個閥分別對推料、金屬鐵、金屬鋁、紅色非金屬和黑色非金屬氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。</p><p>　　圖3-10 電磁閥組</p><p>　　所采用的電磁閥所帶手控開關有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2種位置。在進行設備調試時，使手控開關處于開啟位置，可以使用手控開關對電磁閥組進行控制，從而實現對相應氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機構的控制，達到調試的

64、目的。</p><p>　　分揀單元的兩個電磁閥安裝時需注意，一是安裝位置，應使得工件從滑槽中間推出，二是要安裝水平，或稍微略向下，否則推出時導致工件翻轉。</p><p>　　3.3.3 執(zhí)行電氣元件</p><p>　?。?） 泵的認識與選擇</p><p>　　氣泵包括：空氣壓縮機安全保護器、儲氣罐、主管道過濾器、壓力開關、過載壓力表、

65、氣源開關（如圖3-11所示）</p><p>　　圖3-11氣泵及其周圍元件</p><p>　　氣源處理組件是氣動控制系統(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及凝結水，調節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應注意經常檢查過濾器中凝結水的水位，在超過最高標線以前，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快速氣路開關，用于啟/閉氣源，當把氣路開關向左拔出時，氣

66、路接通氣源，反之把氣路開關向右推入時氣路關閉。</p><p>　?。?） 空氣壓縮機 </p><p>　　空氣壓縮機是產生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設備（如圖3-2所示）。按結構和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉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力。容積型結構簡單、使用方便。本設計選用容積型壓縮機。</p>&l

67、t;p>　　.空壓機供氣量的大小應包括：目前氣動系統(tǒng)中各設備所需的耗氣量、考慮未來擴充設備所需耗氣量及修正系數（如避免空壓機在全負荷下不停地運轉、氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設備是否同時連續(xù)使用等）。其公式為</p><p>　　Q為氣動系統(tǒng)的最大耗氣量（m3／Min），K為修正系數。一般可取=1.3～1.5。 有了供氣壓力與供氣量，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號。</p>&

68、lt;p>　　圖3-2 壓縮機及儲氣罐</p><p><b>　?。?） 儲氣罐</b></p><p>　　儲氣罐可以調節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質（如圖3-2所示）。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式

69、兩種。本設計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。</p><p><b>　?。?）推料氣缸</b></p><p>　　本系統(tǒng)的推料氣缸由單向電控閥控制。</p><p><b>　?。?）步進電機</b></p><p>　　步進電機作為執(zhí)行機構用于

70、帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉編碼器連接在一起?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數，來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。 同</p><p>　　時，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)控制電機轉動的速度，達到調速的目的。步進電機選用的型號為42BYGH101。</p><p>　　表3-3 主要元器件清單</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的軟件設計&

71、lt;/p><p>　　第三章中已對系統(tǒng)硬件進行了設計，通過各類輸入輸出元器件為實現系統(tǒng)功能做好了準備，本章利用PLC作為核心控制部件將各類元器件通過邏輯關系聯系起來，實現系統(tǒng)控制要求。</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)流程圖設計</p><p>　　根據系統(tǒng)生產工藝的要求，分析各個設備的操作內容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖4-1所示。</p>&

72、lt;p>　　圖4-1 控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)。 若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設計流程圖中的汽缸4動作后，程序再轉到開始;若為單次運行，則汽缸4動作后停機。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進行數量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應用高速計數器編制程序，可以實現系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計數器計數步進電機轉過的圈數，來確定物料到達傳感器的距

73、離，實現定位功能。定位時，電機停轉，計數器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理。 在汽缸1～3動作后，電機重新運行，高速計數器也重新計數。 如果相應的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數器也重新計數，繼續(xù)運行到下一位置。 如果只對材料的某一特性進行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對傳感器的安放或程序進行修改即可。</p><p>　　4.2 西門子編程軟件、模擬仿真軟件</p>&

74、lt;p>　　近年來，各PLC廠家都相繼開發(fā)了基于個人計算機的圖示化編程軟件，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試等多種功能，是PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。</p><p>　　4.2.1 西門子PLC編程軟件</p><p>

75、　　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。</p><p>　　圖4-2 西門子S7-200編程軟件</p><p>　　4.2.2 西門子仿真軟件</p><p>　　本次設計采用西門子S7-2

76、00V2.0（如圖4-3所示）版本進行仿真調試。</p><p>　　仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運行，如果沒有編好的程序，是無法進行仿真的。 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。</p><p>　　圖4-3 西門子S7-200仿真軟件</p><p>　　4.3 控制系統(tǒng)程序設計</p><p

77、>　　根據所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN32軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄。</p><p>　　此指令為高速脈沖輸出指令，當使能端輸入有效時，檢測用程序設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。</p><p>　　此指令為高速計數器定義指令，使能輸入有效時，為指定的高速計數器分配一種工作模式。高速計數是用來累計比P

78、LC掃描頻率更高的脈沖輸入。</p><p>　　此指令為高速計數器指令，使能輸入有效時，根據高速計數器特殊存儲器位的狀態(tài)，并按照HDEF指令指定的模式，設置高速計數器并控制其工作。</p><p>　　下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：</p><p>　?。?）以上為主程序，首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備，I2.1為停止按鈕。當P

79、LC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復位清零，并調用子程序。</p><p>　?。?）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行初始化，然后當I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0檢測沒有物料時，啟動定時器T33，延時30秒自動停機。</p><p>　?。?）以上為子程序中的高速計數指令，首先進行高速

80、計數指令的初始化操作，當電機旋轉時，帶動光電碼盤發(fā)出脈沖，并輸入PLC的接收端，由高速計數指令進行計數，計算步進電機轉過的步數，進行定位控制。其中設定預置值為50，當計數至50時，調用中斷程序。</p><p>　?。?）以上為中斷程序，當高速計數指令計數至預置值時，這時物料移動至傳感器的位置，M0.0得電，導致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉。由于汽缸動作需要1秒，讓電機停轉一秒后繼續(xù)運轉。當物料被相應的傳感器檢

81、測中后，相應的汽缸動作，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，初始狀態(tài)為閉合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2為汽缸的動作限位開關，初始狀態(tài)為關斷。汽缸動作時，，回位限位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)的調試</p><p>　　在PLC軟硬件設計完成后，應進行調試工作。因為在

82、程序設計過程中，難免會有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現場設備之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也需事先調試好。</p><p><b>　　5.1硬件調試</b></p><p>　　1．電感傳感器的調試</p><p>　　在電感傳感器下方的傳送帶

83、上，放置鐵質料塊，調整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質材料的檢出點。</p><p>　　2．電容傳感器的調試</p><p>　　在電容傳感器下方的傳送帶上，放置鋁質料塊，調整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鋁質材料的檢出點。</p><p>　　3．顏色傳感器的調

84、試</p><p>　　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，調節(jié)傳感器上的電位器，觀察窗口中紅綠（或藍）指示燈，當兩燈恰同時發(fā)光時，該靈敏點即為料塊顏色檢出點。</p><p><b>　　5.2軟件調試</b></p><p>　　程序的調試是設計過程中一個比較重要環(huán)節(jié)，很少有程序是一經編制就可以運行成功的，只有經過

85、調試運行甚至現場運行才能發(fā)現程序中不合理的地方并且進行修改。通過仿真軟件按照控制要求一步步進行輸入輸出端口設置，看輸出是否滿足控制要求。仿真調試時是否正常按預期效果運行，若不是按預期效果輸出，再仔細檢查程序并修改后，再仿真調試。若有異再修改程序，這樣反復調試，直至程序可用模擬調試運行正常。</p><p><b>　　第6章 總 結</b></p><p>　　物料分

86、揀采用可編程控制器PLC進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設備無縫連接，實現對物料實物流、物料信息流的分配和管理。 其設計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。 同時，只要根據不同的分揀對象，對本系統(tǒng)稍加修改即可實現求。</p><p>　　本論文的設計主要取得了以下成果：<

87、;/p><p>　　對物料自動化分揀的結構形式、驅動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全面的分析，最后得出其總體設計方案。</p><p>　　氣動驅動系統(tǒng)是強的非線性系統(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，非線性摩擦力等因素，實現氣缸的精度定位非常困難。因此在其應用中，要對各參數進行調定，以達到比較理想狀態(tài)。</p><p>　　自動化的控制

88、系統(tǒng)采用了技術性、可靠性非常高的PLC進行控制。這使得自動化設備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產要求。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，我對電氣控制方面變得更加的執(zhí)著，無論是以后的學習還是工作我都會比較重視。此時讓我想起孔子的一句話：“知之者，不如好知者；好之者，不如樂知者。”</p><p>　　由于自己的水平有限，文中必

89、定會有錯誤的地方和不足之處，懇請各位老師批評指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］ 姜培剛. 機電一體化系統(tǒng)設計. 機械工業(yè)出版社 (2004年9月) </p><p>　　［2］ 李景學，金廣業(yè). 可編程控制器應用系統(tǒng)設計. 北京:電子工業(yè)出版社,1998［3］ 王淑英. 電氣控制與PL

90、C應用. 機械工業(yè)出版社（第四版）</p><p>　?。?］ 愈 林.西門子S7-200PLC應用教程. 北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　?。?］ 郎宏仁.可編程控制全自動化系統(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計. 電子工業(yè)出版社主編， 2006</p><p><b>　　致 謝<

91、/b></p><p>　　本論文是在老師的悉心指導下完成的，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和極大的幫助。</p><p>　　在此謹向尊敬的導師致以由衷的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　畢業(yè)論文的這個機會，好好地總結一下我在學校所學的各門課程，將它們分化理解，合理分類，融會貫通。也不愧三年來老師含辛茹苦的授課和課下的諄諄教導，以

92、及同學間的團結互助。這次畢業(yè)設計，老師給予我們許多幫助，同時也為我們指明了方向。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設計，我們把以前所學都綜合起來，感覺自己的水平提高很多。我們了解到了做一個系統(tǒng)的基本常識，為我們以后從事技術工作打下良好的基礎。</p><p>　　我要感謝在大學三年里傳授我知識的每一位任課老師和曾經幫助過我的同學，我會永遠的記住你們，在此真心的向你們說聲謝謝！在學校中我學會