基于PLC和力控組態(tài)軟件的材料分揀系統(tǒng)課程設(shè)計(jì).doc

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過程控制與組態(tài)軟件 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 20 15 －20 16 學(xué)年 第 二學(xué)期　第 16 周－ 16周 題目 材料分揀系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) 內(nèi)容及要求 材料分揀系統(tǒng)由5個(gè)汽缸，3個(gè)傳感器，皮帶和不同材質(zhì)的料塊組成。當(dāng)有料塊放入的時(shí)候,汽缸1動(dòng)作,將料塊推到皮帶上,使料塊隨著皮帶前進(jìn)。傳感器有電感傳感器,電容傳感器,顏色傳感器。當(dāng)鐵質(zhì)料塊經(jīng)過汽缸2的時(shí)候,電感傳感器得到信號(hào),使汽缸2動(dòng)作,將料塊推向1號(hào)儲(chǔ)料廂；如果是鋁制料塊,則電容傳感器得到信號(hào),使汽缸3動(dòng)作,將鋁制料塊推向2號(hào)儲(chǔ)料廂；藍(lán)色木頭材質(zhì)的料塊,則汽缸4動(dòng)作,推向3號(hào)儲(chǔ)料廂中；紅色木頭材質(zhì)的料塊，則汽缸5動(dòng)作,將料塊推向4號(hào)儲(chǔ)料廂中。 選擇以上實(shí)驗(yàn),論述該實(shí)驗(yàn)基于PLC和力控組態(tài)軟件的實(shí)現(xiàn)方案，建立PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求列輸入輸出分配表、編寫梯形圖并注釋，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 進(jìn)度安排 1、講授課程設(shè)計(jì)的要求、任務(wù)和方法，布置設(shè)計(jì)題目（0.5天）； 2、查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案（1天）； 3、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)調(diào)試并完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2.5天）； 4、當(dāng)場(chǎng)個(gè)人答辯及報(bào)告評(píng)閱（1天）。 學(xué)生姓名：沈青文、胡鎮(zhèn)、許志明、馬繼能 指導(dǎo)時(shí)間 2016年 6月 13日至2016年6月 17日 指導(dǎo)地點(diǎn)： F312 任務(wù)下達(dá) 2016 年 6月 13日 任務(wù)完成 2016年6月 17日 考核方式 1. 評(píng)閱 　 2.答辯 □ 3.實(shí)際操作□ 　4.其它□ 指導(dǎo)教師 楊聲云 系（部）主任 王長(zhǎng)坤 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。 2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔 引 言 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。在需要進(jìn)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(chǎn)成本高，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力差。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些自動(dòng)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(dòng)控制分揀系統(tǒng)裝置。關(guān)于自動(dòng)控制分揀系統(tǒng)裝置現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)大量出現(xiàn)了，并且也應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中了。由于PLC具有體積小、易安裝、維修性好等特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)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(xiàn)在已經(jīng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其功能越來越強(qiáng)大。本課題采用PLC控制分揀系統(tǒng)裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三種物料的快速分揀，分別是鐵質(zhì)物料、鋁質(zhì)物料和顏色物料等。并且可以與上位機(jī)相接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行分揀，正是需要進(jìn)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(shè)計(jì)，它包括可編程序控制部分、傳感器檢測(cè)部分、電動(dòng)機(jī)控制部分以及空氣壓縮機(jī)部分。對(duì)于本課題來講，它就是自動(dòng)化技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)以及電氣拖動(dòng)技術(shù)的融合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著推動(dòng)作用。近年來，分揀領(lǐng)域已經(jīng)并正在發(fā)生著日新月異的變化，各種先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個(gè)工程實(shí)際中，并且已經(jīng)取得了很大的成就。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)都迫切地希望改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，同樣在需要進(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(xiàn)在已經(jīng)開始在工程實(shí)際應(yīng)用中開始發(fā)揮作用，但是隨著科學(xué)技術(shù)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(jì)算機(jī)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(yīng)用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制要求和發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有著十分強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，但在別的方面卻沒有PLC功能強(qiáng)大。因此在這個(gè)設(shè)計(jì)中選擇PLC來控制分揀系統(tǒng)裝置。 此設(shè)計(jì)正是基于采用PLC來實(shí)現(xiàn)關(guān)于材料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。材料分揀控制系統(tǒng)組成主要有傳感器、斷電延時(shí)器、進(jìn)料槽、傳送帶、分揀推手等組成。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光電傳感器檢測(cè)到進(jìn)料槽有物體時(shí)，上料傳感器輸出信號(hào)給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制上料氣動(dòng)閥進(jìn)行上料，每次上料時(shí)間間隔可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。第一個(gè)物料傳感器為電感傳感器，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)閥動(dòng)作選出該物料；第二個(gè)物料傳感器為電容傳感器，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)閥動(dòng)作選出該物料；第三個(gè)物料傳感器為顏色傳感器，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)閥動(dòng)作選出該物料；最后還有一個(gè)備用的傳感器，是用來檢測(cè)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(yīng)的滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象是指PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)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?yàn)镻LC的延遲時(shí)間只有幾十毫秒，對(duì)于本分揀系統(tǒng)裝置起不到什么影響，完全可以忽略。本設(shè)計(jì)主要研究的是使分揀系統(tǒng)裝置能進(jìn)行三種物料的分揀并能與上位機(jī)相連進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 可編程序控制器（PLC）現(xiàn)在已經(jīng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其功能越來越強(qiáng)大。該篇設(shè)計(jì)有著廣闊的應(yīng)用前景，它節(jié)省大量的勞動(dòng)力，從而可以大大提高生產(chǎn)率，促進(jìn)社會(huì)工業(yè)的發(fā)展。 第2章 方案比較與選擇 由于本設(shè)計(jì)是基于PLC的材料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以從材料分揀系統(tǒng)裝置的控制系統(tǒng)方面進(jìn)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。下面是關(guān)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(lǐng)域中大量的應(yīng)用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在著質(zhì)的差別。下面是關(guān)于它們的各個(gè)方面的比較： （1） 控制功能的實(shí)現(xiàn)：繼電器控制系統(tǒng)通過對(duì)繼電器進(jìn)行硬接線完成相應(yīng)的控制功能，PLC對(duì)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)所需控制要求。 （2） 對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性：繼電器控制系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)與接線，適應(yīng)性差，PLC只需對(duì)程序進(jìn)行修改，適應(yīng)性強(qiáng)。 （3） 可靠性：繼電器控制系統(tǒng)元器件多，觸點(diǎn)多，容易出現(xiàn)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(shí)時(shí)性：繼電器控制系統(tǒng)機(jī)械動(dòng)作時(shí)間常數(shù)大，實(shí)時(shí)性差，PLC微處理器控制，實(shí)時(shí)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） 使用壽命：繼電器控制系統(tǒng)易損，壽命短，PLC壽命長(zhǎng)。 （7） 價(jià)格：繼電器控制系統(tǒng)較低 ，PLC較高。 （8） 維護(hù)：繼電器控制系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜、工作量大，PLC維護(hù)工作量小。 二、通用計(jì)算機(jī)具有十分強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)數(shù)據(jù)處理速度已達(dá)到極高的水平，但是應(yīng)用通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，在很多方面沒有PLC功能強(qiáng)大。下面是關(guān)于它們的比較： （1） 工作方式：通用計(jì)算機(jī)采用中斷方式，PLC采取掃描方式。 （2） 通用計(jì)算機(jī)使用匯編語言、高級(jí)語言，PLC采用助記符語句表、梯形圖等。 （3） 工作環(huán)境：通用計(jì)算機(jī)要求較高，PLC可在較差的環(huán)境工作。 （4） 對(duì)使用者的要求：通用計(jì)算機(jī)需要專門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)才行，PLC語言易學(xué)，稍加培訓(xùn)即可使用。 （5） 可靠性：通用計(jì)算機(jī)商業(yè)級(jí)要求，PLC工業(yè)級(jí)，且有多種特殊設(shè)計(jì)，包括監(jiān)視記時(shí)器功能。 （6） 系統(tǒng)軟件：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，但占用存儲(chǔ)空間過大，PLC系統(tǒng)軟件功能專用，占用存儲(chǔ)空間小。 （7） 價(jià)格：通用計(jì)算機(jī)價(jià)格高，PLC價(jià)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(diǎn)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(kuò)展的靈活性、操作的靈活性）、機(jī)電一體化等 。另外PLC的功能有： （1）關(guān)于邏輯和順序控制：主要完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的控制要求。 （2）定時(shí)控制：PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、記數(shù)功能，而且是間隔可以由用戶自己設(shè)定。（3）數(shù)據(jù)處理：新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理能力，它能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送。 （4）通信：PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)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(duì)待測(cè)物料進(jìn)行檢測(cè)并分類。根據(jù)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(dāng)待測(cè)物體經(jīng)下料裝置傳入傳送帶后，依次接受各種傳感器的檢測(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，否則繼續(xù)前行。 物料傳感器5 氣動(dòng)閥4 空 氣 壓 縮 機(jī) 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(dòng)閥5 555555555 氣動(dòng)閥1 氣動(dòng)閥2 氣動(dòng)閥3 物料傳感器1 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 從上圖可以看出本系統(tǒng)由傳感器、電動(dòng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等組成。其中傳送帶是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。系統(tǒng)上電后，可編程序控制器(PLC)首先啟動(dòng)輸送帶，上料傳感器檢測(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)停止等待上料。當(dāng)料槽有料時(shí)，上料傳感器輸出信號(hào)給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制上料氣動(dòng)閥進(jìn)行上料，每次上料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器1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2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3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。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時(shí)，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。 二、PLC的選型 1、控制要求及I/O接口 本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)三種物料的分揀，分別是鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和帶顏色的物料。根據(jù)要求選用了四個(gè)種類的五個(gè)傳感器來檢測(cè)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(cè)鐵質(zhì)物料，電容傳感器檢測(cè)鋁質(zhì)物料，顏色傳感器檢測(cè)顏色物料。光電傳感器一共有兩個(gè)，一個(gè)用于進(jìn)料槽檢測(cè)有無物品，另一個(gè)作為備用傳感器負(fù)責(zé)把前面三個(gè)傳感器漏揀的物料分揀下來。另外還用了異步電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)傳送帶，它可以滿足快速啟動(dòng)及制動(dòng)的控制要求?？諝鈮嚎s機(jī)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 SBW1 SFW4 SFW3 SFW2 SFW1 SD SC SB SA YV4 YV3 YV1 YV2 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 SN SBW5 SFW5 YV6 圖3-2 材料分揀示意圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入有5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（光電傳感器）以及檢測(cè)下料的傳感器，并且有相應(yīng)的5個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，每個(gè)氣缸有兩個(gè)動(dòng)作限位，共計(jì)10個(gè)信號(hào)。輸出包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的接觸器，以及5個(gè)控制氣缸動(dòng)作的電磁閥。共需要I/O接點(diǎn)21個(gè)，其中有15個(gè)輸入點(diǎn)和6 個(gè)輸出點(diǎn)。如下表所表示。 表3-1 輸入信號(hào)和輸出信號(hào) 輸入信號(hào)： 推氣缸1動(dòng)作限位SFW1 X004 推氣缸2動(dòng)作限位SFW2 X012 推氣缸3動(dòng)作限位SFW3 X020 推氣缸4動(dòng)作限位SFW4 X023 推氣缸5動(dòng)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 推氣缸1動(dòng)作限位SBW1 X010 推氣缸2動(dòng)作限位SBW2 X013 推氣缸3動(dòng)作限位SBW3 X021 推氣缸4動(dòng)作限位SBW4 X024 推氣缸5動(dòng)作限位SBW5 X002 輸出信號(hào)： 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(dòng)機(jī) YV6 Y002 根據(jù)要求選用選用三菱FX2N系列PLC。主要是因?yàn)镕X2N有以下的優(yōu)點(diǎn)。 FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最快的微型可編程序控制器。FXZN系列PLC是超小型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。它有內(nèi)置8K步的RAM，使用存儲(chǔ)卡盒后，最大容量可擴(kuò)大到16K步。編程指令豐富，有27條基本指令、2條步進(jìn)指令和128種功能指令。PLC運(yùn)行時(shí)，對(duì)一條基本指令的處理時(shí)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(jì)數(shù)等功能。還能做數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根以及浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、脈沖輸出（20kHz/DC5V，10kHz/DC12~14V）、脈寬調(diào)制、PID運(yùn)算等更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。所以FX2N系列PLC具有容量大、運(yùn)行速度快、指令功能完善等特點(diǎn)。 在FX2N系列PLC基本單元上，可連接擴(kuò)展單元、擴(kuò)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(cè)接口上，連接一臺(tái)功能擴(kuò)展板，完成FX2N系列PLC與各種外部設(shè)備的通信，實(shí)現(xiàn)模擬量設(shè)定功能。通過功能擴(kuò)展模板還可將FX2N系列適配器與FX2N基本單元連接，增強(qiáng)PLC與外部設(shè)備的通信功能。 基于以上三菱FX2N系列PLC的諸多優(yōu)點(diǎn)，選用三菱FX2N系列的FX2N48MR型PLC進(jìn)行分揀運(yùn)動(dòng)控制。它有24個(gè)輸入點(diǎn)、24個(gè)輸出點(diǎn)，完全滿足了設(shè)計(jì)要求，并且也滿足了留有相應(yīng)的裕量，以便以后進(jìn)行擴(kuò)充。 3.2 傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)由于用了多達(dá)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(jù)是要決定哪一個(gè)是合適的傳感器。這取決于將要檢測(cè)的目標(biāo)的材料。 如果目標(biāo)是金屬的，那么需要一個(gè)電感傳感器。如果目標(biāo)是塑料做的，紙做的或（油基或水基）流體、顆粒、或者粉末，那么需要一個(gè)電容傳感器。如果目標(biāo)是帶顏色的，那么需要一個(gè)顏色傳感器。所以根據(jù)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(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的。 電感式接近傳感器只對(duì)金屬對(duì)象敏感，因此電感式接近傳感器不能應(yīng)用于非金屬對(duì)象檢測(cè)。同時(shí)，由于高頻振蕩線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)是散射的，這樣當(dāng)金屬對(duì)象不斷接近傳感器的前端時(shí)，會(huì)觸發(fā)傳感器狀態(tài)的變化，而且在傳感器的周圍出現(xiàn)金屬對(duì)象時(shí)傳感器也會(huì)發(fā)出訊號(hào)。對(duì)檢測(cè)正確性要求較高的場(chǎng)合或傳感器安裝周圍有金屬對(duì)象的情況下，需要選用屏蔽式電感性接近傳感器，因?yàn)檫@種類型的傳感器事先已經(jīng)將振蕩線圈周圍的磁場(chǎng)進(jìn)行了屏蔽，只有當(dāng)金屬對(duì)象處于傳感器前端時(shí)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(cè)距離會(huì)因被測(cè)對(duì)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(jīng)廣泛應(yīng)用于幾乎所有自動(dòng)化控制的行業(yè)與領(lǐng)域之中，對(duì)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有關(guān)鍵性的作用。在工業(yè)自動(dòng)控制中，最普通也廣泛應(yīng)用的傳感器往往會(huì)引起一些意想不到的問題，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。一個(gè)能夠通盤考慮全部操作和功能各個(gè)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(yùn)作，且能夠在系統(tǒng)構(gòu)造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)過程中表現(xiàn)出極大的性能優(yōu)勢(shì)。 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(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶氣隙的鐵心線圈。按磁路幾何參數(shù)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(jié)構(gòu)型式又有E型或罐型等等；按組成方式分，有單一式與差動(dòng)式兩種。 圖3-3為一種簡(jiǎn)單的自感式傳感器，它由線圈、鐵心和銜鐵等組成。當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量變化而上、下移動(dòng)時(shí)，鐵心氣隙、磁路磁阻隨之變化，引起線圈電感量的變化，然后通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與位移成比例的電量，實(shí)現(xiàn)了非電量到電量的變換?？梢?，這種傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(chǎng)以無磨損和非接觸的方式檢測(cè)金屬物體，對(duì)普通傳感器 而言，磁場(chǎng)由繞在鐵氧體芯上的LC振蕩電路產(chǎn)生。它的應(yīng)用范圍極為廣泛，可應(yīng)用在惡劣氣候條件，深冷系統(tǒng)，戶外應(yīng)用，金屬鑄造、玻璃行業(yè)、食品行業(yè)、機(jī)械行業(yè)。 從下列性能數(shù)據(jù)也可以看出它有很多優(yōu)點(diǎn)： 1、額定工作值按EN 60947-5-6標(biāo)準(zhǔn)定義為：Uo=8，2VDC Ri=1000歐姆 2、反極性保護(hù) 3、滯后H1....10% 4、溫度漂移 5、<10%（通常溫度范圍-20....+70℃） 6、<20%（擴(kuò)展溫度范圍-40/25....+100/120℃） 7、重復(fù)精度R<2% 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?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)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(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，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(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參于導(dǎo)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(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)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(gè)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(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)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+β）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(yīng)用 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。早期的用來檢測(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。 　　發(fā)光二極管最早出現(xiàn)在19世紀(jì)60年代，現(xiàn)在我們可以經(jīng)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(dǎo)體元件，其電氣性能與普通二極管相同，不同之處在于當(dāng)給LED通電流時(shí)，它會(huì)發(fā)光。由于LED是固態(tài)的，所以它能延長(zhǎng)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(dòng)抗沖擊，并且沒有燈絲。另外，LED所發(fā)出的光能只相當(dāng)于同尺寸白熾燈所產(chǎn)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(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離）。LED能發(fā)射人眼看不到的紅外光，也能發(fā)射可見的綠光、黃光、紅光、藍(lán)光、藍(lán)綠光或白光。 三、光電傳感器的選擇　 對(duì)于光電傳感器選用的是現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的Autonice系列BUD-50S型號(hào)光電開關(guān)，因?yàn)樗幸韵聨追矫娴膬?yōu)點(diǎn)： （1）超小型，可在狹小空間安裝。 （2）不受探測(cè)物體本身色彩的影響，優(yōu)質(zhì)的探測(cè)能力。 （3）內(nèi)裝計(jì)時(shí)器，易于調(diào)整應(yīng)答時(shí)間(關(guān)斷延時(shí)時(shí)間: 0.1～2秒以下→VR調(diào)整)。 （4）不受背景物的影響。 （5）內(nèi)裝控制輸出過電流保護(hù)線路。 （6）內(nèi)裝電源逆連接保護(hù)線路。 3.2.3 電容傳感器的介紹 電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高分辨力、可非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作，這是它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使它揚(yáng)長(zhǎng)避短，成為一種很有發(fā)展前途的傳感器。 由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時(shí)，其電容量與真空介電常數(shù)ε0 (8.85410－12F/m)、極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr、極板的有效面積A以及兩極板間的距離δ有關(guān)： (3-1) 若被測(cè)量的變化使式中δ、A、εr三個(gè)參量中任意一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容量的變化，再通過測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)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(zhì)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(dāng)傳感器的εr和A為常數(shù)，初始極距為δ0，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|Δδ0/δ0|很小(小測(cè)量范圍)時(shí)，才有近似的線性輸出。靈敏度S與初始極距δ0的平方成反比，故可用減少δ0的辦法來提高靈敏度。例如在電容式壓力傳感器中，常取δ0＝0.1～0.2mm，C0在20～100pF之間。由于變極距型的分辨力極高，可測(cè)小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測(cè)中應(yīng)用最廣。差動(dòng)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(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。 二、變面積型電容傳感器 原理結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。它與變極距型不同的是，被測(cè)量通過動(dòng)極板移動(dòng)，引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容的變化。設(shè)動(dòng)極板相對(duì)定極板沿長(zhǎng)度方向平移時(shí)，則電容為：  (3-3) (a)單片式 (b)中間極移動(dòng)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(shí)際應(yīng)用中，也采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。角位移測(cè)量用的差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，設(shè)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(dòng)極板C平行于A、B，并在自身平(柱)面內(nèi)繞O點(diǎn)擺動(dòng)。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(shè)計(jì)中選擇的電容傳感器是武漢超榮電子有限公司供應(yīng)的電容式接近傳感器CCJ/CRJ系列。主要是因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn)：電容式接近開關(guān)CCJ/CRJ系列具有多種電源、響應(yīng)頻率快等特點(diǎn)，能可靠的檢測(cè)金屬、非金屬。用于工業(yè)控制的非金屬檢測(cè)定位、限位以及料位、液位的檢測(cè)。輸出有NPN輸出、PNP輸出、電壓0－5DVC；0－30DVC輸出、90－260VAC，檢測(cè)距離從4mm-25mm不等。 3.2.4 顏色傳感器的介紹 考慮到本次設(shè)計(jì)是推出式物流分揀裝置及分揀信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分揀裝置采用動(dòng)力式皮帶輸送裝置，驅(qū)動(dòng)裝置是選用電動(dòng)機(jī)。在分揀系統(tǒng)中的信號(hào)采集最后一部分主要依靠色敏傳感器。因?yàn)楦鱾€(gè)物塊的顏色不同，根據(jù)顏色值的變化能分清是否要實(shí)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(duì)物品的顏色標(biāo)定沒有具體要求。具體的顏色測(cè)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(cè)量方式。 在分揀支路上安裝色敏傳感器，通過調(diào)整色敏傳感器的工作點(diǎn)，進(jìn)行顏色測(cè)定時(shí)，須對(duì)信號(hào)采集電路的信號(hào)輸出大小進(jìn)行計(jì)算，得出被測(cè)物塊的顏色值，把所測(cè)的顏色值同PLC中的物塊顏色值進(jìn)行比較，得到它們之間最相關(guān)的值，確定所測(cè)值的顏色。如果需要分揀則驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本設(shè)計(jì)分析了目前市場(chǎng)上應(yīng)用極為廣泛的顏色傳感器類型和每種顏色傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合，以選擇最適合在本設(shè)計(jì)中所能應(yīng)用的傳感器。目前，用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類型（都屬于光電式的）：其一是色標(biāo)傳感器，它使用一個(gè)白熾燈光源或單色LED光源；其二是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，它檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。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(duì)相似顏色和色調(diào)的檢測(cè)可靠性較高。它是通過測(cè)量構(gòu)成物體顏色的三基色的反射比率實(shí)現(xiàn)顏色檢測(cè)的。由于這種顏色檢測(cè)法精密度極高，所以RGB傳感器能準(zhǔn)確區(qū)別極其相似的顏色，甚至相同顏色的不同色調(diào)。 一般RGB傳感器都有紅、綠、藍(lán)三種光源。三種光通過同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)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(cè)量模式。一種是分析紅、綠、藍(lán)光的比例。因?yàn)闄z測(cè)距離無論怎樣變化，只能引起光強(qiáng)的變化，而三種顏色光的比例不會(huì)變，因此，即使在目標(biāo)有機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合也可以檢測(cè)。 第二種模式是利用紅綠藍(lán)三基色的反射光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的。利用這種模式可實(shí)現(xiàn)微小顏色判別的檢測(cè)，但傳感器會(huì)受目標(biāo)機(jī)械位置的影響。 無論應(yīng)用哪種模式，大多數(shù)RGB傳感器都有導(dǎo)向功能，使其非常容易設(shè)置。這種傳感器大多數(shù)都有內(nèi)建的某種形式的圖表和閥值，利用它可確定操作特性。 色標(biāo)傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。色標(biāo)傳感器實(shí)際是一種反向裝置，光源垂直于目標(biāo)物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測(cè)來自目標(biāo)物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白熾燈和單色光源都可用于色標(biāo)檢測(cè)。 顏色傳感器種類很多，仔細(xì)考慮了一下，還是決定選擇CS系列顏色傳感器中的CS3型。測(cè)量范圍是60mm，可分辨三種顏色，工作溫度是-10～55℃；工作頻率是250Hz；輸出方式是PNP；工作電源12～30VDC。應(yīng)用范圍：CS系列色彩檢測(cè)器是應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線上的色彩測(cè)量的傳感器，具有測(cè)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(diǎn)?？煞墙佑|監(jiān)控彩色及透明的物體。主要應(yīng)用于印刷品、包裝標(biāo)簽、填充物、包裝記號(hào)、商標(biāo)、零件的辯識(shí)和分類。 3.3 電動(dòng)機(jī)部分 本設(shè)計(jì)選用的是三相異步電動(dòng)機(jī)。目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種：1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為： n=60f/P （3-4） 式中f為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)、n的單位是：每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速控制。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A、B、C順時(shí)針排列，磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，若把三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)，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(chǎng)必然逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。因?yàn)榧僭O(shè)n和n1相同，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。 相對(duì)于本分揀系統(tǒng)設(shè)置要求我選用浙江省瑞安市金龍調(diào)速電機(jī)廠生產(chǎn)的YS系YS 8024型號(hào)三相異步電動(dòng)機(jī)。它按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，具有高效、節(jié)能、噪聲低、振動(dòng)小、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)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(jī) 空氣壓縮機(jī)是本材料分揀系統(tǒng)裝置中不可缺少的部分 ，它是將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jī)的種類很多，按工作原理可分為容積型壓縮機(jī)和速度型壓縮機(jī)。容積型壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)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(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動(dòng)系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右，因?yàn)橐紤]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?？諝鈮嚎s機(jī)的額定排氣壓力分為低壓（0.7~1.0MPa）、中壓（1.0~10MPa）、 高壓（10~100MPa）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(jī)械系列的標(biāo)準(zhǔn)型GL-2.0渦輪空氣壓縮機(jī)，產(chǎn)品性能優(yōu)越，效率高，運(yùn)行可靠。主要是因?yàn)樗w積少、重量輕、結(jié)構(gòu)精密、運(yùn)動(dòng)部件少、無磨損。此外還有： （1）安裝簡(jiǎn)單 產(chǎn)品出廠時(shí)，機(jī)器內(nèi)已添加足量的專用油，所以安裝就位，就可以自動(dòng)運(yùn)行。 （2）節(jié)省電力 機(jī)器的操控是由系統(tǒng)伍自動(dòng)調(diào)節(jié)，特別GL-X4.0雙渦輪供氣或單機(jī)供氣，大幅 減少運(yùn)行耗電量達(dá)60%真正做到高效節(jié)能。 （3）節(jié)省易耗品 特殊設(shè)計(jì)的雙柱形油氣罐，罐內(nèi)構(gòu)筑多個(gè)立面，使油氣混合氣體在罐內(nèi)經(jīng)數(shù)次 分離但又不產(chǎn)生城市降，減小油霧，延長(zhǎng)加油周期和油霧分離器的使用時(shí)間，使用權(quán)其能長(zhǎng)時(shí)間輸出含油量低于3PPM的壓縮空氣。 （4）超級(jí)潤(rùn)滑油 特殊配方和添加劑合成的GL-X系列空氣壓縮機(jī)開發(fā)的超級(jí)潤(rùn)滑油，客觀存在的潤(rùn)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(xiàn)，在高溫時(shí)的熱穩(wěn)定性和抗氧化性使渦輪壓縮機(jī)在各種高溫、高壓、超負(fù)載實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì) 本課題是關(guān)于材料分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用可編程序控制器對(duì)分揀部分進(jìn)行控制。最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置。它們的運(yùn)行方式是不同的：繼電器控制裝置采用硬接線邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)在繼電器控制線路的那個(gè)位置會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的串行運(yùn)行方式，即如果一個(gè)邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的程序中所有的觸點(diǎn)（包括起常開或常閉觸點(diǎn)）不會(huì)立即動(dòng)作，必須等到掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)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(hào)及其相互之間的相互關(guān)系表示相互關(guān)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(shè)計(jì)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(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，即一層階梯。沒一邏輯行起于左母線，終于右母線。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(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的接點(diǎn)則可無限引用，既可是常開接點(diǎn)，也可是常閉接點(diǎn)。輸入繼電器的線圈由輸入點(diǎn)上的外部輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中輸入繼電器的接點(diǎn)用以表示對(duì)應(yīng)點(diǎn)的輸入信號(hào)。 語句編程也是各種PC通用的編程方式。通常是根據(jù)梯形圖來進(jìn)行語句表編程。由于PC的指令比較簡(jiǎn)單，所以語句表編程比較簡(jiǎn)單。首先，對(duì)梯形圖的的并列支路編程時(shí)，先上后下、先左后右。其次，在較復(fù)雜的梯形圖中，常遇到幾個(gè)邏輯組相串聯(lián)或相并聯(lián)的情況，其邏輯運(yùn)算比較復(fù)雜，編程時(shí)需用接點(diǎn)組的串、并聯(lián)指令，這時(shí)需要使用堆棧。 可編程控制器運(yùn)行時(shí)，在系統(tǒng)程序的監(jiān)視下，按常規(guī)的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，CPU每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間延伸，一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作順序執(zhí)行，這種分時(shí)操作過程稱為掃描。掃描過程周而復(fù)始的不斷循環(huán)。一個(gè)掃描過程稱為掃描周期。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，前面執(zhí)行的結(jié)果，馬上就可被后面的將要執(zhí)行的任務(wù)所用。 4.1 材料分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖 本課題要求實(shí)現(xiàn)三種物料的分揀，分別是鐵質(zhì)物料、鋁質(zhì)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(yùn)行時(shí)，第一個(gè)光電傳感器首先檢測(cè)進(jìn)料槽有無物料，若有開始上料（我設(shè)置的是每3秒一次把物料推上傳送帶），之后啟動(dòng)傳送帶（系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)延遲1秒工作）。傳送帶啟動(dòng)后，物料到達(dá)第一個(gè)電感傳感器傳感器開始檢測(cè)，若是鐵塊，推下，不是繼續(xù)前行。到達(dá)第二個(gè)電容傳感器時(shí)又開始檢測(cè)，若是鋁塊，推下，不是繼續(xù)往前傳送，到達(dá)第三個(gè)顏色傳感器，開始檢測(cè)，若是帶有顏色的物塊，推下，沒有繼續(xù)前行。第四個(gè)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(gè)循環(huán)過程。若第一個(gè)光電傳感器沒檢測(cè)到物料，則斷電延時(shí)器開始記時(shí)，到一周期后斷電，整個(gè)系統(tǒng)停止。直至檢測(cè)下料槽的光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)才會(huì)啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)重新開始工作，進(jìn)行物料分揀。以下是我對(duì)于以上設(shè)計(jì)思路來進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)的。 分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。 開 始 有料 否？ ？ 上料 上料 分 揀 傳 送 帶 分 揀 分 揀 開 始 記 時(shí) 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(yùn)行? 否 是 圖4-1 材料分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 4.2 分揀系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)要求，利用PLC 的基本邏輯指令來實(shí)現(xiàn)分揀系統(tǒng)的控制程序編程。 一、首先是進(jìn)料槽控制部分 開始工作時(shí)，如果進(jìn)料槽有待分揀的物料，則進(jìn)料槽的光電傳感器就接受到信號(hào)，然后把信號(hào)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(shè)計(jì)的是每三秒鐘推一次物料。在光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，程序首先形成自鎖，同時(shí)記時(shí)器1開始記時(shí)，氣缸推手把物料推入傳送帶。記時(shí)器1和記時(shí)器2主要是控制進(jìn)料槽的推手每三秒工作一次。這樣被分揀物料就會(huì)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(hào)。X001、X002分別是行程開關(guān)，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(guān)和后行程開關(guān)。下面圖4-2就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的梯形圖設(shè)計(jì)。 X000 M102 M100 M1000 M100 T2 T1 K10 M M100 T1 T2 K20 M100 T1 X001 Y000 Y000 X002 X001 Y001 Y001 X002 圖4-2 進(jìn)料槽部分控制梯形圖 二、斷電延時(shí)器部分 我為這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了斷電延時(shí)器。是為了防止下料箱沒有物料時(shí)，通過一個(gè)周期記時(shí)后發(fā)出一個(gè)信號(hào)使整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行，這樣可以節(jié)省大量的資源。程序啟動(dòng)以后，如果下料箱的傳感器檢測(cè)到?jīng)]有待分揀物料時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)斷電延時(shí)器部分。在下面的梯形圖中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光點(diǎn)傳感器沒檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，則記時(shí)器3開始記時(shí)，等12秒一過則通過M102使整個(gè)程序停止運(yùn)行。下圖4-3是關(guān)于實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的梯形圖設(shè)計(jì)。 X000 T3 M102 M102 X000 T3 K120 圖4-3 斷電延時(shí)器梯形圖 三、檢測(cè)分揀鐵質(zhì)部分 X003 X010 M103 M103 M103 X004 X010 Y003 Y003 M100 X010 X004 Y004 Y004 圖 4-4 電感傳感器控制部分梯形圖 上圖4-4是我關(guān)于第一個(gè)檢測(cè)鐵的電感傳感器的工作控制梯形圖的設(shè)計(jì)。X003代表電感傳感器，X004、X010都是氣缸推手運(yùn)動(dòng)的限位開關(guān)。系統(tǒng)運(yùn)行起來后，當(dāng)物料被傳送到第一個(gè)傳感器下面時(shí)，如果是鐵的話，則電感傳感器就會(huì)檢測(cè)到有信號(hào)，此時(shí)給相應(yīng)的電磁閥一個(gè)信號(hào)，使電磁閥打開，利用空氣壓縮機(jī)的氣體動(dòng)能來推動(dòng)推手，從而把鐵質(zhì)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(dòng)作和后行程動(dòng)作。 四、檢測(cè)分揀鋁質(zhì)部分 第二個(gè)環(huán)節(jié)是檢測(cè)分揀鋁的部分。我設(shè)計(jì)的是用電容傳感器來檢測(cè)的。X011是代表電容傳感器，X012、X013分別是氣缸推手的限位開關(guān)。下圖4-5是我對(duì)于這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)控制圖。原理同上一步一樣，它在物料經(jīng)過它下面的時(shí)候進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)到有信號(hào)的話說明被分揀的物料是鋁，就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)給相應(yīng)的電磁閥。電磁閥打開，則控制氣缸推手動(dòng)作把鋁質(zhì)物料分揀下來。 X011 X013 M104 M104 M104 X012 X013 Y005 Y005 M100 X013 X012 Y006 Y006 圖4-5 電容傳感器控制部分梯形圖 X014 X021 M105 M105 M105 X020 X021 Y007 Y007 M100 X021 X020 Y010 Y010 圖4-6 顏色傳感器控制部分梯形圖 五、檢測(cè)分揀顏色物料部分 前面已經(jīng)檢測(cè)鐵和鋁了，這一部分是檢測(cè)帶有紅色的物料。此設(shè)計(jì)用開關(guān)X014來代替顏色傳感器，X020、X021分別是氣缸推手的限位開關(guān)。當(dāng)有顏色的被分揀物料經(jīng)過它下面時(shí)，如果它檢測(cè)到有信號(hào)時(shí)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給PLC來控制電磁閥，使氣缸推手動(dòng)作把它分揀下去。上圖4-6是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的梯形圖設(shè)計(jì)。 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(shè)計(jì)了備用檢測(cè)部分。本設(shè)計(jì)使用光電傳感器來實(shí)現(xiàn)次功能。光電傳感器使用方便、檢測(cè)準(zhǔn)確。只要它檢測(cè)到有物料時(shí)就把信號(hào)發(fā)送給相應(yīng)的電磁閥，使它打開，從而啟動(dòng)第5個(gè)氣缸推手把它分揀下來。如圖4-7所示開關(guān)X022代表光電傳感器，X023、X024分別為限為位開關(guān)，Y011、Y012分別是第5個(gè)氣缸推手的前行程、后行程動(dòng)作開關(guān)。 X022 X024 M106 M106 M106 X023 X024 Y011 Y011 M100 X024 X023 Y012 Y012 圖4-7 備用傳感器檢測(cè)分揀部分 七、傳送帶控制部分 我設(shè)計(jì)的傳送帶是由三相異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，都會(huì)給電動(dòng)機(jī)一個(gè)停止的信號(hào)，這樣方便實(shí)現(xiàn)分揀物料，當(dāng)分揀完后再給電動(dòng)機(jī)一個(gè)信號(hào)，使它轉(zhuǎn)動(dòng)起來。不管哪個(gè)傳感器有信號(hào)時(shí)都會(huì)給電動(dòng)機(jī)一個(gè)信號(hào)，使它停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待氣缸推手把物料分揀下去。直至這個(gè)傳感器沒有信號(hào)時(shí)傳送帶才又開始運(yùn)行。下圖就是實(shí)現(xiàn)這種工作控制的梯形圖。 T4 X003 X011 X014 X022 Y002 M100 T4 K10 圖4-8控制電動(dòng)機(jī)部分梯形圖 以上是我關(guān)于分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)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 系統(tǒng)組態(tài)工程的設(shè)計(jì) MCGS工控組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。本章主要介紹材料分揀系統(tǒng)的組態(tài)軟件部分。 1 系統(tǒng)組態(tài)工程 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是通過組態(tài)軟件模擬材料分揀系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)的組態(tài)工程能夠看到系統(tǒng)對(duì)各個(gè)不同的材料相對(duì)應(yīng)的被分揀的出來。 所模擬的材料分揀的具體過程為：進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行環(huán)境后，通過控制開關(guān)的操作，系統(tǒng)開始工作。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶工作，首先上料傳感器對(duì)料槽中的物料進(jìn)行檢測(cè)，如果有物料則將其推入傳送帶上，物料在傳送帶上移動(dòng)；當(dāng)物料通過傳感器時(shí)，若不是要檢測(cè)的物料則傳感器和對(duì)應(yīng)的氣缸都不工作，物料繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)傳感器檢測(cè)出相應(yīng)的物料后氣缸做出動(dòng)作將此物料推出，物料會(huì)沿著氣缸動(dòng)作的方向移動(dòng)到料槽，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)；當(dāng)料槽無料時(shí)會(huì)有報(bào)警提示表示無料，在無料狀況一段時(shí)間后電機(jī)、傳感器等會(huì)自動(dòng)停止工作。設(shè)計(jì)中的控制開關(guān)具有材料分揀系統(tǒng)運(yùn)行的開始按鈕，分揀系統(tǒng)結(jié)束時(shí)要有停止按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候單擊復(fù)位按鈕，模擬畫面上的物料，傳送帶，計(jì)數(shù)器等可以全部復(fù)位，從而完善了整個(gè)分揀系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)監(jiān)控畫面的建立 在實(shí)際工程的進(jìn)行中，在使用MCGS之前要熟悉整個(gè)工程的規(guī)劃，這樣才能保證工程的順利完成。首先要解決的是對(duì)整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程的了解，弄清測(cè)控對(duì)象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術(shù)要求等問題。在這個(gè)基礎(chǔ)上擬定整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能，如何控制流程，用戶窗口建立，實(shí)現(xiàn)何種動(dòng)畫效果以及如何在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義數(shù)據(jù)變量等環(huán)節(jié)。然后分析工程中輸入輸出變量與系統(tǒng)中定義的變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及他們之間是如何連接的，他們之間是如何通過動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的。 在MCGS中，單擊菜單中的“新建工程”命令，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)新工程，如圖4-1所示。由于尚未進(jìn)行組態(tài)操作，新工程只是一個(gè)空的骨架，包含主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)基本組成。 材料分揀MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)是對(duì)分揀系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集以及監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)操作者可以遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的控制。組建工程的總體規(guī)劃是先建立一個(gè)用戶窗口，其次是編輯畫面和定義數(shù)據(jù)對(duì)象，再次是動(dòng)畫連接和編寫控制流程，最后是設(shè)備的連接和調(diào)試。 在MCGS組態(tài)平臺(tái)上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”。選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗口名稱”改為：材料分揀系統(tǒng)；將“窗口標(biāo)題”改為：材料分揀系統(tǒng)；在“窗口位置”中選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”，如圖4-2所示。同樣新建一個(gè)“封面”窗口。在“用戶窗口”中選定“封面”，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動(dòng)窗口”，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動(dòng)加載的窗口。 圖1 新建工程窗口 圖2 用戶窗口屬性設(shè)置圖 在上述的用戶窗口中，鼠標(biāo)選定該用戶窗口，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)空白頁，用戶可在該空白頁上進(jìn)行對(duì)工程的圖形的創(chuàng)建。 在用戶窗口中創(chuàng)建圖形對(duì)象之前，需要從工具箱中選取需要的圖形構(gòu)件，進(jìn)行圖形對(duì)象的創(chuàng)建工作。我們已經(jīng)知道，MCGS提供了兩個(gè)工具箱：放置圖元和動(dòng)畫構(gòu)件的繪圖工具箱和常用圖符工具箱。從這兩個(gè)工具箱中選取所需的構(gòu)件或圖符，在用戶窗口內(nèi)進(jìn)行組合，就構(gòu)成用戶窗口的各種圖形界面。單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱，單擊繪圖工具箱的“常用符號(hào)”，打開常用圖符。 通過在工具箱和常用圖符制作傳送帶、物料、傳感器、氣缸和開關(guān)按鍵等畫面，例如從“對(duì)象元件庫管理”中的“傳送帶”中選取中意的傳送帶確認(rèn)，則所選中的罐在桌面的左上角，可以改變其大小及位置。此外還可以自己構(gòu)件圖符滿足所需要的畫面要求。材料分揀系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖5-3所示。