【正文】 檢 物料 是 鋁 材料 ， 傳感器發(fā)出 信號(hào) 傳 送 給可編程控制器，接著可編程控制器輸出信號(hào) 控制氣動(dòng)閥 2 動(dòng)作 ，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)分揀 出該物料； 顏色 傳感器 SC 工作原理：在顏色傳感器 檢測(cè)出 待檢 物 塊 的 顏色 與所設(shè)置的 顏色 相同后 ， 傳感器發(fā)出 信號(hào) 傳 送 給 PLC，接著可編程控制器輸出信號(hào) 控制氣動(dòng)閥 3 動(dòng)作 ，打開(kāi)對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)分揀 出該物 料。 備用 傳感器 SD 的作用是： 當(dāng) 要求 分揀 出屬于 某 一 顏色的金屬 材料 或 者是某一顏色的 非金屬 材料 時(shí)， 利用 程序 參考之前每個(gè) 傳感器的 作用 ， 配合著把分揀工作實(shí)現(xiàn) 。 如圖 21 所示 為 本 次物料 分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 第 2 章 物料分揀裝置的結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 3 圖 21 物 料分揀裝置 的 結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓： AC200～ 240V 消耗功率： 250W 環(huán)境溫度范圍： 5～ 40℃ 氣源：大于 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 功能 、 控制要求 構(gòu)成了 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求， 在準(zhǔn)備 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 前， 我們需要了解這兩個(gè) 要求。 功能要求 物 料分揀裝置 的 基本功能 有： （ 1）分揀出金屬和非金屬 。 （ 2）分揀某一顏色 物料。 （ 3）分揀金屬 物料 中 的一種 顏色 物料。 （ 4）分揀非金屬 物料 中 一種 顏色 物料。 （ 5）分揀 出 金屬 當(dāng) 中 一種 顏色 物料 和 分揀出 非金屬中 一種 顏色 物料。 系統(tǒng)的控制要求 通過(guò)所選的傳感器， 系統(tǒng) 檢測(cè)出物料， 并 且按照要求進(jìn)行 分類(lèi)。 在把 物 料 經(jīng) 過(guò) 下料裝置 送到 傳送帶 上 后， 幾種傳感器按照順序依次進(jìn)行 檢測(cè) 物料 。 在物料 被 其中一 種傳感器 檢測(cè)出后 ， PLC控制 氣動(dòng)裝置 ，把物料 推入 卸料槽 ；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有 9方面： 第 2 章 物料分揀裝置的結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 4 （ 1） 在 系統(tǒng) 得到電源之 后，光電編碼器 就會(huì)產(chǎn) 生 系統(tǒng) 需 要 的脈沖 。 （ 2）電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)拉動(dòng) 傳 送 帶 ，將 物 料往 前 傳遞。 （ 3） 當(dāng)檢測(cè)出 有料，下料汽缸 開(kāi)始 動(dòng)作， 把 物料 從料槽中推 出 。 （ 4） 在 電感傳感器檢 出 到 物料屬于 鐵 材 料 后 ，汽缸 1開(kāi)始 動(dòng)作 ，卸料。 （ 5） 在 電容傳感器檢 出 到 物料屬于 鋁 材 料 后 ，汽缸 2開(kāi)始 動(dòng)作 ，卸料。 （ 6） 在 顏色傳感器檢 出 到 物 料 屬于所設(shè)置的 顏色 后 ，汽缸 3開(kāi)始 動(dòng)作 ，卸料。 （ 7） 在剩余的 物料 輸 送 至 SD位置 后 ，汽缸 4開(kāi)始 動(dòng)作 ，卸料。 （ 8）汽缸 的動(dòng)作 應(yīng) 當(dāng)設(shè) 有動(dòng)作限位 防 護(hù) 功能。 （ 9） 當(dāng) 下料槽內(nèi)無(wú) 法 下料時(shí)， 系統(tǒng) 會(huì) 延時(shí) 一段時(shí)間后 自動(dòng) 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以節(jié)約資源。 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 5 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件 時(shí) ，根據(jù)系統(tǒng)功能要求 以及被控對(duì)象和可編程控制器之間的關(guān)系 ， 確定 系統(tǒng) 需要 的輸入 設(shè)備和 輸出設(shè)備 有哪些 ， 然后挑選出適合系統(tǒng)要求 的 PLC類(lèi)型，最后 分配 好 I/O點(diǎn) 。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)通過(guò) PLC連接各電氣元件，改變它們的動(dòng)作與否來(lái)完成設(shè)計(jì)要求。 如圖 21是本次設(shè)計(jì) 出來(lái)的 結(jié)構(gòu) 大概 框圖。 圖 31 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 分析 出 控制 設(shè)計(jì)的 要求， 明確 I/O點(diǎn)數(shù)， 挑選出 PLC合適 型號(hào)， 最后分配好 I/O點(diǎn)數(shù)，這些就是系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 。 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) 設(shè)計(jì)的 控制要求 含有開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)和傳感器信號(hào) ， 其中開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)有 2個(gè) ， 而 電感式 、電容 式傳感器 、 用于檢測(cè)某一 顏色 的 傳感器 、添加的 備用傳感器 、起始處的 下料傳感器 以及 計(jì)數(shù)傳感器 則構(gòu)成了 6種傳感器的信號(hào) 。 系統(tǒng)還 有 5個(gè) 用于控制 汽缸 動(dòng)作的 信號(hào)， 并且 每個(gè)汽缸 不但 有動(dòng)作 的 限位 ，它們還有 回位 的 限位， 因而信號(hào)有 10個(gè)。 接觸器加上電磁閥構(gòu)成了輸出信號(hào)。接觸器是用來(lái)改變 電動(dòng)機(jī) 的 運(yùn)行 狀態(tài) ， 5個(gè)電磁閥則用于推動(dòng) 汽缸動(dòng)作。 這樣系統(tǒng)需要 24個(gè) I/O點(diǎn)， 在這 24個(gè)點(diǎn) 中 有 18個(gè) 是 輸入 點(diǎn) ， 有 6個(gè) 是 輸出 點(diǎn) 。 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 6 PLC 類(lèi)型的選擇 鑒于是用開(kāi)關(guān)量來(lái)操作本次的物 料分揀 設(shè)備，以及按照前 面確定的 I/O點(diǎn)數(shù) ，本次設(shè)計(jì)挑選 S7200系列 中的 CPU226型 的 PLC。 這種 PLC共 有 24個(gè)輸入點(diǎn)， 滿足 18個(gè)輸入量的需求；它還有 16個(gè)輸出點(diǎn)， 也能夠?qū)崿F(xiàn)要求的 6個(gè)輸出量 。 PLC 的輸入輸出端子分配 挑選好 PLC后 ， 進(jìn)行分配 本 次設(shè)計(jì)的 I/O端子 ，如 下 表 31所示 。 表 31 PLC 輸入 /輸出表 西門(mén)子 PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口 (I/O) 備注 輸 入 部 分 UCP(計(jì)數(shù)傳感器 ) SN(下料傳感器 ) 是否有 下 料 SA(電感 式 傳感器 ) 是否為鐵質(zhì)物料 SB(電容 式 傳感器 ) 是否為鋁制物料 SC(顏色傳感器 ) SD(備用傳感器 ) 其它物料 SFW1(推氣缸 1 動(dòng)作限位 ) SEW2(推氣缸 2 動(dòng)作限位 ) SFW3(推氣缸 3 動(dòng)作限位 ) SFW4(推氣缸 4 動(dòng)作限位 ) SFW5(下料氣缸動(dòng)作限位 ) SBW1(推氣缸 1 回位限位 ) SBW2(推氣缸 2 回位限位 ) SBW3(推氣缸 3 回位限位 ) SBW4(推氣缸 4 回位限位 ) SBW5(下料氣缸回位限位 ) SB1(啟動(dòng) ) SB2(停止 ) 輸 出 部 分 M（傳 送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ) YV1(推氣缸 1 電磁閥 ) YV2(推氣缸 2 電磁閥 ) YV3(推氣缸 3 電磁閥 ) YV4(推氣缸 4 電磁閥 ) YV5(下料氣缸電磁閥 ) 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 7 PLC 輸入輸出接線端子圖 如圖 32所示 為 PLC的輸入輸出 的 接線圖。 圖 32 PLC 輸入輸出接線圖 檢測(cè)元件與執(zhí)行裝置的選擇 本節(jié)介紹旋轉(zhuǎn)編碼器以及選擇的原因，還有電感傳感器等的介紹 。 旋轉(zhuǎn)編碼器 連接著 電機(jī) 的 旋轉(zhuǎn)編碼器，在本 次設(shè)計(jì) 中 被當(dāng)做 系統(tǒng) 內(nèi)一種 計(jì)數(shù)器，并 且給系統(tǒng)加入脈沖輸 入。 這個(gè)信號(hào) 轉(zhuǎn) 變成為 位移 的變化 量， 改變?cè)?傳 送 帶 的 上 面的 物 塊 位置。 當(dāng)物料被傳 送 到 傳感器時(shí)， 旋轉(zhuǎn)編碼器 發(fā)出信號(hào) 傳送給 PLC， 以此開(kāi)始 分揀 動(dòng)作 ， 同時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器還可以調(diào)整 步進(jìn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速。 挑選 旋轉(zhuǎn)編碼器 E6A2CW5C 型號(hào)并在本次設(shè)計(jì)中使用 ,它的 原理 圖 如 下 圖 33 所示 ，實(shí)物圖如圖 34 所示 。 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 8 圖 33 旋轉(zhuǎn)編碼器的原理圖 圖 34 旋轉(zhuǎn)編碼器的實(shí)物圖 旋轉(zhuǎn)編碼器： 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)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(guò)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(lái)分，可分為增量脈沖編碼器（ SPC）和絕對(duì)脈沖編碼器（ 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(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)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(pán)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(pán)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。 旋轉(zhuǎn)編碼器的 工作原理： 由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，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 相脈沖以代表零位參考位。 由于 A、 B 兩相相差 90 度，可通過(guò)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(guò)零位脈沖，可獲得編 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 9 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(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)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(kāi)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(chēng) A， A； B， B； Z， Z）， HTL也稱(chēng)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 輸出 的信號(hào) 通常與 計(jì)數(shù)器、 PLC 和 計(jì)算機(jī) 相連接 ， 而與 PLC、 計(jì)算機(jī) 相 連接的模塊 有一定區(qū)別，這些模塊有 低速與高速 的區(qū)別 ， 它們的 開(kāi)關(guān)頻率有 的 低 ， 有的 高。如 果聯(lián)接發(fā)方式是 單相聯(lián)接， 那么編碼器通常 用 來(lái) 單方向計(jì)數(shù)， 并且是 單方 向測(cè)速。如果聯(lián)接方式是 A、 B 兩相 之間連 接， 那么編碼器則 用 來(lái) 正反向計(jì)數(shù) ，且是正反向測(cè)速，這種方式還可以 判斷 出 正反向。 如果聯(lián)接方式是 A、 B、 Z 它們 三相 之間互相連 接， 那么編碼器則可以 用于測(cè)量 出 帶參考位的 某些 位置 當(dāng)中 。 如果聯(lián)接方式是 A、 A， B、 B， Z、Z連接， 這種編碼器 衰減最小，抗干擾最佳， 因?yàn)樗B接有 對(duì)稱(chēng)負(fù)信號(hào)，電流 不產(chǎn)生 電磁場(chǎng) ， 對(duì)電纜 幾乎沒(méi)有影響 ， 一般用在距離較遠(yuǎn)的傳輸當(dāng)中 。 按照這樣聯(lián)接方式聯(lián)接的編碼器輸出方式為 TTL， 那么它的 信號(hào)傳輸 能夠達(dá)到 150 米 距離 。 而按這樣聯(lián)接方式聯(lián)接的編碼器，信號(hào)輸出為 HTL 形式時(shí) ， 它的 信號(hào)傳輸 能夠達(dá)到 300 米距離 。 系統(tǒng)啟動(dòng)后，光電碼盤(pán)得電，傳輸信號(hào)送至 PLC，接著 PLC 得到這個(gè)信號(hào)后會(huì)輸出指令給電機(jī)，讓電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶。圖 35 所示為旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出回路。 圖 35 編碼器輸出回路 表 32 為旋轉(zhuǎn)編碼器的連接方式，介紹每根線所連接的作用。 表 32 連接方式 線色 內(nèi)容 褐 VCC 黑 A 相 白 B 相 青 COM 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 10 旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖信號(hào)還可以用來(lái)計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)分揀的數(shù)量，分析傳送帶的位置，準(zhǔn)確定位物料與傳感器的位置。如圖 36 所示為旋轉(zhuǎn)編碼器的 輸出方式。 圖 36 旋轉(zhuǎn)編碼器輸出方式 電感傳感器 電感 傳感器屬于一種 位置傳感器 ，它具 有開(kāi)關(guān)量輸出， 通常我們用電感傳感器 來(lái) 判斷某個(gè) 物體 是否為某種金屬 。 它的工作流程如圖 37所示。 被 測(cè) 物 理 量（ 非 電 量 ： 位 移 、振 動(dòng) 、 壓 力 、流 量 、 比 重 ）線 圈 自 感 系 數(shù) L /互 感 系 數(shù) M電 感 / 互 感電 壓 或 電 流（