【正文】 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(chǎn)生。 圖33為一種簡單的自感式傳感器，它由線圈、鐵心和銜鐵等組成。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。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。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測目的。如果目標(biāo)是帶顏色的，那么需要一個(gè)顏色傳感器。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。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。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。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)。如下表所表示。如圖32所示。電感傳感器專門檢測鐵質(zhì)物料，電容傳感器檢測鋁質(zhì)物料，顏色傳感器檢測顏色物料。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)。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(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動停止等待上料。當(dāng)待測物體經(jīng)下料裝置傳入傳送帶后，依次接受各種傳感器的檢測。（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。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。（4） 對使用者的要求：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。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。（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。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)通過對繼電器進(jìn)行硬接線完成相應(yīng)的控制功能，PLC對進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)所需控制要求。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。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，對于本分揀系統(tǒng)裝置起不到什么影響，完全可以忽略。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光電傳感器檢測到進(jìn)料槽有物體時(shí)，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制上料氣動閥進(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。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。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。 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、傳感器檢測部分、電動機(jī)控制部分以及空氣壓縮機(jī)部分。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)、自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其功能越來越強(qiáng)大。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)競爭力差。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。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。對于本課題來講，它就是自動化技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)以及電氣拖動技術(shù)的融合，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著推動作用。分揀系統(tǒng)裝置有幾種系統(tǒng)控制方式。因此在這個(gè)設(shè)計(jì)中選擇PLC來控制分揀系統(tǒng)裝置。第一個(gè)物料傳感器為電感傳感器，當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時(shí)，反饋信號送PLC，由PLC控制氣動閥動作選出該物料；第二個(gè)物料傳感器為電容傳感器，當(dāng)檢測出物料為鋁質(zhì)物料時(shí)，反饋信號送PLC,PLC控制氣動閥動作選出該物料；第三個(gè)物料傳感器為顏色傳感器，當(dāng)檢測出物料的顏色為待檢測顏色時(shí)，PLC控制氣動閥動作選出該物料；最后還有一個(gè)備用的傳感器，是用來檢測并推下漏揀的物料。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。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)。（2） 對生產(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只需對程序進(jìn)行修改，適應(yīng)性強(qiáng)。（6） 使用壽命：繼電器控制系統(tǒng)易損，壽命短，PLC壽命長。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。（5） 可靠性：通用計(jì)算機(jī)商業(yè)級要求，PLC工業(yè)級，且有多種特殊設(shè)計(jì)，包括監(jiān)視記時(shí)器功能。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 。（4）通信：PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級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。如果被某種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料箱，否則繼續(xù)前行。當(dāng)料槽有料時(shí)，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制上料氣動閥進(jìn)行上料，每次上料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。二、PLC的選型控制要求及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。光電傳感器一共有兩個(gè)，一個(gè)用于進(jìn)料槽檢測有無物品，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。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32 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，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）以及檢測下料的傳感器，并且有相應(yīng)的5個(gè)氣缸運(yùn)動位置信號，每個(gè)氣缸有兩個(gè)動作限位，共計(jì)10個(gè)信號。 表31 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(jī) YV6 Y002根據(jù)要求選用選用三菱FX2N系列PLC。它有內(nèi)置8K步的RAM，使用存儲卡盒后，最大容量可擴(kuò)大到16K步。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?；谝陨先釬X2N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)動控制。這取決于將要檢測的目標(biāo)的材料。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。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(yīng)用于非金屬對象檢測。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)用于幾乎所有自動化控制的行業(yè)與領(lǐng)域之中，對檢測和自動控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有關(guān)鍵性的作用。二、分類及介紹選的是電感傳感器中的自感式傳感器。當(dāng)銜鐵隨被測量變化而上、下移動時(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。圖33 34 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。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)。光敏二極管是最常見的光傳感器。在外電場的作用下，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。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。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(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。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)，它會發(fā)光。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。（2）不受探測物體本身色彩的影響，優(yōu)質(zhì)的探測能力。（6）內(nèi)裝電源逆連接保護(hù)線路。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 (10－12F/m)、極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr、極板的有效面積A以及兩極板間的距離δ有關(guān)： 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。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。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也采用差動式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。C的初始位置必須保證與A、B的初始電容值相同。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)，能可靠的檢測金屬、非金屬。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。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)行顏色測定時(shí)，須對信號采集電路的信號輸出大小進(jìn)行計(jì)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(jìn)行比較，得到它們之間最相關(guān)的值，確定所測值的顏色。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。由于這種顏色檢測法精密度極高，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)。RGB傳感器有兩種測量模式。利用這種模式可實(shí)現(xiàn)微小顏色判別的檢測，但傳感器會受目標(biāo)機(jī)械位置的影響。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。應(yīng)用范圍：CS系列色彩檢測器是應(yīng)用于自動化生產(chǎn)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(diǎn)。目前較常用的交流電動機(jī)有兩種：三相異步電動機(jī)。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(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)，定子繞組就會產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。一般情況下，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n。它按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，具有高效、節(jié)能、噪聲低、振動小、壽命長、維護(hù)方便、起動轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，采用B級絕緣，外殼防護(hù)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。 空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動系統(tǒng)的工作壓力和流量。，產(chǎn)品性能優(yōu)越，效率高，運(yùn)行可靠。 （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，延長加油周期和油霧分離器的使用時(shí)間，使用權(quán)其能長時(shí)間輸出含油量低于3PPM的壓縮空氣。本設(shè)計(jì)采用可編程序控制器對分揀部分進(jìn)行控制。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(guān)系表示相互關(guān)系。沒一邏輯行起于左母線，終于右母線。因此，梯形圖中輸入繼電器的接點(diǎn)用以表示對應(yīng)點(diǎn)的輸入信號。首先，對梯形圖的的并列支路編程時(shí)，先上后下、先左后右。一個(gè)掃描過程稱為掃描周期。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，第一個(gè)光電傳感器首先檢測進(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），之后啟動傳送帶（系統(tǒng)啟