【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用各種規(guī)格的產(chǎn)品，它在機(jī)電控制、計(jì)算機(jī)、國(guó)防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛。 輸出電氣元件 （ 1） 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進(jìn)電機(jī)連接在一起， 在本系統(tǒng)中可用來(lái)作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器，并提供脈沖輸入。它轉(zhuǎn)化為位移量，可對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí)，發(fā)出信號(hào)到 PLC ，以進(jìn)行分揀，也可用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用 E6A2CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器 ,原理如圖 310 所示。 圖 310 旋轉(zhuǎn)編碼器原理 旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：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) 17 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。 工作原理如下：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為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，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 A， A； B， B； Z， Z）， HTL 也稱推拉式、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：編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、 PLC、計(jì)算機(jī)， PLC 和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。 A、 B 兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。 A、 B、 Z 三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。 A、 A， B、 B， Z、 Z連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為 0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 對(duì)于 TTL 的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 150 米。 對(duì)于 HTL 的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 300 米。 （ 2） 電磁閥 本系統(tǒng)使用了五個(gè)由三位五通的帶手控開(kāi)關(guān)的單電控電磁閥，它們安裝在匯流板上。這五個(gè)閥分別 對(duì)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(jìn)行控制，以 改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。 18 圖 310 電磁閥組 所采用的電磁閥所帶手控開(kāi)關(guān)有鎖定（ LOCK）和開(kāi)啟（ PUSH） 2 種位置。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，使手控開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟位置，可以使用手控開(kāi)關(guān)對(duì)電磁閥組進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。 分揀單元的兩個(gè)電磁閥安裝時(shí)需注意，一是安裝位置，應(yīng)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(shí)導(dǎo)致工件翻轉(zhuǎn)。 執(zhí)行電氣元件 （ 1） 泵的認(rèn)識(shí)與選擇 氣泵包括：空氣壓縮機(jī)安全保護(hù)器、儲(chǔ)氣罐、主管道過(guò)濾器、壓力開(kāi)關(guān)、過(guò)載壓力表、氣源開(kāi)關(guān)（如圖 311 所示） 圖 311 氣泵及其周圍元件 氣 源處理組件是氣動(dòng)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(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常檢 19 查過(guò)濾器中凝結(jié)水的水位，在超過(guò)最高標(biāo)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(gè)快速氣路開(kāi)關(guān)，用于啟 /閉氣源，當(dāng)把氣路開(kāi)關(guān)向左拔出時(shí)，氣路接通氣源，反之把氣路開(kāi)關(guān)向右推入時(shí)氣路關(guān)閉。 （ 2） 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設(shè)備（如圖 32所示）。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn) 子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來(lái)增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。 .空壓機(jī)供氣量的大小應(yīng)包括：目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量、考慮未來(lái)擴(kuò)充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運(yùn)轉(zhuǎn)、氣動(dòng)元件和管接頭的漏損及各種氣動(dòng)設(shè)備是否同時(shí)連續(xù)使用等）。其公式為 Q 為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗 氣量（ m3／ Min）， K 為修正系數(shù)。一般可取 =～。 有了供氣壓力與供氣量，按空壓機(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào)。 圖 32 壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣罐 （ 3） 儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)（如圖 32 所示）。儲(chǔ)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(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。 20 （ 4）推料氣缸 本系統(tǒng)的推料氣缸由單向電控閥控制。 （ 5）步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 同 時(shí)，可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制材料分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的 型號(hào)為 42BYGH101。 序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 品牌或 公司 1 PLC S7200 CPU226 1 24 輸入， 16 輸出， 繼電器輸出形式 西門子 2 靜音空氣壓縮機(jī) 、性能穩(wěn)定、工作安全可靠 ,功率 韓國(guó) SANWO 3 氣閥 SVK0120 5 先導(dǎo)式電磁換向閥 , 交流：110v,220v（ 50hz） 直流：24V 韓國(guó) SANWO 4 氣缸 SCDJB1045S 5 產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套，推動(dòng)物料進(jìn)行分揀 韓國(guó) SANWO 5 旋轉(zhuǎn)編 碼器 E6A2CW5C 1 產(chǎn)品與步進(jìn)電機(jī)配合使用，為傳送帶提供動(dòng)力 6 步進(jìn)電機(jī) 42BYGH101 1 產(chǎn)品與 旋轉(zhuǎn)編碼器 配合使用，為傳送帶提供動(dòng)力 7 磁感應(yīng) 開(kāi)關(guān) DC73 5 額定電壓： DC24V AC110V額定電流： DC： 5～ 40mA AC: 5～ 20mA 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) 易電國(guó)際集團(tuán) 8 接近開(kāi)關(guān) CAT212GM 5 靜電容量式接近開(kāi)關(guān) 判斷物料是否到位 易電國(guó)際集團(tuán) 9 光電開(kāi)關(guān) E3R5DE4 1 判斷有無(wú)物料 歐姆龍 10 電 感 式 接傳感器 M18X1X40 1 額定電壓： DC： 6～ 36V 額定電流： 300mA 百斯特 11 電容式傳感器 E2KX81ME1 1 靜電容量型近接開(kāi)關(guān) 額 定 電 壓 ： DC12 ～24V(DC10～ 30V) 歐姆龍 21 表 33 主要元器件清 單 12 顏色傳感器 TCS230 1 額定電壓： DC： 12～ 24V額定電流： 400mA 美國(guó) TAOS 13 內(nèi)置電源 MD3534 1 輸 入 電 壓 ： AC220 伏 177。15% 輸出電壓： DC24伏 DADONG 14 滑槽 4 鋁合金 15 傳送帶 1 22 第 4 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第三章 中已對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)各類輸入輸出元器件為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能做好了準(zhǔn)備，本章利用 PLC 作為核心控制部件將各類元器件通過(guò)邏輯關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求。 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個(gè)設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫(huà)出程序流程圖，如圖 41 所示。 圖 41 控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工作狀態(tài)。 若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸 4 動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開(kāi)始 。若為單次運(yùn)行，則汽缸 4 動(dòng)作后停機(jī)。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，來(lái)確定物料到達(dá)傳感器 23 的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器清零，傳感器開(kāi)始工作，對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。 在汽缸 1～ 3 動(dòng)作后，電機(jī) 重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。 如果相應(yīng)的傳感器沒(méi)有檢測(cè)到物體，則電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)，繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。 如果只對(duì)材料的某一特性進(jìn)行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對(duì)傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。 西門子編程軟件、模擬仿真軟件 近年來(lái)，各 PLC 廠家都相繼開(kāi)發(fā)了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的圖示化編程軟件，例如西門子 S7200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 SWOPCFXGP/WINC 編程軟件等。這些軟件一般都具有編程及程序調(diào)試等多種功能，是 PLC 用戶不可缺少的開(kāi)發(fā)工具。 西門子 PLC 編程軟件 STEP7 Micro/WIN32 編程軟件（如圖 42 所示 )。是西門子公司早期開(kāi)發(fā)的比較成熟的軟件，適用于 S7200 中的 CPU21 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226等系列可編程控制器。 圖 42 西門子 S7200 編程軟件 西門子仿真軟件 本次設(shè)計(jì)采用西門子 S7200 （如圖 43 所示）版本進(jìn)行仿真調(diào)試。 仿真軟件的功能就是將編寫(xiě)好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行，如果沒(méi)有編好的 程 24 序，是無(wú)法進(jìn)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。 圖 43 西門子 S7200 仿真軟件 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)所繪流程圖，在 STEP7Micro/WIN32 軟件中編寫(xiě)梯形圖程序。程序清單見(jiàn)附錄。 此指令為高速脈沖輸出指令，當(dāng)使能端輸入有效時(shí)，檢測(cè)用程序設(shè)置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定義得脈沖操作，從 或 輸出高速脈沖。 25 此指令為高速計(jì)數(shù)器定義指令，使能輸入有效時(shí)，為指定的高 速計(jì)數(shù)器分配一種工作模式。 高速計(jì)數(shù)是用來(lái)累計(jì)比 PLC 掃描頻率更高的脈沖輸入。 此指令為高速計(jì)數(shù)器指令，使能輸入有效時(shí)，根據(jù)高速計(jì)數(shù)器特殊存儲(chǔ)器位的狀態(tài)，并按照 HDEF 指令指定的模式，設(shè)置高速計(jì)數(shù)器并控制其工作。 下面對(duì)所編寫(xiě)梯形圖作簡(jiǎn)要的介紹： 26 （ 1）以上為主程序，首先 啟動(dòng)后， 得電并自鎖，為之后電動(dòng)機(jī)得電做好準(zhǔn)備， 為停止按鈕。當(dāng) PLC 處于 RUN 模式時(shí)， 通電一個(gè)周期， 復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。 ∥ 第一次掃描 =1，將 清零 ∥ 調(diào)用子程序 SBR＿ O //， //當(dāng)系統(tǒng)處于 RUN 模式時(shí)，設(shè)置PWM 控制字節(jié) //設(shè)置周期 //設(shè)置脈寬 27 （ 2） 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(jìn)行初始化，然后當(dāng) （下料傳感器）檢測(cè)到有料時(shí)，啟動(dòng) PLS（脈沖輸出）指令；如果 檢測(cè)沒(méi)有物料時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器 T33，延時(shí) 30 秒自動(dòng)停機(jī)。 //脈沖輸出 //延時(shí)后自動(dòng)停機(jī) //定義 HSCO 的控制方式 //HSCO 的當(dāng)前值清零 //設(shè)置預(yù)設(shè)值 28 （ 3）以上為子程序中的高速計(jì)數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計(jì)數(shù)指令的初始化操作，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光電碼盤(pán)發(fā)出脈沖，并輸入 PLC 的接收端，由高速計(jì)數(shù)指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。其中設(shè)定預(yù)置值為50，當(dāng)計(jì)數(shù)至 50 時(shí)，調(diào)用中斷程序。 //定義 HSCO 的工作模式 //當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值時(shí)，調(diào)用中斷程序 //中斷 //開(kāi)始計(jì)數(shù) //氣缸 1 動(dòng)作 29 （ 4）以上為中斷程序，當(dāng)高 速計(jì)數(shù)指令計(jì)數(shù)至預(yù)置值時(shí)，這時(shí)物料移動(dòng)至傳感器的位置， 得電，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于汽缸動(dòng)作需要 1 秒，讓電機(jī)停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運(yùn)