【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 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 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 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)稱負(fù)信號(hào)，電流 不產(chǎn)生 電磁場(chǎng) ， 對(duì)電纜 幾乎沒有影響 ， 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 有開關(guān)量輸出， 通常我們用電感傳感器 來 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（ 電 信 號(hào) ）電 磁 感 應(yīng) 圖 37 電感傳感器工作流程 LC高頻振蕩器 加上 放大處理電路 組成電感傳感器的主要部分 ， 之所以電感傳感器能夠區(qū)分物體是否為某種金屬，主要是當(dāng)有 金屬 的 物體在 靠近 時(shí) ，震蕩感應(yīng)頭會(huì) 產(chǎn)生 一個(gè) 電磁場(chǎng)， 這些電磁場(chǎng)能夠 使 靠近的 物體 中形成 渦流。 而形成的 渦流 對(duì) 接近開關(guān) 產(chǎn)生作用 ， 衰減它的 振蕩能力， 接 近開關(guān)震蕩能力衰減后會(huì)改變內(nèi) 部電路的參數(shù) ，達(dá)到控制開關(guān)通或斷的效果，從而達(dá)到區(qū)別金屬的功能 。 挑選 M18X1X40型號(hào) 傳感器 作為本次設(shè)計(jì)的電感傳感器 。如 下 圖 38所示是傳感器的接線圖 ， 而 圖 39所示是傳感器的工作原理圖 。 圖 38 M8X1X40 DC常開式傳感器接線圖 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 11 圖 39 電感 式 傳感器 的 原理圖 電渦流效應(yīng)（基于法拉第定律）： tIi m ?sin1 ? （交變電流） 1H? （交變磁場(chǎng)） 2i?（電渦流） 2H? （交變磁場(chǎng)）與 1H 方向相反 1i? 的大小和相位變化，即引起電感線圈的有效阻抗變化。 ),( HxfZ ???? ? 、 ? — 被測(cè)金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率 ? — 線圈激勵(lì)信號(hào)頻率 H — 被測(cè)金屬導(dǎo)體的厚度 x — 線圈與金屬體之間的距離 若保持 ? 、 ? 、 ? 、 H 不變 )(xfZ? 為測(cè)距傳感器 圖 310 等效電路 11,LR — 空心線圈的電阻和電感； 22,LR — 電渦流回路的等效電阻和電感； )(xM — 線圈與金屬體之間的互感，是距離 X 的函數(shù)。 根據(jù)克?；舴蚨桑? UIMjILjIR ??? ?? ??? IMjILjIR ?? 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 12 ?????? ??????22222221222222211.1.)()( LLRMLjLRRMRUI????? 221.2.LjR IMjI ???? 線圈的等效阻抗： ?????? ??????? 22222 22122222 2211.1.)()( LLR MLjRLR MRIUZ ????? 線圈的等效電阻： 122222221 )( RRLR MRR eq ???? ?? 線圈的等 效電感： 122222221 )( LLLR MLL eq ???? ?? （距離越近， M 越大， Leq 越小） 原線圈阻抗： 110 LjRZ ??? 線圈的品質(zhì)因數(shù)： ???? eqeqRLQ ?1 圖 311 石英晶體震蕩電路原理圖 石英晶體振蕩電路的作用 — 恒流源 金屬體遠(yuǎn)離時(shí)， L、 C 諧振回路發(fā)生諧振，諧振頻率LCf ?2 10 ?， m ax0 ????? UZ LC 金屬體靠近時(shí)， ????? )(0 xfULx 回路失諧?? 電感傳感器 ： 鐵心 加上 線圈構(gòu)成 了電感傳感器的主要部分，它能夠轉(zhuǎn)化 直線或角位移的變化 量 為線圈電感量 的 變化 量 ， 因此被 稱 為 電感位移傳感器。 電感 傳感器的材料導(dǎo)磁系數(shù)和線圈匝數(shù)是 固定不變的 ， 它的 電感量的 改變與 位移 量有關(guān)系， 線圈磁路的 內(nèi)部 幾何尺 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 13 寸 因位移量變化而改變，從而使電感量發(fā)生變化 。 將 線圈接入 到 測(cè)量 電路中，給它一個(gè) 激勵(lì)電源， 線圈會(huì)輸出電 壓或電流，電壓或電流與 位移輸入量 成正比 。電感傳感器 有 7種 特點(diǎn)： ① 靈敏度高、分辨率高 ； ② 線性度高、重復(fù)性好； ③ 測(cè)量范圍寬； ④ 觸點(diǎn) 固定 、 高 可靠度、 較長(zhǎng) 壽命； ⑤ 激勵(lì)電源 有穩(wěn)定的 頻率 并且 幅值 需 穩(wěn)定 在一定區(qū)域 ； ⑥ 在 無輸入時(shí) 傳感器會(huì)輸出 零位電壓， 會(huì)使 測(cè)量 中產(chǎn)生 誤差； ⑦ 不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感傳感器 多用在測(cè)量 位移 中，還有測(cè)量一些 可以 換算 成位移變化的 類似力、加速度轉(zhuǎn)矩等 機(jī)械量。變間隙型 傳感器是被使用最多的電感傳感器，另外 變面積型和螺管插鐵型 傳感器也常被使用 。為了 提高線性度 、 減小誤差 ，在現(xiàn)實(shí)使用中它們多被制作成差動(dòng)式傳感器 。 電感傳感器的實(shí)物圖如圖 312所示。 圖 312 電感傳感器實(shí)物圖 電容傳感器 電容傳感器 和電感傳感器一樣， 屬于 一種 位置傳感器， 它能夠輸出開關(guān)量，同時(shí)還 是接近式開關(guān)。 通常電容器有兩個(gè)極板，而在電容式傳感器中， 測(cè)量頭 和待測(cè)物 常 被當(dāng)作兩個(gè)極板看待 。 在 物 料慢慢靠近的過程中 ，物 料與 接近開關(guān) 之間 的介電常數(shù) 會(huì)慢慢改變 ， 這樣就可以改變 電路狀態(tài)。 通過這些，我們可以通過改變物體與接近開關(guān)之間的距離，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的通 或 斷 的功能 。 挑選 E2KXME1 式 電容傳感器 作為本次設(shè)計(jì)的電容傳感器 ，如圖 313所示 。 圖 313 電容 式 傳感器 的 原理圖 電容傳感器： 變換器在這些測(cè)量 中常常出現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兛梢詫?shí)現(xiàn)這個(gè)功能，使得測(cè)量 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 14 更加方便 ； 電容傳感器便是應(yīng)用了這些特點(diǎn)，把如位移的力學(xué)量 轉(zhuǎn)換成 對(duì)應(yīng)的 電容變化 量 。因?yàn)闊o源變化器的原因，電容變化器在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)把力學(xué)量變換為能夠識(shí)別的電壓量或者是電流量 ， 完成最終的轉(zhuǎn)化前變化器還會(huì)將得到的電量放大加工 。 電容傳感器適合測(cè)量一些變化量比較小，變化率低的 力學(xué)量， 因?yàn)殡娙?傳感器 擁有許多其它傳感器沒有的特點(diǎn) ： (1)高 靈敏度； (2)能夠大 范圍 測(cè)量 ； (3)能夠快速 動(dòng)態(tài)響應(yīng)， 動(dòng)態(tài)、靜態(tài)兩 種測(cè)量方式都很適合 ； (4)能夠適應(yīng)多種困難環(huán)境，不易受到外界干擾，它能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，在許多領(lǐng)域都能夠發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)。 電容傳感器有三根接線，接線方式如表 33所示。 表 33 電容傳感器接線方式 在與 PLC相連接后，電容傳感器受到它的控制，此時(shí) PLC相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。電容傳感器的黑色端與 PLC信號(hào)采集端口 ，在檢測(cè)到鋁制物料后，傳感器發(fā)出信號(hào)，經(jīng)端口送到 PLC，然后 PLC會(huì)發(fā)送信號(hào)控制相應(yīng)汽缸動(dòng)作，完成對(duì)應(yīng)的分揀工作。 電容傳感器的實(shí)物圖如圖 314所示。 圖 314 電容傳感器 顏色 接線 棕色 VCC 藍(lán)色 COM 黑色 第 3 章 控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì) 15 顏色傳感器 本次設(shè)計(jì)挑選 TCS230型號(hào) 顏色傳感器。 這個(gè)是 TAOS公司的顏色傳感器，簡(jiǎn)稱 RGB。它檢測(cè)物料顏色的原理是，通過分析反射比率，這個(gè)反射比率是待測(cè) 物體 與 三基色 產(chǎn)生的 。TCS230傳感器引腳如圖 315所示 。 圖 315 TCS230顏色傳感器 RGB 顏色傳感器介紹： TCS230 是一 個(gè) 可 以 編程 的 彩色光 轉(zhuǎn)換為 頻率的轉(zhuǎn)換器