【文章內(nèi)容簡介】 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 PLC 的 I/O 接口所能接受的輸入信號和輸出信號個數(shù)稱為 PLC 輸入 /輸出 (I/O)點數(shù)。 I/O 點數(shù)是選擇 PLC 的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)不夠時，可通過 PLC的 I/O 擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如下所示． 其工作過程是開啟電源，步進電機運行并驅(qū)動傳輸帶，下料傳感器檢測下料槽內(nèi)是否有物料．若無物料，延時后自動停止并等待上料；當(dāng)下料槽內(nèi)有物料時，系統(tǒng)自動運行．首先，下料傳感器發(fā)送信號給 PL C，并轉(zhuǎn)送給推汽缸．經(jīng)過一定時間，下料汽缸依次將物料推至傳輸帶．當(dāng)物料由傳輸帶傳輸時，光電編碼器發(fā)出脈沖開始進行計數(shù)，電機運行，實現(xiàn)定位控制．當(dāng)電感傳感器檢測到物料為金屬物料時 ，發(fā)出反饋信號給 PLC，由 PLC 控制推汽缸 1 動作，將物料推到卸料斗．當(dāng)推汽缸電磁閥運行到限位時，電磁閥復(fù)位，恢復(fù)原狀態(tài)．此時，電機重新工作驅(qū)動傳輸帶到下一位置．同理，可通過相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的空物料。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 、檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 ① 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的物料進行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時，發(fā)出信號到 PLC， 以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計選用 E6A2— CW5C 旋轉(zhuǎn)編碼器。 ② 電容傳感器 電容傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)，它的測量頭通常是構(gòu)成電容的一個極板，而另一個極板是待測物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料，選用 E2K— X8ME1 電容傳感器。 ③ 電感傳感器 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 電感式傳感器也屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式 開關(guān)，用來檢測金屬物體。它由 LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)震蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通和斷，選用 M18X1X40 電感傳感器。 ④ 顏色傳感器 選用 OMRON 公司生產(chǎn)的，型號為 E3S— VS1E4 顏色傳感器。此傳感器為 RGB（紅綠藍）顏色傳感器，可檢測目標(biāo)物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 ⑤ 步進電機 步進電機在控制系統(tǒng) 中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖 1 是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。 圖 1 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4 號齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 當(dāng)開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、 3 號齒和A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 A、 D 相繞組磁極 產(chǎn)生錯齒。依次類推， A、 B、C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。 四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 、 b、 c 所示 ： 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 圖 AT89C2051 的步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理 b. 步進電動機的選擇 步進電機 步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起． 可以通過控制脈沖個數(shù)，來控制角位移量，從而達到準確定位的目的．同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，達到調(diào)速 的目的．步進電機選用的型號為 42BYGH101,其技術(shù)參數(shù)是：相數(shù) 4 電感 mH 重量 g 電阻Ω 電壓V 電流 A 環(huán)境溫度℃ — 20℃ ~+50℃。 軟件分析 軟件介紹 可編程控制器的系統(tǒng)軟件有兩部分，一是編程器的系統(tǒng)軟件，二是可編程序控制器的操作軟件 OS. 編程器常用繼電器語言，也叫梯形圖符號語言，對可編程序控制器進行編程，用戶使用起來非常方便。為了把使用這種語言編的程序變成可編程序控制器中央處理器所能接受的機器語言，需要通過編譯 程序才能完成。這種編譯程序存在編程器的ROM 存儲器中，構(gòu)成了編程器的系統(tǒng)軟件。 可編程控制器內(nèi)有一個操作系統(tǒng)，主要任務(wù)是解讀用戶程序，執(zhí)行過程如下圖： 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，可畫出如下所示的系統(tǒng)軟件流程圖． 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)．若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖中的汽缸 4 動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運行，則汽缸 4 動作后停機．如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進行數(shù)量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可．應(yīng)用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能．用高速計 數(shù)器計數(shù)步進電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能．定位時，電機停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理．在汽缸 1～3 動作后，電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)．如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù)運行到下一位置．如果只對材料的某一特性進行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對傳感器的安放或程序進行修改即可． 開 始 汽缸是否回位 斗內(nèi)是否有料 計時到自動停機 電動 機運行皮帶傳動 下料氣缸 Y5 動作 推汽缸 1動作 推汽缸 2動作 推汽缸 3動作 推汽缸 4動作 SB 測到物體 SC 測到物體 Y Y Y N Y N Y Y N N 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 系統(tǒng)軟件流程圖 第三章 課題研究的方法和手段 硬軟件比較 隨著三菱 PLC 功能的逐漸健全，也越來越受人們的歡迎。它不僅具有豐富的機型、超小的體積、靈活的安裝、雙 CPU 結(jié)構(gòu)、極高的運算速度等特點，還有事件中斷自動告知、自診斷、故障歷史記錄、遠程口令等特殊功能。簡單介紹它與繼電器的比較： ①采用微處理器為核心，并采取各種抗干擾措施，因為 PLC 可靠性高、控制功能強體積小。 ②利用 PLC 內(nèi)部計算器和計時器，容易實現(xiàn)邏輯組合和運算，不用增加硬設(shè)備。 ③由于 PLC 采用軟件編制程序來完成任務(wù)，因此可以隨時變更程序來適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，而不用重新布線。 PLC 的特點及功能 PLC 的優(yōu)點 由于可編程控制器（ PLC）具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、程序設(shè)計簡單及便于安裝調(diào)試等優(yōu)點。 PLC 在工業(yè)自動化控制的各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，社會對可變程序控制器技術(shù)人員的需求也越來越迫切，在可預(yù)見的將來是無法替代的。 可編程序控制器（ Programmable Controller）通常也可簡稱為可編程控制器，英文縮寫為 PC 或 PLC,是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便，可靠性高，抗干擾能力強，適應(yīng)性強，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合編程語言簡單易學(xué)，系統(tǒng)設(shè)計周期短，對生產(chǎn)工藝改變適用性強，安裝簡單，調(diào)試方便，維護工作量小，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更是得到用戶的好評。成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大技術(shù)支柱（ PLC,機器人和CAD/CAM）之一。 PLC 的缺點 ①固定的編程 有些 PLC 編程功能單一。如果不需要就必花大代價使用具有多種編程功能的 PLC。例如為了節(jié)約成本，一些設(shè)備制造廠仍然使用帶銷的機械式定序器。山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 如果操作順序很少或根本不會改變，就沒有必要使用重編程功能的 PLC。②考慮環(huán)境因素 PLC 需要工作在一定的環(huán)境下，高溫和振動將會影響 PLC 系統(tǒng)的電子設(shè)備，就限制了 PLC 的使用。③故障保護 在 PLC 系統(tǒng)中，必須提供一個輸入電壓來停止設(shè)備。這些系統(tǒng)沒有故障保護。④固定回路操作 當(dāng)系統(tǒng)要做周期性更新時，用 PLC 系統(tǒng)更新。 PLC 的功能 （ 1）開關(guān)量控制： PLC 可以完 成開關(guān)邏輯運算和順序邏輯運算控制，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的自動控制。（ 2）模擬量控制：如溫度，壓力，流量，液位都屬于模擬量。（ 3）定時 /計數(shù)控制： PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個定時器