【文章內(nèi)容簡介】 于 1 000 Hz，一般選用晶體管輸出。而雙向晶閘管輸出屬交流輸出。對于繼電器輸出型， CPU 輸出時接通或斷開繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合或斷開，通過繼電器觸點控制外電路的通斷。對于晶體管輸出型，則是通過光電耦合使開關晶體管截止或飽和導通以控制外部 電路。對于晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。 4 電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。 5 外部設備 編程器是 PLC 的重要外部設備，利用編程器可將用戶程序送人 PLC 的用戶程序存儲器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結構上可分為以下三種類型。 (1)簡易編程器 (2)圖形編程器 (3)通用計算機編程。 19 基本工作原理 我們已經(jīng)知道 PLC 是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用 編程器將程序鍵人到 PLC 的用戶程序存儲器中寄存。PLC 的控制功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。 PLC 運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到 END 指令，程序運行結束。而 PLC 從 0000 號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復始地重復，直到停機或從運行 (RUN)切換到停止 (STOP)狀態(tài)。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程 序就構成一個掃描周期。另外， PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同。微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而 PLC 對輸入、輸出信號是集中批處理。下面我們具體介紹 PLC 的掃描工作過程。 PLC 掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 1)輸入采樣 PLC 在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。 PLC 在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸人端子上的信息，而是取輸 入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 2)程序執(zhí)行 PLC 完成了輸入采樣工作后，按順序從 0000 號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸人映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。 3)輸出刷新 在執(zhí)行到 END 指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后， PLC 將輸出映像寄 存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。 PLC掃描過程示意圖如 下圖所示。 20 PLC掃描過程示意圖 PLC 工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段， PLC檢查 CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實現(xiàn)通信。 第 2章 設備選型及硬件電路的設計 材料分揀系統(tǒng)的主要硬件結構 及工作過程 該系統(tǒng)采用臺式結構，內(nèi)置電源，設置的轉接面板上設計了可與 PLC連接的轉接口。 其外形結構、各傳感器 、氣缸等 位置見圖 21 材料分揀系統(tǒng)的主要結構圖 材料分揀系統(tǒng)的各部分的結構如下： 操作面板 單向感應電動機 三菱 PLC 內(nèi)置電源 傳送帶 擋板 放 料 庫 1 1 1先導式電磁換向閥 1 1 1 2 2氣缸回位限位開關（磁感應開關） 1 1 1 2氣缸動作限位開關（磁感應開關） 2電容傳感器 SB（檢測非金屬） 2顏色傳感器 SC（檢測顏色） 2電感傳感器 SA（檢測金屬材料 ） 2 2 導料軌道 3 頂料缸 22 3 推料缸 1 3 推料缸 2 3 推料缸 3 3 推料缸 4 材料分揀系統(tǒng)各結構的功能 ： 放料庫 (圖 6中的 8)是一個材料自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料 庫 中 時 ，此時光電傳感器檢測到料塊時系統(tǒng)開始運行。當系統(tǒng)運行時，啟動傳送帶（圖 6 中的 6）并由出料氣缸（圖 6中的 36）將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應電機 (圖 6中的 2)驅動的皮帶式輸送裝置。為了防止氣缸的壓力過大而導致材料被打飛，所以在出料口加了擋板（圖 6中的 7）。 自動分 揀 部分 由傳感器（圖 6 中的 2 2 26）、先導式電磁換向閥（圖 6中的 1 12）、氣缸（圖 6中的 3 3 3 35）及導料軌道（圖 6中的 2 2 30）組成。當傳感器檢測到相應料塊時，對應的先導式電磁換向閥動作驅動氣缸動作將其推人應去的滑道。例如：當電感傳感器感應到鐵塊時，氣缸（圖 6 中的 32） 動作，將鐵塊 上面的物料頂住，氣缸 36動作將物料推到傳送帶上，當電感傳感器檢測到物料時，氣缸 33 動作將物料推入導料軌道中 （圖 6 中的 30）。 在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實現(xiàn)對三個內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。材料分揀系統(tǒng)選用的是方向控制閥中的先導式電磁換向閥。氣動換向閥是利用電磁力的作用來實現(xiàn)閥的換向的。主要有電磁部分和主閥兩部分組成，按照控制方式的不同可以分為直動式和先導式。先導式電磁換向閥首先由直動式電磁閥（先導閥）提供控制氣壓，再去控制主閥（氣控閥）閥芯的運動，實現(xiàn)主閥的換向。因為這種閥的輸出流量較大，故常作為控制氣 缸的主控閥。 當傳感器感應到有材料通過時，輸出一個信號，這個信號通過 PLC 實現(xiàn)對先導式電磁換向閥的控制，先導式電磁換向閥又控制相對應的氣缸來彈出材料到導 23 料軌道。 每個氣缸上都有兩個磁感應開關，它們是有開關量輸入輸出的傳感器。分別作為氣缸 動作 限位開關 和 氣缸 回位 限位開關。 電 感 傳感器 是一種屬于金屬感應的線性器件，接通電源后，在傳感器的感應面將產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。當氣缸動作 時動作限位開關斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關感應動作從而關閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。 導料軌道（圖 6中的 2 2 ）主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。 轉接板上有相對應的指示燈，用于指示各個輸入輸出信號的指示以便于我們進一步控制。 電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，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，使接近開關振蕩能力衰減，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，進而控制開關的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來檢測 金屬 材料。 電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。它的測量頭通常是構成電容器的一個極板 ,而另一個極板是待測物體的本身。當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(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，便可控制開關的接通和關斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測 非金屬 材料。 顏色傳感器同樣也屬于具有開關量輸出的位置傳感器。它是在 Si 等多數(shù)光電二極管之前，分別放置 R（紅）、 G（綠）、 B（藍）三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的輸出信號并識別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識別白色 的材料。 單向感應電動機作為執(zhí)行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行。 控制器采用三菱 FX2N32MR 型 PLC（圖 6中的 3）。它接受 放料庫的 光電傳感器、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、單向感應電動機、氣缸位置傳感器的 24 信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。 內(nèi)置電源（圖 6中的 5 ）可以將 220 交流電轉換成 24伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以及轉 接板上的各個指示燈，同時也為單向感應電動機提供穩(wěn)定的220 伏電壓。 本系統(tǒng)共設置了三個檢測材料的傳感器，同時預留了一個空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應的傳感器安裝即可。 該 課題是基于區(qū)分材料的材質的不同而設計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對金屬 、 非金屬和白色 的材料的自動分揀。具體控制過程為 :(1)接通電源，按下啟動開關，系統(tǒng)進入啟動狀態(tài)。 (2)系統(tǒng)啟動后，下料傳感器 (光電傳感裝置 )檢測到料 庫里 有材料 時 ， 電機帶動傳送帶運動。頂料 氣缸 （圖 6 中 32） 動作 頂住上面的物料 ， 推料缸（圖 6 中 36）將物料推到傳送帶上，物料 開始在傳送帶上運行。 然后推料缸回位，頂料缸在回位。 如果下料傳感器沒有感應到材料，傳送帶不運行。 (3)當 電感 傳感器檢測到鐵質材料時， 推料缸 1 將 物料 推 入導料軌道 30中 。 (4) 當顏色檢測傳感器檢測到材料為 白色 時，顏色出料氣缸動作將被檢測到的 物料 推 入導料軌道 29 中 。 (5)當 電容 傳感器檢測到 非金屬 材料時， 非金屬 氣缸動作將待測物體推 入導料軌道 28 中。 （ 6） 當料 庫 無材料時，傳送帶須繼續(xù)運行一個行程后自動停機。 材料分揀系統(tǒng)各設備的 選型 三菱 PLC 的選型 ： 根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號 12個，均為開關量。輸出信號有 5個，其中一個控制電動機，剩下的控制氣閥，也都是開關量。 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出 I/O 對應功能，列表如下： 三菱 PLC(I/O) 功能 輸 X000 SB1 啟動 25 入 部 分 X001 SB2 復位 X002 推料缸后 蓋 限位 X003 推料缸前 蓋 限位 X004 頂料缸前 蓋 限位 X005 光電開關 X006 第一分料缸 前 蓋 限位 X007 第二分料缸 前 蓋 限位 X010 第三分料缸 前 蓋 限位 X011 顏色的檢測 X012 金屬的檢測 X013 非金屬的檢測 輸 出 部 分 Y000 推料缸動作 Y001 頂 料缸動作 Y002 直流電動機工作 Y003 第一分料缸工作 Y004 第 二 分料缸工作 Y005 第 三 分料缸工作 Y006 指示燈 表 1：材料分揀系統(tǒng)的 I/O列表 根據(jù) PLC選型的要求，在實際統(tǒng)計的輸入 /輸出點數(shù)的基礎上需有 15%20% 的備用量，因此選擇三菱 FX2N— 32MR 的 PLC 作為主機，它可以滿足本系統(tǒng)的需求，且還有一定的剩余 I/O 以備將來的擴展。 控制元件是用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和控制其流動方向，使氣動執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動控制元件按功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動元件稱為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 調(diào)壓閥是出口側壓力可調(diào)，并能保持出口側壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。 26 溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規(guī)定值時，使部分氣體從排氣側排出，以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負反饋 ” 原理設計而成的單路流量閥。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負載變化大而運動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。調(diào)速閥根據(jù) “ 串聯(lián)減壓式 ”和 “ 并聯(lián)溢流式 ” ，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。本設計選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通常可分為單向型控制閥和換向型控制閥兩類。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。在氣動系統(tǒng)中，單向閥除單獨使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向 閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當流體正向流動時，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進行調(diào)節(jié)；當流體反向流動時，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實現(xiàn)流體反向自由流動。當正向流動時，經(jīng)