【正文】 、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應(yīng)用。 (2)光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個(gè)跨阻抗放大器。要求使用外部電 路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號(hào)處理器。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化外設(shè)電路設(shè)計(jì)，改善空間利用效率，降低組裝成本。 缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間預(yù)先由內(nèi)置電流到電壓轉(zhuǎn)換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計(jì)周期較短、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。 (3)光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器 光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如 2 線串行接口，以進(jìn)一步處理信號(hào)，而不需額外的器件。 優(yōu)點(diǎn)： 提供抗噪聲干擾能力，簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，改善空間利用率，降低組裝成本 。 缺點(diǎn)： 只通過(guò) 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應(yīng)時(shí)間由內(nèi)置模擬電路和數(shù)字電路預(yù)先確定，預(yù)先確定模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換器適合要求抗噪聲能力、縮短設(shè)計(jì)周期、加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期及光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。 傳感器選擇 根據(jù)前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫(xiě)，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計(jì)，選擇 RGB 顏色傳感 器著為識(shí)別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí) 現(xiàn)。 控制系統(tǒng) PLC的選型及控制原理 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 一、 PLC 機(jī)型 的選擇 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 PLC的每一個(gè) I／ O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定 的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展靈活方便 ,在 I／ O 點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 (2) 確定合理的 安裝方式 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／ O式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／ O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／ O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短 ，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／ O 電源；多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 （ 3) 滿足 相應(yīng)的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 PLC。 對(duì)于 控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 此系統(tǒng)只需用開(kāi)關(guān)量控制，選用一般小型 PLC 即可。 (4) 滿足 響應(yīng)速度 要求 PLC 是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮 PLC 的響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng) 模塊和中斷輸入模塊的 PLC等。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 PLC 對(duì)某些 功能或信號(hào) 也沒(méi)有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對(duì)于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) PLC 能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問(wèn)題。 (6) 機(jī)型 盡量 統(tǒng) 一 一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到 PLC 的機(jī)型統(tǒng)一。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設(shè)備可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 本課題的要求不高，不需要考慮配備上位計(jì)算機(jī)，但為了方便采購(gòu)和管理等我們還是要求機(jī)型要統(tǒng)一。 二、 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。 1）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)由 啟動(dòng)按鈕 SB 停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復(fù)位按紐 SB顏色 傳感器 ST左旋極限傳感器 ST右旋極限傳感器 ST上升限位傳感器ST下降限位傳感器 ST 手臂縮回 限位傳感器 ST手臂 伸出 限位傳感器 ST超上升 限位傳感器 ST超下降 限位傳感器 ST超左旋 限位傳感器 ST超右 旋 限位傳感器 ST1超伸出 限位傳感器 ST1超縮回 限位傳感器 ST1 工件檢測(cè)傳感器 PS系統(tǒng)的自動(dòng) /手動(dòng)控制開(kāi)關(guān) SA以及手動(dòng)的升降、左右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個(gè)輸入繼電器的外部控制點(diǎn)，共有 28個(gè)輸入點(diǎn)。 2）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動(dòng)作，報(bào)警指示燈、原位指示燈及 自動(dòng) /手動(dòng)指示燈工作，一 共 12 個(gè)輸出點(diǎn)。 3）確定應(yīng) 選擇 PLC 的點(diǎn)數(shù) PLC 平均的 I／ O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC的 I／ O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的 I／ O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。 通常 I／ O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10％ 到 15％的裕量來(lái)確定。 本系統(tǒng)的輸入、輸出實(shí)際需要 40 個(gè)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)定為 48點(diǎn)比較合適，但輸入和輸出各應(yīng)留有 裕量 。 4）確定系統(tǒng)同時(shí)接通輸入 /輸出點(diǎn)的數(shù)量 對(duì)于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 ) ， 應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。 同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值，如一個(gè) 220V／ 2A的８點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A的電流，但輸出公共端允許通過(guò)的電流并不是 16A(8 2A) ，通常要比此值小得多。一般來(lái)講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的 60％。 對(duì)同時(shí)接通的輸 /入輸出點(diǎn)的制約， 此系統(tǒng)是可以滿足的。 (2)系統(tǒng) 存儲(chǔ)容量 的選擇 PLC 的 I／ O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／ O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加 20％ 到 30％的裕量。 存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開(kāi)關(guān)量 I／ O點(diǎn)數(shù) 10 ＋ 模擬量 I／ O 通道數(shù) 100 A=40*10+0*100 =400（字節(jié)） 另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類型的選擇。 但是，本課題要求的 存儲(chǔ)容量 很低，一般的 PLC 能夠滿足，所以我們不需要考慮 存儲(chǔ)容量 。 三、 確定 PLC 的 I／ O 模塊 一般 I／ O模塊的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上。 PLC 的 I／ O模塊有開(kāi)關(guān)量 I／ O模塊、模擬量 I／ O模塊 及各種特殊功能模塊等。不同的 I／ O模塊，其電路及功能也不同，直接影響 PLC 的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。 根據(jù)本課題要求，不需要用到 模擬量 I／ O模塊及各種特殊功能模塊 ，所以只需要對(duì) 開(kāi)關(guān)量 I／ O模塊選擇 即可。 （ 1） 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇 開(kāi)關(guān)量輸入模塊是用來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PLC內(nèi)部接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí) 開(kāi)關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸 入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)有：直流 5Ｖ、 12Ｖ、 24Ｖ、 48Ｖ、60Ｖ等；交流 110Ｖ、 220Ｖ等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來(lái)考慮。一般 5Ｖ、 12Ｖ、 24Ｖ用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如 5Ｖ輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過(guò) 十米 。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。 本系統(tǒng) 傳輸距離較近 可選擇 24Ｖ 直流輸入。 2）輸入接線方式 開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式 。 匯點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（ COM）；而分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào)之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。 所以本系統(tǒng)考慮價(jià)格便宜問(wèn)題，且 輸入信號(hào)之間不需要分隔 ， 選用匯點(diǎn)式 較合適。 3）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻 電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱 PLC 說(shuō)明書(shū)。 （ 2） 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 開(kāi)關(guān)量輸出模塊是將 PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）輸出方式 開(kāi)關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較 慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過(guò) 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合。 對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無(wú)觸點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。 本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要考慮價(jià)格相對(duì)要便宜，而本系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作速度要求不高，所以選擇 繼電器輸出 作為輸出方式。 2）輸出接線方式 開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組有一個(gè)公共 端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出點(diǎn)就有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù) PLC 輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級(jí)的多少而定。一般整體式 PLC 既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 本系統(tǒng)選擇 分組式輸出 。 3）驅(qū)動(dòng)能力 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的輸出電流 ( 驅(qū)動(dòng)能力 ) 必須大于 PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來(lái)選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4) 輸出的 最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。 PLC 種類及型號(hào)選擇 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、 OMRON的 PLC。根據(jù)前面確定的 PLC 點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 28 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 12 點(diǎn)，綜合對(duì)比三菱 FX系列（包括 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西門子系列、 OMRON系列中 I/O 點(diǎn)數(shù)為 48點(diǎn)各型號(hào)的 PLC 的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面。本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號(hào)為： FX2N— 64MR— 001， 合計(jì)總數(shù) 64 點(diǎn) — 32 點(diǎn)輸入， DC24V，32 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 PLC。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單