【正文】 （ 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，這時物料移動至傳感器的位置， ，導(dǎo)致高速脈沖輸出停止，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。 21 （ 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，帶動光電碼盤發(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)過的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。當(dāng) PLC處于 RUN模式時， ， 復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。 高速計(jì)數(shù)是用來累計(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，根據(jù)高速計(jì)數(shù)器特殊存儲器位的狀 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。程序清單見附錄。 如果只對材料的某一特性進(jìn)行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對 傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。 在汽缸 1～ 3 動作后，電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達(dá)傳感器的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時對分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動作的同時累計(jì)即可。 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 動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始 。 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，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖 31所示。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。 17 第 3 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是 PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計(jì)的主要 任務(wù)是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。 同 時，可以通過控制脈沖頻率來控制材料分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。它可用于檢測直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件 3 部分組成。 16 圖 28 FPG 光電傳感器原理 圖 光電傳感器介紹：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。 本系統(tǒng)選用 FPG 系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源。 表 2 S0、 S1 及 S S3 的組合選項(xiàng) S0 S1 輸出頻率定標(biāo) S2 S3 濾波器類型 L L 關(guān)斷電源 L L 紅色 L H 20% L H 藍(lán)色 H L 20% H L 無 H H 100% H H 綠色 光電傳感器 光電傳感器是一種小型電子設(shè)備， 它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。 S0、 S1 用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式； S S3 用于選擇濾波器的類型； OE 是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號； OUT 是頻率輸出引腳， GND 是芯片的接地引腳， VCC 為芯片提供工作電壓。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。其中 16 個光電二極管帶有紅色濾波器， 16 個光電二極管帶有綠色濾波器， 16 個光電二極管帶有藍(lán)色濾波器，其余 16 個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。 TCS230 采用 8 引腳的 SOIC 表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有 64 個光電二極管。 TCS230 的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 或 CMOS 邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標(biāo)、單電源供電等特點(diǎn)；輸出為 數(shù)字量，可直接與微處理器連接。此傳感器為 RGB(紅綠藍(lán) ) 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。 對于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測量，一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)： (1)測量范圍大其相對變化率可超過 100%； (2)靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達(dá) 107數(shù)量級； (3)動態(tài)響應(yīng)快，因其可動質(zhì)量小， 固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量； (4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn) 高分辨率要求，在精密測量中所普遍使 14 用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到 1～ 5 μm數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為 μm，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為 100177。從能量轉(zhuǎn)換的角度 而言，電容變換器為無源變換器，需要將所測的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。 圖 26 電容傳感器工作原理圖 電容傳感器介紹： 用電測法測量非電學(xué)量時，首先必須將被測的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。 它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。 圖 24 M18X1X40 DC二線常開式電感傳感器接線圖 圖 25 電感傳感器工作原理圖 電感傳感器介紹： 由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。本系統(tǒng)選用 M18X1X40 電感傳感器。 這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。 對于 HTL 的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá) 300 米 電感傳感器 電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。 A、 A， B、B， Z、 Z連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為 0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 A、 B 兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷光電碼盤 12 正反向和測速。信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接計(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，開關(guān)頻率有低有高。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。 工作原理如下：由一個中心有軸的光電碼盤，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組合成 A、 B、 C、 D，每個正弦波相差 90 度相位差（相對于一個周波為 360 度），將 C、 D 信號反向，疊加在 A、B 兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個 Z 相脈沖以代表零位參考位。編碼器如以信號原理來分，可分為增量脈沖編碼器（ SPC）和絕對脈沖編碼器（ APC）兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。 11 圖 23 旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 旋轉(zhuǎn)編碼器介紹：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。 傳送至相應(yīng)的傳感器時，發(fā)出信號到 PLC ，以進(jìn)行分揀，也可用來控制步進(jìn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速。 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)中可用來作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器，并提供脈沖輸入。 待機(jī)控制按鈕 SB1和停機(jī)控制按鈕 SB2選擇 LAY1系列控制按鈕，電壓 220V，電流 5A。 LA系列按鈕的額定電壓為交流 500V、額定電流為 5A； LAY1 系列按鈕的額定電壓為交流 380V、直流 220V，額定電流為5A。它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐贰? PLC 的輸入輸出端子分配 根據(jù)所選擇的 PLC型號，對本系統(tǒng)中 PLC的輸入輸出端子進(jìn)行分配，如表 1所示 表 1 材料分揀裝置 PLC 輸入 /輸出端子分配表 西門子 PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口 (I/O) 備注 輸 入 部 分 UCP(計(jì)數(shù)傳感器 ) 接旋轉(zhuǎn)編碼器 SN(下料傳感器 ) 判斷下料有無 SA(電感傳感器 ) SB(電容傳感器 ) SC(顏色傳感器 ) SD(備用傳感器 ) SFW1(推氣缸 1 動作限位 ) SEW2(推氣缸 2 動作限位 ) SFW3(推氣缸 3 動作限位 ) SFW4(推氣缸 4 動作限位 ) SFW5(下料氣缸動作限位 ) SBW1(推氣缸 1 回位限位 ) SBW2(推氣缸 2 回位限位 ) 9 SBW3(推氣缸 3 回位限位 ) SBW4(推氣缸 4 回位限位 ) SBW5(下料氣缸回位限位 ) SB1(啟動 ) SB2(停止 ) 輸 出 部 分 M(輸送帶電機(jī)驅(qū)動器 ) YV1(推氣缸 1 電磁閥 ) YV2(推氣缸 2 電磁閥 ) YV3(推氣缸 3 電磁閥 ) YV4(推氣缸 4 電磁閥 ) YV5(下料氣缸電磁閥 ) PLC 輸入輸出接 線端子圖 根據(jù)表 1可以繪制出 PLC的輸入輸出接線端子圖，如圖 22所示。本系統(tǒng)選用西門子公司的 S7200系列CPU226 型 PLC。 根據(jù)上面所確定的 I/ O 點(diǎn)數(shù) ， 且該材料分 揀裝置的控制為開關(guān)量控制。 4． PLC機(jī)型要統(tǒng)一，即使在一個工廠， PLC使用的機(jī)型要盡量統(tǒng)一，以便于維護(hù)和管理。例如，輸入模塊分為直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 幾種，交流 115V和 220V 兩種。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、 壽命短，響應(yīng)時間長等特點(diǎn)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。對于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要求存儲容量大些。因此，在選用 PLC 時，首先要確保有足夠的 I/O 點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地，一般可考慮 10%15%的備用量； 2． 存儲容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使 用的存儲單元大小，因此程序容量小于存儲容量。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估 算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。共需 I/ O 點(diǎn) 24 個，其中 18 個輸入， 6 個輸出。相應(yīng)地，有 5 個汽缸運(yùn)動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計(jì) 10 個信號。 因此，存儲器總字節(jié)數(shù)≥ 24*10=240。對 PLC 用戶程序存儲容量的估算，可用下面推薦的經(jīng)驗(yàn)公式： 存儲器總字節(jié)數(shù) =（開關(guān) 量 I/O 點(diǎn)數(shù) *10） +（模擬量點(diǎn)數(shù) *150） 按經(jīng)驗(yàn)公式所得的存儲器總字節(jié)數(shù)要考慮 25%的余量。對于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要求存儲容量大些。 用戶存儲容量的選擇 存儲容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元大小，因此程序容量小于存儲容量。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖 21 所示。如果被某種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)基本功能如下 （ 1）分揀出金屬和非金屬 （ 2）分揀某一顏色塊 （ 3）分揀出金屬中某一顏色塊 （ 4）分揀出非金屬中某一顏色塊 （ 5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一 顏色塊 系統(tǒng)的控制要求 系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進(jìn)行檢測并分類。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時，由程序記憶各傳感 器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。物料傳感器 SA 為電感傳感器，當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC，由 PLC 控制氣動閥 1 動作選出該物料；物料傳感器 SB 為電容傳感器，當(dāng)檢測出物料為鋁質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC, PLC控制氣動閥 2 動作選出該物料；物料傳感器 SC 為顏色傳感器，當(dāng)檢測出物料的顏色為待檢測顏色時， PLC 控制氣動閥 3 動作選出該物料。選用顏色識別傳感器及對