【正文】 的結(jié)構(gòu)示意圖。選用顏色識(shí)別傳感器及對(duì)不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。物料傳感器 SA 為電感傳感器，當(dāng)檢測(cè)出物料為鐵質(zhì)物料時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC，由 PLC 控制氣動(dòng)閥 1 動(dòng)作選出該物料；物料傳感器 SB 為電容傳感器，當(dāng)檢測(cè)出物料為鋁質(zhì)物料時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC, PLC 控制氣動(dòng)閥 2 動(dòng)作選出該物料；物料傳感器 SC 為顏色傳感器，當(dāng)檢測(cè)出物料的顏色為待檢測(cè)顏色時(shí)，PLC 控制氣動(dòng)閥 3 動(dòng)作選出該物料。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(shí)，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。 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(duì)待測(cè)材料進(jìn)行檢測(cè)并分類(lèi)。如果被某種傳感器測(cè)中，通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。 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。 用戶(hù)存儲(chǔ)容量的選擇 存儲(chǔ)容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)容量。對(duì)于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要求存儲(chǔ)容量大些。對(duì) PLC 用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量的估算，可用下面推薦的經(jīng)驗(yàn)公式： 存儲(chǔ)器總字節(jié)數(shù)=（開(kāi)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(chǔ)器總字節(jié)數(shù)要考慮 25%的余量。 因此，存儲(chǔ)器總字節(jié)數(shù)≥24*10=240 。相應(yīng)地，有 5 個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，每個(gè)汽缸有動(dòng)作限位和回位限位，共計(jì) 10 個(gè)信號(hào)。共需 I/ O 點(diǎn) 24 個(gè)，其中 18 個(gè)輸入，6 個(gè)輸出。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)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)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(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)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(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。因此，在選用 PLC 時(shí)，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(chǔ)容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)容量。對(duì)于控制較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大的系統(tǒng)，要求存儲(chǔ)容量大些。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。例如，輸入模塊分為直流 5V、12V、24V、48V、60V 幾種，交流115V 和 220V 兩種。 4．PLC機(jī)型要統(tǒng)一，即使在一個(gè)工廠(chǎng)，PLC使用的機(jī)型要盡量統(tǒng)一，以便于維護(hù)和管理。 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(kāi)關(guān)量控制。本系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的S7200 系列CPU226 型PLC 。 PLC 的輸入輸出端子分配根據(jù)所選擇的PLC 型號(hào)，對(duì)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(mén)子 PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口(I/O) 備注 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(wú) 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(dòng)作限位) SEW2(推氣缸 2 動(dòng)作限位) SFW3(推氣缸 3 動(dòng)作限位) SFW4(推氣缸 4 動(dòng)作限位) 輸 入 部 分 SFW5(下料氣缸動(dòng)作限位)9 SBW1(推氣缸 1 回位限位) SBW2(推氣缸 2 回位限位) 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(dòng)) SB2(停止) M(輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)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) 輸 出 部 分 YV5(下料氣缸電磁閥) PLC 輸入輸出接線(xiàn)端子圖根據(jù)表1可以繪制出PLC 的輸入輸出接線(xiàn)端子圖，如圖22所示。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?。LA 系列按鈕的額定電壓為交流11500V、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。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。 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(lái)作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器，并提供脈沖輸入。 傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí)，發(fā)出信號(hào)到 PLC ，以進(jìn)行分揀，也可用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。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(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分，可分為增量脈沖編碼器（SPC）和絕對(duì)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(cè)元件。工作原理如下：由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線(xiàn)，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成 A、B 、C、D，每個(gè)正弦波相差 90 度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為 360 度），將 C、D 信號(hào)反向，疊加在A、B 兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè) Z 相脈沖以代表零位參考位。分辨率：編碼器以每旋轉(zhuǎn) 360 度提供多少的通或暗刻線(xiàn)稱(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)多少線(xiàn)，一般在每轉(zhuǎn)分度 5~10000 線(xiàn)。信號(hào)連接：編碼器的脈沖信號(hào)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(kāi)關(guān)頻率有低有高。A、 B 兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。 A、A，B、B，Z、Z 連接，由于帶有對(duì)稱(chēng)負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為 0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 對(duì)于 HTL 的帶有對(duì)稱(chēng)負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 300 米 電感傳感器電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)金屬物體。 這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。本系統(tǒng)選用M18X1X40 電感傳感器。圖24 M18X1X40 DC二線(xiàn)常開(kāi)式電感傳感器接線(xiàn)圖13圖25 電感傳感器工作原理圖電感傳感器介紹： 由鐵心和線(xiàn)圈構(gòu)成的將直線(xiàn)或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈電感量變化的傳感器，又稱(chēng)電感式位移傳感器。當(dāng)把線(xiàn)圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器主要用于位移測(cè)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(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線(xiàn)性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。由此，便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。14圖26 電容傳感器工作原理圖 電容傳感器介紹：用電測(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí)，首先必須將被測(cè)的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無(wú)源變換器，需要將所測(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。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(cè)量極小距離或位移時(shí)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(cè)量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1～5 μm數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀， μm，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100177。 對(duì)于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)量，一般來(lái)說(shuō)采用電容式傳感器進(jìn)行檢測(cè)比較適宜，主要是這類(lèi)傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：(1)測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過(guò)100%；(2)靈敏度高，如用比率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量可達(dá)107數(shù)量級(jí)；(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量，也可靜態(tài)測(cè)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(wú)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(chǎng)、強(qiáng)輻射下長(zhǎng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。此傳感器為RGB(紅綠藍(lán)) 顏色傳感器，可檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。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。TCS230 的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)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。 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(gè)光電二極管。其中 16 個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器，16 個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器，16 個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器，其余 16 個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過(guò)全部的光信息。工作時(shí)，通過(guò)兩個(gè)可編程的引腳來(lái)動(dòng)態(tài)選擇所需要的濾波器。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測(cè)量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。S0、S1 用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；SS3 用于選擇濾波器的類(lèi)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(gè)芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時(shí)，也可以作為片選信號(hào)；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。表 2 S0、S1 及 SS3 的組合選項(xiàng)S0 S1 輸出頻率定標(biāo) S2 S3 濾波器類(lèi)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(wú)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(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源。本系統(tǒng)選用 FPG 系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。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?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。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。它可用于檢測(cè)直接引起光強(qiáng)變化的非電量，也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量。17傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。 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(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起。 同時(shí)，可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)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(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。18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(huà)出狀態(tài)流程圖并設(shè)計(jì)出梯形圖。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)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(dòng)作。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。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。 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(gè)設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫(huà)出程序流程圖，如圖31所示。 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(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開(kāi)始。 如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，來(lái)確定物料到達(dá)傳感器的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。 在汽缸1～3 動(dòng)作后，電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。 如果只對(duì)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(duì)傳感器的安放或程序進(jìn)行修改即可。程序清單20見(jiàn)附錄。 高速計(jì)數(shù)是用來(lái)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(shí)，根據(jù)高速計(jì)數(shù)器特殊存儲(chǔ)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。當(dāng)PLC處于RUN模式時(shí)，復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。22（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(shí)，帶動(dòng)光電碼盤(pán)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(guò)的步數(shù)，進(jìn)行定位控制。2425（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(shí)，這時(shí)物料移動(dòng)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)。當(dāng)物料被相應(yīng)的傳感器檢測(cè)中后，相應(yīng)的汽缸動(dòng)作，將物料推下。汽缸動(dòng)作時(shí)， ，回位限位開(kāi)關(guān)關(guān)斷，到達(dá)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)時(shí)，動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)閉合。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 程序的模擬調(diào)試將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?PLC 后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開(kāi)關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)。 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線(xiàn)，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。 如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)將它們減小，模