【正文】 善，在中檔機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大和增加了函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制的功能。 按結(jié)構(gòu)分類 根據(jù) PLC 的構(gòu)成形式，可將 PLC 分為整體式和機(jī)架式 (模塊式 )兩大類。這種 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)少、體 積小，價(jià)格低，便于裝入設(shè)備內(nèi)部。機(jī)架式 PLC 將各單元做成獨(dú)立的模塊，使用時(shí)將這些模塊分別插入機(jī)架底板的插座上。這種 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，配置靈活方便，易于擴(kuò)展。 按應(yīng)用范圍分類 根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，可將 PLC 分為通用型和專用型兩類。由于應(yīng)用的專 一性，使其控制質(zhì)量大大提高 [9] 。根據(jù) 系統(tǒng)中的控制要求 PLC 點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 15 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 8 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 32 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—32MR，合計(jì)總數(shù)32 點(diǎn) —16 點(diǎn)輸入， DC24V， 16 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ mm）： 2208790，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。 該型號(hào) PLC 有 16 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)， 16 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。傳感器是一種檢測(cè) 裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。 傳感器是一個(gè)完整的測(cè)量裝置（或系統(tǒng)），能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為 與之有確定關(guān)系的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示 和控制等要求。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會(huì)安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片之上。 8 敏感元件變換元件信 號(hào)調(diào) 理與 轉(zhuǎn)換 電路輔 助 電 源被 測(cè) 量非 電 量 電 參 量 電 量 圖 21 傳感器的組成示意圖 敏感元件 —— 感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件，如膜片和波紋管，可以把被測(cè)壓力變成位移量。還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動(dòng)變壓器式位移傳感器等，其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。它可以直接感受被測(cè)量（ 一般為非電量）且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量，如熱電偶和熱敏電阻。例如，差動(dòng)變壓器式壓力傳感器，并不直接感受壓力，而只是感受與被測(cè)壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量，然后輸出電量。 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路 —— 能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號(hào)的電路。 傳感器根據(jù)使用要求的不同，可以做的很簡單 ，也可以做的很復(fù)雜；可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開環(huán)系統(tǒng)。 傳感器的選擇 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)用該器件來檢測(cè)鐵質(zhì)材料。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 可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、視覺傳感器進(jìn)行選用。 （ 1） 位置檢測(cè)裝置 在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)氣缸執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位，常用的位置檢測(cè)裝置是行程開關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。選用行程開關(guān)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合，滿足各方面的要求來進(jìn)行選擇。 （ 2） 視覺傳感器 系統(tǒng)視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能 夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識(shí)別，本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器，對(duì)物料進(jìn)行分揀。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(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。 顏色傳感器同樣也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識(shí)別 紅色與綠 色的材料。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。 為了便于 PCL 控制程序的編寫，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)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn) [4~5] 。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格 昂貴，限制了在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。 表 21給出了各種控制方式的比較： 表 21 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣 傳動(dòng) 機(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 響應(yīng)速度 慢 快 快 中 清潔度 清潔 可能有污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡單 比氣動(dòng)復(fù)雜 需要專門技術(shù) 簡單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎無問題 注意著火 一般無問題 無特殊問題 通過以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿足了本 設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本 [16~18] 。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(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： ① 手指應(yīng)有一定的開閉范圍； ② 手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力； ③ 要保證工件在手指內(nèi)的定位精度； ④ 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高 ； ⑤ 通用性和可換性。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、 清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。 氣吸式又可分為：負(fù)壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤 ； 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時(shí)，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負(fù)壓。自擠式空氣吸盤 是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從 而造成真空、吸住工件。 （ 3）氣缸式 氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。其工作原理：對(duì)于前伸 /回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升 /下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿 上升。 氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過程簡單，所以該 材料分揀 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動(dòng)式 [15] 。 下 料 傳 感 器電 感 傳 感 器電 容 傳 感 器顏 色 傳 感 器接 近 開 關(guān)可編程控制器PLC電 機(jī) 及 下 料 氣 缸氣 缸 1氣 缸 2氣 缸 3氣 缸 4氣缸壓縮機(jī) 圖 22 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù) 材料分揀系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖， 可得出其 結(jié)構(gòu)示意圖如圖 23 所示。材料經(jīng)傳感器對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)其分別為 鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅 色，其相對(duì)應(yīng)的氣缸進(jìn)行動(dòng)作，將材料推入滑槽內(nèi)， 若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動(dòng)作，將其推入滑槽內(nèi)，以 完成對(duì)其的分揀。使用時(shí)可先人為地將材料放入料槽中，此時(shí)光電傳感 器檢測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開始運(yùn)行。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺(tái) 氣動(dòng)設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤滑的部件，達(dá)到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動(dòng)元件的能力。當(dāng)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作將其推人應(yīng)去的滑道。 導(dǎo)料軌道主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時(shí)導(dǎo)出材料。 內(nèi)置電源 可以將 220 交流電轉(zhuǎn) 換成 24 伏的直流電供給各個(gè)傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個(gè)指示燈，同時(shí)也為單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的 220 伏電壓。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、氣缸位置傳感器的信號(hào)，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動(dòng)作。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。 15% 輸出電壓： DC24 伏 DADONG 11 滑槽 4 鋁合金 青島銳誠德倉儲(chǔ)物流設(shè)備有限公司 12 傳送帶 1 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(hào) 15 個(gè)，均為 15 開關(guān)量。 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出 I/O 對(duì)應(yīng)功能，列表如表 23 所示： 表 23 分揀系統(tǒng) I/O口配置 三菱 PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口 (I/O) 備注 輸 入 部 分 X00 SB1 啟動(dòng)按鈕 X01 SQ1 上料物料接近開關(guān) X02 SQ2 鐵質(zhì)物料接近開關(guān) X03 SQ3 鋁質(zhì)物料接近開關(guān) X04 SQ4 綠色物料接近開關(guān) X05 SA 電感傳感器 X06 SB 電容傳感器 X07 SC 顏色傳感器 X10 SN 判斷下料有無（光電傳感器） X11 SW1 上料氣缸回位限位開關(guān) X12 SW2 鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān) X13 SW3 鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān) X14 SW4 紅色物料氣缸回位限 位開關(guān) X15 SW5 其他物料氣缸回位限位開關(guān) X17 SB2 停止按鈕 輸 出 部 分 Y00 YV1 上料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y01 YV2 鐵質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y02 YV3 鋁質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y03 YV4 紅色物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y04 YV5 其他物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y05 M 傳送帶 Y06 LD1 紅色指示燈 Y07 LD2 綠色指示燈 16 根據(jù)控制要求可得 PLC 系統(tǒng)的接線圖如圖 24 所示 PLCX 0 0X 0 1X 0 2X 0 3X 0 4X 0 5X 0 6X 0 7X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4X 1 5X 1 7Y 0 0Y 0 1Y 0 2Y 0 3Y 0 4Y 0 5Y 0 6Y 0 7C O MC O M 2C O M 1S B 1S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S AS BS CS NS W 1S W 2S W 3S W 4S W 5S B 2Y V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5K ML 1L 2 圖 24 PLC 系統(tǒng)外部接線圖 3 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 可編 程控制器（ PLC） 簡介 在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo) 17 地位。 為了解決這一問題，早在 1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM公司 )，為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新，以求在激烈競(jìng)爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對(duì)未來的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。 美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù) GM 公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于 1969年研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在 GM 公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。 在 20 世紀(jì) 70 年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上只稱為 PLC(Programmable Logical Controller)。因此，美國電器制造協(xié)會(huì) (NEMA)將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但人們習(xí)慣上將之仍稱為 PLC，以便與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC(Personal Computer)相區(qū)別。這時(shí)的 PLC 具有了高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信等功能，從而使 PLC 的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 PLC 的發(fā)展初期，不同的開發(fā)制造商對(duì) PLC 有不同的定義。它 采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框如圖 31 所示 ： 18 中 央 處 理