【正文】 第 15 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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）： 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。 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。 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 27 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(jiǎn)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)。 傳感器的選擇 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、金屬傳 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(kāi)關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)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(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。選用 行程開(kāi)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(lái)進(jìn)行選擇。 （ 2）金屬傳感器 金屬傳感器按工作原理分大致可以分為以下三類(lèi)：利用電磁感應(yīng)高頻振蕩型，使用磁鐵磁力型和利用電容變化電容型。按檢測(cè)方法分：所有金屬型：相同檢測(cè)距離內(nèi)檢測(cè)任何金屬。通用型：主要檢測(cè)黑色金屬 (鐵 )。無(wú)觸點(diǎn)輸出，操作壽命長(zhǎng)。反應(yīng)速度快。 接近傳感器原理：電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器檢測(cè)面與外界構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。振蕩器傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變 電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生渦流吸收了振蕩器能量，使振蕩減弱停振。 通用型接近傳感器工作原理：振幅變化程度隨目標(biāo)物金屬種類(lèi)不同而不同，檢測(cè)距離也隨目標(biāo)物金屬種類(lèi)不同而不同。和普通型一樣，它也有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起能量損失影響到振蕩頻率。傳感器檢測(cè)到這個(gè)變化 并輸出檢測(cè)信號(hào)。它有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起能量損失影響到振蕩頻率變化。振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號(hào) [12]。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何 尺寸變化而引起的。電感式傳感器的特點(diǎn)是： 1) 無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)； 2) 分辨率高； 3) 靈敏度高； 4) 線性度高、重復(fù)性好； 5) 測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）； 6) 無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差； 7) 對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高； 8) 不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。 常用電感式傳感器有變間隙型、 變面積型和螺管插鐵型。 第 18 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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)用該器件來(lái)檢測(cè)鐵質(zhì)材料。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱(chēng)為變換器；根據(jù)不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱(chēng)為傳感器，而被測(cè)的力學(xué)量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱(chēng)為電容傳感器。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無(wú)不與長(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過(guò)長(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值進(jìn)行測(cè)量的量，而其測(cè)量方法的相互關(guān)系也很密切。5 μm ，因此他在精密小位移測(cè)量中受到青睞。 電容傳感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開(kāi)關(guān)。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài) 也隨之發(fā)生變化。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料 [1] （ 3） 視覺(jué)傳感器 系統(tǒng)視覺(jué)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。 顏色傳感器同樣 第 19 頁(yè) 共 38 頁(yè) 也屬于具有開(kāi)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(lái)識(shí)別 紅色與綠 色的材 料。這類(lèi)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(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) [4~5] 。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。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， 第 20 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)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)。 如 表 29 提供 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(jiǎn)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(jiǎn)單 比氣動(dòng)復(fù)雜 需要專(zhuān)門(mén)技術(shù) 簡(jiǎn)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(wú)問(wèn)題 注意著火 一般無(wú)問(wèn)題 無(wú)特殊問(wèn)題 表 29各種控制方式的比較 通過(guò)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 第 21 頁(yè) 共 38 頁(yè) 求，而且節(jié)約了成本 [13]。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類(lèi)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(kāi)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(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(pán)接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒(méi)有透氣空隙。 氣吸式又可分為：負(fù)壓吸盤(pán)：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán)；磁力吸盤(pán)：永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。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(kāi)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(pán)是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面，擠出吸盤(pán)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(wú)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(wú)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(guò)程簡(jiǎn)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 [14]。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(kāi)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(rùn)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(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，使壓縮空氣具有潤(rùn)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。 下 料 傳 感 器電 感 傳 感 器電 容 傳 感 器顏 色 傳 感 器接 近 開(kāi) 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 31 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。 第 24 頁(yè) 共 38 頁(yè) 輸出信號(hào)有 8 個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開(kāi)關(guān)量。 （ 2）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器 (光電傳感裝置 )檢測(cè)到料槽無(wú)材料或各氣缸未復(fù)位時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程 10S 后自動(dòng)停機(jī) ,指示燈紅燈亮。 （ 4）當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 6）當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為紅色時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開(kāi) 關(guān)感應(yīng)到材料接近，紅色出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 程序設(shè)計(jì)及編輯 三菱電機(jī)公司提供專(zhuān)用的編程軟件。 GX 使用 Windows 操作平臺(tái)，用梯形圖、指令表或者 SFC 進(jìn)行編程，程序可以與原先包括基于 DOS 操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相 兼容。材料分揀系統(tǒng)采用該軟件 圖 35 SWOPCFXGP/WINC 窗口 第 27 頁(yè) 共 38 頁(yè) 流程圖 如圖 36 所示 開(kāi) 始傳 送 帶 運(yùn) 行 為 金 屬 ，到 位為 鋁 質(zhì) ，到 位為 紅 色 ，到 位到 位氣 缸 是 否 歸 位Y 5 是 否 歸 位有 無(wú) 物 料 S N自 動(dòng) 傳 送 ， 每 2 S 傳 送 一 個(gè)氣 缸 動(dòng) 作傳 送