應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)控制

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1、沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場競爭越來越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。在需要進(jìn)行產(chǎn)品分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，效率低下致使企業(yè)的競爭能力差。針對上述問題，利用PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)了自動(dòng)分揀裝置，在產(chǎn)品分揀過程中取得較好的控制效果。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)具有傳輸、分類、入庫保管功能自動(dòng)分揀系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)并應(yīng)組態(tài)做上位機(jī)監(jiān)控，機(jī)械結(jié)構(gòu)采用傳送帶、氣缸等機(jī)械部件；電氣控制采用傳感器、編碼器、開關(guān)電源、換向閥等電子部件；可編程控制器采用目前比較流行的西門子PLC。軟件部分采用組態(tài)王監(jiān)控整個(gè)分揀過程的運(yùn)行，系統(tǒng)采用臺式

2、結(jié)構(gòu)，選用顏色識別、電容式和電感式三種傳感器，同時(shí)，還設(shè)置了氣動(dòng)裝置的減壓器、濾氣器、氣壓指示等，可與各類氣源相連接。本設(shè)計(jì)是將PLC技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、組態(tài)通訊監(jiān)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)，具有響應(yīng)速度快，準(zhǔn)確率高、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：PLC；傳感器；編碼器；自動(dòng)分揀系統(tǒng)；上位機(jī)監(jiān)控 IV Abstract With the continuous development of society, the competition is fierce in the market, Therefore pro

3、duction enterprises are urgently needed to improve production technology especially in the enterprise products sorting,has been using an artificial of sorting method before cause the competitive of the enterprise is poor. The response to these problems, to use PLC technology design of automatic sort

4、ing equipment, obtains good control effect in the process of product sorting. The design applies PLC to achieve automation control Automatic Sorting System which have functions of transfers、classify and storage, the mechanical structure adopts mechanical assembly as conveyor belt、cylinder. The ele

5、ctric control adopts electronic assembly as sensor、coder、switching power supply、reversing valve and so on; Programmable logic controller adopts the more popular PLC of Siemens currently. The system adopts desktop structure, choose color recognition sensor、capacitive proximity switch and inductive pr

6、oximity switch, at the same time, also collocates pneumatic reductor、air filter device、display of air pressure and so on, can connect with different gas source. This design is the automatic Sorting System which cover the technology of PLC、the technology of control position、the technology of pneumati

7、c and organically combined them into one. It possesses a lot of advantages as fast response speed, accurateness and reliability and so forth. Key words：PLC; sensor; coder; Automatic Sorting System; PC monitor 目 錄 1 緒論 1 1.1本課題研究的內(nèi)容 1 1.2課題研究的目的及意義 1 1.3國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.3.1國外有關(guān)研究的綜述 1 1

8、.3.2國內(nèi)有關(guān)研究的綜述 2 1.4可行性分析 3 2 總體設(shè)計(jì) 4 2.1方案論證 4 2.1.1系統(tǒng)硬件選擇 4 2.1.2上位機(jī)監(jiān)控軟件選擇 5 2.2設(shè)計(jì)思想 5 2.3總體設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8 3.1系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) 8 3.1.1編碼器的選型設(shè)計(jì) 8 3.1.2可編程控制器的選型設(shè)計(jì) 9 3.1.3空氣壓縮機(jī)的選型設(shè)計(jì) 10 3.1.4換向閥的選型設(shè)計(jì) 11 3.1.5電動(dòng)機(jī)的選型設(shè)計(jì) 11 3.1.6穩(wěn)壓電源的選型設(shè)計(jì) 12 3.1.7傳感器的選型設(shè)計(jì) 13 3.2可編程控制器外部連接圖 16 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 4.1P

9、LC軟件設(shè)計(jì) 17 4.1.1程序I/O分配表 17 4.1.2控制程序流程圖 19 4.1.3控制程序時(shí)序圖 20 4.1.4 PLC程序設(shè)計(jì) 21 4.2組態(tài)王監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 27 4.2.1組態(tài)王外部設(shè)備定義 27 4.2.2定義數(shù)據(jù)詞典 32 4.2.3組態(tài)王界面設(shè)計(jì) 33 5 調(diào)試過程 35 6 結(jié)論 37 結(jié)束語 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 附錄Ⅰ 程序清單 41 附錄Ⅱ 面板分布圖 46 附錄Ⅲ 面板接線圖 47 附錄Ⅳ 子程序清單 48 1 緒論 1.1本課題研究的內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容是應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)的自動(dòng)

10、控制并用組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。本系統(tǒng)通過傳感器信號采集，PLC控制，對交流電機(jī)、電磁閥進(jìn)行開關(guān)量控制、位置控制、時(shí)序邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對傳送帶上的物料進(jìn)行定位、辨識、分類的功能，并通過組態(tài)監(jiān)控界面監(jiān)控整個(gè)過程的進(jìn)行。 1.2課題研究的目的及意義 自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)是物流系統(tǒng)中廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)。一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口四部分組成，它們通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的分揀系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)有：能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率極低，分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無人化，可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控整個(gè)分揀過程。自動(dòng)分揀系統(tǒng)中人員的使用僅局限于進(jìn)貨時(shí)的接貨、系統(tǒng)的

11、控制、系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護(hù)等，這恰好符合了企業(yè)對減少人員使用、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人員使用效率的要求，因此受到了廣泛重視。 1.3國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3.1國外有關(guān)研究的綜述 以美國、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家，在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來越高的特點(diǎn)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)是二戰(zhàn)后在美國、日本以及歐洲的大中型物流中心廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)，參照郵局分揀信件自動(dòng)化的經(jīng)驗(yàn)配置而成。就國外進(jìn)行配送業(yè)務(wù)的行業(yè)或企業(yè)來說，自動(dòng)揀選系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、化妝品制造等行業(yè)。自動(dòng)分揀機(jī)作為自動(dòng)

12、分揀系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，因其較高的效率，已在發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。 然而，盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn): 1、專業(yè)的自動(dòng)分揀設(shè)備一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營成本較高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資，小企業(yè)則無能為力。 2、 系統(tǒng)對商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行相

13、同的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，且越是特別的通用性就越差，不利于推廣。 除自動(dòng)分揀系統(tǒng)外，配送中心對于計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)的利用也相當(dāng)普遍。在流通領(lǐng)域，特別是連鎖超市、便利店的配送中心都廣泛使用電子標(biāo)簽、RF等計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)。 1.3.2國內(nèi)有關(guān)研究的綜述 與整個(gè)物流業(yè)的大環(huán)境相似，我國在分揀系統(tǒng)和技術(shù)方面相對發(fā)達(dá)國家還比較落后，人工作業(yè)的情況仍比較普遍，電子標(biāo)簽、RF技術(shù)等輔助揀選系統(tǒng)的生產(chǎn)和使用還不多，自動(dòng)揀選系統(tǒng)更是寥寥無幾?？偟膩碚f，我國分揀系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出集約化程度低、自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用范圍不廣泛的特點(diǎn)。 阻礙自動(dòng)分揀系統(tǒng)發(fā)展的因素有很多，有些則是與

14、我國整個(gè)物流業(yè)存在的問題相一致的。物流標(biāo)準(zhǔn)化就是我國物流業(yè)長期關(guān)注的一個(gè)問題。商品的條碼化、包裝的標(biāo)準(zhǔn)化等是自動(dòng)化揀選系統(tǒng)得以順利運(yùn)行的保證，而在我國，由于很多商品包裝箱上沒有印刷條碼，商業(yè)系統(tǒng)至今尚沒有認(rèn)真研究過運(yùn)用自動(dòng)分揀機(jī)。另外，由于一個(gè)公司或企業(yè)往往無法左右整個(gè)行業(yè)的進(jìn)展，一些大企業(yè)傾向于開發(fā)適合自己業(yè)務(wù)特點(diǎn)的系統(tǒng)，這又進(jìn)一步造成了實(shí)際中接口的障礙。自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的價(jià)格問題也是另一個(gè)阻礙因素，小企業(yè)一般無力購進(jìn)高價(jià)的專業(yè)設(shè)備。 如今，國際競爭日益加劇，為了發(fā)展我國物流業(yè)，國內(nèi)的許多企業(yè)和政府部門做了很多努力，也已取得了一定的成效，例如：隨著科技的日新月異，國內(nèi)的一些物流配送中心也開

15、始結(jié)合自身特點(diǎn)，采用高技術(shù)含量的設(shè)備和系統(tǒng)來提高分揀配送效率。 1.4可行性分析 本課題設(shè)計(jì)是應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)的自動(dòng)控制，要求系統(tǒng)具有傳輸、分類、保管等功能，并通過組態(tài)監(jiān)控整個(gè)分揀過程。根據(jù)此系統(tǒng)的功能構(gòu)造，其可行性分析如下： 首先，在器件選擇上看。所需器件：電感式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、標(biāo)識傳感器、光電開關(guān)、編碼器、電動(dòng)機(jī)、傳送帶、計(jì)算機(jī)、空壓機(jī)、氣缸、換向閥、輸氣管道、穩(wěn)壓電源、網(wǎng)孔板。 其次，從經(jīng)濟(jì)角度來看。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的系統(tǒng)功能，因此，在器件選擇上，尤其是在傳感器上，要求穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確率高，這樣相對的價(jià)格就會(huì)高一些，但與其性能相比，此系統(tǒng)還是具備了較高的性價(jià)

16、比，較好的實(shí)現(xiàn)了分揀系統(tǒng)的基本功能。 最后，從效率角度來看。運(yùn)用傳感器掃描輸入識別技術(shù)具有響應(yīng)速度快，準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)。工作效率可高達(dá)98%，具有良好的應(yīng)用前景。 50 2 總體設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)初期， 為了使控制系統(tǒng)具備更佳的工作性能，需要進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，此部分包括方案選擇、設(shè)計(jì)思想以及總體設(shè)計(jì)方案。 2.1方案論證 2.1.1系統(tǒng)硬件選擇 由于本課題的研

17、究內(nèi)容有多種實(shí)現(xiàn)方案，因此，方案選擇成為本次設(shè)計(jì)的重中之重。具體方案論證如下： 第一種方案 ：利用PLC實(shí)現(xiàn)分揀控制，根據(jù)物料材質(zhì)及顏色進(jìn)行分揀，分別分揀鐵質(zhì)、鋁質(zhì)及黃色的物料。系統(tǒng)有底座、氣動(dòng)部分、傳送部分及電氣控制等四部分組成。氣動(dòng)部分由電磁閥、氣缸和各種與氣源相連的部件組成，電氣控制由西門子、三菱或歐姆龍的可編程控制器、電源、傳感器等部件組成。通過傳感器信號采集，PLC控制，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)、異步電機(jī)、電磁閥等進(jìn)行較復(fù)雜的控制等功能，并采用編碼器和高速計(jì)數(shù)器完成對物料間間距的測量，并通過編碼器的測量，測得傳感器與氣缸之間的步距，從而使得氣缸準(zhǔn)確地將物料推入滑道，有效的實(shí)現(xiàn)分揀功能。同時(shí)，具有

18、報(bào)警功能，一旦分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣缸打出時(shí)將物料卡住，傳送帶立即停止，并由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，使得分揀系統(tǒng)更加直觀化、系統(tǒng)化。由于可編程控制器成功率高，可靠性好，設(shè)計(jì)程序簡單，因此，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但因PLC成本較高限制了其應(yīng)用的范圍。 第二種方案：根據(jù)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)分揀控制，采用機(jī)械手進(jìn)行分揀，系統(tǒng)可分為底座、傳送部分、電氣控制及分揀部分。電氣控制由單片機(jī)、電源、傳感器等部件組成。同樣通過傳感器信號的采集和PLC控制，實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)和機(jī)械手進(jìn)行較復(fù)雜的位置控制、開關(guān)控制等功能。程序部分則按照設(shè)計(jì)的基本邏輯要求進(jìn)行編程。通過各限位信號及檢測信號實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的控制，實(shí)現(xiàn)分揀功能。由于單片機(jī)成

19、本低、效益高，因此在許多領(lǐng)域受到關(guān)注，但因其穩(wěn)定性和抗電磁干擾能力比較弱，所以在一些高性能的系統(tǒng)中不被廣泛采用。 綜上所述，比較第一種方案和第二種方案，由于后者運(yùn)行可靠性低、抗干擾能力差，程序修改繁瑣，對于物料的出庫及入庫位置不夠精準(zhǔn)，并且通訊設(shè)計(jì)也比較繁瑣。雖然前者成本較高，但是考慮到分揀的準(zhǔn)確性和可靠性，為了使系統(tǒng)具備更好的工作性能，本設(shè)計(jì)選擇第一種方案作為總體方案。 2.1.2上位機(jī)監(jiān)控軟件選擇 在制作產(chǎn)品分揀控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，可以使用Visual basic6.0或組態(tài)等軟件。 使用組態(tài)王和VB軟件都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能、制作出上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，但在使用VB制作過程中，每一步

20、都不好實(shí)現(xiàn)。使用組態(tài)王軟件制作上位機(jī)監(jiān)控程序的過程遠(yuǎn)比使用VB簡單的多。首先使用VB制作監(jiān)控畫面不能使監(jiān)控畫面十分逼真完美，而且由于VB的畫圖功能有限，制作一個(gè)簡單的監(jiān)控畫面也十分困難，只有采用第三方軟件畫出圖形，再使用VB調(diào)用該圖形的方法；其次使用VB制作運(yùn)行的動(dòng)畫效果十分繁瑣復(fù)雜且制作出來的動(dòng)畫也無法達(dá)到令人滿意的逼真效果；第三，也是最重要的，使用VB和PLC進(jìn)行通信最終達(dá)到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的過程十分復(fù)雜。而通用組態(tài)軟件有強(qiáng)大的界面制作系統(tǒng)，可制作各種復(fù)雜形狀及色彩的圖形，這將使監(jiān)控界面生動(dòng)形象且十分人性化。 通過對比，為了更好的完成設(shè)計(jì)，我最終選擇了組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控軟件，并用其中比較熟悉

21、的組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。 2.2設(shè)計(jì)思想 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求首先配置可編程控制器，可將其放置實(shí)驗(yàn)臺下面以避免不必要的空間浪費(fèi)，然后配置傳輸系統(tǒng)，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)臺面積和配合傳感器工作，我采用體積小、噪音低的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)寬為2.5cm、長為83cm、高約為7cm的立式傳送帶，為了控制和測量物料間的距離，在電機(jī)的一頭加上編碼器。最后配置了分揀系統(tǒng)，出于節(jié)省空間和對周邊環(huán)境污染小的緣故，我采用了氣動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)分揀功能，這樣，就需要一個(gè)氣泵來提供氣壓，由于氣泵相對體積較大，故可放在地上，不占用實(shí)驗(yàn)臺面積。氣動(dòng)裝置包括氣缸、電控?fù)Q向閥、分水濾氣器、減壓器、油霧器、閥島及輸氣管道。

22、 在面板上，為了節(jié)省面板面積，傳感器采用懸掛式檢測方式，出于方便傳感器懸掛的原因，本設(shè)計(jì)采用了垂直式網(wǎng)孔板，為了滿足傳感器檢測的距離范圍，將電感傳感器安裝在垂直高于傳送帶2.6cm的位置處，電容傳感器安裝在垂直高于傳送帶2.8cm處，顏色傳感器則為2.7cm。每個(gè)氣缸間距離為8cm，傳感器與相應(yīng)氣缸距離為7mm，出料處距第一處氣缸26cm。 各傳感器位置如下： 圖2.1 各傳感器位置分布圖 在硬件測量設(shè)計(jì)上主要利用編碼器進(jìn)行測量。首先，在編譯程序上定義1個(gè)高速計(jì)數(shù)器。然后，在系統(tǒng)正常工作時(shí)，編碼器將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號，再驅(qū)動(dòng)高速計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行計(jì)數(shù)。最后，通過對脈沖的計(jì)數(shù)設(shè)計(jì)出相

23、鄰物料之間的步距、傳感器與氣缸之間的步距以及物品從出庫到終點(diǎn)的步距。 2.3總體設(shè)計(jì) 本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由硬件和設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。 硬件部分可詳細(xì)地分為控制部分、傳感器部分、氣動(dòng)部分、電動(dòng)部分、輸送部分以及電源部分?？刂撇糠植捎梦鏖T子S7-200型PLC(CPU224)外加1個(gè)擴(kuò)展模塊（EM221）；傳感器部分由標(biāo)識傳感器、電容式接近開關(guān)、電感式接近開關(guān)、編碼器、光電開關(guān)組成；輸送部分則是由單相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置；氣動(dòng)部分采用亞達(dá)空壓機(jī)、分水濾氣器、減壓器、油霧器、氣缸及輸氣管道；電動(dòng)部分主要有電控?fù)Q向閥、閥島及磁性開關(guān)組成；電源供電采用24 伏直流穩(wěn)壓電源。 軟件

24、設(shè)計(jì)部分主要通過設(shè)計(jì)PLC梯形圖實(shí)現(xiàn)分揀功能和設(shè)計(jì)組態(tài)界面實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控功能。控制程序設(shè)計(jì)部分大體分為5個(gè)部分：定義和調(diào)用高速計(jì)數(shù)器、傳送帶的運(yùn)行和停止、設(shè)定檔位、流程、物料的出庫及分揀、報(bào)警保護(hù)。組態(tài)設(shè)計(jì)主要有組態(tài)與PLC的通訊、監(jiān)控界面繪制、數(shù)據(jù)變量分配等。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) 針對本課題的研究內(nèi)容，首先，建立本課題的硬件系統(tǒng)，然后，根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，選擇相關(guān)器件。為了使系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的工作性能，則需要對元器件進(jìn)行選型，那么，選用何種產(chǎn)品能使得硬件系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比也就成為硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 3.1.

25、1編碼器的選型設(shè)計(jì) 1.編碼器簡介 編碼器為傳感器類的一種，是將信號或數(shù)據(jù)編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)形式的設(shè)備。 編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。按照讀出方式，編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式采用電刷輸出，以電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置，它將被測的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（高速脈沖信號）。因此，可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對其脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得

26、測量結(jié)果。不同型號的旋轉(zhuǎn)編碼器，其輸出脈沖的相數(shù)也不同。 按照工作原理，編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單、機(jī)械平均壽命長、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、適合于長距離傳輸。 2.

27、編碼器的選型及性能特點(diǎn) 為了節(jié)省系統(tǒng)所占空間和不影響周邊環(huán)境，并且具備較好的工作性能，本次設(shè)計(jì)選擇日本歐姆龍公司生產(chǎn)的E6A2-CW5C型號的編碼器。此型號編碼器采用密封軸承和半徑8mm的不銹鋼旋轉(zhuǎn)軸，輸出脈沖為A、B兩相，具有響應(yīng)頻率高，無噪音等特點(diǎn)。主要應(yīng)用在一些計(jì)數(shù)，變速等場合。 3.E6A2-CW5C編碼器的技術(shù)參數(shù) 此類型編碼器主要相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓 12～24 V；分辨率 100P/R；輸出相 A、B兩相；最大響應(yīng)頻率 20KHz；旋轉(zhuǎn)方向 正向；輸出方式 集電極開路輸出。 3.1.2可編程控制器的選型設(shè)計(jì) 1.可編程控制器簡介 可編程控制器實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，

28、只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故可編程控制器與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它有中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入 / 輸出單元、編程器、電源等主要部件組成。如下圖所示： 圖3.1 可編程控制器基本結(jié)構(gòu) 2.可編程控制器的選型及性能特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制部分可選用西門子、三菱、歐姆龍等多家PLC，介于西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊并適用于各種場合中的檢測、監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用此品牌可編程控制器，為了在實(shí)現(xiàn)功

29、能的同時(shí)也能將成本降到最低，因此，通過對輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算選用S7-200系列CPU224的可編程控制器以及一個(gè)擴(kuò)展模塊EM221。 3.CPU224可編程控制器的技術(shù)參數(shù) 此類型可編程控制器主要相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓 24V直流電；輸入點(diǎn)數(shù) 14；輸出點(diǎn)數(shù) 10；可擴(kuò)展模塊數(shù)量 7塊；高速計(jì)數(shù)器數(shù)量 6個(gè)（HSC0～5）。 3.1.3空氣壓縮機(jī)的選型設(shè)計(jì) 1.空氣壓縮機(jī)簡介 空氣壓縮機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置?？諝鈮嚎s機(jī)按工作原理可分為容積型壓縮機(jī)和速度型壓縮機(jī)。容積型壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密

30、度增加以提高壓縮空氣的壓力。速度型壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 2.空氣壓縮機(jī)的選型及性能特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)可分為容積式、螺桿式、活塞式空氣壓縮機(jī)，因?yàn)槁輻U式空氣壓縮機(jī)具有優(yōu)良的可靠性能，因此，本次設(shè)計(jì)選擇此種空壓機(jī)，同時(shí)這種工作方式的空壓機(jī)還具有機(jī)組重量輕、震動(dòng)小、噪聲低、操作方便、運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，通過市場調(diào)研及多方咨詢，選擇杭州蕭山亞達(dá)公司的WY5.2型號的靜音空氣壓縮機(jī)，同時(shí)，此型號的空氣壓縮機(jī)還具備體積小、操作簡單、供壓適中的特點(diǎn)。 3. WY5.2靜音空壓機(jī)的技術(shù)參數(shù) 此類型空壓機(jī)主

31、要相關(guān)參數(shù)：工作電壓 220V；額定功率 125W；適用壓力 0.8Mpa；最高壓力 1.3Mpa。 3.1.4換向閥的選型設(shè)計(jì) 1.氣動(dòng)換向閥簡介 換向型方向控制閥(簡稱換向閥)，是通過改變氣流通道而使氣體流動(dòng)方向發(fā)生變化，從而達(dá)到改變氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向目的。它包括氣壓控制換向閥、電磁控制換向閥、機(jī)械控制換向閥、人力控制換向閥和時(shí)間控制換向閥等。 2.換向閥的選型及工作性能 為了安全環(huán)保及從可行性等方面考慮，本次設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)裝置完成物料的出庫、入庫。在整個(gè)氣動(dòng)裝置中起到主導(dǎo)控制作用的就是電控?fù)Q向閥，出于無污染，不用提供動(dòng)力資源且使用壽命長，體積小的原因，此次設(shè)計(jì)選用濟(jì)南杰菲

32、特公司生產(chǎn)的SR540-RN18R型號的電控?fù)Q向閥。同時(shí)，為了使設(shè)計(jì)的氣動(dòng)部分工作更加順利，并能適應(yīng)設(shè)計(jì)的規(guī)模，整個(gè)氣動(dòng)部分均選用這一公司的生產(chǎn)裝置，有氣缸、磁性開關(guān)、減壓器、油霧器等部件。 3. SR540換向閥的技術(shù)參數(shù) 此類型換向閥主要相關(guān)參數(shù)：換向時(shí)間 小于0.03秒；工作介質(zhì) 潔凈壓縮空氣；工作壓力范圍 0.15～0.7Mpa。 3.1.5電動(dòng)機(jī)的選型設(shè)計(jì) 1.單相交流電動(dòng)機(jī)簡介 單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，并且轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。由于單相電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。因此，要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，就要在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，這樣起動(dòng)繞組就

33、要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場，在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)。 2.單相交流電動(dòng)機(jī)的選型及性能特點(diǎn) 此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的傳送部分主要由電動(dòng)機(jī)完成，在電動(dòng)機(jī)的選擇上也就尤為重要，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過快，傳感器無法識別傳送帶上的物品，轉(zhuǎn)速過慢，則會(huì)浪費(fèi)更多的時(shí)間。由于大部分電機(jī)轉(zhuǎn)速過快且噪音大，因此，不適合本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。為了能配合傳感器的識別工作以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，我采用了聯(lián)誼公司生產(chǎn)的帶減速器的YN60-6型號電機(jī)作為設(shè)計(jì)傳送部分的動(dòng)力來源。其中，配套的減速

34、器為60JB150G08型號的變速齒輪箱。此外，此電機(jī)還具有體積小、免維修、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 3.YN60-6單相交流電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 主要相關(guān)參數(shù)：工作電壓 220V；額定頻率 50Hz；額定電流 0.15A；額定功率 6W；減速比 1：30；空載轉(zhuǎn)速 1550r/min。 3.1.6穩(wěn)壓電源的選型設(shè)計(jì) 1.直流穩(wěn)壓電源簡介 直流穩(wěn)壓電源又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都能保持穩(wěn)定。 2.直流穩(wěn)壓電源的選型及性能特點(diǎn) 為了使本次設(shè)計(jì)更加趨于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，故設(shè)備規(guī)模較小，由于外部設(shè)備較多，PLC內(nèi)部供電不足，因此需要一個(gè)穩(wěn)

35、壓電源供電，將我們?nèi)粘Ｋ玫?20V交流電轉(zhuǎn)換成24V直流電，為了得到更高的性價(jià)比，本次設(shè)計(jì)的電源部分選用上海明緯電子有限公司生產(chǎn)的HS-50-24型號的穩(wěn)壓電源。 3. HS-50-24直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)參數(shù) 主要相關(guān)參數(shù)如下：輸入電壓電流 115VAC,1.3A/230VDC,0.65A；輸入頻率50/60Hz；輸出電壓電流 24VDC,2.1A。 3.1.7傳感器的選型設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)可檢測3種材質(zhì)的物品，在設(shè)計(jì)中對每種材質(zhì)的物品的檢測均有多種檢測方法。由于物料分3種，分別是鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和塑料。由于鋁質(zhì)傳感器很難在市場上找到，故選用金屬傳感器代替。因此在傳感器排序上

36、要安排得當(dāng)，否則，無法達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。我將鐵質(zhì)傳感器放在第1位，金屬傳感器放在第2位，最后的是顏色傳感器。 接近傳感器可以在不與目標(biāo)物實(shí)際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標(biāo)物。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型、使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。 一般接近開關(guān)有兩種安裝方式：齊平安裝和非齊平安裝。 齊平安裝：接近開關(guān)頭部可以和金屬安裝支架相平安裝。 非齊平安裝：接近開關(guān)頭部不能和金屬安裝支架相平安裝。 一般，可以齊平安裝的接近開關(guān)也可以非齊平安裝，但非齊平安裝的接近開關(guān)不能齊平安裝。這是因?yàn)?，可以齊平安裝的接近開關(guān)頭部帶有屏蔽，齊平安裝

37、時(shí)，其檢測不到金屬安裝支架，而非齊平安裝的接近開關(guān)不帶屏蔽，當(dāng)齊平安裝時(shí)，其可以檢測到金屬安裝支架。正因?yàn)槿绱?，非齊平安裝的接近開關(guān)的靈敏度比齊平安裝的靈敏度要大些，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際需要選用。 1. 電感式接近開關(guān)的選型設(shè)計(jì) （1）電感式接近開關(guān)簡介 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大電路組成，利用金屬物體接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場振蕩感應(yīng)的測量頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)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，由此識別出有無金屬物體接近，近而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。 （2）電感

38、式接近開關(guān)的選型及性能特點(diǎn) 在系統(tǒng)中需要檢測的材質(zhì)有鐵質(zhì)品，那么，此種物質(zhì)可用電感式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、高頻振蕩型接近開關(guān)、手持式金屬探測器、霍爾開關(guān)等，經(jīng)查閱資料和仔細(xì)分析后，介于螺紋圓柱型電感式接近開關(guān)安裝方便、體積小、使用壽命長、準(zhǔn)確度高、價(jià)格適中且不影響后面檢測效果等。因此，選擇此種傳感器作為本次設(shè)計(jì)鐵質(zhì)物料的檢測傳感器。 選擇電感式接近開關(guān)作為本設(shè)計(jì)的鐵質(zhì)檢測傳感器后，就要考慮選擇何種電感式接近開關(guān)能具更高的性價(jià)比。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的規(guī)模要求、測量精度要求。我選擇了浙江洞頭生產(chǎn)的LE4-1K型號的傳感器。這種電感傳感器具備無觸點(diǎn)輸出，使用壽命長、反應(yīng)速度快、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠

39、適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，即便是在有水或油噴濺的苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測，同時(shí)，傳感器頭部帶有屏蔽可齊平安裝。 （3）LE4-1K電感式接近開關(guān)的技術(shù)參數(shù) 此類型傳感器主要相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓 10～30VDC；檢測距離 4mm20%；電流輸出 200mA；響應(yīng)頻率 300Hz。 2. 電容式傳感器的選型設(shè)計(jì) （1）電容式接近開關(guān)簡介 電容式接近開關(guān)也屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢

40、測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn（Sn為額定動(dòng)作距離）的位置動(dòng)作。 （2）電容式接近開關(guān)的選型及性能特點(diǎn) 在系統(tǒng)中需要檢測的還有鋁制品，此種材質(zhì)可用電容式接近開關(guān)、霍爾開關(guān)、磁感式接近開關(guān)等，由于電容式接近開關(guān)體積小、安裝方便、發(fā)展?jié)摿Υ蟆r(jià)格便宜、靈敏度高、惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等，因此，選擇其作為本次設(shè)計(jì)鋁質(zhì)物料的檢測傳感器。 本次設(shè)計(jì)所選的電容傳感器為日本歐姆龍公司生產(chǎn)的E2K-X8M1型號的電容式接近開關(guān)。此電容式傳感器可

41、用無接觸的方式來檢測任意一個(gè)物體，安裝方便，配有LED指示燈可監(jiān)視運(yùn)行情況，可齊平安裝。典型的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗芰现圃鞓I(yè)、食品業(yè)及化學(xué)工業(yè)。 （3）E2K-X8M1電容式接近開關(guān)的技術(shù)參數(shù) 此類型傳感器主要相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓12～24 VDC；檢測距離8mm10%；電流輸出 200mA；響應(yīng)頻率 100Hz。 3. 光電開關(guān)的選型設(shè)計(jì) （1）光電開關(guān)簡介 光電開關(guān)是利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便有信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。其中，顏色傳感器也是利用這一原理進(jìn)行檢測的。 （2）

42、顏色傳感器的選型及性能特點(diǎn) 系統(tǒng)最后需要檢測的是黃顏色的物品，此種物品可用標(biāo)識傳感器、顏色傳感器、色標(biāo)傳感器等，介于檢測距離的范圍、價(jià)格的高低、檢測的準(zhǔn)確度、體積的大小、安裝的便利程度等，選擇標(biāo)識傳感器作為本次設(shè)計(jì)黃顏色物料的檢測傳感器。 本次設(shè)計(jì)選擇日本歐姆龍公司生產(chǎn)的E3S-VSIE4型號的標(biāo)識傳感器作為顏色分揀傳感器。此類型標(biāo)識傳感器內(nèi)藏放大器，使設(shè)定、操作更容易，可齊平安裝，適用于農(nóng)用機(jī)械及建筑設(shè)施，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、工程設(shè)備、交通設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、汽車生產(chǎn)流水線等自動(dòng)化控制領(lǐng)域，并且傳感器靈敏度可調(diào)，具有較穩(wěn)定的工作性能。 （3）光電開關(guān)的選型及性能特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)選擇日本歐姆

43、龍公司的EEP-SPY402型號的光電開關(guān)來檢測物料庫中是否有料。此類型傳感器內(nèi)藏放大器，安裝方便，配有指示燈可監(jiān)視運(yùn)行情況，體積小。 （4）E3S-VSIE4標(biāo)識傳感器的技術(shù)參數(shù) 此類型標(biāo)識傳感器主要相關(guān)參數(shù)如下：檢測距離 122mm；供應(yīng)電壓12～24VDC；應(yīng)答時(shí)間執(zhí)行及釋放 1ms max；最大輸出電流 40mA。 （5）EEP-SPY402光電開關(guān)的技術(shù)參數(shù) 主要相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓 5～24 VDC；檢測距離 5mm；電流輸出 8mA。 3.2可編程控制器外部連接圖 為了更加直觀的了解此次系統(tǒng)的PLC外部連接情況，在此加入可編程控制器的外部連接圖。需要強(qiáng)調(diào)的

44、是由于PLC中的部分輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)被無法使用的第四氣缸占用，因此在PLC外部接線圖中沒有體現(xiàn)，其中包括I0.3、I1.5和Q0.3。 圖3.2 PLC外部接線圖 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的PLC程序是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)可編程控制器邏輯控制的主體部分，因此，在系統(tǒng)的自動(dòng)控制中至關(guān)重要，其中包括：I/O分配表、程序流程圖、時(shí)序圖以及程序設(shè)計(jì)。此外還有上位機(jī)組態(tài)王用戶界面設(shè)計(jì)，包括對流水線的監(jiān)控界面，數(shù)據(jù)顯示界面等。 4.1PLC軟件設(shè)計(jì) 4.1.1程序I/O分配表 首先，需要強(qiáng)調(diào)的是由于在程序中使用了高速計(jì)數(shù)對光電編碼器進(jìn)行計(jì)數(shù),因此I0.1被占用。

45、 表4.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)I/O分配表 西門子PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口(I/O) 備注 輸 入 部 分 I2.1 SKW1(氣缸1動(dòng)作限位) I0.0 SKW2(氣缸2動(dòng)作限位) I0.2 SKW3(氣缸3動(dòng)作限位) I0.3 SKW4(氣缸4動(dòng)作限位) I0.4 SKW5(下料氣缸動(dòng)作限位) I0.5 SA(電感傳感器) 檢測鐵質(zhì) I0.6 SB(電容傳感器) 檢測金屬 I0.7 SC(顏色1傳感器) 檢測顏色

46、I1.0 SBW1(氣缸1回位限位) I1.1 SBW2(氣缸2回位限位) I1.2 SBW3(氣缸3回位限位) I1.3 SBW4(氣缸4回位限位) I1.4 SBW5(下料氣缸回位限位) I1.5 SD(顏色2傳感器) 預(yù)留傳感器 I2.0 SN(下料傳感器) 判斷下料有無 I0.1 UCP(計(jì)數(shù)傳感器) 光電編碼器 輸 出 部 分 Q0.0 YV1(氣缸1電磁閥) Q0.1 YV2(氣缸2電磁閥) Q0.2 YV3(氣缸3電磁閥) Q0.3 YV4(氣缸4電磁閥) Q0.4 YV5(下料氣

47、缸電磁閥) Q0.5 M(輸送帶電機(jī)) 公 共 端 1M 24+ 在面板中所有輸出端子為低電平有效 輸入端子為高電平有效 2M 1L 2L M GND 4.1.2控制程序流程圖 圖4.1 控制程序流程圖 4.1.3控制程序時(shí)序圖 圖4.2 控制程序時(shí)序圖 4.1.4 PLC程序設(shè)計(jì) 4.1.4.1程序控制要求 在設(shè)計(jì)程序之前只有熟知此程序所要完成的功能，才能有目的的編譯程序，為了更好的實(shí)現(xiàn)分揀功能，我按照如下要求來設(shè)計(jì)本系統(tǒng)控制程序： 1.在物料斗中放3個(gè)不同的物塊，在程序運(yùn)行后傳送電機(jī)開始運(yùn)行，

48、傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行5秒后，氣缸5動(dòng)作，將物塊推到傳送帶中。此時(shí)傳送電機(jī)停止，以便物塊放正位置。過0.5秒后，電機(jī)又開始運(yùn)行。如果程序運(yùn)行時(shí)，物料斗中沒有物體，則運(yùn)行一定時(shí)間后自動(dòng)停止。 2.在第1個(gè)物塊推出到傳送帶上前行一定路程后，再推出第2個(gè)物塊。然后再推出第3個(gè)物塊，過程和推出第1個(gè)物塊相同。 3.當(dāng)物塊靠近各傳感器時(shí)，就會(huì)使傳感器動(dòng)作，此時(shí)，物塊并沒有到達(dá)物料槽的位置，因此要在檢測到物塊之后再計(jì)傳送帶運(yùn)行的步距。（各傳感器的靈敏度不同，用試驗(yàn)測定，在確定步距后，在程序相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行修改）當(dāng)光電編碼器檢測到所走的步距后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥控制氣缸推動(dòng)物塊到相應(yīng)的物料槽中。 4.各傳感器依

49、次分別為：電感傳感器可檢測出鐵質(zhì)物塊；電容傳感器可檢測出金屬物塊；顏色傳感器可檢測出不同的顏色，且色度可調(diào)。當(dāng)鐵質(zhì)物塊經(jīng)過第1傳感器時(shí)被分揀出，當(dāng)鋁質(zhì)物塊經(jīng)過第2傳感器時(shí)被分揀出，非金屬物塊中的某一顏色在過第3個(gè)傳感器時(shí)被分揀出。 5.擴(kuò)展功能：故障報(bào)警功能。一旦氣缸失?；騻鞲衅黛`敏度有變時(shí)，很容易造成氣缸在收回時(shí)把物料夾住而導(dǎo)致分揀系統(tǒng)無法正常分揀接下來的物料。為此，加入故障報(bào)警功能。當(dāng)此類現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，傳送帶會(huì)立即停止，不再進(jìn)行輸送物料（在客觀條件允許情況下可加入蜂鳴器作為報(bào)警器，當(dāng)傳送帶停止時(shí)間過長時(shí)，蜂鳴器會(huì)立即工作實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能）。 4.1.4.2主程序的設(shè)計(jì) 根據(jù)控制程序要求，本

50、設(shè)計(jì)軟件部分的主程序設(shè)計(jì)步驟如下： 1.高速計(jì)數(shù)器初始化 在本次設(shè)計(jì)中，為了更加精確的實(shí)現(xiàn)分揀功能，需要加入高速計(jì)數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，在定義好高速計(jì)數(shù)器的相關(guān)信息后，要考慮的問題就是如何調(diào)用子程序。首先，要考慮到在一開始執(zhí)行程序時(shí)，就必須使高速計(jì)數(shù)器有效，因此，使用SM0.1指令，在程序一開始執(zhí)行時(shí)就調(diào)用一次子程序。其次，在程序運(yùn)行過程中也需要不斷調(diào)用高速計(jì)數(shù)器并將其初始化，為了使程序更加有條不紊的工作，在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)1個(gè)流程后，就需調(diào)用1次高速計(jì)數(shù)器，使其重新載入預(yù)置值和當(dāng)前值，防止因高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值一直增長致使運(yùn)行混亂。 相應(yīng)程序梯形圖如下： 圖4.3 調(diào)用高速計(jì)數(shù)器梯形圖

51、 2.傳送帶的運(yùn)行和停止 在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是控制傳送帶的運(yùn)行和停止。首先，傳送帶的運(yùn)行必須是在出料氣缸處于回位狀態(tài)時(shí)，因?yàn)楫?dāng)物料被打出時(shí)，必須要保證物料能夠平穩(wěn)的進(jìn)入傳送環(huán)節(jié)，以防在輸送過程中從傳送帶上掉落下來，影響分揀效果。其次，如果在物料槽中沒有物料，那么為了避免資源浪費(fèi)，在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)完相應(yīng)的流程后，傳送帶自動(dòng)停止。在分揀系統(tǒng)出現(xiàn)意外時(shí)，為了避免更大的損失，則使傳送帶立即停止，方便檢修人員及時(shí)檢修。 在設(shè)計(jì)過程中，考慮到電機(jī)應(yīng)該是有料時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，無料時(shí)停止，這樣就需要有1個(gè)相應(yīng)的開關(guān)對其進(jìn)行控制。我考慮到在無料情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)流程后電機(jī)停止，在此說明一下，我設(shè)定

52、55個(gè)脈沖信號為1個(gè)檔位，7個(gè)檔位為1個(gè)流程，則檔位計(jì)數(shù)器的開關(guān)應(yīng)作為電機(jī)停止的條件，只有在檔位數(shù)等于7時(shí)傳送帶才會(huì)停止，因此，選擇該計(jì)數(shù)器的常閉開關(guān)?？紤]到物料庫中有料時(shí)則電機(jī)幾乎保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此在該計(jì)數(shù)器的設(shè)定上要適時(shí)使計(jì)數(shù)器復(fù)位并裝載新的預(yù)置值，這里我選擇了SM0.1指令、出料氣缸回位限位常開開關(guān)的上升沿和物料傳感器常閉開關(guān)的上升沿并聯(lián)到該計(jì)數(shù)器的裝載端。那么除上述以外的情況，電機(jī)就應(yīng)該都是轉(zhuǎn)動(dòng)的，為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不與出料氣缸發(fā)生沖突，選擇了出料氣缸的回位限位的常開開關(guān)作為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的條件?？紤]到如果把這些條件直接作為電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件可能會(huì)使電機(jī)因瞬間啟動(dòng)和停止而減少壽命，所以，我加入了一個(gè)

53、定時(shí)器作為緩沖，為了在視覺上達(dá)到與外部信號一致的效果，故定時(shí)器的設(shè)定值設(shè)為0.2秒。 相應(yīng)程序梯形圖如下： 圖4.4 傳送帶控制梯形圖 3.設(shè)定檔位、流程 在本次設(shè)計(jì)中首先利用卷尺和游標(biāo)卡尺測出轉(zhuǎn)軸半徑及出料處到最后一個(gè)氣缸處的距離，經(jīng)測量半徑約為22.85mm，直徑約為45.7mm，周長約為143.5mm，出料口距最后一個(gè)氣缸約為518mm?？紤]到要使物料通過所有氣缸，且不能滑出傳送帶，因此，物料在傳送帶上所走距離一定要適中。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)這一功能還需測量編碼器檢測的相鄰兩個(gè)脈沖之間的距離，經(jīng)測量相鄰兩脈沖距離約為1.4mm。經(jīng)計(jì)算，物料從出口到最后一個(gè)氣缸約需370個(gè)脈

54、沖。由于編碼器分辨率為100P/R，故需要分幾個(gè)檔位來完成這項(xiàng)功能。經(jīng)分析，物料應(yīng)過最后一處氣缸位置且不滑出軌道，所以選擇385個(gè)脈沖作為物料的行走距離，在0到100范圍內(nèi)，能整除385的第1個(gè)整數(shù)便是55，因此，選擇55個(gè)脈沖作為一個(gè)檔位，這樣便需要7個(gè)這樣的檔位來完成一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)流程實(shí)現(xiàn)上述功能。 相應(yīng)程序梯形圖如下： 圖 4.5 檔位設(shè)計(jì)梯形圖 4.物料的出庫及分揀 此環(huán)節(jié)是此次設(shè)計(jì)的重中之重，是實(shí)現(xiàn)分揀功能的根本保證。首先，在物料傳感器檢測到有物料存在時(shí)，且在此之前物料槽中沒有物料，那么5秒鐘后物料將被打出。若放入連續(xù)的物料，則物料之間每隔0.5秒打出1個(gè)。然后，在

55、分類入庫方面，當(dāng)傳感器有檢測信號時(shí)，計(jì)數(shù)器對脈沖開始計(jì)數(shù)，達(dá)到5個(gè)脈沖后，相應(yīng)氣缸開始動(dòng)作，并完成分揀、入庫。 出庫設(shè)計(jì)，首先考慮相鄰物料的出庫間隔以及氣缸動(dòng)作間隔，可用檔位距離作為這個(gè)間隔的距離，為了充分利用資源，只有在物料庫中有料時(shí)出料氣缸才每隔1個(gè)檔位動(dòng)作1次，選擇有料傳感器的常開開關(guān)作為限制開關(guān)。關(guān)于氣缸動(dòng)作限制，僅當(dāng)氣缸不處于動(dòng)作限位時(shí)，此氣缸動(dòng)作才能生效，因此，選擇該氣缸動(dòng)作限位的常閉開關(guān)來限制，考慮到系統(tǒng)不應(yīng)具備記憶功能，我又加入1個(gè)定時(shí)器來及時(shí)切斷能流，通過反復(fù)試驗(yàn)得知，設(shè)定時(shí)間過長定時(shí)器就會(huì)失去意義，過短氣缸則不能工作到位，大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)設(shè)定時(shí)間為0.5秒時(shí)為最佳時(shí)間間隔

56、。 分揀入庫設(shè)計(jì)，由于在硬件分布中，氣缸與傳感器之間存在一定距離，這就需要1個(gè)計(jì)數(shù)器來測量這段距離的脈沖數(shù)，經(jīng)多次操作得出，傳感器與氣缸之間間距5個(gè)脈沖，故計(jì)數(shù)器設(shè)定值為5，用計(jì)數(shù)脈沖的上升沿連接輸入端。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值，氣缸就動(dòng)作。但考慮到只要傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)有脈沖不斷產(chǎn)生，所以，計(jì)數(shù)器的裝載端應(yīng)用一個(gè)具有置位功能的開關(guān)控制，這樣就需要設(shè)置1個(gè)存儲(chǔ)器，為了更好的控制計(jì)數(shù)器，利用存儲(chǔ)器的常閉開關(guān)控制其是否可用，由于傳感器有檢測信號，才能使得計(jì)數(shù)器工作，故利用相應(yīng)傳感器信號的上升沿控制，此外，考慮到氣缸的限位關(guān)系，又加入M4.0、I0.0作為限制條件，與出料氣缸相似，為使之不具記憶功能，加入定

57、時(shí)器，經(jīng)試驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證，設(shè)定0.4秒為最佳間隔時(shí)間。 相應(yīng)程序梯形圖如下： 圖4.6 物料分揀入庫部分梯形圖 5.報(bào)警保護(hù) 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)除了具備分揀的功能外，還應(yīng)具備報(bào)警保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，能及時(shí)保護(hù)系統(tǒng)并報(bào)警，以避免更大的損失。 由于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益問題，加入報(bào)警保護(hù)功能。考慮到如果氣缸工作異常，那么氣缸所在的位置既不在回位限位又不在動(dòng)作限位，同時(shí)，考慮到氣缸的動(dòng)作時(shí)間在0.4秒以內(nèi)，因此，加入定時(shí)器且設(shè)定值為4，即氣缸在兩個(gè)限位之間0.4秒內(nèi)屬正常情況，又考慮到不影響后面物料的分揀，所以利用此定時(shí)器的常閉開關(guān)控制傳送帶停止。

58、 相應(yīng)程序梯形圖如下： 圖4.7 報(bào)警保護(hù)功能梯形圖 4.1.4.3初始化子程序的設(shè)計(jì) 由于在本次設(shè)計(jì)中中斷事件產(chǎn)生的速率遠(yuǎn)低于高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率，用高速計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)精確的告訴控制，而不會(huì)延長PLC的掃描時(shí)間。因此，我選擇了高速計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)這一功能，為防止程序混亂，將其作為子程序。 但是還要考慮到選擇高速計(jì)數(shù)器號和模式等設(shè)置問題。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要，考慮到在實(shí)現(xiàn)功能的前提下盡可能的避免高速計(jì)數(shù)器占用過多的輸入點(diǎn)，于是，我選用了高速計(jì)數(shù)器3。因?yàn)榇擞?jì)數(shù)功能沒有外部控制方向的輸入信號，只是由內(nèi)部控制計(jì)數(shù)方向，只作單向增或減計(jì)數(shù)且只用到1個(gè)計(jì)數(shù)輸入端。因此，我采用1個(gè)內(nèi)部方向控制

59、的單向增/減計(jì)數(shù)器即采用模式0。 只定義上述兩項(xiàng)是不夠的，還需要定義高速計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值。預(yù)置值和當(dāng)前值都是有符號的雙字整數(shù)。為了向高速計(jì)數(shù)器裝入新的預(yù)置值和當(dāng)前值，必須先設(shè)置控制字節(jié)，并把預(yù)置值和當(dāng)前值存入特殊存儲(chǔ)器中，然后執(zhí)行HSC指令，才能將新的值傳送給高速計(jì)數(shù)器。每個(gè)計(jì)數(shù)器所對應(yīng)的特殊存儲(chǔ)器如下： 表4.2高速計(jì)數(shù)器的尋址 高速計(jì)數(shù)器號 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 新當(dāng)前值（僅裝入） SMD38 SMD48 SMD58 SMD138 SMD148 SMD158 新預(yù)置值（僅裝入） SMD42 SMD52 S

60、MD62 SMD142 SMD152 SMD162 當(dāng)前計(jì)數(shù)值（僅讀出） HC0 HC1 HC2 HC3 HC4 HC5 每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有1個(gè)控制字節(jié)，其中，我所選取的HSC3也不例外，它的控制字節(jié)是SMB137，在HSC3中，SM137.0～SM137.2為缺省位，SM137.3 為計(jì)數(shù)方向控制位：0=減計(jì)數(shù)，1=增計(jì)數(shù)；SM137.4為允許更新計(jì)數(shù)方向：0=不更新，1=更新計(jì)數(shù)方向； SM137.5為向HSC中寫入預(yù)置值：0=不更新，1=更新預(yù)置值；SM137.6 為向HSC中寫入新的當(dāng)前值：0=不更新，1=更新當(dāng)前值；SM137.7為HSC允許：0=禁止，1=允許

61、。 由于在本設(shè)計(jì)中高速計(jì)數(shù)器的執(zhí)行任務(wù)是對編碼器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此，需要允許高速計(jì)數(shù)器工作并采用增計(jì)數(shù)功能計(jì)數(shù)即SM137.3和SM137.7位為1。在程序運(yùn)行中，為了使程序不發(fā)生混亂，需要多次進(jìn)行高速計(jì)數(shù)器初始化，因此，允許更新此高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向、預(yù)置值、當(dāng)前值即SM137.4～6位均設(shè)置為1。 經(jīng)歸納，使用高速計(jì)數(shù)器時(shí)，可按以下步驟進(jìn)行： （1）選擇計(jì)數(shù)器及工作模式。 （2）設(shè)置控制字節(jié)。 （3）執(zhí)行HDEF指令。 （4）設(shè)定當(dāng)前值和預(yù)設(shè)值。 （5）設(shè)置中斷事件并全局開中斷。 （6）執(zhí)行HSC指令。 4.2組態(tài)王監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 4.2.1組態(tài)王外部設(shè)

62、備定義 組態(tài)王作為一個(gè)開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC等）通過常規(guī)通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都作為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備通常包括PLC、儀表、模塊、變頻器、板卡等；外部軟件程序通常指包括DDE、OPCS等服務(wù)程序。按照計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備的通訊連接方式，則分為：串行通信（232/422/485）、以太網(wǎng)、專用通信卡（如CP5611）等。 在計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備硬件連接好后，為了實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和外部設(shè)備的

63、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，必須在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境中對外部設(shè)備和相關(guān)變量加以定義。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)我們一步步完成設(shè)備的連接。 本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和西門子S7-200通訊。 在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo)，雙擊此“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?，如圖4.1所示： 圖4.8 設(shè)備配置向?qū)? 在上述對話框選擇西門子的“S7-200”的“PPI”項(xiàng)后單擊“下一步”彈出對話框，為設(shè)備取一個(gè)名稱為PLC，如圖4.2所示： 圖4.9邏輯名稱 單擊“下一步”彈出連接串口對話框，為設(shè)備選擇連接的串口為COM1，如圖4

64、.3所示： 圖4.10選擇串口號 單擊“下一步”彈出設(shè)備地址對話框，在連接現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，設(shè)備地址處填寫的地址要和實(shí)際設(shè)備地址完全一致，此處填寫設(shè)備地址為2，如圖4.4所示； 圖4.11設(shè)備地址設(shè)置 單擊“下一步”彈出通訊參數(shù)對話框，設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)（一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可）如圖4.5所示； 圖4.12通信參數(shù) 其中，嘗試恢復(fù)間隔：當(dāng)組態(tài)王和設(shè)備通訊失敗后，組態(tài)王將根據(jù)此處設(shè)定時(shí)間定期和設(shè)備嘗試通訊一次；最長恢復(fù)時(shí)間：當(dāng)組態(tài)王和設(shè)備通訊失敗后，超過此設(shè)定時(shí)間仍然和設(shè)備通訊不上的，組態(tài)王將不再嘗試和此設(shè)備進(jìn)行通訊，除非重新啟動(dòng)運(yùn)行組態(tài)王：動(dòng)態(tài)優(yōu)化：此項(xiàng)參數(shù)可以優(yōu)化

65、組態(tài)王的數(shù)據(jù)采集。 單擊“下一步”系統(tǒng)彈出信息總結(jié)對話框，檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成”，如圖4.6所示，設(shè)備定義完成后，可以在com1項(xiàng)下看到新建的設(shè)備“PLC”。 圖4.13信息總結(jié) 雙擊com1口，彈出串口通訊參數(shù)設(shè)置對話框，如圖4.7所示； 圖4.14 串口設(shè)置 4.2.2定義數(shù)據(jù)詞典 此步驟是制作中的重點(diǎn)步驟，同PLC編程一樣，在制作監(jiān)控程序之前應(yīng)首先對方案進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)地分析，確定所需要的變量及數(shù)目。在定義之前，應(yīng)充分分析和考慮所有問題，最后列出需要的所有的點(diǎn)（即變量）。在定義時(shí)根據(jù)不同點(diǎn)的作用具體設(shè)置每個(gè)點(diǎn)的類型及參數(shù)。 在“工程瀏覽器”窗口的

66、左側(cè)選擇數(shù)據(jù)詞典，雙擊右側(cè)的“新建…”進(jìn)入“定義變量”頁，創(chuàng)建變量。所不同的是根據(jù)定義變量類型的不同在下面會(huì)有不同的設(shè)置和選項(xiàng)。 材料分揀實(shí)物模型輸入輸出端子分配及監(jiān)控程序的內(nèi)部變量，設(shè)置了如表4.1 中的點(diǎn)。 表4.3變量分配 變量名 變量類型 ID 連接設(shè)備 寄存器 數(shù)據(jù)類型 輸送帶電機(jī)流動(dòng) 內(nèi)存整型 25 —— —— —— 輸送帶電機(jī)流動(dòng)1 內(nèi)存整型 26 —— —— —— 旋轉(zhuǎn)指示 內(nèi)存整型 42 —— —— —— 旋轉(zhuǎn)指示1 內(nèi)存整型 43 —— —— —— 旋轉(zhuǎn)指示2 內(nèi)存整型 44 —— —— —— 旋轉(zhuǎn)指示3 內(nèi)存整型 45 —— —— —— 光電編碼器 IO整型 27 PLC V20 SHORT 下料氣缸動(dòng)作次數(shù) IO整型 46 PLC V40 SHORT 金屬物料分揀數(shù) IO離散 47 PLC V60 SHORT 鐵質(zhì)物料分揀數(shù) IO離散 48 PLC V50 SHORT 金屬物料分揀數(shù) IO離散 49