程成—基于plc的自动分拣系统设计

程成—基于plc的自动分拣系统设计内容摘要：

不同的速度传送 系统的控制要求 系统利用各种传感器 对待测材料进行检测并分类。 当待测物体经 机械手或其他传送机构送入传送带后，依次接受各种传感器检测。 如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料 仓中。 其控制要求有如下 几 个方面： （ 1）系统送电后， 各部分在初始位置时，需要手动启动后方可运行 （ 2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行 （ 3）有物料时， 电动机带动传送带 动作，将物料送 走 （ 4）当电感传感器检测到 金属 物料时，汽缸 1 动作 （ 5）当 光纤 传感器检测到 白色非金属 物料时，汽缸 2 动作 （ 6）当 电感传感器和光纤传感器均没有检测到，而光电传感器检测到有物料 时 ，汽缸 3 动作 （ 7） 汽缸运行应有 伸出 限位保护 （ 8） 按下停止按钮，要等到该物料分拣完成后方可停止 （ 9） 启动后，有物料就自动分拣，而分拣完成就自动停止 （ 10） 分拣时，根据检测到的不同材料，应有不同的速度运行 XXXXXX 毕业设计 4 第 2 章 控制系统的硬件设计 PLC控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对 PLC控制系统的功能要求，确定系 统所需的用户输入、输出设备，选择合适的 PLC类型，并分配 I/O点。 系统的硬件结构 设计系统的硬件结构框图，如图 21 所示。 图 21 系统的硬件结构框图 系 统关键技术 系统关键技术即分析控制系统的要求，确定 I/O点数，选择 PLC的型号，然后进行 I/O分配。 确定 I/ O 点数 根据控制要求，输入应该有 2个开关信号， 3个传感器信号，包括电感传感器、 光纤 感器。 相应地，有 3个汽缸运动位置信号，每个汽缸 的 动作 到位信号 ，共计 11 个信号。 输出包括控制电动机 以不同速度 运行的 3个发向变频器的信号 ，以及 3个控制汽缸动作的电磁阀。 共需 I/ O 点 18个，其中 11个输入， 8个输出。 PLC的选择 根据上面所确定的 I/ O点数 ， 且该材料分拣装置的控制为 开关量控制。 因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。 本系统选用西门子公司的 S7200系列 CPU224CN 型 PLC。 它有 14个输入点， 10个输出点，满足本系统的要求。 PLC的 I/O分配 根据所选择的 PLC型号，对本系统中 PLC的输入输出端子进行分配，如表 1所示 XXXXXX 毕业设计 5 表 1 材料分拣装置 PLC 输入 和输出 端子分配表 西门子 PLC(I/O) 分拣系统接口 (I/O) 备注 输 入 部 分 编码器 A相 编码器 B相 编码器 Z相 光电开关 检测有没有料 电 感 传感器 检测金属料 光纤 传感器 检测黑白色 磁性开关 1 磁性开关 2 磁性开关 3 启动按钮 停止按钮 输 出 部 分 变频器 5号端子 接通时以 15Hz运行 变频器 6号端子 接通时以 20Hz运行 变频器 7号端子 接通时以 25Hz运行 电磁阀 1 电磁阀 2 电磁阀 3 指示灯 1 准备就绪 指示灯 2 运行指示灯 指示灯 3 分拣完成指示灯 PLC输入输出接线端子图 根据表 1可以绘制出 PLC的 I/O接线图，如图 22所示 XXXXXX 毕业设计 6 图 22 S7200224CNPLC的 外形及 I/O接线图 检测元件与执行装置的选择 主要是对旋转编码器和各个传感器的选择，并对其作简要介绍。 光电式 旋转编码器 旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系统的计数器，并提供脉冲输入。 它转化为位移量， 可对传输带上的物料进行位置控制。 传 送至相应的传感器时，发出信号到 PLC，以进行分拣，也可用来控制步进电机 的转速。 本系统选用 鑫亚H38S65003224增量式 旋转编码器 ， 其组成和原理 如图 23所示。 XXXXXX 毕业设计 7 图 23 旋转编码器 的组成及 原理示意图 旋转编码器介绍：旋转编码器是用来测量转速的装置。 技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。 它分为单路输出和双路输出两种。 单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差 90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测 量转速，还可以判断旋转的方向。 编码器如以信号原理来分，可分为增量脉冲编码器（ SPC）和绝对脉冲编码器（ APC）两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 工作原理如下：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件 读取，获得四组正弦波信号组合成 A、 B、 C、 D，每个正弦波相差 90度相位差（相对于一个周波为 360度），将 C、 D信号反向，叠加在 A、 B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个 Z相脉冲以代表零位参考位。 由于 A、 B 两相相差 90度，可通过比较 A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 分辨率：编码器以每旋转 360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度 5~10000线。 信号输出 : 信号输出有正弦波（电流或电压），方波（ TTL、 HTL），集电极开路（ PNP、NPN），推拉式多种形式，其中 TTL为长线差分驱动（对称 A， A； B， B； Z， Z）， HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、 PLC、计算机， PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A、 B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、 B、 Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。 A、 A，B、 B， Z、 Z连接，由于带有对称负信号的连接，电 流对于电缆贡献的电磁场为 0，衰减最小，抗 干扰最佳，可传输较远的距离。 对于 TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达 150米。 对于 HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达 300米。 H38S65003224增量式旋转编码器的分辨率为 500线， 而本系统带动传送带的带轮半XXXXXX 毕业设计 8 径为 30mm，所以脉冲当量为 U=2π r/500= 从料口到 3号仓的距离分别为 200mm、 300mm、 400mm，所以脉冲数分别为 n1=L1/u=530 n2=L2/u=796 n3=L3/u=1061 电感 式接近开关 电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。 它由 LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。 由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。 本系统 选用LJG2A4/ZONA2电感传感器。 接线图如图 24，原理图如图 25。 图 24 LJG2A4/ZONA2型 电感传感器接线图 图 25 电感传感器工作原理图 电感传感器介绍： 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。 这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。 当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。 电感式传感器的特点是： ① 无活动触点、可靠度高、寿命长； ② 分辨率高； ③ 灵敏度高； ④ 线性度高、重复性好；⑤ 测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； ⑥ 无输入时有零位输出电压，引起测量误差； ⑦ 对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高； ⑧ 不适用于高频动态测量。 电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、XXXXXX 毕业设计 9 流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。 在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 光纤 传感器 选用 欧姆龙（ OMRON） 公司生产的，型号为 E3XNA11光纤 传感器。 此传感器为 黑白 颜色传感器，可检测目标物体对 黑白 色的反射比率，从而鉴别物体颜色。 E3XNA11传感器引脚如图27所示。