基于plc的自动控制分拣系统的设计

基于plc的自动控制分拣系统的设计内容摘要：

瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。 12 颜色传感器 选用 TAOS公司生产的，型号为 TCS230颜色传感器。 此传感器为 RGB(红绿蓝 ) 颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。 TCS230传感器引脚如图 27所示 图 27 TCS230颜色传感器 RGB 颜色传感器介绍： TCS230 是美国 TAOS 公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器。 该传感器具有分辨率高、可编程的颜色 选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为 数字量，可直接与微处理器连接。 它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的 CMOS 电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝 (RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的 RGB 彩色传感器。 TCS230 的输出信号是数字量，可以驱动标准的 TTL 或 CMOS 逻辑输入，因此可直接与微处理器或其它逻辑电路相连接。 由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道 10 位以上的转换精度，因而不再需要 A/D 转换电路，使电路变得更简单。 TCS230 采用 8 引脚的 SOIC 表面贴装式封 装，在单一芯片上集成有 64 个光电二极管。 这些二极管共分为四种类型。 其中 16 个光电二极管带有红色滤波器， 16 个光电二极管带有绿色滤波器， 16 个光电二极管带有蓝色滤波器，其余 16 个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。 这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光幅射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16 个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。 工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。 该传感器的典型输出频率范围从 2Hz~500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择 100%、20%或 2%的输出比例因子，或电源关断模式。 输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。 当入射光投射到 TCS230 上时，通过光电二极管控制引脚 S S3 的不同组合， 13 可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波 (占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚 S0、S1 选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。 S0、 S1 用于选择输出比例因子或电源关断模式； S S3 用于选择滤波器的类型； OE 是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号； OUT 是频率输出引脚， GND 是芯片的接地引脚， VCC 为芯片提供工作电压。 表 2 是 S0、 S1 及 S S3 的可用组合。 表 2 S0、 S1 及 S S3 的组合选项 S0 S1 输出频率定标 S2 S3 滤波器类型 L L 关断电源 L L 红色 L H 20% L H 蓝色 H L 20% H L 无 H H 100% H H 绿色 光电传感器 光电传感器 是一种小型电子设备， 它可以检测出其接收到的光强的变化。 用来检测 物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器， 接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。 在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。 这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。 本系统选用 FPG 系列小型放大器内藏型光电传感器。 原理如图 28 所示，其中负载可接至 PLC。 图 28 FPG 光电传感器原理图 光电传感器介绍：光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。 光电传感器采用光电元件作为检 测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件 3 部分组成。 光电传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。 它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多。 传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。 近年来 ,随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规 14 格的产品，它在机电控制、计算机、国防科技等方 面的应用都非常广泛。 步进电机 步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起。 可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 同 时，可以通过控制脉冲频率来控制材料分拣装置的可编程控制系统控制电机转动的速度，达到调速的目的。 步进电机选用的型号为 42BYGH101。 15 第 3章 控制系统的软件设计 软件设计是 PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。 控制系统流程图设计 根据系 统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，如图 31所示。 图 31 控制系统流程图 该系统可选择连续或单次运行工作状态。 若为连续运行状态，则系统软件设计流程图中的汽缸 4 动作后，程序再转到开始。 若为单次运行，则汽缸 4 动作后停机。 如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可。 应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能。 用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离， 16 实现定位功能。 定位时，电机停 转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理。 在汽缸 1～ 3 动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数。 如果相应的传感器没有检测到物体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续 运行到下一位置。 如果只对材料的某一特性进行分拣，比如只分拣金属和非金属，则只需对传感器的安放或程序进行修改即可。 控制系统程序设计 根据所绘流程图，在 STEP7Micro/WIN40软件中编写梯形图程序。 程序清单见附录。 此指令为高速脉冲输出指令，当使能端输入有效时，检测用程序设置的特殊功能寄存器位，激活 由控制位定义得脉冲操作，从 此指令为高速计数器定义指令，使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式。 高速计数是用来累计比 PLC扫描频率更高的脉冲输入 此指令为高速计数器指令，使能输入有效时，根据高速计数器 特殊存储器位的状态，并按照 HDEF指令指定的模式，设置高速计数器并控制其工作。 17 下面对所编写梯形图作简要的介绍： （ 1） 以上为主程序，首先 ， ，为之后电动机得电做好准备，。 当 PLC处于 RUN模 式时， ， 复位清零，并调用子程序。 18 （ 2） 以上为子程序中的高速脉冲指令，该程序先将控制脉冲指令的特殊功能寄存器进行初始化，然后当 （下料传感器）检测到有料时 ，启动 PLS（脉冲输出）指令；如果 ，启动定时器 T30，延时 30秒自动停机。 19 （ 3）以上为子程序中的高速计数指令，首先进行高速计数指令的初始化操作，当电机旋转时，带动光电码盘发出脉冲，并输入 PLC的接收端，由高速计数指令进行计数，计算步进电机转过的步数，进行定位控制。 其中设定 预置值为 50， 当计数至 50时，调用中断程序。 20 21 （ 4） 以上为中断程序，当高速计数指令计数至预置值时，这时物料移动至传感器的位置， ，导致高速脉冲输出停止，步进电机停转。 由于汽缸动作需要 1秒，让电机停转一秒后继续运转。 当物料被相应的传感器检测中后，相应的汽缸动作，将物料推下。 ， ， ， ， ，初始状态为闭合， ， ， ， ， ，初始状态为关断。 汽缸动作时，回位限位开关关断，到达动作限位开关时，动作 限位开关闭合。 22 第 4章 控制系统的调试 在 PLC软硬件设计完成后，应进行调试工作。 因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方，因此在将 PLC连接到现场设备之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 另外，一些硬件如传感器等，在使用前，也需事先调试好。 硬件调试 1． 电感传感器的调试 在电感传感器下方的传送带上，放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。 2． 电容传感器的调试 在电容 传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。 3． 颜色传感器的调试 通电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红绿（或蓝）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。 （注：顺时针旋转检测色温向低端移动，否则反之） 软件调试 将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到 PLC中。 刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。 为了及时 发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将 PLC的输出接到设备上。 按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。 23 整体调试 将设备接入 PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。 24 结 论 物料分拣采用可编程控制器 PLC 进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误 差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。 而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。 同时，只要根据不同的分拣对象，对本系统稍加修改即可实现求。 本系统采用的可编程控制器，只要结合不同的传感器，比如根据材料的属性、尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器，就可对不同的物料进行分拣，具有广泛的应用前景。 25 展 望 毕业设计是一个大学生总结自己在大学的三年里 究竟学到了些什么的最好的办法 ， 用心把它做好是每一个即将毕业的大学生的责任，也是对自己的能力与水平的一个挑战。 同时也为自己的大学生活画上一个圆满的句号。 因此我必须用心的把它做的尽可能的完好。 毕竟，它和平时的课程设计不一样。 历时近一个半月的毕业设计即将结束，虽说时间并不是很长，但也就是在这极短的时间内，我在；PLC 方面有了一个很大的提高，学到了很多东西。 三年的大学生活在忙碌与嬉戏之中已经悄然接近尾声，三年以来，我们学到了什么知识，这次设计就是检验我们的时候了，也只有通过这次毕业设计来证实我们的能力了。 毕业设计 所要求知识的综合性较高，各方面都要用到一点，但是我的知识是不能达到这样的水平，在设计的过程中遇到了很多困难，但我们在困难面前并没有低头认输，而是通过各种方法来解决。 方法之一就是我们在平时里没有注意到的自学能力。 通过这次设计，培养了自己的自学能力，为以后的继续学习也奠定了一定的基础。 当然一个好的毕业设计并不是一个人所能完成的，它需要一个团体，而这个团体也需要有一种敢于向一切困难挑战的精神。 通过对本例的设计使我们认识到 PLC 在工业生产中的重要作用。 在本例中，使我们学习到了如何对系统进行设计，以及在元件选择方面 的许多知识。 在对系统进行设计时，必须首先了解该系统的功能和任务，在搞清楚这点以后才能对整个系统的设计方案有一个初步的认识，然后才能根据系统的需要来进行元件的选取和系统的模块化细分。 近年来随着电子技术和计算机技术应用领域不断扩大， PLC 技术已成为电子技术领域中的一个新的亮点，使 PLC 技术成为一门综合应用技术，也是电子技术发展也革新的一个潮流。 随着我们对 PLC 控制系统的认识的不断加深，相信在以后的工作和生产中我们会更加深入透彻的利用 PLC 来解决一些更加实际的问题。 26 致 谢 本论文是在老师 的悉心指导下完成的，论文从选题到写作及最后的成稿， 老师都给予了精心的指导和极大的帮助。 在此谨向尊敬的导师致以由衷的感谢和崇高的敬意。 毕业论文的这个机会，好好地总结一下我在学校所学的各门课程，将它们分化理解，合理分类，融会贯通。 也不愧三年来老师含辛茹苦的授课和课下的谆谆教导，以及同学间的团结互助。 这次毕业设计，老师给予我们许多帮助，同时也为我们指明了方向。 通过这次毕业设计，我们把以前所学都综合起来，感觉自己的水平提高很多。 我们了解到了做一个系统的基本常识，为我们以后从事技术工作打下良好的基础。 在设计的 过程中遇到许多困难，在老师的帮助下，通过查资料，把困难都一一克服。 另外我们在设计。