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28、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 論文題目： 材料分揀PLC控制裝置 系 部：XXXXXXXX

29、系 專 業(yè)：XXXXXXXXXX 班 級(jí)：XXXX級(jí)XX班 學(xué)生姓名：X X X 學(xué) 號(hào)：XXXXXXXXXXX 指導(dǎo)老師： X X 20XX年XX月XX日 I 摘 要 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì),具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn),因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣

30、泛。本文主要講述PLC在材料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器(PLC),設(shè)計(jì)成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。以PLC為主控制器,結(jié)合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動(dòng)分揀。系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn),可根據(jù)不同對(duì)象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 關(guān)鍵詞:可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器目錄 I I 目 錄 摘 要 I 緒 論 1 第1章 材料分揀機(jī)系統(tǒng)硬件介紹 4 1.1系統(tǒng)中硬件簡介 4 1.1.1可編程控制器PLC 4 1.1.2 PLC的種類 5 1.1.3 PLC種類及型號(hào)選擇 6

31、 1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)及傳送帶 7 1.3 換向器介紹 10 1.4傳感器介紹及其原理 11 1.4.1顏色傳感器 11 1.4.2傳感器介紹及其工作原理 13 第2章 系統(tǒng)介紹與軟件分析 16 2.1材料分揀系統(tǒng)介紹 16 2.2材料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 16 2.3材料分揀系統(tǒng)分析 16 2.3.1設(shè)計(jì)思路 16 2.3.2 系統(tǒng)軟件流程圖 18 第3章 課題研究的方法和手段 20 3.1 硬軟件比較 20 3.2 PLC的特點(diǎn)及功能 20 3.2.1 PLC的優(yōu)點(diǎn) 20 3.2.2 PLC的缺點(diǎn) 20 3.2.3 PLC的功能 20 3.3 PLC控制

32、系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 21 第4章 結(jié)果和討論 23 4.1 PLC控制材料分揀裝置的硬件設(shè)計(jì) 23 4.2 程序設(shè)計(jì) 24 4.3 PLC的軟件設(shè)計(jì) 26 4.4 PLC調(diào)試過程及分析 27 第5章 展望 29 致 謝 31 附 件 32 1.指令表 33 2.梯形圖 35 緒 論 1.材料分揀的發(fā)展 自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automatic sorting system)是先進(jìn)配送中心所必需的設(shè)施條件之一。它具有很高的分揀效率，

33、通常每小時(shí)可分揀商品6000~12000箱，可以說，自動(dòng)分揀機(jī)是提高物流配送效率的一項(xiàng)關(guān)健因素。它是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。 2.自動(dòng)分揀機(jī)介紹 自動(dòng)分揀機(jī)是自動(dòng)分揀系統(tǒng)的一個(gè)主要設(shè)備。它本身需要建設(shè)短則40~50米，長則150~200米的機(jī)械傳輸線，還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大（動(dòng)輒20000平方米以上），而且還要建3~4層樓高的立體倉庫和各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施（如叉車）與之相匹配，這項(xiàng)巨額的先期投入通常需要花10~20年才能收回。 3.系統(tǒng)的作

34、業(yè)過程 流中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過各種運(yùn)輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時(shí)間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，將這些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)（如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺(tái)等），同時(shí)，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時(shí)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)從龐大的高層貨存架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送地點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中，以便裝車配送。 自動(dòng)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組成。 控制裝置的作用是識(shí)別、接收和處理分揀信號(hào)，根據(jù)分揀

35、信號(hào)的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點(diǎn)或按貨主的類別對(duì)商品進(jìn)行自動(dòng)分類。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測(cè)、語音識(shí)別、高度檢測(cè)及形狀識(shí)別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去根據(jù)對(duì)這些分揀信號(hào)判斷，來決定某一種商品該進(jìn)入哪一個(gè)分揀道口。 分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號(hào)的商品經(jīng)過該裝置時(shí)，該裝置動(dòng)作，使改變?cè)谳斔脱b置上的運(yùn)行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)入分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對(duì)分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 輸送裝置的

36、主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī)，其主要作用是使待分揀商品貫通過控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機(jī)（或主傳送帶）以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。 分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺(tái)，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲(chǔ)存，或是組配裝車并進(jìn)行配送作業(yè)。 以上四部分裝置通過計(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)完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。 4.材料分揀系統(tǒng)的意義 二次大戰(zhàn)以后，自動(dòng)分揀系統(tǒng)逐漸開始在西方發(fā)達(dá)國家投入使用，成為發(fā)達(dá)國

37、家先進(jìn)和物流中心，配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一。 1.能連續(xù)、大批量地分揀貨物由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多，它可以連續(xù)運(yùn)行100個(gè)小時(shí)以上，每小時(shí)可分揀7000件包裝商品，如用人工分揀則每小時(shí)只能分揀150件左右，同時(shí)分揀人員也不能在這種勞動(dòng)強(qiáng)度下連續(xù)工作8小時(shí)。 2.分揀誤差率極低自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制，如果采用人工鍵盤或語音識(shí)別方式輸入，則誤差率在3%以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印

38、刷本身有差錯(cuò)，否則不會(huì)出錯(cuò)。因此，目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識(shí)別貨物。 3.分揀作業(yè)基本實(shí)無人化 國外建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達(dá)自動(dòng)分揀線的進(jìn)貨端時(shí)，由人工接貨，由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行，分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進(jìn)行集載、裝車，自動(dòng)分揀系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護(hù)。 如美國一公司配送中心面積為10萬平方米左右，每天可分揀近40萬件商品，僅使用400名左右員工，自動(dòng)分揀線做到了無人化作業(yè)。 對(duì)于

39、分揀系統(tǒng)的應(yīng)用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本等方而來考慮。 但因分揀系統(tǒng)其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，因此，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。對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍。在引進(jìn)和建設(shè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)時(shí)一定要考慮以下條件：自動(dòng)分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大，其本身需要建設(shè)短則40~50米，長則150~200米的機(jī)械傳輸線，還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動(dòng)輒2萬平方米以上，而且一般自動(dòng)分揀系統(tǒng)都建在自動(dòng)主體倉

40、庫中，這樣就要建3~4層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個(gè)現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。 它對(duì)商品外包裝要求也很高，自動(dòng)分揀機(jī)只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行分揀，因此為了使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，可以采取二條措施：一是推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標(biāo)準(zhǔn)；二是根據(jù)所分揀的大部分商品的統(tǒng)一的包裝特性定制特定的分揀機(jī)。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制特寫的分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，

41、并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。 第1章 材料分揀機(jī)系統(tǒng)硬件介紹 1.1 系統(tǒng)硬件介紹 1.旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。 傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí)，發(fā)出信號(hào)到PLC，以進(jìn)行分揀，也可用來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)選用E6A2—CW5C旋轉(zhuǎn)編碼器。 2.電容傳感器 電容傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測(cè)

42、物體本身，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(cè)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)的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)非金屬物料，選用E2K—X8ME1電容傳感器。 3.電感傳感器 電感式傳感器也屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關(guān)，用來檢測(cè)金屬物體。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)生電磁場的振蕩感應(yīng)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)震蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通和斷，選用M18X1X40電感傳感器。 4.顏色傳

43、感器 選用OMRON公司生產(chǎn)的，型號(hào)為E3S—VS1E4顏色傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，可檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 5.步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 1.1.1 可編程控制器PLC 可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器乘坐可編程邏輯控制器（Personal Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝

44、置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Programmable Logic Controller）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展

45、起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代~90年代中期，是PLC發(fā)展

46、最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 1.1.2 PLC的種類 目前，在我國PLC的分類還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)性能和應(yīng)用范圍可將其進(jìn)行如下分類。 1.按性能分類 根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型

47、二類。 小型PLC又稱低檔PLC，它的I/O點(diǎn)數(shù)小于128點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器容量小于4K字，功能簡單，以開關(guān)量控制為主，可實(shí)現(xiàn)條件控制、順序控制、定時(shí)記數(shù)控制。適用于單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程。中型PLC又稱中檔PLC，它的I/O點(diǎn)數(shù)在128~512點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量為4K~8K字，功能比較豐富、兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，具有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、通信聯(lián)網(wǎng)和PID調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。 大型PLC又稱高檔PLC，它的I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字以上，控制功能完善，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)

48、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。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 2.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。整體式PLC是將CPU、存儲(chǔ)單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。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。小型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。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。可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的控制要求建立模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。這種PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，配置靈活方便，易于擴(kuò)展。大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。 3.按應(yīng)用范

49、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。通用型PLC作為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制裝置可在各個(gè)領(lǐng)域使用，而專用型PLC是為了某類控制要求專門設(shè)計(jì)的PLC，如數(shù)控機(jī)床專用型、鍋爐設(shè)備專用型、報(bào)警監(jiān)視專用型等。由于應(yīng)用的專一性，使其控制質(zhì)量大大提高。 圖1-1 S7-200PLC圖示 1.1.3 PLC種類及型號(hào)選擇 PLC種類較多，主要有西門子（如圖1-1）、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。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

50、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)用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號(hào)為：西門子公司的S7-200系列CPU226 型PLC，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。S7-200系列是西門子公司PLC家族中比較先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。由于S7-200系列

51、具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。該型號(hào)PLC有24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。 1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)及傳送帶 1.2.1 電動(dòng)機(jī)的介紹 電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，種類繁多。我們一般的是根據(jù)電機(jī)的分類來區(qū)別電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用于交易。電動(dòng)機(jī)詳細(xì)分類如下： 1.按工作電源種類劃分 可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。 有刷直流電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直

52、流電動(dòng)機(jī)。 電磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。 永磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 圖1-2 三相異步電動(dòng)機(jī)及其一些指數(shù) 其中交流電機(jī)還可分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。 2.按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分 可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可劃分：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分：三相異步電動(dòng)機(jī)(如圖1-3、1-4所示)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。 圖1-3 三相籠型異步

53、電動(dòng)機(jī) 3.按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類 電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。 4.按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電

54、磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 （1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-4是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。 圖1-4 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖 開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒

55、和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖1-5.a、b、c所示： 圖1-5 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 （2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一

56、起． 可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)，可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號(hào)為42BYGH101。 5.換向器介紹 交流換向器電動(dòng)機(jī)可劃分：單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩

57、極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 1.3 傳送帶的簡介及分類 17世紀(jì)中，美國開始應(yīng)用架空索道傳送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1868年，在英國出現(xiàn)了皮帶式式傳送帶輸送機(jī)；1887年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905年，在瑞士出

58、現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，傳送帶輸送機(jī)受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。 具有牽引件的傳送帶一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用傳送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，以保證傳送帶

59、正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。具有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：被運(yùn)送物料裝在與牽引件連結(jié)在一起的承載構(gòu)件內(nèi)，或直接裝在牽引件(如輸送帶)上，牽引件繞過各滾筒或鏈輪首尾相連，形成包括運(yùn)送物料的有載分支和不運(yùn)送物料的無載分支的閉合環(huán)路，利用牽引件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)輸送物料。這類的傳送帶設(shè)備種類繁多，主要有帶式輸送機(jī)、板式輸送機(jī)、小車式輸送機(jī)、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、刮板輸送機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、懸掛輸送機(jī)和架空索道等。沒有牽引件的傳送帶設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成各不相同，用來輸送物料的工作構(gòu)件亦不相同。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或利用介質(zhì)在管道中的流

60、動(dòng)使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)?，輥?zhàn)幼餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以沿料槽推送物料；振動(dòng)輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以輸送置于其中的物料等。本設(shè)計(jì)選用的是帶式輸送機(jī)。 1.4 傳感器介紹及其原理 1.4.1 顏色傳感器 將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器。 顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果。一個(gè)新型傳感器能敏銳的察覺到顏色變化有助于線工人正確的分辨出會(huì)所，銀色等問題。顏色傳感

61、器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果。將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色的機(jī)器我們稱之為顏色傳感器。顏色傳感器一直用裝配線來檢測(cè)特定的組件。顏色傳感器的挑戰(zhàn)是檢測(cè)微妙差異相似或高度反光的顏色。例如,金屬涂料在汽車工業(yè)中使用很難區(qū)分灰度的顏色或黃金。匹配組件這是重要的,如鏡子的身體或保險(xiǎn)杠都離不開傳感器協(xié)助。此外,顏色傳感器通過數(shù)量有限的顏色可以檢測(cè)，并通過他們有限的能力迅速改變?cè)O(shè)置或處理多個(gè)顏色。電子技術(shù)的發(fā)展,光學(xué),軟件促進(jìn)顏色傳感器發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)使得更敏感的傳感器,可以忽略光澤和區(qū)別出微妙的色

62、調(diào)?，F(xiàn)在可以調(diào)整方便靈活的制造和精確的色彩校正。一個(gè)典型的顏色傳感器具有高強(qiáng)度白光LED,光在目標(biāo)項(xiàng)目調(diào)制。反射從目標(biāo)是分析的成分紅,綠,藍(lán)(RGB)值和強(qiáng)度。此信息用于驗(yàn)證正確的部分現(xiàn)在和組裝,準(zhǔn)確控制制成品的顏色。在一個(gè)典型的應(yīng)用程序中,機(jī)器操作員持有一個(gè)顏色樣本在前面的傳感器,編程它對(duì)這個(gè)特定顏色相匹配。這個(gè)過程期間及之后,運(yùn)營商可能會(huì)注意到匹配失敗涉及色彩略暗或略輕,但仍在可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。操作員然后重組傳感器與更廣泛的高/低設(shè)置點(diǎn)和通過試錯(cuò)過程建立理想的范圍。如果傳感器有多個(gè)通道,它可以被編程來識(shí)別多種顏色一個(gè)顏色在每個(gè)頻道,每個(gè)頻道信號(hào)是一個(gè)離散報(bào)警輸出。這一技術(shù)使簡單的顏色識(shí)別或

63、匹配,比如排序或部分識(shí)別功能,通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)是足夠的。下一代顏色傳感器提供三個(gè)額外的輸出表示RGB顏色值。好處包括更多的智能控制的制造。在實(shí)踐中,傳感器輸出原始RGB讀數(shù)為模擬信號(hào)。模擬信號(hào)更適合通信,因?yàn)閿?shù)字讀數(shù)為三個(gè)渠道將超過每150µs吞吐量限制典型的串行協(xié)議。一個(gè)傳感器可以將原始RGB信號(hào)模擬與10位分辨率將輸出5mV的每個(gè)1023步。如果顏色變化的原因是無法輕易地發(fā)覺或者如果沒有顯示可用,模擬RGB信號(hào)可以數(shù)字化和美聯(lián)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這允許全面的變化趨勢(shì),分析傳感器讀數(shù)。一些傳感器提供一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)模式原始數(shù)字讀數(shù)。 色標(biāo)傳感器工作原理：色標(biāo)傳感器對(duì)各種標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)，即使

64、是背景顏色有著細(xì)微的差別的顏色也可以檢測(cè)到，處理速度快。自動(dòng)適應(yīng)波長，能夠檢測(cè)灰度值的細(xì)小差別，與標(biāo)簽和背景的混合顏色無關(guān)。顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果。 1.4.2 傳感器介紹及其工作原理 1.傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。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)、

65、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種： （1）按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。 （2）按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 （3）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“1”和"0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 2.傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和

66、時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 3.傳感器的動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。 傳感器的線性度。 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合