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摘要 隨著時代的變遷，工業(yè)生產(chǎn)已走入自動化的時代，各種高新技術(shù)產(chǎn)品的誕生使得一些大型設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加的簡單，而操作也更加的方便。 自動上料控制設(shè)備是一套在許多工廠或企業(yè)都能見到的設(shè)備，其功能是通過程序的控制，每個工位利用PLC完成一個動作，將工件從回轉(zhuǎn)料倉內(nèi)送出，搬運工位把工件從上料檢測工位搬回。PLC不僅可以實現(xiàn)一般的邏輯控制，還具備了包括模擬量在內(nèi)的數(shù)值處理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。PLC通信能力的增強，使得控制系統(tǒng)的配置可以更加靈活、方便。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可見的將來，是無法取代的。所以PLC成為了自動化生產(chǎn)設(shè)備不可或缺的本分。其次，傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號。在本設(shè)計中我運用了電感傳感器和光電傳感器，它們在這套設(shè)備中起到相當重要的作用，如果少了它們，就無法將數(shù)據(jù)傳給PLC。最后我主要用元件調(diào)壓過濾器、換向閥、氣缸，根據(jù)PLC 的命令完成相應(yīng)的動作，從而達到控制。 當所有的部件連接好，并經(jīng)過調(diào)式以后，設(shè)備就可以工作了。 關(guān)鍵字：PLC 傳感器 調(diào)壓過濾器 換向閥 氣缸 Abstract With the passage of time, industrial production has entered the era of automation, various high-tech products makes the birth of some large equipment structure more simple, and the operators are also more convenience. Automatic Feeding is a set of control equipment in many factories or enterprises can see the equipment, its function is to control the process through. Each station PLC completed a move to the workpiece within the silo from the Rotary donated. porters put spaces on the workpiece materials from the testing station is relocated. PLC can not only realize the general logic control, also have the analog including the numerical processing and network communications, and other functions. PLC communications capability, makes the control system configuration can be more flexible and convenient. PLC control in industrial automation in particular sequence control the position, in the foreseeable future, it is impossible to replace. Therefore, the PLC has become automated production equipment indispensable part of the job. Secondly, the sensor measurement system is a front parts, it will convert input variables for measuring signal. In this design, I used the ICP sensors and optoelectronic sensors, in this equipment plays a very important role, If they are less, we will not be able to pass on data PLC. Finally, I mainly used components Surge filters, valve, cylinder, according to the order PLC completed corresponding moves thereby achieve control. When all of the components connected well, and after tuning, the equipment can work. Keywords : PLC sensor regulator valve cylinder filters. 目 錄 第一章 緒論 …………………………………………………………………1 第二章 自動上料控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理 ……………………………2 2.1 工作桌面 …………………………………………………………2 2.2 上料工位 ………………………………………………………………3 2.3 搬運工位 ………………………………………………………………6 2.4 上料與搬運工位的聯(lián)站 …………………………………………………9 2.4.1 單站間狀態(tài)的傳送 ………………………………………………9 2.4.2 工作過程 ……………………………………………………………10 第三章 設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu) …………………………………………………11 3.1 設(shè)備元件的選用 …………………………………………………………11 3.2 傳感器的選型 ……………………………………………………………12 3.2.1 光電傳感器 …………………………………………………………13 3.2.2 電感傳感器 …………………………………………………………13 3.3 PLC的選型 ………………………………………………………………14 3.3.1 三菱 FX2N-48MT系列PLC…………………………………………16 3.4 設(shè)備軟件編程 …………………………………………………………17 3.4.1 編程 ………………………………………………………………17 3.4.2 流程圖 ………………………………………………………………21 3.4.3 程序 ………………………………………………………………24 總結(jié) ……………………………………………………………………26 參考文獻 ………………………………………………………………………27 第一章 緒 論 PLC作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機市場份額的50%，PLC將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。 在本次設(shè)計中我所設(shè)計的是自動上料控制設(shè)備，它主要是由PLC控制的，它分成了料倉工位和搬運工位兩部分。首先，電機通電時帶動料倉旋轉(zhuǎn)，工件可順著滑道依次滑下?；赖谋M頭與一個受氣缸控制的工件平臺相通，平臺旁邊裝有光電式接近開關(guān)，用來檢測有無工件到位。工件到位則工作臺上升將工件送至輸出位置，并向搬運站送出信號，同時對工件進行顏色檢測，并將顏色信號向搬運站送出。搬運站檢測到信號后機械手到上料檢測站抓取工件，同時將顏色信號往后送出。設(shè)備的工藝好壞，功能的大小或多或少會給流量控制系統(tǒng)帶來影響，所以對這些設(shè)備的選用不能忽視。硬件設(shè)備確定以后，軟件的程序編輯就成了最為重要的一個環(huán)節(jié)，要使自動上料控制設(shè)備能按照工作要求正常的運作，合理的編輯程序是非常重要的，所以程序編輯也應(yīng)認真對待。 第二章 自動上料控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理 2.1工作桌面 圖1 控制面板圖 MPS的每一個工位的控制面板都一樣，共有八只操作開關(guān)，其中六只為按鈕開關(guān)，二只為轉(zhuǎn)換開關(guān)，具體位置見圖1所示。當設(shè)備接通電源時，PLC即上電。當按下“上電”按鈕時，外圍設(shè)備通電，同時“上電”按鈕內(nèi)指示燈點亮。當設(shè)備運行中出現(xiàn)意外需停止 外圍設(shè)備時，可按下“急?！卑粹o切斷外圍設(shè)備的電源，但此時PLC并不停止運行。 “急停”按鈕具有自鎖功能，當設(shè)備斷電后需手動復位才可重新上電。急停系統(tǒng)控制電路如圖2所示。另外四個按鈕和兩個開關(guān)分別對應(yīng)PLC的六個輸入點，面板上分別命名為 “開始”、“復位”、“特殊”、“自動/手動”、“聯(lián)網(wǎng)”、“停止”，其實際操作功能由編程決定?！伴_始”、“復位”、“上電”、“特殊”、“停止”五個按鈕均為帶指示燈的按鈕，上電除外四個指示燈分別由PLC的四個輸出點驅(qū)動，可根據(jù)需要通過編程實現(xiàn)不同的指示功能?！吧想姟卑粹o中的指示燈為圖2中的HL，作為上電指示。一般在編程中應(yīng)盡量根據(jù)面板名稱使用各按鈕、開關(guān)及指示燈。如“開始”按鈕一般用來使設(shè)備中PLC及外圍設(shè)備開始按程序進行工作，當按下“停止”按鈕時，PLC程序進入停止狀態(tài)。 圖2 急停電路原理圖 2.2上料工位 （1）料倉（上料檢測）工位如圖3所示。它主要是由回轉(zhuǎn)料倉及滑道、1號氣缸帶動的工件平臺、檢測傳感器、警燈和蜂鳴器等組成?；剞D(zhuǎn)料倉的旋轉(zhuǎn)是由直流電機M通過減速機構(gòu)帶動的，當電機M通電時帶動料倉旋轉(zhuǎn)，大工件（有黑白兩種顏色）可順著滑道依次 滑下?；赖谋M頭與一個受1號氣缸控制的工件平臺相通，平臺旁邊裝有光電式接近開關(guān)1SQ1，用來檢測有無工件到位。工件平臺在1號氣缸控制下可作上下運動，安裝在1號氣缸上的兩只磁性接近開關(guān)1SQ5、1SQ6分別用作1號氣缸上、下到位的檢測。在工件平臺的上限位置旁邊裝有光電式接近開關(guān)1SQ2，其作用是檢測工件的顏色（只區(qū)分黑白）。報警裝置（警燈和蜂鳴器）可用作各種異常情況的報警或信號指示，具體用途由程序控制。 （2）PLC地址分配 料倉（上料檢測）系統(tǒng)用的可編程控制器均為三菱FX2N—48MR型，該機型共有24個輸入點，24個輸出點。 具體分配為：X000~X007，X010~X017，Y000~ Y007，Y010~ Y017用于本工位的基本控制；X020~X027， Y020~Y027用于各工位之間的信號通訊。上料檢測工位中占用了14個輸入點，8個輸出點,地址分配表見表1。連接示意圖4如圖所示。 表1 料倉工位輸入輸出地址表 輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址 1SQ1檢測工件 X000 1KA3(電動機) Y000 1SQ2檢測工件顏色 X001 1KA2(警燈) Y001 1SQ3暫時無用 X002 1KA1(蜂鳴器) Y002 1SQ4暫時無用 X003 1YA1 上升 Y003 1SQ5上升到位 X005 1HL1開始燈 Y010 1SQ6下降到位 X006 1HL2復位燈 Y011 1SB1開始 X010 X23—從前站讀入前站狀態(tài) X24—從后站讀入后站狀態(tài) Y23—向前站輸出本站狀態(tài) Y24—向后站輸出本站狀態(tài) 1SB2復位 X011 1SB3特殊 X012 1SA1自動/手動 X013 1SA2單站/聯(lián)網(wǎng) X014 1SB4停止 X015 （3）系統(tǒng)復位、開始系統(tǒng) 設(shè)備接通氣源和電源后，向PLC輸入編制好的程序。將PLC設(shè)為運行（RUN）狀態(tài)，PLC進入控制程序運行。按下“上電”按鈕后，外圍設(shè)備得電（應(yīng)先確認“急停”按鈕復位）。這時程序控制復位指示燈閃爍，提示系統(tǒng)復位。按下“復位”按鈕后，設(shè)備回到起始位置。對于上料檢測工位來講，就是工件平臺下降到滑道的盡頭。這時“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動作。 （4）工作過程 1）料倉輸出工件 回轉(zhuǎn)料倉在電機M帶動下開始旋轉(zhuǎn)，大工件被推入滑道依次滑下到達工件平臺上，當裝在工件平臺旁邊的光電式接近開關(guān)1SQ1檢測到工件時（如圖5所示）。1SQ1送出信號至PLC的輸入繼電器X000，通過程序控制輸出繼電器Y000復位，使電機M斷電，回轉(zhuǎn)料倉停止轉(zhuǎn)動。 2）工件平臺上升并送出檢測信號 當電磁線圈1Y1通電時，換向閥控制壓縮空氣的走向，使1號氣缸的活塞桿縮進，帶動工件平臺上升。當?shù)竭_上限位時，裝在1號氣缸體上端的磁性接近開關(guān)1SQ5動作，1SQ5送出信號至PLC的X005，告知工件平臺上升到位（如圖6所示）。 這時，光電式接近開關(guān)1SQ2對大工件進行顏色檢測，并將檢測結(jié)果送至PLC的X001。PLC將大工件準備好的狀態(tài)信號和大工件的顏色信號通過通訊接口（后面介紹）向第二工位（搬運工位）發(fā)送，等待機械手來取走大工件并讀取工件顏色信號。 3）工件平臺下降 搬運工位機械手從工件平臺取走大工件，并從通訊接口讀取顏色信號后，向上料檢測工位發(fā)送一個工件已取走的信號，PLC得到信號后使線圈1Y1斷電，1號氣缸活塞桿伸出，使工件平臺下降。當?shù)竭_下限位時，裝在1號氣缸體下端的磁性接近開關(guān)1SQ6動作。1SQ6送出信號至PLC的X006，使電機M再次得電，帶動回轉(zhuǎn)料倉旋轉(zhuǎn)，大工件又順著滑道滑下，進入新一輪工作循環(huán)。 2.3搬運工位 搬運工位工作桌面如圖7所示，它由一只具有四個自由度的機械手及相關(guān)器件組成。機械手的動作是依靠氣缸來驅(qū)動完成的。1號氣缸是擺動氣缸，受1號換向閥（雙控三位五通電磁換向閥）的控制，帶動機械手的左右旋轉(zhuǎn)。 2SQ1、2SQ2是電感式接近開關(guān)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作的位置檢測；2號氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受2號換向閥（雙控二位五通電磁閥） 的控制，實現(xiàn)機械手的伸縮動作。2SQ3、2SQ4實現(xiàn)伸縮動作的位置檢測；3號氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受3號換向閥（雙控二位五通電磁閥）的控制，使機械手夾爪實現(xiàn)放松和夾緊動作，2SQ5對它的狀態(tài)進行檢測；4號氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受3號換向閥（單控二位五通電磁閥）的控制，帶動機械手上下動作。2SQ6、2SQ7對它進行上下動作的限位檢測。 （1） PLC地址分配 搬運工位基本控制共占有了15個輸入點，11個輸出點,地址表見表2。連接示意圖如圖8所示。 表2 搬運工位輸入輸出地址表 輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址 2SQ1靠近第一工位 X000 1Y1靠近第一工位 Y000 2SQ2靠近第三工位 X001 1Y2靠近第三工位 Y001 2SQ3縮進到位 X002 2Y1縮回 Y002 2SQ4伸出到位 X003 2Y2伸出 Y003 2SQ5松開 X004 3Y1松開 Y004 2SQ6上升到位 X005 3Y2夾緊 Y005 2SQ7下降到位 X006 4Y1 下降 Y006 2SB1開始 X010 HL1開始燈 Y010 2SB2復位 X011 HL2復位燈 Y011 2SB3特殊 X012 X23—從前站讀入前站狀態(tài) X24—從后站讀入后站狀態(tài) Y23—向前站輸出本站狀態(tài) Y24—向后站輸出本站狀態(tài) 2SA1自動/手動 X013 2SA2單站/聯(lián)網(wǎng) X014 2SB4停止 X015 圖8 搬運工位連接示意圖 （2）設(shè)備操作 設(shè)備接通氣源、電源后，向PLC輸入編制好的程序。將PLC設(shè)為運行（RUN）狀態(tài)，PLC進入控制程序運行。按下“上電”按鈕后，外圍設(shè)備得電（應(yīng)先確認“急?！卑粹o復位）。這時程序控制復位指示燈閃爍，提示系統(tǒng)復位。按下“復位”按鈕后，設(shè)備回到起始位置。對于搬運工位來講，一般應(yīng)通過程序控制讓機械手夾爪放松、上升到位、手臂處于縮進狀態(tài)并轉(zhuǎn)向靠近第一工位的位置。這時“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動作。 （3）工作過程 1）系統(tǒng)復位、開始 當按下“上電”按鈕、 “復位”按鈕后，PLC的外圍設(shè)備都回到起始位置。這時“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動作。 2）機械手抓取工件 雙控電磁閥2Y2得電動作，2號換向閥動作，使2號氣缸帶動機械手伸出。當伸出到位時，裝在2號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ4動作。2SQ4送出信號至PLC的X003，PLC得到信號后接通單控電磁閥4Y1，4號氣缸帶動機械手下降。當?shù)竭_下端限位時，裝在4號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ7動作。2SQ7送出信號至PLC的X006，PLC得到信 號后接通雙控電磁閥3Y2，機械手夾爪夾緊上料檢測工位工件臺上的大工件，如圖9所示。機械手在抓取大工件的同時，也將大工件的顏色信號由上料檢測工位讀入搬運工位。抓取大工件后PLC使單控電磁閥4Y1斷電，4號氣閥復位，4號氣缸帶動機械手上升。當?shù)竭_上端限位時，裝在4號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ6動作。2SQ6送出信號至PLC的X005，PLC得到信號后接通電磁閥2Y1，2號氣缸帶動機械手縮回。當縮回到位時，裝在2號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ3動作，2SQ3送出信號至PLC的X002。 3）由第一工位向第三工位移位 PLC得到2SQ3送出的信號后使電磁線圈2Y1 斷電并接通電磁閥1Y2，1號擺動氣缸帶動機械手旋轉(zhuǎn)。當機械手靠近加工工位時，裝在機械手旁邊的電感式接近開關(guān)2SQ2動作送出信號至PLC的X001。 4）機械手放下工件 PLC得到2Y2送出的信號后使雙控電磁閥2Y2 通電，2號氣缸帶動機械手伸出。當?shù)竭_伸出限位時，裝在2號氣缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ4動作，2SQ4送出信號至PLC的X003。PLC得到信號后使雙控電磁閥2Y2斷電并接通電磁閥4Y1，4號氣缸帶動機械手下降。當?shù)竭_下限位時，裝在4號氣缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ7動作，2SQ7送出信號至PLC的X006。PLC得到信號后接通電磁閥3Y1，機械手夾爪松開，將大工件放置在加工工位的1號工位上，同時也將大工件的顏色信號在輸出口送出，如圖10所示。 圖10 放下大工件 5）機械手返回 大工件放好后PLC使單控電磁閥4Y1斷電，4號氣缸帶動機械手上升。當?shù)竭_上限位時，裝在4號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ6動作，2SQ6送出信號至PLC的X002，PLC得到信號后并接通雙控電磁閥2Y1，2號氣缸帶動機械手縮回。當?shù)竭_限位時，裝在2號氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ3動作，2SQ3送出信號，PLC得到信號后使2Y1斷電并接通雙控電磁閥1Y1，1號氣缸帶動接寫手選扎。當機械手靠近第一工位時，裝在機械手旁邊的磁性接近開關(guān)2SQ1動作送出信號，PLC等待下一個啟動信號。 2.4上料與搬運工位的聯(lián)站 2.4.1單站間狀態(tài)的傳送 將每站的PLC通過通訊接口用標準電纜進行連接，使各站的工作狀態(tài)和工件顏色信號能夠互相傳送。工件顏色信號是黑為0，白為1。工件顏色的信號通過每站的Y20、X20傳送。上料檢測站完成上料后，通過Y24向搬運站發(fā)出“工件已準備好”信號。搬運站從X23得到信號后來取走工件，并通過Y23向上料檢測站回送“工件已取走”信號，上料檢測站從X24得到信號后轉(zhuǎn)入下一個工作周期。連接圖如圖11所示。 工件準備好 圖11 PLC聯(lián)站圖 工件已取走 PLC 第一站 Y24 X24 Y20 PLC 第二站 X23 Y24 Y23 X24 X20 Y20 2.4.2工作過程 按下“開始”按鈕后，上料檢測站回轉(zhuǎn)料倉開始旋轉(zhuǎn)并輸送工件，如無工件輸送到位則報警燈亮。工件到位則工作臺上升將工件送至輸出位置，并通過Y24向搬運站送出工件已準備好信號，同時由1SQ1對工件進行顏色檢測，并將顏色信號通過Y20向搬運站送出。搬運站檢測到X23信號后機械手到搬運站抓取工件。上料檢測站檢測到X24信號后進入下一工作循環(huán)。 上料檢測工位與搬運工位的工作過程前面已經(jīng)介紹過了，在上述工作過程基礎(chǔ)上加入工件顏色信號和工作狀態(tài)信號的傳送，就可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行，具體工作過程如下： （1）上料檢測工位料倉輸出工件 （2） 1SQ1檢測到大工件。 Y000輸出復位，1M停止。 Y000輸出，1M轉(zhuǎn)，送出大工件。 （2） 工件平臺上升并向搬運工位送出工件顏色和狀態(tài)信號。 工件平臺上升到位，1SQ5置位。 1YA1通電，工件平臺上升。 1SQ2檢測大工件顏色。 （3） （1） （2） 2SQ4置位，2YA7通電。4號缸下降。 2YA4通電，2號缸伸出。 (4) 2YA7斷電，4號缸復位，上升。 2SQ7置位，2YA6通電，夾緊。同時讀取顏色信號。 （3）機械手從上料檢測工位抓取工件并讀取顏色信號 （4）上料檢測工位工作平臺下降并再次送出工件 （5） （3） Y000輸出，1M轉(zhuǎn)，送出大工件。 1YA1斷電，工件平臺下降 工件平臺下降到 位，1SQ6置位 (6) (5) 2YA2通電，1號缸旋轉(zhuǎn)。 2SQ3置位。2YA3斷電。 2SQ6置位，2YA3通電，2號缸縮回。 旋轉(zhuǎn)到位，2SQ2置位。 （5）機械手搬運工件 （6）機械手在加工工位放下工件 (7) 2SQ4置位，2YA4斷電，2YA7通電，4號缸下降。 2SQ2置位，2YA4通電。2號缸伸出。 2SQ7置位，2YA5通電，松開工件。同時送出顏色信號。 (5) (6) 2SQ3置位，2YA3斷電，2YA1通電。1號缸轉(zhuǎn)回。 2YA7斷電，4號缸上升。 2SQ6置位，2YA3通電，2號缸縮回。 2SQ1置位，進入下一循環(huán)。 （7）機械手返回 第三章 設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu) 3.1設(shè)備元件的選用 氣壓傳動是利用空氣壓縮機使空氣介質(zhì)產(chǎn)生壓力能，并在控制元件的作用下，把氣體壓力能傳輸給執(zhí)行元件，而使執(zhí)行元件完成直線運動和旋轉(zhuǎn)運動。調(diào)壓過濾器 調(diào)壓過濾器 調(diào)壓過濾器的作用是濾除壓縮空氣中的雜質(zhì)，達到系統(tǒng)所要求的凈化程度，并將從貯氣罐傳來的壓縮空氣調(diào)到所需的壓力，減小壓力波動，保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定如圖1 換向閥 換向閥是氣動回路的控制元件，其工作原理是利用換向閥內(nèi)閥芯相對閥體的運動，使氣路接通或關(guān)斷，從而使氣動執(zhí)行元件實現(xiàn)起動、停止或變換運動方向。按操縱控制方式可分為：氣壓控制、電磁控制、機械控制。 氣缸 氣缸是氣動回路的執(zhí)行元件，作用是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機械能，用于實現(xiàn)直線往復運動和旋轉(zhuǎn)運動。緩沖氣缸內(nèi)設(shè)置有緩沖裝置，使活塞接近氣缸端蓋時逐漸減速，可以防止活塞與氣缸端蓋發(fā)生碰撞。氣缸有單作用活塞桿氣缸和雙作用活塞桿氣缸。單作用活塞桿氣缸是壓縮空氣作用在活塞端面上，推動活塞運動，而活塞的反向運動依靠復位彈簧力、重力或其他外力；雙作用單活塞桿氣缸是活塞在兩個方向上的運動都是依靠壓縮空氣的作用而實現(xiàn)的。 3.2傳感器的選型 一、傳感器（transducer）的定義 信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。 國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 二、傳感器的分類 可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類 傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。 無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能，傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標示。 3.2.1光電傳感器 光電傳感器（光電式接近開關(guān)）實物如圖1所示，光電式接近開關(guān)原理示意圖如圖2所示，它是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）或激光二極管。接收器由光電二極管或光電三極管組成。在發(fā)射器、接收器的前面，裝有光學元件如濾鏡和光圈等。在接收器后面的是檢測電路，它能濾出有效信號并應(yīng)用該信號。根據(jù)光電開關(guān)在檢測物體時，發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為對射型、漫反射型、鏡面反射型等。 3.2.2電感傳感器 電感式傳感器（接近開關(guān)） 外形如圖3所示。它對機械手的左右位置進行檢測，當機械手的手臂（伸縮氣缸體）靠近電感式接近開關(guān)時，它將到位信號傳送給PLC的相應(yīng)輸入端。 電感式接近開關(guān)是一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，工作原理框圖如圖4所示。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體接近時，在物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)內(nèi)部振蕩電路的參數(shù)發(fā)生變化，識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。由此可見電感式傳感器（接近開關(guān)）所檢測的物體必須是金屬物體，此性能亦可用于判別金屬與非金屬工件。這種接近開關(guān)能準確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性等優(yōu)點和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。 3.3 PLC的選型 一、PLC的發(fā)展 PLC作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機市場份額的50%，PLC將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。 PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 二、PLC的應(yīng)用 目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用治金、石油、化工、建材，機械、制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等。 在我國，一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別 （1）小型PLC 一般在128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 （2）中型PLC 其I/O 點數(shù)一般在256~1024 點之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 （3）大型PLC 一般I/O 點數(shù)在1024 點以上的稱為大型PLC， 大型PLC 的軟硬件功能極強，具有極強的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機器的可靠性更高。 PLC的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業(yè)發(fā)達的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器，接觸器控制尚有24%，所以說，需要應(yīng)用PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。 三、PLC的種類 在國內(nèi)外的幾家著名的工控產(chǎn)品廠商的PLC產(chǎn)品上，主要有西門子S7-200系列、松下FP系列、歐姆龍C200H系列和三菱FX系列，下面就各自介紹一下它們： 1、西門子S7-200系列PLC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列PLC是西門子公司1995年底推出的具有很高性能價格比的微型PLC。由于它體積小、運行速度高、功能強等特點，使其在各種自動控制領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。 S7-200的主要功能：①執(zhí)行指令速度高。②豐富的指令功能。③靈活的中斷功能。④輸入和輸出的直接查詢與賦值。⑤嚴格的口令保護。⑥友好的調(diào)試和故障診斷功能。⑦輸入或輸出的強制功能。⑧通信功能。 S7-200的應(yīng)用范圍極為廣泛,包括：沖壓機床、磨床、橡膠化工機械、中央空調(diào)、電梯控制、運動系統(tǒng)、印刷機械等。 2、歐姆龍C200H系列PLC C200H PLC系統(tǒng)為模塊式結(jié)構(gòu)，CPU單元為系統(tǒng)的核心，包括電源、微處理器、系統(tǒng)存儲器、控制邏輯和接口電路等?；綢/O單元和智能I/O單元提供現(xiàn)場輸入設(shè)備和控制輸出設(shè)備與CPU的接口電路。它們都通過統(tǒng)一的標準總線SYS-BUS與CPU單元連接，I/O單元的個數(shù)可根據(jù)用戶需要配置。另外，CPU單元上還提供了用戶存儲器、錄音機以及編程器等外設(shè)接口。 C200H PLC系統(tǒng)的基本組成是：一個母板（安裝機架）提供系統(tǒng)總線和模塊插槽、一個CPU單元、一個存儲器單元、一個編程器及基本I/O單元若干個?；綢/O單元的個數(shù)視系統(tǒng)I/O點數(shù)及母板上的槽位而定。因為CPU單元內(nèi)裝電源，所以系統(tǒng)不需再配電源單元。此外，CPU單元內(nèi)系統(tǒng)存儲器中固化了系統(tǒng)管理程序。 C200H PLC系統(tǒng)還有兩種擴展方式可滿足用戶的不同需求。一種是在CPU單元所在的母板上用電纜連接I/O擴展母板，最多可連兩個擴展母板，采用串聯(lián)方式連接，兩母板間最大距離 10m，但CPU與兩個擴展母板的距離總和不得超過12m，擴展母板上可根據(jù)需要配置I/O單元，不需要再配CPU單元，但要配置擴展電源單元。另一種擴展方式是建立遠程I/O系統(tǒng)，即在CPU母板或擴展母板上配置遠程I/O主單元，而在另外的擴展母板上配置遠程I/O從單元，用雙絞線或其他通信電纜將遠程I/O主單元和遠程I/O擴展單元連接起來構(gòu)成遠程I/O系統(tǒng)，這樣既可以擴展系統(tǒng)的I/O點數(shù)，又可以控制遠距離的I/O點。每個C200H PLC的CPU單元最多可連接兩個遠程I/O主單元，系統(tǒng)中最多可配置5個遠程I/O從單元。 3、松下FP系列PLC （1）超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬25X高90X長60毫米 （2）輕松擴展，擴展單元可直接連接到控制單元上、不需任何電纜 （3）從I/O 10點到最大I/O 128點的選擇空間 （4）擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 （5）內(nèi)部使用了EEPROM.32K步的程序容量適用于比較簡單的I/O控制,USB口通訊 （6）緊湊小巧的外形時期可以靈活的應(yīng)用于空間比較緊張的環(huán)境中 （7）C14型輸出有3個獨立的公共端,可接3種不同的外部負載 （8）具高級處理功能的C14/C30/C60型可實現(xiàn)高速過程及串行通訊程序可存放在EEPROM存儲器 4、三菱FX系列PLC FX1n系列PLC是一種普遍選擇方案，最多可達128點控制。并且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項使得FX1n在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。 FX1s系列PLC是一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進行控制,提供多達30個I/O。它具有卓越的性能、串行通訊功能以及緊湊的尺寸，這使得它們能用在以前常規(guī)PLC無法安裝的地方。 FX2n系列PLC是FX系列中最高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2n是從16到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。 FX2nc系列PLC在保留其原有的強大功能特色的前提下實現(xiàn)了極為可觀的規(guī)?？s小。I/O型連接口降低了接線成本并節(jié)省了時間。 經(jīng)過對多種PLC功能的詳細比較，最終選定三菱的FX2N-48MT系列的PLC。 3.3.1三菱 FX2N-48MT系列PLC 可編程序控制器 (Programmable Controller,簡稱PC),是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用自動控制裝置。 PLC是電子技術(shù)、計算機技術(shù)與繼電邏輯自動控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅充分發(fā)揮了計算機的優(yōu)點，以滿足各種工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制的需要，同時又照顧到一般電氣操作人員的技術(shù)水平和習慣，采用梯形圖或狀態(tài)流程圖等編程方式，使PLC的使用始終保持大眾化的特點。 PLC可以用于單臺機電設(shè)備的控制，也棵用語生產(chǎn)流水線的控制。使用者可根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求編制程序。程序運行后，PLC就根據(jù)現(xiàn)場出入信號（按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)或其他傳感信號），按照預先編入的程序?qū)?zhí)行機構(gòu)（如電磁閥、電動機等）的動作進行控制。 PLC的型號繁多，各種型號的PLC功能不盡相同，但目前PLC一般都具有下列功能：（1）條件控制 PLC具有邏輯運算功能，它能根據(jù)輸入繼電器觸點的與（AND）、(OR) 、等邏輯關(guān)系決定輸出繼電器的狀態(tài)（ON或OFF），故它可代替繼電器進行開關(guān)控制。（2）定時控制 為滿足生產(chǎn)工藝對定時控制的要求，一般PLC都為用戶提供足夠的定時器，如三菱FX2型PLC共有256個定時器。所有定時器的定時值可由用戶在編程時設(shè)定，即使在運行定時值也可被讀出或修改，使用靈活，操作方便。（3）計數(shù)控制 為滿足對計數(shù)控制的需要，PLC向用戶提供上百個功能較強的計數(shù)器，如FX2型PLC可向用戶提供241個計數(shù)器。其中6個高速計數(shù)器，121個電池后備計數(shù)器。所有計數(shù)器的設(shè)定值可由用戶在編程時設(shè)定，且隨時可以修改。（4）步進控制 步進順序控制PLC的最基本的控制方式，但是PLC為方便用戶編制較復雜的步進控制程序，設(shè)置了專門的步進控制指令。如FX2型PLC中擁有上千個狀態(tài)元件，為用戶編寫較復雜的步進順序控制程序提供了極大的方便。（5）數(shù)據(jù)控制 PLC具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，除能進行加減乘除四則運算甚至開方運算外，還能進行字操作、移位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼等數(shù)據(jù)處理。（6）通信和聯(lián)網(wǎng) PLC采用哩哩啦啦力量了通信技術(shù)，可進行遠程的I/O控制。多臺PLC之間可進行同位鏈接（PLC Link），還可用計算機進行上位鏈接（Host Link），接受計算機的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計算機。一臺計算機與墮胎PLC可構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復雜控制。（7）對控制系統(tǒng)的監(jiān)控 PLC具有較強的監(jiān)控功能，它能記憶某些異常情況或在發(fā)生異常情況時自動終止運行。操作人員通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以改變設(shè)定值等，方便了程序的調(diào)試。 可編程序控制器被認為是真正的工業(yè)控制計算機，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有如下獨特的優(yōu)點： （1）可靠性高 可編程序控制器的平均無故障時間可達幾十萬小時，這是一個難以置信的數(shù)字，也就是說，一臺可編程序控制器可連續(xù)運行30多年不出故障，大概到目前為止沒有一種工業(yè)控制設(shè)備有如此高的可靠性。一般來說，可編程序控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障絕大多數(shù)是由傳感器、執(zhí)行器等外圍部件所造成的。有些公司已公布不將可靠性作為一項指標了，因為對可編程序控制器來說，這一指標已無多大意義。 （2）編程方便 對一般電氣控制線路，可采用梯形圖編程，這種編程方式與實際電路原理圖非常接近，即使是普通的工人，也能在較短的時間內(nèi)掌握。 3.4設(shè)備軟件編程 3.4.1編程 （1）進入三菱可編程序控制器編程軟件界面，如圖1所示。 （2）若是要編寫新的程序，則點擊“新文件” 快捷按鈕，并選擇PLC類型，如圖2所示；若不是新程序，則點擊“打開” 快捷按鈕，并選擇原有文件的路徑和文件名，打開原有文件。 （3）利用“功能圖”中的元件圖形符號和連接線（功能圖如圖3所示），根據(jù)流程圖編制程序梯形圖。 (4)點擊“轉(zhuǎn)換” 快捷按鈕，將梯形圖轉(zhuǎn)換為指令表。 (5)將編制完畢的程序輸入三菱可編程序控制器。 (6)用專用編程電纜把電腦的串行口與可編程序控制器的通訊口連接起來。 (7)把可編程序控制器面板上的“選擇開關(guān)”放置在“調(diào)試”位置上，選擇電腦端口見圖4所示。 (8)點擊 “PLC”菜單，選擇“傳送”及“寫出”子菜單見圖6所示。 (9)根據(jù)程序的長短選擇合適寫入范圍（見圖5所示）。把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鳌? (10)對程序進行調(diào)試并利用程序監(jiān)控界面對程序的運行進行監(jiān)控。 首先把可編程序控制器面板上的“選擇開關(guān)” 放置在“運行”位置上。點擊 “監(jiān)控”菜單，選擇“開始監(jiān)控”子菜單，如圖7所示。 然后按下“開始”按鈕，上料檢測工位桌面上的執(zhí)行元件開始按要求動作。在電腦的程序監(jiān)控界面上，凡是通電或是接通的元件都顯示綠色標志，監(jiān)控界面如圖8所示 仔細觀察上料檢測工作桌面上每個元件的動作情況是否符合控制要求。若程序不符合控制要求,可利用監(jiān)控界面對程序的運行情況進行分析,若要修改程序必須先點擊“監(jiān)控”菜單中的“停止監(jiān)控”子菜單，并停止程序運行后才能對程序進行修改，修改好后必須新將程序重新輸入可編程序控制器。 若程序符合控制要求，當程序調(diào)試結(jié)束后，退出監(jiān)控界面并使程序停止運行，給程序命名存盤后退出編程軟件界面。斷電拔下電腦與可編程序控制器之間通信電纜。在利用編程軟件編程時，為防止程序意外丟失，可隨時保存程序。 3.4.2流程圖 S0 S20 S21 S22 S23 S24 T2 T1 X10 提示設(shè)備開始 系統(tǒng)復位 開始 輸送工件。 如10秒內(nèi)無工件則報警。 工件臺上升，并向后送出信號Y24。 檢測到X24信號后復位，返回。 M8002 X11 X06 上料檢測工位流程圖 S22 S23 S24 T X10 提示設(shè)備復位 系統(tǒng)復位 開始 取工件，加緊延時0.5秒。 移位，由第一站移向第三站， 放下工件 復位，返回 S0 X11 X00 X02 X04 M8002 S20 S21 X04 S25 X00 X01 搬運工位流程圖 3.4.3程序 上料檢測工位梯形圖 搬運工位流程圖 總結(jié) 隨著科技的不斷進步，PLC的種類日益繁多，功能也逐漸增強。一些全自動的機器設(shè)備將會代替一些簡單的人類勞動。自動上料控制設(shè)備的靈敏度高，工作穩(wěn)定，速度快這樣就能大量的提高工作效率，減少工作時間。達到了設(shè)計的要求。但是系統(tǒng)的傳送部分由于器件本身的局限干擾是不可避免的，這就造成了一定的測量誤差在實踐中還要不斷完善本系統(tǒng)。 在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，自己所學的知識得到了應(yīng)用，進而專業(yè)知識面得到了更大的進展，分析問題和解決問題的能力得到了提高。查閱書籍、資料的能力也有了提高。 參考文獻 【1】 孫振強. 可編程控制器原理及應(yīng)用教程 北京：清華大學出版社 【2】 鐘肇.可編程控制器原理及應(yīng)用 華南：理工大學出版社 【3】 范次猛.可編程控制器原理與應(yīng)用 北京：北京理工大學 【4】 丁慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計 北京：清華大學出版社 【5】 江思敏.Protel電路設(shè)計教程 北京：清華大學出版社 【6】 吳中俊. 可編程序控制器原理及應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社 【7】 劉載文.梯控制系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社 【8】 陳家盛.電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝枝術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社 【9】 徐蹲.可編程序控制器應(yīng)用基礎(chǔ) 山東：科學技術(shù)出版社 【10】 張漢杰編著.現(xiàn)代電標控制技術(shù) 哈爾濱：工業(yè)大學出版杜 第 26 頁 共 31 頁