毕业论文材料分拣装置PLC控制系统方案

1、 . PAGE36 / NUMPAGES40 . XXXXXXXXXXXXX学校毕业设计论文论文题目： 材料分拣PLC控制装置系 部：XXXXXXXX系 专 业：XXXXXXXXXX 班 级：XXXX级XX班 学生：X X X 学 号：XXXXXXXXXXX 指导老师： X X 20XX年XX月XX日摘 要PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以与体积小、重量轻、功耗低等一系

2、列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器(PLC),设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键词:可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器目录目 录HYPERLINK l _Toc344121553摘要I TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc344121484绪论 PAGEREF _Toc344121484 h 1HYPERLINK

3、 l _Toc344121486第1章 材料分拣机系统硬件介绍4HYPERLINK l _Toc3441214871.1系统中硬件简介4HYPERLINK l _Toc3441214981.1.1可编程控制器PLC PAGEREF _Toc344121498 h 4HYPERLINK l _Toc3441214991.1.2 PLC的种类 PAGEREF _Toc344121499 h 5HYPERLINK l _Toc3441215001.1.3 PLC种类与型号选择 PAGEREF _Toc344121500 h 6HYPERLINK l _Toc3441215021.2 执行机构电动机与

4、传送带 PAGEREF _Toc344121502 h 7HYPERLINK l _Toc3441215041.3 换向器介绍 PAGEREF _Toc344121504 h 10HYPERLINK l _Toc3441215081.4传感器介绍与其原理 PAGEREF _Toc344121508 h 11HYPERLINK l _Toc3441215091.4.1颜色传感器 PAGEREF _Toc344121509 h 11HYPERLINK l _Toc3441215101.4.2传感器介绍与其工作原理 PAGEREF _Toc344121510 h 13HYPERLINK l _Toc

5、344121511第2章 系统介绍与软件分析 PAGEREF _Toc344121511 h 16HYPERLINK l _Toc3441215122.1材料分拣系统介绍 PAGEREF _Toc344121512 h 16HYPERLINK l _Toc3441215132.2材料分拣系统设计原理 PAGEREF _Toc344121513 h 16HYPERLINK l _Toc3441215142.3材料分拣系统分析 PAGEREF _Toc344121514 h 16HYPERLINK l _Toc3441215152.3.1设计思路16HYPERLINK l _Toc34412152

6、02.3.2 系统软件流程图18HYPERLINK l _Toc344121523第3章 课题研究的方法和手段 PAGEREF _Toc344121523 h 20HYPERLINK l _Toc3441215243.1 硬软件比较20HYPERLINK l _Toc3441215253.2 PLC的特点与功能20HYPERLINK l _Toc3441215263.2.1 PLC的优点20HYPERLINK l _Toc3441215273.2.2 PLC的缺点20HYPERLINK l _Toc3441215283.2.3 PLC的功能 PAGEREF _Toc344121528 h 20

7、HYPERLINK l _Toc3441215293.3 PLC控制系统的发展趋势 PAGEREF _Toc344121529 h 21HYPERLINK l _Toc344121536第4章 结果和讨论 PAGEREF _Toc344121536 h 23HYPERLINK l _Toc3441215374.1 PLC控制材料分拣装置的硬件设计 PAGEREF _Toc344121537 h 23HYPERLINK l _Toc3441215484.2 程序设计 PAGEREF _Toc344121548 h 24HYPERLINK l _Toc3441215494.3 PLC的软件设计 P

8、AGEREF _Toc344121549 h 26HYPERLINK l _Toc3441215514.4PLC调试过程与分析 PAGEREF _Toc344121551 h 27HYPERLINK l _Toc344121552第5章 展望 PAGEREF _Toc344121552 h 29HYPERLINK l _Toc344121553致31HYPERLINK l _Toc344121555附件 PAGEREF _Toc344121555 h 32HYPERLINK l _Toc3441215561.指令表 PAGEREF _Toc344121556 h 33HYPERLINK l _

9、Toc3441215572.梯形图 PAGEREF _Toc344121557 h 35绪 论1.材料分拣的发展自动分拣系统(Automatic sorting system)是先进配送中心所必需的设施条件之一。它具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品600012000箱，可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1273291.htm t _blank 关健因素。它是二次大战后在美国、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1554.htm t _blank 日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系

10、统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。2.自动分拣机介绍自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备。它本身需要建设短则4050米，长则150200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络与通信系统等，这一系统不仅占地面积大（动辄20000平方米以上），而且还要建34层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉车）与之相匹配，这项巨额的先期投入通常需要花1020年才能收回。3.系统的作业过程流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点（

11、如指定的货架、加工区域、出货站台等），同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时间从庞大的高层货存架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置与分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测与形状识别等方式

12、，输入到分拣控制系统中去根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有一样分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全一样的要求。输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。分拣道口是已分拣商品脱离主

13、输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制与相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。4.材料分拣系统的意义二次大战以后，自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入使用，成为发达国家先进和物流中心，配送中心或流通中心所必需的设施条件之一。1.能连续、大批量地分拣货物由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件

14、数多，它可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工分拣则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。 2.分拣误差率极低自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。3.分拣作业基本实无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减

15、少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于送货车辆抵达自动 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2895042.htm t _blank 分拣线的进货端时，由人工接货，由人工控制分拣系统的运行，分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车，自动分拣系统的经营、管理与维护。如 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2398.htm t _blank 美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，自动分拣线做到了无人化作业。对于分拣系统的应用前景，主要着眼于分拣系统的可

16、靠性，优越性，应用领域的适用性以与系统的经济效益、成本等方而来考虑。但因分拣系统其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，因此，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。对于自动分拣系统因其自身存在的一些问题，在一定程度上限制了其应用的领域与其围。在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件：自动分拣系统的一次性投资巨大，其本身需要建设短则4050米，长则150200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络与通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄2万平方米以上，而且一般自动分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建34层楼高的立体仓库，库需要配备各种

17、自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。它对商品外包装要求也很高，自动分拣机只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品。袋装商品、包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超高、不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣，因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取二条措施：一是推行标准化包装，使大部分商品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制 HYPERLINK :/baike.baidu /view/15438.htm t _bl

18、ank 特写的分拣机又会使硬件成本上升，并且越是特别的其通用性就越差。因此公司要根据经营商品的包装情况来确定是否建或建什么样的自动分拣系统。第1章 材料分拣机系统硬件介绍1.1 系统硬件介绍1.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。本次设计选用E6A2CW5C旋转编码器。2.电容传感器电容传感器属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关，它的测量头通常是构成电容的一个极板，而另一个极板是待测物体本身，当物

19、体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。由此，便可控制开关的接通和断开。本装置中电容传感器是用于检测非金属物料，选用E2KX8ME1电容传感器。3.电感传感器电感式传感器也属于有开关量输出的位置传感器，也是一种接近式开关，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，使物体部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关震荡能力衰减，部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通和断，选用M18X1X40电感传感器。4.颜色传感器选用OMRON公司生产的，型

20、号为E3SVS1E4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。5.步进电机HYPERLINK :/ designnews .cn/word/15188.aspx o 步进电机步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。1.1.1 可编程控制器PLC可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器乘坐可编程逻辑控制器（Personal Controller），简称PLC，它主要用来

21、代替继电器实现逻辑控制的围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Programmable Logic Controller）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，与大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable

22、Controller（PC）。个人计算机发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器与其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

23、上世纪80年代90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.1.2 PLC的种类目前，在我国PLC的分类还没有一个统一的标准。根据性能和应用围可将其进行如下分类。1.按性能分类根据PLC的I/O点数、用户程序存储器容量和控制功能的不同，可将其分为

24、小型、中型和大型二类。小型PLC又称低档PLC，它的I/O点数小于128点，用户程序存储器容量小于4K字，功能简单，以开关量控制为主，可实现条件控制、顺序控制、定时记数控制。适用于单机或小规模生产过程。中型PLC又称中档PLC，它的I/O点数在128512点之间，用户程序存储器容量为4K8K字，功能比较丰富、兼有开关量和模拟量的控制能力，具有浮点数运算、数制转换、中断控制、通信联网和PID调节等功能。适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环过程控制。大型PLC又称高档PLC，它的I/O点数在512点以上，用户程序存储器容量达到8K字以上，控制功能完善，在中档机的基础上，扩大和增加了函数运算、

25、数据库、监视、记录、打印与中断控制、智能控制、远程控制的功能。适用于大规模的过程控制、集散式控制系统和工厂自动化网络。2.按结构分类根据PLC的构成形式，可将PLC分为整体式和机架式 (模块式)两大类。整体式PLC是将CPU、存储单元、输入输出模块和电源部件集中配置在一个机箱。这种PLC输入输出点数少、体积小，价格低，便于装入设备部。小型PLC通常采用这种结构。机架式PLC将各单元做成独立的模块，使用时将这些模块分别插入机架底板的插座上。可根据生产实际的控制要求建立模块，构成不同的控制系统。这种PLC输入输出点数多，配置灵活方便，易于扩展。大中型PLC通常采用这种结构。3.按应用围分类根据应用

26、围的不同，可将PLC分为通用型和专用型两类。通用型PLC作为标准工业控制装置可在各个领域使用，而专用型PLC是为了某类控制要求专门设计的PLC，如数控机床专用型、锅炉设备专用型、报警监视专用型等。由于应用的专一性，使其控制质量大大提高。图1-1 S7-200PLC图示1.1.3 PLC种类与型号选择PLC种类较多，主要有西门子（如图1-1）、三菱、OMRON、FANAC、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。根据系统中的控制要求PLC点数：实际输入点15点，实际输出点8点，综合对比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N

27、、FX1N、FX2N等）、西门子系列、OMRON系列中I/O点数为32点各型号的PLC的价格、性能、实用场合等各方面，本系统可选择PLC型号为：西门子公司的S7-200系列CPU226 型PLC，合计总数32点16点输入，DC24V，16点继电器输出；尺寸（mm）：2208790，其性能、价格都优于其他PLC。S7-200系列是西门子公司PLC家族中比较先进的系列，它能最大围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以与满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。由于S7-200系列具备如下特点：最大围的包容了标准特点、程

28、式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以与满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。该型号PLC有24个输入节点，16个输出节点，能够满足系统要求并留有一定的余量。1.2 执行机构电动机与传送带1.2.1 电动机的介绍电动机应用广泛，种类繁多。我们一般的是根据电机的分类来区别电动机的应用于交易。电动机详细分类如下：1.按工作电源种类划分可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机按结构与工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励

29、直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。图1-2 三相异步电动机与其一些指数其流电机还可分：单相电机和三相电机。2.按结构和工作原理划分可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。同步电动机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机可划分：三相异步电动机(如图1-3、1-4所示)、单相异步电动机和罩极异步电动机等。图1-3 三相笼型异步电动机3.按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运

30、转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4.按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机与其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。HYPERLINK :/ designnews .cn/word/15188.aspx o 步进电机步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。

31、（1）步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1-4是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图1-4 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错

32、齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图1-5.a、b、c所示：图1-5 步进电机工作时序波形图（2）步进电动机的选择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

33、制脉冲频率来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。5.换向器介绍交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其流电动机还分为单相电动机和三相电动机。电动机按结构与工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构与工作

34、原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。1.3 传送带的简介与分类17世纪中，美国开始应用架空索道传送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的传送带输送机相继出现。1868年，在英国出现了皮带式式传送带输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，传送带输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技

35、术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间部的传送，发展到完成在企业部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。具有牵引件的传送带一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用传送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的力和垂度，以保证传送带正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的传送带设备的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一

36、起的承载构件，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。这类的传送带设备种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。没有牵引件的传送带设备的结构组成各不一样，用来输送物料的工作构件亦不一样。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转

37、运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。本设计选用的是带式输送机。1.4 传感器介绍与其原理1.4.1 颜色传感器将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差围相吻合时，输出检测结果。一个新型传感器能敏锐的察觉到颜色变化有助于线工人正确的分辨出会所，银色等问题。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差围相吻合时，输出检测结果。将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进

38、行比较来检测颜色的机器我们称之为颜色传感器。颜色传感器一直用装配线来检测特定的组件。颜色传感器的挑战是检测微妙差异相似或高度反光的颜色。例如,金属涂料在汽车工业中使用很难区分灰度的颜色或黄金。匹配组件这是重要的,如镜子的身体或保险杠都离不开传感器协助。此外,颜色传感器通过数量有限的颜色可以检测，并通过他们有限的能力迅速改变设置或处理多个颜色。电子技术的发展,光学,软件促进颜色传感器发展。这项技术使得更敏感的传感器,可以忽略光泽和区别出微妙的色调。现在可以调整方便灵活的制造和精确的色彩校正。一个典型的颜色传感器具有高强度白光LED,光在目标项目调制。反射从目标是分析的成分红,绿,蓝(RGB)值和

39、强度。此信息用于验证正确的部分现在和组装,准确控制制成品的颜色。在一个典型的应用程序中,机器操作员持有一个颜色样本在前面的传感器,编程它对这个特定颜色相匹配。这个过程期间与之后,运营商可能会注意到匹配失败涉与色彩略暗或略轻,但仍在可接受的质量标准。操作员然后重组传感器与更广泛的高/低设置点和通过试错过程建立理想的围。如果传感器有多个通道,它可以被编程来识别多种颜色一个颜色在每个频道,每个频道信号是一个离散报警输出。这一技术使简单的颜色识别或匹配,比如排序或部分识别功能,通过/失败标准是足够的。下一代颜色传感器提供三个额外的输出表示RGB颜色值。好处包括更多的智能控制的制造。在实践中,传感器输出

40、原始RGB读数为模拟信号。模拟信号更适合通信,因为数字读数为三个渠道将超过每150µs吞吐量限制典型的串行协议。一个传感器可以将原始RGB信号模拟与10位分辨率将输出5mV的每个1023步。如果颜色变化的原因是无法轻易地发觉或者如果没有显示可用,模拟RGB信号可以数字化和美联储到数据采集系统。这允许全面的变化趋势,分析传感器读数。一些传感器提供一个数据转储模式原始数字读数。色标传感器工作原理：色标传感器对各种标签进行检测，即使是背景颜色有着细微的差别的颜色也可以检测到，处理速度快。自动适应波长，能够检测灰度值的细小差别，与标签和背景的混合颜色无关。颜色传感器是通过将物体颜色同前面已经

41、示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差围相吻合时，输出检测结果。1.4.2 传感器介绍与其工作原理1.传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：（1）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度

42、、流量、气体成份等传感器。（2）按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。（3）按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“1”和0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。2.传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨

43、力和迟滞等。3.传感器的动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。传感器的线性度。通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个

44、性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。4.传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲一样时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度

45、，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量围愈窄，稳定性也往往愈差。5.传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程围各点的分辨力并不一样，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。6.电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻

46、值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。7.电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。8.压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式

47、传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。系统介绍与软件分析2.1材料分拣系统介绍材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC、传感器、位置控制、电气传动和气动技术，可实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位计算机监控。它采用台式结构，置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器与对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择

48、网板不同区域安装。材料分拣装置能实现如下3种基本功能。分拣出金属与非金属、分拣某一颜色块、分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。2.2 材料分拣系统设计原理系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带依次接受各种传感器检测如果被某种传感器器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行。控制要求：1.系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲。2.电机运行，带动传输带传送物体向前运行。3.有物料时，下料汽缸动作，将物料送出。4.电感传感器检测到金属物料时，推汽缸1将待测物料推入下料槽。5.电容传感器测到非金属物料时，推汽缸2将待测物料推入下料槽。6.当颜

49、色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作将待测物料推人下料槽。7.其他物料被送到SD位置时，汽缸4动作将待测物料推入下料槽。8.汽缸运行有动作限位保护，下料槽无下料时，延时后自动停机。2.3 材料分拣系统分析2.3.1 设计思路其工作过程是开启电源，步进电机运行并驱动传输带，下料传感器检测下料槽是否有物料。若无物料，延时后自动停止并等待上料；当下料槽有物料时，系统自动运行。首先，下料传感器发送信号给PL C，并转送给推汽缸经过一定时间，下料汽缸依次将物料推至传输带。当物料由传输带传输时，光电编码器发出脉冲开始进行计数，电机运行，实现定位控制。当电感传感器检测到物料为金属物料时，发出反馈信号

50、给PLC，由PLC控制推汽缸1动作，将物料推到卸料斗。如图2-1。图2-1 系统控制示意图当推汽缸电磁阀运行到限位时，电磁阀复位，恢复原状态。此时，电机重新工作驱动传输带到下一位置。图2-2 系统原理示意图同理，可通过相应传感器分拣相应的空物料。据分拣装置工作过程设计功能表图，设计电气控制原理图如图2-3，在设计的电气控制原理图的基础上对它进行研究，分析工作过程的每一个环节，再选择合适的PLC类型，编写I/O分配图。信号板与各传感器位置如图2-3。可编程控制器的系统软件有两部分，一是编程器的系统软件，二是可编程序控制器的操作软件OS。图2-3 系统软件流程编程器常用继电器语言，也叫梯形图符号语

51、言，对可编程序控制器进行编程，使用起来非常方便。为了把使用这种语言编的程序变成可编程序控制器中央处理器所能接受的机器语言，需要通过编译程序才能完成。这种编译程序存在编程器的ROM存储器中，构成了编程器的系统软件。可编程控制器有一个操作系统，主要任务是解读程序，执行过程如图2-4。2.3.2 系统软件流程图根据系统控制要求，可画出如下所示的系统软件流程图（如图2-4）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

52、。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，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13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。开始汽缸是否回位斗内是否有料计时到自动停机电动机运行皮带传动下料气缸Y5动作SA测到物体推汽缸1动作推汽缸2动作推汽缸3动作推汽缸4动作连继运行SB测到物体SC测

53、到物体YYYNYNYYNYNN图2-4 系统软件流程图第3章 课题研究的方法和手段3.1 硬软件比较随着西门子PLC功能的逐渐健全，也越来越受人们的欢迎。它不仅具有丰富的机型、超小的体积、灵活的安装、双CPU结构、极高的运算速度等特点，还有事件中断自动告知、自诊断、故障历史记录、远程口令等特殊功能。简单介绍它与继电器的比较：采用微处理器为核心，并采取各种抗干扰措施，因为PLC可靠性高、控制功能强体积小。利用PLC部计算器和计时器，容易实现逻辑组合和运算，不用增加硬设备。由于PLC采用软件编制程序来完成任务，因此可以随时变更程序来适应生产工艺的改变，而不用重新布线。3.2 PLC的特点与功能3.

54、2.1 PLC的优点由于可编程控制器（PLC）具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、程序设计简单与便于安装调试等优点。PLC在工业自动化控制的各个领域发挥着越来越重要的作用，社会对可变程序控制器技术人员的需求也越来越迫切，在可预见的将来是无法替代的。可编程序控制器（Programmable Controller）通常也可简称为可编程控制器，英文缩写为PC或PLC,是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便，可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，采用模块化结构，使系统组合

55、编程语言简单易学，系统设计周期短，对生产工艺改变适用性强，安装简单，调试方便，维护工作量小，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更是得到用户的好评。成为现代工业控制的三大技术支柱（PLC,机器人和CAD/CAM）之一。目前，PLC在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保与文化娱乐等各个行业。 3.2.2 PLC的缺点固定的编程 有些PLC编程功能单一。如果不需要就必花大代价使用具有多种编程功能的PLC。例如为了节约成本，一些设备制造厂仍然使用带销的机械式定序器。如果操作顺序很少或根本不会改变，就没有必要使用重编程功能的PLC。考虑环境因

56、素PLC需要工作在一定的环境下，高温和振动将会影响PLC系统的电子设备，就限制了PLC的使用。3.故障保护在PLC系统中，必须提供一个输入电压来停止设备。这些系统没有故障保护。4.固定回路操作当系统要做周期性更新时，用PLC系统更新。3.2.3 PLC的功能开关量控制：PLC可以完成开关逻辑运算和顺序逻辑运算控制，从而实现对生产机械或生产过程的自动控制。模拟量控制：如温度，压力，流量，液位都属于模拟量。定时/计数控制：PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至数百个定时器或计数器。数据处理：新型PLC都具有数据处理能力，不仅能进行算术运算、数据传送、而且还能进行数据比较、数值转换

57、、数据显示打印，甚至浮点运算、函数运算等功能。联网与通信：PLC可与上为计算机或同位PLC进行数据通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，是实现工厂自动化的理想工业控制器。3.3 PLC控制系统的发展趋势随着PLC技术的推广、应用，PLC将进一步向以下几个方向发展。1.标准化：指令兼容，外设易于扩展，但不同厂家生产的PLC，梯形图、指令与各种配件均有一些差异，不利于PLC的普与。2.小型化：随着微电子技术的进一步发展，小型机的功能将进一步完善，PLC的结构必将更为紧凑，体积更小，使安装和使用更为方便。3.模块化:采用模块化结构，使系统的构成更加灵活、方便。4.低成

58、本:使PLC在经济上能与继电器电路抗衡，成为继电器的替代品。5.高功能 如（完成位置控制、温度控制、中断控制、PID调节、远程通讯、音响输出等）。最后PLC的普与是机电一体化的必然趋势，也就是说实现机电一体化也是PLC发展的一个重要方向。结果和讨论4.1PLC控制材料分拣装置的硬件设计分析被控对象并提出要求（1）被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。（2）控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。2.确定输入输出设备根据被控对象对PLC控制系统的功能要求

59、，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。选择合适的PLC类型 序号I/O地址实物控制1Q0.0传送带电动机2Q0.1汽缸13Q0.2汽缸24Q0.3汽缸35Q0.4汽缸46Q0.5下料电动机7I0.0启动开关8I0.1电容传感器9I0.2电感传感器10I0.3黄色传感器11I0.4其他传感器12I0.5光电传感器13M0.0中间继电器14M0.1中间继电器15M0.2中间继电器表4-1 I/O口与实物分配示意图根据已确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包

60、括机型、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。在满足功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便与最佳的性能价格比，选择有西门子公司生产的S7-200系列的PLC类型。该系列机的最大I/O点数为120点，指令的平均执行时间为12us/步，用户程序存储容量为1000步。它有一个6位BCD码高速计数器，最高计数频率为2KHZ。4.分配I/O点分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。接着九可以进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。开关量I/O。标准的I/O接口用于传感器和开关与控制设备进行数据传送，典型的交流I/O信号为24