1、陜西理工學院畢業論文標題：材料分揀控制系統的設計系別：電氣工程系專業：自動化學號：0717014017姓名：郭 陽指導教師 ：曹立學2011年5 月12 日摘要自 分 控制系 廣泛 用于社會各行各 ，如：物流配送中心、 局、采 、港口、 、 控制系 的 用可以大大提高企事 位 的生 效率。本文作者通 大量 料， 自 分 系 及其相關的技 展、 狀和 作了一個比 全面的 。在熟悉了自 分 系 的原理的基 上，根據一定的分 要求以三菱 PLC 控制核心， Mcgs 件 控 件， 出材料分 控制系 。 材料分 系 以 PLC 主控制器 , 合氣 裝置、 感器技 、 控等技 , 控制 品的自 分 。系

2、 具有自 化程度高、運行 定、分 精度高、易控制的特點, 不同的分 象 , 稍加修改本系 即可 要求。關 ： 材料分 三菱 PLC Mcgs 件目錄摘要2目 3引言 41 概述1.1 PLC 的 展 史51.2PLC 的定 和特點61.3PLC 基本 構和工作原理 82 控制技 112.1 技 概述122.2 控制技 相 于 算機控制技 的 點 132.3常用于 控制技 的 算機系 和 件133 型及硬件 路的 143.1材料分 系 的硬件 構及功能143.2材料分 系 的整個工作 程173.3材料分 系 各 的 型173.4材料分 系 梯形 的 、 與 入224 材料分 系 控畫面及參數 置

3、 244.1 控制畫面的 244.2 控制參數與通 參數的 定254.3 控功能概述294.4材料分 控制系 的 29 束 29致 31參考文獻 32附 33引言自 分 系 的概述自 分 是指 物 入分 系 到指定的分配位置 止， 都是按照人 的指令靠自 裝置來完成的。 種裝置是由接受分 指示信息的控制裝置、 算機網 、搬運裝置、分支裝置（ 把到達分 位置的 物按運到 的裝置） 、 沖站（在分 位置 存放 物的裝置）等構成。除了使用 端的 、鼠 或者其它方式向控制裝置 入分 指示信息的作 外，由于全部采用自動控制作業，因此它的分揀能力、分揀數量同人為分揀相比都比較大，效率也得到了進一步突破。自

4、動分揀系統的規模和能力已有很大的發展， 目前大型分揀系統大多能分揀幾十到幾百個種類的物品，分揀能力達到每小時萬件以上。國外分揀系統規模都很大，主要包括進給臺、信號盤、分揀機、分揀信息識別系統、設備控制系統和計算機管理系統等幾大部分，還要配備外圍的各種運輸和裝卸機械，組成一個龐大而復雜的系統。自動分揀大部分與自動化立體倉庫連接起來，配合自動引導車（AGV）、托鏈小車等其它復雜的系統，分揀系統在總體布置上，可以說千變萬化。從分揀技術水平上說， 歐美各國發展最早， 技術比較成熟， 目前處于世界領先地位。美國和歐洲在60 年代開始使用，日本則在第二次世界大戰后才引進分揀機，但近二十年來由于其本國經濟發

5、展需要發展迅速，后來者居上，從 1970-1985 年共有 338 臺自動分揀機投入運行，其中 58.32%用于儲運業， 17.15%用于銷售業。到 1987 年就已經擁有自動分揀機 1000 臺，號稱是世界上擁有分揀機最多的國家。我國自動分揀技術起步較晚，目前已能與國際先進水平保持同步，但是缺少技術創新能力，使自動分揀技術的物流系數也減少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。在二十世紀 80 年代，我國最初是一些郵局采用小型的半自動翻盤分揀機，用于郵包分揀。 1990 年為迎接第十一屆亞運會，從荷蘭引進了一套有 3 個入口， 60 個出口的自動分揀系統，成立了北京食品配送中心，每小時可以

6、配送 3000 件貨物，使我國的分揀技術有了一個飛躍。而如今分揀技術已經用于我國的各行各業，使這環節的效率得到了很大的提高。自動分揀機最先在郵政部門開始應用，大量的信件和郵包要在極端的時間內正確分揀，非憑借高度自動化的分揀措施不可。此后，運輸企業、配送中心、通訊出版部門、煙草部門、出版行業、食品化工、造紙業、化工業、機械制造以及各類工業企業亦相繼應用。近二十年來 , 特別是物流行業，隨著經濟和生產的發展, 商品趨勢趨于 短小輕薄 ，流通趨于小批量多品種和準時制 （JUST-IN-TIME，簡稱 JIT) 。分揀作業已成為一項重要的工作環節，分揀系統的應用已經日趨普遍。我國目前多數配送中心和物流

7、企業都是人工分揀。顯然，隨著分揀量的增加、 分送點的增多、 配貨響應時間的縮短和服務質量的提高，單憑人工分揀將無法滿足大規模配送的要求，所以這一環節亟待提高。而國外一些配送中心多采用分揀系統進行分揀，充分發揮了分揀技術分揀速度快、分揀點多、差錯率極低、效率高和基本上全自動操作的優勢。日本一位物流專家認為，在用戶需求表現為多種小批量的時代，物流技術的三大措施是自動分揀機、自動化倉庫和無人自動引導車。自動分揀機是其中最接近與成熟的產品，這可以認為是國家對于自動分揀在物流技術中的地位和現狀的一個較好的概括。自動分揀系統成為當代物流技術發展的三大標志之一。1.1 PLC 的發展歷史在可編程序控制器問世

8、之前，繼電器接觸器控制在工業控制領域中占有主導地位。但隨著工業的發展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。為了解決這一問題， 早在 1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司 ) ，為了適應汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業中占有優勢，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置， 并且對未來的新型控制裝置做出了具體設想。要把計算機的完備功能以及靈活性、通用性好等優點和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點溶入于新的控制裝置中， 且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機的人員也能很快掌握它的使用技術。 美國數字設備公司 (DEC)根據 GM 公

9、司招標的技術要求，于 1969 年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在 GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術，可編程序控制器由此而迅速發展起來。在 20 世紀 70 年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優點，但實際上只稱為 PLC(Programmable Logical Controller)。隨著微處理器技術的發展，20 世紀 70 年代末至 80 年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高， 增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，而且可以對模擬量進行控制。因此，美國電器制造協會 (NEMA)將可編程序控制器命名為

10、PC(Programmable Controller) ，但人們習慣上將之仍稱為 PLC，以便與個人計算機 PC(Personal Computer) 相區別。80 年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路技術韻迅猛發展， 以 16 位和 32 位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發展。 這時的 PLC具有了高速計數、 中斷技術、 PID 調節和數據通信等功能，從而使 PLC的應用范圍和應用領域不斷擴大。目前， PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。1.2PLC 的定義和特點PLC的發展初期，不同的開發制造商對PLC

11、有不同的定義。為使這一新型的工業控制裝置的生產和發展規范化，國際電工委員會(IEC) 于 1985 年 1 月制定了 PLC的標準，并給它作了如下定義：可編程序控制器是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外部設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則而設計。它的一些性能與繼電器相比具有以下特點：1 可靠性高可靠性包括產品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?， 表現

12、在下列幾個方面：a) 可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時，系統的維修簡單，維修時間縮短，因此可靠性得到提高。b) 可編程控制器采用一系列可靠性設計方法進行設計，例如冗余設計，掉電保護，故障診斷，報警和運行信息顯示和信息保護及恢復等。c) 可編程控制器有較強的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯率大大降低，而為工業惡劣操作環境設計的硬件使可靠性大大提高。d) 可編程控制器的硬件設計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業級元件，采用先進的電子加工工藝（ SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲器內容的保護，采用看門狗和自診斷措

13、施，便于維修的設計等。2 操作性高a) 操作方便：對 PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數 PLC采用編程器進行程序輸入和更改操作。現在的 PLC的編程器大部分可以用電腦直接進行，更改程序也可根據所需地址編號、繼電器編號或接點號等直接進行搜索或按順序尋找，然后可以在線或離線更改。b) 編程方面： PLC有多種程序設計語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進展為主線，十分適合設計人員與工藝專業人員設計思想的溝通。功能模塊圖和結構化文本語言，功能清晰，易于理解等優點。c) 維修方便： PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術要求較低

14、， 當系統發生故障時，通過硬件和軟件的自診斷， 維修人員可以根據有關故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和 HMI屏幕的設定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復節省了時間，提高了效率。3 靈活性好a) 編程的靈活性： PLC采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結構化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進行編程，編程方法的多樣性使編程方便。b) 擴展的靈活性： PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可以根據應用的規模不斷擴展，即進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出模塊增加點數，通過擴展單元擴大

15、容量和功能，也可以通過多臺 PLC的通信來擴大容量和功能。c) 操作的靈活性：操作的靈活性指設計工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統中所需的一些操作得到簡化，不同生產過程可采用相同的控制臺和控制屏等。4 可實現機電一體化為了使工業生產的過程控制更平穩，更可靠，向優質、高產、低耗要效益，對過程控制設備和裝置提出了機電一體化，即儀表、電子、計算機綜合的要求，而 PLC正是這一要求的產物，它是專門為工業過程而設計的控制設備，具有體積小、功能強，抗干擾性好等優點，它將機械與電氣部件有機地結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的

16、功能綜合集成在一起，因此，它已經成為當今數控技術、工業機器人、離散制造和過程流程等領域的主要控制設備，成為工業自動化三大支柱（ PLC，機器人， CAD/CAM）之一?？删幊炭刂破鳜F在已經成為了一個不可代替的控制系統，它們可以與其它系統通訊，提供產品報表，生產調度，診斷自身和設備的故障，這些技術上的改進，讓PLC成為今天的各行各業的高質量和產量的重要的貢獻者。1.3 PLC 基本結構和工作原理基本結構目前，可編程序控制器的產品很多，不同廠家生產的PLC以及同一廠家生產的不同型號的 PLC，其結構各不相同，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結構， 其功能的

17、實現不僅基于硬件的作用， 更要靠軟件的支持。實際上可編程序控制器就是一種新型的工業控制計算機。 PLC硬件系統的基本結構框如圖所示：PLC硬件系統結構框圖1 中央處理器（ CPU）中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統程序的控制下， 完成邏輯運算、 數學運算、協調系統內部各部分的工作任務等。2 存儲器存儲器是可編程控制器存放系統程序、用戶程序以及運算數據的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統存儲器 (EPROM)和用戶存儲器 (RAM)。3 輸入輸出接口輸入輸出接口是可編程控制器和工業控制現場各類信號連接的部分。輸入口用來接收生產過程的各種參數，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的

18、控制信息，并通過機外的執行機構完成工業現場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、輸出形式分有數字量輸入、輸出，開關量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。下面通過開關量輸入、輸出模塊來說明I/O模塊與CPU的連接方式。(1)開關量輸入模塊開關量輸人設備是各種開關、按鈕、傳感器等，其信號可能是交流電壓(110 V或220 V) ，直流電壓(12 24 V) 等。因此，輸入模塊要能將生產現場的信號轉換成CPU能接收的 TTL 標準電平的數字量信號。對于開關量中交流輸入模塊的工作原理，只是在輸人端先通過整流將交流輸入信號變成直流信號，其他與開關量直流輸入模

19、塊工作原理相同。(2) 開關量輸出模塊輸出模塊的作用是將CPU執行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號轉化為生產現場所需的，能驅動特定設備的信號，以驅動執行機構的動作。通常開關量輸出模塊有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出可接直流或交流負載，晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負載。當開關量輸出的頻率低于1000 Hz，一般選用繼電器輸出模塊。 當開關量輸出的頻率大于1 000 Hz，一般選用晶體管輸出。而雙向晶閘管輸出屬交流輸出。對于繼電器輸出型，CPU輸出時接通或斷開繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合或斷開，通過繼電器觸點控制外電路的通斷。對于晶體管輸出型，則是通過光電

20、耦合使開關晶體管截止或飽和導通以控制外部電路。對于晶閘管輸出型，采用的是光觸發型雙向晶閘管。4 電源可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。5 外部設備編程器是 PLC的重要外部設備， 利用編程器可將用戶程序送人PLC的用戶程序存儲器，調試程序、監控程序的執行過程。編程器從結構上可分為以下三種類型。(1) 簡易編程器 (2) 圖形編程器 (3) 通用計算機編程?；竟ぷ髟砦覀円呀浿?PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC的控制

21、功能就是通過運行用戶程序來實現的。PLC 運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同， 微型計算機運行程序時， 一旦執行到 END指令，程序運行結束。而 PLC從 0000 號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執行用戶程序，直到 END指令結束。然后再從頭開始執行， 并周而復始地重復， 直到停機或從運行 (RUN)切換到停止 (STOP)狀態。我們把 PLC這種執行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期。另外， PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同。微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信

22、號是集中批處理。下面我們具體介紹 PLC的掃描工作過程。PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執行、輸出刷新。1) 輸入采樣PLC在開始執行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀人到寄存輸入狀態的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現時取輸人端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內這個采樣結果的內容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2) 程序執行PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000 號地址開始的程序進行逐條掃描執行，并分別從輸人映像寄存器、 輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數據

23、進行運算處理。再將程序執行的結果寫入寄存執行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執行完畢之前不會送到輸出端子上。3) 輸出刷新在執行到 END指令，即執行完了用戶的所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。PLC掃描過程示意圖如下圖所示。PLC掃描過程示意圖PLC工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內部處理、通信處理等工作，在內部處理階段， PLC檢查 CPU模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。在通信服務階段， PLC與其他的帶微處理器的智能裝置實現通信。2 組態控制技術2.1 組態技術概述組態控制

24、技術是一種計算機控制技術。利用組態控制技術構成的計算機測控系統與一般計算機控制系統在結構上沒有本質的區別，它們都是由被控對象、傳感器、I/O 接口、計算機和執行機構幾部分組成。顯示器鍵盤現場參數執行器被控對象計算機I/O接口傳感器現場設備I/O接口一般計算機控制系統的結構組成傳感器的作用是可以把被控對象的各種參數進行檢測，然后將參數顯示于計算機的顯示器上。并根據參數實際值與設定值的偏差，按照一定的控制算法發出控制命令，控制執行機構的動作，從而完成任務。I/O 接口負責溝通傳感器、執行器，它是計算機與現場設備的橋梁。內部有將數字量轉換成模擬量 D/A 轉換器、模擬量轉換數字量的 A/D 轉換器、

25、對開關量進行隔離的光電隔離器等。執行器由一些機械設備組成，如：電機、電源、管道、氣閥、集成電路等組成。2.2 組態控制技術相對于傳統計算機控制技術的優點組態的概念是伴隨著集散型控制系統（Distributed Control System簡稱 DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術的不斷發展和應用過程中， PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在： PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已經成熟；由PC構建的工業控制系統具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富， 軟件之間的互操作性強；基于 PC的控制系統易于學

26、習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件占據著非常特殊而且重要的地位。組態（ Configuration）的意思就是模塊的任意組合。簡單的講，組態就是用應用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務的過程。在組態概念出現之前，要實現某一任務，都是通過編寫程序（如使用 BASIC,C,FORTRAN 等）來實現的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態軟件的出現，解決了這個問題。對于過去需要幾個月的工作，通過組態幾天就可以完成。這樣系統設計人員就可以把更多的注意力集中在如何選擇最優的控制方法上， 設計出合理的控制系統結構，選

27、者合適的控制算法等這些提高控制品質的關鍵問題上。一方面，從管理的角度講，用組態軟件開發的系統具有與 Windows 一致的圖形化操作界面 , 非常便于生產的組織與管理。2.3 常用于組態控制技術的計算機系統和組態軟件一般來說，只要采用 IPC（工業控制計算機），選擇通用接口部件和組態軟件，這樣構成的系統都是基于組態控制技術的。 世界上有許多自動化設備生產廠家生產了許多基于這種技術的 DSC（集散式控制系統）計算機系統。如：中國的研華公司、時利和公司、德國的西門子公司、日本三菱等等。與上面系統專用組態軟件相對的是通用組態軟件，常用的國產通用組態軟件有微控可視組態、 MCGS、King view(

28、組態王 ) 等等。本系統采用 MCGS作為上位機的監控軟件。3 設備選型及硬件電路的設計3.1材料分揀系統的主要硬件結構該系統采用臺式結構，內置電源，設置的轉接面板上設計了可與PLC連接的轉接口。本裝置還設置了氣動方面的減壓器、濾清、氣壓指示等，可與各類氣源相連接。其外形結構、各傳感器位置見圖材料分揀系統的主要結構圖材料分揀系統的各部分的結構如下：1、 轉接面板2、 單向感應電動機3、 三菱 PLC4、 調壓閥、空氣濾器、油霧器與氣壓指示表5、 內置電源6、 傳送帶7、 擋板8、 料槽9、 10、11、 12、13、先導式電磁換向閥14、16、18、20、 23、氣缸回位限位開關（磁感應開關）

29、15、17、19、21、 22、氣缸動作限位開關（磁感應開關）24、電容傳感器 SB25、顏色傳感器 SC26、電感傳感器 SA28、29、30、31、導料軌道32、氣缸 133、氣缸 234、氣缸 335、氣缸 436、氣缸 5材料分揀系統各結構的功能料槽 ( 圖 6 中的 8) 是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統開始運行。當系統運行時，啟動傳送帶（圖6 中的 6）并由出料氣缸（圖6 中的 36）將料庫內底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應電機( 圖 6 中的 2) 驅動的皮帶式輸送裝置。為了防止氣缸的

30、壓力過大而導致材料被打飛，所以在出料口加了擋板（圖6 中的 7）。自動分選部分由傳感器（圖 6 中的 24、25、26）、先導式電磁換向閥（圖 6 中的 9、10、11、12）、氣缸（圖 6 中的 32、33、34、35）及導料軌道（圖 6 中的 28、29、 30、31）組成。當傳感器檢測到相應料塊時，對應的先導式電磁換向閥動作驅動氣缸動作將其推人應去的滑道。例如：當電感傳感器感應到鐵塊時，對應的氣缸（圖6 中的 34 ）動作，將鐵塊推入對應的導料軌道（圖6 中的 30）。調壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表（圖 6 中的 4）集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的 5 個氣閥中。

31、來自氣源的壓縮空氣其壓力通常都高于設備和裝置所需的工作壓力，因壓力波動比較大，因而需要調節調壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩定?？諝膺^濾器是氣動系統中最常見的一種空氣凈化裝置，安裝在使用壓縮空氣的設備氣動系統氣源的入口處。其作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質微粒等危害，以達到系統要求的凈化程度。過濾的原理是根據固體物質和空氣中的分子的大小和質量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將空氣中的水分、 油滴以及雜質微粒等危害去除。 油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目

32、的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。目前氣動控制閥、氣缸和氣馬達主要是靠這種有油霧顆粒的壓縮空氣來實現潤滑，它的主要優點是方便、干凈、潤滑的質量高。在氣壓傳動系統中，組成氣動回路是為了驅動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實現對三個內容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。 材料分揀系統選用的是方向控制閥中的先導式電磁換向閥。氣動換向閥是利用電磁力的作用來實現閥的換向的。主要有電磁部分和主閥兩部分組成，按照控制方式的不同可以分為直動式和先導式。先導式電磁換向閥首

33、先由直動式電磁閥（先導閥）提供控制氣壓，再去控制主閥（氣控閥）閥芯的運動，實現主閥的換向。因為這種閥的輸出流量較大，故常作為控制氣缸的主控閥。當傳感器感應到有材料通過時，輸出一個信號，這個信號通過 PLC實現對先導式電磁換向閥的控制，先導式電磁換向閥又控制相對應的氣缸來彈出材料到導料軌道。每個氣缸上都有兩個磁感應開關，它們是有開關量輸入輸出的傳感器。分別作為氣缸回位限位開關、氣缸動作限位開關。磁感應開關是一種屬于金屬感應的線性器件，接通電源后，在傳感器的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據衰減量的變化來完成

34、無接觸檢測物體的目的。當氣缸動作時動作限位開關斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位， 當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關感應動作從而關閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。導料軌道（圖 6 中的 28、 29、30、 31、）主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。轉接板上有相對應的指示燈， 用于指示各個輸入輸出信號的指示以便于我們進一步控制。電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。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能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數發生變

35、化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。本系統用該器件來檢測鐵質材料。電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。它的測量頭通常是構成電容器的一個極板 , 而另一個極板是待測物體的本身。當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化。由此，便可控制開關的接通和關斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測鋁質材料。顏色傳感器同樣也屬于具有開關量輸出的位置傳感器。它是在 Si 等多數光電二極管之前，分別放置 R（紅）、 G（綠）、B（藍）三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的輸出信號并識別彩色的方法。材料分揀系統采用它主要是

36、用來識別綠色與黃色的材料。單向感應電動機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行?？刂破鞑捎萌?FX2N-32MR型 PLC（圖 6 中的 3）。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、單向感應電動機、氣缸位置傳感器的信號，根據要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。內置電源（圖 6 中的 5 ）可以將 220 交流電轉換成 24 伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以及轉接板上的各個指示燈，同時也為單向感應電動機提供穩定的 220 伏電壓。本系統共設置了三個檢測材料的傳感器， 同時預留了一個空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據自己的需求選擇相應的傳感器安裝即可。3.2 材

37、料分揀系統的整個工作過程本課題是基于區分材料的材質的不同而設計的材料分揀系統，主要是實現對鐵質、鋁質、不同顏色的材料的自動分揀。具體控制過程為:(1) 接通電源，按下啟動開關，系統進入啟動狀態。 (2) 系統啟動后，下料傳感器( 光電傳感裝置 ) 檢測到料槽有材料，每隔 2 秒出料氣缸動作一次，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行。如果下料傳感器沒有感應到材料，傳送帶不運行。 (3) 當鐵檢測傳感器檢測到鐵質材料時，鐵出料氣缸將待測物體推下。 (4) 當顏色檢測傳感器檢測到材料為黃色或者綠色時，顏色出料氣缸動作將被檢測到的材料推下。 (5) 當鋁檢測傳感器檢測到鋁質材料時，鋁出料

38、氣缸動作將待測物體推下。(6) 剩余紅色非金屬材料落到傳送帶后方。(7) 當料槽無材料時，傳送帶須繼續運行一個行程后自動停機。3.3材料分揀系統各設備的選型三菱 PLC的選型根據材料分揀系統的工作過程由可知，系統的控制有輸入信號12 個，均為開關量。輸出信號有 5 個，其中一個控制電動機，剩下的控制氣閥，也都是開關量。根據分揀系統的需要配置出I/O 對應功能，列表如下：三菱 PLC(I/O)分揀系統接口 (I/O)備注輸X010SFW2氣缸動作限位開關入X011SFW3氣缸動作限位開關部X017SFW4氣缸動作限位開關分X013SFW5氣缸動作限位開關X000X001X002X005X006X

39、007X015X014Y000輸Y001出部 Y003Y004分Y005SASBSCSBW2SBW3SBW4SBW5SNYV2YV3YV4YV5M電感傳感器電容傳感器顏色傳感器氣缸回位限位開關氣缸回位限位開關氣缸回位限位開關氣缸回位限位開關判斷下料有無(下料傳感器 )先導式電磁換向閥11先導式電磁換向閥10先導式電磁換向閥9先導式電磁換向閥13傳送帶表 1：材料分揀系統的I/O 列表再根據 PLC選型的要求，在實際統計的輸入 / 輸出點數的基礎上需有 15%-20% 的備用量，因此選擇三菱 FX2N32MR的 PLC作為主機，它可以滿足本系統的需求，且還有一定的剩余 I/O 以備將來的擴展。氣

40、動裝置選型氣源選擇 FB0.048/7 靜音空氣壓縮機，該空氣壓縮機具有噪音低、性能穩定、工作安全可靠的特點，適合于材料分揀系統的要求。它的技術參數如下：FB 0.048/7 靜音空氣壓縮機一臺功率壓力排氣量轉速噪音儲氣罐容積重外形尺寸KWMPaL/minr.p.mdB(A)L量cmKg0.550.748280045153240x40x58調壓閥、油霧器與氣壓指示表綜合于一體，該部分選用SANWO（三和） SAW2000型號的產品?？諝鉃V器選用 SANWO（三和） SAL2000 型號的產品。調壓閥、油霧器、氣壓指示表、空氣濾器也綜合于一體。 該套產品質量可靠， 性能穩定、體積緊湊，適合使用。

41、氣閥選用 SANWO（三和） SVK0120型號的先導式電磁換向閥。采用它的優點： （1）外漏堵絕，內漏易控，使用安全。 （2）系統簡單，便接電腦，價格低廉。 （3）動作快遞，功率微小，外形輕巧。該電磁閥的線圈為 DC24伏，2.5 瓦的線圈，電源來自分揀系統的內置電源，內置電源通過將 220 伏轉化為 24 伏電壓而來。它的技術參數如下表：SANWO（三和） SVK0120先導式電磁換向閥個數： 5接電方式（G）出線式標準電源交流： 110v,220v（50hz）直流： 24V絕緣及保護額定電壓的 -10%+10%交流啟動： 5.6VA持續： 3.4VA功率2.5W直流氣缸采用 SANWO（

42、三和） SCDJB10-45S型號的產品，該產品與氣閥的型號相配套，性能優越。傳感器的選型氣缸回位限位開關、氣缸動作限位開關都選用D C73型號的磁感應開關，控制功率高、作用距離大、結構簡單、成本低、工作穩定可靠、壽命長。適合用于自動控制系統中，進行自動檢測、定位、保護等。它的技術參數如下：DC73磁感應開關個數： 10額定電壓DC24VAC110V額定電流DC：540mAAC: 520mA而震程度1050HZ使用溫度060 攝氏度電感式接傳感器選擇百斯特BLJ18A48Z/B1Z 技術參數如下：百斯特BLJ18A48Z/B1Z個數： 1額定電壓DC：636V額定電流300mA顏色傳感器選擇O

43、MRON的 E3SVS1E4型，該傳感器具有靈敏度高，易調節的優點。技術參數如下：OMRON E3S VS1E4型 個數： 1額定電壓DC：1224V額定電流400mA輸出形式直流 3 線式 NPN電容式傳感器選擇OMRON的 E2K X81ME1型，技術參數如下：OMRON E2K X81ME1型 個數： 1Description靜電容量型近接開關Sensing Distance8mmOutput直流3 線式NPNSizeM18電動機與內置電源的選型電機選擇 LINIX 的單向感應電動機，它具有功率效率高、功率消耗低、更低的噪聲以及在應用中更易控制的優點。型號為YN60 6，技術參數如下：L

44、INIXYN60 6 型單向感應電動機個數： 1功電頻極額定轉電流啟動轉矩額定轉矩電容率壓率A數.M(g .cm)速WVHZP.M(g .cm)F/VACR/mim6220500.15439(400)4713801/450內置電源為DADONGMD35-34型號的電源，具有易散熱，工作性能穩定的特點。技術參數如下：DADONG MD3534 型號的電源個數： 1輸入電壓輸出電壓AC220 伏DC24 伏15%材料分揀系統的控制流程圖由分揀控制系統的分揀要求畫出控制系統的程序流程圖，圖如下。圖 7 材料分揀系統的程序流程圖流程圖詳細的描述了材料分揀系統的工作過程，當電源得電時，即流程圖開始的時刻，整個系統開始運行。首先由光電傳感器判斷有無材料，沒有材料時系統直接進入一個循環周期，周期時間到的時候系統停止運行。當有材料時，程序判斷YV5是否復位，當它沒有復位時傳輸帶不運行， 復位時，傳輸帶自動運行且氣缸自動將材料打出，并每隔一定時間打一次。在氣缸將材料送至傳送帶的過程中，傳送帶運行停止，當氣缸復位時傳送帶正常運行。 材料隨著傳送帶的運行而前進， 遇到傳感器相對應的傳感器時，傳感器給 PLC發出信號，同時 PLC給對應的氣閥發出信號，于是同組的氣缸開始動作打出材料。如果氣缸沒有復位則傳送帶就停止運行。這就是整個程序的流程。3.4 梯形圖編輯軟件的設計與輸入簡介材料分揀系統采用三菱公司