基于PLC的材料分拣系统毕业论文

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第3章 基于PLC的材料分拣系统的硬件设计部分

3.1 材料分拣系统流程图及PLC选型

一、材料分拣系统流程图

材料分拣系统流程图如下图所示，它是利用各种传感器对待测物料进行检测并分类。根据选用的传感器类型不同，可分辨出铁、铝及非金属，并能分辨出某种颜色。当待测物体经下料装置传入传送带后，依次接受各种传感器的检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱，否则继续前行。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

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物料传感器1 物料传感器2 编可 物料传感器3 物料传感器4 物料传感器5 编程控传送带及上料气动阀 气动阀1

图3-1 系统结构图

空 气动阀2 制 气压缩机 器气动阀3 气动阀4

从上图可以看出本系统由传感器、电动机、空气压缩机等组成。其中传送带是由电动机带动。系统上电后，可编程序控制器(PLC)首先启动输送带，上料传感器检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待上料。当料槽有料时，上料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带继续运转，同时控制上料气动阀进行上料，每次上料时间间隔可以进行调整。物料传感器1为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀1动作选出该物料。物料传感器2为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC，PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器3为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属物料时，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 二、PLC的选型

1、控制要求及I/O接口

本设计要求实现三种物料的分拣，分别是铁质、铝质和带颜色的物料。根据要求选

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用了四个种类的五个传感器来检测物料。它们分别是电感传感器、电容传感器、颜色传感器以及光电传感器。电感传感器专门检测铁质物料，电容传感器检测铝质物料，颜色传感器检测颜色物料。光电传感器一共有两个，一个用于进料槽检测有无物品，另一个作为备用传感器负责把前面三个传感器漏拣的物料分拣下来。另外还用了异步电动机来带动传送带，它可以满足快速启动及制动的控制要求。空气压缩机通过电磁阀来控制推手把物料分拣下去。如图3-2所示。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。

綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 气气气气 缸缸缸缸 SBW4 SBW3 SBW2 SBW1

SFW4 SFW3 SFW2 SFW1

SD SC SB SA 光电传感器 颜色传感器 电容传感器 电感传感器

光

电 传感

器 YV5

图3-2 材料分拣示意图

4 3 2 1 YV4 YV3 YV2 YV1 YV6 SN

SBW5

SFW5

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根据设计要求，输入有5个传感器信号，包括电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器（光电传感器）以及检测下料的传感器，并且有相应的5个气缸运动位置信号，每个气缸有两个动作限位，共计10个信号。输出包括控制电动机运动的接触器，以及5个控制气缸动作的电磁阀。共需要I/O接点21个，其中有15个输入点和6

驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。

个输出点。如下表所表示。

表3-1 输入信号和输出信号

输入信号： 推气缸1动作限位SFW1 X004

推气缸2动作限位SFW2 X012 推气缸3动作限位SFW3 X020 推气缸4动作限位SFW4 X023 推气缸5动作限位SFW5 X001 电感传感器SA X003 电容传感器SB X011 颜色传感器SC X014 备用传感器SD X022 光电传感器SN X000 推气缸1动作限位SBW1 X010 推气缸2动作限位SBW2 X013 推气缸3动作限位SBW3 X021 推气缸4动作限位SBW4 X024 推气缸5动作限位SBW5 X002

输出信号： 推气缸1电磁阀YV1 Y003 推气缸2电磁阀YV2 Y005 推气缸3电磁阀YV3 Y007 推气缸4电磁阀YV4 Y009

推气缸5电磁阀YV5 Y011 电动机 YV6 Y002

根据要求选用选用三菱FX2N系列PLC。主要是因为FX2N有以下的优点。

FX2N是FX系列中功能最强、速度最快的微型可编程序控制器。FXZN系列PLC是超小型机，I/O点数最大可扩展到256点。它有内置8K步的RAM，使用存储卡盒后，最大容量可扩大到16K步。编程指令丰富，有27条基本指令、2条步进指令和128种功能指令。PLC运行时，对一条基本指令的处理时间只要0.08uS。它不仅能完成逻辑控制，顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数等功能。还能做数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、脉冲输出（20kHz/DC5V，10kHz/DC12~14V）、脉宽调制、PID运算等更为复杂的数据处理。所以FX2N系列PLC具有容量大、运行速度快、指令功能完善等特点。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 - 7-

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在FX2N系列PLC基本单元上，可连接扩展单元、扩展模块以及各种功能的特殊单元、特殊模块，还可在基本单元左侧接口上，连接一台功能扩展板，完成FX2N系列PLC与各种外部设备的通信，实现模拟量设定功能。通过功能扩展模板还可将FX2N系列适配器与FX2N基本单元连接，增强PLC与外部设备的通信功能。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 基于以上三菱FX2N系列PLC的诸多优点，选用三菱FX2N系列的FX2N48MR型PLC进行分拣运动控制。它有24个输入点、24个输出点，完全满足了设计要求，并且也满足了留有相应的裕量，以便以后进行扩充。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。

3.2 传感器的选择

本设计由于用了多达四种传感器，怎么选择传感器也成了很重要的一环。传感器选型方法很重要，选择的依据是要决定哪一个是合适的传感器。这取决于将要检测的目标的材料。

如果目标是金属的，那么需要一个电感传感器。如果目标是塑料做的，纸做的或（油基或水基）流体、颗粒、或者粉末，那么需要一个电容传感器。如果目标是带颜色的，那么需要一个颜色传感器。所以根据要求选用的是光电传感器、电感传感器、电容传感器、颜色传感器等。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。

3.2.1 电感传感器的介绍

一、工作原理

电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 电感式接近传感器只对金属对象敏感，因此电感式接近传感器不能应用于非金属对象检测。同时，由于高频振荡线圈产生的交变磁场是散射的，这样当金属对象不断接近传感器的前端时，会触发传感器状态的变化，而且在传感器的周围出现金属对象时传感器也会发出讯号。对检测正确性要求较高的场合或传感器安装周围有金属对象的情况下，需要选用屏蔽式电感性接近传感器，因为这种类型的传感器事先已经将振荡线圈周围的磁场进行了屏蔽，只有当金属对象处于传感器前端时才触发传感器状态的变化。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 另外，电感式接近传感器的检测距离会因被测对象的尺寸﹑金属材料，甚至金属材料表面镀层的种类和厚度不同而不同。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 电感式传感器作为一种位置反馈元件，目前已经广泛应用于几乎所有自动化控制的行业与领域之中，对检测和自动控制系统的可靠运行具有关键性的作用。在工业自动控制中，最普通也广泛应用的传感器往往会引起一些意想不到的问题，甚至导致系统停机。一个能够通盘考虑全部操作和功能各个方面的解决方案正是所需要的。此解决方案能够确保系统的可靠运作，且能够在系统构造、安装、运行和维护过程中表现出极大的性能优势。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 二、分类及介绍

选的是电感传感器中的自感式传感器。自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式

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