材料分拣系统控制系统设计(单片机).doc

1、*大学*远程教育毕 业 设 计题目：材料分拣系统控制系统设计（单片机）入 学 年 月 2013 年 姓 名 代 xxx 学 号 110xxxxx 专 业 机电一体化 联 系 方 式 13xxxx 学 习 中 心 xxxxx 指 导 教 师 XXXXXXX_完成时间 2013 年 X 月 XX 日目 录1 绪论11.1 自动分拣系统的定义11.2 自动分拣系统研究现状及发展趋势12 系统硬件设计22.1 传感器的选型22.1.1 电感式传感器22.1.2 电容式传感器32.1.3 颜色传感器52.2 限位开关的设计62.3 电磁阀的设计.72.4 PLC 的选型82.5 PLC 输入输出接线端子

2、图93 系统软件设计1031 控制系统流程图设计103.2 PLC 梯形图程序设计113.3 整体梯形图123.4 PLC 程序指令表124 总结14参考文献1511 绪论11 自动分拣系统的定义自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照系统设定的指令靠自动装置来完成的。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。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、高度检测及形状识别等方式，

3、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。12 自动分拣系统研究现状及发展趋势我国自动分拣机的应用大约始于 1980 年代,近期的市场兴起和技术发展始于 1997 年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。随着社会的不断发展，市场

4、的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的发展，为物料分拣系统增添了新的活力。22 系统硬件设计21 传感器的选型2.1

5、.1 电感式传感器此传感器接近开关属于有开关量输出的位置传感器，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，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统用该器件来检测铁质材料。电感式接近传感器选择 LE4-1K，技术参数如表 3.1：表 3.1 电感式传感器技术参数工作电压 10-30V额定电流 200MA感应距离 4mm图 3.1 电感传感器工作原理图图 3.2 电感传感器 LE4-1K 成品图3电感传感器介绍：由铁心

6、和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应

7、变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。2.1.2 电容传感器此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器的一个极板,而另一个极板是待测物体的本身。当物体移向接近开关时，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关断。本装置中电容传感器是用于检测铝质材料。电容式传感器选择 OMRON 的 E2KX81ME1 型，技术参数如表 3.2：表 3.2 电容式传感器

8、技术参数工作电压 10-30V额定电流 200MA感应距离 8mm图 3.3 电容传感器工作原理图4图 3.4 电容传感器 E2KX81ME1 成品图电容传感器介绍：用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的

9、量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的分辨率仅达到 15 m 数量级；而有一种电容测微仪，他的分辨率为 0.01 m，比前者提高了两个数量级，最大量程为1005 m，因此他在精密小位移测量中受到青睐。对于上述这些力学量，尤其是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜，主要是这类传感器具有以下突出优点：(1)测量范围大其相对变化率可超过 100%

10、；(2)灵敏度高，如用比率变压器电桥测量，相对变化量可达 10-7 数量级；(3)动态响应快，因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量；(4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。52.1.3 颜色传感器此传感器属于具有开关量输出的位置传感器。它是在 Si 等多数光电二极管之前，分别放置 R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色的彩色滤光器，以便处理各自的输出信号并识别彩色的方法。材料分拣系统采用它主要是用来识别绿色与黄色的材料。本系统共设置了

11、三个检测材料的传感器，同时预留了一个空余的电磁阀与气缸用来添加其它的传感器。用户可以根据自己的需求选择相应的传感器安装即可。选用 TAOS 公司生产的，型号为 TCS230 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。TCS230 传感器引脚如下图所示。图 3.5 TCS230 颜色传感器图 3.6 颜色传感器 TCS230 成品图RGB 颜色传感器介绍：TCS230 是美国 TAOS 公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器。该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量，可直接与微处理器连接。它

12、把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的 CMOS 电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的 RGB 彩色传感器。TCS230 的输出6信号是数字量，可以驱动标准的 TTL 或 CMOS 逻辑输入，因此可直接与微处理器或其它逻辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道 10位以上的转换精度，因而不再需要 A/D 转换电路，使电路变得更简单。TCS230采用 8 引脚的 SOIC 表面贴装式封装，在单一芯片上集成有 64 个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中 16 个光电二极管带有红色滤波器，16 个光电二极管

13、带有绿色滤波器，16 个光电二极管带有蓝色滤波器，其余 16 个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光幅射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的 16 个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。该传感器的典型输出频率范围从 2Hz500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择 100%、20%或 2%的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。当入射光投射到 TCS23

14、0 上时，通过光电二极管控制引脚 S2、S3 的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是 50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚 S0、S1 选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。S0、S1 用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3 用于选择滤波器的类型；OE 是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT 是频率输出引脚，GND 是芯片的接地引脚，VCC 为芯片提供工作电压。表 2 是 S0、S1 及 S2、S3 的可用组

15、合。表 3.3 S0、S1 及 S2、S3 的组合选项S0 S1 输出频率定标 S2 S3 滤波器类型L L 关断电源 L LH H 20% L HL H 20% H LL H 100% H H红色蓝色无绿色2.2 限位开关的设计限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。这种开关有接触式的和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行7程”以保护开关不受损坏。非接触式

16、的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等。材料自动化分拣系统中,气缸回位限位开关、气缸动作限位开关都选用 DC73 型号的磁感应开关，控制功率高、作用距离大、结构简单、成本低、工作稳定可靠、寿命长。适合用于自动控制系统中，进行自动检测、定位、保护等。它的技术参数如表 3.4 所示：表 3.4 限位开关的技术参数额定电压 DC24V AC110V额定电流 DC：540mA AC: 520mA而震程度 1050HZ使用温度 060 摄氏度2.3 电磁阀的设计ABS 压力调节器的 4 个常开进油电磁阀的最大起动电流约为 3.6 A;4 个常闭出油电磁阀最大起动电流约为 2.4 A。而 L9439

17、 的工作电压 4.532 V，两路通道内阻 0.2，最大负载电流 3A；另两路内阻 0.3，最大负载电流 5A，恰好能满足 ABS 常开和常闭电磁阀的驱动电流要求，而且较低的导通内阻又能保证低功耗，因此 L9349 非常适合进行 ABS 电磁阀的驱动控制。电磁阀驱动电路原理图见图 3.7。图 3.7 电磁阀驱动电路原理图在图中，每片 L9349 能驱动 4 个电磁阀工作，属于典型的低端驱动。通过Vs 端口给芯片提供 12V 供电电压；当给输入端 IN1IN4 PWM 控制信号，就能方便地控制输出端以驱动 4 路电磁阀工作，OUT1 和 OUT2 端口的最大驱动能力为 5A，应该连接 ABS 的

18、常闭电磁阀；OUT3 和 OUT4 端口最大驱动能力为 3A，应8连接 ABS 常开电磁阀，不可接反；EN 端口为使能端，能通过 MCU 快速关闭芯片；L9349 的数字地和模拟地分开，提高了驱动模块的抗干扰能力。2.4 PLC 的选型 根据材料分拣系统的工作过程由可知，系统的控制有输入信号 12 个，均为开关量。输出信号有 5 个，其中一个控制电动机，剩下的控制电磁阀，也都是开关量。根据分拣系统的需要配置出 I/O 对应功能，如表 3.5 所示：表 3.5 I/O 接线表X010 SFW2X011 SFW3输入部分X017X013X000X001X002X005X006X007X015X01

19、4SFW4SFW5SASBSCSBW2SBW3SBW4SBW5SN气缸动作限位开关气缸动作限位开关气缸动作限位开关气缸动作限位开关电感传感器电容传感器颜色传感器气缸回位限位开关气缸回位限位开关气缸回位限位开关气缸回位限位开关判断下料有无(下料传感器)输出部分Y000Y001Y003Y004Y005YV2YV3YV4YV5M先导式电磁换向阀 11先导式电磁换向阀 10先导式电磁换向阀 9先导式电磁换向阀 13传送带再根据 PLC 选型的要求，在实际统计的输入/输出点数的基础上需 15%-20% 的备用量，因此选择三菱 FX2N32MR 的 PLC 作为主机，它可以满足本系统的需求，且还有一定的剩余 I/O 以备将来的扩展。