材料自动分拣控制系统的设计.doc

2012 届毕业设计说明书 材料自动分拣控制系统的设计 摘 要自动分拣系统是目前物流中心中广泛采用的一种自动化作业系统，该系统的作业过程可以简单描述如下：流动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，在最短的时间内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(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时间内从庞大的高层货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进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。自动分拣控制系统广泛应用于社会各行各业，如：物流配送中心、邮局、采矿、港口、码头、仓库该控制系统的应用可以大大提高企事业单位该环节的生产效率。由于分拣系统运行平稳、安全性高，同时，人工拣取物料的作业量降低，对物品的损坏减少，为顾客创造了更多的价值，为公司赢得了更多的信誉和商机。本文作者通过查阅大量资料，对自动分拣系统及其相关的技术发展、现状和趋势作了一个比较全面的总结。在熟悉了自动分拣系统的原理的基础上，根据一定的分拣要求以三菱PLC为控制核心，MCGS组态软件为监控软件，设计出材料分拣控制系统。该材料分拣系统以电感传感器、电容传感器、颜色传感器等传感器采集信号,传输给PLC芯片，驱动电磁阀对汽缸进行动作，实现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、分拣精度高、易控制的特点,对不同的分拣对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键词 材料自动分拣 ；传感器；三菱PLC ；MCGS组态软件 ABSTRACTAutomatic sorting system is the logistics center is widely used in an automatic operating system, the operating system process can be simply described as follows: Mobility Center receive every day thousands of suppliers or owner of the goods through various means of transport sent tens of thousands of kinds of commodities, in the shortest possible time to unload these goods according to the variety of goods, consignor,storage or transmission sites are fast and accurate classification, these goods transported to the designated locations ( such as the specified shelf, processing area, shipping platform ), at the same time, when the supplier or the owner notification logistics center according to distribution order, automatic sorting system in the shortest time from huge the top shelf storage system to find accurate to the merchandise location, in accordance with the required number of outbound, from a different storage on Extraction of different quantity according to the delivery point different transported to different tally area or distribution platform, so that loading distribution.Automatic control system is widely used in all walks of life, such as: logistics distribution center, post office, mining, ports, docks, warehouses . . The application of the control system can greatly improve the enterprises and institutions of the links of the production efficiency. Since the sorting system stable operation, high safety, at the same time, artificial picking material operation quantity to reduce, reduce damage of goods, for the customer to more value, for the company to win more reputation and business opportunities.The author of this article through access to large amounts of data, the automatic sorting system and its related technology development, current situation and trend made a more comprehensive summary. Familiar with the automatic sorting system based on the principles, according to certain sorting requirements to Mitsubishi PLC as the control core, MCGS configuration software for monitoring software, design material sorting control system. The material sorting system with inductive sensors, capacitance sensors, color sensors and other sensor to collect signals, transmitted to the PLC chip, drive the electromagnetic valve to cylinder motion, on-site control products automatic sorting. The system has a high degree of automation, stable operation, high accuracy, easy sorting control characteristics, for different sorting objects, modify the system can reach the requirements.Key words Automatic sorting ；Sensor ；Mitsubishi PLC ；MCGS configuration software目 录1 绪论1 1.1 自动分拣系统的定义1 1.2 自动分拣系统研究现状及发展趋势1 1.3 自动分拣系统研究的意义2 1.4 论文主要内容22 系统总体设计3 2.1 系统方案的论证和选择3 2.2 系统任务分析3 2.3 系统总体方案设计42.3.1 材料分拣系统的结构框图42.3.2 材料分拣系统的主要硬件结构53 系统硬件设计9 3.1 传感器的选型93.1.1 电感式传感器93.1.2 电容式传感器103.1.3 颜色传感器12 3.2 限位开关的设计13 3.3 电磁阀的设计.14 3.4 PLC的选型15 3.5 PLC输入输出接线端子图164 系统软件设计17 41 控制系统流程图设计17 4.2 PLC梯形图程序设计18 4.3 整体梯形图19 4.4 PLC程序指令表19 5 MCGS组态控制工程设计20 5.1 组态软件21 5.2 MCGS软件功能特点21 5.3 MCGS组态软件结构分析22 5.4 自动分拣系统在组态工程中的应用235.4.1 驱动选择235.4.2 组态控制参数与通讯参数的设定24 5.5 组态监控功能概述276 系统应用及调试28 6.1 系统硬件调试28 6.2 系统软件调试28 6.3 系统整体调试30 6.4材料自动分拣系统的应用设计分析307 总结34参考文献35致谢36附录371 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，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。根据不同的作用，在各行各业需要分检的地方衍生出很多的设备，如LED分光分选机等,主要类型有：堆块式分拣系统 Pusher sorting system交叉带式分拣系统 Carbel Sorting斜导轮式分拣机 Line shaft Diverter摇臂式分拣机 Swing Arm Diverter物料分拣系统涵盖了PLC技术、传感器技术、位置控制技术，组态控制技术等内容。13 自动分拣系统研究的意义近二十年来,特别是物流行业，随着经济和生产的发展,商品趋势趋于短小轻薄，流通趋于小批量多品种和准时制（JUST-IN-TIME，简称JIT)分拣作业已成为一项重要的工作环节，分拣系统的应用已经日趋普遍。我国目前多数配送中心和物流企业都是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节亟待提高。而国外一些配送中心多采用分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。日本一位物流专家认为，在用户需求表现为多种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。自动分拣机是其中最接近与成熟的产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的概括。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一。14 论文主要内容文章第一章主要讲述自动分拣系统的定义、发展现状及趋势、研究自动分拣系统的意义。文章第二章主要讲述自动分拣系统设计方案的论证和选型、任务分析以及原理框图的设计和分析。文章第三章主要讲述自动分拣系统的硬件设计，从传感器输入模块、PLC控制模块、电磁阀电路等输出模块进行分析。文章第四章主要讲述自动分拣系统的软件设计，分析PLC控制程序的流程图设计。文章第五章主要讲述自动分拣系统在MCGS组态软件中相关应用。对系统进行监控、仿真分析。文章第六章主要讲述自动分拣系统的应用及调试，从硬件、软件到整体调试以及系统在工业生产中的应用设计。文章后面几章主要讲述了作者的思想总结、对老师的感谢语、论文写作中所用到的相关参考文献以及程序指令表的附录等。2 系统总体设计21 系统方案的论证和选择目前自动分拣系统主要分为两种：PLC为控制核心；RAM芯片为控制核心。分析两种不同控制方案的自动分拣系统，它们各自的特点不同。方案一 PLC方案：材料分拣系统以电感、电容传感器实现对金属和非金属的检测、颜色传感器实现对物品色差的检测,信号传输给PLC芯片，控制相应的电磁阀驱动气缸运作，加以组态监控，实现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、输入输出接线端口多、易控制的特点，但是精度相对而言比较低。方案二 RAM方案：材料分拣系统中以传感器为信号采集装置，传输给RAM芯片的采集板，发送脉冲指令给电磁阀门推动汽缸运作，辅以相关的硬件设备实现产品的自动分拣功能，此系统精度高，技术要求高，但是I/O口相对较少，可扩展性不够高。综合上述两种系统的特点，我们选择方案一，以PLC为控制核心，辅以相关的硬件设备进行课题设计。22 系统任务分析1.在物料斗中放三个不同的物块，在程序运行后传送电机开始运行传送带转动，先运行一个周期，将传动带上的遗留的物料送入分拣槽中。分拣完成后，若下料传感器SN检测的物料则推料汽缸动作，传送带启动，进入分拣程序若无物料，则停止运行，等待放入物料后，分拣装置启动，进行物料分拣。如果程序运行时，物料斗中没有物体，则运行一定时间后自动停止。2.当物块靠近各传感器时，就会使传感动作，此时物块并没有到达物料槽的位置，因此要在检测到物块之后再计传送带运行的步距。（各传感器的灵敏度不同，用试验测定，在确定步距后，在程序中相应网络中进行修改）当检测到所走的步距后，驱动相应的电磁阀控制气缸推动物块到相应的物料槽中。3.各传感器依次分别为，电感传感器，可检测出铁质物块；电容传感器，可检测出金属物块；颜色传感器，可检测出不同的颜色，且色度可调。备用传感器可选用颜色传感器或者物体检测传感器。当铁质物块经过第一传感器时被分拣出，当铝质物块经过第二传感器时被分拣出，非金属物块中的某一颜色在过第三个传感器时被分拣出。不同的在过第四传感器时分拣出。4.扩展分拣功能,需调整传感器的安装位置分拣出金属和非金属,位置1:电容传感器,位置2:物体检测传感器。分拣出某一颜色块,位置1:颜色传感器,位置2:物体检测传感器。分拣出非金属中某一颜色,位置1:电容传感器,位置:颜色传感器,位置3:物体检测传感器。图2.1 各传感器位置图23 系统总体方案设计2.3.1 材料分拣系统的结构框图基于区分材料的材质的不同而设计的材料自动分拣系统，主要是实现对铁质、铝质、不同颜色的材料的自动分拣。系统主要由下料传感器、电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器作为采集输入模块，采集的信号传递给可编程控制器PLC，控制相应的电磁阀驱动汽缸进行材料自动分拣工作。具体控制过程为:(1)接通电源，按下启动开关，系统进入启动状态。(2)系统启动后，下料传感器(光电传感装置)检测到料槽有材料，按规律出料气缸动作一次，将待测材料推到传送带上，待测物体开始在传送带上运行。如果下料传感器没有感应到材料，传送带不运行。(3)当电感传感器检测到铁质材料时，相应出料气缸将待测物体推下。(4) 当颜色检测传感器检测到材料为对应颜色时，相应出料气缸动作将被检测到的材料推下。(5)当电容传感器检测到铝质材料时，相应出料气缸动作将待测物体推下。(6)剩余材料落到传送带后方。(7)当料槽无材料时，传送带须继续运行一个行程后自动停机。下图2.2为材料自动分拣系统的结构原理框图：图2.2 系统原理框图2.3.2 材料分拣系统的主要硬件结构材料自动分拣系统采用台式结构，内置电源，设置的转接面板上设计了可与PLC连接的转接口。本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连接。其外形结构、各传感器详细位置见图2.3。图2.3 材料分拣系统的主要结构图材料分拣系统的各部分的结构如下：1、转接面板2、单向感应电动机 3、三菱PLC4、调压阀、空气滤器、油雾器与气压指示表5、内置电源6、传送带7、挡板8、料槽9、10、11、12、13、先导式电磁换向阀14、16、18、20、23、气缸回位限位开关（磁感应开关）15、17、19、21、22、气缸动作限位开关（磁感应开关）24、电容传感器 SB25、颜色传感器 SC26、电感传感器 SA28、29、30、31、导料轨道32、气缸133、气缸234、气缸335、气缸436、气缸5材料分拣系统各结构的功能 料槽(图中的8)是一个材料手动入库而自动出库的装置，底部有一个光电传感器。使用时可先人为地将材料放入料槽中，此时光电传感器检测到料块时系统开始运行。当系统运行时，启动传送带（图中的6）并由出料气缸（图6中的36）将料库内底层材料推入传送带。传送带是由单向感应电机(图中的2)驱动的皮带式输送装置。为了防止气缸的压力过大而导致材料被打飞，所以在出料口加了挡板（图中的7）。自动分选部分由传感器（图中的24、25、26）、先导式电磁换向阀（图中的9、10、11、12）、气缸（图中的32、33、34、35）及导料轨道（图中的28、29、30、31）组成。当传感器检测到相应料块时，对应的先导式电磁换向阀动作驱动气缸动作将其推人应去的滑道。例如：当电感传感器感应到铁块时，对应的气缸（图中的36）动作，将铁块推入对应的导料轨道（图中的31）。调压阀、空气滤器与气压指示仪表（图中的4）集中于一个模块上，它们接收来自气源的气压并传送到下面的5个气阀中。来自气源的压缩空气其压力通常都高于设备和装置所需的工作压力，因压力波动比较大，因而需要调节调压阀降压，使其输出压力与每台气动设备和装置所需要的压力一致，并保持该压力的稳定。空气过滤器是气动系统中最常见的一种空气净化装置，安装在使用压缩空气的设备气动系统气源的入口处。其作用是滤除压缩空气中的水分、油滴以及杂质微粒等危害，以达到系统要求的净化程度。过滤的原理是根据固体物质和空气中的分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法将空气中的水分、油滴以及杂质微粒等危害去除。油雾器是一种特殊的注油装置，它以压缩空气为动力，将润滑油喷成雾状并混合于压缩空气中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的，使压缩空气具有润滑气动元件的能力。目前气动控制阀、气缸和气马达主要是靠这种有油雾颗粒的压缩空气来实现润滑，它的主要优点是方便、干净、润滑的质量高。在气压传动系统中，组成气动回路是为了驱动用于各种不同目的机械装置，其最重要的三个控制内容是：力的大小、运动的方向和运动的速度。与生产装置相连接的各种类型的气缸，靠压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀分别实现对三个内容的控制，正是利用它们组成了各种气动控制回路。材料分拣系统选用的是方向控制阀中的先导式电磁换向阀。气动换向阀是利用电磁力的作用来实现阀的换向的。主要有电磁部分和主阀两部分组成，按照控制方式的不同可以分为直动式和先导式。先导式电磁换向阀首先由直动式电磁阀（先导阀）提供控制气压，再去控制主阀阀芯的运动，实现主阀的换向。因为这种阀的输出流量较大，故常作为控制气缸的主控阀。当传感器感应到有材料通过时，输出一个信号，这个信号通过PLC实现对先导式电磁换向阀的控制，先导式电磁换向阀又控制相对应的气缸来弹出材料到导料轨道。每个气缸上都有两个磁感应开关，它们是有开关量输入输出的传感器。分别作为气缸回位限位开关、气缸动作限位开关。磁感应开关是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在传感器的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。当气缸动作时动作限位开关断开，气缸快速弹出，此时先导式电磁阀复位，当气压太大时而气缸没有复位时气缸复位限位开关感应动作从而关闭先导式电磁阀从而起到保护气缸的作用。导料轨道（图中的28、29、30、31）主要作用是当气缸推出材料时导出材料。转接板上有相对应的指示灯，用于指示各个输入输出信号的指示以便于我们进一步控制。控制器采用三菱FX2N-32MR型PLC（图中的3）。它接受料槽光电传感器、各材料传感器、先导式电磁换向阀、单向感应电动机、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁阀动作。内置电源（图中的5）可以将220交流电转换成24伏的直流电供给各个传感器与气阀以及转接板上的各个指示灯，同时也为单向感应电动机提供稳定的220伏电。3 系统硬件设计31 传感器的选型3.1.1 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成品图电感传感器介绍：由铁心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。3.1.2 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 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%；(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。3.1.3 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TCS230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3.2 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“超行程”以保护开关不受损坏。非接触式的形式很多，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3.3 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的常闭电磁阀；OUT3和OUT4端口最大驱动能力为3A，应连接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。3.4 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接线表输入部分X010 SFW2X011 SFW3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)X017X013X000X001X002X005X006X007X015X014SFW4SFW5SASBSCSBW2SBW3SBW4SBW5SN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。3.5 PLC输入输出接线端子图根据表3.5，利用AutoCAD绘图软件可以绘制出PLC的输入输出接线端子图，如下图3.8所示。图3.8 PLC输入输出接线端子图4 系统软件设计软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。材料自动分拣系统采用三菱公司的FXFP_WIN_C作为编程软件，此软件是专为三菱PLC而设计的编程软件，适用于FX型号的PLC。可以通过梯形图符号、指令语句以及SFC符号创建编辑程序，还可以在程序中加入中文或者英文注释，并且还可以通过该软件监控PLC运行时各编程元件的状态及数据变化，还具有程序和监控结果打印的功能。4.1 控制系统流程图设计根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，如下图4.1所示。图4.1 控制系统流程图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。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。4.2 PLC梯形图程序设计根据材料自动分拣系统的要求设计出梯形图，梯形图的部分程序分析如下：1、启动材料自动分拣机，开关X014判断是否有材料，无材料系统运行30S后自动停下，送料汽缸启动电机停止转动，汽缸限位开关运作，传送带停止动作。2、开关X014判断有无材料，如有材料，汽缸限位开关运作，系统每隔2S送一次料，系统开始自动分拣动作。3、开关X0、X2、X1传感器开关开始运作，如检测到相对应的材料，则汽缸运作推动物体到相应的物品槽里，如无检测到相应的物体，则继续运作到下个传感器进行检测，检测完毕自动进行结束。然后继续下一轮的检测。4.3 整体梯形图4.4 PLC程序指令表根据系统的程序流程图，设计出材料自动分拣系统中PLC程序的指令表，见附录。5 MCGS组态控制工程设计5.1 组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。5.2 MCGS软件功能特点简单灵活的可视化操作界面 MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简单直观，又灵活多变。实时性、有良的并行处理性能 MCGS嵌入版是真正的32位系统，充分利用了32位WindowsCE操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。丰富、生动的多媒体画面 MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等相关信息；用大小变化、颜色改变、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；对图元、图符对象定义相应的状态属性，实现动画效果。完善的安全机制 MCGS嵌入版提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外，MCGS嵌入版还提供了工程密码，以保护组态开发者的成果。强大网络功能 MCGS嵌入版具有强大的网络通讯功能支持串口通讯，Modem串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输，还可以通过Web浏览功能，在整个企业范围内浏览监测到整个的生产信息，实现设备管理和企业管理的集成。 多样化的报警功能 MCGS嵌入版提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，方便用户进行报警设置，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行存储与应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障。支持多种硬件设备实现“设备无关”。MCGS嵌入版针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS嵌入版是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。方便控制复杂的运行流程 MCGS嵌入版开辟了“运行