畢業論文-基于plc自動分揀及傳輸控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 放大處理電路 組成電感傳感器的主要部分 ， 之所以電感傳感器能夠區分物體是否為某種金屬，主要是當有 金屬 的 物體在 靠近 時 ，震蕩感應頭會 產生 一個 電磁場， 這些電磁場能夠 使 靠近的 物體 中形成 渦流。 而形成的 渦流 對 接近開關 產生作用 ， 衰減它的 振蕩能力， 接近開關震蕩能力衰減后會改變內 部電路的參數 ，達到控制開關通 或斷的效果，從而達到區別金屬的功能 。 挑選 M18X1X40型號 傳感器 作為本次設計的電感傳感器 。如 下 圖 38所示是傳感器的接線圖 ， 而 圖 39所示是傳感器的工作原理圖 。 圖 38 M8X1X40 DC常開式傳感器接線圖 第 3 章 控制系統中的硬件設計 11 圖 39 電感式傳感器的原理圖 電渦流效應（基于法拉第定律）： tIi m ?sin1 ? （交變電流） 1H? （交變磁場） 2i?（電渦流） 2H? （交變磁場）與 1H 方向相反 1i? 的大小和相位變化，即引起電感線圈的有效阻抗變化。 ),( HxfZ ???? ? 、 ? — 被測金屬導體的電阻率、導磁率 ? — 線圈激勵信號頻率 H — 被測金屬導體的厚度 x — 線圈與金屬體之間的距離 若保持 ? 、 ? 、 ? 、 H 不變 )(xfZ? 為測距傳感器 圖 310 等效電路 11,LR — 空心線圈的電阻和電感； 22,LR — 電渦流回路的等效電阻和電感； )(xM — 線圈與金屬體之間的互感，是距離 X 的函數。 根據克希霍夫定律： UIMjILjIR ??? ?? ??? IMjILjIR ?? 第 3 章 控制系統中的硬件設計 12 ?????? ??????22222221222222211.1.)()( LLRMLjLRRMRUI????? 221.2.LjR IMjI ???? 線圈的等效阻抗： ?????? ??????? 22222 22122222 2211.1.)()( LLR MLjRLR MRIUZ ????? 線圈的等效電阻： 122222221 )( RRLR MRR eq ???? ?? 線圈的等效電感： 122222221 )( LLLR MLL eq ???? ?? （距離越近， M 越大， Leq 越小） 原線圈阻抗： 110 LjRZ ??? 線圈的品質因數： ???? eqeqRLQ ?1 圖 311 石英晶體震蕩電路原理圖 石英晶體振蕩電路的作用 — 恒流源 金屬體遠離時， L、 C 諧振回路發生諧振，諧振頻率LCf ?2 10 ?， m a x0 ????? UZ LC 金屬體靠近時， ????? )(0 xfULx 回路失諧?? 電感傳感器 ： 鐵心 加上 線圈構成 了電感傳感器的主要部分，它能夠轉化 直線或角位移的變化 量 為線圈電感量 的 變化 量 ， 因此被 稱 為 電感位移傳感器。 電感 傳感器的材料導磁系數和線圈匝數是 固定不變的 ， 它的 電感量的 改變與 位移 量有關系， 線圈磁路的 內部 幾何尺 第 3 章 控制系統中的硬件設計 13 寸 因位移量變化而改變，從而使電感量發生變化 。 將 線圈接入 到 測量 電路中，給它一個 激勵電源， 線圈會輸出電壓或電流，電壓或電流與 位移輸入量 成正比 。電感傳感器 有 7種 特點： ① 靈敏度高、分辨率高 ； ② 線性度高、重復性好； ③ 測量范圍寬； ④ 觸點 固定 、 高 可靠度、 較長 壽命； ⑤ 激勵電源 有穩定的 頻率 并且 幅值 需 穩定 在一定區域 ； ⑥ 在 無輸入時 傳感器會輸出 零位電壓， 會使 測量 中產生 誤差； ⑦ 不適用于高頻動態測量。電感傳感器 多用在測量 位移 中，還有測量一些 可以 換算 成位移變化的 類似力、加速度轉矩等 機械量。變間隙型 傳感器是被使用最多的電感傳感器，另外 變面積型和螺管插鐵型 傳感器也常被使用 。為了 提高線性度 、 減小誤差 ，在現實使用中它們多被制作成差動式傳感器 。 電感傳感器的實物圖如圖 312所示。 圖 312 電感傳感器實物圖 電容傳感器 電容傳感器 和電感傳感器一樣， 屬于 一種 位置傳感器， 它能夠輸出開關量，同時還 是接近式開關。 通常電容器有兩個極板，而在電容式傳感器中， 測量頭 和待測物 常 被當作兩個極板看待 。 在 物 料慢慢靠近的過程中 ，物 料與 接近開關 之間 的介電常數 會慢慢改變 ， 這樣就可以改變 電路狀態。 通過這些，我們可以通過改變物體與接近開關之間的距離，實現開關的通 或 斷 的功能 。 挑選 E2KXME1 式 電容傳感器 作為本次設計的電容傳感器 ，如圖 313所示 。 圖 313 電容式傳感器的原理圖 電容傳感器： 變換器 在這些測量中常常出現，因為它們可以實現這個功能，使得測量 第 3 章 控制系統中的硬件設計 14 更加方便 ； 電容傳感器便是應用了這些特點，把如位移的力學量 轉換成 對應的 電容變化 量 。因為無源變化器的原因，電容變化器在轉換過程中會把力學量變換為能夠識別的電壓量或者是電流量 ， 完成最終的轉化前變化器還會將得到的電量放大加工 。 電容傳感器適合測量一些變化量比較小，變化率低的 力學量， 因為電容 傳感器 擁有許多其它傳感器沒有的特點 ： (1)高 靈敏度； (2)能夠大 范圍 測量 ； (3)能夠快速 動態響應， 動態、靜態兩種測量方式都很適合 ； (4)能夠適應多種困難環境，不易受 到外界干擾，它能長期穩定的工作，在許多領域都能夠發揮出它的優勢。 電容傳感器有三根接線，接線方式如表 33所示。 表 33 電容傳感器接線方式 在與 PLC相連接后，電容傳感器受到它的控制，此時 PLC相當于一個開關。電容傳感器的黑色端與 PLC信號采集端口 ，在檢測到鋁制物料后，傳感器發出信號，經端口送到 PLC，然后 PLC會發送信號控制相應汽缸動作，完成對應的分揀工作。電容傳感器的實物圖如圖 314所示。 圖 314 電 容傳感器 顏色 接線 棕色 VCC 藍色 COM 黑色 第 3 章 控制系統中的硬件設計 15 顏色傳感器 本次設計挑選 TCS230型號 顏色傳感器。 這個是 TAOS公司的顏色傳感器，簡稱 RGB。它檢測物料顏色的原理是，通過分析反射比率，這個反射比率是待測 物體 與 三基色 產生的 。TCS230傳感器引腳如圖 315所示 。 圖 315 TCS230顏色傳感器 RGB 顏色傳感器介紹： TCS230 是一 個 可 以 編程 的 彩色光 轉換為 頻率的轉換器 ，它由美國陶斯公司所生產 。這種 傳感器分辨率 很 高 ，而且 可 以預先通過 編程 來設定 顏色 和最后的 輸出 ，這個傳感器可以使用 單 一 電源 來 供電 ，使用起來更加方便等等，它還 有許多特點 ； 這中傳感器可以不通過其它媒介，直接連上微處理器，因為它的 輸出 不需要轉換，直接是處理器能夠識別的 數字 量 。紅綠藍濾光器 還被集成在單一芯片上 ， 它成為 第一個 RGB 顏色 傳感器 —— 擁 有 能夠 兼容 數字的 接口。帶有 著 紅色 、綠色、藍色以及不帶任何 濾波器 的光電二極管各有 16個，一共 64 個二極管 ， 把這些二極管集成在單一的芯片上 。 為了增加 入射光 的 幅射均勻性， 在芯片內排列光電二極管的時候可以選擇交叉縱橫的方式，這樣可以使 識別 顏色 的精確度 提高許多 ； 另外考慮到相同顏色在一起的時候可能會出現一些誤差 ， 所以 相同顏色的光電二極管 都用 并聯 方式 連接 起來 ， 并且 在二極管中 均勻放置，大方實用 。 通過光電二極管 改變 S S3 兩個引腳 的不同組合 方式 ， 在有光線投射后，傳感器會變成 不 一樣 的濾波器 ； 顏色 不一樣 和光 的 強 度有差別，這樣 對應 的方波也會有 不 一樣的 頻率； 如果有別的的需求，我們可以 通過控制 S0、 S1 兩個引腳來改變 輸出比例因子， 以調整 輸出頻率 的 范圍。 S0、 S1 兩個引腳可以用來控制輸 出比例因子 ，它們還可以被用來控制 電源 的 模式 ，選擇關或斷 ； 挑選 濾波器類型 的時候會受到 S S3 的影響 ； 其中 OE 是用來控制當前的輸出狀態，屬于 使能引腳， 在有些情況下，它 也 能夠當 做 片選信號 。 表 34 是 S0、 S1 和 SS3 的 所有 組合。 表 34 S0、 S1 及 S S3 的組合選項 S0 S1 輸出頻率定標 S2 S3 濾波器 顏色 L L 關斷電源 L L 紅色 第 3 章 控制系統中的硬件設計 16 L H 20% L H 藍色 H L 20% H L 無 H H 100% H H 綠色 TCS230 的主要特點如下： ●可完成高分辨率的光照度 /頻率轉換； ●色彩和滿度輸出頻率可 編程 調整； ●可直接與微處理器通訊； ●單 電源 工作，工作電壓范圍： ~； ●具備掉電恢復功能； ● 50kHz 時非線性誤差的典型值為 %。 它的引腳功能如表 35 所示。 表 35 TCS230 引腳功能 光電傳感器 光電傳感器 能夠感應到它所 接收的光 線 強 度 的變化 ，通過這個功能，光電傳感器可以被使用去 檢測 有無 物體 。光電傳感器是一個小的設備，圓柱形外觀 ， 主要由金屬制成，在發射器 上有一個 校準鏡頭， 這個校準鏡頭能夠 聚焦 光線，并且發 射 給 接收器，接收器 經過一系列過程后傳輸給放大器，最終做出判斷 。 本次設計挑選 FPG 系列傳感器 作實驗使用 。原理如圖 316 所示，負載 直 接 與可編程控制器連接 。 圖 316 FPG 光電 式傳感器的原理圖 引 腳 號 符號 類 型 功 能 說 明 1 S0 I 輸出頻率分頻系數選擇輸入端 2 S1 I 3 OE I 輸入頻率使能端， 低電平有效 4 GND 電源 地 5 VCC 電源 電壓 6 OUT O 輸出頻率 7 S2 I 光電 二極管類型選擇輸入端 8 S3 I 第 3 章 控制系統中的硬件設計 17 光電傳感器： 它的檢測元件為一些 光電元件， 在使用這些光電元件轉換光信號之前，被測量 的改變量會先變 為信號的 改變量 ， 最后才能成為 電信號。光源、光學通路 以及 光電類 元件 構成了傳感器的 3 個組成部分 。光電傳感器 也屬于一種光敏元件， 它 能夠 檢測 到非電量的變化，這些非電量的的變化就是 直接 導致 光 線 強 度 變化的 原因 ， 還可以 檢測 出 其他間接的 非電量。精度高 是光電檢測的特點，另外快速 反應 和 非接觸等 也都是這種方法的特點 ， 可以被測量的參數也比較多 。 光電 傳感器 具有 結構簡單， 體積小的特點，而且它的 形式靈活多樣 ，精度高、反應快等等 。 這些優勢已經使得 光電傳感器已 逐漸 成為 生活應用中不可替代的產品。光電傳感器實物圖如圖 317 所示。 圖 317 光電傳感器 步進電機 連接旋轉編碼器的 步進電機 在本次設計中屬于 執行機構 ，它的作用是 帶動傳 送 帶 旋轉 ， 輸送著物料，是必不可少的環節 。通過控制 變電編碼器產生的 脈沖個數， 我們可以改變 角位移量， 控制好角位移量后就可以 準確 地給