基于plc自動分揀及傳輸控制系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 獲得編 第 3 章 控制系統中的硬件設計 9 碼器的零位參考位。分辨率：編碼器以每旋轉 360 度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度 5～ 10000 線。 信號輸出 ： 信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（ TTL、 HTL），集電極開路（ PNP、NPN），推拉式多種形式，其中 TTL 為長線差分驅動（對稱 A， A； B， B； Z， Z）， HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。 信號連接：編碼器 輸出 的信號 通常與 計數器、 PLC 和 計算機 相連接 ， 而與 PLC、 計算機 相 連接的模塊 有一定區別，這些模塊有 低速與高速 的區別 ， 它們的 開關頻率有 的 低 ， 有的 高。如 果聯接發方式是 單相聯接， 那么編碼器通常 用 來 單方向計數， 并且是 單方向測速。如果聯接方式是 A、 B 兩相 之間連 接， 那么編碼器則 用 來 正反向計數 ，且是正反向測速，這種方式還可以 判斷 出 正反向。 如果聯接方式是 A、 B、 Z 它們 三相 之間互相連 接， 那么編碼器則可以 用于測量 出 帶參考位的 某些 位置 當中 。 如果聯接方式是 A、 A， B、 B， Z、Z連接， 這種編碼器 衰減最小，抗干擾最佳， 因為它連接有 對稱負信號，電流 不產生 電磁場 ， 對電纜 幾乎沒有影響 ， 一般用在距離較遠的傳輸當中 。 按照這樣聯接方式聯接的編碼器輸出方式為 TTL， 那么它的 信號傳輸 能夠達到 150 米 距離 。 而按這樣聯接方式聯接的編碼器，信號輸出為 HTL 形式時 ， 它的 信號傳輸 能 夠達到 300 米距離 。 系統啟動后，光電碼盤得電，傳輸信號送至 PLC，接著 PLC 得到這個信號后會輸出指令給電機，讓電機開始轉動帶動傳送帶。圖 35 所示為旋轉編碼器的輸出回路。 圖 35 編碼器輸出回路 表 32 為旋轉編碼器的連接方式，介紹每根線所連接的作用。 表 32 連接方式 線色 內容 褐 VCC 黑 A 相 白 B 相 青 COM 第 3 章 控制系統中的硬件設計 10 旋轉編碼器輸出的脈沖信號還可以用來計數，統計分揀的數量，分析傳送帶的位置，準確定位物料與傳感器的位置。如圖 36 所示為旋轉編碼器的輸出方式。 圖 36 旋轉編碼器輸出方式 電感傳感器 電感 傳感器屬于一種 位置傳感器 ，它具 有開關量輸出， 通常我們用電感傳感器 來 判斷某個 物體 是否為某種金屬 。 它的工作流程如圖 37所示。 被 測 物 理 量（ 非 電 量 ： 位 移 、振 動 、 壓 力 、流 量 、 比 重 ）線 圈 自 感 系 數 L /互 感 系 數 M電 感 / 互 感電 壓 或 電 流（ 電 信 號 ）電 磁 感 應 圖 37 電感傳感器工作流程 LC高頻振蕩器 加上 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 ax0 ????? 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