基于plc的物料分揀機械手自動化控制系統設計和工作原理-資料下載頁

　　

【正文】 、定制增益和速度調節及在光線變化條件下工作的應用。 (2)光到模擬電壓轉換器 光到模擬電壓轉換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個跨阻抗放大器。要求使用外部電 路，將模擬電壓轉換成數字輸出，然后才能輸送到數字信號處理器。 優點：簡化外設電路設計，改善空間利用效率，降低組裝成本。 缺點：響應時間預先由內置電流到電壓轉換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數字轉換器，將電壓輸出轉換成數字格式，光到模擬電壓轉換器適合要求設計周期較短、產品開發周期更快、光線條件和空間利用率設計精良的應用。 (3)光到數字電壓轉換器 光到數字電壓轉換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數字轉換器及用于通信和靈敏度控制的數字核心組成。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如 2 線串行接口，以進一步處理信號，而不需額外的器件。 優點： 提供抗噪聲干擾能力，簡化外圍電路設計，改善空間利用率，降低組裝成本 。 缺點： 只通過 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應時間由內置模擬電路和數字電路預先確定，預先確定模擬數字轉換分辨率，光到數字轉換器適合要求抗噪聲能力、縮短設計周期、加快產品開發周期及光線條件和空間利用率設計精良的應用。 傳感器選擇 根據前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫，利于公司企業的經濟效益，綜合其各種情況，在本設計，選擇 RGB 顏色傳感 器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統的簡單化，控制系統更容易實 現。 控制系統 PLC的選型及控制原理 PLC 控制系統設計的基本原則 一、 PLC 機型 的選擇 PLC 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結構型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。 整體式 PLC的每一個 I／ O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統工藝過程較為固定 的小型控制系統中；而模塊式 PLC 的功能擴展靈活方便 ,在 I／ O 點數、輸入點數與輸出點數的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統。 考慮此系統控制比較簡單，應用于小批量的生產線故此選擇整體試 PLC 的結構形式較為合適。 (2) 確定合理的 安裝方式 PLC 系統的安裝方式分為集中式、遠程 I／ O式以及多臺 PLC 聯網的分布式。 集中式不需要設置驅動遠程 I／ O硬件，系統反應快、成本低；遠程 I／ O式適用于大型系統，系統的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O可以分散安裝在現場裝置附近，連線短 ，但需要增設驅動器和遠程 I／ O 電源；多臺 PLC 聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 在工廠小批量生產中降低成本是很重要的，所以此系統選擇集中試的安裝方式。 （ 3) 滿足 相應的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC具有邏輯運算、定時、計數等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。 對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉換單元，具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔 PLC。 對于 控制較復雜，要求實現 PID運算、閉環控制、通信聯網等功能，可視控制規模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC價格較貴，一般用于大規模過程控制和集散控制系統等場合。 此系統只需用開關量控制，選用一般小型 PLC 即可。 (4) 滿足 響應速度 要求 PLC 是為工業自動化設計的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮 PLC 的響應速度，可選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC，或選用具有快速響應 模塊和中斷輸入模塊的 PLC等。 本系統不需要 跨范圍使用 PLC 對某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。 (5) 滿足 系統可靠性要求 對于一般系統 PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統。 本系統選用 一般系統 PLC 能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 (6) 機型 盡量 統 一 一個企業，應盡量做到 PLC 的機型統一。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理 ； 有利于技術力量的培訓和技術水平的提高 ； 其外部設備可以 通用，資源可共享，易于聯網通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統。 本課題的要求不高，不需要考慮配備上位計算機，但為了方便采購和管理等我們還是要求機型要統一。 二、 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O 點數和用戶存儲容量兩個方面。 1）確定系統的實際輸入點數 系統由 啟動按鈕 SB 停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復位按紐 SB顏色 傳感器 ST左旋極限傳感器 ST右旋極限傳感器 ST上升限位傳感器ST下降限位傳感器 ST 手臂縮回 限位傳感器 ST手臂 伸出 限位傳感器 ST超上升 限位傳感器 ST超下降 限位傳感器 ST超左旋 限位傳感器 ST超右 旋 限位傳感器 ST1超伸出 限位傳感器 ST1超縮回 限位傳感器 ST1 工件檢測傳感器 PS系統的自動 /手動控制開關 SA以及手動的升降、左右旋轉、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個輸入繼電器的外部控制點，共有 28個輸入點。 2）確定系統的實際輸出點數 系統有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及 自動 /手動指示燈工作，一 共 12 個輸出點。 3）確定應 選擇 PLC 的點數 PLC 平均的 I／ O點的價格還比較高，因此應該合理選用 PLC的 I／ O點的數量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ O點最少，但必須留有一定的裕量。 通常 I／ O點數是根據被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％ 到 15％的裕量來確定。 本系統的輸入、輸出實際需要 40 個點，所以本系統的 PLC 輸入、輸出點數定為 48點比較合適，但輸入和輸出各應留有 裕量 。 4）確定系統同時接通輸入 /輸出點的數量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點、 48 點等 ) ， 應考慮該模塊同時接通的點數一般不要超過輸入點數的 60％。 同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個 220V／ 2A的８點輸出模塊，每個輸出點可承受 2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是 16A(8 2A) ，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數不要超出同一公共端輸出點數的 60％。 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統是可以滿足的。 (2)系統 存儲容量 的選擇 PLC 的 I／ O點數的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統的功能要求，因此可在 I／ O點數確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加 20％ 到 30％的裕量。 存儲容量（字節）＝開關量 I／ O點數 10 ＋ 模擬量 I／ O 通道數 100 A=40*10+0*100 =400（字節） 另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。 但是，本課題要求的 存儲容量 很低，一般的 PLC 能夠滿足，所以我們不需要考慮 存儲容量 。 三、 確定 PLC 的 I／ O 模塊 一般 I／ O模塊的價格占 PLC 價格的一半以上。 PLC 的 I／ O模塊有開關量 I／ O模塊、模擬量 I／ O模塊 及各種特殊功能模塊等。不同的 I／ O模塊，其電路及功能也不同，直接影響 PLC 的應用范圍和價格，應當根據實際需要加以選擇。 根據本課題要求，不需要用到 模擬量 I／ O模塊及各種特殊功能模塊 ，所以只需要對 開關量 I／ O模塊選擇 即可。 （ 1） 開關量輸入模塊的選擇 開關量輸入模塊是用來接收現場輸入設備的開關信號，將信號轉換為 PLC內部接受的低電壓信號，并實現 PLC 內、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面： 1）輸入信號的類型及電壓等級 開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸 入三種類型。選擇時主要根據現場輸入信號和周圍環境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環境下使用。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5Ｖ、 12Ｖ、 24Ｖ、 48Ｖ、60Ｖ等；交流 110Ｖ、 220Ｖ等。選擇時主要根據現場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般 5Ｖ、 12Ｖ、 24Ｖ用于傳輸距離較近場合，如 5Ｖ輸入模塊最遠不得超過 十米 。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。 本系統 傳輸距離較近 可選擇 24Ｖ 直流輸入。 2）輸入接線方式 開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式 。 匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（ COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。 所以本系統考慮價格便宜問題，且 輸入信號之間不需要分隔 ， 選用匯點式 較合適。 3）輸入門檻電平 為了提高系統的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻 電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱 PLC 說明書。 （ 2） 開關量輸出模塊的選擇 開關量輸出模塊是將 PLC內部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現 PLC 內外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面： 1）輸出方式 開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較 慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。 本系統為中小型生產線自動控制系統，需要考慮價格相對要便宜，而本系統對動作速度要求不高，所以選擇 繼電器輸出 作為輸出方式。 2）輸出接線方式 開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共 端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據 PLC 輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式 PLC 既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 本系統選擇 分組式輸出 。 3）驅動能力 開關量輸出模塊的輸出電流 ( 驅動能力 ) 必須大于 PLC外接輸出設備的額定電流。用戶應根據實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環節。 4) 輸出的 最大電流與負載類型、環境溫度等因素有關 開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。 PLC 種類及型號選擇 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等，但能配套生產，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、 OMRON的 PLC。根據前面確定的 PLC 點數：實際輸入點 28 點，實際輸出點 12 點，綜合對比三菱 FX系列（包括 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西門子系列、 OMRON系列中 I/O 點數為 48點各型號的 PLC 的價格、性能、實用場合等各方面。本系統可選擇 PLC 型號為： FX2N— 64MR— 001， 合計總數 64 點 — 32 點輸入， DC24V，32 點繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價格都優于其他 PLC。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單