乔守云材料分拣装置的plc控制系统.doc

陕西国防工业职业技术学院
SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY
毕业设计论文

题 目 材料分拣装置的PLC控制系统
专 业 电气自动化技术
班 级 自控3111班
姓 名 乔守云
学 号 25311115
指导教师 赵连娟

二○一四年
陕西国防工业职业技术学院机电工程系

毕 业 设 计 任 务 书
专业:电气自动化技术 班级:自控3111 学生签名:乔守云
一、 设计题目

利用可编程控制器实现材料分拣系统设计
二、 设计内容要求和技术参数

1． 利用PLC实现对伺服电机的精确控制。
2． 对于机械装置准确的定位和监测。
3． 选择正确的传感器对不少于四种套间的准确检测。
4． 控制目标是不同的材料移动到指定位置，并组成固定的套间组合。
5． 正确设计外围电路使系统硬件功率可正常运行。
6． 利用Kingview6.5实现系统的监控。

三、 设计应完成的技术资料

1． 系统流程图一张。
2． 硬件原理图一份。
3． 系统控制程序一份。
4． 毕业设计报告一份。
四、 设计考核的主要知识与技能

1． 培养学生的设计能力及合作能力。
2． 考核学生计算机控制相关知识及应用能力。
3． 考核学生对过程自动化的应用能力。
五、 设计时间: 2013年 11月 29 日 至 2014年1月 8 日

六、 主要设计内容：

选择适当的伺服电机电机以及减速装置，选择系统所需要的传感器实现材料的分拣，编制系统运动路径规划并编辑程序实现，利用组态软件设计控制界面。

七、 指导教师签名: 赵连娟

设计、答辩考核以及毕业设计总成绩
学生班级: 自控3111 学号 15 姓名 乔守云
1.设计评语:

指导教师签字
年 月 日

2.答辩评语:

3.毕业设计总成绩:
根据学生平时表现、指导教师评语意见，经答辩小组考核，综合评定该生毕业设计成绩为 。
答辩小组:
组长签名
组员签名

年 月 日

题目:通用RS-232
专业:电气自动化技术
班级:自控311115
作者:乔守云
指导教师:赵连娟
摘 要

材料分拣控制系统的使用是现在工业自动化常用的控制系统之一，它可以根据各种产品的加工需要，按照预定的控制程序动作，实现对不同的产品进行分类，减轻人工的劳动强度，完成自动化生产的控制要求，具有动作迅速、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点，在各行业中得到广泛的应用。可编程序控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心、集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种新型工业控制装置，功能比较强大。在此装置中选择PLC来控制分检系统。分拣功能包括四个方面:分拣出金属铁质材料、铝质材料；分拣出金属中黄颜色块；其他材料块；设计分为两大类：硬件部分和软件部分，硬件部分包括气动部分；软件为PLC程序部分。

关键字：分拣装置、气缸、电磁阀、传感器、PLC

目录
摘 要 1
绪论 1
第一章 概述 3
1.1自动分拣系统 3
1.2 PLC控制系统的现状及发展前景 4
1.3 PLC的优点 5
1.4 研究的目的和意义 5
第二章 设计方案的确定 7
2.1 控制方案的确定 7
2.1.1 继电器控制 7
第三章 硬件设计 8
3.1 气动装置 8
3.1.1气压传动的优缺点 9
3.1.2气动控制系统 10
3.1.3 气动执行元件 10
3.1.4气缸的选择与使用 11
3.1.5气动控制元件 12
3.2 检测元件 13
3.2.1 光电码盘 13
3.2.2 光电传感器 13
3.2.3 电感传感器 13
3.2.4 电容传感器 14
3.2.5 颜色传感器 14
3.3 材料分拣系统的整个工作过程 15
3.4 PLC 16
3.4.1 PLC基本结构和工作原理 16
3.4.2.PLC选型 17
3.4.3 确定PLC的容量 18
3.5 硬件电路的设计 19
第四章 软件设计 22
5.1 硬件调试 24
5.2 软件调试 24
第六章 展望 26
致 谢 27
参考文献 28
附 录 29

绪论

一、课题研究的意义

　 随着社会的不断进步, 市场竞争的日趋激烈, 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。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、输送装置进行相应的作业。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指令，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使其改变输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品鱼贯通过控制装置、分类装置，并沿固定线路运送商品。分拣道口是已分拣商品脱离主输送机(或主传送带)进入集货区域的通道。
　　用可编程控制器实现材料分选装置的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地对金属材料与非金属的分拣及其颜色的分选。分析了现代工厂在材料分选在控制与管理的现状，结合工厂的实际情况阐述了材料分选控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的工厂材料分拣装置控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。如何利用当今计算机与自动控制技术，有效地进行材料分选，提高工厂的生产效率是值得我们研究的新课题。

二. 本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。　　
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。　　
我国对PLC的研制和应用起步比较晚，但是发展速度很快。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，PLC技术已被广泛应用于石油、化工冶金、轻工、机械、电力等各行业，以实现逻辑、步进、数字、机器人、模拟量等的自动控制。继美国以后，日本、德国、法国等工业发达国家也相继研制出自己的PLC，并发展了各自的PLC技术。PLC正以强大优势逐渐取代传统的继电接触控制系统成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

第一章 概述

1.1自动分拣系统

1.1.1 自动分拣系统的主要特点

1．能连续、大批量的分解货物。由于采用流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统无法比拟的。例如，目前世界上一般的自动分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。
2.分拣误差率极低。自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在 3％以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印制本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分解系统主要采取条形码技术来识别货物。
3．分拣作业基本实行无人化。建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻人员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度的减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员使用仅局限于以下工作：送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货；由人工控制分拣系统的运行；分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车； 自动分拣系统经营、管理与维护。

1.1.2自动分拣系统的组成

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。
1.控制装置。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、输送装置进行相应的作业。
2.分类装置。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指令，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使其改变输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。
3.输送装置。输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品鱼贯通过控制装置、分类装置，并沿固定线路运送商品。
4．分拣道口。分拣道口是已分拣商品脱离主输送机(或主传送带)进入集货区域的通道。

1.2 PLC控制系统的现状及发展前景

随着PLC的普及与推广，其应用领域越来越广泛。特别对于许多新建、扩建项目和设备的技术改造，常常用PLC作为控制装置。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC.。
我国对PLC的研制和应用起步比较晚，但是发展速度很快，如宝钢一期工程整个生产线上就使用了数百台PLC，二期工程使用的PLC数量更多。我国对PLC技术的研究和应用与美、日、德、法等工业发达国家相比还有较大差距，但潜在市场广阔。
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.3 PLC的优点

可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于具有一下特点：
1. 可靠性高、抗干扰能力强。
2. 编程简单、易于掌握。PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、容易掌握等优点。
3. 功能完善、灵活方便。
4. 体积小、质量轻、功耗低。　
目前国内引用PLC在自动分拣过程中主要是作为自动分拣的控制器。基于PLC的材料分拣，可以把各种不同种类、不同颜色的材料进行甄别分拣。应用于工业生产的过程控制中可以大大的缩短运转周期，节约人力财力，提高生产效率。所以运用PLC作为材料的分拣是可行的也是现代工业生产所必要的手段。

1.4 研究的目的和意义

产品传送与分拣是企业生产过程中经常用到的自动化生产线之一，他可以根据各种产品加工的需求，按照规定的控制程序操作，实现对不同的产品进行分类，减轻工人的劳动强度，完成自动化生产的控制要求。在本系统中采用的是气压传动系统，它具有动作速度、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点，在各行业中得到广泛的应用。
可编程序控制器是现代化工业生产的三大支柱之一，具有极为广泛的应用范围。目前，市场上销售的设备提供的实验能力较弱，同时还存在安全隐患，一方面危及人身安全，另一方面还危及设备安全。因此，拟设计开发一种实验平台，使其能够最大限度地提高设备利用率，改善实验效果，提高实验层次。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

第二章 设计方案的确定

2.1 控制方案的确定

材料的分拣控制系统主要有继电器控制系统、微机和PLC控制系统，三种控制系统都有各自的优缺点。
2.1.1 继电器控制

控制系统中，所用继电器数量不多的情况下，可采用此方案，因为这样较经济。但实际控制中会面临许多问题。
首先，继电器控制系统的接线多且复杂、体积大、功耗大、系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，几点起的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大的限制。
　　从控制速度上看，电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。
　　从定时和计数控制上看，继电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境和温度变化的影响，定时精度不高。
　　从可靠性和维护上看，由于继电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损，电弧烧伤等，寿命短，系统的接线多，所以可靠性和维护性较差。
由此分析得继电器控制系统不合适自动分拣的控制。
2.1.2 微机控制

单片机具有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功率低、使用方便、价格低廉等特点，在各个领域得到了广泛的应用与发展。但它的程序修改难度较大，可靠性比PLC要差，也要设计专门的接口电路和抗干扰措施。其需要设计和制作输入/输出接口电路、放大电路和印刷电路板，还需要用编程语言写控制程序，所以设计制作工作量大，周期长，而且它的抗扰能力很弱，对环境的适应性差。在使用时要求较好的工作环境，维护技术也较高，系统设计较复杂，调试技术难度大，需要有系统的计算机知识，对于一般的设计师来说很难办到。
2.1.3 可编程序控制器（PLC）控制

　　从控制方式上来看，PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式放在存储器中，要改变控制逻辑只需要改变程序，因而很容易改变或增强系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。
进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了，它与PLC共同推动着传统工业技术的改造。经过较长时间的实践，人们又发现，PLC它与一般公寓控制计算机相比，PLC还有这较强的优势，其原因是PLC专为工业环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施：
　　1.光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。
　　2.内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。
　　3.采用优良的开关电源，防止电源线引入干扰
　　4.具有良好的自诊断功能可对CPU等内部的电路进行检测，一旦出错，立即报警
随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应的提高。一般PLC的平均无故障时间可达几万小时以上。经过大量实践人们发现PLC系统在使用中发生的故障大多是由于PLC外部的开关、传感器、执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。抛开成本问题，PLC控制系统也是很适合自动分拣控制系统的。综合比较，本课题选用PLC控制方案。

第三章 硬件设计
3.1 气动装置

气动自动化控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺要求的工作状况，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。用气动自动化控制技术实现生产过程自动化，是工业自动化的一种重要手段，是一种低成本自动化技术。
3.1.1气压传动的优缺点

1.优点：
(1)用空气作为传动介质，来源方便，取之不尽，用之不竭，只要有压缩机即可比较简单地得到压缩空气。用后直接排入大气而不污染环境，且不需回气管路，故气动系统管路比较简单
(2)与液压传动相比，气压传动反应快，动作迅速，一般只需0.02-0.03S就可以建立起需要的压力和速度。在一定的超载运行下也能保证系统安全工作，并且不易发生过热现象。因此，它特别适用于实现系统的自动控制。
(3)空气的粘度较小，在管道中流动是的沿程压力损失小，所以节能、高效。它有利于集中供气和远距离输送。
(4)空气的性质受温度的影响小，高温下不会发生燃烧和爆炸，使用安全，所以对工作环境的适应性好，特别是在易燃、易爆、高尘土、强磁、辐射及振动等恶劣环境中，比液压、电气及电子控制都优越。
(5)由于工作压力较低，降低了气动元件对材质和精度的要求，使气动元件结构简单、成本低、寿命长、
(6)由于气体的可压缩性，便于实现系统的过载保护。
(7)介质清洁，管道不易堵塞，不存在介质变质及介质的补充和更换问题。元件使用方便，维护简单。
2.与其他传动形式相比，气压传动的缺点如下：
(1)由于空气的可压缩性大，所以气动系统的动作稳定性差，负载变化是对工作速度的影响较大，给位置控制和速度控制精度带来很大的影响。
(2)由于工作压力低，且结构尺寸不一过大，所以气压系统不易获得较大的输出力和力矩。因此，气动传动系统不适于重载系统。
(3)气动装置中的信号传递速度比光、电信号慢，故不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时，实现生产过程的遥控也比较困难，但对于一般机械设备，气动信号的传递速度是能满足需要的。
(4)气动系统有较大的排气噪声，尤其在超音速排气时，需要加装消声器。
(5)因工作介质空气本身无润滑性能，如不是采用无给油气动元件，需在气路中设置给润滑装置。
(6)气压系统有泄漏，这是能量的损失。一定的外泄露也是允许的，但尽可能减少泄漏。
3.1.2气动控制系统

电气控制的气动系统在自动化应用中是相当广泛的。电气控制的特点是响应快，动作准确。在气动自动化系统中，电气控制主要是控制电磁阀的换向。
电气控制也由继电器回路控制发展成今天的可编程序控制器控制。气动控制由于PLC的参与，才使庞大、复杂、多变的系统控制起来简单明了，使程序的编制、修改变得容易。早期由于电磁阀线圈的功率即PLC输出功率的原因，还要在阀与PLC之间采用一些中间环节。如今随着气动技术的发展，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，所以阀与PLC之间省却了许多中间环节，使控制系统变得简单。如今，随着工业的发展，自动化程度越来越高，气动应用领域越来越广，加上检测技术的发展，气动控制乃至自动化控制越来越离不开PLC。而阀岛技术的发展，使PLC在气动控制中变得更加得心应手。
3.1.3 气动执行元件

气动自动化系统中，气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，实现直线、摆动或回转运动的传动装置。
气动执行元件有如下特点：
1.与液压执行元件相比，气动执行元件的运动速度快，工作压力低，适用于低输出压力场合。正常工作的环境温度也较宽，一般可在-20----+80℃的环境下正常工作。
2.相对机械传动来说，气动执行元件的结构简单，制造成本低，维修方便，便于调节其输出力的大小和速度。另外，其安装方式、运动方向及执行元件的数目有可根据机械装置的要求有设计者自由选择。特别是由于制造技术的发展，气动执行元件已向标准化、模块化方向发展。借助于计算机数据传输技术发展起来的气动阀岛，使气动自动系统的控制接线大大简化，可靠性提高。这就是简化整个复杂机械的结构设计和控制提供了有利条件。
3.由于气体的可压缩形式，气动执行元件在速度控制、抗负载影响等方面的性能劣于液压执行元件。当需要精确地控制运动速度，减小负载变化对运动的影响时，常需要借助于气动--液压联合装置等来实现。
气动执行元件有三大类：产生直线往复运动的气缸，在一定角度范围内摆动气马达以及产生连续转动的气动马达。
3.1.4气缸的选择与使用

气缸的品种繁多，各种型号的气缸性能和使用条件不尽相同，且各生产厂家规定的技术条件也各不相同。但应合理选择气缸，使气缸符合正常的工作条件，而获得满意的效果。这些条件有工作压力范围、工作介质温度、环境条件及润滑条件。
1.气缸的选择
首先，根据气缸的工作要求，选定气缸的规格、缸径和行程。按气缸的工作要求的行程加上适当余量，依此值选取相近标准行程作为预选行程，依次进行轴向负载校验、径向载荷及缓冲性能校核。
2.气缸的使用
(1)气缸安装方式有脚架式、法兰式安装时，应尽量避免安装螺栓本身直接受推力或拉力负荷；同时，要是要装底座有足够的刚性，安装底座因刚性不足受推力作用发生变形，这对活塞运动产生不良影响。
采用尾部悬挂中间摆动安装时，活塞杆顶端连接销位置与安装件轴位置处于同一方向。采用中间轴销摆动式安装时，除注意活塞杆顶端连接销的位置外，还应注意气缸轴心线与轴支架的垂直度。气缸的中心应尽量靠近轴销的支点，以减小弯矩，使气缸活塞杆的导向套不至承受过大的横向载荷。缸体的中心高度比较大时，可将安装螺栓加粗或将螺栓的间距加大。
(2)安全规范。
气缸使用前应检查各安装连接点有无松动，操作上应考虑安装连锁。进行顺序控制时，应检查气缸的工作位置。当发生故障时，应有紧急停止装置。工作结束时，气缸内部的压缩空气应予以排放。
(3)工作环境
①环境温度。通常规定气缸的工作温度为5-60℃.气缸在5℃以下使用，有时会因压缩空气中所含水分凝结给气缸动作带来不利影响。此时，要求空气的露点温度低于环境温度5℃以下，防止空气中的水蒸气凝结。同时要考虑在低温下使用的密封件和润滑油。另外，在低温环境中的空气会在活塞上冻结。若气缸动作频度较低时，可在活塞杆上涂上润滑脂，活塞杆上也不会冻结。
高温使用时，可选用耐用气缸，同时注意高温空气对行程开关、管件及换向阀的影响。
②润滑。气缸通常采用油雾润滑，应选用推荐的润滑油，使密封圈不产生膨胀、收缩的影响，且与空气中的水分混合不产生乳化。
③接管。气缸接入管道前，必须清除管道内的脏物，防止杂物进入气缸。
3.维护保养
(1)使用中应定期检查气缸各部位有无异常现象，各连接部位有无松动等，轴销、耳环式安装的气缸活动部位定期加润滑油。
(2)气缸检修重新装配时，零件必须清洗干净，特别需防止密封圈剪切、损坏，注意唇形密封圈的安装方向。
(3)气缸拆下长时间不使用时，所有加工表面应涂防锈油，应排气口加防尘堵塞。
3.1.5气动控制元件

电磁阀是气动控制元件中最主要的元件，品种规格繁多，结构各异。按操作方式，有直动式和先导式两类。按结构，有滑柱式和同轴截止式三类。按密封类型，有间隙密封和弹性密封两类。按所用电源，有直流和交流两类。按使用环境，有普通型和防爆型等。按润滑条件，有不给润滑油和油雾润滑等。
1.直动式
直动式电磁阀是利用电磁力直接推动阀杆换向。根据发信复位的控制方式，有单电控和电控两种。直动式电磁阀特点是结构简单、紧凑、换向频率高。但用于交流电磁铁时，如果阀杆卡死就有烧坏线圈的可能。阀杆换向行程受电磁铁吸合行程的限制，因此只适用于小型阀。通常将直动式电磁换向阀成为电磁先导阀。
2.先导式
先导式电磁阀是由小型直动式电磁阀和大型气控换向阀构成，又称作电控换向阀。按先导式电磁阀气控信号的来源可分为自控式和他控式两种。直接利用主阀的气源作为气控信号的阀称为自控式电磁阀。自控式电磁阀使用方便，但在换向的瞬间会出现压力降低的现象，特别是在输出流量过大时，有可能造成阀换向失灵。为了保证阀的换向性能或降低阀的工作压力，由外部供给气压作为主阀控制信号的阀称为他控式电磁阀。
3.2 检测元件

传感器是测量装置和控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠地测量，无论是信号转换、信息处理、或者最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。现代电子技术和电子计算机为信息转换与处理系统提供了及其完善的手段，使检测与控制技术发展到崭新的阶段。但是如果没有精确可靠地传感器去检测各原始数据并提供真是的信息，那么计算机将无法发挥其应有的作用。
3.2.1 光电码盘

光电码盘是与电机连接在一起，本装置中可用来作为控制系统的计数器，并提供脉冲输入。它转化为位移量，可对传输带上的物料进行位置控制，传送到相应的传感器时，发出信号到PLC，已进行分拣，也可用来控制电机的转速。本装置中用光电码盘作为控制系统的计数器
3.2.2 光电传感器

光电传感器是用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。从原理上讲，光电开关是由红外发射元件与光敏接收元件组成。光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光电传感器采用光电元件作为检测元件，首先将被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光亮变化的其他非电量。在本装置中光电传感器用来检测物体有无的。
3.2.3 电感传感器

1.特点
电感传感器用作发信装置，可非接触检测金属物体的运动，并将捡
测结果转化为电信号输出。广泛应用于机器人、生产线、机械加工及传送系统等场合，其特点如下：
(1)传感器能检测所有穿过或停留在高频磁场中的金属物体。
(2)传感器是非接触式的，即传感头与被测物体不直接接触。
(3)传感器的传感头无需配专门的机械装置。
(4)传感器靠电子装置接收检测信号，便于信号处理。
2.基本工作原理
电感式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震荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关震荡能力衰减，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。本装置中电感传感器用来检测铁质材料。

图3-1电感传感器原理图

3.2.4 电容传感器

电容传感器也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。
3.2.5 颜色传感器

颜色传感器是通过物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果。本装置中颜色传感器用来检测黄色非金属材料。

图3-2 颜色传感器

图3-3 材料分拣装置结构示意图
3.3 材料分拣系统的整个工作过程

本课题是基于区分材料的材质不同而设计的材料分拣系统，主要是实现对铁质、铝质、不同颜色的材料的自动分拣。具体控制过程为：
1.系统送电后，按下启动开关，系统进入启动状态。
2.电机运行，带动传输带传送物体向前运行。
3.有材料时，下料传感器动作，传送带运行，将材料送出。
4.当电感传感器检测到铁材料块时，气缸１动作，将材料推下。　　　
5.当电容传感器检测到铝块材料时，气缸２动作，将材料推下。
6.当颜色传感器检测到非金属材料黄块时，气缸３动作，将材料推下。
7.其他颜色非金属材料被传送到SD位置，气缸４动作，将材料推下。
8.下料槽内无下料时，传送带运行一个行程自动停机。
3.4 PLC

3.4.1 PLC基本结构和工作原理

目前，可编程程序控制器的产品很多，不同厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC其结构各有不同，但就其基本组成和工作原理而言，是大致相同的。他们就是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。实际上可编程程序控制器就是一种新型的工业控制计算机。
PLC是依靠执行用户程序来实现控制要求。我们把使PLC进行逻辑运算、数据处理、输入和输出步骤的助记符成为指令，把实现某一控制要求的指令的集合成为程序。PLC在执行程序时，首先逐条执行程序命令，把输入端的状态值存放入输入映像寄存器中，在执行程序过程中把每次运行结果的状态存放于输出映像寄存器中。PLC执行程序是以循环扫描方式进行的。每一扫描过程主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。

图3-4 PLC硬件系统的基本结构框图
3.4.2.PLC选型

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
1.确定合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每个I/O的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较
小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于复杂的控制系统。
2.确定合理的安装方式
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低。远程I/O适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。
3.满足相应的功能要求
一般小型PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可以选择用能带A/D、D/A转换单元，具有加减运算、数据传送功能的增加型小型PLC。
对控制比较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格比较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统场合。
4.满足响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度 一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断模块的PLC等。
5.满足系统可靠性要求
对一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。本装置选用一般系统PLC能够满足要求，不需要考虑太多此方面的问题。
6.尽量做到机型同一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。以保证其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高；其外部设备可以通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。本装置不需要考虑配备上位计算机。
3.4.3 确定PLC的容量

PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。
1.确定系统的实际输入点数
系统有光电码盘、光电传感器、电感传感器、电容传感器、颜色传感器、备用传感器、还有五个推气缸回限位和动作限位，共有十六个输入点。
2.确定系统实际输出点数
系统有五个气动控制元件YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和电机，共六个输出点。
3.确定应选择PLC的点数
PLC平均的I/O点的价格还比较高因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的裕量。通常IO点数是根据被控制对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%-15%的裕量来确定。
控制器采用西门子S7200系列的PLC。它接受电感传感器、电容传感器、颜色传感器、单向感应电动机，气缸位置传感器的信号，根