材料分拣系统的设计.docx

分类号：TP30无锡职业技术学院 毕业设计（论文）题 目 材料分拣系统的设计 英文并列题目 the design of material sorting system 院 系 控制技术学院 班 级 机电21531 学生姓名 徐建明 学 号 2060153138 所在团队 指导老师（1） 张楠 职 称 讲师 指导老师（2） 王博 职 称 高工 答辩委员会主任 黄麟 主答辩人 王芳琴 二 零 一八 年 四 月毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告学生姓名徐建明学号2060153138班级机电21531所属院系专业控制技术学院机电一体化指导教师1张楠职称讲师所在部门控制技术学院指导教师2王博职称高工所在部门设备工程部毕业设计（论文）题目材料分拣系统的设计题目类型工程设计（项目）论文类作品设计类其他一、选题简介、意义近年来,随着土地成本、人工成本的上升，自动化的材料分拣系统的应用逐渐成为物流智能化的典型应用之一。它能够长时间的连续运行工作，相比于以前的人工分拣，自动分拣系统它以流水线工作，工作运行不必考虑天气，时间，以及个人因素的影响，可以连续运行，最重要的是它相对于人工分拣而言，它具有极高的工作效率和在高强度的劳动作业下连续工作的能力，传统的分拣模式已经不能满足分拣效率和可靠性方面的要求。目前，大规模的物流集散中心的分拣作业基本实现无人化，其带来的社会效应也是很显著的，它减少了人员的使用，减轻了从事物流工作人们的劳动强度，提高了人员的使用效率。因此研究设计出合适可靠的材料分拣作业方法，对改善物流集散中心的工作效率和服务水平有着重大的影响。二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）研究内容：1. 自动化的材料分拣系统需要实现的目标 2. 对颜色不同的物品进行分拣 3. 对材质不同的物品进行分拣 4. 对种类不同的物品进行分拣5. 自动操作作业的控制解决问题：6. PLC控制电路设计 7. 限位开关的选择8. 各种传感器的选择9. PLC型号的选择研究步骤： 1. 收集相关资料，明确课题目标，任务，完成英文翻译。2. 选择基本的硬件型号。3. 制定可行性计划方案。4. 定i/o分配表，编写程序。5. 调试并完成整体设计。6. 整理资料，准备答辩。三、设计（论文）体系、结构（大纲）第一部分 绪论1.了解什么是自动分拣系统。2.了解它的历史现状和发展趋势以及应用领域。第二部分 确定硬件的选型设计1. 自动分拣系统的总体设计和实现目标。2. 确定所需要的硬件设施。3. 选择合适的传感器。4. 选择合适的限位开关。5. 确定PLC选型。6. 等等。第三部分 软件设计1. 控制系统流程图的设计。2. 绘制PLC的I/O分配表。3. 绘制PLC的硬件接线图。4. 编写PLC控制程序。第四部分 总结致谢主要参考文献指导教师意见： 签字： 年 月 日 院（系）审批意见：签章： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书2018年 03 月 08 日毕业设计（论文）题目材料分拣系统的设计题目来源生活指导教师1张楠职称讲师所在部门控制技术学院指导教师2王博职称高工所在部门设备工程部学生姓名徐建明学号2060153138班 级机电21531所属院系专业机电一体化外语翻译要求外文翻译3000字课题需要完成的任务1. 收集相关资料，明确课题目标，任务，完成英文翻译。2. 选择基本的硬件型号。3. 制定可行性计划方案。4. 定i/o分配表，编写程序。5. 调试并完成整体设计。6. 整理资料，准备答辩。课题计 划 安 排序号内 容时 间 安 排1收集相关资料及查阅文献2018.3.15-2018.3.202撰写开题报告并开题2018.3.21-2018.3.243选择PLC，制定总方案2018.3.25-2018.3.304编写程序，完成整体设计2018.4.1-2018.4.135向指导老师提交初稿2018.4.1-2018.4.136整理资料，准备答辩2018.4.14-2018.4.19计划答辩时 间2018年4月20日答辩提交资料说明书（含开题报告及任务书）、图纸、程序、附录、实物照片等系（部）主任审核意见 签名： 无锡职业技术学院毕业论文(设计)中期检查表（学生用表） 控制技术 学院 检查时间 2018 年 4 月 2 日论文题目材料分拣系统的设计指导教师张楠学生姓名徐建明班级机电21531学号2060153138目前已完成的任务程序设计基本完成。论文完成大部分。开题报告和任务书完成。是否符合任务书要求的进度 是 否尚需完成的任务CAD图纸。总结与展望部分。主要参考文献部分。能否按期完成任务 能 不能存在的问题及拟采取的办法存在的问题CAD不能熟练应用。程序调试问题。论文细节方面还需查找资料。拟采取的办法查阅相关图书。多加思考练习。对指导教师的建议无。 学生（签名）： 2018 年 4 月 2 日分院审批意见签章：年 月 日目录目 录第一章、绪论21.1材料分拣系统课题的背景及意义21.2材料分拣系统国内外研究现状21.3材料分拣系统技术特点3第二章、材料分拣系统的硬件设计42.1传感器的选择42.1.1电感式传感器的选择52.1.2电容式传感器的选择72.1.3 颜色传感器的选择72.2限位开关的选择82.3 PLC的选择92.3.1PLC的概述92.3.2PLC的结构与工作原理102.3.3PLC的选择与优点112.4 电磁阀的选择122.5 光电编码器132.6步进电动机13第三章、材料分拣系统的软件设计143.1材料分拣系统控制流程图143.2材料分拣系统工作内容和要求153.3材料分拣系统的I/O分配表163.4材料分拣系统电气接线图163.5材料分拣系统的梯形图程序设计17第四章、总结与展望21参考文献22毕业设计附录目录- 23 -1无锡职业技术学院毕业设计说明书无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书材料分拣系统的设计摘要：21世纪以来，网络购物的快捷方便使得更多的人们选择了这种购物方式，同时越来越多的人间接参与到了物流的分拣运输行业中。目前，物流在我国已经占据了国民经济的一大部分，但是伴随着人们对商品需求的多样化与数量的提高，以前传统的物流分拣作业模式采用大规模的人工已经被社会所淘汰，传统的分拣模式已经不能满足分拣效率和可靠性方面的要求，所以有些大规模的物流企业都开始准备或开始着手建造物流分配送中心，以提高商品运输的效率，提高可靠性并且降低成本。其中自动的材料分拣系统是是其重要的活动之一，它不单单影响着成本，还对降低作业时间，提高作业准确率等有着重要影响。因此，材料分拣系统的设计对整个物流行业承担着不可或缺的作用。关键词：材料分拣系统；自动化the design of material sorting systemAbstract：Since the 21st century, The fast and convenient network shopping enables more people to choose this shopping mode, and more and more people are indirectly involved in the sorting and transportation industry of logistics. At present, the logistics in our country has occupied a large proportion of the national economy, but with the people on the improvement of the diversification of demand for goods and quantity, and traditional logistics sorting operation mode before adopting large-scale artificial has be eliminated by the society, the traditional sorting model has not meet the requirements of sorting efficiency and reliability, so some large-scale logistics enterprises have begun to prepare or sorting set out to build a logistics distribution center, in order to improve the efficiency of goods transportation, improve reliability and reduce cost. Among them, automatic material sorting system is one of its important activities, which not only affects cost, but also has important influence on reducing operation time and improving operation accuracy. Therefore, the design of material sorting system plays an indispensable role in the whole logistics industry.Keywords: Material sorting system；automation 第一章、绪论1.1材料分拣系统课题的背景及意义材料的自动分拣系统（Automatic sorting system of materials）是第二次世界大战之后，在以美国，日本为代表的发达国家的物流中心广泛采用的一种自动分拣系统，当今时代，物流产业已经成为国民经济的一部分，目前发达国家大规模的物流中心使用最为普遍的系统就是材料的自动分拣。根据人们的研究表明，在物流中心的开展作业中，材料的分拣作业所占的成本达到了物流中心总运营成本的4成以上，分拣作业所耗费的时间也超过整个物流中心总工作时间的6成以上。并且经济社会的迅速发展带来人们生活水平的改善，伴随着生产趋于个性化，集约化，材料或商品的分拣作业所需要投入的“时间、成本投入”也越来越大，因此研究设计出合适可靠的材料分拣作业方法，对改善物流集散中心的工作效率和服务水平有着重大的影响。同时在当今社会，有的企业或者垃圾处理厂也对垃圾进行着分拣，分类筛选出有用的物体。比如说筛选出来金属物体，铁，铝等等，又或者是分拣非金属物体或者是有色物体。1.2材料分拣系统国内外研究现状21世纪以来，世界的经济得到快速的发展，人们的收入水平和消费水平的提高，以及计算机和电子设备的普遍使用，越来越多的人们更喜欢选择在网上购物，这直接的推动了物流行业的迅猛发展。目前，物流行业已经成为了国民经济的一大支柱，它推动了经济社会的变革发展，改变了传统的分拣运输作业方式，正在得以迅猛发展。组成物流体系的重要部分之一是物流中心，它可以将物品集中，存储，物品的分类以及归类，配送等融为一体，建立自动化的物流中心，能够合理地分配资源和人员，能最大程度的降低生产配送过程中的成本，能够满足客户多样性的需求、满足少批量、多批次等更高的配送需求，减少运输配送的时间，大幅提高客户满意度。材料的分拣系统是现代物流中的关键环节，材料的分拣系统是物流成本低，效率高的，实用性强的保证。相对于国外物流中心的自动化程度而言，国内的物流中心自动化程度还存在着许多不足，其中由于开始发展时间较落后，还不能完全做到无需人工参与，分拣工作中还存在着大量的人工参与。 在最近的十多年里，我国物流行业伴随着经济的迅猛发展，实现了飞跃式的发展，其中支撑物流输送的分拣设备越来越普及，分拣的物品种类也发生趋于多样化，这也侧面的证明了多元化的供需服务是趋势。与此同时，国内物流装备企业与美国，日本等发达国家相比仍然存在着诸多不足，具体体现在产品质量和自主创新方面，特别是技术，创新方面一直在学习，追赶，但是在关键性的技术方面与发达国家还有很大的差距，装备制造业的创新能力也存在着很大的不足。这暗示着我国物流装备业的仍然有很长的一步路要走。怎么提高产品质量与自主创新能力将是国内大中型物流企业的未来发展目标与走向。所以为了实现这一目标，我们可以采取引进国外在物流分拣配送方面的先进技术、定点生产、加强与优势企业的合作交流，加快物流产业的进一步改革，建立合作共赢方式来实现满足不同用户的不同需求，这些都是能够让国内的这些企业得到发展，但这些企业采用的自动化控制技术方法等方面均落后于国外的物流企业。1.3材料分拣系统技术特点材料分拣系统三大特点：（1） 能连续工作，效率高。大规模的物流中心工作采用流水线的工作方式，不受天气，时间，个人因素等限制，可以长时间的连续性工作。与此同时，它的作业效率高，分拣作业更加简单易于正确的筛选出物品，相对于先前的人工分拣作业效率高得多的多。（2） 分拣作业能够保证正确性在材料分拣系统中，输入商品货物分拣信息的准确性的高低是系统可靠性的基础，然后商品信息的输入决定了分拣作业的正确性。商品，物品的输入有人工和自动两种如果采用前者输入方式，那么分拣作业的出错率很低。若是以RFID技术作为分拣的基础，只要商品货物本身的电子标签印刷没有错误，不存在错印或漏印的情况，分拣作业绝对不会出错。因为这一特性，RFID技术在材料的自动分拣系统中得到了广泛的普及。采用RFID技术，改善了分拣作业效率，增加了拣货的正确性。货物的条码化、包装的标准化等是材料的自动分拣得以顺利运行的保证。（3） 系统自动化程度高，可实现无人作业由于现代科学技术的迅猛发展，计算机技术，数字技术，通信技术在很大程度上已经得到了广泛的普及，利用计算机进行工业控制已经涉入到了各行各业。同时，PLC控制已经被采用到了材料的分拣作业中，由于采用了PLC控制，使得分拣作业具有极大的自主性，目前，PLC已经广泛地应用于各种生产制造过程中，进而减少了人工在生产中所占的比例，降低了劳工的劳动强度，基本实现了无人化作业。第二章、材料分拣系统的硬件设计2.1传感器的选择在现代社会，传感器得到了广泛应用。由于传感器在原理和结构上千差万别，即便是测量同一物理量，也有各种原理的传感器可供选择。如何合理选用传感器，是应用时首先要解决的问题。传感器选用总的原则是：在满足检测系统对传感器所有要求的情况下，价格低廉，工作可靠，容易维修。工业生产中，人们都是根据具体的工作环境与操作对象具体的分析从而选择满足条件和使用目的的传感器，最后也要将价格，设备的配套情况又或者是售后服务等列入考虑当中。（1） 根据测量目的和测量对象确定传感器类型测量目的是要直接得到被测量、作为过程控制量或是其他用途。测量对象为固体还是液体；采用接触式还是非接触式传感器；静态测量还是动态测量；有无负荷效应及对测量的影响；被测位置对传感器有无体积要求。测量环境包括安装现场条件、环境条件、过载保护、信号传输距离、与传感器连接的系统负荷阻抗情况等。（2） 根据传感器技术指标确定传感器种类考虑静态特性：在实际的生产作业中，应考虑传感器所能满足的检测范围以及精度要求等等。考虑动态特性：在工业现场，经常工作着许多不同的产品或者传感器，我们要综合考虑所选择的传感器稳定性的高低，能否抗干扰，能否快速定位检测。信息传递要求：如形式和距离等。过载能力要求：如机械、电气和热过载能力。（3） 根据测量系统要求确定传感器种类系统要求的信号形式，如实时与否、数字还是模拟等。与传感器连接的负荷阻抗特性等。传输和连接接口等。（4） 根据使用环境确定传感器种类传感器的工作场合各异，我们应该根据系统的工作场合，选择满足生产温度，湿度，压力条件，抗电磁干扰等等因素的传感器，同时也要将对人员或者是对其他材料有没有损害等方面列入综合考虑因素之内。（5） 明确工作电源根据不同的生产作业情况，确定是采用直流电还是交流电、确定电源的输出功率、工作频率和可能会遇到的干扰等。（6） 基本安全要求采用的电气线路必须要设计保护接地与工作接地，配置绝缘电阻为人们的人身安全提供保障。（7） 可靠性要求抗干扰、寿命、无故障工作时间等。（8） 管理要求要求选择的传感器结构简单，具有模块化的工作特点，能够进行自我诊断与显示故障等。（9） 购买与维修要求考虑价格、交货方式与日期、保修期限、售后服务和零配件供应等。2.1.1电感式传感器的选择电感式传感器接近开关是采用电涡流效应制造的传感器，它适用范围仅局限于金属物体，不可以检测非金属物体。它的工作过程如图1所示，当一个金属物体被放置在不断变化的磁场中时，此时一个变化的电涡流就会在金属物体内产生，同时，由于反作用，产生的变化的电涡流又会进一步反作用于产生它的磁场。倘若有一个电感线圈产生了这个变化的磁场，那么此电感线圈中的电流也会随之发生改变，由此定理可得，可由研究电感线圈中电流如何变化，便可分辨识别出有没有金属物体处在电感线圈的磁场中。电感式传感器接近开关又进一步可分为两种，其中之一是高频振荡型电感式接近开关，它的检测的基础是振荡器中的电感线圈，根据所学的磁电知识，可得电涡流效应的产生取决于被测的金属物体是否接近电感线圈，再利用此效应来引起振荡器振幅或者频率的变化，可以经由传感器的信号调理电路将该变化转化成开关量进行输出，进而可以实现满足检测的目标。在此设计中，充当着检测铁质物体的作用。图2-1：电涡流现象另外一种是差分线圈型电感式接近开关，它将两个线圈作为检测的基础，其中之一当做成一个检测线圈，相反如果进行比较就要使用第二个线圈，因为被测金属物体接近线圈时候会产生电涡流效应，进而引发检测线圈内部磁通量的改变，检测线圈中的磁通量与比较线圈中的磁通量进行对比，在进一步根据比较后的磁通量的差值，借由传感器的信号调理电路将此差值变成开关量输出，进而可以满足检测的要求。图2-2：工作原理图图2-3：接近开关图形符号2.1.2电容式传感器的选择在高频振荡型电容式接近开关中，检测所用的器件通常是其中的电容，因为被测的物体靠近该传感器时，电容器其中的介质会发生改变从而导致电容量C的改变，根据公式，又可以得到频率的改变或者振幅大小的变化，然后在依靠着图4所示电路将此变化转化成开关量进行输出，故可以满足检测的要求。在此系统中，承担着分辨出物品是不是铝制的任务。图2-4：工作原理图2.1.3 颜色传感器的选择颜色传感器（ColorMax RGB）为一种检测装置，它将物体的颜色与之前已经出现过的参考颜色进行对比进而来检测颜色。检测出来的结果取决于所选择的颜色传感器的测量精度。各种传感器有不同的精度，所以输出也各不相同。颜色传感器经常用在装配线上来检测物体。颜色传感器的挑战是分辨出存在着微小的差异或者是具有极强反光的颜色。它可用在汽车产业中使用分辨颜色等。与此同时,颜色传感器凭借对不同有限的颜色可以检测，并借由它们的功能快速更改或处理不同的颜色。如今，伴随着人们对自动控制和降低生产成本的要求，越来越多的颜色传感器被投入到生产使用中。它让传感器变得更敏感精确,这使得颜色传感器更能分析筛选出正确的不同颜色的物体。颜色传感器的工作是检测目标分析根据红,绿,蓝(RGB)值和强度。这个功能用于精准分拣货物商品的颜色。与此同时，颜色传感器还具有高速响应的功能，这使得颜色传感器广泛的应用在高速的自动化生产过程中。例如，印刷，包装与分拣的工作场合，精准地分辨出色彩，让颜色传感器成为自动化行业的不可缺少的一部分。它提供了15种程序的色彩分辨通路，外加4种离散的PNP/NPN输出程序直接与PLC以及相关协议相连接，从而使得系统正常能够正常工作。颜色传感器广泛的应用在自动化一体机，塑料和橡胶配件，包装工业，制药工业，食品工业，电子配件，纸质标签以及印刷产业上。本次选用的是TCS230颜色传感器用于筛选不同颜色（RGB）的物体。图2-5：传感器引脚图图2-6：颜色传感器2.2限位开关的选择限位开关（Limit Switches）别名又做行程开关（Travel Switches），它在实际的生产作业中用于限制动作物体的工作位置，对整个操作系统能够起到保护作用。限位开关能利用它自身的工作特性，控制或者改变物体的动作方向或者距离。它能够实现5A以下小电流的动作控制，它经常用在控制机械设备的运动器件的动作行程和限位保护，使得物品免受损坏。在我们的日常工作生活中，经常将限位开关安装在特定的预先商量好的位置上，当物品触碰到了限位开关时，它的触头动作，实现电路功能的转变。所以，限位开关是一个凭借着运动商品货物的行程位置而转换电路的电器元件之一，它所实现的转化功能基本与按钮相近。它的其中之一直动式限位开关作业过程相当于一个基本按钮，但它的触头的工作速度主要是由生产机械的工作速度所决定的，一般不用于速度低于0.4m/min的情况下。限位开关的结构和外形各有不同，但是它们的基本原理都是一致的。图2-7：限位开关图形符号图2-8：限位开关2.3 PLC的选择2.3.1 PLC的概述PLC的全称为可编程序逻辑控制器，英文名字是Programmable Logic Controller。它现在被普遍的应用于各行各业的生产作业中，与此同时PLC也能够进行数字运算。它由多个输入模块与输出模块组成，与此同时，它在控制要求方面能够进行程序的计时与计数。当今，PLC的形式种类丰富各异，不同的厂家生产的产品也各不相同，但是它们彼此之间又存在着许多的共同点。就德国的西门子而言，它生产的PLC种类繁多，生产的产品在全世界也受到了人们的普遍追捧。从它的中央处理器模块的功能来看，其S7-200系列大致发展经历了两个不同的时期。最早的时候，PLC的CPU为CPU 21X。它在硬件结构方面又分为：CPU212、CPU214、CPU215、CPU216。过了一段时间之后，市场上出现了新一代的PLC，相继淘汰了前者，新的PLC中央处理器模块为CPU 22X，在本世纪开始得到了大量的普及，它工作速度快，交换信息的速度快，故它在各行各业的生产实践中都有出现。它的CPU模块分为：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。除了第一种的CPU，其余的都有扩展模块，比如有I/O扩展模块，定位模块，通信模块等。相比于前者，这一代的PLC在硬件和软件方面都明显优于第一代的产品。2.3.2 PLC的结构与工作原理如今，市面上存在着大量品种功能各异的PLC，虽然种类很多，但是它们彼此之间都是相通的，内在本质都是相同的。PLC的基本硬件框图如下： 图2-9：PLC硬件框图硬件方面最重要的要属CPU，就是我们说的中央处理器模块，它是整个系统的基础，它是程序能够正确运行的保障，缺一不可，它通过不同的总线与不同的I/O设备相互连接。存储器又可以分为只读存储器和随机存储器两种。前者中存放的数据由出厂系统就已经确定下来了，通常情况下不可以更改。而随机存储器主要用于存储数据和中间的计算结果。只读存储器其中存放着用户程序和不可缺少的参数，为了避免因粗心造成数据缺失或者程序错误，它断电之后其中的数据和程序不会丢失，还可以继续运行。而随机存储器其中的数据和程序断电就会丢失，故PLC会使用专门的一块电池保证PLC其中的内容不会丢失。输入输出接口能够隔离电路干扰，充当着保护电路的作用，并且它还能够调理信号，可将彼此不同的信号转换成PLC可以处理的信号。PLC的基本工作方式是循环扫描工作方式。它是用户根据自己的需求，再采用合适的编程语言设计出能实现控制要求的程序，再将其下载到PLC中开始调试运行。PLC程序的执行是从给出的存储器地址从0开始，在没有跳转和中断的基础下，依次顺序执行程序，直到程序结束，再反复的执行程序，直至系统断电或者手动自动切换变成了停止状态。而计算机控制不会循环执行程序，程序执行一遍就停止。2.3.3 PLC的选择与优点自从上世纪末本世纪初开始，伴随着计算机的普及应用以及电子科学技术的迅猛发展，许多国家纷纷开始重视了PLC的研究发展，其中以美国，日本，德国等发达国家为主，就我国而言，我国于1974开始了PLC的研究，并于1977年将国产PLC正式投入使用。在此之前，工业控制一般采用继电器控制，相对于PLC控制而言，它在硬件方面接线过多，过于繁琐，工作速度较慢，使用的寿命短，价格相对于PLC较低廉；而PLC控制在控制速度和逻辑上都明显优于继电器控制，PLC控制可方便的实现程序或生产的进行与停止，硬件线路简单，系统工作生产能够速度进行，生产出来的产品精度等级高，可使用的时间长，可靠性也很高，价格相对于昂贵。目前，可编程序控制器已经渗透到了各行各业的生产作业中，它是现代工业控制自动化的基础。它的普及使用使得工业现场人们的人身安全得以保障，提高了人们工作效率，间接降低了企业成本，解决处理了系统可靠性和节约经济方面的问题。它在硬件采用了隔离技术，为了防止PLC工作信号受到外部工作环境的间接影响；同时，它在软件方面也采取了一系列措施，它能进行自我诊断，一旦系统突然发生故障，它会保障让人员不受伤害，避免造成更大的破坏。并且相对于其他控制，PLC控制编制程序简单易学，方便上手，不同的人可采用不同的方法设计出能实现相同功能的程序，比如，有的人习惯用梯形图，有的人习惯用指令表又或者是面向工业控制的简单的指令形式。设计人员可不去工业现场，单纯地在办公室设计，修改，调试程序，可采用专门的仿真软件模拟真实情况下的运行，提高了作业效率，提高了程序的可靠性与可用性，避免了一些不必要的损失和浪费，十分的方便。与此同时，相对于继电器控制，采用大量的硬件接线，它的扩展能力强，实现不同的目标只需要编写不同的程序，而不必要进行拆线和接线等繁琐的工作，PLC的各组成部分采用模块化的设计，为了满足不同的工业控制下的需求，其体积一般也小与继电器控制系统。从我的角度而言，我觉得PLC最重要也是最好的是为我们提供了多种人机交互，对话的方式，有很多的通信模块，为各种通信的进行提供了保障。由于触摸屏的普及应用，我们可以在显示器上直接观察系统程序运行的状态，并借助于仿真技术让我们的人身安全得到了保障。目前，PLC由于它的价格趋于平民化，功能也不断地在进行着扩充，它逐渐在各行各业的生产实践中都得到了广泛的使用。在此系统中，综合设备的定位，性能特征，造价成本以及自我的学习掌握能力，最终确定选择了西门子的S7-200系列PLC。它采用整体式PLC，模块结构为串行，模块化发展，集成度高，具有计数，计时，通信，报警等功能，易学易用，性价比很高。2.4 电磁阀的选择电磁阀即电磁换向阀，电磁换向阀是利用系统得电，电磁阀线圈得电，进而使得进气的阀口发生改变，采用电磁换向阀可以很方便的实现气电联合控制，可实现自动，远距离控制。电磁换向阀按照主阀阀芯的不同，可分成直动式电磁阀和先导式电磁阀。直动式电磁阀是由电磁铁的衔铁直接作用控制阀心换向的换向阀，它也可以根据线圈的不同，分为单线圈和双线圈，彼此又称为单电控直动式电磁阀和双电控直动式电磁阀。图2-10：电磁换向阀而先导式电磁换向阀是由电磁先导阀和主阀两部分组成，先导式电磁阀是凭借着直动式电磁换向阀输出的气体压力的差异来控制主阀阀芯，相比于直动式电磁阀，先导式电磁阀结构复杂，但是却不需要很大的电磁力来推动阀芯换向。先导式电磁阀的工作原理如下：凭借着自身输出的压力使得气流进出得以改变，我们可以根据采用的控制形式不同将之分为单电控和双电控先导式电磁阀，又可以按照先导压力的来源不同，分成内部先导式电磁阀和外部先导式电磁阀。本次选用的是直动式电磁换向阀作为控制气缸动作的方向控制阀。图2-11：电磁阀的图形符号2.5 光电编码器光电编码器是一种能够准确定位移动物件的位置和运动速度的器件，它属于光电传感器的一种，它经常用于码盘式角度-数字检测的情况下，它在工业控制方面具有很多的优点，它在实际的生产工作中经常用在精度要求高，能够抗各种干扰以及良好的稳定性情况下。各种光电编码器形式结构各有差异，但它们都是由光源，透镜，码盘以及各种光敏元件等等所组成的，它的工作原理是依靠着被测的旋转轴与自身的转轴相互协同作用，由此可以跟随着被测的旋转轴一起发生转动，此时光敏元件因为轴和码盘转动产生了一串亮暗相间的光线，再经由转换电路将角位移转换成为数字量进行输出。光电编码器又在结构和形式上分为增量式编码器和绝对式编码器，这两种的前一个具有结构简单，价格亲民，体积占用空间较小的优点，同时它的分辨率取决于刻线的数目，刻线数越多分辨率也越高，故在工业生产中得到了广泛的应用。2.6步进电动机步进电动机定义是在有脉冲输入的情况下，可以实现输入的电脉冲到角位移或者是角速度的转换。角度值或者角位移值的大小取决于步进电动机接收到的脉冲信号，传送带运行的距离取决于输入的电脉冲数量的多少，其转速取决于电脉冲的频率，故此电动机可以实现传送带位置的精确定位。第三章、材料分拣系统的软件设计3.1材料分拣系统控制流程图图3-1：系统框图图3-2：工作流程图3.2材料分拣系统工作内容和要求按下启动按钮，并使得系统是自动运行状态下，电动机控制带动传送带工作。在传送带的一侧装置着各类的传感器，分别用于对不同材质，不同颜色的材料进行分类筛选。比如，有电感式传感器用于检测铁质金属，有电容式传感器检测铝制物品，有颜色传感器分辨出不同颜色的物品货物，当它们检测到相应的材料经过时，传送带就会停止运行5S，在这段时间内，通过相应的电磁阀得电，推动气缸产生动作，将材料放置在相应的物品槽中，如果前者传感器没有检测到相应的物料，则传送带继续运行，等待下一个传感器的检测。具体要实现的控制要求有以下几个：（1） 按下启动按钮，电机运行，物料送上传动带，等待下一步分拣作业。（2） 当有铁质物品接近电感式传感器时，电磁阀1会得电，衔铁产生吸合，推动气缸1动作，借由气缸的运动物品被送入到铁质金属槽中。（3） 当电容式传感器接收到有铝制物体接近时，相应的电磁阀得电，气缸2产生动作，将铝制物品送入相应的槽中。（4） 非铁质和铝制材料但有颜色（黄白）经过第三个颜色传感器时，电磁阀得电，气缸3动作，推下颜色物料。（5） 如果前三个传感器都没有将材料分拣出去，传送带也会继续运行一段距离，最终商品货物会被送入其他的物品槽中。（6） 若按下启动按钮，系统依靠仓储传感器判别槽中有无物料，若没有检测到物料，那么5S后，步进电动机就会停止运转，传送带因此也停下来了。（7） 整个过程中，若按下停止按钮，则系统停止工作。3.3材料分拣系统的I/O分配表表3-1：PLC的I/O分配表PLC的I/O分配表输入端子对应输入输出端子对应输出I0.0仓储传感器输入Q0.0传送带电机控制I0.1铁传感器Q0.1出料口动作I0.2铝传感器Q0.2分拣铁材料动作I0.3颜色传感器Q0.3分拣铝材料动作I0.5出料口气缸外定位Q0.4分拣黄白材料动作I1.0手自切换Q0.5分拣其他材料动作I1.1启动I1.2停止I1.3编码器输入I2.0手动分拣铁动作I2.1手动分拣铝动作I2.2手动分拣黄白材料动作I2.3手动分拣其他材料动作3.4材料分拣系统电气接线图图3-3：电气接线图3.5材料分拣系统的梯形图程序设计按下启动按钮，M0.2自锁，并使系统工作在自动运行情况下，传送带电机开始动作。SM0.1作为程序的初始化脉冲，如果仓储传感器检测到有物料输入，则基本RS触发器输出为1，出料口产生动作，让一个物体送入传送带上。同时，若是铁传感器，铝传感器，颜色传感器检测到物料后，也可以让出料口动作，进行下一个材料的分拣作业。I0.5为出料口气缸外定位，即材料被分拣到相应的地方时，RS触发器产生复位动作，输出为0，即气缸回缩。M0.0产生动作受控于几个传感器有没有信号输入，若传感器其中之一有信号，则就接通了M0.0，并延时5s，使得传送带停止运行，有充分的时间进行分拣作业。这三个网络作用主要用于分拣作业的动作，其中网络5是当铁传感器检测到有铁质金属时，I0.1闭合，在自动运行的状态下，Q0.2得电，分拣铁质材料。网络6是当有铝制材料通过时，I0.2动作，在自动运行的情况下，Q0.3得电，开始分拣铝制材料。网络7是用于分拣颜色物料，当I0.3闭合时，在系统处于自动运行情况下，分类筛选出颜色（黄白）物料。同时，网络5,6,7也分别设置了手动操作，满足了系统手动运行的要求。此网络中，I1.3为编码器输入信号，当编码器有脉冲输入时，步进电动机产生转动，并借由增计数器C0计算