材料分拣装置的PLC控制系统设计.doc

精选资料石家庄铁道学院毕业设计（论文）材料分拣装置的PLC控制系统Material sorting PLC control2014届石家庄铁道学院成人教育分院(系)专 业 电气自动化应用 学 号 201024136 学生姓名 王旭宏 指导教师 刘东岚 完成日期 2013年 10 月 30 日毕业设计（论文）任务书题目材料分拣装置的PLC控制系统专业电气技术应用班级电气技师10班学生姓名王旭宏承担指导单位石家庄铁道学院成人分院导师姓名刘东岚导师职称一、设计题目材料分拣装置的PLC控制系统二、设计目的1、通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。2、使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的。3、使学生掌握工业生产流水线中材料分拣控制系统的工作原理。三、设备概述及技术数据1、材料分拣装置工作过程概述下图为材料分拣装置的结构示意图。其工作过程为：通电状态下，下料时，下料传感器动作，传送带运行，电感传感器检测到铁块材料时，汽缸1动作将材料推下。电容传感器检测到铝块材料时，汽缸2动作将材料推下。颜色传感器检测到非金属材料黄色块时，汽缸3动作将材料推下。其它颜色非金属材料块被传送到SD位置时，汽缸4动作将材料推下。竖井式下料槽无料时，传送带运行一个行程自动停机。2、技术数据输入电压：AC200240V（带保护地三芯插座）消耗功率：250W环境温度范围：-540气源：大于0.2MPa且小于0.85MPa四、设计要求1、控制要求：(1)分拣出金属与非金属。(2)分拣某一颜色块。(3)分拣出金属中某一颜色块。 (4)分拣出非金属中某一颜色块。 (5)分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。 (6)建议分拣颜色为：红、绿、蓝；建议分拣材料为：铁、铝、塑料。 2、设计内容：(1)根据分拣装置工作过程设计功能表图。 (2)设计电气控制原理图。 (3)进行PLC选型及I/O分配。 (4)设计PLC硬件系统。 (5)设计PLC控制程序。 (6)按要求撰写毕业设计说明书。(7)绘制设计图样。五、应完成的技术资料 1、开题报告（3000字左右） 2、毕业设计说明书（12000字左右） 3、技术资料 (1)系统电气原理图； (2)PLC的I/O接线图； (3)控制程序清单及注释；六、毕业设计（论文）工作进度安排：9月1日9月3日：熟悉设计内容、要求、任务；收集与设计相关的论文、资料，方案论证与选择；9月4日9月7日：初步完成系统框图设计，完成系统配置与选型；9月8日9月12日：完善系统硬件电路设计；9月13日9月18日：绘制软件框图、编写梯形图及梯形图调试；9月19日9月23日：撰写毕业设计说明书；9月24日9月28日：绘制图纸；9月29日：完成英文文献翻译；10月20日：答辩。教研组主任签字时间年 月 日毕业设计（论文）开题报告题目材料分拣装置的PLC控制系统设计专业电气自动化应用班级电气技师10班姓名王旭宏一、选题背景及依据（简述题目的研究背景，国内外研究现状，列出主要参考文献）1、研究背景：可编程序控制器（PLC）是20世纪60年代以来发展极为迅速的一种新型工业控制装置。现代PLC应用综合了计算机技术，自动控制技术和网络通信技术，其应用越来越广泛、深入，已进入到系统的过程控制、运动控制、通信网络、人机交互等领域。由于PLC应用向智能化和网络化方向发展。智能化是指PLC除具有传统的顺序控制功能外，还增加了用于过程控制和位置控制各种专用接口及控制算法；而网络化是指以触摸屏为代表的人机接口实现了PLC与用户之间的、灵活的信息交换，且逐渐成为主流趋势。2、PLC编程的特点； (1) 可靠性强，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现在大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百以及数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障是可及时发出报警信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2) 配套齐全，功能完善，实用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现在的PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得非常容易。(3) 易学易用，深受工程技术人员的欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程技术易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便的实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4) 系统的设计、建造工作量少，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同事维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种，小批量的生产场合。(5) 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。 2、参考文献：(1) 陈其纯.可编程序控制器应用技术，高等教育出版社 2000年(2) 孙平.可编程序控制器原理及应用，北京高等教育出版社 1999年(3) 张桂香.电气控制与PLC应用，化学工业出版社 2006年(4) 张运波.工厂电气控制技术，化学工业出版社 2001年(5) 余雷声.电气控制与PLC应用，化学工业出版社 2001年(6) 王兆义.小型可编程控制器使用技术，化学工业出版社 2002年(7) 张泽荣.可编程控制器原理及应用，化学工业出版社 2002年(8) 李景学.可编程控制器应用设计系统及方法，化学工业出版社 2001年(9) 田瑞庭.可编程应用控制技术，化学工业出版社 1994年(10) 田效伍.电气控制与PLC应用技术， 机械工业出版社 2006年(11) 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器，机械工业出版社 2000年(12) 汤蕴缪.电机学，机械工业出版社 1999年(13) 姚勇刚.机电传动与控制技术，北京轻工业出版社 2005年(14) 孙平.可编程控制器原理，北京高等工业出版社 2003年(15) 常文平.电气控制与PLC原理及应用 西安电子科技大学出版 2006年二、主要设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案、设计（研究）工作步骤1设计内容有内置电源，有进步电动机、传送带、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气体压缩机、滤清器、气压指示等部件。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。2、设计思想系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带后，依次接受各种传送带检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前进。其控制要求有如下9个方面：(1)系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲(2)电机运行，带动传输带传送物体向前运行(3)有物料时，下料汽缸动作，将物料送出(4)当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸1动作(5)当电感传感器检测到铝物料时，推汽缸2动作(6)当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推动汽缸3动作(7)其他物料被送到SD位置时，推动汽缸4动作(8)汽缸运行应有动作限位开关(9)下料槽内无下料时，延时后自动停机3关键问题在系统的设计过程中，需要根据以下要求具体设计：(1) 拟定设计思路，它是整个设计过程的指导(2) 选择合适的硬件，以便节省成本和稳定的运行(3) 选择合适的PLC使其能够满足工作的需要(4) 编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图(5) 根据系统要求编写软件说明书，然后再进行程序设计(6) 注重设计的可用性，以便在工作过程中工作人员对系统的交流和更好的去操作(7) 设计工作台、电气柜及非标准电器元部件4设计步骤(1)根据设计任务书，分析设计任务；(2)查阅相关文献资料，解决关键问题；(3)完成相关硬件电路的设计，并进行器件的选型；(4)绘制软件流程框图；(5)编写程序，调试；(6)功能完善。三、毕业设计（论文）工作进度安排9月 1日9月10日：熟悉设计内容、要求、任务；收集与设计相关的论文、资料，方案论证与选择；9月11日9月15日：初步完成系统框图设计，完成系统配置与选型；9月15日9月20日：完善系统硬件电路设计；9月20日9月23日：绘制软件框图、编写梯形图及梯形图调试；9月23日9月25日：撰写毕业设计说明书；9月26日9月27日：绘制图纸；9月27日9月30日：答辩。指导教师签字时间年 月 日毕业设计（论文）评语及成绩学生姓名王旭宏专业电气自动化应用班 级电气技师10班学 号201024136毕业设计（论文）题目材料分拣分拣装置的PLC控制系统设计指导教师姓名刘东岚指导教师职称指导教师评语：签字：年 月 日专家评语： 签字： 年 月 日 答辩小组意见：答辩小组组长签字： 年 月 日成绩： 院长(主任) 签字：年 月 日可修改编辑摘 要随着科学技术的飞速发展，现代工业控制系统越来越复杂，传统控制科学面临着新的挑战。PLC以其体积小、功能齐全、价格低廉和可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。PLC的使用大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。如何在PLC自动控制领域充分发挥PLC的优势，是目前自动控制学科的重要课题之一。本课题正是在这样的背景下，围绕基于PLC的材料分拣装置设计展开研究。论文首先叙述了PLC的材料分拣装置的发展背景、现状和发展方向。然后，说明了PLC自动分拣控制系统工作原理和与传统继电器的区别。本文详细叙述了一种基于PLC的材料分拣装置设计及自动控制编程，以及怎样通过PLC程序设计来实现材料分拣和自动控制。其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，系统具有数据采集准确、可靠性高及系统成本低等优点。关键词：PLC；材料分拣；自动控制；传感器ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, modern industrial control systems become more complicated, the traditional control of science is facing new challenges. PLC with its small size, full-featured, low cost and high reliability has unique advantages, in various fields has been applied widely. The use of PLC control system greatly improved the reliability and automation level, providing a more reliable production and protection. How to give full play to PLC automatic control advantages, is an important subject in one of the automatic control. This topic is in this context, the surrounding material sorting device based on PLC design of a study. Paper first describes the material sorting device PLC backs the development, current status and future directions. Then, show the work of PLC control system for automatic sorting principle and the difference between traditional relays. This paper describes the material sorting based on PLC control device design and programming, PLC programming and how to achieve by material sorting and automatic control. The circuit structure is simple, less investment (transformation of existing facilities can be used), sorting system is not only a high degree of automation, but also changes with the online features, flexibility, accurate data acquisition system with high reliability and system cost low.Keywords: PLC；material sorting；automatic control；sensor目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 PLC材料分拣装置的研究背景11.2 PLC材料分拣系统的现状11.3 PLC材料分拣系统的发展方向11.3.1系统集成21.3.2工艺创新21.3.3自动分捡机2第2章 PLC材料分拣系统的硬件设计42.1 PLC自动分拣控制系统工作原理42.2 系统的硬件配置52.3系统的运行方式62.4 PLC与传统继电器的区别及选型72.4.1 PLC与传统继电器的区别72.4.2 PLC设计选型的一般原则72.5铁传感器的选用82.6铝传感器的选用82.7颜色传感器的选用102.8光电传感器的选用102.9 气压传动装置选用102.9.1气源装置102.9.2气压发生装置112.9.3冷却器122.9.4储气罐122.9.5气动控制装置132.10限位开关的选用132.11熔断器的选用132.12电动机的选用13第3章 PLC自动控制的软件设计153.1 系统程序流程153.2 系统I/O分配173.3 系统功能表图183.4 材料分拣装置PLC梯形图19第4章 总结与展望214.1 总结214.2 未来展望21总 结23参考文献25致 谢26附 录27第1章 绪 论1.1 PLC材料分拣装置的研究背景随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制几乎扩展到所有工业领域。现代社会要求制造业对市场要求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品1。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的看着系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应着一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化系统的主要设备之一。PLC已经广泛的应用于各种机械设备和生产过程的自动化控制中，PLC在其他领域，例如民用个家庭自动化也得到了迅速的发展。而在众多工业生产领域中，对不同的材料进行分拣，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对材料自动分拣的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），自动分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。本控制系统是一简单的材料分拣控制系统，在本系统的基础上，可以将之改进为物流分拣系统、自动分拣机，从而服务于人们的日常生活中。1.2 PLC材料分拣系统的现状随着生产趋于个性化、集约化，许多企业开始加深对物流的认识及其价值的深度挖掘，通过物流建设降低成本，提升竞争力。自动化物流系统逐渐应用于烟草、制造、家电、医药、食品、图书等领域。随着物流市场需求的增长，国内物流系统及装备供应商通过自主技术创新、引进消化吸收，从起初低端技术、国外进口到现在高端创新、与国外厂商同台竞技，物流装备技术水平已明显提高，但在高端技术方面也还存在较大差距。1.3 PLC材料分拣系统的发展方向PLC材料分拣系统未来发展方向可以分为系统集成、工艺创新和自动分拣机2三个方向。1.3.1系统集成由于专业高度分工和全球经济一体化，系统集成是一种理念和趋势。国内厂商应采取国内集成、国外配套的合作思路，充分利用合作方在高端产品、关键设备上技术先进成熟的优势，迅速实现优势互补，提高整个物流系统的技术含量和技术水平。集成不是简单的设备组合，是以系统思维的方式对设备功能的充分应用，并保证软硬接口的无缝和快捷，目的是实现集成创新。1.3.2工艺创新物流系统应充分注重“系统”概念，系统由多个单元组成。单元的有效组合，即是流程及工艺的设计，这是一个全局优化的复杂过程。工艺设计中最重要的是了解用户的实际需求，不同的行业和用户对物流的需求有着较大的差异，这是一种个性化的服务，应不断拓展创新。就从烟草行业来讲，结合卷烟生产工艺，将物流做宽做深，从烟叶醇化到成品发货，从制丝分组加工到储叶储丝模块化精益生产，工艺创新和装备已融入并实现工厂生产自动化（FA）。现在社会上己将物流的高科技产品(自动分拣机、自动化立体仓库、信息处理及通讯自动化等)广泛应用于各个流通领域。自动分拣系统是一次大战后在美国、日本的配送中心广泛采用的一种物流设备，己经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，科学技术日新月异的进步，特别是感测技术、电子标签及计算机控制技术等的引入使用，自动分拣系统在我国发展空间巨大。1.3.3自动分捡机在商业配送领域自动分捡机的应用较为广泛，可实现多品种、小批量、多批次、短周期的物品分拣和配送作业。自动分捡机的种类很多，有滑靴式、翻板式、交叉带式等，国内厂商能提供相应产品，但从分类能力、可靠性等指标来看，性参数能较国外先进水平还有较大差距。目前，项目系统集成中进口比例较高，在机场物流行李分拣系统中，由于分拣量大及高可靠性要求，基本都从国外进口。随着商业配送物流的快速发展，配送中心对自动分拣机将会有更多需求，分拣技术水平和设备性能将会有较大提高。物流配送中心是从事配送业务的物流场所或组织，它的作业流程包括“入库保管拣货分拣暂存出库” 。物流中心每天接受众多供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种物品，用最短的时间将物品卸下并按品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，然后将物品运送到指定地点。当订货商向物流中心发出配送订单后，自动分拣系统在最短时间内从自动化立体仓库中准确找到要出库的物品所在位置，并按所需数量出库，最后将从不同储位上取出的不同数量的物品按配送地点的不同运送到不同的存货区域进行分拣，以便装车配送。值得一提的是对于小件物品的分拣技术和设备近几年发展较快，主要集中在卷烟配送行业，从电子标签拣选模式到立式、通道式分发机半自动分拣，甚至全自动补货、分拣、装箱，技术和设备都更新很快，目前各供应商仍以高速分拣、高度自动化的方向快速发展。第2章 PLC材料分拣系统的硬件设计2.1 PLC自动分拣控制系统工作原理本文所设计的PLC材料分拣系统采用推块式分拣机的台式结构，有竖井式材料输入料槽，滑板式产品输出料槽口。同时，输送带作为传动结构，为了方便较快速度的启动和停止，用异步交流电机驱动；对不同材质的三种传感器分别固定在网孔板上；为了保证整个系统的安全性又加了一个光电传感器。整个控制系统有气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。气动部分由空气压缩机、气缸、气瓶、气压指示表、分水过滤器、冷却器、减压阀、配气器、等部件组成；电气部分由PLC、铁检测传感器、铝检测传感器、颜色检测传感器、光电传感器、异步交流电机、开关、电源等部件组成；硬件部分由传送带异步电动机、传送带、底座、支架等组成。材料分捡系统工作原理示意图如图2.1所示。图2.1材料分捡系统工作原理示意图1气瓶 2PLC 3料槽 4电源 5电机 6料槽传感器 7料仓气缸 8皮带 9仓库 10气缸 11传感器其工作过程是开启电源，气动系统开始工作，系统进入自检状态。下料传感器检测下料槽内是否有物料，若没有物料，延时后自动等待上料；当下料槽内有物料时，系统自动运行。首先，下料传感器发送信号给PLC，PLC传送信号给下料气缸。经过一定时间，下料汽缸将物料推至传送带。当物料在传送带传送时，PLC计数器开始计数，电机开始运行。当传感器检测到物料为铁金属时，发出反馈信号给PLC，由PLC控制气缸一动作，将物料推到料仓。当气缸电磁阀运行到后限位开关时，电磁阀复位，回到原状态。同理，可通过相应传感器分拣相应的物料。系统的结构图如图2.2所示。下料传感器 P L C铁检测传感器铝检测传感器光电检测传感器输送带和下料气缸铁出料气缸其他出料气缸塑料出料气缸铝出料气缸空气压缩机颜色料传感器图2.2 系统结构图2.2 系统的硬件配置系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。系统的硬件配置如表2.1。表2.1 系统硬件配置PLC 1台底座1个启动开关1个光电传感器2个铁传感器1个电机2个铝传感器1个气缸5个颜色传感器1个限位开关10个气瓶1个皮带1条电源1个气压传动装置1套2.3系统的运行方式系统是全自动的运行方式。在系统开始工作前需要人工合上刀闸开关，然后手动启动系统的电源开关。系统开始运行，进入自检状态，当有物料进入料槽时，系统开始自动运行；当料槽中没有物料时，系统进入自检状态，等待物料再次进入料槽，然后自动运行。系统需要停止工作时，需要人工切断系统电源，然后再切断主电源。自动运行方式是由一台可编程序控制器（PLC）来控制整个系统自动运行，系统根据传感器传出的信号执行事先编译好程序3。系统主电路图和结构图如图2.3所示。在图2.3中，M1为传送带提供动力的异步电动机，M2为空气压缩机。FU1为主电路的熔断器，起短路保护的作用。当电路发生短路时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时自行熔断，从而分段电路。接触器KM1控制电动机M1的运行。当接触器收到PLC为1的信号时，接触器闭合，电动机就可以启动运行。FR1、FR2分别为电机过载保护用的热继电器，电动机一旦出现长时间过载自动切断电路。并能购随过载程度而改变动作时间的继电器，充分发挥了电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转。空压机电机传送带电机KM2图2.3 系统主电路图2.4 PLC与传统继电器的区别及选型2.4.1 PLC与传统继电器的区别最初研制生产PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作4。但CPU不可能同时去执行过个操作，它只能按分时操作方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结构似乎是同时完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一步开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 （2）PLC的优点：可靠性高，抗干扰能力强；控制系统结构简单，通用性强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造；设计、施工、调试的周期短。2.4.2 PLC设计选型的一般原则1、选择自己熟悉的机种和机型：同样的控制设备的设计，可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用你不熟悉的PLC，你就必须从头熟悉它，虽然不费太多的事，但毕竟没有用你熟悉的机型来的快。 2、不要大材小用：什么样的规模设计任务就选用什么样规模的PLC，避免造成太多的硬件资源的浪费。3、具体的控制对象，具体选择：根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。4、选用易采购的机型：有的产品经销商较少，不容易采购或进行比较，有的产品经销商很多，容易采购和比较，你就可以选用信誉好、价格优惠、技术上能够给与支持的公司。5、经常了解PLC产品的发展动态：PLC产品更新换代很快，你熟悉的机型也许过几年就见不着了，所以，你最好在设计选型之前，先了解一下市场情况。目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以PLC的材料分拣装置系统输入、输出点数的要求，选择为三菱公司的FX2N系列的FX2N-32MR-001。2.5铁传感器的选用霍尔接近开关来检测材料是否是磁性铁金属。霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关5。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有无磁性物体存在，进而控制开关的通或断。本系统中，当材料是铁时传感器开关闭合，产生电流驱动线圈。霍尔接近开关的工作原理见图2.4。因此，本系统中检测铁物料选用霍尔传感器为2AV系列。图2.4 霍尔接近开关的工作原理图2.6铝传感器的选用当通过金属体的磁通过变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流6。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。如图2.5所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。图2.5 电涡流传感器原理图我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图2.6的等效电路。图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。当铝检测传感器检测到金属材料时，传感器的线圈阻抗就会发生变化。图2.6 电涡流传感器等效电路图利用这一性质可以把铝传感器和继电器如图2.7连接，实现开关功能。所以本系统铝传感器选用电涡流传感器为ST系列。图2.7 铝传感器开关原理图2.7颜色传感器的选用我们所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色光在人眼中的反应7。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红、黄、绿、青、蓝、紫)。根据三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。高分辨率颜色传感器TCS230，是我们常用的颜色传感器。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强，同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色，本文选择红色滤波器。2.8光电传感器的选用利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器，把电流或电压的变化以光电的方式传送出去，即进行电信号光信号电信号的转换。光电式传感器工作原理:光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。2.9 气压传动装置选用2.9.1气源装置气源装置是为气动系统提供具有一定压力和足够流量、满足一定净化程度的压缩空气的能源装置,它是气动系统的重要组成部分8。气源装置包括气压产生、压缩空气净化与储存、压力稳定和传输管道等装置，这些设备一般布置于压缩空气站内，作为整个工厂或车间的同一气源，气源装置结构见图2.8。图2.8中，电动机带动空气压缩机旋转，经吸气口的空气过滤器将大气中的空气吸入9。冷却器将压缩空气降温冷却，使高温汽化的水、油凝结分离。油水分离器将冷凝出来的水滴、油滴、杂质等分离并排出系统。储气罐用以压缩空气、稳定压缩空气的压力，并除去其中的部分油、水等杂质，储气罐输出的压缩空气可用于不同空气质量要求的气动系统。图2.8气源装置结构图2.9.2气压发生装置气压发生装置包括正压发生装置和负压发生装置，正压发生装置为空气压缩机。这也正是本系统所使用的气压发生装置。空气压缩机属于正压发生装置，它是将机械能转换成气体压力的能量转换装置，提供高于大气压力的气压。排气压力低于0.2MPa的一般称为风机（低于0.015MPa的称为通风机，0.0150.2MPa的称为鼓风机），它们用于通风系统。排气压力高于0.2MPa的习惯上成为压缩机，气动系统中通常采用压缩机提供气源。气动系统中多数气动元件都是在高于大气压力下工作的，用这些元件组成的启动系统称为正压系统。下面介绍常用的活塞式空气压缩机的工作原理：气压传动系统中最常用的是往复活塞式空气压缩机，其工作原理如图2.9所示，当电动机带动曲柄7旋转时，通过连杆6、滑块5和活塞4的传递转换，使活塞3在气缸2内作往复运动。当活塞向右移动时，缸内左腔密封容积逐渐增大，使其中的气压低于大气压，吸气阀8被外界大气压力顶开，空气在大气压力作用下进入气缸内，形成吸气过程；当活塞向左移动时，缸内左腔密封容积逐渐减小，空气受压使气压升高，将吸气阀关闭，形成压缩过程；当缸内压缩空气压力升至高于输气管路中压力时，排气阀1顶开，压缩空气排入输气管路，形成排气过程。活塞式空气压缩机的优点是结构简单，使用寿命长，容易实现大流量和高压输出；缺点是振动大、噪声大，输出流量、压力有脉动，需使用储气罐稳压。图2.9 活塞式空气压缩机工作原理1排气阀； 2气缸； 3活塞； 4活塞；5滑块； 6连杆； 7曲柄； 8吸气阀； 9弹簧2.9.3冷却器冷却器安装在空气压缩机出口的管道上，将空气压缩机排出的温度高达120150的气体冷却到4050，从而使其中的水蒸气和被高温氧化的油雾冷凝成水滴和油滴而析出，进而初步分离，以便对压缩空气实施进一步净化处理。因冷却介质为水，它的冷却效率高，常用于中型和大型压缩机。在工作时，一般是水在管内流动，空气在管间流动。管内流动的冷却水多为单程或双程流动，管间空气可以自由流