江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计 第5页 电容传感器 推料一伸出限位 推料一缩回限位 推料二伸出限位 推料二缩回限位 停止按钮

X21 X14 X15 X16 X17 X1

推料二伸出 推料二缩回 电动机转动及中速

Y12 Y13 Y21

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。根据物料分拣系统的工作过程可知，系统的输入信号有19个，输出信号有16，因此选三菱FX2N-48MR。 3.2.2 三菱变频器的选择

1、在实践中常常将机械设备根据负载转矩特性不同，分为如下三类： （1）恒转矩负载； （2）恒功率负载； （3）流体类负载。

2、根据负载特性选取适当控制方式的三菱变频器

三菱变频器的控制方式主要分为：V/f控制，包括开环和闭环；矢量控制，包括无速度传感器和带速度传感器控制；直接转矩控制；几种种方式的优缺点如下：

（1）V/f开环控制 优点：结构简单，调节容易，可用于通用鼠笼型异步电机； 缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小；

主要采用场合：一般的风机，泵类节能调速或一台变频器带多台电机传动场合。 （2）V/f闭环控制

优点：结构简单，调速精度比较高，可用于通用性异步电机；

缺点：低速力矩难保证，不能采用力矩控制，调速范围小，要增加速度传感器； 主要采用场合：用于保持压力，温度，流量，PH定值等过程场合。 （3）无速度传感器的矢量控制

优点：不需要速度传感器，力矩响应好、结构简单，速度控制范围较广； 缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能； 采用场合：一般工业设备，大多数调速场合。

江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计 第6页

（4）带有速度传感器的矢量控制

优点：力矩控制性能良好，力矩响应好，调速精度高，速度控制范围大； 缺点：需要正确设定电机参数，需要自动测试功能，要高精度速度传感器； 使用场合：要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合。 （5）直接转矩控制

优点：不需要速度传感器，力矩响应好，结构较简单，速度控制范围较大； 缺点：需要设定电机参数，须有自动测试功能；

采用场合：要求精确控制力矩的高动态性能应用场合，如起重机、电梯、轧机等。 根据物料分拣系统可知，我们可选三菱FR-E500。 三菱FR-E500介绍： （1）功率：7.5KW；

（2）简易磁通矢量控制方式，实现1Hz时输出转矩达120%； （3）柔性PWM，实现低噪音运行；

（4）内置PID，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能； （5）内置RS485通讯口； （6）使用长寿命元器件； （7）ID，15段速度等功能选择。 三菱FR-E500特点： （1）更省能源；

（2）环保，寿命长，维护简单； （3）最适用风扇； （4）操作简单，网路化； （5）适用全球化； （6）丰富多彩的功能。 3.2.2 气动控制和执行元件

气动控制元件是控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，如气动逻辑元件。气动控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

1、电磁阀

气动电磁阀工作原理：气动电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，气动电磁阀的每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀

江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计 第7页

体就会被吸引到哪边。气动电磁阀通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过气动电磁阀的油的压力来推动油刚的活塞，这样通过控制气动电磁阀的电磁铁的电流就控制了整个电磁阀的机械运动。

气动电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；气动电磁阀并不限于液压，气动；气动电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢或电磁阀来控制。

图2 直动式电磁阀原理图

图2表示 (五路二位)直动式电磁阀(常断型)结构的简单剖面图及工作原理。起始状态，1，2进气；4，5排气；线圈通电时，静铁芯产生电磁力，使先导阀动作，压缩空气通过气路进入阀先导活塞使活塞启动，在活塞中间，密封圆面打开通道，1，4进气，2，3排气；当断电时，先导阀在弹簧作用下复位，恢复到原来的状态。

本设计可以采用二位二通的气动电磁阀，它操作轻便，又能快速实现气缸的正反转，易于实现自动化，因此应用广泛。 作用气 2、气缸

引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而进步压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等等。英文名：cylinder。

江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计 第8页

气缸-气缸种类 气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸 4种。

气缸的作用：将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复（运动、摆动和旋转运动。

气缸的分类：直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。气缸的结构：气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成。

当传感器检测到物料时，活塞运动，然后自动缩回，所以我们可以选单缸。 3、传感器 （1）光电式传感器

光电式传感器，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。

图3 光电式传感器

（2）电感式传感器

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。

江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计 第9页 图4 电感式传感器 （3）电容式传感器 电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。

图5 电容式传感器

4 物料分拣系统的设计图

4.1 PLC外部端子接线图