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项目4 用 PLC 控制 工件分拣及计数
任务 工件分拣及计数
电器与PLC控制技术
本项目以工件分拣及计数功能的实现为任务，
引导学习有关PLC控制系统的设计方法和项目实施 的基本步骤。主要内容包括计数器指令的功能与应 用、顺序控制设计编程方法及编程软件的高级应用知 识等。
任务 工件分拣及计数
任务 工件分拣及计数
任务描述及准备
一、任务描述
用 PLC 实现工件的分拣及计数，待分拣物料分为金属和非金属物料，而非金属中又分 为塑料和木质物料，要求按上述 3 种情况进行 分类，并对物料总量进行计数。工件的分拣装 置如图 4-1 所示（图示装置配合不同的传感器可进行 4 种物料的分拣）。
图 4-1 分拣装置
任务 工件分拣及计数
二、所需工具设备
完成任务所需的工具设备见表 4-1。
任务描述及准备
任务 工件分拣及计数
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任务描述及准备
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三、完成任务的步骤
完成任务的步骤见表 4-2。
任务描述及准备
任务 工件分拣及计数
任务实施
一、控制要求分析
传送带由三相交流减速电机驱动，物料的种类由传感器加以识别，分拣动作由气 缸的伸出动作将相应物料推送到料槽中，计数要求由 PLC 内置的计数器根据传感器的 信号进行。
分拣过程如图 4-2 所示（颜色传感 器 SC 和气缸 3 未使用）。
（1） 系 统 启 动 后 传 送 带 开 始 工 作， 当有物料通过时由光电开关（SN）进行 计数；如物料为金属材料，则通过第一 个检测位置（装有电感式接近开关 SA） 时，SA 动作后使气缸 1 伸出，推出金属 物料到第一料槽。
任务 工件分拣及计数
图 4-2 分拣过程示意图
任务实施
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（2）当物料为塑料（非金属）时，则通过第二检测位置（装有电容式接近开关SB）时，SB 动作后使气缸 2 伸出，推出塑料材质的物料到第二料槽；调节电容式接 近开关的灵敏度，在设定的检测距离内只对塑料敏感，而同样距离时，木质物料通过 时则没有检测信号。
（3）当物料为木质时，则自动传送至最后并滑入第四料槽。
（4）当按下停止按钮后延时 30s 系统自动停止。
图 4-2 中的 SBW 和 SKW 为磁性开关；物料送到传送带的过程为前级动作，本任 务不予考虑。
任务实施
任务 工件分拣及计数
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二、认知传感器
1. 光电式接近开关
光电传感器是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感 器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关，简称光电开关。
光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检 测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件 将检测出这种变化，并转换为电信号，进行输出。按照光的传输方式不同，光电式接 近开关可分为对射式、反射式和漫射式 3 种，如图 4-3 所示。
任务 工件分拣及计数
本任务采用漫射式光电接近开关进行物料计数。光电开关的外形如图 4-4 所示。
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2. 电感式接近开关
电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指当金属物体处 于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生其磁场。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。 利用上述原理，以高频振荡器中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电 路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。图 4-5 为电感式接近开关的实物外形图。
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3. 电容式接近开关
电容式接近开关是常用的具有开关量输出的位置测量传感器，其工作原理：测量 头作为电容器的一个极板，被测物体是另一个极板，当不同的物体移向接近开关时， 等效电容量因为极板距离及介电常数的变化而改变，再由内部电路将此状态的变化处 理成开关量信号输出。
电容式传感器可感应多种介质，包括金属及非 金属、液体、粉状物质等。通过调节其感应的灵敏 度可以对不同的物体接近时作出判断。图 4-6 为常 用电容式接近开关的实物外形图。
接近开关的接线方法：接近开关常用的为三线 式，分别为棕色、黑色和蓝色，与 PLC 连接时，棕 色接 DC24V 电源正极、
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任务 工件分拣及计数
黑色和蓝色接电源负极并与 PLC 的 COM 端相连，黑色为信号线，接入 PLC 的输入点（如 I0.0）。
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4. 磁性开关
图 4-6 电容式接近开关
本任务所用的气缸为带磁环的气缸。在非磁性体的活塞上安装一个磁环，以提供 了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活 塞位置，即可控制活塞的运动行程。
有触点式的磁性开关用舌簧开关做磁场检测元件。舌簧开关成形于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌 簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当 磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。
磁性开关的接线接法：磁性开关有蓝色和棕色 2 根引出线，使用时蓝色引出线应连接到 PLC 输入公共 端，棕色
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任务 工件分拣及计数
引出线应连接到 PLC 输入信号端。常用的磁 性开关实物如图 4-7 所示。
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5. 传感器的符号
图 4-8 为所用接近开关的图形符号。按照新国标，接近开关的字母代号为 BG。
图 4-8 接近开关的图形符号
（a）电感式接近开关；（b）光电式接近开关 ;（c）磁性开并。
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任务 工件分拣及计数
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三、识读系统的气动回路
本系统的气动回路如图 4-9 所示。其中，1B1、1B2、2B1 和 B2B 为 4 只磁性开关， 分别安装在两只气缸外壁上，作为气缸活塞的动作位置信号。两只电磁阀为二位 五通单电控电磁阀，1Y1、2Y1 为 2 只电磁换向阀的控制线圈，当电磁线圈通电时， 阀的右位工作，压缩气体通过 B 端进入气缸活塞的内腔，将活塞推出，执行落料 动作。电磁阀断电时，气体流向相反，气缸缩回。单向节流阀可以用来调节气缸 动作的速度。
任务 工件分拣及计数
图 4-9 系统的气动回路图
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四、认知计数器指令
计数器指令分为加计数（CTU）、减计数（CTD）和加减计数（CTUD）3 种。每 个计数器包含一个位值、一个十六位的当前值寄存器和一个十六位的预置值寄存器， 编程中三者使用相同的标号，根据调用指令的情况，由 CPU 自动识别。各计数器的 基本功能描述见表 4-3。
任务 工件分拣及计数
1. 加计数器指令（CTU）
CTU 指令的应用方法如图 4-10 所示。
CTU 指令的动作过程描述见表 4-4。
任务 工件分拣及计数
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2. 减计算器指令（CTD）
CTD 指令的应用方法如图 4-11 所示。
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CTD 动作过程描述见表 4-5。
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3. 加减计算器指令（CTUD）
CTUD 指令的应用方法如图 4-12 所示。
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CTUD 动作过程描述见表 4-6。
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五、识读 PLC 控制系统图
1. 识读电气原理图
（1）主电路图。
本任务的主电路如图 4-13 所示。M 为拖 动传送带的异步电动机。
（2）控制电路图。
系统的控制电路如图 4-14 所示。图中，T 为开关电源，为 PLC 输出回路提供 DC24V 电 源，BG1 是光电开关、BG2 是电感式接近 开 关、BG3 是电容式接近开 关、BG4 ～ BG7 是 4 只磁性开关，YV1 和 YV2 是电磁换向阀 线圈。
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四、电路安装与接线
1. 多孔板上元器件的安装
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2. 传感器调整
（1）接近开关调整。 调节传感器上灵敏度旋钮，使对应工件接近时传感器可以可靠地检测到信号，调整完成后用记号笔在旋钮处做好标记。
（2）磁性开关调整。 根据实际气缸的行程要求，调节磁性开关在缸体上的位置，在对应位置做好标记，并使磁性开关上的指示灯点亮。要求缸伸出行程能将工件可靠的推入料槽，并能 可靠缩回，不影响工件通过。
任务 工件分拣及计数
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3. 电气配线与测试
使用绝缘良好的电工工具进行操作，且所有接线都必须在断电的状态下进行，每 根导线的两端都要求套线号，并按照原理图的标号用线号笔正确标注。具体的工艺要 求同任务 3.2。
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五、识读 PLC 程序
1. 顺序功能图
根据本任务的控制要求，画出顺序功能 图如图 4-17 所示，作为编程的依据。如图 4-17 所示，顺序功能图为选择分 支 结 构， 在 M0.2 步 时 如 满 足 10.3 的 条 件（即为金属物料 ），转移到 M0.3 步，传送 带停止，气缸 1 动作；而如满足 10.4 的条 件（ 即 为 塑料 时 ）， 转 移 到 M0.6 步 执行， 传送带停止，气缸 2 动作。如果物料是木质的，则 10.3 和 10.4 的条件都不能满足， 则传送带继续运行，到最后位置由挡料板 推入第四料槽。停止的功能不在上述顺序中，任意时刻 只要按一下停止按钮，则延时 30s 后，复位 所有可能的活动步和动作，回到初始步，等 待重新启动。
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2. 梯形图程序
材料分拣系统程序如图 4-18 所示。
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六、编写和调试程序
1. 输入程序的技巧
（1）本程序的多个网络结构相似，可以采用网络复制与粘贴的快捷方式，可提高 编辑速度。
（2）当输入的指令类型错误但地址正确时，可通过键盘上“INS”切换为覆盖方 式（OVR），仅替换指令，而地址无需重新输入。如 TON 与 TOF、TONR；SET 与 RST 指令之间的替换。
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2. 符号表建立
程序录入前先为各输入 / 输出信号建立符号，可参考图 4-16 的符号名称。
3. 交叉引用
程序录入完成后进行编译，找出可能存在的语法错误，然后利用“交叉引用”查看 面板进行交叉引用、位使用、字节使用等的检查，以避免地址重复应用等错误的发生。
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4. 调试程序
在联机状态下，运行 PLC，单击“程序状态监控”按钮进入程序状态监控状 态， 观 察 各 输 入 / 输 出 点 的 初 始 状 态 是 否 正 确， 然 后 按 表 3-5 的 步 骤 进 行 操 作， 观察现象。
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任务实施
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1. 长延时程序
定时器的最大延时范围为 100ms×32767，要想实现比这更大的延时功能，可利 用定时器与定时器组合，或定时器与计数器组合的方法。图 4-19 为定时器与计数器 配合的应用方法。
任务 工件分拣及计数
其中，图 4-19（a）SM0.4 是系统存储器位，表示 1min 的时钟脉冲；图 4-19（b） 中网络 1 是关于 T37 的自复位逻辑关系，在 I0.2 为“1”状态时，T37 开始计时，当 其当前值达到预置值（30000）时，T37 复位，一个扫描周期后再次重新计时。
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2. 使用置位、复位指令的编程方法
利用置位指令（S）和复位指令（R）对表示步状态的位（如 M0.0、S1.0）进行置 位和复位操作。
当前步为活动步且转换条件成立时，用 S 将代表后续步编程元件 S 或 M 置位（激活），同时用 R 将本步复位（关断），即用表示当前步状态元件的常开触点与代表 转换条件的常开触点串联作为置位和复位的条件。
任务 工件分拣及计数
关于加计数的功能：若加计数器的计数输入信号（CU），复位输入信号（R），计数器的当前值加 1。当前值大于等于设定值（PV）时，其常开触点，常闭触点。复 位输入电路时计数器被复位，复位后其常开触点，常闭触点，当前值为。
在按钮 I0.0 按下后 Q0.0 变为 1 状态并自保持，I0.1 输入 3 个脉冲后（用加计数 器 C1 计 数 ），T37 开 始 定 时，5s 后 Q0.0 变 为 0
状态，同时 C1 被复位，在 PLC 刚开始执行用户 程序时，C1 也被复位，时序图如图 4-20 所示， 设计出梯形图。
3. 利用启保停编程方法对本任务的控制要 求进行程序。I/O 分配不变，参见表 4-7。
4. 顺序功能图的结构有哪几种？ S7-200 中 哪些编程元件可用于表示顺序功能图步的状态？
任务 工件分拣及计数
任务 工件分拣及计数
一、本项目所对应的职业技能鉴定知识技能点
1. 计数器指令的功能及应用方法。
2. 传感器（包括光电开关、电感和电容式接近开关、磁性开关）的基本工作原理及装调。
3. 电磁换向阀的功能与 PLC 的连接方法。
4. 根据气动回路图进行气动回路的连接。
二、自动控制电路的装调与维修是中级维修电工技能考核的必选项目，与本课程相对应的核心要素
1. PLC 的编程语言。
2. PLC 的工作原理。
3. PLC 的输入输出方式。
任务 工件分拣及计数
4. PLC 的基本存储单元。
5. PLC 的基本指令的功能及应用。
6. 基本编程方法。
7. 梯形图程序与继电器接触器控制线路的关系。
8. 简单程序分析。
9. 控制系统设计原则。
10. 软件监控与调试方法。
11. 程序错误的查找与纠正方法。
12. 觉的硬件故障与解决方法。
13. 安装维护及应用中的注意事项。
任务 工件分拣及计数
三、基础理论题
1. S7-200 PLC 能进行浮点数运算。 （ ）
2. 计数器不管什么情况，置位后必须复位。 （ ）
3. PLC 的计数器是（ ）。
A. 硬件实现的计数继电器 B. 一种输入模块
C. 一种定时时钟继电器 D. 软件实现的计数单元 4. S7-200 PLC 中 1s 时钟脉冲寄存器是（ ）。
A. SMB0 B. SM0.5 C. SM0.1 D. SM0.4
5. SM0.4 的脉冲周期是（ ）
A. 1s B. 30s C. 60s D. 1h
6. SM0.5 和 SM0.4 的脉冲占空比是（ ）。
A. 50% B. 100% C. 60% D. 40%
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