基于plc控制的气流除尘机.doc

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1、目录1.气流除尘机的介绍41.1概述41.2自动控制系统构成及其功能41.2.1自动控制系统的构成41.2.2系统的功能52主要器件介绍62.1罗茨泵62.1.1罗茨泵的物理原理及工作原理62.1.2罗茨泵特点62.1.3罗茨泵的结构72.2软启动器72.2.1软启动器的工作原理72.2.2软启动器的软起动方式82.2.3 软启动器的选用82.2.4西门子公司SIRJUS 3RW30软启动器92.3变频器92.3.1变频器工作原理92.3.2变频器的构成102.3.3变频器的特点112.3.4 SAMCO-M变频器介绍122.4光电开关132.4.1传感器132.4.2光电传感器132.4.3

2、 E3JK型光电传感器142.5计数显示器152.5.1 DSQY08J205-4的计数显示器。163.气流除尘机的PLC控制系统设计173.1可编程控制器（PLC）的特点173.2编程序控制器的选择及工作过程183.2.1可编程序控制器的选择183.2.2可编程序控制器的工作过程183.2.3可编程序控制器的使用步骤193.3 PLC的工作原理203.4 可编程序控制器OMRON CMP1A204硬件电路设计224.1主电路的设计224.2顺序流程图234.3 PLC的硬件电路设计245PLC的软件设计255.1 PT与PLC之间的通信255.2电器元件目录表255.3 I/O分配表265.

3、4编写程序276.结论317.致谢32参考文献33附录1 CPM1A-30EDR34附录2 主电路图35附录3 I/O分配图36附录4 气流除尘机外观图371.气流除尘机的介绍1.1概述气流除尘机是制革业中一种专用于皮革除尘的先进设备。皮革经过磨革工序后，要清除皮革表面的皮屑微粒，除尘原理如图1所示。当皮革通过该机时，利用高速气流和吸尘装置即可清除附着在皮革两面的皮屑微粒，以满足下道喷浆工序的工艺要求。气流除尘机设有三组气室，两组气室喷气口向下，一组气室喷气向上。由鼓风机产生的低压清洁空气，以15立方米/分的排气量,经三根直径为51cm的管道,通过机内空气过滤器进入气室,再从喷气口(长1850

4、mm,宽为0.1mm)喷出,形成高压气幕,将附在皮革表面的灰屑吹起,然后通过吸尘系统(3根直径为150mm的洗尘管)经离心风机进入布袋滤尘器,滤尘后排出清洁气流。该生产线灰尘较多，工作环境恶劣，其电气控制部分选用PLC作为控制核心，配以触摸监控屏（PT）作为人机交互界面HMI，实现了皮革除尘生产线无人操作、生产过程远程监控和实时计数统计功能。该系统适用于各种皮革加工，输送速度可调、生产效率高。另设有定时电动除尘机构，能够防止环境污染。1.2自动控制系统构成及其功能1.2.1自动控制系统的构成图2为气流除尘机自动控制系统框图。该系统以日本欧姆龙CPM1A PLC作为控制核心，配以欧姆龙NT30-

5、ST131PT，EPSON ESC/P打印机,够长了一小型工作站,分别控制罗茨泵电机、传送带电机、离心风机电机、抖尘电机、送料机构，并有系统运行及故障显示。高压气流由LG15/02-08-1罗茨泵产生,其拖动电机为55kw,1450r/min的三相异步电动机。设备投入使用时，必须先启动罗茨泵产生高压气流，然后启动送料、吸尘电机。由于罗茨泵拖动电动机容量较大，故采用西门子公司SIRJUS 3RW30软启动器。该启动器具有三种整定形式：将电压整定到相当于电网电压的百分之几；秒范围的启动斜坡时间；秒范围的制动斜坡时间。完全满足罗茨泵电机的单速启动要求。传送带电机由日本三垦公司SAMCO-M变频器采用

6、开环矢量控制，可以实现无级变速，以便根据不同类型皮革（猪皮、羊皮、牛皮等），选择不同的速度。离心风机电机功率为7.5kW，可直接启动。皮件数由E3JK型光电开关产生脉冲信号，经过PLC程序的采集处理后，作为准确计数值，输入PLC进行累计和统计。操作按钮盒设有启动、停止、自动/手动转换开关,大批量生产时采用自动方式,手动方式下用于设备检修调整时使用.另外本机设有声光报警装置，系统运行异常时，立即停机并发出报警信号。PLC及周围控制设备装于生产现场电气控制柜内，CPM1A PLC自带有一个RS422适配器，可用RS422电缆经B500-AL004型链接适配器（即RS-232/422电平转接器）以1

7、:1上位链接直接与PT的RS232接口相连，最远传输距离可达500m。1.2.2系统的功能（1）监控和数据处理：PT可代替工控计算机作为人机界面（HMI），交互性好，可对整个系统的运行状态进行实时监控。监控画面直观地反映了皮革除尘生产过程中的动作流程，系统通过应用程序对采集到的实时数据进行处理。对不同的皮革类型，分别进行产量统计，方便今后的生产管理。（2）参数设定和修改：将工艺人员提供的各种工艺参数数值存放在PT内存中，操作人员可根据生产工艺要求，设定传送带的输送速度、定时抖尘的时间等，可在线修改各种设定参数。（3）系统报表及报警处理：操作人员可通过实时趋势图、历史趋势图和报表查询实时数据、历

8、史数据及设备运行状态，便于对故障进行分析或优化工艺参数的设定。用户按工艺要求实时或定时打印生产报表及故障记录报表。当被控制对象中的工艺参数或设备发生异常时，系统将通过画面和声音进行报警。 2主要器件介绍2.1罗茨泵罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多级罗茨泵。2.1.1罗茨泵的物理原理及工作原理一、罗茨泵的物理原理罗茨泵 (roots-type pump) 是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构

9、和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。 罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的

10、间隙，可以实现高转速运行。二、罗茨泵的工作原理罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。 如图为罗茨泵转子由0转到180的抽气过程。在0位置时，下转子从泵入口封入v0体积的气体。当转到45位置时，该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90位置时，下转子封入的气体

11、，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵入口封入v0体积的气体。当转子继续转到135时，上转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。180位置和0位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个v0体积的气体。2.1.2罗茨泵特点在较宽的压强范围内有较大的抽速；起动快，能立即工作；对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；转子不必润滑，泵腔内无油；振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；驱动功率小，机械摩擦损失小；结构紧凑，占地面积小；运转维护费用低。因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。2.1.3罗茨泵的结构抽气原理在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在

12、一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。2.2软启动器 软起动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求

13、而变化，就可实现不同的功能。2.2.1软启动器的工作原理 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，主电路图见图1。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压

14、逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动与软停车的电压曲线见图2，3。2.2.2软启动器的软起动方式运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。（1）斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（2）斜坡恒流软起动。这

15、种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。（3）阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。（4）脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动

16、场合。2.2.3 软启动器的选用 一、选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。 旁路型：在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。 无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。 节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。 二、选规格：根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还

17、应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。 过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。2.2.4西门子公司SIRJUS 3RW30软启动器该

18、启动器具有三种整定形式：将电压整定到相当于电网电压的百分之几；秒范围的启动斜坡时间；秒范围的制动斜坡时间。完全满足罗茨泵电机的单速启动要求。SIRIUS 3RW30软启动器结构紧凑，使用方便，适用于带式、链式传输装置、泵及风机节能起停。技术参数：额定电流：6-100A；工作电压：220-575V；功率范围：1.1-55KW ；延时范围：0-20S；频率范围：45-66HZ；应用范围：皮带式传送装置，运输系统(无振动起动、无振动减速、使用低成本的皮带材料)离心泵、活塞泵(避免压力聚变，防止水槌效应，延长管路寿命)搅拌机、混料机(降低起动电流)通风机(节能起停，可使齿轮和V型传送带平稳运转)。 2

19、.3变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义2.3.1变

20、频器工作原理我们知道，交流电动机的异步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1) 其中n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。 由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整P)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。而我们现在运用最广泛的就是变频调速，由转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、

21、高性能的调速手段。UVWRSTL1L2L3电压型滤波电路原理图2.3.2变频器的构成一、变频器的分类按变频的原理，变频器分为交交变频器和交直交变频器二、交一交变频器它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源其主要优点是没有中间环节，变换效率高。但其连续可调的频率范围较窄，一般在额定频率的12以下，故主要用于容量较大的低速拖动系统中。三、交一直一交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围，以及变频后电动机特性的改善等方面，都具有明显的优势，目前使用最多的变频器均属于交一直

22、交变频器。 根据直流环节的储能方式来分，交一直一交变频器又可分成电压型和电流型两种。(1)电压型：整流后若是靠电容来滤波称为电压型，现在使用的变频器大部分为电压型。电压源型逆变器的中间直流环节由于采用电容储能，因此直流环节电压值不受负载影响，其主要运行特点如下：逆变器采用PWM技术，既变压又变频；由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形波，与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形接近正弦波。系统响应速度快； 可多台逆变器共用一套直流电源并联运行； 同一相的上下桥臂有直通短路的可能，这时电流的变化率和峰值都很大，需要在极短的时间内进行保护，所以保护困难； 由于

23、整流部分采用不控整流，因此不能实现能量回馈制动。如果电动机需要向交流电源反馈能量，因直流测电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需要给交直变换的整流桥再反并联一套逆变桥。(2)电流型： 整流后若是靠电感来滤波称为电流型，它的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲。电流源型变换器大多用于大功率的风机水泵调速控制系统，采用可控整流调压、逆变器变频方式运行。四、交一直一交电压型变频器的主回路构成（1）主回路构成电源输入整流桥启动电阻（直流电感）母线电容制动单元（制动电阻）逆变桥电源输出。（2）主要器件整流桥：西门康SEMKRON (SKKD162/16 100

24、A/SKD)、三社 SanRex（DFA ）、IXYS（VU）、IRFInternational Rectifier（ 160MT KB）、德国 Powersem（psd35）等逆变器：IGBT：西门子优派克EUPEC （FS、BSM）、Fuji（2MB ） 等、IPM：三菱（PM）等、PIM一体模块：西门子优派克 EUPEC （FS、FP、BSM）、泰科 TYCO（V23990-P89）等单管IGBT：APT（Advanced Power Technology）APT60GF120JRD电解电容：400V，560V，5600UF以下（包括）CPU： TMS320F2406A/7A，TMS32

25、0F2813等光耦：东芝的TLP3120，7840， HP的HCPL-4504等缓冲电阻：单管IGBT、风扇、接触器、散热器、霍尔、温度传感器2.3.3变频器的特点一、 控制电机的启动电流 当电机通过工频直接启动时它将会产生7 到8 倍的电机额定电流这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量从而降低电机的寿命，而变频调速则可以在零速零电压启动(当然可以适当加转矩提升) 一旦频率和电压的关系建立变频器就可以按照V/F 或矢量控制方式带动负载进行工作使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力。用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低电机的寿命则相应增加。 二、 降低电力线路电压波动

26、在电机工频启动时，电流剧增的同时电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC 机传感器接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动则能最大程度上消除电压下降 。三、 启动时需要的功率更低 电机功率与电流和电压的乘积成正比， 那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响，从而将受到电网运行商的警告， 甚至罚款如果采用变频器进行电机起停，就

27、不会产生类似的问题 。四、可控的加速功能 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速而且其加速曲线也可以选择(直线加速S 形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动，这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。另外，变频启动还能应用在类似灌装线上以防止瓶子倒翻或损坏。 五、可调的运行速度 运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控PLC 或其他控制器来实现速度变化。 六、可调的转矩极限 通过变频调速后能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不

28、仅转矩极限可调甚至转矩的控制精度都能达到35 左右。在工频状态下电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。 七、受控的停止方式 如同可控的加速一样，在变频调速中，停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以选择(减速停车自由停车减速停车直流制动)同样它能减少对机械部件和电机的冲击从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。 八、节能 离心风机或水泵采用变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频后投资回报就更快，厂家也乐意接受 。 九、可逆运行控制 在变频器控制中要实现可逆运行控制无

29、须额外的可逆控制装置，只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。 十、减少机械传动部件 由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出，从而节省齿轮箱等机械传动部件，最终构成直接变频传动系统，从而就能降低成本和空间，提高稳定性。2.3.4 SAMCO-M变频器介绍SAMCO三垦力达电气有限公司开发的一款高性能多功能静音式通用型变频器。该变频器是对感应电机进行高速驱动的装置，内置有微处理器，功能齐全，操作简便。该变频器采用操作面板进行本地运转控制，具有读取警报、通过功能码设定功能参数、串行通讯等功能。一般适用于钢管生产线等冶金行业领域，应用广泛。 samco-v

30、mo5属于400V系列，型号规格有：SHF-1.5K250K SPF-2.2K315K，SHF额定过载能力：150%，1分钟；SPF额定过载能力：120%，1分钟；SHF-75K,SPF-90K以上，重量记载。安装环境不适宜在高温、低温、湿度较大的场所，也拒绝受到高强振动和冲击的场所，机械产生的火花或粉尘、腐蚀性气体、盐分、水滴、油雾都有可能导致变频器的故障、损坏、老化和引起火灾等事故，故在工矿领域和冶金行业的运用场所受到限制。 该变频器为壁挂型，用IP-20保护结构标准制作而成，安装在控制柜内时一般装上换气扇等通风设备以使变频器的环境温度低于40度，在接线时电源和输入电源端子（R、S、T）之

31、间装上MCCB（断路开关）和MC（电磁接触器）。输出端子（U、V、W）三相接电机，samco-vmo5通过VVVF（变频变压）控制方式改变对电机的供电输入来控制电机的软启停。 samco-vmo5变频器的控制电路端子说明： R、S、T为三相电源输入端子，从变压器二次侧三相交流电网引入电能； FA、FB、FC为异常报警信号输出端子以及功能接点输出端子； DI1DI8为数字信号多功能输入端子，接受电位器传达的正转、反转、多段调速和空转等程序指令； DCM1和DCM2为数字信号共用端子，加24V外部电源配合使用； +V1，+V2，VRF1,IRF/VRF2，ACM端口接设定频率的电位器，+V1，+V

32、2为频率设定的电源端口，VRF1为频率设定端子（05V，010V或电位器），IRF/VRF2为频率设定端子（420MA或05V,010V或电位器），ACM为模拟信号共用端子； FLASH和JPI为版本升级用端子； TRA和TRB、RXR为RS485电阻端； AOUT1和AOUT2为模拟信号输出端子； DO1、DO2和DO3为多功能输出端子，分别控制：运转中、频率一致和过负载预报信号往开路集电极传送；接地端口； U、V、W三相交流电输出端子。2.4光电开关在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经进入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活中，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现

33、自动控制，自动调节。目前我国已经将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。2.4.1传感器传感器是一种能感受或响应规定的被测量物理量，并按一定规律变换成可用信号输出的器件或装置，它可将输入变量转换成可供检测的电信号，并将各种参量送入计算机系统，进行智能监测、控制，是测量系统中的一种前置部件。传感探测技术通过声、光、电、热等物理量的变化，实现对物体的探测、识别、跟踪和定位，它是一门涉及传感技术、信号处理技术、电路与系统、多种学科的综合技术。随着现代进展，传感器探测系统呈现出新的面貌，具体体现在传感器探测系统

34、体积急剧缩小、功耗大大降低，并向着微型化、智能化、多功能和网络化方向发展，所以光电开关是一种电量传感器，它把发射端和接受端之间光的强弱变化转化为电流的变化，即进行电信号光信号电信号的转换，以此来达到探测的目的。2.4.2光电传感器光电传感器是应用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。如下图所示。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小，可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可以用来检测能转换成光源的其他非电量，如零件直径

35、、表面粗糙度、以及物体形状、工作状态等，光电传感器具有非接触，相应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。由于光电开关输出回路与输入回路是电路隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。各种光电开关光线工作示意图光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对光束的遮挡和反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均能被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来计数。2.4.3 E3JK型光电传感

36、器E3JK型光电传感器属于OMRON系列光电传感器，OMRON光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。 OMRON光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的

37、变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。E3JK型光电传感器特点E3JK型电传感器检测距离长：如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。 E3JK型光电传感器对检测物体的限制少：由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 E3JK型

38、光电传感器响应时间短：光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 E3JK型光电传感器分辨率高：能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 E3JK型光电传感器可实现非接触的检测：可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 E3JK型光电传感器可实现颜色判别：通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 E3JK型光电传

39、感器便于调整：在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。2.5计数显示器数字式电子计数显示器有直观和计数精确的优点，目前在各行各业中普遍使用。数字式电子计数显示器有多种触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器触发的电子计数显示器，在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数显示器不可取代的优点。当有产品通过时，光电传感器将触发脉冲传送给计数显示器，使计数显示器工作。如下图所示。2.5.1 DSQY08J205-4的计数显示器。DSQY

40、08J205-4计数显示器，是采用新型单片微处理器作主芯片的新一代智能仪表。它具有5位LED数码显示；可配用光电编码器、两路霍尔开关、接近开关或SMS磁敏传感器，进行双向计数；具有手动复零（或置数）、定值自动复零（或置数）。 DSQY08J205-4计数显示器具有420mA标准电流输出，RS485通讯接口，可多机与上位机通讯；可广泛用于电线电缆、金属制品加工、冶金轧制、电讯、电机、纺织、印染、造纸、印刷、石油化工等工业现场。3.气流除尘机的PLC控制系统设计3.1可编程控制器（PLC）的特点PLC可编程控制器：PLC英文全名Programmable Logic Controller,中文全称为

41、可编程逻辑控制器，是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境应用设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程。其特点：（1）硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于很强的电噪声、电磁干扰、机械振动和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗震动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工业上采取了一些独特的方式。例如，在输

42、入/输出电路中都用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波：内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰：采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号：采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线拔插、调试时不影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。（2）编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程

43、、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统的制线图的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的几点控制设备来说，这是微不足道的。(3)接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关）与PLC输入端子连接，将就受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。接线简单、工作

44、最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能遂要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。（4）PLC可连成功能很强的网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500-2500m；另一类为高速网络，采用令牌传输方式通信，传输速率为1M-10Mbps，传输距离为

45、500-1000m，网上结点可达1024个。这类网络可以缀连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。（5）易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附件并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。3.2编程序控制器的选择及工作过程3.2.1可编程序控制器的选择目前，国际上生产可编程序控制器的场景很多，如日本的三菱公司的F系列，德国西门子公司的SIMATICN5系列PC，日本OMRON（立

46、石）公司的C型，P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了日本OMRON（立石）公司的C型可编程序控制器。3.2.2可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段：第一阶段是初始化处理:可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连CPU对输入输出状态的询问时针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为/状态表。该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入信息的状态暂存器叫输入状态暂存器；存放输出状态信息的暂存器叫输出状态暂

47、存器。开机时，CPU首先使I/O状态表清零，然后自行诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入型号阶段:在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/O状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/O状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段:当输入状态信息全部进入I/O状态表后，CPU工作进入到第三阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/O状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/O状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段:CPU对用户程序已扫描出来完毕，并将运算结果写入到I/O状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出电路线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又