沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）
2.3总体设计
本次控制系统设计由硬件和设计软件设计两部分组成。
硬件部分可详细地分为控制部分、传感器部分、气动部分、电动部分、输送部分以及电源部分。控制部分采用西门子S7-200型PLC(CPU224)外加1个扩展模块（EM221）；传感器部分由标识传感器、电容式接近开关、电感式接近开关、编码器、光电开关组成；输送部分则是由单相交流异步电动机驱动的皮带式输送装置；气动部分采用亚达空压机、分水滤气器、减压器、油雾器、气缸及输气管道；电动部分主要有电控换向阀、阀岛及磁性开关组成；电源供电采用24 伏直流稳压电源。
软件设计部分主要通过设计PLC梯形图实现分拣功能和设计组态界面实现上位机监控功能。控制程序设计部分大体分为5个部分：定义和调用高速计数器、传送带的运行和停止、设定档位、流程、物料的出库及分拣、报警保护。组态设计主要有组态与PLC的通讯、监控界面绘制、数据变量分配等。
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3 系统的硬件设计
3.1系统硬件选型设计
针对本课题的研究内容，首先，建立本课题的硬件系统，然后，根据所要实现
的功能，选择相关器件。为了使系统具有稳定可靠的工作性能，则需要对元器件进行选型，那么，选用何种产品能使得硬件系统具有更高的性价比也就成为硬件设计的重点。
3.1.1编码器的选型设计
1.编码器简介
编码器为传感器类的一种，是将信号或数据编制、转换为可用以通讯、传输和存储形式的设备。
编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。按照读出方式，编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，以电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”；旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因此，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同。
按照工作原理，编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，
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通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。它的优点是原理构造简单、机械平均寿命长、抗干扰能力强、可靠性高、适合于长距离传输。 2.编码器的选型及性能特点
为了节省系统所占空间和不影响周边环境，并且具备较好的工作性能，本次设计选择日本欧姆龙公司生产的E6A2-CW5C型号的编码器。此型号编码器采用密封轴承和半径8mm的不锈钢旋转轴，输出脉冲为A、B两相，具有响应频率高，无噪音等特点。主要应用在一些计数，变速等场合。 3.E6A2-CW5C编码器的技术参数
此类型编码器主要相关参数如下：工作电压 12～24 V；分辨率 100P/R；输出相 A、B两相；最大响应频率 20KHz；旋转方向 正向；输出方式 集电极开路输出。
3.1.2可编程控制器的选型设计
1.可编程控制器简介
可编程控制器实质上是一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故可编程控制器与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它有中央处理单元、存储器、输入 / 输出单元、编程器、电源等主要部件组成。如下图所示：
图3.1 可编程控制器基本结构
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2.可编程控制器的选型及性能特点
本次设计的系统的控制部分可选用西门子、三菱、欧姆龙等多家PLC，介于西门子公司生产的可编程控制器具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块并适用于各种场合中的检测、监控等优点，本次设计采用此品牌可编程控制器，为了在实现功能的同时也能将成本降到最低，因此，通过对输入输出点的计算选用S7-200系列CPU224的可编程控制器以及一个扩展模块EM221。 3.CPU224可编程控制器的技术参数
此类型可编程控制器主要相关参数如下：工作电压 24V直流电；输入点数 14；输出点数 10；可扩展模块数量 7块；高速计数器数量 6个（HSC0～5）。
3.1.3空气压缩机的选型设计
1.空气压缩机简介
空气压缩机是气源装置中的主体，它是将电动机的机械能转换成气压的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机按工作原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机。容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度型压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。 2.空气压缩机的选型及性能特点
本设计的系统的空气压缩机可分为容积式、螺杆式、活塞式空气压缩机，因为螺杆式空气压缩机具有优良的可靠性能，因此，本次设计选择此种空压机，同时这种工作方式的空压机还具有机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、运行效率高等特点，通过市场调研及多方咨询，选择杭州萧山亚达公司的WY5.2型号的静音空气压缩机，同时，此型号的空气压缩机还具备体积小、操作简单、供压适中的特点。
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3. WY5.2静音空压机的技术参数
此类型空压机主要相关参数：工作电压 220V；额定功率 125W；适用压力 0.8Mpa；最高压力 1.3Mpa。
3.1.4换向阀的选型设计
1.气动换向阀简介
换向型方向控制阀(简称换向阀)，是通过改变气流通道而使气体流动方向发生变
化，从而达到改变气动执行元件运动方向目的。它包括气压控制换向阀、电磁控制换向阀、机械控制换向阀、人力控制换向阀和时间控制换向阀等。 2.换向阀的选型及工作性能
为了安全环保及从可行性等方面考虑，本次设计采用气动装置完成物料的出库、入库。在整个气动装置中起到主导控制作用的就是电控换向阀，出于无污染，不用提供动力资源且使用寿命长，体积小的原因，此次设计选用济南杰菲特公司生产的SR540-RN18R型号的电控换向阀。同时，为了使设计的气动部分工作更加顺利，并能适应设计的规模，整个气动部分均选用这一公司的生产装置，有气缸、磁性开关、减压器、油雾器等部件。 3. SR540换向阀的技术参数
此类型换向阀主要相关参数：换向时间 小于0.03秒；工作介质 洁净压缩空气；工作压力范围 0.15～0.7Mpa。
3.1.5电动机的选型设计
1.单相交流电动机简介
单相交流电动机只有一个绕组，并且转子是鼠笼式的。由于单相电不能产生旋转
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