发布时间 : 星期六 文章基于PLC的材料分拣系统更新完毕开始阅读
线圈 铁心
图3-3 变气隙式自感传感器 衔铁 3-4 传感器线圈的等效电路
类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感器通常都具有铁心线圈或空心线圈。将传感器线圈等效成图3-4所示的等效电路。
三、电感传感器的选择
我选用的是TURCK 图尔克 BI1.5-EG08-AN6X 电感式传感器。这种电感式传感器通过高频交流电磁场以无磨损和非接触的方式检测金属物体，对普通传感器 而言，磁场由绕在铁氧体芯上的LC振荡电路产生。它的应用范围极为广泛，可应用在恶劣气候条件，深冷系统，户外应用，金属铸造、玻璃行业、食品行业、机械行业。
从下列性能数据也可以看出它有很多优点：
1、额定工作值按EN 60947-5-6标准定义为：Uo=8，2VDC Ri=1000欧
姆
2、反极性保护 3、滞后H1....10% 4、温度漂移
5、<±10%（通常温度范围-20....+70℃）
6、<±20%（扩展温度范围-40/25....+100/120℃） 7、重复精度R<2%
3.2.2光电传感器的介绍
一、光电传感器的工作原理
光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（〈μA），称为光敏二极管的暗电流。当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——
发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
二、光电传感器应用
光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。 发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子 到这些二极管做为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样，LED抗震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。
三、光电传感器的选择
对于光电传感器选用的是现在市场上流行的Autonice系列BUD-50S型号光电开关，因为它有以下几方面的优点：
（1）超小型，可在狭小空间安装。
（2）不受探测物体本身色彩的影响，优质的探测能力。
（3）内装计时器，易于调整应答时间(关断延时时间: 0.1～2秒以下→VR调整)。 （4）不受背景物的影响。
（5）内装控制输出过电流保护线路。 （6）内装电源逆连接保护线路。
3.2.3电容传感器的介绍
电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，这是它的独特优点。随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成为一种很有发展前途的传感器。
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数ε0 (8.854×10－12F/m)、极板间介质的相对介电常数εr、极板的有效面积A以及两极板间的距离δ有关：
C??0?rA/? (3-1)
若被测量的变化使式中δ、A、εr三个参量中任意一个发生变化时，都会引起电容量的变化，再通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。下面我只介绍了变极距型、变面积型传感器。
一、变极距型电容传感器
图3-5为传感器的原理图。当传感器的εr和A为常数，初始极距为δ0，其初始电容量C0为：
3-5 变极距型电容传感器原理图
C0??0?rA/?0 (3-2)
变极距型电容传感器只有在|Δδ0/δ0|很小(小测量范围)时，才有近似的线性输出。灵敏度S与初始极距δ0的平方成反比，故可用减少δ0的办法来提高灵敏度。例如在电容式压力传感器中，常取δ0＝0.1～0.2mm，C0在20～100pF之间。由于变极距型的分辨力极高，可测小至0.01μm的线位移，故在微位移检测中应用最广。差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。
二、变面积型电容传感器
原理结构如图3-6所示。它与变极距型不同的是，被测量通过动极板移动，引起两极板有效覆盖面积A改变，从而得到电容的变化。设动极板相对定极板沿长度方向平移时，则电容为：
C?C0??C??0?r(l0??l)b0?0 (3-3)
(a)单片式 (b)中间极移动式
图3-6变面积型电容传感器原理图
变面积型电容传感器与变极距型相比，其灵敏度较低。因此，在实际应用中，也采用差动式结构，以提高灵敏度。角位移测量用的差动式结构，设A、B为同一平(柱)面而形状和尺寸均相同且互相绝缘的定极板。动极板C平行于A、B，并在自身平(柱)面内绕O点摆动。从而改变极板间覆盖的有效面积，传感器电容随之改变。C的初始位置
必须保证与A、B的初始电容值相同。 三、在设计中选择的电容传感器是武汉超荣电子有限公司供应的电容式接近传感器CCJ/CRJ系列。主要是因为它有以下优点：电容式接近开关CCJ/CRJ系列具有多种电源、响应频率快等特点，能可靠的检测金属、非金属。用于工业控制的非金属检测定位、限位以及料位、液位的检测。输出有NPN输出、PNP输出、电压0－5DVC；0－30DVC输出、90－260VAC，检测距离从4mm-25mm不等。
3.2.4颜色传感器的介绍
考虑到本次设计是推出式物流分拣装置及分拣信号自动识别系统设计，分拣装置采用动力式皮带输送装置，驱动装置是选用电动机。在分拣系统中的信号采集最后一部分主要依靠色敏传感器。因为各个物块的颜色不同，根据颜色值的变化能分清是否要实行分拣操作。由于只要求分拣系统能分辨颜色值的变化，而对物品的颜色标定没有具体要求。具体的颜色测量方式有三种：直接式、透射式、反射式,考虑到系统用在物品分拣系统上，所以使用反射式测量方式。
在分拣支路上安装色敏传感器，通过调整色敏传感器的工作点，进行颜色测定时，须对信号采集电路的信号输出大小进行计算，得出被测物块的颜色值，把所测的颜色值同PLC中的物块颜色值进行比较，得到它们之间最相关的值，确定所测值的颜色。如果需要分拣则驱动气动执行机构。
本设计分析了目前市场上应用极为广泛的颜色传感器类型和每种颜色传感器的应用场合，以选择最适合在本设计中所能应用的传感器。目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型（都属于光电式的）：其一是色标传感器，它使用一个白炽灯光源或单色LED光源；其二是RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。这类装置许多是温反射型、光束型和光纤型的，封装在各种金属和聚碳酸酯外壳中。典型的输出包括：NPN和PNP、继电器和模拟输出。
RGB颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。它是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测的。由于这种颜色检测法精密度极高，所以RGB传感器能准确区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调。
一般RGB传感器都有红、绿、蓝三种光源。三种光通过同一透镜发射后被目标物体反射。光被反射或吸收的量值取决于物体颜色。RGB传感器有两种测量模式。一种是分析红、绿、蓝光的比例。因为检测距离无论怎样变化，只能引起光强的变化，而三种颜色光的比例不会变，因此，即使在目标有机械振动的场合也可以检测。 第二种模式是利用红绿蓝三基色的反射光强度实现检测目的。利用这种模式可实现微小颜色判别的检测，但传感器会受目标机械位置的影响。 无论应用哪种模式，大多数RGB传感器都有导向功能，使其非常容易设置。这种传感器大多数都有内建的某种形式的图表和阀值，利用它可确定操作特性。
色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源都可用于色标检测。
颜色传感器种类很多，仔细考虑了一下，还是决定选择CS系列颜色传感器中的CS3型。测量范围是60mm，可分辨三种颜色，工作温度是-10～55℃；工作频率是250Hz；输出方式是PNP；工作电源12～30VDC。应用范围：CS系列色彩检测器是应用于自动化生产线上的色彩测量的传感器，具有测量速度快、分辨率高、不受外界光线干扰且无