2.2.3传感器
传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是指传感器能将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。
通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。
但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换可以安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。
因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器的组成部分。
如图2－6所示：
图2－6传感器组成框图
2.2.4变频调速技术
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。
大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。
由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。
但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。
因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。
这样就出现了定子调速、变极调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式。
直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。
它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。
2.3控制系统的要求
自动送料装车系统是由电机、运料轨道、限位开关等来控制的。
本系统的设计要求：
1.本系统有三个不同的轨道<轨道1与轨道2、轨道2与轨道3之间都相差30度角），运料小车运料时要对轨道进行选择。
故本设计采用了在运料小车上增加一个步进电机来控制运料小车的转向。
2.要求运料小车运三种物料时每次装车重量要相同<500kg）。
一般可以采用定时、电子秤或称重传感器等方法。
本设计中采用了在小车底部安装一个称重传感器来测量所装的物料重量。
3.要求小车在每个运料轨道上都可以往复运动，即要求电动机的正反转。
4.要求系统为一个循环系统，运料小车先在轨道1上运物料1，再在轨道2上运物料2，接着在轨道3上运物料3，如此循环往复直到停止按钮发出指令，整个系统停止运作。
5.特别要求运料小车运料过程中小车要稳，加速、稳速、减速要严格控制，即对调速系统要求比较高。
本设计采用了变频调速技术。
6.三种物料都卸放到同一个卸料仓库，且卸料时要由一个卸料油泵提供。
7.对于运料小车在运送轨道上的运行要求要有行程开关的控制，以确定小车的准确到位。
8.对于运料装车系统要有一个照明及信号显示系统，当系统装料或者是卸料时，信号显示系统会给我们提示。
2.4控制系统的分析
3自动送料装车控制系统的硬件设计
3.1送料装车控制系统的元件选择
3.1.1送料装车控制系统PLC的选择
目前市场上的PLC产品众多，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。
除国产品牌外，国外有：
日本的OMRON、MITSUB、ISHI、FUJI、ANASONIC，德国的SIEMENS，韩国的LG等。
一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。
机型的选择具体可以从一下12个方面来考虑：
1.选择自己熟悉的机种和机型
若已有设备<或产品）上已经用了某一种型号的PLC，再要选用PLC开发新的产品，在满足工艺条件的前提下，建议还是选用已经用过的PLC为好，这样就可以做到资源共享。
2.不要大材小用
什么样的规模设计任务就选用什么样的规模的PLC，避免造成太多的硬件资源浪费。
3.具体的控制对象具体选择
根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。
4.选用易采购的机型
5.经常了解PLC产品的发展动态
6.对I/O点的选择
要先弄清控制系统的I/O点的总点数，再按实际所需要的总点数的15%～20%留出备用量后确定所需PLC的点数。
7.对存储容量的选择
对用户存储容量只能做粗略的估算。
在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字/点+输出总点数×5字/点来估算；计数器/定时器按<3～５）字/个估算：
有运算处理时按<5～１０）字/个估算：
在有模拟量I/O出的系统中，可以按每输入<或输出）一路模拟量约需<80～100）字左右的存储量来估算：
有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。
8.对I/O响应时间的选择
PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟<一般在2～3个扫描周期）等。
9.根据输出负载的特点选型
根据PLC输出所带的负载是直流型还是交流型、是大电流还是小电流以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出。
10.对PLC结构形式的选择
在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格低。
11.选择性能相当的机型
PLC选型中还有一个重要问题就是性能要相当。
12.选择新机型
由于PLC产品更新换代很快，所以选用相应的新机型很有必要。
在本次设计由于输入量基本是开关量，而对于PLC的开关量输入回路，日本三菱公司的比较好，其主要原因是三菱公司做了些优化设计：
1、采用漏输入，输入端本来就设计为对地短路就引发断开输入有效，不会对电源系统构成危害，最多只影响到自己的回路。
也不会由于电源故障而影响其他输入回路的正常工作，而很多欧美PLC采用源输入方式，有一定弊端<当然有的PLC可选择源、漏输入）。
2、采用源输入，是共电源输入端。
在工程实际应用中往往有太多的电缆，你可能无法保证电缆的相互接触、破损，说不定共电源的开关量线路会无意的接触到设备地、外壳、其他低电位。
因此可能造成短路电源供应回路。
造成电源损坏或者烧掉保险，从而可能影响其他输入回路的正常工作。
除非，每个输入回路加保险，而这样的应用成本较高也容易出现其他故障。
FX2N系列PLC是FX系列PLC中最先进的超级微型PLC。
FX2N系列PLC拥有非常高的运行速度、高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点。
FX2N系列PLC是从16路到256路I/O的多种应用的选择方案。
FX2N系列PLC的控制规模为16～256点（基本单元:
16/32/48/64/80/128点>
FX2N系列PLC编程元件有输入输出继电器具有灵活的配置、高速运算、突出的寄存器容量、丰富的器件资源、较强的数学指令集。
选用FX2N-32MR，输入16点3.1.2送料装车控制系统电动机的选择
电动机按转子结构形式分类：
三相笼型异步电动机和三相绕线型异步电动机。
电动机型号根据以下几个方面选择：
1.功率的选择
要为某一生产机械选配一台电动机，首先考虑电动机的功率需要选择多大，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。
在本次设计中运料小车装满料重500kg，小车的车轮半径0.2m，小车与轨道之间的摩擦系数μ=0.1，假设在启动阶段加速时的加速度为0.3m/s^2，则匀速行驶的滚动摩擦力矩T=500kg×9.8×0.1/100=441Nm
2.电动机结构的选择
因为用的是三相交流电源，在交流电动机中，三相笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、工作可靠、价格低廉；主要的弊端是调速困难，功率因数比较低，启动性能比较差，由于送料小车要求的机械特性比较硬而且没有特殊的调速要求，所以可以采用笼型电动机。
3.结构形式的选择
生产机械的种类繁多，它们的工作环境也不尽相同。
因此，有必要要保证在不同环境中能安全的可靠运行。
电动机常有下列几种结构型式：
<1）开启式在构造上无特殊防护装置，运用于干燥、无尘场所。
通风好。
<2）防护式在机壳或端盖下面有通风罩，以防止杂物掉进去。
<3）封闭式封闭式电动机外壳严密封闭，电动机靠风扇冷却，并且在外壳带有散热片。
使用在灰尘多、潮湿、盐碱、腐蚀性强的场所。
<4）防暴式整个电机严密的封闭，多用于矿井中。
综上所述，运料小车所处的环境而选择封闭式的电动机。
4.电动机电压的选择
Y系列的电动机的额定电压只有380V一个等级。
5.电动机转速的选择
电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。
通常情况下转速不低于500r/min，异步电动机通常采用4个极的，则同步转速no=1500r/min的。
表3-1运料小车电动机的参数
符号
名称
型号
规格
台数
M
三相异步电动机
Y160M1-2
功率 7.5kw
额定电流21.8A
转速2930r/min
重量 68kg
1
3.1.3送料装车控制系统步进电动机的选择
步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。
其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步，如图1－3所示：
图1－3步进电机的功用
步进电动机的角位移量θ或线位移量s与脉冲数k成正比，如图1-4（a>所示；它的转速n，或线速度v与脉冲频率f成正比，如图1－4（b>所示。
在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。
因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。
步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；能够快速启动、反转和制动。
它不需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。
3.1.4送料装车控制系统传感器的选择
1.称重传感器的选择
重量传感器又称称重传感器，是将压力信号转换成电压或电流控制信号。
其输出格式是标准的控制信号类型：
0～10VDC，-10～10VDC，4～20mA，0～20mA。
有的智能称重传感器也能输出开关量信号，但是其动作量<检测到的压力信号）是可调的。
本次设计中称重传感器选择CS-20型。
2.霍尔传感器的选择
本次设计选用HAL815可编程线性霍尔传感器，其可用于角度或距离测量。
HAL815是一个可编程的霍尔传感器，内置DSP，可设置的比例电压输出，具有高精度，多个可编程磁特性存储在具有冗余和锁定功能的非易失性存储器开路（地和电源线突变检测>、过压和欠压检测，保证了传感器的高可靠性，可逐个编程或通过选择拉低输出脚来编几个并联在相同供电电压上的传感器，温度特性可编程可匹配所有常见的磁性材料。
可编程的特性方便了客户的设计。
3.1.5送料装车控制系统变频器的选择
本次设计采用日本三菱变频器：
FR500系列通用型FR-E540，其变频器参数的确定和设置表3-3所示
参数号
参数名称
设定值
Pr1
上限频率
45Hz
Pr2
下限频率
5Hz
Pr7
加速时间
3s
Pr8
减速时间
3s
Pr9
电子过电流保护
22.6A
Pr13
起动频率
5Hz
Pr14
适应负荷选择
0
Pr15
点动频率
5Hz
Pr16
点动加减速时间
1s
Pr20
加减速基准频率
45Hz
Pr79
操作模式选择
2
3.1.6送料装车控制系统继电器的选择
继电器是一种根据特定形式的输入信号而发生动作的自动控制电器。
它与接触器不同，主要用于反应控制信号，其触点一般接在控制电路中。
继电器的种类有很多，分类的方法也很多，常用的分类方法有：
1.按输入量的物理性质可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器和温度继电器等；
2.按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等；
3.按动作时间可分为快速继电器、延时继电器和一般继电器；
4.按执行环节作用原理可以分为有触点继电器和无触点继电器；
5.按用途可分为电器控系统用继电器和电力系统用继电器。
继电器的主要特性是输入、输出特性、继电器的返回系数、吸合时间、释放时间。
吸合时间是从线圈接收型号到衔铁完全吸和时所需要的时间，释放时间是从线圈失电导衔铁完全释放时所需要的时间。
一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s，它的大小会影响继电器的操作频率。
本次设计所选择的继电器有：
时间继电器JR0，热继电器JR16-20/3。
3.1.7送料装车控制系统接触器的选择
接触器是用来接通或者切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。
它通常可分为交流接触器和直流接触器。
接触器的基本参数有主触点的额定电流、主触点的允许切断电流、触点数、线圈电压、操作频率、动作时间、机械寿命和电寿命。
选用接触器时通常是交流负载的选择交流接触器,直流负载选用直流接触器，但由于交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。
通常选用的是直流110V、220V，交流220V、380V。
直流接触器断开时产生的过电压可达10～20倍，故不宜采用高电压等级<440V的已经停止生产）。
而电压太低时，接通此线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠<如灰尘或由层存在）。
额定操作频率是指每小时接通的次数。
交流接触器最高可达600次每小时；直流接触器可高达1200次/小时。
综上所述，接触器的选择可按下列步骤进行：
根据负载性质确定工作任务类型；并根据类型确定接触器系列；根据负载额定电压确定接触器的额定电压；根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际田间加以修正。
本次的设计中所选用的接触器型号为：
交流接触器CJ10-20。
3.1.7送料装车控制系统行程开关的选择
行程开关又叫限位开关，是用于控制机械设备的行程和限位保护。
在实际生产应用中，将行程开关安装在预先要设置的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点动作，就实现了电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件模块的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮有些类似。
行程开关广泛应用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
本次设计我选用LX1-11型限位开关。
参数如表1-6
型号
温度范围
额定电压
额定电流
LX1-11
0<℃）
380103.2控制系统的电器元件表
名称
型号及规格
数量
M1
三相异步电动机
Y90S-4
11KW、380V、22.6A、1400r/min
1
M2
反应式步进电机
36BF01
3相、额定电压27V、步距角3度、静态电流0.5A、空载启动频率1800Hz
1
SB1-SB3
启动控制按钮
LA-2
绿色
3
SB4、SB5
停止控制按钮
LA-2
红色
2
QS
组合开关
HZ10-25/3
三极，
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