基于紅外檢測(cè)的產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了基于紅外檢測(cè)的產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)。采用紅外傳感器與基于NE567的單音解碼電路組成紅外檢測(cè)電路以提高系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度，增強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。利用NE567中CCO的輸出信號(hào)控制紅外發(fā)射電路的發(fā)射頻率，實(shí)現(xiàn)了紅外收發(fā)頻率的自動(dòng)同步跟蹤，同時(shí)簡(jiǎn)化了紅外檢測(cè)電路，使電路更易調(diào)試。通過編程實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制與BCD碼之間的碼制轉(zhuǎn)換，利用可編程軟元件完成產(chǎn)品分裝計(jì)數(shù)功能，同時(shí)為顯示電路提供時(shí)鐘脈沖，使系統(tǒng)顯示電路大大簡(jiǎn)化。該系統(tǒng)靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，能精確完成產(chǎn)品分裝，能顯示瓶裝片數(shù)(0～999)，及實(shí)時(shí)顯示工作進(jìn)程(0～9999)。
關(guān)鍵詞：紅外檢測(cè)；NE567；自動(dòng)分裝；PLC；梯形圖

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)自動(dòng)化水平越來越高，光傳感器因具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)控制自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。光傳感器又稱光斷續(xù)器，分反射式和對(duì)射式兩種。反射式光傳感器主要應(yīng)用于自動(dòng)控制、物體識(shí)別及光接近開關(guān)等方面：對(duì)射式光傳感器主要應(yīng)用于光電控制和光電計(jì)量等電路中，由于紅外光具有很強(qiáng)的抗干擾性能，因此光傳感器主要以紅外光為主。

1 產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)功能
    系統(tǒng)為藥片自動(dòng)分裝系統(tǒng)，其工作過程為系統(tǒng)啟動(dòng)后傳輸帶運(yùn)行，5s后空藥瓶到達(dá)藥片分裝位置，傳輸帶停止，漏斗控制開關(guān)打開，開始分裝藥片。同時(shí)，紅外檢測(cè)電路開始工作，檢測(cè)有無藥片落入藥瓶?jī)?nèi)，當(dāng)瓶?jī)?nèi)裝夠系統(tǒng)設(shè)置的藥片數(shù)量后，立刻關(guān)閉漏斗開關(guān)，并啟動(dòng)傳輸帶運(yùn)行，5s后傳輸帶再次停止，如此反復(fù)循環(huán)。
    系統(tǒng)要求可通過手動(dòng)操作設(shè)置每瓶可裝藥片的片數(shù)，系統(tǒng)在工作過程中按下停止按鈕時(shí)，應(yīng)在當(dāng)前藥瓶裝滿后才可停止工作，采用數(shù)字顯示器顯示日產(chǎn)量和瓶裝藥片數(shù)。
    通過對(duì)系統(tǒng)工作過程及系統(tǒng)功能要求的分析，系統(tǒng)所需的控制操作按鈕和完成功能必須控制的對(duì)象如表1所示。

2 系統(tǒng)組成
    PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的可編程控制器，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，編程方便，具有與各種外設(shè)連接的應(yīng)用接口，功能完善等優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)以三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC為核心器件進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，藥片檢測(cè)采用紅外傳感器檢測(cè)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

    以PLC為核心進(jìn)行系統(tǒng)控制時(shí)，其I／O分配如表2所示。

3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
    自動(dòng)分裝系統(tǒng)電路由控制按鈕電路、紅外檢測(cè)電路、PLC、傳輸帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、漏斗開關(guān)控制電路及顯示電路6部分組成，其中控制按鈕電路、傳輸帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、漏斗開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路都比較簡(jiǎn)單，本文主要設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)電路和系統(tǒng)顯示電路。
3．1 紅外檢測(cè)電路
    紅外檢測(cè)電路的主要功能是檢測(cè)有無藥片落入瓶中。每當(dāng)一片藥片落入瓶中，紅外檢測(cè)電路會(huì)產(chǎn)生1個(gè)脈沖，提供給PLC，驅(qū)動(dòng)PLC的可編程計(jì)數(shù)器CO開始計(jì)數(shù)，當(dāng)瓶中裝入的藥片數(shù)等于設(shè)置值時(shí)，CO輸出的進(jìn)位脈沖從Y2輸出，為日產(chǎn)量計(jì)數(shù)顯示電路提供時(shí)鐘信號(hào)。
    藥片檢測(cè)電路可采用發(fā)光二極管和光敏二極管面對(duì)面安裝在漏斗正下方檢測(cè)有無藥片落下，檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，但由于光敏二極管易受環(huán)境光源影響，環(huán)境光強(qiáng)度的變化會(huì)使傳感器產(chǎn)生誤判，影響系統(tǒng)的分裝精度。采用超強(qiáng)發(fā)光二極管可以提高檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力，但功耗太大，因此系統(tǒng)不采用此方案。
    紅外光傳感器體積小、重量輕，易于安裝，且靈敏度高，外圍電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，因此本系統(tǒng)采用紅外傳感器作為檢測(cè)傳感器。
    紅外檢測(cè)電路由紅外發(fā)射電路，紅外接收電路和基于NE567的單音解碼電路組成，電路如圖2所示。

    基于NE567的單音解碼電路由NE567與R1，C1，C2，G3，RL共同組成，NE567是一集成鎖相環(huán)，由主鑒相器、直流放大器、電流控制振蕩器(CCO)、正交鑒相器和功率輸出級(jí)組成，R1，C1為電流控制振蕩器的定時(shí)電阻和電容，決定了CCO的振蕩頻率，G2為環(huán)路濾波器的外接濾波電容，其參數(shù)大小會(huì)影響解碼電路的通頻帶，C2取值一般為C1的2倍，C3為NE567的外接輸出濾波電容，其參數(shù)會(huì)影響解碼電路輸出波形的質(zhì)量，G3太小，引腳8的輸出可能會(huì)在開關(guān)期間發(fā)生脈沖，因此C3取值一般應(yīng)大于等于2倍的C2。單音信號(hào)從NE567的3引腳輸入，環(huán)路鎖定時(shí)(CCO的振蕩頻率等于輸入的單音頻率)，正交鑒相器輸出端(引腳1)的平均電壓隨著引腳3輸入信號(hào)的幅度增大而減小。當(dāng)引腳1上的平均電壓低于3．8 V時(shí)，功率輸出級(jí)導(dǎo)通，引腳8即檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平：引腳1上的平均電壓高于3．8 V時(shí)，功率輸出級(jí)截止，引腳8輸出高電平，即引腳3輸入的音頻信號(hào)強(qiáng)，檢測(cè)電路輸出低電平，引腳3輸入音頻信號(hào)弱，檢測(cè)電路輸出高電平。
    紅外發(fā)射電路由發(fā)光二極管，RP，R2，C4以及開關(guān)三極管9014組成，由5V直流電源供電，調(diào)節(jié)RP可調(diào)節(jié)紅外傳感器的靈敏度，利用NE567引腳5輸出的方波信號(hào)控制9014的開關(guān)，從而控制紅外光二極管，使紅外發(fā)射電路的發(fā)射頻率等于引腳5輸出方波電壓的頻率。利用NE567引腳5的信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，省去了信號(hào)發(fā)生器電路，使檢測(cè)電路簡(jiǎn)化，且由于NE567的跟蹤功能，防止了因周圍環(huán)境變化和元件參數(shù)變化造成的收發(fā)頻率不同，完成了紅外發(fā)射與接收的同步自動(dòng)跟蹤，提高了電路的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了電路的抗干擾能力。調(diào)節(jié)RP可保證無藥片落下時(shí)，檢測(cè)電路輸出低電平，有藥片落下時(shí)檢測(cè)電路輸出高電平，即保證紅外檢測(cè)電路能靈敏如檢測(cè)到藥片。
    紅外接收電路由紅外接收二極管及R3組成，由5 V直流電源供電，紅外接收二極管兩端的輸出電壓作為單音解碼電路的輸入信號(hào)從NE567的引腳3輸入。
    紅外檢測(cè)電路的工作原理為：?jiǎn)我艚獯a電路的引腳5輸出信號(hào)的頻率等于引腳3輸入信號(hào)的頻率(鎖定)，因此紅外接收電路的頻率等于紅外發(fā)射電路的頻率。當(dāng)無藥片通過紅外傳感器時(shí)，紅外接收電路接收到的信號(hào)強(qiáng)，即引腳3的輸入信號(hào)強(qiáng)，引腳1的平均電壓小于3．8 V，檢測(cè)電路的輸出端即引腳8輸出低電平；當(dāng)有藥片通過紅外傳感器時(shí)，紅外接收電路接收到的信號(hào)弱，即引腳3的輸入信號(hào)弱，此時(shí)引腳1的平均電壓大于3．8 V，檢測(cè)電路的輸出端即引腳8輸出高電平，即檢測(cè)電路每輸出一個(gè)高電平信號(hào)，就代表檢測(cè)到一片藥片。檢測(cè)電路的輸出信號(hào)由X6送入PLC進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。
3．2 系統(tǒng)顯示電路
    系統(tǒng)顯示電路包含了日產(chǎn)量顯示和瓶裝片數(shù)顯示電路。日產(chǎn)量顯示電路是由加法計(jì)數(shù)器CD4518和顯示譯碼器CD4511組成四位計(jì)數(shù)顯示電路，顯示范圍為0～9 999，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如顯示位數(shù)不夠，可很方便地進(jìn)行擴(kuò)展。其時(shí)鐘信號(hào)由PLC的輸出點(diǎn)Y2提供，每裝滿一瓶藥品，Y2會(huì)輸出一個(gè)脈沖，日產(chǎn)量顯示電路顯示的數(shù)字會(huì)自動(dòng)加1，實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)程的實(shí)時(shí)顯示功能。日產(chǎn)量顯示電路如圖3所示。

    瓶裝片數(shù)顯示電路顯示規(guī)定的瓶裝藥片數(shù)，工作人員可根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置此值，系統(tǒng)顯示設(shè)置值，生產(chǎn)線按設(shè)置值自動(dòng)分裝，每瓶分裝的藥片數(shù)等于設(shè)置值。
    電路由反相器CD4069和顯示譯碼器CD4511組成三位譯碼顯示電路，顯示范圍為0～999，工作人員設(shè)置的瓶裝藥片數(shù)經(jīng)PLC裝換成對(duì)應(yīng)的BCD碼，分別從Y17～Y14(最高位)，Y13～Y10(中間位)，Y7～Y4(最低位)輸出控制顯示電路工作，由于PLC的I／O模塊的特點(diǎn)，輸出信號(hào)經(jīng)CD4569按位取反，方可得到CD4511所需的BCD碼，完成顯示功能。瓶裝片數(shù)顯示電路如圖4所示。

4 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)控制程序應(yīng)具有如下控制功能：
    1)處理紅外檢測(cè)電路傳輸?shù)絇LC的的信號(hào)，利用此信號(hào)進(jìn)行藥片計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生日生產(chǎn)量顯示電路所需的時(shí)鐘信號(hào)，從PLC的Y2端提供給日產(chǎn)量顯示電路；
    2)將工作人員設(shè)置的每瓶可裝藥片數(shù)量轉(zhuǎn)化成BCD碼，從Y4～Y17共12個(gè)輸出點(diǎn)輸出，提供給瓶裝片數(shù)顯示電路；
    3)按要求時(shí)刻從Y0端輸出傳輸帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；
    4)按要求時(shí)刻從Y1端輸出漏斗開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制漏斗的開關(guān)。
    依照自動(dòng)分裝系統(tǒng)的工作過程及功能要求，設(shè)計(jì)出基于上述硬件電路的系統(tǒng)順序控制功能圖，順序控制功能圖如圖5所示。順序控制圖在設(shè)置瓶裝藥片數(shù)時(shí)采用多選一的方式，運(yùn)用不同支路可設(shè)計(jì)不同的藥片數(shù)量。依照系統(tǒng)順序功能圖，可方便地編寫出自動(dòng)控制程序。

5 結(jié)論
    基于紅外檢測(cè)的產(chǎn)品自動(dòng)封裝系統(tǒng)以FX系列PLC為核心進(jìn)行系統(tǒng)功能控制，采用基于NE567的單音解碼電路與紅外發(fā)射接收電路共同完成藥片檢測(cè)，因利用NE567引腳5的輸出信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，既省去了信號(hào)發(fā)生器電路，又使檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，便于調(diào)試，且實(shí)現(xiàn)了紅外收發(fā)信號(hào)同步，使檢測(cè)系統(tǒng)既有較高的檢測(cè)靈敏度，又有較強(qiáng)的抗干擾能力?？刂瞥绦蛑胁捎昧丝删幊逃?jì)數(shù)器CO，可編程定時(shí)器TO，既完成了自動(dòng)裝瓶的過程，又為日產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)電路提供了時(shí)鐘信號(hào)，程序中采用了BCD編碼等功能指令，實(shí)現(xiàn)了碼制轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)顯示電路，系統(tǒng)可方便地設(shè)置并顯示每瓶裝藥片的數(shù)量，顯示范圍為0～999，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示已完成的任務(wù)量，顯示范圍為0～9999。