【正文】 、大批量地分揀貨物 由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多， 它 可以連續(xù)運(yùn)行 100 個(gè)小時(shí)以上，每小時(shí)可分揀 7000 件包裝商品，如用人工 分揀 則每小時(shí)只能分揀 150 件左右，同時(shí)分揀人員也不能在這種勞動(dòng)強(qiáng)度下連續(xù)工作 8 小時(shí)。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制 ，如果采用人工鍵盤或語音識別方式輸入，則誤差率在 3%以上，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯(cuò)，否則不會(huì)出錯(cuò)。因此，目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識別貨物。 自動(dòng)化。 國外建立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工 人 的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達(dá)自動(dòng) 分揀 流水 線 的進(jìn)貨端時(shí)，由人工接貨 ， 由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行 ， 分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進(jìn)行集載、裝車 ， 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護(hù)。 如 美國 一公司配送中心面積為 10 萬平方米左右，每天可分揀近 40萬件商品，僅使用 400 名左右員工，自動(dòng)分揀 流水 線 做 到了無人化作業(yè)。 對于分揀系統(tǒng)的應(yīng)用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 3 應(yīng) 用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本等方而來考慮。 但因 分揀系統(tǒng) 其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，因此，在發(fā)達(dá)國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。 對于自動(dòng)分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍。 在引進(jìn)和建設(shè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)時(shí)一定要考慮以下條件： 自動(dòng)分揀系統(tǒng) 的 一次性投資巨大 ，其 本身需要建設(shè)短則 40~50 米，長則 150~200 米的機(jī)械傳輸線，還有配套的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動(dòng)輒 2 萬平方米以上，而且一 般自動(dòng)分揀系統(tǒng)都建在自動(dòng)主體倉庫中，這樣就要建 3~4 層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動(dòng)化的搬運(yùn)設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個(gè)現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。這種巨額的先期投入要花 10~20 年才能收回，如果沒有可靠的貨源作保證，則有可能系統(tǒng)大都由大型生產(chǎn)企業(yè)或大型專業(yè)物流公司投資，小企業(yè)無力進(jìn)行此項(xiàng)投資。 它 對商品外包裝要求 也很 高 ， 自動(dòng)分揀機(jī)只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行分揀 ，因此為了使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，可以采取二條措施：一是推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標(biāo)準(zhǔn)；二是根據(jù)所分揀的大部分商品的統(tǒng)一的包裝特性定制特定的分揀機(jī)。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制 特寫 的分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。因此公司要根據(jù)經(jīng)營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動(dòng)分揀系統(tǒng) 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 4 第 1 章 系統(tǒng)分析 引 言 材料分揀裝置是一個(gè)模擬自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了 PLC、傳感器、位置控制、電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同材料的自動(dòng)分選和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控。 它采用臺式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接．選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝 傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。 材料分揀裝置能實(shí)現(xiàn)如下 3 種基本功能 ： (1)分揀出金屬與非金屬． (2)分揀 出 某一顏色塊． (3)分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 。 要想進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先必須對控制對象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對象的工藝過程、工作特點(diǎn)，確 認(rèn) 控制要求以及各階段的特點(diǎn)和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件。 材料分揀裝置工作過程概述 如圖 11 所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 : 圖 11 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 5 它采用臺式結(jié)構(gòu) ,內(nèi)置電源 ,有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器及 對不同 材料敏感的電容式和電感式傳感器 ,分別固定在網(wǎng)板上 ,且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。 系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動(dòng)輸送帶，下料傳感器 SN檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動(dòng)停止等待下料；當(dāng)料槽有料時(shí)，下料傳感器輸出信號給 PLC， PLC 控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制氣動(dòng) 閥 5 進(jìn)行下料，每次下料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器 SA 為電感傳感器，當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時(shí)，反饋信號送 PLC，由 PLC 控制氣動(dòng)閥 1 動(dòng)作選出該物料；物料傳感器 SB 為電容傳感器，當(dāng)檢測出物料 為鋁質(zhì)物料時(shí) ， 反饋信號送 PLC, PLC 控制氣動(dòng)閥 2 動(dòng)作選出該物料；物料 傳感器 SC 為顏色傳感器，當(dāng)檢測出物料的顏色為待檢測顏色時(shí)， PLC 控制氣動(dòng)閥 3 動(dòng)作選出該物料。 物料傳感器 SD 為備用傳感器。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬物料時(shí)，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。 設(shè)計(jì)任務(wù) 通電狀態(tài)下，下料時(shí)，下料傳感器動(dòng)作，傳感器運(yùn)行，傳送帶運(yùn)行，電感傳感器檢測到鐵塊材料時(shí)，氣缸 1 動(dòng)作將材料推下。電容傳感器檢測到鋁塊材料時(shí)，汽缸 2 動(dòng)作將材料推下。顏色傳感器檢測到非金屬材料黃色塊時(shí)，汽缸 3 動(dòng)作將推下。其他顏色非金屬材料塊被傳送到 SD位置時(shí)，汽缸 4 動(dòng)作將材料推下。豎井式下料槽無料時(shí)，傳送帶運(yùn)行一個(gè)程序自動(dòng)停機(jī)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 6 第 2 章 硬件 分析 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對象對 PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的 PLC類型 再 分配 I/O點(diǎn)。 PLC的選擇 PLC的介紹及分類 可編程控制器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編 程控制器乘坐可編程邏輯控制器（ Personal Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Programmable Logic Controller）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，市場競爭的激烈，傳統(tǒng)的人工分揀效率低，成本高，企業(yè)競爭力差，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此，企業(yè)都切需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)率，節(jié)約成本，增強(qiáng)競爭里。而編程控制 器出現(xiàn)則克服了這些困難，它以為處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。但隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。 為了解決這一問題，早在 1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM 公司 )，為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。要把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器 接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。 美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù) GM 公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于 1969 年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在 GM 公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 7 此而迅速發(fā)展起來。 在 20 世紀(jì) 70 年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上只稱為 PLC(Programmable Logical Controller)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代末至 80 年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對模擬量進(jìn)行控制。因此，美國電器制造協(xié)會(huì) (NEMA)將可編程序控制器命名為 PC(Programmable Controller)，但人們習(xí)慣上將之仍稱為 PLC，以便與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC(Personal Computer)相區(qū)別。 80 年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)韻迅猛發(fā)展，以 16 位和 32 位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發(fā)展。 這時(shí)的 PLC 具有了高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信等功能，從而使 PLC 的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。 PLC 的發(fā)展初期，不同的開發(fā)制造商對 PLC 有不同的定義。為使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國際電工委員會(huì) (IEC)于1985 年 1 月制定了 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)，并給它作了如下定義： 可編程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ) 器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì) 。 可編程控制器有以下幾部分組成： （ CPU） 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N 存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器 (EPROM)和用戶存儲(chǔ)器 (RAM)。 /輸出（ I/O）電路 輸入輸出電路是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。 輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運(yùn)算后得出的控制信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 8 類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源以及為掉電保護(hù)電路 供電的后備電源，后者一般為電池。 編程器是 PLC 的重要外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入 PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為三種類型，簡易編程器、圖形編程器和通用計(jì)算機(jī)編程。 基本工作原理：我們已經(jīng)知道 PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。 PLC 的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 PLC 運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同，微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，一旦執(zhí)行 到 END 指令，程序運(yùn)行結(jié)束。而 PLC 從 0000 號存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲(chǔ)地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結(jié)束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機(jī)或從運(yùn)行 (RUN)切換到停止 (STOP)狀態(tài)。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。另外， PLC 對輸入、輸出信號的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)對輸入、輸出信號實(shí)時(shí)處理，而PLC 對輸入、輸出信號是集中批處理。 目前，在我國 PLC 的 分類還沒有一個(gè)統(tǒng) 一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)性能和應(yīng)用范圍可將其進(jìn)行如下分類： 根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型二類。 小型 PLC 又稱低檔 PLC，它的 I/O 點(diǎn)數(shù)小于 128 點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器容量小于 4K 字，功能簡單，以開關(guān)量控制為主，可實(shí)現(xiàn)條件控制、順序控制、定時(shí)記數(shù)控制。適用于單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程。中型 PLC 又稱中檔 PLC，它的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 128~512 點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量為4K~8K 字，功能比較豐富、兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，具有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷 控制、通