【正文】 化精益生產(chǎn)，工藝創(chuàng)新和裝備已融入并實現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動化（ FA）。 自動分撿機 在商業(yè) 配送 領域自動分撿機的 應用較為廣泛，可實現(xiàn)多品種、小批量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。 3 物流配送中心是從事配送業(yè)務的物流場所或組織，它的作業(yè)流程包括“入庫— 保管 — 揀貨 — 分揀 — 暫存 — 出庫” 。 4 第 2章 材料分揀裝置結構及總體設計 PLC 控制分揀裝置涵蓋了 PLC 技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設備的微縮模型。 圖 21 材料分揀裝置結構示意圖 它采用臺式結構，內(nèi)置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。物料傳 感器 SD 為備用傳感器。當待測物體經(jīng)下料裝置送入傳送帶后，依次接受各種傳感器檢測。整個控制系統(tǒng)有氣動部件、 電氣部件 和硬件三 大部分組成。 下料 傳感器檢測下料槽內(nèi)是否有物料，若沒有物料，延時后自動等待上料；當下料槽內(nèi)有物料 時 ，系統(tǒng)自動運行。當傳感器檢測到物料為 鐵 金屬時，發(fā)出反饋信號給 PLC，由 PLC 控制 氣 缸一動作，將物料推到料倉。 圖 系統(tǒng)結構圖 系統(tǒng) 的硬件配置 系統(tǒng) 由 氣動部件、 電氣部件 和硬件三 大部分組成 。系統(tǒng)開始運行，進入自檢狀態(tài)，當有物料進入料槽時，系統(tǒng)開始自動運行；當料槽中沒有物料時，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)，等待物料再次進入料槽，然后自動運行。 在圖 中， M1 為傳送帶提供動力的異步 電動機 ， M2 為 空氣壓縮機。當 接觸器收到 PLC 為 1 的信號時，接觸器閉合， 電動機 就可以啟動運行。 但 CPU不可能同時去執(zhí)行過個操作，它只能按分時操作方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。如果選用你不熟悉的 PLC，你就必須從頭熟悉它，雖然不費太多的事，但畢竟沒有用你熟悉的機型來的快。 經(jīng)常了解 PLC 產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài)： PLC 產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，你熟悉的機型也許過幾年就見不著了，所以，你最好在設計選型之前，先了解一下市場情況 。 鐵傳感器的選用 霍爾接近開關 來檢測材料是否是磁性鐵金屬。 本系統(tǒng)中， 當材料是鐵時傳感器開關閉合，產(chǎn)生電流驅(qū)動線圈。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應。 圖 電渦流傳感器原理圖 我們可以把被測導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖 的等效電路。當鋁檢測傳感器檢測到金屬材料時，傳感器的線圈阻抗就會發(fā)生變化。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅、黃、綠、青、藍、紫 )。 對于 TCS230 來說，當選定一個顏色濾波器時， 它只允許某種特定的原色通過，阻止其它原色的通過。 其物體不限于金屬 ， 對所有能反射光線的物體均可被檢測 。 接收器有光電二極管或光電三極管組成。 氣源裝置包括氣壓產(chǎn)生、壓縮空氣凈化與儲存、壓力穩(wěn)定和傳輸管道等裝置，這些設備一般布置于壓縮空氣站內(nèi)，作為整個工廠或車間的同一氣源，氣源裝置結構見圖 。儲氣罐用以壓縮空氣、穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，并除去其中的部分油、水等雜質(zhì)，儲氣罐輸出的壓縮空氣可用于不同空氣質(zhì)量要求的氣動系統(tǒng)。排氣壓力低于 的一般稱為風機（低于 的稱為通風機， — 的稱為鼓風機），它們用于通風系統(tǒng)。當活塞向右移動時，缸內(nèi)左腔密封容積逐漸增大，空氣壓縮機冷卻劑 油水分離器 儲氣罐氣壓表出氣口 15 使其中的氣壓低于大氣壓，吸氣閥 8 被外界大氣壓力頂開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸內(nèi)，形成吸氣過程；當活塞向左移動時，缸內(nèi)左腔密封容積逐漸減小，空氣受壓使氣壓升高，將吸氣閥關閉，形成壓縮過程；當缸內(nèi)壓縮空氣壓力升至高于輸氣管路中壓力時，排氣閥 1 頂開，壓縮空 氣排入輸氣管路，形成排氣過程 。在工作時，一般是水在管內(nèi)流動，空氣在管間流動。 儲氣罐 儲氣罐的主要作用是：儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應急使用；消除由于空氣壓縮機斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性。順序閥與單向閥的組合稱為單向順序閥。行程開關的動作原理與控制按鈕相似，在機床設備中，事先將行程開關根據(jù)工藝要求安裝在一定的行程位置上 。 這種行程開關結構簡單、價格便宜 ，因此本設計采用 直動式 限位開關 型號為 LX19K。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。 電 動 機 的選 用 17 電動機 分為直流電機和交流電機，交流電機又分為同步電機和異步電機。 18 第 4 章 PLC 自動控制的軟 件設計 系統(tǒng) 程序流程 PLC 程序工作流程 [1012]如下： (1) 接通電源，按下啟動開關，系統(tǒng)啟動，進入自檢狀態(tài)，等待物體進入料槽； (2)下料光電傳感器檢測到料槽有料時，料槽出料氣缸開始動作，將物料推到傳送帶上；當氣缸碰到前限位開關的時候， 計數(shù)器加一， 氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。 (6) PLC 判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。 (10)當顏色傳感器檢測到 紅 顏色物料通過的時候，氣缸三開始動作，把物料推到三號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。 (14) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。型號為 FX2N32MR001 型的 PLC 分別有 16 個輸入口和輸出口，符合系統(tǒng)的 I/O 分配 要求 。 由 系統(tǒng)程序流程圖繪制出來的系統(tǒng)功能表圖如圖 所示。由于本系統(tǒng) 選擇的 PLC型號為 FX2N32MR001[14]，所以本系統(tǒng)編程用仿照 STL指令編寫程序，程序： 根據(jù)所繪流程圖，在 STEP7Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。 X 0 0 6 X 0 1 4X 0 1 6C 2 0 0 C 2 0 0 X 0 1 1 當 PLC處于 RUN模式時， ， 24 復位清零，并 調(diào)用子程序。 26 27 （ 4）以上為中斷程序，當高速計數(shù)指令計數(shù)至預置值時，這時物料移動至傳感器的位置， ，導致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉。汽缸動作時，回位限位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。 PLC 使用應注意的問題在應用 PLC 系統(tǒng)設計時，應遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。另外，一些硬件如傳感器等，在使用前，也需事先調(diào)試好。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負載是否發(fā)生相應的變化。 在設計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設計、制作控制臺或控制柜， PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進行 。 電感傳感器的調(diào)試 在電感傳感器下方的傳送帶上，放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)材料的檢出點。如果調(diào)試達不到指標要求，則對相應硬件和軟件部分作適當調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達到 調(diào)整的目的。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和 PLC 中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用 PLC 上有關的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接 PLC實際的負載 (如接觸器、電磁閥等 )。 32 第 5章 控制系統(tǒng)的調(diào)試 在 PLC軟硬件設計完成后，應進行調(diào)試工作。編程軟件采用模塊化的程序設計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和 維護。當物料被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，將物料推下。 25 （ 3）以上為子程序中的高速計數(shù)指令，首先進行高速計數(shù)指令的初始化操作，當電機旋轉時，帶動光電碼盤發(fā)出脈沖，并輸入 PLC的接收端，由高速計數(shù)指令進行計數(shù)，計算步進電機轉過的步數(shù)，進行定位控制。 高速計數(shù)是用來累計比 PLC掃描頻率更高的脈沖輸入 此指令為高速計數(shù)器指令，使能輸入有效時，根據(jù)高速計數(shù)器特殊存儲器位的狀態(tài)，并按照 HDEF指令指定的模式，設置高速計數(shù)器并控制其工作。 X 0 0 0X 0 0 3 X 0 0 6 Y 0 0 0Y 0 0 1Y 0 0 2Y 0 0 2Y 0 0 3Y 0 0 3Y 0 0 4Y 0 0 4Y 0 0 5Y 0 0 5Y 0 0 0M 3 0 2M 3 0 3C 2 0 0M 3 1 2M 3 1 3M 3 1 4M 3 1 5M 3 1 6M 3 1 7M 3 0 7M 3 1 0M 3 1 1M 3 0 4M 3 0 5M 3 0 6 C 2 0 0 C 2 0 0 C 2 0 0 C 2 0 0M 3 0 1M 3 0 0M 8 0 0 2X 0 0 0X 0 0 1X 0 0 2X 0 0 4X 0 0 5X 0 0 3 X 0 0 3 GX Developer 可以創(chuàng)建 Q 系列、 QNA 系列、 A 系列 (包括運動控制器 (SCPU))、 FX 系列的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了設置操作共用化 (簡稱為 GPPA) [13]。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，它是一種通用 的技術語言，可以用于進一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流。 (16)當四個傳 感器都沒有信號時， PLC 判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機， 19 執(zhí)行下一步操作 ， 系統(tǒng) 流程圖 如圖 所示 。 (12) PLC 判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復 位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。 (8) 氣缸碰到后限位開關停止后退時，計數(shù)器減一。 (4)當鐵傳感 器檢測到鐵制物料通過的時候，氣缸一開始動作，把物料推到一號料倉中；當氣缸碰到前限位開關的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關的時候停止后退。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機械；在民用電器方面的電風扇、洗衣機、空調(diào)機等也都是用異步電動機拖動的。若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。在電路中主要起短路保護作用。 直動式 行程開關的機構原理與復式按鈕相似。 限位開關的選用 限位開關 又稱 行程 開關或位置開關。 Pa 1 2345 6 789Pa 16 氣動控制裝置 氣動系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機先將空氣壓縮，儲存在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個氣動裝置使用。壓縮空氣在冷卻過程中生成的冷凝水可通過排水器排出。 圖 活塞式空氣壓縮機工作原理 1— 排氣閥； 2— 氣缸； 3— 活塞； 4— 活塞； 5— 滑塊； 6— 連桿； 7— 曲柄； 8— 吸氣閥； 9— 彈簧 冷卻器 冷卻器安裝在空氣壓縮機出口的管道上，將空氣壓縮機排出的溫度高達120℃ — 150℃的氣體冷卻到 40℃ — 50℃，從而使其中的水蒸氣和被高溫氧化的油霧冷凝成水滴和油滴而析出，進 而初步分離，以便對壓縮空氣實施進一步凈化處理。氣動系統(tǒng)中多數(shù)氣動元件都是在高于大氣壓力下工作的，用這些元件組成的啟動系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng) 。這也正是本系統(tǒng)所使用的氣壓發(fā)生裝置。冷卻器將壓縮空氣降溫冷卻，使高溫汽化的水、油凝結分離。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 光電式傳感器工作原理 :光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測電路。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230 傳感器上的光的顏色 ，本文選擇 紅 色濾波器 。如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。 所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用 電渦流傳感器 為 ST 系列 。短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為 R電感為 L2。 如圖 所示， 一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈中通有交變電流 I1時