【文章內(nèi)容簡介】 工藝創(chuàng) 新 物流系統(tǒng)應(yīng)充分注重 “ 系統(tǒng) ” 概念，系統(tǒng)由多個單元組成 。 單元的有效組合，即是流程及工藝的設(shè)計，這是一個全局優(yōu)化的復(fù)雜過程。工藝設(shè)計中最重要的是了解用戶的實際需求，不同的行業(yè)和用戶對物流的需求有著較大的差異，這是一種個性化的服務(wù)，應(yīng)不斷拓展創(chuàng)新。就從煙草行業(yè)來講，結(jié)合卷煙生產(chǎn)工藝，將物流做寬做深，從煙葉醇化到成品發(fā)貨，從制絲分組加工到儲葉儲絲模塊化精益生產(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）。 現(xiàn)在社會上己將物流的高科技產(chǎn)品 (自動分揀機(jī)、自動化立體倉庫、信息處理及通訊自動化等 )廣泛應(yīng)用于各個流通 領(lǐng)域。自動分揀系統(tǒng)是一次大戰(zhàn)后在美國、日本的配送中心廣泛采用的一種物流設(shè)備，己經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。可以肯定，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，特別是感測技術(shù)、電子標(biāo)簽及計算機(jī)控制技術(shù)等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。 自動分撿機(jī) 在商業(yè) 配送 領(lǐng)域自動分撿機(jī)的應(yīng)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)。自動分撿機(jī)的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國內(nèi)廠商能提供相應(yīng)產(chǎn)品，但從分類能力、可靠性等指標(biāo)來看，性參數(shù)能較國外先進(jìn)水平還有較大差距。目前，項目系統(tǒng)集成中進(jìn)口比例較高，在機(jī)場物流行李分揀系統(tǒng)中，由于分揀量大及高可靠性要求，基本都從國外進(jìn)口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對自動分揀機(jī)將會有更多需求，分揀技術(shù)水平和設(shè)備性能將會有較大提高。 3 物流配送中心是從事配送業(yè)務(wù)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” 。物流中心每天接受眾多 供應(yīng)商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種物品，用最短的時間將物品卸下并按品種、貨主、儲位或發(fā)送地點進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，然后將物品運送到指定地點。當(dāng)訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動分揀系統(tǒng)在最短時間內(nèi)從自動化立體倉庫中準(zhǔn)確找到要出庫的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，最后將從不同儲位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點的不同運送到不同的存貨區(qū)域進(jìn)行分揀，以便裝車配送。 值得一提的是對于小件物品的分揀技術(shù)和設(shè)備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)，從電子標(biāo)簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機(jī)半自動分揀，甚至全自動 補(bǔ)貨、分揀、裝箱，技術(shù)和設(shè)備都更新很快，目前各供應(yīng)商仍以高速分揀、高度自動化的方向快速發(fā)展。 4 第 2 章 PLC 材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 自動分揀控制系統(tǒng)工作原理 本文所設(shè)計的 PLC 材料分揀系統(tǒng)采用推塊式分揀機(jī)的臺式結(jié)構(gòu)，有豎井式材料輸入料槽，滑板式產(chǎn)品輸出料槽口。同時，輸送帶作為傳動結(jié)構(gòu)，為了方便較快速度的啟動和停止，用異步交流電機(jī)驅(qū)動；對不同材質(zhì)的三種傳感器分別固定在網(wǎng)孔板上；為了保證整個系統(tǒng)的安全性又加了一個光電傳感器。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。氣動部分由空氣壓縮機(jī)、氣缸、氣瓶、氣壓指示表、分水過濾器、冷卻器、減壓閥、配氣器、等部件組成；電氣部分由 PLC、鐵檢測傳感器、鋁檢測傳感器、顏色檢測傳感器、光電傳感器、異步交流電機(jī)、開關(guān)、電源等部件組成；硬件部分由傳送帶異步電動機(jī)、傳送帶、底座、支架等組成。材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖如圖 所示。 圖 材料分撿系統(tǒng)工作原理示意圖 1— 氣瓶 2— PLC 3— 料槽 4— 電源 5— 電機(jī) 6— 料槽傳感器 7— 料倉氣缸 8— 皮帶 9— 倉庫 10— 氣缸 11— 傳感器 1234567891011 5 其 工作過程是開啟電源，氣動系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)。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(dāng)下料槽內(nèi)有物料時，系統(tǒng)自動運行。首先，下料傳感器發(fā)送信號給 PLC， PLC 傳送信號給下料氣缸。經(jīng)過一定時間，下料汽缸將物料推至傳送帶。當(dāng)物料在傳送帶傳送時，PLC 計數(shù)器開始計數(shù)，電機(jī)開始運行。當(dāng)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。當(dāng)氣缸電磁閥運行到后限位開關(guān)時，電磁閥復(fù)位，回到原狀態(tài)。同理，可通過相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的物料。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)的硬件配置 如表 。 表 系統(tǒng)硬件配置 PLC 1 臺 底座 1 個 啟動開關(guān) 1 個 光電傳感器 2 個 鐵傳感器 1 個 電機(jī) 2 個 鋁傳感器 1 個 氣缸 5 個 顏色傳感器 1 個 限位開關(guān) 10 個 氣瓶 1 個 皮帶 1 條 電源 1 個 氣壓傳動裝置 1 套 下料傳感器 P L C 鐵檢 測傳感器 鋁檢測傳感器 光電檢測傳感器 輸送帶和下料氣缸 鐵出料氣缸 其他出料氣缸 塑料出料氣缸 鋁出料氣缸 空氣壓縮機(jī) 顏色料傳感器 6 系統(tǒng)的運行方式 系統(tǒng)是全自動的運行方式。在系統(tǒng)開始工作前需要人工合上刀閘開關(guān)，然后手動啟動系統(tǒng)的電源開關(guān)。系統(tǒng)開始運行，進(jìn)入自檢狀態(tài)，當(dāng)有物料進(jìn)入料槽時，系統(tǒng)開始自動運行；當(dāng)料槽中沒有物料時，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，等待物料再次進(jìn)入料槽，然后自動運行。系統(tǒng)需要停止工作時，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。自動運行方式是由一臺可編程序控制器 （ PLC） 來控制整個系統(tǒng)自動運行，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好程序 [3]。 系統(tǒng)主電路圖和結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。在圖 中， M1 為傳送帶提供動力的異步電動機(jī)， M2 為空氣壓縮機(jī)。 FU1 為主電路的熔斷器，起短路保護(hù)的作用。當(dāng)電路發(fā)生短路時，通過熔體的電流使其發(fā)熱，當(dāng)達(dá)到熔化溫度時自行熔斷，從而分段電路。接觸器 KM1 控制電動機(jī) M1 的運行。當(dāng)接觸器收到 PLC 為 1 的信號時，接觸器閉合，電動機(jī)就可以啟動運行。 FR FR2 分別為電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器，電動機(jī)一旦出現(xiàn)長時間過載自動切斷電路。并能購隨過載程度而改變動作時間的繼電器，充分發(fā)揮了電動機(jī)的過載能力，保證電動機(jī)的正常啟動和運轉(zhuǎn)。 圖 系統(tǒng)主電路圖 L 1L 3L 2QFR 1 FR 2KM 1M 13~M 23~NFU 1KM2 傳送帶電機(jī) 空壓機(jī)電機(jī) 7 PLC 與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別及選型 PLC 與傳 統(tǒng)繼電器的區(qū)別 最初研制生產(chǎn) PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的： （ 1）當(dāng) PLC 運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作 [4]。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。由于 CPU 的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC 外部出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)似乎是同時完成的。這種串行工作過程稱為 PLC 的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一步開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按 程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運行。 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 （ 2） PLC 的優(yōu)點： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護(hù)方便，容易改造；設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短。 PLC 設(shè)計選型的一般原則 選擇自 己熟悉的機(jī)種和機(jī)型：同樣的控制設(shè)備的設(shè)計，可以用任何同樣級別的 PLC 來完成。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(jī)型來的快。 不要大材小用：什么樣的規(guī)模設(shè)計任務(wù)就選用什么樣規(guī)模的 PLC，避免造成太多的硬件資源的浪費。 具體的控制對象，具體選擇：根據(jù)不同的設(shè)計任務(wù)，來選擇 PLC 的機(jī)型。 選用易采購的機(jī)型：有的產(chǎn)品經(jīng)銷商較少，不容易采購或進(jìn)行比較，有的產(chǎn)品經(jīng)銷商很多，容易采購和比較，你就可以選用信譽(yù)好、價格優(yōu)惠、技術(shù)上能夠給與支持的公司。 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(jī)型也許過幾年就見不著了，所以，你最好在設(shè)計選型之前，先了解一下市場情況 。 8 目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列 PLC，國 內(nèi)也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種 PLC，故 PLC 系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價格懸殊。在此情況下， PLC 的選擇應(yīng)著重考慮 PLC 的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實惠的 PLC。本文介紹以 PLC 的材料分揀裝置 系統(tǒng)輸入、輸出點數(shù)的要求， 選擇為三菱公司的 FX2N 系列的 FX2N32MR001。 鐵傳感器的選用 霍爾接近開關(guān) 來檢測材料是否是磁性鐵金屬。 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān) [5]。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有 無 磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。 本系統(tǒng)中，當(dāng)材料是鐵時傳感器開關(guān)閉合，產(chǎn)生電流驅(qū)動線圈。 霍爾接近開關(guān) 的工作原理見圖 。因此，本系統(tǒng)中檢測鐵物料選用霍爾傳感器為 2AV 系列。 圖 霍爾接近開關(guān)的工作原理圖 鋁傳感器的選用 當(dāng)通過金屬體的磁通過變化時，就會在導(dǎo) 體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流 [6]。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(yīng)。電渦流式傳感器是利用渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化而進(jìn)行測量的。 + 15VR 1R fU 0V 1R 2V 2R 3 15VR 44123 9 如圖 所示， 一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通有交變電流 I1時，線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場 H1。置于這一磁場中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場 H2， H2 與 H1 方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 圖 電渦流傳感器 原理圖 我們可以把被測導(dǎo)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。 圖中 R L1 為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為 R電感為 L2。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感 M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。當(dāng)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。 圖 電渦流傳感器等效電路圖 利用這一性質(zhì)可以把鋁傳感器和繼電器如圖 連接，實現(xiàn)開關(guān)功能。所以本系統(tǒng)鋁傳感器選用電渦流傳感器為 ST 系列 。 H 1H 2HI 1I 2線圈被測導(dǎo)體R 1 R 2ML 1 L 2I 2I 1U 1 10 圖 鋁傳感器開關(guān)原理圖 顏色傳感器的 選用 我們所看到的物體顏色， 實際上是物體 表面 吸收了照射到它上面 ， 白光 (日光 )中的一部分有色成分 之后 ，反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng) [7]。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)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(lán)、紫 )。根據(jù)三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色 (紅、綠、藍(lán) )混合而成的。如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。 高分辨率顏色傳感器 TCS230，是 我們 常 用的顏色傳感器。 對于 TCS230 來說，當(dāng)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。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng) ， 同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。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。 光電傳感器的選用 利用被檢測物體對光束的遮光或反射 ， 由同步回路選通電路 ， 從而檢測物體的有無 。 其物體不限于金屬 ， 對所有能反射光線的物體均可被檢測 。 光電開關(guān)是一種電量傳感器 ， 把電流或電壓的變化以光電的方式傳送出去 ， 即進(jìn)行電信號 →光信號 → 電信號的轉(zhuǎn) 換 。 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(gòu)成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 （ LED）和 激光二極管 。 接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。 氣壓傳動裝置選用 R2 11