【文章內(nèi)容簡介】 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)。 ，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。 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，減輕工員的勞動(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，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。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)。第1章 材料分揀機(jī)系統(tǒng)硬件介紹 系統(tǒng)硬件介紹旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器并提供脈沖輸入，它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的物料進(jìn)行位置控制。傳送至相應(yīng)的傳感器時(shí)，發(fā)出信號到PLC，以進(jìn)行分揀，也可用來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)選用E6A2—CW5C旋轉(zhuǎn)編碼器。電容傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)，它的測量頭通常是構(gòu)成電容的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和斷開。本裝置中電容傳感器是用于檢測非金屬物料，選用E2K—X8ME1電容傳感器。電感式傳感器也屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，也是一種接近式開關(guān)，用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)震蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通和斷，選用M18X1X40電感傳感器。選用OMRON公司生產(chǎn)的，型號為E3S—VS1E4顏色傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，可檢測目標(biāo)物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。 可編程控制器PLC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。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，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)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代~90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 PLC的種類目前，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、通信聯(lián)網(wǎng)和PID調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。大型PLC又稱高檔PLC，它的I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，用戶程序存儲器容量達(dá)到8K字以上，控制功能完善，在中檔機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大和增加了函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制的功能。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)PLC的構(gòu)成形式，可將PLC分為整體式和機(jī)架式 (模塊式)兩大類。整體式PLC是將CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。這種PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)少、體積小，價(jià)格低，便于裝入設(shè)備內(nèi)部。小型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。機(jī)架式PLC將各單元做成獨(dú)立的模塊，使用時(shí)將這些模塊分別插入機(jī)架底板的插座上?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際的控制要求建立模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。這種PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，配置靈活方便，易于擴(kuò)展。大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC作為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制裝置可在各個(gè)領(lǐng)域使用，而專用型PLC是為了某類控制要求專門設(shè)計(jì)的PLC，如數(shù)控機(jī)床專用型、鍋爐設(shè)備專用型、報(bào)警監(jiān)視專用型等。由于應(yīng)用的專一性，使其控制質(zhì)量大大提高。圖11 S7200PLC圖示 PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子（如圖11）、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求PLC點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)15點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)8點(diǎn)，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)各型號的PLC的價(jià)格、性能、實(shí)用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：西門子公司的S7200系列CPU226 型PLC，合計(jì)總數(shù)32點(diǎn)—16點(diǎn)輸入，DC24V，16點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他PLC。S7200系列是西門子公司PLC家族中比較先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。由于S7200系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有24個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，16個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)及傳送帶 電動(dòng)機(jī)的介紹電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，種類繁多。我們一般的是根據(jù)電機(jī)的分類來區(qū)別電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用于交易。電動(dòng)機(jī)詳細(xì)分類如下：可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。圖12 三相異步電動(dòng)機(jī)及其一些指數(shù)其中交流電機(jī)還可分：單相電機(jī)和三相電機(jī)?？煞譃橹绷麟妱?dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可劃分：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分：三相異步電動(dòng)機(jī)(如圖114所示)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。 圖13 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。（1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖14是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖14 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、b、c所示： 圖15 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起．可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)，來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)，可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)選用的型號為42BYGH101。交流換向器電動(dòng)機(jī)可劃分：單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 傳送帶的簡介及分類17世紀(jì)中，美國開始應(yīng)用架空索道傳送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1868年，在英國出現(xiàn)了皮帶式式傳送帶輸送機(jī)；1887年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，傳送帶輸送機(jī)受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影