【文章內(nèi)容簡介】 。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅(qū)動用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運(yùn)動的方向和運(yùn)動的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對三個內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路?，F(xiàn)今各控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種：（1）機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。夾持式手部設(shè)計時應(yīng)注意以下事項：①手指應(yīng)有一定的開閉范圍；②手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力；③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度；④結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；⑤通用性和可換性。[19]（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。氣吸式又可分為：負(fù)壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤；磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負(fù)壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件。（3）氣缸式氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。當(dāng)氣缸動作時動作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時而氣缸沒有復(fù)位時氣缸復(fù)位限位開關(guān)感應(yīng)動作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過程簡單，所以該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動式[15] 。 硬件設(shè)計及實(shí)際模型的建立材料分揀機(jī)的PLC控制用于對相關(guān)材料的自動化分揀，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖22所示。圖22 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可得出其結(jié)構(gòu)示意圖如圖23所示。按下啟動按鈕后，電動機(jī)M運(yùn)行，綠燈L2亮，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，表示可以進(jìn)物料。材料經(jīng)傳感器對其進(jìn)行識別，檢測其分別為鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅色，其相對應(yīng)的氣缸進(jìn)行動作，將材料推入滑槽內(nèi)，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動作，將其推入滑槽內(nèi)，以完成對其的分揀。 圖23 材料分揀系統(tǒng)的示意圖 其他元器件及其選擇料槽是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，啟動傳送帶并由出料氣缸將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的皮帶式輸送裝置。調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定?？諝膺^濾器作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達(dá)到系統(tǒng)要求的凈化程度。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤滑的部件，達(dá)到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。自動分選部分由傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、氣缸及導(dǎo)料軌道組成。當(dāng)傳感器檢測到相應(yīng)料塊時，對應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動作驅(qū)動氣缸動作將其推人應(yīng)去的滑道。例如：當(dāng)電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時，對應(yīng)的氣缸動作，將鐵塊推入對應(yīng)的導(dǎo)料軌道。導(dǎo)料軌道主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時導(dǎo)出材料。單向感應(yīng)電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行。內(nèi)置電源可以將220交流電轉(zhuǎn)換成24伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個指示燈，同時也為單向感應(yīng)電動機(jī)提供穩(wěn)定的220伏電壓。控制器采用三菱FX2N32MR型PLC。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、感應(yīng)電動機(jī)、氣缸位置傳感器的信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動作。本系統(tǒng)共設(shè)置了三個檢測材料的傳感器，同時預(yù)留了一個空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。如表22給出系統(tǒng)中主要的元器件清單：表22 主要元器件清單序號名稱型號數(shù)量備注品牌或公司1PLCFX2N32MR116輸入，16輸出，繼電器輸出形式三菱2靜音空氣壓縮機(jī)1噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠,韓國SANWO3氣閥SVK01205先導(dǎo)式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V韓國SANWO4氣缸SCDJB1045S5產(chǎn)品與氣閥的型號相配套，推動物料進(jìn)行分揀韓國SANWO5磁感應(yīng)開關(guān)DC735額定電壓：DC24V AC110V額定電流：DC：5～40mA AC: 5～20mA氣缸回位限位開關(guān)易電國際集團(tuán)6接近開關(guān)CAT212GM5靜電容量式接近開關(guān)判斷物料是否到位易電國際集團(tuán)7光電開關(guān)E3R5DE41判斷有無物料歐姆龍7電感式接傳感器BLJ18A48Z/B1Z1額定電壓：DC：6～36V額定電流：300mA百斯特8電容式傳感器E2KX81ME11靜電容量型近接開關(guān)額定電壓：DC12～24V(DC10～30V)歐姆龍9顏色傳感器E3SVS1E41額定電壓：DC：12～24V額定電流：400mA歐姆龍10電動機(jī)YN6061感應(yīng)電動機(jī)減速電機(jī)性能參數(shù) 功率：6W 電壓：110V 頻率：50HZ 電流： 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min LINIX溫嶺市永久電子器械廠11內(nèi)置電源MD35341輸入電壓：AC220伏 177。15%輸出電壓：DC24伏DADONG11滑槽4鋁合金青島銳誠德倉儲物流設(shè)備有限公司12傳送帶1 I/O口的選擇及PLC接線根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號15個，均為開關(guān)量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機(jī)，兩個控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關(guān)量。根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應(yīng)功能，列表如表23所示： 表23 分揀系統(tǒng)I/O口配置三菱PLC(I/O)分揀系統(tǒng)接口(I/O)備注輸入部分X00SB1啟動按鈕X01SQ1上料物料接近開關(guān)X02SQ2鐵質(zhì)物料接近開關(guān)X03SQ3鋁質(zhì)物料接近開關(guān)X04SQ4綠色物料接近開關(guān)X05SA電感傳感器X06SB電容傳感器X07SC顏色傳感器X10SN判斷下料有無（光電傳感器）X11SW1上料氣缸回位限位開關(guān)X12SW2鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān)X13SW3鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān)X14SW4紅色物料氣缸回位限位開關(guān)X15SW5其他物料氣缸回位限位開關(guān)X17SB2停止按鈕輸出部分Y00YV1上料先導(dǎo)式電磁換向閥Y01YV2鐵質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥Y02YV3鋁質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥Y03YV4紅色物料先導(dǎo)式電磁換向閥Y04YV5其他物料先導(dǎo)式電磁換向閥Y05M傳送帶Y06LD1紅色指示燈Y07LD2綠色指示燈根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的接線圖如圖24所示圖24 PLC系統(tǒng)外部接線圖3 自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 可編程控制器（PLC）簡介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公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(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(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，以便與個人計算機(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。這時的PLC具有了高速計數(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(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)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計[7~8] 。PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框如圖31所示：