【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是：力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類(lèi)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(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動(dòng)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(lèi)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(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)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(dòng)作方向相反。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①手指應(yīng)有一定的開(kāi)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(pán)式手部，它是通過(guò)吸盤(pán)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(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(pán)接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒(méi)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(pán)：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán)；磁力吸盤(pán)：永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。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(shí)，由于管路的開(kāi)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(pán)是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面，擠出吸盤(pán)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(lái)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(dòng)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(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，氣缸快速?gòu)棾?，此時(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒(méi)有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)動(dòng)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(dòng)作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過(guò)程簡(jiǎn)單，所以該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動(dòng)式[15] 。 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立材料分揀機(jī)的PLC控制用于對(duì)相關(guān)材料的自動(dòng)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(dòng)按鈕后，電動(dòng)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(duì)其進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)其分別為鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅色，其相對(duì)應(yīng)的氣缸進(jìn)行動(dòng)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(dòng)作，將其推入滑槽內(nèi)，以完成對(duì)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(gè)材料手動(dòng)入庫(kù)而自動(dòng)出庫(kù)的裝置，底部有一個(gè)光電傳感器。使用時(shí)可先人為地將材料放入料槽中，此時(shí)光電傳感器檢測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)傳送帶并由出料氣缸將料庫(kù)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(dòng)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(gè)模塊上，它們接收來(lái)自氣源的氣壓并傳送到下面的5個(gè)氣閥中。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定。空氣過(guò)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(dòng)力，將潤(rùn)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(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，使壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。自動(dòng)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(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)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(shí)，對(duì)應(yīng)的氣缸動(dòng)作，將鐵塊推入對(duì)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(shí)導(dǎo)出材料。單向感應(yīng)電動(dòng)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。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(gè)傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個(gè)指示燈，同時(shí)也為單向感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)機(jī)、氣缸位置傳感器的信號(hào)，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動(dòng)作。本系統(tǒng)共設(shè)置了三個(gè)檢測(cè)材料的傳感器，同時(shí)預(yù)留了一個(gè)空余的氣閥與氣缸用來(lái)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(hào)名稱型號(hào)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(guó)SANWO3氣閥SVK01205先導(dǎo)式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V韓國(guó)SANWO4氣缸SCDJB1045S5產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套，推動(dòng)物料進(jìn)行分揀韓國(guó)SANWO5磁感應(yīng)開(kāi)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(kāi)關(guān)易電國(guó)際集團(tuán)6接近開(kāi)關(guān)CAT212GM5靜電容量式接近開(kāi)關(guān)判斷物料是否到位易電國(guó)際集團(tuán)7光電開(kāi)關(guān)E3R5DE41判斷有無(wú)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(kāi)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(dòng)機(jī)YN6061感應(yīng)電動(dòng)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(chéng)德倉(cāng)儲(chǔ)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(guò)程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號(hào)15個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量。輸出信號(hào)有8個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開(kāi)關(guān)量。根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對(duì)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(dòng)按鈕X01SQ1上料物料接近開(kāi)關(guān)X02SQ2鐵質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān)X03SQ3鋁質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān)X04SQ4綠色物料接近開(kāi)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(wú)（光電傳感器）X11SW1上料氣缸回位限位開(kāi)關(guān)X12SW2鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān)X13SW3鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān)X14SW4紅色物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān)X15SW5其他物料氣缸回位限位開(kāi)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(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介在可編程序控制器問(wèn)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(wèn)題，早在1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司(GM公司)，為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷翻新，以求在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車(chē)工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，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(duì)未來(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guó)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(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國(guó)等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來(lái)。 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(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國(guó)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(lái)，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(guó)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(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 PLC的發(fā)展初期，不同的開(kāi)發(fā)制造商對(duì)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(guó)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(mén)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(lái)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(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(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)[7~8] 。PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框如圖31所示：