【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量、多批次、短周期的物品分揀和配送作業(yè)。自動(dòng)分撿機(jī)的種類很多，有滑靴式、翻板式、交叉帶式等，國(guó)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(lái)看，性參數(shù)能較國(guó)外先進(jìn)水平還有較大差距。目前，項(xiàng)目系統(tǒng)集成中進(jìn)口比例較高，在機(jī)場(chǎng)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(guó)外進(jìn)口。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)將會(huì)有更多需求，分揀技術(shù)水平和設(shè)備性能將會(huì)有較大提高。物流配送中心是從事配送業(yè)務(wù)的物流場(chǎng)所或組織，它的作業(yè)流程包括“入庫(kù)—保管—揀貨—分揀—暫存—出庫(kù)” 。物流中心每天接受眾多供應(yīng)商或貨主通過(guò)各種運(yùn)輸工具送來(lái)的成千上萬(wàn)種物品，用最短的時(shí)間將物品卸下并按品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，然后將物品運(yùn)送到指定地點(diǎn)。當(dāng)訂貨商向物流中心發(fā)出配送訂單后，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中準(zhǔn)確找到要出庫(kù)的物品所在位置，并按所需數(shù)量出庫(kù)，最后將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的物品按配送地點(diǎn)的不同運(yùn)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(duì)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(dòng)分揀，甚至全自動(dòng)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(dòng)化的方向快速發(fā)展。第2章 PLC材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)工作原理本文所設(shè)計(jì)的PLC材料分揀系統(tǒng)采用推塊式分揀機(jī)的臺(tái)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(shí)，輸送帶作為傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，為了方便較快速度的啟動(dòng)和停止，用異步交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；對(duì)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(gè)系統(tǒng)的安全性又加了一個(gè)光電傳感器。整個(gè)控制系統(tǒng)有氣動(dòng)部件、電氣部件和硬件三大部分組成。氣動(dòng)部分由空氣壓縮機(jī)、氣缸、氣瓶、氣壓指示表、分水過(guò)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(cè)傳感器、鋁檢測(cè)傳感器、顏色檢測(cè)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(dòng)機(jī)、傳送帶、底座、支架等組成。1—?dú)馄? 2—PLC 3—料槽 4—電源 5—電機(jī) 6—料槽傳感器 7—料倉(cāng)氣缸 8—皮帶 9—倉(cāng)庫(kù) 10—?dú)飧? 11—傳感器其工作過(guò)程是開啟電源，氣動(dòng)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(cè)下料槽內(nèi)是否有物料，若沒有物料，延時(shí)后自動(dòng)等待上料；當(dāng)下料槽內(nèi)有物料時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。首先，下料傳感器發(fā)送信號(hào)給PLC，PLC傳送信號(hào)給下料氣缸。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，下料汽缸將物料推至傳送帶。當(dāng)物料在傳送帶傳送時(shí)，PLC計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，電機(jī)開始運(yùn)行。當(dāng)傳感器檢測(cè)到物料為鐵金屬時(shí)，發(fā)出反饋信號(hào)給PLC，由PLC控制氣缸一動(dòng)作，將物料推到料倉(cāng)。當(dāng)氣缸電磁閥運(yùn)行到后限位開關(guān)時(shí)，電磁閥復(fù)位，回到原狀態(tài)。同理，可通過(guò)相應(yīng)傳感器分揀相應(yīng)的物料。下料傳感器 P L C鐵檢測(cè)傳感器鋁檢測(cè)傳感器光電檢測(cè)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 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的硬件配置系統(tǒng)由氣動(dòng)部件、電氣部件和硬件三大部分組成。 系統(tǒng)硬件配置PLC 1臺(tái)底座1個(gè)啟動(dòng)開關(guān)1個(gè)光電傳感器2個(gè)鐵傳感器1個(gè)電機(jī)2個(gè)鋁傳感器1個(gè)氣缸5個(gè)顏色傳感器1個(gè)限位開關(guān)10個(gè)氣瓶1個(gè)皮帶1條電源1個(gè)氣壓傳動(dòng)裝置1套系統(tǒng)是全自動(dòng)的運(yùn)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(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)的電源開關(guān)。系統(tǒng)開始運(yùn)行，進(jìn)入自檢狀態(tài)，當(dāng)有物料進(jìn)入料槽時(shí)，系統(tǒng)開始自動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)料槽中沒有物料時(shí)，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(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)需要停止工作時(shí)，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。自動(dòng)運(yùn)行方式是由一臺(tái)可編程序控制器（PLC）來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳出的信號(hào)執(zhí)行事先編譯好程序[3]。，M1為傳送帶提供動(dòng)力的異步電動(dòng)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(shí)，通過(guò)熔體的電流使其發(fā)熱，當(dāng)達(dá)到熔化溫度時(shí)自行熔斷，從而分段電路。接觸器KM1控制電動(dòng)機(jī)M1的運(yùn)行。當(dāng)接觸器收到PLC為1的信號(hào)時(shí)，接觸器閉合，電動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)運(yùn)行。FRFR2分別為電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器，電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載自動(dòng)切斷電路。并能購(gòu)隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的繼電器，充分發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)?？諌簷C(jī)電機(jī)傳送帶電機(jī)KM2 系統(tǒng)主電路圖 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(yùn)行方式是不相同的：（1）當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)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(shí)去執(zhí)行過(guò)個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)似乎是同時(shí)完成的。這種串行工作過(guò)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(shí)，掃描是從第一步開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 （2）PLC的優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短。 PLC設(shè)計(jì)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(jì)，可以用任何同樣級(jí)別的PLC來(lái)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(fèi)太多的事，但畢竟沒有用你熟悉的機(jī)型來(lái)的快。 不要大材小用：什么樣的規(guī)模設(shè)計(jì)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(fèi)。具體的控制對(duì)象，具體選擇：根據(jù)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，來(lái)選擇PLC的機(jī)型。選用易采購(gòu)的機(jī)型：有的產(chǎn)品經(jīng)銷商較少，不容易采購(gòu)或進(jìn)行比較，有的產(chǎn)品經(jīng)銷商很多，容易采購(gòu)和比較，你就可以選用信譽(yù)好、價(jià)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(dòng)態(tài)：PLC產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，你熟悉的機(jī)型也許過(guò)幾年就見不著了，所以，你最好在設(shè)計(jì)選型之前，先了解一下市場(chǎng)情況。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有從美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)引進(jìn)的多種系列PLC，國(guó)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(jià)格懸殊。在此情況下，PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價(jià)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(shí)惠的PLC。本文介紹以PLC的材料分揀裝置系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選擇為三菱公司的FX2N系列的FX2N32MR001?；魻柦咏_關(guān)來(lái)檢測(cè)材料是否是磁性鐵金屬?；魻栐且环N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(shí)，開關(guān)檢測(cè)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(shí)別附近有無(wú)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(shí)傳感器開關(guān)閉合，產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)線圈。因此，本系統(tǒng)中檢測(cè)鐵物料選用霍爾傳感器為2AV系列。 霍爾接近開關(guān)的工作原理圖當(dāng)通過(guò)金屬體的磁通過(guò)變化時(shí)，就會(huì)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(chǎng)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(cè)量的。，一個(gè)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(shí)，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1。置于這一磁場(chǎng)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(gè)新磁場(chǎng)H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 電渦流傳感器原理圖我們可以把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)。圖中RL1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L(zhǎng)2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。當(dāng)鋁檢測(cè)傳感器檢測(cè)到金屬材料時(shí)，傳感器的線圈阻抗就會(huì)發(fā)生變化。 電渦流傳感器等效電路圖，實(shí)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。 鋁傳感器開關(guān)原理圖我們所看到的物體顏色，實(shí)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(shuō)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(cè)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(duì)于TCS230來(lái)說(shuō)，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色通過(guò)，阻止其它原色的通過(guò)。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過(guò)，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(guò)這三個(gè)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。利用被檢測(cè)物體對(duì)光束的遮光或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。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(hào)→光信號(hào)→電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。