【文章內(nèi)容簡介】 方面的低效率工作。分揀誤差率極低自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小主要取決于所輸入分揀信息的準確性大小，這又取決于分揀信息的輸入機制，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，如采用傳感器信息輸入，除非物料本身的特征有差錯，否則不會出錯。因此，本設計計劃使用傳感器甄別物料外部顏色特征作為信息輸入機制。分揀作業(yè)實 現(xiàn) 自動分揀的目的之一就是為了減少 工 員的使用，減輕工員的勞動強度，提高人員的使用效率，因此自動分揀系統(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 的使用僅局限于在上位機上對整個控制系統(tǒng)進行監(jiān)控和針對不同生產(chǎn)要求修改系統(tǒng)控制流程。對于工業(yè)自動化物流的發(fā)展有著舉足輕重的意義。 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況 工業(yè)自動化 系統(tǒng)可以說是應用分揀技術(shù)歷史最悠久，使用面最廣泛，并一直掌握前沿技術(shù)的行業(yè)。國外 工業(yè)自動分揀系統(tǒng) 在上個世紀四十年代開始采用人工輸入分揀信號，由機器進行對物品郵件進行分揀。目前國際上使用文字識別技術(shù)的信函分揀機的分揀效率已經(jīng)達到 萬件 /小時。扁平件分揀機分揀效率達到了 萬件 /小時，普通 工件 類分揀機的效率達到 件 /小時。 我國的分揀 技術(shù)從 1958 年在 自動化分揀 系統(tǒng)開始起步。 1960 年代， 上海工廠 分揀中使用最初的分揀機只是一個皮帶傳輸機，分揀員只是將帶有不同顏色的夾子夾在不同路向的 工件 上，在傳輸帶兩側(cè)的揀收人員按著顏色挑選進行分揀 。 1964 年，北京天橋郵局使用小車攜帶機械編碼信號的翻盤式印刷品分揀機， 1966 年，改用原郵電部第二研究所提供的機械編碼彈子鼓模擬信號的同步控制裝置。從某種意義上講，這是我國第一臺包裹類自動分揀機。 60 年代未起重所研制了具有磁編碼控制分揀的推式懸掛傳輸系統(tǒng)在輪胎及汽車制造企業(yè)中開始使用。 1970 年代中期，原郵電 部郵政研究所研制了斜行帶式分揀機，用于國際包裹的分揀機。原郵電部第三研究所研制了具有文字識別功能的信函分揀機。在北京、上海、貴陽、沈陽、浙江、廣東等地，原郵政系統(tǒng)的郵政局及工廠在上個世紀六七十年代年大量使用的機械翻盤式的包裹沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 3 印刷品分揀機、郵袋推式懸掛分揀系統(tǒng)基本滿足了當時國內(nèi)郵政生產(chǎn)的需要。 近年來我國開始從荷蘭、丹麥、德國、美國引進先進的技術(shù)和設備。國內(nèi)企業(yè)自身的研發(fā)及制造能力也進一步加強，國產(chǎn)高速自動分揀傳輸系統(tǒng)裝備了很多物流企業(yè)。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 4 2 方案論證 對于自動輸送分揀系統(tǒng)的實現(xiàn)方法有很多種， 此次 畢業(yè)設計對于自動輸送分揀系統(tǒng)列出了 2 套方案。 我國分揀設備的研發(fā)和應用起步較晚，與國外相比約晚 20 年左右。前期主要受歷史因素影響，相當長的時期內(nèi)只停留在研究和中試階段，改革開放以來，通過國外產(chǎn)品引進及與國外專業(yè)廠商技術(shù)合作與交流，引入了國外先進技術(shù)和理念，國內(nèi)對分揀設備的研制越來越成熟，應用也越來越多。早期主要應用于在郵政行業(yè)，生產(chǎn)和流通領(lǐng)域運用的并不是太多。近幾年，輸送分揀系統(tǒng)由于它能有效地解決生產(chǎn)分揀過程人工作業(yè)運行成本高、效率低等弊病，所以應用越來越廣泛。 雖然近年來推出了許多種新型的分揀機，但大體上 仍分屬于倆大類 :即直線式分揀機和環(huán)狀式分揀機。 方案 選擇 直線式分揀機 當分揀格口的數(shù)量相對較小時，例如只有 1040 個分發(fā)格口，直線式分揀系統(tǒng)是最具有 成本效益的分揀方式。 許多不同類型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以應用于直線式分揀，其中包括滑靴式分揀機與上躍式滾輪分揀機，并依據(jù)一些產(chǎn)品特性，輸送速度與吞吐量要求等因素進行選擇。 直線式分揀機的一個缺點是：這類分揀機常常需要相當復雜的匯流站，以有效地將產(chǎn)品導入到系統(tǒng)中。匯流通常會將從幾條輸送機輸送的產(chǎn)品匯集入一條輸送線，同時依分揀型式的不同，需要在產(chǎn)品之間 保持固定或變動的間隙，使它們較容易進入分揀機。 環(huán)狀式分揀機 連續(xù)的環(huán)狀式分揀機通常都比直線式分揀機更貴，但是它們卻比直線式分揀機具有更好的功能和柔性。環(huán)狀式分揀機可以 設計成每小時高達 40000 件的高吞吐量，而且可以分揀到數(shù)百個分揀路口。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 5 將貨物導入環(huán)狀式分揀機比導入直線式分揀機更容易，因此環(huán)狀式分揀機特別適合于越庫輸送的應用。 方案確定 通過上述兩 種分揀機對于其優(yōu)缺點的描述可以確定使用直線式分揀機，直線式分揀機對于我國小型工廠居多這一現(xiàn)狀來說具有成本低于環(huán)狀式分揀機 ，高性價比是選擇這個 方案的原因。直線式分揀機對于傳感器的種類要求較少，符合設計要求。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 6 3 總體設計 測量原理 傳感器 檢測 原理 (1) 顏色傳感器的 工作 原理 顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠 、蘭 濾光片 ,然后對輸出信號進行相應的處理 ,才能將顏色信號識別出來 。有的將兩者集合起來 ,但是輸出模擬信號 ,需要一個 A/D 電路進行采樣 ,對該信號進一步處理 ,才能進行識別 ,增加了電路的復雜性 ,并且存在較大的識別誤差 ,影響了識別的效果。 (2) 電容傳感器的工作原理 是利用力學量變化使電容中其中的一 個參數(shù)發(fā)生變化的方法來實現(xiàn)信號變換的。根據(jù)改變電容器的參數(shù)不同，電容傳感器種類也不同。根據(jù)不同的非電學量的特點設計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測的力學量（如位移、速度、力等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。 本次設計就是把通過對壓力不同的檢測，進行電容傳感器參數(shù)的變化，從而達到識別作用。 (3) 電感傳感器的 工作 原理 電感式傳感器是利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化。從而導致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量的。因此根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，電感式傳感器可以分為自感式和互感式倆大類，主要有螺旋管式電 感傳感器、差動螺線管式、差動變壓器式等，在工程應用中十分廣泛。 傳感器的選型 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理 。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 7 (1) 傳感器的選型原則 要進行 — 個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳 感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制 。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。 (2) 靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的 是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡 量 減少從外界引入的廠擾信號。 傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 (3) 頻率響應特性 傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有 — 定延遲，希望延遲時間越短越好。 傳感器的頻率響 應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。 在動態(tài)測量中，應根據(jù)信號的特點 (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等 )響應特性，以免產(chǎn)生 誤差。 (4) 線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 8 在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所 要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。 (5) 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。 在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。 傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新 進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗 。 (6) 精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕 對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。 對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求 。綜上所述對于傳感器的選擇有了了解，所以我們選擇顏色傳感器、電容傳感器、電感傳感器。 系統(tǒng) 軟件 的 設計 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 9 組態(tài)軟件 概述 過程的監(jiān)控 是由組態(tài) 王 軟件 來實現(xiàn)的。組態(tài)王是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設計，組態(tài)軟件是近年來在工控自動化領(lǐng)域興起的一種新型的軟件開發(fā)技術(shù)，通常不需要編制具體的指令和代碼 ，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖象組態(tài)等工作臺即可完成所需應用軟件后期發(fā)工作臺。它的優(yōu)點的是開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等。在物流監(jiān)控系統(tǒng)中引入組態(tài)軟件技術(shù)，可以避開復雜的計算機軟件代碼編制問題，而重點解決對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行處理、分析，從而達到實時監(jiān)視和控制的目標。 組態(tài)王軟件包由工程管理器、工程瀏覽器、畫面運行系統(tǒng)三部分組成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，既組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)工程瀏覽器和畫面運行系統(tǒng)是各自獨立的 Windows 應用程序，均 可單獨使用；同時，兩者又相互依存，在工程瀏覽器畫面開發(fā)系統(tǒng)中設計開發(fā)的畫面應用程序必須在畫面運行系統(tǒng)運行環(huán)境中才能運行。 本次畢設使用的組態(tài)軟件是 組態(tài)王，是北京亞控科技發(fā)展有限公司自主知識產(chǎn)權(quán)組態(tài)軟件 ， 是國內(nèi)較早出現(xiàn)的組態(tài)軟件產(chǎn)品之一。已有九千多個現(xiàn)場（鋼鐵，化工，電力，國屬糧庫，郵電通信，環(huán)保，水處理，冶金等各行業(yè)，含 “ 中華世紀壇 ” 國家標志工程）應用實例。支持 1500 多種硬件設備（包括 PLC、總線設備 、板卡、變頻器及儀表）。組態(tài)王基于網(wǎng)絡的概念，是一個工業(yè)級軟件平臺。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制 的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng) HMI（人機接口軟件， human machine interface）的概念，組態(tài)軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI 應用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng) SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為 用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議， 并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對應于原有的易于學習和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。具有相對較低的擁有成本；具有的優(yōu)勢日趨明顯。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 10 組態(tài)軟件作為一種工業(yè)控制組態(tài)軟件在國內(nèi)已得到了非常廣泛的應用。其具有強大的硬件支持能力，對國內(nèi)外絕大多數(shù) PLC、變頻器、板卡、模塊、儀器儀表都編寫了相應的驅(qū)動 程序，使用起來相當方便快捷。 本課題 使用的硬件設備 是德國西門子，實現(xiàn) PLC 與組態(tài)王的數(shù)據(jù)通訊是一個必須解決的問題。 組態(tài)王是一個集成的人機界面（ HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，可與可編程控制器（ PLC）、智能模塊、板卡智能儀表、遠程數(shù)據(jù)采集裝置（ RTV）等多種外部設備進行通訊。而其軟件系統(tǒng)與用戶最終使用的現(xiàn)場設備無關(guān)，對于不同的硬件設施，用戶只需要按照安裝向?qū)У奶崾就瓿?I/O 設備的配置工作，為組態(tài)王配置相應的通訊設備的硬件驅(qū)動程序，并由硬件設備驅(qū)動程序完成組態(tài)王與 I/O 設備的通訊。在系統(tǒng)運行的過程中， 組態(tài)王通過內(nèi)嵌的設備管理程序完成與 I/O 設備的實時數(shù)據(jù)交換。 組態(tài)王版本較多，如通用版、專用版、網(wǎng)絡版、嵌入版等。變化也較快，如今為。如組態(tài)王 ，具有如下十大特點：工程管理 、 畫面制作系統(tǒng) 、 報警和事件系統(tǒng) 、報表系統(tǒng) 、 控件 、 OPC、 通信系統(tǒng) 、 安全系統(tǒng) 、 網(wǎng)絡功能 、 冗余系統(tǒng)。 (1)工程管理器 工程管理器主要用于組態(tài)王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的備份、工程的恢復、變量的導入導出、定義工程的屬性等。 (2)工程瀏覽器 工程瀏覽器是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，它將畫面制作系統(tǒng)中已設計的 圖形畫面、命令語言、設備驅(qū)動程序管理、配方管理、數(shù)據(jù)報表等工程資源進行集中管理，并在一個窗口中進行樹行結(jié)構(gòu)排列，這種功能與 Windows xp 操作系統(tǒng)中的資源管理器的功能相似。 (3)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng) 組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)是應用程序的集成開發(fā)環(huán)境。工程人員在這個環(huán)境中完成界面的設計、動面連接的定義等。畫面開發(fā)系統(tǒng)具有先進完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對象的特性，