【導(dǎo)讀】模無(wú)人自動(dòng)化控制，大大提高企事業(yè)單位在此環(huán)節(jié)上的工作效率。合氣動(dòng)裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)低成本、高效率的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)。改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。動(dòng)裝置來(lái)完成的。這種裝置是由接受分揀指示信息的控制裝置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、搬運(yùn)裝置、存放貨物的裝置）等構(gòu)成。除了使用終端的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或者其它方式向控制裝置輸入分。為分揀相比都比較大，效率也得到了進(jìn)一步突破。幾百個(gè)種類(lèi)的物品，分揀能力達(dá)到每小時(shí)萬(wàn)件以上。國(guó)外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包。大部分，還要配備外圍的各種運(yùn)輸和裝卸機(jī)械，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。

　　

【正文】 響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴，限制了在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。另一方面，氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn) 代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。 如 表 29 提供 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣傳動(dòng) 機(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 響應(yīng)速度 慢 快 快 中 清潔度 清潔 可能有污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡(jiǎn)單 比氣動(dòng)復(fù)雜 需要專(zhuān)門(mén)技術(shù) 簡(jiǎn)單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎無(wú)問(wèn)題 注意著火 一般無(wú)問(wèn)題 無(wú)特殊問(wèn)題 表 29各種控制方式的比較 通過(guò)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要 第 21 頁(yè) 共 38 頁(yè) 求，而且節(jié)約了成本 [13]。 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。現(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。 （ 2）氣吸式 氣吸式手部又稱(chēng)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(chēng)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)棾觯藭r(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓 第 22 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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 [14]。 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。 第 23 頁(yè) 共 38 頁(yè) 3 分揀系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì) 建立實(shí)際模型 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 31 所示。 下 料 傳 感 器電 感 傳 感 器電 容 傳 感 器顏 色 傳 感 器接 近 開(kāi) 關(guān)可編程控制器PLC電 機(jī) 及 下 料 氣 缸氣 缸 1氣 缸 2氣 缸 3氣 缸 4氣缸壓縮機(jī) 圖 31 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。 如圖 32 所示 物 料鐵 質(zhì) 鋁 質(zhì) 紅 色 其 他電 機(jī) M氣 缸傳 感 器傳 送 帶滑 槽指 示 燈 L 1 指 示 燈 L 2 圖 32 結(jié)構(gòu)框圖 I/O 分配及 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。 第 24 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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 33 所示： 表 33 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 X00 SB1 啟動(dòng)按鈕 X01 SQ1 上料物料接近開(kāi)關(guān) X02 SQ2 鐵質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān) X03 SQ3 鋁質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān) X04 SQ4 紅 色物料接近開(kāi)關(guān) X05 SA 電感傳感器 X06 SB 電容傳感器 X07 SC 顏色傳感器 X10 SN 判斷下料有無(wú)（光電傳感器） X11 SW1 上料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X12 SW2 鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X13 SW3 鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X14 SW4 紅色物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X15 SW5 其他物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X17 SB2 停止按鈕 輸 出 部 分 Y00 YV1 上料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y01 YV2 鐵質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y02 YV3 鋁質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y03 YV4 紅色物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y04 YV5 其他物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y05 M 傳送帶 Y06 LD1 紅色指示燈 Y07 LD2 綠色指示燈 第 25 頁(yè) 共 38 頁(yè) 根據(jù)控制要求可得 PLC 系統(tǒng)的接線圖如圖 34 所示 PLCX 0 0X 0 1X 0 2X 0 3X 0 4X 0 5X 0 6X 0 7X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4X 1 5X 1 7Y 0 0Y 0 1Y 0 2Y 0 3Y 0 4Y 0 5Y 0 6Y 0 7C O MC O M 2C O M 1S B 1S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S AS BS CS NS W 1S W 2S W 3S W 4S W 5S B 2Y V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5K ML 1L 2 圖 34 PLC系統(tǒng)外部接線圖 分揀系統(tǒng)的控制要求 （ 1） 接通電源，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，指示燈綠燈亮。 （ 2）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器 (光電傳感裝置 )檢測(cè)到料槽無(wú)材料或各氣缸未復(fù)位時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程 10S 后自動(dòng)停機(jī) ,指示燈紅燈亮。 （ 3）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器 (光電傳感裝置 )檢測(cè)到料槽有材料，每隔 2S 出料氣 第 26 頁(yè) 共 38 頁(yè) 缸動(dòng)作一次，動(dòng)作時(shí)間維持為 1S，將待測(cè)材料推到傳送帶上，待測(cè)物體開(kāi)始在傳送帶上運(yùn)行，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 4）當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 5）當(dāng)電容檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為鋁質(zhì)時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到材料接近，鋁出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 6）當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為紅色時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開(kāi) 關(guān)感應(yīng)到材料接近，紅色出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （ 7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當(dāng)最后滑槽對(duì)應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到材料接近，其出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 程序設(shè)計(jì)及編輯 三菱電機(jī)公司提供專(zhuān)用的編程軟件。 GX 編程軟件（ GX 開(kāi)發(fā)器）可以用于生成涵蓋所有三菱電機(jī)公司 PLC 設(shè)備的軟件包，使用該軟件可以為 FX/A/QnA/Q 系列 PLC 生成程序。 GX 使用 Windows 操作平臺(tái)，用梯形圖、指令表或者 SFC 進(jìn)行編程，程序可以與原先包括基于 DOS 操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相 兼容。 三菱 SWOPCFXGP/WINC 編程軟件如圖 35 是應(yīng)用于 FX 系列 PLC 的中文編程軟件，可在 Windows 9x 或 Windows 及以上操作系統(tǒng)運(yùn)行。材料分揀系統(tǒng)采用該軟件 圖 35 SWOPCFXGP/WINC 窗口 第 27 頁(yè) 共 38 頁(yè) 流程圖 如圖 36 所示 開(kāi) 始傳 送 帶 運(yùn) 行 為 金 屬 ，到 位為 鋁 質(zhì) ，到 位為 紅 色 ，到 位到 位氣 缸 是 否 歸 位Y 5 是 否 歸 位有 無(wú) 物 料 S N自 動(dòng) 傳 送 ， 每 2 S 傳 送 一 個(gè)氣 缸 動(dòng) 作傳 送