【正文】 和控制其流動(dòng)方向，使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。輸出信號(hào)有 5個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，剩下的控制氣閥，也都是開(kāi)關(guān)量。 （ 6） 當(dāng)料 庫(kù) 無(wú)材料時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程后自動(dòng)停機(jī)。 (4) 當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器檢測(cè)到材料為 白色 時(shí)，顏色出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的 物料 推 入導(dǎo)料軌道 29 中 。 如果下料傳感器沒(méi)有感應(yīng)到材料，傳送帶不運(yùn)行。頂料 氣缸 （圖 6 中 32） 動(dòng)作 頂住上面的物料 ， 推料缸（圖 6 中 36）將物料推到傳送帶上，物料 開(kāi)始在傳送帶上運(yùn)行。具體控制過(guò)程為 :(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)。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。 內(nèi)置電源（圖 6中的 5 ）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（圖 6中的 3）。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來(lái)識(shí)別白色 的材料。 顏色傳感器同樣也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。由此，便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板 ,而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。本系統(tǒng)用該器件來(lái)檢測(cè) 金屬 材料。這個(gè)渦 流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。 電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)金屬物體。 導(dǎo)料軌道（圖 6中的 2 2 ）主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時(shí)導(dǎo)出材料。 電 感 傳感器 是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在傳感器的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來(lái)完成無(wú)接觸檢測(cè)物體的目的。 每個(gè)氣缸上都有兩個(gè)磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，它們是有開(kāi)關(guān)量輸入輸出的傳感器。因?yàn)檫@種閥的輸出流量較大，故常 作為控制氣缸的主控閥。主要有電磁部分和主閥兩部分組成，按照控制方式的不同可以分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。材料分揀系統(tǒng)選用的是方向控制閥中的先導(dǎo)式電磁換向閥。 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。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。為了防止氣缸的壓力過(guò)大而導(dǎo)致材料被打飛，所以在出料口加了擋板（圖 6中的 7）。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)傳送帶（圖 6 中的 6）并由出料氣缸（圖 6中的 36）將料庫(kù)內(nèi)底層材料推入傳送帶。其外形結(jié)構(gòu)、各傳感器 、氣缸等 位置見(jiàn)圖 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 材料分揀系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)圖 材料分揀系統(tǒng)的各部分的結(jié)構(gòu)如下： 操作面板 單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 三菱 PLC 內(nèi)置電源 傳送帶 擋板 放 料 庫(kù) 1 1 1先導(dǎo)式電磁換向閥 1 1 1 2 2氣缸回位限位開(kāi)關(guān)（磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)） 1 1 1 2氣缸動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)（磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)） 2電容傳感器 SB（檢測(cè)非金屬） 2顏色傳感器 SC（檢測(cè)顏色） 2電感傳感器 SA（檢測(cè)金屬材料 ） 2 2 導(dǎo)料軌道 3 頂料缸 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 3 推料缸 1 3 推料缸 2 3 推料缸 3 3 推料缸 4 材料分揀系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的功能 ： 放料庫(kù) (圖 6中的 8)是一個(gè)材料自動(dòng)出庫(kù)的裝置，底部有一個(gè)光電傳感器。在通信服務(wù)階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實(shí)現(xiàn)通信。 PLC掃描過(guò)程示意圖如 下圖所示。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。 2)程序執(zhí)行 PLC 完成了輸入采樣工作后，按順序從 0000 號(hào)地址開(kāi)始的程序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸人映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。 PLC 在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸人端子上的信息 ，而是取輸入映像寄存器中的信息。 PLC 掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。微型計(jì)算機(jī)對(duì)輸入、輸出信號(hào)實(shí)時(shí)處理，而 PLC 對(duì)輸入、輸出信號(hào)是集中批處理。每掃 描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。然后再?gòu)念^開(kāi)始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機(jī)或從運(yùn)行 (RUN)切換到停止 (STOP)狀態(tài)。 PLC 運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同，微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，一旦執(zhí)行到 END 指令，程序運(yùn)行結(jié)束。用戶(hù)根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制 程序后，用編程器將程序鍵人到 PLC 的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中寄存。 (1)簡(jiǎn)易編程器 (2)圖形編程器 (3)通用計(jì)算機(jī)編程。 5 外部設(shè)備 編程器是 PLC 的重要外部設(shè)備，利用編程器可將用戶(hù)程序送人 PLC 的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程。對(duì)于晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。對(duì)于繼電器輸出型， CPU 輸出時(shí)接通或斷開(kāi)繼電器的線圈，繼電器的觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)控制外電路的通斷。當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸出的頻率大于 1 000 Hz，一般選用晶體管輸出。繼電器輸出可接直流或交流負(fù)載，晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負(fù)載。 (2)開(kāi)關(guān)量輸出模塊 輸出模塊的作用是將 CPU執(zhí)行用戶(hù)程序所輸出的 TTL電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需的，能 驅(qū)動(dòng)特定設(shè)備的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。因此，輸入模塊要能將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 能接收的 TTL 標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字量信號(hào)。 下面通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊來(lái)說(shuō)明 I/O 模塊與 CPU 的連接方式。 輸入口用山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 來(lái)接收生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，輸出口用來(lái)送出可編程控制器的運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)控制。可編程序控制器配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器 (EPROM)和用戶(hù)存儲(chǔ)器 (RAM)。 PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框 如下圖所示 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 1 中央處理器（ CPU） 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務(wù)等。它們都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 PLC 成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過(guò)程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。 c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。使用者只要掌握其中一種編程語(yǔ)言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。 c)維修方便： PLC 所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過(guò)編程器和 HMI 屏幕的設(shè)定，直 接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。 b)編程方面： PLC 有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 程語(yǔ)句是功能的縮寫(xiě)，便于記憶；功能圖表語(yǔ)言以過(guò)程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。 2操作性高 a)操作方便：對(duì) PLC 的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù) PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作。 d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)等。 它的一些性能與繼電器相比具有以下特點(diǎn)： 1可靠性高 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。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。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 PLC的定義和特點(diǎn) 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。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。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(chēng)為 PLC，以便與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC(Personal Computer)相區(qū)別。 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(chēng)為 PLC(Programmable Logical Controller)。 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。 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。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 第 1 章 可編程控制器 PLC的發(fā)展歷史 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。自動(dòng)分揀機(jī)是其中最接近與成熟的產(chǎn)品，這可以認(rèn)為是國(guó)家對(duì)于自動(dòng)分揀在物流技術(shù)中的地位和現(xiàn)狀的一個(gè)較好的概括。而國(guó)外一些配送中心多采用分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀，充分發(fā)揮了分揀技術(shù)分揀速度快、分揀點(diǎn)多、差錯(cuò)率極低、效率高和基本上全自動(dòng)操作的 優(yōu)勢(shì)。我國(guó)目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。 近二十年來(lái) ,特別是物流行業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的發(fā)展 ,商品趨勢(shì)趨于 短小輕薄 ，流通趨于小批量多品種和準(zhǔn)時(shí)制（ JUSTINTIME，簡(jiǎn)稱(chēng) JIT)。 自動(dòng)分揀機(jī)最先在郵政部門(mén)開(kāi)始應(yīng)用，大量的信件和郵包要在極端的時(shí)間內(nèi)正確山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 分揀，非憑借高度自動(dòng)化的分揀措施不可。 1990 年為迎接第十一屆亞運(yùn)會(huì)，從荷蘭引進(jìn)了一套有 3 個(gè)入口， 60 個(gè)出口的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，成立了北京食品配送中心，每小時(shí)可以配送 3000 件貨物，使我國(guó)的分揀技術(shù)有了一個(gè)飛躍。 我國(guó)自動(dòng)分揀技術(shù)起步較晚，目前已能與國(guó)際先進(jìn)水平保持同步，但是缺少技術(shù)創(chuàng)新能力，使自動(dòng)分揀技術(shù)的物流系數(shù)也減少，大部分小型超市配送中心仍然靠人工分分揀。 美國(guó)和歐洲在 60 年代開(kāi)始使用，日本則在第二次世界大戰(zhàn)后才引進(jìn)分揀機(jī)，但近二十年來(lái)由于其本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要發(fā)展迅速，后來(lái)者居上，從19701985 年共有 338 臺(tái)自動(dòng)分揀機(jī)投入運(yùn)行，其中 %用于儲(chǔ)運(yùn)業(yè)， %用于銷(xiāo)售業(yè)。自動(dòng)分揀大部分與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)連接起來(lái)，配合自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)（ AGV）、托鏈小車(chē)等其它復(fù)雜的系統(tǒng)，分揀系統(tǒng)在總體布置上，可以說(shuō)千變?nèi)f化。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的發(fā)展，目前大型分揀系統(tǒng)大多能分揀幾十到幾百個(gè)種類(lèi)的物品，分揀能力達(dá)到每小時(shí)萬(wàn)件以上。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、分支裝置（負(fù)責(zé)把到達(dá)分揀位置的貨物按運(yùn)到別處的裝置）、緩沖站（在分揀位置臨時(shí)存放貨物的裝置）等構(gòu)成。 系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、分揀 精度高、易控制的特點(diǎn) ,對(duì) 不同 的分揀 對(duì)象 ,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn) 要求 。在熟悉了自動(dòng)分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的分揀要求以三菱 PLC 為 控制 核心 ， Mcgs 組態(tài)軟