【正文】 高度自動化的方向快速發(fā)展。本章主要介紹分揀裝置的工藝過程及控制要求。 材料分揀裝置工作過程概述 如圖 11 所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 。選用顏色識別傳感器及對不同材料敏感的電容式和電感式傳感器，分別固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。物料傳感器 SA為電感傳感器，當(dāng)檢測出物料為鐵質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC，由 PLC 5 控制氣動閥 1 動作選出該物料；物料傳感器 SB為電容傳感器，當(dāng)檢測出物料為鋁質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC, PLC 控制氣動閥 2 動作選出該物料；物料傳感器 SC 為顏色傳感器，當(dāng)檢測出物料的顏色為待檢測顏色時， PLC 控制氣動閥 3 動作選出該物料。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬 物料時，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實現(xiàn)基本功能如下 （ 1）分揀出金屬和非金屬 （ 2）分揀某一顏色塊 （ 3）分揀出金屬中某一顏色塊 （ 4）分揀出非金屬中某一顏色塊 （ 5）分揀出金屬中 某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 系統(tǒng)的控制要求 系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進(jìn)行檢測并分類。如果被某種傳感器測中，通過相應(yīng)的氣動裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。同時，輸送帶作為傳動結(jié)構(gòu)， 為了方便較快速度的啟動和停止， 用異步交流電機(jī)驅(qū)動 ； 對不同材質(zhì)的三種傳感器分別固定在網(wǎng)孔板上 ；為了保證整個系統(tǒng)的安全性又加了一個光 電傳感器 。氣動部分由空氣壓縮機(jī)、氣缸、 氣瓶、 氣壓指示表、分水過濾器、冷卻器、減壓閥、配氣器、等部件組成；電氣部分由 PLC、鐵檢測傳感器、鋁檢測傳感器、顏色檢測傳感器、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機(jī)、傳送帶、底座、支架等組成。 圖 材料分撿系統(tǒng)工作原理 示意圖 1— 氣瓶 2— PLC 3— 料槽 4— 電源 5— 電機(jī) 6— 料槽傳感器 7— 料倉氣缸 8— 皮帶 9— 倉庫 10— 氣缸 11— 傳感器 1234567891011 8 其工作過程是開啟電源， 氣動系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)。首先，下料傳感器發(fā)送信號給 PLC， PLC 傳送信號 給 下料氣 缸。當(dāng)物料 在 傳 送 帶傳 送 時，PLC 計數(shù)器開始計數(shù)，電機(jī) 開始 運行。當(dāng) 氣 缸電磁閥運行到后 限位 開關(guān) 時，電磁閥復(fù)位， 回 到原狀態(tài)。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。系統(tǒng)的硬件配置 如 表 。在系統(tǒng)開始工作前需要人工合上刀閘開關(guān)， 然后手動啟動系統(tǒng)的電源開關(guān)。系統(tǒng)需要停止工作時，需要人工切斷系統(tǒng)電源，然后再切斷主電源。 系統(tǒng)主電路圖和結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 FU1 為主電路的熔斷器，起短路保護(hù)的作用。接觸器 KM1 控制電動機(jī) M1 的運行。 FR FR2 分別為 電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器，電動機(jī)一旦出現(xiàn)長時間過載自動切斷電路。 圖 系統(tǒng)主電路圖 PLC 與傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別 及選型 L 1L 3L 2QFR 1 FR 2KM 1M 13~M 23~NFU 1 10 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 兩者的運行方式是不相同 的： （ 1） 當(dāng) PLC 運行時，是通過 執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作 [4]。由于 CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC 外部出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)似乎是同時完成的。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一步 開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情 況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序， 直到 程序結(jié)束。 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 PLC 設(shè)計選型的一般原則 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，可以用任何同樣級別的 PLC 來完成。 不要大材小用：什么樣的規(guī)模設(shè)計任務(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。 選用易采購的機(jī)型：有的產(chǎn)品經(jīng)銷商較少，不容易采購或進(jìn)行比較，有的產(chǎn)品經(jīng)銷商很多，容易采購和比較，你就可以選用信譽好、價格優(yōu)惠、技術(shù)上能夠給與支持 的公司。 目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列 PLC，國 內(nèi)也 11 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，價格懸殊。本文介紹以 PLC 的材料分揀裝置 系統(tǒng)輸入、輸出點數(shù)的要求， 選擇為三菱公司的 FX2N 系列的 FX2N32MR001。 霍爾元件是一種磁敏元件。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測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，由此識別附近有 無 磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。 霍爾接近開關(guān) 的工作原理見圖 。 圖 霍爾接近開關(guān)的工作原理圖 鋁傳感器的選用 當(dāng)通過金屬體 的磁通過變化時，就會在導(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)行測量的。置于這一磁場中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流+ 15VR 1R fU 0V 1R 2V 2R 3 15VR 44123 12 I2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場 H2， H2 與 H1 方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 圖中 R L1 為傳感器線圈的電阻和電感。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感 M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。 圖 電渦流傳感器等效電路圖 利用這一性質(zhì)可以把鋁傳感器和繼電器如 圖 連接，實現(xiàn)開關(guān)功能。 圖 鋁傳感器開關(guān)原 理圖 H 1H 2HI 1I 2線圈被測導(dǎo)體R 1 R 2ML 1 L 2I 2I 1U 1R2 11 2A D 2 2 0 V 電源 繼電器 13 顏色傳感器的選用 我們所看到 的 物體 顏色， 實際上是物體 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]。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。 高分辨率顏色傳感器 TCS230，是 我們 常 用的顏色傳感器。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，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)。 光電傳感器的選用 利用被檢測物體對光束的遮光或反射 ， 由同步回路選通電路 ， 從而檢測物體的有無 。 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 →光信號 → 電信號的轉(zhuǎn)換 。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 （ LED）和 激光二極管 。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 氣壓傳動 裝置選用 氣源裝置 氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供具有一定壓力和足夠流量、滿足一定凈化程度的壓縮空氣的能源裝置 ,它是氣動系統(tǒng)的重要組成部分 [8]。 14 圖 中，電動機(jī)帶動空氣壓縮機(jī) 旋轉(zhuǎn)，經(jīng)吸氣口的空氣過濾器將大氣中的空氣吸入 [9]。油水分離器將冷凝出來的水滴、油滴、雜質(zhì)等分離并排出系統(tǒng)。 圖 氣源裝置結(jié)構(gòu)圖 氣壓發(fā)生裝置 氣壓發(fā)生裝置包括正壓發(fā)生裝置和負(fù)壓發(fā)生裝置，正壓發(fā)生裝置為空氣壓縮機(jī)。 空氣壓縮機(jī)屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力的能量轉(zhuǎn)換裝置，提供高于大氣壓力的氣壓。排氣壓力高于 的習(xí)慣上成為壓縮機(jī)，氣動系統(tǒng)中通常采用壓縮機(jī)提供氣源。 下 面介紹常用的活塞式空氣壓縮機(jī)的工作原理： 氣壓傳動系統(tǒng)中最常用的是往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)，其工作原理如圖 所示，當(dāng)電動機(jī)帶動曲柄 7 旋轉(zhuǎn)時，通過連桿 滑塊 5 和活塞 4 的傳遞轉(zhuǎn)換，使活塞 3 在氣缸 2 內(nèi)作往復(fù)運動。活塞式空氣壓縮機(jī)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，容易實現(xiàn)大流量和高壓輸出；缺點是振動大、噪聲大，輸出流量、壓力有脈動，需使用儲氣罐穩(wěn)壓。因冷卻介質(zhì)為水，它的冷卻效率高，常 用于中型和大型壓縮機(jī)。管內(nèi)流動的冷卻水多為單程或雙程流動，管間空氣可以自由流動。在冷卻器上應(yīng)安裝溫度計以監(jiān)測工作情況。進(jìn)一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質(zhì)。 有些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，所用的這種閥就是順序閥。所有的氣動回路或貯氣罐為了安全起見，當(dāng)壓力超過允許壓力值時，需要實現(xiàn)自動向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥。它是一種根據(jù)運動部件的行程位置 而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。 部件在運行中， 當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時 ，使行程開關(guān)的觸點動作而實現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制運動部件行程位置的目的。機(jī)床撞塊壓下推桿時，其常閉觸頭分開，而常開觸頭閉合；當(dāng)撞塊離開推桿時，觸頭在彈簧力作用下恢復(fù)原來狀態(tài) 。 熔斷器的選 用 熔斷器一種簡單而有效的保護(hù)電器。 其 主要由熔體和安裝熔體的絕緣管 (絕緣座 )組成。 熔斷器的 工作原理 是：當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高， 升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。 由于系統(tǒng)容量較小， 系統(tǒng)容量主要是電動機(jī)，故選用 RCIA 系列熔斷器。由于異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、 使用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。 所以系統(tǒng)中電機(jī)選用為異步電機(jī)，因為系統(tǒng)容量較小所以 選用電機(jī)為 STMS90S 系列 。 (3)氣缸碰到后限位開關(guān)停止后退時，傳送帶上電機(jī)開始轉(zhuǎn)動。 (5) 氣缸碰到后限位開關(guān)停止后退時，計數(shù)器減一。 (7)當(dāng)鋁傳感器檢測到鋁制物料通過的時候，氣缸二開始動作，把物料推到二號料倉中；當(dāng)氣缸碰到前限位開關(guān)的時候，氣缸停止前進(jìn)，開始后退；當(dāng)氣缸碰到后限 位開關(guān)的時候停止后退。 (9) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。 (11) 氣缸碰到后限位開關(guān)停止后退時，計數(shù)器減一。 (13)當(dāng)光電傳感器檢測到物料通過的時候，氣缸四開始動作，把物料推到四號料倉中；當(dāng)氣缸碰到前限位開關(guān)的時候，氣缸停止前進(jìn)，開始后退；當(dāng)氣缸碰到后限位開關(guān)的時候停止后退。 (15) PLC 判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機(jī)，執(zhí)行下一步操作。 系統(tǒng)的 流程圖 下料氣缸動作 系統(tǒng)復(fù)位 下料氣缸停傳送帶電機(jī)轉(zhuǎn)計數(shù)器加一 氣缸一動作 氣缸一停 計數(shù)器減一是否前限位到 是否 有料是否后限位到 鐵傳 感器是否前限位到是否后限位到Y(jié)NYNYNYNYNYN 氣缸二動作 氣缸二停 計數(shù)器減一 鋁傳 感器是否前限位到是否后限位到Y(jié)NYNYN 氣缸三動作 氣缸三停 計數(shù)器減一顏色傳 感器是否前限位到是否后限位到Y(jié)NYNYN 氣缸四動作 氣缸四停 計數(shù)器減一光電傳 感器是否前限位到是否后限位到Y(jié)NYNYN計數(shù)器是否零Y 是否 有料NNY 20 系統(tǒng) I/O 分配 I/O 分配 如表 所示， 為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動 控制 ， 系統(tǒng)的五個傳感器需要五個輸入口，十個限位開關(guān)需要 10 個輸入口，輸出口分別分配給一個傳送帶電機(jī)和五個氣缸共需要 6 個輸出口。 表 I/O 分配表 輸入繼電器 外部器件 輸出繼電器 外部器件 X000 料倉光電傳感器 Y000 下料氣缸 電磁閥 X001 料倉前限位開關(guān) Y001 傳送帶電機(jī) X002 料倉后限位開關(guān) Y002 氣缸一 電磁閥 X003 鐵傳感器 Y003 氣缸二 電磁閥 X004 氣缸一前限位開關(guān) Y004 氣缸三 電磁閥 X005 氣缸一后限位開關(guān) Y005 氣缸四 電磁閥 X006 鋁傳感器 X007 氣缸二前限位開關(guān) X010 氣缸二后限位開關(guān) X011 顏色傳感器 X012 氣缸三前限位開關(guān) X013 氣缸三后限位開關(guān) X014 光電傳感器 X015 0 氣缸四前限位開關(guān) X016 氣缸四后限位開關(guān) 21 I/O 接線圖如圖 所示 圖 I/O 接線圖 系統(tǒng) 功能表圖 功能表圖 又稱