【正文】 書 3 第 1 章 緒論 氣動分揀系統(tǒng)的基本介紹 自動分揀系統(tǒng)（自動分揀系統(tǒng)）是一個必要的先進的配送中心設(shè)施。它是二次大戰(zhàn)后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分。 自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置，分級裝置，輸送裝置和分揀道口組成。這些要求可以通過不同的方式，如通過掃描條形碼，顏色碼掃描，鍵盤輸入，重量檢測，語音識別，高度檢測和形狀識別等方法，對分揀控制系統(tǒng)的輸入。分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分簡指示，根據(jù)控制裝置發(fā)出的指令，當(dāng)貨物的分揀信號的裝置，通過該裝置，改變輸送裝置的運行方向或進入其他輸送機分揀道口。 輸送帶及輸送的主要成分，其主要作用是使貨物要整理分類裝置和控制裝置，在傳送帶的兩側(cè)，通常有一些交叉，一種很好的商品下滑的主要輸送（或主帶）的通道中的貨物地區(qū)，一般滑由鋼帶，皮帶，滾筒，使貨無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 4 物滑集貨平臺從主傳送帶，那里的工作人員將 所有貨物的交叉或集中存儲，或配備汽車集團和分銷業(yè)務(wù)。 氣動物料分揀的技術(shù)指標和研究目的及意義 二次大戰(zhàn)以后，自動分揀系統(tǒng)逐漸在西方發(fā)達國家投入使用，成為發(fā)達國家先進的物流中心、配送中心或流通中心所必需的設(shè)施條件之一。 （ 2） 分揀誤差率極低 自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率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，如采用條形碼輸入，除非條形碼的印刷本身有誤差，否則不會出錯。 （ 3） 分揀作業(yè)基本無人化 國外建立分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕人員的勞動強度，提高人員的使用 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。 如美國一公司配送中心面積為 10 萬平方米左右，每天可分揀近 40 萬件商品，僅使用 400 名左右員工，自動分揀線做到了無人化作業(yè)。 對于自動 分揀系統(tǒng)因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域及其范圍，在引進和建設(shè)自動分揀系統(tǒng)時一定要考慮以下條件： 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 5 自動分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大其本身需要建設(shè)短則 4050 米，長則150200 米的機械傳輸線，還有配套的機電一體化控制系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大，動輒 2 萬平方米以上，而且一般自動分揀系統(tǒng)都建在自動主體倉庫中，這樣就要建 34 層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動化的搬運設(shè)施，這絲毫不亞于建立一個現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。 它對商品的包裝要求也很高，為整理和平底剛性貨物包裝規(guī)則自動分揀機。但讓所有商品的供應(yīng)商在全國實施包裝標準是很困難的，定制特定的分揀機將 使硬件成本的增加，并且越是特別的其通用性就越差。 氣動物料分揀實訓(xùn)設(shè)備設(shè)計及制作課題研究的內(nèi)容 在本文中，以生產(chǎn)線上不同物料的分揀系統(tǒng)為例，詳細分析了基于 PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設(shè)計，介紹了分揀系統(tǒng)中傳感器信號的采集、處理的一些基本知識，并通過設(shè)計要求與技術(shù)指標的比較，確定了硬件系統(tǒng)中的各種元器件及其模塊的選型。 在本系統(tǒng)完成本設(shè)計之后，對其進行整體安裝與調(diào)試。將各氣缸的動作速度進行調(diào)試之后，進行了軟硬件綜合調(diào)試，實現(xiàn)物料分揀系統(tǒng)中上料、傳送與分揀的全過程。 （ 2）電源模塊由三相電源總開關(guān)（帶漏電和短路保護）、熔斷器、單相電源輸出、三相電源輸出、電源插座、開關(guān)電源（提供 DC24）等組成。 （ 4）變頻器模塊由歐姆龍 3G3JVAB004 變頻器及接線柱組成。 （ 6）物料提升機構(gòu)由單出桿氣缸、電磁閥、磁性開關(guān)、警示燈、直 流減速電機、機械結(jié)構(gòu)件等組成。 系統(tǒng)的概述 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 7 本物料分揀裝置主要由 PLC 控制模塊、變頻器、傳感器、位置檢測與控制、物料輸送及分揀、氣動系統(tǒng)等模塊組成。 送料機構(gòu) 如圖 22 所示為送料機構(gòu)硬件圖。驅(qū)動電機：電機采用 24V 直流減速電機，轉(zhuǎn)速 10r/min，轉(zhuǎn)矩 30kg/cm；用于驅(qū)動放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；物料滑槽：放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料相互推擠趨向入料口，物料則從入料口順著滑槽落到提升臺上；提升臺：將物料和滑槽有效分離，并確保每次提升一個物料；物料檢測傳感器：物料檢測為光電漫反射型傳感器，主要為 PLC 提供一個輸入信號，如果有物料在提升臺上，就會驅(qū)動提升氣缸提升物料；如果運行中，光電傳感器沒有檢測到物料并保持 4 秒鐘， 則讓系統(tǒng)停機然后報警；磁性傳感器：用于提升臺氣缸的位置檢測。磁性傳感器接線時注意 。當(dāng)電控氣閥得電，物料提升臺上升，當(dāng)電控氣閥斷電，則物料提升臺下降。其中包括落料光電傳感器：檢測是否有物料到傳送帶上，并給 PLC 一個輸入信號；落料口：物料落料位置定位；金屬料槽：放置金屬物料；塑料料槽：放置非金屬物料電渦流式電感傳感器：檢測金屬物料，檢測距離為 25mm；電容式傳感器：用于檢測非金屬材料，檢測距離為 38mm；三相低速電動機：驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制；推料氣缸：將物料推入料槽，有單向電控氣閥控制。 按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同 PLC 可分為整體式和模塊式兩種。輸入、輸出接線端子及電源進線分別在機箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入 /輸出狀態(tài)。其特點是簡單緊湊、體積小、重量輕、價格較低。如松下電工的 FP1 型產(chǎn)品。這類機適合于單機控制的場合。其他各種智能單元和特?zé)o 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 10 殊功能單元也制成各自獨立的模塊?？蚣苌嫌须娫醇伴_關(guān)，對整個系統(tǒng)供電?？蚣苌嫌械刂烽_關(guān)，以便系統(tǒng)識別。如松下電工的 FP3 型產(chǎn)品就采用了模塊 式結(jié)構(gòu)。 按功能分類 按 PLC 所具有的功能不同，可分為高、中、低三檔。有些還有少量模擬輸入輸出（即 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換）、算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、遠程I/O 和通信等功能。由于其價格低廉、實用，是 PLC 中量大而面廣的產(chǎn)品。使用于既有開關(guān)量又有模擬量的較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如過程控制、位置控制等?？捎糜诟笠?guī)模的過程控制系統(tǒng)，構(gòu)成分布 式控制系統(tǒng)，形成整個工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。它是集管理和控制于一體，實現(xiàn)工廠自動化的重要設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求 PLC 點數(shù)：實際輸入點 15 點，實際輸出點 8 點，綜合對比三菱 FX 系列（包括 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、FX2N 等）、西門子系列、 OMRON 系列中 I/P 點數(shù)為 32 點各型號的 PLC 的價格、性能、實用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號為：三菱主機為FX1N40MR 內(nèi)置開關(guān)量 I/O(24 路開關(guān)量輸入 /16 路繼電器輸出）；機箱內(nèi)裝有 24V/5A 的開關(guān)電源為系統(tǒng)提供 24V 電源。 三菱 FX1N40MR 是三菱電機推出的功能強大的普及型 入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴展性。 傳感器的相關(guān)知識介紹與選擇 國家標準 GB766587 對傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。因此，信號調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)為傳感器組成的一部分，如圖 31 所示。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感器元件了。 變換元件 —— 又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。傳感元件也可以不直接感受被測量，而只感受與被測量成確定關(guān)系的其他非電量。一般情況下都是這種傳感器元件。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類，常用的電路有電橋、放大器、振動器和阻抗變換器等。因此，傳感器的組成將依據(jù)不同的情況而有所差異。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。在實際生產(chǎn)中，在預(yù)定位置安裝行程開關(guān)，當(dāng)安裝在 機械零件生產(chǎn)對行程開關(guān)模塊的影響，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路切換。選用行程開關(guān)時，應(yīng)根據(jù)不同的場合，滿足各方面的要求來進行選擇。 傳感器的分類與檢測 金屬傳感器按工作原理大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)高頻振蕩型，使用磁鐵磁力型和利用電容變化電容型。按檢測方法分：所有金屬型：相同檢測距離內(nèi)檢測任何金屬。通用型：主要檢測黑色金屬（鐵）。這兩種振蕩和停振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柦?jīng)放大器轉(zhuǎn)化為二進制開關(guān)信號，高頻振蕩型接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩，無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 14 放大，檢測，觸發(fā)輸出電 路等組成，振蕩器傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測時，金屬中產(chǎn)生渦流吸收了振蕩器能量，使振蕩減弱停振。通用型接近傳感器工作原理：振振幅變化程度隨目標物金屬種類不同而不同。像普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流目標物內(nèi)流動引起能量損失影響到振蕩頻率。傳感器檢測并輸出檢測信號的變化 。位置檢測裝置檢測氣缸動作是否到位，金屬傳感器是為了完成對物料的識別。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 15 （ 2）存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以 及運算數(shù)據(jù)的單元。輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。 （ 4）電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器 各工作單元的開關(guān)電源以及為斷電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。其中，輸入部分是指各類按鈕、開關(guān)類主令電器；邏輯部分是由各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路；而輸出部分則是包括各種電磁閥線圈、接通電動機的接觸器、信號指示燈等執(zhí)行電器。它是一種按被控對象實際需要的動 作要求而設(shè)計，并由許多繼電器按某種固定方式接好的控制線路。和繼電器系統(tǒng)類似， PLC 也是由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成，如圖 34 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 16 圖 34 其中各部分的主要作用如下。收集并保存被控對象實際運行的資料。處理輸入部分所取得的信息，并判斷哪些功能需作出輸出反應(yīng)。提供正在被控的許多裝置中，哪些設(shè)備需要實時操作處理。 PLC 采用由大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器和內(nèi)存來組成邏輯部分。盡管邏輯部分的作用與繼電器控制系統(tǒng)類似，但是其組成、工作原理、運行方式與前者截然不同。程序由編程器送入微處理器中的內(nèi)存，也可以方便地讀出、檢查與修改。（ 1）輸入采樣 PLC 在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。再將程序執(zhí) 行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。 （ 3）輸出刷新 在執(zhí)行到 END 指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后， PLC 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到鎖存器中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。在通信服務(wù)階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實現(xiàn)通信。在這些語言中，尤以梯形圖、指令助記符語言最為常用。應(yīng)該指出，由于 PLC 的設(shè)計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標準，因而不同廠家生產(chǎn)的 PLC 所用語言和符號也不盡相同。本節(jié)只介紹一些有關(guān) PLC 編程語言的基本知識。它將 PLC 內(nèi)部的各種編程元件（如繼電器的觸點、線圈、定時器、計數(shù)器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標號定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排序，從而構(gòu)成了表示 PLC 輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說 明 書 18 形。它是目前用得最多的 PLC 編程語言。對于同一廠家的 PLC 產(chǎn)品，其助記符語言與梯形圖語言是相互對應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場編制、調(diào)試程序使用手持編程器。 可編程序控制器概述 可編程序控制器（ Programmable Logical Controller)，簡稱 PC，但由于 PC 容易和個人計算機（ Personal Computer)混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC 作為可編程序控制器的縮寫，它是 70 年代以來，在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。目前，國外的生產(chǎn)廠商正不斷地開發(fā) PLC，使 PLC 的應(yīng)用面越來越廣。因此，作為一個電氣工程技術(shù)人員，必須掌握 PLC 技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)前電氣控制技術(shù)發(fā)展的需求。 PLC 的 I/O 分配表及外部接線圖 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 說