【正文】 系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用松下FPWIN—GR軟件進(jìn)行的PLC編程，選用松下FP1—C40型PLC，通過聯(lián)機(jī)調(diào)試，檢查并完善PLC程序，下載程序到PLC中，連接外部電路，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)不同顏色工件的自動(dòng)分選。工件輸入裝置用于將工件輸入到工件臺(tái)；機(jī)械手用于將工件轉(zhuǎn)移到工件傳送裝置或工件槽；工件傳送裝置用于將工件從一端傳送到另一端；工件槽用于存放不同顏色的工件。圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理：工件通過工件輸入裝置將其輸入到左端，然后機(jī)械手動(dòng)作將工件轉(zhuǎn)移到工件傳送裝置，工件傳送裝置先將工件從右端傳送到中間，經(jīng)過色標(biāo)傳感器識(shí)別，工件槽執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，之后工件傳送裝置再將工件從中間傳送到左端，另一機(jī)械手再將工件轉(zhuǎn)移到工件槽的相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)不同顏色工件的自動(dòng)分選?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)作在整個(gè)過程中都是連續(xù)可循環(huán)的[3]。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。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。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多。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)。日、美、德等國的氣動(dòng)元件銷售平均每年增長超過1015﹪。表1給出了各種控制方式的比較：表1 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)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜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)速度慢快快中維護(hù)簡單比氣動(dòng)復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價(jià)格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低通過以上三種驅(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)的要求，而且節(jié)約了成本[5]。 氣動(dòng)系統(tǒng)包括八個(gè)二位二通電磁閥、十個(gè)氣缸、兩個(gè)機(jī)械手、磁性開關(guān)、接近開關(guān)、調(diào)速閥和消聲器（若干）等。氣壓驅(qū)動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝?。?）執(zhí)行元件氣缸是一種氣動(dòng)執(zhí)行元件,其種類很多。對(duì)于氣缸進(jìn)、排氣口,當(dāng)左邊進(jìn)氣。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到位時(shí),活塞上的永久磁鐵將使磁性開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信息。反之,舌簧開關(guān)斷開,指示燈滅。磁性開關(guān)電路原理圖如圖2所示。氣動(dòng)控制元件按功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。溢流閥是在回路中的壓力達(dá)到閥的規(guī)定值時(shí)，使部分氣體從排氣側(cè)排出，以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥[7]。它是通過電控改變氣缸中進(jìn)氣和排氣方向,從而改變活塞運(yùn)動(dòng)方向的元件。二位五通表示有兩個(gè)工作位置和五個(gè)通氣口。斷電時(shí),活塞不運(yùn)動(dòng),恢復(fù)原氣體通路。其中，電磁閥Model：4V21008 Pressure：~8kgf/cm2。圖3 電磁閥的符號(hào)及規(guī)格圖（4）輔助元件輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。a、氣源凈化裝置過濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動(dòng)三聯(lián)件?？諝馓幚韱卧褪怯脕砬宄龎嚎s空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。壓縮空氣完成驅(qū)動(dòng)工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡單，相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件，當(dāng)氣流通過時(shí)，讓氣流在其內(nèi)部擴(kuò)散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進(jìn)一步減速，再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣[8]。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。具有工作可靠、壽命長、功耗低、復(fù)定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等特點(diǎn)[9]。型號(hào)LJ8A31Z／BX，其中B代表常開，A則常閉；X代表NPN型，Y則PNP型。M6150 mm檢測(cè)距離：1 mm；M8150 mm檢測(cè)距離：1 mm；M10150 mm檢測(cè)距離：2 mm。圖4 接近開關(guān)原理框圖b、顏色識(shí)別傳感器色標(biāo)傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。白熾燈和單色光源都可用于色標(biāo)檢測(cè)。另外，白熾燈傳感器的檢測(cè)電路通常都十分簡單，因此可獲得極快的響應(yīng)速度。使用單色光源（即綠色或紅色LED）的色標(biāo)傳感器就其原理來說并不是檢測(cè)顏色，它是通過檢測(cè)色標(biāo)對(duì)光束的反射或吸收量與周圍材料相比的不同而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的。在單色光源中，綠光LED（565mm）和紅光LED（660mm）各有所長。紅光LED對(duì)有限的顏色組合有響應(yīng)，但它的檢測(cè)距離比綠光LED遠(yuǎn)。紅色LED型D11SN6FP色標(biāo)傳感器接線圖如圖5所示。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高工件自動(dòng)分選控制系統(tǒng)整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。雖然是小型機(jī)性能價(jià)格比卻很高，特別適合于中小企業(yè)。下面詳細(xì)介紹其規(guī)格及系統(tǒng)構(gòu)成，其控制單元的外形圖如圖6 所示。最多可配置幾百點(diǎn)，機(jī)內(nèi)有高速計(jì)數(shù)器，可輸入頻率高達(dá)10kHz的脈沖，并可同時(shí)輸入兩路脈沖，還可輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào)（晶體管輸出型）?？烧{(diào)輸入延時(shí)濾波功能可以使輸入響應(yīng)時(shí)間隨外圍設(shè)備情況而調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在1~128ms之間。此外，該機(jī)型還具有強(qiáng)制置位、強(qiáng)制復(fù)位控制功能、口令保護(hù)功能、固定掃描時(shí)間設(shè)定功能、時(shí)鐘/日歷控制功能等。FP1有190多條功能指令，除基本邏輯運(yùn)算外還可進(jìn)行+、247。有8位、16位、32位數(shù)字處理功能，并能進(jìn)行多種碼制變換。FP1監(jiān)控功能很強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)梯形圖監(jiān)控、列表繼電器監(jiān)控、動(dòng)態(tài)時(shí)序圖監(jiān)控（可同時(shí)監(jiān)控16個(gè)I/O點(diǎn)的時(shí)序）具有幾十條監(jiān)控命令，多種監(jiān)控方式。另外還有鏈接單元，例如用于遠(yuǎn)程信息交換的I/O LINK單元；用于PLC與計(jì)算機(jī)間通信的C—NET適配器。 自動(dòng)分選系統(tǒng)的組成工件自動(dòng)分選系統(tǒng)由電源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和上位機(jī)等組成。圖7 工件自動(dòng)分選控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電源：為系統(tǒng)提供所需電壓；執(zhí)行機(jī)構(gòu)—電磁閥：PLC的輸出信號(hào)給電磁閥，驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)—空氣壓縮機(jī)：提供氣缸運(yùn)作的動(dòng)力；控制機(jī)構(gòu)—PLC：控制系統(tǒng)的核心，氣缸動(dòng)作的一切操作按PLC程序執(zhí)行；檢測(cè)機(jī)構(gòu)—磁性開關(guān)和傳感器：提供PLC的輸入信號(hào)；上位機(jī)—PC機(jī)：通過RS232電纜與PLC相連，監(jiān)控系統(tǒng)工作過程[11]?？刂葡到y(tǒng)中需要用到二位五通的電磁閥，對(duì)氣缸進(jìn)行控制，涉及氣缸到位與否檢測(cè)，采用傳感器來實(shí)現(xiàn)。圖8 自動(dòng)分選系統(tǒng)移動(dòng)工件簡易圖系統(tǒng)上電，接通空氣壓縮機(jī)給系統(tǒng)供氣。當(dāng)工件傳送到傳送裝置中間位置時(shí)，由中間的接近開關(guān)檢測(cè)到位，同時(shí)色標(biāo)傳感器檢測(cè)工件顏色，根據(jù)顏色不同，決定工件槽是否移動(dòng)。這樣來實(shí)現(xiàn)不同顏色工件的自動(dòng)分選。除了輸入工件槽和輸出工件槽各少用一個(gè)，共少用2個(gè)，由此，可以完成PLC的輸入輸出分配，需要傳感器個(gè)數(shù)為20，即20個(gè)I/O輸入點(diǎn)數(shù)；10個(gè)電控?fù)Q向閥驅(qū)動(dòng)10個(gè)氣缸動(dòng)作，即10個(gè)I/O輸出點(diǎn)數(shù)。表2 輸入點(diǎn)分配表輸入設(shè)備輸入點(diǎn)輸入設(shè)備輸入點(diǎn)1號(hào)氣缸右限位X2機(jī)械手2伸出限位XC