【正文】 國家大中型物流中心不可缺少的一部分。它本身需要建設短則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)絡及通信系統(tǒng)等，這一系統(tǒng)不僅占地面積大（動輒20000平方米以上），而且還要建34層樓高的立體倉庫和各種自動化的搬運設施（如叉車）與之相匹配，這項巨額的先期投入通常需要花1020年才能收回。 自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。這些分揀需求可以通過不同方式，如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去根據(jù)對這些分揀信號判斷，來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口。分類裝置的種類很多，一般有推出式、浮出式、傾斜式和分支式幾種，不同的裝置對分揀貨物的包裝材料、包裝重量、包裝物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機（或主傳送帶）進入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道，使商品從主輸送裝置滑向集貨站臺，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫儲存，或是組配裝車并進行配送作業(yè)。 分揀系統(tǒng)的意義　二次大戰(zhàn)以后，自動分揀系統(tǒng)逐漸開始在西方發(fā)達國家投入使用，成為發(fā)達國家先進和物流中心，配送中心或流通中心所必需的設施條件之一。 （2） 分揀誤差率極低 自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率大小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，如采用條形碼掃描輸入，除非條形碼的印刷本身有差錯，否則不會出錯。 （3）分揀作業(yè)基本實無人化 國外建立自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕工員的勞動強度，提高人員的使用效率，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)。但因分揀系統(tǒng)其要求使用者必須具備一定的技術經(jīng)濟條件，因此，在發(fā)達國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。在引進和建設自動分揀系統(tǒng)時一定要考慮以下條件：自動分揀系統(tǒng)的一次性投資巨大，其本身需要建設短則40~50米，長則150~200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3~4層樓高的立體倉庫，庫內(nèi)需要配備各種自動化的搬運設施，這絲毫不亞于建立一個現(xiàn)代化工廠所需要的硬件投資。 它對商品外包裝要求也很高，自動分揀機只適于分揀底部平坦且具有剛性的包裝規(guī)則的商品。但要讓所有商品的供應商都執(zhí)行國家的包裝標準是很困難的，定制特寫的分揀機又會使硬件成本上升，并且越是特別的其通用性就越差。 本文研究的主要內(nèi)容在本文中，以貨物材料的分揀系統(tǒng)為例，詳細的分析了在基于PLC控制的自動分揀系統(tǒng)的設計，文中介紹了分揀系統(tǒng)中信號的采集分析中傳感器的一些基本知識，并通過要求與比較，確定了硬件系統(tǒng)中的一些元器件的選擇與確定了PLC的選型。在實際工作過程中，需要對整個控制過程進行監(jiān)控，運用組態(tài)軟件(MCGS)建立其實際的模型，并進行動態(tài)畫面的設定與數(shù)據(jù)報表的輸出，完成一個較完整的監(jiān)控界面。在硬件部分，調(diào)試其各部分安裝的位置及角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。2 分揀系統(tǒng)中硬件設計 PLC的選型 PLC的分類目前，在我國PLC的分類還沒有一個統(tǒng)一的標準。按性能分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)、用戶程序存儲器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型二類。適用于單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡。整體式PLC是將CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個機箱內(nèi)。小型PLC通常采用這種結(jié)構?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實際的控制要求建立模塊，構成不同的控制系統(tǒng)。大中型PLC通常采用這種結(jié)構。通用型PLC作為標準工業(yè)控制裝置可在各個領域使用，而專用型PLC是為了某類控制要求專門設計的PLC，如數(shù)控機床專用型、鍋爐設備專用型、報警監(jiān)視專用型等。 PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 傳感器的選擇 傳感器的簡介　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)。[3]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作為傳感器組成的一部分，如圖21所示。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感元件了。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系的其他非電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。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，傳感器的組成將依不同的情況而有所差異[2] 。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。位置檢測裝置檢測氣缸動作是否到位，視覺傳感器是為了完成對物料的識別。行程開關又稱限位開關，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設備的行程及限位保護。行程開關的品種規(guī)格很多，按其操作結(jié)構可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。本設計中采用直線接觸式磁感應開關檢測氣缸回位動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關，終結(jié)上一個動作，準備執(zhí)行下一個動作。電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。本系統(tǒng)用該器件來檢測鐵質(zhì)材料。它的測量頭通常是構成電容器的一個極板,而另一個極板是待測物體的本身。由此，便可控制開關的接通和關斷。根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進行揀出。它是在Si等多數(shù)光電二極管之前，分別放置R（紅）、G（綠）、B（藍）三種顏色的彩色濾光器，以便處理各自的輸出信號并識別彩色的方法。目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：①色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色LED光源；②RGB（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。典型的輸出有：NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。 驅(qū)動部分的分析與選擇系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置，其驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域。氣動機械手技術已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。 執(zhí)行機構的選擇在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅(qū)動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運動的方向和運動的速度?，F(xiàn)今各控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機構主要有以下幾種：（1）機械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構與人手類似，是工業(yè)機械廣泛應用的一種手部形式。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，手爪動作方向相反。[19]（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(nèi)產(chǎn)生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置。主要適應于板材、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。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，故稱真空式。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件。目前最常選用的是標準氣缸，其結(jié)構和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。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。當氣缸動作時動作限位開關斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關感應動作從而關閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。 硬件設計及實際模型的建立材料分揀機的PLC控制用于對相關材料的自動化分揀，其硬件結(jié)構框圖如圖22所示。按下啟動按鈕后，電動機M運行，綠燈L2亮，傳送帶運轉(zhuǎn)，表示可以進物料。 圖23 材料分揀系統(tǒng)的示意圖 其他元器件及其選擇料槽是一個材料手動入庫而自動出庫的裝置，底部有一個光電傳感器。當系統(tǒng)運行時，啟動傳送帶并由出料氣缸將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中?？諝膺^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，以達到系統(tǒng)要求的凈化程度。自動分選部分由傳感器、先導式電磁換向閥、氣缸及導料軌道組成。例如：當電感傳感器感應到鐵塊時，對應的氣缸動作，將鐵塊推入對應的導料軌道。單向感應電動機作為執(zhí)行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行?？刂破鞑捎萌釬X2N32MR型PLC。本系統(tǒng)共設置了三個檢測材料的傳感器，同時預留了一個空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。如表22給出系統(tǒng)中主要的元器件清單：表22 主要元器件清單序號名稱型號數(shù)量備注品牌或公司1PLCFX2N32MR116輸入，16輸出，15%輸出電壓：DC24伏DADONG11滑槽4鋁合金青島銳誠德倉儲物流設備有限公司12傳送帶1 I/O口的選擇及PLC接線根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號15個，均為開關量。根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應功能，列表如表23所示： 表23 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X00SB1啟動按鈕X01SQ1上料物料接近開關X02SQ2鐵質(zhì)物料接近開關X03SQ3鋁質(zhì)物料接近開關X04SQ4綠色物料接近開關X05SA電感傳感器X06SB電容傳感器X07SC顏色傳感器X10SN判斷下料有無（光電傳感器）X11SW1上料氣缸回位限位開關X12SW2鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開關