【正文】 化分揀系統(tǒng)的構成與工作原 理 167。磁性開關就像人的觸覺 ；直線氣缸就像人的手和胳膊；通信總線就像人的神經(jīng)系統(tǒng)， 而分揀站中同樣具有這些技術，下面就讓我們進行研究吧。 自動化分揀 單元工作過程 分揀單元是 自動化生產(chǎn)線 中的最末單元， 完成 對上一單元 送來的 已加工、 裝配的工件進行分揀 ，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。 如圖 21 所示 圖 21 分揀單元實物 3 167。其 主要 結構組 成為： 傳送 和分揀機構，傳動機構， 控制 模塊，電磁閥組，接線端口， PLC 模塊，底板等。 傳送 和分揀機構 傳送 和分揀機構 中將 傳送已經(jīng)加工、裝配好的工件，在光纖傳感器檢測到并進行分揀。 傳送帶是把機械手輸送過來加工好的工件進行傳輸，輸送至分揀區(qū)。 三 條物料槽分別用于存放加工好的 金屬工件、 黑色工件和白色工件。當 輸送 站送來工件放到傳送帶上并為入料口 的 漫射式光電傳感器檢測到時，將信號傳輸給 PLC，通過 PLC 的程序 使 啟動變頻器，電機運轉 驅動 傳送帶 工作 ， 把 工件 帶進 分揀區(qū)， 如果進入分揀區(qū)的為金屬塊，則被磁感應接近開關動作， 1 號氣缸動作，金屬塊被推入 1號槽 ； 如果進入分揀區(qū)工件為白色，則檢測白色物料的光纖傳感器動作，作為 2 號槽推料氣缸啟動信號，將白色料推到 2 號槽里，如果進入分揀區(qū)工件為黑色，檢測黑色的光纖傳感器作為 3 號槽推料氣缸啟動信號，將黑色料推到 3 號槽里。 在每個料槽的對面都裝有推料 （分揀）氣缸，把分揀出的工件推到對號的料槽中。當推料（分揀）氣缸將物料推出時磁感應接近開關動作輸出信號為“ 1”，反之，輸出信號為“ 0”。 在傳送帶入料口位置裝有 光電式 傳感器，用以檢測是否有工件輸送過來進行分揀。 167。 167。這 三 個閥分別對 金屬氣缸、 白料推動氣 和 黑料推動氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。在進 行設備調(diào)試時，使手控開關處于開啟位置，可以使用手控開關對 電磁 閥 組 進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機構的控制，達到調(diào)試的目的。 所采用的電磁閥所帶手控開關有鎖定（ LOCK）和開啟（ PUSH） 2 種位置。 6 167。 光纖傳感器 在傳送帶上方分別裝有兩個光纖傳感器如圖 24 所示，光纖傳感器由光纖檢 圖 24 光纖傳感器 測頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測頭是分離的兩個部分，光纖檢測頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時分別插入放大器的兩個光纖孔。當光 纖傳感器 靈敏度調(diào)得較小時，反射性較差的黑色物體， 光電探測器 無法 接收 到反射信號；而 反射性較好的白色物體， 光電探測器 就可以 接收 到反射信號。從而可以 通過調(diào)節(jié)靈敏度判別黑白兩種顏色物體， 將兩種物料區(qū)分開，從而完成自動分揀工序。 光電傳感器 光電式傳感器是用光電轉換器件作敏感元件、將光信號轉換為電信號的裝置。 （如圖 25 所示） 以開關量形式輸出的光電傳感器，即為光電式接近開關 。光電式 傳感器的種類很多，其中輸出形式為開關量的 傳感器為光電式接近開關。用在環(huán)境比較好、無灰塵、無粉塵污染的場合，為非接觸式測量，對被測物體無任何影響，在工業(yè) 中得到廣泛應用。 167。這些氣缸的缸筒采用導磁性弱、隔磁性強的材料，如硬鋁、不銹鋼等。 8 圖 26 磁感應式接近開關 在磁性開關上設置的 LED 顯示用于顯示其信號狀態(tài)，供調(diào)試時使用。 磁性開關的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開它的緊定螺栓，讓磁性開關順著氣缸滑動，到達指定位置后，再旋緊緊定螺栓。 金屬傳感器 金屬傳感器又叫電感式接近開關。 9 第三章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設計 167。 氣泵的認識與選擇 氣泵包括：空氣壓縮機安全保護器、儲氣罐、主管道過濾器、壓力開關、過載壓力表、氣源開關 （ 如圖 31 所示 ）。在使用時，應注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結水的水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入。 167。按結構和工作原理可 分為速度型和容積型兩大類。容積型結構簡單、使用方便。 .空壓機供氣量的大小應包括：目前氣動系統(tǒng)中各設備所需的耗氣量、考慮未來擴充設備所需耗氣量及修正系數(shù)（如避免空壓機在全負荷下不停地運轉、氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設備是否同時連續(xù)使用等） 。一般可取=～ 。 圖 32 壓縮機及儲氣罐 167。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10%， 11 并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。本設計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。 氣動控制元件的認識 自動化中使用的氣動控制元件按其作用和功能有壓力控制閥、方向控制閥、和流量 控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 （如圖 33） 圖 33 壓力調(diào)節(jié)閥及過濾干燥系統(tǒng) 減壓閥 減壓閥的作用是降低由空氣壓縮機來的壓力，以適于每臺氣動設備的需要部分壓力保持穩(wěn)定。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負反饋 ” 原理設計而成的單路流量閥。調(diào)速閥根據(jù) “ 串聯(lián)減壓式 ” 和 “ 并聯(lián)溢流式 ” ，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。 二、 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類。在氣動系統(tǒng)中，單向閥除單獨使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。 單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當正向流動時，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流。 2. 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。它的用途很廣， 13 種類也很多。 4 圖 34 雙電控氣閥示意圖 注意 ： 雙電控電磁閥的兩個電控信號不能同時為 “1”，即在控制過程中不允許兩個線圈同時得電，否則，可能會造成電磁線圈燒毀，當然，在這種情況下閥芯的位置是不確定的?？煞譃闅庠磧艋b置和其他輔助元件兩大類。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會降低氣 動元件的耐用度和性能，造成誤動作和事故，必須清除。 2. 消聲器 消聲器是降低排氣噪聲的裝置。此時的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為 14 80dB～ 100dB，為了改善勞動條件，應使用消聲器。吸收型 消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結合。本設計選用膨脹型消聲器。 分揀站的執(zhí)行元件 167。 分揀站中的 氣缸 為 輸出直線往復式 氣缸， 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。其工作原理：對于前伸 /回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升 /下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 15 (a)氣動回路圖 (b)電氣回路圖 圖 35 單汽缸自動往復回路 直線 氣缸是指活塞的往復運動均由壓縮空氣來推動。 氣缸的理論輸出力 ，普通單作用氣缸 (預伸型 )理論 拉 力為： 理論拉力： 式中： D 缸徑（ m） ,d —活塞桿直徑（ m） ,p —工作壓力（ Pa） ,Ft1—復位彈簧預壓量及行程所產(chǎn)生的彈簧力（ N） ,Ft2—復位彈簧預緊力（ N） 為了使氣缸的動作平穩(wěn)可靠，應對氣缸的運動速度加以控制，常用的方法是使用單向節(jié) 流 閥來實現(xiàn)。 有觸點式的磁性開關用舌簧開關作磁場檢測元件。帶磁性開關氣缸的工作原理 。觸點閉合或斷開時發(fā)出電控信號，在 PLC 的自動控制中，可以利用該信號判斷推料及頂料缸的運動狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回 。 傳動機構 167。采用的 是 ZJ 系列的直流伺服 電機，用于拖動傳送帶從而輸送物料。 圖 36 傳動機構 直流伺服 電機是 傳動機構 的主要部分，電動機轉速的快慢由 電壓信號 來控制 的 ，其作用是帶傳送帶從而輸送物料。聯(lián)軸器由于把電 動機的軸和輸送帶主動輪的軸聯(lián)接起來，從而組成一個傳動機構。 其中直流無刷電機應用較為廣泛 . 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小， 17 轉動平滑，力矩穩(wěn)定。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境 這種電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉速；提供保護和顯示等等。 圖 37 直流電動機的工作特性 根據(jù)直流電動機電動勢平衡方程式，可得轉速特性為： 0d a a d a a a ae e e eU I R U I R I RnnC C C C?? ? ? ? ?? ? ? ? 31 從式（ 31）可見，當電樞電流 aI 增加時，如氣隙磁通中不變，轉速 n 將隨 aI 的增加而直線下降。如果考慮去磁的電樞反應， ? 會變小，轉速下降會更小些。 167。 從結構上看，伺服控制器和變頻器器差不多，但對元器件的要求精度和可靠性更高。功 率器件普遍采用以智能功率模塊（ IPM）為核心設計的驅動電路 ,IPM 內(nèi)部集成了驅動電路 ,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路 ,在主回路中還加入軟啟動電路 ,以減小啟動過程對驅動器的沖擊 . 167。典型的旋轉編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖 57 所示；通過計算每秒旋轉編碼器輸出脈沖的個數(shù)就 能反映當前電動機的轉速。自動線上常采用的是增量式旋轉編碼器。 Z 相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。 分揀單元使用了這種具有 A、 B 兩相 90o 相位差的旋