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1、 泰 山 學(xué) 院 本科畢業(yè)論文 基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 機(jī)械與工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 年 級(jí) 學(xué)生姓名、學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名、職稱 完 成 日 期 摘要 摘 要 分揀控制系統(tǒng)在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。是工業(yè)控制及現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)物料同時(shí)進(jìn)行多口多層連續(xù)的分揀。在社會(huì)各

2、行業(yè)如：物流配送中心、郵局、倉(cāng)庫(kù)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 本文在對(duì)熟悉了自動(dòng)及分揀系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的分揀要求，采用了整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一個(gè)物料傳送及分揀系統(tǒng)。此系統(tǒng)以PLC為主控制器，結(jié)合傳感器技術(shù)，氣動(dòng)裝置和位置控制等技術(shù)，并運(yùn)用梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色的材料的自動(dòng)分揀。具有自動(dòng)化程度高、容易控制、運(yùn)行穩(wěn)定、分揀精度高的特點(diǎn)，對(duì)不同的分揀對(duì)象，稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。 關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC），傳感器，氣動(dòng)控制，物料分揀。 I ABSTRACT ABSTRACT Sorting control sy

3、stem in the field of advanced manufacturing plays an extremely important role, is the industrial control and an important part of modern logistics system, Implement material simultaneously multi-port multi-level successive sorting. In the social various industries such as: logistics distribution cen

4、ter, the post office, warehouse and other industries widely used. Based on familiarity with the automatic and sorting system, on the basis of the principle of according to the requirement of a sorting, adopts the integration of design, fully consider the characteristics of software and hardware and

5、 complementary optimization, This system is given priority to with PLC controller, combined with the sensor technology, pneumatic device and position control technology, and using the ladder diagram programming, implementation of white, blue two kinds of plastic and aluminum piece, a total of 3 kind

6、s of materials automatic sorting. With a high degree of automation, easy to control the characteristics of high precision, stable running, sorting, sorting of different objects, the system can be slightly modified implementation requirements. Key words: Programmable controller (PLC), sensors, pneum

7、atic control, material sorting. II 目錄 目錄 1 引言 1 1.1分揀系統(tǒng)的介紹 1 1.1.1分揀系統(tǒng)的發(fā)展概況 1 1.1.2國(guó)內(nèi)外分揀系統(tǒng)的對(duì)比 2 1.2 研究分揀系統(tǒng)的意義 3 1.3分揀系統(tǒng)的工作過程概述 4 1.3.1 分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4 1.3.2 分揀系統(tǒng)的控制要求 4 2 分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 2.1 PLC及其組件的選型及控制原理 6 2.1.1 PLC的型號(hào)選擇 6 2.1.2 I/O模塊的選型 7 2.2 傳感器的選擇 9 2.2.1傳感器的簡(jiǎn)介 9 2.2.2傳感器的選擇 10 2.3 驅(qū)動(dòng)

8、部分的分析與選擇 12 2.4 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與選擇 13 2.5 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立 15 2.6 其他元器件及其選擇 17 2.7 I/O接口的選擇及PLC的接線 18 3 物料分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 3.1 可編程控制器（PLC）的簡(jiǎn)介 22 3.2分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖 26 3.3軟件設(shè)計(jì)及編程 28 4 控制系統(tǒng)的安裝接線及運(yùn)行調(diào)試 29 4.1 硬件調(diào)試 29 4.2 軟件調(diào)試 29 4.3 整體調(diào)試 30 5 結(jié)論與展望 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄 34 Ⅲ 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 引言 1.1分揀系

9、統(tǒng)的介紹 自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automatic sorting system)在配送中心處于十分必要的地位。具有非常高的效率，一般來說每小時(shí)所分揀商品的數(shù)量達(dá)6000-12000箱不等，可以說，自動(dòng)分揀作為能夠提高物流分配、發(fā)送效率重要因素之一。也是二戰(zhàn)后在許多國(guó)家例如日本等國(guó)家物流中心所廣泛使用的一種自動(dòng)分揀系統(tǒng)，目前，該系統(tǒng)已廣泛的應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家的大中型物流中心。 關(guān)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)的作業(yè)流程的描述如下：物流中心吸收供應(yīng)商送來的各種商品，并且在最短時(shí)間內(nèi)這把上述商品卸下,然后根據(jù)商品的種類、供應(yīng)商和發(fā)送地點(diǎn)來準(zhǔn)確分類，并將上述商品送到指定目的地，同時(shí)，如果供應(yīng)商通知物流中心按自己所要求的配送

10、指示發(fā)送貨物時(shí)，分揀系統(tǒng)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，從高層貨存架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確的找到要出庫(kù)的商品及其所在位置，并按所需要求出庫(kù)。從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送地點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中，以便裝車配送。 1.1.1分揀系統(tǒng)的發(fā)展概況 最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng), 通過人工搜索、承運(yùn)貨物完成貨物的提取。在這個(gè)系統(tǒng)中,書面文檔生產(chǎn)和發(fā)現(xiàn),如手動(dòng)處理浪費(fèi)了巨大的人力資源,效率很低,顯然不能滿足現(xiàn)代物流的速度、精度要求高的特點(diǎn)。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,分揀系統(tǒng)開始運(yùn)用各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在大部分分揀系統(tǒng)

11、中有些作業(yè)環(huán)節(jié)到目前為止需要有人工的參與,但作業(yè)強(qiáng)度越來越小。完全由機(jī)械完成分揀作業(yè)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)也與之而生。機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。 現(xiàn)代物流配送中,高科技的應(yīng)用為作業(yè)效率和質(zhì)量的提高提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證?，F(xiàn)代化的分揀系統(tǒng)逐漸成為物流機(jī)械化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及管理組織系統(tǒng)的有機(jī)組合。物流機(jī)械化系統(tǒng)主要是各種物流設(shè)備的有效組合和配置,信息系統(tǒng)是分揀信息和控制信息等流動(dòng)的載體,管理組織系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備、人員的調(diào)度,控制系統(tǒng)總體的運(yùn)作模式。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信息技術(shù)以及物流自動(dòng)化機(jī)械成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的重要組成部分。 1.1.2國(guó)內(nèi)外分揀系統(tǒng)的對(duì)比 應(yīng)用現(xiàn)狀及

12、趨勢(shì) 縱觀國(guó)內(nèi)外分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn),國(guó)外的物流配送中心傾向于采用自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng)。而在我國(guó),由于物流業(yè)起步晚,分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。 國(guó)外自動(dòng)分揀系統(tǒng)的廣泛使用 以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家,在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上體現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來越高的特點(diǎn)。代表美國(guó)、日本和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用分類系統(tǒng)反映的特點(diǎn),自動(dòng)化程度越來越高。自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心、配送中心或一個(gè)配送中心是不可或缺的一部分。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)是二戰(zhàn)后在美國(guó),日本和其他國(guó)家的一個(gè)廣泛應(yīng)用于大中型物流中心分揀系統(tǒng),參照郵局排序字母自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)配置。一般包括控制裝置、分類裝置、傳動(dòng)裝置和

13、分揀道口,它們通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起,配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的分揀系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)為: 能連續(xù)、大量的來給貨物分類,分類錯(cuò)誤率極低,基本實(shí)現(xiàn)無人操作排序。自動(dòng)分揀系統(tǒng)中人員的使用僅局限于進(jìn)貨時(shí)的接貨、系統(tǒng)的控制、系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)、管理與維護(hù)等,這恰好達(dá)到了國(guó)外企業(yè)的下列要求：減少人員使用、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人員使用效率，所以受到了他們的廣泛重視。 就國(guó)外進(jìn)行配送業(yè)務(wù)的行業(yè)或企業(yè)來說,自動(dòng)揀選系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥制造業(yè)和其他行業(yè),比如日本,資生堂,如大木有限公司。自動(dòng)排序作為關(guān)鍵設(shè)備在自動(dòng)分揀系統(tǒng),因?yàn)樗梢赃_(dá)到每小時(shí)5000 - 5000例排序的效率,也廣泛用于日本和

14、歐洲,日本,連鎖經(jīng)營(yíng)企業(yè)(如西友、高島屋等)和眾議院JiBian(大和,佐川等等)是廣泛使用的自動(dòng)分選機(jī);在日本唱片中心,CD及錄像帶的新出版品也利用高端的機(jī)器人自動(dòng)分揀機(jī)揀貨。 目前常用自動(dòng)分揀系統(tǒng) 世界知名的自動(dòng)化物流系統(tǒng)集成商德國(guó)德馬泰克開發(fā)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)；范德蘭德；丹麥的克瑞斯普蘭（德國(guó)伯曼機(jī)械）的全自動(dòng)分揀系統(tǒng)；深圳市天和雙力物流自動(dòng)化設(shè)備有限公司的自動(dòng)分揀系統(tǒng)；康大基業(yè)電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)；上海郵政通用技術(shù)設(shè)備公司的交叉帶式分揀機(jī)控制系統(tǒng)；壹比多系列電子分揀系統(tǒng)等等。 1.2 研究分揀系統(tǒng)的意義 1、可以連續(xù)的,大批量的貨物進(jìn)行分類。由于使用自動(dòng)用于大規(guī)模生產(chǎn)流水

15、線、自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、身體條件的限制,如可以連續(xù)運(yùn)行,同時(shí)由于數(shù)量的自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間排序,排序能力排序系統(tǒng)自動(dòng)人工分揀系統(tǒng)能夠連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)以上,每小時(shí)7000件包裝商品,分類,比如使用人工分揀150件/小時(shí)左右,同時(shí)分揀工人無法工作8小時(shí)連續(xù)在這種勞動(dòng)強(qiáng)度。 2、 分類錯(cuò)誤率極低。自動(dòng)分類系統(tǒng)的分類誤差的大小主要取決于準(zhǔn)確的信息輸入訂單,反過來取決于分類信息輸入系統(tǒng),如果使用手動(dòng)鍵盤輸入或語(yǔ)音識(shí)別方法,出錯(cuò)率超過3%,如使用條碼掃描輸入,除非條碼印刷本身有錯(cuò)誤,或者你不會(huì)出錯(cuò)。因此,目前自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要使用條形碼技術(shù)來識(shí)別商品。3、基本實(shí)現(xiàn)無人整理活動(dòng)的外國(guó)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的

16、目的之一是為了減少人員的使用,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高使用效率的員工,因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)能減少人員,使用基本是無人駕駛的。整理活動(dòng)本身并不需要使用人員,人員使用限于以下工作: （1）、送貨車輛到達(dá)結(jié)束自動(dòng)分揀線進(jìn)貨,由工人來提貨。 （2）、通過人工控制操作系統(tǒng)的分類。 （3）、排序,通過人工整理排在最后的負(fù)載、裝載貨物。 （4）、自動(dòng)分揀系統(tǒng),管理和維護(hù)業(yè)務(wù)。 如美國(guó)一家公司配送中心占地面積約100000平方米,每天近400000項(xiàng)排序,僅使用400名左右員工，這其中部分人員都在從事上述（1）、（3）、（4）項(xiàng)工作，自動(dòng)分揀線作到了無人化作業(yè) 對(duì)于分揀系統(tǒng)應(yīng)用前景，主要著眼于分揀系

17、統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本等方而來考慮。 但是自動(dòng)分揀系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求也很高，自動(dòng)分揀系統(tǒng)只適合于平坦和剛性包裝底部的規(guī)則排序貨物。包裝商品,柔軟而不均勻的底部的包裝,包裝,容易變形,容易損壞,長(zhǎng)、苗條、超重、超高、不能推翻的商品不能用正常的自動(dòng)分類機(jī)進(jìn)行排序,所以為了使大部分的貨物已經(jīng)完成了機(jī)械自動(dòng)排序,可以采取兩種措施:一是促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化的包裝,使大部分的商品包裝是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一;二是基于排序的大部分商品的包裝功能定制特定的分類機(jī)。但是讓所有供應(yīng)商貨物符合國(guó)家包裝是非常困難的,自定義特性分類機(jī),使硬件成本的上升,和它的普遍性是更糟更特殊。所以公司應(yīng)該

18、根據(jù)操作和貨物的包裝決定建立或建立什么樣的自動(dòng)分揀系統(tǒng)[1]。 1.3分揀系統(tǒng)的工作過程概述 1.3.1 分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖1 材料分揀系統(tǒng)的示意圖 1.3.2 分揀系統(tǒng)的控制要求 本課題是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同而設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色的材料的自動(dòng)分揀，具體控制過程為： （1）接通電源，按下啟動(dòng)開關(guān)SB1，系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，指示燈綠燈L2亮。 （2）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器SQ1(光電傳感裝置)檢測(cè)到料槽無材料或各氣缸未復(fù)位時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程10S后自動(dòng)停機(jī),指示燈紅燈L1亮。 （3）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測(cè)到

19、料槽有材料，出料氣缸每隔2S動(dòng)作一次，動(dòng)作時(shí)間維持為1S，將待測(cè)材料推到傳送帶上，待測(cè)物體開始在傳送帶上運(yùn)行，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （4）當(dāng)電感傳感器SA檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ2感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （5）當(dāng)電容檢測(cè)傳感器SB檢測(cè)到材料為鋁質(zhì)時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ3感應(yīng)到材料接近，鋁出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （6）當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器SC檢測(cè)到材料為紅色時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ4感應(yīng)到材料接近，紅色出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當(dāng)最后滑槽對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到

20、材料接近，其出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 2 分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 PLC及其組件的選型及控制原理 2.1.1 PLC的型號(hào)選擇 對(duì)PLC型號(hào)選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比，選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。 （1）PLC的硬件功能 開關(guān)量控制的基本功能是PLC的開關(guān)量控制系統(tǒng),主要需要考慮是否最大數(shù)量的開關(guān)PLC的I / O點(diǎn)可以滿足系統(tǒng)要求。 一些系統(tǒng)有特殊要求對(duì)PLC的功能,如通信、網(wǎng)絡(luò)、PID閉環(huán)控制,響應(yīng)速度快,高速計(jì)數(shù)和運(yùn)動(dòng)控制、模塊化PLC應(yīng)該考慮是否有相應(yīng)的特殊功能模塊。一些積分PLC集成有高速計(jì)

21、數(shù)器,高速脈沖輸出,模擬電位器來調(diào)整,和脈沖捕獲、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷功能。對(duì)模擬輸入/輸出系統(tǒng)、PLC需要考慮最大的模擬I / O是否可以滿足要求,模塊的分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間，以及平均每點(diǎn)的價(jià)格。 本系統(tǒng)不需要跨范圍使用PLC對(duì)某些功能或信號(hào)也沒有特殊的速度要求，不需要選用具有高速I/O理功能的PLC。 （2）PLC指令系統(tǒng)的功能 對(duì)于小型單臺(tái)僅需要開關(guān)量控制的設(shè)備，一般的小型PLC便可以滿足要求。如果系統(tǒng)要求PLC完成某些特殊的功能，應(yīng)考慮PLC指令系統(tǒng)是否有相應(yīng)的指令來支持。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型PLC即可 （3）PLC物理結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將PLC分為整體

22、式和模塊式，集成PLC每個(gè)I / O點(diǎn)的平均價(jià)格是便宜的,一般采用PLC模塊類型,在小控制系統(tǒng)。但方便靈活、模塊化PLC功能擴(kuò)展I / O點(diǎn),如比率多少輸出,輸入點(diǎn)和點(diǎn),和類型的I / O模塊塊,特殊的I / O模塊的使用選擇的是更大的比積分PLC,判斷故障范圍改變了在維護(hù)模塊,也很方便,因此更復(fù)雜,要求更高的一般選擇模塊化PLC系統(tǒng)?？紤]此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試PLC的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 （4）確定輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù) 應(yīng)該確定哪些信號(hào)需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，是開關(guān)量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的等級(jí)；是否有特殊要求，例如快速

23、響應(yīng)等，并建立相應(yīng)的表格。如果系統(tǒng)不同部分相互距離很遠(yuǎn)，可以考慮使用遠(yuǎn)程I/O。 根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求PLC點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)15點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)8點(diǎn)， 4）輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí) 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種種類。選擇時(shí)主要根據(jù)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，也可以直接和接近開關(guān)、光電開關(guān)和其他電子輸入設(shè)備連接;交流輸入模塊可靠性好,適合油霧、灰塵的條件下使用。 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)和電壓等級(jí)有:直流5 V、12 V、24 V,48 V,60 V等;交流,110 V,220 V,等等。在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)輸入裝置和輸入模塊之間的距離來考慮

24、。一般5 V、12 V、24V近距離傳輸?shù)膱?chǎng)合,例如5 v的輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過10米。遠(yuǎn)高模塊應(yīng)選用輸入電壓水平[2]。 本系統(tǒng)傳輸距離較近可選擇24Ｖ直流輸入。 2.1.2 I/O模塊的選型 PLC的型號(hào)選好后，根據(jù)I/O表和可以供選擇的I/O模塊的類型，確定I/O模塊的型號(hào)和塊數(shù)。選擇I/O模塊時(shí)，I/O點(diǎn)數(shù)一般應(yīng)留有一定的余量，以備今后系統(tǒng)改進(jìn)或者擴(kuò)充時(shí)使用。 （1）開關(guān)量輸入模塊的選擇 開關(guān)量輸入模塊的輸入電壓為AC220V DC24V可一般。直流輸入電路延遲時(shí)間較短,可以直接和接近開關(guān)、光電開關(guān)和其他電子輸入設(shè)備連接。交流輸入模式適合于Zaiyou油霧、灰塵的條件下使用,

25、在這些條件下交流輸入觸點(diǎn)的接觸較為可靠。 1）輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式。 匯點(diǎn)式的開關(guān)量輸入模塊和所有輸入點(diǎn)共享一個(gè)公共端(COM);和數(shù)據(jù)包類型開關(guān)輸入模塊輸入點(diǎn)分成幾組,每組(幾個(gè)輸入點(diǎn))有公共邊,團(tuán)體之間是分開的。分組的開關(guān)輸入模塊和一個(gè)結(jié)點(diǎn)更高的價(jià)格,如果你不需要單獨(dú)的輸入信號(hào)之間,一般選擇轉(zhuǎn)運(yùn)站。所以本系統(tǒng)考慮價(jià)格便宜問題，且輸入信號(hào)之間不需要分隔，選用匯點(diǎn)式較合適。 2）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性,必須考慮輸入的大小閾值水平。閾值水平越高,抗干擾能力強(qiáng),傳輸距離越遠(yuǎn),具體可以參考指令PLC。 （2）開關(guān)量輸出模塊的選擇 開

26、關(guān)輸出模塊是低電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)在PLC外部開關(guān)信號(hào)輸出裝置,實(shí)現(xiàn)PLC信號(hào)內(nèi)部和外部電氣隔離。在選擇時(shí)應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面: 繼電器型輸出模塊的工作電壓范圍廣，觸點(diǎn)的導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和瞬時(shí)過電流的能力較強(qiáng)，但是速度動(dòng)作較慢，觸點(diǎn)壽命（動(dòng)作次數(shù)）有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號(hào)變化不是很頻繁，建議優(yōu)先選用繼電器型的。 輸出方式 開關(guān)輸出模塊有繼電器輸出,晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出是便宜的,可以用來驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,可用于直流負(fù)載,電壓應(yīng)用到廣泛的大小、傳導(dǎo)電壓降小,同時(shí)有更好的能力去承受暫態(tài)過電壓和過電流,它屬于接觸單元,緩慢的速度(驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載,接觸行動(dòng)頻率必須小

27、于1 hz),短壽命和可靠性較差,只適合于頻繁的開啟和關(guān)閉。 對(duì)于經(jīng)常打開和關(guān)閉負(fù)載,應(yīng)選擇晶閘管輸出或輸出晶體管,他們屬于非接觸式組件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載,和晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要考慮價(jià)格相對(duì)要便宜，而本系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作速度要求不高，所以選擇繼電器輸出作為輸出方式。 2）輸出接線方式 開關(guān)輸出模塊主要包括數(shù)據(jù)包類型,和單獨(dú)的兩個(gè)連接的方式。 輸出分組類型是幾個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)群體,一個(gè)組織有一個(gè)公眾方面,兩組之間是分開的,外部輸出設(shè)備可以用來驅(qū)動(dòng)不同的力,是輸出為每個(gè)輸出點(diǎn)有公共邊,孤立的輸出點(diǎn)。選擇時(shí)主要取決于類型的PLC輸出設(shè)備的電源和電

28、壓等級(jí)和多少。一般分兩個(gè)包類型的PLC輸出和輸出。系統(tǒng)輸出選項(xiàng)包類型。 3）驅(qū)動(dòng)能力 輸出電流的開關(guān)輸出模塊(驅(qū)動(dòng))必須大于額定電流的PLC外部輸出設(shè)備。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際的輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊輸出電流。如果實(shí)際的輸出設(shè)備較大,當(dāng)前輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng),可以增加放大在中間。 綜合對(duì)比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)各型號(hào)的PLC的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號(hào)為：FX2N—32MR，合計(jì)總數(shù)32點(diǎn)—16點(diǎn)輸入，DC24V，16點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性

29、能、價(jià)格都優(yōu)于其他PLC。 FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 2.2 傳感器的選擇 2.2.1傳感器的簡(jiǎn)介 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“可以把具體的測(cè)量信息(如物理、化學(xué)的內(nèi)容,生物質(zhì)等)轉(zhuǎn)換為信號(hào)設(shè)備可根據(jù)一定的規(guī)則或設(shè)備。傳感器是一種完整的檢測(cè)設(shè)備(或系統(tǒng)),可以感覺測(cè)量信息,并可以檢測(cè)感覺信息,按一定規(guī)律改變成為電信號(hào)輸出,或其他形式的信息需要滿足信息傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示

30、、記錄和控制的要求[3]。是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器生物體感官的工程模擬量；反之，感覺,可以被視為一種自然的生物傳感器。 所謂的“可用信號(hào)”,是指促進(jìn)運(yùn)輸,方便處理信號(hào)。目前,電子信號(hào)最符合要求的運(yùn)輸方便,易于加工。因此,也可以把傳感器是狹隘的定義為:外面的世界非電量信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出設(shè)備或裝置。 傳感器一般由變換元件、敏感元件和其他輔助元件組成。隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，把傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片上將會(huì)是未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此，信號(hào)調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分，如圖2所示

31、 圖2 傳感器的組成示意圖 敏感元件——是用來感受被測(cè)量，輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件，例如波紋管和膜片，可以把被測(cè)壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感元件。另外還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器等，其敏感元件和傳感器是一體的。 變換元件——又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。直接感受被測(cè)量（一般為非電量）且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量，如熱敏電阻和熱電偶。傳感元件也可以間接感受被測(cè)量，只感受與被測(cè)量成確定關(guān)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(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路——把傳感元件輸出的電信

32、號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號(hào)的電路。信號(hào)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，常用的電路有放大器、電橋、阻抗變換器和振動(dòng)器等。 傳感器根據(jù)使用要求的不同，可以做的很簡(jiǎn)單，也可以做的很復(fù)雜；可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開環(huán)系統(tǒng)。因此，傳感器的組成將依不同的情況而有所差異[4]。 2.2.2傳感器的選擇 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。主要用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 根據(jù)本論文設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)分析可知：需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、視覺傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置用來檢測(cè)氣缸動(dòng)作是否到位，視

33、覺傳感器是用來完成對(duì)不同物料的識(shí)別。 （1）位置檢測(cè)裝置 在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)當(dāng)氣缸執(zhí)行動(dòng)作時(shí)是否到位。常用的位置檢測(cè)裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件位置而切換電路的自動(dòng)控制電器、。動(dòng)作時(shí)，由擋塊與行程開關(guān)的滾輪碰撞，使觸頭接通或斷開，用來控制運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向、行程大小及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)的品種規(guī)格很多，有機(jī)械式和電子式兩種。按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)、滾輪直動(dòng)、杠桿單、雙輪等。選用行程開關(guān)時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同使用場(chǎng)合，滿足各方面的要

34、求等來進(jìn)行選擇。 在本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式磁感應(yīng)開關(guān)檢測(cè)氣缸回位動(dòng)作是否到位，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。 （2）視覺傳感器 視覺傳感器的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識(shí)別，本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器，對(duì)物料進(jìn)行分揀。 電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容量。多數(shù)場(chǎng)合下，電容由兩個(gè)金屬平行極板組成的，并且以空氣為介質(zhì)。是一個(gè)接近開關(guān)。電容傳感器的測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)板,另一個(gè)是板待測(cè)物的本身。當(dāng)對(duì)象移動(dòng)到接近開關(guān)、接近開關(guān)的對(duì)象和介電常數(shù)的變化,和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也相應(yīng)地改變。因此

35、,可以控制開關(guān)是開啟和關(guān)閉。在本設(shè)計(jì)里面電容傳感器用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料。 電感式傳感器屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)的物理量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)由非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置。用來檢測(cè)金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大電路,使用金屬物體可以產(chǎn)生電磁振蕩誘導(dǎo)在接近頭部,使對(duì)象在渦。渦流產(chǎn)生的反應(yīng)在接近開關(guān),接近開關(guān)振蕩容量衰減、內(nèi)部參數(shù)變化的電路?？傊?電感式傳感器可以找出存在的金屬物體接近,和控制開關(guān)打開或關(guān)閉。在這種設(shè)計(jì)使用設(shè)備來檢測(cè)鐵材料[5]。 根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以

36、對(duì)同一種顏色的物料進(jìn)行揀出。顏色傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。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(lán)）三種顏色的彩色濾光器，通過處理各自的輸出信號(hào)并識(shí)別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用顏色傳感器主要是用來識(shí)別紅色與綠色的材料。 目前，用于顏色識(shí)別傳感器有兩種基本類型:(1)顏色代碼傳感器,它使用一個(gè)白熾光源或單色LED光源;(2)RGB(紅、綠、藍(lán))顏色傳感器,檢測(cè)對(duì)象的反射比的三個(gè)主要的顏色,以便識(shí)別物體色。許多這樣的設(shè)備被溫暖的反射式、梁式、纖維類型、包裝在各種金屬和聚碳酸酯住房,典型的輸出是:NPN型和PNP型、繼電器。 為了便于PCL控制程序的編寫

37、，綜合公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及其各種情況，在本設(shè)計(jì)中，選擇RGB顏色傳感器作為識(shí)別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，使得PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)[4~6] 。 2.3 驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇 系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同，分為氣壓、液壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前主要采用的有氣壓、液壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。 氣壓驅(qū)動(dòng)，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。另一方面，氣動(dòng)技術(shù)作為一種“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”,由于不斷提高性能的組件,降低生產(chǎn)成本,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代設(shè)備和

38、自動(dòng)化生產(chǎn)線,幾乎所有配備氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。 液壓驅(qū)動(dòng)，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。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。 電氣驅(qū)動(dòng)，控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。但是由于電氣驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴，限制了電氣驅(qū)動(dòng)在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 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)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜

39、 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 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 清潔度 清潔 可能會(huì)產(chǎn)生污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡(jiǎn)單 相對(duì)于氣動(dòng)來說復(fù)雜 使用專門技術(shù) 簡(jiǎn)單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎沒有問題 注意著火 一般沒有問題 沒有特殊問題 通過以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較以及對(duì)本設(shè)計(jì)的參考選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿足了本

40、設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本[7~9] 。 2.4 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與選擇 機(jī)械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局類型直接影響到機(jī)械手的工作性能。在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是：力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路?，F(xiàn)在各種控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： （1）機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)

41、機(jī)構(gòu)組成。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(dòng)作方向相反。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①手指應(yīng)有一定的開閉范圍；②手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力；③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度；④結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；⑤通用性和可換性。[10] （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(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、

42、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。 氣吸式又可分為：負(fù)壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤；磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。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。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時(shí)，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負(fù)壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)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。 3）氣缸式 氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行

43、元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。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。其工作原理：對(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開關(guān)斷開，氣缸快速?gòu)棾?，此時(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開關(guān)感應(yīng)動(dòng)作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過程簡(jiǎn)單，所以該材料分

44、揀系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動(dòng)式[11] 2.5 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立 物料分揀系統(tǒng)的PLC控制用于對(duì)相關(guān)材料的自動(dòng)化分揀，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 電容傳感器 可編程控制器 PLC 下料傳感器 電感傳感器 顏色傳感器 電機(jī)及下料氣缸 氣缸1 氣缸2 氣缸3 氣缸壓縮機(jī) 氣缸4 接近開關(guān) A/D轉(zhuǎn)換 圖3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可得出其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行，綠燈L2亮，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，表示可以進(jìn)物料。材料經(jīng)傳感器對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，

45、檢測(cè)其分別為鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅色，其相對(duì)應(yīng)的氣缸進(jìn)行動(dòng)作，將材料推入滑槽內(nèi)，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動(dòng)作，將其推入滑槽內(nèi)，以完成對(duì)其的分揀。 圖4 材料分揀系統(tǒng)的示意圖 2.6 其他元器件及其選擇 料槽是材料手動(dòng)入庫(kù)而自動(dòng)出庫(kù)的裝置，它底部有一個(gè)光電傳感器。在使用時(shí)先人為地在料槽中放入材料，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到料塊時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，傳送帶啟動(dòng)，出料氣缸將料庫(kù)內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置。 控制按鈕是一種短時(shí)接通或斷開小電流電路的電器。它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它

46、們?nèi)タ刂浦麟娐贰? 常見的控制按鈕有LA系列和LAY1系列。LA系列按鈕的額定電壓為交流500V、額定電流為5A；LAY1系列按鈕的額定電壓為交流380V、直流220V，額定電流為5A。按鈕帽有紅、綠、黃、白等顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動(dòng)按鈕。 待機(jī)控制按鈕SB1和停機(jī)控制按鈕SB2選擇LAY1系列控制按鈕，電壓220V，電流5A。其中待機(jī)控制按鈕為綠色，停機(jī)控制按鈕為紅色。 調(diào)壓閥、空氣過濾器與氣壓指示儀表集中于一個(gè)模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個(gè)氣閥中。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定。空氣過濾器作用是濾除

47、壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達(dá)到系統(tǒng)要求的凈化程度。油霧器是一種特殊的注油裝置，以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，使壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。 在自動(dòng)分選部分中，先導(dǎo)式電磁換向閥由傳感器、氣缸及導(dǎo)料軌道組成。當(dāng)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作將其推人應(yīng)去的滑道。 導(dǎo)料軌道主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時(shí)導(dǎo)出材料。所使用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行。內(nèi)置電源將220交流電轉(zhuǎn)換成24伏的直流電供給各個(gè)傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個(gè)指示燈，同時(shí)也為單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

48、提供穩(wěn)定的220伏電壓。 控制器采用三菱FX2N---32MR型PLC。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、氣缸位置傳感器的信號(hào)，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動(dòng)作。 電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送材料進(jìn)行分揀，本系統(tǒng)中電機(jī)需減速運(yùn)行，選用一般的帶式電機(jī)即可。 本設(shè)計(jì)中共設(shè)置了三個(gè)檢測(cè)材料的傳感器，同時(shí)預(yù)留了一個(gè)空余的氣閥與氣缸用來添加其它的傳感器。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。 2.7 I/O接口的選擇及PLC的接線 結(jié)合系統(tǒng)進(jìn)行PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配及系統(tǒng)控制接線和變頻參數(shù)的設(shè)定。根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的

49、控制有輸入信號(hào)15個(gè)，均為開關(guān)量。輸出信號(hào)有8個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關(guān)量。 如表2給出系統(tǒng)中主要的元器件清單： 表2 主要元器件清單 序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 品牌或 公司 1 PLC FX2N-32MR 1 16輸入，16輸出，繼電器輸出形式 三菱 2 靜音空氣壓縮機(jī) FB-0.048/7 1 噪音低、性能穩(wěn)定、工作安全可靠,功率0.55KW 韓國(guó)SANWO 3 氣閥 SVK0120 5 先導(dǎo)式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：24V 韓國(guó)SANWO

50、 4 氣缸 SCDJB10-45S 5 產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套，推動(dòng)物料進(jìn)行分揀 韓國(guó)SANWO 5 磁感應(yīng)開關(guān) D-C73 5 額定電壓：DC24V AC110V額定電流：DC：5～40mA AC: 5～20mA 氣缸回位限位開關(guān) 易電國(guó)際集團(tuán) 6 接近開關(guān) CAT2-12GM 5 靜電容量式接近開關(guān) 判斷物料是否到位 易電國(guó)際集團(tuán) 7 光電開關(guān) E3R-5DE4 1 判斷有無物料 歐姆龍 7 電感式接傳感器 BLJ18A4-8-Z/B1Z 1 額定電壓：DC：6～36V 額定電流：300mA 百斯特 8 電容式傳感

51、器 E2K-X81ME1 1 靜電容量型近接開關(guān) 額定電壓：DC12～24V(DC10～30V) 歐姆龍 9 顏色傳感器 E3S-VS1E4 1 額定電壓：DC：12～24V額定電流：400mA 歐姆龍 10 電動(dòng)機(jī) YN60-6 1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)減速電機(jī)性能參數(shù) 功率：6W 電壓：110V 頻率：50HZ 電流：0.20A 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min LINIX 溫嶺市永久電子器械廠 11 內(nèi)置電源 MD35-34 1 輸入電壓：AC220伏 15% 輸出電壓：DC24伏 DADONG 11 滑槽 4 鋁合金

52、 青島銳誠(chéng)德倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)備有限公司 12 傳送帶 1 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置I/O對(duì)應(yīng)功能，如表3所示。 表3 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 X00 SB1 啟動(dòng)按鈕 X01 SQ1 下料物料接近開關(guān) X02 SQ2 鐵質(zhì)物料接近開關(guān) X03 SQ3 鋁質(zhì)物料接近開關(guān) X04 SQ4 紅色物料接近開關(guān) X05 SA 電感傳感器 X06 SB 電容傳感器 X07 SC 顏色傳感器 X10 SN 判斷下料有無（光電傳感器） X11

53、SW1 上料氣缸回位限位開關(guān) X12 SW2 鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān) X13 SW3 鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開關(guān) X14 SW4 紅色物料氣缸回位限位開關(guān) X15 SW5 其他物料氣缸回位限位開關(guān) X17 SB2 停止按鈕 輸 出 部 分 Y00 YV1 上料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y01 YV2 鐵質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y02 YV3 鋁質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y03 YV4 紅色物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y04 YV5 其他物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y05 M 傳送帶 Y06 LD1 紅色指示燈 Y07 LD2 綠

54、色指示燈 物料分揀系統(tǒng)接線圖如圖5所示 圖5 PLC系統(tǒng)外部接線圖 3 物料分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 可編程控制器（PLC）的簡(jiǎn)介 PLC(可編程邏輯控制器),是可編程邏輯控制器的縮寫。這是一個(gè)微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)和發(fā)展起來的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置,具有以下特點(diǎn): (1)高可靠性:產(chǎn)品如三菱、西門子、歐姆龍PLC、平均故障間隔時(shí)間大大超過指定的IEC 100000小時(shí),可以用更多的冗余系統(tǒng),進(jìn)一步提高了可靠性。 (2)編程方便,易于使用:梯形圖語(yǔ)言,證監(jiān)會(huì)、功能塊編程語(yǔ)言和各種各樣的方式,簡(jiǎn)單,容易上手

55、。 (3)強(qiáng)大的控制功能,除了基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能,還可以實(shí)現(xiàn)位置控制、PID控制、過程控制、數(shù)字控制等功能,但也為遠(yuǎn)程控制。 (4)擴(kuò)展機(jī)和外部連接非常方便:控制設(shè)備可能由PLC網(wǎng)絡(luò)模塊連接在一起,實(shí)現(xiàn)有效的信息資源共享交換。 在自動(dòng)控制系統(tǒng),可編程邏輯控制器中扮演著中心角色?？删幊踢壿嬁刂破髟诿绹?guó)于1969年,經(jīng)過30多年的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)成為最重要、最可靠、最廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制微機(jī)。可編程邏輯控制器的CPU(中央處理器)、內(nèi)存、輸入/輸出模塊、可編程器件和功率的5個(gè)主要組件,結(jié)構(gòu)如圖6。 輸出模塊 輸入模塊 編程器 CPU模塊 存儲(chǔ)器 按鈕 選

56、擇開關(guān) 限位開關(guān) 電源 圖6 PLC 的構(gòu)成 CPU掃描方式工作,每一次掃描完成以下工作[12]: (1)將現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)讀入輸入圖像和數(shù)據(jù)寄存器,分別。 (2)閱讀詳細(xì)解釋用戶程序,相應(yīng)的控制信號(hào)來控制相關(guān)的電路、數(shù)據(jù)訪問、傳輸和處理,并更新所有相關(guān)寄存器根據(jù)操作的結(jié)果。 (3)發(fā)送內(nèi)容的輸出圖像注冊(cè)輸出模塊,以控制外部負(fù)載。 PLC的CPU是分時(shí)操作的方式處理各種任務(wù)。因?yàn)楦哌\(yùn)算速度,從原文的外部輸入和輸出的關(guān)系,這個(gè)過程的PLC幾乎是瞬時(shí)的。PLC用戶程序由一個(gè)數(shù)量的指示,指示一步一步在內(nèi)存號(hào)碼順序。用戶程序運(yùn)行掃描方式。在沒有跳轉(zhuǎn)指令,C

57、PU從第一個(gè)指令、訂單詳細(xì)執(zhí)行用戶程序,直到最后的用戶程序,該程序?qū)⒎祷氐谝粋€(gè)指令開始新一輪的掃描。 PLC是多次重復(fù)上訴掃描周期,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的目的。 2的應(yīng)用領(lǐng)域可編程序邏輯控制器 經(jīng)過20多年的工業(yè)應(yīng)用程序、PLC特點(diǎn)已經(jīng)越來越多的為大多數(shù)行業(yè)的認(rèn)識(shí)和接受,使股價(jià)迅速滲透到各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)控制,從單一到工廠自動(dòng)化,機(jī)器人,柔性制造系統(tǒng)從本地網(wǎng)絡(luò)等等[13~15]。仔細(xì)來分,PLC大致有如下幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域: (1)開關(guān)量的邏輯控制。 PLC取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 (2)運(yùn)動(dòng)控制。 PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。

58、 (3) 閉環(huán)過程控制。 過程控制是指連續(xù)的變化,如溫度、壓力、流量模擬閉環(huán)控制。模擬控制功能的PLC已廣泛應(yīng)用于塑料擠出成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐設(shè)備,廣泛應(yīng)用于輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 (4)數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC與數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、排序和查找表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型和中型控制系統(tǒng),如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。 (5)機(jī)器人控制。機(jī)器人作為一種重要的設(shè)備在自動(dòng)生產(chǎn)線,工業(yè)過程已經(jīng)成為未來的三大支柱工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化?，F(xiàn)在,許多機(jī)器人制造公司股價(jià)被選擇作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。用PLC進(jìn)一步萎縮,進(jìn)一步

59、增強(qiáng)功能、PLC應(yīng)用于機(jī)器人控制可能更常見。國(guó)外據(jù)統(tǒng)計(jì),80%是用于工業(yè)控制PLC來完成。對(duì)于順序控制是控制不可或缺的一部分,幾乎任何過程控制和生產(chǎn)管理進(jìn)行分階段的方式,因此可以PLC。有外國(guó)PLC用于自動(dòng)控制領(lǐng)域占60%,占20%,應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理用于生產(chǎn)管理(18%),用于人機(jī)界面(22%)?？梢娭鲗?dǎo)工業(yè)控制、PLC、數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)管理等?，F(xiàn)在,計(jì)算機(jī)仍是主體。 3發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的可編程序邏輯控制器 目前,全世界大約有200,生產(chǎn)PLC制造商的300多個(gè)品種。全球PLC交貨數(shù)量1998年到1456萬年,1999年到1620萬年,2001年到1778萬年。2001年出貨量的PLC,根

60、據(jù)最終用戶分:汽車占23%,糧食加工的16。4%,化學(xué)品14。6%,金屬和礦業(yè)的11。5%,紙漿和紙張占11。3%,其他(23)2%。并隨著集成PLC和IPC、DCS、PLC、逐漸成為自動(dòng)化設(shè)備和過程控制系統(tǒng)是最大的市場(chǎng)份額的產(chǎn)品。2000年,PLC控制的銷售的市場(chǎng)份額超過50%[9]。在全球PLC制造商,據(jù)美國(guó)AutomationResearchCorp(弧),公司是世界上領(lǐng)先的制造商的五霸為西門子(西門子)公司,艾倫-布拉德利(A - B)、施耐德(施耐德)、三菱(Mitsubishi)、歐姆龍(Omron),他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。從西方 門介紹SIMATIC s7 -

61、 400 PLC的性能可以導(dǎo)致世界一眼:介紹SIMATIC s7 - 400是一個(gè)盒式包裝模塊,可卡,安裝在導(dǎo)軌,設(shè)立的機(jī)構(gòu)I / O總線,總線電連接,該模塊可以更換或當(dāng)工作或充電插頭,拉,可以快速安裝和維護(hù)、修改方便,主要表現(xiàn)有: (1)CPU內(nèi)存容量64 k字節(jié),可以延長(zhǎng)到1。個(gè)字節(jié)。 (2),和字處理速度80 ns - 200 ns。 (3)最大的系統(tǒng)容量可以4 CPU計(jì)算在同一時(shí)間。 (4)最強(qiáng)大的擴(kuò)展能力中央控制器s7 - 400可以擴(kuò)展單元連接到21。 (5)分在每個(gè)CPU接口(MPI),可以同時(shí)連接編程設(shè)備,操作界面系統(tǒng),等等。 (6)由于CPU - L2 - DP與

62、分散性能半集成。 (7)連接到計(jì)算機(jī)和其他西門子產(chǎn)品或系統(tǒng)接口。 (8)與高可靠性、完美的自我診斷和清除故障特征。 公司生產(chǎn)現(xiàn)在也有一定的發(fā)展在我們的國(guó)家。小型PLC已批量生產(chǎn);中型PLC現(xiàn)有產(chǎn)品;大型PLC已經(jīng)開始發(fā)展。但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額還不到10%。和許多仍在充分引進(jìn)或國(guó)內(nèi)PLC為主與通用的階段。 一般來說,國(guó)內(nèi)的發(fā)展有一定的基礎(chǔ),公司但看,從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、獨(dú)立開發(fā)和生產(chǎn)的進(jìn)口技術(shù)PLC主要屬于中間產(chǎn)品,還沒有形成主流產(chǎn)品和完整的系列產(chǎn)品。因此,PLC完全在我國(guó)產(chǎn)業(yè)化仍有很長(zhǎng)的路要走。 計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化越來越高的需求,可編程控制技術(shù)得到了快速發(fā)展,其技術(shù)和產(chǎn)品改進(jìn)。

63、才明白PLC隨著時(shí)代的開關(guān)量控制是過去,PLC,不僅因其良好的性能可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求廣泛,通信技術(shù)和信息處理技術(shù),其功能是完美的。在未來,公司將主要在以下兩個(gè)方向:一個(gè)是發(fā)展方向的專業(yè)和低價(jià)格超小型;另一個(gè)是方向發(fā)展高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)?？偟陌l(fā)展趨勢(shì)如下: (1)可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 (2)CPU處理速度進(jìn)一步加快 (3)可編程控制技術(shù)的智能化 (4)向集成化、通訊化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 (5)控制系統(tǒng)分散化 (6) PLC的新進(jìn)展-軟PLC[19~20] 計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)又取得了一系列新的進(jìn)展。目前有許多工業(yè)用自動(dòng)控制產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品開

64、始轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)作為平臺(tái)的控制模式,這是軟PLC。軟PLC是實(shí)際使用軟件實(shí)現(xiàn)功能的傳統(tǒng)PLC,它是最大的優(yōu)點(diǎn)是靈活的擴(kuò)展能力,用戶可以選擇不同的廠家生產(chǎn)的各種硬件產(chǎn)品,充分利用各自的最好特性的軟件,最好的控制系統(tǒng)。同時(shí),與硬件連接也非常方便。有很多I / O卡可以直接連接到軟、PLC計(jì)算機(jī)總線。在硬件和軟件兩個(gè)方面可以達(dá)到完美結(jié)合,工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC的性能、方便擴(kuò)展和人機(jī)通信的性能,是一種發(fā)展趨勢(shì)在未來的PLC。 3.2分揀系統(tǒng)的控制要求及其流程圖 本課題是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同而設(shè)計(jì)的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色的材料的自動(dòng)分揀，具體控制過程為： （1）接通電源，按下啟動(dòng)

65、開關(guān)SB1，系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，指示燈綠燈L2亮。 （2）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器SQ1(光電傳感裝置)檢測(cè)到料槽無材料或各氣缸未復(fù)位時(shí)，傳送帶須繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)行程10S后自動(dòng)停機(jī),指示燈紅燈亮。 （3）系統(tǒng)啟動(dòng)后，下料傳感器SQ1(光電傳感裝置)檢測(cè)到料槽有材料，每隔2S出料氣缸動(dòng)作一次，動(dòng)作時(shí)間維持為1S，將待測(cè)材料推到傳送帶上，待測(cè)物體開始在傳送帶上運(yùn)行，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （4）當(dāng)電感傳感器SA檢測(cè)到鐵質(zhì)材料時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ2感應(yīng)到材料接近，鐵出料氣缸將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （5）當(dāng)電容檢測(cè)傳感器SB檢測(cè)到材料為鋁質(zhì)時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ3感應(yīng)到材料接近，鋁出料

66、氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （6）當(dāng)顏色檢測(cè)傳感器SC檢測(cè)到材料為紅色時(shí)，且其對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)SQ4感應(yīng)到材料接近，紅色出料氣缸動(dòng)作將待測(cè)物體推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當(dāng)最后滑槽對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，其出料氣缸動(dòng)作將被檢測(cè)到的材料推下，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。 由分揀控制系統(tǒng)的分揀要求畫出控制系統(tǒng)的程序流程圖，圖7所示。 圖7 分揀系統(tǒng)流程圖  3.3軟件設(shè)計(jì)及編程 根據(jù)分揀系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)出梯形圖，梯形圖的程序見附錄。 當(dāng)程序設(shè)計(jì)好之后必須下載到PLC中才可以運(yùn)行系統(tǒng)，下載時(shí)使用的是三菱PLC專用的編程電纜SC—09。電纜的一端是接電腦的RS232串口，一端接在PLC的RS422通訊串口上。當(dāng)電纜接好之后，打開軟件，進(jìn)入要下載的文件。先轉(zhuǎn)換文件，然后選擇菜單欄里的“PLC”選擇“傳送”-“寫入”，便可以下載程序到PLC中。傳送程序時(shí)，應(yīng)注意以下問題： 1） 計(jì)算機(jī)的RS-232端口及PLC之間必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)換器連接； 2） 執(zhí)行完“讀入”后，計(jì)算機(jī)中的程序?qū)⒈粊G失，原有的程序?qū)⒈蛔x入的程序所