物流配送材料分揀系統(tǒng)機械系統(tǒng)設計

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1、物流配送材料分揀系統(tǒng)機械系統(tǒng)設計 摘要 隨著國內(nèi)現(xiàn)代化技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動控制技術(shù)在制造、物流等行業(yè)應用非常廣泛，同時市場的競爭越來越激烈，很多企業(yè)在生產(chǎn)過程中都應用了各種各樣的自動生產(chǎn)線或者進行了生產(chǎn)設備的自動化升級改造。通過應用自動控制技術(shù)，從而大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了人工勞動強度，同時在質(zhì)量控制方面也得到了明顯的改善，企業(yè)生產(chǎn)過程控制在很多方面都有了很大的提高，所Ｗ研制投入自動化生產(chǎn)線也就成為了現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢之一。 隨著人們購買力的提高，物流行業(yè)迎來了飛速發(fā)展的黃金時期，借助工業(yè)自動化和智能化等先進技術(shù)，物流分揀傳送工作取得了質(zhì)的飛躍。當前絕大多數(shù)物流分揀

2、系統(tǒng)都已經(jīng)實現(xiàn)了智能化控制，不需要依靠人工就可以大批量、連續(xù)準確地完成分揀任務。本文對物流分揀傳統(tǒng)系統(tǒng)進行分析，研究其如何實現(xiàn)智能化控制。本論文在系統(tǒng)介紹了智能分揀設備技術(shù)的應用方面，設計了基于PLC(可編程控制器)和多傳感器融合的智能分揀系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：物流配送；分揀系統(tǒng)；PLC 一、緒論 （一）研究背景 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中自動化水平不斷提高，傳統(tǒng)的人工分煉方式已跟不上現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)代化工廠，人工分割的生產(chǎn)線上連續(xù)大量的資料容易引起精煉誤差，生產(chǎn)效率低。隨著科技的快速發(fā)展，機械生產(chǎn)過程和電子等多個行業(yè)已經(jīng)設計應用了許多功能和各種自動化生產(chǎn)線，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)技術(shù)在

3、大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、改善工人工作條件、降低能耗、節(jié)約材料等方面取得了顯著效果。在企業(yè)生產(chǎn)組裝過程中，自動檢測和分煉技術(shù)是企業(yè)自動化生產(chǎn)流水作業(yè)的重要條件，自動化技術(shù)的應用成為必然趨勢。企業(yè)生產(chǎn)采用自動化設備，提高自動化生產(chǎn)水平，在生產(chǎn)過程中不斷重復，要求高精度的工作，在先進的生產(chǎn)制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。生產(chǎn)型企業(yè)要求產(chǎn)品分揀包裝效率和成本控制高。提高所以分揀生產(chǎn)效率是不斷改善許多企業(yè)生產(chǎn)效率的重要措施之一。 自動分煉技術(shù)隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代市場上得到了應用，自動分揀系統(tǒng)集成了可編程控制器、機械傳動和氣動控制、人機界面、電機拖動等技術(shù)的應用，其中應用可編程控制器技術(shù)是自動化的

4、重要組成部分，自動控制、具有監(jiān)控作用的系統(tǒng)是為了滿足實際應用環(huán)境而設計的系統(tǒng)功能包括產(chǎn)品的分室、處理、顯示、人與人的交互等操作，穩(wěn)定的控制系統(tǒng)影響著整個系統(tǒng)的順暢運行和控制作用，影響著整個分室系統(tǒng)過程的控制質(zhì)量。目前，自動分裝系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應用的研究熱點，零件分裝扭曲是實際生產(chǎn)過程中的必要工序，也是零件加工生產(chǎn)線的重要過程，其中材料檢測與識別是自動分裝系統(tǒng)的重點，系統(tǒng)設計前要考慮零件的材質(zhì)、顏色、形狀等特點以及下一工序組裝所需的零件結(jié)構(gòu)通過自動檢測和分工的研究，實現(xiàn)生產(chǎn)效率、資源利用率的提高和人工勞動強度的降低具有非常重要的意義。 （二）研究意義 我國的智能分揀系統(tǒng)的在工業(yè)上的使用

5、較少，本課題針對物流公司配送材料的輸送過程所存在的實際問題，研究計劃優(yōu)化現(xiàn)階段的人工分揀方法，設計自動檢測與分揀系統(tǒng)理論驗證測試，化及在我司的物流配送材料產(chǎn)品中都可應用自動分揀技術(shù)。在實際生產(chǎn)過程中，很多工序需要對產(chǎn)品進行分批處理，而從工時分析上看采用人工分煉的生產(chǎn)效率很低、人工成本較高而且人為的失誤也是不可避免的。對產(chǎn)品的自動分揀可以有效的改進企業(yè)生產(chǎn)過程中存在的這類問題，為企業(yè)降低成本、提高效率和增強企業(yè)的綜合競爭力，其意義在于： 1、可以降低工人的勞動負荷 2、可以減少人力資源 3、可以提高分揀合格率 4、可以提高分揀分辨效率。 （三）自動分揀系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從1960年

6、起，外國物流公司開始使用分揀系統(tǒng)來分揀貨物。例如，物流配送中心計劃是由Moffin提出的。該計劃最終由亨氏公司開發(fā)，并用于雀巢公司的物流配送計劃。1980年以后，國外分揀系統(tǒng)的研究和發(fā)展更加迅速。aughan和mark(1999)將分選過程分為五個步驟:整合材料、系統(tǒng)選擇、傳感器檢測、找出相似材料，最后將材料轉(zhuǎn)移到指定位置，從而將不同的材料和結(jié)構(gòu)組合成一個穩(wěn)定的分選系統(tǒng)。Masel(2003)研究了不同形狀貨物的分類，并模擬了相應的解析公式。SaeneJR(2002)設計了物料分揀系統(tǒng)和傳送帶的使用。針對不同的分揀項目，采用不同的傳送帶，構(gòu)建了一套可靠的物流分揀處理系統(tǒng)。 A. wilson

7、根據(jù)發(fā)光原理和發(fā)光二極管參數(shù)的封裝特點設計了分揀機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，并結(jié)合發(fā)光二極管照明的優(yōu)勢和發(fā)展前景進行了相關(guān)研究。證實了發(fā)光二極管全自動分揀機是集光、機、電技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的智能自動分揀系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，分選速度快，人機界面更加先進，操作維護簡單。 EiichiTaniguchi等人對基于物體形狀損傷的自動分揀系統(tǒng)進行了研究，實現(xiàn)了基于不規(guī)則形狀識別技術(shù)的包裹直接檢測和分揀。最復雜的是不使用模糊皮層識別機制進行檢測，而使用SVM進行分類。該方案能夠快速有效地識別分揀裝配線上損壞的貨物，并及時采取相關(guān)措施進行重新包裝，防止貨物泄漏和丟失。 在二戰(zhàn)之后，美國日本大力發(fā)展和研制自

8、動分揀機。而在日本的一些商業(yè)公司、醫(yī)療行業(yè)等的采用全自動分揀方式的設備更有著廣泛的應用。目前，美國在回收系統(tǒng)的研制已經(jīng)達到非常高的水平，已經(jīng)可以通過自動化與計算機的結(jié)合，共同完成整套回收功能。在歐洲，英國、德國等國家也在回收技術(shù)上化了很高的研究費用，目的為達到更好的分揀效果和分揀功能，德國西門子公司利用自身的技術(shù)，在再回收體系中設計出大量的分揀設備，并在工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛。目前，在國際上廣泛使用的分揀機按操作速度分為有中速/高速/推塊式高速自動分揀機，按功能分為小物品/數(shù)字式/全自動分揀機等。 我國自動分揀機的應用大約始于1980年代,近期的市場興起和技術(shù)發(fā)展始于1997年。自動分揀的概念先

9、在機場行李處理和郵政處理中心得到應用,然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實際需求的增長,各行業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域,并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴展。這些領(lǐng)域的一個共同特點是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準確性要求高和人工處理效率低等特點。 隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，材料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。目前自動分揀

10、已逐漸成為主流，因為自動分揀是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡，把到達分揀位置的貨物送到別處的的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè)，因此，分揀處理能力較大，分揀分類數(shù)量也較多；另外組態(tài)軟件的的發(fā)展，為物料分揀系統(tǒng)增添了新的活力。 綜上所述，我國雖然在自動化方面取得了不少的進步，但還是與發(fā)達國家相差很遠，技術(shù)上還是不如發(fā)達國家，因此，我國需要加大在這方面的投入，提高我國在自動化設備上的研發(fā)技術(shù)。 二、相關(guān)概述 （一）自動分揀系統(tǒng)的定義 自動分揀是指貨物進入分揀系統(tǒng)到指定的分配位置為止，都

11、是按照系統(tǒng)設定的指令靠自動裝置來完成的。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?？刂蒲b置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。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。 （二）物流分揀的概念 物流分揀是航空快遞企業(yè)內(nèi)部處理過程中的重要工序。由分揀人員或者分揀機器根據(jù)快件封面上所書寫的地址或條形碼，按本企業(yè)內(nèi)部自我編列的分揀路

12、由（即路向），通過粗分與細分的步驟件進行分類、整理的過程。 （三）物流分揀的方式 一般來說分揀種類分為人工分揀、機器自動分揀及人機相結(jié)合的分揀形式，這里我們根據(jù)分揀過程形式，將分揀具體劃分五種：①人工分揀。分揀作業(yè)由人來進行，人、貨架、集貨設備(貨箱、托盤等)配合完成配貨作業(yè)，在實施時，由人一次巡回或分段巡回于各貨架之間，按各部分的需求揀貨，直至完成。②人工+手推作業(yè)車分揀。分揀作業(yè)人員推著手推車一次巡回或分段巡回于貨架之間，按要求進行揀貨，直到完成。它與人工揀選基本相同，區(qū)別在于借助半機械化的手推車作業(yè)。③人工+機動作業(yè)車分揀。分揀作業(yè)員乘車輛或臺車載對一個貨架或多個貨架上的貨物進行揀選

13、。比如：大貨/分揀重貨程序。④自動分揀傳送帶分揀。傳送帶不停地運轉(zhuǎn)，或上貨人員按指令將貨物取出放在傳送帶上，或者放入傳送帶上的容器內(nèi)。當分揀機器自動分揀后運轉(zhuǎn)到末端時把貨物卸下來，放在已規(guī)劃好的指定區(qū)域內(nèi)。 （四）自動分揀系統(tǒng)的主要特點 自動分揀的系統(tǒng)相對于采用人工分揀的方式和人工與機器結(jié)合的半自動化的方式有著許多的不同，它主要特點有: （1）效率高：由于采用流水化的生產(chǎn)方式，使得分檢系統(tǒng)需要適應各種環(huán)境和氣候的需要，并不受一些環(huán)境等方面的影響，在使用時可以持續(xù)自動工作，并且工作效率很高。因此它可以進行大批量的分揀操作。此分揀系統(tǒng)十分鐘即可完成千件左右物品的分揀工作，它比一般的分揀1小時

14、只能完成百件左右的量的物品來說，效率非常的高。此外，該系統(tǒng)可以完全脫離人工操作，這將使可以騰出更多的人力完成其他更重要的事。 （2）誤差率低:智能分揀系統(tǒng)依靠其準確的信息輸入，然而通過與信息輸入的運算進行物品的分析和分揀。在此過程中對需識別對象的信息采集和分析是最關(guān)鍵的過程。如果采用人工輸入和語音方式輸入，將出現(xiàn)較大的誤差率，如果使用條形碼識別的方式進行信息錄入，就需要對條形碼進行保護，防止其破損和遺失，保證信息正確。目前，電子標簽技術(shù)完善，可以使信息不丟失的同時也方便信息的錄入，而且可以使智能化的分檢系統(tǒng)可以適應各種工作環(huán)境。 （3）基本可以達到全自動化：在國外，由于勞動力缺乏，如何能夠

15、降低工人勞動強度是外國發(fā)達國家考慮最多的問題。目前，采用自動化的分揀系統(tǒng)由于可以省去大量的勞動力，因此可以降低工人操作難度和勞動強度。而分揀過程的操作本身也是不需要人工參與的，工人在全套分揀的過程中只需要進行如下工作:為分揀系統(tǒng)設置程序；分揀系統(tǒng)的流水線按照程序自動將完成分揀的物品分裝。 （五）系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 設計的此套系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示: 圖2.1物料分類系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)上圖，系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下:1.信號設定裝置:鳳凰光學集團有限公司精加工車間產(chǎn)生的廢料在進行分揀操作之前，需要對信號進行設定，并將分揀的信息收集到控制器的內(nèi)存中。2.輸入裝置:一些鋁料頭和鐵質(zhì)廢屑等

16、物品傳輸通過各個道口的裝置。3.分揀道口:將已完成分揀的廢料進行收集的裝置。它是將各個分揀出的物品分類收集的通道，它主要通過皮帶、輥子和滾輪等部件組成。當在分揀道口飽和堆積時，將使用光電管檢測用以控制進入的廢料量。4.喂料器和上件裝置:它是將鋁料頭等廢料進入傳送帶時的緩沖地帶，它能讓廢料逐步地將速度提高與傳送帶一致。5.分揀裝置:它是系統(tǒng)的主要裝置，它由工程輸送裝置、傳感器裝置和分揀的裝置組成。工程輸送裝置主要將廢品輸送到指定的分揀道口上，而分揀裝置是將廢品通過信號檢測輸送到相應的分揀道口。6.控制器:它是系統(tǒng)工作的核心，控制所有的部件完成傳遞、處理和控制的過程。自動分揀系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依靠

17、控制器通過接收的信號，進行分析并進行處理，隨后把控制信號傳輸?shù)街付ǖ姆謷揽谥小? 三、自動分揀系統(tǒng)的硬件設計 （一）傳感器的選型 1.電感式傳感器 此傳感器接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來檢測鐵質(zhì)材料。 電感式接近傳感器選擇LE4-1K，技術(shù)參數(shù)如表3.1： 表3.1電感式傳感器技術(shù)參數(shù) 工作電壓10-30V

18、 額定電流200MA 感應距離4mm 圖3.1電感傳感器工作原理圖 圖3.2電感傳感器LE4-1K成品圖 電感傳感器介紹：由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：①無活動觸點、可靠度高、壽命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復性好；⑤測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；

19、⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 2.電容傳感器 此傳感器屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板,而另一個極板是待測物體的本身。當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此，便可控

20、制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測鋁質(zhì)材料。 電容式傳感器選擇OMRON的E2K—X81ME1型，技術(shù)參數(shù)如表3.2： 表3.2電容式傳感器技術(shù)參數(shù) 工作電壓10-30V 額定電流200MA 感應距離8mm 圖3.4電容傳感器E2K—X81ME1成品圖 電容傳感器介紹：用電測法測量非電學量時，首先必須將被測的非電學量轉(zhuǎn)換為電學量而后輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為變換器；根據(jù)不同非電學量的特點設計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測的力學量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。從能量轉(zhuǎn)換的角度 而言，電容變換器為無源變換器，需要

21、將所測的力學量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長度或者長度比值進行測量的量，而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求，在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達到1～5μm數(shù)量級；而有一種電容測微儀，他的分辨率為0.01μm，比前者提高了兩個數(shù)量級，最大量程為1005μm，因此他在精密小位移測量中受到青睞。 對于上述這些力學量，尤其是緩慢

22、變化或微小量的測量，一般來說采用電容式傳感器進行檢測比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點： (1)測量范圍大其相對變化率可超過100%； (2)靈敏度高，如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達10-7數(shù)量級； (3)動態(tài)響應快，因其可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量； (4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強磁場、強輻射下長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。 3.顏色傳感器 此傳感器屬于具有開關(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

23、（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。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來識別綠色與黃色的材料。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電磁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的傳感器安裝即可。 選用TAOS公司生產(chǎn)的，型號為TCS230顏色傳感器。此傳感器為RGB(紅綠藍)顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如下圖所示。 圖3.5TCS230顏色傳感器 圖3.6顏色傳感器TCS230成品圖 RGB顏色傳感器介紹： TCS230是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種

24、可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個

25、光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器，16個光電二極管帶有綠色濾波器，16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2Hz~500kHz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器

26、的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。 當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào)整，以適應不同的需求。 S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供

27、工作電壓。表2是S0、S1及S2、S3的可用組合。 （二）限位開關(guān)的設計 限位開關(guān)就是用以限定機械設備的運動極限位置的電氣開關(guān)。這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關(guān)的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關(guān)有一定的“超行程”以保護開關(guān)不受損壞。非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應式等。 材料自動化分揀系統(tǒng)中,氣缸回位限位開關(guān)、氣缸動作限位開關(guān)都選用D—C73型號的磁感應開關(guān)，控制功

28、率高、作用距離大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、壽命長。適合用于自動控制系統(tǒng)中，進行自動檢測、定位、保護等。它的技術(shù)參數(shù)如表3.4所示： 表3.4限位開關(guān)的技術(shù)參數(shù) 額定電壓 DC24VAC110V 額定電流 DC：5~40mAAC:5~20mA 而震程度 10~50HZ 使用溫度 0~60攝氏度 （三）電磁閥的設計 ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個常開進油電磁閥的最大起動電流約為3.6A;4個常閉出油電磁閥最大起動電流約為2.4A。而L9439的工作電壓4.5～32V，兩路通道內(nèi)阻0.2Ω，最大負載電流3A；另兩路內(nèi)阻0.3Ω，最大負載電流5A，恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅(qū)動電

29、流要求，而且較低的導通內(nèi)阻又能保證低功耗，因此L9349非常適合進行ABS電磁閥的驅(qū)動控制。電磁閥驅(qū)動電路原理圖見圖3.7。 圖3.7電磁閥驅(qū)動電路原理圖 在圖中，每片L9349能驅(qū)動4個電磁閥工作，屬于典型的低端驅(qū)動。通過Vs端口給芯片提供12V供電電壓；當給輸入端IN1～IN4PWM控制信號，就能方便地控制輸出端以驅(qū)動4路電磁閥工作，OUT1和OUT2端口的最大驅(qū)動能力為5A，應該連接ABS的常閉電磁閥；OUT3和OUT4端口最大驅(qū)動能力為3A，應連接ABS常開電磁閥，不可接反；EN端口為使能端，能通過MCU快速關(guān)閉芯片；L9349的數(shù)字地和模擬地分開，提高了驅(qū)動模塊的抗干擾能力。

30、 （四）PLC的選型 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12個，均為開關(guān)量。輸出信號有5個，其中一個控制電動機，剩下的控制電磁閥，也都是開關(guān)量。 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應功能，如表3.5所示： （五）LC輸入輸出接線端子圖 根據(jù)表3.5，利用AutoCAD繪圖軟件可以繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖，如下圖3.8所示。 圖3.8PLC輸入輸出接線端子圖 四、自動分揀系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設計 軟件設計是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設計的主要任務是根據(jù)控制要求及工藝流程，畫出狀態(tài)流程圖并設計出梯形圖。材料自動分揀系統(tǒng)采用三菱公司的FXFP_W

31、IN_C作為編程軟件，此軟件是專為三菱PLC而設計的編程軟件，適用于FX型號的PLC?？梢酝ㄟ^梯形圖符號、指令語句以及SFC符號創(chuàng)建編輯程序，還可以在程序中加入中文或者英文注釋，并且還可以通過該軟件監(jiān)控PLC運行時各編程元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化，還具有程序和監(jiān)控結(jié)果打印的功能。 （一）控制系統(tǒng)流程圖設計 根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如下圖4.1所示。 圖4.1控制系統(tǒng)流程圖 該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設計流程圖中的汽缸4動作后，程序再轉(zhuǎn)到開始;若為單次運行，則汽缸4動作后停機。如果需要，該系統(tǒng)可在分揀

32、的同時對分揀的材料進行數(shù)量的統(tǒng)計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應用高速計數(shù)器編制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計數(shù)器計數(shù)步進電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。定位時，電機停轉(zhuǎn)，計數(shù)器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理。在汽缸1～3動作后，電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)。如果相應的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數(shù)器也重新計數(shù)，繼續(xù)運行到下一位置。如果只對材料的某一特性進行分揀，比如只分揀金屬和非金屬，則只需對傳感器的安放或程序進行修改即可。 （二）PLC梯形圖程序設計 根據(jù)材料自動分揀系統(tǒng)的要求設計出梯形圖，梯形圖的部分程序分析

33、如下： 1、啟動材料自動分揀機，開關(guān)X014判斷是否有材料，無材料系統(tǒng)運行30S后自動停下，送料汽缸啟動電機停止轉(zhuǎn)動，汽缸限位開關(guān)運作，傳送帶停止動作。 2、開關(guān)X014判斷有無材料，如有材料，汽缸限位開關(guān)運作，系統(tǒng)每隔2S送一次料，系統(tǒng)開始自動分揀動作。 3、開關(guān)X0、X2、X1傳感器開關(guān)開始運作，如檢測到相對應的材料，則汽缸運作推動物體到相應的物品槽里，如無檢測到相應的物體，則繼續(xù)運作到下個傳感器進行檢測，檢測完畢自動進行結(jié)束。然后繼續(xù)下一輪的檢測。 （三）整體梯形圖 結(jié)語 這次的畢業(yè)設計制作過程中，感觸最多的就是知識面的匱乏，此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向

34、未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到選型、制作直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改PLC程序，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。 實際的設計工作中，出現(xiàn)了不少難題：傳感器很容易受到外界因素的干擾；PLC的選型以及程序的設計；組態(tài)仿真調(diào)試監(jiān)控等。通過多次試驗與實踐，以上問題基本上得到了解決。 根據(jù)自動分揀系統(tǒng)的任務書，由于時間的倉促和知識面的狹窄，導致了一些性能沒有達標。如傳感器模塊，沒有使用到光電傳感器測量尺寸，也沒有扎實的去學習氣動裝置的相關(guān)知識，進一步的提高材料自動分揀系統(tǒng)的輸出性能。 如何進一步提高材料自動分揀系統(tǒng)的控制性能，工作展望如下:

35、一、進一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。 二、進一步研究PLC在材料自動分揀系統(tǒng)的核心控制能力，努力改進出更精簡更實效的程序。 ? 參考文獻 [1]周婭,郎朗,蘇長杰,etal.基于PLC和組態(tài)技術(shù)的材料分揀系統(tǒng)[J].南陽理工學院學報,2013,5(6):8-12. [2]歐陽劍.基于Flexsim的G煙草物流配送中心分揀系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化[D]. [3]李建明.物流配送中心分區(qū)自動分揀系統(tǒng)品項分配方法研究[D]. [4]李夢瑤.基于PLC的自動分揀系統(tǒng)的設計[J].時代農(nóng)機,2018,v.45；No.307(05):246. [5]肖仁,吳定會,歐陽

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