快遞分揀裝置控制系統(tǒng)設計

PAGEPAGEIV快遞分揀裝置控制系統(tǒng)設計摘要快遞分揀電氣控制系統(tǒng)是完成配送、配送中心分揀、分揀和分配操作的現(xiàn)代化設備。是進行分揀配送業(yè)務的有力技術(shù)保障。目前，國內(nèi)外幾乎所有的大型郵局都配備有快遞分揀電氣控制系統(tǒng)。機械分揀也稱為輸送機分揀。它以機械為主要輸送工具?？爝f分揀作業(yè)仍然依賴于手工作業(yè)?？爝f分揀作業(yè)人員根據(jù)快遞上的標簽、顏色標簽、編號和其他分揀標記，對符合提單要求的快遞進行分揀。選擇它并把它放在一個簡單的傳送帶或現(xiàn)場。本文主要介紹PLC在快遞分揀系統(tǒng)中的應用。利用可編程序控制器（PLC）設計了一種低成本、高效率的快遞自動分選裝置。以西門子PLC為主控制器，結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制技術(shù)，實現(xiàn)快遞現(xiàn)場自動分揀控制。該系統(tǒng)自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、控制方便?？筛鶕?jù)不同的對象對系統(tǒng)稍作修改，以滿足要求。關(guān)鍵詞：西門子PLC；快遞分揀裝置；傳感器

AbstractExpresssortingelectricalcontrolsystemisamodernequipmenttocompletedistribution,distributioncentersorting,sortinganddistributionoperation.Itisapowerfultechnicalguaranteeforsortinganddistributionbusiness.Atpresent,almostalllargepostofficesathomeandabroadareequippedwithexpresssortingelectricalcontrolsystem.Mechanicalsortingisalsocalledconveyorsorting.Itusesmachineryasthemainconveyingtool.Expresssortingstillreliesonmanualwork.Thissortingmethodismostlyusedinchainconveyor,conveyorbelt,drumconveyorandotherconveyors.Itsprincipleistousetheconveyorsetonthegroundforexpressdelivery.Expresssortingoperatorssortingexpressdeliveryaccordingtothelabels,colorlabels,numbersandothersortinglabelsontheexpressdelivery,tomeettherequirementsofthebilloflading.Selectitandplaceitonasimpleconveyorbeltorsite.ThispapermainlyintroducestheapplicationofPLCinexpresssortingsystem.Anautomaticsortingdeviceforexpressdeliverywithlowcostandhighefficiencyisdesignedbyusingprogrammablelogiccontroller(PLC).WithSiemensPLCasthemaincontroller,combinedwithpneumaticdevice,sensingtechnologyandpositioncontroltechnology,theautomaticsortingcontrolofexpressdeliverysiteisrealized.Thesystemhashighdegreeofautomation,stableoperation,highaccuracyandconvenientcontrol.Thesystemcanbemodifiedslightlyaccordingtodifferentobjectstomeettherequirements.Keywords:SiemensPLC;Expresssortingdevice;Sensor

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 21.3研究現(xiàn)狀 31.3.1國外研究現(xiàn)狀 31.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3第2章相關(guān)概述 52.1分揀系統(tǒng) 52.1.1分揀系統(tǒng)的基本組成 52.1.2快遞分揀電氣控制系統(tǒng)的基本功能 62.1.3快遞分揀電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點 62.2PLC簡介 7第3章快遞分揀裝置總體設計 83.1快遞快遞分揀裝置工作過程概述 83.2系統(tǒng)的技術(shù)指標 93.3系統(tǒng)的設計要求 93.3.1功能要求 93.3.2系統(tǒng)的控制要求 9第4章控制系統(tǒng)的硬件設計 104.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 104.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 104.2.1確定I/O點數(shù) 104.2.2PLC的選擇 114.2.3PLC的輸入輸出端子分配 114.2.4PLC輸入輸出接線端子圖 124.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇 134.3.1旋轉(zhuǎn)編碼器 134.3.2電感傳感器 144.3.3電容傳感器 154.3.4顏色傳感器 174.3.5光電傳感器 184.3.6步進電機 18第5章控制系統(tǒng)的軟件設計 195.1控制系統(tǒng)流程圖設計 195.2控制系統(tǒng)程序設計 20結(jié)論 25參考文獻 26致謝 28PAGE23第1章緒論本課題的目的在于根據(jù)指導教師的指導，利用所學課程《電氣控制與plc應用》、《單片機原理及應用》等，查找相關(guān)論文及資料設計對于分揀系統(tǒng)的應用前景，主要著眼于分揀系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)越性，應用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、成本等方而來考慮。分揀作業(yè)基本實現(xiàn)無人化，自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少人員的使用,減輕員工的勞動強度,提高人員的使用效率。我國開始進入現(xiàn)代化的自動控制工業(yè)化,在勢趨必行且越來越普遍的自動化工業(yè)生產(chǎn)的背景下,如何高效的進行物料分揀是一個重要問題。配送中心的大部分的功能都是運輸倉庫和中轉(zhuǎn)站，其中的操作基本上全部依靠人為，傳統(tǒng)的配送中心運用的信息技術(shù)，網(wǎng)絡技術(shù)，自動化技術(shù)非常地少，過多地依賴人為操作致使物流分揀的成本尤其高，效率卻較低.要降低物流成本,提高分揀效率,首要任務是研究出一個合理,穩(wěn)定,有效,低成本且能大范圍普及的物料分揀系統(tǒng)。1.1研究背景隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展,只要是涉及到生產(chǎn)運輸?shù)男袠I(yè)都離不開分揀系統(tǒng)。在整個物流過程中，其核心是倉儲業(yè)務，分揀系統(tǒng)的目的是降低物流的成本，以此提高整個物流過程中的整體效益，提高總體的服務水準，使物流變得簡單易行合理。一個好的分揀配送系統(tǒng)可以極大地優(yōu)化整個物流過程，并能連續(xù)、大批量地對貨物進行分揀。由于大型生產(chǎn)中采用的管道自動運行方式，自動分揀系統(tǒng)不受氣候、時間、人體體力等因素的限制，能夠連續(xù)運行。目前，自動分揀系統(tǒng)主要采用條碼技術(shù)對貨物進行識別，降低了快速分揀的誤碼率，提高了快速分揀的速度，極大地解放了勞動力。現(xiàn)代社會生活與物流工作密不可分。隨著人民生活水平的不斷提高和社會的快速進步，物流工作變得越來越復雜?？爝f分揀系統(tǒng)最初是人力操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過人工提取和處理來分類和運輸快遞。該系統(tǒng)分揀效率不高，出錯率高，不能滿足當前快遞分揀速度和精度的要求。因此，為了改變這種狀況，為了實現(xiàn)快遞分揀操作的智能化，提高快遞分揀速度，減少冗余人力，適應現(xiàn)代社會發(fā)展的需要，基于自動化的快遞自動分揀新方案應運而生。TIC控制系統(tǒng)。由于科學技術(shù)的飛速發(fā)展，各種類型的自動機械設備在分選系統(tǒng)中開始啟用。信息傳輸和處理已成為計算機控制技術(shù)時代出現(xiàn)的主要方式。快遞分揀系統(tǒng)的最重要的設計要求是始終掌握機械化、自動化、智能化自動化設計的方向和規(guī)范。隨著計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器（PLC）已開始進入歷史階段，其功能也在幾十年內(nèi)日益多樣化。可編程序控制器控制系統(tǒng)設計、調(diào)試、安裝快捷、體積小等特點，易于滿足機電一體化的要求。在工業(yè)控制自動化系統(tǒng)中，與其他功能類似的硬件相比，可編程序控制器的地位開始逐步提高。它越來越受到設計者的青睞，并逐漸成為最重要、應用最廣泛的工業(yè)控制裝置。PLC應用的廣度已逐漸成為一個國家的評價。家用工業(yè)自動化水平是其中的一個標準。物流局的自動化生產(chǎn)設備是集多種技術(shù)于一體的新型設備。它綜合了機械與電機技術(shù)、傳感器與通信網(wǎng)絡等關(guān)鍵技術(shù)。通過在線各工作單元的協(xié)作，傳感器檢測單元與在線信息處理、驅(qū)動和控制的執(zhí)行都通過微處理單元（CPU）進行協(xié)調(diào)。有秩序地工作。1.2研究意義就目前看來，只有通過使用我們先進的生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)和自動化的設備來提高我們的工廠和車間的能力，我們才能不斷適應現(xiàn)在變化越來越快的市場需求，才能使我們國家向著更強過邁進。經(jīng)濟效益差、自動化程度低是我國工業(yè)制造業(yè)在不少領(lǐng)域仍然存在的弊端。和發(fā)達國家相比，我們的企業(yè)效能遠遠不及，盡管我國是國際上機床擁有量和數(shù)控從業(yè)員最多的國家，問題比較集中在兩方面：①產(chǎn)品產(chǎn)出率的嚴重不足。②相同的產(chǎn)出其損耗和時間成本遠遠越過發(fā)達國家。我國普通采用的單機生產(chǎn)方式嚴重滯后，不能適應社會潮流的發(fā)展，我們要通過參與世界的激烈的競爭來提高自身的水平，就必須采用中小批量的生產(chǎn)方式，將生產(chǎn)的過程自動化、批量化以及柔性化。本設計來源于物流局工作現(xiàn)場，又可以服務于企業(yè)，還可供現(xiàn)場技術(shù)人員進行二次開發(fā)的前期試驗。工業(yè)級的器件和工業(yè)標準化設計，其方法具有很好的推廣性，對物流局一線工程人員的技能訓練具有重要意義。1.3研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀國外分揀系統(tǒng)研究從20世紀60年代開始，由于軍工業(yè)的需要，自動生產(chǎn)線得到很大程度的研究與發(fā)展。尤其是戰(zhàn)爭之后，西方工業(yè)就已經(jīng)廣泛的采用自動分揀機。如日本的醫(yī)療行業(yè)、化妝品制造行業(yè)、連鎖商業(yè)等全自動分揀機更是普遍應用。在美國，自動檢測、分揀、傳送生產(chǎn)線更是帶動工業(yè)的增長。在歐洲、英國、德國等國家，他們的分揀技術(shù)也高度發(fā)達。德國西門子在物流設備系統(tǒng)中不斷引進各種類型的自動分揀設備，并發(fā)揮著非常重要的作用。二十一世紀后,國外的分揀系統(tǒng)發(fā)展迅速,Aughan,Mark將分揀系統(tǒng)歸納為五個子系統(tǒng)合并前聚集、訂單挑選、感應、合并、搬運分揀,從而將訂單獲得與不同傳送帶有機地的結(jié)合起來成一個高效的分揀系統(tǒng)研究了現(xiàn)有的關(guān)于評估分揀固定各種形狀貨物分揀系統(tǒng)的分揀時間的解析公式，從配送中心里物料搬運的角度研究了分揀系統(tǒng)傳送帶的構(gòu)建,及如何搭配傳送帶,構(gòu)建一個良好的分揀搬運系統(tǒng)。目前,國際上較先進的自動分揀機有自動分揀機、小型中速自動分揀機、推塊式高速自動分揀機、高速水平自動分揀機、數(shù)字式揀位系統(tǒng)和全自動分揀機等。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)達國家相比，我國的分揀系統(tǒng)和技術(shù)還相對落后。隨著我國市場經(jīng)濟體制的建立和現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展，一個相對完整的體系尚未形成。但隨著我國改革開放的不斷深入,我國現(xiàn)代物流也將逐步進入發(fā)展階段。我國的自動生產(chǎn)線設備技術(shù)在九十年代得到迅速發(fā)展，從引進國外先進設備技術(shù)，到自主研發(fā)、生產(chǎn)，但產(chǎn)品偏向于中端、大型企業(yè)，而中、小型企業(yè)因產(chǎn)品靈活性、多樣性及成本等原因，需要簡易型設備。人工作業(yè)的情況仍比較普遍,電子標簽、RF技術(shù)等輔助揀選系統(tǒng)的生產(chǎn)和使用還不多,自動揀選系統(tǒng)更是寥寥無幾。總的來說,我國分揀系統(tǒng)的應用呈現(xiàn)出集約化程度低、自動化系統(tǒng)和設備應用范圍不廣泛的特點。系統(tǒng)對商品包裝有很高的要求。為了使大多數(shù)商品能夠自動分揀，需要根據(jù)分揀商品的統(tǒng)一包裝特點，實施標準化包裝，定制分揀機等二次措施。但對于所有商品的供應商來說，執(zhí)行國家包裝標準局是非常困難的。定制的分揀機將增加硬件成本，而且它們越特殊，它們的通用性就越差。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，自動分揀系統(tǒng)在很多行業(yè)領(lǐng)域都有了成功的應用。

第2章相關(guān)概述2.1分揀系統(tǒng)2.1.1分揀系統(tǒng)的基本組成快遞分揀線的控制功能要求：（1）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同材質(zhì)、不同顏色工件的判斷，并能夠根據(jù)檢測結(jié)果自動分揀。（2）非正確放置的工件將被判斷為不合格品，系統(tǒng)自動識別并作棄置處理。（3）所有經(jīng)分揀或者棄置工件的具體數(shù)量能夠通過PLC進行統(tǒng)計，最終由觸摸屏顯示。（4）輸送皮帶的頻率可通過觸摸屏實時調(diào)整并能夠顯示當前運行頻率。（5）系統(tǒng)要求有嚴謹?shù)陌踩Ｗo機制，配備相關(guān)的緊急和復位操作，在缺料和非原點位置時不允許啟動。系統(tǒng)的基本組成：本文設計的系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）控制裝置的功能是識別和接收分揀信號，并快速處理大量的分揀信息和指令，準確識別每件快遞。根據(jù)分揀信號的要求，運輸系統(tǒng)和快遞分揀裝置由系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡控制，快遞按快遞種類、交貨地點或貨主類型進口。自動分揀，及時、準確、協(xié)調(diào)地完成分揀作業(yè)，并將作業(yè)信息和數(shù)據(jù)反饋給主控監(jiān)控系統(tǒng)。分類輸入系統(tǒng)可以有多種方式，根據(jù)自身需要選擇不同的輸入方式，如重量檢測、顏色掃描、條碼掃描、鍵盤輸入、語音識別、高度檢測和形狀識別等。根據(jù)這些分選信號的判斷，可以決定某類快遞應該進入哪個分選入口。（2）快速分揀裝置的功能是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指令，當具有相同分揀信號的貨物通過快速分揀裝置時，改變輸送帶的運行方向，進入其他輸送機或分揀入口。分類設備有很多種，如發(fā)射、浮標、傾斜和分支。不同的設備對包裝材料、包裝重量和包裝底面平整度有不同的要求。（3）輸送機的主要部件是輸送帶或輸送機。其主要功能是通過控制裝置和分類裝置對魚進行分類，并連接輸送裝置的兩側(cè)。通常，連接幾個分揀端口，以便分揀的快遞滑下主傳送帶（或主傳送帶）以便隨后操作。（4）分揀入口是被分揀快遞離開主輸送機（或主輸送帶）進入收集區(qū)域的通道。一般來說，它由鋼帶、皮帶、滾筒等組成，使快遞從主輸送機滑到收集平臺，入口處的所有快遞由工作人員集中、儲存或組裝。2.1.2快遞分揀電氣控制系統(tǒng)的基本功能（1）系統(tǒng)可以實現(xiàn)對不同材質(zhì)、不同顏色的工件的判斷，并可根據(jù)檢測結(jié)果自動對工件進行分類。（2）對放置不正確的工件進行不合格判定，系統(tǒng)自動識別并處理。（3）PLC可對被分揀或丟棄工件的具體數(shù)量進行計數(shù)，觸摸屏顯示傳送帶的頻率可實時調(diào)節(jié)，并可顯示當前的運行頻率。該系統(tǒng)要求有嚴格的安全保護機制，配備相應的緊急和重置操作，并且不允許在沒有材料和非原點位置時啟動。2.1.3快遞分揀電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點快遞分揀系統(tǒng)是一套靈活的開發(fā)設備，可由多個工作站組成。根據(jù)分揀的實際需要，可以增加和減少每個工作站的類型和數(shù)量。模塊化設計使其安裝和拆卸非常方便。除安裝拆卸方便外，快遞分揀電氣控制系統(tǒng)還集成了多種關(guān)鍵技術(shù)，如機械制造技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、變頻技術(shù)、觸摸屏應用和PLC技術(shù)。學。該系統(tǒng)能顯示企業(yè)的實際生產(chǎn)過程，使企業(yè)的產(chǎn)品控制過程具有自己的顯示平臺，直觀的企業(yè)生產(chǎn)，能為企業(yè)的技術(shù)反思和后續(xù)技術(shù)改進提供良好的開發(fā)平臺。其主要特點概括如下：（1）系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)采用氣動技術(shù)，具有清潔、節(jié)能、高效的優(yōu)點。（2）分離單元，拆裝靈活，安裝靈活。（3）采用西門子小型PLC實現(xiàn)程序控制，以最小的經(jīng)濟投入獲得最大的實際效益。（4）觸摸屏和物理按鈕的結(jié)合，使系統(tǒng)的控制更加方便快捷，界面更加友好。2.2PLC簡介可編程邏輯控制器（PLC）是一種用于內(nèi)部存儲程序的可編程存儲器。它用于執(zhí)行面向用戶的指令，如邏輯操作、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)操作，并控制各種機械或生產(chǎn)過程、數(shù)字或模擬輸入/輸出。可編程控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著重要的作用。沒有一個好的、可靠的供電系統(tǒng)，就不可能正常工作。因此，可編程序控制器的制造商也非常重視電源的設計和制造。一般來說，交流電壓的波動在±10%（±15%）范圍內(nèi)。PLC可以直接連接到AC網(wǎng)絡，而不采取其他措施。

第3章快遞分揀裝置總體設計3.1快遞快遞分揀裝置工作過程概述如圖3.1所示為本快遞分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3.1快遞分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖快遞分揀裝置包含的部件有：氣體壓縮機、二聯(lián)體過濾器、電磁閥組、汽缸、傳輸帶、各種傳感器等。將顏色傳感器、下料傳感器、電感傳感器、電容傳感器備用傳感器安裝在不同的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)。系統(tǒng)通電后，可編程控制器首先控制啟動輸送帶，進給傳感器SN檢測進給槽中是否有快遞。如果沒有快遞，輸送帶在操作一段時間后自動停止等待進料。當給料槽加載時，給料傳感器將信號輸出到PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運行，同時控制氣動閥?？烧{(diào)整切割時間間隔。材料傳感器SA是一種電感式傳感器。當檢測材料為鐵質(zhì)材料時，反饋信號發(fā)送給PLC，通過PLC控制的氣動閥1的作用選擇材料。材料傳感器SB是電容式傳感器。當檢測材料為鋁材時，將反饋信號發(fā)送給PLC，通過PLC控制的氣動閥2的作用選擇材料。傳感器SC是一種顏色傳感器。當材料的顏色被檢測為被檢測的顏色時，PLC通過三個動作控制氣動閥來選擇材料。材料傳感器SD是備用傳感器。當系統(tǒng)被設置為對某一顏色的金屬或非金屬材料進行分類時，通過程序存儲每個傳感器的狀態(tài)，完成分類任務。3.2系統(tǒng)的技術(shù)指標輸入電壓：AC200～240V（帶保護地三芯插座）消耗功率：250W環(huán)境溫度范圍：-5～40℃氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa3.3系統(tǒng)的設計要求系統(tǒng)的設計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設計之前，首先應分析控制對象的要求。3.3.1功能要求快遞快遞分揀裝置應實現(xiàn)基本功能如下（1）分揀出金屬和非金屬（2）分揀某一顏色塊（3）分揀出金屬中某一顏色塊（4）分揀出非金屬中某一顏色塊（5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊3.3.2系統(tǒng)的控制要求該系統(tǒng)使用各種傳感器對被測材料進行檢測和分類。當被測物體被切割裝置送入輸送帶時，依次由各種傳感器進行檢測。如果由某個傳感器測量，則由相應的氣動裝置將其推入料倉；否則，繼續(xù)前進。其控制要求包括以下九個方面：（1）光電編碼器可以在系統(tǒng)供電時產(chǎn)生所需的脈沖。（2）電機運轉(zhuǎn)，帶動輸送帶向前移動（3）當有材料時，切割滾筒移動以輸送材料。（4）當電感傳感器檢測鐵質(zhì)材料時，推動缸移動一次。（5）當電容傳感器檢測鋁材料時，推動缸2移動。（6）當顏色傳感器檢測到材料是特定顏色時，推動缸3移動。（7）當其他材料被發(fā)送到SD位置時，推動氣缸4的作用。（8）氣缸操作應受到動作限制的保護。（9）卸料槽卸載后延遲卸載自動停機。第4章控制系統(tǒng)的硬件設計4.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)即分析控制系統(tǒng)的要求，確定I/O點數(shù)，選擇PLC的型號，然后進行I/O分配。4.2.1確定I/O點數(shù)根據(jù)分析控制系統(tǒng)的要求，輸入端需要有2個開關(guān)信號，6個傳感器信號，他們分別是：顏色傳感器、備用傳感器、電感傳感器、電容傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數(shù)傳感器。相應地，有5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/O點24個，其中18個輸入，6個輸出。4.2.2PLC的選擇根據(jù)上面所確定的I/O點數(shù)，且該快遞快遞分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用西門子電機的S7-1200系列PLC。它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本系統(tǒng)的要求。4.2.3PLC的輸入輸出端子分配根據(jù)所選擇的PLC型號，對本系統(tǒng)中PLC的輸入輸出端子進行分配，如表4.1所示表4.1快遞快遞分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配表西門子PLC（I/O）分揀系統(tǒng)接口（I/O）備注輸入部分I0.0UCP（計數(shù)傳感器）接旋轉(zhuǎn)編碼器I0.1SN（下料傳感器）判斷下料有無I0.2SA（電感傳感器）I0.3SB（電容傳感器）I0.4SC（顏色傳感器）I0.5SD（備用傳感器）I0.6SFW1（推氣缸1動作限位）I0.7SEW2（推氣缸2動作限位）I1.0SFW3（推氣缸3動作限位）I1.1SFW4（推氣缸4動作限位）I1.2SFW5（下料氣缸動作限位）I1.3SBW1（推氣缸1回位限位）I1.4SBW2（推氣缸2回位限位）I1.5SBW3（推氣缸3回位限位）I1.6SBW4（推氣缸4回位限位）I1.7SBW5（下料氣缸回位限位）I2.0SB1（啟動）I2.1SB2（停止）輸出部分Q0.0M（輸送帶電機驅(qū)動器）Q0.1YV1（推氣缸1電磁閥）Q0.2YV2（推氣缸2電磁閥）Q0.3YV3（推氣缸3電磁閥）Q0.4YV4（推氣缸4電磁閥）Q0.5YV5（下料氣缸電磁閥）4.2.4PLC輸入輸出接線端子圖根據(jù)表1可以繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖，如圖4.2所示。圖4.2PLC輸入輸出接線端子圖4.3檢測元件與執(zhí)行裝置的選擇主要是對旋轉(zhuǎn)編碼器和各個傳感器的選擇，并對其作簡要介紹。4.3.1旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統(tǒng)中可用來作為控制系統(tǒng)的計數(shù)器，并提供脈沖輸入。它轉(zhuǎn)化為位移量，可對傳輸帶上的快遞進行位置控制。傳送至相應的傳感器時，發(fā)出信號到PLC，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用E6A2CW5C旋轉(zhuǎn)編碼器，原理如圖4.3所示。光電碼盤光電碼盤圖4.3旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖旋轉(zhuǎn)編碼器：用旋轉(zhuǎn)編碼器測量裝置的速度。主要的技術(shù)參數(shù)是每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（幾十到數(shù)千）和電源電壓。它可以分為兩種：單輸出和雙輸出。單輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙輸出旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組相位差為90度的脈沖。通過這兩個脈沖，不僅可以測量轉(zhuǎn)速，而且可以判斷旋轉(zhuǎn)方向。根據(jù)信號原理，編碼器可分為增量脈沖編碼器（SPC）和絕對脈沖編碼器（APC）。它們都被廣泛應用于速度控制或位置控制系統(tǒng)中。編碼器盤的材料是玻璃、金屬和塑料。玻璃圓盤是在玻璃上沉積的細線。它具有良好的熱穩(wěn)定性和高精度。金屬盤可直接連接有無雕刻。打破是不容易的。但是，由于金屬厚度的限制，其精度有限，熱穩(wěn)定性比玻璃差一個數(shù)量級。一級，塑料編碼器經(jīng)濟，成本低，但精度、熱穩(wěn)定性和壽命較差。其工作原理如下：一個具有圓形通孔和暗槽的中軸光電碼盤，由光電發(fā)射器和接收器讀取。四組正弦信號組合成A、B、C和D。每個正弦波具有90度相位差（相對于一個周期360度）。將C和D信號反相疊加在A、B上，在兩相中穩(wěn)定信號得到增強，輸出Z相脈沖表示零參考位。由于相位A和相位B相差90度，通過比較相位A和相位B可以區(qū)分編碼器的正負方向，通過零脈沖可以獲得編碼器的零參考位。分辨率：編碼器每旋轉(zhuǎn)360度時提供的經(jīng)過或暗線數(shù)稱為分辨率，也稱為解析索引，或者直接調(diào)用多少行，通常每個旋轉(zhuǎn)索引5-10000行。信號輸出：信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL），集電極開路（PNP、NPN），推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A，A-；B，B-；Z，Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。信號連接：編碼器的脈沖信號通常與計數(shù)器、PLC和計算機相連。PLC與計算機連接的模塊分為低速模塊和高速模塊，開關(guān)頻率低或高。如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。A、B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達4.3.2電感傳感器電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。電感傳感器利用LC高頻振蕩器和放大處理電路使物體內(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)選用M18X1X40電感傳感器。接線圖如圖4.4，原理圖如圖4.5。圖4.4M18X1X40DC二線常開式電感傳感器接線圖圖4.5電感傳感器工作原理圖由磁芯和線圈組成的電感式傳感器，感應磁罐可以把鐵材料的線性或角位移的變化轉(zhuǎn)換成線圈電感的變化，也稱為電感式位移傳感器。線圈匝數(shù)和傳感器材料的磁導率系數(shù)都是確定的。電感的變化是由位移輸入引起的線圈磁路幾何尺寸的變化引起的。當線圈與測量電路連接并且激勵電源連接時，可以獲得與位移輸入成比例的電壓或電流輸出。電感傳感器的特點是：（1）無主動接觸，可靠性高，使用壽命長；（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，分辨率低）；輸入，導致測量誤差；（5）勵磁電源的頻率和頻率。幅值穩(wěn)定性要求高；不適合高頻動態(tài)測量。變更。常用的電感傳感器有變間隙式、變面積式和電磁鐵插入式。在實際應用中，為了提高線性度，減少電磁吸力引起的附加誤差，這三種傳感器大多采用差動式結(jié)構(gòu)。4.3.3電容傳感器電容傳感器也屬于具有開關(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。當物體向接近開關(guān)移動時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使與測量頭連接的電路狀態(tài)發(fā)生相應變化。由此，便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。本系統(tǒng)選用E2KX8ME1電容傳感器，接線圖可參考圖4.5，原理圖如圖4.6。圖4.6電容傳感器工作原理圖電容傳感器：當用電子測量方法測量非電量時，測量的非電量必須先轉(zhuǎn)換成電量再輸入。通常，將非電量轉(zhuǎn)換成電量的元件稱為轉(zhuǎn)換器；根據(jù)不同非電量的特性設計的裝置稱為傳感器，測量的機械量（如電容、力、速度等）在電容變化時稱為電容傳感器。從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，電容變換器是一種無源變換器，需要將被測機械量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進行放大處理。線位移、角位移、間距、距離、厚度、拉力、壓縮、膨脹、變形等力學量與長度密切相關(guān)。這些量是用長度或長度比來測量的，它們的測量方法也是密切相關(guān)的。此外，在某些條件下，這些力學量變化非常緩慢，變化范圍非常小。如果需要高分辨率來測量最小距離或位移，其他傳感器很難達到高分辨率的要求。精密測量中常用的差動變壓器傳感器的分辨率僅為1。電容式測微儀具有0.01微米的分辨率，比前者高兩個數(shù)量級，最大測量范圍為100+5微米，因此在精密小位移測量中很受歡迎。一般來說，電容式傳感器適合于這些機械量的測量，特別是對于緩慢變化或少量的測量。這些傳感器的主要優(yōu)點如下：（1）測量范圍寬，相對變化率可超過100%。（2）靈敏度高，如采用比例變壓器電橋測量，相對變化可達10-7個數(shù)量級；（3）動態(tài)響應速度快，可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性適合于動靜態(tài)測量。（4）電容器的穩(wěn)定性好，因為板大多是金屬，板之間的襯里大多是無機材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等。因此，電容器可以在高溫、低溫、強磁場下長期工作。LD和強輻射，特別是在高溫高壓環(huán)境中。4.3.4顏色傳感器選用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傳感器引腳如圖4.7所示。圖4.7TCS230顏色傳感器當入射光投射到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為芯片提供工作電壓。表4.2是S0、S1及S2、S3的可用組合。表4.2S0、S1及S2、S3的組合選項S0S1輸出頻率定標S2S3濾波器類型LL關(guān)斷電源LL紅色LH20%LH藍色HL20%HL無HH100%HH綠色4.3.5光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。用光電傳感器是一種用來檢測物體有或者無的小的金屬圓柱形設備，這種設備的發(fā)射器有一個校準鏡頭，可以將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。本系統(tǒng)選用FPG系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。原理如圖4.8所示，其中負載可接至PLC。圖4.8FPG光電傳感器原理圖光電傳感器：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成一定電量的傳感器。光電傳感器采用光電元件作為檢測元件。首先，將測量的變化轉(zhuǎn)化為信號變化。然后，利用光電元件將光信號進一步轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光路和光電元件組成。光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光敏器件。它可以用來檢測直接引起光強變化的非電量以及其他可轉(zhuǎn)換成光量變化的非電量。光電檢測方法具有精度高、響應快、非接觸、測量參數(shù)多等優(yōu)點。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活，體積小。近年來，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品。它們的品種和產(chǎn)量日益增加。用戶可根據(jù)需要選擇各種規(guī)格的產(chǎn)品。廣泛應用于機電控制、計算機、國防科技等領(lǐng)域。4.3.6步進電機步進電機是驅(qū)動輸送帶前進的執(zhí)行機構(gòu)，與旋轉(zhuǎn)編碼器相連。通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移，達到精確定位的目的。同時，可以通過控制脈沖頻率來控制快遞快遞分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)控制電機轉(zhuǎn)動的速度，達到調(diào)速的目的。步進電機選用的型號為42BYGH101。第5章控制系統(tǒng)的軟件設計5.1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，如圖5.1所示。圖5.1控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單操作狀態(tài)。如果程序處于連續(xù)運行狀態(tài)，程序?qū)⒃谙到y(tǒng)軟件設計流程圖中的氣缸4動作后啟動，如果程序單次運行，程序?qū)⒃跉飧?動作后停止。如果必要，系統(tǒng)可以在分選的同時對已分選的材料數(shù)量進行計數(shù)，這只能在每個氣缸動作的同時累積。系統(tǒng)的定位控制功能可以通過編程高速計數(shù)器來實現(xiàn)。采用高速計數(shù)器對步進電機的匝數(shù)進行計數(shù)，確定材料到傳感器的距離，實現(xiàn)定位功能。當定位時，電機停止運行，計數(shù)器清除，傳感器開始工作，材料被分類。在氣缸1-3運行后，電機再次運行，高速計數(shù)器再次計數(shù)。如果相應的傳感器沒有檢測到對象，則電機再次運行，并且高速計數(shù)器再次計數(shù)并繼續(xù)運行到下一個位置。如果只對材料的一個特性進行分類，例如金屬和非金屬，那么只能修改傳感器或程序的位置。5.2控制系統(tǒng)程序設計根據(jù)所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄。該指令是一種高速脈沖輸出指令。當使能器輸入有效時，檢測到由程序設置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定義的脈沖操作，并從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。該指令定義高速計數(shù)器的指令，以便在輸入有效時將操作模式分配給指定的高速計數(shù)器。高速計數(shù)用于積累掃描頻率高于PLC的脈沖輸入。該指令是高速計數(shù)器指令。當輸入有效時，根據(jù)高速計數(shù)器專用存儲器位的狀態(tài)和HDEF指令指定的模式，設置高速計數(shù)器并控制其運行。下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備，I2.1為停止按鈕。當PLC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復位清零，并調(diào)用子程序。（2）以上為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器進行初始化，然后當I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0檢測沒有快遞時，啟動定時器T30，延時30秒自動停機。（3）以上為子程序中的高速計數(shù)指令，首先進行高速計數(shù)指令的初始化操作，當電機旋轉(zhuǎn)時，帶動光電碼盤發(fā)出脈沖，并輸入PLC的接收端，由高速計數(shù)指令進行計數(shù)，計算步進電機轉(zhuǎn)過的步數(shù)，進行定位控制。其中設定預置值為50，當計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。（4）以上為中斷程序，當高速計數(shù)指令計數(shù)至預置值時，這時快遞移動至傳感器的位置，M0.0得電，導致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉(zhuǎn)。由于汽缸動作需要1秒，讓電機停轉(zhuǎn)一秒后繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當快遞被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，將快遞推下。I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7為汽缸的回位限位開關(guān)，初始狀態(tài)為閉合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2為汽缸的動作限位開關(guān)，初始狀態(tài)為關(guān)斷。汽缸動作時，，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達動作限位開關(guān)時，動作限位開關(guān)閉合。結(jié)論快遞分揀由可編程邏輯控制器（PLC）控制。它可以連續(xù)大量地進行快遞分類。排序錯誤率低，勞動強度大幅度降低。能顯著提高勞動生產(chǎn)率。此外，分揀系統(tǒng)可以靈活地與其他物流設備無縫連接，實現(xiàn)快遞物流和物流信息流的配送和管理。其設計采用標準化、模塊化的組裝方式，具有系統(tǒng)布局靈活、維護維修方便、不受現(xiàn)場原因影響的特點。同時，只要分類對象不同，就可以對系統(tǒng)稍加修改以達到要求。本系統(tǒng)采用的可編程控制器可以實現(xiàn)不同材質(zhì)、不同顏色的工件進行判斷，并且能夠根據(jù)檢測結(jié)果自動完成分揀，可靠性比較高，具有很強的操作性和使用性。

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