1、. . . . 摘 要分揀控制系統在社會各行各業如：物流配送中心、郵局、采礦、港口、碼頭、倉庫等行業得到廣泛運用，分揀系統能夠大大提高企事業單位該環節的生產效率。本文在對熟悉了自動與分揀系統的原理的基礎上，根據一定的分揀要求,對材料分揀進行了以三菱PLC為控制核心，MCGS組態軟件為監控軟件，設計出材料分揀控制系統的控制系統和監控系統。該材料分揀系統以PLC為主控制器,結合氣動裝置、傳感器技術、組態監控等技術,可以進行現場控制產品的自動分揀。系統具有自動化程度高、運行穩定、分揀精度高、易控制的特點,對不同的分揀對象,稍加修改本系統即可實現要求。對本系統完成其設計之后，進行了整體調試。在硬件部分

2、，調試其各部分安裝的位置與角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調試之后，進行了軟硬件綜合調試，實現材料分揀系統中上料、傳送與分揀的全過程。關鍵詞： 材料分揀 傳感器 氣動裝置 PLC MCGS組態軟件47 / 44Abstract:Sorting control system in all sectors of society such as: logistics and distribution center, post office, mining, ports, terminals, warehouses and other industries a

3、re widely used, we can see that the sorting system can greatly improve the level of production enterprises efficiency.Familiar with the goods in the automatic and sorting system principle foundation, according to certain request to sort the mitsubishi PLC as control core, Mcgs software for monitorin

4、g software, the design gives material sorting control system. The transport of goods and materials sorting system mainly by PLC controller, combined with pneumatic device, the sensor technology, configuration and monitoring technology, on-site control product automatic sorting. System has a high deg

5、ree of automation, stable operation and high precision, easy control sorting based on the features of different sorting object, slightly modifying the system can be realized requirements.After completed its design of the system, executing the overall commissioning. In hardware, testing the installat

6、ion location and angle of the various parts to make it run the block material and the angle of the sensor suitable for installation. After thevarious parts of the hardware debug range of motion, integrating hardware and software debuggingto achieve material sorting system, feeding, delivery and sort

7、ing of the entire processKey words:Material sorting sensor Pneumatic device PLC Mcgs software.目 錄摘要IAbstract:II1緒論11.1分揀系統基本介紹11.2分揀系統的意義31.3本文研究的主要容42分揀系統中硬件設計62.1PLC的選型62.1.1 PLC的分類62.1.2PLC種類與型號選擇72.2傳感器的選擇72.2.1傳感器的簡介72.2.2傳感器的選擇92.3驅動部分的分析與選擇102.4執行機構的選擇112.5硬件設計與實際模型的建立122.6其他元器件與其選擇132.7I/O口的

8、選擇與PLC接線153自動分揀系統的軟件設計183.1可編程控制器（PLC）簡介183.2分揀系統的控制要求與其流程圖213.3軟件設計與編程233.4材料分揀系統的調試264監控畫面的設計314.1組態控制技術314.2模型的建立324.3動畫連接344.4數據報表輸出374.5PLC與組態軟件之間的通信385結論與展望44致 46參考文獻451 緒論1.1 分揀系統基本介紹自動分揀系統(Automatic sorting system)是先進配送中心所必需的設施條件之一。它具有很高的分揀效率，通常每小時可分揀商品6000-12000箱，可以說，自動分揀機是提高物流配送效率的一項關健因素。它

9、是二次大戰后在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動分揀系統，該系統目前已經成為發達國家大中型物流中心不可缺少的一部分。自動分揀機是自動分揀系統的一個主要設備。它本身需要建設短則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、計算機網絡與通信系統等，這一系統不僅占地面積大（動輒20000平方米以上），而且還要建3-4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10-20年才能收回。該系統的作業過程可以簡單描述如下：物流中心每天接收成百上千家供應商或貨主通過各種運輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時間將這些商品卸下并按

10、商品品種、貨主、儲位或發送地點進行快速準確的分類，將這些商品運送到指定地點（如指定的貨架、加工區域、出貨站臺等），同時，當供應商或貨主通知物流中心按配送指示發貨時，自動分揀系統在最短的時間從龐大的高層貨存架存儲系統中準確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數量出庫，將從不同儲位上取出的不同數量的商品按配送地點的不同運送到不同的理貨區域或配送站臺集中，以便裝車配送。 自動分揀系統一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置與分揀道口組成。 控制裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號，根據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

11、過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測與形狀識別等方式，輸入到分揀控制系統中去根據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。分類裝置的作用是根據控制裝置發出的分揀指示，當具有一樣分揀信號的商品經過該裝置時，該裝置動作，使改變在輸送裝置上的運行方向進入其它輸送機或進入分揀道口。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一樣的要求。 輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機，其主要作用是使待分揀商品貫通過控制裝置、分類裝置，并輸送裝置的兩側，一般要連接若干分揀道口，使分

12、好類的商品滑下主輸送機（或主傳送帶）以便進行后續作業。 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。 以上四部分裝置通過計算機網絡聯結在一起，配合人工控制與相應的人工處理環節構成一個完整的自動分揀系統。1.2 分揀系統的意義二次大戰以后，自動分揀系統逐漸開始在西方發達國家投入使用，成為發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。（1）能連續、大批量地分揀貨物 由于采用大生產中使用的流水線自動作業方式，自動分

13、揀系統不受氣候、時間、人的體力等的限制，可以連續運行，同時由于自動分揀系統單位時間分揀件數多，它可以連續運行100個小時以上，每小時可分揀7000件包裝商品，如用人工分揀則每小時只能分揀150件左右，同時分揀人員也不能在這種勞動強度下連續工作8小時。 （2） 分揀誤差率極低 自動分揀系統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。因此，目前自動分揀系統主要采用條形碼技術來識別貨物。 （3）分揀作業基本實無人化 國外建立自動分揀系統的目的

14、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，因此自動分揀系統能最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。分揀作業本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于送貨車輛抵達自動分揀線的進貨端時，由人工接貨，由人工控制分揀系統的運行，分揀線末端由人工將分揀出來的貨物進行集載、裝車，自動分揀系統的經營、管理與維護。 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。 對于分揀系統的應用前景，主要著眼于分揀系統的可靠性，優越性，應用領域的適用性以與系統的經濟效益、成本等方而來考慮。但因分揀系統其要求使用者必須具備

15、一定的技術經濟條件，因此，在發達國家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動分揀系統的情況也很普遍。對于自動分揀系統因其自身存在的一些問題，在一定程度上限制了其應用的領域與其圍。在引進和建設自動分揀系統時一定要考慮以下條件：自動分揀系統的一次性投資巨大，其本身需要建設短則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、計算機網絡與通信系統等，這一系統不僅占地面積大，動輒2萬平方米以上，而且一般自動分揀系統都建在自動主體倉庫中，這樣就要建34層樓高的立體倉庫，庫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代化工廠所需要的硬件投資。這種巨額的先期投入要花1020年才

16、能收回，如果沒有可靠的貨源作保證，則有可能系統大都由大型生產企業或大型專業物流公司投資，小企業無力進行此項投資。 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則的商品。袋裝商品、包裝底部柔軟且凹凸不平、包裝容易變形、易破損、超長、超薄、超重、超高、不能傾覆的商品不能使用普通的自動分揀機進行分揀，因此為了使大部分商品都能用機械進行自動分揀，可以采取二條措施：一是推行標準化包裝，使大部分商品的包裝符合國家標準；二是根據所分揀的大部分商品的統一的包裝特性定制特定的分揀機。但要讓所有商品的供應商都執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

17、的其通用性就越差。因此公司要根據經營商品的包裝情況來確定是否建或建什么樣的自動分揀系統6 。 1.3 本文研究的主要容在本文中，以貨物材料的分揀系統為例，詳細的分析了在基于PLC控制的自動分揀系統的設計，文中介紹了分揀系統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，確定了硬件系統中的一些元器件的選擇與確定了PLC的選型。在介紹了一些PLC與組態軟件的基本知識后，對本課題進行硬件與軟件設計，設計出主電路與控制回路，并建立了實際的模型，在軟件設計中，確定了I/O分配，并按照控制要求設計出了PLC梯形圖。在實際工作過程中，需要對整個控制過程進行監控，運用組態軟件(MCGS)建立其實際的模型

18、，并進行動態畫面的設定與數據報表的輸出，完成一個較完整的監控界面。在本系統完成其設計之后，對其進行整體調試。在硬件部分，調試其各部分安裝的位置與角度，使其材料物塊的運行與傳感器安裝的角度適合。將硬件各部分的動作幅度進行調試之后，進行了軟硬件綜合調試，實現材料分揀系統中上料、傳送與分揀的全過程。2 分揀系統中硬件設計2.1 PLC的選型2.1.1 PLC的分類目前，在我國PLC的分類還沒有一個統一的標準。根據性能和應用圍可將其進行如下分類。1、按性能分類根據PLC的I/O點數、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。小型PLC又稱低檔PLC，它的I/O點數小于128點

19、，用戶程序存儲器容量小于4K字，功能簡單，以開關量控制為主，可實現條件控制、順序控制、定時記數控制。適用于單機或小規模生產過程。中型PLC又稱中檔PLC，它的I/O點數在128512點之間，用戶程序存儲器容量為4K8K字，功能比較豐富、兼有開關量和模擬量的控制能力，具有浮點數運算、數制轉換、中斷控制、通信聯網和PID調節等功能。適用于小型連續生產過程的復雜邏輯控制和閉環過程控制。大型PLC又稱高檔PLC，它的I/O點數在512點以上，用戶程序存儲器容量達到8K字以上，控制功能完善，在中檔機的基礎上，擴大和增加了函數運算、數據庫、監視、記錄、打印與中斷控制、智能控制、遠程控制的功能。適用于大規模

20、的過程控制、集散式控制系統和工廠自動化網絡。2、按結構分類根據PLC的構成形式，可將PLC分為整體式和機架式 (模塊式)兩大類。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。這種PLC輸入輸出點數少、體積小，價格低，便于裝入設備部。小型PLC通常采用這種結構。機架式PLC將各單元做成獨立的模塊，使用時將這些模塊分別插入機架底板的插座上。可根據生產實際的控制要求建立模塊，構成不同的控制系統。這種PLC輸入輸出點數多，配置靈活方便，易于擴展。大中型PLC通常采用這種結構。3、按應用圍分類根據應用圍的不同，可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC作為標準工業控制裝

21、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，如數控機床專用型、鍋爐設備專用型、報警監視專用型等。由于應用的專一性，使其控制質量大大提高9 。2.1.2 PLC種類與型號選擇PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產，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。根據系統中的控制要求PLC點數：實際輸入點15點，實際輸出點8點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點數為32點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面

22、，本系統可選擇PLC型號為：FX2N32MR，合計總數32點16點輸入，DC24V，16點繼電器輸出；尺寸（mm）：220×87×90，其性能、價格都優于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大圍地包容了標準特點，程式執行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以與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。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2N系列具備如下特點：最大圍的包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以與滿足單個需要的大量特殊功能模塊，

23、它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有16個輸入節點，16個輸出節點，能夠滿足系統要求并留有一定的余量。2.2 傳感器的選擇2.2.1 傳感器的簡介國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器是一個完整的測量裝置（或系統），能把被測非電量轉換為與之有確定關系的

24、有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。3傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術的發展，傳感器的信號調理與轉換電路也會安裝在傳感器的殼體或者與敏感元件集成在同一芯片之上。因此，信號調理電路以與所需輔助電源都應作為傳感器組成的一部分，如圖2-1所示。圖2-1 傳感器的組成示意圖敏感元件感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的其他量的元件，如膜片和波紋管，可以把被測壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感元件了。還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動變壓器式位移傳感器等，其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。

25、變換元件又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測量（一般為非電量）且輸出與被測量成確定關系的電量，如熱電偶和熱敏電阻。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。例如，差動變壓器式壓力傳感器，并不直接感受壓力，而只是感受與被測壓力成確定關系的銜鐵位移量，然后輸出電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。信號調理與轉換電路能把傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄和控制的有用信號的電路。信號調理與轉換電路根據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。傳感器根據使用要求的不同，可以做的很簡單，也可以做的很復雜；可以使帶

26、反饋的閉環系統，也可以是不帶反饋的開環系統。因此，傳感器的組成將依不同的情況而有所差異2 。2.2.2 傳感器的選擇傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變為電信號的一種變換器。它主要被用于檢測系統本身與作業對象、作業環境的狀態，為有效地控制系統的動作提供信息。根據本設計的要求需要對位置檢測裝置、視覺傳感器進行選用。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。（1）位置檢測裝置在本設計中，當氣缸執行動作時，應有相應的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關。行程開關又稱限位開關，是一種根據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與限位保

27、護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。行程開關的品種規格很多，按其操作結構可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。選用行程開關時，應根據不同使用場合，滿足各方面的要求來進行選擇。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，終結上一個動作，準備執行下一個動作。（2）視覺傳感器系統視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠對不同的物體進行識別，本系統采用材質傳感器和顏色傳感器，對物料進行分揀。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。它由LC

28、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生電磁場的振蕩感應頭時，使物體部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，部電路的參數發生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。本系統用該器件來檢測鐵質材料。電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。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。當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化。由此，便可控制開關的接通和關斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測鋁質材料1 。根據不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的

29、物料進行揀出。顏色傳感器同樣也屬于具有開關量輸出的位置傳感器。它是在Si等多數光電二極管之前，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。材料分揀系統采用它主要是用來識別紅色與綠色的材料。目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色LED光源；RGB（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。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有：NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。為了便于PCL控制程序的編寫，利于公司企業的經濟效益，綜合其各種情

30、況，在本設計，選擇RGB顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于PLC控制系統的簡單化，控制系統更容易實現45 。2.3 驅動部分的分析與選擇系統的驅動系統是驅動執行機構運動的傳動裝置，其驅動系統根據動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯合和電液聯合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅動方式。液壓驅動，功率重量比大，可實現頻繁平穩的變速和換向，容易實現過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅動方式價格昂貴，限制

31、了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經濟適用的驅動方式。氣壓驅動具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染與抗干擾性強、在工業機械手中應用較多。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，生產成本的不斷降低，被廣泛應用于現代化工業生產領域。在現代化的成套設備與自動化生產線上，幾乎都配有氣動系統。氣動機械手技術已經成為能夠滿足許多行業生產實踐要求的一種重要使用工具。表2-1給出了各種控制方式的比較：表2-1 各種控制方式的比較項目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳送系統結構簡單復雜復雜較復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作速度大稍大

32、大小響應速度慢快快中清潔度清潔可能有污染清潔較清潔維護簡單比氣動復雜需要專門技術簡單價格一般稍高高一般技術要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎無問題注意著火一般無問題無特殊問題通過以上三種驅動方式的比較選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節約了成本1618 。2.4 執行機構的選擇在氣壓傳動系統中，組成氣動回路是為了驅動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產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現對三個容的控制，正是利用它們組成了各種氣動控制回路。現今各控制系統中用于分揀物料的執行機

33、構主要有以下幾種：（1）機械手夾持式夾持式手部的結構與人手類似，是工業機械廣泛應用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機構、驅動機構組成。其又可分為撐式、外夾式和外夾持式，區別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。夾持式手部設計時應注意以下事項：手指應有一定的開閉圍；手指應具有適當的夾緊力；要保證工件在手指的定位精度；結構緊湊，重量輕，效率高；通用性和可換性。19（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤產生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業機械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架與進排氣系統組成，具有結構簡單、質量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優點；但要求工件

34、上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質致密，沒有透氣空隙。主要適應于板材、薄壁零件、瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙與塑料等表面光滑工件的抓取。氣吸式又可分為：負壓吸盤：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壓縮空氣高速進入噴嘴時，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吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤的空氣、從而造成真空、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

35、鐵通電后產生的磁力來吸附材料工件。（3）氣缸式氣缸輸出直線往復式氣缸是氣動執行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數都已系列化、標準化、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。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

36、的作用。氣缸式的執行機構動作比較穩定，易于維修，控制過程簡單，所以該材料分揀系統執行機構選擇氣缸推動式15 。2.5 硬件設計與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，其硬件結構框圖如圖2-2所示。圖2-2 系統的硬件結構框圖根據材料分揀系統的結構框圖，可得出其結構示意圖如圖2-3所示。按下啟動按鈕后，電動機M運行，綠燈L2亮，傳送帶運轉，表示可以進物料。材料經傳感器對其進行識別，檢測其分別為鐵質、鋁質、紅色，其相對應的氣缸進行動作，將材料推入滑槽，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動作，將其推入滑槽，以完成對其的分揀。圖2-3 材料分揀系統的示意圖2.6 其他元器

37、件與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。使用時可先人為地將材料放入料槽中，此時光電傳感器檢測到料塊時系統開始運行。當系統運行時，啟動傳送帶并由出料氣缸將料庫底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應電機驅動的皮帶式輸送裝置。調壓閥、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。調節調壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩定。空氣過濾器作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以與雜質微粒等危害，以達到系統要求的凈化程度。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空

38、氣中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。自動分選部分由傳感器、先導式電磁換向閥、氣缸與導料軌道組成。當傳感器檢測到相應料塊時，對應的先導式電磁換向閥動作驅動氣缸動作將其推人應去的滑道。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。導料軌道主要作用是當氣缸推出材料時導出材料。單向感應電動機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行。置電源可以將220交流電轉換成24伏的直流電供給各個傳感器與氣閥以與轉接板上的各個指示燈，同時也為單向感應電動機提供穩定的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、

39、各材料傳感器、先導式電磁換向閥、感應電動機、氣缸位置傳感器的信號，根據要求分別控制輸送帶電機和各電磁閥動作。本系統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。用戶可以根據自己的需求選擇相應的傳感器安裝即可。如表2-2給出系統中主要的元器件清單：表2-2 主要元器件清單序號名稱型號數量備注品牌或公司1PLCFX2N-32MR116輸入，16輸出， 繼電器輸出形式三菱2靜音空氣壓縮機FB-0.048/71噪音低、性能穩定、工作安全可靠,功率0.55KW國SANWO3氣閥SVK01205先導式電磁換向閥, 交流：110v,220v（50hz） 直流：2

40、4V國SANWO4氣缸SCD10-45S5產品與氣閥的型號相配套，推動物料進行分揀國SANWO5磁感應開關D-C735額定電壓：DC24V AC110V額定電流：DC：540mA AC: 520mA氣缸回位限位開關易電國際集團6接近開關CAT2-12GM5靜電容量式接近開關判斷物料是否到位易電國際集團7光電開關E3R-5DE41判斷有無物料歐姆龍7電感式接傳感器BLJ18A4-8-Z/B1Z1額定電壓：DC：636V額定電流：300mA百斯特8電容式傳感器E2K-X81ME11靜電容量型近接開關額定電壓：DC1224V(DC1030V)歐姆龍9顏色傳感器E3S-VS1E41額定電壓：DC：12

41、24V額定電流：400mA歐姆龍10電動機YN60-61感應電動機減速電機性能參數 功率：6W 電壓：110V 頻率：50HZ 電流：0.20A 額定轉速：1440r/minLINIX溫嶺市永久電子器械廠11置電源MD35-341輸入電壓：AC220伏 ±15%輸出電壓：DC24伏DADONG11滑槽4鋁合金銳誠德倉儲物流設備12傳送帶12.7 I/O口的選擇與PLC接線根據材料分揀系統的工作過程由可知，系統的控制有輸入信號15個，均為開關量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機，兩個控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關量。根據分揀系統的需要配置出I/O對應功能，列表如表2-3所示：

42、表2-3 分揀系統I/O口配置三菱PLC(I/O)分揀系統接口(I/O)備注輸入部分X00SB1啟動按鈕X01SQ1上料物料接近開關X02SQ2鐵質物料接近開關X03SQ3鋁質物料接近開關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鐵質物料氣缸回位限位開關X13SW3鋁質物料氣缸回位限位開關X14SW4紅色物料氣缸回位限位開關X15SW5其他物料氣缸回位限位開關X17SB2停止按鈕輸出部分Y00YV1上料先導式電磁換向閥Y01YV2鐵質物料先導式電磁換向閥Y02YV3鋁質

43、物料先導式電磁換向閥Y03YV4紅色物料先導式電磁換向閥Y04YV5其他物料先導式電磁換向閥Y05M傳送帶Y06LD1紅色指示燈Y07LD2綠色指示燈根據控制要求可得PLC系統的接線圖如圖2-4所示圖2-4 PLC系統外部接線圖3 自動分揀系統的軟件設計3.1 可編程控制器（PLC）簡介在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業控制領域中占有主導地位。但隨著工業的發展，繼電器接觸器控制已不能滿足人們的要求。為了解決這一問題，早在1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司)，為了適應汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業中占有優勢，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸

44、器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設想。要把計算機的完備功能以與靈活性、通用性好等優點和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機的人員也能很快掌握它的使用技術。 美國數字設備公司(DEC)根據GM公司招標的技術要求，于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術，可編程序控制器由此而迅速發展起來。 在20世紀70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優點，但實際上只稱為PLC(Programmable Logical

45、 Controller)。隨著微處理器技術的發展，20世紀70年代末至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，而且可以對模擬量進行控制。因此，美國電器制造協會(NEMA)將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但人們習慣上將之仍稱為PLC，以便與個人計算機PC(Personal Computer)相區別。80年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路技術韻迅猛發展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發展。這時的PLC具有了高速計數、中斷技術、PID調節和數據通信等功能，從而使

46、PLC的應用圍和應用領域不斷擴大。目前，PLC在國外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保與文化娛樂等各個行業。 PLC的發展初期，不同的開發制造商對PLC有不同的定義。為使這一新型的工業控制裝置的生產和發展規化，國際電工委員會(IEC)于1985年1月制定了PLC的標準，并給它作了如下定義：可編程序控制器是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器與其有關的外部設備，

47、都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則而設計78 。PLC硬件系統的基本結構框如圖3-1所示：圖3-1 PLC結構框圖（1）中央處理單元（CPU）中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統程序的控制下，完成邏輯運算、數學運算、協調系統部各部分的工作任務等。（2）存儲器存儲器是可編程控制器存放系統程序、用戶程序以與運算數據的單元。可編程序控制器配有兩種存儲器，即系統存儲器(EPROM)和用戶存儲器(RAM)。（3）輸入/輸出（I/O）電路輸入輸出電路是可編程控制器和工業控制現場各類信號連接的部分。 輸入口用來接收生產過程的各種參數，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的控制信

48、息，并通過機外的執行機構完成工業現場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、輸出形式分有數字量輸入、輸出，開關量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。（4）電源可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源以與為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。（5）編程器編程器是PLC的重要外部設備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲器，調試程序、監控程序的執行過程。編程器從結構上可分為三種類型，簡易編程器、圖形編程器和通用計算機編程。基本工作原理：我們已經知道PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據某一對象的具體控制要求，編制好控制

49、程序后，用編程器將程序鍵人到PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC的控制功能就是通過運行用戶程序來實現的。 PLC運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執行到END指令，程序運行結束。而PLC從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執行用戶程序，直到END指令結束。然后再從頭開始執行，并周而復始地重復，直到停機或從運行(RUN)切換到停止(STOP)狀態。我們把PLC這種執行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期。另外，PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同。微型計算機對輸

50、入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信號是集中批處理。下面我們具體介紹PLC的掃描工作過程。 PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執行、輸出刷新。1)輸入采樣 PLC在開始執行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀人到寄存輸入狀態的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現時取輸人端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期這個采樣結果的容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2)程序執行PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄

51、存器以與輔助繼電器中獲得所需的數據進行運算處理。再將程序執行的結果寫入寄存執行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執行完畢之前不會送到輸出端子上。3)輸出刷新 在執行到END指令，即執行完了用戶的所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。PLC工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成部處理、通信處理等工作，在部處理階段，PLC檢查CPU模塊部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以與完成一些別的部工作。在通信服務階段，PLC與其他的帶微處理器的智能裝置實現通信1114 。3.2 分揀系統的控制要求與其流程圖本課題是基于區分材料材質的不同而設

52、計的材料分揀系統，主要是實現對鐵質、鋁質和不同顏色的材料的自動分揀，具體控制過程為：（1）接通電源，按下啟動開關，系統進入啟動狀態，指示燈綠燈亮。（2）系統啟動后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測到料槽無材料或各氣缸未復位時，傳送帶須繼續運行一個行程10S后自動停機,指示燈紅燈亮。（3）系統啟動后，下料傳感器(光電傳感裝置)檢測到料槽有材料，每隔2S出料氣缸動作一次，動作時間維持為1S，將待測材料推到傳送帶上，待測物體開始在傳送帶上運行，并對其進行計數。（4）當電感傳感器檢測到鐵質材料時，且其對應的接近開關感應到材料接近，鐵出料氣缸將待測物體推下，并對其進行計數。（5）當電容檢測傳感器檢測到材料

53、為鋁質時，且其對應的接近開關感應到材料接近，鋁出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數。（6）當顏色檢測傳感器檢測到材料為紅色時，且其對應的接近開關感應到材料接近，紅色出料氣缸動作將待測物體推下，并對其進行計數。（7）剩余材料在傳送帶上繼續傳送，當最后滑槽對應的接近開關感應到材料接近，其出料氣缸動作將被檢測到的材料推下，并對其進行計數。由分揀控制系統的分揀要求畫出控制系統的程序流程圖，圖3-2所示。圖3-2 材料分揀系統的程序流程圖3.3 軟件設計與編程三菱電機公司提供專用的編程軟件。早期是MEDOC，目前是GPPW編程軟件和SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件包。GX編程軟件（G

54、X開發器）可以用于生成涵蓋所有三菱電機公司PLC設備的軟件包，使用該軟件可以為FX/A/QnA/Q系列PLC生成程序。GX使用Windows操作平臺，用梯形圖、指令表或者SFC進行編程，程序可以與原先包括基于DOS操作系統的程序在的編程軟件相兼容。三菱SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件如圖3-3是應用于FX系列PLC的中文編程軟件，可在Windows 9x或Windows 3.1與以上操作系統運行。材料分揀系統采用該軟件作為編程軟件10 。圖3-3 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口根據分揀系統的要求設計出梯形圖，梯形圖的程序如下：圖3-4 分揀系統的梯形圖的程序當程序設計好之后必須

55、下載到PLC中才可以運行系統，下載時使用的是三菱PLC專用的編程電纜SC09。這根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。當電纜接好之后，打開軟件，進入要下載的文件。先轉換文件，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，應注意以下問題：1） 計算機的RS-232端口與PLC之間必須用指定的纜線與轉換器連接；2） 執行完“讀入”后，計算機中的程序將被丟失，原有的程序將被讀入的程序所替代，PLC模式改變成被設定的模式；3） 在“寫出”時，PLC應停止運行，程序必須在RAM或EE-PROM存保護關斷的情況下寫出，然后進

56、行校驗11 。PLC程序的傳送如圖3-5所示：圖3-5 PLC程序的傳送3.4 材料分揀系統的調試在軟件與硬件都已經準備好之后，開始對系統進行調試。這個過程便于我們發現問題與不足。通上電源，觀察指示燈，一切正常之后開始加材料。通過運行，在材料加入料槽后發現材料容易被氣缸打飛。從兩個方面解決這個問題，首先調低氣缸的氣壓，但氣壓波動較大，仍然無法解決問題；從另一個方面入手在出槽口的一端加上擋板，通過試驗，大部分材料可以正常步入傳送帶。此問題順利得到解決。將氣源送上。調節氣動閥氣源管上的螺栓即可調節氣動閥的動作力度，直至氣動閥的動作力度合適為止。材料隨傳輸帶傳送到傳感器時，傳感器并不能感應到材料，說明傳感器與物體的距離不適合。通過多次調試找到了適合的位置，即傳感器的底部與傳送帶的距離。傳感器通過在通電狀態下，將待分揀的物料塊放置在傳送帶上，通過不停調節電位器，觀察監控畫面的對應開關的通斷，并通過調節