畢業(yè)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 生： 系 別： 機(jī)電工程系專業(yè)班級(jí)： 2007級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造01班指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師： 時(shí) 間： 2010年10月至2011年05月目錄摘要1abstract2第一章 前言31.1 立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介31.2 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分類及功能31.2.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的組成31.2.2 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分類41.2.3 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的特點(diǎn)61.2.4 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的功能61.3國(guó)內(nèi)外目前的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)71.4主要研究的內(nèi)容91.5本論文需要解決的問題11第二章 總體方案的設(shè)計(jì)122.1 控制要求122.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖122.3 系統(tǒng)框圖132.

2、4 傳感器與電動(dòng)機(jī)的布置142.4.1 傳感器的布置142.4.2 電機(jī)的布置142.5 控制方式的選用172.5.1 控制方式的簡(jiǎn)介172.5.2 控制方式的最終選定18第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)203.1 plc的發(fā)展概況203.1.1 plc的定義203.1.2 plc的特點(diǎn)203.1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域213.1.4 plc的分類與選擇223.2 機(jī)械手的概況233.3 電動(dòng)機(jī)的選擇233.4 傳感器243.4.1 光電式接近開關(guān)253.4.2 對(duì)射式光電接近開關(guān)253.4.3 反射式接近開關(guān)263.4.4 漫射式光電接近開關(guān)263.4.5 光纖式傳感器273.5 光電傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中

3、的應(yīng)用273.5.1 對(duì)射式光電傳感器的應(yīng)用273.5.2 反射式傳感器的應(yīng)用283.5.3 漫射式傳感器的應(yīng)用283.6 霍爾傳感器293.7 電子式行程開關(guān)303.7.1 festo的接近式傳感器303.7.2電子式行程開關(guān)位置控制裝置303.8 壓力傳感器313.9 傳感器的連接方法313.10 使用電器設(shè)備的注意事項(xiàng)323.11 電氣回路連接安全規(guī)則323.12 模擬檢測(cè)32第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3441 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)3442 控制系統(tǒng)的性能要求3443 plc控制器控制部分354.3.1 機(jī)械手移動(dòng)物品的過程354.3.2操作方式概念364.3.3機(jī)械手與plc的i/0（輸入/

4、輸出端口）414.3.4初始化及報(bào)警程序424.3.5 擺動(dòng)機(jī)械手的控制4344 全系統(tǒng)plc的控制程序44第五章 結(jié)束語(yǔ)47主要參考文獻(xiàn)48致謝49立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要自動(dòng)化是現(xiàn)代物流技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，因此作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)主要組成部分的立體倉(cāng)庫(kù)在整個(gè)物流系統(tǒng)中占有非常重要的地位。如何準(zhǔn)確的放置不同貨物，這才是本文的關(guān)鍵，我選擇的是用機(jī)械手來完成這項(xiàng)任務(wù)。機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著很大的作用，因此應(yīng)用也就十分的廣泛。本文在縱觀了近年來機(jī)械手

5、發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了plc控制的設(shè)計(jì)方案等。在plc控制下，它可在行程范圍內(nèi)將物體從一點(diǎn)搬運(yùn)至另一任意點(diǎn)，可置放于各種不同的貨架上?？刂葡到y(tǒng)中選擇plc的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)、故障報(bào)警等功能。通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，這樣就更加有利于我們來放置不同的貨物，大大的提高了工作效率。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，可編程控制器（plc），立體倉(cāng)庫(kù)，物流，the design for the automatic sorting system of the warehouseabstractau

6、tomatic technology is the main tendence of the logistic.as the main element of the modern logistic system,automated storage has a very important statue in the whole logistic system.how accurate placement of different goods,this is the key to this article,i chose to use the robot to accomplish this t

7、ask.manipulator plays an extremely important role in the filed of advanced manufacturing.it can carry goods sort materials and do heavry works instead of the the human beings.it also can realize mechanization and automation of the production,do the jobs in harmful environment to protect the personal

8、 safety.play in the national economy a big role,it also a wide range of application.throughout this peper,robot development in recent years,based on the design aspects of a combination of mechanical hand,robt techonolgy on a systematic analysis,presented the design of plc control programs.on the con

9、trol of the plc system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey,can be placed in different shelves.select the plc control system for the control unit to complete the initialization of system functionality ,the mobile robot,fault alarm functions and so on.through the w

10、ork above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, this will help us to place more different goods, which greatly improves the efficiency of.key words:manipulator;programmable logic controller(plc);retrieval system;logistic第一章 前言1.1 立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介自動(dòng)化是現(xiàn)代物流技術(shù)發(fā)展的一個(gè)

11、主要趨勢(shì)，因此作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)主要組成部分的立體倉(cāng)庫(kù)在整個(gè)物流系統(tǒng)中占有非常重要的地位。立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)不僅徹底改變了整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)勞動(dòng)密集、效率低下的落后狀況，而且極大的拓展了倉(cāng)庫(kù)的功能，適應(yīng)了物流現(xiàn)代化的發(fā)展要求。立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)將毛坯、半成品、配套件或成品、工具等物料自動(dòng)存取、自動(dòng)檢索的系統(tǒng)，是物流系統(tǒng)的重要組成部分。立體倉(cāng)庫(kù)主要由庫(kù)房、堆垛起重機(jī)、出入庫(kù)運(yùn)輸機(jī)、控制計(jì)算機(jī)、狀態(tài)檢測(cè)器等部分組成，必要時(shí)還配有信息輸入設(shè)備如條形碼掃描器等。立體倉(cāng)庫(kù)是一種設(shè)置有高層貨架，并配置有倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械和自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)、存儲(chǔ)機(jī)械自動(dòng)化，存儲(chǔ)管理現(xiàn)代化的一種新型倉(cāng)庫(kù)。它充分利用倉(cāng)庫(kù)空間

12、，集信息、存儲(chǔ)、管理與一體化，利用微電子自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的自動(dòng)化，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化。與普通平庫(kù)相比，它有無可比擬的優(yōu)越性：首先立體倉(cāng)庫(kù)節(jié)約空間、節(jié)省勞動(dòng)力，可充分提高倉(cāng)庫(kù)的空間利用率，降敵倉(cāng)儲(chǔ)成本。據(jù)國(guó)際倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化協(xié)會(huì)提供的資料顯示：以庫(kù)存11000托盤，月吞吐10000托盤的冷庫(kù)為例，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)與普通平庫(kù)比較情況為：用地面積為13%，工作人員為21.9%，吞吐成本為55.7%，總投資為63.3%，而且立體倉(cāng)庫(kù)單位面積存儲(chǔ)量是普通平庫(kù)的4-7倍。其次、由于采用自動(dòng)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，極大的提高了倉(cāng)庫(kù)吞吐效率和管理水平。其存儲(chǔ)作業(yè)迅速準(zhǔn)確，使作業(yè)過程中的貨

13、損大大的減少；通過對(duì)倉(cāng)庫(kù)物資的優(yōu)化管理，可減少庫(kù)存、縮短物資的周轉(zhuǎn)期，提高資金的周轉(zhuǎn)率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。再次、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通訊、實(shí)時(shí)圖像顯示，為可視化監(jiān)控提供了方便。1.2 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分類及功能1.2.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的組成自動(dòng)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 控制裝置的作用是識(shí)別、接收和處理分揀信號(hào)，根據(jù)分揀信號(hào)的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達(dá)地點(diǎn)或按貨主的類別對(duì)商品進(jìn)行自動(dòng)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(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、高度檢測(cè)及形狀識(shí)別等方式，輸入到分揀控制系統(tǒng)中去，根據(jù)對(duì)這些分揀信號(hào)

14、判斷，來決定某一種商品該進(jìn)入哪一個(gè)分揀道口。 分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號(hào)的商品經(jīng)過該裝置時(shí)，該裝置動(dòng)作，使改變?cè)谳斔脱b置上的運(yùn)行方向進(jìn)入其它輸送機(jī)或進(jìn)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的裝置對(duì)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相同的要求。 輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī)，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(cè)，一般要連接若干分揀道口，使分好類的商品滑下主輸送機(jī)（或主傳送帶）以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。分揀道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)入集貨區(qū)域的通道，一般

15、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(tái)，在那里由工作人員將該道口的所有商品集中后或是入庫(kù)儲(chǔ)存，或是組配裝車并進(jìn)行配送作業(yè)。 以上四部分裝置通過計(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)完整的自動(dòng)分揀系統(tǒng)1.2.2 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分類堆塊式分揀系統(tǒng) （pusher sorting system）堆塊式分揀機(jī)由鏈板式輸送機(jī)和具有獨(dú)特形狀的滑塊在鏈板間左右滑動(dòng)進(jìn)行商品分揀的推塊等組成。推塊式分揀系統(tǒng)是由推塊式分揀機(jī)，供件機(jī)，分流機(jī)，信息采集系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。 1、可適應(yīng)不同大小、重量、形狀的各種不同商品； 2、分揀時(shí)輕柔、準(zhǔn)確； 3、可向左、右

16、兩側(cè)分揀，占地空間小； 4、分揀時(shí)所需商品間隙小，分揀能力高達(dá)18000個(gè)/時(shí)； 5、機(jī)身長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá)110米，出口多。 交叉帶式分揀系統(tǒng) （carbel sorting）由主驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)和載有小型帶式輸送機(jī)的臺(tái)車(簡(jiǎn)稱“小車”)聯(lián)接在一起，當(dāng)“小車”移動(dòng)到所規(guī)定的分揀位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶，完成把商品分揀送出的任務(wù)。因?yàn)橹黩?qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)與“小車”上的帶式輸送機(jī)呈交叉狀，故稱交叉帶式分揀機(jī)。 主要優(yōu)點(diǎn)/性能參數(shù)1、分揀能力，一般達(dá)60007700個(gè)/時(shí)。2、適宜于分揀各類小件商品，如食品、化妝品、衣物等。 3、分揀出口多，可左右兩側(cè)分揀。 注：（大型交叉帶式分揀系統(tǒng)一般應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)行李分揀和安檢系分類

17、，根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況可分水平循環(huán)式或直行循環(huán)式）斜導(dǎo)輪式分揀機(jī) （line shaft diverter） 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)著的斜導(dǎo)輪，在平行排列的主窄幅皮帶間隙中浮上、下降時(shí)，達(dá)到商品的分揀目的。 主要優(yōu)點(diǎn)/性能參數(shù) 1、對(duì)商品沖擊力小，分揀輕柔； 2、分揀快速準(zhǔn)確； 3、適應(yīng)各類商品，只要是硬紙箱、塑料箱等平底面商品； 4、分揀出口數(shù)量多。 軌道臺(tái)車式分揀機(jī) pallet sorting system 被分揀的物品放置在沿軌道運(yùn)行的小車托盤上，當(dāng)?shù)竭_(dá)分揀口時(shí)，臺(tái)車托盤傾斜30度，物品被分揀到指定的目的地。 分 類 1、可三維立體布局，適應(yīng)作業(yè)工程需要。 2、可靠耐用，易維修保養(yǎng)。 3、適用于大批

18、量產(chǎn)品的分揀，如報(bào)紙捆，米袋等。 搖臂式分揀機(jī) （swing arm diverter）被分揀的物品放置在鋼帶式或鏈板式輸送機(jī)上，當(dāng)?shù)竭_(dá)分揀口時(shí)，搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，物品沿?fù)u臂桿斜面滑到指定的目的地 主要優(yōu)點(diǎn)/性能參數(shù) 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格較低2 垂直式揀選系統(tǒng) （vertecal picking system） 垂直式揀選系統(tǒng)(又稱折板式垂直連續(xù)升降輸送系統(tǒng))是不同樓層間平面輸送系統(tǒng)的連接裝置。根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)的不同，有從某樓層分揀輸送至某樓層；從某樓層分揀輸送至不同的各樓層；從某樓層分揀輸送至某樓層的不同出口方向。1.2.3 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）輕柔平穩(wěn)的單個(gè)處理由于其內(nèi)在的靈活性，系統(tǒng)能快捷自動(dòng)地

19、適應(yīng)于物件不同的尺寸、重量和條型碼信息等。交叉帶的加速起動(dòng)是完全受控的，因此，物件會(huì)在分揀過程中保持它們的位置和方向，而不會(huì)在加速和減速時(shí)翻轉(zhuǎn)和滾動(dòng)。（2）可靠性和易維護(hù)性分揀系統(tǒng)由免維護(hù)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而每個(gè)交叉帶都由標(biāo)準(zhǔn)的、免維護(hù)的無刷直流伺服電機(jī)控制。由于在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中消除了機(jī)械接觸，并在系統(tǒng)與交叉帶單元的數(shù)據(jù)交換中采用了紅外通訊，整個(gè)系統(tǒng)的磨損被降低到最小。整體而言，該分揀機(jī)有著最少的可磨損部件。任何損傷部分都可被極快和極方便地替換。若某一交叉帶單元中的部件在運(yùn)行中發(fā)生損傷，則該單元的動(dòng)作可通過控制系統(tǒng)被臨時(shí)中止，而待系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行后再予以維修。（3）靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)由預(yù)制的模塊組成，從

20、而使現(xiàn)場(chǎng)安裝得以簡(jiǎn)化，并確保系統(tǒng)在安裝后亦易于改建和擴(kuò)展。系統(tǒng)能回旋于不同樓層間和適于低建筑高度的特性，使其能極大地節(jié)省空間，和適應(yīng)于新的或已建成的工作場(chǎng)地。1.2.4 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的功能（1）具有廣泛的物品處理能力可適應(yīng)易碎物品的分揀處理，可適應(yīng)在分揀全過程中需保持其精確的位置方向物品的分揀處理；適應(yīng)分揀處理的物品尺寸變化范圍大。（2）分揀處理無落差可使物品的分揀過程做到無落差處理，避免出現(xiàn)物品在分揀過程中出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。（3）高效率低噪獨(dú)特的設(shè)計(jì)達(dá)到了高效率和低噪音的水平，可在限定的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)能集中處理幾萬(wàn)件物品。（4）網(wǎng)絡(luò)化該設(shè)備在光、機(jī)、電一體化的基礎(chǔ)上同時(shí)融入了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而做到物品信

21、息一次輸入，然后在分揀、核對(duì)、制單、跟蹤查詢等多次使用，使其成為信息網(wǎng)、金融網(wǎng)和實(shí)物網(wǎng)的重要匯接技術(shù)合成系統(tǒng)設(shè)備。1.3國(guó)內(nèi)外目前的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(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)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來越高的特點(diǎn)。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、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)（automated sorting system）是二戰(zhàn)后在美國(guó)、日本以及歐洲的大中型物流中

22、心廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)，參照郵局分揀信件自動(dòng)化的經(jīng)驗(yàn)配置而成。一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口四部分組成，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)有三: 能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率極低，分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無人化。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，這恰好適應(yīng)了國(guó)外企業(yè)對(duì)減少人員使用、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人員使用效率的要求，因此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)已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥行業(yè)、化妝品制造等行業(yè)，如日本資生堂、花王、大木等株式會(huì)

23、社; 自動(dòng)分揀機(jī)作為自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，因其每小時(shí)可達(dá)6,000-12,000箱的高分揀效率，在日本和歐洲也得到廣泛應(yīng)用: 日本的連鎖商業(yè)（如西友、日生協(xié)、高島屋等）和宅急便（大和、西濃、佐川等）均普遍使用自動(dòng)分揀機(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。然而，盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國(guó)家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn):（1）、一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營(yíng)成本相當(dāng)高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流

24、公司才有能力投資，小企業(yè)則無能為力（2）、 系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大部分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等二次措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，且越是特別的通用性就越差。 因此，除自動(dòng)揀選系統(tǒng)外，國(guó)外配送中心對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)的利用也相當(dāng)普遍。在流通領(lǐng)域，特別是連鎖超市、便利店的配送中心都廣泛使用電子標(biāo)簽、rf等計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)。與整個(gè)物流業(yè)的大環(huán)境相似，我國(guó)在分揀系統(tǒng)和技術(shù)方面相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家還比較落后，人工作業(yè)的情況仍比較普遍，電子標(biāo)簽、rf技術(shù)等輔助揀選系統(tǒng)的生產(chǎn)和

25、使用還不多，自動(dòng)揀選系統(tǒng)更是寥寥無幾?？偟膩碚f，我國(guó)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出集約化程度低、自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用范圍不廣泛的特點(diǎn)。 阻礙自動(dòng)化揀選系統(tǒng)發(fā)展的因素有很多，有些則是與我國(guó)整個(gè)物流業(yè)存在的問題相一致的。物流標(biāo)準(zhǔn)化就是我國(guó)物流業(yè)長(zhǎng)期關(guān)注的一個(gè)問題。商品的條碼化、包裝的標(biāo)準(zhǔn)化等是自動(dòng)化揀選系統(tǒng)得以順利運(yùn)行的保證，而在我國(guó)，由于商品包裝箱（指運(yùn)輸包裝）上基本沒有印刷條碼，商業(yè)系統(tǒng)至今尚沒有認(rèn)真研究過運(yùn)用自動(dòng)分揀機(jī)。另外，由于一個(gè)公司或企業(yè)往往無法左右整個(gè)行業(yè)的進(jìn)展，一些大企業(yè)傾向于開發(fā)適合自己業(yè)務(wù)特點(diǎn)的系統(tǒng)，這又進(jìn)一步造成了實(shí)際中接口的障礙。自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的價(jià)格問題也是另一個(gè)阻礙因素，小企業(yè)一

26、般無力購(gòu)進(jìn)高價(jià)設(shè)備。如今，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，為了發(fā)展我國(guó)物流業(yè)，國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)和政府部門也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。例如，隨著科技的日新月異，國(guó)內(nèi)的一些物流配送中心也開始結(jié)合自身特點(diǎn)、采用高技術(shù)含量的設(shè)備和系統(tǒng)來提高分揀配送效率。上海華聯(lián)超市的配送中心采用高層立體貨架和拆零商品揀選貨架相結(jié)合的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和前移式蓄電池叉車、電動(dòng)搬運(yùn)車、電動(dòng)揀選車和托盤，實(shí)現(xiàn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)機(jī)械化，同時(shí)拆零商品配貨電子化。采用電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)，使用電子標(biāo)簽設(shè)備，大幅度提高了分揀作業(yè)速度、降低了揀貨出錯(cuò)率。 隨著對(duì)物流業(yè)的重視，國(guó)內(nèi)一些物流設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在分揀設(shè)備的生產(chǎn)制造上也取得了一定的進(jìn)展。例如，太原剛玉倉(cāng)

27、儲(chǔ)設(shè)備公司和貴陽(yáng)普天通信機(jī)械廠已設(shè)計(jì)生產(chǎn)貨架電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)、小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng)、郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)等; 珠海普天慧科信息技術(shù)有限公司研發(fā)出ptl（pick-to-light & put-to-light）電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)，除具備電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)的一般優(yōu)點(diǎn)之外，還具有彈性控制揀貨作業(yè)流程、即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、緊急訂單處理和缺貨通知等強(qiáng)大的功能。 在自動(dòng)揀選技術(shù)和系統(tǒng)方面，自動(dòng)分揀技術(shù)在20世紀(jì)70年代被引入國(guó)內(nèi)，我國(guó)的郵政系統(tǒng)最早并已多年使用自動(dòng)分揀設(shè)備，并在長(zhǎng)期的實(shí)踐中不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步。例如，郵電部相關(guān)部門相繼開發(fā)和研制出具國(guó)際水平的core-nt自動(dòng)分揀系統(tǒng)，性價(jià)比很高的扁平郵件高速自動(dòng)分揀

28、系統(tǒng); 上海郵政通用技術(shù)設(shè)備公司研制成功了速遞郵件網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)分揀系統(tǒng)等。今年6月份，郵政系統(tǒng)還推出了新的信封標(biāo)準(zhǔn)以更好的配合自動(dòng)化的信件分揀系統(tǒng)。雖然在郵政系統(tǒng)外的其它行業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的使用還非常少，但有關(guān)部門和企業(yè)正在為此做出不懈的努力?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在我國(guó)流通領(lǐng)域一定會(huì)大有用武之地?？v觀以上的情況，研究新一代的，高性能的自動(dòng)分揀系統(tǒng)是很有必要的。它對(duì)國(guó)名經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了很發(fā)大的作用。目前我國(guó)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)相對(duì)于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家還是很落后的，人工作業(yè)的情況仍比較普遍，電子標(biāo)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(dòng)揀選系統(tǒng)更是寥寥無幾。因此這些都

29、阻礙了我過經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，降低了我國(guó)商品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。所以我國(guó)一定要開發(fā)更高性能的自動(dòng)分揀裝置，來實(shí)現(xiàn)商品的現(xiàn)代化運(yùn)送，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)更加快速的增長(zhǎng)。1.4主要研究的內(nèi)容本課題的研究實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于貨物合理分配的問題，是物流中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。物流是指物品從供應(yīng)地向接收地的實(shí)體流動(dòng)過程。根據(jù)實(shí)際需要，將運(yùn)輸，儲(chǔ)存，裝卸，搬運(yùn)，包裝，流通加工，配送，信息處理等基本功能實(shí)施有機(jī)的結(jié)合。它是根據(jù)物品的種類，數(shù)量和質(zhì)量，在最合適的時(shí)刻，以最低的成本將其輸送到正確的地點(diǎn)，并及時(shí)完成物品信息的傳輸和修改，以及輸送工具的回收的而全過程。所以自動(dòng)分揀系統(tǒng)的核心內(nèi)容就是如何使大量的不同類型的物品自動(dòng)的放到相應(yīng)的貨架上去而

30、不出現(xiàn)差錯(cuò)，還有如何識(shí)別不同類型的物品。這是設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)的兩大核心的問題。自動(dòng)分揀系統(tǒng)由合流、分揀識(shí)別、分揀分流和分運(yùn)四個(gè)分段構(gòu)成。本課題的難點(diǎn)就是如何準(zhǔn)確無誤的分揀出不同的商品，我在這個(gè)課題里采用機(jī)械手來分揀不同的貨物。機(jī)械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖機(jī)械手電磁閥電容開關(guān)電感開關(guān)光電開關(guān)限位開關(guān)可編程控制器滑臺(tái)電磁閥下料氣缸電磁閥傳送帶電機(jī)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。它主要被用于檢測(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。機(jī)械手動(dòng)作的時(shí)機(jī)需要傳感器來給予，本設(shè)計(jì)所要用到的傳感器包括：電感接近開關(guān)，電容接近開關(guān)，光電傳感器，滑臺(tái)限位開關(guān)。其中，電

31、感接近開關(guān)用于判斷元件在傳送帶上的位置，電容接近開關(guān)用于判斷元件的材質(zhì)，光電傳感器用于判斷元件顏色，滑臺(tái)限位開關(guān)是判斷滑臺(tái)的位置。因此合理的應(yīng)用傳感器是本課題所必須的。通過傳感器的指令來控制機(jī)械手的行動(dòng)。此外還有控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手的設(shè)計(jì)都是這次論文的核心。1.5本論文需要解決的問題（1）解決機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題，要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、具有一定的代表性。（2）執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)精度的問題（3）機(jī)械手的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的電路和控制程序，并解決工件和控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。（4）傳感器的類型選擇（5）plc的應(yīng)用和相關(guān)程序的編寫以及相關(guān)電路圖的繪制第二章 總體方案的設(shè)計(jì)2.1 控制要求要求

32、如下：1） 按下啟動(dòng)按鈕后若滑臺(tái)不在原點(diǎn)，則返回原點(diǎn)2） 啟動(dòng)電機(jī)3） 判斷貨物的體積和重量4） 判斷是否到達(dá)傳動(dòng)帶末端5） 電機(jī)停止6） 機(jī)械手動(dòng)作7） 將不同類型的貨物分揀到相應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)的貨架上8） 機(jī)械手回原點(diǎn)9） 電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)入下次分揀2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該裝置包含了plc控制技術(shù)、位置檢測(cè)技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，由plc（三菱fx1n）、電動(dòng)機(jī)、開關(guān)電源、電磁滑、變頻器、傳感器等器件，系統(tǒng)的功能子模塊有：傳動(dòng)模塊；機(jī)械手模塊（含真空吸放）；氣源處理模塊；傳感器檢測(cè)模塊；電源模塊；可編程控制器模塊；變頻器模塊；氣動(dòng)電磁閥模塊。 具體結(jié)構(gòu)框圖如下：電容開關(guān)電感開關(guān)光電開關(guān)限位開關(guān)可編程控制器滑臺(tái)電

33、磁閥下料氣缸電磁閥傳送帶電機(jī)機(jī)械手電磁閥圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、2.3 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)功能圖如下：開始檢查機(jī)械手位置是否在原點(diǎn)啟動(dòng)電機(jī)放置貨物判斷體積判斷重量是否到輸送帶末端電機(jī)停止分揀是否到輸送帶末端電機(jī)停止分揀回到原點(diǎn)判斷模式回到原點(diǎn)按下開始按鈕2.4 傳感器與電動(dòng)機(jī)的布置2.4.1 傳感器的布置根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，傳感器的分類如下：1)對(duì)貨物進(jìn)行跟蹤：與計(jì)數(shù)器相連，探測(cè)到貨物之后，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。2）減速控制：由于傳送鏈速度較快，為避免貨物由于慣性來不及制動(dòng)，設(shè)計(jì)三級(jí)調(diào)速，經(jīng)過傳感器之后電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速。3）啟停控制：根據(jù)貨物運(yùn)行情況和位置對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟?？刂?，避免貨物堵塞以及傳送鏈在沒有貨物的情

34、況下空轉(zhuǎn)。4）升降控制：檢測(cè)到貨物之后對(duì)升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。具體布置：（見下圖）1）1#，5#，9#，13#，14#為貨物跟蹤傳感器2）2#，3#，6#，7#，10#，11#，15#，16#，18#，19#,22#,23#為減速控制傳感器3）4#，8#，12#，17#，20# 24#為啟?？刂苽鞲衅?）5#，13#,21#為升降控制傳感器布置主要基于以下考慮a)傳送鏈運(yùn)行速度較快，立即制動(dòng)較難，所以設(shè)置三級(jí)調(diào)速，故在每段傳送鏈的尾段布置三個(gè)傳感器。b)為便于對(duì)升降機(jī)上的貨物跟蹤，單獨(dú)在升降機(jī)上布置傳感器。2.4.2 電機(jī)的布置運(yùn)動(dòng)與水平傳送鏈上的運(yùn)動(dòng)相一致，理論上來說也是可以的，但這種方

35、法使升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)必須與水平傳送鏈的運(yùn)動(dòng)一致，效率太低，故在此布置電機(jī)。m11 m22 m33（電機(jī)布置見下圖）根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，電機(jī)的分類如下1）控制水平傳送鏈的電機(jī) m1 m3 m4 m6 m7 m92）控制上下運(yùn)行的升降臺(tái)的電機(jī)m2 m5 m8 為能夠控制升降臺(tái)的高度，一般有下述方法a) 在升降臺(tái)的兩側(cè)安裝“光電傳感器”b) 行程開關(guān)比較下來覺得行程開關(guān)較簡(jiǎn)便，故在升降臺(tái)處裝行程開關(guān)3)控制升降臺(tái)上水平運(yùn)行滾筒的電機(jī)。如果此段不布置電機(jī)，使升降臺(tái)上的水平運(yùn)動(dòng)與水平傳送鏈上的運(yùn)動(dòng)相一致，理論上來說也是可以的，但這種方法使升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)必須與水平傳送鏈的運(yùn)動(dòng)一致，效率太低，故在此布置電機(jī)。m11

36、 m22 m33（電機(jī)布置見下圖）（電機(jī)的布置圖）2.5 控制方式的選用2.5.1 控制方式的簡(jiǎn)介在此先介紹一下立體倉(cāng)庫(kù)的控制方式，一般有三種：dcs，plc和fcs。a) dcs或tdcs1、分散控制系統(tǒng)dcs與集散控制系統(tǒng)tdcs是集4c（comunication，computer，control，crt）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。 2、從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（comunication）是關(guān)鍵。 3、pid在中繼站中，中繼站連接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置。 4、是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B線的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。5、模擬信號(hào)、a/d-d/a、帶微處理器的混合

37、。 6、一臺(tái)儀表一對(duì)線接到i/o，由控制站掛到局域網(wǎng)lan。 7、dcs是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。 8、用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。b) plc 1、從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的。 2、連續(xù)pid控制等功能，pid在中繼站中。3、可用一臺(tái)pc 機(jī)為主站，多臺(tái)同型plc為從站。 4、也可以一臺(tái)plc 為主站，多臺(tái)同型plc為從站，構(gòu)成plc網(wǎng)絡(luò)。與用pc機(jī)作主站相比，方便之處是：在用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。 5、plc網(wǎng)絡(luò)既可作為獨(dú)立的dcs/tdcs，也可作為dcs/tdcs的子系統(tǒng)。 6、

38、大系統(tǒng)同dcs/tdcs， 如tdc3000、centumcs、wdpfi、mod3000。 7、plc網(wǎng)絡(luò)如sienmens公司的sinec-l1、sinec-h1、s4、s5、s6、s7等，ge公司的genet、三菱公司的melsec-net、melsec-net/mini。8、主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型plc也兼有閉環(huán)控制功能。c) fcs1、基本任務(wù)是：本質(zhì)(本征)安全，危險(xiǎn)區(qū)域，易變過程，難于對(duì)付的非常環(huán)境。2、全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。 3、用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制裝置、pid與控制中心，取代每臺(tái)儀器兩根線。 4、在總線上pid

39、與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。 5、多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。 6、是互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。 7、用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。 8、由現(xiàn)場(chǎng)電腦操縱，還可掛上位機(jī)，接同總線的上一級(jí)計(jì)算機(jī)。 9、局域網(wǎng)，再可與internet相同。 10、改變傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。2.5.2 控制方式的最終選定對(duì)于本次設(shè)計(jì)來說對(duì)于傳送帶的控制為順序控制，需要與貨物檢測(cè)系統(tǒng)連網(wǎng)。通信協(xié)議不想復(fù)雜化，兼容性要好，dcs雖然控制器功能強(qiáng)，數(shù)據(jù)通訊能力強(qiáng)、具有靈活性和安全性，但是成本高，兼容性差各公司產(chǎn)品成不能互換，不能互

40、操作，所以不選用。fcs是全數(shù)字化，智能、多功能性控制、特別適合危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程和非常環(huán)境。核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置，本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。fcs的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行閉環(huán)控制，但是總線協(xié)議、相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備是相互關(guān)聯(lián)的比較復(fù)雜。plc是模塊化結(jié)構(gòu)、開關(guān)量順序控制、10ms巡檢周期、 擁有多種通訊模式。具有高可靠性、擁有很高的電磁兼容性和抗沖擊、耐振動(dòng)性能，是理想 的現(xiàn)場(chǎng)控 制器, 通過和上位機(jī)通訊可以實(shí)現(xiàn)多種控制功能。同時(shí)對(duì)plc進(jìn)行編程可以使用“梯形圖”，這是一種圖形化了的編程語(yǔ)言。它使用各種圖形表示條件以及命令，這樣可以使用戶的編程界面更加友好；由于采用了按功能分段, 既壓縮了

41、程序長(zhǎng)度, 又便于根據(jù)用戶不同要求進(jìn)行編寫,這樣也使得程序的編制更加方便。用plc做從站，與出入庫(kù)系統(tǒng)的plc夠成plc網(wǎng)絡(luò)較為容易：編程的時(shí)候不需知道通信協(xié)議只要按照說明書格式寫就可以了。由于傳感器布置的點(diǎn)較多，用plc的i/o可以滿足。而且由于plc技術(shù)較為成熟，編程也較為簡(jiǎn)單直觀，介紹plc的書籍較多，最終決定選用plc控制。根據(jù)前文傳感器的布置，本次設(shè)計(jì)plc要滿足的要求見下圖plc輸入輸出跟蹤調(diào)速啟停計(jì)數(shù)調(diào)速啟停升降（plc的要求流程圖）第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1 plc的發(fā)展概況3.1.1 plc的定義plc即可編程控制器（programmable logic controlle

42、r），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)plc做了如下定義：“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.1.2 plc的特點(diǎn)1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性

43、能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從plc的機(jī)外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2）

44、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制

45、指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4）統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5）體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國(guó)內(nèi)外

46、已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類： 1）開關(guān)量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的

47、a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3）運(yùn)動(dòng)控制plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4）過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功

48、能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠

49、自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。3.1.4 plc的分類與選擇plc種類較多，主要有西門子、三菱、omron、fanac、東芝等，但能配套生產(chǎn)，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(jù)前面確定的plc點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)28點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)12點(diǎn)，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48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：fx2n64

50、mr001，合計(jì)總數(shù)64點(diǎn)32點(diǎn)輸入，dc24v，32點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性能、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。該型號(hào)plc有32個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，32個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。3.2 機(jī)械手的概況工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代七五科技攻關(guān)開始起步

51、,在國(guó)家的支持下,通過七五,八五科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人。世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。本設(shè)計(jì)所用的就是氣動(dòng)式的機(jī)械手，拾取和釋放材料都是

52、由氣壓控制。把組裝完成的工件送到與該系統(tǒng)配套使用的傳送帶分揀工作站中繼續(xù)工作過程。3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇y系列（三相異步電動(dòng)機(jī)其特點(diǎn)是效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距高、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合iec標(biāo)準(zhǔn)和din42673標(biāo)準(zhǔn)。它是全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)的基本系列電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。本系列一般采用b級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為ip44，冷卻方式為ico141。y系列電機(jī)的轉(zhuǎn)速有雙速、三速、四速三種。該系列電機(jī)采用改變繞組的接法來改換電機(jī)的極數(shù)和輸出功率，使與機(jī)械設(shè)備的負(fù)載特性相匹配，以簡(jiǎn)化其變速系統(tǒng)，節(jié)省投資， 廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、機(jī)械、機(jī)床和紡織等行業(yè)。因此我選用的是該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。圖（1）模

53、塊化加工生產(chǎn)系統(tǒng)（mps）結(jié)構(gòu)圖3.4 傳感器機(jī)械手動(dòng)作的時(shí)機(jī)需要傳感器來給予，本設(shè)計(jì)所要用到的傳感器包括：電感接近開關(guān)，電容接近開關(guān)，光電傳感器，滑臺(tái)限位開關(guān)。其中，電感接近開關(guān)用于判斷元件在傳送帶上的位置，電容接近開關(guān)用于判斷元件的體積，光電傳感器用于判斷元件重量，滑臺(tái)限位開關(guān)是判斷滑臺(tái)的位置。 圖（1）電容式傳感器 圖（2）電容式接近開關(guān)圖形符號(hào)電容式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用:由于電容傳感器根據(jù)其感應(yīng)靈敏度可以檢測(cè)不同質(zhì)量的貨物。如圖（2）所示，在自動(dòng)生產(chǎn)線上可以檢測(cè)出工件形狀，體積等等，用以控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或下一個(gè)加工步驟等。3.4.1 光電式接近開關(guān)光電式傳感器是用光電轉(zhuǎn)換器件作敏感元

54、件、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。光電式傳感器的種類很多，按照其輸出信號(hào)的形式，可以分為模擬式、數(shù)字式、開關(guān)量輸出式。以開關(guān)量形式輸出的光電傳感器，即為光電式接近開關(guān)。 光電式接近開關(guān),利用光電效應(yīng)制成的傳感器稱為光電式傳感器。光電式傳感器的種類很多，其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。 （1）光電式接近開關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器組成。（2）光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見光。（3）光接收器用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以開關(guān)量形式輸出。（4）按照接收器接收光的方式不同，光電式接近開關(guān)可以分為對(duì)射式、反射式和漫射式三種。光發(fā)射器和光接收器也有一體式和分體式兩種3.4.2

55、對(duì)射式光電接近開關(guān)對(duì)射式光電接近開關(guān)是指光發(fā)射器（光發(fā)射器探頭或光源探頭）與光接收器（光接收器探頭）處于相對(duì)的位置工作的光電接近開關(guān)。其原理和外形如下圖所示：（對(duì)射式接近開關(guān)的工作原理）（對(duì)射式接近開關(guān)外形圖）3.4.3 反射式接近開關(guān)反射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對(duì)的位置上安置一個(gè)反光鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射回來后由光接收器接收。其原理和外形如下圖所示： （反射式光電接近開關(guān)的工作原理及其外形圖）3.4.4 漫射式光電接近開關(guān)漫射式光電接近開關(guān)是利用光照射到被測(cè)物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光

56、，故該種傳感器稱為漫射式光電接近開關(guān)。 其原理和外形如下圖所示： （漫射式光電接近開關(guān)的工作原理及其外形圖）3.4.5 光纖式傳感器光纖電纜由一束玻璃纖維或由一條或幾條合成纖維組成。光纖能將光從一處傳導(dǎo)到另一處,甚至繞過拐角處。其 工作原理是通過內(nèi)部反射介質(zhì)傳遞光 線。光線通過具有高折射率的光纖材 料和低折射率護(hù)套內(nèi)表面,由此形成的 光纖在光纖內(nèi)的反射式傳遞。光纖由芯部(高折射率)和護(hù)套(低折射率)組成。在光纖內(nèi),光被不斷來回反射, 產(chǎn)生全內(nèi)反射,因而光能通過曲線路徑。光纖式傳感器外形如下圖所示。（光纖式傳感器外形圖）3.5 光電傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用3.5.1 對(duì)射式光電傳感器的應(yīng)用用兩個(gè)對(duì)射式光電