快递分拣装置控制系统设计

PAGEPAGEIV快递分拣装置控制系统设计摘要快递分拣电气控制系统是完成配送、配送中心分拣、分拣和分配操作的现代化设备。是进行分拣配送业务的有力技术保障。目前，国内外几乎所有的大型邮局都配备有快递分拣电气控制系统。机械分拣也称为输送机分拣。它以机械为主要输送工具。快递分拣作业仍然依赖于手工作业。快递分拣作业人员根据快递上的标签、颜色标签、编号和其他分拣标记，对符合提单要求的快递进行分拣。选择它并把它放在一个简单的传送带或现场。本文主要介绍PLC在快递分拣系统中的应用。利用可编程序控制器（PLC）设计了一种低成本、高效率的快递自动分选装置。以西门子PLC为主控制器，结合气动装置、传感技术、位置控制技术，实现快递现场自动分拣控制。该系统自动化程度高、运行稳定、精度高、控制方便。可根据不同的对象对系统稍作修改，以满足要求。关键词：西门子PLC；快递分拣装置；传感器

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

目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1研究背景 11.2研究意义 21.3研究现状 31.3.1国外研究现状 31.3.2国内研究现状 3第2章相关概述 52.1分拣系统 52.1.1分拣系统的基本组成 52.1.2快递分拣电气控制系统的基本功能 62.1.3快递分拣电气控制系统的结构特点 62.2PLC简介 7第3章快递分拣装置总体设计 83.1快递快递分拣装置工作过程概述 83.2系统的技术指标 93.3系统的设计要求 93.3.1功能要求 93.3.2系统的控制要求 9第4章控制系统的硬件设计 104.1系统的硬件结构 104.2系统关键技术 104.2.1确定I/O点数 104.2.2PLC的选择 114.2.3PLC的输入输出端子分配 114.2.4PLC输入输出接线端子图 124.3检测元件与执行装置的选择 134.3.1旋转编码器 134.3.2电感传感器 144.3.3电容传感器 154.3.4颜色传感器 174.3.5光电传感器 184.3.6步进电机 18第5章控制系统的软件设计 195.1控制系统流程图设计 195.2控制系统程序设计 20结论 25参考文献 26致谢 28PAGE23第1章绪论本课题的目的在于根据指导教师的指导，利用所学课程《电气控制与plc应用》、《单片机原理及应用》等，查找相关论文及资料设计对于分拣系统的应用前景，主要着眼于分拣系统的可靠性，优越性，应用领域的适用性以及系统的经济效益、成本等方而来考虑。分拣作业基本实现无人化，自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用,减轻员工的劳动强度,提高人员的使用效率。我国开始进入现代化的自动控制工业化,在势趋必行且越来越普遍的自动化工业生产的背景下,如何高效的进行物料分拣是一个重要问题。配送中心的大部分的功能都是运输仓库和中转站，其中的操作基本上全部依靠人为，传统的配送中心运用的信息技术，网络技术，自动化技术非常地少，过多地依赖人为操作致使物流分拣的成本尤其高，效率却较低.要降低物流成本,提高分拣效率,首要任务是研究出一个合理,稳定,有效,低成本且能大范围普及的物料分拣系统。1.1研究背景随着世界经济的高速发展,只要是涉及到生产运输的行业都离不开分拣系统。在整个物流过程中，其核心是仓储业务，分拣系统的目的是降低物流的成本，以此提高整个物流过程中的整体效益，提高总体的服务水准，使物流变得简单易行合理。一个好的分拣配送系统可以极大地优化整个物流过程，并能连续、大批量地对货物进行分拣。由于大型生产中采用的管道自动运行方式，自动分拣系统不受气候、时间、人体体力等因素的限制，能够连续运行。目前，自动分拣系统主要采用条码技术对货物进行识别，降低了快速分拣的误码率，提高了快速分拣的速度，极大地解放了劳动力。现代社会生活与物流工作密不可分。随着人民生活水平的不断提高和社会的快速进步，物流工作变得越来越复杂。快递分拣系统最初是人力操作系统。该系统通过人工提取和处理来分类和运输快递。该系统分拣效率不高，出错率高，不能满足当前快递分拣速度和精度的要求。因此，为了改变这种状况，为了实现快递分拣操作的智能化，提高快递分拣速度，减少冗余人力，适应现代社会发展的需要，基于自动化的快递自动分拣新方案应运而生。TIC控制系统。由于科学技术的飞速发展，各种类型的自动机械设备在分选系统中开始启用。信息传输和处理已成为计算机控制技术时代出现的主要方式。快递分拣系统的最重要的设计要求是始终掌握机械化、自动化、智能化自动化设计的方向和规范。随着计算机控制技术的飞速发展，可编程序控制器（PLC）已开始进入历史阶段，其功能也在几十年内日益多样化。可编程序控制器控制系统设计、调试、安装快捷、体积小等特点，易于满足机电一体化的要求。在工业控制自动化系统中，与其他功能类似的硬件相比，可编程序控制器的地位开始逐步提高。它越来越受到设计者的青睐，并逐渐成为最重要、应用最广泛的工业控制装置。PLC应用的广度已逐渐成为一个国家的评价。家用工业自动化水平是其中的一个标准。物流局的自动化生产设备是集多种技术于一体的新型设备。它综合了机械与电机技术、传感器与通信网络等关键技术。通过在线各工作单元的协作，传感器检测单元与在线信息处理、驱动和控制的执行都通过微处理单元（CPU）进行协调。有秩序地工作。1.2研究意义就目前看来，只有通过使用我们先进的生产系统技术和自动化的设备来提高我们的工厂和车间的能力，我们才能不断适应现在变化越来越快的市场需求，才能使我们国家向着更强过迈进。经济效益差、自动化程度低是我国工业制造业在不少领域仍然存在的弊端。和发达国家相比，我们的企业效能远远不及，尽管我国是国际上机床拥有量和数控从业员最多的国家，问题比较集中在两方面：①产品产出率的严重不足。②相同的产出其损耗和时间成本远远越过发达国家。我国普通采用的单机生产方式严重滞后，不能适应社会潮流的发展，我们要通过参与世界的激烈的竞争来提高自身的水平，就必须采用中小批量的生产方式，将生产的过程自动化、批量化以及柔性化。本设计来源于物流局工作现场，又可以服务于企业，还可供现场技术人员进行二次开发的前期试验。工业级的器件和工业标准化设计，其方法具有很好的推广性，对物流局一线工程人员的技能训练具有重要意义。1.3研究现状1.3.1国外研究现状国外分拣系统研究从20世纪60年代开始，由于军工业的需要，自动生产线得到很大程度的研究与发展。尤其是战争之后，西方工业就已经广泛的采用自动分拣机。如日本的医疗行业、化妆品制造行业、连锁商业等全自动分拣机更是普遍应用。在美国，自动检测、分拣、传送生产线更是带动工业的增长。在欧洲、英国、德国等国家，他们的分拣技术也高度发达。德国西门子在物流设备系统中不断引进各种类型的自动分拣设备，并发挥着非常重要的作用。二十一世纪后,国外的分拣系统发展迅速,Aughan,Mark将分拣系统归纳为五个子系统合并前聚集、订单挑选、感应、合并、搬运分拣,从而将订单获得与不同传送带有机地的结合起来成一个高效的分拣系统研究了现有的关于评估分拣固定各种形状货物分拣系统的分拣时间的解析公式，从配送中心里物料搬运的角度研究了分拣系统传送带的构建,及如何搭配传送带,构建一个良好的分拣搬运系统。目前,国际上较先进的自动分拣机有自动分拣机、小型中速自动分拣机、推块式高速自动分拣机、高速水平自动分拣机、数字式拣位系统和全自动分拣机等。1.3.2国内研究现状与发达国家相比，我国的分拣系统和技术还相对落后。随着我国市场经济体制的建立和现代物流业的发展，一个相对完整的体系尚未形成。但随着我国改革开放的不断深入,我国现代物流也将逐步进入发展阶段。我国的自动生产线设备技术在九十年代得到迅速发展，从引进国外先进设备技术，到自主研发、生产，但产品偏向于中端、大型企业，而中、小型企业因产品灵活性、多样性及成本等原因，需要简易型设备。人工作业的情况仍比较普遍,电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多,自动拣选系统更是寥寥无几。总的来说,我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。系统对商品包装有很高的要求。为了使大多数商品能够自动分拣，需要根据分拣商品的统一包装特点，实施标准化包装，定制分拣机等二次措施。但对于所有商品的供应商来说，执行国家包装标准局是非常困难的。定制的分拣机将增加硬件成本，而且它们越特殊，它们的通用性就越差。随着工业生产自动化水平的不断提高，自动分拣系统在很多行业领域都有了成功的应用。

第2章相关概述2.1分拣系统2.1.1分拣系统的基本组成快递分拣线的控制功能要求：（1）系统能够实现不同材质、不同颜色工件的判断，并能够根据检测结果自动分拣。（2）非正确放置的工件将被判断为不合格品，系统自动识别并作弃置处理。（3）所有经分拣或者弃置工件的具体数量能够通过PLC进行统计，最终由触摸屏显示。（4）输送皮带的频率可通过触摸屏实时调整并能够显示当前运行频率。（5）系统要求有严谨的安全保护机制，配备相关的紧急和复位操作，在缺料和非原点位置时不允许启动。系统的基本组成：本文设计的系统其结构图如图2-1所示：图2-1系统结构图（1）控制装置的功能是识别和接收分拣信号，并快速处理大量的分拣信息和指令，准确识别每件快递。根据分拣信号的要求，运输系统和快递分拣装置由系统的控制网络控制，快递按快递种类、交货地点或货主类型进口。自动分拣，及时、准确、协调地完成分拣作业，并将作业信息和数据反馈给主控监控系统。分类输入系统可以有多种方式，根据自身需要选择不同的输入方式，如重量检测、颜色扫描、条码扫描、键盘输入、语音识别、高度检测和形状识别等。根据这些分选信号的判断，可以决定某类快递应该进入哪个分选入口。（2）快速分拣装置的功能是根据控制装置发出的分拣指令，当具有相同分拣信号的货物通过快速分拣装置时，改变输送带的运行方向，进入其他输送机或分拣入口。分类设备有很多种，如发射、浮标、倾斜和分支。不同的设备对包装材料、包装重量和包装底面平整度有不同的要求。（3）输送机的主要部件是输送带或输送机。其主要功能是通过控制装置和分类装置对鱼进行分类，并连接输送装置的两侧。通常，连接几个分拣端口，以便分拣的快递滑下主传送带（或主传送带）以便随后操作。（4）分拣入口是被分拣快递离开主输送机（或主输送带）进入收集区域的通道。一般来说，它由钢带、皮带、滚筒等组成，使快递从主输送机滑到收集平台，入口处的所有快递由工作人员集中、储存或组装。2.1.2快递分拣电气控制系统的基本功能（1）系统可以实现对不同材质、不同颜色的工件的判断，并可根据检测结果自动对工件进行分类。（2）对放置不正确的工件进行不合格判定，系统自动识别并处理。（3）PLC可对被分拣或丢弃工件的具体数量进行计数，触摸屏显示传送带的频率可实时调节，并可显示当前的运行频率。该系统要求有严格的安全保护机制，配备相应的紧急和重置操作，并且不允许在没有材料和非原点位置时启动。2.1.3快递分拣电气控制系统的结构特点快递分拣系统是一套灵活的开发设备，可由多个工作站组成。根据分拣的实际需要，可以增加和减少每个工作站的类型和数量。模块化设计使其安装和拆卸非常方便。除安装拆卸方便外，快递分拣电气控制系统还集成了多种关键技术，如机械制造技术、传感检测技术、变频技术、触摸屏应用和PLC技术。学。该系统能显示企业的实际生产过程，使企业的产品控制过程具有自己的显示平台，直观的企业生产，能为企业的技术反思和后续技术改进提供良好的开发平台。其主要特点概括如下：（1）系统执行机构采用气动技术，具有清洁、节能、高效的优点。（2）分离单元，拆装灵活，安装灵活。（3）采用西门子小型PLC实现程序控制，以最小的经济投入获得最大的实际效益。（4）触摸屏和物理按钮的结合，使系统的控制更加方便快捷，界面更加友好。2.2PLC简介可编程逻辑控制器（PLC）是一种用于内部存储程序的可编程存储器。它用于执行面向用户的指令，如逻辑操作、顺序控制、定时、计数、算术操作，并控制各种机械或生产过程、数字或模拟输入/输出。可编程控制器的电源在整个系统中起着重要的作用。没有一个好的、可靠的供电系统，就不可能正常工作。因此，可编程序控制器的制造商也非常重视电源的设计和制造。一般来说，交流电压的波动在±10%（±15%）范围内。PLC可以直接连接到AC网络，而不采取其他措施。

第3章快递分拣装置总体设计3.1快递快递分拣装置工作过程概述如图3.1所示为本快递分拣装置的结构示意图。图3.1快递分拣装置结构示意图快递分拣装置包含的部件有：气体压缩机、二联体过滤器、电磁阀组、汽缸、传输带、各种传感器等。将颜色传感器、下料传感器、电感传感器、电容传感器备用传感器安装在不同的网格区域内。系统通电后，可编程控制器首先控制启动输送带，进给传感器SN检测进给槽中是否有快递。如果没有快递，输送带在操作一段时间后自动停止等待进料。当给料槽加载时，给料传感器将信号输出到PLC，PLC控制输送带继续运行，同时控制气动阀。可调整切割时间间隔。材料传感器SA是一种电感式传感器。当检测材料为铁质材料时，反馈信号发送给PLC，通过PLC控制的气动阀1的作用选择材料。材料传感器SB是电容式传感器。当检测材料为铝材时，将反馈信号发送给PLC，通过PLC控制的气动阀2的作用选择材料。传感器SC是一种颜色传感器。当材料的颜色被检测为被检测的颜色时，PLC通过三个动作控制气动阀来选择材料。材料传感器SD是备用传感器。当系统被设置为对某一颜色的金属或非金属材料进行分类时，通过程序存储每个传感器的状态，完成分类任务。3.2系统的技术指标输入电压：AC200～240V（带保护地三芯插座）消耗功率：250W环境温度范围：-5～40℃气源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa3.3系统的设计要求系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求，进行设计之前，首先应分析控制对象的要求。3.3.1功能要求快递快递分拣装置应实现基本功能如下（1）分拣出金属和非金属（2）分拣某一颜色块（3）分拣出金属中某一颜色块（4）分拣出非金属中某一颜色块（5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块3.3.2系统的控制要求该系统使用各种传感器对被测材料进行检测和分类。当被测物体被切割装置送入输送带时，依次由各种传感器进行检测。如果由某个传感器测量，则由相应的气动装置将其推入料仓；否则，继续前进。其控制要求包括以下九个方面：（1）光电编码器可以在系统供电时产生所需的脉冲。（2）电机运转，带动输送带向前移动（3）当有材料时，切割滚筒移动以输送材料。（4）当电感传感器检测铁质材料时，推动缸移动一次。（5）当电容传感器检测铝材料时，推动缸2移动。（6）当颜色传感器检测到材料是特定颜色时，推动缸3移动。（7）当其他材料被发送到SD位置时，推动气缸4的作用。（8）气缸操作应受到动作限制的保护。（9）卸料槽卸载后延迟卸载自动停机。第4章控制系统的硬件设计4.1系统的硬件结构设计系统的硬件结构框图，如图4.1所示。图4.1系统的硬件结构框图4.2系统关键技术系统关键技术即分析控制系统的要求，确定I/O点数，选择PLC的型号，然后进行I/O分配。4.2.1确定I/O点数根据分析控制系统的要求，输入端需要有2个开关信号，6个传感器信号，他们分别是：颜色传感器、备用传感器、电感传感器、电容传感器，以及检测下料的传感器和计数传感器。相应地，有5个汽缸运动位置信号，每个汽缸有动作限位和回位限位，共计10个信号。输出包括控制电动机运行的接触器，以及5个控制汽缸动作的电磁阀。共需I/O点24个，其中18个输入，6个输出。4.2.2PLC的选择根据上面所确定的I/O点数，且该快递快递分拣装置的控制为开关量控制。因此，选择一般的小型机即可满足控制要求。本系统选用西门子电机的S7-1200系列PLC。它有24个输入点，16个输出点，满足本系统的要求。4.2.3PLC的输入输出端子分配根据所选择的PLC型号，对本系统中PLC的输入输出端子进行分配，如表4.1所示表4.1快递快递分拣装置PLC输入/输出端子分配表西门子PLC（I/O）分拣系统接口（I/O）备注输入部分I0.0UCP（计数传感器）接旋转编码器I0.1SN（下料传感器）判断下料有无I0.2SA（电感传感器）I0.3SB（电容传感器）I0.4SC（颜色传感器）I0.5SD（备用传感器）I0.6SFW1（推气缸1动作限位）I0.7SEW2（推气缸2动作限位）I1.0SFW3（推气缸3动作限位）I1.1SFW4（推气缸4动作限位）I1.2SFW5（下料气缸动作限位）I1.3SBW1（推气缸1回位限位）I1.4SBW2（推气缸2回位限位）I1.5SBW3（推气缸3回位限位）I1.6SBW4（推气缸4回位限位）I1.7SBW5（下料气缸回位限位）I2.0SB1（启动）I2.1SB2（停止）输出部分Q0.0M（输送带电机驱动器）Q0.1YV1（推气缸1电磁阀）Q0.2YV2（推气缸2电磁阀）Q0.3YV3（推气缸3电磁阀）Q0.4YV4（推气缸4电磁阀）Q0.5YV5（下料气缸电磁阀）4.2.4PLC输入输出接线端子图根据表1可以绘制出PLC的输入输出接线端子图，如图4.2所示。图4.2PLC输入输出接线端子图4.3检测元件与执行装置的选择主要是对旋转编码器和各个传感器的选择，并对其作简要介绍。4.3.1旋转编码器旋转编码器是与步进电机连接在一起，在本系统中可用来作为控制系统的计数器，并提供脉冲输入。它转化为位移量，可对传输带上的快递进行位置控制。传送至相应的传感器时，发出信号到PLC，以进行分拣，也可用来控制步进电机的转速。本系统选用E6A2CW5C旋转编码器，原理如图4.3所示。光电码盘光电码盘图4.3旋转编码器原理示意图旋转编码器：用旋转编码器测量装置的速度。主要的技术参数是每次旋转的脉冲数（几十到数千）和电源电压。它可以分为两种：单输出和双输出。单输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双输出旋转编码器的输出是一组相位差为90度的脉冲。通过这两个脉冲，不仅可以测量转速，而且可以判断旋转方向。根据信号原理，编码器可分为增量脉冲编码器（SPC）和绝对脉冲编码器（APC）。它们都被广泛应用于速度控制或位置控制系统中。编码器盘的材料是玻璃、金属和塑料。玻璃圆盘是在玻璃上沉积的细线。它具有良好的热稳定性和高精度。金属盘可直接连接有无雕刻。打破是不容易的。但是，由于金属厚度的限制，其精度有限，热稳定性比玻璃差一个数量级。一级，塑料编码器经济，成本低，但精度、热稳定性和寿命较差。其工作原理如下：一个具有圆形通孔和暗槽的中轴光电码盘，由光电发射器和接收器读取。四组正弦信号组合成A、B、C和D。每个正弦波具有90度相位差（相对于一个周期360度）。将C和D信号反相叠加在A、B上，在两相中稳定信号得到增强，输出Z相脉冲表示零参考位。由于相位A和相位B相差90度，通过比较相位A和相位B可以区分编码器的正负方向，通过零脉冲可以获得编码器的零参考位。分辨率：编码器每旋转360度时提供的经过或暗线数称为分辨率，也称为解析索引，或者直接调用多少行，通常每个旋转索引5-10000行。信号输出：信号输出有正弦波（电流或电压），方波（TTL、HTL），集电极开路（PNP、NPN），推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A，A-；B，B-；Z，Z-），HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接：编码器的脉冲信号通常与计数器、PLC和计算机相连。PLC与计算机连接的模块分为低速模块和高速模块，开关频率低或高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达4.3.2电感传感器电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。电感传感器利用LC高频振荡器和放大处理电路使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统选用M18X1X40电感传感器。接线图如图4.4，原理图如图4.5。图4.4M18X1X40DC二线常开式电感传感器接线图图4.5电感传感器工作原理图由磁芯和线圈组成的电感式传感器，感应磁罐可以把铁材料的线性或角位移的变化转换成线圈电感的变化，也称为电感式位移传感器。线圈匝数和传感器材料的磁导率系数都是确定的。电感的变化是由位移输入引起的线圈磁路几何尺寸的变化引起的。当线圈与测量电路连接并且激励电源连接时，可以获得与位移输入成比例的电压或电流输出。电感传感器的特点是：（1）无主动接触，可靠性高，使用寿命长；（2）分辨率高；（3）灵敏度高；（4）线性度高，重复性好；（5）测量范围宽（测量范围大，分辨率低）；输入，导致测量误差；（5）励磁电源的频率和频率。幅值稳定性要求高；不适合高频动态测量。变更。常用的电感传感器有变间隙式、变面积式和电磁铁插入式。在实际应用中，为了提高线性度，减少电磁吸力引起的附加误差，这三种传感器大多采用差动式结构。4.3.3电容传感器电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关。它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身。当物体向接近开关移动时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使与测量头连接的电路状态发生相应变化。由此，便可控制开关的接通和关断。本系统选用E2KX8ME1电容传感器，接线图可参考图4.5，原理图如图4.6。图4.6电容传感器工作原理图电容传感器：当用电子测量方法测量非电量时，测量的非电量必须先转换成电量再输入。通常，将非电量转换成电量的元件称为转换器；根据不同非电量的特性设计的装置称为传感器，测量的机械量（如电容、力、速度等）在电容变化时称为电容传感器。从能量转换的角度来看，电容变换器是一种无源变换器，需要将被测机械量转换成电压或电流后进行放大处理。线位移、角位移、间距、距离、厚度、拉力、压缩、膨胀、变形等力学量与长度密切相关。这些量是用长度或长度比来测量的，它们的测量方法也是密切相关的。此外，在某些条件下，这些力学量变化非常缓慢，变化范围非常小。如果需要高分辨率来测量最小距离或位移，其他传感器很难达到高分辨率的要求。精密测量中常用的差动变压器传感器的分辨率仅为1。电容式测微仪具有0.01微米的分辨率，比前者高两个数量级，最大测量范围为100+5微米，因此在精密小位移测量中很受欢迎。一般来说，电容式传感器适合于这些机械量的测量，特别是对于缓慢变化或少量的测量。这些传感器的主要优点如下：（1）测量范围宽，相对变化率可超过100%。（2）灵敏度高，如采用比例变压器电桥测量，相对变化可达10-7个数量级；（3）动态响应速度快，可动质量小，固有频率高，高频特性适合于动静态测量。（4）电容器的稳定性好，因为板大多是金属，板之间的衬里大多是无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等。因此，电容器可以在高温、低温、强磁场下长期工作。LD和强辐射，特别是在高温高压环境中。4.3.4颜色传感器选用TAOS公司生产的，型号为TCS230颜色传感器。此传感器为RGB（红绿蓝）颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。TCS230传感器引脚如图4.7所示。图4.7TCS230颜色传感器当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50%），不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。表4.2是S0、S1及S2、S3的可用组合。表4.2S0、S1及S2、S3的组合选项S0S1输出频率定标S2S3滤波器类型LL关断电源LL红色LH20%LH蓝色HL20%HL无HH100%HH绿色4.3.5光电传感器光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。用光电传感器是一种用来检测物体有或者无的小的金属圆柱形设备，这种设备的发射器有一个校准镜头，可以将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。本系统选用FPG系列小型放大器内藏型光电传感器。原理如图4.8所示，其中负载可接至PLC。图4.8FPG光电传感器原理图光电传感器：光电传感器是指能够将可见光转换成一定电量的传感器。光电传感器采用光电元件作为检测元件。首先，将测量的变化转化为信号变化。然后，利用光电元件将光信号进一步转换成电信号。光电传感器一般由光源、光路和光电元件组成。光电传感器是将光信号转换成电信号的光敏器件。它可以用来检测直接引起光强变化的非电量以及其他可转换成光量变化的非电量。光电检测方法具有精度高、响应快、非接触、测量参数多等优点。该传感器结构简单，形式灵活，体积小。近年来，随着光电子技术的发展，光电传感器已成为系列产品。它们的品种和产量日益增加。用户可根据需要选择各种规格的产品。广泛应用于机电控制、计算机、国防科技等领域。4.3.6步进电机步进电机是驱动输送带前进的执行机构，与旋转编码器相连。通过控制脉冲个数来控制角位移，达到精确定位的目的。同时，可以通过控制脉冲频率来控制快递快递分拣装置的可编程控制系统控制电机转动的速度，达到调速的目的。步进电机选用的型号为42BYGH101。第5章控制系统的软件设计5.1控制系统流程图设计根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图，如图5.1所示。图5.1控制系统流程图该系统可选择连续或单操作状态。如果程序处于连续运行状态，程序将在系统软件设计流程图中的气缸4动作后启动，如果程序单次运行，程序将在气缸4动作后停止。如果必要，系统可以在分选的同时对已分选的材料数量进行计数，这只能在每个气缸动作的同时累积。系统的定位控制功能可以通过编程高速计数器来实现。采用高速计数器对步进电机的匝数进行计数，确定材料到传感器的距离，实现定位功能。当定位时，电机停止运行，计数器清除，传感器开始工作，材料被分类。在气缸1-3运行后，电机再次运行，高速计数器再次计数。如果相应的传感器没有检测到对象，则电机再次运行，并且高速计数器再次计数并继续运行到下一个位置。如果只对材料的一个特性进行分类，例如金属和非金属，那么只能修改传感器或程序的位置。5.2控制系统程序设计根据所绘流程图，在STEP7-Micro/WIN40软件中编写梯形图程序。程序清单见附录。该指令是一种高速脉冲输出指令。当使能器输入有效时，检测到由程序设置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定义的脉冲操作，并从Q0.0或Q0.1输出高速脉冲。该指令定义高速计数器的指令，以便在输入有效时将操作模式分配给指定的高速计数器。高速计数用于积累扫描频率高于PLC的脉冲输入。该指令是高速计数器指令。当输入有效时，根据高速计数器专用存储器位的状态和HDEF指令指定的模式，设置高速计数器并控制其运行。下面对所编写梯形图作简要的介绍：（1）以上为主程序，首先I2.0启动后，M0.1得电并自锁，为之后电动机得电做好准备，I2.1为停止按钮。当PLC处于RUN模式时，SM0.1通电一个周期，Q0.0复位清零，并调用子程序。（2）以上为子程序中的高速脉冲指令，该程序先将控制脉冲指令的特殊功能寄存器进行初始化，然后当I0.0（下料传感器）检测到有料时，启动PLS（脉冲输出）指令；如果I0.0检测没有快递时，启动定时器T30，延时30秒自动停机。（3）以上为子程序中的高速计数指令，首先进行高速计数指令的初始化操作，当电机旋转时，带动光电码盘发出脉冲，并输入PLC的接收端，由高速计数指令进行计数，计算步进电机转过的步数，进行定位控制。其中设定预置值为50，当计数至50时，调用中断程序。（4）以上为中断程序，当高速计数指令计数至预置值时，这时快递移动至传感器的位置，M0.0得电，导致高速脉冲输出停止，步进电机停转。由于汽缸动作需要1秒，让电机停转一秒后继续运转。当快递被相应的传感器检测中后，相应的汽缸动作，将快递推下。I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7为汽缸的回位限位开关，初始状态为闭合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2为汽缸的动作限位开关，初始状态为关断。汽缸动作时，，回位限位开关关断，到达动作限位开关时，动作限位开关闭合。结论快递分拣由可编程逻辑控制器（PLC）控制。它可以连续大量地进行快递分类。排序错误率低，劳动强度大幅度降低。能显著提高劳动生产率。此外，分拣系统可以灵活地与其他物流设备无缝连接，实现快递物流和物流信息流的配送和管理。其设计采用标准化、模块化的组装方式，具有系统布局灵活、维护维修方便、不受现场原因影响的特点。同时，只要分类对象不同，就可以对系统稍加修改以达到要求。本系统采用的可编程控制器可以实现不同材质、不同颜色的工件进行判断，并且能够根据检测结果自动完成分拣，可靠性比较高，具有很强的操作性和使用性。

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