货物分拣系统设计

货物分拣系统设计

摘要

本模块为物流自动化控制系统第十单元，通过MicroLogix1400控制器来进行对该模块的操作。主要功能为利用电机带动传送带运行，把货物传送到相应的位置，检测传送过来的物体属于哪种材质，然后根据电感传感器和电容传感器分别对货物进行分类，送入货道。货物传送到电感传感器时，若传送的货物为金属物体，电感传感器就会产生一个信号，电磁阀给气缸一个动作的信号，气缸就会动作把金属货物送入货道；若货物为非金属物体，继续传送，到达电容传感器时，电容传感器就会产生一个信号，同样电磁阀给气缸一个动作信号，气缸就会把非金属货物送入货道。同时还有光电开光来进行对货道是否储存满进行检测。在货物进入货道时，利用计数器来对货物计数，这样可以满足不同客户对货物量的统计，来达到客户的要求，当满足客户要求时，就会出现闪烁报警，当货道存入货物满时，货道中的光电开关就会发出一个红色灯来提示工作人员。

关键字：可编程控制，传感器，货物分拣

目录

摘要.................................................. I

1 元器件说明 (1)

1.1 可编程控制器 (1)

1.1.1 Micrologix 1400/1766-L32BXB (1)

1.1.2 MicroLogix1400的性能： (2)

1.2 供电及保护模块 (3)

1.2.1 CDB3LE-40系列漏电断路保护器 (3)

1.2.2 S8JC-Z03524C经济型开关电源 (3)

1.3 BLJ18A4-8-Z/B1Z电感传感器 (5)

1.3.1 组成 (5)

1.3.2 参数说明 (5)

1.3.3 接线示意图 (5)

1.3.4 原理 (5)

1.3.5 功能 (5)

1.3.6 应用范围 (5)

1.3.7 特点 (6)

1.3.8 注意 (6)

1.4 E2K-X8ME1电容传感器 (6)

1.4.1 组成 (6)

1.4.2 参数说明 (6)

1.4.3 接线示意图 (7)

1.4.4 原理 (7)

1.4.5 功能 (8)

1.4.6 应用范围 (8)

1.4.7 特点 (8)

1.4.8 注意 (8)

1.5 光电开关EE-SPY402 (8)

1.5.1 组成 (8)

1.5.2 参数说明 (8)

1.5.3 接线示意图 (9)

1.5.4 原理 (9)

1.5.5 功能 (10)

1.5.6 术语解释 (10)

1.5.7 特点 (10)

1.5.8 注意 (11)

1.5.9 常用材料的反射率 (12)

1.6 E6A2-CW5C旋转编码器 (12)

1.6.1 参数说明 (13)

1.6.2 接线示意图 (13)

1.6.3 原理 (14)

1.6.4功能 (14)

1.6.5 应用范围 (14)

1.6.6 特点 (14)

1.6.7 注意 (14)

1.7 SCDJB16-60气缸 (15)

1.7.1 组成 (15)

1.7.2 原理 (15)

1.7.3 功能 (15)

1.7.4 特点 (15)

1.8 电磁阀SVK0120 (16)

1.8.1 组成 (16)

1.8.2 参数说明 (16)

1.8.3 接线示意图 (16)

1.8.4 原理 (16)

1.8.5 功能 (17)

1.8.6 特点 (17)

1.9 55TDY4永磁同步电机 (17)

1.9.1 组成 (17)

1.9.2 参数说明 (17)

1.9.3 接线示意图 (17)

1.9.4 结构 (17)

1.9.5 原理 (18)

1.9.6 功能 (18)

1.9.7 特点 (18)

2 接线图及程序图 (19)

2.1 硬件设计 (19)

2.1.1 I/0分配 (19)

2.2.2 接线图 (20)

2.2 软件设计 (21)

2.2.1 Address/Symbol表 (21)

2.2.2 梯形程序图 (22)

2.2.3 控制过程分析 (24)

参考文献 (26)

1 元器件说明

如表1.1。

表1.1 元件清单表

1.1 可编程控制器

1.1.1 Micrologix 1400/1766-L32BXB

图1.1 Micrologix 1400/1766-L32BXB 示意图

参数说明如表1.2。

表1.2罗克韦尔1400产品1766-L32BXB表

1.1.2 MicroLogix1400的性能：

（1）内含的数字量I/O (1766-L32BWA, -L32AWA, -L32BXB)

–20个数字量输入(110/240V AC or 24V DC)。

–12个数字量输出(继电器, 或继电器和直流场效应晶体管）。

（2）内含的电压型模拟量I/O (1766-L32BWAA,-L32AWAA,-L32BXBA) –4路0-10V dc 电压型模拟量输入。

–2路0-10V dc 电压型模拟量输出。

（3）支持7 块扩展模块(1762-I/O) 总数达144 I/O点。

内含6个100kHz 高速计数器(在直流输入的控制器上)。

（4）3个高速脉冲串PTO输出/脉宽调制PWM输出

其中PTO输出达100kHz和PWM输出达40kHz (在直流输出的控制器上)。

（5）2个内含的串口

支持DF1/DH485/ModbusRTU/DNP3 Slave/ASCII协议。

（6）10K 字用户程序内存和10K字用户数据内存。

（7）内置背景灯的LCD。

1.2 供电及保护模块

1.2.1 CDB3LE-40系列漏电断路保护器

图1.2 （德力西集团）CDB3LE-40系列漏电断路保护器

CDB3LE系列漏电断路器适用于交流50Hz，额定工作电压230V ，额定电流至40A的线路中，用来对人进行间接接触保护，以及对建筑物及类似用途的线路进行过电流保护。也可对由于过电流保护装置不动作而持续存在的接地故障引起的火灾提供保护。带过电压保护的漏电断路器还能对由于电网故障引起电压过高进行保护。本系列产品在低压配电系统中已经越来越多地被采用作为接地故障和直接接触、间接接触电击的后备保护。

1.2.2 S8JC-Z03524C经济型开关电源

图1.3 ( 欧姆龙OMORON)S8JC-Z03524C经济型开关电源

1.2J系列带盖正面安装型开关电源：

（1）CE标记的经济型电源；

（2）通过UL508/1950/60950，CSA C22.2 No14/950/60950 Class2、EN60950、EN50178（=VDE0160）认证；

（3）符合EMC的EN61204-3 Class A。

S82K系列为切换式电源，可用DIN铝轨直接安装，输出及输入端子上下分离，安装及配线容易。

输入电压范围较宽，AC85-264自由S8JC系列小型轻量基本电源系列：

（1）行业最小尺寸；

（2）全面采用高温电解电容，确保系统长寿命高可靠性；

（3）能量分散系统设计，印刷线路板受外部压力降低到极限；

（4）采用高等级印刷线路板，强度、耐湿性一步提高；

（5）接线端子台构造，全面提高了撞击保护等级。

1.3 BLJ18A4-8-Z/B1Z电感传感器

图1.4 BLJ18A4-8-Z/B1Z电感传感器1.3.1 组成

振荡器、开关电路及放大输出电路。

1.3.2 参数说明

检测距离：8mm、电压：6-36VDC。

1.3.3 接线示意图

BLJ18A4-8-Z/B1Z 电感传感器+24V I:0/2 OV

图1.5 BLJ18A4-8-Z/B1Z电感传感器接线示意图

1.3.4 原理

振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。

1.3.5 功能

感应金属物体。在该单元中当货物从传送带送来时，利用电感传感器来检测货物并进行分类，当电感传感器感应到货物为金属时就会产生一个信号，并自动把货物送入相应的货道。

1.3.6 应用范围

在工业自动控制系统中广泛被采用。

1.3.7 特点

1.无活动触点、可靠度高、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（测量范围大时分辨率低）；

6.无输入时有零位输出电压，引起测量误差；

7.对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；

8.不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。

1.3.8 注意

电感传感器只能检测金属、检测距离较近一般为1mm~200mm。

1.4 E2K-X8ME1电容传感器

图1.6 E2K-X8ME1电容传感器

1.4.1 组成

LC高频震荡电路、检波器、直流电压放大器。

1.4.2 参数说明

如表1.3。

表1.3 E2K-X8ME1电容传感器参数说明

1.4.3 接线示意图

+24V I:0/30V

图1.7 E2K-X8ME1电容传感器接线示意图

1.4.4 原理

一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。

1.4.5 功能

几乎能感应任何物体，包括金属。在该单元中负责检测非金属。

1.4.6 应用范围

检测距离：8mm±10％、电压：DC12～24V(DC10～30V)。

1.4.7 特点

1.输人能量小而灵敏度高。

2.电参量相对变化大。

3.动态特性好。

4.能量损耗小。

5.结构简单，适应性好。

1.4.8 注意：

保护回路时采用逆接保护、浪涌吸收。

1.5 光电开关EE-SPY402

图1.8 EE-SPY402光电传感器

1.5.1 组成

发射器、接收器和检测电路。

1.5.2 参数说明

如表1.4。

表1.4 EE-SPY402光电开关参数说明

1.5.3 接线示意图

+24V

I:0/4

0V

EE-SPY402光电开关有三个接线端，分别接入电源+24V、PLC输入接线端子I:0/4、及接地0V.

图1.9 EE-SPY402光电传感器接线示意图

1.5.4 原理

利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。

1.5.5 功能

物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。本单元中用于检测物品的有无计数。

1.5.6 术语解释

1.检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。

2.回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。

3.响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。

4.输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。

5.检测方式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。

6.输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP 四线、AC二线、AC五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。

7.表面反射率：漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度,而且，被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。常用材料的反射率。

8.环境特性：光电开关应用的环境亦会影响其长期工作可用性。当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至会被一些强酸性物质腐蚀，以至其使用参数和可用性降低。较简便的解决方法就是根据光电开关的最大检测距离（Sn）降额使用来确定最佳工作距离。

1.5.7 特点

1.具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；

2.对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正

常工作。并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；

3.响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；

4.采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

1.5.8 注意

（1）避免强光源

光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。但应回避将传感器光轴正对太阳光、白炽灯等强光源。在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。

（2）防止相互干扰

防止相互干扰最有效的办法是投光器和受光器交叉设置，超过2组时还拉开组距。当然，使用不同频率的机种也是一种好办法。

（3）镜面角度影响

当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成10～20°的夹角，以使其光轴不垂直于被检测物体，从而防止误动作。

(4）排除背景物影响

使用反射式扩散型投、受光器时，有时由于检出物离背景物较近，光电开关或者背景是光滑等反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳定检测。

因此可以改用距离限定型投、受光器，或者采用远离背景物、拆除背景物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。

(5)自诊断功能使用

在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜玷污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。

(6）消除台面影响

投光器与受光器在贴近台面安装时，可能会出现台面反射的部分光束照到受光

器而造成工作不稳定。对此可使受光器与投光器离开台面一定距离并加装遮光板。

(7)严禁用稀释剂等化学物品，以免损坏塑料镜。

(8)高压线、动力线和光电传感器的配线不应放在同一配线管或用线槽内，否则会由于感应而造成（有时）光电开关的误动作或损坏，所以原则上要分别单独配线。

下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：

1.灰尘较多的场所；

2.腐蚀性气体较多的场所；

3.水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；

4.户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所；

5.环境温度变化超出产品规定范围的场所；

6.振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。

1.5.9 常用材料的反射率

如表1.5。

表1.5常用材料的反射率

材料反射率材料反射率

白画纸90% 不透明黑色塑料14%

报纸55% 黑色橡胶4%

餐巾纸47% 黑色布料3%

包装箱硬纸板68% 为抛光白色金属表面130%

洁净松木70% 光泽浅色金属表面130%

干净粗木板20% 不锈钢200%

透明塑料杯40% 木塞35%

半透明塑料杯62% 啤酒泡沫70%

不透明白色塑料87% 人得手掌75%

1.6 E6A2-CW5C旋转编码器

图1.10 E6A2-CW5C旋转编码器

1.6.1 参数说明

如表1.6。

表1.6 E6A2-CW5C 旋转编码器参数说明

1.6.2 接线示意图

0V

I:0

E6A2-CW5C 旋转编码器有四个接线端，分别接入电源+24V 、PLC 输入端子I:0/0、I:0/1、接地0V

图1.11 E6A2-CW5C 接线示意图

1.6.3 原理

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

1.6.4功能

用于在控制运动中，反馈回来高速脉冲信号，配合高速计数器*1使用，实现精确定位。

1.6.5 应用范围：

电源电压：DC12V— 10%～24V+15% 脉动(p-p)5% 以下。

机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。

1.6.6 特点

1.测角度，通过旋转后编码器码值的变化测角度。

2.测直线长度与高度，很多直线运动是通过旋转的电机来带动的，同样的思考方法，通过旋转的编码器也可以测直线运动。而有些运动还有曲线型的，那就要非线性计算了。

3.测运动方向（旋转的和直线的），增量型编码器有a/b相判向功能，而绝对值有大小变化，以此都可以判断运动方向。

4.测速度，通过单位时间内角度或长度的变化量，计算运动速度。如果再将时间微分一次，还可以计算加速度。

5.做同步，多个轴的运动变化比较，可作同步。

1.6.7 注意

使用是降低轴向之间的有线跳动。不然即便用金属自做的联轴器，长期使用对工作轴和旋转编码器都有损伤。

1.7 SCDJB16-60气缸

图1.12 SCDJB16-60气缸

1.7.1 组成

由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封圈组成。

（1）缸筒：缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。

（2）端盖：端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。

（3）活塞：活塞是气缸中的受压力零件。

（4）活塞杆：活塞杆是气缸中最重要的受力零件。

（5）密封圈：回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。

1.7.2 原理

据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。

1.7.3 功能

引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。在该单元中利用电磁阀传送的气来进行对货物的弹出，送入货道。

1.7.4 特点

（1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。

（2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。

（3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。

（4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。

1.8 电磁阀SVK0120

图1.13 SVK0120电磁阀

1.8.1 组成

电磁线圈与磁芯。

1.8.2 参数说明

电源电压24V DC、额定功率：2.5W。

1.8.3 接线示意图

SVK0120电磁阀

Q1(O:0/1)、Q2(O:0/2)、Q3(O:0/3)

图1.14 SVK0120电磁阀接线示意图

1.8.4 原理

气动电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，气动电磁阀的每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边。

气动电磁阀通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过气动电磁阀的油的压力来推动活塞，这样通过控制气动电磁阀的电磁铁的电流就控制了整个电磁阀的机械运动。

气动电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；气动电磁阀并不限于液压，气动；气动电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢或电磁阀来控制。

1.8.5 功能

控制液压流动方向、控制流体的自动化基础元件，属于执行器。 1.8.6 特点

在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25 毫米。在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。

1.9 55TDY4永磁同步电机

1.9.1 组成

机身、机盖、轴承、转子、定子、调节器、整流桥、皮带盘这几部分组成。 1.9.2 参数说明

如表1.7。

表1.7 55TDY4永磁同步电机参数说明

1.9.3 接线示意图

C N L

图1.15 55TDY4永磁同步电机接线示意图

1.9.4 结构

同步电机有旋转磁极式和旋转电枢式两种结构形式。由于旋转磁极式具有转子重量小、制造工艺较简单、通过电刷和滑环的电流较小等优点，大中容量的同步电动机多采用旋转磁极式结构。根据转子形状的不同，旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。凸极式多用于要求低转速的场合，其转子粗而短，气隙不均匀。隐极式多用于要求高转速的场合，其转子细而长，气隙均匀。

同步电机与其他旋转电机一样，由定子和转子两大部分组成。旋转磁极式同步电机的定子主要由机座、铁心和定子绕组构成。为减小磁滞和涡流损耗，定子铁心采用薄硅钢片叠装而成，定子铁心的内表面嵌有在空间上对称的三相绕组。转子主要由转轴、滑环、铁心和转子绕组构成。为兼顾导磁性能和机械强度的要求，转子