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1、输送分拣单元开发综合实训第二组机械工程学院2013年11月15日概要我国分拣设备的研发和应用起步较晚，与国外相比约晚 20 年左右。前期主要受历史因素影响，相当长的时期内只停留在研究和中试阶段，改革开放以来，通过国外产品引进及与国外专业厂商技术合作与交流，引入了国外先进技术和理念，国内对分拣设备的研制越来越成熟，应用也越来越多。早期主要应用于在邮政行业，生产和流通领域运用的并不是太多。近几年，输送分拣系统由于它能有效地解决生产分拣过程人工作业运行成本高、效率低等弊病，所以应用越来越广泛。 传统的自动分拣系统，由于当时的技术水平不高，分拣的种类不多和分拣精度不高，再加上PLC技术、位置控制技术、
2、气动技术都不够完善。所以应用到实际生产效果不是很明显。传统的材料分拣都是通过人工来进行分拣的，这样一来不但增加了人员的成本，而且分练速度和精确度都得不到保障。生产过程的条件可能会很恶劣，生产工不可能都能在该环境作业，所以物料分拣系统能发挥其功效，材料自动分拣系统能连续、大批量地分拣货物，由于采用流水线自动作业方式，并不受气候、环境、时间、人的体力等的限制，可以连续运行。THFCL-1型材料分拣实物教学模型，是涵盖了PLC技术，位置控制技术、气动技术有机结合成一体的教学仪器。随着PLC技术、位置控制技术、气动技术的发展，机械化程度的逐步提高，分工也越来越细，材料分拣实物教学模型能够应用到该领域，
3、对于生产过程中需要重复分拣某些特征明显物料有重要的现实意义。并通过通信电缆实现与上位机的通信，上位机采用组态软件设计监控系统。从而可减少成本和提高劳动生产率。 THFCL-1型材料分拣实物教学模型采用三菱公司FX2n微型可编程控制器作为控制的核心, 根据分拣系统传感器返回的信号结合PLC里的程序，可设定分拣某种金属或非金属物料和某种颜色的物料，并能将传感器的数据利用FX2n微型可编程控制器的通信电缆与上位机串口通信,从而实现在上位PC机观察材料分拣状态。目 录概要2第一章 绪论41.1、自动分拣系统的含义41.2、输送分拣设备的作用41.3、国内外自动输送分拣系统的发展状况。4第二章 分拣系统
4、介绍52.1、分拣系统的构成及各部分功能52.2、自动分拣系统的主要特点5第三章 总体方案设计73.1自动分拣系统的工作过程概述73.2 PLC 的选择83.3 PLC的输入输出端子分配93.4 PLC输入输出接线端子图10第四章 部分器件介绍124.1 旋转编码器124.2 步进电机134.3 主要元器件清单13第五章 输送分拣系统的维护和保养155.1、 检查周期：155.2、 维修内容155.3、 润滑155.4、帐套的调整15致谢18参考文献19第一章 绪论1.1、自动分拣系统的含义自动分拣系统（Automated Sorting System)是二次大战后率先在美国、日本的物流中心中
5、广泛采用一种自动化作业系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。该系统的作业过程可以简单描述如下：流动中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点(如指定的货架、加工区域、出货站台等)，同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短时间内从庞大的高层货架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送进点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。1.2、输
6、送分拣设备的作用输送分拣设备在物流流通分拣作业中最常用的基本物流机械设备，主要用于物品的输送、配送作业中进行货物分拣，把货物按不同品种、不同地点和不同单位分配到所设置的不同场地的一种物料搬运活动。1.3、国内外自动输送分拣系统的发展状况。如今,市场经济逐步深入,社会需求呈现出向小批量、多品种方向发展的趋势,配送商品的种类和数量急剧增加,这使得分拣作业在配送中心作业的比重越来越大,而客户对配送服务和质量的要求也越来越高。分拣作业的速度和质置直接关系到整个配送中心的信誉和服务水平,分拣系统自勺建设也成为配送中心非常重视的问题之一。第二章 分拣系统介绍2.1、分拣系统的构成及各部分功能自动分拣系统一
7、般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。（1）控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。（2）分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支
8、式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。（3）输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。（4）分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分
9、拣系统。2.2、自动分拣系统的主要特点1、能连续、大批量地分拣货物由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。2、分拣误差率极低自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码
10、的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。3、分拣作业基本实无人化国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作：（1）送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。（2）由人工控制分拣系统的运行。（3）分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。（4）自动分拣系统的经营、管理与维护。第三章 总体方案设计3.1自动分拣系统的工作过程概述 如图1-1 所示为本分拣装置的结构示意图。注释：S
11、BW为气缸回位限位； SA、SB、SC、SD都是条形码扫描器。它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，当料槽有料时，到SB5检测扫描复位，随后的SA、SB、SC、SD分别扫描不同的条形码再分别启用SFW1、SFW2、SFW3、SFW4分拣出不同的物料，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。实物图见下：实物上我们能看到红笔标出的传感器，由它扫描条形码开启气缸推动滑块，沿着滑道向前滑行将物品分拣出来，然后转一周后在下面的复位滑道处在复位，往复循环完成各种物品的分拣任务。3
12、.2 PLC 的选择根据上面所确定的I/ O 点数，且该材料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。本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU226 型PLC。它有24个输入点，16个输出点，满足本系统的要求。3.3 PLC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1所示表1 材料分拣装置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(
13、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(
14、推气缸4电磁阀)Q0.5YV5(下料气缸电磁阀)3.4 PLC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2-2所示。图2-2 PLC输入输出接线端子图第四章 部分器件介绍4.1 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，可对传输带上的物料进行位置控制。 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。原理如图2-3所示。光电码盘图2-3 旋转编码器原理示意图旋转编码器介绍：旋转编码器是用来测量转速的装置。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等
15、。它分为单路输出和双路输出两种。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。编码器如以信号原理来分，可分为增量脉冲编码器（SPC）和绝对脉冲编码器（APC）两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。工作原理如下：由一个中心有轴
16、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。分辨率：编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。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），
17、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：编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。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
18、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300米。4.2 步进电机 步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起。可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 同时，可以通过控制脉冲频率来控制材料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。4.3 主要元器件清单第五章 输送分拣系统的维护和保养5.1、 检查周期：除日常检修外，小修应每月一次，大修为每半年或一年一次（可根据现场条件及实际情况缩短或延长周期）。5.2、 维修内容：小修主要检修；输送带磨损量检查；损伤修补
19、；减速器润滑油的补充与更换，（按减速器说明书进行）；制动器闸瓦，制动轮磨损量检查，磨损严重的应更换；滚筒胶面磨损量检查，对损伤处进行修补；检查滚筒焊接部位有无裂纹，如有则采取措施进行修补；滚筒轴承润滑油的更换；对磨损严重的清扫器刮板，托辊橡胶圈进行更换；检查拉紧形成和安全保护装置，对失灵者必须更换；更换磨损严重的衬板；减速器按使用说明书规定进行逐项检查，拆洗和更换严重磨损零件；滚筒胶面磨损量检查，严重磨损应重新铸胶；滚筒筒体发现较大裂纹，难以修补时，则应更换；检查各类机架变形情况，焊缝有无裂纹，根据情况进行整形修复；根据情况修补或更换输送带；更换磨损严重的漏斗衬板；更换磨损严重的清扫器衬板；对
20、电器控制，安全保护装置全面检测，更换元器件及失灵的，保护装置；5.3、 润滑 对机械设备各转动部位进行定期润滑是日常保养中的重要内容 表15列举了各润滑部位所用润滑油名称、牌号、润滑补油周期，更换周期，供参考。5.4、帐套的调整 采用胀套的传动滚筒和改向滚筒在安装使用500小时后，应对胀套进行详细检查一次，检查每个螺钉的锁紧力距是否定力距值，以后每运转5000小时检查一次。表15 各部件的润滑周期（参考）序号润滑部位润滑油牌号补油周期换油周期加油量1滚筒轴承ZL-2锂基润滑脂每半月一次加油时挤出旧油2各种滑轮组ZL-2锂基润滑脂每季一次加油时挤出旧油3拉紧绞车轴承ZL-2锂基润滑脂每季一次加油
21、时挤出旧油4滑轮绳槽及钢绳表面ZL-2锂基润滑脂每季一次5拉紧小车轴承ZL-2锂基润滑脂每季一次6制动器推动器DB-25变压器油半年7各转动销轴HB-30机械油每周一次滴油8减速器N220工业齿轮油N320工业齿轮油半年按说明书9电机轴承ZL-2锂基润滑脂一年10液力偶合器20号汽轮机油每季一次一年按说明书致谢本次6自由度工业机器人开发实训是在杨海波老师和张惊雷两位老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。在此，谨向两位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!除了感谢两位老师外，也离不开组员的分工与合作，在此我向本组成员表示衷心的感谢并希望以后能与组员有更多合作的机会。参考文献1 陈飞.物流输送系统研究.机械工业出版社，2001.2 夏斌.机械物流自动化技术.北京：机械交通出版社，2001.3 黄科.机械物流系统研究.工程设计学报,2003.4 葛佳佳.物流配送中心规划.机械工业出版社，20035 刘学军.输送配送中心设计.南京大学出版社.20036 蒋明光.物流机器人装卸机械.人民交通出版社.2003
