输送分拣单元开发综合实训

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分拣输送单元的主要任务推荐度：
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《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、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，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。

概要........................................................................................................................ 2

第一章绪论........................................................................................................ 4

1.1、自动分拣系统的含义........................................................................... 4

1.2、输送分拣设备的作用........................................................................... 4

1.3、国内外自动输送分拣系统的发展状况。........................................... 4

第二章分拣系统介绍........................................................................................ 5

2.1、分拣系统的构成及各部分功能........................................................... 5

2.2、自动分拣系统的主要特点................................................................... 5

第三章总体方案设计........................................................................................ 7

3.1自动分拣系统的工作过程概述.............................................................. 7

3.2 PLC 的选择 ......................................................................................... 8

3.3 PLC的输入输出端子分配 .................................................................. 9

3.4 PLC输入输出接线端子图 ................................................................ 10

第四章部分器件介绍........................................................................................ 12

4.1 旋转编码器......................................................................................... 12

4.2 步进电机............................................................................................... 13

4.3 主要元器件清单................................................................................... 13

第五章输送分拣系统的维护和保养.............................................................. 15

5.1、检查周期：....................................................................................... 15

5.2、维修内容........................................................................................... 15

5.3、润滑................................................................................................... 15

5.4、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：SBW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。

3.2 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

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。

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。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5~10000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），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；

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；