PAGEPAGEIV快遞分揀裝置控制系統設計摘要快遞分揀電氣控制系統是完成配送、配送中心分揀、分揀和分配操作的現代化設備。是進行分揀配送業務的有力技術保障。目前，國內外幾乎所有的大型郵局都配備有快遞分揀電氣控制系統。機械分揀也稱為輸送機分揀。它以機械為主要輸送工具。快遞分揀作業仍然依賴于手工作業。快遞分揀作業人員根據快遞上的標簽、顏色標簽、編號和其他分揀標記，對符合提單要求的快遞進行分揀。選擇它并把它放在一個簡單的傳送帶或現場。本文主要介紹PLC在快遞分揀系統中的應用。利用可編程序控制器（PLC）設計了一種低成本、高效率的快遞自動分選裝置。以西門子PLC為主控制器，結合氣動裝置、傳感技術、位置控制技術，實現快遞現場自動分揀控制。該系統自動化程度高、運行穩定、精度高、控制方便。可根據不同的對象對系統稍作修改，以滿足要求。關鍵詞：西門子PLC；快遞分揀裝置；傳感器

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

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 21.3研究現狀 31.3.1國外研究現狀 31.3.2國內研究現狀 3第2章相關概述 52.1分揀系統 52.1.1分揀系統的基本組成 52.1.2快遞分揀電氣控制系統的基本功能 62.1.3快遞分揀電氣控制系統的結構特點 62.2PLC簡介 7第3章快遞分揀裝置總體設計 83.1快遞快遞分揀裝置工作過程概述 83.2系統的技術指標 93.3系統的設計要求 93.3.1功能要求 93.3.2系統的控制要求 9第4章控制系統的硬件設計 104.1系統的硬件結構 104.2系統關鍵技術 104.2.1確定I/O點數 104.2.2PLC的選擇 114.2.3PLC的輸入輸出端子分配 114.2.4PLC輸入輸出接線端子圖 124.3檢測元件與執行裝置的選擇 134.3.1旋轉編碼器 134.3.2電感傳感器 144.3.3電容傳感器 154.3.4顏色傳感器 174.3.5光電傳感器 184.3.6步進電機 18第5章控制系統的軟件設計 195.1控制系統流程圖設計 195.2控制系統程序設計 20結論 25參考文獻 26致謝 28PAGE23第1章緒論本課題的目的在于根據指導教師的指導，利用所學課程《電氣控制與plc應用》、《單片機原理及應用》等，查找相關論文及資料設計對于分揀系統的應用前景，主要著眼于分揀系統的可靠性，優越性，應用領域的適用性以及系統的經濟效益、成本等方而來考慮。分揀作業基本實現無人化，自動分揀系統的目的之一就是為了減少人員的使用,減輕員工的勞動強度,提高人員的使用效率。我國開始進入現代化的自動控制工業化,在勢趨必行且越來越普遍的自動化工業生產的背景下,如何高效的進行物料分揀是一個重要問題。配送中心的大部分的功能都是運輸倉庫和中轉站，其中的操作基本上全部依靠人為，傳統的配送中心運用的信息技術，網絡技術，自動化技術非常地少，過多地依賴人為操作致使物流分揀的成本尤其高，效率卻較低.要降低物流成本,提高分揀效率,首要任務是研究出一個合理,穩定,有效,低成本且能大范圍普及的物料分揀系統。1.1研究背景隨著世界經濟的高速發展,只要是涉及到生產運輸的行業都離不開分揀系統。在整個物流過程中，其核心是倉儲業務，分揀系統的目的是降低物流的成本，以此提高整個物流過程中的整體效益，提高總體的服務水準，使物流變得簡單易行合理。一個好的分揀配送系統可以極大地優化整個物流過程，并能連續、大批量地對貨物進行分揀。由于大型生產中采用的管道自動運行方式，自動分揀系統不受氣候、時間、人體體力等因素的限制，能夠連續運行。目前，自動分揀系統主要采用條碼技術對貨物進行識別，降低了快速分揀的誤碼率，提高了快速分揀的速度，極大地解放了勞動力。現代社會生活與物流工作密不可分。隨著人民生活水平的不斷提高和社會的快速進步，物流工作變得越來越復雜。快遞分揀系統最初是人力操作系統。該系統通過人工提取和處理來分類和運輸快遞。該系統分揀效率不高，出錯率高，不能滿足當前快遞分揀速度和精度的要求。因此，為了改變這種狀況，為了實現快遞分揀操作的智能化，提高快遞分揀速度，減少冗余人力，適應現代社會發展的需要，基于自動化的快遞自動分揀新方案應運而生。TIC控制系統。由于科學技術的飛速發展，各種類型的自動機械設備在分選系統中開始啟用。信息傳輸和處理已成為計算機控制技術時代出現的主要方式。快遞分揀系統的最重要的設計要求是始終掌握機械化、自動化、智能化自動化設計的方向和規范。隨著計算機控制技術的飛速發展，可編程序控制器（PLC）已開始進入歷史階段，其功能也在幾十年內日益多樣化。可編程序控制器控制系統設計、調試、安裝快捷、體積小等特點，易于滿足機電一體化的要求。在工業控制自動化系統中，與其他功能類似的硬件相比，可編程序控制器的地位開始逐步提高。它越來越受到設計者的青睞，并逐漸成為最重要、應用最廣泛的工業控制裝置。PLC應用的廣度已逐漸成為一個國家的評價。家用工業自動化水平是其中的一個標準。物流局的自動化生產設備是集多種技術于一體的新型設備。它綜合了機械與電機技術、傳感器與通信網絡等關鍵技術。通過在線各工作單元的協作，傳感器檢測單元與在線信息處理、驅動和控制的執行都通過微處理單元（CPU）進行協調。有秩序地工作。1.2研究意義就目前看來，只有通過使用我們先進的生產系統技術和自動化的設備來提高我們的工廠和車間的能力，我們才能不斷適應現在變化越來越快的市場需求，才能使我們國家向著更強過邁進。經濟效益差、自動化程度低是我國工業制造業在不少領域仍然存在的弊端。和發達國家相比，我們的企業效能遠遠不及，盡管我國是國際上機床擁有量和數控從業員最多的國家，問題比較集中在兩方面：①產品產出率的嚴重不足。②相同的產出其損耗和時間成本遠遠越過發達國家。我國普通采用的單機生產方式嚴重滯后，不能適應社會潮流的發展，我們要通過參與世界的激烈的競爭來提高自身的水平，就必須采用中小批量的生產方式，將生產的過程自動化、批量化以及柔性化。本設計來源于物流局工作現場，又可以服務于企業，還可供現場技術人員進行二次開發的前期試驗。工業級的器件和工業標準化設計，其方法具有很好的推廣性，對物流局一線工程人員的技能訓練具有重要意義。1.3研究現狀1.3.1國外研究現狀國外分揀系統研究從20世紀60年代開始，由于軍工業的需要，自動生產線得到很大程度的研究與發展。尤其是戰爭之后，西方工業就已經廣泛的采用自動分揀機。如日本的醫療行業、化妝品制造行業、連鎖商業等全自動分揀機更是普遍應用。在美國，自動檢測、分揀、傳送生產線更是帶動工業的增長。在歐洲、英國、德國等國家，他們的分揀技術也高度發達。德國西門子在物流設備系統中不斷引進各種類型的自動分揀設備，并發揮著非常重要的作用。二十一世紀后,國外的分揀系統發展迅速,Aughan,Mark將分揀系統歸納為五個子系統合并前聚集、訂單挑選、感應、合并、搬運分揀,從而將訂單獲得與不同傳送帶有機地的結合起來成一個高效的分揀系統研究了現有的關于評估分揀固定各種形狀貨物分揀系統的分揀時間的解析公式，從配送中心里物料搬運的角度研究了分揀系統傳送帶的構建,及如何搭配傳送帶,構建一個良好的分揀搬運系統。目前,國際上較先進的自動分揀機有自動分揀機、小型中速自動分揀機、推塊式高速自動分揀機、高速水平自動分揀機、數字式揀位系統和全自動分揀機等。1.3.2國內研究現狀與發達國家相比，我國的分揀系統和技術還相對落后。隨著我國市場經濟體制的建立和現代物流業的發展，一個相對完整的體系尚未形成。但隨著我國改革開放的不斷深入,我國現代物流也將逐步進入發展階段。我國的自動生產線設備技術在九十年代得到迅速發展，從引進國外先進設備技術，到自主研發、生產，但產品偏向于中端、大型企業，而中、小型企業因產品靈活性、多樣性及成本等原因，需要簡易型設備。人工作業的情況仍比較普遍,電子標簽、RF技術等輔助揀選系統的生產和使用還不多,自動揀選系統更是寥寥無幾。總的來說,我國分揀系統的應用呈現出集約化程度低、自動化系統和設備應用范圍不廣泛的特點。系統對商品包裝有很高的要求。為了使大多數商品能夠自動分揀，需要根據分揀商品的統一包裝特點，實施標準化包裝，定制分揀機等二次措施。但對于所有商品的供應商來說，執行國家包裝標準局是非常困難的。定制的分揀機將增加硬件成本，而且它們越特殊，它們的通用性就越差。隨著工業生產自動化水平的不斷提高，自動分揀系統在很多行業領域都有了成功的應用。

第2章相關概述2.1分揀系統2.1.1分揀系統的基本組成快遞分揀線的控制功能要求：（1）系統能夠實現不同材質、不同顏色工件的判斷，并能夠根據檢測結果自動分揀。（2）非正確放置的工件將被判斷為不合格品，系統自動識別并作棄置處理。（3）所有經分揀或者棄置工件的具體數量能夠通過PLC進行統計，最終由觸摸屏顯示。（4）輸送皮帶的頻率可通過觸摸屏實時調整并能夠顯示當前運行頻率。（5）系統要求有嚴謹的安全保護機制，配備相關的緊急和復位操作，在缺料和非原點位置時不允許啟動。系統的基本組成：本文設計的系統其結構圖如圖2-1所示：圖2-1系統結構圖（1）控制裝置的功能是識別和接收分揀信號，并快速處理大量的分揀信息和指令，準確識別每件快遞。根據分揀信號的要求，運輸系統和快遞分揀裝置由系統的控制網絡控制，快遞按快遞種類、交貨地點或貨主類型進口。自動分揀，及時、準確、協調地完成分揀作業，并將作業信息和數據反饋給主控監控系統。分類輸入系統可以有多種方式，根據自身需要選擇不同的輸入方式，如重量檢測、顏色掃描、條碼掃描、鍵盤輸入、語音識別、高度檢測和形狀識別等。根據這些分選信號的判斷，可以決定某類快遞應該進入哪個分選入口。（2）快速分揀裝置的功能是根據控制裝置發出的分揀指令，當具有相同分揀信號的貨物通過快速分揀裝置時，改變輸送帶的運行方向，進入其他輸送機或分揀入口。分類設備有很多種，如發射、浮標、傾斜和分支。不同的設備對包裝材料、包裝重量和包裝底面平整度有不同的要求。（3）輸送機的主要部件是輸送帶或輸送機。其主要功能是通過控制裝置和分類裝置對魚進行分類，并連接輸送裝置的兩側。通常，連接幾個分揀端口，以便分揀的快遞滑下主傳送帶（或主傳送帶）以便隨后操作。（4）分揀入口是被分揀快遞離開主輸送機（或主輸送帶）進入收集區域的通道。一般來說，它由鋼帶、皮帶、滾筒等組成，使快遞從主輸送機滑到收集平臺，入口處的所有快遞由工作人員集中、儲存或組裝。2.1.2快遞分揀電氣控制系統的基本功能（1）系統可以實現對不同材質、不同顏色的工件的判斷，并可根據檢測結果自動對工件進行分類。（2）對放置不正確的工件進行不合格判定，系統自動識別并處理。（3）PLC可對被分揀或丟棄工件的具體數量進行計數，觸摸屏顯示傳送帶的頻率可實時調節，并可顯示當前的運行頻率。該系統要求有嚴格的安全保護機制，配備相應的緊急和重置操作，并且不允許在沒有材料和非原點位置時啟動。2.1.3快遞分揀電氣控制系統的結構特點快遞分揀系統是一套靈活的開發設備，可由多個工作站組成。根據分揀的實際需要，可以增加和減少每個工作站的類型和數量。模塊化設計使其安裝和拆卸非常方便。除安裝拆卸方便外，快遞分揀電氣控制系統還集成了多種關鍵技術，如機械制造技術、傳感檢測技術、變頻技術、觸摸屏應用和PLC技術。學。該系統能顯示企業的實際生產過程，使企業的產品控制過程具有自己的顯示平臺，直觀的企業生產，能為企業的技術反思和后續技術改進提供良好的開發平臺。其主要特點概括如下：（1）系統執行機構采用氣動技術，具有清潔、節能、高效的優點。（2）分離單元，拆裝靈活，安裝靈活。（3）采用西門子小型PLC實現程序控制，以最小的經濟投入獲得最大的實際效益。（4）觸摸屏和物理按鈕的結合，使系統的控制更加方便快捷，界面更加友好。2.2PLC簡介可編程邏輯控制器（PLC）是一種用于內部存儲程序的可編程存儲器。它用于執行面向用戶的指令，如邏輯操作、順序控制、定時、計數、算術操作，并控制各種機械或生產過程、數字或模擬輸入/輸出。可編程控制器的電源在整個系統中起著重要的作用。沒有一個好的、可靠的供電系統，就不可能正常工作。因此，可編程序控制器的制造商也非常重視電源的設計和制造。一般來說，交流電壓的波動在±10%（±15%）范圍內。PLC可以直接連接到AC網絡，而不采取其他措施。

第3章快遞分揀裝置總體設計3.1快遞快遞分揀裝置工作過程概述如圖3.1所示為本快遞分揀裝置的結構示意圖。圖3.1快遞分揀裝置結構示意圖快遞分揀裝置包含的部件有：氣體壓縮機、二聯體過濾器、電磁閥組、汽缸、傳輸帶、各種傳感器等。將顏色傳感器、下料傳感器、電感傳感器、電容傳感器備用傳感器安裝在不同的網格區域內。系統通電后，可編程控制器首先控制啟動輸送帶，進給傳感器SN檢測進給槽中是否有快遞。如果沒有快遞，輸送帶在操作一段時間后自動停止等待進料。當給料槽加載時，給料傳感器將信號輸出到PLC，PLC控制輸送帶繼續運行，同時控制氣動閥。可調整切割時間間隔。材料傳感器SA是一種電感式傳感器。當檢測材料為鐵質材料時，反饋信號發送給PLC，通過PLC控制的氣動閥1的作用選擇材料。材料傳感器SB是電容式傳感器。當檢測材料為鋁材時，將反饋信號發送給PLC，通過PLC控制的氣動閥2的作用選擇材料。傳感器SC是一種顏色傳感器。當材料的顏色被檢測為被檢測的顏色時，PLC通過三個動作控制氣動閥來選擇材料。材料傳感器SD是備用傳感器。當系統被設置為對某一顏色的金屬或非金屬材料進行分類時，通過程序存儲每個傳感器的狀態，完成分類任務。3.2系統的技術指標輸入電壓：AC200～240V（帶保護地三芯插座）消耗功率：250W環境溫度范圍：-5～40℃氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa3.3系統的設計要求系統的設計要求主要包括功能要求和控制要求，進行設計之前，首先應分析控制對象的要求。3.3.1功能要求快遞快遞分揀裝置應實現基本功能如下（1）分揀出金屬和非金屬（2）分揀某一顏色塊（3）分揀出金屬中某一顏色塊（4）分揀出非金屬中某一顏色塊（5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊3.3.2系統的控制要求該系統使用各種傳感器對被測材料進行檢測和分類。當被測物體被切割裝置送入輸送帶時，依次由各種傳感器進行檢測。如果由某個傳感器測量，則由相應的氣動裝置將其推入料倉；否則，繼續前進。其控制要求包括以下九個方面：（1）光電編碼器可以在系統供電時產生所需的脈沖。（2）電機運轉，帶動輸送帶向前移動（3）當有材料時，切割滾筒移動以輸送材料。（4）當電感傳感器檢測鐵質材料時，推動缸移動一次。（5）當電容傳感器檢測鋁材料時，推動缸2移動。（6）當顏色傳感器檢測到材料是特定顏色時，推動缸3移動。（7）當其他材料被發送到SD位置時，推動氣缸4的作用。（8）氣缸操作應受到動作限制的保護。（9）卸料槽卸載后延遲卸載自動停機。第4章控制系統的硬件設計4.1系統的硬件結構設計系統的硬件結構框圖，如圖4.1所示。圖4.1系統的硬件結構框圖4.2系統關鍵技術系統關鍵技術即分析控制系統的要求，確定I/O點數，選擇PLC的型號，然后進行I/O分配。4.2.1確定I/O點數根據分析控制系統的要求，輸入端需要有2個開關信號，6個傳感器信號，他們分別是：顏色傳感器、備用傳感器、電感傳感器、電容傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數傳感器。相應地，有5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/O點24個，其中18個輸入，6個輸出。4.2.2PLC的選擇根據上面所確定的I/O點數，且該快遞快遞分揀裝置的控制為開關量控制。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本系統選用西門子電機的S7-1200系列PLC。它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本系統的要求。4.2.3PLC的輸入輸出端子分配根據所選擇的PLC型號，對本系統中PLC的輸入輸出端子進行分配，如表4.1所示表4.1快遞快遞分揀裝置PLC輸入/輸出端子分配表西門子PLC（I/O）分揀系統接口（I/O）備注輸入部分I0.0UCP（計數傳感器）接旋轉編碼器I0.1SN（下料傳感器）判斷下料有無I0.2SA（電感傳感器）I0.3SB（電容傳感器）I0.4SC（顏色傳感器）I0.5SD（備用傳感器）I0.6SFW1（推氣缸1動作限位）I0.7SEW2（推氣缸2動作限位）I1.0SFW3（推氣缸3動作限位）I1.1SFW4（推氣缸4動作限位）I1.2SFW5（下料氣缸動作限位）I1.3SBW1（推氣缸1回位限位）I1.4SBW2（推氣缸2回位限位）I1.5SBW3（推氣缸3回位限位）I1.6SBW4（推氣缸4回位限位）I1.7SBW5（下料氣缸回位限位）I2.0SB1（啟動）I2.1SB2（停止）輸出部分Q0.0M（輸送帶電機驅動器）Q0.1YV1（推氣缸1電磁閥）Q0.2YV2（推氣缸2電磁閥）Q0.3YV3（推氣缸3電磁閥）Q0.4YV4（推氣缸4電磁閥）Q0.5YV5（下料氣缸電磁閥）4.2.4PLC輸入輸出接線端子圖根據表1可以繪制出PLC的輸入輸出接線端子圖，如圖4.2所示。圖4.2PLC輸入輸出接線端子圖4.3檢測元件與執行裝置的選擇主要是對旋轉編碼器和各個傳感器的選擇，并對其作簡要介紹。4.3.1旋轉編碼器旋轉編碼器是與步進電機連接在一起，在本系統中可用來作為控制系統的計數器，并提供脈沖輸入。它轉化為位移量，可對傳輸帶上的快遞進行位置控制。傳送至相應的傳感器時，發出信號到PLC，以進行分揀，也可用來控制步進電機的轉速。本系統選用E6A2CW5C旋轉編碼器，原理如圖4.3所示。光電碼盤光電碼盤圖4.3旋轉編碼器原理示意圖旋轉編碼器：用旋轉編碼器測量裝置的速度。主要的技術參數是每次旋轉的脈沖數（幾十到數千）和電源電壓。它可以分為兩種：單輸出和雙輸出。單輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙輸出旋轉編碼器的輸出是一組相位差為90度的脈沖。通過這兩個脈沖，不僅可以測量轉速，而且可以判斷旋轉方向。根據信號原理，編碼器可分為增量脈沖編碼器（SPC）和絕對脈沖編碼器（APC）。它們都被廣泛應用于速度控制或位置控制系統中。編碼器盤的材料是玻璃、金屬和塑料。玻璃圓盤是在玻璃上沉積的細線。它具有良好的熱穩定性和高精度。金屬盤可直接連接有無雕刻。打破是不容易的。但是，由于金屬厚度的限制，其精度有限，熱穩定性比玻璃差一個數量級。一級，塑料編碼器經濟，成本低，但精度、熱穩定性和壽命較差。其工作原理如下：一個具有圓形通孔和暗槽的中軸光電碼盤，由光電發射器和接收器讀取。四組正弦信號組合成A、B、C和D。每個正弦波具有90度相位差（相對于一個周期360度）。將C和D信號反相疊加在A、B上，在兩相中穩定信號得到增強，輸出Z相脈沖表示零參考位。由于相位A和相位B相差90度，通過比較相位A和相位B可以區分編碼器的正負方向，通過零脈沖可以獲得編碼器的零參考位。分辨率：編碼器每旋轉360度時提供的經過或暗線數稱為分辨率，也稱為解析索引，或者直接調用多少行，通常每個旋轉索引5-10000行。信號輸出：信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL），集電極開路（PNP、NPN），推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A，A-；B，B-；Z，Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。信號連接：編碼器的脈沖信號通常與計數器、PLC和計算機相連。PLC與計算機連接的模塊分為低速模塊和高速模塊，開關頻率低或高。如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。A、B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達4.3.2電感傳感器電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。電感傳感器利用LC高頻振蕩器和放大處理電路使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數發生變化。由此，可識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。本系統選用M18X1X40電感傳感器。接線圖如圖4.4，原理圖如圖4.5。圖4.4M18X1X40DC二線常開式電感傳感器接線圖圖4.5電感傳感器工作原理圖由磁芯和線圈組成的電感式傳感器，感應磁罐可以把鐵材料的線性或角位移的變化轉換成線圈電感的變化，也稱為電感式位移傳感器。線圈匝數和傳感器材料的磁導率系數都是確定的。電感的變化是由位移輸入引起的線圈磁路幾何尺寸的變化引起的。當線圈與測量電路連接并且激勵電源連接時，可以獲得與位移輸入成比例的電壓或電流輸出。電感傳感器的特點是：（1）無主動接觸，可靠性高，使用壽命長；（2）分辨率高；（3）靈敏度高；（4）線性度高，重復性好；（5）測量范圍寬（測量范圍大，分辨率低）；輸入，導致測量誤差；（5）勵磁電源的頻率和頻率。幅值穩定性要求高；不適合高頻動態測量。變更。常用的電感傳感器有變間隙式、變面積式和電磁鐵插入式。在實際應用中，為了提高線性度，減少電磁吸力引起的附加誤差，這三種傳感器大多采用差動式結構。4.3.3電容傳感器電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。它的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是待測物體的本身。當物體向接近開關移動時，物體和接近開關的介電常數發生變化，使與測量頭連接的電路狀態發生相應變化。由此，便可控制開關的接通和關斷。本系統選用E2KX8ME1電容傳感器，接線圖可參考圖4.5，原理圖如圖4.6。圖4.6電容傳感器工作原理圖電容傳感器：當用電子測量方法測量非電量時，測量的非電量必須先轉換成電量再輸入。通常，將非電量轉換成電量的元件稱為轉換器；根據不同非電量的特性設計的裝置稱為傳感器，測量的機械量（如電容、力、速度等）在電容變化時稱為電容傳感器。從能量轉換的角度來看，電容變換器是一種無源變換器，需要將被測機械量轉換成電壓或電流后進行放大處理。線位移、角位移、間距、距離、厚度、拉力、壓縮、膨脹、變形等力學量與長度密切相關。這些量是用長度或長度比來測量的，它們的測量方法也是密切相關的。此外，在某些條件下，這些力學量變化非常緩慢，變化范圍非常小。如果需要高分辨率來測量最小距離或位移，其他傳感器很難達到高分辨率的要求。精密測量中常用的差動變壓器傳感器的分辨率僅為1。電容式測微儀具有0.01微米的分辨率，比前者高兩個數量級，最大測量范圍為100+5微米，因此在精密小位移測量中很受歡迎。一般來說，電容式傳感器適合于這些機械量的測量，特別是對于緩慢變化或少量的測量。這些傳感器的主要優點如下：（1）測量范圍寬，相對變化率可超過100%。（2）靈敏度高，如采用比例變壓器電橋測量，相對變化可達10-7個數量級；（3）動態響應速度快，可動質量小，固有頻率高，高頻特性適合于動靜態測量。（4）電容器的穩定性好，因為板大多是金屬，板之間的襯里大多是無機材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等。因此，電容器可以在高溫、低溫、強磁場下長期工作。LD和強輻射，特別是在高溫高壓環境中。4.3.4顏色傳感器選用TAOS公司生產的，型號為TCS230顏色傳感器。此傳感器為RGB（紅綠藍）顏色傳感器，可檢測目標物體對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。TCS230傳感器引腳如圖4.7所示。圖4.7TCS230顏色傳感器當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經過電流到頻率轉換器后輸出不同頻率的方波（占空比是50%），不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調整，以適應不同的需求。S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。表4.2是S0、S1及S2、S3的可用組合。表4.2S0、S1及S2、S3的組合選項S0S1輸出頻率定標S2S3濾波器類型LL關斷電源LL紅色LH20%LH藍色HL20%HL無HH100%HH綠色4.3.5光電傳感器光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。用光電傳感器是一種用來檢測物體有或者無的小的金屬圓柱形設備，這種設備的發射器有一個校準鏡頭，可以將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個小的白熾燈做為光源。這些小而堅固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。本系統選用FPG系列小型放大器內藏型光電傳感器。原理如圖4.8所示，其中負載可接至PLC。圖4.8FPG光電傳感器原理圖光電傳感器：光電傳感器是指能夠將可見光轉換成一定電量的傳感器。光電傳感器采用光電元件作為檢測元件。首先，將測量的變化轉化為信號變化。然后，利用光電元件將光信號進一步轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光路和光電元件組成。光電傳感器是將光信號轉換成電信號的光敏器件。它可以用來檢測直接引起光強變化的非電量以及其他可轉換成光量變化的非電量。光電檢測方法具有精度高、響應快、非接觸、測量參數多等優點。該傳感器結構簡單，形式靈活，體積小。近年來，隨著光電子技術的發展，光電傳感器已成為系列產品。它們的品種和產量日益增加。用戶可根據需要選擇各種規格的產品。廣泛應用于機電控制、計算機、國防科技等領域。4.3.6步進電機步進電機是驅動輸送帶前進的執行機構，與旋轉編碼器相連。通過控制脈沖個數來控制角位移，達到精確定位的目的。同時，可以通過控制脈沖頻率來控制快遞快遞分揀裝置的可編程控制系統控制電機轉動的速度，達到調速的目的。步進電機選用的型號為42BYGH101。第5章控制系統的軟件設計5.1控制系統流程圖設計根據系統生產工藝的要求，分析各個設備的操作內容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖5.1所示。圖5.1控制系統流程圖該系統可選擇連續或單操作狀態。如果程序處于連續運行狀態，程序將在系統軟件設計流程圖中的氣缸4動作后啟動，如果程序單次運行，程序將在氣缸4動作后停止。如果必要，系統可以在分選的同時對已分選的材料數量進行計數，這只能在每個氣缸動作的同時累積。系統的定位控制功能可以通過編程高速計數器來實現。采用高速計數器對步進電機的匝數進行計數，確定材料到傳感器的距離，實現定位功能。當定位時，電機停止運行，計數器清除，傳感器開始工作，材料被分類。在氣缸1-3運行后，電機再次運行，高速計數器再次計數。如果相應的傳感器沒有檢測到對象，則電機再次運行，并且高速計數器再次計數并繼續運行到下一個位置。如果只對材料的一個特性進行分類，例如金屬和非金屬，那么只能修改傳感器或程序的位置。5.2控制系統程序設計根據所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。程序清單見附錄。該指令是一種高速脈沖輸出指令。當使能器輸入有效時，檢測到由程序設置的特殊功能寄存器位，激活由控制位定義的脈沖操作，并從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。該指令定義高速計數器的指令，以便在輸入有效時將操作模式分配給指定的高速計數器。高速計數用于積累掃描頻率高于PLC的脈沖輸入。該指令是高速計數器指令。當輸入有效時，根據高速計數器專用存儲器位的狀態和HDEF指令指定的模式，設置高速計數器并控制其運行。下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備，I2.1為停止按鈕。當PLC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復位清零，并調用子程序。（2）以上為子程序中的高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器進行初始化，然后當I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0檢測沒有快遞時，啟動定時器T30，延時30秒自動停機。（3）以上為子程序中的高速計數指令，首先進行高速計數指令的初始化操作，當電機旋轉時，帶動光電碼盤發出脈沖，并輸入PLC的接收端，由高速計數指令進行計數，計算步進電機轉過的步數，進行定位控制。其中設定預置值為50，當計數至50時，調用中斷程序。（4）以上為中斷程序，當高速計數指令計數至預置值時，這時快遞移動至傳感器的位置，M0.0得電，導致高速脈沖輸出停止，步進電機停轉。由于汽缸動作需要1秒，讓電機停轉一秒后繼續運轉。當快遞被相應的傳感器檢測中后，相應的汽缸動作，將快遞推下。I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7為汽缸的回位限位開關，初始狀態為閉合，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1，I1.2為汽缸的動作限位開關，初始狀態為關斷。汽缸動作時，，回位限位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。結論快遞分揀由可編程邏輯控制器（PLC）控制。它可以連續大量地進行快遞分類。排序錯誤率低，勞動強度大幅度降低。能顯著提高勞動生產率。此外，分揀系統可以靈活地與其他物流設備無縫連接，實現快遞物流和物流信息流的配送和管理。其設計采用標準化、模塊化的組裝方式，具有系統布局靈活、維護維修方便、不受現場原因影響的特點。同時，只要分類對象不同，就可以對系統稍加修改以達到要求。本系統采用的可編程控制器可以實現不同材質、不同顏色的工件進行判斷，并且能夠根據檢測結果自動完成分揀，可靠性比較高，具有很強的操作性和使用性。

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