基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

王建華

（湛江市技師學(xué)院 廣東·湛江 524037）

0 前言

近幾年，在自動化技術(shù)的落實(shí)下，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)開始利用機(jī)械取替員工進(jìn)行傳輸，尤其是在物流傳輸上，已經(jīng)開始構(gòu)建環(huán)形傳輸帶。但以往應(yīng)用的傳輸帶過于老舊，分揀效率極低，物料分揀情況也不夠準(zhǔn)確，這樣就會導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量有所下降。因此，相關(guān)人員可以在設(shè)計(jì)環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)時，將步進(jìn)電機(jī)作為基礎(chǔ)，將PLC技術(shù)作為核心，再加上觸摸屏的加持，便可實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的物料傳輸。

1 基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)的基礎(chǔ)要求

1.1 控制要求

在基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)開始運(yùn)行時,對于管理控制有以下幾方面的標(biāo)準(zhǔn)要求：(1)本機(jī)可在物料挑揀時，直接在等待分揀的傳送物料槽中查出帶有顏色的物料；（2）可在等待分揀傳送物料抵達(dá)傳送工作平臺后，使用一個等待分揀傳送式的機(jī)械手啟動繼續(xù)搬運(yùn)，待傳送式的皮帶機(jī)立即啟動停止等待傳送機(jī)的運(yùn)行。

1.2 運(yùn)行要求

正常進(jìn)行準(zhǔn)備測試工作，首先將在兩輛物料倉中間的一輛物料驅(qū)動減速部件，推入一輛帶有皮帶的整車內(nèi)，并使一輛物料驅(qū)動車，在減速到達(dá)一輛整車物料減速時的停止點(diǎn)后，以20Hz的減速繼續(xù)運(yùn)行，并同時繼續(xù)進(jìn)行一輛皮帶車的材質(zhì)材料純度試驗(yàn)檢測、顏色材料純度試驗(yàn)檢測。若料倉中存放點(diǎn)的分揀數(shù)量平均值長度小于2時，由系統(tǒng)自動發(fā)出報(bào)警停機(jī)消息自動信號，報(bào)警自動信息信號指示燈以2Hz的一定頻率連續(xù)兩次閃爍，提示整個倉庫系統(tǒng)工作人員在對此物料庫進(jìn)行分揀、入倉以及儲備保存時，對于物料的處理能力存在不足，當(dāng)料倉中的物料存放點(diǎn)完成分揀儲存后，由該倉庫系統(tǒng)自行暫停繼續(xù)分揀，同時系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警消息信號后該指示燈自動熄滅。

2 基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2.1 光電傳感裝置

它通常是一種用于檢測塑料倉中液體是否包含有彈性物料的，主要是通過自動調(diào)節(jié)外部物料旋鈕位置，自動判斷在物料倉中內(nèi)部是否已經(jīng)存有某種物料。當(dāng)兩個模式開關(guān)切換段的開關(guān)通過切換進(jìn)行連接時，調(diào)節(jié)段的感光按鍵旋鈕，只有當(dāng)反射光輸出強(qiáng)度大于其外部開關(guān)設(shè)定值時，輸出調(diào)節(jié)段控制電路中感光晶體管才有機(jī)會開始有信號輸出，發(fā)出信號；反之，當(dāng)兩個模式開關(guān)切換段的開關(guān)通過切換進(jìn)行連接時，調(diào)節(jié)段的感光按鍵旋鈕只有當(dāng)反射光輸出強(qiáng)度大大小于其外部開關(guān)設(shè)定值，才有機(jī)會開始有信號輸出，發(fā)出信號。

2.2 電感傳感裝置

電感式位置傳感器，一種通過開關(guān)電磁量測器輸出的物體位置判別傳感器，主要是應(yīng)用于磁性金屬與非磁性金屬介質(zhì)物體的位置判別。由plc高頻振蕩電路和高頻放大控制電路部分組成。開關(guān)電路通電以后就會產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，金屬等等物體相當(dāng)接近該電路磁場后就會產(chǎn)生電磁渦流驅(qū)動效應(yīng)，在相互作用下，使內(nèi)部開關(guān)電路控制參數(shù)發(fā)生變化，控制驅(qū)動開關(guān)電路通斷。

2.3 數(shù)字傳感裝置

它主要是一種用來精確檢測顏色工件的各種顏色，若兩個測量器的值誤差大于(可以選擇低或高電平送入輸出)，或其值小于(可以選擇高或低電平送入輸出)這一設(shè)定值時，經(jīng)過功率放大器各個單元間的放大即可形成并將高低輸入電壓水平信號輸送至每個plc的一個輸入端。通過自動調(diào)節(jié)功率放大器控制單元上的兩個功能鍵使它可以自動修改針對兩種對比度的參數(shù)，從而利于區(qū)分具有更多不同種類的葉片顏色。

2.4 變頻裝置

變頻器的主要任務(wù)也就是把網(wǎng)絡(luò)電壓和電網(wǎng)頻率之間恒定的三相電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)電壓，變成網(wǎng)絡(luò)電壓和電網(wǎng)頻率之間可以協(xié)調(diào)的三相交流電。安裝時在低壓電源和單相變頻器之間通常需要接入一個低壓電源斷路器和接觸器，以便在電源發(fā)生斷路故障時用戶能迅速安全切斷斷路電源；同時變頻器和單相電動機(jī)之間一般不可以允許電源接入接觸器；同時變頻器電源輸出的一側(cè)不可以允許電源接高壓電容器，也不可以允許電源接入高壓電容式下的單相變頻電動機(jī)。變頻器的電流選型裝置應(yīng)嚴(yán)格遵循變頻控制系統(tǒng)對象的實(shí)際工作使用環(huán)形的特定要求，電動機(jī)額定工作電流條件一般為三相工頻交流電，額定工作電壓為380v，功率為1kw，因此直流變頻器一般選型為FR-E740-1.5K。

2.5 氣壓元件

一般氣壓控制系統(tǒng)主要由：方向運(yùn)動控制元件、氣動系統(tǒng)執(zhí)行控制元件、各種類型氣動系統(tǒng)輔助控制元件、氣源器和凈化器等元件部分組成。(1)采用方向切換控制元件，采用方向電磁力的控制方式換向閥(以下簡稱方向電磁閥)，它主要是通過利用電磁力的相互作用，實(shí)現(xiàn)電磁閥的方向切換以此來控制缸內(nèi)氣流的一定流動量和方向；(2)汽缸氣動系統(tǒng)執(zhí)行控制元件采用氣缸，是氣動控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行控制元件之一。它主要是將一種壓縮空氣的內(nèi)部壓力通過能量來轉(zhuǎn)換成作為注油系統(tǒng)的空氣動力和節(jié)能；(3)氣動注油輔助控制元件，是氣動噴油的專用輔助裝置。它以進(jìn)行空氣潤滑為主要動力，使空氣潤滑油經(jīng)霧化后，變成大量的氣流，并隨著氣流進(jìn)入一些需要空氣潤滑的機(jī)械部件，達(dá)到空氣潤滑的主要目的。消聲器的消音作用主要是有效降低排氣噪聲，它主要是通過增加阻尼或直接增加車內(nèi)排氣流動面積作用來有效降低車內(nèi)排氣流動速度和排出功率，從而有效降低排氣噪聲的。管道上的連接件和它是設(shè)備連接和組成一個完整的氣動機(jī)械控制動力系統(tǒng)必不可少的重要元件。

3 基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 端子設(shè)計(jì)

針對本系統(tǒng)應(yīng)用的子系統(tǒng)選擇plc不同端子輸入型號，對每個端子輸入輸出口和每個輸出口的不同端子型號數(shù)量，可以進(jìn)行適當(dāng)性的合理分配，分配詳情如下表所示：

氣缸伸出限位/X6推桿伸出限位/X5 氣缸電磁閥/Y5色標(biāo)傳感裝置/X4 推桿電磁閥/Y4材質(zhì)傳感裝置/X3 推料電磁閥/Y3推料伸出限位/X2 頂料電磁閥/Y2檢測傳感裝置/X1 方向信號端/Y1頂料傳感裝置/X0 脈沖信號端/Y0輸入端子分配 輸出端子分配

3.2 觸摸屏設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在實(shí)際工作設(shè)計(jì)過程中，為了有效加強(qiáng)人機(jī)控制臺與界面的交互操作，設(shè)定了一個人機(jī)交互控制界面，觸摸屏上共分別給出四個控制界面，分別為用戶歡迎控制界面，啟動控制界面，運(yùn)行控制界面，觸摸屏操作界面。

3.3 回路設(shè)計(jì)

本系列驅(qū)動控制系統(tǒng)，主要涉及多個分別采用雙動電磁閥方式進(jìn)行驅(qū)動控制的雙通四作用線圈驅(qū)動系統(tǒng)氣缸，采用一個兩位三通雙動單通雙作用線圈齒輪控制驅(qū)動電磁閥、四個兩位五位三通雙動單通雙作用線圈齒輪控制驅(qū)動電磁閥、一個兩位單通雙通四作用線圈控制驅(qū)動氣缸以及四個兩位雙通單通四作用線圈控制驅(qū)動氣缸。

4 基于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)的最終測試

4.1 測試傳感裝置

首先，光感應(yīng)傳感器檢測調(diào)試：在光或傳感器的底部在傳送帶上方，放在頂部的金屬材料，改變移動傳感器固定光上方聯(lián)合螺母下方位置，使光傳感器聯(lián)合低于上面的金屬材料，在金屬導(dǎo)體移動接近光，使用變量電磁場由于金屬導(dǎo)體和光通信的互感作用原理，利用觸發(fā)器或光源信號從傳感器輸出開關(guān)啟動時，對光源進(jìn)行非接觸式檢測，對金屬材料進(jìn)行調(diào)試。其次，長反射式自動光電開關(guān)傳感器：在光電傳輸線束在所有材料激光探測電路，當(dāng)對象被激光光電傳感器照射，傳感器自動收集物體的反射光，觸發(fā)光電開關(guān)信號檢測電路的正常工作。最后，數(shù)字光纖測量傳感器的測量和調(diào)試：是利用光纖傳感器中的調(diào)制器對被測光源的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、解調(diào)和輸出，達(dá)到光纖檢測和測量的目的。

4.2 測試系統(tǒng)軟件

將整個程序進(jìn)行編譯，通過上下位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接使用電纜把整個程序進(jìn)行下載安裝到plc中。剛剛編寫好的測試程序，或多或少可能總會有些基本錯誤，若要及時發(fā)現(xiàn)排除這些問題，減少整個系統(tǒng)現(xiàn)場離線調(diào)試的成本工作量，確保整個系統(tǒng)在現(xiàn)場能夠做出正確的問題反映，需要定期進(jìn)行多次離線現(xiàn)場測試。測試時在電路對應(yīng)的兩個I/O口上應(yīng)給出輸入指示信號，觀察指示輸出電路指示燈的工作狀態(tài)，若指示輸出和測試程序設(shè)置要求輸出不符，立即對其進(jìn)行電路故障檢查排除，確保測試程序正確。利用主機(jī)編程編譯軟件進(jìn)行輸入通信程序并將這臺電腦與plc機(jī)器相連接，進(jìn)行主機(jī)通信，通信成功后立即打開通信程序后并進(jìn)行主機(jī)在線系統(tǒng)調(diào)試，檢查實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行工作情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過這種方式設(shè)計(jì)的環(huán)形傳輸分揀系統(tǒng)，不僅設(shè)計(jì)過程較為簡單，還具備一定可行性、穩(wěn)定性以及可靠性，當(dāng)系統(tǒng)投入應(yīng)用后，完全可以根據(jù)各種材質(zhì)與顏色展開分揀工作，從根本上達(dá)成全自動的物料分揀目標(biāo)。除此之外，在該系統(tǒng)中還能靈活運(yùn)用現(xiàn)有資源，符合工業(yè)生產(chǎn)的一切標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省更多物資與人資。