基于YL-235A型光機電一體化設備的工件分揀裝置設計

張書博 陳東瓊

摘要：機電一體化課程是中等職業學校機電類專業學生在校期間必修的一門綜合性較強的課程，我校在開設這門課程時，引入了亞龍YL-235A型光機電一體化設備，以這套設備為載體，重點開展理實一體化教學。本文以工件分揀裝置為例，講述亞龍YL-235A型光機電一體化設備實現功能的基本方法。

Abstract： Mechatronics course is a compulsory and comprehensive course for students majoring in Mechatronics in secondary vocational schools. When setting up this course， our school introduced YalongYL-235A optical mechatronics equipment， and focused on theoretical and practical integration teaching with this equipment as the carrier. Taking the workpiece sorting device as an example， this paper describes the basic method of realizing the function of Yalong YL-235A optical electromechanical integration equipment.

關鍵詞：光機電一體化;亞龍YL-235A;工件分揀

Key words： optical electromechanical integration;yalong YL-235A;workpiece sorting

中圖分類號：TP273??????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0256-02

0? 引言

工件分揀，指的是針對不同顏色、不同材質的工件，對其進行分類識別和揀出歸類。本文以亞龍YL-235A型光機電一體化設備為基礎，進行工件分揀裝置的設計討論，主要從控制要求、工件分類識別和揀出歸類的實現方法、設備組裝要求、電氣原理及安裝、控制程序編寫等方面進行講述。

1? 控制要求

某生產線加工金屬、白色塑料和黑色塑料三種工件，在該生產線的終端有一個分揀裝置，將這三種工件分別送達不同的地方。按下啟動按鈕后，設備啟動開始工件分揀，皮帶輸送機以10Hz的頻率正轉運行，等待工人將工件從位置D的進料口放入，當進料口檢測到有工件時，皮帶輸送機以25Hz的頻率正轉運行，如果是金屬工件，則在位置A由氣缸I推入出料斜槽I;如果是白色塑料工件，則在位置B由氣缸II推入出料斜槽II;如果是黑色塑料工件，則在位置C由氣缸III推入出料斜槽III。當工件被推入出料斜槽、氣缸活塞桿縮回后，皮帶輸送機以10Hz的頻率正轉運行，等待下一個工件的到來。按下停止按鈕，設備在分揀完當前工件后才停止工作。[1]

該工件分揀裝置的設備示意圖如圖1所示。

2? 基本知識

為了實現控制要求的功能，需要用到傳感器對工件進行識別，同時用到氣缸和電磁閥對工件進行揀出。

2.1 實現工件分類識別的方法

2.1.1 位置D的進料口檢測傳感器? 此處，利用電容傳感器實現進料口位置的工件檢測。該傳感器是以電容器為傳感元件，在接通電源之后，當有工件靠近電容器的電極時，會引起振蕩器的震蕩;當沒有工件靠近電容器的電極時，振蕩器不會產生振蕩。電容傳感器會將振蕩和不振蕩兩種情況分別轉換為開關的通斷信號，從而實現檢測物體靠近的目的。

2.1.2 位置A的金屬工件檢測傳感器? 此處，利用電感傳感器實現金屬工件的識別。該傳感器可以在檢測處產生一個交替變化的磁場，當金屬工件靠近傳感器的檢測面時，會引起傳感器中的振蕩器變化，進而將振蕩和不振蕩兩種情況分別轉換為開關的通斷信號，從而實現檢測金屬物體靠近的目的。

2.1.3 位置B的白色塑料工件檢測傳感器、位置C的黑色塑料工件檢測傳感器? 此處，利用光纖傳感器實現白色工件和黑色工件的區分。該傳感器并不能區分金屬工件和塑料工件，它是利用光導纖維進行信號傳輸，將發射器發出的光線用光導纖維引導到檢測點，再通過光導纖維將檢測到的光信號引導到接收器來實現檢測。光纖傳感器可根據檢測到的光信號的強弱，實現對白色工件和黑色工件的區分。

2.1.4 傳感器的電路連接? 在亞龍YL-235A型光機電一體化設備中，以上三種傳感器均為直流三線制傳感器，這類傳感器有黑色、棕色、藍色三根連接線。其中，黑色線為信號線，接PLC的輸入端;棕色線接24V直流電源的正極;藍色線接24V直流電源的負極。[2]

2.2 實現工件揀出歸類的方法? 在工件識別的基礎上，利用氣動系統進行揀出操作。在亞龍YL-235A型光機電一體化設備中，氣動系統主要包括能源部件、控制元件、執行元件和輔助裝置四大部分，根據控制要求，執行元件選擇雙作用單出氣缸，控制元件選擇二位五通單控電磁閥。

3? 電氣控制原理設計

3.1 確定I/O分配

根據控制要求，啟動按鈕和停止按鈕各分配一個輸入端，ABCD四個位置的傳感器各分配一個輸入端，三個氣缸的前后限位各分配一個輸入端，共計使用12個輸入端。

根據控制要求，變頻器控制輸送帶分別以兩種速度進行正轉，給變頻器分配3個輸出端，三個氣缸各分配一個輸出端，共計使用6個輸出端。[3]

3.2 確定I/O分配表

該工件分揀裝置的I/O分配表如表1所示。

3.3 電氣原理圖

該工件分揀裝置的電氣原理圖如圖2所示。

4? 機械部分安裝

根據控制要求，主要完成皮帶輸送機和傳感器的安裝。在安裝皮帶輸送機時需要注意：一是要將主輥筒和皮帶輥筒調節平行;二是調節輸送機的皮帶，確保皮帶松緊適度;三是在聯接電動機轉軸和皮帶輸送機主輥筒軸時，要確保兩軸中心線的偏差在允許的范圍內，否則設備會產生振動縮短聯軸器壽命。

5? 線路安裝

線路安裝階段共分為兩個步驟：

一是要按照電氣原理圖完成接線，在此過程中，YL-235A型光機電一體化設備提供兩種型號的安全線，只需按各元器件的使用要求完成插線即可。二是對接好的電路進行檢查，并調試傳感器滿足使用要求。

6? 部分參考程序

根據控制要求，編寫該工件分揀裝置的部分參考程序如圖3。

7? 結束語

經過調試，該系統能夠良好地完成工件分揀任務。同時，該系統涉及了傳感器技術、氣動系統技術及應用、電機學、可編程控制器、變頻調速技術等多門課程知識，具有很強的綜合性，將學生在書本上學到的理論知識，與實際應用較好的結合在一起，對中職階段機電類專業的學習具有很好的借鑒作用。該系統同樣存在一定的不足：一是沒有對某些突發情況可能引起的安全問題進行討論;二是對人機交互（例如觸摸屏的應用）的設計使用不足。以上不足，還需在之后的教學實踐中進一步加強。

參考文獻：

[1]楊少光.機電一體化設備組裝與調試賽題集[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2]楊少光.機電一體化設備的組裝與調試[M].南寧：廣西教育出版社，2009.

[3]袁浩威.基于亞龍YL-235A的工件識別系統設計[J].電子世界，2019（15）：151-152.